用于使用預(yù)先安置的物體定位工業(yè)車輛的方法和裝置制造方法
【專利摘要】根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置的物體作為地標(biāo)來操作工業(yè)車輛的方法。所述方法包括：（i）將物體沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑運(yùn)輸并且將物體放置在物理環(huán)境中的一位置，使得所放置的物體變?yōu)槲锢憝h(huán)境中的動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體；（ii）通過將表示所述動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的放置物體數(shù)據(jù)增加到物理環(huán)境的地圖來更新物理環(huán)境的地圖，以產(chǎn)生經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)，使得所放置的物體在被增加到地圖時(shí)作為具有可觀察特征的地標(biāo)并且可以通過獲取經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)而被用在工業(yè)車輛的導(dǎo)航中；（iii）將經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安裝到工業(yè)車輛的移動(dòng)計(jì)算機(jī)上，或者存儲(chǔ)在經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)耦合到工業(yè)車輛的中央計(jì)算機(jī)上；以及（iv）基于由傳感器數(shù)據(jù)和經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置，通過沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑導(dǎo)航工業(yè)車輛來操作工業(yè)車輛。
【專利說明】用于使用預(yù)先安置的物體定位工業(yè)車輛的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例主要涉及工業(yè)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，更具體的，涉及用于使用預(yù)先安置的物體來定位工業(yè)車輛的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了滿足供應(yīng)和/或需求的目標(biāo)，實(shí)體通常操作眾多設(shè)備。例如，從小至大的公司、政府組織等應(yīng)用多種物流管理和庫存管理范例來在多種物理環(huán)境(例如，倉庫、冷藏間、工廠、車間、商店等)中移動(dòng)物體(例如，原材料、貨物、機(jī)器等)。跨國公司可能在一個(gè)國家建倉庫來存儲(chǔ)生產(chǎn)貨物的原材料，貨物放置在另一個(gè)國家的的倉庫中以便分配給當(dāng)?shù)氐牧闶凼袌?chǎng)。為保持和/或提高生產(chǎn)和銷售，倉庫必須很有條理并且有效率地使用地板空間。如果不能把原材料以最佳速率傳送到工廠，就會(huì)生產(chǎn)更少的貨物。結(jié)果，未生產(chǎn)的貨物不能產(chǎn)生收入來抵消原材料的花費(fèi)。
[0003]不幸的是，物理環(huán)境(例如倉庫)具有若干阻礙及時(shí)完成各項(xiàng)任務(wù)的限制。例如倉庫和其他共享的使用空間必須對(duì)于勞動(dòng)力來說安全。一些員工操作有可能導(dǎo)致嚴(yán)重或致命傷害的重機(jī)械和工業(yè)車輛，例如叉車。盡管如此，人們?nèi)孕枰褂霉I(yè)車輛來完成任務(wù)，包括搬運(yùn)物體任務(wù)，例如在一個(gè)倉庫中把貨物的托盤運(yùn)到不同的地點(diǎn)。大多數(shù)倉庫使用大量的叉車司機(jī)和叉車來移動(dòng)物體。為了提高生產(chǎn)率，這些倉庫只是增加更多的叉車和叉車司機(jī)。
[0004]一些倉庫使用自動(dòng)化完成這些任務(wù)的裝備。例如，一些倉庫使用自動(dòng)化工業(yè)車輛(例如自動(dòng)化叉車)以在路徑上搬運(yùn)物體，然后將這些物體卸在指定地點(diǎn)。許多這種倉庫提供了自動(dòng)化車輛可以根據(jù)其得到精確位置的更少的自然地標(biāo)，并且更少的倉庫具有可以固定導(dǎo)航標(biāo)記或界標(biāo)的可用位置。當(dāng)對(duì)自動(dòng)化工業(yè)車輛進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，精確的車輛姿態(tài)計(jì)算是很重要的。上下文中的車輛姿態(tài)表示其位置和首向信息，通常姿態(tài)表示物體在具有已知原點(diǎn)的正交軸線的坐標(biāo)框架的空間中的位置、繞這些軸線中的每一個(gè)的旋轉(zhuǎn)、或者這些位置和旋轉(zhuǎn)的子集。如果工業(yè)車輛不能確定在物理空間中的當(dāng)前姿態(tài)，工業(yè)車輛不能夠執(zhí)行任務(wù)。因此，自動(dòng)化車輛通常采用內(nèi)部地圖或物理環(huán)境的表示，其包括可以從其計(jì)算車輛姿態(tài)的一些導(dǎo)航地標(biāo)參照的位置。
[0005]雖然已知使用固定基礎(chǔ)設(shè)施地標(biāo)作為定位基礎(chǔ)或者作為安裝地標(biāo)界標(biāo)的位置，但是使用實(shí)質(zhì)上預(yù)先安置的物體或托盤作為地標(biāo)來幫助導(dǎo)航不是已知的。因此，本領(lǐng)域中需要一種使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體作為大部分地標(biāo)參照來定位自動(dòng)化工業(yè)車輛的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的各種實(shí)施例主要包括一種方法和裝置，用于使用至少一個(gè)可移動(dòng)的、預(yù)先安置的物體作為地標(biāo)來定位工業(yè)車輛。該方法包括將至少一個(gè)可移動(dòng)的、預(yù)先安置的物體安置在物理環(huán)境中，將預(yù)先安置的物體作為地標(biāo)增加到地圖，將可觀察的特征與來自物體的模型的地標(biāo)關(guān)聯(lián)，并且確定相對(duì)于可移動(dòng)的預(yù)先安置的物體的工業(yè)車輛姿態(tài)。
[0007]更具體地，根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，公開了一種使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置的物體作為地標(biāo)來操作工業(yè)車輛的方法。所述方法包括:(i)將物體沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑運(yùn)輸并且將物體放置在物理環(huán)境中的一位置，使得所放置的物體變?yōu)槲锢憝h(huán)境中的動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體；(ii)通過將表示所述動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的放置物體數(shù)據(jù)增加到物理環(huán)境的地圖來更新物理環(huán)境的地圖，以產(chǎn)生經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)，使得所放置的物體在被增加到地圖時(shí)作為具有可觀察特征的地標(biāo)并且可以通過獲取經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)而被用在工業(yè)車輛的導(dǎo)航中將經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安裝到工業(yè)車輛的移動(dòng)計(jì)算機(jī)上，或者存儲(chǔ)在經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)耦合到工業(yè)車輛的中央計(jì)算機(jī)上；以及(iv)基于由傳感器數(shù)據(jù)和經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置，通過沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑導(dǎo)航工業(yè)車輛來操作工業(yè)車輛。
[0008]可以至少部分基于以下信息來確定動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的姿態(tài):(i)存儲(chǔ)在與工業(yè)車輛耦合的中央計(jì)算機(jī)或移動(dòng)計(jì)算機(jī)上的車輛姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；以及(ii)所放置的物體相對(duì)于工業(yè)車輛的抬升廂的位置。所確定的姿態(tài)可以被用來產(chǎn)生經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)，并且可以基于由包括所確定的姿態(tài)的經(jīng)更新的地圖確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛。
[0009]地標(biāo)可以至少部分基于放置物體數(shù)據(jù)來產(chǎn)生，并且放置物體數(shù)據(jù)可以包括來自于所放置的物體的特征、表示物體被放置的位置的地標(biāo)姿態(tài)和/或來自于姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的物體姿態(tài)不確定性。
