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Die Erfindung betrifft ein autonomes Fahrzeug und ein Navigationsverfahren für die Navigation eines autonomen Fahrzeugs in einem zusammenhängenden abgeschlossenen Navigationsbereich entlang eines geplanten Navigationspfads, mit welchem Kollisionen des autonomen Fahrzeugs mit Hindernissen vermieden werden, sowie ein Verfahren zur Planung eines solchen Navigationspfads.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, welche sich mittels einer Positionsbestimmungseinheit und mittels topografischer Informationen über einen Navigationsbereich innerhalb dieses Navigationsbereichs ohne Einwirkung eines Fahrzeugführers, also autonom, bewegen können. Beispielsweise sind autonome Fahrzeuge bekannt, welche über eine satellitengestützte Positionsbestimmungseinheit verfügen, die eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von etwa drei bis zehn Metern ermöglicht. In Verbindung mit einer elektronischen Karte des Navigationsbereichs, die beispielsweise Fahrwege und/oder Hindernisse verzeichnet, kann ein autonomes Fahrzeug entlang eines vorbestimmten Navigationspfads, beispielsweise entlang eines verzeichneten Fahrwegs und unter Vermeidung verzeichneter Hindernisse, von einem Startort zu einem Zielort im Navigationsbereich autonom bewegt werden.
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Aus dem Stand der Technik sind ferner autonome Fahrzeuge bekannt, die über eine Einrichtung zur Erkennung von auf der elektronischen Karte nicht verzeichneten Hindernissen verfügen. Eine derartige Hindernisdetektionseinheit kann beispielsweise auf Entfernungsmessverfahren mittels Radar oder Ultraschall, auf optischen Entfernungssensoren, auf der Erfassung und Auswertung von Bildern des Fahrzeugumfelds mittels mindestens einer Videokamera oder auf berührungs- oder druckempfindlichen Sensoren beruhen. Mittels einer solchen Hindernisdetektionseinheit kann ein autonomes Fahrzeug zur Vermeidung einer Kollision mit dem nicht verzeichneten Hindernis zum Halten gebracht werden. Abhängig von der Geometrie des Hindernisses und von der Topologie möglicher, in der elektronischen Karte verzeichneter Fahrwege ist eine Umfahrung eines solchen nicht verzeichneten Hindernisses nicht in jedem Fall möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes autonomes Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zur Planung und Verfolgung eines Navigationspfads in einem abgeschlossenen, zusammenhängenden Navigationsbereich für ein autonomes Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des autonomen Fahrzeugs durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Navigationsverfahren für ein autonomes Fahrzeug zur Umfahrung von mindestens einem nicht verzeichneten Hindernis innerhalb eines zusammenhängenden abgeschlossenen Navigationsbereichs umfasst
- – in einem ersten Trainingsschritt die Erfassung eines ersten Trainingspfades zur Überstreichung des Navigationsbereichs,
- – in einem zweiten Trainingsschritt die Erfassung eines zweiten Trainingspfades zur Überstreichung des Navigationsbereichs, wobei der zweite Trainingspfad den ersten Trainingspfad in Kreuzungspunkten näherungsweise orthogonal kreuzt,
- – in einem Pfadverfolgungsschritt die Verfolgung des ersten Trainingspfades,
- – bei Erkennung eines in einer Marschrichtung vor dem nächstgelegenen Kreuzungspunkt auf dem ersten Trainingspfad gelegenen nicht verzeichneten Hindernis in einem Ausweichschritt die Umgehung des Hindernisses entlang eines Umgehungspfads um ein das nicht verzeichnete Hindernis umschreibendes, näherungsweise parallel zur Marschrichtung ausgerichtetes Rechteck und die Fortsetzung des Pfadverfolgungsschritt,
wobei der Umgehungspfad aus Abschnitten des ersten Trainingspfads und aus Abschnitten des zweiten Trainingspfads zusammengesetzt ist.
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Ein nicht verzeichnetes Hindernis ist durch ein Objekt gegeben, das innerhalb des Navigationsbereichs die Bewegung eines autonomen Fahrzeugs entlang des ersten oder zweiten Trainingspfads versperrt, das jedoch während des ersten oder zweiten Trainingsschritts nicht im Navigationsbereich erfassbar war. Ein nicht verzeichnetes Hindernis kann durch ein bewegtes Objekt, beispielsweise ein Tier, einen Menschen oder auch ein Fahrzeug, gegeben sein. Ein nicht verzeichnetes Hindernis kann aber auch durch ein unbewegtes Objekt gegeben sein, das sich während des ersten und/oder zweiten Trainingsschritts nicht oder an anderer Stelle im Navigationsbereich befunden hat, wie beispielsweise ein umgestürzter Baum.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zum Einen möglich, ein autonomes Fahrzeug mit geringem Aufwand und bei geringen Anforderungen an einen Bediener an unterschiedlich ausgebildete Navigationsbereiche so anzupassen, dass eine für das autonome Fahrzeug vorgesehene Aufgabe gelöst wird. Damit wird zum Anderen ein gegenüber nicht oder schwer vorhersehbaren Änderungen im Navigationsbereich robuster und zugleich sicherer Betrieb eines solchen autonomen Fahrzeugs ermöglicht. Ferner ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, autonome Fahrzeuge in einem Navigationsgebiet einzusetzen, für das keine topographischen Informationen wie beispielsweise eine digitale Karte verfügbar sind.
