WO2010006352A1 - Method and apparatus for capturing the position of a vehicle in a defined region - Google Patents

Method and apparatus for capturing the position of a vehicle in a defined region Download PDF

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WO2010006352A1
WO2010006352A1 PCT/AT2009/000278 AT2009000278W WO2010006352A1 WO 2010006352 A1 WO2010006352 A1 WO 2010006352A1 AT 2009000278 W AT2009000278 W AT 2009000278W WO 2010006352 A1 WO2010006352 A1 WO 2010006352A1
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vehicle
determined
relative movement
reference position
digital image
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PCT/AT2009/000278
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Alec Essati
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Zeno Track Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0234—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using optical markers or beacons

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the position of a vehicle in a defined area, wherein an absolute reference position of the vehicle and a relative movement of the vehicle are detected, wherein for detecting the absolute reference position, a digital image of the surroundings of the vehicle is taken, in the digital image at least one visual marking is determined and the reference position of the vehicle with respect to the determined visual marking is determined, and a device for detecting the position of a vehicle in a defined area, wherein at least one sensor device for detecting a reference position of the vehicle and for detecting a relative movement of the vehicle is provided, wherein an imaging sensor device is provided for determining the reference position.
  • the detection of the current position of a vehicle in a defined range is of great importance in a wide variety of applications. For example, determining the position of industrial trucks (for example, forklifts) in the field of warehouse logistics (warehouse management) is of great importance, since this enables automatic batch tracking.
  • determining the position of industrial trucks (for example, forklifts) in the field of warehouse logistics (warehouse management) is of great importance, since this enables automatic batch tracking.
  • a variety of methods and devices are known, it is particularly known to detect an absolute reference position of the vehicle as well as the relative movement of the vehicle and thus to determine the current position of the vehicle using a dead reckoning system.
  • a navigation system of driverless vehicles in particular of transport systems in halls, known, which record by means of an image sensor moving with the vehicle high-contrast objects in the environment, especially ceiling lights. From the location of these ceiling lights then position and angle of the vehicle are determined. By using the high-contrast ceiling lights for the detection of an absolute reference position, the costs of the navigation system should be kept low.
  • a trailing wheel which is connected via a vertical axis and about this rotatably connected to the vehicle. From the angle of rotation of the wheel about its axis and from the angle of rotation of the horizontal offset about the vertical axis, the position of the vehicle is thus to be determined via dead reckoning. In practice, however, such trailing wheels have proved to be extremely inaccurate (in particular due to problems with slippage and drift).
  • a method and a device for detecting the position of a vehicle is further known in which on the ceiling of a warehouse previously reflective markings must be attached, which can be detected by the vehicle when driving under a marker, so that As a result, a reference position can be detected and stored at this time.
  • a wheel encoder is provided which detects the distance traveled by the vehicle at intervals; Furthermore, the angle of rotation of the vehicle is determined by means of a gyroscope. The current position of the vehicle can then be determined by means of dead reckoning from the reference position and the relative distance determined by means of vector addition.
  • EP-1 916 504 A2 proposes to acquire digital image data of a reference surface of successive discrete frames, then to divide the first of two successive frames into a plurality of macroblocks to subsequently determine these macroblocks in the second frame, depending on the displacement vectors of the positions of the macroblocks the relative displacement of the vehicle can be determined.
  • EP-1 916 504 A2 proposes to acquire digital image data of a reference surface of successive discrete frames, then to divide the first of two successive frames into a plurality of macroblocks to subsequently determine these macroblocks in the second frame, depending on the displacement vectors of the positions of the macroblocks the relative displacement of the vehicle can be determined.
  • a similar method or a similar device for detecting a reference position of a vehicle in a warehouse is further known from US 2007/10143006 A1.
  • transponders attached to the hall floor, with the help then a reference position of the vehicle to be determined.
  • this is a technically very complex system with a large number of sensors, which cause a very high installation and investment costs, especially in large area defined areas.
  • DE 103 46 596 A1 also proposes the detection of an absolute reference position with the aid of previously installed measuring strips. Furthermore, with the help of a
  • Incremental position detection unit by vectorial summation of incremental motion vectors made a relative position determination, wherein a parameter for indicating the quality of the detected absolute position is determined.
  • the position of the vehicle in the predetermined range is output either in the absolute mode or in the incremental mode, ie, disadvantageously, the absolute and relative measurement results are not here - A - fused together, but it is the measurement of poorer quality completely discarded.
  • DE 103 23 225 A1 and DE 103 23 418 A1 disclose different methods for detecting placemarks by means of an upwardly-looking camera.
  • no position determination of a vehicle in a defined area but it is selectively determined whether shapes of object marks are identical to those of reference marks, whether the distance between the object marks is identical to those between the reference marks, and whether the surrounding image of object marks with identical to the reference marks.
  • the location of a robot cleaning device can be determined at certain points.
  • a transponder-aided positioning system in which a plurality of distributed disposed, introduced into the bottom of the bearing transponder devices must be provided.
  • each transponder device stores information which at least indirectly represents the position of the corresponding transport device within the bearing. This is to a position with the goods can be stored within the camp, determined and stored. Since in such a system the incorporation of a large number of distributed transponders in a storage floor is thus required, such a system is extremely complicated and expensive.
  • the aim of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus of the type mentioned, wherein the installation and investment costs for detecting an absolute reference position can be kept low, but at the same time an accurate positioning of the vehicle is guaranteed in the defined range.
  • this is achieved in the method of the type mentioned in that for detecting the relative movement of the vehicle, a first digital image of a section of the defined area is recorded in the environment of the vehicle, in the first digital image at least one striking pattern is determined, then a second digital image of a second section is taken in the vicinity of the vehicle, and in the second digital image, the distinctive pattern is determined, so that the relative movement of the vehicle is determined from the displacement of the distinctive pattern between the first and the second image.
  • the position of the vehicle with respect to the detected visual mark can be easily determined and constructive on the known position of the visual marking in the defined area thus an absolute reference position of the vehicle can be determined continuously, without the need for special reflective markers, transponders or the like. must be laid in advance in the defined area.
  • use can be made, for example, of using the method according to the invention in storage logistics of existing visual markings, such as markers already present on the floor in the warehouse (for example storage bin numbering), on the walls or on the ceilings of the store. In this case, no investment is required at all to attach the visual markers.
  • a first digital image of a section of the defined area in the surroundings of the vehicle is recorded to capture the relative movement of the vehicle, at least one distinctive pattern in the first digital image is determined, then a second digital image of a second output Section taken in the vicinity of the vehicle, and in the second digital image, the distinctive pattern is determined, so that from the displacement of the distinctive pattern between the first and the second image, the relative movement of the vehicle is determined.
  • at least one distinctive pattern is then also determined in the second digital image, which is subsequently determined in a further digital image at a later time.
  • This method ie the relative position determination by detecting the relative movement is - as well as that for determining the absolute reference position - continuously repeated.
  • optical flow ie the relative position determination by detecting the relative movement
  • the relative movement of the vehicle is determined with respect to the last detected absolute reference position and from a combination of absolute reference position and Relative movement, the position of the vehicle is determined in the defined range. In the event that no absolute reference position can be determined (because in the recorded digital image just no visual mark can be determined), therefore, the determined relative movement and the previously determined absolute reference position is used. By merging the two data streams, a predetermined measurement accuracy is ensured in a simple manner.
  • a probable position is predetermined in dependence on the determined relative movement and the visual associated with this position Marker is searched in the captured image. Accordingly, the knowledge of the current position of the vehicle from the relative movement can be used for process acceleration. However, not only is the speed of the position sensing method accelerated, but also the stability of the method is increased. If a visual image can not be clearly identified from a current image, it can still be identified with a very high probability due to the recourse to the determined relative movement, and the vehicle can therefore be assigned an absolute reference position.
  • the vehicle whose position is detected by means of the method according to the invention picks up a product, it is favorable if an identification of the goods picked up by the vehicle is also detected.
  • other properties of the picked-up product such as e.g. Shape, packaging or color of the goods.
  • the device of the initially cited type is characterized in that an imaging sensor device is provided for detecting the relative movement of the vehicle.
  • an imaging sensor device for determining the absolute reference position and an imaging sensor device, in particular a digital camera, for detecting the relative movement of the vehicle, the already explained in connection with the aforementioned method according to the invention advantages, so that in order to avoid repetition of the above References.
