RU2617727C1

RU2617727C1 - Method for determining the relative mutual position of the driving and driven vehicles and device for its implementation

Info

Publication number: RU2617727C1
Application number: RU2015151848A
Authority: RU
Inventors: Станислав Артурович Голь; Александр Григорьевич Борисов; Владимир Сергеевич Леушкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КБ Аврора"
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-04-26

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: relative mutual position is determined based on the measurement results of the duration of the ultrasonic pulse propagation from the source located on the driving vehicle up to three or more receivers arranged on the driven vehicle, wherein the relative mutual position of the driving and driven vehicle is determined by significant subset of measurement results of the propagation duration of ultrasonic pulse generated from the results of measurements finished by the end of a predetermined time interval.

EFFECT: expanded functionality of means for determining the relative mutual position of the driving and driven vehicles, which makes it possible to determine the relative position in situations where not all control ultrasonic pulses receivers are in direct visibility of impulse source.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерений, в частности к области способов и систем определения координат объектов за счет использования вторичного излучения акустических волн, и может быть использовано при создании систем управления мобильными наземными робототехническими комплексами.The invention relates to the field of measurements, in particular to the field of methods and systems for determining the coordinates of objects through the use of secondary radiation of acoustic waves, and can be used to create control systems for mobile ground-based robotic complexes.

Одним из современных сценариев применения мобильных наземных робототехнических комплексов в форме беспилотных транспортных средств является сценарий «следуй за мной». Сущность подобного сценария заключается в том, что беспилотное наземное транспортное средство оснащается оборудованием, позволяющим определять относительное взаимное положение ведомого беспилотного транспортного средства и ведущего. Ведущим может выступать как другое транспортное средство (автономное, телеуправляемое или управляемое водителем), так и человек. Ведущий оснащается техническими средствами, позволяющими идентифицировать его на фоне окружающей обстановки: визуальными метками, средствами радиоприема/радиопередачи, инфракрасными, ультразвуковыми метками и другими подобными средствами. Ведомое транспортное средство оснащается техническими средствами, способными распознать метку на фоне окружающей обстановки и определить ее положение относительно ведомого транспортного средства. Результаты определения относительного взаимного положения в дальнейшем используются для управления параметрами движения, например скоростью и углом поворота, ведомого транспортного средства. Подобным образом организуется дистанционное управление автономным транспортным средством при необходимости движения по динамически формируемой траектории. Ключевым вопросом реализации сценария «следуй за мной» является вопрос определения относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства.One of the modern scenarios for the use of mobile ground-based robotic systems in the form of unmanned vehicles is the “follow me” scenario. The essence of this scenario is that the unmanned ground vehicle is equipped with equipment that allows you to determine the relative relative position of the slave unmanned vehicle and the master. The host can be either another vehicle (autonomous, telecontrolled or controlled by the driver), or a person. The host is equipped with technical tools that allow him to be identified against the background of the surrounding environment: visual marks, radio reception / radio transmission, infrared, ultrasonic marks and other similar means. The driven vehicle is equipped with technical means capable of recognizing the mark against the background of the environment and determining its position relative to the driven vehicle. The results of determining the relative relative position are further used to control motion parameters, for example, speed and angle of rotation of the driven vehicle. In a similar way, remote control of an autonomous vehicle is organized if it is necessary to move along a dynamically formed trajectory. The key issue in the implementation of the “follow me” scenario is the question of determining the relative relative position of the leading and the driven vehicles.

