共享與自動化工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的地圖數(shù)據(jù)的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在物理環(huán)境中的工業(yè)車輛之間共享地圖數(shù)據(jù)的方法和裝置。在一個實施例中，該方法包括處理與多個工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的本地地圖數(shù)據(jù)，其中，本地地圖數(shù)據(jù)包括由多個工業(yè)車輛產(chǎn)生的特征信息，其與多個車輛中的工業(yè)車輛觀察到的特征有關(guān)；組合與本地地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的特征信息以便為物理環(huán)境產(chǎn)生全球地圖數(shù)據(jù)；以及使用全球地圖數(shù)據(jù)的至少一部分來為多個工業(yè)車輛中的一個工業(yè)車輛導(dǎo)航。
【專利說明】共享與自動化工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的地圖數(shù)據(jù)的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例主要涉及基于環(huán)境的自動工業(yè)車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)，更具體的，涉及共享與自動化工業(yè)車輛相聯(lián)系的地圖數(shù)據(jù)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)中移動物體(例如，原材料，貨物，機器等)。跨國公司可能在一個國家建倉庫來存儲生產(chǎn)貨物的原材料，貨物放置在另一個國家的的倉庫中以便分配給當(dāng)?shù)氐牧闶凼袌觥楸３趾?或提高生產(chǎn)和銷售，倉庫必須很有條理。如果不能把原材料以最佳速率傳送到工廠，就會生產(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。
[0003]不幸的是，物理環(huán)境(例如倉庫)具有若干阻礙及時完成各項任務(wù)的限制。例如倉庫和其他共享的使用空間必須對于勞動力來說安全。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)，包括搬運物體任務(wù)，例如在一個倉庫中把貨物的托盤運到不同的地點。大多數(shù)倉庫使用大量的叉車司機和叉車來移動物體。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。
[0004]為了解決上述問題，一些倉庫使用自動完成這些任務(wù)的裝備。作為例子，這些倉庫可以使用自動化工業(yè)車輛(例如叉車)以在路徑上搬運物體，然后將這些物體卸在指定地點。在對工業(yè)車輛進行導(dǎo)航時，需要考慮與傳感器測量相聯(lián)系的不確定性以及噪音。因為與工業(yè)車輛耦合的傳感器局限于特定的視野或范圍，所以工業(yè)車輛不能提取并處理不能觀察到的與特定特征和地標(biāo)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)。
[0005]因此，本領(lǐng)域需要一種在自動化工業(yè)車輛之間共享地圖數(shù)據(jù)的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的各種實施例主要包括一種方法和裝置，其包括:處理與多個工業(yè)車輛相聯(lián)系的本地地圖數(shù)據(jù)，其中，本地地圖數(shù)據(jù)包括由多個工業(yè)車輛產(chǎn)生的、與多個車輛中的工業(yè)車輛所觀察到的特征有關(guān)的特征信息；組合與本地地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的特征信息從而為物理環(huán)境產(chǎn)生全球地圖數(shù)據(jù)；以及使用全球地圖的至少一部分來導(dǎo)航多個工業(yè)車輛中的一個工業(yè)車輛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]因此，上述列舉本發(fā)明的特征可以從細節(jié)上進行理解，上述簡要總結(jié)了，本發(fā)明可參考實施例更詳細的說明，其中一些實施例在附圖中示出。然而應(yīng)注意，附圖只示出了本發(fā)明的典型實施例，不能理解為限制了本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可以允許其他等效的實施例。[0008]圖1是包括本發(fā)明的各種實施例的物理環(huán)境的立體圖；
[0009]圖2是示出了根據(jù)一個或更多實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)；
[0010]圖3是根據(jù)一個或更多實施例為工業(yè)車輛提供地圖創(chuàng)建、更新以及共享的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方塊圖；
[0011]圖4是根據(jù)一個或更多實施例為工業(yè)車輛提供地圖創(chuàng)建、更新以及共享的系統(tǒng)的功能方塊圖；
[0012]圖5是示出了根據(jù)一個或更多實施例的用于工業(yè)車輛的本地化和映射處理互動示意圖；
[0013]圖6是根據(jù)一個或更多實施例的用于與工業(yè)車輛關(guān)聯(lián)的本地地圖模塊的操作方法的流程圖；以及
[0014]圖7是根據(jù)一個或更多實施例的用于全球地圖模塊的操作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出了包括包括本發(fā)明的一個或更多實施例的物理環(huán)境100的示意立體圖。
