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DE102019203200A1 - Control system for a driverless transport vehicle - Google Patents

Control system for a driverless transport vehicle Download PDF

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DE102019203200A1
DE102019203200A1 DE102019203200.1A DE102019203200A DE102019203200A1 DE 102019203200 A1 DE102019203200 A1 DE 102019203200A1 DE 102019203200 A DE102019203200 A DE 102019203200A DE 102019203200 A1 DE102019203200 A1 DE 102019203200A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transport vehicle
driverless transport
control system
vehicle
obstacle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019203200.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Bastian Volpert
Daniel Wolf
Markus Birk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102019203200.1A priority Critical patent/DE102019203200A1/en
Publication of DE102019203200A1 publication Critical patent/DE102019203200A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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    • G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems (1) für ein fahrerloses Transportfahrzeug (2) zum Materialtransport in einer vorgegebenen Umgebung, wobei das Steuersystem (1) mindestens einen am fahrerlosen Transportfahrzeug (2) angeordneten bildgebenden Radarsensor umfasst, werden Sensordaten zur Lokalisation und Navigation des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) sowie zur Umfelderfassung ermittelt. Die erfassten Sensordaten werden ausgewertet. Basierend auf der Auswertung wird das fahrerlose Transportfahrzeug (2) derart gesteuert, dass es eine vorgegebene Aufgabe kollisionsfrei ausführt.In a method for operating a control system (1) for a driverless transport vehicle (2) for transporting material in a predetermined environment, the control system (1) comprising at least one imaging radar sensor arranged on the driverless transport vehicle (2), sensor data for the localization and navigation of the driverless transport vehicle (2) as well as for environment detection The recorded sensor data are evaluated. Based on the evaluation, the driverless transport vehicle (2) is controlled in such a way that it carries out a specified task without collision.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems und ein Steuersystem für ein fahrerloses Transportfahrzeug.The present invention relates to a method for operating a control system and a control system for a driverless transport vehicle.

Im Logistikbereich werden Transportfahrzeuge eingesetzt, um Güter zu transportieren, in vorgesehene Lagereinrichtungen zu laden und daraus zu entladen. Neuere Entwicklungen ermöglichen es, viele dieser Arbeiten fahrerlos, also automatisiert oder sogar autonom, auszuführen. Um ein fahrerloses Fahren zu ermöglichen, werden entsprechende Steuersysteme am Fahrzeug und gegebenenfalls sogar innerhalb der Infrastruktur, also der Umgebung, in der sich das Transportfahrzeug bewegt, benötigt. Auch werden entsprechende Steuereinrichtungen benötigt, welche die Sensordaten verarbeiten und dann dem Fahrzeug den abzufahrenden Fahrweg vorgeben.In the logistics sector, transport vehicles are used to transport goods, load them into designated storage facilities and unload them therefrom. Recent developments make it possible to carry out many of this work without a driver, i.e. automated or even autonomous. In order to enable driverless driving, appropriate control systems are required on the vehicle and possibly even within the infrastructure, i.e. the environment in which the transport vehicle moves. Corresponding control devices are also required which process the sensor data and then specify the route to be taken for the vehicle.

Da es hier noch Verbesserungsbedarf gibt, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuersystem für ein fahrerloses Transportfahrzeug bereitzustellen.Since there is still a need for improvement here, it is an object of the invention to provide an improved control system for a driverless transport vehicle.

Bisher werden im Logistikbereich bei fahrerlosen, d.h. automatisierten bis hin zu autonomen, Transportfahrzeugen Laserscanner zur Lokalisierung und zur Navigation eingesetzt. Ferner werden zusätzliche Sensorsets zur Umfelderfassung benötigt, welche meistens auch als Laserscanner ausgeführt sind. So wird das Umfeld des Fahrzeugs auf bewegliche und stehende Hindernisse gescannt und das Fahrzeug kann im Bedarfsfall angehalten werden oder einem Hindernis ausweichen. Diese beiden Systeme, erstens zur Lokalisierung und Navigation, und zweitens zur Umfelderfassung, sind meist separat voneinander ausgeführt. Außerdem erfassen die Laserscanner ihr Umfeld häufig nur zweidimensional, so dass blinde Flecken im Umfeld des dreidimensionalen Fahrzeugs entstehen, die nicht erfasst werden können. Somit kann auch nicht auf Hindernisse in einem solchen blinden Fleck reagiert werden, so dass eine Kollisionsgefahr mit im Fahrweg befindlichen Objekten bestehen kann. Diese bisherige Art der Navigation und Umfelderfassung bedarf einer großen Anzahl an teurer Sensorik und diverser Steuergeräte. Ferner sind verwendete Sensorsets aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen und Witterungseinflüssen in der Regel nur für den Indoor-Gebrauch verwendbar, also z.B. in Hallen. So far, in the logistics sector driverless, i.e. Automated to autonomous transport vehicles laser scanners are used for localization and navigation. Furthermore, additional sensor sets are required to detect the surroundings, which are usually also designed as laser scanners. The area around the vehicle is scanned for moving and stationary obstacles and the vehicle can be stopped or avoid an obstacle if necessary. These two systems, firstly for localization and navigation, and secondly for environment detection, are usually designed separately from each other. In addition, the laser scanners often only capture their surroundings in two dimensions, so that blind spots appear in the surroundings of the three-dimensional vehicle that cannot be captured. It is therefore also not possible to react to obstacles in such a blind spot, so that there can be a risk of collision with objects in the route. This previous type of navigation and environment detection requires a large number of expensive sensors and various control devices. Furthermore, due to their sensitivity to dirt and weather influences, sensor sets used can usually only be used for indoor use, e.g. in halls.

