DE69812673T2

DE69812673T2 - Verfahren und geraet zur zuweisung von anonymen reflektoren zur erkannten winkelposition

Info

Publication number: DE69812673T2
Application number: DE69812673T
Authority: DE
Inventors: Fredrik Holmquist
Original assignee: Danaher Motion Saro AB
Current assignee: Kollmorgen Automation AB
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: EP1023611B1; CN1276873A; CN1276874A; KR20010024528A; CN1184489C; EP1023611A1; SE1023610T3; AU9657398A; CA2307206C; WO1999021027A1; KR100549624B1; SE9703779D0; US6308118B1; CA2307206A1; DE69803868D1; JP2001521211A; DE69812673D1; WO1999021026A1; ATE235690T1; AU752054B2

Description

SCHUTZUMFANG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Gerät zur Steuerung eines automatisch gelenkten Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9.
STAND DER TECHNIK
Automatisch gelenkte Fahrzeuge werden in vielen industriellen Einsatzbereichen verwendet, zum Beispiel in Form von Lastwagen zum Transport von Gütern in Fabriken und Lagerhäusern. Gemäß einem weit verbreiteten System werden magnetische Schleifen oder Ähnliches entlang des Transportweges der Lastwagen ausgelegt. Aufgrund der hohen Anfangskosten und der Schwierigkeiten bei der späteren Modifikation der von den Lastwagen befahrenen Route wurden Systeme mit Standort-Lichtreflektoren entwickelt.
Gemäß bestimmten bekannten Systemen werden Reflektoren mit Identifikation verwendet, d.h. basierend auf dem reflektierten Signal können Instrumente auf den Fahrzeugen direkt bestimmen, von welchem einzigartigen Reflektor das Signal kommt. Derartige Systeme können schnell und effektiv sein, aber die einzigartigen Reflektoren sind relativ teuer. Zudem gibt es Beschränkungen hinsichtlich der Entfernung, bei der ein Signal registriert werden kann, und ähnliche Probleme.
Ein Navigationssystem mit vollständig anonymen Reflektoren in Form von Reflektorstreifen oder Ähnlichem wird in der US-A-4,811,228 dargestellt und beschrieben. Die Reflektoren haben keine Identität, aber sie sind genau auf ihre Position geeicht. Die Position jedes Reflektors wird zusammen mit relevanten Koordinaten für den Transportbereich an Bord des Fahrzeugs gespeichert. Eine Lichtquelle an Bord des Fahrzeugs sendet einen gebündelten Laserstrahl aus, der den Transportbereich abtastet. Reflexionen von den Reflektoren und anderen Objekten werden registriert und geben Orientierung zu einem möglichen Reflektor.
Die folgenden Maßnahmen werden anfänglich mit stationären Fahrzeugen zur Assoziation der Orientierung oder Winkelpositionen mit physikalischen Reflektoren durchgeführt, wenn das Fahrzeug sich in einer bekannten Position befindet. Es werden drei Wirtkelwerte mit einer geeigneten Verteilung über den abzusuchenden Bereich ausgewählt. Die winkelwerte werden mit Reflektoren assoziiert und die Position des Fahrzeugs wird basierend auf der bekannten Position der erfassten Reflektoren bestimmt. Falls die auf diese Weise bestimmte Position des Fahrzeugs mit der bekannten Position übereinstimmt, werden die verbleibenden Winkelwerte assoziiert. Diese Maßnahmen werden für jede mögliche Kombination von drei Winkelwerten wiederholt, und es wird eine Kombination von Assoziationen mit guter Übereinstimmung der Fahrzeugposition ausgewählt.
Die folgenden Maßnahmen werden zur Assoziation der Winkelpositionen mit physikalischen Reflektoren fortlaufend durchgeführt. Eine erfasste Winkelposition wird mit möglichen Winkelpositionen der gespeicherten Positionen für Reflektoren verglichen und diese Winkelposition wird mit einem physikalischen Reflektor assoziiert, der eine gute Übereinstimmung mit der gespeicherten Position eines Reflektors liefert.
Nach Assoziation der Winkelpositionen oder Orientierungen zu den Reflektoren zu tatsächlichen Reflektoren kann die Bestimmung von Position und Navigation auf verschiedene Weisen erfolgen. Anfangs wird die Triangulation eingesetzt. Mit einer gewissen Kenntnis der erwarteten Position an einem Messpunkt werden während dem weiteren Fahrtweg andere Verfahren eingesetzt Das automatisch gelenkte Fahrzeug ist auch mit einer Einrichtung zur fortlaufenden Aktualisierung des Fahrzeugbewegung, beispiels- weise durch einen Wegmesser, ausgestattet. In erster Linie ist es die von dem Fahrzeug zwischen den Messpunktenzurückgelegte Route, die fortlaufend bestimmt wird, aber auch die Bewegung des Fahrzeugs während dem Fahren von Kurven und seine Bewegungsrichtung werden bestimmt. Eine Messung kann beispielsweise mit Bezug auf die Umdrehungen der Antriebsräder oder anderer Räder erfolgen, wobei diese Umdrehungen dann in Entfernung umgewandelt werden. Auch der Drehwinkel des Lenkrads des Fahrzeugs wird bevorzugt fortlaufend bestimmt. Daten über Entfernung und Richtung werden als Basis für die Bestimmung von Position und die Navigation verwendet.
