SE510184C2 - Metod för styrning av en robot samt anordning vid roboten - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 510184 2 - Medelst den uppfinningsenliga metoden och anordningen medges spekulation om målbeteende, vilken spekulation utnyttjas vid uppskattningen av interceptpunkten. På detta sätt kan målbeteendet och således interceptpunkten uppskattas, exempelvis uti- frân vetskap om målets att.

- En prestandaförbättring kan erhållas genom att metoden och anordningen kan användas såväl i robotens banfas som åtminstone delvis i dess slutfas.

Föreliggande uppfinning kommer i det följande beskrivas närmare med hänvisning till ritningen, som visar ett exempel på en fördelaktig utföringsform.

Figur 1 visar en scenarioutveckling, där en robot styr mot ett fast mål.

Figur 2 visar en scenarioutveckling, där roboten styr mot ett rörligt mål i form av ett flygplan.

Figur 3 visar en anordning medelst vilken åstadkoms robotstymingen i fig 1 och 2.

I figur 1 markerar 1 en robot och 2 markerar ett fast mål. Roboten 1 har information om sin egen position, fartvektor och karaktäristiken för farten under robotens 1 fort- satta färd. Tillgången till dessa data erhålls genom utnyttjande av tidigare kända anordningar. Exempelvis har roboten såsom i ñg 3 ett tröghetsnavigeringssystem 6, via vilket erhålls information om robotens position och fartvektor. Karaktäristiken för robotens fortsatta färd erhålls exempelvis genom en robotdator. Dessutom har roboten information om målets position, exempelvis såsom i fig 3 via en målsökare eller kommunikationslånk 7. Målsökaren kan t ex vara en IR-sensor eller radar.

Roboten l är inrättad att i robotbanan fortlöpande hantera informationen om roboten 1 och målet 2 för att styra roboten mot målet, vilket är beläget i punkten A i ñgur 1.

Såsom visas i figur 3 har i ett exempel roboten ett läsminne l l, i vilket finns lagrat programvara samt en processor 12, vilken är inrättad att exekvera de i programvaran inskrivna instruktionerna. Programvaran är inrättad att läsa in informationen om roboten och om målet i ett läs/skrivminne 13 och utifrån denna information beräkna en gångtid (ttg), vilken anger den tid det tar för roboten att den närmaste vägen färdas till målet 2. Mer i detalj fås gångtiden genom att lösa ut ttg ur följande integral: 10 20 25 30 35 510184 3 r, :ng HU) d: = s r, =O där i? (t) anger robotens fortsatta fartkaraktäristik och s anger avståndet mellan robo- ten och målet vid t=0, där t=0 är nuläget i robotbanan.

Programvaran är vidare inrättad att beräkna en fiktiv punkt, markerad B i figur 1, vilken är belägen på högre höjd än punkten A och vars avstånd till denna står i rela- tion till den beräknade gångtiden (ttg), van/id robotens fartvektor hålls riktad mot punkten B. I figur 1 betecknas avståndet mellan punkten A och punkten B A. Före- trädesvis är punkten B belägen utefter en vertikal linje, som går genom punkten A.

Såsom tidigare nämnts står avståndet A i relation till den beräknade gångtiden (ttg).

Denna relation kan optimeras med avseende på ställda krav på egenskaper hos robo- tens bana. T ex kan robotens bana optimeras så, att roboten håller maximal medelfart och/eller så, att den har maximal slutfart. Denna optimering utförs vid i förväg utför- da simuleringar, vid vilka hänsyn tas till robotens egenskaper och prestanda samt t ex yttre förhållanden. Vid simuleringama tas fram en eller flera parametrar för använd- ning av roboten vid beräkning av avståndet A mellan punkten A och punkten B.

Avståndet A kan till exempel beskrivas genom ett polynom, där Aütsfipvuttgf + Pains) + P3 och där parametrarna pl, p; och p3 uppskattas vid nämnda simuleringar utifrån valt optimeringskriterium. Notera att detta endast är ett exempel. A som en funktion av gångtiden ttg behöver ej beskrivas med ett polynom. Dock skall A avta när gångtiden ttg avtar för att gå mot noll när ttg går mot noll.