Deshalb wird ein Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems für ein fahrerloses Transportfahrzeug zum horizontalen und/oder vertikalen Materialtransport in einer vorgegebenen Umgebung vorgeschlagen, bei welchem Sensordaten zur Lokalisation und Navigation des fahrerlosen Transportfahrzeugs sowie zur Umfelderfassung ermittelt werden. Die erfassten Sensordaten werden ausgewertet und basierend auf der Auswertung wird das fahrerlose Transportfahrzeug derart gesteuert, dass es eine vorgegebene Aufgabe kollisionsfrei ausführt. Das Steuersystem weist mindestens einen am fahrerlosen Transportfahrzeug angeordneten bildgebenden Radarsensor auf.Therefore, a method is proposed for operating a control system for a driverless transport vehicle for horizontal and / or vertical material transport in a given environment, in which sensor data for the localization and navigation of the driverless transport vehicle and for detecting the surroundings are determined. The recorded sensor data are evaluated and, based on the evaluation, the driverless transport vehicle is controlled in such a way that it carries out a specified task without collision. The control system has at least one imaging radar sensor arranged on the driverless transport vehicle.

Als fahrerloses Transportfahrzeug, kurz FTF, oder Englisch Automated Guided Vehicle, kurz AGV, wird ein flurgebundenes Fördermittel bzw. kurz Flurfördermittel, bezeichnet, welches zum horizontalen und/oder vertikalen Materialtransport dient. Sein Antrieb wird über entsprechende Steuersignale von der Steuereinrichtung gesteuert, so dass es automatisiert bzw. autonom fahren kann. Unter Materialtransport ist ein Fahren von Material von einem Anfangsort zu einem Zielort, aber auch ein Be- und/oder Entladen von Material, z.B. aus einem Hochregal, zu verstehen. Dabei kann das nachfolgende Transportieren von demselben FTF oder einem anderen Fahrzeug übernommen werden.A driverless transport vehicle, or FTF for short, or Automated Guided Vehicle, AGV for short, is a floor-bound conveyor or floor conveyor for short, which is used for horizontal and / or vertical material transport. Its drive is controlled by the control device via appropriate control signals so that it can drive automatically or autonomously. Material transport means driving material from a starting point to a destination, but also loading and / or unloading material, e.g. from a high shelf, understand. The subsequent transport can be carried out by the same AGV or another vehicle.

Um eine Möglichkeit zu schaffen, die Automatisierung von Logistiksystemen zu verbessern und diese sogar im Outdoor-Bereich verwenden zu können, wird vorgeschlagen, einen bildgebenden Radarsensor zur Erfassung aller relevanten Daten zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs, also zur Lokalisation, Navigation und Umfelderfassung, zu verwenden. Bildgebende Radarsensoren, also z.B. Arrays aus Radarsensoren oder (3D) Digitales Beamforming (DBF)-Radarsensoren, können punktgenau ihr Umfeld erfassen und mit einer verfügbaren Karte der Umgebung, welche vorteilhaft vorab oder mittels SLAM erstellt wurde, ihre Position und Pose darin ermitteln. Ein bildgebender Radarsensor kann zwischen bewegten und stehenden Objekten unterscheiden sowie deren Größe ermitteln. Er kann sein Umfeld dreidimensional erfassen und damit z.B. auch Objekte im Fahrweg, genauer der Fahrzeughüllkurve, erkennen, die von oben oder der Seite in den Fahrweg ragen, nicht auf dem Boden stehen und von bisher verwendeter Sensorik nicht erkannt werden. Die Steuerung des Transportfahrzeugs kann dann entsprechend ausgeführt werden, um das Fahrzeug kollisionsfrei zu seinem Ziel zu bewegen bzw. seinen Arbeitsprozess kollisionsfrei auszuführen.In order to create a possibility to improve the automation of logistics systems and to be able to use them even in the outdoor area, it is proposed to use an imaging radar sensor to collect all relevant data for controlling the driverless transport vehicle, i.e. for localization, navigation and environment detection . Imaging radar sensors, e.g. Arrays of radar sensors or (3D) digital beamforming (DBF) radar sensors can capture their surroundings with pinpoint accuracy and determine their position and pose in it with an available map of the surroundings, which was advantageously created in advance or using SLAM. An imaging radar sensor can differentiate between moving and stationary objects and determine their size. He can capture his environment three-dimensionally and thus e.g. also recognize objects in the route, more precisely the vehicle envelope, which protrude into the route from above or from the side, are not on the ground and are not recognized by sensors previously used. The control of the transport vehicle can then be carried out accordingly in order to move the vehicle to its destination without collision or to carry out its work process without collision.

