Способ и система для совместного использования информации карт, связанной с автоматическими промышленными транспортными средствами - RU2587641C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к системам навигации в физической среде автоматических промышленных транспортных средств и, более конкретно, к способам и системам для совместного использования информации карт, связанной с автоматическими промышленными транспортными средствами.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Различные организации осуществляют на регулярной основе работу различных средств для решения задач, связанных с поставками и/или запросами на поставку. Например, малые и большие компании, государственные организации и/или другие организационные единицы используют различные системы управления запасами и перемещениями этих запасов (например, сырьевые материалы, товары, машины и т.п.) в различных физических средах (например, на складах, в холодильных помещениях, на заводах и фабриках, в магазинах и т.п.). Транснациональные компании могут создавать склады в одной стране для хранения сырья, из которого производятся товары, перемещаемые для хранения на складе в другой стране для распространения на местных рынках. Склады должны быть хорошо организованы, чтобы поддерживать и/или улучшать производство и продажи. Если не обеспечивается оптимальная доставка сырья на завод, то производится меньше товаров. Таким образом, будут недополучены доходы за непроизведенные товары, в результате чего не будут компенсированы расходы на сырье.

[0003] К сожалению, физическая среда, такая как, например, складские помещения, накладывает различные ограничения, которые затрудняют своевременное выполнение различных задач. Складские помещения и другие совместно используемые площади должны быть безопасными для персонала. Некоторые работники управляют мощным оборудованием и промышленными транспортными средствами, такими как вильчатые погрузчики, которые могут нанести людям тяжелые повреждения, в том числе и со смертельным исходом. Участие рабочих необходимо для управления промышленными транспортными средствами для выполнения различных производственных задач, таких как перемещение поддонов с товарами с одних мест на другие места в складских помещениях. В большинстве складов используется большое количество вильчатых погрузчиков, управляемых водителями, для перемещения различных грузов. Для повышения производительности на этих складах просто увеличивают количество таких погрузчиков, и, соответственно, увеличивается число водителей.

[0004] Для смягчения вышеуказанных проблем на некоторых складах используют оборудование автоматизации выполнения этих задач. На этих складах могут использоваться автоматические промышленные транспортные средства, такие как вильчатые погрузчики, для перемещения грузов по определенным маршрутам для складирования этих грузов в нужных местах. При навигации промышленного транспортного средства необходимо учитывать погрешности и шумы, связанные с измерениями датчиков. Поскольку измерения датчиков на промышленных транспортных средствах ограничены определенной зоной обзора или дальностью, эти транспортные средства не могут получить для обработки информацию, относящуюся к некоторым деталям и ориентирам окружающей обстановки, которые находятся вне зоны видимости датчиков.

[0005] Таким образом, существует потребность в способе и системе совместного использования информации карт автоматизированными промышленными транспортными средствами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В различных вариантах осуществления настоящего изобретения раскрывается способ и система, в которых осуществляется: обработка информации локальных карт, связанных с множеством промышленных транспортных средств, причем информация локальных карт содержит информацию деталей, формируемую множеством промышленных транспортных средств в отношении деталей, наблюдаемых некоторыми из этих транспортных средств; объединение информации деталей, связанной с информацией локальных карт, для формирования информации глобальной карты для физической среды; и навигация промышленного транспортного средства из множества промышленных транспортных средств с использованием по меньшей мере части информации глобальной карты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Для того чтобы можно было лучше понять вышеуказанные особенности настоящего изобретения, ниже приводится подробное описание изобретения, кратко охарактеризованного в предыдущем разделе, на примерах некоторых вариантов, которые иллюстрируются на прилагаемых чертежах. Однако следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничения его объема, поскольку возможны и другие в равной степени эффективные варианты.

[0008] Фигура 1 - схематический вид в перспективе физической среды, в которой могут быть реализованы различные варианты осуществления настоящего изобретения.

[0009] Фигура 2 - схематический вид в перспективе вильчатого погрузчика, предназначенного для навигации в физической среде для выполнения различных задач по одному или нескольким вариантам.

[0010] Фигура 3 - структурная блок-схема системы обеспечения формирования, обновления и совместного использования карты для промышленного транспортного средства по одному или нескольким вариантам.

[0011] Фигура 4 - функциональная блок-схема системы обеспечения формирования, обновления и совместного использования карты для промышленного транспортного средства по одному или нескольким вариантам.

[0012] Фигура 5 - схема взаимодействия, иллюстрирующая процесс определения местонахождения и составления карты для промышленного транспортного средства по одному или нескольким вариантам.

[0013] Фигура 6 - блок-схема способа обеспечения работы модуля локальной карты, связанной с промышленными транспортными средствами, по одному или нескольким вариантам.

[0014] Фигура 7 - блок-схема способа обеспечения работы модуля глобальной карты по одному или нескольким вариантам.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] На фигуре 1 представлен схематический вид в перспективе физической среды 100, в которой могут быть реализованы различные варианты осуществления настоящего изобретения.

[0016] В некоторых вариантах физическая среда 100 содержит транспортное средство 102 с мобильным компьютером 104, центральный компьютер 106, а также группу 108 датчиков. Группа 108 датчиков содержит множество устройств для анализа различных объектов в физической среде 100 и передачи данных (например, изображений, видеоданных, картографической информации, трехмерной графической информации и/или т.п.) в мобильный компьютер 104 и/или в центральный компьютер 106, как это будет описано подробно ниже. Группа 108 датчиков включает различные типы датчиков, такие как, например, кодовые датчики положения, ультразвуковые измерители расстояния, лазерные измерители расстояния, датчики давления и/или т.п.