Punkten Bzs läge uppdateras fortlöpande under robotens bana mot målet 2 baserat på uppdaterade beräkningar av gångtiden ttg gjorda utifrån uppdaterade uppgifter om robotens läge, fartvektor och fortsatta fartkaraktäristik. Robotens fartvektor, som i ett initialt skede riktas såsom den streckade linjen 3 markerar, kommer allteftersom ttg minskar att riktas närmare och närmare punkten A. Den streckade linjen 4 visar ett exempel på en robotbana mot punkten A. Karaktäristiskt för robotbanan är, att genom att robotens fartvektor riktas mot den fiktiva punkten B, roboten lobbar mot målet. 10 15 20 25 30 35 510184 4 I figur 2 markerar 1 en robot och 2 markerar ett mål, liksom var fallet i figur 1. Här är dock målet 2 ett rörligt mål i form av ett flygplan. Såsom tidigare beskrivits har roboten l information om sin egen position, fartvektor och karaktäristiken för farten under robotens l fortsatta färd. Dessutom får roboten fortlöpande information om målets position och fartvektor.

Såsom tidigare nämnts har roboten l programvara, vilken är lagrad i ett läsminne ll, en processor 12 inrättad att exekvera de i programvaran inskrivna instruktionerna och ett läs/skrivminne 13, i vilket informationen om roboten och målet läses in. Program- varan är inrättad att utifrån den inlästa informationen prediktera en interceptpunkt, markerad A i figur 2, i vilken punkt robotens 1 och målets 2 banor samtidigt beräk- nas korsa varandra och roboten således förväntas träffa målet.

Vid denna prediktering utnyttjas dels ett antagande om framtida målbeteende för att uppskatta målets bana och dels en beräkning av var utefter målets uppskattade bana roboten beräknas träffa utifrån robotens information om sin egen position, fart och fortsatta fartkaraktäristik. Antagandet om framtida målbeteende kan göras utifrån ett antal olika grunder. Om målet är fast (såsom i figur 1) blir lösningen trivial, målet antas röra sig med en hastighet O. Om målet är rörligt kan det antas röra sig med en konstant fart och riktning eller med en konstant fart och konstant krökradie eller också kan antagandet baseras på att målet antas färdas utefter den bana, som gör det svårast för roboten att träffa. I det sistnämnda fallet bringas roboten i stora drag att röra sig mot målet på ett sådant sätt, att den ej kommer att missa målet, även om målet manövreras så, att dess bana ur träffsynpunkt är den svårast möjliga.

När ett antagande om framtida målbeteende gjorts, det vill säga när den bana, som målet antas fortsätta i har bestämts, predikteras interceptpunkten A utifrån detta anta- gande om framtida målbeteende. Prediktionen utförs genom en iterativ process för att finna en punkt utefter målets bana, som målet och roboten kan nå samtidigt, dvs en punkt till vilken en gångtid för målet ttgmål är lika lång som en gångtid för roboten Ügrobot- Först ges ttgmm ett startvärde ttgmz-.L Sun, varefter beräknas i vilken punkt utefter sin bana målet kommer att befinna sig vid denna tidpunkt. Startvärdet ttgmâr Sun kan exempelvis ñnnas i förväg lagrat i läsminnet 16. Därefter beräknas hur lång tid roboten skulle behöva för att komma till samma punkt. Vi benämner här denna tid ttgmbOL Sum. Om ttgmåL mm och ttgmbommn ej sammanfaller, beräknas ett nytt värde på ttgmå, , vilket vi här benämner ttgmårslmil. Exempelvis beräknas ttgmår Sum., som 10 15 20 25 30 35 510184 5 medelvärdet mellan ttgmåL m, och ttgmbotsm. Därefter upprepas förfarandet enligt ovan n gånger till dess ttgmår Små, och ttgmboL Smin sammanfaller eller ligger tillräck- ligt nära varandra. Då har man ett värde på den i samband med fig l beskrivna gång- tiden ttg (dvs ttg = ttgmåj = ttgmbot) och den punkt målet och roboten beräknas befinna sig vid denna tidpunkt är den predikterade interceptpunkten A.

