SE423839B - Sett och anordning for styrning av ett styrbart hjulfordon - Google Patents

Description

8006905-7 möjliggör användning av en vagnsfast sensor som momentant mäter ädoævikelsen hos vagnen relativt banan längs en linje tvärs vagnen, och som ändå möjliggör styrning under stabila villkor.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att man vid ett sätt av inledningsvis nämnt slag använder en enda, i fordonet fast monterad, i fordonets huvudsakliga färdriktning i huvudsak vinkelrätt anordnad linjärdetektor. Den linjära markeringens avvikelse från en indexpunkt i linjärdetektorn bestämmes, ut- görande ett mått på sidoavvikelsen. Under vagnens rörelse upp- mätes dels minst två sidoavvikelser, dels ett avstånd mellan vagnens lägen vid tidpunkterna för sidoavvikelsens mätning, varefter en attitydavvikelse för vagnen i förhållande till banan bestämmas, genom att dividera skillnaden mellan sido- avvikelserna med det tíllryggalagda avståndet mellan deras mätning.

Det är lämpligt att uppmäta minst tre successíva sidoavvikel- ser jämte de mellanliggande avstånden, varav två olika attityd- avvikelsemått kan erhållas. Man kan därvid få en överbestäm- ning, för den händelse vagnen följer markeringen, eller fast- ställa vagnrörelsens krökning. Det är även möjligt att beräkna en styrvariabel som en linjär funktion av senaste attitydav- vikelse och senaste sidoavvikelse.

I enlighet med en särskild aspekt av uppfinningen kan styr- variabeln även vara en linjär funktion av de för normalisera- de avrullningssträckor korrigerade värdena av dels skillna- den mellan två attitydavvikelser (?), dels skillnaden mellan två sidoavvikelser (s). En dylik attitydavvikelse kan därvid bringas att ersätta en vid fordonets styrning medelst död- räkning beräknat attitydavvikelse. Med dödräkning förstås den sorts beräkning av vagnens läge och attityd som bygger på en mätning av avrullade sträckor medelst två fasta mät- hjul eller ett svängbart mäthjul, som bestämmer bâde rikt- ning och sträcka, eller liknande. Som framgår av vår svenska patentansökan 7900993-2, kan man medelst dylika mätningar anordna en vagnsstyrning som gör det möjligt att styra utan materialiserad bana, och uppfinningen kan därvid användas 8006905-7 för att uppdatera vagnsstyrningens data för vagnens läge och attityd medelst faktiskt uppmätta värden, genom att styrning- en utan materialiserad bana avlöses av en banstyrning.

Uppfinningen avser även ett styrbart hjulfordon för använd- ning av det uppfinningsmässiga sättet, och vari ingår styr- medel, medel för bestämning av tillryggalagda avstånd, be- räkningsmedel samt detektormedel för detektering av en ban- markering. Enligt uppfinningen innefattar detektormedlen en linjär detektor anordnad i huvudsak vinkelrätt mot for- donets huvudsakliga framåtriktning, medel för beräkning av ett avstånd mellan en indexpunkt i detektorn, minnesmedel för upplagring av detta avstånd såsom en sidoavvikelse, me- del för upplagring av avståndet mellan två lägen för vagnen, vid vilka sidoavvikelsemätning är utförd, medel för beräkning av skillnaden mellan två sidoavvikelser, och medel för norma- lisering av denna skillnad med avseende på avståndet mellan vagnens två respektive lägen, för erhållande av ett värde på vagnens attityd.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att anordna linjärdetek- torn på vagnens mittlínje i längsled, dvs på symmetrilinjen och vinkelrätt mot denna. Reglertekniska förhållanden såsom styrgeometri, reglerfunktioner, svarstider hos styranordning- en och utrymmesavgörande avgör var linjärdetektorn bör place- ras för att erhålla stabil styrning med god precision med an- vändning av förekommande fartregister. Samma linjärdetektor kan då lämpligen användas för att styra vagnen både i gång framåt och bakåt.