[0016]在一些實施例中，物理環(huán)境100包括與移動計算機104、中心計算機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)、地圖數(shù)據(jù)、三維圖像數(shù)據(jù)等)至移動計算機104和/或中心計算機106的多個設(shè)備，如下所述。傳感器陣列108包括各種類型的傳感器，例如，解碼器、超聲波測距儀、激光測距儀、壓力傳感器等。
[0017]物理環(huán)境100還包括支撐多個物體的地板100。多個物體包括多個托盤112、多個單元114等，如下所述。物理環(huán)境100還包括對于車輛102的正確操作來說的各種障礙物(未示出)。如果多個物體中的一些破壞了任務(wù)的完成，則這些物體可以構(gòu)成沿著各種路徑(例如，預(yù)編程或動態(tài)計算的路線)的障礙物。例如，障礙包括在目標(biāo)地點的損壞的托盤，該目標(biāo)地點與傳送的裝載物體相關(guān)聯(lián)。物理環(huán)境100還包括多個標(biāo)記116。多個標(biāo)記116表示為裝在天花板上的物體。在一些實施例中，標(biāo)記116還可以設(shè)置在地板上或者在地板和天花板上。在一些實施例中，多個標(biāo)記116是方便于基于環(huán)境的導(dǎo)航的界標(biāo)，如下所述。在物理環(huán)境100周圍的多個標(biāo)記116和其他物體構(gòu)成由環(huán)境特征定義的地標(biāo)。移動計算機104提取環(huán)境特征并確定精確、實時的車輛姿態(tài)。
[0018]物理環(huán)境100可以包括容納為后續(xù)的運輸做準(zhǔn)備的多個單元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/或海運的多個單元的裝載碼頭。多個單元114通常包括各種貨物、產(chǎn)品和/或原材料等。例如，多個單元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以便分配給零售商店的生活消費品。車輛102通過將生活消費品移動至指定的地點來方便分配，在該指定地點處商業(yè)車輛(例如卡車)裝載以及隨后將生活消費品運送至一個或更多目標(biāo)地點。
[0019]根據(jù)一個或更多實施例，車輛102可以是構(gòu)造為在地板110上操控和/或移動多個單元114的自動化引導(dǎo)車輛(AGV)，例如，自動化叉車。車輛102使用一個或更多抬升元件，例如叉，來舉起一個或更多單元114，然后，將這些單元114在中轉(zhuǎn)區(qū)域120 (例如走廊)沿著路徑運輸，并放置在槽區(qū)域122。可替換的，一個或更多單元114可以放置在托盤112上，車輛102將該托盤舉起，并移動至指定地點。
[0020]多個托盤112中的每個都是平坦的運輸結(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)抬升貨物時，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)，能實現(xiàn)操控和存儲效率。各種托盤112可以在托架系統(tǒng)(未示出)中使用。在特定的托架系統(tǒng)中，重力滾輪或軌道能使得在一個或更多托盤112上的一個或更多單元114向前方滾動。一個或更多托盤112向前移動直至被減速裝置(物理止擋件或其他托盤112)降速或停止。
[0021]在一些實施例中，移動計算機104和中心計算機106是控制車輛102并在物理環(huán)境100中執(zhí)行各種任務(wù)的計算設(shè)備。如圖所示的，移動計算機104適于如圖所示與車輛102耦合。移動計算機104還可以接收并合計由傳感器陣列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))。移動計算機104中的各種軟件模塊控制與車輛102相關(guān)聯(lián)的硬件元件的操作，如下所述。
[0022]本發(fā)明的實施例使用并升級地圖信息，工業(yè)車輛102使用該地圖信息從而對其在環(huán)境100中導(dǎo)航并執(zhí)行任務(wù)。地圖信息包括由移動計算機104維護的本地地圖以及由中心計算機106維護的全球地圖。本地地圖定義環(huán)境100中的特征，即，臨近特定車輛102的特征或包括車輛所操作或?qū)⒁僮鞯沫h(huán)境100的區(qū)域內(nèi)的特征；而全球地圖定義整個環(huán)境100。當(dāng)車輛執(zhí)行任務(wù)時，本地地圖由移動計算機104更新，并且增加到本地地圖上的數(shù)據(jù)也用來升級全球地圖，從而由一輛車更新的本地地圖與其他車輛102分享。地圖使用及升級過程在下文中詳細描述。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個或更多實施例，圖2示出了在物理環(huán)境中方便各項任務(wù)的自動化的叉車200的立體圖。
[0024]叉車200 (即，抬舉卡車、高/低車、堆料車、拖車裝載機、側(cè)向裝載機或叉起式起重車)是具有各種載重能力并用于抬舉和運輸各種物體的動力工業(yè)卡車。在一些實施例中，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)中沿著路徑移動單元(例如，圖1中的單元114)的一個或更多托盤(例如，圖1中的托盤112)。路徑可以預(yù)設(shè)或按照接受的任務(wù)來動態(tài)計算。叉車200可以在足夠深以容納多個位置的存儲走道中行駛或回收托盤。通常，叉車200被引導(dǎo)入存儲走道并將托盤放置在懸臂上或軌道上。因此，當(dāng)確定與物體和/或目的地相關(guān)聯(lián)的方向時，叉車200的尺寸(包括整個寬度和外寬)必須精確。
[0025]叉車200通常包括兩個或更多叉(即，滑軌或齒)以在物理環(huán)境中抬舉并搬運單元?？商鎿Q的，叉車200可包括一個或更多金屬桿，而不是兩個或更多叉，以便抬舉特定的單元(例如，地毯卷，金屬圈等)。在一個實施例中，叉車200包括液壓的伸縮套筒叉25，其允許兩個或更多托盤放置在彼此的后方，而不需要之間存在過道。
