DE10323642A1 - Image and surroundings sensor for an autonomous industrial truck, floor conveyer or forklift truck, can be controlled independently of the movement of the truck or its load - Google Patents

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Abstract

The method for operating an image sensor for an industrial truck or floor conveyer in which an image sensor attached to the truck or its load is used to capture surroundings data, with the data used with a computer unit for navigation purposes and or for recognizing and or measuring objects. The image sensor can be controlled and directed independently of the movement of the truck or its load. An independent claim is made for an image sensor for an autonomous industrial truck or floor conveyer.

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.The The invention relates to a method for operating an image sensor an industrial truck, as well an image sensor for an autonomous industrial truck according to the preambles of claims 1 and 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 the In the industrial sector, more and more driverless transport systems are being used used, but are currently available on the market driverless Transport systems still relatively inflexible. They can only be set to exactly Moving lanes and it is not possible for them independently a way to find. As with stationary industrial robots must the working environment are adapted to the robots. Therefore, these can Robot not for Tasks are used where the work environment is dynamic changed or the placement of loads to be transported exactly can be controlled. Autonomous, free-navigating and universal However, future robots will no longer be predefined Working positions and on fixed paths; these will together with man in a dynamically changing way Environment are used. To the necessary and demanding meet requirements to be able to need modern mobile robot additional sensors. For example, allow commercial Distance, image or ultrasonic sensors the exact determination the vehicle and load position as well as the detection of obstacles to avoid collisions.

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.In the US 4279328 a device for alignment of lifting means, in particular the load means of a forklift is shown. The forklift may be an automatic or semi-automatic forklift truck. Wherein the orientation of the load means by means of the device is in a certain position relative to the load. For this purpose, the device comprises an image sensor, by means of which images of the load are scanned. With the aid of a light source homogeneously illuminating the light source, which is mechanically connected to the image sensor, a clear image of the load consisting of shadows and reflections is detected opto-electronically by means of the image sensor. The image sensor and the light source are connected to the load means such that they are arranged to be movable together with the load means. The disadvantage here is, however, that with the image sensor only a small area ahead of the forklift can be detected.

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.Of the The invention is therefore based on the object, an image sensor for an autonomous Industrial truck and a method of operating an image sensor according to the preambles of the claims 1 and 8, thus making possible a large surrounding area capture.

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.The Task is according to the invention by a method and a device having the features of claims 1 and 8 solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention will be in the subclaims demonstrated.

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.According to the invention becomes an image sensor for acquiring environmental information an autonomous industrial truck operated. The image sensor is here on the industrial truck or on a its means of load attached. The captured environmental information are then by means of a computer unit for navigation purposes and / or to Detection and / or evaluated for the measurement of objects. In a inventive way, the image sensor is independent of the movement of the industrial truck or one of its means of load in different positions and Orientations movable. The advantage of such a movable image sensor is that thus a detection range of up to 360 ° to the industrial truck is feasible. For example, the device according to the invention is suitable especially when used in industrial trucks in connection with high-bay warehouses. By suitable pivoting and tilting the image sensor will initially be a picture overview of the high-bay warehouse and then based on this overview approached a certain position within the high-bay warehouse.

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.In a profitable embodiment of the invention, the image sensor is linearly movable on the industrial truck. For the process of the image sensor especially commercially available linear actuators have advantageous properties. Such linear drives can basically be mounted in any orientation on the autonomous industrial truck or on one of its load means. For example, a vertical arrangement of the linear drive is to move the image sensor during transport of a load advantageously above or below the level of the load, thereby obtaining a clear field of view of the forklift vehicle ahead environment. Of course, a horizontal attachment of the linear drive is conceivable, making it possible with the image sensor side to look past the load. Further advantages also result in the attachment of the linear drive and the image sensor in Combination with one of the load means of the industrial truck. Wherein the image sensor is moved together with the load means and is additionally movable within a predetermined range relative to the load means. This combination is particularly interesting when loading and unloading (docking) in connection with autonomous material handling vehicles.

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.at Another profitable embodiment of the invention the image sensor is rotatable on the industrial truck appropriate. Whereby for the rotation of the image sensor mainly commercial rotary actuators have advantageous properties. For example, you can with a rotatably mounted image sensor also lateral areas on the industrial truck capture well. Despite a reversal in the direction of the industrial truck For example, the same image sensor can be used by this then e.g. is rotated 180 degrees. In an advantageous way It is also conceivable, as an image sensor only one camera line use, the second dimension of the image information due the rotational movement is generated by the rotary drive. Especially has in connection with rotary actuators also the combination proven with laser scanners. In which commercial Laser scanner using a rotating mirror 2D depth data on capture a surface. In addition, the laser scanner in the direction orthogonal to the axis of rotation of the mirror a rotation axis is rotated with the laser scanner is a spherical or realized cylindrical detection range. This will with a single Image sensor a panoramic view around the autonomous industrial truck around possible.