Известен способ, реализованный в устройстве [1], в соответствии с которым взаимное положение ведущего и ведомого транспортного средства определяется по результатам измерения интервалов времени, прошедших с момента начала цикла до момента получения ультразвукового сигнала каждым из двух, установленных на ведомом транспортном средстве приемников ультразвукового сигнала. Начало цикла определяется устройством, размещенным на ведущем, при этом указанным устройством формируется импульс, передаваемый по радиоканалу и принимаемый аппаратурой, размещенной на ведомом транспортном средстве. Одновременно с формированием импульса, обозначающего начало цикла, аппаратурой, размещенной на ведущем, формируется ультразвуковой импульс, излучаемый в направлении ведомого транспортного средства. Прием излученного ультразвукового импульса производится двумя пространственно разнесенными приемниками, размещенными на ведомом транспортном средстве. Интервалы времени, прошедшие с момента приема стартового импульса, переданного через радиоканал, и приема ультразвукового импульса каждым из двух приемников, размещенных на ведомом транспортном средстве, измеряются соответствующими устройствами, размещенными на ведомом транспортном средстве. На основе результатов измерений двух интервалов времени производится определение взаимного относительного положения ведущего и ведомого транспортного средства в полярной системе координат. При этом плоскость, в которой расположена указанная система координат, совпадает с плоскостью, проходящей через излучатель и приемники ультразвукового излучения.The known method implemented in the device [1], in accordance with which the relative position of the leading and the driven vehicle is determined by measuring the time intervals elapsed from the start of the cycle to the moment of receiving the ultrasonic signal by each of the two ultrasonic signal receivers installed on the driven vehicle . The beginning of the cycle is determined by the device located on the master, while the specified device generates a pulse transmitted over the air and received by the equipment located on the slave vehicle. Simultaneously with the formation of a pulse indicating the beginning of the cycle, equipment located on the master, an ultrasonic pulse is generated, emitted in the direction of the driven vehicle. Reception of the emitted ultrasonic pulse is carried out by two spatially separated receivers located on a driven vehicle. The time intervals elapsed since the reception of the start pulse transmitted via the radio channel and the reception of the ultrasonic pulse by each of the two receivers located on the slave vehicle are measured by the corresponding devices located on the slave vehicle. Based on the measurement results of two time intervals, the relative relative positions of the master and slave vehicles are determined in the polar coordinate system. In this case, the plane in which the indicated coordinate system is located coincides with the plane passing through the emitter and receivers of ultrasonic radiation.

Данный способ обладает низкими функциональными возможностями, поскольку использование всего лишь двух приемников не позволяет определять точное взаимное положение ведущего и ведомого транспортного средства в трехмерной, например декартовой, системе координат.This method has low functionality, since the use of only two receivers does not allow to determine the exact relative position of the leading and the slave vehicles in a three-dimensional, for example, Cartesian, coordinate system.

Известен также способ, наиболее близкий к заявляемому [2], в соответствии с которым взаимное положение ведущего и ведомого транспортного средства определяется по результатам измерения длительности распространения ультразвукового сигнала, посланного излучателем, установленным на ведущем, и разности времен получения ультразвукового сигнала каждым из трех или более пространственно разнесенных приемников ультразвукового сигнала, установленных на ведомом транспортном средстве. Способ состоит из нескольких этапов. На первом этапе при помощи устройства, установленного на ведомом транспортном средстве, формируется импульс, обозначающий начало очередного цикла измерений. Сформированный импульс по радиоканалу передается на приемник, установленный на ведущем. При получении импульса по радиоканалу аппаратурой, размещенной на ведущем, формируется ответный импульс, передаваемый при помощи ультразвукового излучателя. Ответный импульс принимается не менее чем тремя ультразвуковыми приемниками, размещенными на ведомом транспортном средстве. Интервалы времени, прошедшие с момента посылки импульса по радиоканалу до момента получения ответного импульса, измеряются для каждого ультразвукового приемника, установленного на ведомом транспортном средстве. По результатам измерений определяются также разности измеренных интервалов времени для каждой пары ультразвуковых приемников. На основании результатов измерений интервалов времени и разностей измеренных интервалов времени производится определение взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства.There is also known a method closest to the claimed [2], according to which the relative position of the leading and the driven vehicle is determined by measuring the propagation duration of the ultrasonic signal sent by the emitter installed on the master, and the difference in the time of receipt of the ultrasonic signal by each of three or more spatially separated receivers of an ultrasonic signal mounted on a slave vehicle. The method consists of several stages. At the first stage, with the help of a device installed on a slave vehicle, an impulse is formed, indicating the beginning of the next measurement cycle. The generated pulse is transmitted over the air to a receiver mounted on the master. Upon receipt of an impulse via a radio channel by equipment located on the master, a response impulse is generated, transmitted using an ultrasonic emitter. The response pulse is received by at least three ultrasonic receivers located on the slave vehicle. The time intervals elapsed from the moment of sending the pulse via the radio channel to the moment of receiving the response pulse are measured for each ultrasonic receiver mounted on the slave vehicle. According to the measurement results, the differences of the measured time intervals for each pair of ultrasonic receivers are also determined. Based on the results of measurements of time intervals and the differences of the measured time intervals, the relative position of the leading and the slave vehicles is determined.

