DE69803868T2

DE69803868T2 - Verfahren zur bestimmung der position eines automatisch geführten fahrzeuges

Info

Publication number: DE69803868T2
Application number: DE69803868T
Authority: DE
Inventors: Fredrik Holmquist
Original assignee: Apogeum AB
Current assignee: Apogeum AB
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: ATE213335T1; CN1276873A; CN1276874A; SE9703779D0; KR20010024528A; CA2305600A1; SE511504C2; KR100578680B1; EP1023610B1; CA2307206A1; EP1023610A1; DE69812673T2; AU752054B2; EP1023611B1; NO20001978L; KR20010031182A; ATE235690T1; AU755485B2; US6308118B1; SE1023610T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines automatisch geführten Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

STAND DER TECHNIK

Automatisch geführte Fahrzeuge finden in vielen Industriebereichen Anwendung, wie z. B. in Form von Lastwägen für den Transport von Gütern in Fabriken und Lagerhäusern. Gemäß einem häufig verwendeten System werden Magnetschleifen oder ähnliches entlang der Transportwege der Lastwagen ausgelegt. Als Ergebnis hoher anfänglicher Kosten und Probleme bei der späteren Modifikation des von den Lastwägen befahrenen Wegs, wurden Systeme mit lokal angeordneten Lichtreflektoren entwickelt.
Gemäß bestimmter bekannter Systeme werden Reflektoren mit Identifizierung verwendet, d. h. auf der Basis des reflektierten Signals können Instrumente auf den Fahrzeugen direkt bestimmen, von welchem einzelnen Reflektor das Signal ausgegeben wird. Derartige Systeme können schnell und wirksam arbeiten, jedoch sind die einzelnen Reflektoren relativ teuer. Es bestehen auch Einschränkungen hinsichtlich der Entfernung, bei welcher das Signal registriert werden kann und ähnliche Probleme.
Ein Navigationssystem mit vollständig unbekannten Reflektoren in Form von Reflektorstreifen oder ähnlichem ist in der US-A-4811228 dargestellt und beschrieben. Die Reflektoren sind nicht identisch, sind aber bezüglich ihrer Position exakt kalibriert. Die Position eines jeden Reflektors wird an Bord des Fahrzeugs zusammen mit relevanten Koordinaten für den Transportbereich gespeichert. Eine Lichtquelle an Bord des Fahrzeugs sendet einen konzentrierten Laserstrahl aus, welcher den Transportbereich abtastet. Reflexionen von Reflektoren und anderen Gegenständen werden registriert und liefern Peilungen zu einem möglichen Reflektor.
Die folgenden Maßnahmen werden zunächst bei stehenden Fahrzeugen für die Zuordnung der Peilungen oder der Winkelpositionen zu den physikalischen Reflektoren ergriffen, wenn das Fahrzeug in einer bekannten Position angeordnet ist. Somit ist die Voraussetzung gemäß diesem bekannten System, daß Informationen bezüglich der tatsächlichen Position des Fahrzeugs an das Fahrzeug weitergeleitet worden sind. Drei Winkelwerte werden mit einer geeigneten Verteilung über den abzutastenden Bereich selektiert. Die Winkelwerte werden den Reflektoren zugeordnet und die Position des Fahrzeugs wird auf der Basis der bekannten Position der erfaßten Reflektoren bestimmt. Falls die auf diese Weise erfaßte Position des Fahrzeugs mit der bekannten Position übereinstimmt, werden die restlichen Winkelwerte zugeordnet und die Position des Fahrzeugs kann verifiziert werden. Dieses anfängliche Verfahren kann zeitaufwendig sein, wenn eine große Anzahl von Reflektoren verwendet wird.
Die folgenden Maßnahmen werden kontinuierlich für die Zuordnung der Winkelpositionen zu den physikalischen Reflektoren durchgeführt. Eine erfaßte Winkelposition wird mit möglichen Winkelpositionen von gespeicherten Positionen für Reflektoren verglichen, und diese Winkelposition wird einem physikalischen Reflektor zugeordnet, welcher eine gute Übereinstimmung mit der gespeicherten Position eines Reflektors erzielt.
Nach der Zuordnung der Winkelpositionen oder Peilungen der Reflektoren zu tatsächlichen Reflektoren kann die Bestimmung der Position und die Navigation auf unterschiedliche Arten erfolgen. Zu Beginn wird Triangulation eingesetzt. Mit einer gewissen Kenntnis der zu erwartenden Position bei einem Punkt der Messung werden andere Verfahren bei der weiteren Fahrt eingesetzt. Das automatisch geführte Fahrzeug ist zudem mit einer Vorrichtung zur ständigen Aktualisierung der Fahrzeugbewegung ausgestattet, beispielsweise durch einen Entfernungsmesser. Vorrangig wird die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke zwischen Meßpunkten kontinuierlich bestimmt, darüberhinaus wird aber auch die Bewegung des Fahrzeugs bei der Kurvenfahrt und dessen Bewegungsrichtung bestimmt. Die Messung kann beispielsweise mit Bezug auf die Drehung der Antriebsräder oder anderer Räder erfolgen, wobei derartige Drehung dann in Entfernung umgewandelt wird. Darüberhinaus wird auch der Drehwinkel des Lenkrads des Fahrzeugs vorzugsweise kontinuierlich bestimmt. Daten bezüglich der Entfernung und Richtung werden als Basis für die Positionsbestimmung und Navigation eingesetzt.
Damit das in der US-A-4811228 beschriebene System die bestmögliche Leistung erzielen kann, ist eine große Anzahl von Reflektoren erforderlich. Da die Berechnung vieler Kombinationen erforderlich ist, bevor eine gewisse Verbindung hergestellt werden kann, ist die für die Berechnung benötigte Zeit lang. Dieser Nachteil kann nur dann noch größer sein, falls viele erfaßte Signale von anderen Quellen als den unbekannten Reflektoren stammen, deren Positionen bekannt sind, beispielsweise von Metallgegenständen oder Fenstern.
