DE3538908A1 - Autonomous on-board locating system for determining the position and protecting against collision of robot and industrial trucks - Google Patents

Autonomous on-board locating system for determining the position and protecting against collision of robot and industrial trucks

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DE3538908A1
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Wolfgang Dr Holzapfel
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HOLZAPFEL WOLFGANG PROF DR ING
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
    • GPHYSICS
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    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D2201/00Application
    • G05D2201/02Control of position of land vehicles
    • G05D2201/0216Vehicle for transporting goods in a warehouse, factory or similar

Abstract

When mobile robots or driverless industrial trucks have to approach arbitrarily predeterminable point targets with high accuracy in known operational areas which are partly built up (storage halls and others), a flexible locating system with low position measuring errors is called for which avoids collisions. Conventional guide aids such as induction loops and unreferenced compound navigation methods only incompletely meet these requirements. According to the invention, this object is achieved by an on-board locating system (Figure 2) in which distance sensors (13, 14) are used for continuously measuring the instantaneous distances of the vehicle from the lateral track limits for the purpose of referencing compound navigation. The distance sensors (15, 16) can be optionally used for measuring in or in opposition to the direction of travel. All measurement values are continuously compared with the digital map of the operational area, contained in an electronic reference memory (25), by means of a correlation circuit (26) and the position data associated in each case with the correlation peak are read out of the reference memory (25). A subsequent decision circuit (28) selects the correct position for the steering computer from the two available position measurement values (compound or reference data) on the basis of a plausibility check. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bordautonomes Ortungssystem als Hilfsmittel zur teil- oder vollautomatischen Führung von Roboter- und Flurförderfahrzeugen. The present invention relates to an on-board autonomous positioning system as a means for partially or fully automatic control of robots and industrial trucks. Ein derartiges Ortungssystem muß es dem einzelnen Fahrzeug prinzipiell ermöglichen, innerhalb eines bekannten, teilweise bebauten und abgegrenzten Operationsgebietes - z. Such a tracking system it must allow the individual vehicle, in principle, within a known, partially developed and demarcated operation area - z. B. eine Lagerhalle oder eine Fertigungsstraße - ohne weitere Hilfen von außen den eigenen Standort allein durch bordseitige Meß- und Signalverarbeitungsprozesse zu bestimmen. to determine without additional help from outside their own location only by on-board measurement and signal processing processes - for example, a warehouse or a production line. Dadurch wird es möglich, auf vorgegebenen Fahrwegen mit Hilfe eines zusätzlich vorhandenen, bordseitigen Lenkrechners Punktziele anzufahren. This makes it possible to take predetermined travel paths by means of an additionally present, on-board computer steering point targets. Voraussetzung ist hierfür eine Kollisionsvermeidung mit den Fahrbahnbegrenzungen oder mit anderen Fahrzeugen. this requirement is a collision avoidance with the road boundaries or with other vehicles.

Es ist allgemein bekannt, daß für den Betrieb von nichtschienengebundenenFlurförderfahrzeugen eine Führungshilfe entlang der Fahrwege erforderlich ist, die derzeit überwiegend mit im Boden verlegten Induktionsschleifen, ggf. auch mit anderen am Boden angebrachten Markierungen realisiert wird. It is generally known that a guiding aid along the travel path is required for the operation of non-rail-bound industrial trucks, which is currently mainly realized with laid in the ground inductive loops, and possibly also with other attached to the ground marks. Ohne diese Führung würde ein entsprechendes Fahrzeug schon nach einer kurzen Wegstrecke vom Weg abkommen und seine Aufgabe nicht mehr erfüllen können. Without this guidance an appropriate vehicle would Agreement and is a short distance from the road can no longer do its job.

Diese leitdrahtgestützen Führungshilfen erfordern einen z. This leitdrahtgestützen accession funds require a z. T. erheblichen Aufwand an Material, Geräten, Installationen und Wartung. T. considerable amount of material, equipment, installations and maintenance. Nachteilig ist insbesondere, daß sowohl bei einer Erweiterung als auch bei einer Änderung der Streckenführung die neu erforderlichen Installationen umständlich und zeitraubend sind und hohe Kosten erfordern. A particular disadvantage is that both an expansion as well as a change in the route of the newly required installations are cumbersome and time consuming and require high costs.