Unter dem Begriff SLAM, welcher aus dem Englischen Simultaneous Localization and Mapping herrührt und zu Deutsch Simultane Positionsbestimmung und Kartenerstellung genannt wird, ist ein Verfahren zu verstehen, bei dem ein mobiles Fahrzeug gleichzeitig eine Karte seiner Umgebung erstellen und seine Pose innerhalb dieser Karte schätzen muss.The term SLAM, which comes from the English Simultaneous Localization and Mapping and is called Simultaneous Positioning and Mapping in German, is a process in which a mobile vehicle must simultaneously create a map of its surroundings and estimate its pose within this map.

Durch Verwenden eines bildgebenden Radarsensors zur Lokalisierung, Navigation und Umfelderfassung wird deutlich weniger Sensorik und somit Rechenleistung zur Umsetzung der Fahraufgabe und/oder des Arbeitsprozesses benötigt. Außerdem ist diese Sensorik deutlich weniger witterungsanfällig und empfindlich gegen Verschmutzung, so dass sie somit im Innenbereich (=Indoor) und im Außenbereich (=Outdoor) verwendet werden kann.By using an imaging radar sensor for localization, navigation and The detection of the surroundings requires significantly fewer sensors and thus computing power to implement the driving task and / or the work process. In addition, this sensor system is significantly less susceptible to weathering and sensitive to contamination, so that it can be used indoors and outdoors.

Zur genauen Erkennung von Hindernissen wird die Fahrzeughüllkurve des Fahrzeugs abhängig von seiner Fahrtrajektorie und dessen Beladung angepasst. Zur Bestimmung von Hindernissen wird eine Schnittmenge aus der Hüllkurve und der dreidimensionalen Umfeldinformation gebildet. Somit lassen sich für die Fahraufgabe und/oder den Arbeitsprozess relevante stehende und bewegte Hindernisse erkennen, auf die dann in Form von Anhalte- oder Ausweichmanövern reagiert werden kann.For the precise detection of obstacles, the vehicle envelope curve is adapted depending on its driving trajectory and its load. To determine obstacles, an intersection is formed from the envelope curve and the three-dimensional environment information. In this way, standing and moving obstacles relevant to the driving task and / or the work process can be identified, which can then be reacted to in the form of stopping or evasive maneuvers.

In einer Ausführung ist die Aufgabe eine vorgegebene Fahraufgabe oder ein vorgegebener Arbeitsprozess, aber es kann auch eine Kombination aus beidem sein. Ein vorgegebener Arbeitsprozess ist dabei ein Be- und/oder Entladen von Material, und eine vorgegebene Fahraufgabe ein Fahren des fahrerlosen Transportfahrzeugs von einem Anfangsort zu einem vorgegebenen Zielort. Das heißt, dass bei einer Kombination aus Fahraufgabe und Arbeitsprozess das fahrerlose Transportfahrzeug beispielsweise während seiner Fahrt von einem Anfangsort zu einem Zielort Material abladen oder aufnehmen soll. So fährt er ein Zwischenziel an, führt einen Arbeitsprozess aus und führt dann die Fahraufgabe zum Zielort fort.In one embodiment, the task is a given driving task or a given work process, but it can also be a combination of both. A given work process is loading and / or unloading of material, and a given driving task is driving the driverless transport vehicle from a starting point to a given destination. This means that with a combination of driving task and work process, the driverless transport vehicle should, for example, unload or pick up material during its journey from a starting point to a destination. He drives to a stopover, carries out a work process and then continues the task of driving to the destination.

In einer Ausführung werden zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs eine dreidimensionale Fahrzeughüllkurve sowie stehende Hindernisse und/oder bewegte Hindernisse aus den Sensordaten ermittelt. Dann wird eine Schnittmenge daraus gebildet, und im Falle einer erkannten Überschneidung wird eine Maßnahme zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs in Abhängigkeit des erkannten Hindernisses bestimmt und ausgeführt.In one embodiment, a three-dimensional vehicle envelope curve and stationary obstacles and / or moving obstacles are determined from the sensor data to control the driverless transport vehicle. An intersection is then formed therefrom, and if an overlap is detected, a measure for controlling the driverless transport vehicle is determined and carried out as a function of the detected obstacle.

