DE10234730A1

DE10234730A1 - Verfahren zur Positionsbestimmung eines Transportfahrzeuges

Info

Publication number: DE10234730A1
Application number: DE10234730A
Authority: DE
Inventors: Josef Schreiner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-19
Also published as: WO2004015510A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Transportfahrzeuges, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges, innerhalb eines vorbestimmten Wirkbereiches des Fahrzeuges, in dem bewegliche, vom Transportfahrzeug transportierte erste Objekte sowie ortsfeste zweite Objekte vorhanden sind. Hierbei wird eine Kontur der in einer Umgebung einer momentanen Position des Transportfahrzeuges vorhandenen ersten Objekte abgetastet und mit einer digital gespeicherten Karte von allen im Wirkbereich des Transportfahrzeuges vorhandenen ersten Objekten verglichen und aus dem Vergleich eine Position des Transportfahrzeuges innerhalb der digitalen Karte bestimmt, wobei immer dann, wenn das Fahrzeug ein Objekt aufnimmt oder abstellt, die Position des Transportfahrzeuges durch exakte Vermessung markanter Punkte der ersten und/oder zweiten Objekte in der Umgebung vom Transportfahrzeug aus und eine Ausrichtung des Transportfahrzeugs bestimmt wird und die in der digitalen Karte gespeicherten Daten über die ersten Objekte entsprechend aktualisiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Transportfahrzeuges, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges„ innerhalb eines vorbestimmten Wirkbereiches des Fahrzeuges, in dem bewegliche, vom Fahrzeug transportierte erste Objekte sowie ortsfeste zweite Objekte vorhanden sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bemannte Transportfahrzeuge, wie beispielsweise Flurförderfahrzeuge, sind ein fester Bestandteil und ein nicht weg zu denkendes Element auf dem Gebiet der Logistik. Flurförderfahrzeuge tragen zum Materialfluß z.B. in einer Lagereinrichtung bei. Die möglichen Fahrstrecken bemannter Fahrzeuge beschränken sich meist nicht auf fest vorgegebene Fahrwege, auf ein Gebäude oder auf einen Außenbereich. Vielmehr kann sich ein bemanntes Fahrzeug fast beliebig bewegen. Der Vorteil bemannter Fahrzeuge liegt somit in der universellen Gestaltung der Transportwege. Oft legt der Fahrer intuitiv und passend zur jeweiligen Situation in einer Lagereinrichtung ein Fahrmanöver bzw. eine Route für den Materialtransport fest.

GPS (Global Positioning System) ist allgemein als System zu Positionsbestimmung bekannt und wird in vielen Bereichen eingesetzt. Bei entsprechender Ausrüstung (kinematisches GPS) kann eine Genauigkeit von ca. ±2cm erreicht werden.

Nachteil dieses Systems ist, daß immer Sichtkontakt zu den geostationären Satelliten und Funkverbindung zu optional vorhandenen Referenzstationen bestehen muß. Im Inneren einer Lagerhalle kann das System jedoch nicht eingesetzt werden, da das Hallendach die notwendigen Funksignale der Satelliten abschirmt.

Abhilfe kann hier ein System mit sogenannten „Pseudoliten" – einer Art von Ersatzsatelliten für den Innenbereich – schaffen. Hierfür werden z.B. in den Ecken einer Halle Funksender installiert, die GPS-kompatible Signale senden. Mit Hilfe eines GPS-Empfängers kann ein Fahrzeug somit innerhalb der Halle seine Position bestimmen. Dieses Verfahren birgt jedoch einige Nachteile. Die Feldstärke der empfangenen Signale innerhalb der Halle ist in hohem Maße von der Position des Fahrzeuges abhängig. Eine Änderung der Position verursacht eine große relative Änderung der Distanz zwischen Fahrzeug und Sender wobei die Empfangs-Signalleistung umgekehrt proportional zum Quadrat der Distanz ist. Wenn das Signal eines Senders am Empfänger somit um ein vielfaches stärker ist als die Signale der anderen Sender, so kann der Empfänger die schwächeren Signale nicht mehr auswerten. Das Fahrzeug kann somit an den Rändern der Halle die Position nicht bestimmen. Weiter benötigt der Empfänger zu den Pseudoliten den direkten Sichtkontakt und er muß in der Lage sein mehrfach reflektierte Signale zu erkennen. Hieraus ergeben sich für das System erhebliche Einschränkungen. Diese Technologie befindet sich heute noch im Entwicklungsstadium und funktioniert mit Einschränkungen nur im Labor.

