NO172012B

NO172012B - PROCEDURE FOR AA NAVIGATE AN AUTOMATED, LEADED VESSEL

Info

Publication number: NO172012B
Application number: NO872051A
Authority: NO
Inventors: Kalevi Hyyppae
Original assignee: Inik Instr Och Elektronik
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1993-02-15
Also published as: NO872051L; HK83693A; NO172012C; NO872051D0; DE3680518D1

Abstract

Fremgangsmåte for å navigere en farkost (11) som beveger seg generelt 1 et plan 1 hvilken den aktuelle posisjon og retning (L) for farkosten bestemmes ved å måle vinklene 1 nevnte plan fra et referansepunkt på. farkosten (X,Y) til faste punkter i relasjon til en referanseretning på farkosten. En flerhet av punkter (XiYf XY, XY) som er anonyme, men faste hva angår posisjonen derav, er anordnet for navigeringen, og posisjonen av samtlige faste punkter med eksisterende sikthindringer mellom referansepunktet på farkosten og de faste punktene registreres i et elektronisk lager. Bevegelsen av farkosten i nevnte plan initieres i en kjent posisjon og med en kjent retning for Identifi-sering av de faste punkter som er synlige fra referansepunktet i nevnte posisjon. I hver posisjon og retning for farkosten under bevegelse derav blir den sist kjente posisjonen og retningen anvendt for bestemmelse av identiteten av de faste punkter som er synlige i det øyeblikket.Method for navigating a vessel (11) which moves generally in a plane 1 in which the actual position and direction (L) of the vessel is determined by measuring the angles 1 of said plane from a reference point on. the craft (X, Y) to fixed points in relation to a reference direction on the craft. A plurality of points (XiYf XY, XY) which are anonymous but fixed in terms of their position are arranged for navigation, and the position of all fixed points with existing visual obstructions between the reference point of the vehicle and the fixed points are registered in an electronic warehouse. The movement of the vessel in said plane is initiated in a known position and with a known direction for Identification of the fixed points which are visible from the reference point in said position. In each position and direction of the vessel in motion thereof, the last known position and direction are used to determine the identity of the fixed points visible at that moment.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å navigere en farkost, eksempelvis en industritruck, som beveger seg generelt i et plan ved hjelp av hvilket en bestemmelse av den aktuelle posisjonen og retningen for farkosten tilveiebringes ved måling av vinkelen i nevnte plan fra et referansepunkt på farkosten til faste punkter i relasjon til en referanseretning på farkosten, idet minst tre vinkler anvendes for en trigonometrisk bestemmelse ved hjelp av beregningsmiddel for posisjon og retning. The invention relates to a method for navigating a vehicle, for example an industrial truck, which generally moves in a plane by means of which a determination of the current position and direction of the vehicle is provided by measuring the angle in said plane from a reference point on the vehicle to fixed points in relation to a reference direction on the vessel, with at least three angles being used for a trigonometric determination using means of calculation for position and direction.

Innenfor industrien er der en økt bruk av automatiserte ledete farkoster for transportering av gods og material mellom forskjellige stasjoner i lagerlokaler og verksteder. Styringen av truckene skjer dermed automatisk langs forutbestemte baner mellom de forskjellige stasjoner. Ved en pålitelig metode for truckstyring detekterer truckstyre-systemet en kabelsløyfe som er anbragt i eller på gulvet, eller en malt sløyfe på gulvet. Et slikt styresystem er meget pålitelig og enkelt å anvende, men forholdene i lokalene hvor truckene anvendes er ikke alltid slik at det er passende å anvende en styresløyfe i eller på gulvet, og i tillegg i til dette lider systemet av den ikke uvesentlige ulempe at truckbevegelsen er begrenset strengt til banene som er definert av styresløyfen, og at disse baner ikke lett kan endres fordi de er permanente installasjoner. Within industry, there is an increased use of automated guided vehicles for the transport of goods and material between different stations in warehouses and workshops. The trucks are thus controlled automatically along predetermined paths between the different stations. In a reliable method of truck control, the truck control system detects a cable loop that is placed in or on the floor, or a painted loop on the floor. Such a control system is very reliable and easy to use, but the conditions in the premises where the trucks are used are not always such that it is appropriate to use a control loop in or on the floor, and in addition to this, the system suffers from the not insignificant disadvantage that the truck movement are limited strictly to the paths defined by the control loop, and that these paths cannot be easily changed because they are permanent installations.

Følgelig er systemer for navigering av automatisert ledete trucker blitt utviklet hvor truckbevegelsen ikke er begrenset til en permanent anordnet styresløyfe, idet trucken er forsynt med apparatur som kontinuerlig definerer dens aktuelle posisjon i forhold til lokalet gjennom hvilket trucken beveger seg. Den foreliggende oppfinnelse er relatert til denne type av navigasjonssystem og vedrører følgelig en fremgangsmåte for å navigere en farkost som beveger seg generelt i et plan i hvilket en beregning av den aktuelle posisjon og retning av kjøretøyet utføres ved å måle vinklene i nevnte plan fra et referansepunkt på farkosten til faste posisjoner i relasjon til en referanseretning på farkosten. Consequently, systems for navigating automated guided trucks have been developed where the truck movement is not limited to a permanently arranged control loop, as the truck is equipped with equipment that continuously defines its current position in relation to the room through which the truck moves. The present invention is related to this type of navigation system and consequently relates to a method for navigating a vehicle which generally moves in a plane in which a calculation of the relevant position and direction of the vehicle is carried out by measuring the angles in said plane from a reference point on the craft to fixed positions in relation to a reference direction on the craft.