Aus diesem Grund wäre es wünschenswert, wenn verbesserte Möglichkeiten für die Ausfilterung unerwünschter Reflexionen, für die Steigerung der Wirksamkeit der Zuordnung und für die Reduzierung der Anzahl der erforderlichen Reflektoren in einem System von der Art, wie es in der US-A-4811228 beschrieben worden ist, vorliegen würden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Positionsbestimmung automatisch geführter Fahrzeuge zu schaffen, wobei die oben erwähnten Nachteile vermieden werden und gleichzeitig die erwünschten Verbesserungen erzielt werden. Diese Ziele werden durch die Integration der in Patentanspruch 1 beschriebenen spezifischen Merkmale in die Erfindung erreicht.
Der Startpunkt des Fahrzeugs liegt bei einer unbekannten Position in einem Transportbereich mit mehreren unbekannten Reflektoren. Dem Fahrzeug fehlt daher jegliche Information bezüglich seiner gegenwärtigen tatsächlichen Position. Es werden mehrere Winkelwerte, welche Winkelpositionen gegenüber Reflexionen von reflektierenden Gegenständen entsprechen, bestimmt und gespeichert. Eine Anordnung von mindestens drei Winkelwerten mit einer geeigneten Verteilung, vorzugsweise auf umgebende und symmetrische Art und Weise, wird über den Suchsektor selektiert. Die selektierten Winkelwerte werden einer Anordnung von Reflektoren zugeordnet, und eine vermutete Position für das Fahrzeug wird auf der Basis der bekannten Position der vermuteten Reflektoren bestimmt.
Falls die vermutete Position des Fahrzeugs innerhalb eines bestimmten Abschnitts des Transportbereichs liegt, werden die verbleibenden Winkelwerte gespeicherten Reflektorpositionen zugeordnet. Für jede Anordnung von Winkelwerten wird eine bestehende Abweichung zwischen erfaßten Winkelwerten und vermuteten Winkelwerten bei der Fahrzeugposition und bekannten Reflektorpositionen ermittelt. Die getroffenen Maßnahmen werden für jede mögliche Kombination der drei Winkelwerte wiederholt, und es wird eine Kombination von Zuordnungen selektiert, welche eine gute Übereinstimmung bei einer vermuteten Fahrzeugposition liefert. Nachdem auf diese Weise eine Zuordnung erfolgt ist, wird die augenblickliche Fahrzeugposition als die vermutete Position bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die augenblickliche Entfernung zum Gegenstand, von welchem das Signal reflektiert wird, in Verbindung mit dem Empfang eines reflektierten Signals an Bord des Fahrzeugs bestimmt. Die Entferung wird mit der entsprechenden Entfernung zwischen einem Bezugspunkt auf dem Fahrzeug in einer vermuteten Position und der gespeicherten Position eines möglichen Reflektors verglichen. Die die Entfernung betreffenden Informationen werden dazu verwendet, eine etwas sichere Beurteilung der Indentität des Reflektors zu ermöglichen.
Weitere Gewissheit kann erreicht werden, falls vollständigere Informationen über die Reflektoren im vornherein gesammelt wird und zur Beurteilung der Identität der Reflektoren zur Verfügung steht. Beispielsweise kann im voraus bestimmt werden, wie die Intensität eines von den Reflektoren reflektierten Signals mit dem Einfallswinkel und der Entfernung zum Bezugspunkt auf dem Fahrzeug variiert. Die Abtastzeit über den Reflektor kann zudem bestimmt werden. Dies kann bei unterschiedlichen Reflektortypen der Fall sein, sowohl im Hinblick auf die Form der Reflektoren als auch auf den Werkstoff, aus dem die Reflektoren hergestellt sind. Ein weiterer Vorteil, welcher erfindungsgemäßer erzielt werden kann, ist, daß die Bestimmung der Position schneller und mit größerer Gewissheit erfolgen kann, sogar dann, wenn zu Beginn keine Kenntnis der augenblicklichen Position vorliegt.
Weitere Vorteile und besondere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und abhängigen Patentansprüchen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend wird die Erfindung nun ausführlicher mit Hilfe von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines automatisch geführten Fahrzeugs, in welchem die Erfindung ausgenutzt wird;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Abschnitt des Arbeitsraums eines automatisch geführten Fahrzeugs, welcher eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorsieht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung; wie ein Signal konfiguriert sein kann, um eine Entfernungsmessung zu ermöglichen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung, wie die Amplitude in einem reflektierten Signal mit dem Einfallswinkel des einfallenden Lichts variieren kann;
Fig. 5 eine schematische Darstellung, wie die Amplitude in einem reflektierten Signal mit der Entfernung zwischen der Lichtquelle/dem Detektor und reflektierenden Gegenständen variieren kann;
Fig. 6 eines schematische Darstellung, wie die Dauer eines reflektierten Signals mit der Entfernung zwischen der Lichtquelle/dem Detektor und reflektierenden Gegenständen bei rechtwinkligem Lichteinfall variiert; und
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der Draufsicht von Fig. 2.