Aus der DE 38 21 892 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsmessung von Containerumsetzfahrzeugen bekannt. Hierzu ist ein Sensorsystem vorgesehen, mit dem die mit Reflektoren ausgerüstete Umgebung des Fahrzeuges als Bezug zur Vermessung vom Fahrzeug aus benutzt wird. Während der Fahrt und insbesondere im Stand wird kontinuierlich mit einem rotierenden Laserentfernungsmesser die Umgebung vom Fahrzeug aus vermessen. Die Positionen der Reflektoren sind im Fahrzeugrechner gespeichert. Die Position des Fahrzeugs wird aus den gemessenen Polarkoordinaten zu den Reflektoren bestimmt und umkodiert auf Lagerplätze, die dem Lagerrechner per Funk übertragen werden. Nachteilig erweist sich bei dieser Lösung mit ortsfesten Reflektoren, daß immer Sichtkontakt zu den Reflektoren bzw. Objekten bestehen muß. Sollten sich z.B. zwei Lagerhallen (in denen sich das Fahrzeug bewegen kann) gleichen, so kann die exakte Position nicht mehr bestimmt werden bzw. es müssen eine Vielzahl von Reflektoren an unterschiedlichen Positionen angebracht werden um eine Lagerhalle eindeutig zu gestalten. Der Aufwand an softwaretechnischen Fallunterscheidungen kann hierbei enorm anwachsen.

Die DE 39 30 109 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Positions- und Fahrtrichtungsbestimmung fahrerloser Fahrzeuge. Auch hier werden ortsfeste Reflektoren mit bekannter Position und ein Laser-Scan-System eingesetzt mit dem Unterschied, daß das Lasersystem keine Distanz messen kann. Die Position des Fahrzeuges wird mittels trigonometrischer Funktionen berechnet. Aus dem Lagewinkel von dem Fahrzeug und dem Abstand zwischen Fahrzeug und den Reflektoren ergeben sich die gemessenen Winkel zu den Reflektoren. Diese Lösung erfordert eine äußerst genaue Winkelmessung an dem Lasersystem. Je nach Verhältnis von Abstand des Fahrzeug zu den Reflektoren und Abstand der Reflektoren untereinander kann sich aufgrund endlicher Genauigkeit des Lasermeßsystems ein erheblicher Fehler bei der Positionsbestimmung ergeben.

Die beiden voranstehend genannten Lösungen mit festen Markierungen haben den weiteren Nachteil, daß sichergestellt werden muß, daß das Fahrzeug in regelmäßigen Abständen an den Markierungen vorbei kommt. Bei einem bemannten Fahrzeug kann dies nicht sichergestellt werden, da der Fahrer das Fahrzeug seinen Bedürfnissen entsprechend bewegt.

Die DE 35 38 908 A1 beschreibt ein bordautonomes Ortungssystem für Positionsermittlung und Kollisionsschutz von Roboter- und unbemannten Flurförderfahrzeugen nach dem Koppelnavigationsverfahren. Zur Kompensation der Fehler des Koppelnavigationssystems wird laufend der Abstand vom Fahrzeug zu seiner Umgebung bestimmt. Somit kann das Fahrzeug sicher in der vorgegebenen Fahrbahnmitte geführt werden. Nachteilig erweist sich hier, daß ein Fehlen von seitlichen Begrenzungen der Fahrbahn zu einem Versagen der Fehlerkorrektur führt und somit das Fahrzeug nur noch durch das fehlerbehaftete Koppelnavigationssystem geführt werden kann. In diesem Fall wird bereits nach einigen Metern der Positionsfehler so groß, daß das Fahrzeug angehalten werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art dahingehend zu verbessern, daß dieses in Industrieumgebungen ohne Einschränkungen verwendbar ist und mit hinreichender Genauigkeit für die Positionsbestimmung arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bei einem Verfahren der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Kontur der in einer Umgebung einer momentanen Position des Fahrzeugs vorhandenen ersten Objekte abgetastet und mit einer digital gespeicherten Karte von allen im Wirkbereich des Transportfahrzeugs vorhandenen ersten Objekten verglichen wird, und aus dem Vergleich eine Position des Transportfahrzeugs innerhalb der digitalen Karte bestimmt wird, wobei immer dann, wenn das Fahrzeug ein Objekt aufnimmt oder abstellt, die Position des Transportfahrzeugs durch exakte Vermessung markanter Punkte der ersten und/oder zweiten Objekte in der Umgebung vom Transportfahrzeug aus und eine Ausrichtung des Transportfahrzeugs bestimmt wird und die in der digitale Karte gespeicherten Daten über die ersten Objekte entsprechend aktualisiert werden.