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Somit trägt das erfindungsgemäße Navigationsverfahren dazu bei, den Einsatz von autonomen Fahrzeugen auszudehnen und zugleich sicherer zu gestalten.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Ausweichschritt nach Erkennung des in der Marschrichtung gelegenen Hindernisses
- – in einem ersten Ausweichteilschritt ein in Marschrichtung dem Hindernis nächstliegender erster Ausweich-Kreuzungspunkt aufgesucht,
- – in einem zweiten Ausweichteilschritt vom ersten Ausweich-Kreuzungspunkt ausgehend der entlang des zweiten Trainingspfads in einer Ausweichrichtung nächstliegende zweite Ausweich-Kreuzungspunkt aufgesucht, von welchem aus der erste Trainingspfad in Marschrichtung ungehindert verfolgbar ist,
- – in einem dritten Ausweichteilschritt vom zweiten Ausweich-Kreuzungspunkt ausgehend entlang des ersten Trainingspfads der in Marschrichtung nächstliegende dritte Ausweich-Kreuzungspunkt aufgesucht, von welchem aus der zweite Trainingspfad in entgegengesetzter Ausweichrichtung ungehindert verfolgbar ist,
- – in einem vierten Ausweichteilschritt vom dritten Ausweich-Kreuzungspunkt ausgehend entlang des zweiten Trainingspfads in entgegengesetzter Ausweichrichtung der dem ersten Ausweich-Kreuzungspunkt nächstliegende vierte Ausweich-Kreuzungspunkt aufgesucht.
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In vorteilhafter Weise ist es mit dieser Ausführungsform der Erfindung möglich, ein nicht verzeichnetes Hindernis auf einem Umgehungspfad zu umgehen, der im Wesentlichen den Kanten eines dieses nicht verzeichneten Hindernisses umschreibenden, parallel zur Marschrichtung ausgerichteten Rechtecks folgt. Somit ist es möglich, einen bekannten vorgegebenen ersten Trainingspfad sicher und mit nur geringen Abweichungen zu verfolgen.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor Ausführung eines Ausweichschritts für eine vorbestimmte Ausweich-Wartezeit die Bewegung des Fahrzeugs ausgesetzt und nach der Ausweich-Wartezeit der Pfadverfolgungsschritt dann fortgesetzt, wenn der in der Marschrichtung nächstgelegene Kreuzungspunkt auf dem ersten Trainingspfad ungehindert erreichbar ist, oder andernfalls der Ausweichschritt ausgeführt wird.
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In vorteilhafter Weise vermeidet diese Ausführungsform des Verfahrens eine unnötige Umfahrung eines bewegten nicht verzeichneten Hindernisses, beispielsweise eines vorübereilenden Passanten oder eines vorbeifahrenden Fahrzeugs. Damit wird zum Einen Zeit bei der Bearbeitung des Navigationsgebiets gespart und zum Anderen eine weitestmögliche Verfolgung des bekannten vorgegebenen ersten Trainingspfads erzielt.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Erfassung des ersten und des zweiten Trainingspfades sowie die Lagebestimmung im Pfadverfolgungsschritt und im Ausweichschritt mittels eines hochauflösenden satellitenbasierten Positionserkennungssystems ausgeführt. In vorteilhafter Weise können der erste und der zweite Trainingspfad mit einer Genauigkeit im Bereich einiger Zentimeter bis einiger zehn Zentimeter erfasst, erkannt und verfolgt werden. Damit wird die Navigation von autonomen Fahrzeugen ermöglicht, deren Zweckbestimmung die Verfolgung eines Trainingspfads mit einer Toleranz von deutlich unterhalb einer vorgegebenen Bearbeitungsbreite im Bereich einiger zehn Zentimeter erfordert, wie beispielsweise als selbstfahrende Rasenmäher, Kehrmaschinen oder landwirtschaftliche Bearbeitungs- oder Erntemaschinen ausgebildete autonome Fahrzeuge.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der erste Trainingspfad im Wesentlichen mäanderartig entlang einer ersten Mäanderrichtung und der zweite Trainingspfad im Wesentlichen mäanderartig entlang einer zweiten Mäanderrichtung ausgerichtet, wobei die erste Mäanderrichtung näherungsweise orthogonal zur zweiten Mäanderrichtung ist.