DIE ERFINDUNG

Das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeug 10 ist als Lastwägen ausgeführt. Am oberen Ende einer Antriebs- und Steuereinheit 14 ist eine Emissionsquelle 13 vorgesehen. Die Emissionsquelle emittiert einen Strahl B, welcher vorzugsweise eine Ebene im Transportbereich, in welcher sich das Fahrzeug fortbewegt, abtastet. Der Strahl kann von unterschiedlichem Typ sein, und setzt sich beispielsweise aus Licht, einem anderen elektromagnetischen Strahl oder einem weiteren Strahl zusammen. Es ist auch möglich, daß der Strahl mehrere Abschnitte des Transportbereichs diskret Punkt für Punkt oder Sektor für Sektor während unterschiedlichen Zeitintervallen beleuchtet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Emissionsquelle eine Lichtquelle und der emittierte Strahl ist ein konzentrierter Laserstrahl.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Fahrzeug mit Vorrichtungen zur Steuerung mit Hilfe von Entfernungsmessung ausgestattet. Unter den Vorrichtungen finden sich Räder 15, von denen eines oder mehrere Antriebsräder sind, welche mit der Antriebseinheit 14 verbunden sind, und eines oder mehrere sind Steuerräder, mit deren Hilfe das Fahrzeug auf der gewünschten Spur geführt wird. Zu diesem Zweck ist eines oder mehrere der Räder mit einer Vorrichtung zur Messung der Drehung des Rads vorgesehen, wodurch die zurückgelegte Entfernung des Fahrzeugs kontinuierlich bestimmt werden kann. Der Winkel des Steuerrads oder der Steuerräder wird kontinuierlich durch Winkelerfassungsvorrichtungen bestimmt, so daß die Orientierung des Fahrzeugs und seine Fortbewegungsrichtung kontinuierlich bestimmt werden können. Die Antriebseinheit 14 und die Räder können in der Ausführungsform, welche keine Steuerung durch Entfernungsmessung aufweist, auch anderweitig ausgeführt sein. Entsprechende Steuermerkmale können beispielsweise durch Beschleungigungsvorrichtungen, Kreiselsteuervorrichtungen und ähnlichen Geräten eingebracht werden.
An Bord des Fahrzeugs 10 ist eine Emissionsquelle 13 mit einer Steuervorrichtung 19 vorgesehen. Die Emissionsquelle 13 umfaßt vorzugsweise einen Laser oder eine andere Vorrichtung mit der Fähigkeit, einen konzentrierten Laserstrahl B zu emittieren. Der Strahl B kann in einem Suchbereich rotieren, welcher einen geschlossenen Kreis umfaßt. Die Rotationsfunktion kann dadurch bewirkt werden, indem der Lichtstrahl B durch optische Drehvorrichtungen, wie z. B. Spiegel und Prismen geführt wird, oder indem sich die Lichtquelle drehen kann. An Bord des Fahrzeugs sind darüberhinaus Empfänger vorgesehen, welche eine Detektorvorrichtung 18 aufweisen, wobei es sich bei dieser um eine lichtempfindliche und richtungsabhängige Vorrichtung handelt. Die Position des Detektors 18 stellt vorzugsweise den Bezugspunkt des Fahrzeugs dar. Ein Winkelsensor emittiert kontinuierlich ein Winkelsignal, das die Richtung des Lichtstrahls B in Relation zu einer Bezugsrichtung D auf dem Fahrzeug anzeigt. Es ist eine Speichervorrichtung 20 vorgesehen, welche die Daten bezüglich des Transportbereichs und der Reflektoren speichert. Der Detektor 18, die Steuervorrichtung 19 sowie der Speicher 20 sind betriebsbereit miteinander verbunden. Vorzugsweise ist der Speicher 20 zusammen mit dem Detektor 18 und der Steuervorrichtung 19 an Bord des Fahrzeugs 10 vorgesehen.
Erfindungsgemäß sind die Reflektoren an gut definierten Positionen im Transportbereichs angeordnet. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist eine Anzahl von Reflektoren R&sub1;-R&sub1;&sub1; in einem Abschnitt des Transportbereichs eines Warenlagers oder ähnlichem angeordnet, welche durch Wände 11 abgegrenzt sind. Ein automatisch geführtes Fahrzeug 10 bewegt sich durch den Transportbereich entlang einer voreingestellten Route 12. Die Route 12 kann leicht geändert werden, beispielsweise beim Umbau des Warenlagers, indem geeignete Daten im Speicher geändert werden, wobei es sich beim Speicher vorzugsweise um einen Halbleiter- oder Magnetspeicher handelt.