Es ist ferner allgemein bekannt (vgl. z. B. /1/), daß mit Hilfe von bordseitigen, weg- und winkelmessenden Sensoren nach dem Prinzip der Koppelnavigation die Position eines bewegten Fahrzeuges laufend berechnet werden kann. It is also generally known (see. E.g., B. / 1 ​​/), that the position of a moving vehicle can be continuously calculated with the aid of on-board, displacement and angle measuring sensors according to the principle of dead reckoning. Vorteilhaft ist hier, daß diese Positionsmessungen bordautonom ohne äußere Hilfsmittel vorgenommen werden können und daß die Meßsignale ständig - z. It is advantageous here that this position measurements can be made on-board autonomous without external aids and that the measuring signals constantly - z. B. auch bei Kurvenfahrten - zur Verfügung stehen. As well as when cornering - are available. Als nachteilig erweist sich jedoch, daß der Positionsmeßfehler entsprechend der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke ansteigt, weil die Weg- und Winkelmessung der Sensoren fehlerbehaftet ist. however, proves to be disadvantageous that the Positionsmeßfehler increases according to the distance traveled by the vehicle, because the displacement and angle measurement of the sensors is faulty. Deshalb ist dieses Verfahren für sich allein zur bordseitigen Messung der Position von Fahrzeugen über längere Fahrstrecken nicht geeignet. Therefore, this method is not suitable on its own for on-board measurement of the position of vehicles over longer distances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bordseitiges Meßsystem für die laufende Positionsbestimmung eines fahrerlosen Flurförderfahrzeuges oder irgendeines anderen Roboterfahrzeuges zu schaffen, welches eine genaue teil- oder vollautomatische Fahrzeugbewegung entlang von beliebigen, vorgegebenen Fahrwegen in jedem abgegrenzten und bekannten Operationsgebiet, dessen Bebauungsmerkmale kartenmäßig erfaßt werden können, ermöglicht. The invention has for its object to provide an onboard measuring system for the current position of a driverless floor conveying vehicle, or any other robotic vehicle which an accurate semi or fully automatic vehicle movement along any predetermined travel paths in each defined and known operational area, the building features are detected cards moderate can allow. Gleichzeitig soll durch das System eine Kollision mit den Fahrbahnbegrenzungen oder anderen automatisch geführten Fahrzeugen verhindert werden. At the same time, a collision with the road boundaries or other automated guided vehicles is to be prevented by the system.

Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das Roboter- bzw. fahrerlose Flurförderfahrzeug mit einem bordautonomen Ortungssystem ausgerüstet wird, welches konstruktiv und schaltungsmäßig so gestaltet ist, daß einerseits die Vorzüge der Koppelnavigation genutzt werden können und andererseits aufgrund einer zusätzlichen, hochgenauen Stützschaltung im Ortungssystem ein bordseitig vorhandener Lenkrechner in der Lage ist, das Fahrzeug auch auf vergleichsweise engen Fahrbahnen über lange Fahrstrecken präzise zu führen. The object is moderately achieved in that the robot or driverless material handling vehicle is equipped with an autonomous onboard positioning system, which is structurally and in terms of circuitry designed such that on the one hand the advantages of the dead-reckoning navigation can be used and on the other hand, a basis of an additional, highly precise support circuitry in the detection system on-board existing steering computer is able to drive the vehicle on relatively narrow roads over long distances accurately. Dies geschieht erfindungsmäßig durch eine Anordnung des bordseitigen Ortungssystems, die es erlaubt, laufend die Fahrbahnbreite und die Fahrbahnlänge mit Hilfe von Abstandssensoren zu messen und mit Referenzwerten zu vergleichen. Invention, this standard by an array of on-board tracking system that allows to continuously measure the width of the road and the road length by means of distance sensors and compared with reference values. Die schaltungstechnische Aufbereitung der Signale der Abstandssensoren durch das Ortungssystem ermöglicht gleichzeitig auch die Kollisionsverhütung. The circuitry processes signals from the distance sensors by the tracking system also allows for Preventing Collisions at the same time.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung messen diese Abstandssensoren des Ortungssystems primär die Entfernung des Fahrzeuges zu den durch technische oder natürliche Merkmale gegebenen seitlichen Begrenzungen der Fahrbahnen fortwährend - sowohl beidseitg quer zur Fahrtrichtung als auch in bzw. entgegengesetzt zur Fahrtrichtung. According to the further embodiment of the invention, this distance sensors measure primarily of the positioning system, the distance of the vehicle to the given technical or natural features lateral boundaries of the lanes continuously - both beidseitg transverse to the direction as well as in or opposite to the direction of travel. Diese Folge der zeitabhängigen Abstandsmeßwerte dient nach Codierung zur laufenden Ermittlung der ortsabhängigen Fahrbahnbreite bzw. -länge mittels einer systeminternen Addierschaltung. This sequence of time-varying distance measurements used by coding for the continuous determination of the location-dependent road width or length by means of an internal adder circuit system. Jede Position innerhalb des Operationsgebietes ist durch eine charakteristische Kombination dieser beiden Größen gekennzeichnet. Each position within the surgical field is characterized by a characteristic combination of these two sizes. Die zugehörigen Daten sind in einem systeminternen Digitalbaustein nach dem Organisationsschema einer elektronischen Landkarte gespeichert ( Fig. 1). The associated data is stored in a system-internal digital module according to the organizational scheme of an electronic map (Fig. 1). Aus der Folge der gemessenen Kombinationen ermittelt die weitere elektronische Schaltung des Ortungssystems die tatsächlich gefahrene Bahn und die momentane Position des Fahrzeuges, indem zur Positionsstützung die gemessenen Fahrbahnbreiten bzw. -längen laufend mit entsprechenden im Ortungssystem in Form einer elektronischen Landkarte gespeicherten Informationen elektronisch verglichen werden. From the sequence of the measured combinations of the further electronic circuit of the positioning system determines the actually traveled path and the current position of the vehicle by the position support, the measured road widths or lengths continuously with corresponding in location system in the form of an electronic map stored information is compared electronically. Dieser Vergleich erfolgt mittels einer Korrelationsschaltung, wobei das maximale Signal am Ausgang dieser Schaltung detektiert wird und anschließend die zugehörigen Positionsdaten aus dem Landkartenbaustein ausgelesen werden. This comparison is made by means of a correlation circuit, with the maximum signal at the output of this circuit is detected and then the associated position data are read from the map block. Eine nachfolgende Entscheidungsschaltung wählt auf Grundlage einer Plausibilitätsüberprüfung aus den zwei verfügbaren Positionsmeßwerten (Koppeldaten bzw. Stützdaten) die richtige Position für den Lenkrechner aus. A subsequent decision circuit selects on the basis of a plausibility check from the two available position measurement (coupling data or support data) from the correct position for the steering computer.

