DE68908259T2

DE68908259T2 - Automatische Fahrzeugsteuerung.

Info

Publication number: DE68908259T2
Application number: DE89304450T
Authority: DE
Inventors: Malcolm Thomas Roberts; Michael Philip Robins
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2009-05-04
Also published as: KR970002256B1; EP0341890A3; JPH0256611A; JP2741403B2; EP0341890B1; GB2218590A; IE891430L; US5005128A; GB8811442D0; IE60924B1; DE68908259D1; GB2218590B; ES2045423T3; KR900018778A; EP0341890A2

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung automatisierter Fahrzeuge, die sich auf einem Gelände wie einer Fabrik oder einem Lagerhaus entsprechend den von einem Computer erzeugten Steuersignalen umher bewegen. Die Erfindung ist speziell für Fahrzeuge relevant, die über Funk- oder andere Fernsteuerübertragungsmittel gesteuert werden und nicht auf Führungsleitungen oder Schienen zurückgreifen.
Unser GB Patent Nr. 2,143,395 offenbart ein derartiges System, in dem eine Anzahl von mobilen Transportwagen unter der Gesamtsteuerung einer Basisstation gesteuert und geleitet werden. Die Transportwagen werden dazu benutzt, Material zwischen einem Speicherbereich und einer Arbeitsstelle zu überführen. Fertiggestellte Werkstücke werden mittels einem der Transportwagen zur bedarfsweisen Entnahme und Verwendung zu einem Lagerbereich befördert. Die Basisstation weist jedem der Transportwagen über eine Kommunikationsleitung wie einen Funkübertragungsweg oder eine Infrarotübertragung Bestimmungsorte zu.
Jedes Fahrzeug weist einen scannenden Laserstrahl auf, der im Azimut derart rotiert, daß er über eine Anzahl von Retroreflektorkarten oder -platten tastet, die über das Gelände verteilt beabstandet vorgesehen sind. Jede Reflektorkarte ist mit eindeutig, eigentümlich codierten Streifen retroreflektiven Materials versehen, das derart ist, daß der darauf auftreffende Laserstrahl entlang desselben Weges zurückreflektiert wird. Jedes Fahrzeug ist imstande, seine eigene Position gegenüber jedweder Stelle innerhalb des Geländes unter Ausnutzung von Tiangulationstechniken zu bestimmen. Jedes Fahrzeug überwacht seine eigene Position bei seiner Bewegung entlang eines Weges zu seinem geforderten Bestimmungsort und überträgt kontinuierlich seine Position zurück zur Basisstation, so daß das Basisstation die Transportwagenbewegungen zur Vermeidung von Kollisionen steuern kann.
Die retroreflektiven Streifen und die nicht retroreflektiven Streifen zwischen diesen bilden einen eindeutigen, einzigartigen Barcode auf jeder Reflektorkarte. Wenn die Streifen sequentiell durch den Laserstrahl abgetastet werden, liefern die ersten wenigen Streifen in der Sequenz einen Code, der bestätigt, daß eine Reflektorkarte gefunden wurde (im Unterschied zu irgendeinem anderen reflektierenden Körper, der getroffen werden könnte). Die nächsten Streifen in der Folge identifizieren die spezielle Zielkarte, die abgefragt wird, und der Endstreifen zeigt die Position des Endes der Reflektorkarte mit einem hohen Genauigkeitsgrad zur Bestimmung der Position der Fahrzeugs an.
Es ist offensichtlich, daß die Reflektorkarten nicht zu groß gemacht werden dürfen, wobei sie andernfalls auf den Bereich übergreifen werden, der für Fahrzeug- und Personenbewegungen zur Verfügung steht. Andererseits dürfen die Streifen nicht zu schmal sein, wobei anderenfalls die Codelesung unakzeptabel sein wird. Es folgt daher, daß für eine akzeptable Kartengröße und akzeptable Streifenbreite nur eine begrenzte Anzahl von Streifen und somit nur eine begrenzte Anzahl von eindeutig codierten Karten vorgesehen werden können.