I enlighet med en särskild aspekt av uppfinningen kan vagnens styrning betraktas som analog med det slags styrning man skulle erhålla i en bil, om man var hänvisad till att styra bilen ut- efter en i underlaget markerad linje på grundval av vad föra- ren kan iaktta av linjen genom en i golvet upptagen springa vinkelrätt mot fordonsriktningen och så smal, att linjens rikt- ning mot fordonet ej momentant kan fastställas. Det är då ej möjligt för föraren att avgöra hur han skall styra på grundval av en enda iakttagelse, då fordonet står still, utan han måste genom att låta fordonet röra sig fastställa hur linjen flyttar 8006905-7 sig i den springa där han kan iaktta den.

I fig. 1 visas schematiskt hur den avsedda styrprincipen kan g bringas till utförande. En linje L är markerad på ett golv, varpå fordonet avses framföras. Fordonet är försett med en linjärdetektor, schematiskt visad som D, och som är fast anordnad i fordonet och vinkelrätt mot dess framföringsrikt- ning. Linjärdetektorns mittpunkt eller índexpunkt I beskriver under fordonets rörelse en kurva, vars projektíon på golvet bildar kurvan T. Vid ett första visat läge finner detektorn att markeringen L faller på avståndet ¿1x1 från indexpunkten I. Fordonet rullar vidare, och det avrullade avståndet mätes, t.ex. genom ett mot golvet rullande mäthjul, och efter sträc- kan si utföres en ny mätning, med resultatet att sídfelet nu ändrats till ¿ïx2, denna gång med motsatt förtecken, och mät- värdet är således -¿lX2. Efter rullning sträckan sz sker en ny mätning med resultatet zflxš, likaså med motsatt förtecken jämfört med den första mätningen.

Ur de två första mätningarna kan man bestämma vagnens atti- tyd (relativt markeringens riktning) i medeltal, genom ut- trycket _ ÅX2-Axí »P1 --S-- <1> 1 Ur de två senare mätningarna erhålles ett nytt uttryck på vagnens attityd, som är annorlunda i den mån som fordonet rör sig i krökt bana: _ AX;-Åxz “92- S2 Man vill nu påverka vagnens styrbara hjul så att y och .áx går mot noll. Om man gör tillräckligt täta mätningar, så kan man anta att indexpunkten I, här lika med linjärdetektorns mittpunkt, följer en cirkelbåge, och att vagnens kröknings- radie är tillnärmelsevis konstant mellan tre mätningar. Det är möjligt att uppsätta en styrekvation så att man beräknar ett inställningsvärde för ett styrt hjul så att detta nya värde är ägnat att återföra vagnen mot följning av banan L. 8006905- 7 Vi antar att vi vid ett visst ögonblick finner att fordonet har attityden Q2, att föregående attityd var pl, och att rå- dande sidavvikelse är Axš. Vi kan då beräkna ett lämpligt styrutslag Ö ur följande uttryck: Ö = a P2 + b fê-:-fl- + cÄ x + A 3 t3 (2) + d Axš _ Axz + _? e=eov om Äx3 och log har D* e 2 t k At samma ec en 3 e=o 1 annat fall därzfltñ är tiden för genomlöpande av sträckan sj enligt fig. 1. De tidsberoende faktorerna ger stabil gång vid något högre hastigheter, där hänsyn måste tas till tröghetskrafter.

Genom att låta värdet på e vara skilt från O bara då ië och Axš har lika tecken, uppnås en ökad vikt åt P2 jäm- fört med.dx3 i det fallet, vilket medför god stabilitet åt kurvföljningen. Orsaken härtill är att i det fallet en insvängníng mot linjen i förstone kommer att medföra att AX ökar, vilket måste viktas ned för att få bästa instyr- ning. Utan en dylik kompensation skulle insvängningsför- loppet bli osnabbt.

En motsvarande kompensation kan inträffa om AX är relativt stort och {\är mindre men har motsatt tecken. Detta beror på att, med lämplig normalisering av Q ochldx, a bör givas ett större vikttal än c i ekv. (2). För det fall att Ax är relativt betydande och 0 är litet, kommer då insvängningen att ske un- der till en början ökande W.

