CN1237422C - 用于在预定区域内探测车辆位置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于探测预定区域(100)内，特别是在存储设施中的车辆(F1-F4)位置的方法和设备。本发明包括下列步骤：探测与车辆(F1-F4)运动相关的增加后的运动向量的大小和角度；当车辆(F1-F4)经过处于预定区域(100)中的预定点(O1-O4)时，将车辆(F1-F4)的相应参考位置自动定位于相应的位置(O1-O4)；通过对所探测的增加后的运动向量相对于临时参考位置的位置向量进行向量合成，探测出处于预定区域(100)中的车辆(F1-F4)的当前位置。安装在车辆(F1-F4)上的传感器装置(L1，L2；MS)进行自动定位，并以非接触的方式和相应位置(O1-O4)处的相应参考标记(MS)进行相互作用，相应的参考标记(MS)具有反射区域和非反射区域(R1，R2；D)，车辆(F1-F4)通过至少两个信号(ST1，ST2)对这些区域进行同时扫描。通过对所述信号(ST1，ST2)的反射强度的时间变化进行评估，就可以确定参考位置的坐标(x，y)和可选择的行进的角度(α)。

Description

用于在预定区域内 探测车辆位置的方法和设备
现有技术
本发明涉及用于探测预定区域内，特别是在存储设施中的车辆位置的方法和设备，并涉及一种存储管理方法和系统。
DE 4429016 A1披露了一种用于无人驾驶车辆导航的设备和方法。其中，集成导航装置通过车辆的运动探测出其运动增量的大小和角度。而且，当车辆经过某些适当点时，CCD摄影机将自动地将车辆相应的参考位置定位到预定区域内的这些预定点上。而且，评估单元将车辆的运动增量进行向量合成，得到与当前参考位置相应的位置向量，从而探测出车辆现在的位置。这种识别位置和方向的方法的缺点是需要一个非常昂贵的CCD摄像机和一个用作顶棚灯的高对比光源。如果顶棚灯失效的话，就会失去车辆的位置。
DE 3490712 C2披露了一种带有行进驱动装置的，用于驾驶车辆的车辆控制和管理系统，一种用于控制车辆路线的操舵装置，一种根据运动增量计算车辆位置的集成导航装置，一种用于存储车辆所需行驶路线的装置，一种用于控制车辆驾驶的装置和用于使车辆按照所需行驶路线行驶的操舵装置，和一种用于存储一个和多个固定参考目的地的装置。
DE 3538908 A1披露了一种基于集成导航方法，用于将预定路线上的自动驾驶车辆和工业卡车进行定位和碰撞探测的车载自动定位系统。系统中的附加电路使用至少一个距离传感器连续地确定道路的宽度和长度。对这些传感器的值进行处理，得到一个控制信号，使车辆安全地行驶在路线的中央。
DE 4039887 A1披露了另一个已知的车辆路线管理和导航系统。
尽管可以根据所研究的问题将本发明应用于任何所需的车辆和区域中，本文中将以存储设施中作为存储管理系统一部分的两台铲车为例进行阐述。
存储管理系统对存储库房里的货物的移动进行监视，控制，记录和分析。通常使用运输车辆，例如铲车来移动这些货物。
影响此系统质量的重要因素包括取物时间，放物时间和存放位置的准确性。
例如，一个已知系统使用固定的预定路线，比如轨道，和安装在其上的位置传感器。
我们已经知道，上述已知方法的缺点是只能使用预定的路线，而且安装和更新都需要对系统进行复杂的改动。使用非接触式定位的系统，比如已知的GPS(全球定位系统)系统将会更好。但是存储区域中需要进行划分的位置是厘米级的或更小单位的(例如对于欧洲标准货盘来说为40厘米的区域)。已知的差分GPS系统的分辨率大约为1米，达不到这么高的分辨率。而且，由于屏蔽效应，GPS系统也不能在室内使用。
因此，本发明的一个目的就是提供一种用于探测预定区域内车辆位置的方法和设备，特别是用在要求定位更准确可靠的存储设施中，而且只需对区域或存储区域进行很小的改动。本发明的另一个目的则是提供一种存储管理方法和系统。
本发明的优点
根据本发明的方法和对应的设备与已知的解决方法不同，它们可以允许高度精确可靠的定位，而只需对现有的区域或存储区域做很小的改动。这样对原有设备的更新就切实可行而不会有什么问题了。