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.at a further advantageous embodiment of the invention the image sensor can be swiveled and / or tilted on the industrial truck appropriate. You can do this especially commercial pan-tilt units be used. Such pan-tilt units as well as the Motion of the image sensor previously proposed linear and rotary drives are available for example from AMTEC GmbH (www.amtecrobotics.de). By Panning and tilting will be possible, even with image sensors a small detection area for autonomous environmental detection Industrial trucks use. Wherein the image sensor by means of the pan-tilt unit exactly positioned and be aligned to the environmental section of interest can.

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 Particularly advantageously, the control is for positioning and orientation of the image sensor either manually or automatically. In order to will it be possible the mobile image sensor both in an autonomous industrial truck as well as for example in a semi-automatic or manually operated Industrial truck use. Here, a means is provided, which between the manual and automatic operation of the mobile image sensor can be changed. A suitable means is, for example a switch, which on the industrial truck and / or at a related parent control unit is appropriate. For positioning and alignment of the image sensor in manual operation, for example, a joystick used become. Where the joystick directly on the truck and / or on a related parent Control unit can be attached.

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.Advantageously, the image sensor is a sensor based on a camera. Whereby different camera sensors are known, which can be sensitive both in the visible and in the invisible wavelength range. In this case, it is also conceivable to use line scan cameras, in which case the second dimension of the image information takes place due to the movement of the image sensor. However, camera sensors do not provide direct depth information. In order to generate depth information, it is conceivable in this context that two cameras are used in a stereo arrangement. However, since the lighting in connection with mobile image sensors is often critical, a lighting unit should possibly be arranged to be movable with the image sensor or, alternatively, image sensors should be used, which operate largely independent of daylight. Therefore, the use of laser-based image sensors is particularly advantageous. For example, laser scanners are known which provide 2D depth data directly. A major advantage here is that they work independently of daylight. Also, such laser-based systems are independent of a special lighting, as this example of the in the US 4279328 required system is required. So that a laser-based system can be operated much more energy efficient.

Claims (14)

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.Method for operating an image sensor on an industrial vehicle, wherein environmental information is detected by means of an image sensor mounted on the industrial truck or one of its load means, and wherein the environmental information is evaluated by means of a computer unit for navigation purposes and / or for the detection and / or measurement of objects, characterized in that the image sensor can be moved into different positions and orientations independently of the movement of the industrial truck or one of its load means. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor linear am Flurförderfahrzeug verfahrbar ist.Method according to claim 1, characterized in that that the image sensor is linearly movable on the industrial truck. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor drehbar am Flurförderfahrzeug angebracht ist.Method according to claim 1, characterized in that that the image sensor is rotatably mounted on the industrial truck. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensors schwenkbar und/oder neigbar am Flurförderfahrzeug angebracht ist.Method according to claim 1, characterized in that in that the image sensor is pivotable and / or tiltable on the industrial truck is appropriate. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors wahlweise manuell oder automatisch erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the control for positioning and alignment of the image sensor optionally manually or automatically. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Umgebungsinformationen Kamerabasierte Sensordaten herangezogen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for capturing environmental information camera-based sensor data be used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Umgebungsinformationen Laserbasierte Sensordaten herangezogen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for the detection of environmental information laser-based sensor data be used. 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.Image sensor for an autonomous industrial truck, in which the image sensor for detecting environmental information on the industrial truck or one of its load means is attached, and where one Computer unit, the environment information for navigation purposes and / or evaluates for the detection and / or measurement of objects, thereby in that there is a means whereby the image sensor is independent of the movement of the industrial truck or one of its means of load in different positions and Orientations can be brought. Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors um einen Linearantrieb handelt.Image sensor according to claim 8, characterized that it is the means for positioning and alignment of the Image sensor is a linear drive. Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors um einen Drehantrieb handelt.Image sensor according to claim 8, characterized that it is the means for positioning and alignment of the Image sensor is a rotary drive. Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Positionierung und Ausrichtung des Bildsensors um eine Schwenk-Neige-Einheit handelt.Image sensor according to claim 8, characterized that it is the means for positioning and alignment of the Image sensor is a pan-tilt unit. 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.Image sensor according to one of the preceding claims, characterized in that each one means for selecting the driving method as well as for the Positioning and alignment of the image sensor with manual control is available. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bildsensor um einen auf einer Kamera basierenden Sensor handelt.Image sensor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the image sensor is one on one Camera based sensor acts. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bildsensor um einen Lasersensor handelt.Image sensor according to one of the preceding claims 1, characterized characterized in that the image sensor is a laser sensor is.
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