NO309885B1 - Automatisert styresystem for et kjøretøy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår automatiserte kjøretøyer generelt, og mer nøyaktig, et styresystem spesielt nyttig til å bevege et kjøretøy over en ujevn overflate slik som et gruvegulv.

Med økende interesse for å automatisere operasjoner under jorden på grunn av sikkerhets- og effektivitets-interesser, blir behovet for å utvikle automatisk styrte gruvekjøretøyer i økende grad viktig.

Nåværende styresystemer mangler generelt enten evnen til å se fremover og/eller krever lyssystemer ombord for å lyse opp en passiv reflektor. Andre systemer som innbefatter aktive lysutstrålende kilder synes ikke å være i stand til lett å kunne opereres i et gruvemiljø. Nåværende systemer opererer vanligvis på eller under glatte overflater som må romme nedgravde vaiere, lys og andre markører.

EP-A2 307 381 beskriver et navigasjonssystem og en metode som brukes for å lede et automatisk styrt kjøretøy langs en variabel, forhåndsbestemt bane definert av et flertall bestemte, adskilte punkter. Et mål posisjonert ved hvert adskilte punkt definerer kjøretøyets bane, hvor nevnte mål inkluderer en første lyskilde for å sende ut en første lysstråle og en andre lyskilde for å sende ut en andre lysstråle. Et lysføl-somt kamera og linse er montert på kjøretøyet for å motta nevnte første og andre horisontalt adskilte lysstråler og fokusere nevnte stråler på en detektor, hvilken detektor har en akse som fortsetter vertikalt og representerer banen til kjøretøyet.

I motsetning til en himling i en bygning, er den bakerste delen (taket) i en utgravning under jorden generelt ikke horisontalt plant. Den kan heller bølge seg på en irregulær måte. Dessuten er den bakre delen belastet med tilbehør med forskjellig størrelse, slik som rør, kanaler, skjermer, lamper etc. Likeledes, idet gulvet til en konstruksjon, slik som en bygning, sjeldent er glatt, kan gulvet til en gruvegang være irregulær og humpete.

Det er spesielt et behov for å styre et kjøretøy gjennom en repeterende tran-sportsyklus mellom to punkt over røft terreng og under en irregulær takoverflate. Dessuten er det fastslått at leddede transportkjøretøyer er meget effektive i slike om-givelser.

Det er klart at et system for automatisk styring av kjøretøyer innbefattende gravevogner o.l. i en gruve er ønskelig.

Dette oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse ved hjelp av et system for styring av et kjøretøy ifølge det selvstendige krav 1. Foretrukne utførelsesformer av systemet er videre utdypet i kravene 2-13.

Følgelig er det fremskaffet et automatisk styresystem for kjøretøyer som er spesielt tilpasset for gruvemiljø. Et selv-drevet kjøretøy er utstyrt med minst to vinklede kameraer, som hver er vendt i motsatte retninger. Kameraene er forbundet til et synssystem og mikroprosessorer som igjen er forbundet til kjøretøyets styre- og drivsystemer. Et fleksibelt opplyst lysrør er festet til den bakre delen av gruven. Kameraene, som avleser lysrøret, hjelper til med å styre kjøretøyet.

Fig. 1 er et oppriss av en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 2 er et bakre oppriss av en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 3 er et skjematisk logikk-diagram av en utførelse av oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et kjøretøy 10 anbragt på gulv 12. Kjøretøyet 10, fortrinnsvis leddet langs akse 44, har en distal ende 14 og en proksimal ende 16. Begge endene 14 og 16 kan innbefatte styrbare hjul 18 og 20. I den minste utførelsen beveger en gravevogn 22 som har en fremre skuffe 24 seg frem og tilbake over en forhåndsbestemt bane innen en gruve over gulvet 12. Som vist kan gulvet 12 være noe irregulært selv om det skal forstås at gulvforholdene varierer betydelig i miljøer, som varierer fra glatt til meget sporet (dype hjulspor).

Kjøretøyet 10 innbefatter et bakovervendt kamera 26 lokalisert på den distale enden 14 og et fremovervendt kamera 28 lokalisert på den proksimale enden 16. Begge kameraene er rettet oppover med kjente skrå vinkler A og B fra et vilkårlig kjøretøys horisontale referanseakse 30.

Kameraene 26 og 28 peker mot et opplyst lysrør 32 festet til eller hengt fra den bakre delen 34 til gruven.