本发明的思路是，当车辆经过预定区域内的某些预定点时，将相应车辆的相应参考位置定位到这些预定点上。这种将车辆的相应参考位置定位到预定点的操作是通过安装在车辆上的第二个传感器装置完成的，这个装置以非接触的方式与位于预定区域内相应点处的相应参考标记相互作用。相应的参考标记具有反射区域和非反射区域，车辆通过至少两种信号对这些区域进行同时扫描，通过对这些信号的反射强度的时间表进行评估，确定参考位置的坐标，和可选择地，行进的角度。
从属的权利要求涉及本发明中相应主题的有利改进。
按照一个优选改进方案，信号载体为光束，优选为激光束或磁力线。
按照另一个优选实施例，相应参考标记具有一个矩形带，有两个反射区域和沿矩形的对角线的一个非反射区域，车辆在其下运动。参考标记通过对信号反射强度的时间表进行评估，确定参考位置的坐标和2种行进角度，从而得到解决方案。
按照另一个优选实施例，通过安装在车辆上的第一个传感器装置探测出与车辆运动相应的运动增量的大小和角度。优选的情况下，传感器装置包括一个用于确定角度的陀螺仪和一个用于确定长度的编码器。
按照另一个优选改进方案，对车辆的相应参考位置进行自动定位，使所探测的当前位置和真实位置之间的统计差别不超过一个预定的阈值。
附图简要描述
下面将更为详细地描述本发明的实施例，并以附图的形式加以阐述：
图1为存储设施的示意图，其中使用了根据本发明设备的一个
实施例；
图2为与图1所示本发明的设备实施例的测量带和车辆的示意图；
图3测量带的示意图，用于解释车辆相应参考位置的自动定位；
图4从测量带反射回来的激光信号的示意图，此激光信号是两种不同行进角度关于时间的函数；以及
图5测量带的示意图，用于解释确定x，y，α的过程。
优选实施例的详细描述
图中，相同的参考符号表示相同或功能相同的部件。
图1所示为存储设施的示意图，其中使用了根据本发明设备的一个实施例。
在图1中，100表示存储设施中的一块预定区域，B1-B8表示存储区域单元，T表示隔离墙，E1和E2表示入口，A1和A2表示出口，S1-S4表示存储路线，F1-F4表示铲车，O1-O4表示具有测量带的参考点。
铲车F1-F4装备有图形终端，并与无线电网络兼容，图中没有示出。它们通过诸如串行接口与一个位置发射器进行通信，同样图中也没有示出位置发射器。使用所传送的传感器数据对设施中的铲车F1-F4进行精确定位，并将这些数据送至铲车终端。除了这些位置数据，终端还可以提示铲车司机他需要做的装载工作。铲车司机还可以根据当前的信息使用适当的时标或菜单进行人工输入，输入例如那些库存为0的货物记录，装载修正和提升操作错误。
每台铲车F1-F4都在铲叉上有一个压力与应变传感系统(DMS传感系统)，通过这个系统，可以判断铲车是否正在运送货物，并确定所运送货物的相应数目。
所有铲车终端都以独立方式(在线模式)或时间偏移方式(离线模式)与固定中央计算机相互作用。正常状态下为在线模式。如果所有的铲车终端都离线操作，那么当它们返回在线模式时，必须将其在离线模式下所执行的货物移动进行同步操作，用以更新固定中央计算机端数据库中的库存。
这种存储管理系统的典型功能为，例如：
存储生产的或供应方所提供的货物；
取出所存储的货物；
寻找所存储的特定的货物；
对所存储的货物进行重新布置；
生成所有所存储货物的存货清单。
图2为与图1所示根据本发明的设备实施例的测量带和车辆的示意图。
在图2中，MS表示如图1所示安装在存储设施顶棚的O1-O4点处的测量带，D表示非反射对角线区域，R1和R2表示反射区域单元，L1和L2分别表示第一个和第二个激光装置，ST1和ST2分别表示第一个和第二个激光束，10表示第一个传感器装置，20表示一台微型计算机，30表示一个传送/接收单元。
下面以铲车F1为例详细阐述本发明实施例，解释在存储设施100中如何连续确定铲车F1-F4的位置。
铲车F1中的第一个传感器装置10包括一个基于陀螺仪的旋转传感系统和一个基于编码器的转译传感系统。
在该实例中，陀螺仪的分辨率为0.1°，是一个压电陀螺仪，其测量原理与Focault摆相同，即使用科里奥利(Coriolis)力。具体地，科里奥利力以一个适当的角度作用于线性摆动的物体上。这个力与角速度成正比，通过积分可以得到所需的角度。