Falls ein großes Gelände abzudecken ist, wird es nicht möglich sein, genug eindeutig codierte Karten zur Lieferung eines funktionsfähigen Systems vorzusehen.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, diese potentielle Beschränkung unseres Fahrzeugnavigationssystems zu mildern.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugführungs- und Steuersystems einer Art vorgesehen, die enthält ein Navigationssystem und eine Einrichtung zum Aussenden eines gerichteten Laserstrahls, der in einer vorbestimmten Richtung gescannt wird; mehrere Reflektoren, die voneinander beabstandet sind und jeweils einen optischen Code enthalten, der den Reflektor identifiziert, und von denen jeder so angeordnet ist, daß er imstande ist, den Laserstrahl zu unterbrechen; und eine Einrichtung zur Ausnutzung des Lichts, das zum Fahrzeug durch zumindest zwei Reflektoren zurückreflektiert worden ist, zur Steuerung der Bewegung und des Steuerkurses des Fahrzeugs; welches Verfahren die Schritte aufweist der fiktiven Unterteilung eines Bereichs, in dem das Fahrzeug wirken soll, in mehrere gleicher Teilbereiche vorbestimmter Abmessungen, von denen jeder mit mehreren Reflektoren versehen ist; Positionieren des Fahrzeugs an einer Anfangs- oder Ausgangsposition, von der aus sein Laserstrahl Initialisierungsreflektoren abtasten kann, die an Positionen liegen, die zur Initialisierung seines Navigationssystems ausgewählt sind; Zuführen von Daten, die die Positionen der Initialisierungsreflektoren definieren, zum Navigationssystem; und Veranlassen des Navigationssystems, die Position des Fahrzeugs bezüglich der Initialisierungsreflektoren zu ermitteln; wobei während darauffolgender Bewegung des Fahrzeugs im Bereich umher das Navigationssystem durch Messen von Distanzen und Richtungen, die vom Fahrzeug aus dieser Anfangsposition gefahren bzw. zurückgelegt werden, funktionswirksam ist, zu ermitteln, in welchem Teilbereich das Fahrzeug zu jedwedem Moment lokalisiert ist.
Vorzugsweise werden drei Initialisierungsreflektoren abgetastet, es sei denn, das Fahrzeug weist eine Einrichtung wie einen Kompaß zu Bestimmung seines Steuerkurses aus, wobei hier zwei Reflektoren ausreichend sein werden.
Während es im früheren System entscheidend war, daß sämtliche Reflektoren in eindeutiger, eigentümlicher Weise codiert waren, gestattet das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Dublizierung von Reflektorcodes in verschiedenen Teilbereichen, weil das Fahrzeug zu jedem Moment bestimmen kann, in welchem Teilbereich es lokalisiert ist, und so zwischen einem Reflektor in einem Teilbereich und einem identisch codierten Reflektor in einem anderen Teilbereich unterscheiden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Fahrzeugsteuer- und Führungseinrichtung ist,
Figur 2 ein Beispiel eines codierten reflektierenden Targets darstellt,
Figur 3 einen Teil eines Fahrzeugbewegungsbereiches, unterteilt in Teilbereiche zeigt, und
Figur 4 einen Teil des Bereiches aus Figur 3 zeigt, der mit Initialisierungstargets gemäß der Erfindung versehen ist.
Gemäß Figur 1 umfaßt eine Steuereinheit 1 zum Steuern der Bewegung von Fahrzeugen wie den Fahrzeugen 2 und 3 über einen Bereich 4 einen Computer 5, der Fahrzeugsteuersignale erzeugt, die einem Funksendegerät 6 zugeführt werden. Die Signale werden dazu benutzt, eine Trägerwelle zu modulieren, die über eine Antenne 7 (einen Strahler) gesendet und von Antennen 8 und 9 an den Fahrzeugen 2 und 3 empfangen wird. Es werden dem Computer 5 Daten von einer Dateneingabeeinrichtung 10 zugeführt, die einen Funkempfänger enthält, welcher Positionsdaten von den Fahrzeugen 2 und 3 über einen Antenne 11 empfängt. Alternativ können die Daten durch andere Mittel, wie über Ultraschall- oder Laserübertragungseinrichtungen, übertragen werden. Die Dateneingabeeinrichtung kann auch Sensoren zur automatischen Abfühlung von Zuständen innerhalb des Bereiches umfassen, und es ist eine Tastatur 12 zur manuellen Dateneingabe vorgesehen.
