DE3511139A1

DE3511139A1 - Verfahren zur feststellung von hindernissen beim betrieb von ferngesteuerten maschinen

Info

Publication number: DE3511139A1
Application number: DE19853511139
Authority: DE
Inventors: Claes Kemmer
Original assignee: BYGG OCH TRANSPORTEKONOMIE AB
Current assignee: BYGG OCH TRANSPORTEKONOMIE AB
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1985-10-24
Also published as: GB2157436B; SE456372B; SE8401939L; JPS60253991A; GB2157436A; US4623032A; SE8401939D0; FR2562677B1; FR2562677A1

Description

- Y - Aktieboläget Bygg

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen der Anwesenheit von Hindernissen/ beispielsweise Personen, beim Betrieb von ferngesteuerten Maschinen, insbesondere Industriefahrzeugen oder Industrierobotern, die mit einem Sender und einem Empfänger für Ultraschallwellen versehen sind.

Ein Fahrzeug, bei dem die Erfindung angewendet werden kann, beispielsweise ein Fahrzeug zur Handhabung oder zum Transport von Materialien, kann z.B. ein selbstfahrender Wagen sein zum Transport oder zur Beförderung von Gütern. Dieses Fahrzeug ist mit einem elektronischen Steuersystem ausgerüstet, z.B. auf der Basis eines Mikroprozessors, und gewährleistet die Genauigkeit der Handhabung der Güter, einen hohen Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität. Das Steuersystem empfängt Signale von einer Steuerantenne, einer Radaranlage, einem Impulssender oder einem Wandler oder dergleichen. Die Signale werden vom Daten-Prozessor ausgewertet und in Form von Befehlen an den Steuermotor, den Antriebsmotor oder dergleichen des Wagens gesendet.

Der Wagen ist mit Puffern versehen, die Menschen von Verletzungen schützen. Es wurde nun gefunden, daß Ultraschall sich eignet, entweder anstatt oder zusätzlich zu dieser oben genannten Anlage. Ein Hauptproblem liegt dabei darin, daß Störungen auftreten, die hervorgerufen werden durch Leckage in Druckluftleitungen, sowie Stoßen, Schlägen oder schnarrenden Geräuschen und dergleichen. Solche Störungen liegen oft innerhalb des Frequenzbereiches der Ultraschallanlage und können daher zu einem unerwünschten Halt der Maschine bzw. des Wagens führen. Verschiedene Maschinen oder Wagen können sich auch gegenseitig beeinflussen, was

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zu ungewollten Störungen und Stopps führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde/ ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die vorgenannten Nachteile jedenfalls im wesentlichen vermieden werden.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß Ultraschallimpulse von einem Sender in Gruppen in einem vorgegebenen Muster in der Form von kontinuierlichen Signalen gesendet werden, daß nur ein Eingangssignal ein Impulsmuster hat, das dem vorgegebenen Muster für entsprechende Impulsgruppen entspricht, vom Empfänger empfangen und vom Daten-Prozessor ausgewertet wird, um die Handhabung der Maschine zu steuern.

Bei Anwendung dieser Methode wird die Gefahr, daß die Maschine auf Impulsgruppen von anderen Maschinen oder auf Echos von weit entfernten Wänden oder auf Störungen anderer Art, beispielsweise plötzliche Schallstöße, reagiert, praktisch eliminiert. Die Gefahr von Störungen in einem breiten Frequenzbereich, das sogenannte Rauschen, das beispielsweise durch aus Druckluftleitungen austretende Luft verursacht wird, wird ebenfalls beseitigt durch Verarbeitung der ankommenden, reflektierten Signale, der Echosignale, in besonderer Weise im Daten-Prozessor der Maschine.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert/ in der

Figuren 1 und 2 in Draufsicht und in Seitenansicht ein Industrie-Fahrzeug zeigen, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist.

Figuren 3 und 4 zeigen in Diagrammform zwei verschiedene Gruppen von Impulsen, von denen jede eine entsprechende Maschine identifiziert.

Figur 5 zeigt in Form eines Blockdiagramms eine beispielsweise Einrichtung oder Schaltungsanordnung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt wird.