[0026]根據(jù)一個或更多實施例，叉車200還可以包括各種機械、液壓和/或電力操作制動器。在一個實施例中，叉車200包括一個或更多液壓致動器(未標(biāo)記)，其允許兩個或更多叉的橫向和/或旋轉(zhuǎn)運動。在一個實施例中，叉車200包括用于將叉一起或分離移動的液壓致動器(未標(biāo)記)。在另一個實施例中，叉車200包括機械或液壓的元件來擠壓待運輸?shù)膯卧?例如，桶，小桶，紙卷等)。
[0027]叉車200可以與移動計算機104耦合，其中移動計算機包括根據(jù)一個或更多任務(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)、平面范圍數(shù)據(jù)和/或三維圖表數(shù)據(jù))給移動計算機104以提取與環(huán)境特征相關(guān)聯(lián)的信息。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。叉車200的示例性實施例通常包括相機202，裝在每一側(cè)的平面激光掃描器204和/或裝在每個車輪208上的編碼器206。在其他實施例中，叉車200僅包括平面激光掃描器204和編碼器206。叉車200可以使用任何帶有延伸至運動當(dāng)前方向(例如，向前、向后行駛，叉向上/向下運動，向外/內(nèi)伸等)的視野的傳感器陣列。這些編碼器確定與車輛運動相關(guān)聯(lián)的運動數(shù)據(jù)。外部安裝的傳感器可以包括激光掃描器或相機，它們位于可以從傳感器得到的豐富數(shù)據(jù)組可改善自動化操作的位置。外部傳感器可以包括有限的組轉(zhuǎn)發(fā)器和/或其他主動或被動方式，通過這些方式，自動車輛能獲取大概位置以看到本地化功能。
[0028]在一些實施例中，多個傳感器設(shè)備(例如，激光掃描器、激光范圍探測器、編碼器、壓力傳感器等)以及它們在叉車200上的位置取決于車輛，并且這些傳感器的安裝位置影響測量數(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)并將其變換為相對于叉車的中間點。另外，傳感器陣列108可以組合多個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。
[0029]圖3是根據(jù)一個或更多實施例的系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)方塊圖，該系統(tǒng)使用在車輛之間共享的地圖數(shù)據(jù)為工業(yè)車輛提供精確的本地化。在一些實施例中，系統(tǒng)300包括與多個自動車輛相關(guān)聯(lián)的多個移動計算機104(表示為移動計算機1041至移動計算機104N)、中心計算機106和傳感器陣列108，其中的每個元件都通過網(wǎng)絡(luò)302相互連接。
[0030]多個移動計算機104中的每個是一種類型的計算設(shè)備(例如，膝上電腦、筆記本電腦、個人桌面助手(PDA)等)，其包括中央處理單元(CPU) 304、各種支持電路306和存儲器308。CPU304可包括一個或更多商業(yè)可用的微處理器或微控制器，能方便地進行數(shù)據(jù)處理和存儲。各種支持電路306方便CPU304的操作，并可包括時鐘電路、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、磁盤驅(qū)動存儲、光學(xué)存儲、可移動存儲等。存儲器308包括各種數(shù)據(jù)，例如本地地圖數(shù)據(jù)310、特征信息312、地標(biāo)數(shù)據(jù)314、槽占據(jù)數(shù)據(jù)316、姿態(tài)預(yù)測數(shù)據(jù)317、姿態(tài)測量數(shù)據(jù)318和請求319。存儲器308包括各種軟件包，例如基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320和本地地圖模塊338。
[0031]中心計算機106是一種計算設(shè)備(例如，膝上電腦、筆記本電腦、服務(wù)器、個人桌面助手(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，能方便地進行數(shù)據(jù)處理和存儲。各種支持電路324方便CPU322的操作，并可包括時鐘電路、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、磁盤驅(qū)動存儲、光學(xué)存儲、可移動存儲等。存儲器326包括各種軟件包(例如全球地圖模塊328)以及各種數(shù)據(jù)(例如任務(wù)330、全球地圖數(shù)據(jù)334和路徑336)。
[0032]網(wǎng)絡(luò)302包括通信系統(tǒng)，其將計算機通過電線、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。
[0033]傳感器陣列108與裝在例如叉車(例如圖2中的叉車200)的自動車輛上的移動計算機104進行可通信的連接。傳感器陣列108包括多個設(shè)備322來監(jiān)控物理環(huán)境并捕捉由移動計算機104作為姿態(tài)測量數(shù)據(jù)318來存儲的各種數(shù)據(jù)。在一些實施例中，傳感器陣列108可以包括一個或多個激光掃描器和/或一個或更多相機的任意組合。在一些實施例中，多個設(shè)備332可以安裝在自動車輛上。例如，激光掃描器和相機可以安裝在叉上方的抬升車廂上?？商鎿Q的，激光掃描器和相機可以放置在叉下方。
[0034]在一些實施例中，對于特定的任務(wù)330，中心計算機106計算車輛需用的路徑336以完成任務(wù)330。本地地圖數(shù)據(jù)310和全球地圖數(shù)據(jù)334都使用能夠為精確、自主的為車輛102在環(huán)境中完成任務(wù)330而導(dǎo)航。
