自主式农用机械的碰撞规避的制作方法

自主式农用机械的碰撞规避
1.本发明涉及一种对自主式农用机械的控制。本发明尤其涉及一种对农用机械和可运动对象之间的碰撞的规避。
2.农用机械被配置成用于满足农用目的。为此，农用机械可以是可自主运动的并且例如沿着预先确定的轨迹运动。农用机械例如可以包括被配置成对预先确定的农田进行收割的联合收割机。
3.通常可以通过检测对象并控制农用机械绕过对象行驶或在对象前方停住来轻松规避农用机械与不可运动对象发生碰撞。规避与可运动对象发生碰撞可能要困难得多。尤其，可能难以确定能够以其规避与对象发生碰撞的避让轨迹。因此，在实践中，农用机械通常仅响应于与可运动对象即将发生碰撞才减速或停住。
4.虽然可以对被配置成用于规避农用机械与可运动对象发生碰撞的系统进行改装，但是该系统在此通常包括很少或完全不与农用机械的现有部件整合的专用装置和部件。这种系统可能是很昂贵的并且在某些情况下难以整合到农用机械的控制装置中。
5.本发明所基于的目的在于，给出一种用于规避农用机械与其环境中的可运动对象发生碰撞的经改进的技术。本发明借助于独立权利要求的主题来实现该目的。从属权利要求给出优选的实施方式。
6.自主操作的农用机械通常被配置成不跨过预先确定的边界。为此可以使用被称为地理围栏(geofencing)的技术，并且该技术确保使农用机械不跨过或侵犯预先确定的地理边界。如果农用机械接近边界，则通常使该农用机械停住或适当地改变该农用机械的路线。这种系统已经经过很好的测试并且可以以高的安全性运行。
7.一种用于控制所述农用机械的方法包括以下步骤：确定所述农用机械的环境中的可运动对象的轨迹；确定所述农用机械的轨迹；基于所述轨迹确定所述农用机械与所述可运动对象之间的预计碰撞点；以及调整所述农用机械的规划轨迹，其方式为使得调整后的碰撞点处于与所述边界的与所述农用机械不同的另一侧。
8.已经认识到：农用机械与可运动对象的碰撞规避可以与确保农用机械遵循边界的地理围栏技术相结合。因此，可以易于借助于已知的技术或部件来确定避让轨迹或控制农用机械。由于农用机械不能跨过地理边界，因此是不可能与处于边界另一侧的可运动对象发生碰撞的。因此，也可以通过防止跨过边界来规避碰撞。对农用机械轨迹的干预可能是微小的，因此农用机械的控制装置主要负担可能在于地理围栏。由此可以简单地设计碰撞规避，并且不必担心地理围栏与规避碰撞的控制干预相互矛盾。
9.可以基于对农用机械的一系列位置的确定来确定农用机械的轨迹。替代性地，也可以从控制装置获得轨迹。在又另一实施方式中，确定农用机械还应驶过的规划轨迹。规划轨迹也可以与所经过的轨迹进行整合或者通过该所经过的轨迹进行补充。
10.优选的是，所述边界包围预先确定的区域。在第一变体中，所述农用机械处于所述区域内并且以如下方式调整所述轨迹，使得调整后的碰撞点处于所述区域外。该区域例如可以涉及应由农用机械或与该农用机械连接的设备进行操作的一个或多个连续的农田。
11.在第二变体中，所述农用机械处于所述区域外并且以如下方式调整所述轨迹，使
得调整后的碰撞点处于所述区域内。该技术可以用于使农用机械远离要操作的农田以外的区域，例如居民区或诸如水域或斜坡之类的危险源。
12.这两种变体也可以进行相互整合，其中第一区域至少部分地包括第二区域，其中农用机械必须处于第一区域，但是不允许处于第二区域。可选地，还设置有多个第二区域，农用机械不允许驶入这些第二区域。
13.在一个实施方式中，确定所述农用机械的地理位置并将所述地理位置与所述边界的地理坐标进行比较。因此，能够在无需以物理方式标记边界的情况下实现地理围栏功能。农用机械的位置尤其可以借助gnss(全球导航卫星系统)来确定；为此可以在农用机械上设有针对卫星信号的接收器。边界例如也可以光学地(例如借助于摄像头)来检测。例如也可以借助于一系列的反射器对边界进行标记，这些反射器可以借助于农用机械上的适配的扫描装置来检测。
14.所述农用机械优选被配置成用于自主地执行农用功能。为此，农用机械可以驶近多个预先确定的点(例如草地上的果树)或者以如下方式驶过预先确定的区域，即，保持在所行驶的车道之间的最大距离。尤其，农用机械可以被配置成蜿蜒地在该区域上行进，以便例如借助所携带的设备对整个场地进行操作。
15.可以在忽略所述环境中的道路的情况下确定所述农用机械的轨迹。这可以包括确定农用机械的轨迹以及调整规划轨迹。换言之，农用机械优选是被配置成在道路网外使用的全地形车辆(“越野车辆”)。当然，农用机械仍可以使用道路，以便例如从无道路的使用区域行驶至其他使用区域。
16.调整所述轨迹可以包括调整所述农用机械的速度。由此，农用机械可以保持其初始路线。对某一场地或某一区域中的多个点的操作几乎不会因此受到干扰。调整所述轨迹可以包括调整所述农用机械的行驶方向。这两个变体可以相互组合。
17.可以将所述预先确定的地理边界理解为另外的对象，其中控制所述农用机械以规避与所述对象和所述另外的对象发生碰撞。因此，碰撞规避和地理围栏能够进一步经改进地相互整合。实现方案可以多次利用较大数量的部件。可以总体上降低用于这两种解决方案的实施成本。
18.自主式农用机械被配置成不跨过预先确定的地理边界。一种用于控制自主式农用机械的装置包括：用于扫描所述农用机械的环境的扫描设备；以及处理设备。在此，所述处理设备被配置成：确定所述农用机械的环境中的可运动对象的轨迹；确定所述农用机械的轨迹；基于所述轨迹确定所述农用机械与所述可运动对象之间的预计碰撞点；以及调整所述农用机械的规划轨迹，其方式为使得调整后的碰撞点处于所述边界的与所述农用机械不同的另一侧。