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In vorteilhafter Weise wird durch die mäanderartige Anordnung der Trainingspfade eine näherungsweise minimale Gesamtfahrstrecke, und somit eine näherungsweise minimale Bearbeitungszeit bei gleichzeitig lückenloser Bearbeitung des Navigationsbereichs erzielt.
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Ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens navigierbares erfindungsgemäßes autonomes Fahrzeug umfasst eine Steuereinheit, eine Hindernisdetektionseinheit, eine Positionsbestimmungseinheit sowie eine Speichervorrichtung, wobei der erste und zweite Trainingspfad mittels der Positionsbestimmungseinheit erfasst und auf der Speichervorrichtung gespeichert werden und wobei während des Pfadverfolgungsschritts und während eines Ausweichschritts Fahrzeugpositionen mittels der Positionsbestimmungseinheit erfasst werden und wobei ein Hindernis mittels der Hindernisdetektionseinheit erkannt wird und wobei ferner ein Ausweichschritt zur Umfahrung eines erkannten Hindernisses mittels der Steuereinheit ausgeführt wird.
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In vorteilhafter Weise kann ein solches erfindungsgemäßes autonomes Fahrzeug mit geringem Aufwand und bei geringen Anforderungen an einen Bediener für die Ausführung von Arbeiten innerhalb des Navigationsbereichs angepasst werden. Ein solches erfindungsgemäßes Fahrzeug ist ferner tolerant gegenüber dem Auftreten nicht verzeichneter Hindernisse innerhalb des Navigationsbereichs und somit flexibler für eine größere Anzahl von Anwendungen und zudem sicherer einsetzbar als aus dem Stand der Technik bekannte autonome Fahrzeuge.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen autonomen Fahrzeugs umfasst die Hindernisdetektionseinheit einen Radar-Entfernungssensor und/oder einen Ultraschall-Entfernungssensor. Mittels derartiger Entfernungssensoren ist eine für die Bewegung eines autonomen Fahrzeugs ausreichend hohe örtliche und zeitliche Auflösung erzielbar, so dass ein Hindernis rechtzeitig entdeckt und für eine Umfahrung ausreichend genau lokalisiert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen autonomen Fahrzeugs umfasst die Hindernisdetektionseinheit eine Videokamera, mittels der Hindernisse in der Umgebung des autonomen Fahrzeugs erkannt werden. In vorteilhafter Weise ist es möglich, aus den mit einer solchen Videokamera aufgenommenen Bildern die Form, Lage und Ausdehnung eines Hindernisses zu bestimmen oder abzuschätzen und daraus einen Umgehungspfad zur Umgehung des Hindernisses zu ermitteln.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen autonomen Fahrzeugs ist die Positionsbestimmungseinheit ein Empfänger für ein von Satelliten gesendetes hochauflösendes Positionsbestimmungssignal. In vorteilhafter Weise können der erste und der zweite Trainingspfad mittels einer solchen Positionsbestimmungseinheit mit einer Genauigkeit im Bereich einiger Zentimeter bis einiger zehn Zentimeter erfasst, erkannt und verfolgt werden. Damit wird der Einsatzbereich eines autonomen Fahrzeugs nach dieser Ausführungsform der Erfindung auf Anwendungen erweitert, die die Verfolgung eines Trainingspfads mit einer Toleranz von deutlich unterhalb einer vorgegebenen Toleranz im Bereich einiger zehn Zentimeter erfordern. Somit können beispielsweise auch selbstfahrende Rasenmäher, Kehrmaschinen oder landwirtschaftliche Bearbeitungs- oder Erntemaschinen als autonome Fahrzeuge ausgebildet werden. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung ist aber auch der Einsatz autonomer Fahrzeuge in Einsatzbereichen möglich, die eine sehr genaue Verfolgung eines vorgegebenen Trainingspfads voraussetzen, beispielsweise aufgrund einer im Vergleich zu einem befahrbaren Weg großen Fahrzeugbreite.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße autonome Fahrzeug eine Vorrichtung zur Bearbeitung mindestens einer Teilfläche des Navigationsbereichs. In vorteilhafter Weise kann ein autonomes Fahrzeug nach dieser Ausführungsform zur automatisierten Bearbeitung einer solchen Teilfläche, beispielsweise zum Mähen eines Rasenstücks, zum Reinigen einer asphaltierten Fläche oder zur Bearbeitung eines Ackers eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße autonome Fahrzeug eine Transportvorrichtung. In vorteilhafter Weise ist ein autonomes Fahrzeug nach dieser Ausführungsform für den Transport entlang zwischen beliebigen, nicht von einem nicht verzeichneten Hindernis verdeckten Punkten auf dem ersten Trainingspfad nutzbar. Mittels des erfindungsgemäßen Navigationsverfahrens ist ein solches autonomes Fahrzeug auch dann einsetzbar, wenn der geplante Transportweg durch ein nicht verzeichnetes Hindernis unterbrochen ist. Somit wird die Zuverlässigkeit bei der Erfüllung von Transportaufgaben besonders bei langen und/oder gegenüber einer Störung durch nicht verzeichnete Hindernisse anfälligen Transportwegen verbessert.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit Zeichnungen näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch einen Navigationsbereich mit einem ersten und zweiten Trainingspfad sowie
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2 schematisch ein autonomes Fahrzeug in der Art einer Kehrmaschine.