[0010]可以想到所放置的物體可以包括唯一識(shí)別物，并且工業(yè)車輛上的傳感器可以被用來來感測(cè)該唯一識(shí)別物。在這種情況下，將放置物體數(shù)據(jù)與表示唯一識(shí)別物的數(shù)據(jù)一同被存儲(chǔ)在的中央計(jì)算機(jī)或移動(dòng)計(jì)算機(jī)上是有利的。
[0011]物體姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)也可以被存儲(chǔ)在移動(dòng)計(jì)算機(jī)或中央計(jì)算機(jī)上，并且工業(yè)車輛可以包括用于確定物體相對(duì)于工業(yè)車輛的抬升廂將被放置的位置的傳感器。在這種情況下，所放置的物體的姿態(tài)可以從姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和物體相對(duì)于工業(yè)車輛的抬升廂的位置確定。
[0012]在一些情況下，工業(yè)車輛將會(huì)在當(dāng)前車輛姿態(tài)未知的情況下從斷電狀態(tài)轉(zhuǎn)變到通電狀態(tài)。在這種情況下，工業(yè)車輛可以隨后通過由經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定當(dāng)前車輛姿態(tài)并且沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑導(dǎo)航工業(yè)車輛來操作工業(yè)車輛。
[0013]動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體可以具有已知幾何形狀。已知幾何形狀可以被限定作為放置物體模型數(shù)據(jù)，該放置物體模型數(shù)據(jù)描述了針對(duì)動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的一組特征信息，并且可以基于車輛定位使用放置物體模型數(shù)據(jù)操作工業(yè)車輛。在一些情況下，動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體包括托盤和位于托盤上的物品，并且經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)包括托盤和位于托盤上的物品的模型。在其他情況下，經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)包括根據(jù)從倉庫支架尺寸得出的參數(shù)數(shù)據(jù)或者根據(jù)針對(duì)塊存儲(chǔ)區(qū)域的由現(xiàn)場(chǎng)定義的存儲(chǔ)規(guī)則、從槽位置產(chǎn)生的不可見動(dòng)態(tài)物體，并且所述方法包括更新地圖以使得不可見物體可見。在另外的情況下，表示動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的放置物體數(shù)據(jù)作為地標(biāo)，所述地標(biāo)包括能夠從該地標(biāo)的一個(gè)以上側(cè)觀察到的特征。通常，放置物體數(shù)據(jù)至少部分地從安裝到工業(yè)車輛的傳感器得出，并且從其確定導(dǎo)航位置的傳感器數(shù)據(jù)可以包括圖像數(shù)據(jù)、激光器范圍數(shù)據(jù)、超聲范圍數(shù)據(jù)、壓力換能器數(shù)據(jù)、編碼器數(shù)據(jù)或者它們的組合。
[0014]在許多情況下，放置物體數(shù)據(jù)形成包括在更新地圖數(shù)據(jù)中的大部分地標(biāo)，并且當(dāng)前車輛姿態(tài)通常是通過參照主要包括放置物體數(shù)據(jù)的地標(biāo)數(shù)據(jù)來確定的。在一些實(shí)施例中，當(dāng)前車輛姿態(tài)是通過參照全部由放置物體數(shù)據(jù)構(gòu)成的地標(biāo)數(shù)據(jù)來確定的。
[0015]可以想到，基于從傳感器數(shù)據(jù)和更新地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛的步驟包括在中央計(jì)算機(jī)或安裝到工業(yè)車輛的移動(dòng)計(jì)算機(jī)的輔助下執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)化操作。在這種情況下，可以想到自動(dòng)化操作是從車輛導(dǎo)航操作、車輛狀態(tài)警告顯示或它們的組合選擇的。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，計(jì)算機(jī)被安裝到工業(yè)車輛或者經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)耦合到工業(yè)車輛。該計(jì)算機(jī)包括用于基于從傳感器數(shù)據(jù)和經(jīng)更新地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛的導(dǎo)航模塊。所述計(jì)算機(jī)使得能夠使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體作為地標(biāo)來操作工業(yè)車輛。
[0017]上述車輛操作可以包括由乘坐工業(yè)車輛的駕駛員執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)手動(dòng)操作、在中央計(jì)算機(jī)或安裝到工業(yè)車輛的移動(dòng)計(jì)算機(jī)的輔助下執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)化操作、或者它們的組合。例如(但是非限制性地)，可以想到車輛操作可以包括車輛導(dǎo)航，其可以包括定位、轉(zhuǎn)向、速度控制、負(fù)載接合、抬升等。此外，但是非限制性地，可以想到車輛操作可以包括車輛狀態(tài)警報(bào)的顯示或其他執(zhí)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]因此，上述列舉本發(fā)明的特征可以從細(xì)節(jié)上進(jìn)行理解，上述簡要總結(jié)了，本發(fā)明可參考實(shí)施例更詳細(xì)的說明，其中一些實(shí)施例在附圖中示出。然而應(yīng)注意，附圖只示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，不能理解為限制了本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他等效的實(shí)施例。
[0019]圖1是包括本發(fā)明的各種實(shí)施例的物理環(huán)境的立體圖；
[0020]圖2是示出了根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例的叉車的立體圖，從而導(dǎo)航物理環(huán)境來執(zhí)行各種任務(wù)；
[0021]圖3是根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例用于使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體作為地標(biāo)來定位工業(yè)車輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方塊圖；
[0022]圖4是根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例為工業(yè)車輛提供精確定位的系統(tǒng)的功能方塊圖；
[0023]圖5是根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例的用于包括動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體作為地標(biāo)的物理環(huán)境的地圖的示意圖；以及
[0024]圖6是根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例的指定預(yù)先安置物體作為唯一地標(biāo)來幫助定位的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出了包括包括本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例的物理環(huán)境100的示意立體圖。
[0026]在一些實(shí)施例中，物理環(huán)境100包括與移動(dòng)計(jì)算機(jī)104、中心計(jì)算機(jī)106以及傳感器陣列108耦合的車輛102。傳感器陣列108包括分析在物理環(huán)境100內(nèi)的各種物體并傳輸數(shù)據(jù)(例如，圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、范圍地圖數(shù)據(jù)、三維圖像數(shù)據(jù)等)至移動(dòng)計(jì)算機(jī)104和/或中心計(jì)算機(jī)106的多個(gè)設(shè)備，如下所述。傳感器陣列108包括各種類型的傳感器，例如，編碼器、超聲波測(cè)距儀、激光測(cè)距儀、壓力換能器等。[0027]物理環(huán)境100還包括支撐多個(gè)物體的地板100。多個(gè)物體包括多個(gè)托盤112、多個(gè)單元114等，如下所述。物理環(huán)境100還包括用于正確操作車輛102的各種障礙物(未示出)。如果多個(gè)物體中的一些破壞了任務(wù)的完成，則這些物體可以構(gòu)成作為沿著各種路徑(例如，預(yù)編程或動(dòng)態(tài)計(jì)算的路線)的障礙物。