I et kjent system for fri navigering av automatisert ledete farkoster anvendes en laserstråle, som detekterer reflektorer som er fast anordnet i lokalet hvor trucken beveger seg. Dette system er benevnt TURTLE og beskrives i "the FMS Magazine", juli 1983, sidene 232-236. Det er basert på det faktum at trucken for hver posisjon som skal bestemmes "ser" et antall fast anordnete reflektorer i lokalet og at disse reflektorer kan identifiseres, hvilket utføres ved at det optiske signalet som utsendes fra hver av reflektorene blir kodet. Dette skjer ved at laserstrålen, som utsendes fra trucken avsøker over 360° og, ved passering av en reflektorer, genererer et strekkodet reflektert signal. In a known system for free navigation of automated guided vehicles, a laser beam is used, which detects reflectors that are fixed in the room where the truck moves. This system is called TURTLE and is described in "the FMS Magazine", July 1983, pages 232-236. It is based on the fact that for each position to be determined the truck "sees" a number of fixed reflectors in the room and that these reflectors can be identified, which is done by the optical signal emitted from each of the reflectors being coded. This happens because the laser beam, which is emitted from the truck, scans over 360° and, when passing a reflector, generates a bar-coded reflected signal.

Et annet tidligere kjent system som er beskrevet i Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control Vol. 105, september 1983, sidene 152-155, er basert på en type av posisjons-bestemmelse som tilsvarer TURTLE-systemet, men som i stedet for laserlys anvender ultralyd for lokalisering og identifi-sering av de faste posisjoner i rommet. Fra hver faste posisjon blir et lydsignal så utsendt som har en forutbestemt frekvens som er entydig for den angjeldende posisjon. Det sistnevnte system er likt det system som er beskrevet i Robotics Age, Mar/Apr 1983, sidene 31-33 og er også gjenstand for US-patent 4.328.545. Imidlertid er i det tilfellet fyr tilveiebragt i de faste posisjonene for utsendelse av lys som er individuelt kodet, slik at en mottaker på trucken kan identifisere fyret som utsender lyssignalet. Another prior art system described in the Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control Vol. 105, September 1983, pages 152-155, is based on a type of position determination which corresponds to the TURTLE system, but which instead of laser light uses ultrasound to locate and identify the fixed positions in the room. From each fixed position, an audio signal is emitted which has a predetermined frequency which is unique to the position in question. The latter system is similar to the system described in Robotics Age, Mar/Apr 1983, pages 31-33 and is also the subject of US Patent 4,328,545. However, in that case, beacons are provided in the fixed positions for emitting light that are individually coded, so that a receiver on the truck can identify the beacon that emits the light signal.

DE-OS 3305119-A1 omhandler et navigeringssystem som benytter en anordning med en roterende stråle. Vinkler mellom en farkost, som i den beskrevne utførelsesform utgjøres av et fartøy, og reflektorer på land benyttes for å bestemme fartøyets posisjon. Reflektorene er kjent og enten forsynt med organ for automatisk utsendelse av sin identitet eller mulige å identifisere ved hjelp av fartøyets besetning. DE-OS 3305119-A1 relates to a navigation system which uses a device with a rotating beam. Angles between a craft, which in the described embodiment consists of a vessel, and reflectors on land are used to determine the vessel's position. The reflectors are known and either equipped with a device for automatically sending out their identity or can be identified with the help of the vessel's crew.

US-PS 4533918 vedrører en anordning for forbedret radar-assistert navigering. Signaler som mottas av radarutstyret ombord blir sammenlignet med lagrede signaler fra kjente mål, slik som topologiske særtrekk, isolerte bygninger, bøyer og lignende. US-PS 4533918 relates to a device for improved radar-assisted navigation. Signals received by the radar equipment on board are compared with stored signals from known targets, such as topological features, isolated buildings, buoys and the like.

Bestemmelsen av den virkelige identiteten hos faste punkter, automatisk eller med menneskehjelp, baseres innenfor all tidligere kjent teknikk, innbefattende disse to patentpubli-kasjoner, på det faktum at de faste punktene i et eller annet henseende er forsynt med en eller annen form av egen identitet som opptas. The determination of the real identity of fixed points, automatically or with human assistance, is based within all prior art, including these two patent publications, on the fact that the fixed points are in some respect provided with some form of their own identity which is recorded.

Såvidt oppfinneren til den foreliggende oppfinnelse kjenner til, er tidligere kjente systemer for fri navigasjon av automatisert ledete trucker basert på det faktum at de signaler, som mottas av trucken for å bli anvendt for bestemmelse av den aktuelle posisjonen av trucken, er spesifikke for de punkter fra hvilke de kommer, og kan anvendes til å identifisere disse punkter. Dette er en begrensning ved de tidligere kjente systemer, og formålet med oppfinnelsen er å muliggjøre bruken av enkle og rimelige reflektorer som gir signalene fra de faste punktene i rommet uten nødvendigheten av å kode disse signaler for identifiser-ingsformål. Samtidig vil det være mulig å bestemme posisjonen endog om visse av de faste punktene midlertidig er skjult eller der er refleksjoner som ikke er tilhørende systemet. As far as the inventor of the present invention is aware, previously known systems for free navigation of automated guided trucks are based on the fact that the signals received by the truck to be used for determining the actual position of the truck are specific to the points from which they come, and can be used to identify these points. This is a limitation of the previously known systems, and the purpose of the invention is to enable the use of simple and inexpensive reflectors which provide the signals from the fixed points in the room without the necessity of coding these signals for identification purposes. At the same time, it will be possible to determine the position even if certain of the fixed points are temporarily hidden or there are reflections that do not belong to the system.