Die Reflektoren R&sub1;-R&sub1;&sub1; sind in der dargestellten Ausführungsform identisch. Ihre Position ist exakt im vorherein bestimmt und in einem Speicher zusammen mit anderen relevanten Informationen über den Transportbereich und der Route, welcher das Fahrzeug 10 folgen soll, gespeichert. Eine Art von CAD- System wird zur Beschreibung und Definierung des Transportbereichs und der Position der Reflektoren geeignet eingesetzt. Darüberhinaus ist es in anderen Ausführungsformen möglich, die Reflektoren R&sub1;-R&sub1;&sub1; derart auszuführen, daß sie nicht direkt durch das von ihnen reflektierte Signal identifiziert werden können, oder entsprechenden im Speicher gespeicherten Reflektoren zugeordnet werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Reflektoren flache Scheiben oder Bänder aus Reflexstoff auf. Die Reflektoren weisen vorzugsweise eine geringere horizontale Abmessung als vertikale Abmessung auf, damit sie scharfe Seitenbegrenzungen haben. Für das Erzielen einer sicheren Reflexion von einem Reflektor sollte der Einfallswinkel des Strahls B kleiner als der Winkel β von der normalen Richtung N aus sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zylindrische Reflektoren verwendet. Diese Art von Reflektoren ist vorzugsweise derart angeordnet, daß die Achse des Zylinders im rechten Winkel zur Ebene, in welcher sich der Strahl bewegt, angeordnet ist. Der Strahl B wird somit um den gesamten Umfang herum entlang der horizontalen Ebene gut reflektiert.
In anderen Ausführungsformen werden geeignete verfügbare Gegenstände als Reflektoren verwendet. Die Anordnung von Reflektoren in derartigen Ausführungsformen bedeutet, daß geeignete Gegenstände ausgewählt werden müssen und daß die Position der Gegenstände exakt bestimmt werden muß.
Der Lichtstrahl B tastet mit der Winkelgeschwindigkeit ∞ ab und wird von den Reflektoren R&sub1;-R&sub1;&sub1; und anderen Gegenständen O, beispielsweise Rohren, Fenstern 17, oder Gegenständen auf Stützbauteilen 16 reflektiert. Ein reflektiertes Signal wird an Bord des Fahrzeugs mit Hilfe einer Empfangsvorrichtung empfangen, welche einen lichtempfindlichen Detektor aufweist. Der lichtempfindliche Detektor registriert darüberhinaus die Intensität des empfangenen Signals in Verbindung mit dem Winkelsensor derart, daß letzterer anzeigt, bei welchem Winkel ein reflektierender Gegenstand in Relation zur Bezugsrichtung D angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der augenblickliche Winkel angezeigt, wenn der Empfang des reflektierten Signals beginnt, jedoch ist eine andere Reihenfolge möglich. Signale, welche einem augenblicklichen Winkelwert entsprechen und ein ankommender Intensitätswert für eine bestimmte Anzahl von Reflexionssignalen wird im Speicher gespeichert, beispielsweise an Bord eines Fahrzeugs.
Das Navigationsprinzip bei dem automatisch geführten Fahrzeug 10 in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 liegt darin, daß eine anfängliche Bestimmung der Position mit Hilfe von drei Winkelwerten erfolgt, welche Reflektoren zugeordnet sind. Bei einem stehenden Fahrzeug und einer Peilung zu drei Reflektoren, kann die Position des Fahrzeugs exakt bestimmt werden, beispielsweise durch Triangulation. Die Reihenfolge, welche eingesetzt werden kann, weist folgendes auf: es werden drei Winkelwerte mit einer geeigneten Verteilung über den abzutastenden Suchsektor selektiert; die Winkelwerte werden möglichen Winkelwerten zugeordnet, und, es wird eine mögliche Position für das Fahrzeug auf der Basis der bekannten Position der vermuteten Reflektoren bestimmt; falls die auf diese Weise bestimmte Position für das Fahrzeug innerhalb eines Abschnitts des Transportbereichs liegt, werden die restlichen Winkelwerte gespeicherten Reflektorpositionen zugeordnet. Die Anzahl der Winkelwerte, welche nicht zugeordnet werden kann, d. h. die Winkelwerte, welche zu stark von den erwarteten Winkelwerten für gespeicherte Reflektorpositionen abweichen, werden bestimmt. Falls die Anzahl der abweichenden Winkelwerte größer als eine bestimmter Wert ist, wird die für das Fahrzeug bestimmte Position abgelehnt. Ein Statuswert oder Qualitätsfaktor wird im Speicher für die, Winkelwerte gespeichert, welche innerhalb eines gewissen Winkelabstands von den erwarteten Winkelwerten liegen. Dieser Vorgang wird für jede mögliche Kombination der drei Winkelwerte wiederholt, und eine Kombination von Zuordnungen mit der besten Übereinstimmung bei der Position des Fahrzeugs wird selektiert. Die Position, welche die geringste durchschnittliche Abweichung bzw. Standartabweichung bei den verbleibenden Winkelwerten aufweist, wird vorzugsweise selektiert.
