CH643668A5

CH643668A5 - Selbststeuerndes fahrzeug.

Info

Publication number: CH643668A5
Application number: CH88080A
Authority: CH
Inventors: Sten Hugo Nils Ahlbom
Original assignee: Volvo Ab
Priority date: 1979-02-05
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1984-06-15
Also published as: IT8047793A1; GB2042217A; FR2447842A1; GB2042217B; US4816998A; DE3003287A1; IT8047793A0; IT1167606B; ES488248A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein selbststeuerndes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Fahrzeug dieser Art ist beispielsweise ein selbststeuernder Gabelstapler oder ein anderweitiges Transportmittel, bei dem das Fahrzeug entlang einem vorbestimmten Weg bewegt werden soll, welcher nicht leitschienengebunden ist.

Leitschienengebundene Fahrzeuge sind bereits seit langem bekannt. Zuzüglich zu schienengebundenen Fahrzeugen kann die allgemeine Kategorie der leitschienengebundenen Fahrzeuge ebenso Fahrzeuge umfassen, die ohne mechanisch gezwungen, den Weg zu folgen, so gestaltet sind, dass das Fahrzeug dadurch einen bestimmten Weg folgt, wobei eine Markierung auf dem Boden erfasst und ausgewertet wird. Eine Art einer derartigen Markierung, welche bereits in die Böden industrieller Gebäude eingebaut ist, besteht aus einer in den Boden verlegten Schleife, die eine elektromagnetische Strahlung abgibt. Im Fahrzeug befindet sich ein Übertrager, der die Lage des Fahrzeuges relativ zum «Bahnverlauf» feststellt und die Bewegung in Ausrichtung mit dem bestimmten «Bahnverlauf» steuert.

Ein Beispiel einer Weiterentwicklung eines derartigen «leitschienengebundenen» Fahrzeuges bei breitester Auslegung dieses Begriffes, ist in der schwedischen Patentanmeldung 7709222-9 beschrieben, welche insbesondere das Problem des Folgens einer Kurve betrifft. Da diese Art von Fahrzeugen normalerweise vier Räder hat, ist es nicht unbedingt offensichtlich, welche Verfahrensweise für die Steuerung des Fahrzeuges die beste ist, damit ein optimales Folgen einer Kurve erzielt wird. Entsprechend der Beschreibung der vorgenannten schwedischen Patantanmeldung wird das Problem dadurch gelöst, indem die Räder in jedem Paar von Rädern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten angetrieben werden. Andere Lösungen, welche im Prinzip einfacher sind, sehen vor, dass in Bewegungsrichtung vor den Rädern Sensoren angeordnet sind, die den Bahnverlauf abtasten. Solch eine Lösung ist in der US-PS 3 757 887 beschrieben.

Eine andere Konstruktion im Zusammenhang mit einem Gabelstapler, welcher Lasten automatisch aufnehmen und entladen kann, ist in der schwedischen Patentanmeldung 7708916-7 beschrieben. Der Sensor ist in diesem Fall mittig unter dem Fahrzeug angeordnet. Die Beschreibung in dieser Anmeldung zeigt, dass der Gabelstapler mit einem Odometer (Wegmesser) zum Messen der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke ausgerichtet ist.

Die praktischen Erfahrungen beim Betrieb von Fahrzeugen wie Gabelstaplern und andere Arten von Flurfödermit-teln, die dem Verlauf einer elektrischen Schlaufe folgen, sind recht positiv. Es war möglich, sehr hochentwickelte Systeme zu konstruieren, um Zeit und Arbeit zu sparen. Es ist jedoch

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nur natürlich, dass diese Systeme bis jetzt dort verwendet wurden, wo entsprechend geeignete Bedingungen herrschten, d.h. wo elektrische Drähte leicht verlegt werden konnten und wo betriebsmässige Arbeiten und Aufgaben selten geändert wurden. Derartige Bedingungen herrschen jedoch nicht immer. In vielen Fällen ist es sowohl schwierig als auch teuer, Leitkabel zu verlegen. Oft besteht auch das Erfordernis für ein flexibles System oder für sehr unterschiedlich programmierte Bewegungen der Fahrzeuge, welche ein sehr umfangreiches System von Schlaufen erforderlich machen würden. Ein derartiges kompliziertes System würde sich jedoch wegen viel Informationen und viel Signalen unter Umständen störend selbst beeinflussen.