For dette formål kjennetegnes fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen, ved at en flerhet av faste punkter som er anonyme, men bestemte hva angår posisjonen derav, er anordnet for navigasjonen, at posisjonen for hvert av punktene samt eksisterende sikthindringer mellom referansepunktet på farkosten og de faste punktene lagres i et elektronisk lager, at bevegelsen av farkosten i nevnte plan initieres i en kjent posisjon og med en kjent retning for derved å identifisere de faste punkter som er synlige fra referansepunktet i nevnte posisjon, og at i hver posisjon og retning av farkosten under bevegelsen derav den sist kjente posisjon og retning anvendes til å bestemme med hjelp av de lagrete posisjoner av sikthindringene, identiteten av de faste punkter som er synlige i det øyeblikket. For this purpose, the method, according to the invention, is characterized by the fact that a plurality of fixed points which are anonymous, but determined as regards their position, are arranged for the navigation, that the position of each of the points as well as existing visibility obstacles between the reference point on the craft and the fixed points are stored in an electronic warehouse, that the movement of the craft in said plane is initiated in a known position and with a known direction in order to thereby identify the fixed points that are visible from the reference point in said position, and that in each position and direction of the craft during its movement the last known position and direction is used to determine, with the help of the stored positions of the visibility obstacles, the identity of the fixed points that are visible at that moment.

Ifølge ytterligere utførelser av fremgangsmåten blir peilingen for de faste punktene tatt ved å utsende en lysstråle fra farkosten, avsøkende horisontalt, og ved refleksjon av lysstrålen fra reflektorene i de faste punktene og mottakelse av den reflekterte lysstrålen på farkosten. Lagringen av de faste punkter utføres ved å reprodusere nevnte plan med sikthindre og de faste punktene i nevnte elektroniske lager. Reproduseringen kan utføres i et CAD system for visuell representasjon av nevnte plan med sikthindre og de faste punktene, idet banen som skal følges av farkosten innbefattes i den visuelle representasjonen. Bestemmelsen av posisjonen for de faste punktene kan utføres ved å kjøre farkosten langs en kjent bane under måling av vinklene til de faste punktene ved anvendelse av det optiske systemet og den programstyrte beregning og lagring av posisjonene for de faste punktene i det elektroniske lageret. Vinklene kan bestemmes ved å måle perioden for bevegelsen av lysstrålen som avsøker horisontalt ved konstant hastighet, fra referansepunktet til en posisjon hvor den treffer en reflektor. Den reflekterte lysstrålen detekteres ved å anvende to fotodetektorer som er anordnet ved siden av hverandre, hvis utmatninger adderes med motsatt polaritet og som treffes, den etter den andre, av den reflekterte lysstrålen. Fortrinnsvis blir lysstrålen utsendt nær gulv-eller bakkeplanet. According to further embodiments of the method, the bearing for the fixed points is taken by emitting a light beam from the craft, scanning horizontally, and by reflecting the light beam from the reflectors in the fixed points and receiving the reflected light beam on the craft. The storage of the fixed points is carried out by reproducing said plan with visibility obstacles and the fixed points in said electronic storage. The reproduction can be carried out in a CAD system for the visual representation of said plan with visibility obstacles and the fixed points, the path to be followed by the vehicle being included in the visual representation. The determination of the position of the fixed points can be carried out by driving the vehicle along a known path while measuring the angles of the fixed points using the optical system and the program-controlled calculation and storage of the positions of the fixed points in the electronic storage. The angles can be determined by measuring the period of movement of the light beam scanning horizontally at constant speed from the reference point to a position where it strikes a reflector. The reflected light beam is detected by using two photodetectors which are arranged next to each other, whose outputs are added with opposite polarity and which are hit, one after the other, by the reflected light beam. Preferably, the light beam is emitted close to the floor or ground plane.

Farkosten bringes under sin bevegelse til en posisjon i relasjon til en ønsket bane, som forskyves mer eller mindre mot den ene eller annen side av den nominelle banen ved suksessive turer langs nevnte bane. During its movement, the craft is brought to a position in relation to a desired path, which is shifted more or less towards one or the other side of the nominal path by successive trips along said path.

For å forklare oppfinnelsen nærmere skal der vises til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et planriss av et lokale gjennom hvilket en automatisert ledet truck skal navigere ved å anvende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. To explain the invention in more detail, reference must be made to the attached drawings. Fig. 1 is a plan view of a room through which an automated guided truck is to navigate by applying the method according to the invention.

Fig. 2 er et sideriss av trucken. Fig. 2 is a side view of the truck.

Fig. 3 er et horisontalt snitt av trucken i fig. 2 tatt Fig. 3 is a horizontal section of the truck in fig. 2 taken

langs linjen III-III. along the line III-III.

Fig. 4 er et skjematisk sideriss av det optiske systemet for Fig. 4 is a schematic side view of the optical system for

å utsende en avsøkende laserstråle. to emit a scanning laser beam.

Fig. 5 er en geometrisk figur for å beregne posisjonen og retningen av farkosten fra vinklene til tre faste referansepunkter. Fig. 6 er et blokkskjema over et elektronisk system for Fig. 5 is a geometric figure for calculating the position and direction of the vehicle from the angles of three fixed reference points. Fig. 6 is a block diagram of an electronic system for

utøvelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. practice of the method according to the invention.

