FI113707B

FI113707B - Automaattinen ohjausjärjestelmä ajoneuvoa varten

Info

Publication number: FI113707B
Application number: FI951501A
Authority: FI
Inventors: Greg Baiden; Everett Henderson; Samir Zakaria
Original assignee: Inco Ltd
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 2004-05-31
Also published as: CA2145731A1; US5530330A; AU1616795A; ZA952568B; FI951501A; AU688855B2; FI951501A0; NO951216L; CA2145731C; NO951216D0; NO309885B1

Description

113707

Automaattinen ohjausjärjestelmä ajoneuvoa varten Käsiteltävä keksintö koskee yleensä automatisoituja ajoneuvoja ja erityisesti ohjausjärjestelmää, joka on hy-5 vin edullinen ajoneuvon liikuttamiseksi epätasaisella pinnalla, esimerkiksi kaivospohjan päällä.

Mielenkiinnon maanalaisen kaivostoiminnan automatisoimiseksi lisäännyttyä turvallisuus- ja tehokkuussyistä automaattisesti ohjattujen kaivosajoneuvojen tarve kasvaa 10 erittäin voimakkaasti.

Nykyiset ohjausjärjestelmät eivät joko pysty näkemään eteenpäin ja/tai ne edellyttävät ajoneuvossa valaistusjärjestelmiä passiivisen heijastimen valaisemiseksi.

Muut järjestelmät, joissa on aktiiviset valonlähteet, ei- 15 vät näytä pystyvän toimimaan helposti kaivosympäristössä.

Nykyisiä järjestelmiä käytetään tavallisesti tasaisilla pinnoilla tai niiden alla, jolloin näissä järjestelmissä on oltava maahan upotettuja johtoja, valoja ja muita laitteita.

20 Rakennuksen katosta poiketen maanalaisen louhoksen katto ei ole yleensä vaakasuunnassa tasainen. Päinvastoin se voi aaltoilla epäsäännöllisesti. Lisäksi katossa on ; erikokoisia laitteita kuten putkia, johtoja, verkkoja, ... lamppuja ynnä muita.

/·; 25 Vastaavasti, kun esimerkiksi rakennuksen lattia on tavallisesti tasainen, kaivoskuilun pohja voi olla epätasainen ja kuoppainen.

* , i Erityisesti tarvitaan sellainen menetelmä, joka • ’ Pystyy ohjaamaan ajoneuvon toistuvan kuljetussyklin läpi 30 kahden pisteen välillä karkeassa maastossa ja epätasaisen kattopinnan alla. Lisäksi on todettu, että nivelletyt kul-jetusajoneuvot ovat hyvin tehokkaita tällaisessa ympäristössä.

: On selvää, että ajoneuvojen automaattisen ohjaus- 35 järjestelmän toivotaan käsittävän kaivoksessa kauhavaunut ja vastaavat laitteet.

2 113707

Keksinnön mukaan on ajoneuvoja varten siis kehitetty sellainen automaattinen ohjausjärjestelmä, joka on tarkoitettu nimenomaan kaivoksia varten. Itsestään liikkuva ajoneuvo on varustettu ainakin kahdella tiettyyn kulmaan 5 sijoitetulla kameralla, jotka on kohdistettu eri suuntiin. Kamerat on yhdistetty näyttöjärjestelmään ja mikroprosessoriin, jotka on puolestaan yhdistetty ajoneuvon ohjaus-ja käyttöjärjestelmään. Joustava, valaistu valoputki on kiinnitetty kaivospohjaan. Valaistusputkea lukevat kamerat 10 auttavat ajoneuvon ohjaamista.

Kuvio 1 on sivukuva keksinnön eräästä rakenteesta.

Kuvio 2 on takaa otettu kuva keksinnön eräästä rakenteesta .

Kuvio 3 on logiikkakaavio keksinnön eräästä raken- 15 teestä.

Kuvio 1 esittää epätasaiselle pinnalle 12 sijoitettua ajoneuvoa 10. Ajoneuvossa 10, joka on mieluimmin nivelletty akselille 44, on ulkopää 14 ja sisäpää 16. Molemmissa päissä 14 ja 16 voi olla ohjattavat pyörät 18 ja 20. 20 Esitetyssä rakenteessa etukauhan 24 käsittävä kauhavaunu 22 liikkuu edestakaisin etukäteen määrätyllä radalla kai- vospohjalla 12. Esitetyllä tavalla kaivospohja voi olla jonkin verran epätasainen, vaikka onkin huomattava, että kaivospohjaolosuhteet vaihtelevat kaivoksissa huomattavasti’ 25 ti tasaisesta erittäin kuoppaiseen.