[0035]在一些實施例中，本地地圖模塊338使用并維護本地地圖數(shù)據(jù)310，并將更新傳送給中心計算機106的全球地圖模塊326。本地地圖數(shù)據(jù)310包括特征信息312和地標(biāo)數(shù)據(jù)314。在一個實施例中，特征信息包括代表了臨近車輛的物理環(huán)境的動態(tài)和/或靜態(tài)特征，例如工人和自動工業(yè)車輛共享的使用面積。靜態(tài)特征代表在環(huán)境內(nèi)不會變化的物體，例如，墻、存儲架等。本地地圖數(shù)據(jù)310可以構(gòu)成已知地標(biāo)的矢量、靜態(tài)和動態(tài)的特征。在一些實施例中，特征信息312包括:特征幾何構(gòu)型(線、角落、弧等)、在全球坐標(biāo)系中的特征姿態(tài)以及特征姿態(tài)不確定性。靜態(tài)特征代表在環(huán)境內(nèi)不會變化的物體，例如，墻、存儲架等。典型的，靜態(tài)特征的姿態(tài)不確定性為O。
[0036]在一些實施例中，動態(tài)特征代表在環(huán)境中變化的物體，例如臨時障礙物，例如損壞的托盤、待存儲的物體等。這些特征在足夠長的時間內(nèi)可能是靜止的，使得系統(tǒng)使用它們作為本地地圖特征。系統(tǒng)不包括有關(guān)這些特征的姿態(tài)的先驗信息，因此，這些動態(tài)特征的姿態(tài)僅可以通過將來自傳感器的車輛中心測量與相對于全球坐標(biāo)系統(tǒng)的車輛的估計姿態(tài)相疊加來推斷。由于傳感器數(shù)據(jù)中的噪音以及車輛姿態(tài)估計中的不確定性，所有的動態(tài)特征具有與它們的姿態(tài)相聯(lián)系的姿態(tài)不確定性。
[0037]在一些實施例中，地圖模塊338存儲本地地圖信息作為地標(biāo)314。地標(biāo)代表環(huán)境(圖1中的100)中的具有已知或估計的姿態(tài)的物理實體。地標(biāo)數(shù)據(jù)314包括代表了傳感器視野中的地標(biāo)的幾何構(gòu)型、姿態(tài)、以及特定特征組，例如，平面激光掃描器把墻視為一條線，把走廊視為兩條平行線等。多個地標(biāo)中的一些包括墻、托盤或托架系統(tǒng)，其中的多個槽構(gòu)造為保持物體。
[0038]在一些實施例中，本地地圖模塊338維持槽信息(作為槽幾何構(gòu)型和姿態(tài)的組)作為地標(biāo)數(shù)據(jù)314的一部分。槽是一類虛擬地標(biāo)，因為雖然它們的幾何構(gòu)型是固定的，然而在相關(guān)聯(lián)的槽中的托盤將指示出該地標(biāo)和相關(guān)的特征信息312對于車輛來說是否可見。槽占據(jù)數(shù)據(jù)316指示出與槽相關(guān)聯(lián)的托盤的存在，因而指示出與該托盤相關(guān)聯(lián)的特征是否構(gòu)成本地地圖數(shù)據(jù)的一部分。槽可存在于地板上可用于導(dǎo)航的位置，或存在于地板上方的堆疊布置或在托架系統(tǒng)中。
[0039]在一些實施例中，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320包括軟件碼(例如，處理器可執(zhí)行指令)，其中，軟件碼用于確定精確的車輛姿態(tài)并根據(jù)新的地標(biāo)和與地標(biāo)特征信息312 (包括車輛的姿態(tài)和姿態(tài)不確定性)相關(guān)聯(lián)的部分來升級本地地圖數(shù)據(jù)310。在基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320處理來自多個傳感器設(shè)備332的姿態(tài)測量數(shù)據(jù)318之后，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320校正姿態(tài)預(yù)測數(shù)據(jù)317。
[0040]在一些實施例中，姿態(tài)預(yù)測數(shù)據(jù)317包括估計車輛的位置和/或方向，本發(fā)明稱之為車輛姿態(tài)預(yù)測?；诃h(huán)境的導(dǎo)航模塊320可以通過使用在前的車輛姿態(tài)以及車輛運動模塊來產(chǎn)生這種估計?；诃h(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)測和更新步驟估計不確定性和/或噪聲。在接下來參考物理環(huán)境的地圖之后，基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320確定當(dāng)前車輛位置的估計。車輛姿態(tài)的不確定性產(chǎn)生觀察到的特征的位置的不確定。特征信息312中的姿態(tài)不確定性來自于車輛位置不確定性和傳感器噪音的組
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[0041]全球地圖模塊328包括軟件碼(例如，處理器可執(zhí)行指令)來處理來自至少兩個工業(yè)車輛的本地地圖數(shù)據(jù)310，并產(chǎn)生全球地圖數(shù)據(jù)334。在一些實施例中，全球地圖模塊328將全球地圖數(shù)據(jù)334定義為已知地標(biāo)的矢量，其可用來構(gòu)建已知特征的矢量。這些特征對應(yīng)于需要從車輛傳感器中提取的特征。至少兩個工業(yè)車輛中的一些可以為本地地圖數(shù)據(jù)310參考不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。如此，一個或更多地標(biāo)位置變換為普通坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置。