Die codierten seitlichen Abstandsmeßwerte werden gemäß der weiteren Ausgestaltung des Ortungssystems auf eine interne Differenzschaltung gegeben, so daß das Ausgangssignal für den Lenkrechner eine Proportionalinformation für die Ablage des Fahrzeuges von der Fahrbahnmitte darstellt. The encoded lateral distance measurements are given according to the further embodiment of the positioning system to an internal differential circuit so that the output signal for the steering computer is a proportional information for the storage of the vehicle from the lane center. Auch die Abstandsmeßwerte in bzw. entgegengesetzt zur Fahrtrichtung werden dem Lenkrechner durch das Ortungssystem schaltungsmäßig zwecks Kollisionswarnung zur Verfügung gestellt. Also, the distance measurements in or opposite to the direction of travel is provided to the steering computer by the locating system in circuit for the purpose of collision warning are available.

Die Messung der Abstände selbst erfolgt in bekannter Weise durch bordseitige Funk-, (Ultra-) Schall- oder Lasersender in Verbindung mit entsprechenden Detektoren für die Echosignale von den Fahrbahnbegrenzungen. The measurement of the distances itself takes place in known manner by the onboard radio, (ultra) sound or laser transmitter in conjunction with corresponding detectors for the echo signals from the lane boundaries. Hierzu werden die Sender im Impuls- oder Dauerstrichbetrieb moduliert und ein Laufzeitverfahren angewendet. For this purpose the transmitter are modulated in pulse or continuous wave mode and applies a transit time method. Auch winkelmessende Verfahren auf Grundlage einer bekannten Meßbasis sind möglich. Also angle measuring method based on a known measuring base are possible.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß keine zusätzlichen Installationen außerhalb des Fahrzeuges (Leitdrähte, Fahrbahnmarkierung, Baken o. ä.) erforderlich werden, des weiteren ist die Führung des Roboterfahrzeuges auch bei beliebig langen Fahrwegen mit der hohen Genauigkeit der Abstandssensoren möglich. The advantages of the invention are that no additional installations outside the vehicle (guidewires, pavement marker beacon o. Ä.) Are required, further, the guiding of the robotic vehicle is also possible with any length driveways with the high precision of the distance sensors. Dies bedeutet Meßgenauigkeiten in der Größenordnung von Zentimetern oder besser, die durchaus für einen automatischen Fertigungs- oder Förderablauf notwendig werden können. This means measuring accuracies in the order of centimeters or more, which can be quite necessary for an automatic manufacturing or production process. Die schaltungsmäßige und konstruktiv bewirkte Kombination der Koppelnavigation mit dem Abstandsmeßverfahren ermöglicht ferner eine hohe Störsicherheit, weil auch bei Kruvenfahrten durch gezielte Ab- bzw. Aufschaltung des Stützsignals eine sichere Führung des Fahrzeuges möglich ist. The circuit even and constructively caused combination of dead-reckoning navigation with the distance information further allows a high noise immunity, because even when Kruvenfahrten by targeted removal or intrusion of the supporting signal a secure guidance of the vehicle is possible. Eine Umstellung im Förder- oder Fertigungsablauf kann zeitsparend durch einen einfachen Austausch des elektronischen Landkarten- Bausteines im Ortungssystem realisiert werden. A change in the feed or production process can be time-saving realized by a simple exchange of the electronic Landkarten- block in the tracking system.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Fig. 2 näher erläutert. In the following an embodiment of the invention with the help of Fig. 2 will be explained in more detail.