[0028]物理環(huán)境100還包括多個(gè)標(biāo)記116。多個(gè)標(biāo)記116表示為裝在底板和/或天花板的物體。在一些實(shí)施例中，多個(gè)標(biāo)記116是地標(biāo)界標(biāo)，其中的一些可以是唯一的或者提供方便于基于環(huán)境的導(dǎo)航定位車輛的唯一配置，如下所述。在物理環(huán)境100周圍的多個(gè)標(biāo)記116和其他物體構(gòu)成環(huán)境地標(biāo)，具有能夠由至少一個(gè)傳感器(例如來自于傳感器陣列108)觀察的環(huán)境地標(biāo)。移動(dòng)計(jì)算機(jī)104提取環(huán)境特征并確定精確、實(shí)時(shí)的車輛姿態(tài)。
[0029]物理環(huán)境100可以包括容納為后續(xù)的運(yùn)輸做準(zhǔn)備的多個(gè)單元114的倉庫或冷藏庫。倉庫可包括用于裝載和卸載來自商業(yè)車輛、鐵路、航空和/或海運(yùn)的多個(gè)單元的裝載塢。多個(gè)單元114通常包括各種貨物、產(chǎn)品和/或原材料等。例如，多個(gè)單元114可以是放置在ISO標(biāo)準(zhǔn)托盤上并由叉車裝載在托盤架上或堆疊成塊以便分配給零售商店的生活消費(fèi)品。工業(yè)車輛102通過將生活消費(fèi)品移動(dòng)至指定的地點(diǎn)來方便分配，在該指定地點(diǎn)處商業(yè)車輛(例如卡車)裝載以及隨后將生活消費(fèi)品運(yùn)送至一個(gè)或更多目標(biāo)地點(diǎn)。
[0030]根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例，車輛102可以是構(gòu)造為在地板110上操控和/或移動(dòng)多個(gè)單元114的自動(dòng)化引導(dǎo)車輛(AGV)，例如，自動(dòng)化叉車。車輛102使用一個(gè)或更多抬升元件，例如叉，來舉起一個(gè)或更多單元114，然后，將這些單元114沿著路徑運(yùn)輸，并放置在指定位置。可替換的，一個(gè)或更多單元114可以放置在托盤112上，車輛102將該托盤舉起，并移動(dòng)至指定地點(diǎn)。
[0031]多個(gè)托盤112中的每個(gè)都是運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，其在車輛102和/或其他頂起設(shè)備(例如，液壓車和/或前端式裝載機(jī))抬升貨物時(shí)，以穩(wěn)定的方式支撐貨物。托盤112是物體裝載的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能實(shí)現(xiàn)操控和存儲(chǔ)效率。多個(gè)托盤112中的一個(gè)或多個(gè)部分可以在托架系統(tǒng)(未示出)中使用。在一種類型的托架系統(tǒng)中，重力滾輪或軌道能使得在一個(gè)或更多托盤112上的一個(gè)或更多單元114向前方滾動(dòng)。一個(gè)或更多托盤112向前移動(dòng)直至被減速裝置、物理止擋件或其他托盤112降速或停止。其他類型的托架系統(tǒng)通過將托盤與提供額外穩(wěn)定性的水平架互鎖來支持托盤。通過這種類型的托架，最低的托盤通常被放在地板上，使得托盤面在托架立柱前方的，由此明顯阻擋托架立柱并且使得它們不能作為地標(biāo)參照。
[0032]在許多情況中，物理環(huán)境100的一些區(qū)域被設(shè)計(jì)為塊存儲(chǔ)區(qū)域，這里托盤112被在其他托盤堆疊在上方的狀態(tài)下放置在地板上。這種塊存儲(chǔ)區(qū)域被布置為多個(gè)托盤寬和多個(gè)托盤深，并且使得托盤堆疊的如此之高以至于對(duì)于在托盤列深處的工業(yè)車輛不能看到自然地標(biāo)或界標(biāo)116。
[0033]在一些實(shí)施例中，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104和中心計(jì)算機(jī)106是控制車輛102并在物理環(huán)境100中執(zhí)行各種任務(wù)的計(jì)算設(shè)備。如圖所示的，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104適于如圖所示與車輛102耦合。移動(dòng)計(jì)算機(jī)104還可以接收并合計(jì)由傳感器陣列108傳送的數(shù)據(jù)(例如，激光掃描器數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和/或其他相關(guān)傳感器數(shù)據(jù))。移動(dòng)計(jì)算機(jī)104中的各種軟件模塊控制車輛102的操作，如下所述。
[0034]本發(fā)明的實(shí)施例可以使用布置在物理環(huán)境100中的托盤112的位置作為地標(biāo)，以幫助工業(yè)車輛102的精確導(dǎo)航。在一些實(shí)施例中，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104記錄布置在環(huán)境中的托盤112的位置，并且用這些托盤的位置更新工廠的地圖。如下文進(jìn)一步解釋的，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104使用托盤112的模型和位于托盤上的物品114來以結(jié)合的裝載物的傳感器可觀察導(dǎo)航特征產(chǎn)生地標(biāo)。工業(yè)車輛102在執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)任務(wù)的同時(shí)通過觀察來自傳感器陣列108的導(dǎo)航特征來生成位置。所觀察的特征被在濾波器中與已知的繪制地圖的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)特征相比較，以確定當(dāng)前車輛姿態(tài)的估計(jì)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，將托盤112識(shí)別為障礙物來進(jìn)行導(dǎo)航與以下方案之間具有明顯區(qū)別:使用所放置的托盤作為導(dǎo)航地標(biāo)，來精確定位工業(yè)車輛102，使得其他托盤可以被拾取或安全放置在由一個(gè)或多個(gè)任務(wù)所需的位置。
[0035]如下文中進(jìn)一步解釋的，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104限定了在物理環(huán)境100內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域，來幫助定位。物理環(huán)境可以被分段為多個(gè)子區(qū)域，以限制定位考慮的地標(biāo)的數(shù)目，其中相應(yīng)的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)子區(qū)域地圖中。在2011年6月14日遞交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?3/159,501中描述了子區(qū)域地圖產(chǎn)生。由預(yù)先安置的物體增強(qiáng)的子區(qū)域地圖可以在多個(gè)工業(yè)車輛之間共享。預(yù)先安置的物體是具有已知的代表幾何模型的物體，諸如托盤和裝載物，該幾何模型可以由工業(yè)車輛定位在地圖上并且隨后用作定位參照。在2011年6月14日遞交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?3/159,500中描述了在工業(yè)車輛之間共享地圖數(shù)據(jù)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到子區(qū)域地圖可以包括工廠100的其中動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置產(chǎn)品可以基本是唯一可見地標(biāo)的部分，工業(yè)車輛可以通過該地標(biāo)獲得定位參照。
[0036]與固定的基礎(chǔ)設(shè)施不同，預(yù)先安置物體的位置是不精確的，而是由放置物體的自動(dòng)工業(yè)車輛來計(jì)算。因此，動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的姿態(tài)發(fā)生受到由各種因素引起的錯(cuò)誤。因素包括例如但不局限于:車輛在放置產(chǎn)品時(shí)位置的不確定性，在車輛的車叉上的物體的位置的不確定性，物體在被放置時(shí)的移動(dòng)，物體在容納產(chǎn)品的其他托盤112堆疊到該物體上時(shí)的移動(dòng)，以及與機(jī)械的偶然接觸引起的移動(dòng)，等等。因此，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104必須用于物體相關(guān)聯(lián)的特征和物體的位置的不確定性來對(duì)預(yù)定位物體的位置進(jìn)行建模。這些錯(cuò)誤在與物體的傳感器觀察測(cè)量相關(guān)聯(lián)的不確定性之外，因此預(yù)先安置物體是地圖上需要由移動(dòng)計(jì)算機(jī)處理來允許精確定位的地標(biāo)。移動(dòng)計(jì)算機(jī)104使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)定位物體作為僅有的可用地標(biāo)來精確地導(dǎo)航工業(yè)車輛。