Es ist daher Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug zu entwickeln, bei dem diese Nachteile im wesentlichen eliminiert sind. In diesem Sinne besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Leitschienenbindung im weitesten Sinne zu eliminieren und das Fahrzeug zu veranlassen, einem vorbestimmten Weg zu folgen, der als Information in irgendeiner Form dem Fahrzeug selbst innewohnt. Daher sollte ein selbst-steuerendes Fahrzeug entsprechend der Erfindung durch «Kopplung» funktionieren, indem die Steuerung eine Kombination von Daten hinsichtlich der zurückgelegten Wegstrecke und der Richtung verwendet.

Dies schliesst jedoch nicht die Notwendigkeit aus, die tatsächliche Lage des Fahrzeuges von Zeit zu Zeit zu überprüfen. Dies kann nach einem der bekannten Verfahren erfolgen. Man kann nicht eine perfekte Präzision erwarten, wenn die Steuerung ungekoppelt erfolgt; es ist vielmehr eine periodische «Feststellung» erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das Funktionsprinzip des Fahrzeuges ist nachstehend beispielsweise beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen Gabelstapler der verwendeten Art,

Fig. 2 ein dreirädriges selbststeuerndes Fahrzeug, teilweise als Flussplan, welches entsprechend der Erfindung funktioniert,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform,

Fig. 4 eine weitere abgeänderte Ausführungsform, bei der die Bewegung des Fahrzeuges mit einem steuerbaren Rad gemessen wird, welches mit einer Winkelmesseinrichtung versehen ist, und

Fig. 5 ein Diagramm hinsichtlich der Art der Verwendung des gesteuerten Rades entsprechend Fig. 4 zur Bestimmung der Kurvenbewegung des Fahrzeuges und des zurückgelegten Abstandes.

Bevor jedoch auf die zeichnerische Darstellung eingetreten wird, soll das Fahrzeug allgemein vorgestellt werden.

Das Fahrzeug, welches Steuerräder und Antriebsräder hat, ist beispielsweise mit zwei frei drehenden Rädern versehen, die auf dem Boden rollen und vorzugsweise in Achsen gelagert sind, die miteinander fluchtend im Abstand und seitlich am Fahrzeug angeordnet sind. Diese auch als Messräder gestaltbaren Räder, die keine Tragfunktion haben müssen, sind jeweils mit einer Einrichtung zum Messen der Rollstrecke versehen. Wenn das Fahrzeug geradeaus rollt (der einfachste Fall), sind die gemessenen zurückgelegten Wegstrek-ken der Räder dieselben. Wenn sich das Fahrzeug jedoch auf einem gekrümmten Weg bewegt, werden die gemessenen Streckenwerte unterschiedlich sein. Es ist möglich, die tatsächliche Lage des Fahrzeuges anhand dieser Werte zu bestimmen, wenn die Werte kontinuierlich erfasst und gespeichert werden. In der Praxis werden die Wegstrecken in ziemlich kurzen, vorbestimmten Intervallen gemessen. Diese Intervalle sind ausreichend kurz, so dass die zurückgelegte Wegstrecke während jedes Intervalls angenähert genau ein Bogen eines Kreises sein kann. Die Messung entspricht dann im Prinzip der Beschreibung der zurückgelegten Wegstrecke, bestimmt durch die Summierung von Bogenabschnitten, mit sich veränderndem Krümmungsradius, wodurch die Lage zu 5 jedem Zeitpunkt berechnet werden kann. Es ist ebenso möglich, die Abstandsmessung auf andere Weise als über zwei nicht geführte Räder vorzunehmen. Jedoch wird dies später aufgegriffen. Zuerst wird die Funktion der beschriebenen Ausführungsform diskutiert.

10 Wenn angenommen wird, dass während der Bewegung entlang eines Bogenabschnitts eines Kreises das Messen am linken Rad des Fahrzeuges eine Rollstrecke von Axv und am rechten Rad eine Strecke von Axh ergeben hat, und dass der Abstand zwischen den Rädern a ist, dann kann durch elemen-15 tare geometrische Verhältnisse demonstriert werden, dass die Länge des zurückgelegten Bogenabschnitts mit dem Radius r und dem zurückgelegten Winkel a vom Zentrum der Krümmung beträgt:

ra =

Axh + Axv

(1)

25 während der Krümmungsradius sich aus der Gleichung:

3 Ax, + Ax „ _ a h v

2 '

(2)

Ax. - Ax n v ergibt.