19.该装置可以容易地在现有的农用机械上进行改装。尤其，可以使用已经安装在农用机械上的并且例如被设置成确定规划轨迹或沿规划轨迹控制农用机械的装置。
20.处理设备可以被配置成用于完全或部分地实施在此所描述的方法。为此，处理设备可以包括可编程的微型计算机或微型控制器，并且该方法可以以具有程序代码媒介的计算机程序产品的形式存在。计算机程序产品还可以被存储在计算机可读的数据载体中。该方法的特征或优点可以转移至装置，或者反之亦然。
21.现在将参照附图对本发明进行更详细的描述，在附图中：
22.图1示出示例性的系统；以及
23.图2示出示例性方法的流程图。
24.图1示出系统100，该系统具有被配置成不跨过预先确定的地理边界110的农用机械105。优选的是，农用机械105被配置成不侵犯边界110，即，该农用机械的任何轮廓都不突出到边界110之外。可选地，也可以控制在农用机械105与边界110之间保持预先确定的安全距离。
25.农用机械105例如包括拖拉机或农用或林用的操作机械，该操作机械进一步优选被配置成用于处理农业区域上的植物或动物。农用机械105优选被配置成用于在没有道路或路径的地面上使用。进一步优选的是，农用机械105包括控制装置115，以便沿着规划轨迹120对该农用机械进行引导。可选地，控制装置115也被配置成用于规划或确定轨迹120。
26.优选设置有另外的控制装置125，该另外的控制装置可以与控制装置115整合地实施或者借助于接口130与该另外的控制装置相连接。另外的控制装置125优选被配置成确保农用机械105不会跨过或侵犯预先确定的地理边界110。为此，另外的控制装置125可以被配置成确定农用机械105的位置并将该位置与边界110的走向参数进行比较。边界110通常包围农用机械105可以在其中自主工作的预先确定的区域，并且另外的控制装置125监测以确保农用机械105保持在该区域内。如果农用机械105比预先确定更近地运动到边界110上，则另外的控制装置125可以影响对农用机械105的控制并且例如通过减速或停住或改变路线来确保边界110的完整性。
27.为了确定农用机械105的位置，可以设置有定位设备135。此外，还可以设置一个或多个另外的扫描设备140，例如gnss接收器、摄像头、雷达传感器、激光雷达传感器、惯性系统或其他传感器。扫描设备140被配置成用于扫描农用机械105的环境145。
28.如果可运动对象150停留在农用机械105的区域内，则可以借助于扫描设备140检测到该可运动对象。例如基于多次时间延迟的检测可以例如借助外推法来确定对象150的轨迹155。农用机械105的规划轨迹120是已知的，或者该规划轨迹是可以由控制装置115或基于借助于定位设备135和/或扫描设备140的观察来确定的。基于轨迹120和155可以确定是否存在碰撞点160，即，是否要担心在对象150与农用机械105之间发生碰撞。如果碰撞点160小于与农用机械105的预先确定的最大距离，则可以确定即将发生碰撞。
29.为了规避碰撞，提出将农用机械105的规划轨迹120改变为调整后的轨迹120'。这种改变可以通过提高或减小农用机械105的行驶速度并且/或者通过改变行驶方向来实现。通过改变后的轨迹120'，碰撞点160被改变为调整后的碰撞点160'。在此，应以如下方式进行改变，使得改变后的碰撞点160'处于边界110的与农用机械105不同的一侧。对环境145的扫描、碰撞点160的确定和轨迹120的改变优选借助于另外的控制装置125来执行。
30.这时农用机械105不能到达调整后的碰撞点160'，这是因为农用机械被限制为在边界110的另一侧上运行。以这种方式，可以规避与可运动对象150发生碰撞。有利地，通过农用机械105不执行任何规避动作来以受控的方式规避碰撞。对轨迹120的改变以及对边界110的完整性的维持可以进一步有利地通过同一控制装置115来控制，从而可以对农用机械105的运动产生有机的和一致的影响。
31.图2示出方法200的流程图，该方法尤其可以借助于根据图1的系统100来实施。方法200的一部分尤其可以借助于另外的控制装置125来执行。
32.在步骤205中，优选扫描农用机械105的环境145。在步骤210中，可以基于在此检测到的数据来检测可运动对象150。可以基于多次时间延迟的扫描来确定对象150是可运动的，或者扫描装置140中的一个扫描装置可以被配置成确定对象150的速度。由于扫描装置140通常安装在农用机械105上，因此可以通过农用机械105的自身运动来补偿对象150的确定的运动。如果对象150不运动，则能够以不同于在此所描述的方式来防止与该对象发生碰撞。
33.在步骤215中可以确定对象150的轨迹155。为此，优选对对象150的到目前为止的轨迹155进行检测和外推，即，在时间上的观察限度内向未来进行更新。为此可以使用不同的方法，其中可选地可以取决于对象150来选择一种方法。因此，针对兔子可以使用第一外推方法，或者针对另外的农用机械105可以使用第二外推方法。
34.在步骤220中，可以确定农用机械105的轨迹120。该确定可以基于所观察到的农用机械105的自身运动来确定，类似于对对象150的轨迹155进行的确定。然后可以以预先确定的方式对目前为止的轨迹20进行外推。然而，优选的是，将轨迹120的即将到来的部分确定为规划的或预期的轨迹120。该信息尤其可以通过控制装置115来提供。
35.在步骤225中，能够基于轨迹120和155的预计部分来确定农用机械105是否即将与对象150发生碰撞并优选确定预计发生碰撞的碰撞点160处于何处。如果碰撞点160距农用机械105的距离超过预先确定的距离，则可以将碰撞归类为不可能发生。在这种情况下，方法200可以重新运行直到碰撞点160足够接近。