[0017] Физическая среда 100 содержит также пол 110, на котором установлено множество объектов. Эти объекты включают поддоны 112, множество единиц 114 хранения и/или другие объекты, указанные ниже. Физическая среда 100 также содержит различные препятствия (не показаны), мешающие работе транспортного средства 102. Некоторые объекты могут представлять собой препятствия для транспортных средств при их движении по различным маршрутам (например, заранее рассчитанные или динамические изменяющиеся маршруты), если такие объекты нарушают выполнение задачи. Например, препятствием может быть поломанный поддон в месте назначения для транспортируемого груза. Физическая среда 100 также содержит множество маркеров 116. Множество маркеров 116 показаны на фигуре 1 как объекты, прикрепленные к потолку. В некоторых вариантах маркеры 116 могут быть установлены на полу, или на полу и на потолке. В некоторых вариантах маркеры 116 представляют собой маячки, которые обеспечивают навигацию в физической среде, как это описано ниже. Множество маркеров 116, а также другие объекты, находящиеся в физической среде 100, являются ориентирами, формируемыми деталями окружающей обстановки. Мобильный компьютер 104 извлекает информацию по этим деталям и определяет точное текущее положение транспортного средства.

[0018] Физическая среда 100 может быть складом или холодильным помещением для складирования множества единиц 114 хранения, подготавливаемых для транспортировки. На складе может быть погрузочно-разгрузочная площадка для погрузки и разгрузки множества единиц хранения, транспортируемых коммерческими транспортными средствами, по железной дороге, по воздуху и/или по воде. Единицы 114 хранения обычно представляют собой различные товары, продукты и/или сырьевые материалы, и т.п. Например, множество единиц 114 хранения могут быть потребительскими товарами, размещенными на стандартных ISO-поддонах, установленных вильчатыми погрузчиками на стеллажи, для последующей доставки в розничные магазины. Транспортное средство 102 участвует в обеспечении такой доставки путем перемещения потребительских товаров в указанные места, из которых их могут забрать коммерческие транспортные средства (например, грузовые автомобили) для последующей доставки этих товаров в один или несколько пунктов назначения.

[0019] В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления изобретения транспортное средство 102 может быть транспортным средством с автоматическим управлением, таким как автоматический вильчатый погрузчик, который приспособлен для обработки и/или перемещения множества единиц 114 хранения по полу 110. Транспортное средство 102 использует один или несколько подъемных органов, таких как вилочный захват, для подъема одного или нескольких единиц 114 хранения с последующей их транспортировкой по некоторому маршруту в транзитной зоне 120 (например, в коридоре) для размещения в зоне 122 хранения. В других вариантах одна или несколько единиц 114 хранения могут быть размещены на поддоне 112, который поднимается транспортным средством 102 и перемещается в заданное место.

[0020] Поддоны 112 представляют собой плоскую транспортную конструкцию для удерживания товаров в устойчивом положении при подъеме транспортным средством 102 и/или другим подъемным устройством (например, устройством для подъема поддонов и/или фронтальным погрузчиком). Поддон 112 является несущим основанием для грузов, обеспечивающим их эффективную перевалку и хранение. Различные поддоны 112 могут использоваться в системе стеллажей (не показаны). В некоторых системах стеллажей используются роликовые или гравитационные транспортеры для подачи вперед одного или нескольких единиц 114 хранения на одном или нескольких поддонах 112. Один или несколько поддонов 112 подаются вперед, пока они не будут остановлены замедляющим устройством, физическим ограничителем или другим поддоном 112.

[0021] В некоторых вариантах мобильный компьютер 104 и центральный компьютер 106 - это вычислительные устройства, управляющие транспортным средством 102 для выполнения различных задач в физической среде 100. Мобильный компьютер 104 приспособлен для соединения с транспортным средством 102. Мобильный компьютер 104 может также принимать и объединять данные (например, информацию лазерного сканера, информацию изображений и/или другие данные от различных датчиков). Различные программные модули в мобильном компьютере 104 управляют работой компонентов оборудования, связанного с транспортным средством 102, как это будет описано ниже.

[0022] В различных вариантах используется и обновляется информация карты, используемая промышленным транспортным средством 102 для навигации в физической среде 100 и для выполнения различных задач. Информация карты включает локальную карту, поддерживаемую мобильным компьютером 104, и глобальную карту, поддерживаемую центральным компьютером 106. Локальная карта содержит детали физической среды 100, которые находятся поблизости от некоторого транспортного средства 102, и детали зоны физической среды 100, в которой транспортное средство работает или будет работать, в то время как глобальная карта охватывает всю физическую среду 100. При выполнении задач транспортным средством локальная карта обновляется мобильным компьютером 104, и информация, которая добавляется в локальную карту, также используется для обновления глобальной карты, так что информация локальной карты, обновляемая одним транспортным средством, может использоваться всеми другими транспортными средствами 102. Ниже подробно описываются процессы использования и обновления карты.

[0023] На фигуре 2 представлен схематический вид в перспективе вильчатого погрузчика 200, который может использоваться для автоматизации выполнения различных задач в физической среде по одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0024] Вильчатый погрузчик 200 (то есть, автопогрузчик с вертикальной рамой, автоштабелер, погрузчик с боковым выдвижным грузоподъемником или вильчатый подъемник) представляет собой промышленный электрокар, который может иметь разную грузоподъемность и используется для подъема и транспортировки различных объектов. В некоторых вариантах вильчатый погрузчик 200 приспособлен для перемещения одного или нескольких поддонов (например, поддонов 112 на фигуре 1) с единицами хранения (например, единицами 114 хранения фигуры 1) по маршрутам в физической среде (например, в физической среде 100 фигуры 1). Маршруты могут быть рассчитаны заранее или рассчитываются динамически при получении задач. Вильчатый погрузчик 200 может въезжать в зону хранения, в которой размещено множество поддонов, для размещения или извлечения поддона. Вильчатый погрузчик 200 многократно въезжает в зону хранения и помещает поддон на консольные рычаги или на направляющие балки. Таким образом, размеры вильчатого погрузчика 200, включая общую ширину и ширину грузоподъемника, должны быть точно известны при определении ориентации, связанной с объектом и/или с местом назначения.