在该实例中，编码器的分辨率为厘米级，通常500米内为30-40厘米，而且，它是一个扫描轮的感应变送器。如果选择适当的话，它可以探测正反方向的运动，并可以方便地根据不同长度的轮周进行修正。
为了得到这种定位精度，必须保证没有滑动，轮周长度为常数，而且每个分辨率中的48个脉冲为±4.8厘米，100米直线运动的角度偏差为17.4厘米。
这样，传感器装置10就可以探测与车辆F1的运动相关的向量增量的大小和角度了。因此，原则上，当对参考点进行定位后，就可以用一个向量来表示铲车F1的当前位置，这个向量是传感器装置10探测出来的增加后的运动向量的向量和。但是，此处有一个问题，由于每个所探测的增加后的运动向量都会有一个有限的探测误差，当所探测的增加后的运动向量的数目增加时，与参考点对应的当前位置的精度就会降低。
因此，在本发明的实施例中，当车辆F1经过存储设施100中的预定点O1-O4时，就会对F1的位置进行自动定位(再次)。选择那些车辆经过可能性较高的点作为O1-O4。
因此，通过所探测的增加后的运动向量关于当前参考位置的位置向量的向量差就可以探测出预定区域100中车辆F1的当前位置，而且，这种操作可以自动连续地进行。这就避免了定位精度降低的问题，可以保持高精度的位置数据，通常是在厘米级。
如图3所示，相应的参考标记或参考带MS是一个矩形带，通常宽10厘米长500厘米，有两个反射区域R1，R2和沿矩形对角线的一个非反射区域D。
测量带MS安装在O1-O4，这样当车辆F1从下面经过时，两个相距为d的激光束ST1，ST2同时对测量带进行扫描。在这种情况下，通过对从相应测量带MS反射的激光束ST1，ST2的强度的时间表进行评估，就可以确定参考位置的坐标。
图3所示为测量带的示意图，用于解释对车辆相应参考位置的自动定位；图4所示为从测量带反射回来的激光信号的示意图，这些信号为两个不同的行进角度关于时间的函数。
在图3和图4中，AL1，AL2和AL1’，AL2’表示测量带ST上激光束ST1和ST2的扫描路径，γ表示角度，t表示时间，Δt表示时间差，SL1，SL2和SL1’，SL2’表示激光束ST1和ST2反射强度的信号轮廓，M1，M2和M1’，M2’表示ST1和ST2反射强度的信号轮廓的最小值，t0表示参考时间。
假定铲车F1以适当角度从测量带MS下面纵向经过(α＝0°)时，激光束ST1和ST2的扫描路径用AL1和AL2表示。激光束ST1和ST2的反射强度的相应的信号轮廓为图4中的SL1和SL2。可见，在这种情况下，SL1和SL2之间没有相位变化和时间差Δt。
假定铲车F1没有以适当角度从测量带MS下面纵向经过(也就是说α不是0°)时，激光束ST1和ST2的扫描路径用AL1’和AL2’表示。激光束ST1和ST2的反射强度的相应的信号轮廓为图4中的SL1’和SL2’。可见，在这种情况下，SL1和SL2之间存在相位变化和时间差Δt。
图5所示为测量带的示意图，用于解释确定x，y，α的过程。通过信号轮廓SL1和SL2中的测量时间t1，t2，t3，t4，td1和td2和测量带的几何尺寸a，b，d按照下列公式确定参考点的x坐标：
x = a ( 2 t 1 + 2 t 2 - td 1 - td 2 ) t 1 + t 2 - t 3 - t 4 - - - ( 1 )
通过下式得到y坐标：
y = b ( - 2 t 1 + td 1 - td 2 ) 2 ( - t 1 + d 3 ) - - - ( 2 )
通过下式得到角度α：
α = arccos b ( - t 1 + t 2 - t 3 + t 4 ) d ( - t 1 - t 2 + t 3 + t 4 ) - - - ( 3 )
下面讲结合一个简单的例子讲述典型的存储管理运作。
首先，通过铲车F1-F4的传送/接收单元30将它们注册到中央计算机上。然后要求司机驾驶到第一个测量带处，或直接向终端输入它的当前位置作为第一个参考位置。之后，中央计算机根据来自第一个中央设备10的测量数据继续计算出当前的位置，并将计算好的当前位置传送给相应的铲车F1-F4。