[0042]在一些實施例中，通過組合對于已知地標(biāo)觀察到的特征和/或?qū)⑿碌貥?biāo)的特征加在全球地圖數(shù)據(jù)334上，全球地圖模塊328將與至少兩個工業(yè)車輛中的每個相關(guān)聯(lián)的本地地圖數(shù)據(jù)的特征信息312和地標(biāo)數(shù)據(jù)314與全球地圖數(shù)據(jù)334相關(guān)聯(lián)。全球地圖數(shù)據(jù)334可以在后續(xù)的日期用來將未被車輛觀察到的預(yù)期特征補充在本地地圖數(shù)據(jù)310上。因此，與特定的工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的特征信息312可以用來在地標(biāo)上或未被另一工業(yè)車輛觀察到的全新的地標(biāo)(例如，角落、墻、基礎(chǔ)設(shè)施后面的物體等)上補充附加的特征。
[0043]在一個實施例中，全球地圖模塊328使用統(tǒng)計方法來估計由至少兩個工業(yè)車輛觀察到的新特征的姿態(tài)以評估由每輛車所提供的特征姿態(tài)不確定性。在一個替換實施例中，全球地圖模塊328可以使用濾波器來組合姿態(tài)測量和多個車輛，并開發(fā)所得的姿態(tài)估計。
[0044]在一些實施例中，移動計算機104周期性地向中心計算機106發(fā)出請求319。響應(yīng)該請求，中心計算機106將更新發(fā)送至本地地圖數(shù)據(jù)310。更新可以包括對于槽占據(jù)數(shù)據(jù)316、從其他車輛或得的特征信息312、地標(biāo)數(shù)據(jù)314等的更新。這些更新能確保移動計算機利用最新的信息來導(dǎo)航車輛。在可替換的實施例中，中心計算機106可以周期性的發(fā)布對于本地地圖數(shù)據(jù)310的更新，并將更新推送至移動計算機104。
[0045]圖4是根據(jù)一個或更多實施例的系統(tǒng)400的功能方塊圖，系統(tǒng)400為工業(yè)車輛提供精確的本地化。系統(tǒng)400包括移動計算機104，其與工業(yè)車輛(例如叉車)和傳感器陣列108耦合。移動計算機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)。
[0046]移動計算機104包括各種軟件模塊(S卩，組件)以執(zhí)行圖3的基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊320 (例如本地化模塊402、校正模塊408以及車輛控制器410)的導(dǎo)航功能。另外，移動計算機104執(zhí)行本地地圖模塊338。移動計算機104為工業(yè)車輛提供精確的本地化，并對具有與環(huán)境特征相關(guān)聯(lián)的信息的本地地圖數(shù)據(jù)310進行更新。本地化模塊402還包括各種組件，例如濾波器414和特征提取模塊416，以確定車輛狀態(tài)418。地圖模塊404包括各種數(shù)據(jù)，例如動態(tài)特征422和靜態(tài)特征。地圖模塊404還包括各種組件，例如特征選擇模塊420和地標(biāo)延伸模塊426。
[0047]在一些實施例中，傳感器數(shù)據(jù)在校正模塊408中被校正以便校正時間和/或空間失真。本地化模塊402處理校正的數(shù)據(jù)，并使用特征提取組件416提取來自傳感器數(shù)據(jù)的特征?？紤]特征姿態(tài)不確定性和觀察噪聲，這些特征與來自本地地圖模塊338的特征相匹配，然后車輛狀態(tài)418被濾波器414調(diào)整。特征提取也將用來更新任何動態(tài)特征422和/或用來增加附加的動態(tài)特征。這些特征與在觀察時候的車輛姿態(tài)不確定性以及在傳感器讀取時導(dǎo)致的觀察不確定性一同由地圖模塊338進行處理。地圖模塊將使用該特征以及觀察到的姿態(tài)不確定性來更新地圖數(shù)據(jù)310。由濾波器414建模的車輛狀態(tài)418參考當(dāng)前車輛狀態(tài)，并包括指示出車輛位置和方向的姿態(tài)信息(例如坐標(biāo))。本地化模塊402將與車輛狀態(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。基于車輛位置和方向，車輛控制器410將工業(yè)車輛導(dǎo)航至目的地。
[0048]除了用于計算車輛狀態(tài)418的濾波器414，本地化模塊414還包括用于從校正的傳感器數(shù)據(jù)中提取標(biāo)準(zhǔn)特征的特征提取模塊416。通過從特征組422和424中去除不可見特征，從而減少必須由特征提取416進行檢查的特征的數(shù)量，地圖模塊338使用特征選擇420與車輛狀態(tài)418，從對于本地化模塊402可用的動態(tài)數(shù)據(jù)422和靜態(tài)數(shù)據(jù)424中選擇?？赏ㄟ^將地圖數(shù)據(jù)分割成更小的區(qū)域來執(zhí)行，分割的部分中僅包括根據(jù)車輛的大致姿態(tài)很可能由車輛觀察到的地標(biāo)。特征選擇模塊420還管理地圖數(shù)據(jù)310中動態(tài)特征422的附加和變型。本地化模塊402和/或地圖模塊338可更新地圖數(shù)據(jù)310以指示特定特征中最近被占據(jù)的或清空的面積，例如已知地點和所獲得的項目。
[0049]在一些實施例中，地圖模塊338包括地標(biāo)延伸模塊426，其處理構(gòu)成本地地圖406的一部分的地標(biāo)數(shù)據(jù)428，以創(chuàng)建與該地標(biāo)相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)特征422和動態(tài)特征424。地標(biāo)延伸將特征不確定性與根據(jù)地標(biāo)不確定性所創(chuàng)建的特征相關(guān)聯(lián)。
[0050]應(yīng)理解，系統(tǒng)400可以應(yīng)用數(shù)個計算設(shè)備來執(zhí)行基于環(huán)境的導(dǎo)航。在計算設(shè)備104中的軟件模塊的任一個可以利用不同的或多個物理硬件組件，例如其他計算設(shè)備。本地地圖模塊338例如可以在服務(wù)器計算機(例如，圖1的中心計算機106)上執(zhí)行，通過網(wǎng)絡(luò)(例如圖3中的網(wǎng)絡(luò)302)來連接多個移動計算設(shè)備，以便根據(jù)當(dāng)前車輛位置和方向來共享并更新地圖數(shù)據(jù)310。
