用於促進用於工業車輛導航的地圖數據處理的方法和裝置製造方法
2023-10-06 15:16:24
用於促進用於工業車輛導航的地圖數據處理的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本公開涉及一種描述用於促進對工業車輛進行導航的地圖數據處理的方法和裝置。在一個實施例中，用於工業車輛導航的對地圖數據進行劃分的方法包括：將與物理環境相關的地圖數據分段成多個子區域地圖，識別與當前車輛地點相對應的子區域地圖並且使用已識別子區域地圖對工業車輛進行導航。
【專利說明】用於促進用於工業車輛導航的地圖數據處理的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明的實施例一般涉及用於工業車輛的基於環境的導航系統，更具體地，涉及促進用於工業車輛導航的地圖數據處理的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]實體有規律地操作許多設施以便滿足供應和/或需求目標。例如，小到大公司、政府機構等採用各種物流管理和庫存管理範式來將物體(例如，原料、商品、機器等)移動到各種物理環境(例如，倉庫、冷藏間、工廠、車間、庫房等)中。跨國公司可以在一個國家建造倉庫來儲藏用於製造成商品的原料，商品則放在另一個國家的倉庫中以便分配到當地零售市場。倉庫必須組織有序以便維持和/或改善生產和銷售。如果原料未以最佳速率運輸至車間，則製造出較少商品。因此，不產生收益，因為未製造商品來抵銷原料的成本。
[0003]遺憾地是，諸如倉庫的物理環境具有數個局限性，這些局限性妨礙及時完成不同任務。例如，倉庫和其它共享使用空間必須對人類勞動力是安全的。一些僱員操作重型機械和諸如叉車的工業車輛，其有可能造成嚴重或致命傷害。儘管如此，人仍需要使用工業車輛來完成任務，這些任務包括物體操縱任務，諸如在倉庫內將商品託盤移動至不同地點。多數倉庫僱用大量的叉車駕駛員和叉車來移動物體。為了提高生產率，這些倉庫簡單地增加更多的叉車和叉車駕駛員。
[0004]一些倉庫利用裝備使這些任務自動化。作為一個實例，這些倉庫可以採用諸如叉車的自動工業車輛，來按路徑運載物體並且隨後將這些物體卸載至指定地點上。當對工業車輛進行導航時，有必要有效和迅速地處理地圖數據以便規劃這些路徑。如果工業車輛必須將傳感器測量和與每個地標相關的特徵信息進行比較以便計算車輛位置，則執行計算所需的時間需要工業車輛緩慢和非常低效地移動。擴展卡爾曼濾波器(EKF)方法的缺點是動態增加的地標給定位和映射強加了巨大的計算成本。為了實時提供精確的定位信息，正在被EKF管理的若干個動態地標在任何時間都要被最小化。
[0005]因此，在本領域存在對促進用於工業車輛導航的地圖數據處理的方法和裝置的需要，其通過減少用於執行車輛定位的若干個要處理和/或儲存的特徵來實現。
【發明內容】
[0006]本發明的不同實施例一般包括促進用於工業車輛導航的地圖數據處理的方法和裝置。在一個實施例中，用於工業車輛導航的對地圖數據進行劃分的方法包括將與物理環境相關的地圖數據分段成多個子區域地圖，識別與當前車輛地點相對應的子區域地圖，並且使用已識別的子區域地圖對工業車輛進行導航。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]為了能夠詳細理解上文敘述本發明特徵的方式，通過參考實施例可以得出上文簡要概述的本發明的更具體地說明，其中一些實施例在附圖中示出。然而，應當注意的是，附圖示出的只是本發明的典型實施例，並且因此不要被理解為限制本發明的範圍，因為本發明可以準許其它同樣有效的實施例。
[0008]圖1示出包含本公開不同實施例的物理環境的透視圖；
[0009]圖2示出根據一個或多個實施例用於對物理環境進行導航以便執行不同任務的叉車的透視圖；
[0010]圖3是根據一個或多個實施例用於為工業車輛提供精確定位的系統的結構框圖；
[0011]圖4是根據一個或多個實施例用於為工業車輛提供精確定位的系統的功能框圖；
[0012]圖5是根據一個或多個實施例的交互圖，示出對工業車輛的定位和映射過程；
[0013]圖6是根據一個或多個實施例用於為工業車輛估計位置的地圖的示意性例示；
[0014]圖7是根據一個或多個實施例的功能框圖，示出用於對工業車輛進行導航的定位和映射過程。
[0015]圖8是根據一個或多個實施例用於將地圖數據劃分成子區域地圖的一種方法的流程圖；和
[0016]圖9是根據一個或多個實施例用於促進地圖數據處理的一種方法的流程圖。【具體實施方式】