  • the same digital camera can be used to detect the relative movement, which is used to determine the absolute reference position.
  • it is of course also possible provide only imaging sensor device which is intended both for determining the absolute reference position and for detecting the Realtivmony the vehicle.
  • a digital camera is provided as the imaging sensor device.
  • the Imaging Source can be used, which has an image resolution of 640 x 480 pixels and a recording of grayscale images (8 bits per Pixels). Color images are by no means absolutely necessary, but it would be possible to use a color digital camera to distinguish the visual markings not only by their shape but also by their color.
  • a digital image is taken every 16 ms in order to be able to accurately track the relative movement even at higher speeds and with narrower, faster rotational movements.
  • the imaging sensor devices for determining the absolute reference position and / or for detecting the relative movement on a bottom surface on which the vehicle is moved are addressed, for example, when using the device according to the invention in the field of inventory management markings in the ground area can be used as in warehouses usually designations of storage areas or storage areas, eg AB17, are attached to the ground.
  • boundary strips for identifying the routes in the camp can be detected as visual markers; It is also possible to record visual markings on a warehouse or hall ceiling.
  • 1 is a flow chart of the steps of a method for obtaining the position of a vehicle in a defined area
  • Figure 2 is a view of a forklift with two imaging sensor devices.
  • FIG. 3 schematically shows a perspective view of a forklift together with visual markings
  • FIG. 3a shows schematically a perspective view similar to FIG. 3, wherein only a single imaging sensor device is provided.
  • a recording I 1 of the surroundings of a vehicle 4 (see FIGS. 2 and 3) is made with a digital camera 1.
  • a visual marking 2 is determined whose absolute position in the defined area is known.
  • the absolute reference position 3 of the vehicle 4 is determined. This determination of an absolute reference position 3 is repeated continuously.
  • a digital recording 5 1 at a time tl and a digital recording 5 1 1 at a time t2 made.
  • a marked pattern 6 is determined according to the so-called "optical flow” method in the digital image 5 ', and then this marked pattern detected in the image 5' is determined in the digital image 5 ' 1 in method step 7, and a further step determines the relative movement 8 and thus the relative position of the vehicle from the displacement (movement) of the pattern between the image 5 'and the image 5 1 1.
  • the absolute reference position and the relative position are fused together and thus determines the position 10 of the vehicle 4 in the defined area.
  • FIGS. 2 and 3 a vehicle or a forklift 4 is respectively sketched, which is provided with a digital camera 1 for determining its absolute reference position as well as with a digital camera 5 for determining the relative movement and thus the relative position of the vehicle 4.
  • the digital camera 1 for determining the reference position is arranged in the roof area of the vehicle 4, the digital camera 5 for detecting the relative movement in the area of the rear area of the vehicle 4, ie near the ground (the arrangement of the digital cameras 1, 5 can also be at other locations of the vehicle 4).
  • the position determination of the vehicle 4 in the defined area, ie, for example, a warehouse is of great importance in warehouse logistics, for example to ensure automatic identification of goods in a warehouse and, associated therewith, automatic batch tracking. As can be seen in FIGS.
  • the two digital cameras 1, 5 each receive a local section 11, 12 of the defined area, the two digital cameras 1, 5 being directed to the floor 13 in the preferred embodiment.
  • the images taken by the two digital cameras 1, 5 are then transmitted to a data processing system 15, with which subsequently the evaluation of the images 1 ', 5', 5 1 'taken by the digital cameras 1, 5 takes place, as already ' related described with Fig. 1.
  • the vehicle 4 can in this case receive a product 14, which is also associated with a visual identification 14 ';
  • other visual properties such as shape, packaging, color of the goods 14, can be detected.
  • designations of storage areas or storage areas can be used as visual markings 2, which can be arranged predominantly on the floor 13 or also on the storage or hall ceiling (not shown).
  • the visual markings 2 can also be arranged on a wall 13 'or a pillar, but here there is a risk that such visual markings are concealed by goods located in the warehouse.
  • numerals (and letters) provided in particular by means of an ink application can be provided as visual markings 2.
  • These numbers (book Bars) whose position in the defined area, ie in the warehouse, is known and whose coordinates are stored in a database, are advantageously provided with a rectangular border 2 1 .
  • the edges of the rectangular border 2 1 can hereby be used to determine the relative orientation of the marking to the vehicle 4, the numbers serving to identify the visual marking 2 and to resolve the inherent symmetry of the rectangular border 2 '.
  • the identification of a visual marking 2 is carried out, for example, by means of known pattern recognition methods (so-called "pattern matching") or can take place on the basis of the position relative to other visual markings.
  • the position of the visual markings 2 relative to the vehicle 4 can be due to the geometric properties the individual marking - eg their dominant axis - or by the geometric properties of several visual markers 2, ie their arrangement to each other, are determined.
  • the camera 5 detects prominent patterns 6, which basically occur in every object with a surface structure.
  • the floor 13 of a warehouse usually has such a continuous, changing surface structure, which is extremely well suited as an object for finding distinctive patterns 6.
  • two consecutive digital images 5 1 , 5 ' 1 are compared with each other by the digital camera 5 and matched to one another, as already described in connection with FIG. 1 Pattern examined. From the movement of these striking patterns and the time passed between the recordings can be closed on the relative movement between the vehicle 4 and the defined environment and thus the relative position of the vehicle 4 can be determined.
  • the rotation of the vehicle 4 can be determined either from a plurality of sensors mounted at a greater distance from each other on the vehicle 4 , or from the kinematic restrictions of the vehicle 4 be directed.
  • a single digital camera 1 in the roof area of the vehicle or forklift 4 can be provided, via which both the determination of the absolute reference position 3 and the detection of the relative movement 8 takes place.
  • the determination of the absolute reference position 3 and the relative movement 8 and, as a result, the relative position of the vehicle is dependent on the respectively present properties of the defined area (number and position of the visual markings 2, characteristics of the surface structure of the ground 13 for pattern recognition) and the travel paths of the vehicle Vehicle 4. Accordingly, each position measurements are determined with different frequency and quality.
  • the more visual markings 2 are detected by the absolute measuring method the more accurate the absolute position of the vehicle 4 can be determined, since not only an averaging of the measurement errors can take place, but also the relative positions of the markers 2 are known to each other.
  • the more continuous and pronounced the surface structure is in the relative position determination by the relative measuring method the more precisely can the relative movement and thus the relative position of the vehicle 4 be determined.
  • the integration over time which is necessary in this measurement method, can lead to a possible continuously increasing deviation (integration drift) from the actual position of the vehicle 4 in the case of suboptimal properties of the defined region.
  • the two measuring methods are combined with one another, ie that between two time points at which the absolute reference position determination is performed by the absolute measuring method Determination of the absolute position in each case the last measured reference position is summed to the measured in the meantime relative movement.
  • various methods are known, with data with statistical error often the use of a extended cayman filter is done.

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Abstract

The invention relates to a method and an apparatus for capturing the position of a vehicle (4) in a defined region, wherein a digital image (1’) of the surrounding area of the vehicle (4) is taken for capturing a reference position (3), at least one visual mark (2) is ascertained in the digital image (1’), and the reference position (3) of the vehicle (4) in relation to the ascertained visual mark (2) is determined, and a first digital image (5’) of a section of the defined region in the surrounding area of the vehicle (4) is taken for capturing the relative movement (8) of the vehicle, at least one pronounced pattern (6) is ascertained in the first digital image (6’), thereafter a second digital image (5’’) of a second section in the surrounding area of the vehicle (4) is taken, and the pronounced pattern (6) is ascertained in the second digital image (5’’) such that the shift of the pronounced pattern (6) between the first and second images (5’, 5’’) is used to ascertain the relative movement of the vehicle (4).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich Method and device for detecting the position of a vehicle in a defined area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich, wobei eine absolute Referenzposition des Fahrzeuges und eine Relativbewegung des Fahrzeuges erfasst werden, wobei zum Erfassen der absoluten Referenzposition ein digitales Bild der Umgebung des Fahrzeuges aufgenommen wird, in dem digitalen Bild zumindest eine visuelle Markierung ermittelt wird und die Referenzposition des Fahrzeuges in Bezug auf die ermittelte visuelle Markierung bestimmt wird, sowie eine Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich, wobei zumindest eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Referenzposition des Fahrzeuges und zum Erfassen einer Relativbewegung des Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei eine bildgebende Sensoreinrichtung zum Bestimmen der Referenzposition vorgesehen ist.The invention relates to a method for detecting the position of a vehicle in a defined area, wherein an absolute reference position of the vehicle and a relative movement of the vehicle are detected, wherein for detecting the absolute reference position, a digital image of the surroundings of the vehicle is taken, in the digital image at least one visual marking is determined and the reference position of the vehicle with respect to the determined visual marking is determined, and a device for detecting the position of a vehicle in a defined area, wherein at least one sensor device for detecting a reference position of the vehicle and for detecting a relative movement of the vehicle is provided, wherein an imaging sensor device is provided for determining the reference position.
