SE454389B

SE454389B - POSITIONING SYSTEM FOR PARALLEL PLANE INSTANT LARGE UNITS

Info

Publication number: SE454389B
Application number: SE8501934A
Authority: SE
Inventors: M Lundstrom
Original assignee: Bt Carrago Ab
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1985-04-22
Publication date: 1988-04-25
Also published as: CA1260575A; FI874618A; SE8501934D0; EP0250442A1; FI874618A0; SE8501934L; WO1986006500A1

Description

15 20 25 30 35 454 389 2 eller stationer. Av särskild vikt är det at uppnå en noggrann positionering av trucken i förhållande till en given station om trucken uppbär en robot eller lik- nande, vars rörelsemönster, när trucken har stannat vid den aktuella stationen, är beroende av ett med sta- tionen eller golvet fast referensstystem. Om trucken positioneras felaktigt medelst ovannämnda positionerings- system vid stationen, kommer robotens efterföljande rörelser att bli felaktiga i motsvarande grad. 15 20 25 30 35 454 389 2 or stations. It is of particular importance to achieve an accurate positioning of the truck in relation to a given station if the truck carries a robot or the like, whose movement pattern, when the truck has stopped at the station in question, depends on one with the station or the floor fixed reference system. If the truck is positioned incorrectly by means of the above positioning system at the station, the subsequent movements of the robot will be incorrect to a corresponding degree.

Ett annat tillämpningsområde är inriktning av inbör- des rörliga maskindelar i förhållande till varandra.Another area of application is the alignment of mutually moving machine parts in relation to each other.

Ett tredje tillämpningsområde är inriktning av ett fordons dragkrok med ett släp eller liknande. I detta fall är strålningskällan och strålningsdetektorn lämpligen anbringade på fordonet intill dettas dragkrok och det passiva strålningsmottagande och strâlningsåterut- sändande organet anbringat intill släpets kopplingsstycke.A third area of application is the alignment of a towbar of a vehicle with a trailer or the like. In this case, the radiation source and the radiation detector are suitably mounted on the vehicle next to its towbar and the passive radiation receiving and radiating retransmitting means arranged next to the coupling piece of the trailer.

När föraren har backat fordonet mot släpet så att drag- kroken befinner sig i rätt läge i förhållande till släpets kopplingsstycke, mottager det passiva organet från strål- ningskällan utsänd strålning och áterutsänder denna strålning mot stràlningsdetektorn, vilken som svar därpå avger information till föraren om att fordonet har an- bringats i rätt läge, varefter sammankoppling av fordonet och släpet kan ske.When the driver has reversed the vehicle towards the trailer so that the towbar is in the correct position in relation to the coupling piece of the trailer, the passive means receives radiation emitted from the radiation source and retransmits this radiation to the radiation detector, which in response provides information to the driver that the vehicle has been fitted in the correct position, after which the vehicle and the trailer can be connected.

Ett fjärde tillämpningsområde är kollisíonsförebyg- gande system, där man önskar att detektera ett minsta tillåtet avstånd mellan tvâ mot varandra sig närmande föremål. I det svenska patentet nr 366 127 beskrives ett dylikt system, vilket är inrättat att indikera ett förutbestämt läge mellan ett första och ett andra föremål och vilket system utmärkes av att det första föremålet innefattar en ljussändare och en ljusmottagare, vilkas optiska axlar är parallella, att det andra föremålet innefattar en ljusreflektor, vilken, när det förutbestämda läget föreligger mellan de båda föremålen, är anordnad mottaga ljus från sändaren och att reflektera detta parallellt med det mottagna ljuset mot ljusmottagaren 10 15 20 25 30 35 454 589 3 pà den första enheten, och att ljusmottagaren är anordnad att indikera det förutbestämda läget. Ljusreflektorn utgöres härvid av en så kallad retroreflektor och det reflekterade ljuset utsändes från denna reflektor vid väsentligen samma punkt där reflektorn mottager motsva- rande ljus. Detta innebär att en vridning av reflektorn kring en mot dennas huvudplan vinkelrät axel ej inverkar på indikeringsresultatet. Detta system uppvisar således, i likhet med föreliggande uppfinning, en strålningskälla och en strálningsdetektor på den första enheten och ett stràlningsmottagande och -återutsändande organ på den andra enheten. Däremot är det i det svenska patentet nr 366 127 angivna systemet ej lämpat för bestämning och detektering av ett relativt läge mellan en i ett första plan anordnad första enhet och en i ett med det första planet parallellt och från detta skilt, andra plan anordnad andra enhet, vilka enheter är inbördes rörliga parallellt med nämnda plan. Närmare bestämt är systemet i det svenska patentet nr 366 127 inrättat att detektera ett relativt läge mellan två föremål, vilka rör sig mot varandra väsentligen parallellt med strålningskällans och stràlningsdetektorns optiska axlar, varemot föreliggande uppfinning huvudsakligen avser att lösa de problem som uppstår när de två enheterna rör sig i förhållande till varandra i mot nämnda optiska axlar vinkelräta plan. Vidare uppvisar det uppfinnings- enliga systemet möjlighet till finpositionering, vilket inte är fallet med systemet i det svenska patentet nr 366 127.A fourth area of application is collision prevention systems, where it is desired to detect a minimum allowable distance between two objects approaching each other. Swedish patent no. 366 127 describes such a system, which is arranged to indicate a predetermined position between a first and a second object and which system is characterized in that the first object comprises a light emitter and a light receiver, the optical axes of which are parallel, that the second object comprises a light reflector, which, when the predetermined position is present between the two objects, is arranged to receive light from the transmitter and to reflect this in parallel with the received light towards the light receiver 10 on the first unit, and that the light receiver is arranged to indicate the predetermined position. The light reflector here consists of a so-called retroreflector and the reflected light is emitted from this reflector at essentially the same point where the reflector receives the corresponding light. This means that a rotation of the reflector about an axis perpendicular to its main plane does not affect the indication result. Thus, like the present invention, this system has a radiation source and a radiation detector on the first unit and a radiation receiving and transmitting means on the second unit. On the other hand, the system specified in Swedish Patent No. 366,127 is not suitable for determining and detecting a relative position between a first unit arranged in a first plane and a second unit arranged in parallel with and separated from the first plane. , which units are mutually movable parallel to said plane. More specifically, the system of Swedish Patent No. 366,127 is arranged to detect a relative position between two objects, which move towards each other substantially parallel to the optical axes of the radiation source and the radiation detector, whereas the present invention mainly aims to solve the problems which arise when the two units moving relative to each other in planes perpendicular to said optical axes. Furthermore, the system according to the invention has the possibility of fine positioning, which is not the case with the system in Swedish Patent No. 366,127.

