CN113544465A - 用于对自主式车辆进行导航的方法、设备和*** - Google Patents

用于对自主式车辆进行导航的方法、设备和*** Download PDF

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Abstract

示出了一种使用从管理***接收到的对象信息来对自主式车辆进行导航的方法。同样公开了一种所属的设备和一种所属的***。在此，用于对自主式车辆进行导航的方法包括以下步骤：从安装在车辆上的传感器***接收(S4)传感器信息、从存储关于处于自主式车辆的工作区域中的对象的信息的管理***接收(S5)对象信息、以及基于传感器信息和对象信息来确定(S6)自主式车辆的位置。

Description

用于对自主式车辆进行导航的方法、设备和***
技术领域
本发明涉及一种利用来自管理***的对象信息来对自主式车辆进行导航的方法、以及一种所属的设备和一种所属的方法。
背景技术
在自主式车辆、尤其是自主自行式作业机械和自主式地面运输车辆运行期间，在进行诸如运输货物、在集装箱码头拾装集装箱的工作时，必须准确地确定车辆的定位，以便例如能够可靠地实施对对象的拾装。
然而，由于车辆的使用区域而经常出现的情况是：不再能够藉由全球导航卫星***以对于使用目的来说足够的精度来进行位置确定。这例如可能是由于集装箱堆叠而造成遮挡引起的。
此外，诸如测距法的替代方法不允许实现足够稳健的位置确定。
因此，在现有技术中(参见DE 10 2016 108 446 A1)将应答器整合到地面上的车辆工作区域中，这些应答器于是可以用于位置确定。然而，这种***实施起来很复杂且昂贵。
发明内容
因此，本发明涉及一种方法、一种设备和一种***，即使全球导航卫星***在当前状态下不能实现对车辆进行稳健和可靠的位置确定(更确切地说定位)，该***也允许实现这一点。
首先公开一种用于对自主式车辆进行导航的方法。
在此，自主式车辆尤其可以是自主自行式作业机器。自主式车辆也可以是自主式地面运输车辆。也可被称为自主式地面输送设备的自主式地面运输车辆可以是任何有人或无人驾驶的自主式车辆，该自主式车辆被设计成用于运输货物和/或人员并且可以在物流或工业的环境中使用。
这种类型的地面运输车辆在此例如可以是用于在集装箱码头运输集装箱的集装箱运输车辆，如龙门式装卸车、集装箱门吊、正面吊、移动式运输工具或集装箱搬运车。
对自主式车辆进行导航在此可以包括：将当前位置确定为地点确定、获取至目的地的并且/或者自主式车辆所自主行驶过的路线。导航也可以包括控制和/或调节自主式车辆或车辆的行驶动态特征，以将自主式车辆引导或控制到目的地。
该方法包括首先从安装在车辆上的传感器***接收传感器信息。
在此，这种接收一方面可以是例如呈数据包形式的信号的接收。然而，在此也可以涉及从存储器中读取这种信息。在此，也可以将信息在软件中从一个进程到另一个进程的传输视为接收。
传感器***可以被设计为单独的传感器或者可以具有多个传感器。在此，作为传感器例如可以是摄像头、测距仪、激光雷达***、基于激光的传感器、基于雷达的传感器、基于超声波的传感器等。相应地，传感器信息除了距离信息外还可以包括由以上提到的传感器输出的图像信息及类似的信息。所接收的传感器信息通常可以是车辆的传感器的测量值或输出。
方法于是包括从管理***接收对象信息，该管理***存储关于处于自主式车辆的工作区域中的对象的信息。
这种对象信息通常被理解为对象属性的信息。在此，例如可以涉及对象的尺寸、对象的位置/定位、对象的表面结构、对象的颜色或其他表征对象的属性。
在此，管理***例如可以是仓储***、管理***或库存***，其存储有关车辆的工作区域(例如港口地区、贮存仓库等)中的对象的此类信息。
可以以处理或未处理的方式接收此类对象信息。因此，接收对象信息在此也包括在管理***方面的或自主行驶的车辆方面的中间处理。
在此，工作区域通常被理解为自主式车辆在其中执行其活动(如输送或处理对象)的区域。