In den Figuren 1 und 2 sind nur die Hauptteile eines Industrie-Fahrzeuges, z.B. eines Gabelstaplers 10, dargestellt. Das dargestellte Fahrzeug 10 hat eine Hubanordnung 16 mit zwei Hubarmen 12, 14. Die Hubanordnung 16 ist einstellbar verbunden mit einer Steuer- und Betätigungseinheit 18, die ein nicht gezeigtes Steuersystem enthält. An der Einheit 18 sind zwei Sender 20, 22 und ein Empfänger 24 angeordnet. Die Sender 20, 22 liegen so, daß ihre Abtastbereiche 26, 28 einander teilweise überlappen. Die Figuren 1 und 2 zeigen ferner fünf Wagen-Räder 30, 32, 34, 36 und 38, von denen eines, das Antriebsrad 36 größer ist als die anderen und in der Mitte angeordnet ist.

In den Diagrammen der Figuren 3 und 4 hat jede der Impulsgruppen drei Impulse p1, p2, p3 und p1', p2' und p3', wobei jedoch betont wird, daß die Anzahl der Impulse nach Wunsch variiert werden kann. Die Gesamtzeit für jede Impulsgruppe, die vom Wagen 10 gesendet wird, ist mit t bezeichnet und der Abstand zwischen den Impulsen in entsprechenden Gruppen ist entsprechend mit a und b bezeichnet. Jedem Wagen 10 ist somit eine besondere Impulsgruppe mit gegebenem Muster zugeordnet, die den betreffenden Wagen identifiziert, wobei diese Impulsgruppe kontinuierlich gesendet wird. Der nicht gezeigte Daten-Prozessor des Wagens 10 ist in bekannter Weise programmiert, so daß die Geschwindigkeit, mit der der Wagen fährt, langsamer wird mit sich verkürzenden Abständen zu einem Hindernis, das im Weg des Wagens liegt. Der Wagen 10 ist so programmiert, daß er vollständig anhält, wenn er sich in einem gegebenen Abstand vom Hindernis befindet und er wird wieder gestartet, wenn das Hindernis entfernt ist. Wenn der Empfang oder die interne Übertragung der Impulsgruppen im Wagen aufhören sollte oder außer Funktion qerät,

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werden durch eine Sicherheitsschaltung die Bremsen des Wagens betätigt. Dasselbe tritt ein,, wenn ein Hindernis sich auf den Wagen zu bewegt mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die des Wagens 10. Echos von entfernten Wänden etc. können ignoriert werden, da die reflektierenden Impulse dann in eine nachfolgende Impulsgruppe fallen.

Wie in Figur 5 gezeigt ist, wird das Eingangssignal gemischt mit dem Ausgangssignal in jedem von zwei Signalverarbeitungskanälen 40, 42. Die Phase des Ausgangssignals in dem einen Kanal 42 ist um etwa 90° verschoben. Die Eingangs- und Ausgangssignale werden in zwei Multiplieren 44, 46 gemischt. Die beiden phasenabhängigen Signale werden gefiltert, mit Bezug auf die gesendete Impulslänge, in entsprechenden Tiefpaßfiltern 48, 50, und sie werden dann an ein Addiergerät 52 gelegt/ in welchem sie gleichgerichtet und zusammengefaßt werden.

Hierbei gilt:

f ist das Eingangssignal = Uⁱⁿ = A sintOZL

d und e sind Bezugssignale mit derselben Frequenz wie bei dem gesendeten Impuls mit der . Phasen-Lage LO_Ct unduj £ + 90 °, und

g ist das resultierende Signal U

WennCO_c = u? ist, so ist dieses letztere Signal nur proportional zu A und unabhängig von CO nach der folgenden Analyse, in der das Bezugssignal den Wert B sin (cuL-ίΦ) , erhalten hat, worin ψ die Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal und dem ankommenden Signal ist, wobei der Wert

von ψ vom Abstand von der Echo-Quelle abhängig wird.