[0017]圖1示出包含本發明一個或多個實施例的物理環境100的示意性透視圖。
[0018]在一些實施例中，物理環境100包括耦接至移動計算機104的車輛102、中央計算機106以及傳感器陣列108。傳感器陣列108包括多個設備，用於分析物理環境100內的不同物體並且將數據(例如，圖像數據、視頻數據、地圖數據、三維圖形數據等)傳輸至移動計算機104和/或中央計算機106，如下文進一步解釋的那樣。傳感器陣列108包括不同類型的傳感器，諸如編碼器、超聲波測距儀、雷射測距儀、壓力傳感器等。
[0019]物理環境100進一步包括支承多個物體的地板110。多個物體包括多個託盤112、多個單元114等，如下文進一步解釋的那樣。物理環境100還包括正確操作車輛102的不同障礙物(未繪出)。如果這種物體幹擾任務完成，則多個物體中的一些可能沿著不同路徑(例如，預先編程的或動態計算的路線)構成障礙物。例如，障礙物物包括處在與正在被運輸的物體裝載相關的目標目的地處的破損託盤。物理環境100還包括多個標記116。多個標記116被示出為附連至天花板的物體。在一些實施例中，標記116可以被定位在地板或地板和天花板的組合上。在一些實施例中，多個標記116是信號燈，其促進基於環境的導航，如下文進一步解釋的那樣。多個標記116以及物理環境100周圍的其它物體形成由環境特徵定義的地標。移動計算機104提取環境特徵並且確定精確的當前車輛姿態。
[0020]物理環境100可以包括用於放多個單元114的倉庫或冷藏庫，為未來運輸做準備。倉庫可以包括裝載平臺以便從商用車輛、鐵路、機場和/或海港裝載和卸載多個單元。多個單元114 一般包括不同的商品、產品和/或原料等。例如，多個單元114可以是消費品，其通過叉車被放置在ISO標準託盤上並且裝載到託盤貨架內以便分配至零售庫房。車輛102通過將消費品移動至指定地點來促進這種分配，在指定地點處商用車輛(例如，卡車)進行裝載並且隨後將消費品輸送至一個或多個目標目的地。
[0021]根據一個或多個實施例，車輛102可以是自動導向車輛(AGV)，諸如自動叉車，其被配置成在地板110各處操縱和/或移動多個單元114。車輛102利用諸如叉的一個或多個提升部件來提升一個或多個單元114，並且隨後在搬運區域120 (例如，通道)內沿著路徑運輸要放置在槽區域122處的這些單元114。可選地是，一個或多個單元114可以被布置在車輛102的託盤112上，車輛102將其提升並且移動至指定地點。
[0022]多個託盤112中的每個都是平的運輸結構，其當被車輛102和/或另一個頂起設備(例如，託盤搬運車和/或前端裝載機)提升時以穩定的方式支承商品。託盤112是物體裝載的結構基礎並且許可操縱和儲藏功效。多個託盤112中不同的託盤可以在貨架系統(未繪出)內得以利用。在某個貨架系統內，重力輥道或軌道允許一個或多個託盤112上的一個或多個單元114流入前端。一個或多個託盤112向前移動直到被減速設備、物理止動件或另一個託盤112減速或停止。
[0023]在一些實施例中，移動計算機104和中央計算機106是計算設備，其在物理環境100內控制車輛102並且執行不同任務。移動計算機適合於與車輛102相結合，如所示。移動計算機104還可以接收並且總計數據(例如，雷射掃描器數據、圖像數據和/或任何其它相關的傳感器數據)，這些數據由傳感器陣列108進行傳輸。移動計算機104內的不同軟體模塊控制與車輛102相關的硬體組件的操作，如下文進一步解釋的那樣。
[0024]物理環境100可以被特徵化為動態共享使用區域，其中託盤被期望放置在地板110上的已知地點。移動計算機104和/或中央計算機106都在運行時執行物理環境100的動態映射以便維持物理環境的最新全局地圖。在一些實施例中，中央計算機104將全局地圖分段成較小的子區域地圖並且將子區域地圖發送至車輛。以這種方式，移動計算機104具有較少的地標特徵以便在任何給定時間進行處理，例如，只處理地標，其在工業車輛102當前操作的子區域地圖內、或在工業車輛102當前位置上是可見的，或是二者的組合。在其它實施例中，全局地圖被移動計算機104儲存，而移動計算機104隻使用從全局地圖中提取的子區域地圖來導航。一旦工業車輛102接近新的子區域，中央計算機104就發送對應的子區域地圖，或移動計算機104就從它本地儲存的全局地圖中提取對應的子區域地圖。移動計算機104還可以用通過至少一個第二工業車輛102傳遞的特徵信息來更新對應的子區域地圖。
[0025]圖2示出根據本發明一個或多個實施例用於在物理環境內促進不同任務的自動化的叉車200的透視圖。