Dies hat den Vorteil, daß die Positionsbestimmung zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort ohne Vorkenntnis der Position möglich ist. Durch diese Bestimmung von Bewegungsrichtung, Position, Lagewinkel und Aktion eines Fahrzeuges (das z.B. in einer Lagereinrichtung für den Transport von Lagergut eingesetzt wird) an jedem beliebigen Ort eines bekannten, ggf. bebauten und abgegrenzten Wirkbereiches – z.B. eine Lagerhalle mit Verladeplatz und Freigelände – wird es möglich, den Materialfluß in der Lagereinrichtung ohne Zutun des Fahrers zu verfolgen und zu verwalten. Weiter besteht so die Möglichkeit dem Fahrer abhängig von der Fahrzeugposition Anweisungen zu übermitteln. Gleichzeitig dienen die Information über die Position des Ladegutes selbst als Ausgangspunkt für die Positionsbestimmung des Transportfahrzeuges, so daß beim Materialfluß nicht auf stationäre Markierungen im Wirkbereich Rücksicht genommen werden muß.

Zum eindeutigen Bestimmen einer Umgebung des Transportfahrzeuges, wie beispielsweise einer bestimmten Lagerhalle oder einem bestimmten Bereich einer Lagerhalle, wird eine Datenverarbeitungseinrichtung des Transportfahrzeugs über einen eindeutig bestimmten Zugriffsknoten mit einer zentralen Recheneinheit verbunden, wobei aus der digitalen Karte ein Bereich ausgewählt wird, welcher der Position dieses Zugriffsknotens entspricht.

Um einer Vielzahl von Transportfahrzeugen die digitale Karte zur Verfügung zu stellen, wird die digitale Karte in der zentralen Recheneinheit verwaltet.

Zweckmäßigerweise wird die Kontur in einer horizontalen Ebene abgetastet.

Zur weiteren Ergänzung der Orientierungsmöglichkeit enthält die digitale Karte zusätzlich Daten zu im Wirkbereich des Transportfahrzeugs vorhandenen zweiten Objekten.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Transportfahrzeug um ein bemanntes, manuell bedientes Transportfahrzeugs.

Zweckmäßigerweise werden beim Abtasten der Kontur der Umgebung Abstands- und Winkelwerte zwischen der Position des Transportfahrzeugs und wenigstens den ersten Objekten bestimmt.

Eine besonders einfache und gleichzeitig funktionssichere Bestimmung der Ausrichtung des Transportfahrzeugs erzielt man durch Verwendung eines magnetischen oder elektronischen Kompaß.

Beispielsweise sind die ersten Objekte Transporteinheiten, insbesondere Paletten, Gitterboxen, Europaletten o.ä., mit Lagergut, insbesondere Getränkekästen, Nahrungsmittel, Maschinenteile o.ä..

Optional wird in solchen Wirkbereichen, in denen Verbindung zu Navigationssatelliten besteht, auf eine GPS-Navigation umgeschaltet bzw. eine GPS-Navigation zugeschaltet.

Dadurch, daß in der digitalen Karte für jedes erste Objekt neben der Position zusätzlich eine Höhe über Grund aus einer Höhe einer Ladeeinrichtung des Transportfahrzeuges beim Aufnehmen oder Abstellen des ersten Objektes bestimmt und abgespeichert wird, ist bei Lagergut, das übereinander stapelbar ist, neben einer X- und Y-Koordinate auch eine Z-Koordinate für das abgestellte oder aufgenommene Lagergut verfügbar.

Zur Unterstützung der Positionsbestimmung insbesondere bei schneller Fahrt wird in vorteilhafterweise aus den während einer Fahrt des Transportfahrzeugs ermittelten Positionen eine Abschätzung von Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs durchgeführt und/oder zusätzlich eine Koppelnavigation durchgeführt.

Bei jedem Aufnehmen und/oder Abstellen eines ersten Objektes wird optional eine Belegung von Ladeplätzen des Transportmittels, ein Gewicht des ersten Objektes und/oder eine Belegung von Ladeplätzen des Transportmittels ermittelt.

Zur weiteren Verbesserung von Navigation und Positionsbestimmung werden in der digitalen Karte zusätzlich Daten von beweglichen dritten Objekten gehalten und aktualisiert, die bei der Abtastung erfaßt und bei dem Vergleich mit der digitalen Karte sowie bei der exakten Vermessung genutzt werden, wobei diese dritten Objekte andere Transportfahrzeuge und/oder unbekannte Hindernisse umfassen.