I det fall positioneringssystem av inledningsvis angivna slag användes för att åstadkomma ett avbrott i rörelsen hos en rörlig enhet, när denna har bringats i ett sådant läge i förhållande till en fast enhet, att strålning överföres från den rörliga enheten till den fasta enheten och åter till den rörliga enheten, föreligger det emellertid vissa problem.In the case of positioning systems of the kind initially indicated, it is used to cause an interruption in the movement of a moving unit, when it has been brought into such a position relative to a fixed unit, that radiation is transmitted from the moving unit to the fixed unit and back to the mobile device, however, there are some problems.

För det första kan systemets detekteringsområde 454 389 10 l5 20 25 30 35 4 vara så stort, att en tillfredsställande noggrannhet i positioneringen av den första enheten endast uppnås inom en begränsad del av detekteringsområdet. För det andra kan de för drivning och styrning av den rörliga enheten inrättade organen reagera långsamt på den av strålningsdetektorn avgivna lägesinformationen, så att den rörliga enheten ej bringas att stanna vid den punkt där detekteringen erhålles. För det tredje erbjuder tidigare kända positioneringssystem av detta slag inga eller begränsade korrigeringsmöjligheter, i det fall en lägesindikering har erhållits, men ett felaktigt relativt läge har uppnåtts som gensvar på denna läges- indikering. För det fjärde uppvisar de flesta system av detta slag ingen möjlighet att detektera om den enhet som uppbär det strålningsmottagande och -återutsändande organet vrides kring en mot strålgângen parallell axel genom organet, d v s att detektera inbördes vridning av enheterna kring nämnda axel.First, the detection area of the system 454 389 10 may be so large that a satisfactory accuracy in the positioning of the first unit is achieved only within a limited part of the detection area. Second, the means arranged for driving and controlling the moving unit can react slowly to the position information provided by the radiation detector, so that the moving unit is not caused to stop at the point where the detection is obtained. Thirdly, prior art positioning systems of this kind offer no or limited correction possibilities, in the event that a position indication has been obtained, but an incorrect relative position has been achieved in response to this position indication. Fourth, most systems of this type have no possibility of detecting whether the unit carrying the radiation receiving and transmitting means is rotated about an axis parallel to the radiation path through the means, i.e. to detect relative rotation of the units about said axis.

Dessa ändamål uppnås genom användning av ett posi- tioneringssystem av den inledningsvis beskrivna typen, vilket system vidare utmärkes av att det passiva organet har ett separat, i det andra planet utbrett strålnings- mottagande parti, inom vilket det utsända stràlknippet infaller, när det relativa läget ligger inom nämnda gränser, och ett separat strålningsåterutsändande ställe, som står i optisk förbindelse med och är, räknat i en med det andra planet parallell riktning, beläget på ett konstant avstånd från det strålningsmottagande par- tiet, varigenom strålningen âterutsändes från en bestämd punkt vid det strálningsàterutsändande stället oberoende av var den infaller på det strålningsmottagande partiet, och att strålningsdetektorn dels har ett i två dimensioner positionskänslígt detekteringsomràde, varvid det från det stràlningsáterutsändande stället áterutsända strål- knippet har sådan konvergens, att det infaller på en begränsad del av detekteringsomrádet, när det relativa läget ligger inom nämnda gränser, dels är så anordnad, att den avgivna lägesinformationen innehåller information 10 15 20 25 30 35 454 389 5 om var på det i tvá dimensioner utsträckta detekterings- området det âterutsända strålknippet infaller.These objects are achieved by using a positioning system of the type initially described, which system is further characterized in that the passive means has a separate radiation-receiving portion distributed in the second plane, within which the emitted beam falls, when the relative position is within said limits, and a separate radiation retransmitting location, which is in optical communication with and is, calculated in a direction parallel to the second plane, located at a constant distance from the radiation receiving portion, whereby the radiation is retransmitted from a certain point at the radiation-emitting site regardless of where it is incident on the radiation-receiving portion, and that the radiation detector has a two-dimensional position-sensitive detection area, the beam emitting from the radiation-emitting site having such convergence that it falls on a limited portion of the radiation, the relative position is within said limits, and is arranged in such a way that the delivered position information contains information about where in the detection area extended in two dimensions the retransmitted beam falls.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen är den första enhetens i det första planet anordnade strål- ningskälla och strálningsdetektor belägna på väsentligen samma inbördes avstånd som nämnda konstanta avstånd mellan den andra enhetens strálningsmottagande parti och strâlningsâterutsändande ställe, så att den utsända och den àterutsända stràlningens riktningar är väsentligen parallella.In a preferred embodiment of the invention, the radiation source and radiation detector of the first unit arranged in the first plane are located at substantially the same mutual distance as said constant distance between the radiation receiving portion of the second unit and the radiation retransmitting point, so that the emitted and retransmitted radiation is essentially parallel.