Die Erfassung der aktuellen Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich ist in den verschiedensten Anwendungen von hoher Bedeutung. Beispielsweise ist die Positionsbestimmung von Flurförderfahrzeugen (z.B. von Gabelstaplern) im Bereich der Lagerlogistik (Lagerverwaltung) von großer Bedeutung, da hierdurch eine automatische Chargenverfolgung ermöglicht wird. Hierzu sind verschiedenste Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, wobei es insbesondere bekannt ist, eine absolute Referenzposition des Fahrzeuges zu erfassen ebenso wie die Relativbewegung des Fahrzeuges und somit die aktuelle Position des Fahrzeuges mit Hilfe eines Koppelnavigationssystems zu bestimmen.The detection of the current position of a vehicle in a defined range is of great importance in a wide variety of applications. For example, determining the position of industrial trucks (for example, forklifts) in the field of warehouse logistics (warehouse management) is of great importance, since this enables automatic batch tracking. For this purpose, a variety of methods and devices are known, it is particularly known to detect an absolute reference position of the vehicle as well as the relative movement of the vehicle and thus to determine the current position of the vehicle using a dead reckoning system.
Aus der DE 44 29 016 Al ist ein Navigationssystem von fahrerlosen Fahrzeugen, insbesondere von Transportsystemen in Hallen, bekannt, welche mittels eines mit dem Fahrzeug bewegten bildgebenden Sensors kontrastreiche Objekte in der Umgebung, insbesondere Deckenleuchten, aufnehmen. Aus der Lage dieser Deckenleuchten werden sodann Position und Lagewinkel des Fahrzeuges bestimmt. Durch die Verwendung der kontrastreichen Deckenleuchten für die Erfassung einer absoluten Referenzposition sollen die Kosten des Navigationssystems gering gehalten werden. Abgesehen davon, dass die Unterscheidung - üblicherweise gleich ausgestalteter - Deckenleuchten über einen optischen Sensor, z.B. bei einer CCD-Kamera oder Photodioden-Arrays, und somit auch die Bestimmung der Fahrtrichtung, tatsächlich nicht bzw. jedenfalls nur mit einer hohen Fehlerguote machbar ist, ist zum Erfassen der Relativbewegung des fahrerlosen Fahrzeuges ein Nachlaufrad vorgesehen, das über eine vertikale Achse und um diese drehbar mit dem Fahrzeug verbunden ist. Aus dem Drehwinkel des Rades um seine Achse und aus dem Drehwinkel des horizontalen Versatzes um die vertikale Achse soll somit über eine Koppelnavigation die Position des Fahrzeuges bestimmt werden. In der Praxis haben sich derartige Nachlaufräder jedoch (insbesondere aufgrund von Problemen mit Schlupf und Drift) als äußerst ungenau erwiesen.From DE 44 29 016 Al, a navigation system of driverless vehicles, in particular of transport systems in halls, known, which record by means of an image sensor moving with the vehicle high-contrast objects in the environment, especially ceiling lights. From the location of these ceiling lights then position and angle of the vehicle are determined. By using the high-contrast ceiling lights for the detection of an absolute reference position, the costs of the navigation system should be kept low. Apart from the fact that the distinction - usually identically designed - Ceiling lights on an optical sensor, eg in a CCD camera or photodiode arrays, and thus the determination of the direction of travel, in fact, or at least only with a high error fins is feasible is provided for detecting the relative movement of the driverless vehicle, a trailing wheel, which is connected via a vertical axis and about this rotatably connected to the vehicle. From the angle of rotation of the wheel about its axis and from the angle of rotation of the horizontal offset about the vertical axis, the position of the vehicle is thus to be determined via dead reckoning. In practice, however, such trailing wheels have proved to be extremely inaccurate (in particular due to problems with slippage and drift).
Aus der WO 01/13192 Al ist weiters ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges bekannt, bei welchem an der Decke einer Lagerhalle zuvor reflektierende Markierungen angebracht werden müssen, welche von dem Fahrzeug beim Unterfahren einer Markierung erfasst werden können, so dass hierdurch zu diesem Zeitpunkt eine Referenzposition erfasst und gespeichert werden kann. Zudem ist gemäß der WO-Schrift ein Rad- Encoder vorgesehen, der in zeitlichen Abständen die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke erfasst; weiters wird mittels eines Gyroskops der Drehwinkel des Fahrzeuges erϊasst. Die aktuelle Position des Fahrzeuges kann sodann mittels Koppelnavigation aus Referenzposition und der mittels Vektoraddition ermittelten relativen Wegstrecke bestimmt werden. Nachteilig ist hier insbesondere, dass die Montage der reflektierenden Markierungen im Deckenbereich einer Lagerhalle sehr aufwändig und kostenintensiv ist und zudem das Erfassen der Referenzposition nicht immer zuverlässig gewährleistet ist. Weiters ergeben sich bei der Messung der Relativbewegung mittels des Rad-Encoders und eines Gyroskops Probleme bei Schlupf und Drift (z.B. Durchdrehen der Räder) des Fahrzeuges, so dass häufig eine unrichtige relative Wegstrecke, insbesondere bei engeren, schnelleren Drehbewegungen, ermittelt wird.From WO 01/13192 Al a method and a device for detecting the position of a vehicle is further known in which on the ceiling of a warehouse previously reflective markings must be attached, which can be detected by the vehicle when driving under a marker, so that As a result, a reference position can be detected and stored at this time. In addition, according to the WO document, a wheel encoder is provided which detects the distance traveled by the vehicle at intervals; Furthermore, the angle of rotation of the vehicle is determined by means of a gyroscope. The current position of the vehicle can then be determined by means of dead reckoning from the reference position and the relative distance determined by means of vector addition. The disadvantage here in particular that the installation of the reflective markers in the ceiling area of a warehouse is very complex and expensive and also the detection of the reference position is not always guaranteed reliable. Further, in the measurement of the relative movement by means of the wheel encoder and a gyroscope, problems of slippage and drift (e.g., wheel spin) of the vehicle arise, so that an incorrect relative travel is often detected, especially with narrower, faster rotational motions.
Um diese Nachteile bei der Erfassung der Relativbewegung, insbesondere bei engeren, schnelleren Drehbewegungen, zu beseitigen, wird in der EP- 1 916 504 A2 vorgeschlagen, digitale Bilddaten einer Referenzfläche von aufeinander folgenden diskreten Frames zu erfassen, sodann den ersten von zwei aufeinander folgenden Frames in mehrere Makroblöcke zu unterteilen, um diese Makroblöcke darauffolgend im zweiten Frame zu ermitteln, wobei in Abhängigkeit der Verschiebungsvektoren der Positionen der Makroblöcke die Relativverschiebung des Fahrzeuges bestimmt werden kann. Hierdurch können zwar die Messungenauigkeiten, die beim Ermitteln der Relativbewegung mittels eines Rad-Encoders und eines Gyroskops auftreten, beseitigt werden, jedoch handelt es sich nachteiligerweise um ein relativ aufwändiges Bildverarbeitungsverfahren, welches vergleichsweise langsam ist und einen hohen Speicherbedarf aufweist. Nachteilig ist jedoch insbesondere, dass zur Erfassung der absoluten Referenzposition auch gemäß der EP 1 916 504 nach wie vor die sehr aufwändige und kostenintensive Montage von reflektierenden Markierungen im Deckenbereich erforderlich ist.In order to eliminate these disadvantages in the detection of the relative movement, in particular with narrower, faster rotational movements, EP-1 916 504 A2 proposes to acquire digital image data of a reference surface of successive discrete frames, then to divide the first of two successive frames into a plurality of macroblocks to subsequently determine these macroblocks in the second frame, depending on the displacement vectors of the positions of the macroblocks the relative displacement of the vehicle can be determined. In this way, although the measurement inaccuracies that occur when determining the relative movement by means of a wheel encoder and a gyroscope can be eliminated, but it is disadvantageous to a relatively complex image processing method, which is relatively slow and has a high memory requirement. However, it is particularly disadvantageous that, according to EP 1 916 504, the very complex and expensive installation of reflective markings in the ceiling area is still required to detect the absolute reference position.
