NO168734B - Navigasjonsystem - Google Patents

Abstract

Navigasjonssystem for sporing av posisjonen og kontrol-lering av bevegelsen av et automatisk styrt kjøretøy (1), og omfattende minst én lyskilde (4) og minst én detektor (5) som reagerer på lyset som utsendes fra lyskilden (4), hvor kjøretøyet (1) ledsages enten av lyskilden (4) eller av detektoren (5). En signalbehandlingsenhet (10) innbefatter en lagerenhet (13) hvori det lagres banereguleringsinformasjon (12) i overensstemmelse med kjøretøyets bane (3), og en komparator (11) for jevnføring av banereguleringsinformasjonen (12) fra lagerenheten (13) med posisjonsinformasjon som frembringes av systemet, slik at det, når banereguleringsinformasjonen og posisjonsinformasjonen avviker fra hverandre, utsendes styresignaler (15) for kjøretøyets bevegelse. Detektoren (5) er en posisjonsfølsom halvlederdetektor med en stort sett plan og utstrakt, kontinuerlig følsomhetssone (7), og er innrettet for å motta lys innenfor en avgrenset del (P) av detektorens følsomhetssone. Som reaksjon på det sporede lys vil det frembringes elektiske signaler hvorav det avledes posisjonsinformasjon (9) i overensstemmelse med kjøretøyets (1) faktiske posisjon ihvertfall i én retning.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et navigasjonssystem for automatisk styrte kjøretøyer og, nærmere bestemt, et navigasjonssystem for sporing av posisjonen og regulering av bevegelsen av et kjøretøy som er bestemt for å styres automatisk langs en bane og en bæreflate, eksempelvis et gulv, og som er av den type som omfatter minst én lyskilde og minst én detektor som vil reagere på lyset som utgår fra lyskilden, hvor den ene av henholdsvis lyskilden og detektoren er montert på kjøretøyet og ledsager dette, mens den annen av henholdsvis lyskilden og detektoren er anordnet stort sett stasjonært i forhold til bæreflaten, og hvor systemet videre omfatter en signalbehandlingsenhet med et lager for oppbevaring av banereguleringsinformasjon i overensstemmelse med nevnte bane, en komparator for jevnføring av baneregulerings-inf ormas jonen i lageret med posisjonsinformasjon som leveres av systemet og som overensstemmer med kjøretøyets posisjon på bæreflaten for å kunne avgi styresignaler for regulering av kjøre-tøyets bevegelse når banekontrollinformasjonen og posisjonsinformasjonen avviker fra hverandre, og et signaloverføringssystem for overføring av styresignalene til kjøretøyet slik at dette vil beveges langs banen.

Fellesbetegnelsen "lys" som er brukt i denne_forbindelse samt i den etterfølgende beskrivelse og i de ledsagende krav er også ment å omfatte deler av spektret utenfor det synlige område.

Flere forskjellige metoder og anordninger har vært fore-slått og brukt i praksis, for å bringe et ubemannet kjøretøy (automatisk styrt) til å forflyttes fra et bestemmelsessted til et annet på et fabrikkgulv eller lignende, langs en forutbestemt bane som dannes av en ledning eller sløyfe av et egnet materiale som er anbrakt langs banen. Det kan derved være tale om en induk-sjonsledning, en optisk reflekterende ledning eller lignende. Kjøretøyet er utstyrt med midler som gjør det mulig å følge led-ningen og å korrigere avvikelser fra den forutbestemte bane. Systemer for følging av optiske kabler er eksempelvis kjent fra US-patentskrift 1.500.970 og DE-patentskrift 2.258.764.