In einer Ausführung ist die Maßnahme im Falle eines bewegten Hindernisses ein Anhalten des fahrerlosen Transportfahrzeugs solange, bis das bewegte Hindernis die dreidimensionale Fahrzeughüllkurve passiert hat, oder ein Ausweichen. Im Falle eines stehenden Hindernisses ist die Maßnahme ein Ausweichen. Je nach Art des erkannten Hindernisses kann das fahrerlose Transportfahrzeug entweder Anhalten, z.B. um eine den Fahrweg kreuzende Person oder ein anderes fahrerloses oder von einem Fahrer geführtes Transportfahrzeug passieren zu lassen. Es kann aber auch um ein Hindernis fahren, um diesem auszuweichen. Ein solches Hindernis kann dabei ein stehendes Hindernis sein, oder aber auch ein bewegliches Hindernis.In one embodiment, the measure in the case of a moving obstacle is stopping the driverless transport vehicle until the moving obstacle has passed the three-dimensional vehicle envelope, or evasive action. In the case of a standing obstacle, the measure is evasive. Depending on the type of obstacle detected, the driverless transport vehicle can either stop, e.g. to let a person crossing the route or another driverless or driver-driven transport vehicle pass. But it can also drive around an obstacle in order to avoid it. Such an obstacle can be a standing obstacle, or a moving obstacle.

Im Falle eines beweglichen Hindernisses kann das fahrerlose Transportfahrzeug z.B. seine Spur wechseln oder eine andere Maßnahme treffen, um eine Kollision zu vermeiden. Grundsätzlich sind alle auszuführenden Maßnahmen so priorisiert, dass keine Kollision mit einem Hindernis, sei es beweglich oder unbeweglich, stattfindet. Hierfür berechnet das Steuersystem bzw. die später beschriebene Steuereinrichtung die entsprechenden abzufahrenden Trajektorien und gibt den abzufahrenden Fahrweg vor.In the case of a moving obstacle, the driverless transport vehicle can e.g. change lanes or take some other measure to avoid a collision. Basically, all measures to be carried out are prioritized in such a way that no collision with an obstacle, be it moving or immobile, occurs. For this purpose, the control system or the control device described later calculates the corresponding trajectories to be traveled and specifies the route to be traveled.

In einer Ausführung ist die vorgegebene Umgebung ein Innenbereich (=Indoor-Bereich), z.B. eine Lager- oder Produktionshalle, oder ein Outdoor-Bereich wie ein Außengelände bzw. Freiland. Bisher verwendete Steuersysteme sind sehr empfindlich gegenüber Verschmutzungen und Außeneinflüsse. Durch das Verwenden von bildgebenden Radarsensoren wird dieses Problem überwunden, da diese robust gegenüber Verschmutzungen und Außeneinflüssen sind. Somit kann das vorgeschlagene Steuersystem sowohl im Indoor-Bereich als auch im Outdoor-Bereich angewendet werden.In one embodiment, the specified environment is an indoor area, e.g. a warehouse or production hall, or an outdoor area such as an outdoor area or open field. Control systems used up to now are very sensitive to pollution and external influences. This problem is overcome by using imaging radar sensors, since they are robust against soiling and external influences. The proposed control system can thus be used both indoors and outdoors.

Das fahrerlose Transportfahrzeug kann z. B. mit dauerhaft am Fahrzeug befindlichem oder zusätzlichem, temporär anbringbarem Anbaugerät ausgerüstet sein. Beispielsweise ist das fahrerlose Transportfahrzeug eines aus folgenden Arbeitsmaschinen: Hubwagen, Stapler, Schlepper, Radlader, Traktor, Mähdrescher, Routenzug, Kehrmaschine.The driverless transport vehicle can, for. B. be equipped with permanently on the vehicle or additional, temporarily attachable attachment. For example, the driverless transport vehicle is one of the following working machines: pallet truck, forklift, tractor, wheel loader, tractor, combine harvester, tugger train, sweeper.

Durch Anbringen des bildgebenden Radarsensors am Äußeren des Fahrzeugs und Bestimmen der für das Fahrzeug vorhandenen Fahrzeughüllkurve kann die genaue Kontur des Fahrzeugs abgebildet werden. Es können damit auch lediglich temporär anbringbare Anbaugeräte wie Schaufeln, Greifer etc. davon umfasst werden und eine kollisionsfreie Trajektorie zur Bewältigung der Aufgabe bestimmt werden.By attaching the imaging radar sensor to the exterior of the vehicle and determining the vehicle envelope curve available for the vehicle, the exact contour of the vehicle can be mapped. It can thus also include attachments such as shovels, grabs, etc., which can only be attached temporarily, and a collision-free trajectory can be determined to accomplish the task.