Det är tydligt att den styrning som här sker är åtskilligt mera komplicerad än vad som gäller vid tidigare känd spår- följning, där man bara observerar ett sidfel och låter detta direkt påverka styrhjulsinställningen. Genom att vid styr- ningen ta hänsyn till både attityd- och sidfel är det möj- ligt att erhålla en bättre spårföljning trots att själva avkänningssystemet blir enklare.

Den linjärdetektor som användes kan vara en optisk detektor, 8006905-7 och närmast avses i så fall ett slags enhet bestående av en rad fotodioder, på vilken en spaltformad yta på golvet pro- jiceras medelst optiska instrumentkomponenter som linser och -speglar. De ljuskänsliga fotodioderna avkänner således var sin del av det spaltformiga detektionsområdet, dch det är lämpligt att använda en i handeln förekommande dioduppsätt- ning där diodernas svarssignaler kan utläsas i serieform, varigenom en datortillämpad avläsning underlättas. Genom ett dylikt system med optiska linjer uppnås stor enkelhet i banans konstruktion.

För den händelse man i stället vill arbeta med elektromag- netiska markeringar, är detta även möjligt. Man kan på känt sätt anordna en ledare i golvet, vilken genom att växel- ström genomledes avger elektromagnetiska signaler. Linjärdetek- torn kan då bestå av två mottagningsspolar (antenner) pla- cerade på var sin sida om fordonets längsgående mittlinje.

När båda spolarna uppfattar signalerna lika starkt, är AX noll, medan.ix är mer eller mindre skilt från noll, om den ena spolen känner signalerna starkare än den andra, och man får även ett kvantitativt mått påqdx, låt vara i regel med något sämre precision än vad som är möjligt med optisk av- känning av en målad linje. Det är även möjligt att analogt arbeta med passiva elektromagnetiska markeringar, såsom per- manentmagnetiska element, magnetband etc., om de blott på analogt sätt är ägnade att någorlunda kvantitativt mätas till sitt läge utefter en därtill lämpad linjärdetektor.

Uppfinningen skall nu beskrivas utifrån icke-begränsande utföringsexempel och i anslutning till figurerna. Fig. 1, som redan hänvisats till, visar i princip en markering och en fordonsbana. Fig. 2 visar ett elektroniskt schema för en linjärdetektor med igenkänningskretsar. Fig. 5 visar en styrbar truck.

I fig. 2 visas schematiskt ett exempel på en anordning för igenkänning av ett linjemönsters läge på golvet. En video- kamera 1 är riktad mot golvet, som tvärs kamerans riktning uppvisar det linjära mönstret P. Videokameran 1 är lämpligen en enradig fotodiodmatris, t.ex. av fabrikat Reticon, som 8006905-7 har 256 element, vilka uppdelar en linje i lika många linje- element. En videosignal avges därvid, vilken för varje ele- ment består av en analog signal. Videosignaler ledes till en tröskeldetektor 2, som avger binärsignaler, dvs man får 256 bitar, som är O eller 1, beroende på om intensiteten räcker för att fastställa markeringens närvaro i bildelementet. I 3 visas en videosignal före digitalisering, med tröskelvär- det T inritat, och i 4 visas den resulterande binära video- signalen. Denna, betecknad B.V., inläses via ett grindsystem i ett binärt skiftregister 5 med 256 bitar. Ett idealmönster, motsvarande den förväntade konfigurationen (här två linjer med olika bredd) ínläses i ett mönsterminne 7. För att nu fastställa en sidavvikelse genomföres en korrelatíonsopera- tion.

Om videosignalens mönster är "centrerat" i kameran, skall i skiftregistret 5 och i skiftregistret 7 i princip ligga lika- dana bitseríer. Genom en särskild jämförelse som skall beskri- vas, kan en sidoavvikelse fastställas.

