DE10323642A1

DE10323642A1 - Bildsensor für ein autonomes Flurförderfahrzeug mit großem Erfassungsbereich

Info

Publication number: DE10323642A1
Application number: DE2003123642
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Brösel; Sven Dipl.-Ing. Horstmann; Lars Dipl.-Inf. Küttner; Andreas Dr.-Ing. Stopp
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: STILL GmbH
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Autonome, frei navigierende und universell einsetzbare Roboter werden künftig nicht mehr an fest vorgegebenen Positionen und auf fest vorgegebenen Wegen arbeiten, diese werden zusammen mit dem Menschen in einer sich dynamisch ändernden Umgebung eingesetzt. Hierfür benötigen moderne mobile Roboter zusätzliche Sensoren. Daher wird ein beweglicher Bildsensor an einem Flurförderfahrzeug bereitgestellt, womit Umgebungsinformationen erfasst werden können. Die erfassten Sensordaten werden hierbei mittels einer Rechnereinheit ausgewertet, um beispielsweise das Fördergut oder Hindernisse im Umfeld des Flurförderfahrzeugs zu erkennen. Der Bildsensor ist dabei unabhängig von der Bewegung des Flurförderfahrzeugs oder einem seiner Lastmittel verfahrbar angebracht. Zum Verfahren des Bildsensors werden beispielsweise Linear- und Drehantriebe sowie Schwenk-Neige-Einheiten verwendet. Hierdurch wird es möglich, einen großen Umgebungsbereich mit einem einzigen Bildsensor zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Bildsensors an einem Flurförderfahrzeug, sowie einen Bildsensor für ein autonomes Flurförderfahrzeug nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.
Im industriellen Bereich werden vermehrt fahrerlose Transportsysteme eingesetzt, jedoch sind die derzeit am Markt angebotenen fahrerlosen Transportsysteme noch relativ unflexibel. Sie können sich nur auf exakt vorgegebenen Fahrspuren fortbewegen und es ist ihnen nicht möglich selbständig einen Weg zu finden. Ebenso wie bei stationären Industrierobotern muss die Arbeitsumgebung den Robotern angepasst werden. Daher können diese Roboter nicht für Aufgaben genutzt werden, bei denen sich die Arbeitsumgebung dynamisch verändert oder die Platzierung von zu transportierenden Lasten nicht exakt gesteuert werden kann. Autonome, frei navigierende und universell einsetzbare Roboter werden aber künftig nicht mehr an fest vorgegebenen Positionen und auf fest vorgegebenen Wegen arbeiten; diese werden zusammen mit dem Menschen in einer sich dynamisch ändernden Umgebung eingesetzt werden. Um die dafür notwendigen und anspruchsvollen Anforderungen erfüllen zu können, benötigen moderne mobile Roboter zusätzliche Sensoren. Beispielsweise ermöglichen handelsübliche Entfernungs-, Bild- oder Ultraschallsensoren die exakte Bestimmung der Fahrzeug- und Lastposition sowie das Erkennen von Hindernissen zur Vermeidung von Kollisionen.

In der US 4279328 wird eine Vorrichtung zur Ausrichtung von Hebemitteln, insbesondere dem Lastmittel eines Gabelstaplers gezeigt. Bei dem Gabelstapler kann es sich hierbei um einen automatisch oder halbautomatisch betriebenen Gabelstapler handeln. Wobei die Ausrichtung des Lastmittels mittels der Vorrichtung in eine bestimmte Position relativ zur Last erfolgt. Die Vorrichtung umfasst hierzu einen Bildsensor, mittels dem Bilder der Last abgetastet werden. Unter Zuhilfenahme einer die Last homogen beleuchtenden Lichtquelle, welche mit dem Bildsensor mechanisch in Verbindung steht, wird mittels dem Bildsensor ein eindeutiges Abbild der Last bestehend aus Schatten und Reflexionen optoelektronisch detektiert. Der Bildsensor sowie die Lichtquelle sind dabei derart mit dem Lastmittel verbunden, dass diese gemeinsam mit dem Lastmittel beweglich angeordnet sind. Der Nachteil ist hierbei jedoch, dass mit dem Bildsensor nur ein kleiner dem Gabelstapler vorrausliegender Bereich erfasst werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Bildsensor für ein autonomes Flurförderfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Bildsensors gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8 bereitzustellen, womit es möglich wird einen großen Umgebungsbereich zu erfassen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Gemäß der Erfindung wird ein Bildsensor zur Erfassung von Umgebungsinformationen an einem autonomen Flurförderfahrzeug betrieben. Der Bildsensor ist hierbei am Flurförderfahrzeug oder an einem seiner Lastmittel angebracht. Die erfassten Umgebungsinformationen werden sodann mittels einer Rechnereinheit für Navigationszwecke und/oder zur Erkennung und/oder zur Vermessung von Objekten ausgewertet. In einer erfinderischen Weise ist der Bildsensor dabei unabhängig von der Bewegung des Flurförderfahrzeugs oder einem seiner Lastmittel in unterschiedliche Positionen und Orientierungen verfahrbar. Der Vorteil eines derart verfahrbaren Bildsensors ist, dass damit ein Erfassungsbereich von bis zu 360° um das Flurförderfahrzeug realisierbar ist. Beispielsweise eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders beim Einsatz in Flurförderfahrzeugen im Zusammenhang mit Hochregallagern. Durch geeignetes Schwenken und Neigen des Bildsensors wird zunächst eine Bildübersicht des Hochregallagers generiert und anschließend anhand dieser Bildübersicht eine bestimmte Position innerhalb des Hochregallagers angefahren.