Als Beispiel wird vorzugsweise das Navigationssystem als ein im oben erwähnten GB Patent Nr. 2,143,395 beschriebenes System vorausgesetzt. Für Navigationszwecke sind im Bereich 4 codierte retroreflektierende Ziele bzw. Targets 13 verteilt positioniert. Am Fahrzeug 2 bzw. 3 sind drehbare Laserscanner 14, 15 fixiert und das Navigationssystem ermittelt kontinuierlich aus Reflexionen von den codierten Zielen bzw. Targets und mittels Triangulation die exakte Position jedes Fahrzeugs zu diesen Targets.
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines codierten reflektierenden Targets 13. Das Target weist alternierende reflektierende Streifen 16 und nicht reflektierende Streifen 17 auf. Die Breiten der Streifen bestimmen die Codeelemente so, daß ein breiter reflektierender Streifen, dem ein schmaler nicht reflektierende Streifen folgt, ein digitales 1 Element repräsentiert, und ein schmaler reflektierender Streifen, dem ein breiter nicht reflektierender Streifen folgt, ein digitales 0 Element repräsentiert. Wie oben erwähnt, wird eine Anzahl Codeelemente dazu benutzt, zu bestätigen, daß die Laserstrahlreflexionen von einem Target und nicht von irgendeiner anderen reflektierenden Fläche empfangen werden. Die Anzahl von für eine Codierung der Targetidentität zur Verfügung stehender Streifenpaare kann, ohne das Target exzessiv groß zu gestalten, auf beispielsweise fünf angesetzt, beschränkt werden, so daß nur zweiunddreißig unterschiedliche Reflektorcodes erzielbar sind.
Die Figur 3 stellt einen Plan eines Teils eines sehr großen Bereichs 18 dar, über den sich Fahrzeuge bewegen sollen. Ein solcher Bereich kann beispielsweise 700m x 400m betragen. Es existiert selbstverständlich eine Grenze hinsichtlich der Distanz, über die die Laserstrahlen von den Scannern 14 und 15 projizierbar sind und dabei noch eine lesbare Reflexion ergeben. Folglich dürfen die reflektierenden Targets nicht über mehr als z.B. angesetzt 40m hinaus beabstandet sein. Der Bereich ist daher in Teilbereiche 19 unterteilt, die vorzugsweise quadratisch sind und vorzugsweise eine Seitenlänge von 32,767 m aufweisen. Die letztere Dimensionierung wird als geeignet ausgewählt, wenn ein 16- Bit-Wort zur Charakterisierung der Position verwendet wird, wobei das meist signifikante Bit zur Polaritätsanzeige verwendet wird. Die größte Zahl, die durch die verbleibenden fünfzehn Bits darstellbar ist, ist dann 32,767. Vier reflektierende Targets 13 sind in jedem Quadrat angeordnet, wobei die Targets, auf Wänden, sofern diese zu Verfügung stehen, fixiert sind oder andernfalls auf Pfeilern 20 oder anderen Halterungen.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß selbst dieser kleine Bereich des gesamten Bereichs mehr als zweiunddreißig zur Verfügung stehende unterschiedliche Targetcodes benötigt. Falls die Targetcodes über den Bereich hinweg lediglich wiederholt würden, wäre das Navigationssystem des Fahrzeugs nicht imstande, durch Abtastend der Targets zu bestimmen, wo gerade im Gesamtbereich das Fahrzeug lokalisiert ist; d.h. es wären keine eindeutige Positionsdaten gewinnbar.
In der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem in der folgenden Weise überwunden. Gemäß Figur 4 sind drei reflektierende Bezugstargets 21, 22 und 23 vorzugsweise an den Scheitelpunkten eines gleichseitigen Dreiecks innerhalb eines Bereichs 24 wie eines an den Bereich 18 angrenzenden Garagen- oder Farhzeugeinstellraums angebracht. Die Positionen der Bezugs- oder Datumtargets sind sehr genau bestimmt und sind im Computer 5 gespeichert.