[0026]叉車200 (即，起重汽車、高/低、堆垛車、拖車裝載機、側卸式裝載機或叉式起重機)是工業用機動車輛，其具有不同的裝載能力並且用於提升和運輸不同物體。在一些實施例中，叉車200被配置成在物理環境(例如，圖1中的物理環境100)內沿著路徑移動單元(例如，圖1中的單元114)的一個或多個託盤(例如，圖1中的託盤112)。路徑可以按照被接收的任務而被預先定義或動態計算。叉車200可以在儲藏間內部行進，儲藏間是多個託盤位置，深到用於放置或取回託盤。時常，叉車200被引導到儲藏間內並且將託盤放置在懸臂輻或軌道上。因此，當確定與物體和/或目標目的地相關的方位時，包括總寬和整機外寬的叉車200的尺寸必須是精確的。
[0027]叉車200通常包括兩個或多個叉(即，滑道或齒)，用於在物理環境內提升並且運載單元。可選地是，叉車200可以包括一個或多個金屬杆(未繪出)，而非兩個或多個叉，以便提升某些單元(例如，地毯卷、金屬圈等)。在一個實施例中，叉車200包括液壓驅動的伸縮式前輪叉，其許可兩個或多個託盤被放置在彼此後面而無需這些託盤之間的過道。[0028]根據一個或多個實施例的叉車200可以進一步包括不同的機械、液壓和/或電的操作執行器。在一些實施例中，叉車200包括一個或多個液壓執行器(未標明)，其許可兩個或多個叉的橫向移動和/或轉動。在一個實施例中，叉車200包括用於一起或分別移動叉的液壓執行器(未標明)。在另一個實施例中，叉車200包括用於擠壓要運輸的單元(例如，大桶、小桶、紙卷等)的機械或液壓組件。
[0029]叉車200可以與移動計算機104相結合，移動計算機104包括用於根據一項或多項任務來操作叉車200的軟體模塊。叉車200還與包含不同傳感器設備的陣列(例如，圖1中的傳感器陣列108)相結合，傳感器設備將傳感器數據(例如，圖像數據、視頻數據、距離地圖數據和/或三維圖形數據)傳輸至移動計算機104以便提取與環境特徵相關的信息。這些設備可以安裝至任何外部和/或內部位置處的叉車200上或安裝在物理環境100周圍的已知地點上。叉車200的示例性實施例通常包括攝像機202、附連至每側的平面雷射掃描器204和/或附連至每個車輪208的編碼器206。在其它實施例中，叉車200隻包括平面雷射掃描器204和編碼器206。叉車200可以使用傳感器陣列，傳感器陣列具有擴展至當前運動方向(例如，向前、向後行進，叉向上/向下運動、伸出/伸進等)的視場。這些編碼器確定涉及車輛移動的運動數據。外部安裝的傳感器可以包括雷射掃描器或攝像機，其定位於從這種傳感器可得到的豐富數據集能增強自動化操作之處。外部傳感器可以包括有限組應答器和/或其它有源或無源裝置，通過它們自動車輛能獲得大致位置以便看見定位功能。
[0030]在一些實施例中，若干個傳感器設備(例如，雷射掃描器、雷射測距儀、編碼器、壓力傳感器等)以及它們在叉車200上的位置是由車輛決定的，並且安裝這些傳感器的位置影響對測量數據的處理。例如，通過確保所有雷射掃描器都被放置在可測量位置上，傳感器陣列108可以處理雷射掃描數據並且將其調換至對於叉車200而言的中心點。此外，傳感器陣列108可以將多個雷射掃描組合成單個虛擬雷射掃描，其可以被不同軟體模塊用於控制叉車200。
[0031]圖3是根據一個或多個實施例用於為工業車輛提供精確定位的系統300的結構框圖。在一些實施例中，系統300包括移動計算機104、中央計算機106及傳感器陣列108，其中每個組件都通過網絡302被耦接至彼此。
[0032]移動計算機104是一種類型的計算設備(例如，筆記本電腦、桌上型電腦、個人辦公助理(PDA)等),其包含中央處理單元(CPU) 304、不同的輔助電路(support circuit) 306及存儲器308。CPU304可以包含促進數據處理和儲存的一個或多個商售微處理器或微控制器。不同的輔助電路306促進CPU304的操作並且可以包括時鐘電路、總線、電源、輸入/輸出電路等。存儲器308包括只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁碟驅動儲存器、光學儲存器、可拆卸儲存器等。存儲器308包括諸如地圖數據310、多個子區域地圖312、特徵信息314、姿態測量數據316、車輛的行駛方向317、姿態預測數據318及路徑319的不同數據。存儲器308包括不同的軟體包，諸如基於環境的導航模塊420。