Ein ähnliches Verfahren bzw. eine ähnliche Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzposition eines Fahrzeuges in einer Lagerhalle ist weiters aus der US 2007/10143006 Al bekannt. Hier werden eine Vielzahl von Transpondern am Hallenboden angebracht, mit deren Hilfe sodann eine Referenzposition des Fahrzeuges ermittelt werden soll. Auch hierbei handelt es sich um ein technisch sehr komplexes System mit einer Vielzahl von Sensoren, die vor allem bei flächenmäßig großen definierten Bereichen einen äußerst hohen Installations- und Investitionsaufwand verursachen.A similar method or a similar device for detecting a reference position of a vehicle in a warehouse is further known from US 2007/10143006 A1. Here are a variety of transponders attached to the hall floor, with the help then a reference position of the vehicle to be determined. Again, this is a technically very complex system with a large number of sensors, which cause a very high installation and investment costs, especially in large area defined areas.
In der DE 103 46 596 Al wird ebenfalls die Erfassung einer absoluten Referenzposition mit Hilfe von zuvor verlegten Messstreifen vorgeschlagen. Weiters wird mit Hilfe einerDE 103 46 596 A1 also proposes the detection of an absolute reference position with the aid of previously installed measuring strips. Furthermore, with the help of a
Inkrementalpositions-Erfassungseinheit durch vektorielle Summa- tion inkrementaler Bewegungsvektoren eine relative Positionsbestimmung vorgenommen, wobei ein Parameter zum Anzeigen der Qualität der erfassten Absolutposition ermittelt wird. In Abhängigkeit von der Qualität dieses Parameters wird die Position des Fahrzeuges im vorgegebenen Bereich entweder im Absolutmodus oder jedoch im Inkrememtalmodus ausgegeben, d.h. nachteiligerweise werden hier die absoluten und relativen Messergebnisse nicht - A - miteinander verschmolzen, sondern es wird die Messung schlechterer Qualität zur Gänze verworfen.Incremental position detection unit by vectorial summation of incremental motion vectors made a relative position determination, wherein a parameter for indicating the quality of the detected absolute position is determined. Depending on the quality of this parameter, the position of the vehicle in the predetermined range is output either in the absolute mode or in the incremental mode, ie, disadvantageously, the absolute and relative measurement results are not here - A - fused together, but it is the measurement of poorer quality completely discarded.
Aus der US 2007/0150111 Al ist noch ein omnidirektionaler Roboter bekannt, der bodenseitig einen so genannten „Optical flow"- Sensor aufweist, mit welchem die Relativbewegung des Roboters erfasst wird. Die Erfassung einer Referenzposition in einem vordefinierten Bereich ist hierbei jedoch nicht vorgesehen.Another omnidirectional robot is known from US 2007/0150111 A1, which has on the bottom side a so-called "optical flow" sensor, with which the relative movement of the robot is detected, however the detection of a reference position in a predefined area is not provided.
Aus der DE 103 23 225 Al und der DE 103 23 418 Al sind andersartige Verfahren zur Erkennung von Ortsmarken durch eine nach oben schauende Kamera bekannt. Hierbei erfolgt keine Positionsbestimmung eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich, sondern es wird punktuell bestimmt, ob Formen von Objektmarken identisch mit jenen von Bezugsmarken sind, ob der Abstand zwischen den Objektmarken mit jenen zwischen den Bezugsmarken identisch ist, und, ob das Umgebungsbild von Objektmarken mit jenen von den Bezugsmarken identisch ist. Hierdurch kann - sofern eine Objektmarke als Ortsmarke identifiziert wird - punktuell der Ort einer Roboterreinigungsvorrichtung bestimmt werden.DE 103 23 225 A1 and DE 103 23 418 A1 disclose different methods for detecting placemarks by means of an upwardly-looking camera. Here, no position determination of a vehicle in a defined area, but it is selectively determined whether shapes of object marks are identical to those of reference marks, whether the distance between the object marks is identical to those between the reference marks, and whether the surrounding image of object marks with identical to the reference marks. In this way - if an object mark is identified as a placemark - the location of a robot cleaning device can be determined at certain points.
Aus der DE 103 42 767 Al ist zudem ein Transponder-unterstütztes Positioniersystem bekannt, in welchem eine Vielzahl von verteilt angeordneten, in den Boden des Lagers eingebrachten Transponder- einrichtungen vorgesehen werden muss. Jede Transpondereinrich- tung speichert hierbei Informationen, die zumindest indirekt die Position der entsprechenden Transporteinrichtung innerhalb des Lagers repräsentieren. Hiermit soll eine Position mit der Waren innerhalb des Lagers eingelagert werden, bestimmt und gespeichert werden können. Da bei einem derartigen System somit die Einbringungen einer Vielzahl von verteilt angeordneten Transpon- dern in einem Lagerboden erforderlich ist, ist ein derartiges System äußerst aufwändig und kostenintensiv.From DE 103 42 767 Al a transponder-aided positioning system is also known, in which a plurality of distributed disposed, introduced into the bottom of the bearing transponder devices must be provided. In this case, each transponder device stores information which at least indirectly represents the position of the corresponding transport device within the bearing. This is to a position with the goods can be stored within the camp, determined and stored. Since in such a system the incorporation of a large number of distributed transponders in a storage floor is thus required, such a system is extremely complicated and expensive.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angeführten Art zu schaffen, wobei der Installations- und Investitionsaufwand zum Erfassen einer absoluten Referenzposition gering gehalten werden kann, zugleich jedoch eine genaue Positionsbestimmung des Fahrzeuges im definierten Bereich gewährleistet ist. Erfindungsgemäß wird dies bei dem Verfahren der eingangs angeführten Art dadurch erzielt, dass zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges ein erstes digitales Bild eines Ausschnitts des definierten Bereichs in der Umgebung des Fahrzeuges aufgenommen wird, in dem ersten digitalen Bild zumindest ein markantes Muster ermittelt wird, anschließend ein zweites digitales Bild eines zweiten Ausschnitts in der Umgebung des Fahrzeuges aufgenommen wird, und in dem zweiten digitalen Bild das markante Muster ermittelt wird, so dass aus der Verschiebung des markanten Musters zwischen dem ersten und dem zweiten Bild die Relativbewegung des Fahrzeuges ermittelt wird.The aim of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus of the type mentioned, wherein the installation and investment costs for detecting an absolute reference position can be kept low, but at the same time an accurate positioning of the vehicle is guaranteed in the defined range. According to the invention this is achieved in the method of the type mentioned in that for detecting the relative movement of the vehicle, a first digital image of a section of the defined area is recorded in the environment of the vehicle, in the first digital image at least one striking pattern is determined, then a second digital image of a second section is taken in the vicinity of the vehicle, and in the second digital image, the distinctive pattern is determined, so that the relative movement of the vehicle is determined from the displacement of the distinctive pattern between the first and the second image.
Durch die Aufnahme eines digitalen Bilds der Umgebung des Fahrzeuges, d.h. eines lokalen Ausschnitts aus dem vorab definierten Bereich und der Ermittlung einer visuellen Markierung in dem digitalen Bild, wobei die Position dieser visuellen Markierung im definierten Bereich unverändert bleibt, kann auf einfache Weise die Position des Fahrzeuges in Bezug auf die detektierte visuelle Markierung bestimmt werden und aufbauend auf der bekannten Position der visuellen Markierung in dem definierten Bereich somit eine absolute Referenzposition des Fahrzeuges laufend ermittelt werden, ohne dass hierfür spezielle reflektierende Markierungen, Transponder oder dergl . vorab in den definierten Bereich verlegt werden müssen. Vorteilhafterweise kann beispielsweise bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Lagerlogistik von bereits bestehenden visuellen Markierungen, wie beispielsweise im Lager bereits vorhandenen Markierungen am Boden (z.B. Lagerplatz-Nummerierung) , an den Wänden oder an den Decken des Lagers, Gebrauch gemacht werden. In diesem Fall sind demzufolge überhaupt keine Investitionen zu Anbringung der visuellen Markierungen erforderlich.By capturing a digital image of the surroundings of the vehicle, i. a local section of the predefined area and the determination of a visual mark in the digital image, wherein the position of this visual mark remains unchanged in the defined range, the position of the vehicle with respect to the detected visual mark can be easily determined and constructive on the known position of the visual marking in the defined area thus an absolute reference position of the vehicle can be determined continuously, without the need for special reflective markers, transponders or the like. must be laid in advance in the defined area. Advantageously, use can be made, for example, of using the method according to the invention in storage logistics of existing visual markings, such as markers already present on the floor in the warehouse (for example storage bin numbering), on the walls or on the ceilings of the store. In this case, no investment is required at all to attach the visual markers.