Реализация данного способа требует расположения ведущего и ведомого транспортного средства таким образом, чтобы все приемники ультразвукового излучения находились в прямой видимости излучателя ультразвука, что существенно ограничивает множество возможных взаимных положений ведущего и ведомого транспортного средства. Также, вследствие указанного требования, ограничиваются возможности применения способа в ситуациях, когда некоторые приемники ультразвука заслоняются препятствиями, например, высокой травой или ветками кустарника.The implementation of this method requires the location of the master and slave vehicles in such a way that all receivers of ultrasonic radiation are in direct line of sight of the ultrasonic emitter, which significantly limits the many possible mutual positions of the master and slave vehicles. Also, due to this requirement, the possibilities of applying the method are limited in situations where some ultrasound receivers are blocked by obstacles, for example, tall grass or branches of a bush.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей средств определения относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства, дающее возможность определять взаимное положение в ситуациях, когда не все приемники контрольных ультразвуковых импульсов находятся в прямой видимости источника импульсов.The aim of the invention is to expand the functionality of means for determining the relative relative position of the driving and driven vehicles, making it possible to determine the relative position in situations where not all receivers of the control ultrasonic pulses are in direct line of sight of the pulse source.

Способ основан на использовании значимого подмножества результатов измерений длительности распространения контрольного ультразвукового импульса от источника, размещенного на ведущем, до трех или большего количества приемников, размещенных на ведомом транспортном средстве. Значимое подмножество формируется в течение заранее заданного интервала времени - окна измерения, формируемого в каждом цикле определения относительного взаимного положения. В указанное значимое подмножество результатов включаются результаты измерений для датчиков, получивших контрольный ультразвуковой импульс, сформированный и излученный техническими средствами, размещенными на ведущем, до завершения окна измерения. Начало очередного цикла определения относительного взаимного положения обозначается специальным сигналом, например прямоугольным импульсом. Указанный сигнал передается по радиоканалу на технические средства, размещенные на ведущем и вызывает формирование и излучение контрольного ультразвукового импульса.The method is based on the use of a significant subset of the measurement results of the propagation duration of a control ultrasonic pulse from a source located on the lead to three or more receivers located on the slave vehicle. A significant subset is formed during a predetermined time interval - a measurement window formed in each cycle of determining the relative relative position. The indicated significant subset of results includes measurement results for sensors that received a control ultrasonic pulse, generated and emitted by technical means placed on the master, until the measurement window is completed. The beginning of the next cycle of determining the relative relative position is indicated by a special signal, for example, a rectangular pulse. The specified signal is transmitted over the air to the technical means located on the master and causes the formation and emission of a control ultrasonic pulse.

Одновременно с передачей по радиоканалу сигнала, обозначающего начало очередного цикла, инициируются последовательно: остановка тех измерителей временных интервалов, которые не были остановлены сигналами приемников ультразвукового импульса; считывание результатов измерений, полученных в предыдущем цикле; сброс измерителей в начальное состояние; запуск измерителей временных интервалов.Simultaneously with the transmission by radio channel of a signal indicating the beginning of the next cycle, they are initiated sequentially: stop those time interval meters that were not stopped by the signals of the ultrasonic pulse receivers; reading the measurement results obtained in the previous cycle; reset meters to the initial state; launch of time interval meters.

На ведомом транспортном средстве размещается не менее трех приемников ультразвукового сигнала и, соответственно, не менее трех измерителей временных интервалов. Измерители временных интервалов, связанные с каждым из приемников ультразвукового сигнала, завершают измерение в момент получения приемником контрольного ультразвукового импульса, сформированного и излученного техническими средствами, размещенными на ведущем. Для индикации факта приема ультразвукового импульса может, например, использоваться специальный сигнал, формируемый техническими средствами, связанными с каждым приемником ультразвука. Измерения, завершенные в момент приема контрольного ультразвукового импульса, являются значимыми и впоследствии используются в качестве исходных данных для определения относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства. Измерители временных интервалов, связанные с теми ультразвуковыми приемниками, которые не получили контрольный ультразвуковой импульс до завершения окна измерения, останавливаются в начальной фазе следующего цикла определения относительного взаимного положения. Показания остановленных в момент завершения окна измерения измерителей временных интервалов не относятся к значимому подмножеству и не используются при определении относительного взаимного положения ведомого и ведущего транспортного средства.On the slave vehicle is located at least three receivers of the ultrasonic signal and, accordingly, at least three time interval meters. The time interval meters associated with each of the receivers of the ultrasonic signal complete the measurement at the time the receiver receives the control ultrasonic pulse generated and emitted by technical means located on the master. To indicate the fact of receiving an ultrasonic pulse, for example, a special signal generated by technical means associated with each ultrasound receiver can be used. The measurements completed at the time of receiving the reference ultrasonic pulse are significant and are subsequently used as input to determine the relative relative position of the master and slave vehicles. The time interval meters associated with those ultrasonic receivers that did not receive a control ultrasonic pulse before the completion of the measurement window are stopped in the initial phase of the next cycle of determining the relative relative position. The readings of time interval meters stopped at the time of completion of the measurement window do not belong to a significant subset and are not used to determine the relative relative position of the slave and the leading vehicle.