Das bordautonome Ortungssystem besteht aus zwei Hauptbaugruppen: The on-board autonomous positioning system consists of two main modules:
der Meßwerterfassungseinheit 10 und the Meßwerterfassungseinheit 10 and
der Auswerteeinheit 20 einschließlich des elektronischen Referenzspeichers 25 . the evaluation unit 20 including the electronic reference memory 25th

Die vollständige Meßwerterfassungseinheit 10 besteht aus: The full Meßwerterfassungseinheit 10 consists of:
a) dem Wegsensor 11 mit Codierungseinheit 11 a zur Erfassung der vom Fahrzeug zurückgelegten Wege; a) the displacement sensor 11 having a coding unit 11 for detecting the distance traveled by the vehicle path; dies ist z. this is for. B. ein Hallsensor, der die Anzahl der Umdrehungen eines Fahrzeugrades mißt, As a Hall sensor which measures the number of revolutions of a vehicle wheel,
b) dem Lenkwinkelsensor 12 mit Codierungseinheit 12 a zur Erfassung des momentanen Lenkwinkeleinschlages, bezogen auf die Fahrzeuglängsachse; b) the steering angle sensor 12 with a coding unit 12 for recording the instantaneous steering angle felling, based on the vehicle longitudinal axis; z. z. B. einem Kurzschlußringsensor, As a short-circuit ring sensor,
c) den Sensorsystemen 13 und 14 mit den Codierungseinheiten 13 a und 14 a , geeignet zur Messung des Abstandes von begrenzenden Objekten rechts- und linksseitig der Fahrbahn, relativ zum Fahrzeug. c) the sensor systems 13 and 14 with the right-coding units 13 a and 14 a, suitable for measuring the distance of objects delimiting and left sides of the road relative to the vehicle. Das Sensorsystem besteht z. The sensor system is for. B. aus impulsmodulierten Ultraschallsendern und -empfängern mit Auswerteteil für das Schallecho zwecks Ermittlung der Abstände a l und a r vom Fahrzeug zu den nach rechts und links benachbarten Objekten nach dem Laufzeitverfahren B. from pulse modulated ultrasonic transmitters and receivers with evaluation section for the acoustic echo in order to determine the distances a and l a r from the vehicle to the adjacent left and right objects to the runtime method
d) und den Fahrtrichtungssensoren 15 und 16 mit den Codierungseinheiten 15 a und 16 a zur Bestimmung der Abstände a + , a - zwischen dem Fahrzeug und Objekten in und entgegen Fahrtrichtung; d) and the direction sensors 15 and 16 with the coding units 15 a and 16 a for determining the distances A +, A - between the vehicle and objects in and counter to the direction of travel; realisiert z. z realized. B. ebenfalls durch impulsmodulierte Ultraschallsender mit den zugehörigen Empfangseinrichtungen. As also by pulse-modulated ultrasonic transmitter with the associated receivers.