[0025] Вильчатый погрузчик 200 имеет вилы с двумя или несколькими зубцами для подъема и перемещения единиц хранения в физической среде. Вместо двух или нескольких зубцов вильчатый погрузчик 200 может иметь одну или несколько металлических стоек (не показаны) для подъема специфических грузов (например, рулонов ковров, катушек проволоки и/или т.п.). В одном из вариантов вильчатый погрузчик 200 имеет гидравлические телескопические вилы, которые обеспечивают возможность размещения двух или более поддонов друг за другом, без проходов между этими поддонами.

[0026] Вильчатый погрузчик 200 в одном или нескольких вариантах может также включать различные исполнительные механизмы с механическим, гидравлическим и/или электрическим приводом. В некоторых вариантах вильчатый погрузчик 200 включает один или несколько гидравлических механизмов, которые обеспечивают боковое и/или вращательное движение двух или более зубцов вил. В одном из вариантов вильчатый погрузчик 200 включает гидравлический исполнительный механизм для сближения и раздвижения зубцов вил. В другом варианте вильчатый погрузчик 200 включает механический или гидравлический компонент для сжатия транспортируемых грузов (например, бочки, кеги, рулоны бумаги и/или т.п.).

[0027] Вильчатый погрузчик 200 может быть соединен с мобильным компьютером 104, который содержит программные модули для управления работой вильчатого погрузчика 200 в соответствии с одной или несколькими задачами. Вильчатый погрузчик 200 также соединен с различными датчиками (например, с группой 108 датчиков фигуры 1), которые передают информацию измерений (например, информацию изображений, видеоинформацию, информацию о дальности в горизонтальной плоскости и/или трехмерные графические данные) в мобильный компьютер 104 для извлечения информации, связанной с деталями окружающей обстановки. Эти датчики могут быть установлены на вильчатом погрузчике 200 в любом месте внутри или снаружи погрузчика или же могут быть установлены в известных местах физической среды 100. Различные варианты вильчатого погрузчика 200 обычно содержат камеру 202, двухмерный лазерный сканер 204, установленный на каждой стороне погрузчика, и/или кодовый датчик 206 положения, прикрепленный к каждому колесу 208. В других вариантах вильчатый погрузчик 200 содержит только двухмерный лазерный сканер 204 и кодовый датчик 206 положения. Вильчатый погрузчик 200 может использовать любую группу датчиков с зоной обзора, охватывающей текущее направление движения (например, движения вперед/назад, движения вил вверх/вниз, выдвижения/втягивания вил, и/или т.п.). Кодовые датчики положения обеспечивают информацию, относящуюся к движению транспортного средства. Датчики, установленные снаружи погрузчика, могут включать лазерные сканеры или камеры, размещенные таким образом, чтобы можно было получить как можно больше информации, помогающей осуществлять операции погрузчика в автоматическом режиме. Внешние датчики могут включать ограниченное количество приемопередатчиков и/или других активных или пассивных средств, с помощью которых автоматическое транспортное средство может получать информацию для определения своего местонахождения.

[0028] В некоторых вариантах количество датчиков (например, лазерных сканеров, лазерных дальномеров, датчиков давления и/или т.п.), а также их положение на вильчатом погрузчике 200 зависят от транспортного средства, и местонахождение этих датчиков на погрузчике влияет на обработку информации измерений. Например, если все лазерные сканеры размещены в местах, в которых они могут получать полезную информацию, группа 108 датчиков может обрабатывать эту информацию и приводить ее к центральной точке для вильчатого погрузчика 200. Кроме того, группа 108 датчиков может объединять информацию сканирования, получаемую от нескольких лазеров, в информацию сканирования одного виртуального лазера, которая может использоваться различными программными модулями для управления вильчатым погрузчиком 200.

[0029] На фигуре 3 приведена структурная блок-схема системы 300 определения точного местонахождения промышленного транспортного средства при совместном использовании транспортными средствами информации карт по одному или нескольким вариантам. В некоторых вариантах система 300 включает множество мобильных компьютеров 104 (указанных как мобильные компьютеры 104₁ … 104_N), связанных с множеством автоматических транспортных средств, центральный компьютер 106 и группу 108 датчиков, причем компоненты системы 300 связаны друг с другом по сети 302.

[0030] Каждый мобильный компьютер 104 представляет собой вычислительное устройство (например, настольный компьютер, ноутбук, планшет и т.п.), содержащее центральный процессор 304, различные вспомогательные схемы 306 и запоминающее устройство 308. Центральный процессор 304 может содержать один или несколько микропроцессоров или микроконтроллеров, которые обеспечивают обработку данных и их промежуточное хранение. Различные вспомогательные схемы 306 обеспечивают работу центрального процессора 304 и могут включать тактовые генераторы, шины, источники питания, схемы ввода/вывода и т.п. Запоминающее устройство 308 включает постоянное ЗУ, оперативное ЗУ, ЗУ на магнитных дисках, ЗУ на оптических дисках, съемные устройства хранения информации и т.п. Запоминающее устройство 308 содержит различную информацию, такую как информация 310 локальной карты, информация 312 деталей окружающей обстановки, информация 314 ориентиров, информация 316 о занятости мест хранения, информация 317 прогнозируемого местонахождения, информация 318 текущего местонахождения и запрос 319. Запоминающее устройство 308 содержит различные программные модули, такие как модуль 320 навигации и модуль 338 локальной карты.