Wenn das Fahrzeug ferner entlang der Spur 12 versetzt ist, erfolgt die Bestimmung der Position und die Navigation auf andere Art und Weise, hauptsächlich aufgrund der im wesentlichen bekannten Position des Fahrzeugs. Für jeden Punkt bei der Positionsbestimmung werden die neuesten registrierten Winkelwerte verwendet, welche eine Peilung zu einem verwendeten Reflektor darstellen. In der Position Pn in Fig. 2 wird eine Peilung oder Winkelwert zum Reflektor R&sub3; verwendet. Dadurch werden Informationen mit Bezug auf die Position nur im Hinblick auf eine Linie geliefert. Die Information wird mit der Position, welche durch Besteckrechnen bestimmt worden ist, verglichen und wird im Hinblick auf die Richtung, welche für den Reflektor R&sub3; exakt bestimmt wird, korrigiert. In der Position Pn+1 wird der Reflektor R&sub6; für die Bestimmung der Position verwendet, und da der Reflektor R&sub6; in Relation zu dem zuvor erwähnten Reflektor R&sub3; winkelversetzt ist, erhöht die neue, die Richtung betreffende Information die Gewissheit der Positionsbestimmung sowie die Positionskorrektur, welche durch Besteckrechnen oder Entfernungsmessung bestimmt wird, in hohem Maße. Eine entsprechende neue Bestimmung erfolgt bei Position Pn+2 auf der Basis des Reflektors R&sub8;. Ein neuer Reflektor wird vorzugsweise für jeden Bestimmungspunkt selektiert, so daß die Gewissheit der Positionsbestimmung so hoch wie möglich ist.
Der vorliegende Transportbereich weist zudem eine Anzahl von Gegenständen O auf, welche das vom Fahrzeug ermittierte Licht reflektieren, und/oder Licht emittieren, das als ein möglicher Reflektor durch den Empfänger an Bord des Fahrzeugs erfaßt werden kann. Informationen über Gegenstände dieser Art und Elemente werden vorzugsweise zusammen mit Informationen über die Position der Reflektoren gespeichert und können für die Navigation verwendet werden. Informationen bezüglich anderer Elemente, welche die Navigation im Transportbereich stören und verhindern, wie z. B. Wände 11, Stützen 16 und ähnliche Gegenstände, welche einen Reflektor verbergen können, können ebenfalls gespeichert werden.
Die Entfernung zum reflektierenden Gegenstand wird darüberhinaus in Verbindung mit einem vom Empfänger an Bord des Fahrzeugs erfaßten reflektierten Signals bestimmt. Es können unterschiedliche Verfahren verwendet werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das emittierte Lichtsignal moduliert, beispielsweise auf die in Fig. 3 dargestellte Art und Weise. Die Zeitperiode T beträgt in diesem Fall 500 ns (2 MHZ). Die Phasenverschiebung, welche zwischen dem emittierten Signal 1 und dem empfangenen Signal II auftritt, entspricht der Zeit Δt und kann direkt als (die doppelte) Entfernung zum Reflektor umgewandelt werden. Die selektierte zeitperiode T ermögicht eine Messung der Entfernung von bis zu 75 m. Darüberhinaus wird die Zeitdauer bis zur Erfassung des reflektierten Signals bestimmt. Die Dauer ist ein Maß für die Größe des reflektierten Gegenstands, vom Fahrzeug aus gesehen.
Die Entfernung kann zudem auf ändere Art und Weise mit anderen Instrumenten als den bei der Bestimmung der Richtung verwendeten gemessen werden. Es ist zum Beispiel möglich, einen anderen elektromagnetischen Strahl oder Ultraschall für die Entfernungsmessung zu verwenden.
Informationen betreffend die reflektierenden Eigenschaften bei unterschiedlichen Winkeln und Informationen darüber, wie die Intensität des reflektierten Lichts mit der Entfernung zwischen dem Reflektor und Detektor variiert, werden zusammen mit Informationen über die Position eines jeden Reflektors gespeichert.
Fig. 4 zeigt schematisch, wie die reflektierenden Eigenschaften des Reflektors mit den unterschiedlichen Einfallswinkeln in Relation zu der Normalenrichtung N des Reflektors variieren können, wenn eine ebenflächige Reflexion eingesetzt wird. Bei einem Winkel von 0 Grad erfolgt eine maximale Reflexion und bei ±β sinkt die Reflexionsfähigkeit auf einen niedrigeren Schwellenwert. Auf der X-Achse ist der Einfallswinkel in Grad dargestellt, und auf der Y-Achse ist die Amplitude dargestellt. Fig. 5 zeigt schematisch, wie die Intensität des reflektierten Lichts mit der Entfernung zwischen dem Reflektor und dem Detektor abnimmt, Auf der X- Achse ist die Entfernung dargestellt, und auf der Y-Achse ist die Amplitude gezeigt. Fig. 6 zeigt schematisch, wie die Dauer des reflektierten Lichts mit der Entfernung zwischen dem Reflektor und den Detektor abnimmt. Die in den Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 verdeutlichten Relationen oder Verhältnisse werden als Bezugswerte im Speicher gespeichert, beispielsweise in Form von Tabellen oder Berechnungsschritten, so daß die Relationen für die Beurteilung verwendet werden können, ob ein vom Detektor erfaßtes Signal tatsächlich von einem Reflektor stammt. Informationen über andere reflektierende Gegenstände, beispielsweise glänzende Rohre und Fenster, können auf ähnliche Weise gespeichert werden. Vorzugsweise werden Informationen über Bezugswerte während einer Anfangsphase gespeichert und nicht in Zusammenhang mit der Zuordnung oder Navigation.