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1 zeigt schematisch einen zusammenhängenden Navigationsbereich 1, der durch eine geschlossene Umrandung 1.1 abgeschlossen ist. Ein solcher Navigationsbereich 1 kann durch einen abgegrenzten Außenbereich, beispielsweise eine Wiese, ein parkähnliches Areal oder eine gepflasterte Terrasse gegeben sein. Die geschlossene Umrandung 1.1 kann regelmäßig, beispielsweise rechteckig, oder unregelmäßig geformt sein. Die geschlossene Umrandung 1.1 kann beispielsweise durch eine Einfriedung wie einen Zaun oder eine Mauer, durch Baum- oder Pflanzenbestand wie eine Hecke oder durch eine natürliche topographische Abgrenzung wie eine Böschung oder einen Bachlauf gegeben sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die geschlossene Umrandung 1.1 nicht durch eine physikalische, sondern durch eine gedachte oder planerische Abgrenzung gegeben ist, wie beispielsweise eine Grundstücksgrenze oder die Grenze eines für eine bestimmte Nutzungsart vorgesehenen Grundstücksteils.
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Innerhalb des Navigationsbereichs 1.1 befindet sich ein statisches Hindernis 1.2, das von einem Fahrzeug nicht befahren werden kann oder nicht befahren werden darf. Ein solches statisches Hindernis 1.2 kann durch eine bauliche Einrichtung gegeben sein, beispielsweise ein Gebäude, einen Brunnen oder ein Podest. Auch bestimmte topographische Bereiche, beispielsweise Anpflanzungen oder Wasserflächen wie Teiche können ein statisches Hindernis 1.2 darstellen.
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Ein autonomes Fahrzeug 6 kann die Aufgabe bekommen, bestimmte Arbeiten innerhalb des Navigationsbereichs 1 auszuführen. Beispielsweise könnte ein solches autonomes Fahrzeug 6 als ein mobiler Rasenmäher ausgebildet sein, der einen als Rasenfläche ausgebildeten Navigationsbereich 1 zu mähen hat. Anpflanzungen oder bauliche Anlagen, die für diesen mobilen Rasenmäher nicht befahrbar sind, werden als statisches Hindernis 1.2 ausgewiesen. Es ist jedoch auch möglich, Teilflächen innerhalb des Navigationsbereichs 1, die an sich befahrbar sind, jedoch nicht gemäht werden sollen oder müssen, beispielsweise asphaltierte Teilflächen oder Blumenanpflanzungen, als statisches Hindernis 1.2 auszuweisen.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein autonomes Fahrzeug 6 als mobile Kehrmaschine ausgebildet sein und die Aufgabe bekommen, eine asphaltierte Fläche im Navigationsbereich 1 zu reinigen. Neben nicht befahrbaren Bereichen wie baulichen Anlagen oder Anpflanzungen können hierbei nicht asphaltierte Teilbereiche des Navigationsbereichs 1 als statisches Hindernis ausgewiesen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein autonomes Fahrzeug 6 als mobile landwirtschaftliche Bearbeitungsmaschine, beispielsweise als Pflug oder als Erntemaschine ausgebildet sein.
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Bei einer Vielzahl von Anwendungen autonomer Fahrzeuge 6 ist es erforderlich oder mindestens vorteilhaft, dass das autonome Fahrzeug 6 mindestens einen Teilbereich des Navigationsbereichs 1 mit im Wesentlichen parallelen, in einem gewissen Spurabstand angeordneten Fahrspuren überstreicht. Beispielsweise sollen beim Mähen eines Rasens parallele Spuren aufeinanderfolgend abgefahren werden, die etwa im Abstand der Bearbeitungsbreite des Rasenmähers, beispielsweise der Breite eines Mähbalkens angeordnet sind. Hiermit wird eine näherungsweise minimale Gesamtfahrstrecke, und somit eine näherungsweise minimale Bearbeitungszeit, bei gleichzeitig lückenloser Bearbeitung des Rasenbereichs erzielt. In ähnlicher Weise sind aufeinanderfolgend abzufahrende, etwa parallele Spuren einer selbstfahrenden Kehrmaschine mit einem Rotationsbesen in einem Abstand angeordnet, der näherungsweise gleich dem Durchmesser des Rotationsbesens ist. Ebenso sind aufeinanderfolgend abzufahrende, etwa parallele Spuren einer selbstfahrenden Pflügmaschine etwa im Abstand der Einwirkbreite des Pflugs angeordnet.