在方法的另外的步骤中，基于传感器信息和对象信息确定自主式车辆的位置。
这种确定例如可以是将由传感器***接收到的传感器信息与从对象信息中获得的信息进行比较。因此，可以将从传感器信息中获得的实际值与从对象信息中获得的目标值进行比较以用于该确定。
换句话说，通过将环境状态(以及因此将传感器信息)与关于对象存在的对象信息进行比较，可以确定车辆相对于对象处于何处并且因此处于工作区域何处。
如果车辆因此例如处于集装箱码头中的、由于集装箱被堆叠得较高而造成严重遮挡的区域中，则可以借助于从管理***(例如从仓储***)中获得的对象信息结合传感器信息来确定车辆以何种距离处于工作区域中的哪个对象旁边。于是由这些与对象相关的相对信息可以推断出车辆的绝对位置。
在此，该确定因此也可以包括：基于传感器信息和对象信息确定自主式车辆关于处于车辆的工作区域中的一个或多个对象的相对位置、以及随后将该相对位置转换为绝对位置的步骤。
方法也可以包括如下步骤：从借助全球导航卫星***确定自主式车辆的位置切换到如上所述的基于传感器信息和对象信息确定自主式车辆的位置。
在此，这种切换例如可以根据借助全球导航卫星***实现的位置确定精度来进行。
尤其，当借助全球导航卫星***实现的位置确定精度低于阈值时，可以进行切换。
相应地可以检查：藉由全球卫星***确定的精度是否满足对于确定的工作任务所需的精度。如果不是这种情况，则可以切换到借助传感器信息和对象信息进行的确定。
这允许在行驶经过空旷场地时设定导航卫星***，然而当出现严重遮挡时，允许借助与工作区域中的对象相关的对象信息执行相对导航。
作为用于确定全球导航卫星***的位置确定精度的特征参量，例如可以考虑接收信号的卫星的数量，同样可以使用仰角或精度强弱度(DOP)值作为特性数值。
当实施车辆的特定活动时，也可以执行这种切换。如果车辆例如实施在空旷场地上行驶的活动，则可以使用全球卫星导航***来确定位置。然而，如果例如执行对对象进行作业的活动(例如拾装/装载对象)，则可以借助对象信息来进行相对的位置确定，以便能够实现关于被实施作业的对象的尽可能精确的定位。
在基于传感器信息和对象信息确定自主式车辆的位置的步骤中，该方法也可以使用外部距离信息。这种外部距离信息是由外部测量装置测量到的信息。在此，尤其可以利用传感器***来检测由处于自主式车辆外部的测量装置测量到的距离信息。
这种测量装置例如可以是安装在对象上的距离测量装置，该距离测量装置例如藉由显示器给出车辆到测量装置的距离。
该显示器例如可以利用车辆的传感器***的摄像头来进行检测(即读取)，并且然后进行处理。
这允许将自主式车辆简单地整合到以自主式车辆和非自主式车辆进行作业的运行中，这是因为关于至对象的距离、例如至集装箱起重机的装载位置的距离的相同信息不仅可以由自主式车辆而且可以由非自主式车辆的驾驶员用于其导航。
为了进一步改善车辆在空间中的定位，该方法还可以提出的是，通过车辆的传感器***来记录对象信息标志。这种对象识别标志例如可以是安装在对象上的条形码、QR码等。传感器***的所使用的传感器在此尤其可以是摄像头。然后，借助所记录的该对象识别标志可以从管理***中查询属于该对象的对象信息。然后可以在确定自主式车辆(相对于该对象)的位置的步骤中使用该信息。
这允许进一步改善定位，这是因为可以针对处于车辆周围环境中的对象查询特定的信息，例如对象(如集装箱)的尺寸。此外，已经可以通过以下方式确定车辆的粗略定位，即，哪些对象的哪些对象识别标志处于传感器的检测区域中。
根据通过传感器***记录的信息和关于承载对象信息标志的对象的对象信息，可以稳健地确定车辆的位置。因此，例如可以借助关于对象尺寸的所调用的信息并且借助摄像头数据或距离测量***的数据来确定自主行驶的车辆相对于对象的距离和取向。
此外，也可以从管理***中调用机器的工作区域中的定位作为对象信息，这能够实现了车辆的相对位置到绝对位置的换算。