Bei einer gewinnbringenden Ausführungsform der Erfindung ist der Bildsensor linear am Flurförderfahrzeug verfahrbar. Wobei zum Verfahren des Bildsensors vor allem handelsübliche Linearantriebe vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Derartige Linearantriebe können grundsätzlich in jeder beliebigen Orientierung am autonomen Flurförderfahrzeug oder an einem seiner Lastmittel angebracht sein. Beispielsweise eignet sich eine vertikale Anordnung des Linearantriebs dazu, den Bildsensor während dem Transport einer Last in vorteilhafter Weise über oder unter das Niveau der Last zu verfahren, um dadurch ein freies Sichtfeld auf die dem Flurförderfahrzeug vorausliegende Umgebung zu erhalten. Selbstverständlich ist auch eine horizontale Anbringung des Linearantriebs denkbar, wodurch es möglich wird mit dem Bildsensor seitlich an der Last vorbei zu schauen. Weitere Vorteile ergeben sich auch bei der Anbringung des Linearantriebs und des Bildsensors in Kombination mit einem der Lastmittel des Flurförderfahrzeugs. Wobei der Bildsensor gemeinsam mit dem Lastmittel bewegt wird und zusätzlich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs relativ zum Lastmittel verfahrbar ist. Diese Kombination ist insbesondere beim Be- und Entladen (Docking-Vorgang) im Zusammenhang mit autonomen Flurförderfahrzeugen interessant.
Bei einer weiteren gewinnbringenden Ausführungsform der Erfindung wird der Bildsensor drehbar am Flurförderfahrzeug angebracht. Wobei zum Drehen des Bildsensors vor allem handelsübliche Drehantriebe vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise lassen sich mit einem drehbar angeordneten Bildsensor auch seitliche Bereiche am Flurförderfahrzeug gut erfassen. Trotz einer Richtungsumkehr des Flurförderfahrzeugs kann beispielsweise derselbe Bildsensor eingesetzt werden, indem dieser dann z.B. um 180 Grad gedreht wird. In vorteilhafter Weise ist es auch denkbar, als Bildsensor lediglich eine Kamerazeile zu verwenden, wobei die zweite Dimension der Bildinformation aufgrund der Drehbewegung durch den Drehantrieb generiert wird. Besonders hat sich im Zusammenhang mit Drehantrieben auch die Kombination mit Laserscannern bewährt. Wobei handelsübliche Laserscanner mittels einem rotierenden Spiegel 2D-Tiefendaten auf einer Fläche erfassen. Indem der Laserscanner zusätzlich in der zur Rotationsachse des Spiegels orthogonalen Richtung auf einer Drehachse gedreht wird, wird mit dem Laserscanner ein kugelförmiger bzw. zylindrischer Erfassungsbereich realisiert. Dadurch wird mit einem einzigen Bildsensor ein Rundblick um das autonome Flurförderfahrzeug herum möglich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Bildsensor schwenkbar und/oder neigbar am Flurförderfahrzeug angebracht. Hierzu können vor allem handelsübliche Schwenk-Neige-Einheiten eingesetzt werden. Derartige Schwenk-Neige-Einheiten sowie die zur Bewegung des Bildsensors zuvor vorgeschlagenen Linear- und Drehantriebe sind beispielsweise bei der AMTEC GmbH erhältlich (www.amtecrobotics.de). Durch das Schwenken und Neigen wird es möglich, auch Bildsensoren mit einem kleinen Erfassungsbereich zur Umgebungserfassung an autonomen Flurförderfahrzeugen einzusetzen. Wobei der Bildsensor mittels der Schwenk-Neige-Einheit exakt positioniert und auf den interessierenden Umgebungsausschnitt ausgerichtet werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Ansteuerung zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors wahlweise manuell oder automatisch. Damit wird es möglich, den beweglichen Bildsensor sowohl bei einem autonomen Flurförderfahrzeug als auch beispielsweise bei einem halbautomatisch oder manuell betriebenen Flurförderfahrzeug einzusetzen. Hierbei ist ein Mittel vorgesehen, womit zwischen dem manuellen und automatischen Betrieb des beweglichen Bildsensors gewechselt werden kann. Ein geeignetes Mittel ist beispielsweise ein Schalter, welcher am Flurförderfahrzeug und/oder an einer damit in Verbindung stehenden übergeordneten Steuereinheit angebracht ist. Zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors bei manuellem Betrieb kann beispielsweise ein Joystick eingesetzt werden. Wobei der Joystick direkt am Flurförderfahrzeug und/oder an einer damit in Verbindung stehenden übergeordneten Steuereinheit angebracht sein kann.