Ledningsstyrte systemer av ovennevnte type er imidlertid beheftet med flere ulemper. For det første vil det ofte være både kostbart og tidkrevende å montere en ny ledning eller å modifisere en tidligere opprettet bane. For det andre vil det kreves relativt kompliserte sensor- og kontrollanordninger på hvert kjøretøy, for sporing av ledningén og styring av kjøretøyet, og dette øker omkostningene, særlig i større anlegg. For det tredje kan en ledning eller lignende som er anbrakt direkte på en gulvflate, kunne skades ved ytre påvirkning eller, hvis det er tale om en optisk reflekterende kabel bringes ut av funksjon på grunn av støv, smuss eller lignende som avsettes på kabelen.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å avhjelpe de iboende mangler ved den ovennevnte kabelstyringsmetode, ved helt eller delvis å eliminere behovet for kabler eller lignende i eller på den bærekonstruksjon som trafikkeres av kjøretøyet.

Nærmere bestemt er det et formål ved oppfinnelsen å frembringe et fleksibelt, optisk navigasjonssystem for sporing av kjøretøyets posisjon og for styring av dets bevegelse,, særlig bevegelsen langs en forutbestemt bane.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å frembringe et navigasjonssystem som vil gjøre det mulig å opprette eller modifisere den forutbestemte bane på lettvint måte, uten at dette vil kreve vesentlig arbeidsinnsats.

Et tredje formål ved oppfinnelsen er å frembringe et navigasjonssystem som kan kombineres med et allerede eksisterende kabelstyringssystem.

Et fjerde formål ved oppfinnelsen er å frembringe et navigasjonssystem som vil gjøre det mulig å fastslå et kjøretøys identitet og status (f.eks. hvorvidt kjøretøyet fører en last og, i så fall hva lasten består av) .

Disse og andre formål er oppnådd ved frembringelse av et

navigasjonssystem av den innledningsvis omtalte type som, i overensstemmelse med oppfinnelsen, kjennetegnes ved at detektoren består av en posisjonsfølsom halvleder-detektor som er utstyrt med en stort sett plan, utstrakt og kontinuerlig følsomhetssone og som er innrettet for å motta lys som utstråler fra lyskilden og

treffer en begrenset del av detektorens følsomhetssone, hvorved kjøretøyets posisjon på bæreflaten motsvarer posisjonen av den illuminerte del av detektorens følsomhetssone, og hvor detektoren videre er innrettet for å avgi elektriske signaler, som gjensvar lys som spores i den begrensede del, som angir den del av følsom-hetssonen som treffes av det utstålende lys fra lyskilden, og hvor posisjonsinformasjonen som skal jevnføres med banekontrollinformasjonen som finnes i lageret, avledes av de elektriske signaler som utsendes av detektoren.

Ved å kombinere en slik posisjonsfølsom detektor med lagerenhet hvori informasjon om den forutbestemte bane er lagret, vil kjøretøyet kunne styres på en ytterst enkel og nøyaktig måte, samtidig som at banen lettvint vil kunne modifiseres med endring av innholdet i lagerenheten. Signalbehandlingsenheten i systemet ifølge oppfinnelsen kan eksempelvis bestå av et sentralt compu-tersystem som overvåker posisjonen og tilstanden for samtlige kjøretøyer i et hovedanlegg.

I en spesielt foretrukket utførelsesform er detektoren utstyrt med en lyssamleranordning, f.eks. et optisk vidvinkel-linsesystem for fokusering av lyset, som fra lyskilden eller lyskildene, mottas i den avgrensede del av detektorens følsom-hetssone.

For å spore posisjonen av et kjøretøy og styre dets bevegelse på en bæreflate som strekker seg i to retninger, kan lyskilden ledsage kjøretøyet og en eller flere detektorer av den ovennevnte type kan være montert i taket eller lignende, hvorved hver detektor dekker en respektiv seksjon av bæreflaten. Lyset som utgår fra lyskilden på et kjøretøy som befinner seg i en viss seksjon, vil derved oppfanges av den angjeldende detektor for samme seksjon hvorved innfallspunktet, i detektorens følsomhets-sone, av det oppfangede lys og de elektriske signaler som avgis av detektoren, overensstemmer med kjøretøyets posisjon i sek-sjonen. I tilfelle av at bæreflaten er delt i flere seksjoner, kan disse om ønskelig være delvis overlappende.