Für ein Notfallsystem im Falle eines Ausfalls der Funkverbindung oder des Zentralrechners wird die digitale Karte zusätzlich in einem Speicher im Transportfahrzeug gespeichert und laufend aktualisiert.

Eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens dient zur Wegverfolgung der ersten Objekte, wobei jedes Aufnehmen und Abstellen eines ersten Objektes mit der entsprechend bestimmten Position des Transportfahrzeuges sowie Datumsinforma tionen protokolliert wird. Dies erfolgt beispielsweise in einem Getränkelager und die ersten Objekte sind Europaletten mit darauf gestapelten Getränkekisten. Zusätzlich wird zur Position des Transportfahrzeuges eine Lagerhöhe des ersten Objektes über Grund bestimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
1 ein Transportfahrzeug in schematischer Schnittansicht und
2 einen Wirkbereich des Transportfahrzeugs gemäß 1 in schematischer Aufsicht.
1 zeigt ein Transportfahrzeug 10 in Form eines Flurförderfahrzeuges bzw. Gabelstaplers mit einer Ladeeinrichtung 12 in Form einer Gabel. Dieser Gabelstapler 10 ist im Betrieb durch einen Fahrer bemannt, der den Gabelstapler 10 manuell bedient. Der Gabelstapler 10 weist einen Bordrechner 14 auf, an dem ein Laserradar (LADAR) 16, ein elektronischer Kompaß 18, ein kinematisches GPS 20 und eine Sensoreinrichtung 22 für die Ladeeinrichtung 12 angeschlossen sind und die entsprechende Daten an den Bordrechner 14 liefern. Eine Sende-/Empfangseinheit 24 ist ebenfalls mit dem Bordrechner 14 verbunden und stellt eine Datenfunkverbindung zu einem in 1 nicht dargestellten Zentralrechner her.
2 veranschaulicht einen Wirkbereich 26 des Gabelstaplers 10 mit von dem Gabelstapler zu transportierendem Lagergut 28 als erste Objekte und einem Zugriffsknoten 30, der über eine Datenfunkverbindung 32 eine Datenverbindung zwischen dem Zentralrechner 34 und dem Bordrechner 14 herstellt. In dem dargestellten Beispiel sind die ersten Objekte 28 Europaletten, auf denen Getränkekisten gestapelt sind. Der Ausdruck "Wirkbereich" bezeichnet hierin einen Bereich, in dem sich das Transportfahrzeug 10 lokal zum Erzeugen eines Materialflusses bewegt. Dieser Wirkbereich ist in Form einer digitalen Karte abgebildet, welche Positionen von Objekt enthält, die sich im Wirkbereich 26 befinden.
Der bestimmte, abgegrenzte Wirkbereich 26 ist in dem dargestellten Beispiel eine Lagerhalle mit Wänden 36 und Stützpfeilern 38. Dieser Wirkbereich 26 kann aber auch ein Teil der Lagerhalle oder ein außen liegender Lagerplatz sein, wobei das Transportfahrzeug 10 durchaus zwischen verschiedenen Wirkbereichen 26 wechseln kann, wobei dann jeweils eine entsprechende digitale Karte bzw. ein Ausschnitt der digitalen Karte dieses Wirkbereiches 26 als Grundlage für die Positionsbestimmung dient. Die digitale Karte wird in dem Zentralrechner 34 verwaltet und enthält Daten über Positionen von Lagergut 28, ggf. von den Positionen der Gabelstapler 10 und ggf. von ortsfesten zweiten Objekten, wie beispielsweise den Wänden 36 und den Stützpfeilern 38.
Der Gabelstapler 10 produziert in einer Lagereinrichtung mit dem Wirkbereich 26 einen Materialfluß durch folgende Aktionen: Der Gabelstapler 10 begibt sich an eine Position, an der Lagergut 28 aufgenommen werden soll. Dann erfolgt das Aufnehmen des Lagergutes 28. Anschließend wird der Gabelstapler 10 zu einer anderen Position gesteuert, an der das Lagergut 28 wieder abgelegt werden soll. Hierbei kann der Gabelstapler 10 beispielsweise aus dem Gebäude 26 hinaus auf ein Freigelände und/oder wieder in ein anderes Gebäude hinein fahren. Dann erfolgt das Absetzen des Lagergutes 28.
