DE4409760A1

DE4409760A1 - Multifunktionsgerät für fahrerlose Transportfahrzeuge

Info

Publication number: DE4409760A1
Application number: DE4409760A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Horn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-09-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät für fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) und andere mobile Maschinen, das mehrere Funktionen mit denselben Bauelementen bietet und durch diese Mehrfachnutzung sowohl preiswert gefertigt werden kann als auch eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.

FTF sind Teil eines fahrerlosen Transportsystems (FTS), das neben den FTF typischerweise aus Lastübergabestationen und einem Leitrechner besteht.

Der Betrieb des FTS erfordert eine umfangreiche Kommunikation zur Synchronisation der Transportvorgänge zwischen FTF und den Lastübergabestationen. Diese Kommunikation wickelt üblicherweise der Leitrechner des FTS ab.

Für einen sicheren, zuverlässigen und effektiven Betrieb benötigen freifahrende FTF Geräte mindestens folgende Funktionen:

- drahtlose Verbindung zum Leitrechner, üblicherweise ein Infrarot-Funkgerät,
- Hinderniserkennung durch Laserscanner mit Entfernungsmessung, damit es Hindernissen und insbesondere Personen ausweichen kann. Üblicherweise werden Ultraschallsensoren oder Laserscanner eingesetzt,
- und Navigation, damit das FTF sein Ziel auf einem geeigneten Weg findet. Übliche Mittel sind eine Navigation mit Ultraschall, mit einer Fernsehkamera und Mustererkennung, oder ein Laserscanner zur Bestimmung des Winkels zu Reflexstreifen an bestimmten Wandstellen.

Eine Einrichtung zur direkten Kommunikation zwischen FTF und Lastübergabestationen oder anderen FTF in Sichtweite ist wünschenswert, weil die Umgehung des Leitrechners diesen von zeitkritischem und intensivem Datenverkehr entlastet und so Kosten einspart.

Der übliche Einsatz mehrerer unterschiedlicher Sensoren ist mit Nachteilen verbunden wie

- hohe Fertigungskosten,
- hohe Ausfallrate, die durch die hohe Gesamtzahl an Bauelementen bedingt ist,
- und hoher Bandbreitebedarf, weil zur Vermeidung von Eigenstörungen den verschiede nen Geräten verschiedene Frequenzbereiche oder Ausbreitungsmedien zugewiesen wer den müssen.

Es wäre nun denkbar, einen Laserscanner mit einem Nachrichtensignal zu modulieren und durch einen omnidirektionalen Empfänger für den Empfang von Nachrichten aus anderen Richtungen zu ergänzen. Dem steht jedoch entgegen, daß Laserscanner zur Vermeidung ge genseitiger Störungen üblicherweise gegen den Boden strahlen. Zudem würde dieser omnidi rektionale Empfänger auch die Reflektionen des eigenen Lasers empfangen, was seine Emp findlichkeit reduziert.

Eine Einrichtung, die die Zahl der Bauelemente reduziert, indem sie Navigationsfunktionen integriert mit Kommunikationsfunktionen zwischen FTF und festen Sendeempfängern des Leit rechners sowie zu Lastübergabestationen und anderen FTF in Sichtweite, ist in DE 43 08 254.8 beschrieben. Eine für fahrerlose Transportfahrzeuge geeignete Einrichtung dieser Art ist mit einer doppelseitigen Optik ausgerüstet, die mit den entsprechenden Optiken anderer Fahrzeuge winkelsynchron rotiert. Die Einrichtung sendet in Senderichtung einen La serstrahl aus, der mit der Nachricht moduliert ist. Die Winkelsynchronizität der Rotation aller Einrichtungen dieser Art stellt sicher, daß in genau dem Moment, in dem der Laserstrahl eines FTF auf ein anderes zeigt, dessen Empfangsoptik auf den Sender zeigt und Sendungen aus anderen Richtungen ausblendet.

Wird diese Einrichtung in einem FTF betrieben, muß dies um zumindest eine Einrichtung zur Hinderniserkennung ergänzt werden.