[0037]在一些實(shí)施例中，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104被配置為在開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)確定車輛姿態(tài)，這需要在不需要知曉在先車輛姿態(tài)的狀態(tài)下相對(duì)于參照地圖定位。參照地圖提供了全局坐標(biāo)系統(tǒng)中充足的先驗(yàn)地圖數(shù)據(jù)。一旦移動(dòng)計(jì)算機(jī)104確定工業(yè)車輛102的車輛姿態(tài)未知(例如，當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)剛剛被開啟時(shí))，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104執(zhí)行搜索，以使用多個(gè)方法中的一個(gè)確定工業(yè)車輛102的最可能的位置，多個(gè)方法包括從環(huán)境調(diào)查特征的唯一配置或者有意地放置的導(dǎo)航標(biāo)記116。在調(diào)查環(huán)境時(shí)，各種測(cè)量結(jié)果被從傳感器數(shù)據(jù)提取出來(例如，角度、長度、弧度等)，并且被處理以確定當(dāng)前可觀察特征，這些特征可以與已知特征比較，以提供初始車輛姿態(tài)?；谠撥囕v姿態(tài)，移動(dòng)計(jì)算機(jī)104隨后確定用于在物理環(huán)境100中完成任務(wù)的路徑。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的替換方法涉及移動(dòng)計(jì)算機(jī)從外部源接收位置，例如，標(biāo)題為 “Near Field Electromagentic Location System and Method，，美國專利公報(bào)N0.2011/0148714A1中公開的用戶界面或低精確度定位系統(tǒng)。作為另一個(gè)替換方法的示例，用作地標(biāo)的物體可以通過使用可以通過工業(yè)車輛的傳感器感測(cè)的條形碼、RFID、特定性狀或任何其他唯一特征來唯一地識(shí)別并且用作為參照點(diǎn)來從被與已知在先繪制地圖的特征相比較的周圍可觀察特征移除含糊性。[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例，圖2示出了在物理環(huán)境中方便各項(xiàng)任務(wù)的自動(dòng)化的叉車200的立體圖。
[0040]叉車200 (即，抬舉卡車、高/低車、堆料車、拖車裝載機(jī)、側(cè)向裝載機(jī)或叉起式起重車等)是具有各種載重能力并用于抬舉和運(yùn)輸各種物體的動(dòng)力工業(yè)卡車。在一些實(shí)施例中，叉車200構(gòu)造為在物理環(huán)境(例如圖1中的物理環(huán)境100)中沿著路徑移動(dòng)單元(例如，圖1中的單元114)的一個(gè)或更多托盤(例如，圖1中的托盤112)。路徑可以預(yù)設(shè)或按照接收的任務(wù)來動(dòng)態(tài)計(jì)算。叉車200可以在足夠深以容納多個(gè)位置的存儲(chǔ)走道中行駛或回收托盤。通常，叉車200被引導(dǎo)入存儲(chǔ)走道并將托盤放置在懸臂上或軌道上。
[0041 ] 叉車200通常包括兩個(gè)或更多叉(即，滑軌或齒)以在物理環(huán)境中抬舉并搬運(yùn)單元?？商鎿Q的，叉車200可包括一個(gè)或更多金屬桿(未示出)，而不是兩個(gè)或更多叉，以便抬舉特定的單元(例如，地毯卷，金屬圈等)。在一個(gè)實(shí)施例中，叉車200包括液壓的伸縮套筒叉25，其允許兩個(gè)或更多托盤放置在彼此的后方，而不需要之間存在過道。
[0042]根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例，叉車200還可以包括各種機(jī)械、液壓和/或電力操作致動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，叉車200包括一個(gè)或更多液壓致動(dòng)器(未標(biāo)記)，其允許兩個(gè)或更多叉的橫向和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，叉車200包括用于將叉一起或分離移動(dòng)的液壓致動(dòng)器(未標(biāo)記)。在另一個(gè)實(shí)施例中，叉車200包括機(jī)械或液壓的元件來擠壓待運(yùn)輸?shù)膯卧?例如，桶、小桶、紙卷等)。
[0043]叉車200可以與移動(dòng)計(jì)算機(jī)104耦合，其中移動(dòng)計(jì)算機(jī)包括根據(jù)一個(gè)或更多任務(wù)來操作叉車200的軟件模塊。叉車200還與包括各種傳感器設(shè)備(例如圖1的傳感器陣列108)的陣列相耦合，其中，傳感器陣列傳輸傳感器數(shù)據(jù)(例如，圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、范圍地圖數(shù)據(jù)和/或三維圖表數(shù)據(jù))給移動(dòng)計(jì)算機(jī)104以從環(huán)境地標(biāo)提取所觀察的特征。這些設(shè)備可以安裝在叉車200的任何外部和/或內(nèi)部位置或安裝在物理環(huán)境100周圍的已知地點(diǎn)。叉車200的示例性實(shí)施例通常包括相機(jī)202和/或裝在每一側(cè)的二維激光掃描器204和/或裝在每個(gè)車輪208上的編碼器206。在其他實(shí)施例中，叉車200僅包括平面激光掃描器204和編碼器206。這些編碼器確定與車輛運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，傳感器設(shè)備(例如，激光掃描器、激光范圍探測(cè)器、編碼器、壓力換能器等)的數(shù)目以及它們?cè)诓孳?00上的位置取決于車輛，并且這些傳感器的安裝位置影響測(cè)量數(shù)據(jù)的過程。例如，通過確保所有激光掃描器放置在可測(cè)量的位置，傳感器陣列108可處理激光器掃描數(shù)據(jù)并將其變換為相對(duì)于叉車的中間點(diǎn)。另外，傳感器陣列108可以組合多個(gè)激光器掃描為單一虛擬激光器掃描，其可以用多種軟件模塊來使用以控制叉車200。
[0044]在一些實(shí)施例中，被稱作為外部傳感器的傳感器被安裝到環(huán)境(例如，圖1的環(huán)境100)中的固定位置，在該位置處可以從這種傳感器獲得的豐富的數(shù)據(jù)集將會(huì)增強(qiáng)自動(dòng)化操作。這種外部傳感器可以包括激光掃描儀或攝像機(jī)等。外部傳感器也可以包括有限組的轉(zhuǎn)發(fā)器和/或其他主動(dòng)或被動(dòng)裝置，自動(dòng)化車輛通過該裝置可以獲得合適的位置來作為定位功能的種子。
[0045]圖3是根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例的用于為工業(yè)車輛提供精確的定位的系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)方塊圖。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)300包括移動(dòng)計(jì)算機(jī)104、中心計(jì)算機(jī)106和傳感器陣列108，其中的每個(gè)元件都通過網(wǎng)絡(luò)302相互連接。
[0046]移動(dòng)計(jì)算機(jī)104是一種類型的計(jì)算設(shè)備(例如，膝上電腦、臺(tái)式機(jī)、個(gè)人桌面助手(PDA)等)，其包括中央處理單元(CPU)304、各種支持電路306和存儲(chǔ)器308。CPU304可包括一個(gè)或更多商業(yè)可用的微處理器或微控制器，能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。各種支持電路306方便CPU304的操作，并可包括時(shí)鐘電路、總線、電源、輸入/輸出電路等。存儲(chǔ)器308包括只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、磁盤驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)、光學(xué)存儲(chǔ)、可移動(dòng)存儲(chǔ)等。存儲(chǔ)器308包括各種數(shù)據(jù)，例如地圖數(shù)據(jù)310、姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)316和姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)318。地圖數(shù)據(jù)包括子區(qū)域地圖352、物體特征信息312、地標(biāo)信息314、放置物體模型數(shù)據(jù)342和概覽地圖350。存儲(chǔ)器308包括各種軟件包，例如基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320。
[0047]中心計(jì)算機(jī)106是一種計(jì)算設(shè)備(例如，膝上電腦、筆記本電腦、個(gè)人桌面助手(PDA)等)，包括中央處理單元(CPU)322、各種支持電路324和存儲(chǔ)器326。CPU322可以包括一種或多種商業(yè)可用的微處理器或微控制器，能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。各種支持電路324方便CPU322的操作，并可包括時(shí)鐘電路、總線、電源、輸入/輸出電路等。存儲(chǔ)器326包括只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、磁盤驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)、光學(xué)存儲(chǔ)、可移動(dòng)存儲(chǔ)等。存儲(chǔ)器326包括各種軟件包(例如地圖管理器328)以及各種數(shù)據(jù)(例如任務(wù)330、完整地圖數(shù)據(jù)庫334和放置對(duì)象數(shù)據(jù)庫336)。