[0033]中央計算機106是一種類型的計算設備(例如，膝上型計算機、臺式計算機、個人辦公助理(PDA)等)，其包含中央處理單元(CPU) 322、不同的輔助電路324及存儲器326。CPU322可以包含促進數據處理和儲存的一個或多個商售微處理器或微控制器。不同的輔助電路324促進CPU322的操作並且可以包括時鐘電路、總線、電源、輸入/輸出電路等。存儲器326包括只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁碟驅動儲存器、光學儲存器、可拆卸儲存器等。存儲器326包括諸如映射模塊328的不同軟體包、以及諸如任務430的不同數據。可選地，存儲器326儲存一份全局地圖數據310 (表示全局地圖)的拷貝和/或子區域地圖312。
[0034]網絡302包含通信系統，其通過電線、電纜、光纖、和/或通過諸如集線器、開關、路由器等不同類型的已知網絡元件促進的無線鏈路來連接計算設備。網絡302可以採用不同的已知協議在網絡資源之間傳遞信息。例如，網絡302可以是網際網路或內部網的一部分，其使用諸如乙太網、無線區域網(WiFi)、全球微波互聯接入(WiMax)、通用分組無線業務(GPRS)等的不同通信基礎設施。
[0035]傳感器陣列108可通信地耦接至移動計算機104，其附連至諸如叉車(例如，圖2中的叉車200)的自動車輛。傳感器陣列108包括多個設備322，用於監控物理環境並且捕獲不同數據，其被移動計算機104儲存為傳感器輸入消息312。在一些實施例中，傳感器陣列108可以包括一個或多個雷射掃描器和/或一個或多個攝像機的任何組合。在一些實施例中，多個設備332可以被安裝至自動車輛。例如雷射掃描器和攝像機可以被附連至叉上方位置上的升降機車廂。可選地是，雷射掃描器和攝像機可以位於叉的下方。多個設備332還可以遍及物理環境被分配在固定位置上。
[0036]在一些實施例中，全局地圖數據310包括諸如用於人工和自動工業車輛的共享使用區域的物理環境的動態特徵和/或靜態特徵。全局地圖數據310包含特徵信息340和地標數據342。在一個實施例中，特徵信息包括動態和/或靜態特徵，其表示緊鄰車輛的物理環境，諸如用於人工和自動工業車輛的共享使用區域。靜態特徵表示在環境內不改變的物體，例如，牆壁、儲藏貨架等。可以對局部地圖數據310進行組織以形成已知地標、靜態和動態特徵的矢量。在一些實施例中，特徵信息340包括:特徵幾何圖形(線、角、弧等等)；全局坐標系中的特徵姿態；及特徵姿態不確定性。通常，對於靜態特徵而言姿態不確定性為零。
[0037]在一些實施例中，動態特徵表示在環境內改變的物體，例如，諸如破損託盤、要儲藏的物體等的臨時障礙物。這些特徵對於系統而言在充足的時間內可能是靜止的以便將它們用作定位地圖特徵。系統不含有關於這些特徵姿態的先驗信息並因此這些動態特徵的姿態只能夠通過將來自傳感器的車輛中心測量值迭加至車輛相對於全局坐標系的估計姿態上而推斷出。因為傳感器數據中的噪音、以及車輛姿態估計中的不確定性，所以所有動態特徵都具有與它們姿態相關的姿態不確定性。
[0038]物理環境可以被分段成多個子區域，其具有儲存在多個子區域地圖312中的對應的地圖數據。特徵信息314定義與不同地標相關的特徵(例如，曲線、線等)。這些地標可以在物理環境的靜態地圖中被預先定義並且識別。地圖模塊328可以將一個或多個物體(SP，已卸載的物體，諸如產品項目或託盤)指定為唯一地標，其與諸如倉庫內的一個房間的具體子區域相對應。
[0039]在一些實施例中，姿態預測數據318包括對車輛位置和/或方位的估計，對本公開的車輛位置和/或方位的估計可以被稱為車輛姿態預測。除了車輛運動模型外，基於環境的導航模塊320可以使用先前車輛姿態來產生這種估計。基於環境的導航模塊320還可以使用過程濾波器來為即將到來的車輛姿態預測估計不確定性和/或噪音並且更新步驟。檢查地圖數據310或特定的一個子區域地圖312後，基於環境的導航模塊320確定當前車輛位置的估計。車輛姿態中的不確定性產生觀測特徵的位置中的不確定性。特徵信息312中的姿態不確定性從車輛位置的不確定性和傳感器噪音的結合中獲得(derive)。[0040]在一些實施例中，基於環境的導航模塊320包括處理器可執行指令，用於為工業車輛執行定位和映射。在定位期間，通過消除對部分地圖數據310的處理，基於環境的導航模塊320減少若干個已知(地標)特徵以便與特徵信息314進行比較。通過將地圖數據310劃分成子區域地圖312，在任何給定時間若干個正在被處理的靜態和/或動態地標被限制到工業車輛進行當前操作的特定子區域地圖中的地標數量。一旦工業車輛的地點如被基於環境的導航模塊確定的那樣離開特定子區域，基於環境的導航(EBN)模塊320就選定新的子區域地圖312。模塊320可以向中央計算機請求子區域地圖312，或中央計算機106可以隨著車輛接近先前子區域地圖的邊緣而自動發送新的子區域地圖。在一個可選實施例中，EBN模塊可以含有移動地圖模塊344，其從本地儲存的地圖數據310中提取子區域地圖312。在任何一種情況下，地圖模塊328/344 (全局的或移動的)都構成新的子區域地圖312，其與被車輛要求的一部分物理環境相對應以便在新的地點進行導航。因此，基於環境的導航模塊320隻使用與新的子區域地圖312相關的已知特徵。在一些實施例中，基於環境的導航模塊320用新的動態特徵更新地圖數據310。