Ved en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan lyset som utsendes fra lyskilden mot detektoren, være rettet stort sett parallelt med bæreflaten, og i så fall kan en eller flere lyskilder være stasjonært plassert i forhold til bæreflaten, og kjøretøyet kan medføre ihvertfall én slik detektor hvis følsom-hetessonen forløper ihvertfall perpendikulært mot kjøretøyets bevegelsesretning. Navigasjonssystemet ifølge oppfinnelsen kan på denne måte benyttes spesielt for styring av et kjøretøy langs en rettlinjet bane, idet lyskilden derved kan være plassert ved enden av banen.

Hvis lyskilden er montert på kjøretøyet, kan dette være utstyrt med en rekke lysavgivende punkter, eksempelvis en matrise med lysavgivende dioder, hvor disse punkter kan aktiviseres separat i overensstemmelse med et mønster som er spesielt for kjøre-tøyet. I dette tilfelle er detektoren eller detektorene innrettet for identifisering av et gitt kjøretøy på grunnlag av det identi-fikasjonsmønster som utgår fra kjøretøyets lyskilde, samtidig med sporing av kjøretøyets posisjon og styring av kjøretøyets bevegelse langs den forutbestemte bane.

Den ovennevnte identifisering kan også gjennomføres ved modulering av lyset som utsendes fra kjøretøyets lyskilde.

Signalsenderen i signalbehandlingsenheten ved navigasjonssystemet ifølge oppfinnelsen kan innbefatte midler for modulering av lyset som utsendes fra lyskilden, dersom lyskilden er stasjo-nær og detektoren montert på kjøretøyet, eller signalsenderen i signalbehandlingsenheten kan på i og for seg kjent måte. være utstyrt med midler for omdanning av styresignalene til r.adiosig-naler, og midler som er montert på kjøretøyet, for mottaking og omdanning av radiosignalene.

Ved en tredje versjon hvor detektoren ledsager kjøretøyet og lyskildene er stasjonære, blir lyskildene aktivisert i. av-hengighet av banen som kjøretøyet skal følge.

Navigasjonssystemet ifølge oppfinnelsen har den store fordel, jevnført med kabelstyringssystemer, at kjøretøyets posisjon også kan bestemmes selv om kjøretøyet har avveket betydelig fra banen, og dette er ikke mulig ved kabelstyringssystemer. Hvis et slikt system "faller ut", kan kjøretøyet "løpe bort" fra kabelen og miste kontakten med denne. Da detektoren eller detektorene i systemet ifølge oppfinnelsen kan dekke hele gulvflaten, vil et slikt problem aldri oppstå.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en utførelsesform av navigasjonssystemet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser prinsippet for deling av en gulvflate i seksjoner . Fig. 3 viser en modifisert utførelsesform ^for posisjons-sporing og styring langs en rettlinjet bane.

Det er i fig. 1 vist et automatisk styrt kjøretøy 1 som beveges langs en forutbestemt bane 3 på en bærekonstruksjon eller gulvflate 2. Det bør bemerkes at banen 3 ikke består av en fysisk utlagt kabel eller lignende. I den viste utførelsesform er kjøre-tøyet utstyrt med lyskilder 4, eksempelvis en lysavgivende diode eller en laser, og en detektor 5 er montert i taket 6. I avheng-ighet av bruken kan imidlertid lyskilden 4 istedet være montert i taket 6 og detektoren 5 på kjøretøyet 1.

Ifølge oppfinnelsen er detektoren 5 anordent i form av en posisjonsfølsom halvleder-detektor med en kontinuerlig følsom-hetssone 7 som strekker seg i to retninger, og detektoren er, som skjematisk vist i fig. 1, forsynt med et vidvinkel-linsesystem 8 for fokusering, i en avgrenset del 3 av detektorens 5 følsomhets-sone 7, av lyset som mottas fra lyskilden 4. Som vist i fig. 1, er det antatt at linsesystemt 8 er slik konstruert at detektorens 5 følsomhetssone 7 dekker det viste flateparti 2, idet posisjonen av kjøretøyet 1 på flatepartiet 2 direkte overensstemmer med ko-ordinatene for innfallspunktet P i følsomhetssonen 7.