Fig. 7 er et mer detaljert blokkskjema over det elektroniske Fig. 7 is a more detailed block diagram of the electronic

systemet som er anbragt på trucken. the system that is placed on the truck.

Fig. 8 er et skjematisk frontriss av en detektor som er Fig. 8 is a schematic front view of a detector which is

egnet for bruk i systemet. suitable for use in the system.

Fig. 9 er et skjematisk planriss som illustrerer avsøkningen av en reflektor med bruk av detektoren i fig. 8. Fig. 10 er et diagram som illustrerer signalet som oppnås fra Fig. 9 is a schematic plan view illustrating the scanning of a reflector using the detector in fig. 8. Fig. 10 is a diagram illustrating the signal obtained from

detektoren fra avsøkningen i henhold til figur 9. the detector from the scan according to Figure 9.

Med henvisning til figur 1 er en mulig bane 10 vist til å bli fulgt av en automatisert ledet truck 11 ved å anvende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. With reference to Figure 1, a possible path 10 is shown to be followed by an automated guided truck 11 using the method according to the invention.

Banen strekker seg gjennom et fritt rom i lokalet, begrenset av lokalets vegger og/eller gjenstander som eksisterer der, slik som maskiner, lagerreoler eller lignende, her generelt angitt med 12. Det frie rom gjennom hvilket trucken kan bevege seg trenger ikke i og for seg å være begrenset av faste gjenstander eller være omsluttet av vegger, idet rommet for truckens bevegelse kan være begrenset til et visst område som har en bestemt form og utstrekning i horisontalplanet av andre grunner. Når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes, skal en flerhet av reflektorer 13 være montert i bevegelsesrommet, idet reflektorene er av den mest enkle og rimelig type og er hensiktsmessig laget av refleksbånd, eksempelvis av den type som markedsføres av 3M Svenska AB under varemerket SCOTCH LITE. Båndet kan festes direkte til vegger eller gjenstander eller kan monteres på utplasserte vertikalt stående pinner og har en diameter av størrelses-orden 20 mm. Båndet bør ha en viss utstrekning i vertikal-retningen. Bak reflektorene bør en mørk bakgrunn finnes for å gjøre reflektorene skarpt avtegnet mot bakgrunnen. The path extends through a free space in the room, limited by the walls of the room and/or objects that exist there, such as machines, storage racks or the like, here generally indicated by 12. The free space through which the truck can move does not need in and for be limited by fixed objects or be enclosed by walls, as the space for the truck's movement may be limited to a certain area that has a specific shape and extent in the horizontal plane for other reasons. When the method according to the invention is used, a plurality of reflectors 13 must be mounted in the movement space, as the reflectors are of the most simple and affordable type and are suitably made of reflective tape, for example of the type marketed by 3M Svenska AB under the trademark SCOTCH LITE. The tape can be attached directly to walls or objects or can be mounted on deployed vertically standing sticks and has a diameter of the order of 20 mm. The tape should have a certain extent in the vertical direction. Behind the reflectors there should be a dark background to make the reflectors sharply delineated against the background.

På trucken anbringes et optisk system 14 for utsendelse av en laserstråle som avsøker 360°. Trucken er konstruert på en spesiell måte for monteringen av det optiske systemet, fig. 2 og 3. Således omfatter den en ramme 15 som understøtter på to stendere eller søyler 16 og to flenser eller liv 17 truckens overbygning 18, hvorved etterlates et gap 19 mellom rammen og overbygningen. I dette gap monteres det optiske systemet 14 på en slik måte at flensene eller livene 17 strekker seg radielt til den vertikale avsøkningsbevegelse-aksen 20. På den måten er der praktisk talt et ubrutt område for avsøkningslaserstrålen rundt aksen 20 på et nivå nær gulvet eller bakken. Selv om strålen i og for seg er ufarlig, er mange mennesker av den mening at enhver laserstråle, selv om den er svak, er farlig for øynene. I den beskrevne løsning er strålen langt under øyenivå, idet denne plassering av det optiske system også gir den fordel at overbygningen og lasten som bæres på denne ikke i noe tilfelle skjermer for laserstrålen under avsøkningsbevegelsen av denne, hvilket er ikke minst viktig for en sikker og pålitelig navigering. An optical system 14 is placed on the truck for sending out a laser beam that scans 360°. The truck is constructed in a special way for the installation of the optical system, fig. 2 and 3. Thus, it comprises a frame 15 which supports the truck's superstructure 18 on two uprights or columns 16 and two flanges or webs 17, whereby a gap 19 is left between the frame and the superstructure. In this gap, the optical system 14 is mounted in such a way that the flanges or webs 17 extend radially to the vertical scanning movement axis 20. In this way, there is practically an unbroken area for the scanning laser beam around the axis 20 at a level near the floor or ground . Although the beam itself is harmless, many people are of the opinion that any laser beam, however weak, is dangerous to the eyes. In the described solution, the beam is far below eye level, as this placement of the optical system also gives the advantage that the superstructure and the load carried on it do not in any case shield the laser beam during its scanning movement, which is not least important for a safe and reliable navigation.

Truckens overbygning 18 kan omfatte passende løftemiddel eller annet lasthåndteringsmiddel og rom for elektronisk utstyr, batterier etc. The truck's superstructure 18 can include suitable lifting means or other load handling means and room for electronic equipment, batteries etc.