此外，在另外的步骤中，可以由管理***中的对象信息推导出周围环境信息(例如呈二维或三维形式的地图信息)。
换句话说，基于存储在管理***中的关于对象的信息(如绝对位置、尺寸、对象堆垛中的位置等)，可以推导出周围环境信息或映射。这甚至可以以三维形式进行，这是因为通过关于对象的高度及其彼此相叠的布置的信息可以计算或推导出对象在三维空间中的尺寸。
因此，结果是将二维或三维映射作为由存储在管理***中的信息得出的周围环境信息。
这样获得的周围环境信息可以在确定自主式车辆的位置的步骤中用作对象信息。
在此，对周围环境信息的计算一方面可以在车辆本身中进行，然而也可以在外部***(例如管理***或与管理***相连的单元)中进行。
相应地，一方面，该方法可以具有如下步骤：从管理***中的对象信息中确定周围环境信息，其中该步骤在外部单元中实施。
替代性地，该方法还可以具有如下步骤：根据从管理***接收到的信息来计算周围环境信息，其中在车辆中实施该步骤并且在所述确定步骤中将周围环境信息用作对象信息。
本发明还涉及一种用于对自主式车辆进行导航的设备，该设备被配置成用于实施所述方法。
此外，本发明还涉及一种用于对自主式车辆进行导航的设备，该设备具有传感器***、传感器信息接收装置和位置确定装置。
这些装置是根据上述方法来设计的。
此外，该***可以具有用于实施上述另外的方法步骤的相应的装置。
用于对自主式车辆进行导航的相应***首先包括安装在车辆上的、具有至少一个传感器的传感器***。参考上述关于方法的实施方式来定义传感器。
然后配置有从该传感器***接收该信息的传感器信息接收装置。
在该***中还包含有管理***，并且该管理***存储关于在自主式车辆的工作区域中的对象的对象信息。
此外，该***包括对象信息接收装置，该对象信息接收装置用于从管理***接收对象信息。
该***还具有计算装置，该计算装置被配置成根据通过对象信息接收装置接收的对象信息来计算周围环境信息，其中该对象信息包括关于处于自主式车辆的工作区域中的对象的尺寸和位置的信息。
为了根据对象信息计算出周围环境信息，参考上面关于相应的方法步骤的实施方案。
此外，该***具有位置确定装置，该位置确定装置被设计成基于传感器信息和作为对象信息由计算单元输出的周围环境信息来确定自主式车辆的位置。
根据该方法的上述实施方式，***还可以以如下方式来设计，即，位置确定装置被配置成用于：一方面取决于位置确定精度并且另一方面取决于由自主式车辆实施的活动，从借助全球导航卫星***确定自主式车辆的位置切换到基于传感器信息和对象信息来确定自主式车辆的位置。
为此，可以设有用于全球导航卫星***的另外的接收装置，该另外的接收装置接收和处理来自一个或多个全球导航卫星***的数据。
在此，装置也可以设计为软件、软件模块等并且不限于设计为物理单元。
附图说明
图1示出了用于对自主式车辆进行导航的方法的实施例的方法步骤的流程图。
图2示出了在导航期间的示例性状况。
图3示出了检测对象识别标志的状况。
图4示出了检测外部测量装置的信息的状况。
图5示出了根据一个实施方式的设备和***的示意图。
具体实施方式
在图1中按顺序示出用于对自主式车辆进行导航的方法的方法步骤。
在第一步骤S1中，车辆首先借助于全球卫星导航***进行导航。
在此，车辆例如行驶过集装箱码头中的空旷场地。
如果车辆接近对象(在此是集装箱)，则***在步骤S2a或步骤S2b中检查：借助全球导航***实现的位置确定精度是否低于阈值(S2a)或者车辆是否接近待拾装的集装箱而使得自主式车辆所实施的活动改变(S2b)为抵近待拾装的对象，如果出现这些情况中的一种情况，则在步骤S3切换到不再藉由全球导航卫星***而是借助传感器信息和对象信息进行位置确定的模式。
为了实施该导航，***然后在步骤S4中从车辆的传感器***接收传感器信息。
此外，在步骤S5中，藉由通向管理***(在此为物流***的无线传输装置)的接口来接收关于在车辆的周围环境中的对象的信息。
因此，自主式车辆接收有关在该自主式车辆的周围环境中的集装箱的位置和尺寸的信息。