Определение относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства производится одновременно с выполнением следующего цикла измерений по результатам, вошедшим в значимое подмножество, на основе известных соотношений, например, как решение системы уравненийThe relative position of the leading and the driven vehicle is determined simultaneously with the next measurement cycle based on the results included in a significant subset, based on known relationships, for example, as a solution to a system of equations

гдеWhere

- расстояние от источника ультразвука до i-го приемника;

- the distance from the ultrasound source to the i-th receiver;

i - порядковый номер приемника ультразвука в значимом подмножестве;i is the serial number of the ultrasound receiver in a significant subset;

n - количество результатов в значимом подмножестве измерений;n is the number of results in a significant subset of measurements;

c - скорость распространения ультразвука в воздухе;c is the velocity of propagation of ultrasound in air;

T_i - результат измерения временного интервала для i-го приемника;T _i - the result of measuring the time interval for the i-th receiver;

x,y,z - искомые координаты источника ультразвука, размещенного на ведущем в декартовой системе координат, связанной с ведомым транспортным средством;x, y, z are the desired coordinates of the ultrasound source located on the leading in the Cartesian coordinate system associated with the driven vehicle;

x_i,y_i,z_i - координаты i-го приемника, вошедшего в значимое подмножество, в декартовой системе координат, связанной с ведомым транспортным средством;x _i , y _i , z _i - coordinates of the i-th receiver included in a significant subset in the Cartesian coordinate system associated with the slave vehicle;

одним из известных методов теории оптимизации, если значимое подмножество результатов измерений состоит из трех или большего числа элементов, или известных тригонометрических соотношений, например,one of the known methods of optimization theory, if a significant subset of the measurement results consists of three or more elements, or known trigonometric relations, for example,

где

Where

L - искомое полярное расстояние до источника ультразвука, размещенного на ведущем, в полярной системе координат, связанной с ведомым транспортным средством;L is the desired polar distance to the ultrasound source located on the lead in the polar coordinate system associated with the driven vehicle;

- расстояние от источника ультразвука до приемника с меньшим значением координаты у;

- the distance from the ultrasound source to the receiver with a smaller coordinate value y;

T_l - результат измерения временного интервала для приемника с меньшим значением координаты у;T _l - the result of measuring the time interval for the receiver with a smaller value of the coordinate y;

- расстояние от источника ультразвука до приемника с большим значением координаты у;

- the distance from the ultrasound source to the receiver with a large value of the coordinate y;

Т_r - результат измерения временного интервала для приемника с большим значением координаты у;T _r - the result of measuring the time interval for the receiver with a large coordinate value y;

D - половина расстояния между приемниками ультразвука, вошедшими в значимое подмножество;D is half the distance between the ultrasound receivers included in a significant subset;

θ - искомый полярный угол источника ультразвука, размещенного на ведущем, в полярной системе координат, связанной с ведомым транспортным средством; если значимое подмножество результатов измерений состоит из двух элементов.θ is the desired polar angle of the ultrasound source located on the lead in the polar coordinate system associated with the driven vehicle; if a significant subset of the measurement results consists of two elements.

Техническим результатом, обеспечиваемым способом, является расширение функциональных возможностей средств определения относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства за счет проведения измерений и расчетов в ситуациях, когда не все приемники ультразвукового сигнала, установленные на ведомом транспортном средстве, получают ультразвуковой сигнал, сформированный излучателем, например потому, что они не находятся в прямой видимости излучателя, заслонены от излучателя препятствиями, находятся слишком далеко от излучателя или по другим причинам.The technical result provided by the method is to expand the functionality of the means for determining the relative relative position of the leading and the driven vehicle by performing measurements and calculations in situations where not all ultrasonic signal receivers installed on the driven vehicle receive an ultrasonic signal generated by the emitter, for example because they are not in the direct line of sight of the emitter, obscured by obstacles from the emitter, are too far away Eko from the emitter or for other reasons.