Um zusätzlich zu der absoluten Referenzposition auf einfache und genaue Weise eine relative Positionsbestimmung in Echtzeit vorzunehmen, wird zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges ein erstes digitales Bild eines Ausschnitts des definierten Bereichs in der Umgebung des Fahrzeuges aufgenommen, in dem ersten digitalen Bild zumindest ein markantes Muster ermittelt wird, anschließend ein zweites digitales Bild eines zweiten Aus- Schnitts in der Umgebung des Fahrzeuges aufgenommen, und in dem zweiten digitalen Bild das markante Muster ermittelt wird, so dass aus der Verschiebung des markanten Musters zwischen dem ersten und dem zweiten Bild die Relativbewegung des Fahrzeuges ermittelt wird. Selbstverständlich wird auch in dem zweiten digitalen Bild sodann wiederum zumindest ein markantes Muster ermittelt, welches anschließend in einem weiteren digitalen Bild zu einem späteren Zeitpunkt ermittelt wird. Dieses Verfahren, d.h. die relative Positionsbestimmung mittels Erfassung der Relativbewegung wird - ebenso wie jenes zur Bestimmung der absoluten Referenzposition - laufend wiederholt. Grundsätzlich sind derartige Verfahren zum Erfassen von Relativbewegungen in der Bildverarbeitung bzw. in der optischen Messtechnik bekannt und werden als so genannte „Optical flow"-Messverfahren bezeichnet.In order to perform a relative position determination in real time in a simple and accurate manner in addition to the absolute reference position, a first digital image of a section of the defined area in the surroundings of the vehicle is recorded to capture the relative movement of the vehicle, at least one distinctive pattern in the first digital image is determined, then a second digital image of a second output Section taken in the vicinity of the vehicle, and in the second digital image, the distinctive pattern is determined, so that from the displacement of the distinctive pattern between the first and the second image, the relative movement of the vehicle is determined. Of course, at least one distinctive pattern is then also determined in the second digital image, which is subsequently determined in a further digital image at a later time. This method, ie the relative position determination by detecting the relative movement is - as well as that for determining the absolute reference position - continuously repeated. Basically, such methods for detecting relative movements in image processing or in optical measurement technology are known and are referred to as so-called "optical flow" measuring method.
Da sich aus der bei der relativen Positionsbestimmung aufgrund der Relativbewegung notwendigen Integration über die Zeit eine kontinuierlich anwachsende Abweichung ergeben kann, ist es günstig, wenn die Relativbewegung des Fahrzeuges in Bezug auf die zuletzt erfasste absolute Referenzposition ermittelt wird und aus einer Kombination von absoluter Referenzposition und Relativbewegung die Position des Fahrzeuges im definierten Bereich bestimmt wird. In dem Fall, dass keine absolute Referenzposition ermittelt werden kann (weil in dem aufgenommenen digitalen Bild gerade keine visuelle Markierung ermittelt werden kann) , wird demnach auf die ermittelte Relativbewegung und die zuvor ermittelte absolute Referenzposition zurückgegriffen. Durch die Verschmelzung der beiden Datenströme ist auf einfache Weise eine vorbestimmte Messgenauigkeit gewährleistet.Since from the necessary in the relative position determination due to the relative movement integration over time can result in a continuously increasing deviation, it is advantageous if the relative movement of the vehicle is determined with respect to the last detected absolute reference position and from a combination of absolute reference position and Relative movement, the position of the vehicle is determined in the defined range. In the event that no absolute reference position can be determined (because in the recorded digital image just no visual mark can be determined), therefore, the determined relative movement and the previously determined absolute reference position is used. By merging the two data streams, a predetermined measurement accuracy is ensured in a simple manner.
Um auf einfache Weise auf die von den visuellen Markierungen vordefinierten absoluten Referenzpositionen zugreifen zu können, ist es günstig, wenn die Positionen der visuellen Markierungen innerhalb des definierten Bereichs in einer Datenbank abgespeichert werden.In order to be able to access the absolute reference positions predefined by the visual markings in a simple manner, it is advantageous if the positions of the visual markings within the defined area are stored in a database.
Um die Ermittlung der visuellen Markierung in dem digitalen Bild zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit der ermittelten Relativbewegung eine wahrscheinliche Position vorherbestimmt wird und die dieser Position zugehörige visuelle Markierung in dem aufgenommenen Bild gesucht wird. Demnach kann die Kenntnis der aktuellen Position des Fahrzeuges aus der Relativbewegung zur Verfahrensbeschleunigung verwendet werden. Es wird jedoch nicht nur die Geschwindigkeit des Positionserfas- sungsverfahrens beschleunigt, sondern auch die Stabilität des Verfahrens erhöht. Sofern aus einem aktuellen Bild nämlich keine visuelle Markierung eindeutig identifizierbar sein sollte, so kann sie aufgrund des Rückgriffs auf die ermittelte Relativbewegung dennoch mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit identifiziert werden und dem Fahrzeug demzufolge eine absolute Referenzposition zugeordnet werden.In order to accelerate the determination of the visual marking in the digital image, it is advantageous if a probable position is predetermined in dependence on the determined relative movement and the visual associated with this position Marker is searched in the captured image. Accordingly, the knowledge of the current position of the vehicle from the relative movement can be used for process acceleration. However, not only is the speed of the position sensing method accelerated, but also the stability of the method is increased. If a visual image can not be clearly identified from a current image, it can still be identified with a very high probability due to the recourse to the determined relative movement, and the vehicle can therefore be assigned an absolute reference position.
Sofern das Fahrzeug, dessen Position mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst wird, eine Ware aufnimmt, ist es günstig, wenn ebenso eine Kennzeichnung der von dem Fahrzeug aufgenommenen Ware erfasst wird. Alternativ bzw. zusätzlich können auch andere Eigenschaften der aufgenommenen Ware, wie z.B. Form, Verpackung oder Farbe der Ware, erfasst werden. Dadurch kann z.B. mit Hilfe eines angeschlossenen Lagerverwaltungs- oder Staplerleitsystems, welches die Daten des aufgenommenen Artikels speichert, auf die aktuelle Position geschlossen werden und somit ein weiterer Rückschluss auf die absolute Position des Fahrzeuges erzielt werden, wodurch wiederum das Messverfahren plausibilisiert wird.If the vehicle whose position is detected by means of the method according to the invention picks up a product, it is favorable if an identification of the goods picked up by the vehicle is also detected. Alternatively or additionally, other properties of the picked-up product, such as e.g. Shape, packaging or color of the goods. Thereby, e.g. with the help of a connected warehouse management or Stacker guidance system, which stores the data of the recorded article are closed to the current position and thus a further conclusion on the absolute position of the vehicle can be achieved, which in turn makes the measurement process plausible.