36.在步骤230中可以确定，所确定的碰撞点160相对于农用机械105处于边界110的哪一侧上。如果碰撞点160和农用机械105的当前位置处于边界110的不同侧，则预计不必担心发生碰撞。
37.然而如果这二者处于边界110的相同侧，则可以在步骤235中将农用机械105的规划轨迹120改变成调整后的轨迹120'，其方式为使得碰撞点160过渡到处于边界110的另一侧上的调整后的碰撞点160'。为此，可以确定这样的位置，即，该位置处于对象150的预计轨迹155上、处于边界110的另一侧上并且农用机械105可以以所选择的速度(尤其是其当前速度)达到。该位置可以被假设为农用机械105的目标位置。随后优选将农用机械控制到该位置，其中可以执行常见的与不可运动的对象的碰撞规避操作。
38.在步骤240中，如果农用机械105被阻止到达处于边界110的另一侧上的调整后的碰撞点160，则可以主动规避发生碰撞。该步骤通常由不同于另外的控制装置125的装置来执行，从而使得该步骤不能视为属于方法200。在该步骤中，可以影响农用机械105的速度和/或方向，其方式为使得农用机械105不会侵犯边界110。由此，可以确定新的规划轨迹或新的要操控的位置，其中该确定能够以最初要执行的任务可以进一步由农用机械105执行的方式进行。例如，任务可以包括驶近预先确定的点或驶过某一区域。农用机械105可以确定新的轨迹120并且重新沿该轨迹120自主运动。
39.方法200可以返回到开始并重新运行。如果对象150遵循与所确定的轨迹155不同的轨迹，则方法200可以以所描述的方式对此做出反应并且必要时通过再次改变轨迹120来规避即将发生的碰撞。
40.附图标记清单
41.100
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系统
42.105
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农用机械
43.110
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边界
44.115
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控制装置
45.120
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农用机械的规划轨迹
46.120'
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农用机械的调整后的轨迹
47.125
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另外的控制装置
48.130
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接口
49.135
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定位设备
50.140
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扫描设备
51.145
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环境
52.150
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可运动对象
53.155
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对象的轨迹
54.160
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碰撞点
55.160'
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调整后的碰撞点
56.200
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方法
57.205
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扫描环境
58.210
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检测对象
59.215
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确定对象的轨迹
60.220
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确定自身轨迹
61.225
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即将发生碰撞？
62.230
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边界这一侧的碰撞点？
63.235
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调整自身的轨迹
64.240
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防止跨过边界