Lysrøret 32, kommersielt kjent som Ropelight™, er et selv-lysende, smalt, fleksibelt bånd bestående av små, lav-watts hvitglødende juletrelignende lyspærer. Røret 32 er laget ved ekstruderingen av et polymer-belegg over pærene. Det resul-terende, massive kjernerøret 32 kan plasseres hvor som helst hvor dirigeringspå-tegninger er påkrevet. Lignende fleksible, kontinuerlige lyskilder kan også anvendes.

I den omgående situasjon, og som vist i fig. 2, er røret 32 plassert omtrent i midten av en gruvegang 36 og festet til den bakre delen 34. Den er strukket fra punkt X til punkt Y innen gruvegangen 36, for å danne en forhåndbestemt bevegel-sesbane for kjøretøyet 10. I de fleste situasjoner antas det at kjøretøyet 10 automatisk vil gå frem og tilbake mellom et lastested og et overføringspunkt med valgfrie utsving deri-mellom.

Alternativt kan rørene 32 installeres i flere spesifiserte baner. Ved å styre be-lysningen av forskjellige rør, kan et kjøretøy 10 følge forskjellige grentrafikk-mønstre. For eksempel, hvis rørene 32 er ført mellom punkter X og Y, kan det være nyttig å valgfritt la kjøretøyet ta en omvei til stedet Z. Følgelig kan et grenrør 32 selektivt opplyses, mens hovedlinjen er gjort mørkere. På dette viset vil kjøretøyene følge røret 32 som fører til stedet Z hovedsakelig på samme måte som et tog føres til et alternativt sted ved hjelp av en sporveksler. Selvfølgelig kan ytterligere grener til-veiebringe lett adkomst til enhver seksjon av konstruksjonen. Ved kun å sekvensielt slå rørene 32 på og av, vil kjøretøyet følge enhver foreskrevet bane. Fleksibiliteten som tilveiebringes ved de lett monterte rørene 32 er betydelig.

Lysrøret 32 kan enten henges fra den bakre delen 34 slik at det er relativt parallelt med gulvet. Det vil si, det er irregulært adskilt fra den bakre delen 34, slik at det er relativt rett. Alternativt kan det fleksible lysrøret 32 være direkte festet til den bakre delen 34 slik at det følger konturene og bølgebevegelsene til den bakre delen 34. Avhengig av omstendighetene, kan forskjellige kombinasjoner av opphengs-måtene benyttes. Et slikt eksempel er vist i fig. 1.

Logikken i den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 3. Ved å utnytte både et fremovervendende kamera 38 og et bakover-vendende kamera 36, kan kjøretøyet 10 krysse ethvert mønster uten å måtte snu rundt. Når endestasjonen til en rute nås, vil kameraene styre kjøretøyet tilbake langs banen eller inntil et annet aktivisert lys-rør påtreffes.

Kameraene 26 og 28 er CCD-videokamera som anvender vid-vinkellinser. Signalene som mottas av kameraene prosesseres av en ITRAN (varemerke) Corporation (670 N. Commercial Street, NH 03101) syns-system modell M-DS21-001, selv om lignende systemer kan anvendes.

Itran synssystem 38 ble opprinnelig konstruert for å optisk scanne produkter som sekvensielt beveger seg forbi et fast sted. Benyttet for kvalitetskontroll-formål, måler systemet størrelser, verifiserer toleranser, og detekterer feil i produktet etter-som de fremstilles.

For den foreliggende oppfinnelse ble synssystemet tilpasset til null i en på lys-røret, følger det, og korrigerer for ethvert avvik når kjøretøyet 10 kommer ut av kurs.

Styreprosessen begynner med at synssystemet 38 fanger et todimensjonalt videobilde fra både det bakre og fremre kamera 26 og 28. Synssystemet 38 ana-lyserer så bildene ved å benytte en gråskala-bildeprosesseringsteknikk for å tilveie-bringe nøyaktighet for fine detaljer. Hver gang synssystemet 38 oppnår det todimen-sjonale bilde, har det muligheten til å lokalisere lysrøret 32 i flere fremre og bakre

steder. Systemet er i stand til å se fremover eller bakover på grunn av den vinklede (dvs. ikke-90°) plasseringen av kameraene og mulighetene til synssystemet 38. Ved

å benytte en "forover-rettet" (eller "bakoverrettet") avsøking (scanning), er systemet i stand til å bestemme om en kurve nærmer seg på forhånd. Denne intelligensen er avgjørende for systemet, spesielt ved høyere hastigheter, på grunn av ved å kjenne banen til kursen en avstand fremover, kan systemet komme i forkjøpet (forutse) ved å senke kjørers hastighet til en sikker hastighet som er relevant for kur/ens skarp-het. Likeledes er systemet 38 i stand til å differensiere mellom en virkelig kurve og en helning i kjøretøyet 10 på grunn av ujevne gulv 12.