In einer Ausführung weist das Steuersystem eine Steuereinrichtung auf, welche zur Auswertung der Sensordaten und Erzeugung von Signalen zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung als Teil des Steuersystems, als eine im fahrerlosen Transportfahrzeug bereitgestellte und mit dem Steuersystem in Kommunikationsverbindung stehende Steuereinrichtung, oder als eine außerhalb des fahrerlosen Transportfahrzeugs bereitgestellte und mit dem Steuersystem in Kommunikationsverbindung stehende Steuereinrichtung ausgeführt ist.In one embodiment, the control system has a control device which is set up to evaluate the sensor data and generate signals for controlling the driverless transport vehicle, the control device being part of the control system as a control device provided in the driverless transport vehicle and in communication with the control system, or is designed as a control device provided outside of the driverless transport vehicle and in communication with the control system.

In einer Ausführung ist der mindestens eine bildgebende Radarsensor an einem Außenbereich des fahrerlosen Transportfahrzeugs derart angeordnet, dass er zumindest einen Frontbereich des fahrerlosen Transportfahrzeugs überwacht. Vorteilhaft ist der bildgebende Radarsensor so angeordnet, dass er das gesamte Fahrzeug sowie einen Radius darum überwacht, um auch bei einem Rückwärtsfahren eine kollisionsfreie Trajektorie vorgeben zu können.In one embodiment, the at least one imaging radar sensor is arranged on an outer area of the driverless transport vehicle in such a way that it monitors at least a front area of the driverless transport vehicle. Is beneficial The imaging radar sensor is arranged in such a way that it monitors the entire vehicle and a radius around it in order to be able to specify a collision-free trajectory even when reversing.

Vorteilhaft wird die Position und Pose des fahrerlosen Transportfahrzeugs mittels einer verfügbaren Karte der Umgebung ermittelt, um das fahrerlose Transportfahrzeug zur Erfüllung der vorgegebenen Fahraufgabe und/oder des vorgegebenen Arbeitsprozesses zu navigieren. Eine solche verfügbare Karte kann entweder eine gespeicherte Karte oder eine mittels z.B. SLAM in Echtzeit ermittelte Karte sein.The position and pose of the driverless transport vehicle is advantageously determined by means of an available map of the surroundings in order to navigate the driverless transport vehicle in order to fulfill the specified driving task and / or the specified work process. Such an available card can either be a stored card or a card by means of e.g. SLAM map determined in real time.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures which show details according to the invention, and from the claims.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

1 bis 8 zeigen Einzelschritte eines Ablaufs zur Durchführung einer vorgegebenen Aufgabe gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 to 8th show individual steps of a sequence for performing a predetermined task according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt ein Startszenario, bei dem ein fahrerloses Transportfahrzeug 2 mit einem daran angeordneten Steuersystem 1, welches einen bildgebenden Radarsensor umfasst, von einem Anfangsort A startet, um zu einem Zielort Z zu gelangen. Während des Fahrens könnte noch ein zusätzlicher Arbeitsprozess ausgeführt werden, z.B. ein Be- oder Entladen des fahrerlosen Transportfahrzeugs 2. Der bildgebende Radarsensor hat je nach Anordnung am fahrerlosen Transportfahrzeug 2 einen definierten Sichtbereich 40, auch als FOV (Filed of View) bezeichnet. Je nach Bewegungsrichtung ermittelt das Steuersystem 1 Hindernisse. 1 shows a starting scenario in which a driverless transport vehicle 2 with a control system arranged thereon 1 , which includes an imaging radar sensor, from an initial location A. starts to go to a destination Z to get. An additional work process could be carried out while driving, for example loading or unloading of the driverless transport vehicle 2 . The imaging radar sensor has, depending on the arrangement on the driverless transport vehicle 2 a defined field of vision 40 , also known as FOV (Filed of View). The control system determines the direction of movement 1 Obstacles.

In 1 werden lediglich stehende Hindernisse 11 ermittelt und mit entsprechenden Markierungen 10 versehen. Der vom bildgebenden Radarsensor erfasste Bereich um das Fahrzeug wird als dreidimensionale Fahrzeughüllkurve 30 dargestellt. Der Fahrweg bzw. die abzufahrende Trajektorie werden so bestimmt, dass keine Kollision mit dem erfassten Hindernis, hier dem stehenden Hindernis 11, erfolgt. Als Hindernis wird ein Objekt definiert, das sich in Fahrtrichtung des Fahrzeugs bzw. auf dessen Fahrweg und in dessen Fahrzeughüllkurve 30 befindet, da dann ein Kollisionsrisiko erkannt wird. Der erfasste sichere Fahrweg, also der Bereich, in dem das Fahrzeug kollisionsfrei fahren kann, ist in den Figuren mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet.In 1 are only standing obstacles 11 determined and with appropriate markings 10 Mistake. The area around the vehicle detected by the imaging radar sensor is called a three-dimensional vehicle envelope 30th shown. The route or the trajectory to be traveled are determined in such a way that there is no collision with the detected obstacle, here the stationary obstacle 11 , he follows. An object is defined as an obstacle that is in the direction of travel of the vehicle or on its route and in its vehicle envelope 30th because then a risk of collision is recognized. The recorded safe route, that is to say the area in which the vehicle can drive without collision, is marked in the figures with a dashed line.