Die Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass eine bildgebende Sensoreinrichtung zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges vorgesehen ist. Durch das Vorsehen einer bildgebenden Sensoreinrichtung zur Bestimmung der absoluten Referenzposition und einer bildgebenden Sensoreinrichtung, insbesondere einer Digitalkamera, zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges, ergeben sich die bereits in Zusammenhang mit dem vorstehend genannten erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile, so dass zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Ausführungen verwiesen wird. Hierbei kann zum Erfassen der Relativbewegung beispielsweise die gleiche Digitalkamera verwendet werden, welche zur Bestimmung der absoluten Referenzposition verwendet wird. Anstelle von zwei gesonderten bildgebenden Sensoreinrichtungen, d.h. insbesondere Digitalkameras, ist es selbstverständlich ebenso möglich eine einzige bildgebende Sensoreinrichtung vorzusehen, welche sowohl zur Bestimmung der absoluten Referenzposition als auch zum Erfassen der Realtivbewegung des Fahrzeuges vorgesehen ist. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn als bildgebende Sensoreinrichtung eine Digitalkamera vorgesehen ist. Hierbei kann beispielsweise ein Modell Genie HM 1400 der Firma Dalsa mit einer Bildauflösung von 1600 x 1200 Pixel oder ein Modell der Modellserie DMK der Firma The Imaging Source verwendet werden, welches eine Bildauflösung von 640 x 480 Pixel und eine Aufnahme von Graustufenbildern (8 Bit pro Pixel) ermöglicht. Farbaufnahmen sind keinesfalls zwingend erforderlich, doch wäre es bei Verwendung einer farbigen Digitalkamera möglich, die visuellen Markierungen nicht nur anhand ihrer Form, sondern auch anhand ihrer Farbe zu unterscheiden.The device of the initially cited type is characterized in that an imaging sensor device is provided for detecting the relative movement of the vehicle. By providing an imaging sensor device for determining the absolute reference position and an imaging sensor device, in particular a digital camera, for detecting the relative movement of the vehicle, the already explained in connection with the aforementioned method according to the invention advantages, so that in order to avoid repetition of the above References. In this case, for example, the same digital camera can be used to detect the relative movement, which is used to determine the absolute reference position. Instead of two separate imaging sensor devices, ie in particular digital cameras, it is of course also possible provide only imaging sensor device which is intended both for determining the absolute reference position and for detecting the Realtivbewegung the vehicle. In particular, it is advantageous in this case if a digital camera is provided as the imaging sensor device. In this case, for example, a model Genie HM 1400 from Dalsa with an image resolution of 1600 x 1200 pixels or a model of the model series DMK The Imaging Source can be used, which has an image resolution of 640 x 480 pixels and a recording of grayscale images (8 bits per Pixels). Color images are by no means absolutely necessary, but it would be possible to use a color digital camera to distinguish the visual markings not only by their shape but also by their color.
Vorteilhafterweise wird hierbei alle 16 ms ein digitales Bild gemacht, um die Relativbewegung auch bei höheren Geschwindigkeiten und bei engeren, schnelleren Drehbewegungen genau nachverfolgen zu können.Advantageously, a digital image is taken every 16 ms in order to be able to accurately track the relative movement even at higher speeds and with narrower, faster rotational movements.
Wenn die bildgebenden Sensoreinrichtungen zum Bestimmen der absoluten Referenzposition und/oder zum Erfassen der Relativbewegung auf eine bodenseitige Fläche, auf welcher das Fahrzeug bewegt wird, gerichtet sind, kann beispielsweise bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Lagerverwaltung auf Markierungen im Bodenbereich zurückgegriffen werden, da in Lagern üblicherweise Bezeichnungen von Lagerplätzen oder Lagerbereichen, z.B. AB17, am Boden angebracht sind. Selbstverständlich können jedoch auch Begrenzungsstreifen zum Kennzeichnen der Fahrwege im Lager als visuelle Markierungen erfasst werden; auch das Erfassen von visuellen Markierungen an einer Lager- bzw. Hallendecke ist möglich.If the imaging sensor devices for determining the absolute reference position and / or for detecting the relative movement on a bottom surface on which the vehicle is moved, are addressed, for example, when using the device according to the invention in the field of inventory management markings in the ground area can be used as in warehouses usually designations of storage areas or storage areas, eg AB17, are attached to the ground. Of course, however, boundary strips for identifying the routes in the camp can be detected as visual markers; It is also possible to record visual markings on a warehouse or hall ceiling.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels, auf das sie jedoch keinesfalls beschränkt sein soll, noch näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment shown in the drawings, to which, however, it should by no means be restricted.
Im Einzelnen zeigen in den Zeichnungen:In detail, in the drawings:
Fig. 1 ein Flussdiagramm der Schritte eines Verfahrens zur Er- fassung der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich;1 is a flow chart of the steps of a method for obtaining the position of a vehicle in a defined area;
Fig. 2 eine Ansicht eines Gabelstaplers mit zwei bildgebenden Sensoreinrichtungen;Figure 2 is a view of a forklift with two imaging sensor devices.
Fig. 3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Gabelstaplers samt visueller Markierungen; und3 schematically shows a perspective view of a forklift together with visual markings; and
Fig. 3a schematisch eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 3, wobei lediglich eine einzige bildgebende Sensoreinrichtung vorgesehen ist.3a shows schematically a perspective view similar to FIG. 3, wherein only a single imaging sensor device is provided.
In dem Flussdiagramm gemäß Fig. 1 ist ersichtlich, dass mit einer Digitalkamera 1 eine Aufnahme I1 der Umgebung eines Fahrzeuges 4 (vgl. Fig. 2 und 3) getätigt wird. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine visuelle Markierung 2 ermittelt, deren absolute Position in dem definierten Bereich bekannt ist. In Abhängigkeit der Position des Fahrzeuges 4 zu der detektierten Markierung wird sodann die absolute Referenzposition 3 des Fahrzeuges 4 bestimmt. Diese Ermittlung einer absoluten Referenzposition 3 wird laufend wiederholt.1, it can be seen that a recording I 1 of the surroundings of a vehicle 4 (see FIGS. 2 and 3) is made with a digital camera 1. Subsequently, in a further method step, a visual marking 2 is determined whose absolute position in the defined area is known. Depending on the position of the vehicle 4 to the detected mark then the absolute reference position 3 of the vehicle 4 is determined. This determination of an absolute reference position 3 is repeated continuously.
Zugleich werden mit einer weiteren Digitalkamera 5 eine digitale Aufnahme 51 zu einem Zeitpunkt tl und eine digitale Aufnahme 51 1 zu einem Zeitpunkt t2 (Zeitpunkt tl liegt zeitlich vor dem Zeitpunkt t2) getätigt. In dem digitalen Bild 5' wird sodann im nächsten Verfahrensschritt ein markantes Muster 6 gemäß dem so genannten „optical flow"-Verfahren ermittelt. Anschließend wird dieses in der Aufnahme 5 ' detektierte markante Muster im Verfahrensschritt 7 im digitalen Bild 5' 1 ermittelt und in einem weiteren Schritt die Relativbewegung 8 und somit die relative Position des Fahrzeuges aus der Verschiebung (Bewegung) des Musters zwischen dem Bild 5' und dem Bild 51 1 ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 9 werden die absolute Referenzposition und die Relativposition miteinander verschmolzen und somit die Position 10 des Fahrzeuges 4 in dem definierten Bereich bestimmt .At the same time with another digital camera 5, a digital recording 5 1 at a time tl and a digital recording 5 1 1 at a time t2 (time tl is temporally before the time t2) made. In the next step, a marked pattern 6 is determined according to the so-called "optical flow" method in the digital image 5 ', and then this marked pattern detected in the image 5' is determined in the digital image 5 ' 1 in method step 7, and a further step determines the relative movement 8 and thus the relative position of the vehicle from the displacement (movement) of the pattern between the image 5 'and the image 5 1 1. In a further process step 9, the absolute reference position and the relative position are fused together and thus determines the position 10 of the vehicle 4 in the defined area.