Сущность способа иллюстрируется диаграммами, приведенными на фиг. 1 и фиг. 2. Диаграммы, изображенные на фиг. 1, иллюстрируют ситуацию, в которой контрольный ультразвуковой импульс U_cus, сформированный техническими средствами, размещенными на ведущем, принимается тремя приемниками ультразвукового излучения U_respl, U_resp2 и U_resp3, размещенными на ведомом транспортном средстве. Контрольный ультразвуковой импульс формируется в момент получения по радиоканалу импульса U_start, обозначающего начало очередного цикла. Передний фронт импульса U_start инициирует процессы остановки измерителей временных интервалов, считывания результатов предыдущего цикла измерений, сброса измерителей и индикаторов приема U_deti в исходное состояние, а также запуска измерителей временных интервалов.The essence of the method is illustrated by the diagrams shown in FIG. 1 and FIG. 2. The diagrams shown in FIG. 1 illustrate a situation in which a control ultrasonic pulse U _cus , generated by technical means located on a master, is received by three ultrasonic radiation receivers U _respl , U _resp2 and U _resp3 placed on a driven vehicle. The control ultrasonic pulse is formed at the moment of receiving the U _start pulse via the radio channel, indicating the beginning of the next cycle. The leading edge of the pulse U _start initiates the processes of stopping time interval meters, reading the results of the previous measurement cycle, resetting the meters and reception indicators U _deti to the initial state, as well as starting the time interval meters.

Длительность окна измерения T_mwin зависит от длительности цикла измерений Т_с и длительности запускающего импульса и определяется как (Т_с-T_start), где T_start - длительность запускающего импульса.The duration of the measurement window T _mwin depends on the duration of the measurement cycle T _s and the duration of the trigger pulse and is defined as (T _s -T _start ), where T _start is the duration of the trigger pulse.

В ситуации, описываемой диаграммами фиг. 1, каждый из приемников получает контрольный импульс до завершения окна измерения. Таким образом, значимое подмножество состоит из результатов измерений длительностей временных интервалов T₁, Т₂ и Т₃, что индицируется сигналами индикаторов приема U_det1, U_det2 и U_det3. Определение относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства осуществляется средствами обработки данных, размещенными на ведомом транспортном средстве, на основе известных соотношений. Например, координаты ведущего в декартовой системе координат, связанной с ведомым транспортным средством, являются решением системы уравнений (1) для случая трех расстояний: r₁=сТ₁, r₂=сТ₂ и r₃=сТ₃. Вычисления производятся параллельно с выполнением следующего цикла измерений. Диаграммы фиг. 2 описывают ситуацию, в которой формирование контрольного ультразвукового импульса, формирование окна измерений и управление средствами измерений временных интервалов осуществляется так же, как и в предыдущем случае. Отличие заключается в том, что один из приемников ультразвукового излучения U_respl не получает контрольный импульс в течение заданного интервала времени T_mwin. В итоге, значимое подмножество результатов измерений состоит из величин Т₂ и Т₃. Относительное взаимное положение ведущего и ведомого транспортного средства определяется на основе соотношений (2), в которых, например, r_ι=сТ₂ и r_r=сТ₃, параллельно с выполнением следующего цикла измерений.In the situation described by the diagrams of FIG. 1, each of the receivers receives a control pulse until the measurement window is completed. Thus, a significant subset consists of measurements of the durations of time intervals T ₁ , T ₂ and T ₃ , which is indicated by the signals of the reception indicators U _det1 , U _det2 and U _det3 . The relative position of the master and slave vehicles is determined by means of data processing located on the slave vehicle, based on known ratios. For example, the coordinates of the leader in the Cartesian coordinate system associated with the driven vehicle are the solution to the system of equations (1) for the case of three distances: r ₁ = cT ₁ , r ₂ = cT ₂ and r ₃ = cT ₃ . Calculations are made in parallel with the next measurement cycle. The diagrams of FIG. 2 describe a situation in which the formation of a control ultrasonic pulse, the formation of a measurement window and the control of measuring instruments for time intervals is carried out in the same way as in the previous case. The difference lies in the fact that one of the receivers of ultrasonic radiation U _respl does not receive a control pulse for a given time interval T _mwin . As a result, a significant subset of the measurement results consists of the values of T ₂ and T ₃ . The relative relative position of the driving and driven vehicles is determined on the basis of relations (2), in which, for example, r _ι = cT ₂ and r _r = cT ₃ , in parallel with the next measurement cycle.

Устройство для определения относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства состоит из эхо-ответчика, размещенного на ведущем, и сенсорного-вычислительного комплекса, размещенного на ведомом транспортном средстве. Структурная схема устройства приведена на фиг. 3.A device for determining the relative relative position of the master and the slave vehicle consists of an echo responder located on the master and a sensor-computer complex located on the slave vehicle. The block diagram of the device is shown in FIG. 3.

Эхо-ответчик 1 включает в себя приемник радиосигналов 3, своим выходом соединенный с формирователем ультразвуковых импульсов 4, выход которого соединен со входом возбуждения ультразвукового излучателя 5.The echo transponder 1 includes a radio signal receiver 3, its output connected to the shaper of ultrasonic pulses 4, the output of which is connected to the excitation input of the ultrasonic emitter 5.