Es gibt mehrere praktikable Verfahren zum Steuern des Fahrzeuges entlang einem bestimmten Bahnverlauf. Dank der 35 Tatsache, dass die Koordinaten des Fahrzeuges in einem Koordinatensystem bekannt sind, kann die Lage und die Richtung in jedem anderen Koordinatensystem bestimmt werden, wenn eine entsprechende Transformation erfolgt. Ein einfaches Steuerprinzip könnte auf einen Punkt ausgerichtet 40 sein, welcher in Relation zu den fahrzeugeigenen Koordinaten fest ist und in Bewegungsrichtung vor dem Fahrzeug angeordnet ist. Gemäss diesem einfachen Steuerprinzip wird die Abweichung des Punktes von einem Leitbahnverlauf in festem Verhältnis zum zweidimensionalen Abstand der 45 Bodenebene berechnet. Somit kann der Abstand zwischen dem Punkt und dem Leitbahnverlauf bzw. dem Bezugsbahnverlauf die Winkellage des Steuerrades bestimmen. Dieses Steuerprinzip ist bei Vorrichtungen mit im Boden verlegten Drähten bekannt. Die Steueraufgabe kann dann ganz einfach 50 sein und der Winkel des das Fahrzeug steuernden Rades kann direkt proportional zur bestimmten Abweichung zwischen dem Fahrzeug-festen Punkt und dem Bahnverlauf gemacht werden, dem gefolgt werden soll.

Entsprechend einem bevorzugten Steuerverfahren ist es 55 jedoch zweckmässig, die von den beiden Messrädern gemessenen Werte und insbesondere die Information hinsichtlich der Winkelstellung oder Lage des Fahrzeuges relativ zum Soll-Bahnverlauf zu verwenden. Wenn die Lage des Fahrzeugs zu Beginn eines kurzen Messintervalls, bei dem die 60 Bewegung nahezu auf einem Kreisbogenabschnitt erfolgt, ®i ist, und der entsprechende Wert am Ende des Messintervalls $2 ist, und wenn der Abstand zwischen dem Soll-Bahnverlauf und dem Mittelpunkt zwischen den Messrädern zum Beginn des Intervalls si und am Ende des Intervalls S2 ist, und wenn 65 der Soll-Bahnverlauf hinsichtlich des Radius einem Basiswert für den Steuerradwinkel von 8g am Ende des Intervalls entspricht, kann ein neuer, geeigneter Wert 8 für den Steuerradwinkel durch folgende Gleichung bezeichnet werden:

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$2 ~ 4*i s2 ~ ' ó = a *<j)9 + b + c • s_ + d

At ^ At

+ <î>2 e ^

'e = 1 wenn s2 und <f>2 haben dasselbe Vorzeichen

0 andererseits dabei sind a, b, c, d, e und f Konstanten in der Steuergleichung, At ist die Länge des Zeitintervalls und Oa der tatsächliche Wert des Steuerradwinkels.

Wenn die Konstanten dieser Steuergleichung auf geeignete Weise gewählt und eingestellt sind, erfolgt ein stabiles und gleichmässiges Folgen von normal auftretenden Bahnverläufen.

Normalerweise bildet der Soll-Bahnverlauf eine Reihe von sequentiellen Segmenten, bestehend aus geraden Linien und kreisförmigen Bogenabschnitten, denen von dem selbststeuernden Fahrzeug gefolgt wird. Die sukzessive durch die Messräder zugeführten Informationen ermöglichen es dem Fahrzeug, von selbst dem Bahnverlauf zu folgen. Wenn der zurückzulegende Weg geschlossen ist, ist es sinnvoll, dass ein Teil des Weges, vorzugsweise ein gerader Abschnitt, mit einer Markierung im Boden versehen ist (in herkömmlicher Art), um die Koordinaten festzulegen oder auf den neuesten Stand zu bringen.

Wenn der Weg bestimmt wird, ist es ratsam, insbesondere bei relativ kleinen Krümmungsradien, dafür zu sorgen, dass der Weg nicht direkt beispielsweise von einem geraden Abschnitt in einen bestimmten Krümmungsradius übergeht, und zwar wegen der plötzlichen seitlichen Beschleunigung, die durch einen solchen Wechsel auftreten würde. Daraus resultiert eine erhebliche Beanspruchung des Fahrzeuges und der von diesem getragenen Last. Ein entsprechendes Problem begegnet auch den Schienenfahrzeugkonstrukteuren. Die dabei gemachten Erkenntnisse können auch auf die sogenannten Leitbahn-ungebundenen Fahrzeuge übertragen werden. Eine sogenannte Überführungskurve wird verwendet, bei der die Ableitung der Krümmung konstant ist. Die Lösung dieses Problems in einem rechtwinkligen Cartesischen Koordinatensystem ist eine Differentialgleichung dritten Grades. Siehe hierzu den Artikel «Krümmungsverhältnisse der Eisenbahnen» in Lueger: «Lexikon der gesamten Technik», 2. Ausgabe (1904).