Die vollständige Auswerteeinheit 20 umfaßt: The complete evaluation unit 20 comprises:
a) den Steuerungsteil 21 , a) the control part 21,
welcher nach jeweils äquidistanten, vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstücken eine Messung des Lenkwinkelsensors 12 und der Abstandssensoren 13 - 16 auslöst, which, after each equidistant by the vehicle spans a measurement of the steering angle sensor 12 and the distance sensors 13 - 16 triggers,
b) den Positionsrechner 22 , b) the position calculator 22,
der aus den codierten Meßwerten des Wegsensors 11 , 11 a und des Lenkwinkelsensors 12 , 12 a die Position P * ( x, y ) nach dem Prinzip der Koppelnavigation des Fahrzeuges errechnet, which is calculated from the encoded measured values of the displacement sensor 11, 11 a and the steering angle sensor 12, 12 a position P * (x, y) according to the principle of dead reckoning of the vehicle,
c) die Addierer 23 und 23 a , c) the adders 23 and 23 a,
die aus den codierten Meßwerten der Abstandssensoren 13 , 13 a 14 , 14 a und 15 , 15 a , 16 , 16 a durch Addition die Summen b = a l + a r (=Fahrbahnbreite) bzw. l = a + + a - (=Fahrbahnlänge) der Abstände bilden, from the encoded measured values of the distance sensors 13, 13 a 14, 14 a and 15, 15 a, 16, 16 a by summing the totals b = a l + a r (= road width) and L = A + + A - ( = track length) of distances form,
d) den Pufferspeicher 24 , d) the buffer memory 24,
der die Ausgangswerte der Addierer 23 und 23 a speichert und hieraus eine Meßwertfolge M = ( b 1 , l 1 ), ( b 2 , l 2 ), . storing the output values of the adders 23 and 23 a, and this results in a sequence of measured values M = (b 1, l 1), (b 2, l 2),. . , . , ( b n , l n ) mit n Elementenpaaren sequentiell aus den letzten n Messungen bildet, (B n, l n) forms, with n pairs of elements sequentially from the last n measurements,
e) den Subtrahierer 29 , e) the subtractor 29,
der aus den codierten Meßwerten der Abstandssensoren 13 , 13 a und 14 , 14 a die Differenz der Abstände Δ b = a l - a r bildet und diese zur Kollisionsverhinderung des Fahrzeugs mit den Fahrbahnbegrenzungen an den Lenkrechner des Fahrzeuges ausgibt, of from the encoded measured values of the distance sensors 13, 13 a and 14, 14 a is the difference between the distances Δ b = a l - a r forms and outputs collision avoidance of the vehicle with the road boundaries to the guidance computer of the vehicle,
f) dem Referenzspeicher 25 , f) the reference memory 25,
der als elektronische Landkarte funktioniert, indem jeder Position P ′( x,y ) innerhalb des Operationsgebietes die Fahrbahnbreite B ( x,y ) und die Fahrbahnlänge L ( x,y ) als Elemente der Referenzmatrix R ( x,y ) = R ( B ( x,y ), L ( x,y )) zugeordnet sind. which functions as electronic map by each position P '(x, y) within the operating area, the road width B (x, y) and the road length L (x, y) as elements of the reference matrix R (x, y) = R (B (x, y), L (x, y)) are assigned. Dieser Referenzspeicher kann z. This reference memory z can. B. ein Halbleiterspeicher (ROM, PROM oder EPROM) sein, Example, a semiconductor memory (ROM, PROM or EPROM)
g) den Vergleicher 26 , g) the comparator 26
der die im Pufferspeicher 24 enthaltene Meßwertfolge M mit den im Referenzspeicher 25 enthaltenen Informationen R ( B,L ) mit Hilfe einer Korrelationsschaltung vergleicht und die Positionskoordinaten P ′( x,y ) des letzten Elementes derjenigen Referenzwertfolge R ′( B ′, L ′) ausgibt, die die größte Übereinstimmung (Korrelationsmaximum) mit der aktuellen Meßwertfolge M hat, of the contained in the buffer memory 24 of measured values M with that contained in the reference memory 25 information R (B, L) compares by means of a correlation circuit and the position coordinates P '(x, y) of the last element that reference value sequence R' (B ', L') outputs having the greatest agreement (correlation peak) with the current measurement value sequence M,
h) den Positionsspeicher 27 , h) the position memory 27,
der die aktuelle Fahrzeugposition ( P ( x F , y F ) übernimmt, which takes over the current vehicle position (P (x F y F),
i) die Entscheidungseinheit 28 , i), the decision unit 28,
die die vom Positionrechner 22 berechnete Positionen P *( x,y ) und die vom Vergleicher zur Verfügung gestellte Position P ′( x,y ) übernimmt und durch eine logische Schaltung den genaueren Positionswert als Position des Fahrzeugs P ( x F , y F ) and den Lenkrechner ausgibt. which takes calculated by the position calculator 22 positions P * (x, y) and provided by the comparator available position P '(x, y) and by a logic circuit the more accurate position value as the position of the vehicle P (x F, y F) and outputs the steering computer. Dies geschieht durch die Schaltung in folgender Weise: Wenn der Abstand der Positionen P *( x,y ) und P ′( x,y ) unterhalb eines einstellbaren Grenzwertes G liegt, wird die durch den Stützprozeß ermittelte Position P ′( x,y ) als Position des Fahrzeuges ( P ( x F , y F ) = P ′( x,y )) ausgegeben. This is done by the circuit in the following way: If the distance of positions P * (x, y) and P '(x, y) is below an adjustable limit value G is the detected by the backup process position P' (x, y) as the position of the vehicle (P (x F, y F) = P '(x, y)) is output. Andernfalls gilt für die Fahrzeugposition P ( x F , y F ) = P *( x,y ), dh die Koppelposition geht an den Lenkrechner, Otherwise, if the vehicle position P (x F, y F) = P * (x, y), that is the coupling position hits the steering computer,
j) und dem Positionsspeicher 27 , j) and the position memory 27,
der die von der Entscheidungseinheit 28 ausgegebene Fahrzeugposition P ( x F , y F ) speichert, um diese dem Vergleicher 26 zur schnelleren Auffindung der in Frage kommenden Referenzfolgen R ′ zur Verfügung zu stellen. storing the output from the decision unit 28 vehicle position P (x F, y F), to provide it to the comparator 26 for a faster retrieval of the candidate reference sequences R 'are available. Die codierten Abstandsmeßwerte der Sensoren 15 , 15 a und 16 , 16 a werden durch die Auswerteeinheit 20 dem externen Lenkrechner direkt zur Kollisionsverhütung zur Verfügung gestellt. The coded distance measurements of the sensors 15, 15 a and 16, 16 a are provided by the evaluation unit 20, the external steering computer directly to the interference prevention available.