Bei diesen Aktionen wird fortlaufend eine Position des Gabelstaplers 10 in folgender Weise bestimmt: Das LADAR 16 tastet fortlaufend eine Kontur der Umgebung ab und erfaßt dabei in erster Linie die Kontur (Entfernung und Winkellage) der in der unmittelbaren Umgebung des Gabelstaplers 10 befindlichen Lagergutes 28. Das Ergebnis dieser Abtastung wird mit den in der digitalen Karte im Zentralrechner 34 gespeicherten digitalen Karte verglichen. Aufgrund dieses Vergleiches kann der Bordrechner 14 oder der Zentralrechner 34 eine Position des Gabelstaplers 10 innerhalb des Wirkbereiches 26 bestimmen, wobei durch den vom Bordrechner 14 verwendeten Zugriffsknoten 30, dessen Position ebenfalls in der digitalen Karte gespeichert ist, eine erste grobe Orientierung des Aufenthaltsbereiches des Gabelstaplers 10 erfolgt. Das Ergebnis der Abtastung wird dabei nur mit dem Teil der Daten der digitalen Karte verglichen, der sich in unmittelbarer Umgebung des Zugriffsknoten 30, beispielsweise im Umkreis von 80m, befindet. Im Falle eines Aufnehmens oder Abstellens eines Lagergutes 28 wird dann eine ex akte Position des Gabelstaplers 10 bestimmt, die dann im Falle eines Abstellens diesem abgestellten Lagergut 28 zugeordnet wird und dieses abgestellte Lagergut 28 wird dann mit dieser Position in die digitale Karte aufgenommen. Im Falle des Aufnehmens wird über diese exakte Position des Gabelstaplers 10 bestimmt, welches Lagergut dieser tatsächlich mit der Gabel 12 aufnimmt und dieses aufgenommene Lagergut 28 wird aus dem Bestand an Objekten in der digitalen Karte entfernt. Zur Identifikation, welches Lagergut 28 aufgenommenen wird dient auch noch die Information über die Ausrichtung des Gabelstaplers 10, welche von dem elektronischen Kompaß 18 zur Verfügung steht. Durch die zentrale Verwaltung der digitalen Karte im Zentralrechner 34 und die Datenfunkverbindung 32, steht die aktualisierte digitale Karte allen Gabelstaplern 10 sofort zur Verfügung. Es ergibt sich somit bzgl. der ersten Objekte 28 in Form der Europaletten eine dynamische digitale Karte des Wirkbereiches 26.
Gleichzeitig steht für jedes einzelne erste Objekt 28 in Form der Lagergüter eine Information bzgl. Position und Transportweg in Kombination mit entsprechenden Datums- und Zeitinformationen zur Verfügung. Auf diese Weise ist eine Wegverfolgung für jede einzelne Europalette 28 realisiert, welche ohne jedes Zutun der Fahrer auf den Gabelstaplern 10 funktioniert und darüber hinaus auch vollkommen unabhängig davon ist, welche Wege die Fahrer mit den Gabelstaplern 10 wählen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, innerhalb und außerhalb von Gebäuden die Position des Gabelstaplers 10 zu bestimmen. Dies geschieht optional auch durch die Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Ortungssystemen. Das erste, oben beschriebene System ist geeignet für den Innenbereich der Lagerhalle 26. Als zweites System steht in dem dargestellten Beispiel über den Sensor 20 ein kinematisches GPS zur Verfügung, welches uneingeschränkt im Außenbereich funktioniert. Durch diese Anordnung kann die Position des Gabelstaplers 10 sowohl innerhalb als auch außerhalb von Gebäuden bestimmt werden.
Die Ortungssysteme ermitteln die absolute Position des Fahrzeuges in einer X- und Y-Richtung innerhalb des vorgegebenen Wirkbereiches 26. Um exakt bestimmen zu können, welche Europalette 28 tatsächlich an einer momentanen Po sition des Gabelstaplers 10 aufgenommen wird, ist der Fahrzeug-Lagewinkel von entscheidender Bedeutung. Bei entsprechend dichter Lagerung der Europaletten kommen an einer bestimmten Position des Gabelstaplers ggf. zwei sich gegenüber stehende Europaletten in Frage, die gerade aufgenommen werden könnten. Hier unterstützt die Lageinformation bei der Lösung dieser Frage. der Fahrzeug-Lagewinkel bzw. die Ausrichtung des Gabelstaplers 10 wird efindungsgemäß mit dem elektronischen Kompaß 18 relativ zum Erdmagnetfeld bestimmt. Da der Lagewinkel nicht für die Berechnung der Fahrzeugposition herangezogen wird, genügt hier ein relativ ungenauer Sensor. Eine Genauigkeit von z.B. +/– 2° ist vollkommen ausreichend. Damit entfallen die sonst üblichen Drift-Fehler wie sie bei sogenannten Drehraten-Sensoren auftreten und auch die Notwendigkeit diese zu beheben wie z.B. in DE 197 30 483 C2 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird immer nur dann Position und Lagewinkel des Gabelstaplers 10 mit ausreichend hoher Genauigkeit bestimmt, wenn die Geschwindigkeit des Gabelstaplers 10 gering ist oder der Gabelstapler 10 steht, da eine Aufnahme bzw. Ablage von Lagergut 28 in der Regel nur bei stehendem Fahrzeug oder bei sehr geringen Geschwindigkeiten erfolgt. Nur hierfür ist die präzise Positionsbestimmung und der Lagewinkel notwendig um den exakten Lagerplatz zu bestimmen. Bei hohen Geschwindigkeiten genügt eine Abschätzung wohin sich der Gabelstapler 10 bewegt. Dadurch ist die Anforderung an die Sensorik in Bezug auf die Reaktionszeit gering was preisgünstige Sensoren zur Folge hat.