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Vor der Ausführung eines autonomen Betriebs wird in einem ersten Trainingsschritt ein erster Trainingspfad 2 mit dem autonomen Fahrzeug 6 im Navigationsbereich 1 manuell gesteuert abgefahren. Der erste Trainingspfad 2 beginnt an einem ersten Startpunkt 2.1 und endet an einem ersten Endpunkt 2.2. Der erste Trainingspfad 2 umfasst eine Abfolge von mäanderartig angeordneten vertikalen Spuren 2.3. Benachbarte vertikale Spuren 2.3 sind regelmäßig näherungsweise in einem vorbestimmten Spurabstand näherungsweise parallel angeordnet und über einen Quersteg 2.4 verbunden, der mindestens eine Richtungskomponente senkrecht zu den benachbarten vertikalen Spuren 2.3 aufweist.
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Zur Umfahrung eines statischen Hindernisses 1.2 wird von der regelmäßigen Anordnung und/oder dem Spurabstand vertikaler Spuren 2.3 so abgewichen, dass über den gesamten Navigationsbereich 1 eine möglichst regelmäßige Mäanderstruktur des ersten Trainingspfads 2 in einer ersten Mäanderrichtung M1 mit möglichst gleichmäßigen Spurabständen erzielt wird, wobei der erste Trainingspfad 2 das statische Hindernis 1.2 nicht überdeckt. Insbesondere ist die Mäanderstruktur des ersten Trainingspfads 2 so gewählt, dass alle vertikalen Spuren 2.3 näherungsweise parallel angeordnet sind.
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In ähnlicher Weise wird ein zweiter Trainingspfad 3 in einem zweiten Trainingsschritt manuell gesteuert abgefahren. Der zweite Trainingspfad beginnt bei einem zweiten Startpunkt 3.1 und endet bei einem zweiten Endpunkt 3.2. Der zweite Trainingspfad ist aus näherungsweise parallel angeordneten horizontalen Spuren 3.3 zusammengesetzt. Die horizontalen Spuren 3.3 des zweiten Trainingspfads 3 sind im Wesentlichen senkrecht zu den vertikalen Spuren 2.3 des Trainingspfads 2 angeordnet. Benachbarte horizontale Spuren 3.3 sind näherungsweise im gleichen Spurabstand angeordnet wie benachbarte vertikale Spuren 2.3 und über einen Längssteg 3.4 verbunden, der mindestens eine Richtungskomponente senkrecht zu den benachbarten horizontalen Spuren 3.3 aufweist. Somit weist der zweite Trainingspfad eine möglichst regelmäßige Mäanderstruktur entlang einer zweiten Mäanderrichtung M2 auf.
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Beim Abfahren des ersten und zweiten Trainingspfads 2, 3 im ersten und zweiten Trainingsschritt werden von dem autonomen Fahrzeug 6 fortlaufend Positionen mittels einer Positionsbestimmungseinheit 6.4 erfasst und auf einer Speichervorrichtung 6.6 gespeichert. Somit kann zu einem späteren Zeitpunkt eine räumliche Beziehung, beispielsweise der kürzeste Abstand einer aktuellen Position des autonomen Fahrzeugs 6 zum ersten und zweiten Trainingspfad 2, 3 ermittelt werden.
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Eine Positionsbestimmungseinheit 6.4 kann als Empfänger für ein von Satelliten gesendetes hochauflösendes Positionsbestimmungssignal ausgebildet sein, beispielsweise als Empfänger für Signale aus dem geplanten europäischen Satellitennavigationssystem Galileo, mit welchem die Position einer Positionsbestimmungseinheit 6.4 auf bis zu wenige Zentimeter genau bestimmbar ist. In vorteilhafter Weise ist damit eine Bestimmung, Erkennung und Verfolgung des ersten und zweiten Trainingspfads so möglich, dass benachbarte vertikale oder horizontale Spuren 2.3, 3.3 unterscheidbar sind und ein unbeabsichtigter Wechsel zwischen solchen benachbarten vertikalen oder horizontalen Spuren 2.3, 3.3 vermieden wird.
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Aufgrund ihrer Anordnung kreuzen sich der erste Trainingspfad 2 und der zweite Trainingspfad 3 näherungsweise orthogonal in Kreuzungspunkten 4, die im Wesentlichen als regelmäßiges Gitter über dem Navigationsbereich 1 liegen, wobei Abweichungen von der Gitterstruktur nahe der Umrandung 1.1 sowie in der Umgebung eines statischen Hindernisses 1.2 möglich sind.