Сенсорно-вычислительный комплекс 6 состоит из генератора запускающих импульсов 7, выход которого соединен со входом передатчика радиосигналов 8, а также со входом запроса прерывания микропроцессора 9. Выходы микропроцессора подключены к линиям сброса, запуска и остановки измерителей временных интервалов, линии стробирования результатов измерений и системной магистрали. Сенсорно-вычислительный комплекс также содержит три или более измерительных канала 10, по числу установленных на ведомом транспортном средстве приемников ультразвуковых импульсов 11. Каждый канал, помимо приемника ультразвуковых импульсов 11, выход которого соединен со входом сброса триггера измерений 12 и первым входом элемента «ИЛИ» 13, содержит измеритель длительности временного интервала 14, информационные выходы которого соединены с одноименными входами регистра 15. Вход старшего разряда регистра 15 соединен с выходом триггера измерений 12, а вход строба записи - с линией стробирования результатов. Вход запуска измерителя длительности временного интервала 14 соединен с линией запуска, вход сброса - с линией сброса, а вход остановки соединен с выходом элемента «ИЛИ» 13, второй вход которого подключен к линии остановки. Выходы данных регистра 15 соединены с линиями данных системной магистрали, а управляющие входы соединены с линиями управления системной магистрали. Системная магистраль микропроцессора соединена также со входами-выходам и интерфейсного устройства 16, предназначенного для взаимодействия с внешними устройствами и системами. Передатчик радиосигналов 8 оснащен передающей антенной 17, а приемник радиосигналов 3 - приемной антенной 18.The sensor-computing complex 6 consists of a trigger pulse generator 7, the output of which is connected to the input of the radio signal transmitter 8, as well as to the interrupt request input of the microprocessor 9. The microprocessor outputs are connected to the reset, start and stop lines of time interval meters, the measurement results gating line, and the system highways. The sensor-computing complex also contains three or more measuring channels 10, according to the number of ultrasonic pulse receivers 11 installed on the driven vehicle. Each channel, in addition to the ultrasonic pulse receiver 11, whose output is connected to the reset trigger input 12 and the first input of the OR element 13, comprises a time interval duration meter 14, the information outputs of which are connected to the inputs of the same register 15. The high-order bit of the register 15 is connected to the trigger output measured 12 th, and the entrance gate entry - with a line sampling results. The start input of the time interval meter 14 is connected to the start line, the reset input is connected to the reset line, and the stop input is connected to the output of the OR element 13, the second input of which is connected to the stop line. The outputs of the register data 15 are connected to the data lines of the system bus, and the control inputs are connected to the control lines of the system bus. The microprocessor system bus is also connected to the inputs / outputs and interface device 16, designed to interact with external devices and systems. The radio signal transmitter 8 is equipped with a transmitting antenna 17, and the radio signal receiver 3 is equipped with a receiving antenna 18.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В начале очередного цикла определения относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства генератором импульсов 7, входящим в состав сенсорно-вычислительного комплекса 6, формируется импульс запуска, поступающий на вход передатчика радиосигналов 8, а также на вход запроса прерывания микропроцессора 9. Передатчик радиосигналов модулирует и излучает поступивший импульс через передающую антенну 17. Излученный радиоимпульс при помощи приемной антенны 18 принимается приемником радиосигналов 3, входящим в состав эхо-ответчика 1, а затем передается на вход формирователя ультразвуковых импульсов 4, формирующего и подающего импульс ультразвука на вход ультразвукового излучателя 5. Ультразвуковой излучатель 5 посылает ультразвуковой импульс в сторону ведомого транспортного средства. Импульс запуска, сформированный генератором импульсов 7, входящим в состав сенсорно-вычислительного комплекса 6, и поступивший на вход запроса прерывания микропроцессора 9, вызывает запуск подпрограммы формирования управляющих импульсов и подпрограммы считывания и обработки результатов измерений.At the beginning of the next cycle of determining the relative relative position of the master and the driven vehicle, a pulse generator 7, which is part of the sensor-computing complex 6, is generated by a trigger pulse, which is input to the transmitter of the radio signals 8, as well as to the input of the interrupt request microprocessor 9. The radio signal transmitter modulates and emits the received pulse through the transmitting antenna 17. The emitted radio pulse with the help of the receiving antenna 18 is received by the radio signal receiver 3, which is part of eh -otvetchika 1, and then transmitted to the input of the ultrasonic pulses 4, the forming and feeding the input pulse ultrasound sonotrode 5. The ultrasonic transducer sends an ultrasound pulse 5 in the direction of the driven vehicle. The trigger pulse generated by the pulse generator 7, which is part of the sensor-computing complex 6, and received at the input of the interrupt request microprocessor 9, causes the start of the subroutine for generating control pulses and the subroutine for reading and processing the measurement results.