[0041]圖4是根據一個或多個實施例用於為工業車輛提供精確定位的系統400的功能框圖。系統400包括移動計算機104，其耦接至諸如叉車的工業車輛以及傳感器陣列108。移動計算機104內的不同軟體模塊共同形成基於環境的導航模塊(例如，圖3中的基於環境的導航模塊320)。
[0042]移動計算機104包括用於執行導航功能的不同軟體模塊(S卩，組件)，諸如定位模塊402、映射模塊404、校正模塊408、及車輛控制器410。移動計算機104為工業車輛提供精確定位並且用與環境特徵相關的信息更新地圖數據406。定位模塊402還包括不同組件，諸如濾波器414和特徵提取模塊416，用於確定車輛狀態418。地圖模塊404包括不同數據，諸如動態特徵422和靜態特徵424。地圖模塊404還包括不同組件，諸如特徵選擇模塊420。
[0043]在一些實施例中，傳感器數據在校正模塊408內進行校正以便校正時間和/或空間畸變。定位模塊402處理校正數據並且使用特徵提取組件416從傳感器數據中提取特徵。這些特徵與來自地圖模塊404的特徵相匹配，將特徵姿態不確定性和觀測噪音考慮在內，並且車輛狀態418隨後通過濾波器414進行調整。通過濾波器414建模的車輛姿態418指的是當前車輛狀態並且包括指示車輛位置、方位、速度、加速度等的數據(例如，坐標)。定位模塊402將與車輛姿態418相關的數據傳遞至映射模塊404，同時還將這種數據傳遞至車輛控制器410。基於車輛位置和方位，車輛控制器410將工業車輛導航至目的地。
[0044]除了用於計算車輛姿態418的濾波器414外，定位模塊402還包括用於從校正傳感器數據中提取標準特徵的特徵提取模塊416。地圖模塊404將車輛姿態418和靜態特徵424及動態特徵422進行比較，以便通過從特徵中消除當前不可見特徵來減少若干個要檢查的特徵。在一些實施例中，地圖模塊404將地圖數據406劃分成多個地圖，這些地圖與物理環境的具體子區域相對應。特徵選擇模塊420對給地圖數據406補充和更改動態特徵422進行管理。特徵選擇模塊420能夠更新地圖數據406以便指示新近佔用或清除了諸如已知被放置和挑選的項目的某些特徵的區域。
[0045]意識到，系統400可以採用數個計算設備來執行基於環境的導航。計算設備104內的任何一個軟體模塊都可以部署在諸如其它計算設備的不同或多個物理硬體組件上。例如，映射模塊404可以通過網絡(例如，圖4中的網絡302)在伺服器計算機(例如，圖1中的中央計算機102)上執行，以便出於共享地圖數據406和用當前車輛位置和方位更新地圖數據406的目的而與多個移動計算設備連接。
[0046]在一些實施例中，校正模塊402處理來自諸如傳感器陣列108的不同數據源的傳感器輸入消息，傳感器陣列108具有對車輛姿態418的不同的採樣率/發布率以及不同的(內部)系統延遲。校正模塊402從這些消息內的傳感器數據中提取觀測姿態測量值。校正模塊402分別檢查每條消息以便保持每次觀測的一致性。
[0047]圖5是根據一個或多個實施例的交互圖，示出用於工業車輛的定位和映射過程500。具體地說，定位和映射過程500包括處理和傳遞組件或層502，諸如傳感器數據校正504、接口 506、特徵提取508、數據關聯510、EKF512及動態地圖514之間的不同數據。定位和映射過程500使用主要環境特徵來支持工業車輛操作。接口 506促進對層502的控制並且被增加至基於環境的導航模塊。
[0048]特徵提取508檢查通過傳感器設備輸入的數據並且提取觀測特徵(例如，線和角)。數據關聯510將觀測特徵和已知特徵信息進行比較以便識別具有現有靜態和/或動態地圖數據的匹配特徵。EKF512是擴展卡爾曼濾波器，如果給出與匹配特徵和之前車輛姿態相關的測量值，則該濾波器提供最可能的當前車輛姿態。動態地圖管理器514維持用於定位的特徵的最新動態地圖，其在先驗靜態地圖中找不到。