Das Ausgangssignal vom Multiplier 44 (Kanal 40) wird

1/2 AB C cos (l«it-tot ₊ ψ) + cos(2<U?Ä+<P) 7 WennCc^. =CO ist, erhält man

1/2 AB /"cos ^ + cos(2a?£ + <£ )7 und nach der Verarbeitung im Tiefpaßfilter 48 mit Bezug auf die gesendete Impulslänge 1/2 AB cos ψ. Wenn das Signal im Kanal 42, der den Multiplier 46 und das Tiefpaßfilter 50 umfaßt, um 90° phasenverschoben ist bezüglich des Signals im Kanal 40, erhält man 1/2 AB sin ψ . Diese beiden Signale werden quadriert und addiert und dann aus dem Ergebnis die Wurzel gezogen, wodurch sich ergibt 1/2 AB ysin²^ + cos² ψ , d.h. 1/2 AB, wobei der Ausdruck in der Quadratwurzel gleich eins ist. Als Endresultat ergibt sich damit, daß die Amplitude des ankommenden Signals verglichen werden kann mit einem gegebenen Schwellenwert und wenn dieser Wert überschritten wird, wird eine Information an den Daten-Prozessor gesendet, nämlich daß ein Signal empfangen worden ist, das dieselbe Frequenz und wenigstens dieselbe Impulslänge wie die Signale der Ausgangs-Impulsgruppe hat.

Es ist in der Praxis möglich, ein zufriedenstellendes Ergebnis mit einem einfacheren System zu erhalten. Wenn die Signale von den Tiefpaßfiltern nur halbwellig gleichgerichtet und addiert werden, erhält man:

g = 1/2 AB (/cosy?J + /sinpf ), d.h. etwa KA, worin die Summe der Ausdrücke innerhalb der Klammer nur zwischen und 1,4 variiert, unabhängig vom Wert von ψ .

Der Verstärkungsfaktor ist zeitabhängig, d.h. er nimmt zu mit der Zeit von dem Augenblick der Aussendung eines Impulses, so daß ein schwächeres Signal, z.B. ein Echo von einer weiten Entfernung, in höherem Maße verstärkt

wird als ein ticho aus einer kürzeren linLloruuny.

Der Verstärkungsfaktor wird ferner logarithmisch gewählt, so daß die Dynamik des Signals gehandhabt werden kann, d.h. ein stärkeres Signal wird proportional schwächer verstärkt als ein schwächeres Signal.

BAD ORIGINAL

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Claims

Aktiebolaget Bygg Patentansprüche

1. Verfahren zur Feststellung von Hindernissen, z.B. Menschen, beim Betrieb ferngesteuerter Maschinen, z.B. Industrie-Wagen oder Industrie-Robotern, die mit einem Daten-Steuersystem sowie Sendern und Empfängern für Ultraschallwellen versehen sind, dadurch gekennz eichnet, daß Ultraschallimpulse (p1, p2, p3 oder p1', p2', p3') in Gruppen kontinuierlich von den Sendern (20, 22) in vorgegebenen Mustern als Impulsgruppen-Ausgangssignale gesendet werden, und daß nur ein Eingangssignal, das ein Impulsmuster hat, das dem vorgegebenen Muster für entsprechende Impulsgruppen entspricht, vom Empfänger (24) empfangen und vom Daten-Prozessor ausgewertet wird, um das Fahrzeug (10) zu steuern und zu handhaben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung dieses Signals das Eingangssignal gemischt wird mit Bezugssignalen derselben Frequenz wie im Ausgangssignal in jedem von zwei Signalkanälen (40, 42), und daß das Bezugssignal im einen Kanal (42) zuerst um 90° relativ zum Bezugssignal im anderen Kanal (40) phasenverschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten Signale gefiltert werden in entsprechenden Kanälen und dann addiert werden, so daß das resultierende Signal proportioanl zur Amplitude des Eingangssignals ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Filtern die gemischten Signale quadriert und addiert werden, worauf die Quadratwurzel aus dem resultierenden Signal gezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten Signale nach dem Filtern halbwellig gleichgerichtet und addiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Eingangssignal proportional zur Entfernung zwischen dem Empfänger (24) und einer Echo-Quelle verstärkt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Signal umgekehrt proportional zu seiner Amplitude verstärkt wird.