Alle bekannten Objekte 28, 36 und 38 innerhalb des Wirkbereiches 26 sind in der digitalen Karte gespeichert. Mit dem am Gabelstapler 10 montierten LADAR 16 wird der Abstand vom Gabelstapler 10 zu bekannten Objekten 28, 36, 38 kontaktlos gemessen. Es wird somit ein Bild der Umgebung des Gabelstaplers 10 erstellt. Der im Gabelstapler 10 angeordnete Bordrechner 14 erfaßt die Meßwerte der Sensoreinheiten 16, 18 und speichert diese mit einer Zeit- sowie Datumsinformation für die weitere Berechnung. Nun wird mit den ermittelten Meßwerten und den Zeit- sowie Datumsinformationen durch Vergleich mit den Daten aus der digitalen Karte die Position des Gabelstaplers 10 mittels bekannter trigonometrischer Berechnungen und Verfahren bestimmt. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend. Angenommen der Gabelstapler 10 befindet sich in einer absolut leeren und symme trischen Halle (2) so kann aufgrund des bekannten, absoluten Lagewinkels des Gabelstaplers 10 die Position eindeutig bestimmt werden. Die Verwendung eines Drehraten-Sensors würde hier jedoch nicht funktionieren.
Wenn sich der Gabelstapler 10 bewegt, dann wird die Berechnung der Position aufgrund der benötigten Zeit für die Meßdatenerfassung und Auswertung ungenau. Da jedoch die Position während der Fahrt ungenau sein darf reicht für diesen Zustand eine „unscharfe" Positionsbestimmung bzw. eine Abschätzung der Bewegungsrichtung aus. Außerhalb von Gebäuden kann es vorkommen, daß sich der Gabelstapler 10 in Bereichen befindet bzw. bewegt, in denen die Reichweite der Sensoreinheit 16 nicht ausreicht um eine Abstandsmessung zu bekannten Objekten 28, 36, 38 durchzuführen. Immer dann wird die zusätzliche Sensoreinheit 20 in Form des kinematischen GPS aktiviert und für die Positionsbestimmung herangezogen. Diese liefert absolute Positionsdaten des Gabelstaplers 10 an die Rechnereinheit 14.
Erfindungsgemäß ist das Lagergut 28 in die digitale Karte einbezogen, d.h. die Positionsdaten jeder einzelnen im Wirkbereich 26 befindlichen Europalette 28 ist in der digitalen Karte vermerkt und wird bei Bewegung einer Europalette entsprechend aktualisiert. Ggf. werden auch die Positionen weiterer Gabelstapler 10 in der digitalen Karte geführt und ständig aktualisiert. Dadurch entsteht eine dynamische, jederzeit aktuelle digitale Karte des Wirkbereiches 26. Dazu ist die drahtlose Datenfunkverbindung 32 von dem Bordrechner 14 im Gabelstapler 10 zu dem stationären Zentralrechner 34 vorgesehen. Es sind ausreichend viele stationäre Zugriffsknoten bzw. Basisstationen 30 im Wirkbereich 26 installiert, deren Positionen ebenfalls in der digitalen Karte gespeichert sind. Hierdurch hat der im Gabelstapler 10 installierte Bordrechner 14 somit Zugriff auf aktuelle Daten der digitalen Karte. Weiter kann der Bordrechner 14 dadurch die Position eines Zugriffsknoten 30 bestimmen, an der er aktuell angemeldet ist, was wiederum eine Positionsbestimmung des Gabelstaplers 10 aufgrund der begrenzten Reichweite der drahtlosen Datenfunkverbindung 32 von beispielsweise ca. 50 bis 100 Meter ermöglicht. Dieser Mechanismus verhindert ein „Verirren" des Gabelstaplers 10, da beispielsweise eine Halle, in der sich der Gabelstapler 10 gerade befindet, durch den Zugriffsknoten 34 unabhängig vom eigentlichen Ortungssystem eindeutig identifiziert. Das Einbeziehen des Lagergutes 28 und weiterer Gabelstapler 10 ermöglicht die exakte Bestimmung der Position auch dann noch, wenn z.B. eine Lagerhalle bis unter das Dach mit Lagergut 28 belegt ist, mehrere Gabelstapler 10 sich in der Halle bewegen und die Sensoreinheit 16 im Wesentlichen nur noch Lagergut 28 bzw. weitere Gabelstapler 10 „sieht".