[0049]圖6是根據一個或多個實施例用於為工業車輛102估計位置的地圖600的示意性例示。儲存在耦接至工業車輛102的計算機內的不同軟體模塊執行位置估計600。工業車輛102使用不同傳感器設備(例如，圖3中的多個傳感器設備332)以便感知可見範圍602內的物體。具體地說，可見範圍602可以指通過雷射掃描器形成的雷射範圍。如下文中進一步解釋的那樣，根據一些實施例，工業車輛感知地標604，其特徵用於形成網格線606以便估計工業車輛的姿態。此外，地標604結合以便形成基礎設施單元608。
[0050]諸如倉庫的物理環境包括具有相關特徵的地標，該特徵能夠被提取以便促進定位和映射。相關特徵的實例包括高密度貨架的貨架支柱，這組支柱形成基礎設施單元608。與將每個支柱結合到貨架間內的諸如虛擬線或網格線606的基礎設施單元相關的數據可以用於輔助定位。在這種情況下，虛擬特徵可以通過相當於虛擬牆壁的定位模塊(圖4中的定位模塊402)進行處理。在車輛102在兩組貨架之間的過道內移動的情況下，存在兩個網格線606，其一起形成過道。本領域的技術人員能夠容易地理解，從物理特徵的已知屬性中提取虛擬特徵能夠有助於克服倉庫區域內的問題，在倉庫區域中諸如牆壁和角的常見定位地標在操作中的大多數時間內是傳感器不可見的。
[0051]使用雷射掃描器，耦接至工業車輛102的移動計算機(例如，圖1中的移動計算機104)識別貨架支柱，其被儲存成地標。貨架支柱之間的公共特徵指示:這些地標是相關的。例如，每個貨架支柱在大小、形狀及方位方面彼此相似或相同。工業車輛102將線裝配至這些貨架支柱以便提供網格線606來校正車輛姿態。當在貨架過道內執行任務時，牆壁一般不在範圍602內。因此，這些網格606、或由兩組平行網格線606 二者限定的過道，能夠用於調整車輛位置和行駛方向。網格線606和過道被儲存為地圖中的虛擬特徵，其與貨架支柱604相關。
[0052]圖7是根據一個或多個實施例的功能框圖，示出用於對工業車輛進行導航的定位和映射過程700。隨著傳感器數據通過多個傳感器設備704被提供，時間和畸變校正模塊702基於採集時間來重新布置傳感器輸入消息。幾何圖形提取模塊706檢查校正傳感器數據是否識別來自傳感器校正傳感器數據的候選幾何圖形。在一些實施例中，使用當前車輛姿態712來選定已知標準特徵710。可以根據物理環境的具體子區域、傳感器可見度約束(例如，圖6中的傳感器範圍602)或本領域眾所周知的其它選擇標準來執行選擇。來自傳感器數據的幾何圖形與作為提供給濾波器714的所得已識別特徵列表的特徵708相關。因此，對要處理的若干個特徵的這種減少通過限制待處理的特徵數量增強了特徵關聯數據處理和濾波器數據處理。使用特徵列表和校正測距法傳感器數據，濾波器714更新姿態預測/估計以及地圖數據。
[0053]一般而言，濾波器714為自動工業車輛或人力驅動車輛提供實時定位信息(定位)。濾波器714還有助於提供指示與車輛姿態測量值相關的不確定性的數據。因此，如果工業車輛在無可用特徵或其它環境標記的空的空間內臨時行進，則濾波器714通過更新車輛姿態連同確定不確定性的標識來繼續提供精確定位。根據安全要求，在錯誤觸發警報718之前工業車輛可以在被限定的不確定性度內進行操作。
[0054]在時間和畸變校正步驟期間，模塊704接收從每個傳感器設備得到的讀數(S卩，觀測數據)。這些讀數可以通過雷射和/或攝像機或任何其它類型傳感器設備提供以便提取環境特徵。時間和畸變校正步驟702還校正任何畸變，這些畸變可能歸因於有限測量時間和工業車輛的行進速度。這個畸變隨著工業車輛和傳感器的移動(例如，在掃描期間)而出現，其使臨時特性與數據相關。模塊706從傳感器數據提取不同環境特徵，諸如線、角、弧或標記，其以標準幾何圖形格式提供給數據關聯708。來自傳感器設備704的姿態測量值提供位置、速度、或加速度方面的相對改變。這些測量值用於更新工業車輛的估計姿態。已知的特徵列表710包括物理環境的地圖。數據關聯708將特徵選擇712提供的已知特徵列表710的子集和提取的標準幾何圖形進行比較以便估計車輛位置。
[0055]在一些實施例中，車輛姿態包括與車輛位置以及車輛行駛方向相關的χ-y坐標。測距法數據提供給出線速度和旋轉速度。線速度指的是車輪的速度，車輪上安裝有編碼器或速度測量設備。旋轉速度指示車輛的行駛方向相對於全局坐標系和車輛已經改變了多少。濾波器714通過對車輪滑移(與線速度成比例)和角滑移(與角速度成比例)建模來消除過程噪音(即，測距法噪音)來校正車輛姿態。