Det optiske systemet kan i prinsippet anordnes slik det er skjematisk vist i fig. 4. En lasergenerator 21 som kan være en gasslaser (He-Ne) for synlig lys eller en halvlederlaser for IR-strålning, eventuelt pulset, retter sin stråle mot et speil 22 som i sin tur retter strålen gjennom åpning 23 i et speil 24 mot et speil 25. Det sistnevnte speil understøttes på et dreibart montert svinghjul 26 som over en drivrem er forbundet med en drivmotor 27 for å bli rotert med en konstant omdreiningshastighet av størrelsesorden 2 eller 3 omdreininger pr. sekund. Svinghjulet er forbundet med en vinkelmåler 28 som arbeider med meget høy nøyaktighet eller til en anordning for måling av den periode som brukes av svinghjulet for å rotere med en konstant hastighet fra en referanseposisjon til en gitt posisjon, hvis vinkelposi-sjonene skal angis. Slik tidsmåling kan utføres med en meget høy pålitelighet og ved å anvende en enklere og mindre kostbar anordning enn en enkel avføler som har høy nøyaktig-het . The optical system can in principle be arranged as schematically shown in fig. 4. A laser generator 21 which can be a gas laser (He-Ne) for visible light or a semiconductor laser for IR radiation, optionally pulsed, directs its beam towards a mirror 22 which in turn directs the beam through opening 23 in a mirror 24 towards a mirror 25. The latter mirror is supported on a rotatably mounted flywheel 26 which is connected via a drive belt to a drive motor 27 to be rotated at a constant rotational speed of the order of 2 or 3 revolutions per minute. second. The flywheel is connected to an angle meter 28 which works with very high accuracy or to a device for measuring the period used by the flywheel to rotate at a constant speed from a reference position to a given position, if the angular positions are to be indicated. Such time measurement can be carried out with a very high reliability and by using a simpler and less expensive device than a simple sensor which has high accuracy.

Når laserstrålen treffer en reflektor 13, reflekteres den tilbake til speilet 25 som sender den reflekterte strålen videre til speilet 24, hvorfra den reflekterte strålen ved hjelp av passende optikk 29 rettes mot en detektor 30 for å bli fokusert på denne. When the laser beam hits a reflector 13, it is reflected back to the mirror 25 which sends the reflected beam on to the mirror 24, from where the reflected beam is directed by suitable optics 29 towards a detector 30 to be focused on it.

I fig. 5 er trucken vist i et koordinatsystem, og for å identifisere posisjonen av trucken i et gitt øyeblikk, må koordinatene x og y for aksen 20 og vinkelen (p bli bestemt. Vinkelen cp er vinkelen mellom x-aksen og en farkostreferanse-linje L, vanligvis den langsgående aksen for farkosten. Denne bestemmelse kan foretas ved å anvende tre faste punkter, dvs. ved å anvende tre reflektorer, som trucken "ser" fra den angjeldende posisjon. På basis av vinklene <p^, <P2°S <P3 mellom siktlinjene fra referansepunktet 20 på trucken til de tre reflektorene som har koordinatene (x^y^), (X2Y2) °S (x3<y>3)>°S referanselinjen L, kan posisjonen og retningen for trucken bestemmes ved å anvende konvensjonell trigonometri som tidligere i og for seg kjent og som beskrevet i ovennevnte publikasjon (Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, September 1983, Vol. 105/153). Ved således å anvende det optiske system på trucken, måles vinklene (pj, cj>2»93 og på. basis av disse vinkler bestemmes ligningen for de to sirkler som i fig. 5 er blitt trukket gjennom de tre punktene og posisjonen av trucken for beregning av truckens posisjon og retning. Ettersom denne teknikk er tidligere i og for seg kjent, er disse trigonometriske beregninger ikke angitt her. Imidlertid er der en vesentlig forskjell mellom det som system som er beskrevet her og de systemer som er tidligere kjent og beskrevet i de innled-ningsvis refererte henvisninger: de tre punktene som behøves for beregningene har ikke identifisert seg selv ved en koding. Trucken kan se flere faste punkter enn tre og således er det nødvendig å definere disse punkter på en eller annen måte. In fig. 5, the truck is shown in a coordinate system, and in order to identify the position of the truck at a given moment, the coordinates x and y of the axis 20 and the angle (p) must be determined. The angle cp is the angle between the x-axis and a vehicle reference line L, usually the longitudinal axis of the vehicle. This determination can be made by using three fixed points, i.e. by using three reflectors, which the truck "sees" from the position in question. On the basis of the angles <p^, <P2°S <P3 between the lines of sight from the reference point 20 on the truck to the three reflectors having the coordinates (x^y^), (X2Y2) °S (x3<y>3)>°S the reference line L, the position and direction of the truck can be determined by using conventional trigonometry as previously known per se and as described in the above-mentioned publication (Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, September 1983, Vol. 105/153). By thus applying the optical system on the truck, the angles (pj, cj>2»93 and on the basis of these angles the equation is determined for the two circles as in fig. 5 has been drawn through the three points and the position of the truck to calculate the truck's position and direction. As this technique is previously known per se, these trigonometric calculations are not specified here. However, there is a significant difference between the system described here and the systems that are previously known and described in the initially referenced references: the three points needed for the calculations have not identified themselves by coding. The truck can see more fixed points than three and thus it is necessary to define these points in one way or another.