: : ! Ajoneuvossa 10 on takakamera 26, joka sijaitsee • ‘ ulkopäässä 14, ja etukamera 28 sisäpäässä 16. Molemmat ·,: ; kamerat suuntautuvat ylöspäin määrätyissä terävissä kul- : : : missä A ja B ajoneuvon summittaiselta vaaka-akselilta 30.

30 Kamerat 26 ja 28 kohdistuvat valaistuun valoputkeen ; 32, joka on kiinnitetty kaivoksen kattoon 34.

,···, Valoputki 32, joka tunnetaan kaupallisesti Rope- • light™-merkkisenä, on itsevalaiseva, kapea, joustava kais- t $ t : *' ta, joka koostuu pienikokoisista, pienitehoisista, joulu- 35 kuusta muistuttavista hehkulampuista. Putki 32 on tehty 1 * » i i > 3 113707 suulakepuristamalla polymeeripinnoite lamppujen päälle. Näin muodostunut kiinteäsydäminen putki 32 voidaan sijoittaa mihin tahansa sellaiseen kohtaan, jossa tarvitaan ajo-ohjeita. Vastaavia joustavia, yhtäjaksoisia valolähteitä 5 voidaan myös käyttää.

Nyt käsiteltävässä tapauksessa putki 32 on kuviossa 2 esitetyllä tavalla suunnilleen kaivoskuilun 36 puolivälissä ja kiinnitetty kattoon 34. Se on sijoitettu kaivos-kuilussa pisteiden X ja Y väliin etukäteen määrätyn radan 10 rajaamiseksi ajoneuvoa 10 varten. Useimmissa tapauksissa oletetaan, että ajoneuvo 10 liikkuu automaattisesti kuor-mauspaikan ja siirtopisteen välillä optimaalisesti järjestettynä liikeratana.

Vaihtoehtoisesti putket 32 voidaan sijoittaa usei-15 hin määrättyihin ratoihin. Tarkkailemalla eri putkien 32 valaistusta ajoneuvo 10 voi seurata eri haararatoja. Esimerkiksi, jos putket 32 ovat pisteiden X ja Y välillä, voi olla edullista, että ajoneuvo ohjataan paikkaan Z. Näin ollen haaraputki 32 voidaan valaista tarpeen mukaan pää-20 linjan ollessa pimeä. Ajoneuvot seuraavat siis kohtaan Z johtavaa putkea 32 suunnilleen samalla tavalla kuin juna ohjataan haluttuun paikkaan kiskokytkimellä. Lisähaaroja voidaan luonnollisesti järjestää, jolloin liikennöinti voi tapahtua helposti mihin paikkaan tahansa kaivoskuilussa. '···’ 25 Kytkemällä putket 32 kiinni ja irti tietyssä järjestykses- ·<< sä ajoneuvo 10 saadaan liikkumaan määrätyllä radalla.

’"· Näillä helposti asennettavilla putkilla 32 saadaan huomat- ,· * tava joustavuus ohjauksessa.

: Valoputki 32 voidaan ripustaa kattoon 34 niin, että 30 se on likipitäen yhdensuuntainen kaivospohjan kanssa. Toi-·)· sin sanoen se on siirretty epäsäännöllisesti tietylle etäisyydelle katosta 34, joten se on melko suora. Vaihtoehtoisesti joustava valoputki 32 voidaan kiinnittää kat- » · t : ·' toon 34 niin, että se noudattaa katon 34 aaltomuotoa. Olo- • > » > * 4 113707 suhteista riippuen voidaan käyttää erilaisia ripustusyh-distelmiä. Tällainen esimerkki esitetään kuviossa 1.

Käsiteltävän keksinnön logiikka esitetään kuviossa 3. Käyttämällä sekä etukameraa 28 että takakameraa 26 ajo-5 neuvo 10 voi liikkua minkä tahansa ratakuvion mukaan, ilman että sen on käännyttävä ympäri. Päätepisteessä kamerat ohjaavat ajoneuvon takaisin rataa pitkin tai siihen saakka, kunnes toinen toiminnassa oleva valoputki tulee ajoneuvon kohdalle.