[0056]圖8是根據一個或多個實施例用於將地圖數據劃分成子區域地圖的一種方法的流程圖。在一些實施例中，基於環境的導航模塊(例如，圖3中基於環境的導航模塊320)或映射模塊(例如，圖3中的映射模塊328)執行方法800中的每個步驟。在其它實施例中，一些步驟被省略或跳過。基於環境的導航模塊被儲存在移動計算機(例如，圖1中的移動計算機104)內，移動計算機被可操作地耦接至工業車輛(例如，圖1中的工業車輛102)。地圖模塊被儲存在中央計算機或移動計算機(例如，圖1中的中央計算機106或移動計算機104)內，中央計算機或移動計算機與工業車輛以及一個或多個第二工業車輛通信。執行任務(例如，圖3中的任務330)時，中央計算機命令移動計算機沿著特定路徑(例如，圖3中的路徑319)對工業車輛進行導航。方法800從步驟802開始並且進行到步驟804。
[0057]在步驟804中，方法800處理地圖數據(例如，圖3中的地圖數據310)。在一些實施例中，基於環境的導航模塊檢查地圖數據以便定位工業車輛。循著路徑之前，基於環境的導航必須確定精確的車輛姿態。地圖模塊可以可選地將地圖數據(例如，圖3中的地圖數據310)傳遞至移動計算機。這種地圖數據可以是整個物理環境(例如，圖1中的物理環境100)的全局地圖或子區域地圖。
[0058]在步驟806中，方法800將地圖數據分段成多個子區域地圖。每個子區域地圖可以與諸如倉庫具體房間的物理環境的某個部分相關。為了執行對該地圖數據的劃分，方法800使用與物理環境相關的特徵信息。基於車輛姿態和諸如車輛的計劃路徑的其它可用信息，方法800定義子區域地圖。這些子區域地圖含有地標子集，如果給出車輛的姿態和例如計劃路徑，則期望該車輛能夠看到地標子集。這些地標可以包括靜態、動態、和/或虛擬特徵。
[0059]在步驟808中，方法800確定當前車輛地點。在一些實施例中，方法800存取地圖數據並且提取車輛姿態(例如，車輛姿態318)，其包括當前車輛地點。在步驟810中，方法800產生與當前車輛地點相對應的子區域地圖。子區域地圖包括用於物理環境的子區域的特徵信息，其將可能被工業車輛觀測到。
[0060]在步驟812中，方法800使用已識別子區域地圖來對工業車輛進行導航。根據一些實施例，基於環境的導航模塊直接控制車輛操作並且沿著路徑對工業車輛進行導航。當工業車輛離開子區域時，方法800識別與新車輛地點相對應的另一個子區域地圖。在一些實施例中，基於環境的導航模塊向地圖模塊請求另一個子區域地圖並且地圖模塊根據請求來產生子區域地圖。在其它實施例中，地圖模塊從多個子區域地圖中選定另一個子區域地圖。
[0061]在一個實施例中，子區域地圖被產生(或選定)為一個序列。在車輛到達當前地圖邊緣之前，由地圖模塊提供每個地圖。該地圖一般在覆蓋範圍內重疊，從而不會由於車輛從一個子區域地圖覆蓋範圍向下一個移動而產生地圖信息的間斷。
[0062]在步驟814中，方法800結束。
[0063]圖9是根據一個或多個實施例用於促進地圖數據處理的方法900的流程圖。在一些實施例中，基於環境的導航模塊(例如，圖3中基於環境的導航模塊320)或映射模塊(例如，圖3中的地圖模塊328/344)執行方法900中的每個步驟。在其它實施例中，一些步驟被省略或跳過。基於環境的導航模塊被儲存在移動計算機(例如，圖1中的移動計算機)內，移動計算機被可操作地耦接至工業車輛(例如，圖1中的工業車輛102)。地圖模塊被儲存在中央計算機或移動計算機內，中央計算機或移動計算機與工業車輛以及一個或多個第二工業車輛通信。執行任務(例如，圖3中的任務430)時，中央計算機命令移動計算機沿著特定路徑(例如，圖3中的路徑319)對工業車輛進行導航。
[0064]方法900從步驟902開始並且進行到步驟904。在步驟904中，方法900通過從可能被工業車輛觀測的地圖中選擇特徵子集來處理地圖數據。處理地圖數據將減少工業車輛的臨近區域的數量和地標及因此待由工業車輛處理的特徵。在步驟906中，方法900識別具有公共特徵的地標，虛擬地標可以被映射至公共特徵。這些地標可以包括靜態的(例如，貨架支柱)、動態的(例如，系統操作期間放置的託盤)。在步驟908中，已識別地標被映射至儲存在地圖中的虛擬地標(例如，由一排排貨架系統形成的過道)。在步驟910中，所有地標都被發展成可以被與工業車輛相關的傳感器陣列108探測出的特徵。這些特徵可以是諸如線和弧的物理地標的幾何圖形表示。