Wenn ebenflächige Reflektoren verwendet werden, wird die Zeit, in welcher ein reflektiertes Signal zurückkommt, mit den entsprechenden Bezugswerten verglichen und gibt ein Maß des reflektierten Drehwinkels des Gegenstands in Relation zu dem Bezugspunkt auf dem Fahrzeug an.
Die Beurteilung, ob ein ankommendes Signal tatsächlich von einem Reflektor stammt, und in diesem Fall, welcher Reflektor in Frage käme, erfolgt in mehreren Schritten. Bei einem ersten Schritt werden Signale abgewiesen, die von Gegenständen stammen, welche weiter vom Fahrzeug als eine voreingestellte, jedoch veränderbare maximale Entfernung entfernt angeordnet sind. Eine ähnliche Ausfilterung kann mit Bezug auf Gegenstände durchgeführt werden, welche zu nahe beim Fahrzeug angeordnet sind.
Die Dauer des empfangenen Signals wird darüberhinaus bestimmt, wobei die Dauer unterhalb eines gewissen Intervalls dazu führt, daß die Signale während der folgenden Schritte nicht berücksichtigt werden und es zu keiner Zuordnung zu einem Reflektor kommt. Das Intervall weist Grenzen auf, welchen Anfangswerte zugeordnet sind, wobei diese Werte jedoch hinterher an vorliegende Konditionen angepaßt werden können. Die Dauer entspricht dem Winkel, bei welchem der Detektor oder die entsprechende optische Vorrichtung genügend Zeit zur Drehung hat, während das reflektierte Signal empfangen wird. Dieses entspricht wiederum dem Abschnitt des reflektierenden Gegenstands in der Drehebene, welche vom Detektor aus sichtbar ist. Auf diese Weiße kann ein überlanges Signal das Ergebnis sein, beispielsweise das Signal einer in der Nähe angeordneten Wand mit einer stark reflektierenden Außenfläche.
Auf ähnliche Weise werden Signale mit einem Intensitätswert außerhalb eines gewissen Intervalls abgewiesen. Das Intervall weist Grenzen auf, welchen Anfangswerte zugeordnet sind, wobei das Intervall jedoch dann an vorliegende Konditionen angepaßt werden kann.
Ein Satz von Bezugswerten für Reflektoren, welcher mit Bezug auf die Dauer und Intensität des reflektierten Signals verwendet wird, wobei dieser von unterschiedlichen Entfernungen zwischen dem Reflektor und dem Detektor abhängig ist, kann im voraus gespeichert werden. Die Bezugswerte werden dazu verwendet, die erfaßten Dauer- und Intensitätswerte hinsichtlich der Entfernung zu kompensieren, so daß die Selektion der verwendeten Reflexionssignale günstig ist.
Die Reflexionen, welche die oben erwähnten Bedingungen erfüllen, werden nachfolgend als mögliche Reflektorsignale für die anschließende Navigation in Betracht gezogen, wobei die Reflektorsignale den im Speicher gespeicherten Reflektoren zugeordnet werden. Den Reflektorsignalen werden vorzugsweise Statuswerte zugeordnet, abhängig davon, wie gut sie mit einem Nenn-Reflexionssignal oder der Signatur von einem bekannten Reflektor übereinstimmen.
Die Position der bekannten Reflektoren ist im Speicher abgespeichert, wie es oben beschrieben worden ist. Die Verbindung zwischen einer Reflexion und einem realen Reflektor erfolgt mit Hilfe einer vermuteten Position des Fahrzeugs als Startpunkt. Im Normalfall wird die vermutete oder erwartete Position des Fahrzeugs während der Fahrt durch Entfernungsmessung bestimmt, aber es können auch andere Verfahren angewendet werden. Unter der Annahme, daß ein reflektiertes Signal von einem gewissen Reflektor stammt, werden die folgenden Faktoren berücksichtigt:
- ob die erfaßte Entfernung innerhalb eines voreingestellten Entfernungsintervalls zwischen der Position des Fahrzeugs und dem Reflektor liegt;
- ob die Amplitude oder Intensität des empfangenen Signals innerhalb eines zweiten voreingestellten Intervalls der erwarteten Amplitude liegt, und zwar mit Bezug auf die Amplitude, welche mit der Entfernung abnimmt, beispielsweise gemäß dem Diagramm in Fig. 5;
- ob die Dauer das empfangenen Signals innerhalb eines dritten voreingestellten Intervalls der erwarteten Dauer mit Bezug auf die Entfernung des Reflektors zum Fahrzeug liegt;
- ob die erfaßte Peilung innerhalb eines voreingestellten vierten Intervalls der erwarteten Peilung mit Bezug auf die Bezugsrichtung des Fahrzeugs liegt;