Bevegelsesområdet med reflektorer og bane lagres i et elektronisk lager. Lagringen i det elektroniske lageret kan foretas ved å anvende kjent teknikk. En fremgangsmåte som kan anvendes er anvendelsen av et CAD system, eksempelvis AutoCAD, som er et tegneprogram ved hjelp av hvilket en hvilken som helst tegning kan reproduseres i en mikrodatamaskin. Ved å anvende dette program kan planen over truckens hevegelsesområde i fig. 1 programmeres inn i en mikrodatamaskin. For å lagre den besluttede truckbanen kan trucken, som et alternativ til lagring via AutoCAD programmet, drives langs nevnte bane og dens posisjon i forhold til reflektorene kan kontinuerlig lagres i programmet. Posisjonene av reflektorene bestemmes ved anvendelse av konvensjonell landmålingsteknikk, og de målte posisjoner lagres i programmet. Som et alternativ kan reflektorposisjonene lokaliseres ved å kjøre trucken langs en kjent bane og bestemmes ved å anvende det optiske systemet og et program lastet i datamaskinsystemet for trucken. The movement area with reflectors and path is stored in an electronic storage. The storage in the electronic storage can be carried out by using known techniques. One method that can be used is the use of a CAD system, for example AutoCAD, which is a drawing program by means of which any drawing can be reproduced in a microcomputer. By using this program, the plan of the truck's lifting area in fig. 1 is programmed into a microcomputer. In order to save the decided truck path, the truck, as an alternative to saving via the AutoCAD program, can be driven along said path and its position in relation to the reflectors can be continuously saved in the program. The positions of the reflectors are determined using conventional surveying techniques, and the measured positions are stored in the program. Alternatively, the reflector positions can be located by driving the truck along a known path and determined using the optical system and a program loaded into the truck's computer system.

Når således trucken automatisk skal følge den definerte banen, må en truckposisjon og retning først defineres for å tjene senere som en basis for å identifisere påfølgende posisjoner og retninger. Dette kan gjøres på forskjellige måter. I henhold til en metode plasseres trucken i en forutbestemt posisjon og i en forutbestemt retning som er bestemt fra begynnelsen. Ifølge en annen metode defineres posisjonen og retningen fra tre faste punkter av gangen, under antagelse av at nevnte punkter har visse identiteter, og dette gjentas med henvisning til samtlige faste punkter som er synlige fra trucken i en gitt posisjon. Dette medfører en flerhet av posisjoner og retninger for hver tre punkter, som danner basis for beregningen. Variansen i det oppnådde resultat beregnes, og beregningene gjentas med en annen gjentakelse med hensyn til punktenes identitet. Når den antagelse er funnet som gir den minste varians, identifiseres punktene. Thus, when the truck is to automatically follow the defined path, a truck position and direction must first be defined to serve later as a basis for identifying subsequent positions and directions. This can be done in different ways. According to one method, the truck is placed in a predetermined position and in a predetermined direction determined from the beginning. According to another method, the position and direction are defined from three fixed points at a time, assuming that said points have certain identities, and this is repeated with reference to all fixed points that are visible from the truck in a given position. This entails a plurality of positions and directions for every three points, which form the basis for the calculation. The variance in the obtained result is calculated, and the calculations are repeated with another repetition with regard to the identity of the points. When the assumption that gives the smallest variance is found, the points are identified.

Ettersom trucken beveger seg, blir påfølgende beregninger av truckens posisjon og retning foretatt i hver individuelle posisjon på basis av vinkelmålingene som gjøres av apparatet 14 til reflektorene som er synlige fra trucken i den angjeldende posisjon ved leding av programmerte hindre. Således vil hver nye posisjonering av trucken være basert på informasjon som er tidligere oppnådd med hensyn til truckposisjon og bevegelsesretning. As the truck moves, subsequent calculations of the truck's position and direction are made at each individual position on the basis of the angle measurements made by the apparatus 14 of the reflectors visible from the truck at the relevant position by the guidance of programmed obstacles. Thus, each new positioning of the truck will be based on information previously obtained with regard to truck position and direction of movement.

Det bør bemerkes at i hver truckposisjon kan flere bestem-melser av truckposisjonen og retningen foretas avhengig av hvor mange reflektorer som sees av trucken fra den angjeldende posisjon. Ettersom reflektorene er av en enkel og rimelig natur og ikke trenger å sende et kodet reflektert signal, kan man være generøs med utplasseringen av detektor-ene, hvorved en høy nøyaktighet i beregningen av posisjon og retning kan oppnås. It should be noted that in each truck position several determinations of the truck position and direction can be made depending on how many reflectors are seen by the truck from the relevant position. As the reflectors are of a simple and reasonable nature and do not need to send a coded reflected signal, one can be generous with the deployment of the detectors, whereby a high accuracy in the calculation of position and direction can be achieved.

For å utøve fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved å anvende ovennevnte beregninger, anvendes et datamaskinsystem som er konstruert i hovedtrekk i henhold til fig. 6. En styrende stasjonær datamaskin 31 som kan være felles for mange trucker, er tilveiebragt for programmering av bevegelsesområdet og de ønskede baner i dette området, eksempelvis ved anvendelse av det ovennevnte AutoCAD program. Datamaskinen 31 er også forbundet med en operatørkonsoll 32 som har et tastatur for å tillate temporære manuelle operasjoner i det innlagte program. Datamaskinen 31 er koplet gjennom et kommunikasjonssystem 34, fig. 6, eksempelvis en trådløs forbindelse (radio eller IR) til en mikrodatamaskin 35 på hver truck. In order to carry out the method according to the invention by applying the above-mentioned calculations, a computer system is used which is constructed in general terms according to fig. 6. A controlling desktop computer 31, which can be common to many trucks, is provided for programming the movement area and the desired paths in this area, for example by using the above-mentioned AutoCAD program. The computer 31 is also connected to an operator console 32 which has a keyboard to allow temporary manual operations in the embedded program. The computer 31 is connected through a communication system 34, fig. 6, for example a wireless connection (radio or IR) to a microcomputer 35 on each truck.