[0048]網(wǎng)絡(luò)302包括通信系統(tǒng)，其將計(jì)算裝置通過電線、電纜、光纖和/或無線連接，經(jīng)由各種類型的眾所周知的網(wǎng)絡(luò)元素，例如，集線器、開關(guān)、路由器等。網(wǎng)絡(luò)302可利用各種眾所周知的協(xié)議來在網(wǎng)絡(luò)資源之間傳送信息。例如，網(wǎng)絡(luò)302可以是使用各種通信基礎(chǔ)設(shè)施(例如以太網(wǎng)、無線網(wǎng)、WiMax、通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)等)的因特網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的一部分。
[0049]傳感器陣列108與裝在例如叉車(例如圖2中的叉車200)的自動(dòng)化車輛上的移動(dòng)計(jì)算機(jī)104進(jìn)行可通信的連接。傳感器陣列108包括多個(gè)設(shè)備322來監(jiān)控物理環(huán)境并捕捉由移動(dòng)計(jì)算機(jī)104和/或中央計(jì)算機(jī)106存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，傳感器陣列108可以包括一個(gè)或多個(gè)激光掃描器和/或一個(gè)或更多相機(jī)的任意組合。在一些實(shí)施例中，多個(gè)設(shè)備332可以安裝在自動(dòng)工業(yè)車輛上。例如，激光掃描器和相機(jī)可以安裝在叉上方或者替換地在叉下方的抬升廂上。
[0050]在一些實(shí)施例中，地圖數(shù)據(jù)310被劃分為多個(gè)子區(qū)域地圖352，其中子區(qū)域可以重疊或者可以完全不同。每個(gè)子區(qū)域地圖都包括多個(gè)地標(biāo)，其中地標(biāo)可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的。地標(biāo)可以被包括在于一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域相關(guān)聯(lián)的地圖以及概覽地圖中。每個(gè)地標(biāo)具有可以由一個(gè)或多個(gè)傳感器觀察的關(guān)聯(lián)特征。在一些實(shí)施例中，一些地標(biāo)可以由多個(gè)動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體相關(guān)聯(lián)或者甚至主要與預(yù)先安置物體相關(guān)聯(lián)。地圖數(shù)據(jù)310可以包括已知特征的向量。特征信息312限定了與一個(gè)或一些地標(biāo)相關(guān)聯(lián)的特征(例如，曲線、直線等)。在一些實(shí)施例中，地圖數(shù)據(jù)310指示物體在物理環(huán)境各處的位置(例如，動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體)。
[0051]在一些實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)地標(biāo)與諸如裝載了物品(例如，圖1的物品114)托盤(例如，圖1的托盤112)的動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體相關(guān)聯(lián)。物體具有被限定為放置物體模型數(shù)據(jù)342的已知幾何形狀，該模型數(shù)據(jù)342描述了針對(duì)所述物體的特征信息312的集合，其可以被基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320使用來進(jìn)行車輛定位。因此，當(dāng)任務(wù)330由工業(yè)車輛執(zhí)行時(shí)(這導(dǎo)致物體被放置在物理環(huán)境中),工業(yè)車輛可以從姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)318和物體在工業(yè)車輛的叉上的位置來確定所放置的物體的姿態(tài)?；诃h(huán)境的導(dǎo)航模塊320可以之后將地標(biāo)信息314添加到地圖數(shù)據(jù)310，從而從放置物體的模型數(shù)據(jù)342產(chǎn)生具有特征的地標(biāo)，從物體被放置的位置確定地標(biāo)姿態(tài)，以及從姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)318產(chǎn)生物體姿態(tài)不確定性。之后，這些放置的物體在被添加到地圖310時(shí)可以向地標(biāo)提供可觀察的特征，該可觀察的特征在被使用時(shí)允許工業(yè)車輛被精確地導(dǎo)航。
[0052]在一些實(shí)施例中，放置物體可以通過使用可以由工業(yè)車輛的傳感器感測(cè)的條形碼、RFID、特定性狀或任何其他唯一特征來惟一地識(shí)別。地圖數(shù)據(jù)之后可以被更新為也包括放置物體的唯一屬性。一旦物體被識(shí)別，放置物體的數(shù)據(jù)342可以被獲取，以告知移動(dòng)計(jì)算機(jī)104所放置的物體的特性，即，物體的姿態(tài)。如果用于所識(shí)別的物體的物體數(shù)據(jù)沒有被本地存儲(chǔ)為放置物體的數(shù)據(jù)342，移動(dòng)計(jì)算機(jī)可以從中央計(jì)算機(jī)106請(qǐng)求信息。中央計(jì)算機(jī)106維持放置物體的數(shù)據(jù)庫346和包括關(guān)于全部預(yù)先安置物體的信息的完整地圖340。如下文進(jìn)一步描述的，預(yù)先安置物體的數(shù)據(jù)342可以由基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320使用，來產(chǎn)生導(dǎo)航位置。
[0053]在一些實(shí)施例中，工業(yè)車輛在計(jì)算機(jī)104斷電時(shí)不保持其位置。在一些情況中，工業(yè)車輛可能在計(jì)算機(jī)104被通電時(shí)不知道當(dāng)前車輛姿態(tài)。工業(yè)車輛可以通過使用由工業(yè)車輛的傳感器感測(cè)的條形碼、RFID、特定形狀或任何其他唯一特征來識(shí)別一個(gè)或多個(gè)唯一的預(yù)先安置的物體。唯一的預(yù)先安置的物體被用來作為初始車輛姿態(tài)的種子?；诃h(huán)境的導(dǎo)航模塊之后可以從地圖檢索其他特征并且使用它們進(jìn)行定位。
[0054]在一些實(shí)施例中，姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)316包括由多個(gè)裝置332傳送的數(shù)據(jù)的聚集。這種數(shù)據(jù)表示環(huán)境內(nèi)的物體的一個(gè)或多個(gè)觀察的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)發(fā)送與車輛相關(guān)的物理環(huán)境的圖像數(shù)據(jù)和/或視頻數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)激光掃描儀(例如，二維激光掃描儀)分析物理環(huán)境內(nèi)的物體并且拍攝與各種物理屬性(諸如尺寸和形狀)相關(guān)的數(shù)據(jù)。所拍攝的數(shù)據(jù)之后可以與維度物體模型相比較。激光掃描儀產(chǎn)生物體的表面上的幾何樣本的點(diǎn)云。這些點(diǎn)可以之后被用來提取物體的所觀察的特征。攝像機(jī)記錄可以被處理以提取包括直線、圖案和顏色等的特征的圖像信息。
[0055]在一些實(shí)施例中，姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)318包括估計(jì)車輛的位置和/或方向，本發(fā)明稱之為車輛姿態(tài)預(yù)測(cè)?；诃h(huán)境的導(dǎo)航模塊320除了表示移動(dòng)的量的傳感器(例如，慣性測(cè)量單元(MU)或里程計(jì))測(cè)量結(jié)果之外使用在先車輛姿態(tài)產(chǎn)生更新的估計(jì)。基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320還可以使用處理濾波器來為接下來的車輛姿態(tài)預(yù)測(cè)和更新步驟估計(jì)不確定性和/或噪聲。使用里程計(jì)數(shù)據(jù)，例如，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320計(jì)算工業(yè)車輛從在先車輛姿態(tài)行進(jìn)的距離，以及由里程計(jì)裝置的噪聲模塊給出的姿態(tài)的不確定性。在接下來參考包括與可觀察的特征關(guān)聯(lián)的物體地標(biāo)的物理環(huán)境的地圖并且將來自感測(cè)數(shù)據(jù)(例如，激光器范圍傳感器、攝像機(jī)等)的實(shí)際觀察到的特征與所述地圖相比較之后，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320確定當(dāng)前車輛姿態(tài)的更精確的估計(jì)并更新姿態(tài)不確定性。