Der Funktionsablauf im bordautonomen Ortungssystem stellt sich folgendermaßen dar: The functional sequence in the autonomous onboard locating system is as follows:

Die Meßdaten der Sensoren 11 bis 16 werden laufend in den Codierungseinheiten 11 a bis 16 a in vorgegebene Datenformen umgesetzt. The measurement data of the sensors 11 to 16 are continuously reacted in the coding units 11 a to 16 a in predetermined data forms. Mit dem Taktsignal des Steuerungsteiles 21 , das aus dem codierten Signal des Wegsensors 11 nach Zurücklegung von äquidistanten Wegstücken s erzeugt wird, werden die Messungen des Lenkwinkelsensors 12 , 12 a und der Abstandssensoren 13 - 16 ausgelöst. With the clock signal of the control part 21, the s is generated from the coded signal of the displacement sensor 11 after deferment of equidistant spans, the measurements of the steering angle sensor 12, 12 a and of the distance sensors 13 are - 16 triggered. Mit Kenntnis des Lenkwinkeleinschlages, geliefert vom Lenkwinkelsensor 12 , 12 a und der jeweils zurückgelegten Wegstücke, gewonnen durch den Wegsensor 11 , 11 a und dem Steuerungsteil 21 , kann der Positionsrechner 22 bei bekannter Fahrzeuggeometrie den momentanen Fahrtwinkel und damit die Position p * ( x,y ) des Fahrzeuges berechnen. With regard to the steering angle felling, supplied from the steering angle sensor 12, 12 a and the respective covered path sections, obtained by the displacement sensor 11, 11 a and the control part 21, the position calculator 22 may be the current trip angle and thus the position p * (x at a known vehicle geometry, y) of the vehicle calculated.

Mit den codierten Ausgangssignalen a l , a r bzw. a + , a - der Abstandssensoren 13 , 14 , 15 und 16 werden in den Addierern 23 und 23 a die Summensignale b bzw. l gebildet, die den Abständen der Objekte voneinander entsprechen, die die Fahrbahn rechtsseitig und linksseitig bzw. noch vorn und nach hinten begrenzen. With the encoded output signals a l, a r and a +, a - is the distance sensors 13, 14, 15 and 16, the sum signals b and l are in the adders 23 and 23 a formed, which correspond to the distances of the objects from each other, the respectively, and limit the lane on the right side and the left side or front to back. Die Ausgangssignale der Addierer 23 und 23 a gelangen sequentiell in einen Pufferspeicher 24 zur Bildung der Meßwertfolge M . The outputs of the adders 23 and 23 a pass sequentially in a buffer memory 24 for formation of the measurement value sequence M.

