FI104445B - Landmarks for a vehicle's navigation device and device and method for navigation of a vehicle - Google Patents
Landmarks for a vehicle's navigation device and device and method for navigation of a vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- FI104445B FI104445B FI941354A FI941354A FI104445B FI 104445 B FI104445 B FI 104445B FI 941354 A FI941354 A FI 941354A FI 941354 A FI941354 A FI 941354A FI 104445 B FI104445 B FI 104445B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- landmark
- vehicle
- light source
- landmarks
- reflector
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
104445104445
Maamerkki ajoneuvon navigointilaitteistoa varten sekä ajoneuvon navigointi-laitteisto ja -menetelmäLandmark for vehicle navigation equipment and vehicle navigation equipment and method
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen maa-5 merkki ajoneuvon navigointilaitteistoa varten.The invention relates to a land mark for vehicle navigation equipment according to the preamble of claim 1.
Keksinnön kohteena on myös ajoneuvon navigointilaitteisto ja navigointi-menetelmä.The invention also relates to a vehicle navigation apparatus and a navigation method.
10 Tunnetaan navigointilaitteistoja, joilla maastoon sijoitettujen maamerkkien avulla määritetään ajoneuvon sijainti. Nykyisillä menetelmillä on lukuisia ongelmia: tarkasti sijoitettuja maamerkkejä tulee olla maastossa hyvin tihein välein, jotta paikannus olisi tarkkaa ja luotettavaa. Epätasaisella ja/tai kaltevalla pinnalla liikuttaessa ei runsaasta maamerkkimäärästä huolimatta ole itses-15 tään selvää, että ajoneuvo löytää riittävää määrää maamerkkejä. Tunnetuilla ratkaisuilla saadaan melko luotettavasti informaatiota vaakasuunnasta, toisin sanoen ajoneuvon sijainnista kaksiulotteisessa koordinaatiossa. Pystyinfor-maation (=laitteen korkeustieto) saaminen riittävällä tarkkuudella ja riittävän nopeasti on ollut nykyisille laitteille mahdotonta.10 Navigation equipment known to locate a vehicle using terrain landmarks is known. Current methods have a number of problems: accurately positioned landmarks need to be located at very frequent intervals for accurate and reliable positioning. While navigating on uneven and / or sloping surfaces, despite the abundance of landmarks, it is not obvious that the vehicle will find a sufficient number of landmarks. Known solutions provide relatively reliable information about the horizontal direction, that is, the position of the vehicle in two-dimensional coordination. Obtaining vertical information (= device height information) with sufficient accuracy and speed has been impossible for current devices.
20 ..!! Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edeiläkuvatun tekniikan puutteelli- ..: i suudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen navigointilaitteisto sekä maa- = • · · —20 .. !! The object of the present invention is to eliminate the deficiencies of the technology described above and to provide a completely new type of navigation equipment and ground control.
: *' merkki navigointilaitteistoa varten. I: * 'character for the navigation system. I
• * _ 9 • · ·• * _ 9 • · ·
25 Keksintö perustuu siihen, että maamerkin heijastinosa on vähintään kaksiosai- IThe invention is based on the fact that the reflective part of a landmark is at least two parts
♦ · · _ nen siten, että heijastinosien leveys muuttuu korkeuden funktiona mittauslaitteiston tuntemalla tavalla ja optinen mittauslaitteisto käsittää tarkat oh- 1 • · · __ « *!!’. jauselimet lasersäteen pystyaseman säätämiseksi ja tunnistamiseksi.♦ · · _ such that the width of the reflector portions changes as a function of height in a manner known to the measuring apparatus, and the optical measuring apparatus comprises precise directions 1 • · · __ «* !! '. sensing means for adjusting and detecting the vertical position of the laser beam.
:m'\ 30 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle maamerkille on tun-: m '\ 30 More specifically, the landmark of the invention has
nusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Lcharacterize what is set forth in the characterizing part of claim 1. L
»· · • · ΓΓ • » » _ • * 104445 2»· · • · ΓΓ •» »_ • * 104445 2
Keksinnön mukaiselle navigointilaitteistolle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.The navigation apparatus according to the invention, in turn, is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 5.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.The invention provides considerable advantages.
55
Ajoneuvon pystyinformaatio saadaan nopeasti ja luotettavasti. Maamerkit ovat yksinkertaisesta rakenteestaan huolimatta tehokkaita informaatiolähteitä.Vehicle vertical information is obtained quickly and reliably. Landmarks are a powerful source of information, despite their simple structure.
Tarkalla peilin pystyasennon mittauslaitteistolla voidaan kompensoida mitta-10 laitteen mekaniikan vanhentumista. Ilman tätä ominaisuutta on mahdotonta saavuttaa pystysuunnan mittauksessa suurta tarkkuutta.Accurate mirror vertical measuring equipment can compensate for obsolete mechanics of the measuring device. Without this feature, it is impossible to achieve high accuracy in vertical measurement.
Yhdistelmänä uudesta maamerkistä ja tarkasta lähtevän säteen suunnan mittauslaitteesta ja -menetelmästä saadaan aikaiseksi tarkka reaaliaikainen 15 navigointijärjestelmä vaativiinkin sovelluksiin.The combination of a new landmark and accurate out-of-beam radar measuring instrument and method provides an accurate real-time navigation system for the most demanding applications.
Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suoritusesimerkkien avulla.The invention will now be further explored by way of exemplifying embodiments of the accompanying drawings.
= 20 Kuvio 1a esittää yläkuvantona keksinnön mukaisen laitteen sijoitusta tietyöko- neeseen.Fig. 1a is a top plan view of the arrangement of a device according to the invention in a road working machine.
»t I»T I
: V Kuvio 1b esittää sivukuvantona keksinnön mukaisen laitteen sijoitusta tiety- * ökoneeseen.Fig. 1b is a side elevational view of the arrangement of a device according to the invention in a particular machine.
• · · 25 • · · · 9• · · 25 • · · · 9
Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti yhtä keksinnön mukaista navigointilaitetta.Figure 2 schematically shows a navigation device according to the invention.
Mlml
Kuvio 3 esittää halkaistuna sivukuvantona toista keksinnön mukaista navigoin- • · · f I i tilaitteistoa.Figure 3 is a fragmentary side elevational view of another navigation device according to the invention.
M « : 30M «: 30
Kuvio 4 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen navigointilaitteiston oh-i V jaus-ja laskentayksikköä.Fig. 4 is a block diagram of a navigation and computing unit for the navigation apparatus according to the invention.
!1 104445 3! 1 104445 3
Kuvio 5 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista peilin asennon säätäjää.Figure 5 is a block diagram of a mirror position adjuster according to the invention.
Kuvio 6 esittää lohkokaaviona yhtä keksinnön mukaista valolähetintä.Figure 6 is a block diagram of a light transmitter according to the invention.
5 Kuvio 7 esittää lohkokaaviona yhtä keksinnön mukaista valovastaanotinta.Fig. 7 is a block diagram showing one light receiver according to the invention.
Kuvio 8 esittää kytkentäkaaviota yhdestä keksinnön mukaisesta puhekelan ohjauselektroniikasta.Fig. 8 shows a wiring diagram of one of the voice coil control electronics according to the invention.
10 Kuvio 9 esittää etukuvantona yhtä keksinnön mukaista maamerkkiä.Figure 9 is a front view of one landmark according to the invention.
Kuvio 10 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista vaakakulmien lasken-talaitteistoa.Figure 10 is a block diagram of a horizontal angle calculator according to the invention.
15 Keksinnön mukaisen mittalaitteen tehtävänä on antaa esimerkiksi kuvioiden 1a, 1b ja 2 mukaisesti ajoneuvon 13 paikka ja asento myöhemmin määriteltävien spesifikaatioiden mukaisesti työalueen reunoihin mitattujen heijastavien maamerkkien 5 avulla. Laite 14 mittaa ne vaaka-ja pystykulmat, joissa maamerkiltä 5 heijastuu laitteesta 14 lähetetty lasersäde takaisin mittalaitteeseen.1a, 1b, and 2, the position and position of the vehicle 13 are provided by reflective landmarks 5 measured at the edges of the working area, in accordance with specifications to be determined at a later date. The device 14 measures the horizontal and vertical angles at which the laser beam transmitted from the device 14 is reflected back to the measuring device from the landmark 5.
20 Laite 14 sijoitetaan ajoneuvoon 13 siten, että siitä on mahdollisimman estee-tön näkyvyys tien reunoille.The device 14 is positioned in the vehicle 13 in such a way that it has an unobstructed view of the road edges.