Som framgår av fig. 2 föreligger två olika klocksignaler, näm- ligen signalen CL som kommer från kameran 1 och är i takt med videosignalen, och en snabb klocksignal FCL, som användes för förflyttnings- och koordineringsändamål. Vid intagning av vi- deosignalen BV i skiftregistret 5 användes därvid signalen CL, som intages via omkopplaren 9, och under styrning av en skift- pulsräknare 11, som bryter då alla 256 bitar är inlästa, och under styrning av en styrsignal R.

Vid jämförelse ledes den snabba klocksignalen FCL under styr- ning av skiftpulsräknaren 11 till klockingången på skiftregist- ret 5 och under styrning av skiftpulsräknaren 10 till klock- ingången på skiftregistret 6. De från skiftregistren kommande signalerna ledes dels till var sin ingång på en jämförare 8, dels återcirkuleras de under styrning av en återcirkulerings- signal RC, så att resp. skiftregister cirkuleras. Jämföraren avger för varje bitpar en signal vid överensstämmelse, och överensstämmelsesignalerna räknas i en räknare 12, som är försedd med parallellutgångar kopplade till en jämförare lä, som även är inkopplad till ett minne 13. 8006905-7 8 Genom att skiftpulsräknaren 10 har divisíonsfaktorn (256+1) kommer den att ge utsignal en puls senare, så att skiftregíst- ret 6 vid cirkulation kommer att förskjutas med en puls för varje gång. Denna puls nr 257 går vidare till en pulsräknare, som räknar antalet separata jämförelseomgångar och efter 256 omgångar avger en slutsignal.

För varje "varv" räknas alltså antalet överensstämmelser sig- nalerade från jämföraren 8, och om antalet överensstämmelser överstiger det i minnet 13 lagrade talet, bringar kretsen lü det högre talet till minnet 15. Samtidigt intages i så fall talet i räknaren 15 till minnet 16. När pulsräknaren 15 sedan blir full, då 256 jämförelser utförts, så kommer i minnet 16 att ligga ett tal som svarar emot den förskjutning mellan skiftregistren 5 och 6 som ger bästa överensstämmelsen. Man vet då hur mönstret P ligger i förhållande till kamerans 1 sökfält, samtidigt som en klarsignal N avges från pulsräkna- ren 15.

Det är tydligt att styrsignalerna måste hämtas från en sär- skild styrenhet, som bestämmer arbetsförloppet genom att vid början av varje samplingsförlopp avge signalerna R och LP och därefter begär jämförelse genom signalen RC. Ur minnet 16 kan sedan samplíngsresultatet hämtas som ett mått på sidfelet, t.ex. så att talet 128 betecknar att kameran/fordonet ligger mitt över markeringen (indexpunktens läge), ett lägre tal innebär sidavvikelse åt vänster och ett högre tal sidavvikel- se åt höger om indexpunkten.

Ehuru denna redogörelse för förloppet är starkt schematiserad, förmår den med mikrokretsar förtrogna elektronikern utan vi- dare med ledning därav och med standardkomponenter bygga upp en lämplig utrustning. Efter det att den principiella metoden för igenkänníng av markeringar genomgåtts, skall några ord sägas om redundansmetoder. Det är tydligt att någon enstaka gång mönstret kan läsas fel, ibland beroende på att något annat tages för mönstret. Man kan då lägga märke till att vid cirkulationen enligt fíg. 2 efter jämförelsen mellan mönstret i minnet 7 och bilden i minnet 5 kommer att ligga ett tal i 8006905-7 räknaren 13, som utgör ett slags godhetstal. Det är då möjligt att anta eller förkasta mätningar beroende på om detta godhets- tal överstiger ett visst tröskelvärde. I en på minsta kvadrat- metoden byggande utjämningsmetod kan man vidare använda god- hetstalen som viktningstal.

Det är vidare lämpligt att i stället för de successivt in- kommande mätvärdena använda glidande medelvärden, både när det gäller fastläggande av vagnens sidoavvikelse och dess attityd. En med statistiska metoder förtrogen fackman för- mår utan vidare på grundval av dylika principer utarbeta lämpliga dataprogram, när han känner uppfinningens princip.