Im Vergleicher 26 wird die Meßwertfolge M mit den im Referenzspeicher 25 gespeicherten Referenzinformation R ( B,L ) mit Hilfe der Korrelationsschaltung verglichen. In the comparator 26, the sequence of measured values M is compared with the data stored in the reference memory 25 reference information R (B, L) by means of the correlation circuit. Die Korrelation liefert diejenige Referenzwertfolge R ′( B ′, L ′), die die größte Übereinstimmung (Korrelationsmaximum) mit der aktuellen Meßwertfolge M hat. The correlation provides that reference value sequence R '(B', L '), which has the largest correlation (correlation peak) with the current measurement value sequence M. Die Referenzwertfolge R ′( B ′, L ′) der Korrelationsschaltung besteht wie die Meßwertfolge M aus n Elementpaaren, gebildet aus den Speicherwerten B ′ bzw. L ′ der Referenzwerte (Fahrbahnbreite bzw. Fahrbahnlänge). The reference value sequence R '(B', L ') is the correlation circuit as the sequence of measured values M of n element pairs formed of the memory values B' and L 'of the reference values (road width or the road length). Das n -te Elementpaar dieser Referenzwertfolge R ′( B ′, L ′) ist dem aktuellsten Meßwertpaar der Meßwertfolge M zugeordnet und liefert den Positionsstützwert P ′( x,y ). The n th element pair of said reference value sequence R '(B', L ') is the latest of measured values of the sequence of measured values associated with M, and supplies the position support value P' (x, y). Da die Korrelationsschaltung unabhängig von der Reihenfolge der Elemente eines Paares diese Auswahl trifft, ermöglicht der Vergleicher 26 eine Bestimmung der Positionsstützwerte P ′( x,y ) unabhängig von der Fahrtrichtung. Since the correlation circuit applies regardless of the order of the elements of a pair, this selection allows the comparator 26 is a determination of the position reference values P '(x, y) regardless of the direction of travel. Der momentane Positionsstützwert P ′( x,y ) wird an die Entscheidungseinheit 28 ausgegeben. The current position of support value P '(x, y) is output to the decision unit 28th Hier wird überprüft, ob die vom Positionsrechner 22 berechnete Koppelposition P *( x,y ) mit den Positionskoordinaten P ′( x,y ) des Vergleichers 26 übereinstimmt. Here, if the position calculated by computer 22 coupling position P * (x, y) is checked, matches the position coordinates P '(x, y) of the comparator 26th Der Fahrzeugpositionswert P ( x F , y F - ) wird an den Fahrzeuglenkrechner ausgegeben. The vehicle position P (x F, y F -) is output to the vehicle steering computer. Bei Unterschreitung des Abstandsgrenzwertes G gibt die Entscheidungseinheit 28 an den Kopplungsrechner 22 ein Signal zum Rücksetzen und übermittelt die Fahrzeugposition P ( x F , y F ) = P ′( x,y ) als neuen Anfangswert für die Koppelnavigation. Falls below the distance limit value G, the decision unit 28 specifies the coupling computer 22 a signal for resetting and transmits the vehicle position P (x F, y F) = P '(x, y) as a new initial value for the dead reckoning. Die von der Entscheidungseinheit 28 gefundene neue Position P ( x F , y F -) des Fahrzeugs wird sowohl an den Lenkrechner des Fahrzeuges zur Führung ausgegeben als auch dem Positionsspeicher 27 übermittelt, damit der Vergleicher 26 zum schnellen Auffinden der gesuchten Referenzwertfolge R ′( B ′, L ′) auf die zuletzt bestimmte Position ( P ( x F , y F ) zurückgreifen kann, um so eine gezielte Suche in den Referenzspeicherinformationen ( R ( B,L ) zu ermöglichen. The matches found by the decision unit 28 new position P (x F, y F -) of the vehicle is transmitted 27, so that the comparator 26 '(to quickly find the desired reference value sequence R B is output to both the guidance computer of the vehicle to the guide as well as the position memory ', L') to the last determined position (P (x F, y F) may use, so as to enable a quick search in the reference memory information (R (B, L).