假定现在需要拾取入口处E1的一件货物并将其放到出口处A2的存储区域单元B7中的一个空闲的存储位置上。
由于铲车F1离入口E1最近，中央计算机选择它来做这项工作。铲车F1移动到入口E1处，并将货物放到其铲叉上，相应的应力测量传感器探测出该货物。同时，通过传送/接收单元，将拾取货物这个信息传送给中央计算机，并在那进行注册。然后铲车F1沿路线S1向出口A1处移动，这个过程中将一直探测铲车相对于第一个参考点的位置。当它经过点O1时，激光束S1，S2与位于那里的测量带MS相互作用，中央计算机按照上述方法定义一个新的参考点。此后，将探测铲车相对于这个新参考点的位置。
最终，铲车F1到达位于出口A2正前方的存储点。货物被存储在预定的点上，并将这个信息传送给中央计算机。中央计算机将这个存储运作，包括准确的存储点坐标存储起来。
这样，原则上就可以准确地存储和记录任何存储运作了。
尽管上述的本发明是基于一个示例性的优选实施例进行阐述的，但它并不仅限于此，可以有许多修改的途径。
尽管在上述实例中，位置计算是基于所传送的传感器数据在中央计算机中完成的，这种计算同样可以在车辆中的微型计算机中完成。
同样，本发明也不限于存储车辆，可以推广至任何所需的限定的区域内。
而且，参考点的定位不仅可以通过所述激光系统，也可以使用任何所需的至少以两个信号对进行扫描的非接触式位置传感器，例如感应变送器，光栅等。而且在这种情况下，也可以使用多于两个信号进行探测。
另外，参考标记也不限于所述的两个反射区域和沿对角线的一个非反射区域的矩形带。事实上，这些带可以一个挨一个地放置形成一个完整的带，每一个都有两个反射区域和沿对角线的一个非反射区域。当参考标记超过一定的宽度时这样做将尤其有利，因为在这种情况下，非反射区域的直线度沿矩形对角线降低，因此分辨精度也会随之降低。
上述实例中，参考标记为有两个反射区域和沿对角线的一个非反射区域的矩形带，通过对信号反射强度的时间表进行评估，可以方便地确定参考位置的坐标和行进角度。
当然也可以使用其他形状的测量带，这些测量带可以只有一种数值解决方案，通过对信号反射强度的时间表进行评估来确定参考位置的坐标和进行角度，或者也可以有其他复杂得多的分析方案。
艾索康姆自动化系统股份有限公司，慕尼黑81379
          用于在预定区域内，特别是在存储设施中，
                探测车辆位置的方法和设备，
               以及一种存储管理方法和系统
参考符号列表：
  100   预定区域，存储设施
  B1-B8   存储区域单元
  T   隔离墙
  E1，E2   入口
  A1，A2   出口
  S1-S4   存储路线
  F1-F4   车辆
  O1-O4   带有测量带的参考点
  MS   测量带
  D   非反射对角线区域
  R1，R2   反射区域单元
  L1，L2   第一个和第二个激光装置
  ST1，ST2   第一个和第二个激光束
  10   第一个传感器装置
  20   微型计算机
  30   传送/接收单元
  λ   角度
  AL1，AL2；AL1’，AL2’   对ST1和ST2进行扫描
  T   时间
  Δt   时间差
  SL1，SL2；SL1’，SL2’   ST1和ST2反射强度的信号轮廓
  M1，M2；M1’，M2’   ST1和ST2反射强度信号轮廓的适当的最小值
  t0   参考时间

Claims (11)

1.用于探测预定区域(100)内车辆(F1-F4)位置的方法，包括下列步骤：
通过第一个传感装置(10)探测与车辆(F1-F4)运动相应的增加后的运动向量的大小和角度；
当车辆(F1-F4)经过处于预定区域(100)中的预定点(O1-O4)时，将车辆(F1-F4)的相应参考位置自动定位于相应的点(O1-O4)；以及
通过对所探测的增加后的运动向量关于当前参考位置的位置向量进行向量合成，探测出处于预定区域(100)中的车辆(F1-F4)的当前位置；
其中