Den därvid valda principen beror i hög grad på den dator- kapacitet som man vill lägga ned i anläggningen. En kraftig besparing härvidlag kan uppnås genom dylik glidande medel- värdestagning.

I fig. 3 visas ett styrbart hjulfordon i form av en gaffel- truck, som rullar på hjul 30,31 och 32, varav hjulet 33 är styrbart medelst anordningar 3Ä och 35. Den uppfinningsmäs- siga linjärdetektorn 1 är monterad så att den avkänner ban- markeringen L. Vid de ostyrda hjulen sitter avkännare 32, vilka avkänner resp. hjuls rotation. Avkännarna är magne- tiska och avkänner förbifarandet av kuggar i på hjulen mon- terade kuggkransar, varigenom tillryggalagda avstånd kan fastställas. Den uppfinningsmässiga styrningen sker genom att en styrvinkel, beräknad enligt uttrycket (2), inställes på hjulet 33 medelst donen 3ü och 35.

När man, som i det visade exemplet, har avrullningsmätning anordnad på tvâ olika hjul, är det lämpligt att som mått på avståndet mellan två lägen för vagnen taga ett medelvärde mellan de mätta avrullningsavstånden från hjulen 30 och 31.

Claims (6)

8006905-7 10 Patentkrav

1. Sätt för styrning av ett styrbart hjulfordon, varvid i fordonets underlag åtminstone någonstans utefter dess till- tänkta bana är anordnad en linjär banmarkering (1), och de- tektormedel (5) är anordnade i fordonet för detektering av banmarkeringen, jämte medel för mätning av tillryggalagda avstånd (s), k ä n n e t e cik n a t av att därvid användes en enda i fordonet fast monterad, i förhållande till for- donets huvudsakliga färdriktning i huvudsak vinkelrätt anord- nad linjärdetektor och den linjära markeringens avvikelse från en indexpunkt i linjärdetektorn bestämmes, utgörande en sidoavvikelse, att under fordonets rörelse uppmätes dels minst två sidoavvikelser, dels ett avstånd mellan vagnens lägen vid tidpunkterna för sidoavvikelsens mätning, varefter en attitydavvikelse för vagnen i förhållande till banmarke- ringen beräknas ur skillnaden mellan sidoavvikelserna samt avståndet.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att minst tre successiva sidoavvikelser uppmätes, jämte tillrygga- lagda avstånden mellan vagnens lägen, varvid två olika attitydavvikelser erhålles, och varvid skillnaden mellan de båda attitydavvikelserna beräknas.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att en styrvariabel beräknas som en linjär funktion av senaste attitydavvikelse och senaste sidoavvikelse.

4. U. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att styr- variabeln tillika är en linjär funktion av de för normali- serade avrullningssträckor korrigerade värdena av dels skillnaden mellan två attitydavvikelser (W) dels skillna- den mellan två sidoavvikelser (s).

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den nämnda attitydavvikelsen bringas att ersätta en vid for- donets styrning medelst dödräkning beräknad attitydavvikelse.

6. Styrbart hjulfordon för-utförande-av_sättet enligt krav 8006905-7 ll 1, och vari ingår styrmedel, medel för bestämning av till- ryggalagda avstånd, beräkningsmedel samt detektormedel för detektering av en banmarkering, k ä n n e t e c k n a t av att detektormedlen innefattar en linjär detektor anordnad vinkelrätt mot fordonets huvudsakliga framåtriktning, medel för beräkning av ett avstånd mellan en indexpunkt i detek- torn och skärningspunkten mellan banmarkeríngen och detek- torn, minnesmedel för upplagring av detta avstånd såsom en sidoavvikelse, medel för upplagring av avståndet mellan tvâ lägen för vagnen, vid vilka sidoavvikelsemätning är utförd, medel för beräkning av skillnaden mellan två sidoavvikelser, och medel för normalisering av denna skillnad med avseende på avståndet mellan vagnens två respektive lägen, för erhål- lande av ett värde på vagnens attityd.