Datamaskinen 31 fungerer som koordinator for flere trucker i et system og gir via forbindelsen den nødvendige informasjon til datamaskinen 35 på trucken. Datamaskinen 35 kan være en mikrodatamaskin av typen Motorola MC 68010, og den er koplet til en annen mikrodatamaskin 36 på trucken som også kan være av typen Motorola MC 68010 som mottar vinkelmålingssignaler fra det optiske systemet 14 og behandler disse signaler til å gi datamaskinen 35 informasjon om den øyeblikkelige posisjon og retningen for trucken ved å anvende den ovennevnte metode. I datamaskinen 35 foretas så en sammenligning med de programmerte data, og avhengig av resultatet av sammenligningen sendes styresignaler til drivsystemet 37 på trucken for å tilveiebringe den korrigering av truckens bevegelse som er nødvendig for å bevirke trucken til å bevege seg langs den forutbestemte banen. Til datamaskin 35 er også tilkoplet et passende avfølersystem 38 for å stoppe truckens bevegelse når en risiko for kollisjon med personer eller gjenstander oppstår. The computer 31 functions as a coordinator for several trucks in a system and via the connection provides the necessary information to the computer 35 on the truck. The computer 35 can be a microcomputer of the Motorola MC 68010 type, and it is connected to another microcomputer 36 on the truck which can also be of the Motorola MC 68010 type which receives angle measurement signals from the optical system 14 and processes these signals to provide the computer 35 with information about the current position and direction of the truck using the above method. In the computer 35, a comparison is then made with the programmed data, and depending on the result of the comparison, control signals are sent to the drive system 37 of the truck to provide the correction of the truck's movement that is necessary to cause the truck to move along the predetermined path. A suitable sensor system 38 is also connected to computer 35 to stop the truck's movement when a risk of collision with persons or objects occurs.

Nøyaktigheten i styringen av trucken kan i vesentlig grad forbedres ved å anvende en detektor av den type som er vist i fig. 8. Denne detektor er av en kjent konstruksjon og omfatter to silisiumfotodioder som angitt ved 39A og 39B. Hver av diodene har en bredde av størrelsesorden 100 pm, og diodene er adskilt med et gap 40 av størrelsesorden 10 pm. Avsøkningen av reflektoren 13 kan i prinsippet ansees som en projisering av detektoren, dvs. de to silisiumdiodene, på reflektorens overflate. Dette er vist i fig. 9. Når det projiserte bildet av detektoren går inn i reflektoren i retningen av pilen 41, vil en silisiumdiode 39A først være i området for reflektoren og så den andre. Ved å addere signalene fra silisiumdiodene med omvendt polaritet, vil detektoren gi et signal som vist i fig. 10, hvor den horison-tale aksen definerer avsøkningsvinkelen og den vertikale aksen definerer signalet fra detektoren. Når bildet av dioden 39A kun projiseres på reflektoren, vil signalet fra detektoren stige til en største positiv verdi for derved å minske igjen til null senere, når den andre dioden starter å gå inn i reflektoren, ettersom signalet som gis av den andre dioden subtraheres fra signalet fra den første dioden. Etter det vil intet signal fra detektoren bli oppnådd før projiser-ingen av nevnte første diode beveger seg fra overflaten av reflektoren, idet nevnte signal fra nevnte andre diode utsendes fra detektoren. Med andre ord oppnås ved denne løsning et skarpt markert signal som er lett å definere, hvilket betyr at bestemmelsen av vinkelen kan foretas med høy nøyaktighet med en tilsvarende høy nøyaktighet for bestemmelsen av posisjonen og retningen for trucken. The accuracy in the control of the truck can be significantly improved by using a detector of the type shown in fig. 8. This detector is of a known construction and comprises two silicon photodiodes as indicated at 39A and 39B. Each of the diodes has a width of the order of 100 µm, and the diodes are separated by a gap 40 of the order of 10 µm. The scanning of the reflector 13 can in principle be regarded as a projection of the detector, i.e. the two silicon diodes, onto the surface of the reflector. This is shown in fig. 9. When the projected image of the detector enters the reflector in the direction of arrow 41, one silicon diode 39A will first be in the area of the reflector and then the other. By adding the signals from the silicon diodes with reverse polarity, the detector will give a signal as shown in fig. 10, where the horizontal axis defines the scanning angle and the vertical axis defines the signal from the detector. When the image of diode 39A is projected onto the reflector only, the signal from the detector will rise to a maximum positive value, thereby decreasing again to zero later, as the second diode begins to enter the reflector, as the signal given by the second diode is subtracted from the signal from the first diode. After that, no signal from the detector will be obtained until the projection of said first diode moves from the surface of the reflector, said signal from said second diode being emitted from the detector. In other words, this solution results in a sharply marked signal that is easy to define, which means that the determination of the angle can be made with high accuracy with a correspondingly high accuracy for determining the position and direction of the truck.