Grunnet anvendelsen av en slik detektor 5 i kombinasjon med et vidvinkel-linsesystem 8 er det ikke nødvendig at detektoren 5 er dreibart montert i taket. Selv om detektoren ef fullstendig fastmontert, er den likevel i stand til å spore posisjonen av et kjøretøy innenfor et relativt stort felt av bæreflaten 2.

Som gjensvar på det mottatte lys vil detektoren 5 frembringe elektriske posisjons-informasjonssignaler 9 som overføres til en elektronisk signalbehandlingsenhet 10, eksempelvis en mikrocomputer eller en sentralcomputer. Posisjonsinformasjonen 9 overføres til en inngang ved en komparator 11 i signalbehandlingsenheten 10, mens komparatorens 11 annen inngang mottar bane-reguleringsinf ormas jon 12 fra lagerenheten 13.

I lagerenheten 13, eksempelvis en RAM, er det lagret bane-reguleringsinf ormas jon som overensstemmer med den ønskede og forutbestemte bane 3 og som i fig. er skjematisk angitt med en linje 3'. Lagerenheten 13 er dessuten forbundet med en programmerer 14 for programmering eller endring av innholdet i lagerenheten 13.

I komparatoren 11 blir posisjonsinformasjonen 9 som mottas fra detektoren 5, jevnført med banekontrollinformasjonen 12 fra lagerenheten 13, og i tilfelle av avvik mellom posisjonsinformasjonen og den motsvarende banereguleringsinformasjon, vil det ved komparatorutgangen frembringes feil- eller avvikssignaler 15 som tjener for styring av kjøretøyet 1 mot den ønskede bane 3. For overføring av styresignalene 15 til kjøretøyet 1 er det i systemet også innkoplet en signaloverfører som i fig. 1 er skjematisk vist som en boks 16.

Signaloverføreren 16 kan eksempelvis omfatte en sender for omforming av styresignalene 15 til radiosignaler 15A, og en radiomottaker som er montert på kjøretøyet 1.

Ved en utførelsesform av spesiell interesse hvor detektoren 5, istedenfor som vist i fig. 1, er montert på kjøretøyet 1 og lyskilden eller lyskildene 4 er anordnet stasjonært i forhold til banen 3, er signaloverføreren 16 utstyrt med midler for modulering av lyset som utsendes fra lyskilden 4 til detektoren 5, i av-hengighet av styresignalene 15.

Ved opprettelse av en ny bane eller modifisering av en eksisterende bane kan kjøretøyet 1 styres, manuelt eller på annen måte, langs den ønskede bane samtidig som posisjonsinformasjonen 9 som frembringes som tidligere beskrevet, overføres gjennom programmereren 14 til lagerenheten 13, for lagring av banereguler-ingsinf ormas jonen 3'.

Dei, fremgår av fig. 2 hvordan et antall posisjonsfølsomme detektorer 5A-5C kan anvendes for dekking av en større flate, ved at denne deles i seksjoner 17A-17C som om ønskelig er delvis overlappende og hvor overflaten av hver seksjon 17A-17C dekkes av en motsvarende detektor henholdsvis 5A,5B og 5C.

Navigasjonssystemet av utførelsesform som vist i fig. 1 og 2 kan også benyttes i det tilfelle at flere kjøretøyer 1, hvert med en lyskilde 4, befinner seg samtidig i en og samme detektorseksjon (f.eks. 17A). Lyskildene 4 vil derved bare tennes én om gangen og i gitt rekkefølge, slik at detektorene 5A følsomhets-sone 7 bare mottar lys fra ett kjøretøy om gangen. Hver gang lyskilden 4 på et kjøretøy tennes, er det mulig, f.eks. ved modulering av det utsendte lys, å overføre informasjon fra kjøretøyet 1 til signalbehandlingsenheten 10, vedrørende eksempelvis identi-teten av kjøretøyet og/eller avstanden som kjøretøyet har til-bakelagt etter at lyskilden sist var tent. Hvis flere kjøretøy befinner seg i en og samme detektorseksjon vil det åpenbart være nødvendig med en eller annen form for toveis-kommunikasjon mellom hvert kjøretøy og signalbehandlingsenheten, for å kunne fastslå kjøretøyets identitet.