In 2 ist gezeigt, wie das fahrerlose Transportfahrzeug 2 einem bewegten Hindernis in Form einer den Fahrweg kreuzenden Person 21 begegnet. In diesem Fall führt das fahrerlose Transportfahrzeug 2 ein Anhalten durch, was durch das angedeutete Stoppschild 3 in 2 dargestellt ist. Die Person 21 wird erfasst, sobald sie den Sichtbereich 40 des bildgebenden Radarsensors betritt und durch entsprechende Markierungen 20 als bewegtes Hindernis markiert. Wenn das bewegte Hindernis, also die Person 21, sich wieder außerhalb des Sichtbereichs 40befindet, fährt das fahrerlose Transportfahrzeug 2 weiter. Ein Anhalten ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein bewegtes Hindernis den Fahrweg kreuzt, sich also nicht in dieselbe Richtung bzw. entgegengesetzt dazu bewegt.In 2 is shown how the driverless transport vehicle 2 a moving obstacle in the form of a person crossing the route 21st encountered. In this case, the driverless transport vehicle leads 2 a stop by what is indicated by the stop sign 3 in 2 is shown. The person 21st is captured as soon as they enter the field of view 40 of the imaging radar sensor and through corresponding markings 20th marked as a moving obstacle. If the moving obstacle is the person 21st , is again outside the field of view 40, the driverless transport vehicle travels 2 further. Stopping is particularly advantageous when a moving obstacle crosses the route, that is, it is not moving in the same direction or in the opposite direction.

Je nach Art des erfassten Hindernisses kann das fahrerlose Transportfahrzeug 2 auch ein Ausweichmanöver starten, wie in den nachfolgend beschriebenen Figuren gezeigt. Wie in 3 bis 6 gezeigt, kann das fahrerlose Transportfahrzeug 2 auch mehrere stehende Hindernisse 12 erfassen. Dabei werden alle erfassten stehenden Hindernisse 11, 12 mit entsprechenden Markierungen 10 versehen, so dass eine Trajektorie zum Ausweichen bestimmt werden kann, d.h. um das fahrerlose Transportfahrzeug 2 kollisionsfrei an dem Hindernis 12 vorbeizuführen, ohne dabei mit dem Hindernis 11 zu kollidieren.Depending on the type of obstacle detected, the driverless transport vehicle 2 also start an evasive maneuver, as shown in the figures described below. As in 3 to 6th shown, the driverless transport vehicle 2 also several standing obstacles 12 capture. Thereby all detected standing obstacles 11 , 12 with appropriate markings 10 provided, so that a trajectory can be determined for evasion, ie around the driverless transport vehicle 2 collision-free at the obstacle 12 to pass without facing the obstacle 11 to collide.

Sobald ein neues Hindernis, z.B. ein weiteres Transportfahrzeug 22, in den Sichtbereich des bildgebenden Radarsensors gelangt, wie in 7 gezeigt, wird dieses wiederum mit entsprechenden Markierungen 20 für bewegte Hindernisse markiert und ein Ausweichmanöver eingeleitet. Gleichzeitig werden auch die stehenden Hindernisse 11 erfasst und mit Markierungen 10 versehen, um beim Ausweichen nicht damit zu kollidieren. In 8 ist das gleiche Szenario wie in 1 vorhanden, d.h. es sind nur stehende Hindernisse 11 vorhanden, welche entsprechend markiert sind, um die abzufahrende Trajektorie vorzugeben.As soon as a new obstacle, e.g. another transport vehicle 22nd , enters the field of view of the imaging radar sensor, as in 7th shown, this is in turn with corresponding markings 20th marked for moving obstacles and an evasive maneuver initiated. At the same time there are also standing obstacles 11 captured and with markings 10 provided so as not to collide with it when evading. In 8th is the same scenario as in 1 present, ie there are only standing obstacles 11 available, which are marked accordingly in order to specify the trajectory to be followed.