Im Betrieb des Systems wird ein Fahrzeug wie das Fahrzeug 2 zunächst innerhalb des durch die Targets 21 bis 23 definierten Dreiecks lokalisiert und sein Scanner tastet die Bezugstargets ab, so daß sein Navigationssystem die Ausgangsposition des Fahrzeugs relativ zu diesen Targets und seinen Ausgangssteuerkurs exakt bestimmen kann. Danach hält bzw. speichert, wenn das Fahrzeug sich im Bereich 18 umher bewegt, das Navigationssystem eine Aufzeichnung der gegenwärtigen Entfernung des Farhzeugs von der Initialisierungs- Bezugsposition sowie des jeweils gegenwärtigen Steuerkurses. Auf diese Weise verfügt das Navigationssystem stets über eine Aufzeichnung bezüglich des zu jedem Moment vom Fahrzeug belegten Teilbereichs und kann dann Positionsdaten exakt aus den Targets in diesem Teilbereich bestimmen.
Die Bezugstargets können an jeder anderen gewünschten Position innerhalb oder entlang des Bereichs 18 angeordnet sein. Tatsächlich können drei der Targets 13 innerhalb jedes beliebigen Teilbereichs als Bezugstargets behandelt werden. Ein oder mehrere weitere Sätze von Bezugstargets können im Bereich verteilt lokalisiert sein, um zu vermeiden, daß das Fahrzeug für den Initialisierungsprozeß eine große Distanz zurücklegen muß.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugführungs- und Steuersystems der Art, die enthält ein Fahrzeug (2, 3), das über Triebkraft und Lenkung verfügt, ein Navigationssystem und eine Einrichtung (14, 15) zum Aussenden eines gerichteten Laserstrahls, der in einer vorbestimmten Richtung gescanned wird; mehrere Reflektoren (13), die voneinander beabstandet sind, und jeweils einen optischen Code (16, 17) enthalten, der den Reflektor identifiziert, und von denen jeder so angeordnet ist, daß er imstande ist, den Laserstrahl zu unterbrechen; und eine Einrichtung zur Ausnutzung des Lichts, das zum Fahrzeug durch zumindest zwei Reflektoren zurückreflektiert worden ist, zur Steuerung der Bewegung und des Steuerkurses des Fahrzeugs; gekennzeichnet durch die Schritte der fiktiven Unterteilung eines Bereichs (18), in dem das Fahrzeug wirken soll, in mehrere gleicher Teilbereiche (19) vorbestimmter Abmessungen, von denen jeder mit mehreren Reflektoren versehen ist; Positionieren des Fahrzeugs an einer Anfangsposition (24), von der aus sein Laserstrahl Initialisierungsreflektoren (21-23) abtasten kann, die an Positionen liegen, die zur Initialisierung seines Navigationssystems ausgewählt sind; Zuführen von Daten, die die Positionen der Initialisierungsreflektoren definieren, zum Navigationssystem; und Veranlassen des Navigationssystems, die Position des Fahrzeugs bezüglich der Initialisierungsreflektoren zu ermitteln; wobei während darauffolgender Bewegung des Fahrzeugs im Bereich umher das Navigationssystem durch Messen von Distanzen und Richtungen, die vom Fahrzeug aus dieser Anfangsposition gefahren werden, funktionswirksam ist, zu ermitteln, in welchem Teilbereich das Fahrzeug zu jedwedem Moment lokalisiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Initialisierungsreflektoren (21-23) verwendet werden, um die Anfangspositions- und Steuerkursdaten zur Initialisierung des Navigationssystems zu liefern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Initialisierungsreflektoren (21-23) verwendet werden, um Anfangspositionsdaten zur Initialisierung des Navigationssystems zu liefern; und daß eine Einrichtung am Fahrzeug (2, 3) vorgesehen ist, um den Steuerkurs des Fahrzeugs während der Initialisierung des Navigationssystems zu bestimmen.

4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die die Positionen der Initialisierungsreflektoren (21-23) definierenden Daten dem Navigationssystem über eine Datenübertragung (7, 8, 9, 11) zugeführt werden, die durch den freien Raum überträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung (7, 8, 9, 11) eine Funkverbindung ist.