于是在步骤S6中，自主式车辆可以基于关于周围环境中的集装箱的尺寸和位置的信息以及关于由车辆的传感器检测到的车辆周围环境信息的信息来确定车辆相对于对象处于何处。
然后，在同一步骤中，可以由该相对信息来计算出车辆的绝对位置，从而即使在不使用具有更大稳健性的导航卫星的情况下并且仅利用来自已经存在的仓储***的信息也可以确定车辆的准确位置。
如图2以示例性状况所示，自主式车辆100可以借助传感器111a和111b来检测集装箱201和202。借助有关集装箱202的尺寸和集装箱的绝对位置的对象信息，车辆100于是可以以相对和绝对的方式来确定其位置。
在图3中，将检测集装箱201的对象识别标志203示为另外的示例性状况。具有传感器111a的车辆100接近集装箱201。QR码203固定在该集装箱上。QR码由在此被设计为摄像头的传感器111a来识别或记录。借助于该信息，车辆100于是可以从管理***(在此未示出)请求关于集装箱201的信息(如其尺寸)。该信息于是可以在上述计算中用来确定车辆的位置。
此外，在图4中示例性地示出使用外部测量装置的情况。
具有在这里被设计为摄像头的传感器111a的车辆100靠近对象401(在这里是集装箱门吊)。该集装箱门吊具有外部测量装置402，该外部测量装置测量与车辆100的距离403。测量结果在测量装置402的显示器404上输出。车辆100借助于摄像头111来记录外部测量装置402的测量结果，其方式为：检测并且借助于图像处理进一步处理在测量装置402的显示器404上显示出的距离。然后，如上所述，可以将所获取的距离用于位置确定。
图5示出根据一个实施例的用于对车辆进行导航的设备和所属的***。车辆100的设备110在此具有带有多个传感器111a和111b的传感器***111，该多个传感器在相应的检测区域中记录对象。向传感器信息接收装置112传递该传感器***的输出。此外，设备具有对象信息接收装置113，对象信息接收装置从***的管理***501接收对象信息。此外，该***具有计算装置114，该计算装置在所示的实施例中被布置在设备110中。如上所述，该计算装置被配置成用于由借助于对象信息接收装置113所接收的对象信息来确定周围环境信息。然后，将计算装置114和传感器信息接收装置112的输出供应给位置确定装置115，该位置确定装置能够基于该信息来确定车辆100的位置。
附图标记清单
S1 借助全球导航卫星***进行导航
S2a 检查位置确定精度
S2b 检查实施的活动
S3 切换位置确定
S4 接收传感器信息
S5 接收对象信息
S6 确定位置
100 自主式车辆
110 设备
111 传感器***
111a 传感器
111b 传感器
112 传感器信息接收装置
113 对象信息接收装置
114 计算装置
115 位置确定装置
201，202 集装箱
203 对象识别标志
401 集装箱门吊
402 外部测量装置
403 距离
404 测量装置的显示器
501 管理***

Claims (11)

1.一种用于对自主式车辆进行导航的方法，包括以下步骤：
-从安装在所述车辆上的传感器***接收(S4)传感器信息；
-从管理***接收(S5)对象信息，所述管理***存储关于处于所述自主式车辆的工作区域中的对象的信息；
-基于所述传感器信息和所述对象信息来确定(S6)所述自主式车辆的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
-当借助全球导航卫星***实现的位置确定精度低于阈值时，从借助所述全球导航卫星***确定所述自主式车辆的位置切换(S3)到基于所述传感器信息和所述对象信息确定所述自主式车辆的位置。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-根据由所述自主式车辆实施的活动，从借助所述全球导航卫星***确定所述自主式车辆的位置切换(S3)到基于所述传感器信息和所述对象信息确定所述自主式车辆的位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