In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem Bildsensor um einen auf einer Kamera basierenden Sensor. Wobei unterschiedliche Kamerasensoren bekannt sind, welche sowohl im sichtbaren als auch im nichtsichtbaren Wellenlängenbereich empfindlich sein können. Hierbei ist es auch denkbar Zeilenkameras einzusetzen, wobei dabei die zweite Dimension der Bildinformationen aufgrund der Bewegung des Bildsensors erfolgt. Jedoch liefern Kamerasensoren keine direkten Tiefeninformationen. Um Tiefeninformationen zu generieren ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass zwei Kameras in einer Stereoanordnung eingesetzt werden. Da jedoch die Beleuchtung im Zusammenhang mit beweglichen Bildsensoren häufig kritisch ist, sollte eine Beleuchtungseinheit ggf. mit dem Bildsensor verfahrbar angeordnet werden oder alternativ dazu sollten Bildsensoren eingesetzt werden, welche weitestgehend unabhängig vom Tageslicht arbeiten. Besonders vorteilhaft ist deshalb die Verwendung von laserbasierten Bildsensoren. Beispielsweise sind Laserscanner bekannt, welche direkt 2D-Tiefendaten liefern. Ein wesentlicher Vorteil ist es hierbei, dass diese unabhängig vom Tageslicht arbeiten. Auch sind solche laserbasierten Systeme unabhängig von einer speziellen Beleuchtung, wie diese beispielsweise von dem in der US 4279328 beschriebenen System benötigt wird. Sodass sich ein laserbasiertes System wesentlich Energieeffizienter betreiben lässt.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Bildsensors an einem Flurförderfahrzeug, wobei mittels einem am Flurförderfahrzeug oder einem seiner Lastmittel angebrachten Bildsensor Umgebungsinformationen erfasst werden, und wobei die Umgebungsinformationen mittels einer Rechnereinheit für Navigationszwecke und/oder zur Erkennung und/oder zur Vermessung von Objekten ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor unabhängig von der Bewegung des Flurförderfahrzeugs oder einem seiner Lastmittel in unterschiedliche Positionen und Orientierungen verfahrbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor linear am Flurförderfahrzeug verfahrbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor drehbar am Flurförderfahrzeug angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensors schwenkbar und/oder neigbar am Flurförderfahrzeug angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors wahlweise manuell oder automatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Umgebungsinformationen Kamerabasierte Sensordaten herangezogen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Umgebungsinformationen Laserbasierte Sensordaten herangezogen werden.
Bildsensor für ein autonomes Flurförderfahrzeug, wobei der Bildsensor zur Erfassung von Umgebungsinformationen am Flurförderfahrzeug oder einem seiner Lastmittel angebracht ist, und wobei eine Rechnereinheit die Umgebungsinformationen für Navigationszwecke und/oder zur Erkennung und/oder zur Vermessung von Objekten auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel vorhanden ist, womit der Bildsensor unabhängig von der Bewegung des Flurförderfahrzeugs oder einem seiner Lastmittel in unterschiedliche Positionen und Orientierungen gebracht werden kann.
Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors um einen Linearantrieb handelt.
Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors um einen Drehantrieb handelt.
Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors um eine Schwenk-Neige-Einheit handelt.
Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Mittel zur Auswahl der Ansteuermethode sowie für die Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors bei manueller Ansteuerung vorhanden ist.
Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bildsensor um einen auf einer Kamera basierenden Sensor handelt.
Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bildsensor um einen Lasersensor handelt.