Genom att positioneringssystemet enligt uppfinningen uppvisar både ett avstånd mellan den andra enhetens strålningsmottagande parti och strålningsåterutsändande ställe och ett avstånd mellan den första enhetens strål- ningskälla och strálningsdetektor samt uppvisar ett i det första planet utsträckt detekteringsomràde, kan positioneringen och/eller lägesbestämningen av den första enheten i förhållande till den andra enheten utföras med en betydligt bättre noggrannhet än vad som är möjligt med tidigare kända positioneringssystem. För att möjlig- göra utnyttjande av hela strålningsdetektorns detek- teringsområde i rörelseriktningen är mottagningsställets utsträckning i denna riktning åtminstone lika stor som detekteringsomràdets utsträckning i samma riktning.Because the positioning system according to the invention has both a distance between the radiation receiving part of the second unit and the radiation retransmitting point and a distance between the radiation source and radiation detector of the first unit and has a detection area extending in the first plane, the positioning and / or positioning of the first unit relative to the second unit is performed with a much better accuracy than is possible with previously known positioning systems. In order to enable utilization of the detection area of the entire radiation detector in the direction of movement, the extent of the receiving point in this direction is at least as great as the extent of the detection area in the same direction.

I en speciellt föredragen utföringsform av uppfin- ningen utgöres strálningsdetektorn av en positionskänslig halvledardetektor med ett i tvâ dimensioner kontinuerligt utbrett detekteringsomràde. (En i två dimensioner posi- tionskänslig halvledardetektor av denna typ är tillgänglig i handeln i namnet Sitek och för närmare beskrivning av funktion och uppbyggnad hos denna detektor hänvisas exempelvis till Elteknik med aktuell elektronik, 1983, nr 17, sid 96 och 97).In a particularly preferred embodiment of the invention, the radiation detector consists of a position-sensitive semiconductor detector with a detection area which is continuously extended in two dimensions. (A two-dimensional position-sensitive semiconductor detector of this type is available in the trade under the name Sitek and for a more detailed description of the function and structure of this detector, reference is made, for example, to Electrical Engineering with Current Electronics, 1983, no. 17, pages 96 and 97).

I ett annat utförande av det uppfinningsenliga positioneringssystemet utgöres stràlningsdetektorn av ett flertal separata, i två dimensioner fördelade strål- ningskänsliga element, såsom fotoceller eller liknande, 454 589 10 15 20 25 30 35 6 vilka kan vara anbringade på den första enheten som en matris i det första planet. Fininställningsnoggrann- heten är i detta fall direkt beroende av de stràlnings- känsliga elementens antal eller täthet.In another embodiment of the positioning system according to the invention, the radiation detector consists of a plurality of separate, two-dimensional radiation-sensitive elements, such as photocells or the like, which can be mounted on the first unit as a matrix in the first plane. In this case, the fine-tuning accuracy is directly dependent on the number or density of the radiation-sensitive elements.

I en speciellt billig, kompakt och enkel variant av uppfinningen utgöres det passiva organet av åtminstone en optisk fiber, vars ena ände är anbringad vid det strálningsmottagande partiet och vars andra ände är anbringad vid det strálningsåterutsändande stället.In a particularly inexpensive, compact and simple variant of the invention, the passive means is constituted by at least one optical fiber, one end of which is attached to the radiation receiving portion and the other end of which is attached to the radiation retransmitting point.

Det uppfinningsenliga systemet är speciellt lämpat att förses med specifika identifieringsmedel, med hjälp av vilka man utifrån den från detektorn avgivna läges- informationen kan särskilja den andra enheten fràn lik- nande enheter med andra identifieringsmedel. Exempelvis kan ett sådant identifieringsmedel utgöras av ett vid det passiva organets àterutsändningsställe anbringat raster, vilket har ett för den andra enheten specifikt mönster. Stràlningsdetektorn är härvid inrättad av avkänna olika strálningsmönster och att avge mot dessa mönster svarande identifieringsinformation. Denna möjlighet är speciellt intressant inom det ovannämnda tillämp- ningsomrádet för automatiskt styrda truckar, där varje station kan förses med dylika identifieringsmedel.The system according to the invention is particularly suitable for being provided with specific identification means, by means of which it is possible to distinguish the other unit from similar units with other identification means on the basis of the position information provided from the detector. For example, such an identification means may consist of a raster arranged at the retransmission point of the passive means, which has a pattern specific to the other unit. The radiation detector is hereby set up by sensing various radiation patterns and to provide identification information corresponding to these patterns. This possibility is particularly interesting in the above-mentioned application area for automatically controlled trucks, where each station can be provided with such identification means.

För att hindra smuts och liknande på de strålnings- mottagande och strâlningsâterutsändande ytorna i systemet att nedsätta funktionen ligger frekvensen hos den från stràlningskällan utsända, och därmed den från det passiva organet àterutsända, strålningen företrädesvis i spektru- mets infraröda omrâde.In order to prevent dirt and the like on the radiation-receiving and radiation-emitting surfaces of the system from impairing the function, the frequency of the radiation emitted from the radiation source, and thus that emitted from the passive means, is preferably in the infrared region of the spectrum.