In Fig. 2 und 3 ist jeweils ein Fahrzeug bzw. ein Gabelstapler 4 skizziert, der mit einer Digitalkamera 1 zum Bestimmen seiner absoluten Referenzposition ebenso wie mit einer Digitalkamera 5 zur Ermittlung der Relativbewegung und somit der Relativposition des Fahrzeuges 4 versehen ist. Die Digitalkamera 1 zur Ermittlung der Referenzposition ist hierbei im Dachbereich des Fahrzeuges 4, die Digitalkamera 5 zum Erfassen der Relativbewegung im Bereich des hinteren Bereichs des Fahrzeuges 4, d.h. bodennahe, angeordnet (die Anordnung der Digitalkameras 1, 5 kann auch an anderen Stellen des Fahrzeuges 4 erfolgen) . Die Positionsbestimmung des Fahrzeuges 4 in dem definierten Bereich, d.h. beispielsweise einer Lagerhalle, ist in der Lagerlogistik von großer Bedeutung, um z.B. eine automatische Identifikation von Waren in einem Lager und damit verbunden eine automatische Chargenverfolgung zu gewährleisten. Wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, nehmen die beiden Digitalkameras 1, 5 jeweils einen lokalen Ausschnitt 11, 12 des definierten Bereichs auf, wobei die beiden Digitalkameras 1, 5 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel auf den Boden 13 gerichtet sind. Die von den beiden Digitalkameras 1, 5 aufgenommenen Bilder werden sodann zu einer Datenverarbeitungsanlage 15 übertragen, mit welcher in weiterer Folge die Auswertung der von den Digitalkameras 1, 5 aufgenommenen Bildern 1', 5', 51 ' erfolgt, wie bereits' in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Das Fahrzeug 4 kann hierbei eine Ware 14 aufnehmen, der ebenfalls eine visuelle Kennzeichnung 14' zugeordnet ist; zudem können auch andere visuelle Eigenschaften, wie z.B. Form, Verpackung, Farbe der Ware 14, erfasst werden.In FIGS. 2 and 3, a vehicle or a forklift 4 is respectively sketched, which is provided with a digital camera 1 for determining its absolute reference position as well as with a digital camera 5 for determining the relative movement and thus the relative position of the vehicle 4. The digital camera 1 for determining the reference position is arranged in the roof area of the vehicle 4, the digital camera 5 for detecting the relative movement in the area of the rear area of the vehicle 4, ie near the ground (the arrangement of the digital cameras 1, 5 can also be at other locations of the vehicle 4). The position determination of the vehicle 4 in the defined area, ie, for example, a warehouse, is of great importance in warehouse logistics, for example to ensure automatic identification of goods in a warehouse and, associated therewith, automatic batch tracking. As can be seen in FIGS. 2 and 3, the two digital cameras 1, 5 each receive a local section 11, 12 of the defined area, the two digital cameras 1, 5 being directed to the floor 13 in the preferred embodiment. The images taken by the two digital cameras 1, 5 are then transmitted to a data processing system 15, with which subsequently the evaluation of the images 1 ', 5', 5 1 'taken by the digital cameras 1, 5 takes place, as already ' related described with Fig. 1. The vehicle 4 can in this case receive a product 14, which is also associated with a visual identification 14 '; In addition, other visual properties, such as shape, packaging, color of the goods 14, can be detected.
Wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, können als visuelle Markierungen 2 insbesondere Bezeichnungen von Lagerplätzen oder Lagerbereichen verwendet werden, die vorwiegend auf dem Boden 13 bzw. auch auf der (nicht gezeigten) Lager- bzw. Hallendecke angeordnet sein können. Wie in Fig. 3 ersichtlich, können die visuellen Markierungen 2 auch auf einer Wand 13' oder einem Pfeiler angeordnet sein, wobei hier jedoch die Gefahr besteht, dass derartige visuelle Markierungen von in dem Lager befindlichen Waren verdeckt sind.As can be seen in FIGS. 2 and 3, designations of storage areas or storage areas can be used as visual markings 2, which can be arranged predominantly on the floor 13 or also on the storage or hall ceiling (not shown). As can be seen in FIG. 3, the visual markings 2 can also be arranged on a wall 13 'or a pillar, but here there is a risk that such visual markings are concealed by goods located in the warehouse.
Wie insbesondere in Fig. 3 ersichtlich, können als visuelle Markierungen 2 insbesondere mittels eines Farbauftrags vorgesehene Ziffern (und Buchstaben) vorgesehen sein. Diese Ziffern (Buch- Stäben), deren Position in dem definierten Bereich, d.h. in der Lagerhalle, bekannt ist und deren Koordinaten in einer Datenbank gespeichert sind, sind vorteilhafterweise mit einer rechteckigen Umrandung 21 versehen. Die Kanten der rechteckigen Umrandung 21 können hierbei zur Bestimmung der relativen Orientierung der Markierung zum Fahrzeug 4 herangezogen werden, wobei die Ziffern zur Identifikation der visuellen Markierung 2 und zur Auflösung der inhärenten Symmetrie der rechteckigen Umrandung 2' dienen. Die Identifikation einer visuellen Markierung 2 erfolgt z.B. mit bekannten Muster-Erkennungsverfahren (so genanntes „pattern mat- ching") oder kann aufgrund der Position relativ zu anderen visuellen Markierungen erfolgen. Die Position der visuellen Markierungen 2 relativ zum Fahrzeug 4 kann aufgrund der geometrischen Eigenschaften der einzelnen Markierung - z.B. deren dominanter Achse - oder durch die geometrischen Eigenschaften von mehreren visuellen Markierungen 2, d.h. deren Anordnung zueinander, bestimmt werden.As can be seen in particular in FIG. 3, numerals (and letters) provided in particular by means of an ink application can be provided as visual markings 2. These numbers (book Bars) whose position in the defined area, ie in the warehouse, is known and whose coordinates are stored in a database, are advantageously provided with a rectangular border 2 1 . The edges of the rectangular border 2 1 can hereby be used to determine the relative orientation of the marking to the vehicle 4, the numbers serving to identify the visual marking 2 and to resolve the inherent symmetry of the rectangular border 2 '. The identification of a visual marking 2 is carried out, for example, by means of known pattern recognition methods (so-called "pattern matching") or can take place on the basis of the position relative to other visual markings.The position of the visual markings 2 relative to the vehicle 4 can be due to the geometric properties the individual marking - eg their dominant axis - or by the geometric properties of several visual markers 2, ie their arrangement to each other, are determined.
Die Kamera 5 hingegen ermittelt markante Muster 6, welche grundsätzlich in jedem Objekt mit einer Oberflächenstruktur vorkommen. Der Boden 13 eines Lagers bzw. einer Halle weist üblicherweise eine solche kontinuierliche, sich ändernde Oberflächenstruktur auf, die sich äußerst gut als Objekt zur Auffindung von markanten Mustern 6 eignet. Um die Bewegung und damit die Positionsveränderung des Fahrzeuges 4 relativ zur definierten Umgebung zu ermitteln, werden - wie in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben - zwei aufeinander folgende digitale Bilder 51, 5'1 von der Digitalkamera 5 miteinander verglichen und auf übereinstimmende markante Muster untersucht. Aus der Bewegung dieser markanten Muster und der zwischen den Aufnahmen vergangenen Zeit kann auf die relative Bewegung zwischen Fahrzeug 4 und der definierten Umgebung geschlossen und somit die relative Position des Fahrzeuges 4 bestimmt werden.On the other hand, the camera 5 detects prominent patterns 6, which basically occur in every object with a surface structure. The floor 13 of a warehouse usually has such a continuous, changing surface structure, which is extremely well suited as an object for finding distinctive patterns 6. In order to determine the movement and thus the change in position of the vehicle 4 relative to the defined environment, two consecutive digital images 5 1 , 5 ' 1 are compared with each other by the digital camera 5 and matched to one another, as already described in connection with FIG. 1 Pattern examined. From the movement of these striking patterns and the time passed between the recordings can be closed on the relative movement between the vehicle 4 and the defined environment and thus the relative position of the vehicle 4 can be determined.
Ist das Blickfeld der Digitalkamera 5 groß, so kann nicht nur eine Verschiebung, sondern auch die Orientierungsänderung aus sukzessiven Bildern bestimmt werden, ansonsten kann die Rotation des Fahrzeuges 4 entweder aus mehreren Sensoren, die in größerem Abstand zueinander am Fahrzeug 4 montiert sind, bestimmt werden, oder aus den kinematischen Einschränkungen des Fahrzeuges 4 herge- leitet werden.If the field of view of the digital camera 5 is large, then not only a shift but also the orientation change from successive images can be determined, otherwise the rotation of the vehicle 4 can be determined either from a plurality of sensors mounted at a greater distance from each other on the vehicle 4 , or from the kinematic restrictions of the vehicle 4 be directed.
Wie in Fig. 3a ersichtlich, kann lediglich eine einzige Digitalkamera 1 im Dachbereich des Fahrzeuges bzw. Gabelstaplers 4 vorgesehen werden, über welche sowohl die Bestimmung der absoluten Referenzposition 3 als auch die Erfassung der Relativbewegung 8 erfolgt .As can be seen in Fig. 3a, only a single digital camera 1 in the roof area of the vehicle or forklift 4 can be provided, via which both the determination of the absolute reference position 3 and the detection of the relative movement 8 takes place.