Beim nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das selbststeuernde Fahrzeug ein Gabelstapler mit zwei Messrädern und einem Steuerrad, welches im Prinzip als drittes, einzelnes Steuerrad funktioniert, aber aus zwei Rädern zusammengesetzt ist, die über eine Verbindungsstange miteinander verbunden sind. Beide Räder sind Antriebsräder, die mittels einei1 Steueranordnung verschwenkbar sind. Infolge der Tatsache, dass zwei Steuerräder vorgesehen sind, ist es daher sinnvoll, die durchzuführenden Berechnungen anhand eines theoretischen Steuerwinkels eines imaginären Einzelrades mit derselben Anordnung am Fahrzeug anstelle der tatsächlichen Steuerwinkel von zwei Rädern vorzunehmen. Da jeder derartige theoretische Steuerwinkel einer tatsächlich aufgezeichneten Steuerwinkelstellung entspricht, ist es sinnvoll, eine einfache variable Transformation vorzunehmen, welche beispielsweise mittels einer in den Steuercomputer eingegebenen Funktionstabelle durchgeführt wird, die jedoch durch einen einfachen mechanischen Nomographen oder durch ein anderes ähnliches Verfahren bewerkstelligt werden kann.

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Es sei festgestellt, dass es nicht notwendig ist, die Messräder als Stützräder auszubilden. Sie können vollständig unab-15 hängig freie Räder sein. Ausserdem ist es nicht notwendig, dass sie miteinander fluchtende Drehachsen haben. Sie können in Relation zur primären Vorwärtsbewegungsrichtung des Fahrzeuges gestaffelt angeordnet sein. Es ist tatsächlich sogar unnötig, die Achsen der Messräder parallel anzuordnen, 20 wenn sie so angeordnet sind, dass eine Bewegung parallel zur jeweiligen Achse ohne eine Drehung in einem Schlupf resultiert. Es kann dann sinnvoll sein, die Umfänge der Räder mit Reifen o.dgl. zu versehen, deren Achsen in der lokalen Richtung des Umfanges orientiert sind, um einen derartigen 23 Schlupf zu erleichtern. Ein Messrad, welches in einer Richtung schlüpft und in einer Richtung senkrecht dazu dreht, ist als Planimeter bekannt.

Ein anderes Verfahren zum Messen eines zurückgelegten Weges in zwei Dimensionen besteht in der Anordnung einer 30 «Kugel» in einer Sitzfläche, welche mit Rollen versehen ist, gegen die die Kugel rollt, wenn das Fahrzeug sich bewegt, und zwar so weit wie möglich ohne Schlupf gegen die Rollen. Wenn ein Messrad angeordnet ist, welches ohne Schlupf alle Bewegungen entlang zwei grossen Kreisen zur Sitzfläche der 35 Kugel misst, können Bewegungswerte in zwei verschiedenen Richtungen erhalten werden. Wenn diese grossen Kreise senkrecht zueinander ausgerichtet sind, kann die Bewegung entlang einer x- und einer y-Koordinate registriert werden, die senkrecht zueinander angeordnet sind.

40 Ein weiteres Verfahren gemäss dem der Bahnverlauf der zurückgelegten Wegstrecke des Fahrzeuges eingehalten wird, sieht vor, anstatt zwei feste Messräder ein einzelnes, frei verschwenkbares Rad zu verwenden, für das die Abrollstrecke ebenso wie die Winkelstellung jederzeit gemessen wird. Aus 45 der vorstehenden Diskussion wird klar, dass die dadurch erzielten gemessenen Werte auf ziemlich analoge Weise verarbeitet werden können.

Nun zur Zeichnung:

Fig. 1 zeigt einen Gabelstapler der herkömmlichen Art, 50 welcher nicht im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Im Prinzip funktioniert das Fahrzeug als dreirädriges Fahrzeug, obwohl das Steuerrad 1 tatsächlich aus zwei Rädern bestehen kann, die dicht nebeneinander angeordnet und durch eine Verbindungsstange miteinander verbunden sind. 55 Zwei parallel zueinander angeordnete, nicht angetriebene Räder 2,3 mit dicken Gummireifen tragen das Fahrzeug zusammen mit dem Steuerrad 1.