- ob die Intensität des empfangenen Signals innerhalb eines voreingestellten fünften Intervalls der erwarteten Intensität mit Bezug auf die Winkelposition eines erwarteten ebenflächigen reflektierenden Gegenstands liegt, wobei die Winkelposition durch die Relation zwischen einer erfaßten Dauer und einer bei der augenblicklichen Entfernung erwarteten Dauer bestimmt wird.
Die Faktoren werden zusammen gewichtet und ergeben einen Wert, welcher einer Wahrscheinlichkeit entspricht, daß eine Übereinstimmung erzielt ist. Die Faktoren können in unterschiedlicher Reihenfolge wie oben aufgelistet beurteilt werden. Ähnlich kann auch unterschiedliches Gewicht auf die unterschiedlichen Faktoren gelegt werden. Die Peilung ist vorzugsweise bei der Zuordnung eines reflektierten Signals zu einem bekannten Reflektor von großer Bedeutung. Während des Vorgangs werden kontinuierlich Zuordnungen durchgeführt, und im Normalfall können mehrere Zuordnungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Positionsbestimmungen erfolgen. Eine späte Zuordnung, oder vorzugsweise die aktuellste Zuordnung wird mit zugelassener Übereinstimmung kontinuierlich bei der Positionsbestimmung verwendet.
Ein Computer, vorzugsweise an Bord des Fahrzeugs 10, hat Zugang zu Informationen, die mit Bezug auf die spezifische Geometrie der Fahrzeugsteuerung gesammelt und gespeichert worden sind. Basierend auf Informationen über Entfernung, Steuerwinkel und einem Fahrstreckenmuster des Fahrzeugs, wird der Weg des Fahrzeugs bei bestimmten Zeitintervallen berechnet. Die Aktualisierung der Position erfolgt mit Hilfe eines Kalmanfilters. Die Peilung von der berechneten Position zum gewählten Reflektor wird mit dem augenblicklich gemessenen Winkelwert verglichen. Der Unterschied zwischen der Peilung und dem Winkelwert wird für die Korrektur der Position in die Richtung verwendet, welche die Winkelmessung erlaubt.
Die Positionsbestimmung mit Hilfe der Winkelberechnung erlaubt einen höheren Präzisionsgrad als die Entfernungsmessung. Die Ungewissheit der Position kann als eine Ellipse auf der x/y- Ebene angesehen werden, welche zunimmt, wenn nur eine Entfernungsmessung durchgeführt wird, und welche in Richtung quer zum Reflektor abflacht, wenn die Positionsbestimmung mit Hilfe des Reflektorwinkels durchgeführt wird. Daraus folgt, daß es günstig ist, Reflektorwinkel einzusetzen, welche sich selbst ungefähr gleichmäßig überall verteilen. Die Überwachung der Positionsungewissheit erfolgt kontinuierlich. Falls die Ungewissheit zu groß wird, wird das Fahrzeug gestoppt.
Wenn das Fahrzeug 10 in der Position Pn+1 in Fig. 7 angeordnet ist, trifft eine Reihe von Reflexionen auf dem Detektor während der Abtastung durch den Strahl B während einer Erfassungsperiode auf. In Fig. 7 sind die Reflexionen von tatsächlichen Reflektoren mit gepunkteten Linien dargestellt, wohingegen Reflexionen von anderen Gegenständen mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Brauchbare Signale kommen von den Reflektoren R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub6; und R&sub1;&sub1;, und es wird das Signal von R&sub6; verwendet, welches durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Während der Abtastung durch den Strahl B werden darüberhinaus Signale von den Gegenständen O&sub1;, O&sub2;, O&sub3;, O&sub5; und O&sub6; erfaßt. Die Signale vom Gegenstand O&sub3; und der Reflektor R&sub6; könnten gestört sein, zumindest an manchen Positionen entlang der Spur 12, aber aufgrund der Entfernungsmessung und anderweitiger Signalverarbeitung wird das Risiko von Störung erheblich verringert. In dieser Position schirmt die Stütze 16 den Reflektor R&sub1;&sub0; ab und es ist zweckmäßig und vorteilhaft, Informationen dieser Art bezüglich Behinderung der Sichtlinie im erwähnten Speicher abzuspeichern. Im Falle des Problems bei der Zuordnung einer Reflexion zu einem Reflektor können derartige Informationen bereis von Beginn an für den Ausschluß von bestimmten Reflektoren verwendet werden.
Signale von den Reflektoren R&sub2;, R&sub3;, R&sub1;&sub0; und R&sub8; in Position Pn+2 können auf ähnliche Weise verwendet werden. Zusätzlich können disruptive Signale von den Gegenständen O&sub1;, O&sub2;, O&sub4;, O&sub6; und O&sub7; stammen. Auch in dieser Position kann das Risiko von Störungen zwischen Reflektoren und anderen Gegenständen stark reduziert werden, falls die erfaßten Entfernungen und die Signatur des reflektierten Signals berücksichtigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Position eines automatisch geführten Fahrzeugs durch die Erfassung von Winkelpositionen für unbekannte Reflektoren (R&sub1;-R&sub1;&sub1;), wobei