[0031] Центральный компьютер 106 представляет собой вычислительное устройство (например, сервер, настольный компьютер, ноутбук, планшет и т.п.), содержащее центральный процессор 322, различные вспомогательные схемы 324 и запоминающее устройство 326. Центральный процессор 322 может содержать один или несколько микропроцессоров или микроконтроллеров, которые обеспечивают обработку данных и их промежуточное хранение. Различные вспомогательные схемы 324 обеспечивают работу центрального процессора 322 и могут включать тактовые генераторы, шины, источники питания, схемы ввода/вывода и т.п. Запоминающее устройство 326 включает постоянное ЗУ, оперативное ЗУ, ЗУ на магнитных дисках, ЗУ на оптических дисках, съемные устройства хранения информации и т.п. Запоминающее устройство 326 содержит различные программные модули, такие как модуль 328 глобальной карты, а также различные данные, такие как данные 330 задачи, данные 334 глобальной карты и данные 336 маршрута.

[0032] Сеть 302 представляет собой систему связи, которая соединяет компьютеры по проводам, по кабелю, по волоконно-оптическому кабелю и/или по каналам беспроводной связи, и работа которой обеспечивается различными известными компонентами сетей, такими как концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и т.п. Сеть 302 может использовать различные хорошо известные протоколы для обмена информацией между ресурсами сети. Например, сеть 302 может быть частью сети Интернет или интрасети, использующей различную инфраструктуру связи, такую как Ethernet, WiFi, WiMax, GPRS и т.п.

[0033] Группа 108 датчиков соединена с мобильным компьютером 104 автоматического транспортного средства, такого как вильчатый погрузчик (например, вильчатый погрузчик 200 фигуры 2) с возможностью обмена информацией. Группа 108 датчиков содержит множество датчиков 332 для контроля физической среды и получения различной информации, которая записывается мобильным компьютером 104 как информация 318, относящаяся к местонахождению транспортного средства. В некоторых вариантах группа 108 датчиков может содержать любые сочетания лазерных сканеров и/или камер. В некоторых вариантах множество датчиков 332 может быть установлено на автоматическом транспортном средстве. Например, лазерный сканер и камера могут быть прикреплены к грузоподъемной раме над вильчатым захватом. В другом варианте лазерный сканер и камера могут быть расположены под вильчатым захватом.

[0034] В некоторых вариантах для некоторой задачи 330 центральный компьютер 106 рассчитывает маршрут 336, который будет использоваться транспортным средством 102 для выполнения задачи 330. Использование информации 310 локальной карты и информации 334 глобальной карты обеспечивает точную и автономную навигацию транспортного средства 102 в физической среде для выполнения задачи 330.

[0035] В некоторых вариантах модуль 338 локальной карты использует и поддерживает информацию 310 локальной карты, а также передает обновления в модуль 326 глобальной карты центрального компьютера 106. Информация 310 локальной карты содержит информацию 312 деталей окружающей обстановки и информацию 314 ориентиров. В одном из вариантов информация деталей окружающей обстановки включает динамические и/или статические детали физической среды поблизости от транспортного средства, такой как зона, в которой работают люди и автоматические промышленные транспортные средства. Статические детали включают объекты, которые не изменяются в среде, например, стены, стеллажи и т.п. Информация 310 локальной карты может быть организована таким образом, чтобы формировался одномерный массив известных ориентиров, статических и динамических деталей. В некоторых вариантах информация 312 деталей включает: геометрическую форму деталей (линии, углы, дуги и т.п.), местонахождение деталей в глобальной системе координат и погрешности координат деталей. Статические детали включают объекты, которые не изменяются в среде, например, стены, стеллажи и т.п. Обычно погрешность координат статических деталей равна нулю.

[0036] В некоторых вариантах динамические детали являются объектами, которые изменяются внутри среды, например, временные препятствия, такие как сломанные поддоны, объекты, которые подлежат хранению и т.п. Такие детали могут быть стационарными в течение достаточного времени, чтобы система могла использовать их как детали локальных карт. Система не содержит априорную информацию о положении этих деталей, и, соответственно, положение этих динамических деталей можно определять только на основе наложения измерений датчиков транспортных средств на положение этих средств в глобальной системе координат. Поскольку измерения датчиков содержат шумы, а также в связи с погрешностью определения местонахождения транспортных средств, координаты всех динамических деталей содержат погрешности.

[0037] В некоторых вариантах модуль 338 карты сохраняет информацию локальной карты в форме ориентиров 314. Ориентир представляет собой физический объект внутри физической среды 100 (фигура 1) с известными или рассчитанными координатами. Информация 314 ориентиров содержит геометрическую форму и размеры, местонахождение и особенности, которые представляют информацию по ориентирам, полученную от датчиков, например, стенка может восприниматься двухмерным лазерным сканером как линия, проход - как две параллельные линии и т.п. Ориентиры включают стены, систему стеллажей или поддонов, в которой имеются места для хранения объектов.

[0038] В некоторых вариантах модуль 338 локальной карты поддерживает информацию о местах хранения (геометрические формы и размеры, а также координаты) как часть информации 314 ориентиров. Места хранения представляют собой один из видов ориентиров, поскольку их геометрия не изменяется, однако наличие/отсутствие поддона на этом месте хранения будет указывать, доступен ли транспортному средству этот ориентир и соответствующая информация о его особенностях. Информация 316 о занятости места хранения указывает на наличие поддона на этом месте, и, соответственно, будут ли особенности, относящиеся к этому поддону, формировать часть информации локальной карты. Места хранения могут быть расположены на полу, и в этом случае они могут использоваться для навигации, или на некоторой высоте над полом в системе стеллажей.