10 Kamerat 26 ja 28 ovat CCD-videokameroita, joissa on laajakulmalinssit. Kameroiden vastaanottamat signaalit käsitellään ITRAN™ Corporationin (670 N. Commercial Street, NH 03101) näyttöjärjestelmällä (malli M-DS21-001), vaikka myös muita vastaavia järjestelmiä voidaan käyttää. 15 Itranin näyttöjärjestelmä 38 oli alunperin suunni teltu skannaamaan optisesti kiinteän paikan ohi peräkkäin liikkuvat tuotteet. Laaduntarkkailutarkoituksiin käytettynä tämä järjestelmä mittaa mitat, määrittää toleranssit ja ilmaisee tuotteissa olevat viat valmistukseen liittyen.

20 Käsiteltävää keksintöä varten näyttöjärjestelmä oli järjestetty ottamaan nolla-asento valoputkessa, seuraamaan sitä ja korjaamaan mahdolliset poikkeamat ajoneuvon 10 . poiketessa sille tarkoitetulta radalta.

t » ,,, Ohjausprosessi alkaa siten, että näyttöjär jestelmä

• I

'·*·’ 25 38 saa kaksiulotteisen videokuvan sekä taka- että etukame- • i '··' > raita 26 ja 28. Näyttöjär jestelmä 38 analysoi sitten kuvat · käyttämällä harmaakiilaan perustuvaa kuvankäsittelytek- ·.: niikkaa hyvän detaljitarkkuuden saamiseksi. Joka kerta, : i : kun järjestelmä 38 saa kaksiulotteisen kuvan, se pystyy 30 sijoittamaan valoputken 32 useihin eri etu- ja takapaik- ··· koihin. Järjestelmä pystyy katsomaan eteenpäin tai taakse- päin, koska kamerat on sijoitettu tiettyyn kulmaan (toisin sanoen 90°) ja myös näyttöjärjestelmästä 38 riippuen.

- *' Käyttämällä "päät eteenpäin" (tai "taaksepäin") -skannaus- 35 ta järjestelmä pystyy määrittämään onko edessä kaarre.

♦ » » 5 113707 Tämä rakennepiirre on erittäin tärkeä järjestelmän kannalta, nimenomaan suurilla nopeuksilla, koska järjestelmän 38 tuntiessa liikeradan jo jonkin verran eteenpäin se voi ennakoida ja hidastaa ajoneuvo 10 sellaista nopeutta vas-5 taavaksi, että se pystyy huomioimaan turvallisesti kaarteen jyrkkyyden. Vastaavasti järjestelmä 38 pystyy erottamaan todellisen kaarteen ja ajoneuvon 10 kallistumisen, joka johtuu epätasaisesta kaivospohjasta 12.

Järjestelmä 38 lähettää sitten putken 32 antamat 10 tiedot ohjelmoitavalle logiikkasäätimelle (PLC) 40 Modbus Plus™ -ohjelmisto käytännön avulla. PLC 40, jossa on sopiva ohjelmisto, tarkkailee näyttöjärjestelmästä 38 tulevia tietoja. Nimenomaan se tarkkailee jatkuvasti putkesta 32 CCD-ryhmään tulevaa valon kuvaa. Vertaamalla eri kulmia, 15 etäisyyksiä ja harmaakiilakuvaa PLC 40 antaa ajoneuvolle 10 ohjaus- ja muita komentoja hydraulisen ohjausjärjestelmän 42 avulla.

Kaivoksessa putken 32 ja ajoneuvon 10 välinen etäisyys voi vaihdella. Sen vuoksi onkin tärkeää, että tämä 20 etäisyys määrätään, jotta saadaan tarkasti selville ajoneuvon 10 sivuttaissiirtymä putkeen 32 nähden. PLC 40 määrittää siis jatkuvasti pystysuoran etäisyyden ja mahdollisen vaakasiirtymäkomponentin jokaista kuvaa varten.