Dabei treten Probleme auf:

- Ultraschallsensoren weisen eine für schnelle Fahrt ungenügende Reichweite auf.
- Zur Hinderniserkennung auf hohe Reichweiten sind Laserscanner gut geeignet. Der gleichzeitige Betrieb eines Laserscanners und einer Einrichtung zur Infrarot-Kommuni kation stößt jedoch auf das Problem, daß das Licht des Scanners und dessen Reflektio nen den gleichzeitigen Infrarot-Empfang stören.

Daher werden für Laserscanner und Infrarotfunk unterschiedliche Wellenlängen zu wählen sein, was unterschiedliche Sende- und Empfangseinrichtungen erfordert und zu einem weiteren Problem bei FTF führt, die sowohl für den Laserscanner als auch für die Kommunikationsein richtung freie Sicht nach allen Seiten benötigen, denn diese freie Sicht nach allen Seiten kann immer nur einem Gerät gewährt werden, dessen Halterung dem anderen Gerät zwangsläufig einen Teil der Sicht versperrt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie durch Integration dieser Funktionen in ein Multifunktionsgerät unter Mehrfachnutzung von Baugruppen, Bauelementen und Ausstrahlungen die Fertigungskosten, die Ausfallrate und der Bandbreitebedarf gesenkt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung laut Hauptanspruch gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Multifunktionsgerät für fahrerlose Transportfahrzeuge und andere mobile Maschinen, das mit einem Laser und wenigen, mehrfach genutzten Baugruppen folgen de Funktionen in sich vereint:

- Kommunikation zwischen FTF und Leitrechner,
- direkte Kommunikation von FTF zu anderen FTF und Lastübergabestationen auf Sicht weite,
- Hindernisdetektor und Entfernungsmesser,
- Navigationssensor,
- und Barcodeleser.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe der Integration gelöst, indem ein Kommunikationssy stem für fahrerlose Transportfahrzeuge gem. DE 43 08 254.8 mit einem zweiten Photoemp fänger ergänzt wird, der in die Richtung des Laserstrahls blickt, dessen Echo empfängt und nutzt, um

- durch Phasenmessung die Entfernung zum reflektierenden Punkt zu finden,
- durch Bestimmung des momentanen Sendewinkels den Winkel zum Punkt zu erkennen,
- und um durch Amplitudenmessung während der Ablenkung den Barcode entsprechender Schilder zu lesen.

Die winkelsynchrone Rotation der Laserstrahlen schließt eine gegenseitige Störung durch Di rekteinstrahlung aus, die beim Laserscanner verbotene Abstrahlung in die Horizontale kann nun erlaubt werden, so daß eine Kommunikation möglich wird.

Zur Phasen- und Amplitudenmessung wird dabei ein Kompensationsmischer eingesetzt, der die empfangene Modulation mit der ausgestrahlten Modulation korreliert und dadurch die Empfindlichkeit gegenüber Fremdeinstrahlungen reduziert.

Der erste Photoempfänger, der gegenüber dem Licht des eigenen Lasers abgeschirmt ist, empfängt die Einrichtung modulierte Lasersignale von anderen vergleichbaren Einrichtungen, das entweder von Flächen reflektiert wurde oder direkt einfällt.

Eine Winkelsynchronisation der Strahlablenkungen stellt sicher, daß die Laser aller Einrichtun gen in dieselbe Richtung im Raum strahlen, so daß kein Fotoempfänger im selben Moment von mehr als einem anderen Sender direkt bestrahlt wird.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung. Der Laser 1 sendet einen Strahl 2 aus, der von der Sendeoptik 3 gebündelt wird, den Strahlteiler 4 passiert und vom zweiseitigen Drehspie gel 5 in die Horizontale abgelenkt wird und dabei um 180° rotiert. Der Drehspiegel 5 ist zylin drisch um eine horizontale Achse gekrümmt, um den Sendestrahl in der Vertikalen aufzuwei ten.

Der Sender verfügt über einen digitalen Signalprozessor 6 mit Datenschnittstelle 7 zum Bord rechner 8 des FTF. Der digitale Signalprozessor 6 wiederholt im Leerlauf ein individuelles Datentelegramm, mit dem er im Modulator 9 den Trägerfrequenzoszillator 10 in der Phase und das Trägerfrequenzsignal den Laser 1 moduliert.