通过第二个传感器装置(L1，L2；MS)对预定点(O1-O4)处的车辆(F1-F4)的相应参考位置进行自动定位，第二个传感器装置以非接触的方式与位于预定区域(100)内的相应点(O1-O4)处的相应参考标记(MS)进行相互作用；以及
相应的参考标记(MS)具有反射区域和非反射区域(R，R2；D)，车辆(F1-F4)使用至少两个信号(ST1，ST2)同时扫描第二个传感器装置(L1，L2；30)，通过对这些信号(ST1，ST2)的反射强度的时间表进行评估，确定与参考标记(MS)相应位置相关的车辆的参考位置的坐标(x，y)，和可选择地，行进的角度(α)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的信号载体(ST1，ST2)为光束或者磁力线。如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的光束为激光束。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述相应的参考标记(MS)具有一个矩形带，有两个反射区域(R1，R2)和沿对角线的一个非反射区域(D)，车辆(F1-F4)从下面经过。
5.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，第一个和/或第二个传感器装置(10，L1，L2，30)安装在车辆(F1-F4)上。
6.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，频繁地自动对车辆(F1-F4)的相应参考位置进行定位，以至所探测的当前位置和实际位置之间的统计差别就不会超过一个预定的阈值。
7.用于探测预定区域内车辆位置的设备，具有：
第一个传感器装置(10)，用于探测与车辆(F1-F4)运动相应的增加后的运动向量大小和角度的；
定位装置(L1，L2；MS)，用于当车辆(F1-F4)经过预定区域(100)内的预定点(O1-O4)时，将车辆(F1-F4)的相应参考位置自动地定位到相应点(O1-O4)上；以及
探测装置(20)，用于通过对所探测的增加后的运动向量关于当前参考位置的位置向量进行向量合成，探测出处于预定区域(100)中的车辆(F1-F4)的当前位置；
其中
定位装置(L1，L2；MS)具有第二个传感器装置(L1，L2；MS)，第二个传感器装置以非接触的方式与位于预定区域(100)内的相应点(O1-O4)处的相应参考标记(MS)进域(100)内的相应点(O1-O4)处的相应参考标记(MS)进行相互作用；
相应的参考标记(MS)具有反射区域和非反射区域(R1，R2；D)；以及
第二个传感器装置(L1，L2；MS)可以通过至少两个信号(ST1，ST2)对相应的参考标记(MS)进行同时扫描，在这种情况下，通过对这些信号(ST1，ST2)的反射强度的时间表进行评估，确定与参考标记(MS)相应位置相关的车辆的参考位置的坐标(x，y)，和可选择地，行进的角度(α)。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述信号载体(ST1，ST2)为光束或者磁力线。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述光束为激光束。
10.如权利要求7至9中任何一项所述的设备，其特征在于，相应的参考标记(MS)具有一个矩形带，有两个反射区域(R1，R2)和沿其对角线的一个非反射区域(D)，车辆(F1-F4)从下面经过。
11.如权利要求7至9中任何一项所述的设备，其特征在于，所述的第一个传感器装置(10；L1；L2；30)安装在所述车辆(F1-F4)上。
12.如权利要求7至9中任何一项所述的设备，其特征在于，所述定位装置(L1，L2；MS)设计为频繁地自动地对所述车辆(F1-F4)的相应参考位置进行定位，以至所探测的当前位置和实际位置之间的统计差别就不会超过一个预定的阈值。
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