Die Räder 2 und 3 sind mit gezahnten Rändern versehen, die in dieser Figur nicht sichtbar sind. Diese gezahnten Rän-60 der werden durch einen Sensor 4 abgetastet. Es ist ebenso aus der Fig. 1 ersichtlich, dass das Steuerrad 1 über eine Lenkeinrichtung gesteuert wird, welche aus einem Zahnrad 5 und aus einem Lenkmotor 6 besteht, welcher auf das Zahnrad 5 einwirkt.

65 Die gesamte Steueranordnung ist deutlicher ersichtlich schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellten Räder 2 und 3 sind mit Zahnkränzen 20 und 30 versehen, die sich zusammen mit den Rädern drehen. Jedem Zahnkranz 20

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und 30 ist ein Sensor 4 zugeordnet, welcher am Fahrzeug befestigt ist. In diesem Fall handelt es sich um einen magnetischen Sensor. Optische Sensoren können natürlich ebenso verwendet werden. Von den Sensoren ausgehende Signale entsprechend der Richtung und dem Bewegungsabstand gelangen über ein Paar von Leitungen 40 bzw. 41 zu einem Zählmechanismus für das rechte bzw. das linke Rad. Die Zählmechanismen sind in einer zentralen Einheit 8 angeordnet und mit Bezugszeichen 9 und 10 versehen. Eine Computereinheit 11 vollzieht Berechnungen entsprechend den zuvor genannten Gleichungen (1), (2) und (3) und bestimmt mit Hilfe eines Rechenprogramms den einzustellenden Steuerradwinkel. Die in der Computereinheit digital verarbeitete Information wird in einem D/A-Wandler 12 in einen Analogwert umgewandelt und über eine Leitung 80 zu einem Gleich-stromservo 14 (DC-Servo) geleitet, um einen Motor 6, welcher das Steuerrad 1 in die geeignete Wickelstellung bringt, mit Strom versorgt. Das Rad 1 wird ebenso mit einer Antriebsenergie versorgt, um das Fahrzeug vorwärtszubewegen (in der Figur nicht dargestellt).

Die tatsächliche Winkelstellung des Steuerrades 1 wird mittels eines Digitalsensors 7 erfasst, der von derselben Art sein kann, wie der für die Messräder verwendete Sensor.

Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung kann wie folgt beschrieben werden. Wenn das Fahrzeug sich bewegt, drehen sich die Vorderräder. Bei dieser Drehung der Räder erzeugt jeder Sensor 4 eine Impulskette, die die Richtung und die Grösse der Bewegung anzeigt. Die Impulskette wird zu einem 8-bit-Zähler 9 oder 10 geleitet, welcher für die Vorwärtsbewegung aufzählt und für die Rückwärtsbewegung zurückzählt.

Mit ihren 8 bits decken die Zähler den Bereich von 0 bis 255 ganzen Zahlen ab (Dezimal). Wenn so das Fahrzeug sich nach vorne bewegt, ergibt sich ein Überfluss, wenn der Zähler die ganze Zahl 255 überschreitet. Der Zähler beginnt dann wieder bei 0. Ein entsprechender Vorgang erfolgt bei der Rückwärtsbewegung: Wenn der Zähler die Zahl 0 erreicht, beginnt der Lesevorgang wieder mit 255, wenn die Bewegung nach rückwärts fortgesetzt wird.

Die Zähler sind mittels eines 8-bit-Paralleleingangs (pro Zähler) oder auf eine andere geeignete Weise mit dem Computer gekoppelt. Mit Hilfe des aufeinanderfolgenden Abiesens kann der Computer dann die Bewegungen der Räder bestimmen.

Die Schwäche dieses Systems besteht darin, dass der Computer nicht mit Sicherheit feststellen kann, in welche Richtung das Rad gedreht wurde. Beispielsweise angenommen, dass ein Zähler bei einer Ablesung den Wert 0 hat. Bei der nächsten Ablesung hat er den Wert 100. In diesem Fall hat sich das Rad vorwärtsbewegt, so dass der Zähler 0,1,2, ... 99,100 gezählt hat. Oder aber der Zähler hat bei der Rückwärtsbewegung 0,255,254,... 101,100 gezählt. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass man beim Computer eine Lesefrequenz und ein Auflösungsvermögen der Zählerlesungen hat, so dass der Computer immer die richtige Wahl trifft, wenn zwischen den beiden möglichen Fällen gewählt werden muss. Eine verwendete Lösung bei dem in Frage stehenden Fall besteht darin, die Ablesungen derart frequent zu machen, dass man mit Sicherheit weiss, dass das Rad sich nicht mehr als die Hälfte des ganzzahligen Bereiches des entsprechenden Zählers bewegt hat. Das folgende Rechenverfahren wurde verwendet:

xi = Zähl wert bei der Ablesung 1 X2 = Zählwert bei der Ablesung 2 Ax = Radbewegung (pos vorwärts, neg rückwärts)

wenn xi — xi > 0 | X2 — xi | > 128 dann ist

Ax = X2 — xi — 256

|x2-xi | < 128 dann ist Ax = xî-xi wenn X2-X1 < 0 | X2-X1 | > 128 dann ist Ax = + (X2 - xi + 256)

| X2 —xi | < 128 dann ist Ax = X2 —xi

Nachfolgend erfolgt eine kurze Beschreibung des Programms zum Berechnen des Steuerradwinkels vom Vorder-radzähler-data.