Bestemmelsen av posisjonen og retningen ved å anvende ovenfor beskrevne metode kan fullføres med odometri, hvilket betyr at avfølerne på truckens hjul og styremekanisme gir signaler som representerer henholdsvis den kjørte distanse og den eksisterende bevegelsesretning, og at disse signaler så anvendes for beregning av endringen av posisjonen og retningen av trucken, slik at det er mulig å oppnå, på basis derav ved beregninger utført i datamaskinen 36, informasjon om truckens angjeldende posisjon og retning. De størrelser som herved oppnås kan behandles sammen med de som oppnås ved å anvende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. The determination of the position and direction by applying the method described above can be completed with odometry, which means that the sensors on the truck's wheels and steering mechanism give signals that represent respectively the distance traveled and the existing direction of movement, and that these signals are then used to calculate the change in position and the direction of the truck, so that it is possible to obtain, on the basis thereof by calculations carried out in the computer 36, information about the relevant position and direction of the truck. The sizes obtained thereby can be processed together with those obtained by using the method according to the invention.

Ved å anvende størrelser som representerer truckens hastighet og som lett kan beregnes ved hjelp av kjente fremgangsmåter, er det også mulig å kompensere for truckens bevegelse mellom målingene av vinklene til de faste punktene. Med andre ord gjøres trucken ikke ubevegelig under målingene, og selv om der er en svak bevegelse påvirker den beregningen av posisjonene. By using quantities that represent the truck's speed and which can be easily calculated using known methods, it is also possible to compensate for the truck's movement between the measurements of the angles of the fixed points. In other words, the truck is not made immobile during the measurements, and even if there is a slight movement, it affects the calculation of the positions.

Midler kan tilveiebringes for manuelt å styre trucken, eksempelvis et styrepanel som er koplet til trucken gjennom en kabel. Means can be provided to manually control the truck, for example a control panel which is connected to the truck through a cable.

Noe mindre sideveis avvik mellom banen som følges av trucken i et tilfelle og banen som følges i den samme delen av banen i et annet tilfelle kan programmeres, hvilket gir en fordel ettersom trucken i det tilfellet ikke sliter hjulspor i underlaget (gulvet) under bevegelse langs en uendret bane over lengre tid. Some minor lateral deviation between the path followed by the truck in one case and the path followed in the same part of the path in another case can be programmed, which gives an advantage as the truck in that case does not wear ruts in the substrate (floor) while moving along an unchanged path over a long period of time.

Vesentlig hva angår oppfinnelsen er fremgangsmåten hvorved posisjonen og bevegelsesretningen for trucken bestemmes ved å anvende et antall av reflektorer som gir anonyme refleksjons-signaler. Den praktiske utførelsesform av de mekaniske og elektroniske midler hvormed denne fremgangsmåte realiseres, er blitt vist og beskrevet i den foretrukne utførelsesform som i øyeblikket foretrekkes, men kan modifiseres eller erstattes av andre midler enn de som er beskrevet her uten å avvike fra omfanget av de vedlagte patentkrav. Essential to the invention is the method by which the position and direction of movement of the truck is determined by using a number of reflectors which give anonymous reflection signals. The practical embodiment of the mechanical and electronic means by which this method is realized has been shown and described in the preferred embodiment which is currently preferred, but may be modified or replaced by means other than those described here without deviating from the scope of the appended patent claims.

Claims

1. Method for navigating a vehicle, for example an industrial truck, which generally moves in a plane by means of which a determination of the current position and direction of the vehicle is provided by measuring the angle in said plane from a reference point on the vehicle to fixed points in relation to a reference direction on the vessel, in that at least three angles are used for a trigonometric determination by means of calculation means for position and direction, characterized in that a plurality of fixed points which are anonymous, but determined as regards their position, are arranged for the navigation, that the position for each of the points as well as existing relative obstacles between the reference point on the craft and the fixed points are stored in an electronic storage, that the movement of the craft in the said plane is initiated in a known position and with a known direction in order to thereby identify the fixed points that are visible from the reference point in the said position, and that in every position and direction of the craft ten during the movement hence the last known position and direction is used to determine with the help of the stored positions of the visibility obstacles, the identity of the fixed points that are visible at that moment.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the bearing for the fixed points is taken by sending out a light beam from the craft, scanning horizontally, and by reflecting the light beam from the reflectors in the fixed points and receiving the reflected light beam on the craft.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the storage of the fixed points is carried out by reproducing said plan with visibility obstacles and the fixed points in said electronic storage.

4. Method as stated in claim 3, characterized in that the reproduction is carried out in a CAD system for visual representation of said plane with visibility obstacles and the fixed points, the path to be followed by the vehicle being included in the visual representation.

5. Method as stated in claim 2, characterized in that the determination of the position of the fixed points is carried out by driving the vehicle along a known path while measuring the angles of the fixed points using the optical system and the program-controlled calculation and storage of the positions of the fixed points in the electronic warehouse.

6- Method as stated in claim 2, characterized in that the angles are determined by measuring the period of the movement of the light beam which scans horizontally at constant speed, from the reference point to a position where it hits a reflector.

7. Method as stated in claim 2, characterized in that the reflected light beam is detected by using two photodetectors which are arranged next to each other, whose outputs are added with opposite polarity and which are hit, one after the other, by the reflected light beam.

8. Method as stated in claim 2, character i-sert in that the light beam is emitted close to the floor or ground plane.

9. Method as stated in claim 1, characterized by the fact that the vehicle during its movement is brought to a position in relation to a desired path, which is shifted more or less towards one or the other side of the nominal path during successive trips along said path.