Det uppfinningsenliga positioneringssystemets upp- byggnad och användningssätt, samt dettas speciella till- lämpning för automatiskt styrda truckar, skall nu beskri- vas närmare i det följande under hänvisning till med- följande ritningar, varav fig 1 är en schematisk per- spektivvy av en speciellt föredragen utföringsform av ett positioneringssystem enligt uppfinningen, varav fig 2A och 2B är sidovyer av det i fig l visade systemet och åskådliggör ett speciellt föredraget användningssätt 10 15 20 25 30 35 454 589 7 av detsamma och varav fig 3 schematiskt visar det upp- finningsenliga positioneringssystemets tillämpning för automatiskt styrda truckar.The construction and method of use of the positioning system according to the invention, as well as its special application for automatically controlled trucks, will now be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings, of which Fig. 1 is a schematic perspective view of a particularly preferred embodiment of a positioning system according to the invention, of which Figs. 2A and 2B are side views of the system shown in Fig. 1 and illustrate a particularly preferred use of the same and of which Fig. 3 schematically shows the application of the positioning system according to the invention. for automatically controlled trucks.

I fig l, som visar den principiella uppbyggnaden av ett uppfinningsenligt positioneringssystem, betecknar l en rörlig första enhet och 2 en fast andra enhet.In Fig. 1, which shows the basic structure of a positioning system according to the invention, 1 denotes a movable first unit and 2 a fixed second unit.

Enheterna l och 2 är anbringade i var sitt XY-plan, vilka plan är inbördes parallella och skilda från varandra i Z-led, såsom anges med det i fig l visade koordinat- systemet. Den första enhetens 1 rörelse i förhållande till den fasta enheten 2 àstadkommes medelst ej visade styr- och drivorgan. I det visade utförandet antages den första enheten l vara rörlig i åtminstone X-rikt- ningen och Y-riktningen i det första planet. Den första enheten 1 är på sin mot den andra enheten 2 vända sida la försedd med dels en strålningskälla 3, dels en pà konstant avstånd från källan 3 anbringad strålnings- detektor 4, vilken är känslig för strålning av samma frekvens som källans 3 strålningsfrekvens. Frekvensen kan exempelvis ligga i spektrumets synliga eller infraröda område, i beroende av tillämpningsområdet.The units 1 and 2 are arranged in separate XY planes, which planes are mutually parallel and separate from each other in Z-direction, as indicated by the coordinate system shown in Fig. 1. The movement of the first unit 1 in relation to the fixed unit 2 is effected by means of control and drive means not shown. In the embodiment shown, the first unit 1 is assumed to be movable in at least the X-direction and the Y-direction in the first plane. The first unit 1 is provided on its side 1a facing the second unit 2 with a radiation source 3 and a radiation detector 4 arranged at a constant distance from the source 3, which is sensitive to radiation of the same frequency as the radiation frequency of the source 3. The frequency can, for example, be in the visible or infrared range of the spectrum, depending on the range of application.

Den andra enheten 2, vilken är belägen på avstånd i Z-led från den första enheten 1, är pà sin mot den första enheten 1 vända sida 2a försedd med dels ett strâlningsmottagande parti 5, dels ett pà ett konstant avstånd A från detta parti 5 anbringat strålningsåterut- sändande ställe 6, i den efterföljande beskrivningen benämnt mottagningsparti respektive àterutsändningsställe.The second unit 2, which is located at a distance in Z-direction from the first unit 1, is on its side 2a facing the first unit 1 provided partly with a radiation-receiving portion 5 and partly at a constant distance A from this portion 5 applied radiation retransmitting site 6, in the following description called receiving portion and retransmission site, respectively.

Vidare är den andra enheten 2 försedd med ett passivt organ 7, vilket i det visade utförande utgöres av minst en U-formig optofiber, vars ena ände 8 är belägen vid mottagningspartiet 5 och vars andra ände 9 är belägen vid àterutsändningsstället 6. Den andra-enheten 2 är vid sitt mottagningsparti 5 försedd med en (ej visad) samlíngslins eller liknande för inriktning av vid mot- tagningspartiet 5 infallande strålning S1 mot den optiska fiberns 7 ingångsände 8 och är vid sitt àterutsändnings- ställe 6 försedd med ett (ej visat) raster eller liknande, 10 15 20 25 30 35 454 389 .f 8 vars funktion skall förklaras närmare i det följande.Furthermore, the second unit 2 is provided with a passive member 7, which in the embodiment shown consists of at least one U-shaped optical fiber, one end 8 of which is located at the receiving portion 5 and the other end 9 of which is located at the retransmission point 6. The other the unit 2 is provided at its receiving portion 5 with a collection lens (not shown) or the like for directing radiation S1 incident at the receiving portion 5 towards the input end 8 of the optical fiber 7 and is provided at its retransmission point 6 with a (not shown) breaks or the like, 10 15 20 25 30 35 454 389 .f 8 the function of which will be explained in more detail below.