Anfang:

(Di = 0 si = 0 Axh = 0 Axv = 0

8g = arctan (d/R)

At = 0

Schleife:

Lesen Radzähler und Takt speichere Axh, Axv, At rechne K = (Axh + Axv)/2 rechne a = (Axh - Axv)/a rechne ß = K/R

wenn K > das eingestellte Rechnungsintervall :

rechne O2 = Oi + a — ß

rechne S2 = si + K(Oi/2 + $2/2)

rechne O2 = (O2 - ®i)/At rechne S2 (s2 - si)/At rechne 8 = ...

Einstellen:

Ol = $2

Sl = S2

a = 0 ß = 0 Axh = 0 Axv = 0 At = 0 Endschleife.

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist es wünschenswert, dass der Sensor 4 sowohl die Zahl der Zähne auf den Zahnkränzen 20 und 30 als auch die Richtung anzeigen kann, in die sich die Messräder drehen. Sensoren mit einer derartigen Funktion sind bekannt, bei der zwei Sensorkomponenten vorgesehen sind, die die Zähne mit einer bestimmten Phasenverschiebung erfassen, so dass die Richtung unmittelbar erhältlich ist. Beim beschriebenen Beispiel wurde ein im Handel erhältlicher Sensor namens Airpax 14-0002 verwendet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, bei dem anstatt der Verwendung der Konstruktion mit zwei nicht gesteuerten Stützrädern und einem Steuerrad, der Antrieb und der Lenkvorgang gleichzeitig über zwei Räder 103 und 104 erfolgt, von denen jedes einzeln von einem Motor 105 bzw. 106 angetrieben wird. Die beiden Räder dienen zur selben Zeit zum Messen der Räder und sind mit Zahnkränzen und Sensoren entsprechend dem vorbeschriebenen Beispiel versehen. Bei dem Fahrzeug 100 sind an den Enden zwei Räder 101,102 angeordnet, die sich frei drehen und frei gesteuert sind. Dieses Beispiel dient in erster Linie der Demonstration dahingehend, dass die Erfindung ebenso dort anwendbar ist, wo die Lenkung durch einen Differentialantrieb von zwei Rädern auf collinearen Achsen erfolgt. In vielen Fällen kann es jedoch ratsam sein, das Messen und Antreiben über getrennte Räder vorzunehmen, um die Gefahr von Fehlern durch Schlüpfen des Antriebsrades zu vermeiden.

Die Computerfunktion beim Beispiel gemäss Fig. 3 ist nahezu analog zu der des voranbeschriebenen Beispiels, in dem die Kopplung durch Abfragezähler einer Computereinheit 107 erfolgt, die an die Messräder gekuppelt sind. Für diesen speziellen Fall muss die Lenkung durch eine Differentialsteuerung der Motoren 105 und 106 erfolgen, was eine Diffe-

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rentialeinheit 108 erfordert, die zwei Ausgangssignale erzeugt, eines für jeweils eine Motorantriebseinheit 109,110. Eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges erfolgt durch eine differenzierte Versorgung der beiden Motoren. Wenn die Motoren dieselbe Versorgung, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen erhalten, wird sich das Fahrzeug 100 um einen Punkt drehen, welcher auf halbem Weg zwischen den Rädern 103 und 104 liegt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein sich drehendes Messrad 2' verwendet wird, welches mit einer Winkelmesseinrichtung 30' versehen ist. Über den vorgenannten Beispielen ist das Messrad mit einem Zahnkranz 20' und einer entsprechenden Messeinrichtung für die Rollstrecke versehen. Die Prozessoreinheit 8' weist eine Winkelmesseinheit 10' und einen Radzähler 9' auf. Die Funktion der Computeroder Recheneinheit 11' ist natürlich ein wenig unterschiedlich, was unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert wird.