[0051]在一些實施例中，本地地圖模塊338處理由工業(yè)車輛觀察到的特征，并產(chǎn)生(或加強)本地地圖數(shù)據(jù)310 (即，維護本地地圖數(shù)據(jù))。實質(zhì)上，移動計算機104的地圖模塊338利用移動計算機104所關(guān)聯(lián)的工業(yè)車輛觀察到的特征和地標(biāo)更新動態(tài)特征422以及地圖數(shù)據(jù)310。觀察到的特征(和/或地標(biāo))被傳送給中心計算機106以包含在全球地圖數(shù)據(jù)中。如此，其他車輛的本地地圖數(shù)據(jù)將會根據(jù)來自全球地圖數(shù)據(jù)的信息來更新。結(jié)果，全異的車輛共享它們觀察到的特征和/或地標(biāo)。因而，車輛控制器410現(xiàn)在無需首先觀察地標(biāo)就能夠使用由另一車輛觀察到的特征和/或地標(biāo)來導(dǎo)航與移動計算機104相關(guān)聯(lián)的工業(yè)車輛。
[0052]圖5是EBN結(jié)構(gòu)示意圖，示出了根據(jù)一個或更多實施例的工業(yè)車輛的本地化和繪圖系統(tǒng)500的元素和接口。特別的，本地化和地圖處理500包括在組件或?qū)?例如傳感器數(shù)據(jù)校正502、接口 504、特征提取507、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)508、EKF510和動態(tài)地圖512)之間處理和傳送各種數(shù)據(jù)。本地化和地圖處理500使用主要環(huán)境特征來支持工業(yè)車輛操作。接口 504方便控制各層，并加在基于環(huán)境的導(dǎo)航模塊上。
[0053]特征提取506檢查由傳感器設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)，并提取觀察到的特征(例如線和角落)。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)508將觀察到的特征與已知的特征信息箱比較來識別與現(xiàn)有的靜態(tài)和/或動態(tài)地圖數(shù)據(jù)424、422匹配的特征。EKF710是擴展的Kalman濾波器，給定與匹配的特征和之前的車輛姿態(tài)相關(guān)聯(lián)的測量，其提供最可能的當(dāng)前車輛姿態(tài)。地圖管理器512維護在先驗靜態(tài)地圖中未找到的用于本地化的最新特征動態(tài)地圖。這些動態(tài)地圖數(shù)據(jù)的更新被傳送給中心計算機以包含在全球地圖數(shù)據(jù)中。
[0054]傳感器數(shù)據(jù)校正502是在本地化處理514中的一個步驟，其中，根據(jù)一些實施例，運動偽影從在車輛姿態(tài)預(yù)測前的傳感器數(shù)據(jù)中移除。傳感器數(shù)據(jù)校正502使用由各種傳感器數(shù)據(jù)中獲得的車輛運動數(shù)據(jù)，然后校正可能受到在該數(shù)據(jù)傳送至接口 504之前的車輛運動影響的傳感器數(shù)據(jù)。例如，傳感器數(shù)據(jù)校正502使用車輪直徑和編碼器數(shù)據(jù)來計算速度測量值。車輛姿態(tài)的改變導(dǎo)致了運動偽影在接下來的激光掃描器中的數(shù)據(jù)。因此，在通過接口 504激活EKF510之前，傳感器數(shù)據(jù)校正502校正激光掃描數(shù)據(jù)。作為響應(yīng)，EKF510執(zhí)行姿態(tài)預(yù)測以便基于車輛運動數(shù)據(jù)來估計當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。EKF510響應(yīng)于激光掃描數(shù)據(jù)來校正估計的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。通過接口 504，校正的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)被傳送回車輛。
[0055]圖6是根據(jù)一個或更多實施例的本地地圖模塊的操作方法600的流程示意圖。在一些實施例中，地圖模塊(例如，圖3的本地地圖模塊338)執(zhí)行方法600的每一個步驟。地圖模塊可以是基于環(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)的組件。在其他實施例中，一些步驟可以省略或跳過。方法600開始于步驟602，并繼續(xù)至步驟604。在步驟604中，方法600處理與一個或更多工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的地圖數(shù)據(jù)(例如，圖3的本地地圖數(shù)據(jù)310)。地圖數(shù)據(jù)為在一個物理環(huán)境中的一個或更多地標(biāo)提供位置和/或尺寸。在一些實施例中，方法600將地圖數(shù)據(jù)存儲在與特定工業(yè)車輛連接的移動計算機(例如圖1和4中的移動計算機104)中作為本地地圖數(shù)據(jù)(例如，圖4中的地圖數(shù)據(jù)310)。在其他實施例中，方法600將地圖數(shù)據(jù)存儲在中心計算機(例如圖1和4中的中心計算機)中作為全球地圖數(shù)據(jù)(例如圖3的全球地圖數(shù)據(jù)334)。本地地圖數(shù)據(jù)最初可包括由中心計算機從全球地圖數(shù)據(jù)中提取的地圖數(shù)據(jù)，并發(fā)送至移動計算機。本地地圖數(shù)據(jù)的提取基于在環(huán)境中車輛的當(dāng)前位置。中心計算機可以將更新發(fā)送至本地地圖數(shù)據(jù)以便周期性地提供包括了從其他車輛收集到的知識的本地地圖。一個步驟處理本地地圖數(shù)據(jù)來將對于當(dāng)前估計的車輛位置來說當(dāng)前可見的一系列特征傳遞給本地化模塊。該步驟延伸地標(biāo)(例如圖4中的地標(biāo)428)以創(chuàng)建一系列特征(例如圖4的靜態(tài)特征420和動態(tài)特征424)，并在本地特征組上實施幾何構(gòu)型，其中本地特征組代表了對于當(dāng)前估計位置對于車輛傳感器可見的面積的。本地化模塊將提供一組觀察到的帶有它們的幾何構(gòu)型、姿態(tài)和姿態(tài)不確定性的特征。