Såsom visas i fig l är den andra enhetens 2 mot- tagningsparti 5 och àterutsändningsställe 6 anbringade på samma inbördes avstånd A som avståndet mellan den första enhetens l strålningskälla 3 och strålningsdetektor 4 och är stràlningskällans 3 optiska axel parallell med återutsändningsställets 6 optiska axel, varigenom den av strálningskällan 3 utsända strålningen Sl är parallell med den från återutsändningsstället utsända strålningen S2.As shown in Fig. 1, the receiving portion 5 of the second unit 2 and the retransmission point 6 are arranged at the same mutual distance A as the distance between the radiation source 3 and the radiation detector 4 of the first unit 1 and the optical axis of the radiation source 3 is parallel to the optical axis of the retransmission station 6. the radiation S1 emitted by the radiation source 3 is parallel to the radiation S2 emitted from the retransmission point.

Den andra enhetens stomme kan vara tillverkad av vilket som helst lämpligt material och den optiska fibern 7, samlingslinsen och rastret kan införlivas med stommen under själva utformningen av denna så att en integrerad och robust enhet àstadkommes.The body of the second unit can be made of any suitable material and the optical fiber 7, the collecting lens and the grating can be incorporated with the body during the actual design thereof so that an integrated and robust unit is provided.

Såsom visas schematiskt med streckade linjer i fig l är den första enhetens l strålningsdetektor 4 utsträckt i både X- och Y-riktning i det första planet och är den andra enhetens mottagningsparti 5 utsträckt i både X- och Y-riktningen i det andra planet av skäl som skall förklaras närmare nedan.As shown schematically in broken lines in Fig. 1, the radiation detector 4 of the first unit 1 extends in both the X and Y directions in the first plane and the receiving portion 5 of the second unit extends in both the X and Y directions in the second plane of reasons to be explained in more detail below.

Strålningsdetektorn 4 är inrättad att avge läges- informationssignaler, när den från den andra enheten' 2 återutsända strålningen S2 infaller på detektorns 4 detekteringsområde.The radiation detector 4 is arranged to emit position information signals when the radiation S2 retransmitted from the second unit '2 falls on the detection area of the detector 4.

I det visade och beskrivna, föredragna utförandet utgöres stràlningsdetektorn 4, vilken således har ett i det första planet utsträckt detekteringsområde, av en positionskänslig halvledardetektor, vilken avger elektriska signaler som anger var pà strálningsdetektorns 4 detekteringsomràde den áterutsända strålningen S2 infaller. I fig 1 betecknas den áterutsända stràlningens S2 träffpunkt på detekteringsområdet med P.In the preferred embodiment shown and described, the radiation detector 4, which thus has a detection area extending in the first plane, is constituted by a position-sensitive semiconductor detector, which emits electrical signals indicating where in the detection area of the radiation detector 4 the transmitted radiation S2 is incident. In Fig. 1, the point of impact of the retrieved radiation S2 at the detection area is denoted by P.

Det med hänvisning till fig l beskrivna positione- ringssystemets användning för lägesdetektering och läges~ bestämning skall nu förklaras närmare under hänvisning till fig 2A och 2B, varvid samma hänvisningsbeteckningar användes för samma delar i fig l respektive fig 2A och 10 15 20 30 35 454 389 9 2B. För enkelhetens skull förklaras endast systemets verkningssätt i det fall den första enheten 1 rör sig och positioneras i X-led, men det inses att systemets verkningssätt är detsamma om rörelsen sker i Y-led eller i både X- och Y-led samtidigt.The use of the positioning system for position detection and positioning described with reference to Fig. 1 will now be explained in more detail with reference to Figs. 2A and 2B, the same reference numerals being used for the same parts in Fig. 1 and Figs. 2A and Fig. 2A, respectively. 9 2B. For the sake of simplicity, the mode of operation of the system is only explained in the case where the first unit 1 moves and is positioned in the X-direction, but it is understood that the mode of operation of the system is the same if the movement takes place in the Y-direction or in both the X- and Y-joints.

I ett första steg befinner sig den rörliga enheten l på ett sådant avstånd från den fasta enheten 2, att den från strålningskällan 3 utsända strålningen S1 ej är riktad mot den andra enhetens 2 mottagningsparti 5.In a first step, the movable unit 1 is at such a distance from the fixed unit 2 that the radiation S1 emitted from the radiation source 3 is not directed towards the receiving portion 5 of the second unit 2.

Någon positionering av den första enheten l har således ännu ej erhållits i detta steg.Thus, no positioning of the first unit 1 has yet been obtained in this step.

I ett andra steg utföres en grovpositionering av den första enheten 1 i förhållande till den andra enheten 2. Denna grovpositionering åstadkommes genom att den första enheten l föres medelst ovannämnda (ej visade) styr~ och drivorgan i riktning mot den andra enheten 2 fram till det läge, där den från stràlningskällan 3 utsända strålningen S1 träffar mottagningspartiet 5 på den andra enheten 2, passerar genom den ej visade samlingslinsen och genom den optiska fibern 7 samt åter- utsändes (S2) i riktning mot detektorns 4 detekterings~ område. Vid mottagande av den återutsända strålningen S2 avger detektorn 4 lägesinformation, vilken indikerar att en grovpositionering har upprättats och innehåller information om var på det tvådimensionella detekterings- området den återutsända strålningen S2 infaller. I fig 2A betecknas "träffpunkten" på detekteringsområdet med Pl och den i fig 2A avgivna lägesinformationen innehåller således information som svarar mot punktens Pl läge.In a second step, a coarse positioning of the first unit 1 in relation to the second unit 2 is performed. This coarse positioning is achieved by the first unit 1 being guided by means of the above-mentioned guide and drive means (not shown) in the direction of the second unit 2 up to the position, where the radiation S1 emitted from the radiation source 3 hits the receiving portion 5 of the second unit 2, passes through the collection lens (not shown) and through the optical fiber 7 and is retransmitted (S2) in the direction of the detection area of the detector 4. Upon receipt of the retransmitted radiation S2, the detector 4 emits position information, which indicates that a coarse positioning has been established and contains information on where in the two-dimensional detection area the retransmitted radiation S2 is incident. In Fig. 2A, the "hit point" on the detection area is denoted by P1, and the position information provided in Fig. 2A thus contains information corresponding to the position of the point P1.