[0056]根據(jù)一些實(shí)施例，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320包括處理器可執(zhí)行的指令，該指令用于使用唯一地標(biāo)來定位工業(yè)車輛102。在一些實(shí)施例中，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320可以主要使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體，以產(chǎn)生當(dāng)前車輛姿態(tài)。在2011年5月26日遞交的美國專利申請(qǐng)13/116，600中描述了使用處理濾波器來產(chǎn)生車輛姿態(tài)。在這些實(shí)施例中，處理濾波器(例如，kalman濾波器等)可以對(duì)預(yù)先安置的物體的姿態(tài)的不確定性以及預(yù)先安置的物體特征的傳感器測(cè)量結(jié)果的不確定性進(jìn)行建模，并且產(chǎn)生可靠的姿態(tài)預(yù)測(cè)318，盡管不確定性增加了。為了使用預(yù)先安置的物體作為用于導(dǎo)航的地標(biāo)，在一個(gè)實(shí)施例中，在車輛執(zhí)行任務(wù)330 (諸如拾取或放置產(chǎn)品的托盤等)時(shí)，預(yù)先安置的物體被作為地標(biāo)信息314增加到地圖數(shù)據(jù)310作為地標(biāo)信息314或從地圖數(shù)據(jù)310移除。預(yù)先安置的物體的數(shù)據(jù)可以在車輛之間共享。在另一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于在車輛外部的動(dòng)作，諸如來自于用戶界面、倉庫管理系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)和/或等等的更新，預(yù)先安置的物體被增加到地圖數(shù)據(jù)310或從其移除。更新改變預(yù)先限定的槽的占據(jù)性，以利用所關(guān)聯(lián)的位置和不確定性來包括或排除在地圖上的預(yù)先安置的物體。
[0057]圖4是根據(jù)一個(gè)或更多實(shí)施例的系統(tǒng)400的功能方塊圖，系統(tǒng)400為工業(yè)車輛提供精確的定位。系統(tǒng)400包括移動(dòng)計(jì)算機(jī)104，其與工業(yè)車輛(例如叉車)和傳感器陣列108耦合。移動(dòng)計(jì)算機(jī)104中的各種軟件模塊一起構(gòu)成基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊(例如，圖3中基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320)。
[0058]移動(dòng)計(jì)算機(jī)104包括各種軟件模塊(即，組件)以執(zhí)行導(dǎo)航功能，例如定位模塊402、地圖模塊404、校正模塊408以及車輛控制器410。移動(dòng)計(jì)算機(jī)104為工業(yè)車輛提供精確的定位，并用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體地標(biāo)來更新地圖數(shù)據(jù)406。定位模塊402還可以包括各種組件，例如濾波器414和特征提取模塊416。地圖模塊404可以包括各種數(shù)據(jù)，例如靜態(tài)特征424 (諸如地圖上不改變的特征，諸如由墻壁或固定支架等)和動(dòng)態(tài)特征422 (地圖上改變的特征，諸如通過將托盤或預(yù)先安置的物體放置在地圖上產(chǎn)生的特征等)。地圖模塊404還可以包括各種組件，例如特征選擇模塊420和預(yù)先安置的物體管理模塊426。
[0059]在一些實(shí)施例中，定位模塊402處理來自于校正模塊的校正的傳感器數(shù)據(jù)，并操作該數(shù)據(jù)以估計(jì)車輛姿態(tài)。濾波器414更新車輛姿態(tài)預(yù)測(cè)以考慮錯(cuò)誤的估計(jì)和/或觀察不確定性。濾波器414確定車輛姿態(tài)418并且可以指示地圖模塊404來更新地圖數(shù)據(jù)406。由濾波器414建模的車輛姿態(tài)418參考當(dāng)前車輛位置和方向。定位模塊402將與車輛姿態(tài)418相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)傳遞給地圖模塊404，還將這些數(shù)據(jù)傳遞給車輛控制器410?；谲囕v姿態(tài)，車輛控制器410將工業(yè)車輛導(dǎo)航至目的地。
[0060]除了用于計(jì)算車輛姿態(tài)418的濾波器414之外，定位模塊402還包括用于從校正的傳感器數(shù)據(jù)中提取已知標(biāo)準(zhǔn)特征的特征提取模塊416。濾波器414將所提取的特征與地圖模塊404中的動(dòng)態(tài)特征422和靜態(tài)特征相比較，以確定車輛姿態(tài)。
[0061 ] 定位模塊414可以使用車輛姿態(tài)418和地圖模塊404，通過消除不可見特征或在距當(dāng)前車輛位置預(yù)定距離處的特征，來減小將檢查的特征的數(shù)目。特征選擇模塊420管理動(dòng)態(tài)特征422向地圖數(shù)據(jù)406的附加和調(diào)整。這些物體中的一些是物體預(yù)先安置物體管理模塊涉及的動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體。當(dāng)動(dòng)態(tài)車輛執(zhí)行任務(wù)以在倉庫(例如，圖1的環(huán)境100)中放置產(chǎn)品時(shí)，車輛控制器410將會(huì)與定位模塊402通信，以指示在地圖上將產(chǎn)生新的動(dòng)態(tài)放置物體。提供給定位模塊402的信息將會(huì)包括物體相對(duì)于車輛中心的姿態(tài)以及測(cè)量的不確定性，并且可以包括唯一物體身份。定位模塊402將會(huì)檢查當(dāng)前車輛姿態(tài)和不確定性(例如，圖3的姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)318)，并且將會(huì)請(qǐng)求預(yù)先安置物體管理模塊426將一個(gè)或多個(gè)新的特征增加到地圖。預(yù)先安置物體管理模塊426將會(huì)計(jì)算物體的姿態(tài)和物體的姿態(tài)不確定性，并且將會(huì)通過參照放置物體的模型來對(duì)該物體產(chǎn)生地標(biāo)(例如，圖3的地標(biāo)信息314)和特征422的參照組(例如，圖3的放置物體數(shù)據(jù)342)。
[0062]應(yīng)理解，系統(tǒng)400可以應(yīng)用數(shù)個(gè)計(jì)算設(shè)備來執(zhí)行基于環(huán)境的導(dǎo)航。在計(jì)算設(shè)備104中的軟件模塊的任一個(gè)可以利用不同的或多個(gè)物理硬件組件，例如其他計(jì)算設(shè)備。地圖模塊404例如可以在服務(wù)器計(jì)算機(jī)(例如，圖1的中心計(jì)算機(jī)102)上執(zhí)行，通過網(wǎng)絡(luò)(例如圖3中的網(wǎng)絡(luò)302)來連接多個(gè)移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，以便根據(jù)當(dāng)前車輛姿態(tài)來共享并更新地圖數(shù)據(jù)406。
[0063]在一些實(shí)施例中，校正模塊408處理來自于具有不同樣本/發(fā)布速率以及不同(內(nèi)在)系統(tǒng)延遲的離散數(shù)據(jù)源(諸如傳感器陣列108)的傳感器輸入信息。校正模塊408獨(dú)立地檢查每個(gè)消息，以保持每個(gè)觀察的一致性。這種檢查可以被執(zhí)行以代替融合傳感器數(shù)據(jù)，以避免任何死的預(yù)計(jì)錯(cuò)誤。注意，對(duì)于不同采樣時(shí)段和不同系統(tǒng)延遲，傳感器數(shù)據(jù)被獲得的數(shù)據(jù)與傳感器輸入信息最終對(duì)于計(jì)算裝置104可用的順序不同。
[0064]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于物理環(huán)境的環(huán)境地圖500的示意圖，該物理環(huán)境包括形成大部分可用地標(biāo)的多個(gè)動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體。地圖500被分區(qū)為子區(qū)域502、子區(qū)域504、子區(qū)域506和子區(qū)域508。子區(qū)域地圖可以重疊或者可以不鄰近。地圖500描繪了諸如墻壁516、導(dǎo)航界標(biāo)516、支架保護(hù)器510以及支架512。地圖500也描繪了多個(gè)預(yù)先安置的動(dòng)態(tài)物體，其包括當(dāng)前對(duì)于工業(yè)車輛530 (其可以與圖1的車輛102具有相同類型)不可見的物體522，因?yàn)樗鼈冊(cè)诋?dāng)前子地圖502之外或者在傳感器范圍519之外。地圖500也描繪了對(duì)于工業(yè)車輛530可見的動(dòng)態(tài)布置的預(yù)先安置物體520。工業(yè)車輛530位于以傳感器范圍519示出的位置，并且正在搬運(yùn)物體521。