Systemet 38 sender så røret 32 informasjon til en programmerbar logisk kon-troller (PLC) 40 gjennom en Modbus Plus (varemerke) software protokoll. PLC 40, som har den riktige software, fremviser de innkomne data fra synssystemet 38. Den fremviser spesielt kontinuerlig lysbildet som faller på CCD-rekken fra røret 2. Ved å sammenligne de forskjellige vinklene, avstandene og gråskalabildet gir PLC 40 styring og andre kommandoer til kjøretøyet 10 via hydrauliske kontrollsystemer 42.

I et miljø under jorden kan avstanden mellom røret 32 og kjøretøyet 10 variere. Det er derfor avgjørende å bestemme denne avstanden for å finne ut nøy-aktig det laterale avviket til kjøretøyet 10 vis a vis røret 32. Følgelig bestemmer PLC 40 kontinuerlig den vertikale avstanden og enhver horisontal avvikskomponent for hvert bilde.

Programvaren forbundet med synssystemet 38;

1) Detekterer lyssporbildet skapt ved lysrøret 32,

2) Bestemme posisjonen til hvert opplyst sporbilde på flere steder i synsom-rådet.

3) Bestemmer bredden av hvert opplyst spor.

4) Basert på sporbredden, beregnes avstanden fra kjøretøyet 10 til lysrøret 32. 5) Basert på vinkelen til styrekameraene 26 og 28, (vinkelen A og B) og med referanse til et forhåndsinnstilt referansepunkt, beregnes posisjonen av sporet med små toleranser. 6) Ved å lokalisere sporet i flere deler samtidig, er systemet i stand til å forutse en kurve.

Det skal bemerkes at selv om systemet er spesielt tilpasset for utgravinger under jorden, kan systemet benyttes i posisjoner slik som kontorer, konstruksjons-steder, varehus, sykehus etc. Fleksibiliteten som tilbys ved lysrøret 32 vis a vis det skråstilte kamera og programvare-kombinasjonen, tillater ekspedisjoner automatisk styring. Lysrøret 2 kan henges fra omtrent enhver overflate, og kjøretøyet 10 kan krysse omtrent enhver overflate uten bekymring for deres jevnhet eller mangel på dette. Ingen kompliserte stive konstruksjoner, nedgravde vaiere, reflektorer, faste lyskilder og laser er nødvendig.

Mens det i henhold til lovforanstaltningene er illustrert heri spesielle utførelser av oppfinnelsen, vil de som er kjent på fagområdet forstå at forandringer kan gjøres i form av oppfinnelsen dekket av kravene, og at disse trekk av oppfinnelsen noen ganger kan benyttes med fordel uten tilsvarende bruk av de andre trekkene.

Claims (13)

1. System for styring av et kjøretøy gjennom en irregulær konstruksjon som har i det minste et gulv og en bakdel, karakterisert ved at systemet omfatter et styrbart kjøretøy, kjøretøyet innbefatter en proksimal seksjon og en distal seksjon, kjøretøyet har en horisontal referanse-akse, et skråstilt lyssensitivt apparat festet til den proksimale seksjonen og den distale seksjonen, en kontinuerlig lyskilde arrangert over kjøretøyet og parallell til den beregnede banen av kjøretøyet, innretning for å prosessere posisjonssignalet generert av det lyssensitive apparatet vis a vis den kontinuerlige lyskilden, innretning for å overføre prosesseringssignalene i kjøretøy-styringskommandoer, og innretning for å motta styrekommandoene og å styre kjøretøyet.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige lyskilden er et lysrør.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige lyskilden er fleksibel.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det er forbundet med et leddet kjøretøy.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den irregulære konstruksjonen er en utgravning under jorden.

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det lyssensitive apparatet er et kamera, og kameraet er lokalisert ved en vinkel forskjellig fra 90° fra den horisontale referansen.

7. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige lyskilden følger konturene til bakdelen.

8. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige lyskilden er irregulært adskilt fra den bakre delen.

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for å prosessere posisjoneringssig-nalene forutser tilnærmingen av en kurve.

10. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den bakre delen er irregulær.

11. System ifølge krav 1, karakterisert ved at gulvet er irregulært.

12. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige lyskilden utplasseres fra et sted innen konstruksjonen til i det minste et andre sted innen konstruksjonen.

13. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige lyskilden innbefatter grener som fører til ytterligere steder innen konstruksjonen.