[0039] В некоторых вариантах модуль 320 навигации в физической среде включает компьютерную программу (например, команды, выполняемые процессором) для определения точного местонахождения транспортного средства и обновления информации 310 локальной карты новыми ориентирами и соответствующими частями информации 312, относящейся к ориентирам, включая их местонахождение и погрешности определения их координат. После обработки модулем 320 навигации в физической среде информации 318 положения, получаемой от множества датчиков 332, модуль 320 навигации корректирует информацию 317 прогнозируемого положения.

[0040] В некоторых вариантах информация 317 прогнозируемого положения содержит оценку местонахождения и/или ориентации транспортного средства, которая указывается в настоящем описании как прогнозируемое положение транспортного средства. Модуль 320 навигации в физической среде может обеспечивать получение такой оценки, используя предыдущее положение транспортного средства и модель его движения. Модуль 320 навигации в физической среде может также использовать фильтрацию для оценки погрешности и/или шума для последующих стадий прогнозирования положения транспортного средства и обновления. После соответствующего обращения к карте физической среды модуль 320 навигации оценивает текущее положение транспортного средства. Погрешность положения транспортного средства приводит к погрешности местонахождения наблюдаемых деталей окружающей среды. Погрешность положения в информации 312 деталей окружающей среды определяется погрешностью местонахождения транспортного средства и шумами датчиков.

[0041] Модуль 328 глобальной карты содержит компьютерную программу (например, команды, выполняемые процессором) для обработки информации 310 локальных карт по меньшей мере от двух промышленных транспортных средств и формирования информации 334 глобальной карты. В некоторых вариантах модуль 328 глобальной карты определяет информацию 334 глобальной карты как одномерный массив известных ориентиров, который может использоваться для формирования одномерного массива известных деталей окружающей среды. Эти детали соответствуют деталям, которые, предположительно, должны быть извлечены из информации датчиков транспортного средства. Некоторые из промышленных транспортных средств могут использовать разные системы координат для информации 310 локальной карты. В этом случае одно или несколько местонахождений ориентиров преобразуются в местонахождения в общей системе координат.

[0042] В некоторых вариантах модуль 328 глобальной карты приводит в соответствие информацию 312 деталей и информацию 314 ориентиров информации локальной карты, связанной с каждым промышленным транспортным средством, путем объединения наблюдаемых деталей для известных ориентиров и/или добавления деталей новых ориентиров в информацию 334 глобальной карты. Информация 334 глобальной карты может использоваться для последующего дополнения информации 310 локальной карты ожидаемыми деталями, которые еще не наблюдаются транспортным средством. Соответственно, информация 312 деталей, связанная с некоторым промышленным транспортным средством, может использоваться для обеспечения дополнительной информации по известным ориентирам или по совершенно новым ориентирам, которые не наблюдались другим промышленным транспортным средством, например, по углам, стенам, объектам инфраструктуры и/или т.п.

[0043] В одном из вариантов модуль 328 глобальной карты использует статистические методы для оценки положения новой детали, наблюдаемой по меньшей мере двумя промышленными транспортными средствами, оценивая погрешность положения детали, обеспечиваемого каждым транспортным средством. В одном из альтернативных вариантов модуль 328 глобальной карты может использовать фильтр для объединения измерений положения от множества транспортных средств для получения оценки положения.

[0044] В некоторых вариантах мобильный компьютер 104 периодически передает запрос 319 в центральный компьютер 106. В ответ на запрос 319 центральный компьютер 106 передает обновление информации 310 локальной карты. Это обновление может включать обновление следующей информации: информации 316 занятости мест хранения, информации 312 деталей, полученной от других транспортных средств, информации 314 ориентиров и т.п. Такие обновления обеспечивают использование мобильным компьютером самой свежей информации для навигации транспортного средства. В альтернативном варианте центральный компьютер 106 может периодически формировать обновления информации 310 локальной карты и передавать эти обновления в мобильный компьютер 104.

[0045] На фигуре 4 приведена функциональная блок-схема системы 400 обеспечения определения точного местонахождения промышленного транспортного средства по одному или нескольким вариантам. Система 400 содержит мобильный компьютер 104, который соединен с промышленным транспортным средством, таким как вильчатый погрузчик, а также с группой 108 датчиков. Различные программные модули в мобильном компьютере 104 вместе формируют модуль навигации в физической среде (например, модуль 320 навигации фигуры 3).

[0046] Мобильный компьютер 104 содержит различные программные модули (компоненты) для выполнения функций модуля 320 навигации (фигура 3), такие как модуль 402 определения местонахождения, модуль 408 коррекции и контроллер 410 транспортного средства. Кроме того, мобильный компьютер 104 выполняет модуль 338 локальной карты. Мобильный компьютер 104 обеспечивает определение точных координат промышленного транспортного средства и обновляет информацию 310 локальной карты данными, относящимися к деталям окружающей обстановки. Модуль 402 определения местонахождения содержит разные компоненты, такие как фильтр 414 и модуль 416 извлечения деталей для определения состояния 418 транспортного средства. Модуль 404 карты содержит различную информацию, такую как динамические детали 422 и статические детали. Модуль 404 содержит также различные компоненты, такие как модуль 420 отбора деталей и модуль 426 расширения ориентиров.