I fig 2A har den första enheten 1 bringats i ett läge, vilket avviker med AX i X-led från det önskade, i fig 2B visade läget.In Fig. 2A, the first unit 1 has been brought into a position which deviates by AX in the X-direction from the desired position shown in Fig. 2B.

I ett tredje steg, i vilket en finpositionering av den första enheten 1 i förhållande till den andra enheten 2 utföres, bringas den första enheten l medelst styr- och drivorganen, som gensvar på den mot punkten Pl svarande lägesinformationen, att röra sig i riktning mot det i fig 2B visade, önskade läget, d v s till höger 10 15 20 25 30 35 454 589 10 i fig 2A. Det skall härvid observeras att den áterutsända strálningens S2 träffpunkt kommer att ligga inom detek- torns 4 detekteringsomráde under hela finpositioneringen och att den från detektorn 4 avgivna lägesinformationen kontinuerligt matas till styr- och drivorganen under hela finpositioneringen. Enheternas l och 2 inbördes rörelse under finpositioneringen begränsas uppenbarligen av dels detekteringsomràdets utsträckning_i rörelse- riktningen, dels utsträckningen hos den andra enhetens 2 mottagningsparti 5 i samma riktning. När den första enheten l medelst styr- och drivorganen har bringats till det i fig 2B visade läget, i vilket läge den åter- utsända strålningens S2 träffpunkt nu har förskjutits från Pl till P2, jämföres den avgivna lägesinformationen, som nu svarar mot punkten P2, med det önskade läget.In a third step, in which a fine positioning of the first unit 1 in relation to the second unit 2 is performed, the first unit 1 is caused by means of the control and drive means, in response to the position information corresponding to the point P1, to move in the direction of the desired position shown in Fig. 2B, i.e. to the right in Fig. 2A. It should be noted here that the point of impact of the retransmitted radiation S2 will be within the detection range of the detector 4 during the entire fine positioning and that the position information emitted from the detector 4 is continuously fed to the control and drive means during the entire fine positioning. The mutual movement of the units 1 and 2 during the fine positioning is obviously limited by the extent of the detection area in the direction of movement and the extent of the receiving portion 5 of the second unit 2 in the same direction. When the first unit 1 has been brought by the control and drive means to the position shown in Fig. 2B, in which position the point of impact of the retrieved radiation S2 has now been shifted from P1 to P2, the output position information, which now corresponds to the point P2, is compared. with the desired mode.

Eftersom den första enheten l nu har positionerats i önskat läge i förhållande till den andra enheten 2 bringas den första enheten nu att stoppa i det i fig 2B visade läget.Since the first unit 1 has now been positioned in the desired position in relation to the second unit 2, the first unit is now caused to stop in the position shown in Fig. 2B.

Ovannämnda positioneringsförfarande med en grovposi- tionering och en efterföljande finpositionering kan vara särskilt föredraget i de fall man önskar att föra den rörliga enheten l med hög hastighet mellan de lägen där den är avsedd att stoppa. När en grovpositionering har uppnåtts (fig ZA) kan hastigheten sänkas, varefter finpositioneringen kan utföras med lág hastighet och stor noggrannhet.The above-mentioned positioning method with a coarse positioning and a subsequent fine positioning may be particularly preferred in cases where it is desired to move the movable unit 1 at high speed between the positions where it is intended to stop. When a coarse positioning has been achieved (Fig. ZA), the speed can be reduced, after which the fine positioning can be performed with low speed and high accuracy.

Föreliggande uppfinning är speciellt lämpad för positionering av automatiskt styrda truckar eller lik- nande, vilka styres automatiskt utmed en pá ett fabriksgolv utlagd bana, slinga eller liknande. Det uppfinningsenliga positioneringssystemets användning i detta sammanhang skall nu beskrivas närmare under hänvisning till fig 3, vilket uppifrån och schematiskt visar en automatiskt styrd truck 10, vilken på hjul ll styres längs en bana 12. Trucken 10 är avsedd att stanna vid ett flertal, utmed banan 12 belägna stationer 13. För uppnàende av den eftersträvade positioneringen av trucken 10 i för- 10 15 20 25 30 35 454 389 ll hållande till stationerna 13 är den förra försedd med en första enhet 1, vilken uppbär strålningskälla 3 och en strålningsdetektor 4, och är de senare försedda med var sin andra enhet 2, vilken har ett strålningsmot- tagande parti 5 och ett stràlningsåterutsändande ställe 6. De andra, fasta och passiva enheterna 2 är företrädes- vis så nedsänkta i golvet, att enheternas 2 ovansida 2a ligger i golvytans plan. När det uppfinningsenliga positioneringssystemet utnyttjas i detta sammanhang ligger den utsända strålningens frekvens företrädesvis i spektrumets infraröda område.The present invention is particularly suitable for positioning automatically controlled trucks or the like, which are controlled automatically along a track, loop or the like laid out on a factory floor. The use of the positioning system according to the invention in this context will now be described in more detail with reference to Fig. 3, which shows from above and schematically an automatically steered truck 10, which is guided on wheels 11 along a track 12. The truck 10 is intended to stop at a plurality, along the track 12. In order to achieve the desired positioning of the truck 10 in relation to the stations 13, the former is provided with a first unit 1, which carries a radiation source 3 and a radiation detector 4, and the latter are each provided with a second unit 2, which has a radiation-receiving portion 5 and a radiation-transmitting location 6. The other, fixed and passive units 2 are preferably so immersed in the floor that the upper side 2a of the units 2 lies in the floor surface. plan. When the positioning system according to the invention is used in this context, the frequency of the emitted radiation is preferably in the infrared range of the spectrum.