Die am Hubwerk des Gabelstaplers 10 angebrachte Sensoreinheit 22 erfaßt Aufnahme- und Ablagevorgänge des Gabelstaplers 10 sowie eine Position des Hubwerkes relativ über Grund. Hierdurch ist eine dritte Dimension in einer Lagereinrichtung für das Lagergut 28 bestimmbar. Bei Lagergut, das übereinander angeordnet bzw. gestapelt werden kann, ist somit neben X- und Y-Koordinate zusätzlich auch eine Z-Koordinate für das abgestellte oder aufgenommene Lagergut 28 verfügbar. Weiterbildungen der Sensoreinheit 22 sind Sensoren für das Gewicht des aufgenommen Lagergutes 28 sowie ein Beladungsmuster-Sensor für Gabelstapler 10, die in der Lage sind mehrere Paletten nebeneinander mit der Gabel 12 gleichzeitig aufzunehmen. Dieser Beladungsmuster-Sensor bestimmt die Anzahl an nebeneinander aufgenommenen Lagergut 28. Das Hubwerk von Gabelstaplern ist meist nicht starr montiert sondern kann in X- und Y-Richtung, relativ zur Fahrzeugposition verschoben werden. Vorteilhaft erweist sich hier eine Weiterbildung der Sensoreinheit 22 mit der Möglichkeit, eine Verschiebung des Hubwerkes zu erfassen. Hierdurch kann die Aufnahme- bzw. Ablageposition von Lagergut noch präziser bestimmt werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen preisgünstige, handelsübliche Sensoren mit durchaus marktüblicher Genauigkeit zum Einsatz was sich vorteilhaft auf den Gesamtpreis des Systems auswirkt. Es ist weder eine Installation noch ein aufwendiges Vermessen von Marken, Reflektoren o.ä. in dem Wirkbereich des Gabelstaplers 10 notwendig. Die Installation der Sensorik am Gabelstapler 10 gestaltet sich als einfach. Eine aufwendige Kalibrierung und Testfahrten, wie z.B. beim Einrichten eines Koppelnavigationssystems, entfallen. Da die Fahrzeugposition immer absolut und nicht relativ, wie z.B. bei einem Koppelnavigationssystem, bestimmt wird, können beliebig lange Strecken ohne Zunahme des absoluten Positionsfehlers zurückgelegt werden. Das ist einer der wesentlichen Vorteile gegenüber bekannten Lösungsansätzen. Das Berechnen der Fahrzeug position muß nicht in „harter" Echtzeit erfolgen, da die aktuelle Position bei schneller Fahrt relativ zur Zeit ungenau sein darf. Das ist eine wesentliche Eigenschaft und eine grundlegende Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens. Somit sind die Kosten für die benötigte Hardware gering.
Optional ist ein Sensor zum Abtasten einer Winkelposition des LADAR 16 vorgesehen. Hierdurch kann mit dem LADAR 16 neben einer Entfernung zu Objekten 28, 36, 38 auch deren Winkellage relativ zum Gabelstapler 10 bestimmt werden. Es ist ggf. auch vorteilhaft, das LADAR 16 um eine Achse senkrecht zu einer Hochachse des Gabelstaplers 10 verkippbar auszubilden, wobei ein Sensor zum bestimmen des Kippwinkels vorgesehen ist. Dies ermöglicht auch die Erfassung von niedrigen Objekten 28, 36; 38 in der Umgebung des Gabelstaplers 10. Der Bordrechner 14 des Gabelstaplers 10 weist in vorteilhafter Weise eine Eingabeeinheit und eine Anzeigeeinheit auf, über die der Fahrer des Gabelstaplers 10 mit dem Bordrechner 14 kommunizieren kann und ggf. Informationen erhält.
Für den Fall, daß der Zentralrechner 34 oder die Funkverbindung 32 ausfällt, ist optional ein Notfallsystem im Gabelstapler 10 angeordnet, welches die zuletzt vor dem Ausfall der Funkverbindung 32 aktuelle digitale Karte enthält, so daß auf deren Basis die Navigation und Positionsbestimmung weiter erfolgen kann. Dies stellt sicher, daß sich der Gabelstapler 10 auch noch bei Ausfall des Zentralrechners 34 oder abgebrochener Funkverbindung 32 im Lager fortbewegen kann.