Um bei dem in der US-A-4,811,228 beschriebenen System die beste Leistung zu erreichen, ist eine große Anzahl von Reflektoren erforderlich. Da die Berechnung von vielen Kombinationen nötig ist, bevor eine gewisse Assoziation hergestellt werden kann, dauert die Berechnung lange. Dieser Nachteil kann nur noch gra- vierender sein, wenn viele erfasste Signale aus anderen Quellen als aus den über ihre Positionen bekannten anonymen Reflektoren stammen, beispielsweise von Metallgegenständen oder Fenstern.
Es wäre daher wünschenswert, die Möglichkeiten zum Ausfiltern unerwünschter Reflexionen zu verbessern, um die Wirksamkeit der Assoziation zu verbessern, und die Anzahl der erforderlichen Reflektoren zu verringern, die in einem System der in der USA-4,811,228 beschriebenen Art vorhanden sind.
Die WO 95/29380 betrifft ein System zum Steuern und Navigieren schneller selbsttätiger Fahrzeuge. Eine Vielzahl von Retro-Reflektoren ist in einem Bereich angeordnet, und ein auf dem Fahrzeug vorgesehener Abtaster überträgtLaserimpulse in Richtung der Reflektoren und in eine Vielzahl vonoptischen Fasern. Von den Reflektoren reflektiertes Licht wird durch den Abtaster aufgenommen und die Orientierung zu den Reflektoren wird bestimmt. Zudem wird das Verzögerungszeit Intervall eines über tragenen und reflektierten Lichtimpulses mit dem Verzögerungszeit Intervall für den entsprechenden Lichtimpuls in den optischen Fasern verglichen.
Das System ermöglicht, dass ein Fahrzeug sich in einem Bereich bewegt, ohne dass vorher die Positionen der Reflektoren gespei- chert werden müssen. Stattdessen wird ein Lernprozess durchge- führt. Es wird eine Art Schablonenabgleich verwendet. Eine Karte der Reflektoren wird hergestellt und anschließend mit der aktuellen Karte verglichen, wenn sich das Fahrzeug in dem Bereich bewegt.
Die US-A-5,367,458 betrifft ein System zum Verifizieren der Identität eines beobachteten anonymen Targets aus einer Vielzahl von anonymen reflektiven Targets, die an Stellen mit vorbestimmten Abständen innerhalb eines Betriebsbereichs eines automatisch gelenkten Fahrzeugs positioniert sind. Der Abstand von jedem anonymen Target ist vorgegeben, und ein Computer berechnet basierend auf einem Abtaster und Encoder-Signalen einen Abstand der gegenüberliegenden Winkel und einen Abstand eines ersten anonymen Targets, das elektromagnetische Strahlung reflektiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher mit Hilfe von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines automatisch gelenkten Fahrzeugs, bei dem die Erfindung angewendet wird;
2 eine schematische Draufsicht eines Teilsdes Arbeits- Bereichs eines automatisch gelenkten Fahrzeugs, das mit einem Instrument gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgestattet ist;
3 eine schematische Abbildung, wie ein Signal konfiguriert werden kann, damit eine Entfernungsmessung ermöglicht wird;
4 eine schematische Abbildung, wie die Amplitude in einem reflektierten Signal mit dem Einfallswinkel von eintretendem Licht variiert;
5 eine schematische Abbildung, wie die Amplitude in einem reflektierten Signal mit der Entfernung zwischen der Lichtquelle dem Detektor und reflektierenden Objekten variiert;
6 eine schematische Abbildung, wie die Dauer eines reflektierten Signals mit der Entfernung zwischen der Lichtquelle/dem Detektor und reflektierenden Objekten bei senkrechtem Lichteinfall variiert; und
7 eine Vergrößerung derDraufsicht aus 2.
DIE ERFINDUNG
Das in 1 gezeigte Fahrzeug 10 ist als Lastwagen ausgebildet. Auf der Oberseite einer Antriebs- und Steuereinheit 24 ist eine Emissionsquelle 23 vorgesehen. Dia Emissionsquelle sendet einen Strahl B aus, der vorzugsweise auf einer Ebene den Trans portbereich, in dem sich das Fahrzeug bewegen wird, abtastet. Der Strahl kann verschiedener Art sein, beispielsweise besteht er aus Licht, einem weiteren elektromagnetischen Strahl oder , einem anderen Strahl. Es ist auch möglich, den Strahl verschiedene Abschnitte des Transportbereichs diskret Punkt um Punkt oder abschnittsweise während verschiedener Zeitintervalle beleuchten zu lassen. In einer bevorzugten Ausführungformist dieEmissionsquelle eine Lichtquelle und der ausgesendete Strahl, ist ein gebündelter Laserstrahl.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Steuerung mit Hilfe von Wegmessung ausgestattet. Zu dieser Vorrichtung gehören Räder 15, von denen eines oder meh rere Antriebsräder sind, die mit der Antriebseinheit 14 verbunden sind, und eines oder mehrere Lenkräder sind, mit denen das Fahrzeug auf der gewünschten Spur gelenkt wird.Zu diesem Zweck ist eines oder mehrere der Räder mit Instrumenten zur Messung der Radumdrehungen ausgestattet, mit denen die von dem Fahrzeug zurückgelegte Entfernung fortlaufend bestimmt werden kann. Der Winkel des Lenkrads oder der Lenkräder, wird fortlaufend durch Instrumente zur Winkelmessung bestimmt, so dass die Ausrichtung des Fahrzeugs und seine Fahrtrichtung fortlaufend bestimmmt werden können. In der Ausführung ohne Steuerung mit Hilfe von Wegmessung können die Antriebseinheit 14 und die Räder auf andere Art ausgeführt sein. Entsprechende Steuerkennwerte können mit Hilfe von zum Beispiel Gyroskopen, Beschleunigungsvorrichtungen und ähnlichen Vorrichtungen beigebracht werden.
An Bord des Fahrzeugs 10 ist eine Emissionsquelle 13 mit einem Regler 19 vorgesehen. Die Emissionsquelle 13 enthält vorzugsweise einen Laser oder eine andere Vorrichtung mit der Fähigkeit, einen gebündelten Laserstrahl B auszusenden. Der Strahl B kann sich in einem Suchbereich herumdrehen, der einen geschlossenen Kreis darstellen kann Die Drehfunktion kann herbeigeführt werden, indem der Lichtstrahl B durch rotierende optische Instrumente wie beispielsweise Spiegel und Prismen geführt wird, oder indem sich die Lichtquelle dreht. An Bord des Fahrzeugs sind auch Empfänger vorgesehen, die eine Erfassungseinrichtung 18 einschließen, bei der es sich um ein lichtempfindliches und richtungsabhängiges Instrument handelt. Die Position der Erfassungsvorrichtung 18 stellt vorzugsweise den Bezugspunkt des Fahrzeugs. Ein Winkelsensor sendet fortlaufend ein Winkelsignal aus, das die Richtung des Lichtstrahls B in Bezug auf eine Bezugsrichtung D auf dem Fahrzeug anzeigt. Es ist eine Speichervorrichtung 20 vorgesehen, die Daten über den Transportbereich und die Reflektoren speichert. Die Erfassungsvorrichtung 18, der Regler 19 und der Speicher 20 sind operativ miteinander verbunden. Vorzugsweise ist der Speicher 20 zusammen mit der Erfas sungsvorrichtung 18 und dem Regler 19 an Bord des Fahrzeugs 10 vorgesehen.
Erfindungsgemäß sind Reflektoren an genau definierten Stellen im Transportbereich angeordnet. In derAusführungsform gemäß 2 ist eine Anzahl von Reflektoren R₁ bis R₁₁ in einem Teil des Transportbereichs eines Lagerhauses oder Ähnlichem angeordnet, welche von Wänden 11 umgeben sind. Ein automatisch gelenktes Fahrzeug 10 bewegt sich entlang einer vorbestimmten Route 12 durch den Transportbereich. Die Route 12 kann leicht umgeändert werden, beispielsweise wenn das Lagerhaus umgebaut wird, indem die entsprechenden Daten in einem Speicher verändert werden, der vorzugsweise ein Halbleiterspeicher oder ein Magnetspeicher ist.
Die ReflektorenR₁ bis R₁₁ sind in der gezeigten Ausführungsform identisch. Ihre Position ist genau im Voraus bestimmt und zusam men mit weiteren relevanten Informationen über den Transportbereich und die Route, der das Fahrzeug 10 folgen soll, in einem Speicher gespeichert. Eine Art CAD-System is passend für die Beschreibung und Definition des Transportbereichs und der Position der Reflektoren eingesetzt. Auch in anderen Ausführungsformen ist es möglich, die Reflektoren R₁ bis R₁₁ so auszubilden, dass sie nicht direkt von dem Signal, das von ihnen reflektiert wird, identifiziert oder mit entsprechenden in dem Speicher gespeicherten Reflektoren assoziiert werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Reflektoren aus flachen Scheiben oder Bändern aus retroreflektierendem Material. Die Reflektoren weisen vorzugsweise eine geringere horizontale als vertikale Ausdehnung auf so dass sie seitlich scharf abgegrenzt sind. Um eine sichere Reflexion von einem Reflektor zu, erhalten, sollte der Einfallswinkel für den Strahl B weniger, als β von der normalen Richtung N sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsformwerden zylindrische Retro Reflektoren verwendet. Diese Art von Reflektoren, ist vorzugsweise so positionierte dass die Achse des Zylinders senkrecht zu der Ebene ist, in der sich der Strahl bewegt. Der Strahl B bekommt so eine gute Reflexion um den gesamten Umfang entlang der horizontalen Ebene.
In weiteren Ausführungsformen werden geeignete, vorhandene Gegenstände als Reflektoren verwendet. Die Anordnung von Reflektosen in solchen Ausführungsformen bedeutet, dass geeignete Gegenstände ausgewählt werden müssen und dass die Position der Gegenstände genau bestimmt werden muss.
Der Lichtstrahl B tastet mit einer Winkelgeschwindigkeit ω und, wird von den Reflektoren R₁ bis R₁₁ und anderen Gegenständen O, beispielsweise Rohren, Fenstern 17 oder Gegenständen auf den Stützelementen 16, reflektiert. Ein reflektiertes Signal wird an Bord des Fahrzeugs von der Empfangsvorrichtung empfangen, die eine lichtempfindliche Erfassungsvorrichtung einschließt. Die lichtempfindliche Erfassungsvorrichtung registriert auch die Intensität des empfangenen Signals in Verbindung mit dem Winkelsensor, nämlich indem letzterer registriert, in welchem Winkel in Bezug zur Bezugsrichtung D ein reflektierender Gegenstand angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der momentane Winkel registriert, wenn der Empfang des reflektierten Signals beginnt, aber eine andere Reihenfolge ist auch möglich. Signale, die einem Wert des momentanen Winkels entsprechen, und ein einfallender Intensitätswert für eine bestimmte Anzahl von reflektierten Signalen werden im Speicher, beispielsweise an Bord des Fahrzeugs, gespeichert.
Das Navigationsprinzip von automatisch gelenkten Fahrzeugen 10 in der Ausführungform gemäß 2 besteht darin, dass eine anfängliche Positionsbestimmung mit Hilfe von drei Winkelwerten gemacht wird, die mit Reflektoren assoziiert werden. Mit einem stationären Fahrzeug und einer Orientierung zu drei Reflektoren kann die Fahrzeugposition exakt bestimmt werden beispielsweise durch Triangulation. Hier kann folgende Reihenfolge verwendet werden: drei Winkelwerte mit geeigneter Verteilung über den abgetasteten Sektor werden ausgewählt; die Winkelwerte werden mit möglichen Reflektoren assoziiert und eine mögliche Position des Fahrzeugs wird basierend auf der bekannten Position der angenommenen Reflektoren bestimmt falls die für das Fahrzeug auf diese weise bestimmte Position innerhalb eines Teils des Transportbereichs liegt, werden verbleibende Winkelwerte mit, gespeicherten Reflektorpositionen assoziiert. Die Anzahl der Winkelwerte, die nicht assoziiert werden, können, d.h. die zu weit von den erwarteten Winkelwerten für gespeicherte Reflektorpositionen abweichen, wird bestimmt. Falls die Anzahl der abweichenden winkelwerte größer ist als ein bestimmter Wert, wird die für das Fahrzeug bestimmte Position verworfen. Ein Zustandswert- oder Bewertungsfaktor wird für die Winkelwerte im Speicher gespeichert, die innerhalb eines bestimmten Winkelintervalls um die erwarteten Winkelwerte liegen. Dies wird für jede mögliche Kombination von drei Winkelwerten wiederholt und eine Kombination von Assoziationen mit der besten Übereinstimmung der Posi tion des Fahrzeugs wird ausgewählt. Bevorzugt wird die Positionausgewählt, die die niedrigste durchschnittliche Abweichung für die verbleibenden Winkelwerte zeigt.
Wenn das Fahrzeug weiter entlang der Spur 12 gefahren wird, wird die Positionsbestimmung und die Navigation auf andere Weise durchgeführt, hauptsächlich, weil die Fahrzeugposition im Wesentlichen bekannt ist. Für jeden Punkt der Positionsbestimmung werden die zuletzt aufgezeichneten Winkelwerte verwendet, die eine Orientierung zu einem Reflektor geben. In Position P_n in 2 wird eine Orientierung oder ein Winkelwert zu Reflek tor R₃ verwendet. Hierdurch werden Informationen, die die Position betreffen, nur mit Bezug auf eine Linie gegeben. Die Informationen werden mit der durch Koppeln bestimmten Position verglichen und mit Bezug auf die exakt zu Reflektor R₃, bestimmte, Richtung korrigiert. In Position P_n+1 wird Reflektor R₆ für die Positionsbestimmung verwendet und da Reflektor R₆ in seinem Winkel in Bezug auf den vormals angezeigten Reflektor R₃ versetzt ist, erhöht die neue die Richtung betreffende Information, erheblich die Gewissheit der Positonsbestimmungsung die Korrektur der durch Koppeln oder Wegmessung bestimmten Position. Eine entsprechende neue Bestimmung wird in Position P_n+2 mit Reflektor R₈ als Basis durchgeführt. Ein neuer Reflektor wird bevorzugt für jeden Punkt der Bestimmung ausgewählt, so dass die Gewissheit der Positionsbestimmung möglichst groß ist.
Im aktuellen Transportbereich befindet sich auch eine Anzahl von Gegenständen O, die von dem Fahrzeug ausgesendetes Licht reflektieren und/oder Licht aussenden, und die als mögliche Reflektoren von dem Einfänger an Bord des Fahrzeugs erfasst werden können. Vorzugsweise sind Informationen zu dieser Art von Gegenständen und Elementen zusammen mit Informationen zu der Position, der Reflektoren gespeichert und können für die Navigation verwendet werden. Auch Informationen hinsichtlich anderer Elemente, die die Navigation in dem Transportbereich stören und behindern, wie Wände 11, Stützelemente 16 und ähnliche Gegenstände, die einen Reflektorverdecken können, können gespeichert werden.
Die Entfernung zu dem reflektierenden Gegenstand wird auch in Verbindung mit einem reflektierten Signal bestimmt, das von dem Empfänger an Bord des Fahrzeugs erfasst wird. Verschiedene Vorgehensweisen können eingesetzt werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das ausgesendete Lichtsignal moduliert, beispielsweise auf die in 3 angedeutete Weise. Der Zeitabschnitt T beträgt in diesem Fall 500 ns (2MHz). Die Phasenverschiebung, die zwischen dem ausgesendeten Signal I und dem emp fangenen Signal II auftritt, entspricht der Zeit Δt und kann direkt als (die doppelte) Entfernung zu dem Reflektor umgewan delt werden. Der ausgewählte Zeitabschnitt T ermöglicht eine Messung der Entfernung bis zu 75 m. Zusätzlich 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 auch auf andere Weise und mit anderen Instrumenten als die für die Bestimmung der Richtung verwendeten gemessen werden. Es ist beispielsweise möglich, einen anderen elektromagnetischen Strahl oder Ultraschall für die Entfernungs messung zu verwenden.
Informationen hinsichtlich der Reflexionseigenschaften bei, schiedenen Winkeln und wie die Intensität von reflektiertem, Licht mit der Entfernung zwischen dem Reflektor und der Erfassungsvorrichtung variiert, werden zusammen mit Informatationen über die Position jedes Reflektorsgespeichert.
4 zeigt schematisch, wie die Refhexionseigenschaften des Reflektors bei verschiedenen Einfallswinkeln bezüglich der normalen Richtung N des Reflektors variieren, wenn eine ebene Reflexion verwendet wird. Bei 0° tritt eine maximale Reflexion auf, und bei ±β sinkt die Reflektionsfähigkeit auf einen unteren Schwellenwert. Auf der X-Achse ist der Einfallswinkel in Grad dargestellt, und auf der Y-Achse ist die Amplitude dargesteilt. 5 zeigt schematisch, wie die Intensität des reflektierten Lichts mit der Entfernung zwischen dem Reflektor und der Erfassungsvorrichtung abnimmt. Auf der X-Achse ist die Entfernung dargestellt, und auf der Y-Achse ist die Amplitude dargestellt. 6 zeigt schematisch; wie die Dauer des reflektierten Lichts mit der Entfernung zwischen dem Reflektor und der Erfassungsvorrichtung abnimmt. Die in 4, 5 und 6 verdeutlichten Beziehungen werden als Referenzwerte im Speicher gespeichert, beispielsweise in Form von Tabellen oder Berechnungsschritten, so dass die Beziehungen bei der Beurteilung, ob ein zu der Erfassungsvorrichtung gelangendes Signal tatsächlich von einem Reflektor stammt, verwendet werden können. Informationen zu anderen reflektierenden Gegenständen, wie zum Beispiel schimmernden Rohren und Fenstern, können auf ähnliche Weise gespeichert werden. Vorzugsweise werden Informationen zu Referenzwerten während einer Anfangsphase gespeichert, und nicht in Verbindung mit der Assoziation oder Navigation.
Wenn flache Reflektoren verwendet werden, wird die Zeit, während welcher ein reflektiertes Signal zurückkehrt, mit den eritsprechenden Referenzwerten verglichen und liefert ein Maß für den Drehwinkel der reflektierten Gegenstände in Bezug auf den Referenzpunkt auf dem Fahrzeug.
Die Beurteilung, ob ein eingehendes Signal tatsächlich von einem Reflektor stammt, und falls ja welcher Reflektor in Frage kommt, geschieht in mehreren Schritten. In einem ersten Schritt werden Signale verworfen, die von Gegenständen kommen, die weiter von dem Fahrzeug entfernt sind als eine vorbestimmte aber veränderbare weiteste Entfernung. Eine ähnliche Filterung kann hinsichtlich der Gegenstände erfolgen, die sich zu nahe an dem Fahrzeug befinden.
Die Dauer des empfangenen Signals wird ebenfalls bestimmt, wobei eine Dauer unter einem bestimmten Intervall dazu führt, dass das Signal während den folgenden Schritten nicht beachtet wird und nicht zur Assoziation mit einem Reflektor führen wird Dass Intervall ist begrenzt durch Anfangswerte, die aber später an aktuelle Bedingungen angepasst werden können. Die Dauer entspricht dem Winkel, um den sich die Erfassungsvorrichtung oder das entsprechende optische Instrument drehen kann, während das reflektierte Signal empfangen wird. Dies entspricht wiederum dem Teil des reflektierten Gegenstands in der von der Erfassungsvorrichtung wahrnehmbaren Rotationsebene. Ein Signal mit Überlänge kann in diesem Fall beispielsweise das Ergebnis einer Reflexion von einer sich in der Nähe befindlichen Wand mit einer stark reflektierenden Außenfläche sein.
Auf ähnliche Weise werden Signale mit einem Intensitätswert außerhalb eines bestimmten Intervalls verworfen. Das Intervall ist durch Anfangswerte begrenzt, die aber später an aktuelle Bedingungen angepasst werden können.
Ein Satz von Referenzwerten für Reflektoren, die mit Bezug auf die Dauer und Intensität des reflektierten. Signals verwendet werden, kann, da abhängig von verschiedenen Abständen zwischen dem Reflektor und der Erfassungsvorrichtung im Vorhinein gespeichert werden. Die Referenzwerte werden verwendet, um gemessene Dauer- und Intensitätswerte mit Bezug auf die Entfernung zu kompensieren, so dass die Auswahl der verwendeten Reflektionssignale günstig ist.
Die Reflexionen, die die oben genannten Bedingungen erfüllen, werden im Folgendenas mögliche Reflektorsignale für die nach folgende Navigation betrachtet, die mit den im Speicher gespeicherten Reflektoren assoziiert werden. Diesen Reflektorsignalen werden vorzugsweise Zustandswerte gegeben, je nachdem, wie gut sie mit einem Nennreflexionssignal, oder einer Zeichnung, von einem bekannten Reflektor übereinstimmen.
Die Position der bekannten Reflektoren wird wie obenangegeben im Speicher gespeichert gefunden. Die Verbindung zwischen einer Reflexion und einem wirklichen Reflektor wird mit einer angenommenen Position des Fahrzeugs als Startpunkt durchgeführt. In der Regel wird die angenommene oder erwartete Position während der Fahrt durch Wegmessung bestimmt, aber auch andere Verfahren können verwendet werden. Unter der Annahme, dass ein reflektiertes Signal von einem bestimmten Reflektor stammt, werden folgende Faktoren betrachtet:

– ob die gemessene Entfernung innerhalb eines vorbestimmten Intervalls von der Entfernung zwischen der Position des Fahrzeugs und dem Reflektor liegt;
– ob die Amplitude oder Intensität des empfangenen Signals innerhalb eines bestimmten zweiten Intervalls von der erwarteten Amplitude liegt, mit Bezug darauf, dass die Amplitude mit der Entfernung abnimmt; beispielsweise gemäß dem Diagramm in 5
– ob die Dauer des empfangenen Signals innerhalb eines dritten vorbestimmten Intervalls von der erwarteten Dauermit Bezug auf die Entfernung des Reflektors zu dem Fahrzeug liegt;
– ob die gemessene Orientierung innerhalb eines vorbestimmten vierten Intervalls von der erwarteten Orientierung in Bezug auf die Referenzrichtung des Fahrzeugs liegt;
– ob die Intensität des empfangenen Signals innerhalb eines vor bestimmten fünften Intervalls von der erwarteten intensität mit Bezug auf die Winkelposition eines erwartetenplanaren, reflektierenden Gegenstandes liegt, wobei die Winkelposition durch die Beziehung zwischen einer bestimmten. Dauer und einer erwärteten Dauer bei der momentanen Entfernung bestimmt wird.

Die Faktoren werden zusammen abgewogen und ergeben einen Wert, der einer Wahrscheinlichkeit, dass eine Übereinstimmung existiert, entspricht. Die Faktoren können in anderer Reihenfolge als oben angegeben beurteilt werden. Ebenso kann eine unterschiedliche Gewichtung auf die verschiedenen Faktorengelegt werden. Die Orientierung besitzt vorzugsweise eine große Bedeutung bei der Assoziation eines reflektierten Signals mit einem bekannten Reflektor. Assoziationen werden fortlaufend während des Betriebs gemacht, und in der Regel können mehrere Assoziationen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Positionsbestimmungen gemacht werden. Eine späte Assozation, oder vorzugsweise die aktuellste Assoziation, wird mit zugelassener Übereinstimmung fortlaufend in der Positionsbestimmung verwendet.
Ein Computer, vorzugsweise an Bord des Fahrzeugs 10, hat Zugriff auf die Informationen, die mit Bezug auf die besondere Geometrie der Fahrzeuglenkung gesammelt und gespeichert wurden. Basierend auf den Informationen zu Entfernung, Lenkungswinkel und einem Muster des Fahrzeugwegs wird die Versetzung des Fahrzeugs zu bestimmten Zeitintervallen berechnet. Die Aktualisierung der Position wird mit Hilfe eines Kalmanfilters erreicht. Die Orientierung von dieser berechneten Position zu dem ausgewählten Reflektor wird mit dem momentan gemessenen Winkelwert verglichen. Der Unterschied zwischender Orientierung und dem Winkelwert wird für die Positionskorrektur in der, Richtung, die die Winkelmessung erlaubt, verwendet.
Die Positionsbestimmung mit Hilfe der Winkelberechnung ermög licht einen höheren Präzisionsgrad als die Wegmessung. Eine Ungewissheit der Position ist als Ellipse auf dem Koordinatensystem zu sehen, die wächst, wenn nur die Wegmessung verwendet wird, und die in Richtung schräg zu dem Reflektor "abflacht", wenn die Position mit Hilfe des Reflektorwinkels bestimmt wird. Hieraus folgt, dass die Verwendung von ungefähr gleichmäßig rundherum verteilten Reflektorwinkeln geeignet ist. Die Überwachung der Ungewissheit der Position geschieht fortlaufend. Wenn die Ungewisstheit zu groß wird, wird das Fahrzeug angehalten.
Wenn sich das Fahrzeug 10 in Position P_n+1 in 7 befindet, triff während des Abtastens des Strahls. B während einer Mess-Periode eine Anzahl von Reflektionen auf der Erfassungsvorrichtung auf. In 7 sind die Reflexionen von tatsächlichen Reflektoren mit gepunkteten Linien markiert, während Reflektionen von anderen Gegenständen mit gestrichelten Linien markiert sind. Nützliche Signale kommen von den Reflektoren R₂, R₃, R₄, R₆ und R₁₁, und es ist das Signal von R₆, das verwendet wird und das mit einer durchgezogenen Linie markiert ist. Während der Abtastung durch Strahl B werden auch Signale von den Gegenständen O₁, O₂, O₃, O₅ und O₆ erfasst. Die Signale von Gegenstand O₃ und dem Reflektor R₆ könnten verwechselt werden, zumindest in einigen Positionen entlang der Spur 12, aber durch die Entfernungsmessung und andere Signalverarbeitungen wird die Verwechslungsge fahr erheblich verringert. In dieser Position schirmt Stützelement 16 Reflektor R₁₀ ab, und es ist angemessen und vorteilhaft, Informationen dieser Art, die eine Sichtbehinderung betreffen, in dem erwähnten Speicher zu speichern. Da das Problem der Assoziation einer Reflexion mit einem Reflektor besteht, können solche Informat onen verwendet werden, um bestimmte Reflektoren von Anfang an auszuschließen.
Signalen den Reflektoren R₂, R₃, R₁₀ und R₈ in Position P_n+2 können auf ähnliche Weise verwendet werden. Zusätzlich kommen Unterbrechungssignale von den Gegenständen O1, O2, O4, O6 und O7. Auch in dieser Position kann die Verwechslungsgefahr zwischen Reflektoren und anderen Gegenständen erheblich reduziert werden, wenn die gemessenen Entfernungen und die Zeichnung des reflektierten Signals betrachtet werden.

Claims

Verfahren zur Assoziation eines anonymen Reflektors (R₁–R₁₁) mit einer erfassten Winkelposition während der Bewegung und Navigation eines Fahrzeugs (10), in einem Transportbereich wobei, a) die anonymen Reflektoren auf Positionen in einem Transportbereich angeordnet sind, b) die Positionen der Reflektoren (R₁–R₁₁) in einem Speicher gespeichert werden, c) ein Strahl (B) von dem Fahrzeug (10) über einen Suchbereich abgegeben wird, d) die reflektierten Signale von reflektierenden Gegenständen an Bord des Fahrzeugs (10) empfangen werden, e) Winkelpositionen zu den reflektierenden Gegenständen mit Bezug auf eine Referenzrichtung (D) des Fahrzeugs (10) über den Suchbereich erfasst werden und entsprechende Winkelwerte bestimmt werden, f) mindestens ein über den Suchbereich bestimmter und einem spezifischen Reflektor entsprechender Winkelwert gespeichert wird, gekennzeichnet durch das ständige Messen der Entfernung zwischen den Reflektoren (R₁– R₁₁) und einem Bezugspunkt auf dem Fahrzeug (10), um Entfernungswerte zu erhalten, das Bestimmen einer Beziehung zwischen dem Entfernungswert des spezifischen Reflektors und einem Entfernungswert, der der Entfernung zwischen einem gespeicherten Reflektor auf einer dem gespeicherten Winkelwert entsprechenden Position und einer für das Fahrzeug angenommenen Position entspricht, das Zulassen der Assoziation zwischen dem spezifischen Reflektor und einem einzelnen gespeicherten Winkelwert, wenn die Beziehung innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt, und das Einstellen der angenommenen Position des Fahrzeugs auf der Grundlage des einzelnen Winkelwerts, der mit dem spezifischen Reflektor assoziiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der reflektierten Signale während der Abtastung des Suchbereichs durch den Strahl ständig erfasst und der Wert der Dauer bestimmt wird, dass eine Beziehung zwischen dem Wert der Dauer, und einem erwarteten Wert bestimmt wird; und dass die Assoziation zugelassen wird, wenn die Beziehung innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Dauer eines reflektierten Signals bei ver schiedenen Entfernungen zwischen dem Reflektor und dem Bezugspunkt an Bord des Fahrzeugs in Form von Dauer-Refe renzwerten aufgestellt wird, dass die Dauer der reflektierten Signale während der Abtastung durch einen Strahl, der sich über den Suchbereich bewegt, ständig erfasst und der Wert der Dauer ermittelt wird, dass eine Beziehung zwischen dem Dauer Referenzwert und dem gemessen Dauerwert ermittelt wird, und dass die Assoziation zugelassen wird, wenn die Beziehung inner halb eines erwarteten Intervalls liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Intensität eines reflektierten Signals bei verschiedenen Entfernungen zwischen dem Reflektor und dem Bezugspunkt an Bord des Fahrzeugs in Form von Intensitäts-Referenzwerten aufgestellt wird, dass ein Intensitätswert der Reflektionen von reflektiven Gegenständen bestimmt wird, dass die Beziehung zwischen dem ermittelten Intensitätswert und einem erwarteten Intensitätswert eines reflektierten Signals bei der gemessenen Entfernung aufgestellt wird, und dass die Assoziation zugelassen wird, wenn die Beziehung innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (R₁–R₁₁) flach hergestellt sind, dass die erwartete Intensität eines von einem Reflektor (R₁–R₁₁) reflektierten Signals bei verschiedenen Entfernungen in Form von Intensitäts-Referenzwerten aufgestellt wird dass die erwartete Dauer eines von einem Reflektor (R₁–R₁₁) reflektierten Signals bei verschiedenen Entfernungen in Form von Dauer Referenzwerten aufgestellt wird, dass die erwartete Intensität eines von einem Reflektor (R₁–R₁₁) reflektierten Signals bezogen auf die Winkelposition des Reflektors (R₁–R₁₁) in Beziehung auf eine normale Richtung in Form eines Winkelfaktors aufgestellt wird, dass eine Winkelposition der Reflektoren (R₁–R₁₁) bezogen auf den Winkel der Sichtlinie zum Fahrzeug (10) auf der Basis der Beziehung zwischen der erfassten Dauer und den Dauer- Referenzwerten, bestimmt wird, dass der erwartete Intensitätswert von einem Reflektor (R₁–R₁₁) bei der von dem Bezugspunkt gemessenen Entfernung hinsichtlich des Intensitäts Referenzwerts und des Winkelfaktors eingestellt wird, und dass die Assoziation zugelassen ist, wenn die Intensität des reflektierten Signals innerhalb eines vorbestimmten Intervalls um den eingestellten Intensitätswert liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitäts Referenzwerte bei verschiedenen Entfernungen als Werte in einer Tabelle gespeichert sind, dass die Dauer Referenzwerte bei verschiedenen Entfernungen in einer Tabelle gespeichert sind, und dass Winkelfaktoren bei verschiedenen Winkeln in einer Tabelle gespeichert sind, wobei die Tabellenwerte bei der Beurteilung, ob eine Assoziation zugelassen ist oder nicht, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgegebene Strahl (B) moduliert ist, dass die von Gegenständen im Transportbereich empfangene Reflektion mit dem abgegebenen Strahl hinsichtlich der Zeitverzögerung verglichen wird, und dass die Entfernung zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Gegenstand auf der Basis der Zeitverzögerung zwischen einer bestimmten Phasenposition des abgegebenen Strahls und der entsprechenden Phasenposition des empfängenen Strahls bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das abgegebene Signal mit einer Rechteckschwingung mit einer Frequenz von etwa 2 MHz moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgegebene Strahl (B) ein Laserstrahl ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgegebene Strahl (B) aus Mikrowellen Strahlung besteht.
Vorrichtung zur Assoziation eines einzelen, anonymen, in einem Transportbereich befindlichen Reflektors (R₁–R₁₁) während der Bewegung und Navigation eines Fahrzeugs (10) in dem Transportbereich, mit erfassten Winkelpositionen, die Folgendes aufweist: a) eine Antriebs und Lenkeinheit (14), die in dem Fahrzeug (10) vorgesehen ist, b) eine erste Speichereinrichtung (20) zum Speichern der Positionen der Reflektoren (R₁–R₁₁) , c) eine Emissionsquelle (13) zur Abgabe eines Strahls (B), und eine Steuereinrichtung (19) zum Bewegen des Strahls (B) von dem Fahrzeug (10) über einen Suchbereich, d) eine Erfassungseinrichtung (18) zur ständigen Erfassung der Winkelposition eines reflektierten Signals bezogen auf eine Referenzrichtung (D) des Fahrzeugs (10) während der Abtastung des Suchbereichs durch den Strahl, und zur Bestimmung des entsprechenden Winkelwerts, e) eine zweite Speichereinrichtung (21) zum Speichern vielfacher, über den Suchbereich bestimmter Winkelwerte, dadurch gekennzeichnet dass eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, um ständig die Entfernung zwischen einem spezifischen Reflektor(R₁–R₁₁) und einem Bezugspunkte Bord des Fahrzeugs (10) zu bestimmen und den entsprechenden Entfernungswert in der Speichervorrichtung (20) zu speichern, dass eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, um ständig eine Beziehung zwischen dem gespeicherten Entfernungswert und der Entfernung zwischen der entsprechenden gespeicherten Reflektorposition und einer für das Fahrzeug angenommenen Position zu bestimmen, und um die Assoziation zwischen dem spezifischen Reflektor und einem einzelnen, gespeicherten Winkelwert zuzulassen, wenn die Beziehung innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt, und dass die Steuereinrichtung (19) so angeordnet ist, dass die angenommene Position des Fahrzeugs auf der Basis des ein zelnen, mit dem spezifischen Reflektor assoziierten Winkel Werts eingestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, um ständig die Dauer der reflektierten Signale während der der Abtastung des Suchbereichs durch den Strahl zu erfassen und einen Wert der Dauer zu bestimmen,
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, um ständig die Intensität der reflektierten Signale während der Abtastung des Suchbereichs durch den Strahl zu erfassen und einen Wert der Intensität zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichervorrichtung (20) vorgesehen ist, um die erwartete Dauer eines bei verschiedenen Entfernungen zwischen dem Reflektor und dem Bezugspunkt an Bord des Fahrzeugs reflektierten Signals als Dauer Referenzwerte zu speichern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichervorrichtung (20) vorgesehen ist, um einen erwarteten Intensitätswert eines von einem Reflektor(R₁– R₁₁) reflektierten Signals als Intensitäts Referenzwert zu speichern, der von der Entfernungzwischen Reflektor (R₁– R₁₁) und Erfassungseinrichtung, (18) abhängt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (R₁–R₁₁) flach hergestellte sind, dass eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, um ständig einen Winkelfaktor von einer Beziehung zwischen dem bestimmten Wert der Dauer und einem Dauer Referenzwert zu bestimmen, und dass eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist, um ständig den erwarteten Intensitätswert hinsichtlich des Winkelfaktors und des Intensitäts-Referenzwerts einzustellen, wobei die Assoziation zugelassen ist, wenn die Beziehung zwischen dem eingestellten Intensitätswert und dem bestimmten Intensitätswert innerhalb eines erwarteten Intervalls liegt
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahr und Lenkeinheit (14) vorgesehen ist, um den Strahl (B) zu modulieren, und dass eine Fahr und Lenkeinheit (14) vorgesehen ist, um die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Reflektor (R₁–R₁₁), die von der Zeitverschiebung zwischen der Phasenposition des abgebenen Strahls (B) und der entsprechenden Phasenposition des empfangenen Strahls abhängt, zu bestimmen.