Подпрограмма формирования управляющих импульсов формирует последовательно и подает на соответствующие выходы микропроцессора импульсы стробирования результатов, остановки измерений, сброса измерительного канала и запуска измерений. Импульс стробирования результатов подается на линию стробирования результатов измерений и поступает на стробирующие входы регистров 15 в каждом измерительном канале 10. Поступивший на вход стробирования импульс фиксирует в регистре результат измерения временного интервала в предыдущем цикле, а также признак приема ультразвукового импульса, поступающий в старший разряд данных регистра 15 с триггера измерений 12. Импульс остановки измерений подается микропроцессором 9 на линию остановки, которая подключена ко вторым входам элементов «ИЛИ» 13 в каждом из измерительных каналов 10. На выходе элемента «ИЛИ» 13 в результате формируется импульс, поступающий на вход остановки измерителя временного интервала 14 и останавливающий измерения, если они не остановлены ранее, импульсом, поступившим с выхода приемника ультразвуковых сигналов 11. Импульс сброса, формируемый микропроцессором 9, поступает на линию сброса и через нее подается на вход сброса измерителя временных интервалов 14 в каждом из измерительных каналов 10, а также на вход установки триггера измерений 12 в каждом из измерительных каналов 10, переводя выход триггера в состояние логической 1. Импульс запуска поступает на линию запуска и через нее - на входы запуска измерителей временных интервалов 14 в каждом измерительном канале 10. В момент подачи импульса запуска начинается очередной цикл измерений. Когда приемник ультразвуковых импульсов 11 принимает импульс, излученный ультразвуковым излучателем 5 эхо-ответчика 1, на его выходе формируется импульс, поступающий на первый вход элемента «ИЛИ» 13. В результате, на выходе элемента «ИЛИ» 13 также формируется импульс, поступающий на вход остановки измерений измерителя временных интервалов 14, а также на вход сброса триггера измерений 12. Поступивший на вход сброса триггера импульс переводит выход триггера измерения 12 в состояние логического 0, индицируя тем самым завершение измерения временного интервала до завершения окна измерения. Длительность окна измерения в рассматриваемой системе определяется длительностью паузы между импульсами запуска, формируемыми генератором импульсов 7.The subroutine for generating control pulses generates sequentially and feeds to the corresponding microprocessor outputs pulses of gating the results, stopping the measurements, resetting the measuring channel and starting the measurements. The gating impulse of the results is supplied to the gating line of the measurement results and is supplied to the gate inputs of the registers 15 in each measuring channel 10. The impulse received at the gating input records in the register the result of the measurement of the time interval in the previous cycle, as well as the sign of receiving an ultrasonic pulse entering the senior data register 15 from the trigger of measurements 12. The pulse of stopping the measurements is supplied by the microprocessor 9 to the stop line, which is connected to the second inputs of the elements "OR "13 in each of the measuring channels 10. At the output of the element" OR "13, a pulse is generated that arrives at the stop input of the time interval meter 14 and stops the measurements, if they have not been stopped earlier, by the pulse received from the output of the ultrasonic signal receiver 11. Pulse the reset generated by the microprocessor 9, enters the reset line and through it is fed to the reset input of the time interval meter 14 in each of the measuring channels 10, as well as to the input of the measurement trigger setup 12 in each meter 10 channels, translating the trigger output to logical 1. The trigger pulse is fed to the trigger line and through it to the trigger inputs of time interval meters 14 in each measuring channel 10. At the moment of the trigger pulse, the next measurement cycle begins. When the receiver of ultrasonic pulses 11 receives a pulse emitted by the ultrasonic emitter 5 of the echo transponder 1, a pulse is generated at its output, which arrives at the first input of the OR element 13. As a result, an output at the output of the element "OR" 13 is also formed stopping the measurement of the time interval meter 14, as well as to the reset trigger reset input 12. The pulse received at the trigger reset input transfers the output of the measurement trigger 12 to the state of logical 0, thereby indicating the completion of the measurement second interval until the completion of the measurement window. The duration of the measurement window in the system under consideration is determined by the duration of the pause between the start pulses generated by the pulse generator 7.