Med positioneringssystemet enligt uppfinningen finnes även en möjlighet till att identifiera olika stationer 13. En sådan identifiering kan exempelvis uppnås genom att ett raster, vilket har ett för stationen 13 specifikt mönster, anbringas vid stationens 13 stràl- ningsâterutsändande ställe 6. Stràlningsdetektorn 4 på trucken 10 är i detta fall inrättad att detektera den av rastret påverkade, återutsända strålningen S2 och att avge information som svarar mot det specifika mönstret hos rastret.With the positioning system according to the invention there is also a possibility to identify different stations 13. Such identification can be achieved, for example, by applying a grating, which has a pattern specific to station 13, to the radiation retransmitting point 6 of the station 13. The radiation detector 4 on the truck 10 is in this case arranged to detect the retransmitted radiation S2 influenced by the raster and to provide information corresponding to the specific pattern of the raster.

Som ett alternativ till rastret kan den andra en- hetens 2 passiva organ utgöras av ett flertal optiska fibrer 7, vars utgàngsändar 9 anbringas i ett specifikt mönster vid âterutsändningsstället 6. För detektering av ett sådant mönster kan en uppsättning fotoceller utnyttjas för detektorn 4 på trucken 10.As an alternative to the grating, the passive means of the second unit 2 may consist of a plurality of optical fibers 7, the output ends 9 of which are arranged in a specific pattern at the retransmission point 6. For detecting such a pattern, a set of photocells can be used for the detector 4 on the truck 10.

Positioneringen av trucken 10 i förhållande till respektive stationer 13 kan åstadkommas genom ovannämnda, med hänvisning till fig 2A och 2B beskrivna, grovposi- tionering och efterföljande finpositionering. Det upp- finningsenliga positionerignsssytemet är emellertid speciellt tillämpbart i det fall trucken l0 uppbär en i förhållande till densamma rörlig robot eller liknande, vilken är inrättad att, när trucken 10 har anbringats i läge vid en station 13, utföra ett rörelsemönster i förhållande till ett med stationen 13 fast referens- system. I detta fall kan finpositioneringen av trucken 454 389 10 15 20 25 30 35 12 10 uteslutas. Närmare bestämt kan positioneringen utföras så att trucken 10 bringas att röra sig mot en station 13 till ett läge, där från strâlningskällan 3 utsänd strålning S1 faller inom stationens 13 mottagningsparti 5 och där den återutsända strålningen S2 faller inom detektorns 4 detekteringsområde. När trucken på detta sätt har grovpositionerats i förhållande till stationen 13, bringas trucken 10 att stanna. Därefter beräknas utifrån den av detektorn 4 avgivna lägesinformationen ett referenssystem för robotens rörelsemönster, vilket referenssystem är beroende av truckens 10 exakta läge i förhållande till stationen 13, d v s beroende av den àterutsända strålningens S2 träffpunkt P på detektorns 4 detekteringsomràde. En komplicerad och tidskrävande finpositionering av trucken 10 i förhållande till sta- tionen 13 erfordras således ej i detta fall.The positioning of the truck 10 in relation to the respective stations 13 can be achieved by the above-mentioned, with reference to Figs. 2A and 2B, coarse positioning and subsequent fine positioning. However, the positioning system according to the invention is particularly applicable in the case where the truck 10 carries a robot or the like movable relative thereto, which is arranged to, when the truck 10 has been mounted in position at a station 13, perform a movement pattern relative to a station 13 fixed reference system. In this case, the fine positioning of the truck 454 389 10 15 20 25 30 35 12 10 can be omitted. More specifically, the positioning can be performed so that the truck 10 is caused to move towards a station 13 to a position where radiation S1 emitted from the radiation source 3 falls within the receiving portion 5 of the station 13 and where the retransmitted radiation S2 falls within the detection area of the detector 4. When the truck has been roughly positioned relative to the station 13 in this way, the truck 10 is caused to stop. Then, based on the position information provided by the detector 4, a reference system for the robot's movement pattern is calculated, which reference system depends on the exact position of the truck 10 in relation to the station 13, i.e. depends on the retrieval point P2 of the retrieved radiation S2 on the detector 4. A complicated and time-consuming fine positioning of the truck 10 in relation to the station 13 is thus not required in this case.

Uppfinningen får givetvis inte anses begränsad till den visade och beskrivna utföringsformen, som endast utgör exempel, utan kan modifieras på flera sätt inom ramen för det begärda patentskyddet, vilket endast begrän- sas av bifogade patentkrav.The invention must of course not be considered limited to the shown and described embodiment, which is only an example, but can be modified in several ways within the scope of the claimed patent protection, which is limited only by the appended claims.

Strålningsdetektorn 4 kan exempelvis utgöras av två, i det första planet vinkelrätt placerade endimen- sionella halvledardetektorer istället för den beskrivna tvådimensionella halvledardetektorn.The radiation detector 4 may, for example, consist of two one-dimensional semiconductor detectors placed perpendicularly in the first plane instead of the described two-dimensional semiconductor detector.