[0065]工業(yè)車輛530依賴于動(dòng)態(tài)布置的預(yù)先安置物體520，以產(chǎn)生將允許該車輛將產(chǎn)品521放置在由當(dāng)前任務(wù)(例如，圖3的任務(wù)330)規(guī)定的位置的姿態(tài)，因?yàn)闆]有作為當(dāng)前可見的預(yù)先安置物體520的靜態(tài)特征被用來提供精確定位姿態(tài)。一旦工業(yè)車輛530完成布置產(chǎn)品521，該產(chǎn)品可以被增加到地圖作為如上所述的新的動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體。一旦所放置的物體521被增加到具有相關(guān)聯(lián)的特征和不確定性的地圖，其可以被用來定位。預(yù)先安置的物體模型信息與其姿態(tài)一起提供從物體的全部側(cè)面可觀察的特征，因此該物體可以被用作為從之前還沒有被觀察過的方向的導(dǎo)航參考。工業(yè)車輛530或第二工業(yè)車輛可以從全局地圖移除預(yù)先安置的物體。一旦預(yù)先安置的物體被從全局地圖移除，各個(gè)車輛定位地圖可以被更新，并且預(yù)先安置的物體不再被用做導(dǎo)航參考。
[0066]與圖1中的車輛102具有相同類型的第二工業(yè)車輛531可以依賴于動(dòng)態(tài)布置的預(yù)先安置物體522和靜態(tài)地標(biāo)512來研究出姿態(tài)。物體522被放置在槽中，槽是可能裝載多個(gè)單元114的托盤112的附近位置的描述。預(yù)先安置的物體可以由自動(dòng)化工業(yè)車輛、手動(dòng)工業(yè)車輛、傳送系統(tǒng)等放置在槽中，或從槽中移除。在占據(jù)槽變得被占據(jù)的事件中，在地圖上產(chǎn)生預(yù)先安置的物體。地圖數(shù)據(jù)被提供給工業(yè)車輛，來用作為具有相關(guān)聯(lián)不確定性的導(dǎo)航參考。類似地，如果槽變得空閑，預(yù)先安置的物體被從地圖移除。地圖數(shù)據(jù)被提供給車輛，并且各個(gè)槽的預(yù)先安置物體被從作為導(dǎo)航參考的地圖移除。
[0067]圖6是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的指定預(yù)先安置物體作為唯一地標(biāo)來幫助定位的方法600的流程圖。在一些實(shí)施例中，方法可以包括將物體放置在環(huán)境中，指定該物體作為動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體，將該物體的位置存儲(chǔ)為地圖上的地標(biāo)，并且使用該地標(biāo)來導(dǎo)航工業(yè)車輛。該方法包括:識(shí)別在物理環(huán)境內(nèi)的至少一個(gè)動(dòng)態(tài)布置的物體，其中動(dòng)態(tài)布置的物體對(duì)應(yīng)于物理環(huán)境的建立地圖的區(qū)域；以及響應(yīng)于匹配來自于車輛的傳感器的、與至少一個(gè)動(dòng)態(tài)布置物體的特征對(duì)應(yīng)的特征信息，通過基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊確定工業(yè)車輛姿態(tài)。在一些實(shí)施例中，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊(例如，圖3的基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320)可以執(zhí)行方法600的每個(gè)步驟。
[0068]在一些實(shí)施例中，一些步驟可以被省略或由其他模塊執(zhí)行。基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊被存儲(chǔ)在可操作地連接到工業(yè)車輛(例如，圖1的工業(yè)車輛102)的移動(dòng)計(jì)算機(jī)(例如，圖1的移動(dòng)計(jì)算機(jī)104)內(nèi)。中央計(jì)算機(jī)(例如，圖1的中央計(jì)算機(jī)106)包括用于與工業(yè)車輛以及一個(gè)或多個(gè)第二工業(yè)車輛通信的地圖管理器(例如，圖3的地圖管理器328)。當(dāng)執(zhí)行任務(wù)(例如，圖3的任務(wù)330)時(shí)，任務(wù)管理器傳送用于執(zhí)行任務(wù)的指令。例如，管理器可以指示基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊來沿著具體路徑導(dǎo)航工業(yè)車輛，同時(shí)運(yùn)送要被放置在環(huán)境中的物體(例如，圖1的容納物品114的托盤112)。轉(zhuǎn)向圖6，方法600在步驟602開始，并且進(jìn)行到步驟604。
[0069]在步驟604，方法600根據(jù)一個(gè)或多個(gè)任務(wù)來操作工業(yè)車輛。在一些實(shí)施例中，方法600繞物理環(huán)境定位和導(dǎo)航工業(yè)車輛，同時(shí)完成任務(wù)。一些任務(wù)需要工業(yè)車輛在被稱作為槽的指定位置裝載和卸載物體，諸如生產(chǎn)物品(例如，圖1的多個(gè)單元114)或托盤(例如，圖1的多個(gè)托盤112)。如下文中進(jìn)一步解釋的，物體一旦被裝載之后可以被指定為用于方便定位目的的唯一地標(biāo)。
[0070]在步驟606處，方法600確定當(dāng)前任務(wù)是否涉及放置物體，以及物體是否被認(rèn)為是將要被增加到地圖數(shù)據(jù)的預(yù)先安置物體。如果存在預(yù)先安置物體，則方法600進(jìn)行到步驟610。另一方面，如果沒有預(yù)先安置的物體將要被增加到地圖數(shù)據(jù)，方法600返回到開始。在步驟610，方法600使用模型信息來選擇與正被放置的預(yù)先安置的物體相關(guān)聯(lián)的合適特征信息(例如，圖3的物體特征信息312)。在任何環(huán)境中，都存在將要由工業(yè)車輛操作的許多物體，并且每種類型的物體可以具有不同的特征信息。此外，在工業(yè)車輛正在放置物體的同時(shí)，一個(gè)或多個(gè)傳感器具有物體的有限視野，然而，該地圖可以包括物體的完整描述，因此從不同方向接近預(yù)先安置物體的另一個(gè)工業(yè)車輛可以將感測(cè)到的物體識(shí)別為當(dāng)前預(yù)先安置的物體。
[0071]在步驟614處，方法600確定相對(duì)于車輛的當(dāng)前姿態(tài)和不確定性的物體姿態(tài)和不確定性。在一些實(shí)施例中，物體的姿態(tài)將會(huì)被使用車輛傳感器測(cè)量(例如，圖1的傳感器陣列108)。該傳感器測(cè)量結(jié)果將會(huì)受到對(duì)于傳感器和安裝機(jī)制作為特征的傳感器數(shù)據(jù)不確定性和車輛上的委托傳感器位置不確定性的影響。在另一個(gè)實(shí)施例中，物體可以例如通過夾具精確地定位在車輛安裝件上，或者安裝到叉上，并且可以使用安裝姿態(tài)相對(duì)于車輛原點(diǎn)的委托測(cè)量結(jié)果。
[0072]在步驟616，方法600以預(yù)先安置的物體地標(biāo)和特征信息來更新地圖數(shù)據(jù)(例如，圖3的地圖數(shù)據(jù)310)。新的動(dòng)態(tài)地標(biāo)(例如，圖3的地標(biāo)信息314)將會(huì)在地圖中產(chǎn)生，并且地標(biāo)將會(huì)包括可以從新的地標(biāo)的一側(cè)或多側(cè)觀察的動(dòng)態(tài)特征(例如，圖3的物體特征信息312)。新的地標(biāo)姿態(tài)將相對(duì)于全局參考幀中的車輛姿態(tài)，并且被按照所布置的物體的模型(例如，圖3的布置物體數(shù)據(jù)342)轉(zhuǎn)換為地標(biāo)中心。在其他實(shí)施例中，地圖可能已經(jīng)包括根據(jù)從支架尺寸得到的參數(shù)數(shù)據(jù)或者根據(jù)用于塊存儲(chǔ)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)定義存儲(chǔ)規(guī)則，從槽位置產(chǎn)生的不可見動(dòng)態(tài)物體，并且更新地圖涉及使得不可見物體可見，并且指示與真實(shí)物體相對(duì)于所產(chǎn)生的姿態(tài)的位置相關(guān)聯(lián)的不確定性。
[0073]在步驟618處，方法600將經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)傳送到例如一個(gè)或多個(gè)第二工業(yè)車輛。在步驟620處，方法600使用經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定車輛姿態(tài)。方法600進(jìn)行到步驟624。在步驟624，方法600結(jié)束。
[0074]可以認(rèn)識(shí)到方法600也可以被用來從地圖移除預(yù)先安置的物體地標(biāo)。在步驟626，方法確定任務(wù)是否涉及拾取物體。如果這樣，該方法在步驟628獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)，移除預(yù)先安置的物體，并且在步驟616更新地圖。更新地圖之后被傳送到車輛。