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung eines Transportfahrzeuges, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges, innerhalb eines vorbestimmten Wirkbereiches des Fahrzeuges, in dem bewegliche, vom Transportfahrzeug transportierte erste Objekte sowie ortsfeste zweite Objekte vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontur der in einer Umgebung einer momentanen Position des Transportfahrzeugs vorhandenen ersten Objekte abgetastet und mit einer digital gespeicherten Karte von allen im Wirkbereich des Transportfahrzeugs vorhandenen ersten Objekten verglichen wird, und aus dem Vergleich eine Position des Transportfahrzeugs innerhalb der digitalen Karte bestimmt wird, wobei immer dann, wenn das Fahrzeug ein Objekt aufnimmt oder abstellt, die Position des Transportfahrzeugs durch exakte Vermessung markanter Punkte der ersten und/oder zweiten Objekte in der Umgebung vom Transportfahrzeug aus und eine Ausrichtung des Transportfahrzeugs bestimmt wird und die in der digitale Karte gespeicherten Daten über die ersten Objekte entsprechend aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenverarbeitungseinrichtung des Transportfahrzeugs über einen eindeutig bestimmten Zugriffsknoten mit einer zentralen Recheneinheit verbunden wird, wobei aus der digitalen Karte ein Bereich ausgewählt wird, welcher der Position des Zugriffsknotens entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Karte in der zentralen Recheneinheit verwaltet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur in einer horizontalen Ebene abgetastet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Karte zusätzlich Daten zu im Wirkbereich des Fahrzeugs vorhandenen zweiten Objekten enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportfahrzeug bemannt ist und manuell bedient wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtasten der Kontur der Umgebung Abstands- und Winkelwerte zwischen der Position des Transportfahrzeugs und wenigstens den ersten Objekten bestimmt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Ausrichtung des Transportfahrzeugs ein magnetischer oder elektronischer Kompaß verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Objekte Transporteinheiten, insbesondere Paletten, Gitterboxen, Europaletten o.ä., mit Lagergut, insbesondere Getränkekästen, Nahrungsmittel, Maschinenteile o.ä., sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in solchen Wirkbereichen, in denen Verbindung zu Navigationssatelliten besteht auf eine GPS-Navigation umgeschaltet bzw. eine GPS-Navigation zugeschaltet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der digitalen Karte für jedes erste Objekt neben der Position zusätzlich eine Höhe über Grund abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe über Grund aus einer Höhe einer Ladeeinrichtung des Transportfahrzeuges beim Aufnehmen oder Abstellen des ersten Objektes bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den während einer Fahrt des Transportfahrzeugs ermittelten Positionen eine Abschätzung von Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Koppelnavigation durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Aufnehmen eines ersten Objektes dessen Gewicht ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Aufnehmen und/oder Abstellen eines ersten Objektes eine Belegung von Ladeplätzen des Transportmittels ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die markanten Punkte Kanten und/oder Ecken der ersten und/oder zweiten Objekte sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der digitalen Karte zusätzlich Daten von beweglichen dritten Objekten gehalten und aktualisiert werden, die bei der Abtastung erfaßt und bei dem Vergleich mit der digitalen Karte sowie bei der exakten Vermessung genutzt werden, wobei diese dritten Objekte andere Transportfahrzeuge und/oder unbekannte Hindernisse umfassen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Karte zusätzlich in einem Speicher im Transportfahrzeug gespeichert und laufend aktualisiert wird.
Verwendung des Verfahrens gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Wegverfolgung der ersten Objekte, wobei jedes Aufnehmen und Abstellen eines ersten Objektes mit der entsprechend bestimmten Position des Transportfahrzeuges sowie Datumsinformationen protokolliert wird.
Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Position des Transportfahrzeuges eine Lagerhöhe des ersten Objektes über Grund bestimmt wird.
Verwendung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einem Getränkelager erfolgt und die ersten Objekte Europaletten mit darauf gestapelten Getränkekisten sind.