Vidare kan de båda enheterna l och 2 vara monterade på två föremål som även är rörliga i Z-led, och i detta fall kan det under vissa omständigheter vara intressant att även åstadkomma en positionering i Z-led. En dylik positionering kan uppnås om strålningskällans 3 och strálningsdetektorns 4 optiska axlar snedställes i för- hållande till varandra, exempelvis genom att avståndet mellan källan 3 och detektorn 4 göres större än avståndet mellan mottagningspartiet 5 och àterutsändningsstället 6. Med ett sådant system med snedställda optiska axlar erhålles en sluten stràlningsbana endast om avståndet i Z-led mellan den första enheten 1 och den andra enheten 2 ligger inom bestämda gränser. w 454 589 13 Slutligen skall det påpekas att det passiva organet 7 i den andra enheten 2 kan utgöras av andra element än optiska fibrer, exempelvis spegelsystem och liknande.Furthermore, the two units 1 and 2 can be mounted on two objects which are also movable in the Z-joint, and in this case it may in some circumstances be interesting to also provide a positioning in the Z-joint. Such a positioning can be achieved if the optical axes of the radiation source 3 and the radiation detector 4 are inclined relative to each other, for example by making the distance between the source 3 and the detector 4 greater than the distance between the receiving portion 5 and the retransmission point 6. With such a system with inclined optical axes a closed radiation path is obtained only if the distance in the Z-direction between the first unit 1 and the second unit 2 is within certain limits. Finally, it should be pointed out that the passive member 7 in the second unit 2 may be constituted by elements other than optical fibers, for example mirror systems and the like.

Claims

l0 l5 20 25 30 ß 454 389 .f 14 PATENTKRAV

Positioning system for detecting and determining a relative position between a first unit (1) arranged in a first plane and a second unit arranged in parallel with and separated from the first plane and a second plane (2). ), which units (1, 2) are mutually movable parallel to said plane and of which the first unit (1) has a radiation source (3) for emitting a beam (S1) directed towards the second unit (2) and a radiation detector ( 4) for detecting a beam (S2) retransmitted from the second unit (2) and the second unit (2) has a passive means (7), which is arranged to, when the relative position is within certain limits, receive it from the radiation source emits the beam (S1) and retransmits (S2) the received radiation in the direction of the radiation detector (4), the radiation detector (4) being arranged to emit position information corresponding to the relative position by influencing the retransmitted beam (S2). , k ä nnetec due to the fact that the passive means (7) has a separate radiation-receiving portion (5) spread in the second plane, within which the emitted beam (S1) falls, when the relative position is within said limits, and a separate radiation transmitting site (6), which is in optical communication with and is, calculated in a direction parallel to the second plane, located at a constant distance (A) from the radiation receiving portion (5), whereby the radiation is transmitted from a certain point at the radiation-emitting point (6) regardless of where it falls on the radiation-receiving portion (5), and that the radiation detector (4) has a position-sensitive detection area in two dimensions, whereby from the radiation-emitting point (6) the retransmitted beam (S2) has such a convergence that it falls on a limited part (P) of the detection area, when r; - l0 l5 20 25 30 35 1 454 389 * l5 the relative position is within said limits, ls is arranged so that the delivered position information contains information about where (P) in the detection area extended in two dimensions the retransmitted beam (S2) falls.

A system according to claim 1, wherein the passive means (7) is constituted by at least one optical fiber, one end (8) of which is attached to the radiation receiving portion (5) and the other end (9) of which is attached to the radiation retransmitting instead (6).

3. A system according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation detector (4) consists of a position-sensitive semiconductor detector, which has a characteristic detection area which is continuously distributed in two dimensions.

A system according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation detector (4) consists of a sensor - a plurality of separate, two-dimensional radiation-sensitive elements, such as photocells.

System according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection range of the radiation detector (4) extends parallel to said plane.

System according to claim 5, characterized in that the radiation source (3) and radiation detector (4) of the first unit (1) are, calculated in a direction parallel to the first plane, located at substantially the same mutual distance as said distance ( A) between the radiation receiving portion (5) of the other unit (2) and the radiation emitting point (6).

System according to any one of the preceding claims, characterized in that the second unit (2) has with its passive means (7) connected and specific identification means connected to the second unit (2), which are arranged so as to influence the received the beam (S1), that the radiation detector (4) can detect the second unit (2) from similar units 10 15 20 25 30 454 389 16 (2) by other identification means when detecting the re-emitted, transmitted beam (S2) thereby affected.

8. A system according to claim 7, characterized in that said identifying means consists of a raster arranged at the radiation transmitting point (6) of the passive means (7), which has a pattern specific to the second unit (2).

9. A system according to any one of the preceding claims, characterized in that the frequency of the radiation beam emitted (S1) emitted by the radiation source (3) and the radiation beam re-emitted by the passive means (7) is in the infrared of the spectrum. area.

System according to any one of the preceding claims, characterized in that the system has means which are arranged to receive the position information transmitted from the radiation detector (4) when the relative position is within said limits, and that in response to the received the position information influences at least one unit so that a desired relative position within said limits is obtained.

11. ll. System according to any one of the preceding claims, comprising a robot mounted on the first or the second unit (1 and 2, respectively) and movable relative to this unit or the like, characterized in that the system has means which are arranged to receive it from the radiation detector. (4) the position information provided, when the relative position is within said limits, to respond to the mutual movement of the units (1, 2) in response to the received position information and to calculate a reference system for the robot's movements from the received position information.