[0047] В некоторых вариантах информация датчиков корректируется в модуле 408 коррекции для исправления временных и/или пространственных искажений. Модуль 402 определения местонахождения обрабатывает откорректированную информацию и извлекает детали из информации датчиков, используя модуль 416 извлечения деталей. Эти детали согласуются с деталями из модуля 338 локальной карты, причем при этом учитывается погрешность определения положения деталей и шумы датчиков, и затем состояние 418 транспортного средства корректируется фильтром 414. Извлеченные детали будут также использоваться для обновления динамических деталей 422 и/или использоваться для добавления новых динамических деталей. Эти детали будут обрабатываться модулем 338 карты с учетом погрешности положения транспортного средства в момент измерения, а также погрешности измерений, связанной с шумами датчиков. Модуль карты будет использовать детали и погрешности измерения их положения для обновления информации 310 карты. Состояние 418 транспортного средства, которое моделируется фильтром 414, относится к текущему состоянию транспортного средства и включает информацию положения (например, координаты), которая определяет местонахождение и ориентацию транспортного средства. Модуль 402 определения местонахождения передает информацию, связанную с состоянием 418 транспортного средства в модуль 404 карты, а также в контроллер 410 транспортного средства. На основе информации о местонахождении и ориентации транспортного средства контроллер 410 осуществляет его навигацию к месту назначения.

[0048] В дополнение к фильтру 414 для вычисления состояния 418 транспортного средства модуль 414 определения местонахождения также содержит модуль 416 извлечения деталей для извлечения стандартных деталей из откорректированной информации датчиков. Модуль 338 карты использует модуль 420 отбора деталей вместе с состоянием 418 транспортного средства для отбора из имеющихся динамических деталей 422 и статических деталей 424, доступных модулю определения 402 местонахождения, путем отбрасывания невидимых деталей из множества деталей 422 и 424, в результате чего уменьшается количество деталей, которые должны проверяться модулем 416 извлечения деталей. Это действие может быть выполнено путем разделения информации карты на зоны небольших размеров, содержащие только ориентиры, которые могут наблюдаться транспортным средством из пункта его примерного местонахождения. Модуль 420 отбора деталей также управляет добавлением динамических деталей 422 к информации 310 карты и их модификацией. Модуль 402 определения местонахождения и/или модуль 338 карты могут обновлять информацию 310 карты для указания зон, недавно занятых некоторыми деталями или освобожденных от них, таких как известные размещенные или отобранные единицы хранения.

[0049] В некоторых вариантах модуль 338 карты содержит модуль 426 расширения ориентиров, который обрабатывает информацию 428 ориентиров, формирующую часть локальной карты 406, для создания статических деталей 424 и динамических деталей 422, которые связаны с этими ориентирами. При расширении ориентиров с созданными деталями будет связываться погрешность определения деталей в соответствии с погрешностью определения ориентиров.

[0050] Следует понимать, что в системе 400 для выполнения задачи навигации в физической среде может использоваться несколько вычислительных устройств. Любые из программных модулей вычислительного устройства 104 могут использоваться в разных физических аппаратных компонентах, таких как другие вычислительные устройства. Например, модуль 338 карты может выполняться на сервере (например, на центральном компьютере 106 фигуры 1) с использованием сети (например, по сети 302 фигуры 1) для соединения с множеством мобильных вычислительных устройств для совместного использования информации 310 карты и ее обновления текущим местонахождением транспортного устройства и его ориентацией.

[0051] В некоторых вариантах модуль 338 локальной карты обрабатывает наблюдаемые детали, получаемые от промышленного транспортного средства, и формирует (или улучшает) информацию 310 локальной карты (то есть, поддерживает информацию локальной карты). Существенно то, что модуль 338 карты в мобильном компьютере 104 обновляет динамических детали 422, а также информацию 310 карты деталями и ориентирами, которые наблюдались промышленным транспортным средством, с которым связан мобильный компьютер 104. Наблюдаемые детали (и/или ориентиры) передаются в центральный компьютер 106 для включения в информацию глобальной карты. При этом информация локальных карт других транспортных средств будет обновляться информацией, поступающей из глобальной карты. Соответственно, транспортные средства обмениваются наблюдаемыми ими деталями и/или ориентирами. Поэтому контроллер 410 может осуществлять навигацию промышленного транспортного средства, связанного с мобильным компьютером 104, используя детали и/или ориентиры, которые наблюдаются другим транспортным средством, без необходимости наблюдения этих ориентиров.

[0052] На фигуре 5 приведена структурная схема, иллюстрирующая элементы и интерфейсы системы 500 определения местонахождения и поддержания карты для промышленного транспортного средства по одному или нескольким вариантам. В частности, система 500 определения местонахождения и поддержания карты содержит блоки обработки и передачи различной информации, такие как блок 502 коррекция информации датчиков, блок 504 сопряжения, блок 507 извлечения деталей, блок 508 связывания данных, блок 510 обобщенной калмановской фильтрации (EKF), а также динамическую карту 512. Система 500 определения местонахождения и поддержания карты поддерживает работу промышленных транспортных средств, используя в первую очередь детали окружающей обстановки. Блок 504 сопряжения обеспечивает управление уровнями и входит в модуль навигации в физической среде.

[0053] Блок 506 извлечения деталей проверят информацию, полученную от датчиков, и извлекает обнаруженные детали (например, линии и углы). Блок 508 связывания данных сравнивает обнаруженные детали с информацией об известных деталях для определения соответствия обнаруженных деталей имеющейся информации статических 424 и/или динамических 422 деталей. Блок EKF 510 осуществляет обобщенную калмановскую фильтрацию, которая обеспечивает наиболее вероятное текущее положение транспортного средства на основе полученных измерений, связанных с совпадающими деталями, и предыдущего положения транспортного средства. Блок 512 локальной карты поддерживает актуальную динамическую карту деталей, используемых для определения местонахождения, которых нет на заранее заданной статической карте. Эти обновления информации динамической карты передаются в центральный компьютер для включения в информацию глобальной карты.