Das Echo einer Reflektion wird vom Drehspiegel 5 abgelenkt, passiert den Strahlteiler und gelangt über die bündelnde Empfangsoptik 11 auf die Photodiode 23. Entsprechend der Zeit, die das Licht vom Laser 1 über den reflektierenden Punkt und zurück verstrichen ist, tritt eine Phasenverschiebung zwischen dem ausgestrahlten und dem zurückkehrenden Signal ein.

Der Empfänger für das Echo enthält einen vom Trägerfrequenzsignal gespeisten Quadratur mischer 12, der das Mischprodukt in Real- und Imaginärkomponente aufteilt. Die Amplitude der Realkomponente entspricht dabei der Stärke der Reflexion, während Polarität und Ampli tude der Imaginärkomponente der Phasenverschiebung und damit der Entfernung zum reflek tierenden Punkt entsprechen.

Zwei Tiefpässe 13, 14 befreien Real- und Imaginärteil von höherfrequenten Mischprodukten, die durch Mischung des Trägerfrequenzsignals mit Signalen aus Fremdlicht entstehen könnten. Zwei Analog/Digitalwandler 15, 16 digitalisieren die gefilterten Real- und Imaginäranteile und der digitale Signalprozessor 6 berechnet daraus den Reflexionsfaktor sowie die Phase des reflektierten Signals und daraus die Entfernung.

Ein vom digitalen Signalprozessor 6 gesteuerter Schrittmotor 17 dreht den Drehspiegel 5. Ein Winkelcodierer 18 meldet den Sendewinkel zum digitalen Signalprozessor 6 zurück, so daß dieser den Winkel zu einem reflektierenden Objekt bestimmen kann.

Über eine weitere, bidirektionale Schnittstelle 19 tauscht der digitale Signalprozessor 6 Nach richten mit dem Bordrechner 8 aus, darunter Meldungen zu Drehungen des Fahrzeugs und der aktuellen Uhrzeit zum digitalen Signalprozessor 6, und zum Bordrechner 8 Meldungen über erkannte Reflektionspunkte, ihren Winkel, ihre Entfernung und gegebenenfalls den Inhalt ihres Barcodes.

Aus den Meldungen zur aktuellen Uhrzeit und zu Drehungen des Fahrzeugs errechnet der digi tale Signalprozessor 6 anhand einer Relation zwischen Sendewinkel und Zeit die Sollstellung des Spiegels und steuert den Schrittmotor 17 entsprechend an. Diese Relation ist für alle Sende/Empfangseinrichtungen im FTS identisch, so daß alle Sendestrahlen stets in dieselbe Richtung im Raum zeigen.

Eine zweite Photodiode 20 empfängt das von der Rückseite des Drehspiegels 5 reflektierte Licht. Dadurch ist die zweite Photodiode 20 gegenüber dem Licht des eigenen Lasers 1 ab geschirmt und empfängt so das Licht anderer Quellen. Diese können feste Sende/Empfangsrichtungell eines Leitrechners oder einer Lastübergabestation sein oder mobile Einrichtungen eines anderen FTF.

Der Photoempfänger 21 demoduliert und decodiert das Signal und stellt es am Datenaus gang 22 zur Verfügung.

Durch die Modulation des Lasersignals mit einem Nachrichtensignal, die Anordnung von zwei Photoempfängern und die winkelsynchrone Rotation der Drehspiegel erfüllen damit wenige Baugruppen eine Vielzahl von Funktionen, die für fahrerlose Transportfahrzeuge notwendig sind.

Claims

1. Einrichtung mit einem Laser, einer Strahlablenkung und einem in Strahlrichtung blicken den Photoempfänger zur Messung von Entfernung und Winkel zu einem Objekt, gekenn zeichnet durch einen Datenmodulator für den Sendestrahl und einen zweiten Photoemp fänger zum Empfang modulierter Sendungen aus einem anderen Erfassungswinkel als der erste Photoempfänger.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Strahlablenkung mit der anderer entsprechender Einrichtungen kodirektional synchroni siert.