[0065]在步驟912中，方法900用選定特徵信息更新地圖數據。在一些實施例中，方法900使特徵信息和用於基礎設施單元的已知特徵信息相對應合。例如，方法900將特徵信息和貨架系統的已知尺寸數據進行比較。在步驟914中，根據測距法傳感器數據(例如，圖3中的姿態預測數據318)，方法900確定車輛姿態預測。在一些實施例中，方法900檢查之前的車輛姿態並且在一個時間間隔後預測新的車輛姿態。在步驟916中，方法900處理姿態測量。在步驟918中，方法900校正車輛姿態預測。感知涉及一個或多個地標的姿態測量數據(例如，圖3中的姿態測量數據316)後，方法900更新車輛姿態預測以便產生精確的車輛姿態。
[0066]在步驟920中，方法900確定對地圖的改變是否需要車輛重新計算路徑以便完成任務(例如，圖3中的路徑319)。如果方法900決定重新計算路徑，則方法900進行到步驟922。另一方面，如果方法900決定不更新路徑，則方法900進行到步驟924。在步驟922中，方法900重新計算路徑。在步驟924中，方法900確定是否繼續執行定位和映射以便執行任務。如果方法900決定繼續執行定位和映射，則方法900返回到步驟912。另一方面，如果方法900決定不繼續，則方法900進行到步驟926。在步驟926中，方法900結束。
[0067]上述描述了不同元件、設備、及模塊與它們各自功能。這些元件、設備、及模塊可以被視為用於執行本文描述的它們各自功能的裝置。
[0068]雖然前述涉及本發明實施例，但是可以設計本發明的其它以及進一步實施例而不背離本發明的基本範圍，並且本發明的範圍由後續的權利要求書確定。
【權利要求】
1.一種對工業車輛導航的地圖數據進行劃分的方法，包含: 將與物理環境相關的地圖數據分段成多個子區域地圖； 識別與當前車輛地點相對應的子區域地圖；並且 使用所識別子區域地圖對工業車輛進行導航。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包含: 識別在所述物理環境內形成公共地標的特徵；並且 將所識別特徵組合成要用作所述物理環境中的物理地標的虛擬特徵以便對所述工業車輛進行導航。
3.根據權利要求1所述的方法，其中將所述地圖數據進行分段進一步包含定義基於所述多個子區域地圖的每個子區域地圖的車輛姿態和計劃路徑。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述每個子區域地圖都包含至少兩個地標。
5.根據權利要求1所述的方法，其中對所述工業車輛進行導航進一步包含使用所述子區域地圖為所述車輛更新路徑。
6.根據權利要求1所述的方法，進一步包含提供一系列重疊的子區域地圖，其中所述系列中的每個子區域地圖都在車輛到達當前子區域地圖邊緣之前被供應。
7.—種對工業車輛導航的地圖數據進行劃分的裝置，包含: 地圖模塊，用於將與物理環境相關的地圖數據分段成多個子區域地圖並且識別與當前車輛地點相對應的子區域地圖，其中計算機使用所識別子區域地圖對所述工業車輛進行導航。
8.根據權利要求7所述的裝置，進一步包含: 定位模塊，用於識別在所述物理環境內形成公共地標的特徵；並且 將所識別特徵組合成要用作所述物理環境中的物理地標的虛擬特徵以便對所述工業車輛進行導航。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中所述地圖模塊包含定義基於所述多個子區域地圖的每個子區域地圖的車輛姿態和計劃路徑。
10.根據權利要求8所述的裝置，其中每個子區域地圖都包含至少兩個地標。
11.根據權利要求7所述的裝置，其中所述計算機使用所述子區域地圖為所述車輛更新路徑。
12.根據權利要求7所述的裝置，進一步包含提供一系列重疊的子區域地圖，其中所述系列中的每個子區域地圖都在車輛到達當前子區域地圖邊緣之前被供應。
13.根據權利要求7所述的裝置，其中所述地圖模塊位於中央計算機或移動計算機的至少其中之一中，其中所述移動計算機位於所述車輛上，而所述中央計算機位於所述車輛遠距離處。
14.根據權利要求7所述的裝置，其中中央計算機的所述地圖模塊從所述物理環境的全局地圖中選擇子區域地圖並且將所述子區域地圖傳輸至所述移動計算機。
15.一種包含一個或多個處理器可執行指令的計算機可讀存儲介質，當通過至少一個處理器執行時，所述指令使所述至少一個處理器執行一種方法，該方法包含: 將與物理環境相關的地圖數據分段成多個子區域地圖； 識別與當前車輛地點相對應的子區域地圖；並且使用所識別子區域地圖對工業車輛進行導航。
【文檔編號】G09B29/10GK103635779SQ201280029042
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月8日 優先權日:2011年6月14日
【發明者】L·王, C·W·古德, A·E·格萊姆 申請人:克朗設備有限公司