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Nach Ausführung des ersten und zweiten Trainingsschritts kann das autonome Fahrzeug 6 autonom einen Pfadverfolgungsschritt ausführen, der im Prinzip beliebig oft wiederholt werden kann. Das autonome Fahrzeug 6 verfolgt hierzu zur Ausführung einer geplanten Aufgabe, beispielsweise Mähen eines Rasenstücks, Reinigen einer asphaltierten Fläche oder Pflügen eines Ackers im Navigationsbereich 1, den im ersten Trainingsschritt aufgezeichneten ersten Trainingspfad 2. Mittels der Positionsbestimmungseinheit 6.4 wird dabei fortlaufend die Position des autonomen Fahrzeugs 6 bestimmt und mit den fortlaufend gespeicherten Positionen des ersten Trainingspfads 2 verglichen. Das autonome Fahrzeug 6 wird mittels einer Steuereinheit 6.5 so gesteuert, dass es dem ersten Trainingspfad 2 im Wesentlichen folgt. Beispielsweise kann das autonome Fahrzeug 6 so gesteuert werden, dass die Abweichung vom ersten Trainingspfad 2 minimiert wird oder eine bestimmte, vorgebbare Toleranz nicht überschreitet.
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Hierbei ist es möglich, dass sich ein erstes und ein zweites nicht verzeichnetes Hindernis 5.1, 5.2 entlang des ersten Trainingspfads 2 im Navigationsbereich 1 befinden. Derartige nicht verzeichnete Hindernisse 5.1, 5.2 können durch bewegte Objekte, beispielsweise Tiere oder Menschen, gegeben sein. Derartige nicht verzeichnete Hindernisse 5.1, 5.2 können aber auch durch unbewegte Objekte gegeben sein, die sich während des ersten und/oder zweiten Trainingsschritts nicht oder an anderer Stelle im Navigationsbereich 1 befunden haben, wie beispielsweise ein umgestürzter Baum.
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Das autonome Fahrzeug 6 erkennt entlang einer Marschrichtung M vor ihm liegende Hindernisse mittels einer Hindernisdetektionseinheit 6.3. Eine solche Hindernisdetektionseinheit 6.3 kann beispielsweise basierend auf einer Entfernungsmesseinrichtung 6.3 mittels Radar und/oder Ultraschall arbeiten. Eine solche Hindernisdetektionseinrichtung 6.3 kann ferner Hindernisse beispielsweise mittels Auswertung von mittels einer Videokamera aufgenommener Bilder der Umgebung des autonomen Fahrzeugs 6 erkennen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Navigationsverfahren umfährt ein autonomes Fahrzeug 6 ein nicht verzeichnetes Hindernis 5.1, 5.2, das eine Verfolgung des ersten Trainingspfads 2 verhindert, auf einem Umgehungspfad U, der zurück auf den ersten Trainingspfad 2 führt. Das Navigationsverfahren wird zunächst anhand der Umgehung des ersten nicht verzeichneten Hindernisses 5.1 erläutert, welches keinen Kreuzungspunkt 4 überdeckt. Anschließend wird das Navigationsverfahren an einem vergleichsweise größeren zweiten nicht verzeichneten Hindernis 5.2 erläutert, das zwei Kreuzungspunkte 4 überdeckt.
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Das autonome Fahrzeug 6 nähert sich bei Ausführung des Pfadverfolgungsschritts dem ersten nicht verzeichneten Hindernis 5.1 entlang einer Marschrichtung M auf einer vertikalen Spur 2.3 des ersten Trainingspfads 2. Mittels der Hindernisdetektionseinheit 6.3 erkennt das autonome Fahrzeug 6 das erste nicht verzeichnete Hindernis 5.1, unterbricht den Pfadverfolgungsschritt und startet einen Ausweichschritt. In einem ersten Ausweichteilschritt sucht das autonome Fahrzeug 6 einen ersten Ausweich-Kreuzungspunkt U.1 auf, der sich als derjenige Kreuzungspunkt 4 ergibt, der in Marschrichtung M unmittelbar vor dem ersten nicht verzeichneten Hindernis 5.1 liegt.
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In einer Ausführungsvariante des Verfahrens stoppt das autonome Fahrzeug 6 am ersten Ausweich-Kreuzungspunkt U.1 für eine vorbestimmte Zeit. Ist der Weg entlang des ersten Trainingspfads 2 in Marschrichtung M nach dieser vorbestimmten Zeit frei, beispielsweise weil sich das erste nicht verzeichnete Hindernis 5.1 während dieser vorbestimmten Zeit fortbewegt hat, so setzt das autonome Fahrzeug 6 anschließend seine Bewegung entlang des ersten Trainingspfads 2 fort.