Zu Beginn der Fahrt kann gegebenenfalls die Anfangsposition des Fahrzeuges in die Entscheidungseinheit 28 eingegeben werden, um so die Zeitdauer für die erste Positionsermittlung zu verringern. At the beginning of the trip, the initial position of the vehicle may be input to the decision unit 28, where appropriate, so as to reduce the time period for the first position determination. Diese Eingabe ist aber nicht zwingend notwendig, da das System nach der Bildung der ersten Meßwertfolge M mit der Bestimmung der eigenen Position beginnt. However, this input is not absolutely necessary, since the system starts after the formation of the first sequence of measured values M to the determination of its own position. Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführbeispiel gebunden. The invention is not restricted to the described Ausführbeispiel. So können anstelle einzelner Komponenten und Schaltungen in der Funktion äquivalente Funktionen und Schaltungen treten, z. Thus, instead of individual components and circuitry in functionally equivalent functions and circuits occur, z. B. B.
- die aktiven, laufzeitmessenden Abstandssensoren können durch passive optische Entfernungsmesser oder bildverarbeitende Entfernungsmesser ersetzt werden; - the active running time measured distance sensors can be replaced by passive optical range finder or image processing rangefinder;
- für die Weg- und Winkelsensoren können auch Beschleunigungsmesser mit nachgeschalteten Integratoren und Kreiselgeräte eingesetzt werden; - for the position and angle sensors, accelerometers can be used with downstream integrators and gyroscopes;
- die Signalverarbeitungsschaltungen 21 - 29 können analog, digital oder hybrid ausgeführt werden; - the signal processing circuits 21 - 29 may be executed analog, digital or hybrid;
- die Codiereinheiten 11 a - 16 a können je nach Sensor- oder Schaltungsauslegung teilweise oder ganz entfallen. - the encoding units 11 a - 16 a may be partially or entirely omitted depending on the sensor or circuit design.

Auch können die 4 Abstandssensoren 13 / 13 a bis 16 / 16 a durch einen oder zwei ggf. rotierende Abstandssensoren ersetzt werden, die die Messungen sequentiell durchführen. Also, the distance sensors 4 13/13 a to 16/16 A can be replaced by one or two optionally rotating distance sensors, which carry out the measurements sequentially. Die Grenzwerteinstellung G und die Anfangsposition können durch den Lenkrechner oder manuell erfolgen, ebenso ist eine visuelle Anzeige des Positionsmeßwertes P ( x F , y F ) möglich. The threshold setting G and the initial position can be obtained by the steering computer or manually, as is a visual display of the position measurement value P (x F, y F).

Quellenangaben Sources

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Taschenbuch der Navigation Paperback navigation
Eigenverlag Heidelberg (1979), Eigenverlag Heidelberg (1979)
ISBN 3-9800294-0-9 ISBN 3-9800294-0-9
S. 91 p.91

Claims (2)

  1. 1) Bordautonomes Ortungs- und Kollisionsschutzsystem als Hilfsmittel zur Führung von Roboter- und fahrerlosen Flurförderfahrzeugen nach dem Koppelnavigationsverfahren auf vorgegebenen Fahrwegen mit durch technische oder natürliche Merkmale bedingten seitlichen Begrenzungen, dadurch gekennzeichnet , daß mit mindestens einem systemeigenen Abstandsensor die momentane Fahrbahnbreite und -länge laufend mit Hilfe einer Additionsschaltung ermittelt werden und entsprechende vorab im Ortungssystem gespeicherte Referenzwerte durch eine Vergleicherschaltung auf maximale Korrelation mit den Meßwertfolgen bewertet werden, um den aktuellen Stützwert und eine Fehlerkompensation für die Koppeldaten zu erhalten, ferner eine Subtrahierschaltung zur Bildung der Differenz der links- und rechtsseitig quer zur Fahrtrichtung gemessenen Abstandswerte zwecks Ableitung eines Steuersignals zur sicheren Führung des Fahrzeugs in der Fahrbahnmitte und zwei zusätzlichen Ausgängen für die Abstandsmessung 1) on-board autonomous tracking and collision avoidance system as an aid for guiding robots and driverless industrial trucks according to the dead-reckoning method on predetermined travel paths due to technical or physical characteristics lateral boundaries, characterized in that at least one native distance sensor, the current roadway width and length continuously with aid an adder circuit to be determined and corresponding prestored reference values ​​are evaluated by a comparator for maximum correlation with the measurement value sequences in the positioning system to obtain the current reference value and an error compensation for the linking data, and also a subtractor for forming the difference of the left and right sides transversely measured to the direction of distance values ​​in order to derive a control signal for safe guidance of the vehicle in the middle of the track and two additional outputs for the distance measurement in der jeweiligen Fahrtrichtung zwecks Kollisionsverhinderung. in the respective direction of travel for the purpose of collision prevention.
  2. 2) Bordautonomes Ortungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmessung in und entgegengesetzt zur Fahrtrichtung entfällt. 2) on-board autonomous positioning system according to claim 1, characterized in that the distance measurement is omitted in and opposite to the direction of travel.
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