En annen versjon av oppfinnelsen er vist i fig. 3. Et antall lyskilder eller "fyr" 18 er fast plassert langs veggene eller lignende, minst én detektor 19 er montert på kjøretøyet 1. Ved utførelsesformen ifølge fig. 3 forløper detektorens 19 føl-somhetssone vinkelrett mot bevegelsesretningen for kjøretøyet 1, slik at bare avvik vinkelrett mot den rettlinjede bane 20 kan spores.

Det bør bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til de hittil beskrevne og viste utførelsesformer, men vil kunne modifiseres på ulike måter innenfor rammen av de etterfølgende krav. Den todimensjonale, posisjonsfølsomme detektor 5 i taket 6 kan alternativt erstattes av to endimensjonale, posisjonsfølsomme detektorer av samme type som er anordnet vinkelrett mot hverandre. Det vil også insees at den beskrevne signalbehandlingsenhet 10 bare er en skjematisk og illustrerende anordning som kan modifiseres på flere forskjellige måter, for oppnåelse av samme resultat. Lyskildene 4 og 18 i navigasjonssystemet kan bestå av lysavgivende dioder, lasersystemer, filamentlamper etc, i av-hengighet av bruksområdet.

Videre bør det bemerkes at navigasjonssystemet ifølge oppfinnelsen med fordel kan komme til anvendelse i kombinasjon med

et allerede eksisterende kabelstyringssystem, på slik måte at et automatisk styrt kjøretøy vil spores i visse posisjoner og styres ved hjelp av et navigasjonssystem ifølge oppfinnelsen, mens det i andre posisjoner vil styres ved hjelp av et tradisjonelt kabelstyringssystem.

Claims (10)

1. Navigasjonssystem for sporing av posisjonen og kontrol-lering av bevegelse av et kjøretøy (1) som skal styres automatisk langs en forutbestemt bane (3;20) på en bæreflate (2), eksempelvis et gulv eller lignende, og som omfatter minst én lyskilde (4;18) og minst én detektor (5;19) som vil reagere på lys som utsendes fra lyskilden (4;18), hvor den ene av henholdsvis lyskilden (4;18) eller detektoren (5;19) er montert på kjøretøyet (1) og ledsager dette, mens den annen av henholdsvis lyskilden (4;18) eller detektoren (5; 19) er anordnet stort sett stasjonært i forhold til bæreflaten (2), hvor systemet videre omfatter en signalbehandlingsenhet (10) med en lagerenhet (13) hvori det lagres banereguleringsinformasjon (12) i motsvarighet til banen (3), en komparator (11) for jevnføring av banereguleringsinformasjonen (12) fra lagerenheten (13) med posisjonsinformasjon som frembringes av systemet og overensstemmer med kjøretøyets (1) posisjon på bæreflaten (2) slik at det, når banereguleringsinformasjonen og posisjonsinformasjonen avviker fra hverandre, avgis styresignaler (15) for regulering av kjøretøyets (1) bevegelse, og en signalsender (16) for overføring av styresignalene (15) til kjøretøyet (1) som derved vil bringes til å beveges langs banen (3;20), karakterisert ved at detektoren (5;19) består av en posisjonsfølsom halvlederdetektor med en stort sett plan og utstrakt, kontinuerlig følsomhetssone (7), at detektoren (5;19) er innrettet for å motta lyset som utsendes fra lyskilden (4;18) og deretter faller inn på en avgrenset del (P) av følsomhetssonen (7), idet kjøretøyets (1) posisjon på bæreflaten (2) derved motsvarer posisjonen av den belyste del av følsomhetsflaten (7) på detektoren (5,19), at detektoren (5,-19) er innrettet for, som reaksjon på lyset som spores i den avgrensede del (P), og avgi elektriske signaler som indikerer hvor lyset som utsendes fra lyskilden (4;18), faller inn i følsomhetssonen (7), og at posisjonsinformasjonen som skal jevnføres med banereguleringsinformasjonen (12) fra lagerenheten (13), avledes av de elektriske signaler som avgis fra detektoren (5;19).

2. Navigasjonssystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lyskilden (4) ledsager kjøretøyet (1), at systemet innbefatter en eller flere posisjonsfølsomme detektorer (5A-5C) av nevnte type som er plassert i avstand fra bæreflaten (2) i en retning perpendikulært mot bæreflaten og som hver for seg dekker en seksjon (17A-17C) av bæreflaten (2), at lyset som utgår fra lyskilden (4) på et kjøretøy (1) som befinner seg i en viss seksjon (17A), oppfanges av den angjeldende detektor (5A) for nevnte seksjon, og at innfallspunktet (P), i detektorens (5A) følsomhetssone (7), for det oppfangede lys og de elektriske signaler som utsendes av detektoren (5A), overensstemmer med kjøre-tøyets (1) posisjon i nevnte seksjon (17A).

3. Navigasjonssystem i samsvar med krav 2, karakterisert ved at seksjonene (17-17C) delvis overlapper hverandre.

4. Navigasjonssystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at retningen for lyset som utsendes fra lyskilden eller lyskildene (18) mot detektoren eller detektorene (19), forløper stort sett parallelt med den bæreflate (2) hvorpå kjøretøyet (1) beveges.

5. Navigasjonssystem i samsvar med krav 4, karakterisert ved at lyskilden eller lyskildene (18) er stasjonært plassert i forhold til banen (20), og at kjøretøyet (1) er utstyrt med en detektor (19) av nevnte type, hvis følsomhetssone (7) strekker seg ihvertfall vinkelrett mot kjøretøyets (1) bevegelsesretning .

6. Navigasjonssystem i samsvar med et av kravene 1-4, hvor lyskilden (4) ledsager kjøretøyet (1), karakterisert ved at lyskilden (4) er forsynt med en rekke lysavgivende punkter, eksempelvis en matrise av lysavgivende dioder, som kan aktiveres separat i overensstemmelse med et identifika-sjonsmønster som er spesielt for kjøretøyet (1) og at detektoren (5) er innrettet for identifisering av et gitt kjøretøy (1) på grunnlag av det identifikasjonsmønster som utsendes fra kjøre-tøyets lyskilde (4).

7. Navigasjonssystem i samsvar med et av kravene 1-4, hvor lyskilden (4) ledsager kjøretøyet (1), karakterisert ved at et spesielt kjøretøy (1) kan identifiseres ved modulering av lyset som utstråles fra lyskilden (4), og at signalbehandlingsenheten (10) er innrettet for demodulering av de elektriske signaler som utsendes av detektoren (5) for identifisering av kjøretøyet (1).

8. Navigasjonssystem i samsvar med et av kravene 1,4 og 5, hvori detektoren (5;19) ledsager kjøretøyet (1), karakterisert ved at signalsenderen (16) i signalbehandlingsenheten (10) omfatter midler for modulering av lyset som utsendes fra lyskilden (4,-18).

9. -Navigasjonssystem i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at detektoren (5;19) er utstyrt med en lysoppsamlende anordning, såsom et optisk vidvinkel-linsesystem (8), for fokusering av lyset som mottas fra lyskilden (4,-18) i den avgrensede del (P) av detektorens (5; 19) følsomhets-sone (7) .

10. Navigasjonssystem i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at signalbehandlingsenheten (10) videre innbefatter en anordning (14) for programmering av lagerenheten (13), at en ønsket bane (3') kan lagres i lagerenheten (13) ved at kjøretøyet (1) beveges manuelt eller på annen måte langs den ønskede bane (3) og at posisjonsinformasjon som avledes av de elektriske signaler for detektoren (5), samtidig lagres, ved hjelp av programmereren (14), i lagerenheten (13).