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Andernfalls weicht das autonome Fahrzeug 6 in einem zweiten Ausweichteilschritt ausgehend vom ersten Ausweich-Kreuzungspunkt U.1 entlang einer Ausweichrichtung A auf einem Abschnitt des zweiten Trainingspfads 3 bis zum nächstgelegenen Kreuzungspunkt 4 aus. Mittels der Hindernisdetektionseinheit 6.3 stellt das autonome Fahrzeug 6 fest, dass eine Umfahrung des ersten nicht verzeichneten Hindernisses 5.1 ausgehend von diesem nächstgelegenen Kreuzungspunkt 4 entlang des ersten Trainingspfads 2 in der Marschrichtung M möglich ist. Somit stellt dieser nächstgelegene Kreuzungspunkt 4 den zweiten Ausweich-Kreuzungspunkt U.2 dar.
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Ausgehend vom zweiten Ausweich-Kreuzungspunkt U.2 verfolgt das autonome Fahrzeug 6 in einem dritten Ausweichteilschritt den ersten Trainingspfad 2 entlang der Marschrichtung M bis zum nächstgelegenen Kreuzungspunkt 4. Mittels der Hindernisdetektionseinheit 6.3 stellt das autonome Fahrzeug 6 fest, dass eine Umfahrung des ersten nicht verzeichneten Hindernisses 5.1 ausgehend von diesem nächstgelegenen Kreuzungspunkt 4 entlang des zweiten Trainingspfads 3 in entgegengesetzter Ausweichrichtung A’ möglich ist. Somit stellt dieser nächstgelegene Kreuzungspunkt 4 den dritten Ausweich-Kreuzungspunkt U.3 dar.
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Ausgehend vom dritten Ausweich-Kreuzungspunkt U.3 verfolgt das autonome Fahrzeug 6 in einem vierten Ausweichteilschritt den zweiten Trainingspfad 3 in entgegengesetzter Ausweichrichtung A’, bis es auf einen vierten Ausweich-Kreuzungspunkt U.4 stößt, der dem ersten Ausweich-Kreuzungspunkt U.1 am nächsten liegt.
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Die Ermittlung der Ausweich-Kreuzungspunkte U.1 bis U.4 sowie der Ausweichrichtung A, der entgegengesetzten Ausweichrichtung A’ und der Marschrichtung erfolgt durch Positionsbestimmung mittels der Positionsbestimmungseinheit 6.4 des autonomen Fahrzeugs 6 und Vergleich der bestimmten Position mit den für den ersten und den zweiten Trainingspfad 2, 3 fortlaufend gespeicherten Positionen.
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Mit dem vierten Ausweich-Kreuzungspunkt U.4 ist der durch das erste nicht verzeichnete Hindernis 5.1 behinderte erste Trainingspfad 2 bei Umfahrung desselben wieder erreicht. Der Ausweichschritt wird abgeschlossen und der Pfadverfolgungsschritt wird entlang des ersten Trainingspfads 2 wieder aufgenommen.
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Stößt das autonome Fahrzeug 6 entlang der Marschrichtung M auf das vergleichsweise größere zweite nicht verzeichnete Hindernis 5.2, so kann es sein, dass sich der in Marschrichtung M nächstliegende erste Ausweich-Kreuzungspunkt U.1 aufgrund der begrenzten Reichweite der Hindernisdetektionseinheit 6.3 bereits hinter dem autonomen Fahrzeug 6 befindet. In diesem Fall fährt das autonome Fahrzeug 6 im ersten Ausweichschritt bis zum ersten Ausweich-Kreuzungspunkt U.1 zurück.
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Der zweite Ausweichteilschritt führt analog zur Umfahrung des ersten nicht verzeichneten Hindernisses 5.1 entlang der Ausweichrichtung A zum zweiten Ausweich-Kreuzungspunkt U.2.
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Von hier aus bewegt sich das autonome Fahrzeug 6 im dritten Ausweichteilschritt entlang des ersten Trainingspfads 2 in Marschrichtung M parallel zum zweiten nicht verzeichneten Hindernis 5.2. Im dritten Ausweichteilschritt werden ein erster passierter Kreuzungspunkt U.2a und ein zweiter passierter Kreuzungspunkt U.2b passiert. Bei jedem passierten Kreuzungspunkt U.2a, U.2b wird mittels der Hindernisdetektionseinheit 6.3 geprüft, ob das zweite nicht verzeichnete Hindernis 5.2 die Verfolgung des zweiten Trainingspfads 3 entgegengesetzter Ausweichrichtung A’ behindert. Der erste Kreuzungspunkt 4, von dem aus der zweite Trainingspfad 3 am nicht verzeichneten Hindernis 5.2 vorbei in entgegengesetzter Ausweichrichtung A’ verfolgt werden kann, stellt den dritten Ausweich-Kreuzungspunkt U3 dar.