-基于所述传感器信息和所述对象信息确定(S6)所述自主式车辆的位置还包括基于借助所述传感器***的传感器从外部测量装置所接收的距离信息确定所述位置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-通过所述传感器***的传感器记录对象识别标志，所述对象识别标志被安装在所述车辆的周围环境中的对象上；以及
-从所述管理***请求关于安装有所述对象识别标志的所述对象的对象信息，其中
-基于所述传感器信息和所述对象信息来确定(S6)所述自主式车辆的位置的步骤使用关于安装有所述对象识别标志的所述对象的、所请求的所述对象信息。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-根据所述管理***中的对象信息来计算周围环境信息，其中所述对象信息包括有关对象的尺寸和位置的信息；以及
-向所述自主式车辆输出所述周围环境信息作为对象信息。
7.根据前述权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-根据从所述管理***接收到的所述对象信息来计算周围环境信息，其中所述对象信息包括有关对象的尺寸和位置的信息，其中
-在基于所述传感器信息和所述对象信息确定(S6)所述自主式车辆的位置的步骤中，将所述周围环境信息用作对象信息。
8.一种用于对自主式车辆进行导航的设备，包括：
-安装在车辆(100)上的传感器***(111)，所述传感器***具有至少一个传感器(111a，111b)；
-传感器信息接收装置(112)，所述传感器信息接收装置用于从所述传感器***(111)接收传感器信息；
-对象信息接收装置(113)，所述对象信息接收装置用于从管理***(501)接收对象信息，所述管理***存储关于处于所述自主式车辆(100)的工作区域中的对象的信息；
-位置确定装置(115)，所述位置确定装置用于基于所述传感器信息和所述对象信息来确定所述自主式车辆(100)的位置。
9.一种用于对自主式车辆(100)进行导航的***，包括：
-安装在所述车辆上的传感器***(111)，所述传感器***具有至少一个传感器(111a，111b)；
-传感器信息接收装置(112)，所述传感器信息接收装置用于从所述传感器***(111)接收传感器信息；
-管理***(501)，所述管理***存储关于处于所述自主式车辆的工作区域中的对象的对象信息；
-对象信息接收装置(113)，所述对象信息接收装置用于从所述管理***(501)接收对象信息，所述管理***存储关于处于所述自主式车辆(100)的工作区域中的对象的信息；
-计算装置(114)，所述计算装置用于根据通过所述对象信息接收装置(113)接收到的所述对象信息来计算周围环境信息，其中所述对象信息包括有关处于所述自主式车辆的工作区域中的对象的尺寸和位置的信息；以及
-位置确定装置(115)，所述位置确定装置用于基于所述传感器信息和作为所述对象信息由所述计算单元输出的周围环境信息来确定所述自主式车辆的位置。
10.根据权利要求9所述的用于对自主式车辆(100)进行导航的***，其中所述位置确定装置(115)还被配置成：当借助全球导航卫星***实现的位置确定精度低于阈值时，从借助所述全球导航卫星***确定所述自主式车辆的位置切换到基于所述传感器信息和所述对象信息确定所述自主式车辆的位置。
11.根据权利要求9所述的用于对自主式车辆(100)进行导航的***，其中所述位置确定装置(115)还被配置成：根据由所述自主式车辆实施的活动，从借助全球导航卫星***确定所述自主式车辆的位置切换到基于所述传感器信息和所述对象信息确定所述自主式车辆的位置。
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