a) die unbekannten Reflektoren an Positionen innerhalb eines begrenzten Transportbereichs angeordnet sind,

b) die Positionen der Reflektoren (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) gespeichert werden,

c) ein Lichtstrahl (B) von einem Fahrzeug (10) aus über einen Suchsektor emittiert wird,

d) die Winkelposition in Relation zu einer Bezugsrichtung (D) des Fahrzeugs (10) in reflektierenden Gegenständen über den Suchsektor erfaßt wird und entsprechende Winkelwerte bestimmt werden,

gekennzeichnet durch

e) die Speicherung von mehreren Winkelwerten, welche über den Suchsektor bestimmt werden, und zunächst das Heranziehen der folgenden Messungen für die Zuordnung der Winkelpositionen für physikalische Reflektoren und für das Bestimmen der Position des Fahrzeugs (10):

i die Selektion einer Anordnung von mindestens drei Winkelwerten mit einer geeigneten Verteilung über den Suchsektor,

ii die Zuordnung der Winkelwerte zu Reflektoren und die Bestimmung einer vermuteten Position für das Fahrzeug auf der Basis der bekannten Position der vermuteten Reflektoren,

iii die Zuordnung anderer Winkelwerte zu Reflektoren, falls die auf diese Weise bestimmte Position des Fahrzeugs innerhalb eines bestimmten Abschnitts des Transportbereichs liegt,

iv die Bestimmung für jeden einzelnen Wert einer bestehenden Abweichung zwischen den erfaßten Winkelwerten und erwarteten Winkelwerten zwischen der Fahrzeugposition und den bekannten Reflektoren,

v die Wiederholung der getroffenen Maßnahmen bei einer geeigneten Anzahl von Kombinationen von selektierten Reflektoren,

f) und die Wahl einer Kombination von Zuordnungen mit der bestmöglichen Übereinstimmung im Hinblick auf die vermutete Position des Fahrzeugs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Entfernung zwischen den Reflektoren (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) und einem Bezugspunkt auf dem Fahrzeug (10) kontinuierlich bestimmt wird, und

daß eine Beziehung zwischen den Enfernungswerten und den entsprechenden Entfernungen zwischen gespeicherten Reflektorpositionen und einer vermuteteten Position für das Fahrzeug bestimmt wird, wobei die Zuordnung zu bekannten Reflektoren möglich ist, falls die Beziehung innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Dauer der reflektierten Signale kontinuierlich während der Abtastung eines sich über den Suchsektor bewegenden Lichtstrahls erfaßt wird, und der Wert der Dauer bestimmt wird,

daß eine Beziehung zwischen dem Wert der Dauer und einem erwarteten Wert bestimmt wird, und

daß die Zuordnung zu bekannten Reflektoren erlaubt wird, falls die Beziehung innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Intensität erfaßt wird, und ein Intensitätswert der Reflexionen von reflektierenden Gegenständen bestimmt wird,

daß eine Beziehung zwischen dem bestimmten Intensitätswert und einem erwarteten Intensitätswert eines reflektierten Signals bei der gemessenen Entfernung aufgestellt wird, und

daß die Zuordnung zu bekannten Reflektoren erlaubt wird, falls die Beziehung innerhalb des erwarteten Intervalls liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Reflektoren (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) ebenflächig hergestellt sind,

daß die erwartete Intensität eines von einem Reflektor (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) bei unterschiedlichen Entfernungen reflektieren Signals in Form von Intensitäts-Bezugswerten geschaffen wird,

daß die erwartete Dauer eines von einem Reflektor (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) reflektierten Signals bei unterschiedlichen Entfernungen in Form eines Dauer-Bezugssignals bestimmt wird,

daß die erwartete Dauer eines von einem Reflektor (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) reflektierten Signals im Hinblick auf die Winkelposition des Reflektors (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) in Relation zu einer normalen Richtung in Form eines Winkelfaktors bestimmt wird,

daß die Dauer der reflektierten Signale kontinuierlich während der Lichtstrahl-Abtastung des Suchsektors erfaßt wird, und der Wert der Dauer bestimmt wird,

daß eine Winkelposition der Reflektoren (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) in Relation zu der normalen Richtung zum Fahrzeug (10) auf der Basis der Relation zwischen der erfaßten Dauer und der Dauer der Bezugswerte bestimmt wird;

daß die Intensität erfaßt wird und ein Intensitätswert von Reflexionen von reflektierenden Gegenständen bestimmt wird,

daß der erwartete Intensitätswert von einem Reflektor (R&sub1;-R&sub1;&sub1;) bei der von einem Bezugspunkt aus gemessenen Enfernung im Hinblick auf den Intensitäts-Bezugswert und dem Winkelfaktor angeglichen wird, und

daß die Zuordnung zu bekannten Reflektoren erlaubt wird, falls der bestimmte Intensitätswert innerhalb eines erwarteten intervalls um den angeglichenen intensitätswert liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der emittierte Lichtstrahl (B) moduliert wird,

daß die von Gegenständen im Transportbereich empfangene Reflexion mit dem emittierten Lichtstrahl hinsichtlich einer Zeitverzögerung verglichen wird, und

daß die Entfernung zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Gegenstand auf der Basis der Zeitverzögerung zwischen einer gewissen Phasenposition des emittierten Lichtstrahl und der entsprechenden Phasenposition des empfangenen Lichtstrahls bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das emittierte Signal mit einer Rechteckwelle moduliert wird, wobei die Rechteckwelle eine Frequenz von etwa 2 MHz aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der emittierte Lichtstrahl (B) ein Laserstrahl ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sich der emittierte Lichtstrahl (B) aus Mikrowellenstrahlen zusammensetzt.