In der in 8 gezeigten Ausführung ist das fahrerlose Transportfahrzeug 2 an seinem Zielort Z angekommen, indem es in den Gang eingebogen ist und damit gleichzeitig dem anderen Transportfahrzeug 22 ausgewichen ist. Es könnte aber auch sein, dass es aufgrund Platzmangels oder zur Ausführung eines Arbeitsprozesses in den Gang eingebogen ist und nachdem das andere Transportfahrzeug 22 vorbeigefahren ist, wieder rückwärts aus dem Gang herausfährt. Hierzu wird dasselbe Verfahren angewendet wie vorher beschrieben, d.h. es wird die aktuelle Position und Pose des Fahrzeugs sowie Daten zum Umfeld bestimmt, d.h. ob Hindernisse vorhanden sind und wo sich diese befinden. Basierend darauf wird eine abzufahrende Trajektorie bestimmt und das anderen fahrerlose Transportfahrzeug 2 entsprechend gesteuert.In the in 8th The version shown is the driverless transport vehicle 2 at its destination Z arrived by turning into the aisle and at the same time the other transport vehicle 22nd has evaded. But it could also be that it turned into the aisle due to a lack of space or to carry out a work process and after the other transport vehicle 22nd drove past, backing out of the aisle again. The same method is used for this as previously described, ie the current position and pose of the vehicle and data on the surroundings are determined, ie whether there are any obstacles and where they are. Based on this, a trajectory to be driven is determined and the other driverless transport vehicle 2 controlled accordingly.

Die Markierungen 10 bzw. 20 sind virtuell erstellte Markierungen und werden so gesetzt, dass möglichst die Randbereiche des Hindernisses 11, 12; 21, 22 markiert werden, so dass eine Trajektorie berechnet werden kann, welche das fahrerlose Transportfahrzeug 2 kollisionsfrei am erfassten Hindernis 11, 12; 21, 22 vorbeiführt.The markings 10 or. 20th are virtually created markings and are set so that the edge areas of the obstacle are as close as possible 11 , 12 ; 21st , 22nd be marked so that a trajectory can be calculated which the driverless transport vehicle 2 collision-free at the detected obstacle 11 , 12 ; 21st , 22nd passes by.

Die mit dem Radar gesammelten Umfeldinformationen, insbesondere im industriellen Umfeld, können außerdem dazu genutzt werden, einen Arbeitsprozess auszuführen, z.B. eine Palette oder Hochregal so exakt zu erkennen. So ist neben der Automatisierung des Fahrprozesses auch die Automatisierung des Arbeitsprozesses möglich. Das heißt, dass die erfassten Umfeldinformationen so interpretiert werden, dass z.B. die Arbeitshydraulik eines Hubmasts automatisiert angesteuert werden kann.The environmental information collected with the radar, especially in an industrial environment, can also be used to carry out a work process, e.g. to precisely recognize a pallet or high rack. In addition to automating the driving process, it is also possible to automate the work process. This means that the captured environment information is interpreted in such a way that e.g. the working hydraulics of a lifting mast can be controlled automatically.

Durch Verwenden eines bildgebenden Radarsensors, welcher den heute üblichen Laserscanner ersetzt, entstehen folgende Vorteile:

  • - Es ist nur ein Sensorset für Lokalisierung, Navigation und Umfelderfassung nötig.
  • - Eine Nutzung des Fahrzeuges ist im Indoorbereich und im Outdoorbereich mit identischem Sensorset möglich.
  • - Es wird eine dreidimensionale Umfelderfassung inkl. Kartenerstellung mit Unterscheidung in (temporär) bewegte und stehende Hindernisse möglich.
  • - Es wird eine direkte Unterscheidbarkeit zwischen stehenden und bewegten Objekten möglich.
  • - Es wird eine reduzierte Rechenleistung auf dem Steuersystem bzw. einer Steuereinrichtung zum Auswerten und Bestimmen der Art, mit einem Hindernis umzugehen, in Vergleich zu einem Kamera- oder Lidar-basierten System, benötigt.
Using an imaging radar sensor, which replaces the laser scanner commonly used today, has the following advantages:
  • - Only one sensor set is required for localization, navigation and environment detection.
  • - The vehicle can be used indoors and outdoors with an identical sensor set.
  • - A three-dimensional survey of the surroundings including the creation of maps with a distinction between (temporarily) moving and standing obstacles is possible.
  • - A direct distinction between stationary and moving objects is possible.
  • Reduced computing power is required on the control system or a control device for evaluating and determining the way of dealing with an obstacle, compared to a camera-based or lidar-based system.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Steuersystem, bildgebender RadarsensorControl system, imaging radar sensor
22
fahrerloses Transportfahrzeug, FTFdriverless transport vehicle, AGV
11; 1211; 12
stehende Objektestanding objects
21; 2221; 22nd
bewegte Objektemoving objects
33
AnhaltenStop
A; ZA; Z
Anfangsort; ZielortStarting place; Destination
bzw. 10or 10
Markierung stehende Objektesicherer FahrwegMarking of stationary objects safe route
bzw. 20or 20
Markierung bewegte ObjekteMarking moving objects
bzw. 30or 30
dreidimensionale Fahrzeughüllkurvethree-dimensional vehicle envelope
bzw. 40or 40
Sichtfeld RadarRadar field of view

Claims (7)

Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems (1) für ein fahrerloses Transportfahrzeug (2) zum Materialtransport in einer vorgegebenen Umgebung, wobei das Steuersystem (1) mindestens einen am fahrerlosen Transportfahrzeug (2) angeordneten bildgebenden Radarsensor umfasst, wobei - Sensordaten zur Lokalisation und Navigation des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) sowie zur Umfelderfassung ermittelt werden, - die erfassten Sensordaten ausgewertet werden - basierend auf der Auswertung das fahrerlose Transportfahrzeug (2) derart gesteuert wird, dass es eine vorgegebene Aufgabe kollisionsfrei ausführt.A method for operating a control system (1) for an automated guided vehicle (2) for transporting material in a predetermined environment, the control system (1) comprising at least one imaging radar sensor arranged on the automated guided vehicle (2), wherein - Sensor data for the localization and navigation of the driverless transport vehicle (2) and for the detection of the surroundings are determined, - the recorded sensor data are evaluated - Based on the evaluation, the driverless transport vehicle (2) is controlled in such a way that it carries out a specified task without collision. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Aufgabe eine vorgegebene Fahraufgabe und/oder ein vorgegebener Arbeitsprozess ist, wobei eine vorgegebene Fahraufgabe ein Fahren des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) von einem Anfangsort (A) zu einem vorgegebenen Zielort (Z) ist, und wobei ein Arbeitsprozess ein Be- und/oder Entladen von Material ist.Procedure according to Claim 1 , wherein a task is a specified driving task and / or a specified work process, wherein a specified driving task is driving the driverless transport vehicle (2) from a starting location (A) to a specified destination (Z), and a work process is loading and unloading / or unloading of material. Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) eine dreidimensionale Fahrzeughüllkurve (30) sowie stehende Hindernisse (11; 12) und/oder bewegte Hindernisse (21; 22) aus den Sensordaten ermittelt werden, eine Schnittmenge daraus gebildet wird, und im Falle einer erkannten Überschneidung eine Maßnahme zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) in Abhängigkeit des erkannten Hindernisses (11; 12; 21; 22) bestimmt und ausgeführt wird.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein a three-dimensional vehicle envelope curve (30) and standing obstacles (11; 12) and / or moving obstacles (21; 22) are determined from the sensor data to control the driverless transport vehicle (2), a Intersection is formed therefrom, and in the event of an identified overlap, a measure for controlling the driverless transport vehicle (2) as a function of the identified obstacle (11; 12; 21; 22) is determined and carried out. Verfahren (1) nach Anspruch 3, wobei die Maßnahme (3) - im Falle eines bewegten Hindernisses (21; 22) ein Anhalten (3) des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) solange, bis das bewegte Hindernis (21; 22) die dreidimensionale Fahrzeughüllkurve (30) passiert hat, oder ein Ausweichen ist; und - im Falle eines stehenden Hindernisses (11; 12) ein Ausweichen ist.Procedure (1) according to Claim 3 , the measure (3) - in the case of a moving obstacle (21; 22) stopping (3) the driverless transport vehicle (2) until the moving obstacle (21; 22) has passed the three-dimensional vehicle envelope (30), or is an evasion; and - in the case of a standing obstacle (11; 12) there is an evasion. Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Umgebung ein Innenbereich oder ein Außengelände ist.Method (1) according to one of the preceding claims, wherein the predetermined environment is an indoor area or an outdoor area. Steuersystem (1) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuersystem (1) mindestens eine bildgebende Radarsensor aufweist, und wobei das Steuersystem (1) eine Steuereinrichtung aufweist, welche zur Auswertung der Sensordaten und Erzeugung von Signalen zur Steuerung des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung als Teil des Steuersystems (1), oder als eine im fahrerlosen Transportfahrzeug (2) bereitgestellte und mit dem Steuersystem (1) in Kommunikationsverbindung stehende Steuereinrichtung, oder als eine außerhalb des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) bereitgestellte und mit dem Steuersystem (1) in Kommunikationsverbindung stehende Steuereinrichtung ausgeführt ist.Control system (1) for carrying out a method according to one of the preceding claims, wherein the control system (1) has at least one imaging radar sensor, and wherein the control system (1) has a control device which is set up to evaluate the sensor data and generate signals for controlling the driverless transport vehicle (2), the control device being part of the control system (1), or as a control device provided in the driverless transport vehicle (2) and in communication with the control system (1), or as a control device provided outside of the driverless transport vehicle (2) and in communication with the control system (1) . Steuersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine bildgebende Radarsensor an einem Außenbereich des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) derart anordenbar ist, dass er zumindest einen Frontbereich des fahrerlosen Transportfahrzeugs (2) überwacht.Control system (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one imaging radar sensor can be arranged on an outer area of the driverless transport vehicle (2) in such a way that it monitors at least a front area of the driverless transport vehicle (2).
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