Подпрограмма считывания и обработки результатов измерений, запускаемая после формирования стробирующего импульса микропроцессором 9, формирует сигналы системной магистрали, необходимые для считывания данных из регистров 15 каждого измерительного канала 10. Считываемые данные содержат результаты измерения длительности временного интервала в канале на предыдущем цикле и признак приема ультразвукового импульса в виде уровня логического сигнала в старшем разряде считываемых данных. Старший разряд считываемых данных, установленный в логический 0 означает завершение измерений в канале в результате приема ультразвукового импульса, а установленный в логическую 1 - завершение измерений по завершению окна измерения T_mwin. Закончив сбор данных со всех каналов, подпрограмма считывания и обработки результатов начинает определение относительного взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства, причем для определения относительного взаимного положения используются только те результаты измерений длительности временных интервалов, для которых старший разряд имеет уровень логического 0. Результаты обработки - координаты ведущего в системе координат, связанной с ведомым транспортным средством, передаются затем из микропроцессора через интерфейсное устройство 16 для использования системой управления мобильным роботом, индикации координат ведущего на устройстве отображения или для решения других задач внешними системами.The subroutine for reading and processing the measurement results, which is started after the gate pulse is generated by microprocessor 9, generates the system bus signals necessary for reading data from the registers 15 of each measuring channel 10. The read data contains the results of measuring the duration of the time interval in the channel on the previous cycle and the sign of receiving an ultrasonic pulse in the form of the level of a logical signal in the high order of the read data. The highest digit of the read data set to logical 0 means the completion of measurements in the channel as a result of receiving an ultrasonic pulse, and set to logical 1 means the completion of measurements at the end of the measurement window T _mwin . Having finished collecting data from all channels, the subroutine for reading and processing the results begins to determine the relative relative position of the master and slave vehicles, and to determine the relative mutual position, only those measurement results are used for the duration of time intervals for which the senior digit has a logic level of 0. Processing results - the coordinates of the master in the coordinate system associated with the slave vehicle are then transmitted from the microprocessor through the inter eysnoe device 16 for use by the mobile robot control system, the master display coordinates on the display unit or for other tasks external systems.

Источники информацииInformation sources

1. Пат. 5611406А США, МКИ А63В 55/60, G05D 1/12, G01S 15/10, B62D 1/28, G05D 1/02. Automatic guiding and tracking device / К. Matsuzaki, S. Yamagishi; Заявлено 11.07.1995; Опубл. 18.03.1997.1. Pat. 5611406A USA, MKI A63B 55/60, G05D 1/12, G01S 15/10, B62D 1/28, G05D 1/02. Automatic guiding and tracking device / K. Matsuzaki, S. Yamagishi; Stated July 11, 1995; Publ. 03/18/1997.

2. Пат. 8949012B2 США, МКИ G05D 1/02, G06F 17/10, G06G 7/78. Automated multi-vehicle position, orientation and identification system and method / C-A. Rabbath, A. Morris, D. Grenier; Заявлено 05.04.2012; Опубл. 03.02.2015.2. Pat. 8949012B2 USA, MKI G05D 1/02, G06F 17/10, G06G 7/78. Automated multi-vehicle position, orientation and identification system and method / C-A. Rabbath, A. Morris, D. Grenier; Stated April 5, 2012; Publ. 02/03/2015.

Claims

1. The method of determining the relative relative position of the leading and the driven vehicle, characterized in that the relative relative position is determined based on the measurement results of the propagation duration of the ultrasonic pulse from the source located on the leading to three or more receivers located on the driven vehicle, characterized the fact that the determination of the relative relative position of the master and the slave vehicle is done using chimomu subset of measurement results the duration of ultrasonic pulses generated from the measurement results ended by the end of a predetermined time interval.

2. A device for determining the relative relative position of the leading and the driven vehicle, consisting of an echo transponder located on the master and including a series-connected radio signal receiver, an ultrasonic pulse shaper and an ultrasonic emitter, and a sensor-computing complex located on the driven vehicle and including a trigger pulse generator connected to a radio signal transmitter and a microprocessor connected to the reset lines, starting and stopping time interval meters, a gating line of measurement results and a system bus, an interface device connected to the system bus, and also including three or more measuring channels, according to the number of ultrasonic pulse receivers installed on a slave vehicle, containing a time interval duration meter and the register, the outputs of which are connected to the system bus, are connected to the reset and start inputs, respectively, to the reset and start lines, soy synchronized with a microprocessor, characterized in that each measuring channel contains a measurement trigger, the output of which is connected to the high order of the register, and the reset input - to the output of the ultrasonic signal receiver, while the trigger installation input is connected to the reset line and each measuring channel contains the element "OR ", the output of which is connected to the stop input of the time interval meter, one of the inputs is connected to the output of the ultrasonic signal receiver, and the other input is to the stop line of the time interval meters in.