Die Ermittlung der absoluten Referenzposition 3 und der Relativbewegung 8 und daraus resultierend der relativen Position des Fahrzeuges ist abhängig von den jeweils vorliegenden Eigenschaften des definierten Bereichs (Anzahl und Position der visuellen Markierungen 2, Ausprägungen der Oberflächenstruktur des Bodens 13 zur Mustererkennung) und den Fahrwegen des Fahrzeuges 4. Demzufolge werden jeweils Positionsmessungen mit unterschiedlicher Frequenz und Qualität ermittelt. Je mehr visuelle Markierungen 2 durch das absolute Messverfahren detektiert werden, desto genauer lässt sich die absolute Position des Fahrzeuges 4 bestimmen, da nicht nur eine Mittelung der Messfehler erfolgen kann, sondern auch die relativen Positionen der Markierungen 2 zueinander bekannt sind. Je kontinuierlicher und ausgeprägter die Oberflächenstruktur bei der relativen Positionsbestimmung durch das relative Messverfahren ist, desto exakter lässt sich die relative Bewegung und damit die relative Position des Fahrzeuges 4 bestimmen. Die bei diesem Messverfahren notwendige Integration über die Zeit kann bei suboptimalen Eigenschaften des definierten Bereichs eine mögliche kontinuierlich anwachsende Abweichung (Integration Drift) von der tatsächlichen Position des Fahrzeuges 4 bewirken.The determination of the absolute reference position 3 and the relative movement 8 and, as a result, the relative position of the vehicle is dependent on the respectively present properties of the defined area (number and position of the visual markings 2, characteristics of the surface structure of the ground 13 for pattern recognition) and the travel paths of the vehicle Vehicle 4. Accordingly, each position measurements are determined with different frequency and quality. The more visual markings 2 are detected by the absolute measuring method, the more accurate the absolute position of the vehicle 4 can be determined, since not only an averaging of the measurement errors can take place, but also the relative positions of the markers 2 are known to each other. The more continuous and pronounced the surface structure is in the relative position determination by the relative measuring method, the more precisely can the relative movement and thus the relative position of the vehicle 4 be determined. The integration over time, which is necessary in this measurement method, can lead to a possible continuously increasing deviation (integration drift) from the actual position of the vehicle 4 in the case of suboptimal properties of the defined region.
Um demzufolge eine Positionsbestimmung innerhalb des definierten Bereichs mit einer konstanten Genauigkeit zu erzielen, werden, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, die beiden Messverfahren miteinander kombiniert, d.h. dass zwischen zwei Zeitpunkten, bei welchen die absolute Referenzpositionsbestimmung durch das absolute Messverfahren erfolgt, zur Bestimmung der absoluten Position jeweils die zuletzt gemessene Referenzposition auf die in der Zwischenzeit gemessene Relativbewegung aufsummiert wird. Zur Verschmelzung der Messdaten sind verschiedene Verfahren bekannt, wobei bei Daten mit statistischem Fehler häufig der Einsatz eines erweiterten Kaiman-Filters erfolgt.Consequently, in order to achieve a position determination within the defined range with a constant accuracy, as described in connection with FIG. 1, the two measuring methods are combined with one another, ie that between two time points at which the absolute reference position determination is performed by the absolute measuring method Determination of the absolute position in each case the last measured reference position is summed to the measured in the meantime relative movement. For merging the measurement data, various methods are known, with data with statistical error often the use of a extended cayman filter is done.
Mit Hilfe dieses Verfahrens kann somit ohne hohe Investitionskosten auf einfache und genaue Weise die Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich bestimmt werden. With the help of this method can thus be determined without high investment costs in a simple and accurate way, the position of a vehicle in a defined range.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges (4) in einem definierten Bereich, wobei eine absolute Referenzposition (3) des Fahrzeuges (4) und eine Relativbewegung (8) des Fahrzeuges erfasst werden, wobei zum Erfassen der absoluten Referenzposition (3) ein digitales Bild (I1) der Umgebung des Fahrzeuges (4) aufgenommen wird, in dem digitalen Bild1. A method for detecting the position of a vehicle (4) in a defined area, wherein an absolute reference position (3) of the vehicle (4) and a relative movement (8) of the vehicle are detected, wherein for detecting the absolute reference position (3) a digital image (I 1 ) of the environment of the vehicle (4) is recorded in the digital image
(I1) zumindest eine visuelle Markierung (2) ermittelt wird und die Referenzposition (3) des Fahrzeuges (4) in Bezug auf die ermittelte visuelle Markierung (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen der Relativbewegung(I 1 ) at least one visual mark (2) is determined and the reference position (3) of the vehicle (4) with respect to the determined visual mark (2) is determined, characterized in that for detecting the relative movement
(8) des Fahrzeuges ein erstes digitales Bild (51) eines Ausschnitts des definierten Bereichs in der Umgebung des Fahrzeuges (4) aufgenommen wird, in dem ersten digitalen Bild(8) of the vehicle, a first digital image (5 1 ) of a section of the defined area in the vicinity of the vehicle (4) is taken in the first digital image
(51) zumindest ein markantes Muster (6) ermittelt wird, anschließend ein zweites digitales Bild (51 1) eines zweiten Ausschnitts in der Umgebung des Fahrzeuges (4) aufgenommen wird, und in dem zweiten digitalen Bild (5' ') das markante Muster (6) ermittelt wird, so dass aus der Verschiebung des markanten Musters (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Bild (5', 5' ') die Relativbewegung des Fahrzeuges (4) ermittelt wird.(5 1 ) at least one striking pattern (6) is determined, then a second digital image (5 1 1 ) of a second section in the vicinity of the vehicle (4) is recorded, and in the second digital image (5 '') striking pattern (6) is determined, so that from the displacement of the distinctive pattern (6) between the first and the second image (5 ', 5''), the relative movement of the vehicle (4) is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung (8) des Fahrzeuges (4) in Bezug auf die zuletzt erfasste Referenzposition (3) ermittelt wird und aus einer Kombination von absoluter Referenzposition (3) und Relativbewegung (8) die Position (10) des Fahrzeuges (4) im definierten Bereich bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the relative movement (8) of the vehicle (4) with respect to the last detected reference position (3) is determined and from a combination of absolute reference position (3) and relative movement (8) the position (10) of the vehicle (4) is determined in the defined range.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der visuellen Markierungen (2) innerhalb des definierten Bereichs in einer Datenbank abgespeichert werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the positions of the visual markings (2) are stored within the defined area in a database.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten Relativbewegung (8) eine wahrscheinliche Position vorherbestimmt wird und die dieser Position zugehörige visuelle Markierung (2) in dem aufgenommenen Bild (I1) gesucht wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in dependence of the determined relative movement (8) a probable position is predetermined and associated with this position visual marking (2) is searched in the captured image (I 1 ).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennzeichnung (14') einer von dem Fahrzeug (4) aufgenommenen Ware (14) erfasst wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a marking (14 ') of the vehicle (4) received goods (14) is detected.
6. Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges (4) in einem definierten Bereich, wobei zumindest eine Sensoreinrichtung (1, 5) zum Erfassen einer Referenzposition des Fahrzeuges (4) und zum Erfassen einer Relativbewegung des Fahrzeuges (4) vorgesehen ist, wobei eine bildgebende Sensoreinrichtung (1) zum Bestimmen der Referenzposition vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine bildgebende Sensoreinrichtung (5) zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges (4) vorgesehen ist.6. A device for detecting the position of a vehicle (4) in a defined area, wherein at least one sensor device (1, 5) for detecting a reference position of the vehicle (4) and for detecting a relative movement of the vehicle (4) is provided, wherein a imaging sensor (1) is provided for determining the reference position, characterized in that an imaging sensor device (5) for detecting the relative movement of the vehicle (4) is provided.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als bildgebende Sensoreinrichtungen (1, 5) eine Digitalkamera vorgesehen ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that a digital camera is provided as imaging sensor devices (1, 5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebenden Sensoreinrichtungen (1, 5) zum Bestimmen der Referenzposition und/oder zum Erfassen der Relativbewegung auf eine bodenseitige Fläche (13), auf welcher das Fahrzeug (4) bewegt wird, gerichtet sind. 8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the imaging sensor means (1, 5) for determining the reference position and / or for detecting the relative movement on a bottom-side surface (13) on which the vehicle (4) is moved, are directed.
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