[0056]在步驟606中，方法600評估觀察到的特征以識別是否新特征信息或在一些實施例中新觀察到的具有日落(sundown)時間的特征已被接收。如果有新特征，方法繼續(xù)進行至步驟614。
[0057]在步驟608中，方法600相對于與一個或更多工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的地標(biāo)信息(例如圖3中的地標(biāo)信息)處理新特征。這些特征可以使用多邊形匹配或其他類型匹配技術(shù)來進行處理。待匹配的類型從環(huán)境中的已知實體的幾何構(gòu)型中選擇，例如，托盤、負載等。一些不能匹配的觀察被忽略。在步驟610中，方法600為匹配的特征創(chuàng)建地標(biāo)或更新了的現(xiàn)有地標(biāo)。多個特征可以組合來定義一個地標(biāo)。地標(biāo)代表可用來導(dǎo)航的環(huán)境的物理屬性。方法600將新地標(biāo)加在地圖數(shù)據(jù)上作為圖3的地標(biāo)數(shù)據(jù)314。
[0058]在步驟612中，方法600為物理環(huán)境(B卩，共享的使用空間)產(chǎn)生本地地圖數(shù)據(jù)。本地地圖數(shù)據(jù)包括與全異的、構(gòu)成了特定地標(biāo)的特征相關(guān)聯(lián)的特征信息。也即，本地地圖數(shù)據(jù)包括由工業(yè)車輛觀察到的特征。該地標(biāo)數(shù)據(jù)(包括特征)被傳送給中心計算機以便包含在全球地圖數(shù)據(jù)中。
[0059]在步驟614中，方法600決定是否用新的地標(biāo)信息來更新全球地圖。無論何時新地標(biāo)被識別，都可產(chǎn)生更新，或可以周期性的更新。另外，該方法可以產(chǎn)生更新本地地圖的請求來與由其他工業(yè)車輛觀察到的新特征相加。
[0060]在步驟616中，方法600將新的地標(biāo)信息打包成合適于更新全球地圖的形式。每個新地標(biāo)包括姿態(tài)和不確定性。不確定性取決于特征觀察的不確定性以及與地標(biāo)幾何構(gòu)型相匹配的特征數(shù)量。因此，不確定性包括位置不確定性和識別不確定性。在步驟618中，方法600結(jié)束。
[0061]圖7是根據(jù)一個或更多實施例來操作全球地圖模塊的方法700的流程圖。在一些實施例中，全球地圖模塊(例如，圖3中的全球地圖模塊328)執(zhí)行方法700的每一個步驟。在其他實施例中，一些步驟被忽略或跳過。方法700開始于步驟702，并繼續(xù)至步驟704。
[0062]在步驟704中，方法700接收來自多個自主工業(yè)車輛中的一個車輛的本地數(shù)據(jù)。本地地圖數(shù)據(jù)包括至少一個之前沒有被識別為包括在發(fā)送車輛的本地地圖中的地標(biāo)。在步驟706中，方法處理新地標(biāo)。在一個實施例中，將組合接收自多個工業(yè)車輛的地標(biāo)數(shù)據(jù)，以評估每個新地標(biāo)與之前報告的地標(biāo)的相似性。該方法將現(xiàn)有的地標(biāo)與由獨立的車輛觀察到的新特征相加，減少與地標(biāo)相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)和識別的不確定性。在可替換的實施例中，該步驟實施處理濾波，其將來自多個工業(yè)車輛的觀察進行統(tǒng)計組合，并在接收到足夠的觀察時，為全球地圖僅產(chǎn)生新的地標(biāo)，以便將不確定性減少到可接受的界限。在一個實施例中，新的特征被指定一個日落值，其需要特征被連續(xù)觀察到以保持在全球地圖中。
[0063]在步驟708中，方法700在中心計算機上根據(jù)特征信息來更新全球地圖數(shù)據(jù)。在一個實施例中，該步驟將包括評估地圖特征的日落值，并移除最近沒有觀察到的那些地標(biāo)。因此，全球地圖數(shù)據(jù)包括另一個工業(yè)車輛觀察到的特征，其方便于工業(yè)車輛導(dǎo)航。因為所有的工業(yè)車輛以這種方式向方法700報告，全球地圖包括所有工業(yè)車輛觀察到的特征。
[0064]在步驟710中，方法700確定是否接收了來自車輛的移動計算機地圖數(shù)據(jù)的請求(例如圖3中的請求319)。如果接收了請求，方法700繼續(xù)進行至步驟714。另一方面，如果沒有接收地圖數(shù)據(jù)的請求，方法700等待直到請求到達，并返回步驟704。在步驟714中，方法700為請求車輛確定當(dāng)前車輛位置。在一些實施例中，方法700從請求中提取當(dāng)前車輛位置。在另一些實施例中，中心計算機可以通過本地化報告來知道車輛位置。在步驟716中，方法700識別全球地圖數(shù)據(jù)的對應(yīng)部分。在步驟718中，方法700將全球地圖的對應(yīng)部分作為本地地圖傳送給工業(yè)車輛。根據(jù)一個或更多實施例，作為對請求的響應(yīng)，方法7000為全球地圖的子區(qū)域識別地圖數(shù)據(jù)，并將本地地圖數(shù)據(jù)傳送給工業(yè)車輛上的移動計算機。新的本地地圖數(shù)據(jù)包括所有最近得到的、由其他車輛發(fā)送的與請求車輛位置臨近的特征有關(guān)的特征。在步驟720中，方法700結(jié)束。
[0065]在其他實施例中，中心計算機具有所有車輛的位置的信息。因而，中心計算機可以自動提取本地地圖數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給車輛，即，不需要接收到請求。處理可以周期性的執(zhí)行或當(dāng)車輛進入之前接收到另一個車輛更新的特征信息的區(qū)域時執(zhí)行。
[0066]在另一個實施例中，可以在車輛穿過環(huán)境時將本地地圖連續(xù)發(fā)送給車輛。本地地圖可以覆蓋，從而之前的地圖可以在接收下一個地圖時使用。本地地圖的序列可以發(fā)送給車輛，其中，該序列包括由特定車輛穿越的路徑。[0067]通過使用利用由各種車輛產(chǎn)生的本地地圖數(shù)據(jù)而更新的全球地圖，車輛能改善環(huán)境來增加導(dǎo)航地標(biāo)，例如定位一個物體來作為地標(biāo)使用以改善導(dǎo)航，然后通過全球地圖將特征信息與其他車輛分享。在其他實施例中，障礙物變成本地地圖數(shù)據(jù)中的動態(tài)特征入口，從而障礙物的信息通過全球地圖由車輛共享。為了改善特征的使用，一些實施例可能將特定類型的特征“日落”，即，車輛重復(fù)識別的靜態(tài)特征可能構(gòu)成全球地圖中永久的地標(biāo)，而當(dāng)全球地圖中最新出現(xiàn)的動態(tài)特征可以在將要從全球地圖中移除它們時為它們分配日落值，除非它們被其他車輛觀察到而再次恢復(fù)。
[0068]上述的各種元素、設(shè)備和模塊與它們各自的功能相關(guān)聯(lián)。如在此所述的，這些元素、設(shè)備和模塊被視為執(zhí)行它們各自的功能的方式。
[0069]上述指向本發(fā)明的實施例，發(fā)明的其他和更多的實施例可在不離開基本范圍的前提下進行修改，其范圍由下面的權(quán)利要求來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種在物理環(huán)境中的工業(yè)車輛之間共享地圖數(shù)據(jù)的方法,包括: 處理與多個工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的本地地圖數(shù)據(jù)，其中，本地地圖數(shù)據(jù)包括由多個工業(yè)車輛產(chǎn)生的、與多個車輛中的工業(yè)車輛觀察到的特征有關(guān)的特征信息； 組合與本地地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的特征信息來為物理環(huán)境產(chǎn)生全球地圖數(shù)據(jù)；以及 使用全球地圖數(shù)據(jù)中的至少一部分為多個工業(yè)車輛中的一個工業(yè)車輛進行導(dǎo)航。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，組合特征信息進一步包括組合與至少一個地標(biāo)相關(guān)聯(lián)的特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,特征信息包括槽占據(jù)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，特征信息包括靜態(tài)特征或動態(tài)特征中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，動態(tài)特征被分配有日落值，以在預(yù)定義的時間周期之后從全球地圖數(shù)據(jù)移除該動態(tài)特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理步驟進一步包括從傳感器數(shù)據(jù)中提取至少一個特征，其中該至少一個特征代表了物理環(huán)境的物理屬性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將全球地圖數(shù)據(jù)的至少一部分傳送給多個工業(yè)車輛中的至少一個工業(yè)車輛。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，響應(yīng)于來自至少一個工業(yè)車輛的請求，全球地圖數(shù)據(jù)的該至少一部分被傳送。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，本地地圖數(shù)據(jù)包括地標(biāo)數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，動態(tài)特征代表對于至少一個工業(yè)車輛的障礙物。
11.一種用于在物理環(huán)境中在工業(yè)車輛之間共享地圖數(shù)據(jù)的裝置，包括 與至少一個工業(yè)車輛耦合的移動計算機，包括: 本地地圖模塊，用于處理代表物理環(huán)境的特征的傳感器數(shù)據(jù)以形成特征信息，并傳送該特征信息至中心計算機；以及 遠離移動計算機定位的中心計算機，包括: 全球地圖模塊，用于組合與多個工業(yè)車輛相關(guān)聯(lián)的特征信息來產(chǎn)生代表物理環(huán)境的全球地圖數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，中心計算機傳送全球地圖數(shù)據(jù)的至少一部分給移動計算機，以方便至少一個工業(yè)車輛的導(dǎo)航。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，全球地圖模塊使用槽占據(jù)數(shù)據(jù)來更新全球地圖數(shù)據(jù)的特征信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，特征信息包括靜態(tài)特征或動態(tài)特征中的至少一個。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，動態(tài)特征被分配有日落值，以在預(yù)定義的時間周期之后從全球地圖數(shù)據(jù)中移除動態(tài)特征。
【文檔編號】G01S5/16GK103582803SQ201280027291
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月14日
【發(fā)明者】L·王, C·W·古德, A·E·格萊姆 申請人:克朗設(shè)備有限公司