Fig. 5 zeigt schematisch die Art und Weise, wie die Messung durchgeführt wird. Aus dem dargestellten Schema für das Computerprogramm ergibt es sich, dass es ausreichend ist, wenn anstatt von Axh und Axv die Werte K, a und ß verwendet werden, die aus zwei gemessenen Werten berechnet werden können. Diese beiden gemessenen Werte erhält man vom Messrad 2'. Es handelt sich dabei um die Rollstrecke ASm und den Winkel y entsprechend der Fig. 5 während der Zeitperiode At.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass das Rad 2' mit der Hauptachse des Fahrzeuges einen Winkel y bildet. Damit das gleiche Rechensystem für beide Radmessungen verwendet werden kann, muss nun eine Transformation der Koordinaten verwendet werden, so dass die mit den Werten ASM und y während der Zeit At registrierte Verschiebung mit der Komponente K für die Vorwärtsverschiebung des Fahrzeuges verwendet werden kann, wobei ß den Drehwinkel um das Drehzentrum 0 und a den Drehwinkel um den festen Mittelpunkt P des Fahrzeuges zwischen den Rädern darstellt. Aus Fig. 5 sind folgende Relationen ersichtlich:

K ASm cos y

AS AS., sin y

B= —s = L

R'

ASm sin(y+v)

Es ist ersichtlich, dass , b und v konstant sind und lediglich von der Anordnung des Rades 2' im Verhältnis zu den Rädern 2 und 3 abhängen. Weiterhin ist ersichtlich, dass die vorgenannten Gleichungen nur auf ein drehbares Rad anwendbar sind. Der Fachmann versteht, dass das Rad 2' in der Praxis im Fahrzeug eine Drehachse haben muss, die sich nicht mit Achse des Rades schneidet, da sonst das Rad 2'

nicht der Bewegung folgen würde. Weiterhin ist es dem Fachmann klar, dass die vorgenannten Kalkulationen ein wenig komplizierter sind, da der Abstand zwischen der Drehachse des Rades und seiner Drehachse berücksichtigt werden muss.

Die wichtigsten Eigenschaften der Erfindung liegen in der Tatsache, dass periodisch bestimmt wird, wie das Fahrzeug tatsächlich seine Lage und Stellung verändert hat, wodurch das Lenken des Fahrzeuges bewirkt werden kann. Daher sollte der dargestellte Mechanismus nicht als ausschliessliche Möglichkeit im Rahmen der Erfindung betrachtet werden, da eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Lenkeinrichtungen und Messeinrichtungen bei einem Fahrzeug verwendet werden können, das die Grundeigenschaften gemäss der Erfindung beinhaltet.

Bei dem zuerst genannten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen den Rädern 2 und 3 1,129 m und der Abstand zwischen einer Verbindungslinie zwischen den beiden Rädern und dem Steuerrad 1 1,435 m. Durch Simulieren in einem Analogcomputer wurden geeignete Konstanten für die Steuergleichung (3) bestimmt. Die bestimmten Konstanten waren a = 2,4, b = 0,7, c = 1,4, d = 0,6, e = 1,0 und f = 0,6, ausgedrückt in rationellen metrischen Einheiten.

Untersuchungen haben ergeben, dass mit der Erfindung eine praktisch ausreichende Lenkgenauigkeit erzielt wird. Die Erprobung erfolgte über einen geschlossenen Weg mit einer Vielzahl von Kurven über eine Gesamtlänge von ungefähr 100 m. Eine Markierungslinie wurde an einem Ort des Weges gezogen. Während jeder Überlappung wurde eine Untersuchung vorgenommen und der Computer entsprechend auf den neuesten Stand gebracht. Der Positionsfehler des Fahrzeuges, welcher durch Kopplung errechnet wurde, betrug höchstens ungefähr 30 cm, trotz der grossen Länge der Strecke auf dem Boden eines Industriebetriebes, welcher nicht als ideal bezeichnet werden konnte.