[0054] В соответствии с некоторыми вариантами блок 502 корректировки информации датчиков осуществляет удаление из информации датчиков искажений движения перед определением прогнозируемого положения транспортного средства. Блок 502 коррекции информации датчиков использует информацию движения транспортного средства, которая извлекается из информации различных датчиков, и затем модифицирует информацию датчиков, на которую может влиять движение транспортного средства, перед передачей этой информации в блок 504 сопряжения. Например, блок 502 коррекции информации датчиков использует диаметр колес и информацию кодового датчика положения для вычисления скорости. При изменении положения транспортного средства могут возникать искажения движения в информации лазерного сканера. Соответственно, блок 502 корректировки информации датчиков модифицирует информацию лазерного сканера перед обращением к блоку EKF 510 через блок 504 интерфейса. Блок EKF 510 осуществляет прогнозирование положения для оценки информации текущего местонахождения, полученной на основе информации о движении транспортного средства. Блок EKF 510 корректирует оценку текущего местонахождения по полученной информации лазерного сканера. Скорректированная информация текущего местонахождения через блок 504 интерфейса передается обратно в транспортное средство.

[0055] На фигуре 6 приведена блок-схема способа 600 обеспечения работы модуля локальной карты по одному или нескольким вариантам. В некоторых вариантах все стадии способа 600 выполняет модуль карты (например, модуль 338 локальной карты фигуры 3). Модуль карты может быть компонентом модуля навигации в физической среде (например, модуля 320 навигации в физической среде фигуры 3). В других вариантах некоторые стадии могут быть пропущены. Выполнение способа 600 начинается на стадии 602 и продолжается на стадии 604. На стадии 604 осуществляется обработка информации карты (например, информации 310 локальной карты фигуры 3), связанной с одним или несколькими промышленными транспортными средствами. Информация карты обеспечивает местонахождение и/или размеры одного или нескольких ориентиров в физической среде. В некоторых вариантах осуществляется хранение информации карты в мобильном компьютере (например, в мобильном компьютере 104 фигур 1, 4), соединенном с некоторым промышленным транспортным средством, в качестве информации локальной карты (например, информации 310 карты фигуры 4). В других вариантах осуществляется хранение информации карты в центральном компьютере (например, в центральном компьютере 106 фигур 1, 4) в качестве информации глобальной карты (например, информации 334 глобальной карты фигуры 3). Информация локальной карты может содержать изначально информацию, отобранную центральным компьютером из информации глобальной карты и переданную в мобильный компьютер. Отбор информации локальной карты осуществляется в соответствии с текущим местонахождением транспортного средства в физической среде. Центральный компьютер может периодически передавать обновления для локальной карты, которые содержат информацию, полученную от других транспортных средств. На стадии 604 осуществляется обработка информации локальной карты для передачи в модуль определения местонахождения группы деталей, которые должны быть видны из текущего (расчетного) местонахождения транспортного средства. На этой стадии осуществляется расширение ориентиров (например, ориентиров 428 фигуры 4) для формирования массива деталей (например, статических деталей 424 и динамических деталей 422 фигуры 4), и полученная геометрическая информация применяется к массиву локальных деталей, который относится к зоне, наблюдаемой датчиками транспортного средства из его текущего (расчетного) местонахождения. Модуль определения местонахождения будет определять массив наблюдаемых деталей с их формой и размерами, местонахождением и погрешностью определения местонахождения.

[0056] На стадии 606 оцениваются наблюдаемые детали для определения того, что была получена информация по новым деталям, или были получены новые измерения деталей, содержащих время окончания. Если новые детали не обнаружены, то следует переход на стадию 614.

[0057] На стадии 608 осуществляется обработка новых деталей в отношении информации ориентиров (например, информации 328 ориентиров фигуры 3), связанных с одним или с несколькими промышленными транспортными средствами. Эти детали могут быть обработаны с использованием способа сопоставления с полигонами или другие способы сопоставления с шаблонами. Фигуры, с которыми осуществляется сопоставление, выбираются из геометрических форм известных объектов в физической среде, таких как поддоны, грузы и т.п. Те детали, которые не будут распознаны, игнорируются. На стадии 610 создаются новые ориентиры или обновляются существующие ориентиры для деталей, которые были распознаны. Для формирования одного ориентира может быть объединено несколько деталей. Ориентиры представляет физические факторы окружающей обстановки, которые могут использоваться для навигации. В способе 600 новые ориентиры добавляются к информации карты в качестве информации 314 ориентиров (фигура 3).

[0058] На стадии 612 формируется информация локальной карты для физической среды (то есть, совместно используемого пространства). Информация локальной карты содержит информацию деталей, связанную с различными деталями, формирующими определенный ориентир. Иначе говоря, информация локальной карты содержит детали, которые наблюдаются промышленным транспортным средством. Эта информация ориентиров, содержащая детали, передается в центральный компьютер для включения в информацию глобальной карты.

[0059] На стадии 614 принимается решение об обновлении глобальной карты информацией новых ориентиров. Обновления могут формироваться каждый раз, когда идентифицируется новый ориентир, или же они могут формироваться периодически. Кроме того, может формироваться запрос на обновление локальной карты для добавления новых деталей, наблюдаемых другими промышленными транспортными средствами.

[0060] На стадии 616 информация новых ориентиров приводится к формату, подходящему для обновления ею глобальной карты. Каждый новый ориентир содержит положение и погрешность его определения. Погрешность зависит от погрешностей измерения деталей и от количества деталей, которые вписываются в геометрию ориентира. Таким образом, погрешность включает погрешность местонахождения и погрешность идентификации ориентира. Выполнение способа 600 заканчивается на стадии 618.

[0061] На фигуре 7 приведена блок-схема способа 700 обеспечения работы модуля глобальной карты по одному или нескольким вариантам. В некоторых вариантах все стадии способа 700 выполняет модуль глобальной карты (например, модуль 328 глобальной карты фигуры 3). В других вариантах некоторые стадии могут быть пропущены. Выполнение способа 700 начинается на стадии 702 и продолжается на стадии 704.