,,, Näyttöjärjestelmään 38 liittyvä ohjelmisto 25 1) ilmaisee valoputken 32 muodostaman valorataku- * « ► ·** | van, ’ 2) määrää jokaisen valoratakuvan paikan näkökentän • » i useissa kohdissa,

» ’ I

V * 3) määrää jokaisen valoradan leveyden, jolloin 30 4) radan leveyden perusteella lasketaan etäisyys *·· ajoneuvosta 10 valoputkeen 32,

I I f I

5) ohjauskameroiden 26 ja 28 kulman (kulmat A ja B) perusteella ja etukäteen määrätyn viitepisteen avulla ra-

I » I

‘I* dan sijainti lasketaan pienillä toleransseilla ja > * 113707 6 6) paikantamalla rata samanaikaisesti useista kohdista järjestelmä pystyy ennakoimaan kaarteen.

On huomattava, että järjestelmän ollessa tarkoitettu erityisesti kaivostoimintaa varten sitä voidaan sovel-5 taa myös muissa rakenteissa, esimerkiksi toimistoissa, rakennustyömailla, tavarataloissa, sairaaloissa ja niin edelleen. Valoputken 32 mahdollistama joustavuus vinoasen-nossa olevan kameran ja ohjelmiston yhdistelmään nähden mahdollistaa nopean automaattisen ohjauksen. Valoputki 32 10 voidaan ripustaa minkä tahansa pinnan yläpuolelle, ja ajoneuvo 10 voi liikkua millä pinnalla tahansa, ilman että pinnan tasaisuudesta on pidettävä huolta. Monimutkaisia jäykkiä rakenteita, maahan upotettuja johtoja, heijastimia, kiinteitä valonlähteitä ja lasereita ei tarvita.

15 Vaikka edellä onkin selostettu ja havainnollistettu asianomaisten säännösten mukaan keksinnön erikoisrakenteita, alan asiantuntijat ymmärtävät, että keksintöön voidaan tehdä muutoksia patenttivaatimusten puitteissa ja että joitakin rakennepiirteitä voidaan joskus hyödyntää käyttä-20 mättä tällöin vastaavasti muita rakennepiirteitä.

» 1 · » I · I I · t I · · « · ♦ t I » > • 1 I » • · • 1 • · » t t » 1

• » I

I 1

Claims

113707

1. Järjestelmä ajoneuvon ohjaamiseksi epätasaisen rakenteen läpi, jossa on ainakin lattia ja katto, t u n - 5. e t t u siitä, että se käsittää ohjattavan ajoneuvon, jossa on sisäosa ja ulko-osa ja vaakasuora vertailuakseli, kalteva valonilmaisulaite, joka on kiinnitetty ajoneuvon sisäosaan ja ulko-osaan, yhtäjaksoinen valonlähde, joka on järjestetty ajoneuvon yläpuolelle ja on yhdensuuntainen 10 ajoneuvolle suunnitellun liikeradan kanssa, laite, joka käsittelee valon reagoivan laitteen synnyttämät asemointi-signaalit yhtäjaksoiseen valonlähteeseen nähden, laite käsittelysignaalien muuttamiseksi ajoneuvon ohjaussignaaleiksi ja laite ohjauskomentojen vastaanottamiseksi ja 15 ajoneuvon ohjaamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen valonlähde on valoputki.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, 20 tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen valonlähde on joustava.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se liittyy nivellettyyn ajo- •: · · i neuvoon. ;***; 25

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että epätasainen rakenne on maan- * » * · alainen kaivos.

. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että valoon reagoiva laite on ka- I > 30 mera ja että kamera on sijoitettu sellaiseen kulmaan, joka ei ole 90°, vaakasuorasta vertailuakselista.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, :1It: tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen valonlähde nou- dattaa katon ääriviivoja. » * » ( t 113707

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen valonlähde on sijoitettu epäsäännölliselle etäisyydelle katosta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, 5 tunnettu siitä, että asemointisignaalit käsittelevä laite ennakoi kaarteen lähestymisen.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että katto on epätasainen.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, 10 tunnettu siitä, että lattia on epätasainen.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen valonlähde leviää rakenteen yhdestä kohdasta ainakin rakenteen toiseen kohtaan.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että yhtäjaksoinen valonlähde käsittää haaroja, jotka johtavat rakenteen muihin paikkoihin. I I t · I I t • » I · • · • » i I ! I 113707