M * LM * L
: V Tiehöylän 13 tapauksessa sijoituspaikka voi olla koneen puomi kuvioiden 1a ja 1b mukaisesti. Höylän ohjaamo ja mittalaitteen runko muodostavat katve-• · · = ···· 25 alueen taaksepäin. Sillä ei kuitenkaan ole merkitystä laitteen toiminnan kan- • · · _________ " *·' ' naita.In the case of the grader 13, the location may be the boom of the machine as shown in Figures 1a and 1b. The planer cab and gauge frame make up • · · = ···· 25 areas to the rear. However, it is irrelevant to the operation of the device. • · · _________ "* · ''.
” · — » * ·"· -» * ·
Kuvion 2 mukaisesti laitteessa 10 on laservalolähde 1, joka antaa vakioaallon-• · · — pituudella valoa laitteen ympäristöön. Laserdiodi 1 on asennettu pystyyn siten, ♦ · · ~ ; 30 että valo osuu pyörivän peilin 3 keskipisteeseen pyörimisakselin suunnassa.As shown in Figure 2, the device 10 has a laser light source 1 which emits light at a constant wavelength in the vicinity of the device. The laser diode 1 is mounted vertically, ♦ · · ~; 30 that the light hits the center of the rotating mirror 3 in the direction of the axis of rotation.
Peilin 3 kautta kulkeva valo etenee lähes vaakasuuntaisena ympäristöön ja : V palaa takaisin vain siinä tapauksessa, että se heijastuu maamerkin 5 pinnasta Γ 104445 4 takaisin. Palaava valo ei enään muodosta kapeata sädettä, vaan on hajautunut maamerkistä 5 heijastueessaan kapeaksi keilaksi. Jotta palaavasta valosta saadaan kerättyä mahdollisimman suuri osa valodiodille 7 maamerkin 5 havaitsemista varten, tulee peilin 3 ja valoa diodille 7 fokusoivan linssin 2 olla 5 riittävän suuria. Jokaisen peilin 3 pyörähdyskierroksen päätteeksi tulee optiselta lukuhaarukalta pulssi, jonka saatuaan ohjauselektroniikka mm. laskee vaaka- ja pystykulmat, joissa maamerkkejä 5 näkyi sekä päättelee, mistä merkeistä mittaus saatiin.The light passing through the mirror 3 propagates almost horizontally into the environment and: V returns only if it is reflected from the surface of landmark 5 Γ 104445 4. The returning light no longer forms a narrow beam but is scattered from the landmark 5 in its reflection into a narrow beam. In order to collect as much of the incident light as possible on the LED 7 to detect the landmark 5, the mirror 3 and the lens 2 focusing on the LED 7 must be sufficiently large. At the end of each rotation of the mirror 3, a pulse is generated from the optical reading fork, which after receiving the control electronics e.g. calculates the horizontal and vertical angles at which landmarks 5 were visible and concludes from which marks the measurement was obtained.
10 Jotta mittalaitteelta 10 lähtevä säde voisi osua eri korkeuksilla oleviin maa-merkkeihin 5 tai jotta tietyökone 13 voisi kulkea kaltevaa pintaa pitkin, tulee säteen pystykulman olla säädettävissä pyörivää peiliä 3 kallistamalla. Toteutettavassa mittalaitteen prototyypissä säteen pystypoikkeutus on peilin 3 pyörittämisestä täysin riippumaton toimenpide, jolloin sädettä voidaan poikeut-15 taa mielivaltaisella tavalla toimilaitteen nopeuden ja liikkeen pituuden asetta- missä rajoissa. Voidaan esimerkiksi pyrkiä ajamaan peilin pystypoikkeutusta siten, että mahdollisimman usein osuttaisiin haluttuihin maamerkkeihin ilman hukka-aikaa.10 In order for the beam exiting the measuring device 10 to hit the ground marks 5 at different heights or to allow the road tool 13 to travel along a sloping surface, the vertical angle of the beam must be adjustable by tilting the rotating mirror 3. In the implemented prototype of the measuring device, the vertical deflection of the beam is a completely independent operation of rotation of the mirror 3, whereby the beam can be arbitrarily varied within the limits set by the speed of the actuator and the length of movement. For example, one may try to drive the vertical deflection of the mirror so that the desired landmarks are pointed as often as possible without wasting time.
20 Jotta ajoneuvon 13 paikka ja asento voidaan ratkaista yksikäsitteisesti, tulee laitteen 10 saada samanaikainen mittaus (vaaka- ja pystykulma) kolmesta : maamerkistä 5, jolloin toinen ratkaisuista voidaan poistaa mahdottomana.20 In order to determine unequivocally the position and the position of the vehicle 13, the device 10 must obtain a simultaneous measurement (horizontal and vertical) of three: landmarks 5, whereby one of the solutions can be removed as impossible.
• · · • ·* Käytettäessä tietoa neljästä maamerkikstä 5 saadaan yksikäsitteinen ratkaisu.• · · • · * Using data from four landmarks 5 provides a unique solution.
Koska yksi mittauskierros kestää 10 ms, voidaan korkeintaan yhden peilin 3 • · · ·;;; 25 kierroksen aikana tehtyjä maamerkkihavaintoja pitää samanaikaisina (ajoneu- • · · vo etenee 10 ms:n aikana muutamia senttimetrejä). Käytännössä lienee kuitenkin tavallista, että yhden mittauskierroksen aikana säde ei osu neljään • · · ‘V.’.' maamerkkiin, vaan mittaus neljästä merkistä voi kestää kauemmin. Tällöin • · · ongelmaksi muodostuu se, että mittaukset on tehty eri paikoista ja ajoneuvon • ♦ · 30 13 ollessa eri asennossa. Paikan ja asennon laskemiseksi on tällöin käytettä- • · ·” vissssä muutamia ratkaisuvaihtoehtoja.Since one measurement cycle lasts 10 ms, a maximum of one mirror 3 • · · · ;;; Landmark observations made over 25 laps are considered simultaneous (the vehicle moves a few centimeters within 10 ms). In practice, however, it may be common for a beam to not hit four • · · 'V.' during one measurement cycle. ' landmark, but measuring four characters can take longer. In this case, the problem is that the measurements are made at different locations and the vehicle is in a different position. There are a few options available to calculate the position and • position of the vise.
• · » * · a » • · . a il 104445 5• · »* · a» • ·. a il 104445 5
Jos oletetaan, että ajoneuvon 13 pitkittäinen kallistuma ja kulkusuunta eivät ! muutu mittauksen aikana ja mitataan erillisellä anturilla ajoneuvon 13 poikittainen kallistuma sekä kuljettu matka, voidaan neljästä eri maamerkistä 5 saadut kulmahavainnot muuntaa yhdestä pisteestä mitatuiksi. Tällöin paikka ja asen-5 to on laskettavissa normaalisti. Toinen vaihtoehto on tehdä malli, joka kuvaa koneen liiketilaa mahdollisimman tarkasti. Tätä liiketilamallia päivitetään kulkusuunnan ja kuljetun matkan perusteella. Malliin on myös yhdistettävissä mittaus ajoneuvon 13 poikittaiskallistumasta. Jokainen mittaus maamerkistä 5 yhdistetään malliin käyttäen esimerkiksi Kalman-suodinta.Assuming that the longitudinal inclination and direction of travel of vehicle 13 do not! change during measurement and with a separate sensor measuring the transverse inclination of the vehicle 13 and the distance traveled, the angular observations obtained from four different landmarks 5 can be converted to a single point measurement. Then the position and asen-5 to can be calculated normally. Another option is to make a model that represents the machine's movement space as accurately as possible. This business model is updated based on direction of travel and distance traveled. A measurement of the transverse tilt of the vehicle 13 can also be combined with the model. Each measurement from landmark 5 is associated with the model using, for example, a Kalman filter.
1010
Mittalaitteen 14 rakenne on yksinkertaistettuna kuvion 3 mukainen. Mittalaite 14 koostuu varsinaisesta mittapäästä 10 ja erillisestä ohjaus- ja laskentayksiköstä 15. Nämä voidaan asentaa tarvittaessa erillisiin laitekoteloihin tai myös samaan koteloon.The structure of the measuring device 14 is in simplified form as shown in Figure 3. The measuring device 14 consists of the actual probe 10 and a separate control and counting unit 15. These can be mounted on separate device housings or on the same housing, if necessary.
1515
Maastoon suunnattava säde tuotetaan esimerkiksi puolijohdelaserilla 1, joka on kiinnitetty 4 cm läpimittaisen linssin 2 keskelle. Sädettä pyyhkäistään vaakatasossa pyörivän peilin 3 avulla. Peiliä 3 pyöritetään käyttäen ontolla akselilla varustettua DC-moottoria 19. Kunkin pyörähdyksen lopuksi saadaan 20 optiselta lukuhaarukalta 11 pulssi, jota käytetään maamerkkejä 5 vastaavien vaakasuuntakulmien määräämiseen.The beam directed at the terrain is produced, for example, by a semiconductor laser 1 attached to the center of a lens 4 cm in diameter. The beam is swept horizontally by means of a rotating mirror 3. The mirror 3 is rotated using a DC motor 19 with a hollow axis. At the end of each rotation, a pulse 11 is obtained from the optical reading fork 20, which is used to determine the horizontal angles corresponding to landmarks 5.
• · · ·' ·] Peilin 3 pystykulmaa säädetään puhekelalla 17. Paikkatakaisinkytkentä puhe- »· · · · i kelan 17 säätöä varteen saadaan lineaarianturilta (LVDT) 21. Puhekelan 21 • · · •;;j 25 lineaariliike muutetaan peilin kiertymäksi kiinnitysakselinsa suhteen käyttäen • · · = pyöritysmoottorin 19 läpi asennettua tankoa 23, joka on nivelöity peiliin 3. "The vertical angle of the mirror 3 is adjusted by the voice coil 17. The position feedback is adjusted by the linear encoder (LVDT) 21 for the adjustment of the voice coil 17. The linear motion of the voice coil 21 is converted to the rotation of the mirror relative to its mounting axis. using a rod 23 mounted through a rotary motor 19 and pivoted on mirror 3. "
Vaadittavan mittaustarkkuuden saavuttamiseksi tulee kaikkien nivelten olla ~To achieve the required measurement accuracy, all joints should be ~
I I II I I
• _ hyvin pienivälyksisiä. Pyörivän peilin 3 tulee olla kevyt, jotta pyörivän liikkeen “ I I - — aiheuttamat hyrrävoimat eivät liiaksi hidastaisi peilin pystykulman säätöä. Γ i i i 7 :.,: ’ 30 Peilin 3 sijasta voidaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa käyttää myös f prismaa. .• _ very small play. The rotating mirror 3 must be light so that the gyratory forces caused by the rotating motion "I I -" do not slow down the adjustment of the vertical angle of the mirror. Instead of mirror 3, the f prism can also be used in the solution of the invention. .
« · · * · 104445 6«· · * · 104445 6
Maamerkiltä 5 heijastuva säde kerätään pyörivän peilin 3 avulla reiälliseen linssiin 2, joka fokusoi palaavan valon valodiodiin 7.The beam reflected from the landmark 5 is collected by means of a rotating mirror 3 into a perforated lens 2 which focuses the incident light on the LED 7.
Paikan mittausta varten saadaan säteen pystykulma mitattua kerran kullakin 5 peilin 3 pyörähdyskierroksella toisen laserin 24 ja rivikameran 25 avulla. Laserilla 24 kohdistetaan peiliin säde, joka aina peilin 3 asennon mukaan heijastuu takaisin rivikameralle 25. Rivikameran 25 ilmaiseman palaavan säteen sijainnin perusteella voidaan peilin 3 ja samalla lähtevän säteen kulma määrittää yksikäsitteisesti. Peilin 3 kulman mittaustarkkuutta voidaan lisätä 10 kasvattamalla peilin 3 ja rivikameran 25 välistä etäisyyttä ja/tai kasvattamalla rivikameran 25 erottelukykyä. Laserin 24 sijasta voidaan käyttää myös laseria 1, jolloin rivikameran 25 eteen tarvitaan sopiva fokusoiva elementti, kuten i linssi.For position measurement, the vertical angle of the beam can be measured once with each rotation of the mirror 3 by means of a second laser 24 and a line camera 25. Laser 24 applies a beam to the mirror, which always reflects back to the row camera 25 according to the position of the mirror 3. Based on the location of the return beam detected by the row camera 25, the angle of the mirror 3 and the outgoing beam can be uniquely determined. The angle measurement accuracy of the mirror 3 can be increased by increasing the distance between the mirror 3 and the row camera 25 and / or increasing the resolution of the row camera 25. Instead of laser 24, laser 1 can also be used, whereby a suitable focusing element, such as a lens, is required in front of the row camera 25.
15 Varsinaisen mittalaitteen 14 lisäksi tarvitaan elektroniikkaa mittalaitteen toimintojen ohjaamiseksi sekä paikan ja asennon laskemiseksi kuvion 4 mukaisesti.In addition to the actual measuring device 14, electronics are needed to control the functions of the measuring device and to calculate the position and position as shown in Figure 4.
Ohjaus- ja laskentayksikkö koostuu seitsemästä elektroniikkakortista, jotka on sovitettu PC-väylään 36. Kortit ovat optiikkakortti 27, vaakakulmakortti 29, 20 peilin 3 kallistuksen ohjauskortti 31, pystykulmakortti 33, mittapään ohjauskort-ti 35, paikan ja asennon laskentakortti 37 sekä l/O-kortti 39.The control and calculation unit consists of seven electronic cards mounted on the PC bus 36. The cards are optic card 27, horizontal card 29, 20 mirror 3 tilt control card 31, vertical angle card 33, probe control card 35, position and position calculator 37 and l / O card 39.
: « · · • i «· · ϊ ·' Optiikkakortin 27 päätehtävänä on antaa luotettavasti kunkin maamerkin 5 heijastavan osan alku- ja loppureunoista esimerkiksi TTL-tasoinen pulssi * * * 25 (start- ja stop-pulssi). Lisäksi se voi moduloida lähetettävän lasersäteen voi- • · · makkuutta siten, että takaisin heijastuva säde voidaan mahdollisimman luotettavasti erottaa ympäristön häiriövalosta. Käytetty modulointitaajuus on n. 20 • · · *»*. MHz. Vastaanottimena käytetään valodiodia 7, joka on rakennetussa koelait- I « < teistossa kytketty esivahvistinkortille. Vahvistettu signaali siirretään optiik-30 kakortille 27 jatkokäsiteltäväksi. Optiikkakortti 27 vahvistaa signaalin tasoa edelleen ja saatu signaali suodatetaan kaistanpäästösuodattimella, jonka » I f • keskitaajuus on modulointitaajuus. Suodatetusta signaalista ilmaistaan maa- • < 104445 7 merkin 5 heijastavan alueen reunat. Ympäristön valon vaihteluiden kompensoimiseksi on kortilla käytetty takaisinkytkentää, jossa valodiodilta 7 tulevan taustavalon määrän suhteessa korjataan esivahvistimen vahvistusta.: The main function of the optic card 27 is to reliably provide the start and end edges of the reflective portion of each landmark 5, for example, a TTL pulse * * * 25 (start and stop pulse). In addition, it can modulate the intensity of the transmitted laser beam so that the reflected beam can be distinguished as reliably as possible from ambient light. The modulation frequency used is about 20 • · · * »*. MHz. The receiver uses a light emitting diode 7, which is connected to a pre-amplifier board in a built-in test apparatus. The amplified signal is transmitted to the optic 30 card 27 for further processing. The optic card 27 further amplifies the signal level and the received signal is filtered by a bandpass filter having a center frequency of I f • a modulation frequency. The filtered signal indicates the • • 104445 edge of the 7-character reflective region. To compensate for variations in ambient light, the card uses a feedback loop that corrects the gain of the preamplifier relative to the amount of backlight emitted from the LED 7.
5 Vaakakulmakortti 29 on kytketty optiikkakorttiin 27, jolta se saa jokaista maamerkkiä 5 vastaavat start- ja stop- pulssit. Sen päätehtävänä on tallettaa jokaista saamaansa pulssia vastaava peilin 3 vaakasuuntaista kiertymäkulmaa kuvaava laskurilukema FIFO-muistiin. Lisäksi se tallettaa peilin 3 täyttä kierrosta vastaavan laskurilukeman. Kortti 29 tallettaa laskurilukemat kaikista 10 peilin yhden kierroksen aikana havaituista maamerkeistä 5. Kierroksen täytyttyä se keskeyttää mittapään 10 ohjauskortin prosessorin, joka lukee talletetut laskurilukemat omaan muistiinsa.5 The horizontal angle card 29 is coupled to the optic card 27, where it receives start and stop pulses corresponding to each landmark 5. Its main function is to store in the FIFO memory a counter reading of the horizontal rotation angle of the mirror corresponding to each pulse received. In addition, it stores the counter value corresponding to the full rotation of the mirror 3. The card 29 stores the counter counts of all the landmarks 5 detected during one revolution of the mirror 5, when the round is complete, it interrupts the probe 10 control card processor which reads the stored counter counts into its own memory.
Peilin kallistuksenohjauskortilla 31 pyörivän peilin 3 kallistuskulmaa ohjataan 15 "puhekelan" 17 avulla. Rakenteen tavoitteena on päästä erittäin nopeaan vasteeseen peilin 3 kallistuskulman ohjauksessa sekä riittävän suureen ja ohjelmallisesti asetettavaan pystykulma-alueeseen.With the mirror tilt control card 31, the tilt angle 3 of the rotating mirror 3 is controlled by 15 "voice coils" 17. The object of the design is to achieve a very fast response in controlling the tilt angle of the mirror 3 and a sufficiently large and programmatically adjustable vertical angle range.
Puhekela 17 toimii samalla tavoin kuin kaiuttimessa. Siinä on kuparilangasta 20 käämitty kela kestomagneettisydämen ympäröimänä. Kelan ja magneetin välinen voima riippuu kelaan syötetyn virran suuruudesta. Virtaa sopivasti ··: : ohjaamalla säädetään kelan paikkaa magneetin sisällä. Nivelvarsisto välittää = « t « s • · · __ ; ·] kelan liikkeen peilin kallistuskulman muutokseksi. Kelan paikkaa mitataan • · * · φ _ suoraan lineaarianturmäjönka resoluutio on muutamia mikrometrejä.The voice coil 17 functions in the same manner as in the loudspeaker. It has a coil wound of copper wire 20 surrounded by a permanent magnet core. The force between the coil and the magnet depends on the amount of current supplied to the coil. Suitable current ··:: Controls the position of the coil inside the magnet. Articulation transmits = «t« s • · · __; ·] To change the tilt angle of the reel movement mirror. The position of the coil is measured • · * · φ _ directly in a linear crash with a resolution of a few micrometers.
·:::’ 25 ] • · *· ::: '25] • · *
Peilin asennon säätäjä on täydellisenä kuvion 5 mukainen. Käytännössä kui- IThe mirror position adjuster is fully in accordance with Figure 5. In practice, however
tenkin riittää yksinkertaisempi rakenne, josta ainakin virran säätö 47 on jätetty “ pois. Säätäjän toteutusvaihtoehtoja on ainakin kaksi. On mahdollista, että kelan paikkasäätöön 4T voidaan käyttää valmista kaupallista säätö-ja vahvis- = « « · 30 tinkorttia, esimerkiksi Seidel 02S tai Maxon PSC. Edullisempi vaihtoehto on • · _ kuitenkin tehdä säätö ohjelmallisesti ja käyttää yksinkertaista, kuvion 8 mukaista vahvistinkorttia, jota ohjataan l/O-kortin 30 analogialähdöllä.indeed, a simpler structure, at least the current control 47 being omitted, is sufficient. The controller has at least two implementation options. It is possible that a ready-made commercial control and strength = «« · 30 tincture, for example Seidel 02S or Maxon PSC, can be used for positioning the coil 4T. However, the preferred option is to make the adjustment programmatically and use a simple amplifier board of FIG. 8, which is controlled by the analog output of the I / O board 30.
I · · 104445 8I · · 104445 8
Työkoneen 13 tarkka paikanmääritys pystysuunnassa edellyttää, että lasersäteen lähtökulma pystysuunnassa tunnetaan tarkoin. Jatkuva mittaus tästä kulmasta saadaan puhekelaan 17 kytketyltä LVDT-anturilta 21. Kaikkein tarkin tulos saadaan kuitenkin mittaamalla säteen lähtökulma suoraan sätees-5 tä. Tämä toteutetaan käyttämällä joko erillistä laserdiodia 24 tai laserdiodia 1, jolloin rivikamera 25 tarvitsee fokusoivan linssin, rivianturia 25 (esim. CCD-kenno) ja siihen kytkettyä elektroniikkaa. Pystykulmakortin 33 tehtävänä on lukea rivianturin 25 sisältö kerran peilin 3 kierroksella (resoluutio esimerkiksi 2048 pikseliä) ja etsiä mahdollisimman tarkoin ne kameran 25 pikselit, 10 joihin laserin 24 valo osui. Käytännössä laser 24 valaisee rivikamerasta 25 muutamia pikseleitä leveän alueen, jolloin myös kameran 25 antamassa datassa näkyy muutamia pikseleitä leveä valaistu alue. Pystykulmakortti 33 etsii tämän alueen vasemman ja oikean reunan, joiden esimerkiksi painotettu keskiarvo on verrannollinen lasersäteen pystykulmaan.Accurate vertical positioning of the machine 13 requires that the laser beam output angle be known precisely. Continuous measurement of this angle is obtained from the LVDT sensor 21 connected to the voice coil 17. However, the most accurate result is obtained by measuring the beam departure angle directly from the beam 5. This is accomplished using either a separate laser diode 24 or a laser diode 1, whereby the line camera 25 requires a focusing lens, a line sensor 25 (e.g., a CCD sensor) and electronics connected thereto. The function of the vertical angle card 33 is to read the contents of the row sensor 25 once in a rotation of a mirror 3 (for example, a resolution of 2048 pixels) and to find as closely as possible the pixels of the camera 25 to which the laser 24 was exposed. In practice, the laser 24 illuminates a few pixels wide area of the line camera 25, so that the data provided by the camera 25 also shows a lighted area a few pixels wide. Vertical angle card 33 looks for the left and right edges of this region, for example, the weighted average of which is proportional to the vertical angle of the laser beam.
1515
Mittapään ohjauskortti 35 ohjaa pyöritysmoottorin 19 ja puhekelan 17 toimintaa. Se myös lukee vaakakulmakortin 29 FIFOsta kaikkien peilin 3 pyöräh-dyskierroksen aikana havaittujen maamerkkien 5 kulmia vastaavat laskuriluke-mat sekä täyttä kierrosta vastaavan lukeman. Näistä tiedoista se laskee 20 vaakakulman, jossa kukin maamerkki 5 näkyi. Ohjauskortti 35 tietää kaikkien maamerkkien 5 sijainnin ja ajoneuvon 13 sijainnista ja mitatuista kulmista se laskee, mitä merkkiä kukin kulmalukema vastaa. Ohjauskortti 35 myös lukee «i · : pystykulmakortilta 33 kerran peilin 3 kierroksella lukeman, jonka avulla voi- o * ' daan hakea taulukosta vastaava lasersäteen tarkka pystykulma. Ohjauskortti « · · ·1» 25 35 lähettää ajoneuvon 13 paikan ja asennon laskevalle kortille 37 kulmaluke- • · ♦ '·’ 1 mat, niitä vastaavat maamerkkien tunnukset, kuljetun matkan sekä ajoneuvon poikittaiskallistuman kerran jokaisella peilin pyörähdyskierroksella (100 Hz).The probe control card 35 controls the operation of the rotary motor 19 and the voice coil 17. It also reads from the FIFO of the horizontal angle card 29 the counter values corresponding to the angles of all the landmarks 5 detected during the rotation of the mirror 3 and the reading corresponding to the full rotation. From this data, it calculates 20 horizontal angles with 5 landmarks each. The control card 35 knows the location of all landmarks 5 and the position and measured angles of the vehicle 13, and calculates which character each angle reads. The control card 35 also reads from the «i ·: vertical angle card 33 once in a rotation of the mirror 3, which can * * retrieve the exact vertical angle of the laser beam corresponding to the table. The control card «· · · 1» 25 35 sends the vehicle 13 position and position descending card 37 angular readings, corresponding landmark symbols, distance traveled and vehicle transverse tilt once for each mirror rotation (100 Hz).
« · ·«· ·
Mt· • · · l 4 · « 1 «Mt · • · · l 4 · «1«
Mittapään ohjauskortin 35 tehtävät vaativat varsin paljon laskentatehoa. Kor- « k ·The tasks of the probe control card 35 require quite a lot of computing power. Kor- «k ·
I 1 II 1 I
:t / 30 tissa tulee olla liitäntä PC-väylään 36, haihtumatonta muistia ja vähintään yksi rinnakkaisportti.The t / 30 t must have a connection to PC bus 36, non-volatile memory, and at least one parallel port.
» » 1 » 1 • · ·» 104445 9»» 1 »1 • · ·» 104445 9
Paikan ja asennon laskentakortti 37 tarvitaan paikan ja asennon laskemiseksi mittaustieto vaaka- ja pystykulmista, joissa maamerkkejä on havaittu. Laskennan tukena voidaan käyttää mittausta kuljetusta matkasta ja ajoneuvon poikit-taiskallistumasta. Nämä tiedot saadaan mittapään ohjauskortilta 35. Paikan 5 ja asennon laskenta on matemaattisesti raskas operaatio, ja jos halutaan päästä useiden hertsien laskentataajuuteen, tulee käytettävissä olla vähintään 486-luokan CPU-kortti. Suuren laskentatehon lisäksi kortilta vaaditaan riittävästi haihtumatonta muistia, yksi rinnakkaisportti ja yksi RS232-portti. Nämä vaatimukset täyttää esimerkiksi ASC486SLC.The Position and Position Calculation Card 37 is required to calculate the position and position of the measurement data from the horizontal and vertical angles where landmarks have been detected. The calculation can be supported by measurement of the distance traveled and the transverse tilt of the vehicle. This information is obtained from the probe control card 35. Calculating position 5 and position is a mathematically difficult operation, and a minimum of 486 class CPU card must be available if you want to access multiple Hertz. In addition to high computing power, the card requires enough non-volatile memory, one parallel port, and one RS232 port. For example, the ASC486SLC fulfills these requirements.
10 l/O-korttia 39 tarvitaan syöttämään asetusarvo peilin pyöritys- ja kallistusmoot-toreille. Tähän vaaditaan kaksi 12 bitin D/A-muunninta. Lisäksi tarvitaan analogisia ja digitaalisia tuloja liittymään peilin kallistuskulmaa mittaavaan LVDT-anturiin, työkoneen matkamittariin ja poikittaiskallistusta mittaaviin antu-15 reihin. Lisäksi kortissa tulee olla liitäntä PC-väylään. Vaatimukset täyttää esimerkiksi Ajecon ANDI-MM.10 I / O cards 39 are required to supply the setpoint for mirror rotation and tilt motors. Two 12-bit D / A converters are required for this. In addition, analog and digital inputs are needed to connect the mirror tilt angle LVDT sensor, the machine's odometer, and the transverse tilt sensors. In addition, the card must be connected to a PC bus. For example, the requirements are met by Ajeco's ANDI-MM.
Kuvion 6 mukaisesti laserin 1 lähetyselektroniikka muodostuu oskillaattorista 70, joka ohjaa tehovahvistinta 72. Tehovahvistin puolestaan syöttää laseria 1, 20 jolla on takaisinkytkentä tehovahvistimelle 72.6, the transmission electronics of the laser 1 consists of an oscillator 70 which controls a power amplifier 72. The power amplifier, in turn, supplies a laser 1, 20, which is fed back to the power amplifier 72.
I II I
< 1<1
IMIIMI
» ~ .:! Kuvion 7 mukaisesti vastaanotinelektroniikka muodostuu tyypillisesti vastaan- * * * : ’’ tottodiodista 7, jonka signaali vahvistetaan esivahvistimessa 74. Saadusta signaalista suodatetaan matalat taajudet alipäästösuotimella 76 ja alipääs- 1 I · ·;;; 25 tösuodatettu signaali integroidaan integraattorissa 78, jonka ulostuloa käyte- ^ • * r tään takaisinkytkentänä valodiodille 7. Toisessa haarassa signaalista erotetaan keskitaajuus f0 kaistanpäästösuodattimella 80. Suodatettu signaali vah- • · · _ • - vistetaan AC-vahvistimella 82. Vahvistetusta signaalista erotetaan pulssin- ~ « · » \ muokkaimella 84 START-ja STOP-pulssit.»~.:! As shown in Figure 7, the receiver electronics typically consist of a receive * * *: '' output diode 7, the signal of which is amplified in the preamplifier 74. The resulting signal is filtered at low frequencies by a low pass filter 76 and a low pass filter 1 76; 25, the filtered signal is integrated in integrator 78, the output of which is used as feedback to the light-emitting diode 7. In the second branch, the center frequency f0 is separated from the signal by bandpass filter 80. The filtered signal is amplified • ~ «·» \ Editor 84 START and STOP pulses.
# · :,.:’30# ·:,.: ’30
* · U* · U
T Peilin 3 pystykulman säätö tehdään esimerkiksi ohjelmallisesti mittapään oh- '· ·' jaustietokoneella. Tässä ratkaisussa tietokone laskee kulman, johon peili ~ t « * » · · » · 104445 10 tulisi ajaa, mittaa peilin nykyisen kulman ja laskee ohjausarvon puhekelaa 17 ohjaavalle vahvistinkytkennälle. Kytkentä on kuvion 8 mukainen. Vahvistin on suunniteltu siten, että se toimii yksipuolisella jännitteellä (OV ja +24V). l/O-kor-tilta 39 tulevan ohjausjännitteen tasoa tulee nostaa noin 12 V, jotta voidaan 5 toimia nollajännitteen ympärillä olevilla ohjausjännitteen arvoilla. Jännite nostetaan zener-diodilla 64, jota syöttää vakiovirtalähde. Puhekelaan 17 syöttää virtaa kaksi teho- operaatiovahvistinta 66, jotka on kytketty siltaan. Tämä kytkentä mahdollistaa koko syöttöjännitealueen hyväksikäytön kelan 17 ohjaukseen. Kytkennnän stabiilisuuden takaamiseksi tulee operaatiovahvistimi- i 10 en 66 syöttöjännitteet puskuroida kondensaattoreilla 68. Lisäksi vahvistimien lähtöjännitteet tulee suodattaa kuvan mukaisesti.T Adjusting the vertical angle of the mirror 3 is done, for example, by software on the probe control computer. In this solution, the computer calculates the angle at which the mirror should be driven, measures the current angle of the mirror, and calculates a control value for the amplifier circuit controlling the voice coil 17. The connection is according to Fig. 8. The amplifier is designed to operate at a single-sided voltage (OV and + 24V). The control voltage level from I / O cor 39 should be increased by about 12 V in order to operate at control voltage values around the zero voltage. The voltage is raised by a zener diode 64 supplied by a constant current source. The voice coil 17 is powered by two power operation amplifiers 66 which are connected to the bridge. This connection enables the entire supply voltage range to be utilized to control the coil 17. In order to ensure stability of the connection, the supply voltages of the operational amplifiers 10 to 66 must be buffered by capacitors 68. In addition, the output voltages of the amplifiers must be filtered as shown.
Kuvion 9 mukaisesti tietyökoneen 13 paikannuksessa käytettäviltä maamerkeiltä 5 edellytetään mm. kohtuullista kokoa ja hintaa, säänkestävyyttä ja • 15 helppoa asennettavuutta. Lisäksi merkin 5 tulee olla sellainen, että se on mahdollista havaita riittävän laajalta katselukulma-alueelta ja riittävän suurilta etäisyyksiltä. Eräs tärkeä vaatimus on myös se, että merkistä tulee saada tieto, mille korkeudelle lasersäde osui merkin yli pyyhkäistessään.9, the landmarks 5 used to locate the road working machine 13 are required e.g. reasonable size and price, weatherproof and • 15 easy to install. In addition, the sign 5 should be such that it can be detected at a sufficiently wide viewing angle and at sufficiently large distances. Another important requirement is that the mark should provide information about the height of the laser beam that was swept over the mark.
20 Edellä kuvatut vaatimukset täyttää esimerkiksi kuvion 9 mukainen maamerkki J 5. Sen kolmion muotoiset heijastinosat 12 ovat esimerkiksi 3M:n valmistamaa ^ · Diamond Grade -heijastinmateriaalia. Tällainen heijastinmateriaali heijastaa ·« · ! · · ·' ** tulevan säteen takaisin säteen tulosuuntaan. Tällaista ominaisuutta kutsutaan retroreflektiivisyydeksi. Heijastimet 12 ovat itseliimautuvia ja voidaan kiinnit- * t * 25 tää esimerkiksi säänkestävälle vanerille. Kolmionmuotoisten heijastinosien 12 f * o väliin muodostuu tasalevyinen heijastamaton väli 94, jonka avulla voidaan määrittää takaisinpalaavasta säteestä merkin 5 keskikohta ja pyyhkäisyn « *«!*, korkeus merkin 5 kohdalla. Merkit 5 voidaan asentaa mielivaltaisiin paikkoihin : /li , tien varrelle, kunhan ne ovat anturin havaittavissa ja asennettu tunnettuun 30 asentoon, edullisesti siten, että heijastamaton väli 94 on pystysuorassa asen- > nossa. Myöhemmin on kuvattu menetelmä, jolla säteen osumakorkeus voi- •. · • » » : daan laskea merkin keskellä.For example, the landmark J 5 of Figure 9 fulfills the above requirements. Its triangular reflector portions 12 are, for example, 3M made of Gradient reflector material. Such reflective material reflects · «·! · · · '** Incoming beam back to beam direction. This property is called retroreflectivity. The reflectors 12 are self-adhesive and can be attached to, for example, weatherproof plywood. Between the triangular reflector portions 12 f * o, a non-reflective non-reflective spacer 94 is formed, which defines the center of the sign 5 at the return beam and the height of the sweep «*«! * At the sign 5. The marks 5 can be mounted at arbitrary positions: / li, along the road, as long as they are detectable by the sensor and mounted in a known position 30, preferably such that the non-reflective spacing 94 is in a vertical position. Later, a method by which the beam hit height can be • described. · • »»: calculates the middle of the character.
« * • * · 9 r« 9 · 104445 11«* • * · 9 r« 9 · 104445 11
Lasersäteen osumakorkeus merkkiin 5 voidaan ratkaista käyttämällä hyväksi merkin muotoa. Säteen osuessa merkkiin antaa optiikkakortti 27 pulssin molempien heijastavien osien alussa ja lopussa. Näin saadaan mitattua aika, joka säteeltä kestää kulkea kunkin merkin 5 osan 12 ja niiden välin 94 yli.The laser beam's hit height to the mark 5 can be solved by utilizing the shape of the mark. When the beam hits the mark, the optic card gives 27 pulses at the beginning and end of both reflective portions. In this way, it is possible to measure the time it takes for the beam to travel over part 12 of each character 5 and between them 94.
5 Tästä tiedosta ei kuitenkaan voida ratkaista kuviossa 9 esitettyjä todellisia pituuksia S1, S2 ja S3, koska etäisyyttä ja suuntaa merkkiin ei tunneta. Mittaus antaakin ainoastaan janojen pituuksien suhteet S1/S2 ja sekä S3/S2, joita tässä merkitään tunnuksilla t1 ja t3. Kun säteen kulmaa vaakatasoon nähden merkitään p:lla, voidaan lausua: 10 sin(P) = (h1-h2)/S1 = (h3-h2)/S2 = (h4-h3)/S3 (1) t1 = S1/S2 = (M-h2)/(h2-h3) (2) 15 t3 = S3/S2 = (h3-h4)/(h2-h3) (3) merkitään k=-1/tana (4) SI =V (hl-h2) 2+ (a+kxhl)2 i5) ( i : S2=y/c2+{h2-h3)2 (6)However, from this information it is not possible to determine the actual lengths S1, S2 and S3 shown in Fig. 9, since the distance and direction to the sign are unknown. The measurement therefore gives only the segment length ratios S1 / S2 and S3 / S2, denoted here as t1 and t3. When the angle of the beam with respect to the horizontal plane is denoted by p, we can say: 10 sin (P) = (h1-h2) / S1 = (h3-h2) / S2 = (h4-h3) / S3 (1) t1 = S1 / S2 = (M-h2) / (h2-h3) (2) 15 t3 = S3 / S2 = (h3-h4) / (h2-h3) (3) denote k = -1 / by today's (4) SI = V ( h1-h2) 2+ (a + kxhl) 2 i5) (i: S2 = y / c2 + {h2-h3) 2 (6)
, 1 I, 1 I
·< I I » · t · * » 2 :♦·! S3 {h3-h4) 2+a+kxh4)2 (7) v • I · f ψ » a · »· f j ' 20 Etsitty suure h on keskiarvo korkeuksista h2 ja h3: « f t * h = (h2+h3)/2 (8) * * I * • · ·· <I I »· t · *» 2: ♦ ·! S3 {h3-h4) 2 + a + kxh4) 2 (7) v • I · f ψ »a ·» · fj '20 The value h sought is the mean of the heights h2 and h3: «ft * h = (h2 + h3) / 2 (8) * * I * • · ·
» » I»» I
Yhtälöistä (1-7) voidaan johtaa h2:lle ja h3:lle lausekkeet: t · '”/25 f . * a1*h22 + (b1+c1*h3)*h2 + d1*h32+ e1*h3 + f1 = 0 (9) k i * I . I I * 104445 12 a2*h3z+ (b2+c2*h2)*h3 + d2*h22 + e2*h2 + f2 = 0 (10) missä 5 a1 =k2+2*k2*t1 +k2*t12 (11) b1=2*a*k*t1+2*a*k (12) c1=-2*k2*t1*(t1+1) (13) 10 d1=k2*t12 (14) e1=-2*a*k*t1 (15) 15 f1 =a2-t12*c2 (16) a2=k2*(1 +2*t3+t32) (17) b2=2*a*k*(1+t3) (18) 20 c2=-2*k2*t3*(1+t3) (19) d2=k2*t32 (20) • · · · • · · • · · ¥ m w 25 e2=-2*t3*a*k (21) • · · l:;:; f2=az-t32*c2 (22) • · · • · · •From equations (1-7), the following expressions can be derived for h2 and h3: t · '' / 25 f. * a1 * h22 + (b1 + c1 * h3) * h2 + d1 * h32 + e1 * h3 + f1 = 0 (9) k i * I. II * 104445 12 a2 * h3z + (b2 + c2 * h2) * h3 + d2 * h22 + e2 * h2 + f2 = 0 (10) where 5 a1 = k2 + 2 * k2 * t1 + k2 * t12 (11) b1 = 2 * a * k * t1 + 2 * a * k (12) c1 = -2 * k2 * t1 * (t1 + 1) (13) 10 d1 = k2 * t12 (14) e1 = -2 * a * k * t1 (15) 15 f1 = a2-t12 * c2 (16) a2 = k2 * (1 + 2 * t3 + t32) (17) b2 = 2 * a * k * (1 + t3) (18) 20 c2 = -2 * k2 * t3 * (1 + t3) (19) d2 = k2 * t32 (20) • · · · · · · · · · mw 25 e2 = −2 * t3 * a * k (21 ) • · · l:;:; f2 = az-t32 * c2 (22) • · · • · · •
Yhtälöistä (9) ja (10) ei ole mahdollista ratkaista h2:ta ja h3:a suljetussa 30 muodossa. Käytännössä paras tapa ratkaista h t1:n ja t3:n funktiona on taulu- • · · \kointi. Tätä varten tarvitaan kolmedimensioinen taulukko, josta mitattujen t1:n ja t3:n avulla haetaan h:lle paras arvo. Riittävän tarkkaan tulokseen päästäänFrom equations (9) and (10) it is not possible to solve h2 and h3 in closed form 30. In practice, the best way to solve for h as a function of t1 and t3 is to use tables. For this, a three-dimensional table is needed, from which the measured values of t1 and t3 are used to obtain the best value for h. The result is sufficiently accurate
JJ
i 104445 13 käyttämällä n, 3 x 4000 luvun taulukkoa, jolloin h:n suurin virhe on 2,5 mm.i 104445 13 using a table of n, 3 x 4000 numbers with a maximum error of h of 2.5 mm.
Taulukosta haku saadaan nopeaksi järjestämällä se t1:n mukaan suuruusjärjestykseen. Mitattua t1:tä hakuavaimena käyttäen etsitään taulukosta puoli-tushaulla se arvo, joka on t1:tä lähinnä. Tämän arvon ympäriltä etsitään 5 taulukosta se rivi, joka minimoi virheen abs(t1-t1,au,)+abs(t3-t3laul). Tältä riviltä löytyy paras arvo h:lle.To get a quick look up from the table, sort it by t1 in order of magnitude. Using the measured t1 as the search key, the table closes with the half-search to find the value closest to t1. Around this value, look for the row in the 5 tables that minimizes the error abs (t1-t1, au,) + abs (t3-t3laul). This line contains the best value for h.
Hakumenettelyn laskentatarpeen testaamiseksi kokeiltiin edellä kuvattua algoritmia käytännössä C-kielisellä ohjelmalla. Tehtyjen mittausten mukaan kes-10 tää h:n arvon haku taulukosta tyypillisesti 0,3 ms, kun ohjelmaa ajetaan 50 MHz:n 486-PC:llä. Testin perusteella algoritmi toimii riittävän nopeasti reaaliaikaista mittausta varten.To test the computational need of the application procedure, the above algorithm was practically tested with a C language program. According to the measurements made, the search of the value of h in the table typically takes 0.3 ms when running the program on a 50 MHz 486-PC. Based on the test, the algorithm runs fast enough for real-time measurement.
Kuvion 10 mukaisesti vaakakulmen laskentakortti 29 liitetään PC-väylään 62 15 siten, että sekä kirjoitus kortille että luku siitä ovat mahdollisia. Liitäntälogiikan yksityiskohtia ei tässä esitetä.10, the horizontal angle calculation card 29 is connected to the PC bus 62 15 so that both writing to and reading from the card are possible. The interface logic details are not provided here.
Pulssinmuokkain 51 antaa loogisen 1- tason merkin 5 ollessa vastaanotin-diodin 7 näkökentässä ja muulloin loogisen 0-tason. Toiminnan suunnittelussa 20 on ajateltu merkin alkureunan antavan D-kiikun avulla "start"- signaalin ja vas- I I ^ : taavasti loppureunan (=valodiodin 7 signaalin inverssi) vastaavasti "stop"- sig-The pulse generator 51 outputs a logical 1 level with a 5 in the field of view of the receiver diode 7 and otherwise a logical 0 level. In the design of the operation 20, by means of a D-flipper providing the leading edge of the sign, the "stop" signal and the corresponding end edge (= inversion of the light-emitting diode 7 signal) respectively are thought to be "stop" sig-
( I I(I
1 « « - ' naalin. Kiikkujen käytöllä pyritään suojautumaan mahdollisesti merkkien reunoilla esiintyviltä nopeilta häiriösignaaleilta sillä kiikut nollataan vasta sopivan1 «« - 'nal. The use of flip flops is designed to protect against rapid interference signals at the edges of the characters as the flip flops are only reset to a suitable level
Ml viiveen jälkeen.Ml after the delay.
: : : ; ' 25:::; '25
Pyörivän peilin pyörimisnopeutta mitataan sen akselille sijoitetun optisen luku-haarukan avulla. Mm. kuviossa 3 tarkemmin esitetty lukuhaarukka 11 antaa : 360° kiertymäkulman arvolla lyhyen pulssin kerran kierroksella lohkolle 52. ’The rotational speed of a rotating mirror is measured by means of an optical reading fork located on its axis. For example, the numerical fork 11 shown in more detail in Fig. 3 gives: 360 ° a short pulse per revolution for block 52. '
Kierrospulssin muodostamiseksi lukuhaarukan 11 LED saa virran vakiojännit- • · 30 teeseen kytketyn vastuksen kautta. Haarukan valodiodi antaa suoraan • · ·To generate a rotation pulse, the LED of the reading fork 11 is • powered by a resistor connected to a constant voltage. Fork LED Diode Gives Directly · · ·
IIIIII
: ·' TTL-tasoisen pulssin. Peilin pyörimisnopeutta säädetään toisaalta. Γ • Il • « 104445 14: · 'TTL level pulse. On the other hand, the mirror rotation speed is adjusted. Γ • Il • «104445 14
Maamerkiltä 5 saatavat "start", "stop" ja peilin 3 pyörimisestä saatavat "360"-signaalit aiheuttavat ohjainlogiikkalohkossa 53 kulmaiaskureiden sisällön sekä "start"-, "stop"- ja "360- signaaleiden kirjoittamisen FIFO-muistiin 55.The "start", "stop" and "360" signals from the landmark 5 resulting from the rotation of the mirror 3 cause the controller logic block 53 to include the contents of the angular steps and to write the "start", "stop" and "360" signals to the FIFO memory 55.
5 "360"- signaali nollaa laskureiden 54 sisällön FIFO:oon 55 kirjoittamisen jäl keen.The "360" signal resets the contents of the counters 54 after writing to FIFO 55.
FIFO:oon 55 kirjoituksessa on ohjainlogiikan 53 huolehdittava, ettei kirjoitus koskaan pääse tapahtumaan laskureiden 54 kellosignaalien laskureita askelta-10 valla aktiivisella reunalla, vaan ainoastaan silloin, kun laskurilukema on stabii li.When writing to FIFO 55, the controller logic 53 must take care that the write never reaches the active edge of the counters 54 of the clock signals, but only when the counter is stable.
Väylältä 62 käsin on annettavissa mittaustapahtuman START/STOP- loogiset tilat. STOP- tila pysäyttää mittauksen välittömästi. START- pulssi käynnistää 15 mittauksen seuraavan "360"- pulssin jälkeen.From bus 62, the START / STOP logic states of the measurement event can be provided. STOP mode stops the measurement immediately. The START pulse starts 15 measurements after the next "360" pulse.
Laskuri 54 muodostetaan esimerkiksi 8-bittisistä piireistä, jotka ketjutetaan siten, että ne askeltavat samanaikaisesti ja muodostavat yhdessä 24 bitin laskurin. Peiliä on näin ollen mahdollista pyörittää tarvittaessa hyvinkin hi- ···; 20 taasti ilman vaaraa laskureiden 54 ylivuodosta.Counter 54 is formed, for example, from 8-bit circuits which are chained so that they step simultaneously and together form a 24-bit counter. It is thus possible to rotate the mirror very swiftly, ···; 20 again without risk of 54 overflows of counters.
• · • I · ·• · • I · ·
Il · : \ FIFO-muistien 55 syvyydeksi riittää 64 muistipaikkaa. FIFO-muistit 55 on voitava tyhjentää väylältä 62 käsin. Samoin on niiden "EF" (=empty flag) jaIl ·: \ FIFO memory has 55 depths of 64 memory slots. FIFO memories 55 must be capable of being cleared from bus 62 by hand. So is their "EF" (= empty flag) and
«M«M
"FF" (=full flag)-lippujen oltava pareittain (ylimmät/alimmat 16 bittiä) luettavissa 25 väylältä 62. FIFO:oon 55 talletetaan laskurin 54 lukema aina kun kortille saa-daan joko "start"- "stop"- tai "360"-pulssi. Laskurilukeman lisäksi talletetaan tieto siitä, mitä tapahtumaa lukema vastaa ("start", "stop" tai "360"- signaali).The "FF" (= full flag) flags must be read in pairs (upper / lower 16 bits) on 25 buses 62. The FIFO 55 stores the count of the counter 54 each time a "start", "stop" or "360" is received on the card. "-pulse. In addition to the counter reading, information is stored about what the event reads ("start", "stop" or "360" signal).
« FIFO:oon jää lisäksi 5 vapaata bittiä, joista ainakin muutamia voidaan ottaa \.I. käyttöön, esim. laskuriketjun ylivuodon ilmaisuun.«FIFO still has 5 free bits, at least some of which can be taken \ .I. for use, eg for detecting overflow in the counter chain.
*" 30 • · · • ♦ · ·'. Väyläpuskurit 56 liittävät kortin PC-väylään 62. Lukutapahtumassa on FIFO:n ’· ' 55 lähtölaskurin askellettava aina puskurin luvun yhteydessä.* "30 • · · • ♦ · · '. The bus buffers 56 connect the card to the PC bus 62. In the reading event, the FIFO' '' 55 output counter must be incremented each time the buffer is read.
104445 15104445 15
Osoitekoodauksella 57 annetaan kortille väylällä 62 esimerkiksi oikosulkupa-loilla valittava kantaosoite. Kortin eri rekisterit "näkyvät" normaaliin tapaan kantaosoitteen ympäristössä alimmilla osoitebiteillä koodattavissa osoitteissa.Address encoding 57 provides the card with a base address to be selected on bus 62, for example by short circuits. As usual, the various registers on the card "appear" around the base address at the addresses encoded by the lowest address bits.
5 Kulmakortin eri tiloja kyettävä asettamaan ja lukemaan kirjoitus- ja lukupus-kurin 58 avulla.5 The different positions of the corner card must be able to be set and read by means of the write and read pen discipline 58.
Ainakin seuraavat toimenpiteet on oltava asetettavissa lohkon 58 kirjoituspus-kurista käsin: -FIFO-muistien 55 yhtäaikainen nollaus -kulmakortin resetointi 10At least the following operations must be available from the write buffer of block 58: - Simultaneous reset of FIFO memories 55 - Reset of corner card 10
Ja seuraavat muuttujat oltava luettavissa lohkon 58 lukupuskurista käsin: -Fl-FO:jen tilat luettavissa pareittain niiden "EF" - ja "FF" - lippujen avulla, -mahdollinen keskeytyksen syy.And the following variables must be readable from the read buffer of block 58: -Fl-FO states can be read in pairs by their "EF" and "FF" flags, -possible cause of interruption.
15 On edullista keksinnön kannalta, että mitkä tahansa FIFO:jen 55 tilaa kuvaavista signaaleista voitaisiin langoittaa aiheuttamaan keskeytyksen väylälle (esim. loogisen OR- piirin avulla). Keskeytyksen syy olisi luettavissa lukupuskurista. Näin voitaisiin varautua paremmin epänormaaleihin tilanteisiin.It is advantageous for the invention that any of the FIFO 55 status signals could be wired to cause interruption on the bus (e.g., by means of a logical OR). The reason for the interruption could be read from the read buffer. This would better prepare for abnormal situations.
; ; 20 Vaikka maamerkin 5 heijastinten 12 kolmiomuoto on edullinen helpon mate- maattisen hallittavuuden vuoksi, se ei ole ainoa vaihtoehto keksinnön mukai- " \ selle ratkaisulle. Kolmiot 12 voivat olla alaspäin tai näiden sijasta voidaan « « käyttää suunnikkaita tai jopa kaarevia muotoja. Perusedellytyksenä korkeus-• = tiedon saamiseksi maamerkistä on se, että ainakin yhden heijastinkuvion 12 I I · ^ 25 tai välin 94 leveys muuttuu maamerkin 5 korkeussuunnassa yksikäsitteisesti ja [ tämä riippuvuus on vastaanottavan laitteen 14 tiedossa. Yksikäsitteinen le-• · · · - veyden muutos tarkoittaa sitä, että maamerkkielementin 12 tai 94 leveys ei :·!·. ole sama maamerkin 5 kahdessa eri kohdassa korkeussuunnassa. Leveyden riippuvuus maamerkin 5 korkeussuunnassa voi olla esimerkiksi lineaarinen, 30 eksponentiaalinen tai logaritminen. Yksi yksikäsitteisesti muuttuva maamerkin ’ <1 . .; ; Although the triangular shape of the reflectors 12 of the landmark 5 is advantageous because of its easy mathematical control, it is not the only alternative to the solution according to the invention. The triangles 12 may be • = to obtain information about the landmark is that the width of the at least one reflector pattern 12 II · ^ 25 or the gap 94 changes unequivocally in the height direction of the landmark 5 and [this dependency is known to the receiving device 14. A unique change in width The width of the landmark element 12 or 94 is not: ·! ·. the same at two different elevation positions of landmark 5. The width dependency of the landmark 5 can be, for example, linear, 30 exponential or logarithmic.
\ 5 osa riittää, mikäli ajoneuvo 13 liikkuu tunnetussa tasossa. Mikäli tarkempaa ! tietoa ajoneuvon 13 sijainnista ei ole käytettävissä, tarvitaan maamerkissä 104445 16 kaksi yksikäsitteisesti muuttuvaa osaa 12 tai 94.A part 5 is sufficient if the vehicle 13 is moving in a known plane. If more accurate! no location information for vehicle 13 is available, landmark 104445 16 requires two uniquely variable parts 12 or 94.
Maamerkille 5 on seuraavassa esitetty tyypillisiä ominaisuuksia: 5 1. Maamerkit 5 valmistetaan 3M:n liikennemerkkikalvosta.The following features are typical of Landmark 5: 5 1. Landmarks 5 are made of a 3M traffic sign film.
2. Merkit 5 muotoillaan siten, että niistä voidaan laskea sekä säteen korkeus merkin pinnalla, että koneen kallistus merkkiin nähden.2. The marks 5 are shaped so as to calculate both the height of the beam on the surface of the mark and the inclination of the machine in relation to the mark.
10 3. Merkkin 5 koko on noin 120 * 60 tai 60 * 60 cm. (Sopiva koko määritellään kokeellisesti.) 4. Merkit 5 sijoitetaan tien reunoille siten, että mittausetäisyys ja 15 säteen pystypoikkeutusalue ovat riittäviä.3. The size of the character 5 is approximately 120 * 60 or 60 * 60 cm. (The appropriate size is determined experimentally.) 4. The marks 5 are placed along the road edges so that the measuring distance and the vertical deflection range of the beam 15 are sufficient.
Keksinnön edullinen suoritusmuoto on suunniteltu toimimaan esimerkiksi seuraavassa toimintaympäristössä: ; 20 1. Työkone 13 voi olla kallistuneena ± 3° vaakatasoon nähden.A preferred embodiment of the invention is designed to operate, for example, in the following operating environment:; 1. Machine tool 13 may be inclined ± 3 ° to the horizontal.
\ 2. Työkoneen 13 nopeus eteenpäin on korkeintaan 7 km/h ja 9 · taaksepäin 15 km/h. Peruutettaessa ei tarvitse laskea koneen ‘•'Il asemaa eikä korkeutta muuten kuin siten, ettei kone menetä si- 25 jaintitietoaan tunnetussa ympäristössä.\ 2. The machine 13 has a forward speed of up to 7 km / h and a 9 · backward speed of 15 km / h. When reversing, it is not necessary to lower the position or height of the machine '' 'II except that the machine will not lose its location information in a known environment.
* •»· «· · 3. Järjestelmä on roiskevesitiivis.3. The system is splash-proof.
• * * • · · • · 4. Laite toimii kaikissa valaistusolosuhteissa lukuunottamatta rank- '·' 30 kaa sadetta tai sakeaa sumua.• * * • • · · · 4. The unit operates in all lighting conditions except for a maximum of 30 pours of rain or heavy fog.
« · · t · ’ * 5. Laite toimii määritellyllä tarkkuudella tiehöylän tärinän kiihtyvyy- 104445 17 den ollessa alle 0,1 g ja amplitudin alle 5 mm.5. The apparatus operates within a specified accuracy with a gradient vibration acceleration of less than 0.1 g and an amplitude of less than 5 mm.
Seuraavassa on esitetty tyypilliset keksinnön mukaiset suorituskykytavoitteet.The following are typical performance objectives of the invention.
5 1. Lasersäteen pyörintänopeus on säädettävissä ja maksi minopeus on 100 r/s.5 1. The rotation speed of the laser beam is adjustable and the maximum min speed is 100 r / s.
2. Lasersäteen pystypoikkeama vaakatasosta on ± 7° ja poikkeu-tusnopeus 50° /s. Poikkeutusnopeus on säädettävissä, (so. laidas- 10 ta laitaan 280 ms). Peilin kulma mitataan puolijohdelaserin ja ri- vianturin avulla.2. The vertical deviation of the laser beam from the horizontal is ± 7 ° and the deflection rate is 50 ° / s. The deflection rate is adjustable, (i.e., edge to edge 280 ms). The angle of the mirror is measured with a semiconductor laser and a line sensor.
3. Vaakasuuntainen kohdistusmerkin mittaustarkkuus on vähintään 0,1°. (so. 20 m matkalla 35 mm) 15 4. Pystysuuntainen kohdistusmerkin mittaustarkkuus on vähintään 0,01°. (so. 20 m matkalla 3,5 mm) 5. Mittausetäisyys 3 - 200 m.3. The accuracy of the horizontal alignment mark shall be at least 0,1 °. (i.e., 35 mm at 20 m) 15 4. The accuracy of the vertical alignment mark shall be at least 0,01 °. (i.e. 3.5 mm at 20 m) 5. Measuring distance 3 - 200 m.
20 J20 J
i i i : ;:γ 6. Lasersäteen pystypoikkeutusalue ±7°.i i i:;: γ 6. Vertical deflection range of laser beam ± 7 °.
· . 7. Laitteen paikanmääritystarkkuus x- ja y- suunnissa on ±10 cm ’·'· ja z- suunnassa ±2 cm.·. 7. The positioning accuracy of the device in the x and y directions is ± 10 cm '·' · and in the z direction ± 2 cm.
i : : J 7 • · · • · · · • * · — • · · -z 9 9 9 9 9 9 9 - f I < 1i:: J 7 • · · • · · · * · - • · · -z 9 9 9 9 9 9 9 - f I <1
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI941354A FI104445B (en) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | Landmarks for a vehicle's navigation device and device and method for navigation of a vehicle |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI941354A FI104445B (en) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | Landmarks for a vehicle's navigation device and device and method for navigation of a vehicle |
FI941354 | 1994-03-23 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI941354A0 FI941354A0 (en) | 1994-03-23 |
FI941354A FI941354A (en) | 1995-09-24 |
FI104445B true FI104445B (en) | 2000-01-31 |
Family
ID=8540367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI941354A FI104445B (en) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | Landmarks for a vehicle's navigation device and device and method for navigation of a vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI104445B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9410804B2 (en) | 2011-04-21 | 2016-08-09 | Konecranes Global Corporation | Techniques for positioning a vehicle |
-
1994
- 1994-03-23 FI FI941354A patent/FI104445B/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9410804B2 (en) | 2011-04-21 | 2016-08-09 | Konecranes Global Corporation | Techniques for positioning a vehicle |
US10408945B2 (en) | 2011-04-21 | 2019-09-10 | Konecranes Global Corporation | Techniques for positioning a vehicle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI941354A0 (en) | 1994-03-23 |
FI941354A (en) | 1995-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4788441A (en) | Range finder wherein distance between target and source is determined by measuring scan time across a retroreflective target | |
US7161664B2 (en) | Apparatus and method for optical determination of intermediate distances | |
US20070017111A1 (en) | Light reflective and light enhancing tape measure | |
US20050280804A1 (en) | Determination of an orientation parameter of an elongate object with a scan beam apparatus | |
JP2846950B2 (en) | Apparatus for forming or defining the position of a measuring point | |
JPS6279306A (en) | Inspection machine with free probe | |
US4688937A (en) | Methods of, and systems, for monitoring and/or controlling mobile cutting means | |
SE513342C2 (en) | Device for centering a geodetic instrument | |
US9739610B2 (en) | System of measuring three-dimensional position | |
GB2195852A (en) | Position finding | |
RU2459182C2 (en) | Electrooptic output device, as well as measuring device having electrooptic output device | |
EP0701683A1 (en) | Device in pen form with means for measuring a length | |
FI104445B (en) | Landmarks for a vehicle's navigation device and device and method for navigation of a vehicle | |
US11635490B2 (en) | Surveying system having a rotating mirror | |
GB2173369A (en) | Determining position | |
JP2001091249A (en) | Hollow cross section measuring device | |
JP3705863B2 (en) | Height measuring device and height measuring method | |
US4023018A (en) | Navigation system and method | |
JPS62145180A (en) | Target determining device | |
JP2694647B2 (en) | Distance measuring theodolite | |
JP2594878Y2 (en) | Cat's eye type reflector for surveying instruments | |
JP2936074B2 (en) | Optical distance measuring device | |
US3878729A (en) | Instrument and method for measuring and indicating speed of a moving, sound-emitting object | |
JPH0262008B2 (en) | ||
KR100252133B1 (en) | Laser- visual angle sensing device |