[0062] На стадии 704 осуществляется получение информации локальной карты от одного из множества автономных промышленных транспортных средств. Информация локальной карты содержит по меньшей мере один ориентир, которого раньше не было в локальной карте передающего транспортного средства. На стадии 706 осуществляется обработка новых ориентиров. В одном из вариантов осуществляется объединение информации ориентиров, полученных от множества промышленных транспортных средств, с оценкой каждого нового ориентира на сходство с ориентирами, полученными ранее. В этом случае к существующим ориентирам добавляются новые детали, наблюдаемые независимыми транспортными средствами, в результате чего уменьшаются погрешности положения и идентификации, связанные с ориентирами. В другом варианте на стадии 704 осуществляется фильтрация, при которой статистически объединяются наблюдения множества промышленных транспортных средств, и новые ориентиры для глобальной карты создаются только в том случае, когда получено достаточное количество наблюдений, для снижения погрешности до приемлемого уровня. В одном из вариантов новым деталям присваивается величина окончания, которая указывает на необходимость постоянного получения измерений по этим деталям, чтобы они поддерживались в глобальной карте.

[0063] На стадии 708 центральный компьютер осуществляет обновление информации глобальной карты информацией деталей. В одном из вариантов эта стадия включает проверку величины окончания деталей карты и удаление тех ориентиров, которые не наблюдались в последнее время. Таким образом, информация глобальной карты содержит детали, наблюдаемые другим промышленным транспортным средством, что повышает качество навигации транспортных средств. Поскольку все промышленные транспортные средства передают в центральный компьютер информацию локальных карт, глобальная карта будет содержать все детали, наблюдаемые всеми транспортными средствами.

[0064] На стадии 710 определяется, получен ли запрос (например, запрос 319 фигуры 3) информации карты от мобильного компьютера транспортного средства. Если был получен запрос, следует переход на стадию 714. Если же запрос информации карты не был получен, то осуществляется ожидание прихода запроса, после чего следует переход на стадию 704. На стадии 714 определяется текущее местонахождение запрашивающего транспортного средства. В некоторых вариантах текущее местонахождение транспортного средства считывается из запроса. В других вариантах местонахождение транспортного средства может быть известно центральному компьютеру из сообщений о местонахождении. На стадии 716 осуществляется идентификация соответствующей части информации глобальной карты. На стадии 718 соответствующая часть глобальной карты передается в промышленное транспортное средство в качестве локальной карты. В соответствии с одним или несколькими вариантами в ответ на запрос осуществляется выделение информации карты для некоторой части зоны, охватываемой глобальной картой, и выделенная информация передается в качестве локальной карты в мобильный компьютер промышленного транспортного средства. Новая информация локальной карты включает все детали, полученные в последнее время от других транспортных средств, которые находятся поблизости от местонахождения запрашивающего транспортного средства. Выполнение способа 700 заканчивается на стадии 720.

[0065] В других вариантах в центральном компьютере имеется информация о местонахождении всех транспортных средств. В этом случае центральный компьютер может в автоматическом режиме отбирать информацию для локальных карт и передавать ее на соответствующие транспортные средства без всяких запросов с их стороны. Способ может выполняться периодически, или же когда транспортное средство входит в зону, для которой ранее получено обновление информации деталей от другого транспортного средства.

[0066] В другом варианте локальные карты могут передаваться на транспортные средства непрерывно, по мере их продвижения в физической среде. Локальные карты могут перекрываться, так что в процессе получения следующей карты может использоваться предыдущая карта. На транспортное средство может быть передана последовательность локальных карт, покрывающих маршрут, по которому осуществляется навигация этого транспортного средства.

[0067] За счет использования глобальной карты, которая обновляется с использованием информации локальных карт, передаваемой различными транспортными средствами, эти транспортные средства могут добавлять ориентиры для навигации, например, положения объектов, которые могут использоваться в качестве ориентиров, для улучшения качества навигации, и затем через глобальную карту информация деталей используется всеми другими транспортными средствами. В других вариантах препятствия становятся динамическими деталями в информации локальных карт, так что информация о препятствиях через глобальную карту используется всеми другими транспортными средствами. Для упрощения использования деталей в некоторых вариантах действие некоторых деталей может прекращаться, то есть, статическая деталь, которая неоднократно идентифицируется транспортными средствами, может формировать постоянный ориентир на глобальной карте, в то время как динамическим деталям, которые появляются на глобальной карте в первый раз, может быть присвоена величина окончания, и они будут удаляться из глобальной карты, если не будут обновлены наблюдениями другого транспортного средства.

[0068] Различные элементы, устройства и модули раскрыты в настоящем описании в связи с их соответствующими функциями. Эти элементы, устройства и модули являются средствами выполнения их соответствующих вышеописанных функций.

[0069] Хотя все вышеизложенное относится к некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, однако могут быть предложены и другие варианты, не выходящие за пределы объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой.

Реферат

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано в системах навигационного позиционирования транспортных средств. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого осуществляют совместное использование информации относительно глобальной системы координат промышленными транспортными средствами, находящихся в физической среде. При этом в одном из вариантов способа осуществляют: обработку информации локальных карт, связанных с множеством промышленных транспортных средств, причем информация локальных карт содержит информацию деталей, формируемую множеством промышленных транспортных средств в отношении деталей, наблюдаемых некоторыми из этих транспортных средств; объединение информации деталей, связанной с информацией локальных карт, для формирования информации глобальной карты для физической среды; и осуществление навигации промышленного транспортного средства из множества промышленных транспортных средств с использованием по меньшей мере части информации глобальной карты. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула