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EP-4443261-B1 - METHOD FOR DETERMINING A TRAJECTORY FOR AN AUTONOMOUS VEHICLE

EP4443261B1EP 4443261 B1EP4443261 B1EP 4443261B1EP-4443261-B1

Inventors

  • Gies, Fabian
  • Van Duijkeren, Niels

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20240321

Claims (11)

  1. Method for determining a trajectory (130), which comprises a movement path and a velocity profile along the movement path, according to which a mobile device (100), in particular a robot, or a vehicle moving in an at least partially automated manner, is intended to move in an environment (120) along one or one of a plurality of possible predefined movement paths (132), comprising: providing (200) a set (202) of different monitoring zones (1521, 152, 153), wherein each of the different monitoring zones respectively defines a region around the mobile device (100), in which region the mobile device (100) monitors or is intended to monitor the environment, wherein the mobile device is assigned a monitoring zone configuration (206) in accordance with a predefined assignment criterion (204) on the basis of a velocity of the mobile device, said monitoring zone configuration comprising in each case a predetermined monitoring zone of the set of different monitoring zones, wherein, if an obstacle in a currently assigned monitoring zone is detected by the mobile device, an action is to be performed by the mobile device; providing (210) a permissibility criterion (212) indicating a permissible monitoring zone from the set of different monitoring zones; determining (220) a sequence (222) of critical velocities (v1-v8) for the mobile device based on the set of different monitoring zones, wherein the critical velocities each indicate a maximum permissible velocity for the mobile device for a respective monitoring zone configuration, determining (230) the trajectory based on the sequence of critical velocities and based on the permissibility criterion, in particular within the scope of an optimization; and providing (240) the trajectory, and in particular causing the mobile device to move in accordance with the trajectory, characterized in that determining (230) the trajectory based on the sequence of critical velocities comprises: determining (232) a selected, in particular maximum, critical velocity from the sequence of critical velocities such that a monitoring zone configuration to be assigned to the selected critical velocity satisfies the permissibility criterion; and determining (234) the trajectory based on the selected critical velocity.
  2. Method according to Claim 1, wherein the sequence of critical velocities for the mobile device is determined based on the set of different monitoring zones and based on the one or more possible predefined movement paths.
  3. Method according to one of the preceding claims, wherein possible velocities for the mobile device are respectively predefined by the one or more possible predefined movement paths.
  4. Method according to Claim 3, wherein one or more possible steering angles for the mobile device are furthermore respectively predefined by the one or more possible predefined movement paths.
  5. Method according to one of the preceding claims, wherein the velocity of the mobile device comprises at least one of the following velocities: - a longitudinal velocity (v), - a lateral velocity, and - an angular velocity (ω).
  6. Method according to one of the preceding claims, additionally comprising: determining, based on the trajectory, movement control variables for the mobile device, and providing the movement control variables and/or moving the mobile device based on the movement control variables.
  7. Computing unit (108) comprising a processor configured to perform the method according to one of the preceding claims.
  8. Mobile device (100) configured to receive a trajectory (130) determined in accordance with a method according to one of Claims 1 to 5, or movement control variables determined according to Claim 6, having a drive system and a control or regulating unit for controlling the drive system based on the trajectory and/or the movement control variables, and in particular having a computing unit (108) according to Claim 7, and further in particular having at least one sensor unit (106) for sensing obstacles in the environment, wherein the mobile device is configured to carry out an action if an obstacle is detected in the monitoring zone configuration currently assigned to the mobile device.
  9. Mobile device (100) according to Claim 8, which is designed as a vehicle moving in an at least partially automated manner, in particular as a passenger transport vehicle or as a goods transport vehicle, or as a robot, in particular as a household robot, e.g. a suction and/or wiping robot, floor or road cleaning device or robotic lawnmower, or as a drone.
  10. Computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to perform the method according to Claims 1 to 6.
  11. Computer-readable data carrier on which the computer program according to Claim 10 is stored.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Trajektorie, entlang welcher sich ein mobiles Gerät, z.B. ein Roboter oder ein sich zumindest teilautomatisiert bewegendes Fahrzeug, in einer Umgebung bewegen soll, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie ein mobiles Gerät. Hintergrund der Erfindung In verschiedenen Bereichen kommen mobile Geräte, insbesondere Roboter, Drohnen oder sich zumindest teilautomatisiert bewegende Fahrzeuge wie z.B. sog. AGVs ("Automated Guided Vehicles") zum Einsatz. Solche mobilen Geräte bewegen sich typischerweise entlang einer Trajektorie oder eines Bewegungspfades in einer Umgebung wie z.B. einer Wohnung, in einem Garten, in einer Fabrikhalle oder auf der Straße, in der Luft oder im Wasser. Die Trajektorie wird hierzu z.B. so geplant bzw. bestimmt, dass sie möglichst kurz ist, wenn ein bestimmtes Ziel erreicht werden soll. Dabei sollten Hindernisse bzw. Objekte in der Umgebung berücksichtigt werden. Ebenso ist ein Wunsch oftmals, dass das mobile Gerät ein bestimmtes Ziel möglichst schnell erreicht. Die EP 3 059 650 A1 beschäftigt sich mit Überwachungszonen für ein sich bewegendes mobiles Gerät. Die EP 2 952 928 A1 betrifft eine Lidar-Überwachung und die US 6 173 215 B1 betrifft eine klassische Sicherheitsüberwachung. Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen einer Trajektorie, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie ein mobiles Gerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfindung beschäftigt sich mit mobilen Geräten, die sich entlang einer Trajektorie in einer Umgebung bewegen bzw. bewegen sollen. Eine Trajektorie umfasst hierbei einen Bewegungspfad und einen Geschwindigkeitsverlauf entlang des Bewegungspfads. Die Trajektorie kann z.B. Positionen und/oder Orientierungen des mobilen Geräts und zusätzlich einem Geschwindigkeitsverlauf, z.B. Zeitpunkte, zu denen diese Positionen und/oder Orientierungen gelten sollen; damit wird also auch eine bestimmte Geschwindigkeit entlang oder auf dem Bewegungspfad vorgegeben. Diese Geschwindigkeit kann entlang des Bewegungspfades auch veränderlich sein, z.B. an Kurven geringer als an geraden Abschnitten. Dabei können einer oder mehrere mögliche Bewegungspfade vorgegeben sein. Die Trajektorie soll dann eine Bewegung entlang des einen (dann kommt es nur noch auf die Geschwindigkeit an) oder eines der mehreren Bewegungspfade (dann kann eine Auswahl getroffen werden) bewegen. Beispiele für solche mobilen Geräte sind z.B. Roboter und/oder Drohnen und/oder auch sich teilautomatisiert oder (vollständig) automatisiert (zu Land, Wasser oder in der Luft) bewegende Fahrzeuge. Als Roboter kommen z.B. Haushaltsroboter wie Saug- und/oder Wischroboter, Boden- oder Straßenreinigungsgeräte oder Rasenmähroboter in Betracht, ebenso aber auch andere sog. Service-Roboter, als auch sich zumindest teilweise automatisiert bewegende Fahrzeuge z.B. Personenbeförderungsfahrzeuge oder Güterbeförderungsfahrzeuge (auch sog. Flurförderfahrzeuge, z.B. in Lagerhäusern, auch automatisierte Gabelstapler), aber auch Luftfahrzeuge wie sog. Drohnen oder Wasserfahrzeuge. Außerdem kommen als mobile Gerät Teile von Robotern, z.B. ein Roboterarm mit einem Manipulator in Betracht. Das Erzeugen von Bewegungen mit minimaler Zeitdauer entlang z.B. eines bestimmten Bewegungspfades ist dabei in häufig zu lösendes Problem. Ein mobiles Gerät, das eine Aufgabe schneller ausführt, ist in der Regel effizienter, so dass weniger mobile Geräte für den Betrieb benötigt werden. Bei fahrerlosen Transportfahrzeugen (AGVs), die meist in geraden Linien auf reservierten Fahrspuren fahren, ist die Höchstgeschwindigkeit des jeweiligen AGVs in der Regel das wichtigste Kriterium. Bei Roboterarmen, bei denen das Problem prinzipiell sehr ähnlich ist, wird es durch die zusätzliche Komplexität der Kinematik und Dynamik deutlich schwieriger. Dabei können mobile Geräte, die in unübersichtlichen Umgebungen arbeiten, in der Regel nicht kontinuierlich mit Höchstgeschwindigkeit fahren. Daraus ergibt sich die Frage, wie man zeitminimale Trajektorien bestimmen kann. Ein weiterer Aspekt, der beim Bestimmen von Trajektorien für solche mobile Geräte zu berücksichtigen ist, betrifft Sicherheitsüberwachungen ("safety monitors"). Hierunter ist zu verstehen, dass ein mobiles Gerät wie z.B. ein AGV über eine Möglichkeit zur Erfassung der Umgebung und insbesondere dem Erkennen von Objekten bzw. Hindernissen verfügt. Dies dient z.B. der Sicherheit, um Kollisionen des mobilen Geräts mit Hindernissen zu vermeiden. Hierbei kann z.B. ein Abstand von Hindernissen in der Umgebung erfasst werden, z.B. mittels Lidar bzw. einem Lidar-Sensor. Hierbei können verschiedene Überwachungszonen definiert sein, wobei jede der verschiedenen Überwachungszonen jeweils einen Bereich um das mobile Ger