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Vom dritten Ausweich-Kreuzungspunkt U.3 ausgehend erfolgt der vierte Ausweichteilschritt bis zum vierten Ausweich-Kreuzungspunkt U.4 in analoger Weise wie der vierte Ausweichteilschritt bei der Umfahrung des ersten nicht verzeichneten Hindernisses 5.2. Damit ist der durch das zweite nicht verzeichnete Hindernis 5.2 behinderte erste Trainingspfad 2 bei Umfahrung desselben wieder erreicht. Der Ausweichschritt wird abgeschlossen und der Pfadverfolgungsschritt wird entlang des ersten Trainingspfads 2 wieder aufgenommen.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht das beschriebene Navigationsverfahren die Verfolgung eines vorgegebenen ersten Trainingspfads 2, der durch ein nicht verzeichnetes, während des ersten und zweiten Trainingsschritts nicht gegenwärtiges Hindernis 5.1, 5.2 versperrt ist. Damit ist es zum einen möglich, ein autonomes Fahrzeug 6 mit geringem Aufwand und bei geringen Anforderungen an einen Bediener an unterschiedlich ausgebildete Navigationsbereiche 1 so anzupassen, dass eine für das autonome Fahrzeug 6 vorgesehene Aufgabe gelöst wird. Damit wird weiterhin ein gegenüber nicht oder schwer vorhersehbaren Änderungen im Navigationsbereich 1 robuster und zugleich sicherer Betrieb eines solchen autonomen Fahrzeugs 6 ermöglicht. Somit tragen das erfindungsgemäße Navigationsverfahren und das erfindungsgemäße autonome Fahrzeug 6 zur Automatisierung andernfalls manuell auszuführender Tätigkeiten bei.
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2 zeigt ein autonomes Fahrzeug 6 in der Art einer Kehrmaschine mit einer Kehrvorrichtung 6.1. Die Kehrmaschine 6 weist eine Steuervorrichtung 6.2 auf, die einen Lenkhebel 6.2.1 oder alternativ ein nicht dargestelltes Lenkrad, ein Beschleunigungspedal 6.2.2 und ein Bremspedal 6.2.3 umfasst. Die Kehrmaschine 6 weist ferner an Außenkanten montierte Ultraschall-Entfernungsmesser 6.3 auf, mit denen in der Fahrzeugumgebung befindliche Hindernisse erkannt werden. Ferner weist die Kehrmaschine 6 eine Positionsbestimmungseinheit 6.4 auf, die als Empfänger für ein von Satelliten gesendetes hochauflösendes Positionsbestimmungssignal ausgebildet ist. Die Positionsbestimmungseinheit 6.4 sowie die Ultraschall-Entfernungsmesser 6.3 sind mit einer Steuereinheit 6.5 verbunden. Die Steuereinheit 6.5 ist mit einer Speichervorrichtung 6.6 verbunden und greift mittels nicht näher dargestellter Aktoren, beispielsweise mittels elektrischer Antriebe und/oder elektrischer Stellglieder in die manuelle Steuervorrichtung 6.2 ein.
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Während des ersten und zweiten Trainingsschritts wird die Kehrmaschine 6 mittels der Steuervorrichtung 6.2 von einem Bediener entlang des ersten beziehungsweise zweiten Trainingspfads 2, 3 gesteuert. Positionsdaten, welche die fortlaufenden Fahrzeugpositionen entlang des ersten und zweiten Trainingspfads 2, 3 beschreiben, werden mittels der Positionsbestimmungseinheit 6.4 erfasst und an die Steuereinheit 6.5 übertragen. Von der Steuereinheit 6.5 werden diese erfassten Positionsdaten auf der Speichervorrichtung 6.6 gespeichert.
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Im Pfadverfolgungsschritt ruft die Steuereinheit 6.5 gespeicherte Positionsdaten von der Speichervorrichtung 6.6 ab und vergleicht sie mit der aktuellen Position der Kehrmaschine 6, welche mit der Positionsbestimmungseinheit 6.4 erfasst wird. Mittels eines auf der Steuereinheit 6.5 ablaufenden Programms zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Navigationsverfahrens greift die Steuereinheit 6.5 in die Steuervorrichtung 6.2 so ein, dass der im ersten Trainingsschritt erfasste und über Positionsdaten in der Speichervorrichtung 6.6 gespeicherte erste Trainingspfad 2 von der Kehrmaschine verfolgt wird. Bei Erkennung eines Hindernisses 5.1, 5.2 entlang des ersten Trainingspfads 2 mittels der Ultraschall-Entfernungsmesser 6.3 führt die Steuereinheit 6.5 einen Ausweichschritt entlang eines Umgehungspfads U aus. Die aktuelle Position der Kehrmaschine relativ zu dem als Positionsdaten auf der Speichervorrichtung 6.6 gespeichertem ersten und zweiten Trainingspfad 2, 3 wird mittels der Positionsbestimmungseinheit 6.4 fortlaufend verfolgt, bis der erste Trainingspfad 2 wieder erreicht ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