Infolge der Tatsache, dass die vorliegende Erfindung nicht nur die Bewegung des Fahrzeuges, sondern auch seine Stellung berücksichtigt, folgen derartige Fahrzeuge nur schwierig einem schienenähnlichen Verlauf. Es ist daher wesentlich, dass man den Unterschied zwischen dem Folgen einer vorbestimmten Bahn, bestimmt als bestimmtes Data wie die Räder ihre Kurven nehmen, und dem Folgen eines vorbestimmten Verlaufes versteht, was bedeutet, dass ein bestimmter fester Punkt eines Fahrzeuges einer bestimmten zweidimensionalen Kurve folgt. Das Folgen einer Bahn gibt weniger Freiheitsgrade als das Folgen einem Verlauf, wenn man von der vorgenannten Definition ausgeht.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Selbststeuerndes Fahrzeug mit gesteuerten und angetriebenen Rädern (1-3, 103, 104), einem Motor (105,106) zum Antreiben der angetriebenen Räder und einer Einrichtung (6-8) zum Steuern der Steuerräder und mit mindestens einem auf dem Boden abrollenden Rad (2,3) zum Messen der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (108) zum Bestimmen der Abweichung der. Fahrzeugbewegungsrichtung bezüglich einer vorgegebenen auf dem Boden markierten Soll-Bewegungsbahn, durch eine zweite Einrichtung (6,7) zum Bestimmen der Krümmung des Bahnverlaufes auf dem Boden, zurückgelegt durch einen ausgewählten Fahrzeug-festen Punkt (P), eine dritte Einrichtung (4,9,10) zum Bestimmen des vom Fahrzeug-festen Punkt (P) entlang der Bewegungsbahn zurückgelegten Weges, und durch programmierte Rechenmittel (8), die in Abhängigkeit der Abweichungen von der Soll-Bewegungsbahn, der Krümmung der Bewegungsbahn und des zurückgelegten Weges auf der Bewegungsbahn eine vierte Einrichtung (14) zur Steuerung der Betätigung der Steuerräder anspeisen.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Speichern der Soll-Bewegungsbahn des Fahrzeuges und eine Einrichtung zum Vergleichen der zurückgelegten Wegstrecke mit der Bezugswegstrecke.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von den genannten Parametern eine Positionskorrektur und eine Winkelkorrektur in Relation zur Soll-Bewe-gungsbahn durchführt.

4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei auf dem Boden abrollende Messräder (2,3) vorgesehen sind, die unverschwenkbar an verschiedenen Punkten des Fahrzeuges gelagert sind, um die Weglänge zu messen, und dass die programmierten Rechenmittel (8) dazu bestimmt sind, ausgehend von den Messergebnissen der Messräder die Abweichung des Fahrzeuges von der Soll-Bewegungsbahn zu errechnen und der Steuereinrichtung (14) ein Steuersignal abzugeben, um eine Bahnabweichungskorrektur durchzuführen.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung über eine vom Steuersignal gesteuerte Lenkeinrichtung (6) erfolgt, der zumindest ein Steuerrad zugeordnet ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerrad als Antriebsrad ausgebildet ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messräder (2,3) auf miteinander fluchtenden Achsen drehbar sind, die jeweils seitlich am Fahrzeug angeordnet sind.

8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Messräder (2,3) mit einem Zahnkranz (20,30) versehen ist, dessen Zähne gleich-mässig verteilt sind, dass in der Nähe des Zahnkranzes ein Fahrzeug-fester Sensor (4) angeordnet ist, der elektrische Impulse abgibt, wenn die Zähne den Sensor passieren, und dass die Rechenmittel enthalten: einen mit jedem Sensor verbundenen Zähler (9,10), eine Prüfeinheit (11) zum Abrufen der Zählerstände in vorbestimmten Intervallen, eine Einrichtung zum Bestimmen des Unterschiedes zwischen den Ablesungen eines Zählers aus zwei aufeinanderfolgenden Intervallen, eine Einrichtung zum Berechnen der Gesamtdifferenz aus zwei ersten Unterschieden, eine Einrichtung zum Berechnen eines zweiten Unterschiedes zwischen den beiden ersten Unterschieden zur Erzielung eines Schwenkwinkel werts, und eine Einrichtung zum Unterteilen der Gesamtdifferenz für die beiden ersten Unterschiede durch den Schwenkwinkelwert.

9. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messräder (2,3) sowohl als Antriebsräder als auch als Steuerräder ausgebildet sind, dass die verschwenkbaren Räder (101, 102) frei drehend und frei verschwenkbar angeordnet sind, wobei jedes Messrad (2,3) mit einem eigenen Motor (105, 106) gekuppelt ist, und dass die Rechenmittel (8) so programmiert sind, dass die Räder individuell angetrieben werden.

10. Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrad (2') verschwenkbar montiert und mit einer Winkelmesseinrichtung versehen ist, welche ein Signal für die Rollstrecke (ASM) und ein Signal für den Schwenkwinkel (y) zu liefern imstande ist, wobei aus diesen Signalen die Bewegung des Fahrzeuges, seine Dreh- oder Schwenkbewegung relativ zur Soll-Bewegungsrichtung und die Krümmung der tatsächlichen Bewegungsbahn zu jedem Zeitpunkt kalkulierbar sind.