[0075]雖然上述內(nèi)容涉及本發(fā)明的實(shí)施例，但是發(fā)明的其他和更多的實(shí)施例可在不離開基本范圍的前提下得出，其范圍由下面的權(quán)利要求來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體作為地標(biāo)來操作工業(yè)車輛的方法，所述方法包括: 將物體沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑運(yùn)輸并且將物體放置在物理環(huán)境中的一位置，使得所放置的物體變?yōu)槲锢憝h(huán)境中的動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體； 通過將表示所述動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的放置物體數(shù)據(jù)增加到物理環(huán)境的地圖來更新物理環(huán)境的地圖，以產(chǎn)生經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)，使得所放置的物體在被增加到地圖時(shí)作為具有可觀察特征的地標(biāo)并且通過獲取經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)而能夠被用在工業(yè)車輛的導(dǎo)航中； 將經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安裝到工業(yè)車輛的移動(dòng)計(jì)算機(jī)上，或者存儲(chǔ)在經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)耦合到工業(yè)車輛的中央計(jì)算機(jī)上；以及 基于由傳感器數(shù)據(jù)和經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置，通過沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑導(dǎo)航工業(yè)車輛來操作工業(yè)車輛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 至少部分基于以下信息來確定動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的姿態(tài):(i)存儲(chǔ)在與工業(yè)車輛耦合的中央計(jì)算機(jī)或移動(dòng)計(jì)算機(jī)上的車輛姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；以及(ii)所放置的物體相對(duì)于工業(yè)車輛的抬升廂的位置； 使用所確定的姿態(tài)來產(chǎn)生經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)；以及 基于由包括所確定的姿態(tài)的經(jīng)更新的地圖確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括:` 至少部分基于放置物體數(shù)據(jù)來產(chǎn)生地標(biāo)，其中放置物體數(shù)據(jù)包括來自于所放置的物體的特征、表示物體被放置的位置的地標(biāo)姿態(tài)、以及來自于姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的物體姿態(tài)不確定性； 將地標(biāo)增加到經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)；以及 基于從包括地標(biāo)的經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中: 所放置的物體包括唯一識(shí)別物；以及 所述方法包括利用工業(yè)車輛上的傳感器來感測(cè)該唯一識(shí)別物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，放置物體數(shù)據(jù)與表示唯一識(shí)別物的數(shù)據(jù)一同被存儲(chǔ)在的中央計(jì)算機(jī)或移動(dòng)計(jì)算機(jī)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 物體姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在移動(dòng)計(jì)算機(jī)或中央計(jì)算機(jī)上； 工業(yè)車輛包括用于確定物體相對(duì)于工業(yè)車輛的抬升廂將被放置的位置的傳感器；以及 所述方法包括從姿態(tài)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和物體相對(duì)于工業(yè)車輛的抬升廂的位置確定所放置的物體的姿態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述物體被使用工業(yè)車輛、自動(dòng)化工業(yè)車輛或運(yùn)送系統(tǒng)來傳輸和放置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 工業(yè)車輛的操作包括在當(dāng)前車輛姿態(tài)未知的情況下從斷電狀態(tài)轉(zhuǎn)變到通電狀態(tài)；以及 其后通過由經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)確定當(dāng)前車輛姿態(tài)并且沿著物理環(huán)境內(nèi)的路徑導(dǎo)航工業(yè)車輛來操作工業(yè)車輛。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體包括裝載有物品的托盤。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體具有已知幾何形狀，并且所述方法包括: 限定已知幾何形狀作為放置物體模型數(shù)據(jù)，該放置物體模型數(shù)據(jù)描述了針對(duì)動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的一組特征信息；以及 基于車輛定位使用放置物體模型數(shù)據(jù)操作工業(yè)車輛。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中: 動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體包括托盤和位于托盤上的物品；以及 經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)包括托盤和位于托盤上的物品的模型。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 經(jīng)更新的地圖數(shù)據(jù)包括根據(jù)從倉庫支架尺寸得出的參數(shù)數(shù)據(jù)或者根據(jù)針對(duì)塊存儲(chǔ)區(qū)域的由現(xiàn)場(chǎng)定義的存儲(chǔ)規(guī)則，從槽位置產(chǎn)生的不可見動(dòng)態(tài)物體；以及 所述方法包括更新地圖以使得不可見物體可見。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的方法，其中，表示動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體的放置物體數(shù)據(jù)作為地標(biāo)，所述地標(biāo)包括能夠從該地標(biāo)的一個(gè)以上側(cè)觀察到的特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，放置物體數(shù)據(jù)至少部分地從安裝到工業(yè)車輛的傳感器得出。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從其確定導(dǎo)航位置的傳感器數(shù)據(jù)包括圖像數(shù)據(jù)、激光器范圍數(shù)據(jù)、超聲范圍數(shù)據(jù)、壓力換能器數(shù)據(jù)、編碼器數(shù)據(jù)或者它們的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，放置物體數(shù)據(jù)形成包括在更新地圖數(shù)據(jù)中的大部分地標(biāo)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)前車輛姿態(tài)是通過參照主要包括放置物體數(shù)據(jù)的地標(biāo)數(shù)據(jù)來確定的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)前車輛姿態(tài)是通過參照全部由放置物體數(shù)據(jù)構(gòu)成的地標(biāo)數(shù)據(jù)來確定的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 基于從傳感器數(shù)據(jù)和更新地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛的步驟包括在中央計(jì)算機(jī)或安裝到工業(yè)車輛的移動(dòng)計(jì)算機(jī)的輔助下執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)化操作；以及 所述自動(dòng)化操作是從車輛導(dǎo)航操作、車輛狀態(tài)警告顯示或它們的組合選擇的。
20.一種安裝到工業(yè)車輛或者經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)耦合到工業(yè)車輛的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括用于基于從傳感器數(shù)據(jù)和經(jīng)更新地圖數(shù)據(jù)確定的導(dǎo)航位置來操作工業(yè)車輛的導(dǎo)航模塊，其中，所述計(jì)算機(jī)使得能夠根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法使用動(dòng)態(tài)放置的預(yù)先安置物體作為地標(biāo)來操作工業(yè)車輛。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK103782247SQ201280043496
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月7日
【發(fā)明者】L·王, A·E·格萊姆, C·W·古德, L·B·沃爾茨 申請(qǐng)人:克朗設(shè)備有限公司