Dessutom är roboten genom programvaran, såsom beskrivits tidigare, inrättad att beräkna en fiktiv interceptpunkt, markerad B i ñgur 2, vilken är belägen på högre höjd än den predikterade interceptpunkten A och vars avstånd A till denna står i rela- tion till den beräknade gångtiden (ttg). Denna anger såsom tidigare den tid det tar för roboten att den närmaste vägen färdas till den predikterade interceptpunkten A och erhålls i fallet att målet är rörligt ur den iterativa processen för att prediktera inter- ceptpunkten A, såsom beskrivits.

Robotens fartvektor hålls riktad mot den fiktiva interceptpunkten B. Denna uppdate- ras fortlöpande under robotens bana mot målet 2 baserat på uppdaterade iterativa beräkningar av gångtiden (ttg) gjorda utifrån uppdaterade uppgifter om roboten och målet. I ett utförande uppdateras den predikterade interceptpunkten A en gång per sekund och den fiktiva interceptpunkten uppdateras oftare, exempelvis tio gånger per sekund. Vid de uppdateringar av den fiktiva interceptpunkten B, där även intercept- punkten A uppdateras, erhålls i detta utförande gångtiden (ttg) vid beräkningen av interceptpunkten A medan vid de uppdateringar av B, där A ej uppdateras, betraktas målet 2 som ett fast mål, såsom beskrivits i anslutning till fig 1, varvid gångtiden (ttg) beräknas i enlighet med vad som beskrivits om gångtidsberäkningen i anslutning till denna figur.

I figur 2 markerar 5 ett exempel på målets bana under en tidsperiod fram till dess att roboten träffar målet vid interceptpunkten A. Såsom tidigare nämnts bör den predik- terade interceptpunkten A uppdateras allteftersom informationen om målet och om roboten uppdateras och har således fortlöpande flyttat sig under tiden fram till träff.

I figur 3 illustreras en anordning 16, vilken har de element som behövs för utförande av de ovan beskrivna exemplen på en metod enligt föreliggande uppfinning. Såsom tidigare närnnts markerar hänvisningssiffra 6 ett tröghetsnavigeringssystem hos roboten 1 och hänvisningssiffra 7 markerar en målsökaranordning hos roboten l och/eller en kommunikationslänk. I ett utförande har robotens målsökare 7 en relativt kort räckvidd, varför den endast är användbar vid slutfasstyrning. När roboten befin- ner sig i banfasen tar den istället emot nämnda information om målet 2 via kommu- nikationslänken t ex med ett avfyrande flygplan. Detta flygplan har en radar med stor lÛ 15 20 25 510184 6 räckvidd och kan därför tillhandahålla informationen om målet när roboten är i ban- fasen. När väl roboten är så nära målet, att dess egen radar fungerar, kan således i detta utförande flygplanet avlägsna sig från roboten.

Vidare finns gränssnitt 8 respektive 9 medelst vilka informationen från tröghets- navigeringssystemet 6 och robotdatom (ej visad) respektive målsökaren/läriken 7 via processom 12 kan läsas in i läs/skrivniinnet 13. Programvaran i läsrninnet 11 inne- fattar instruktioner för att ur informationen om roboten och målet såsom tidigare nämnts medelst processorn 12 prediktera en interceptpunkt, i vilken punkt roboten förväntas träffa målet. Dessutom finns instruktioner för gångtidsberälcningen. Vid gångtidsberälmingen beräknas avståndet s som avståndet mellan roboten och den predikterade interceptpunkten vid t=O, dvs nuläget för roboten i sin bana.

Programvaran har även instruktioner för beräkning av den fiktiva interceptpunketen utifrån den erhållna gångtiden. Vid beräkningen av den fiktiva interceptpunkten utnyttja de tidigare beskrivna parametrama pl, p2,p3, vilka exempelvis finns inlagda som konstanter i prograrrnnet. Läsminnet 11, processorn 12 och läs/skrivrninnet 13 finns i en dator 10.

Anordningen 16 har vidare ett gränssnitt 14, via vilket den i datorprogrammet beräk- nade fiktiva interceptpunkten överförs till en form, som ett till gränssnittet 14 för- bundet riktorgan 15 kan utnyttja för att rikta robotens fartvektor mot nämnda fiktiva punkt.

Såsom tidigare nämnts, är den häri beskrivna tekniken dels tillämplig i banfasen och dels helt eller delvis i slutfasen.

Claims (4)

10 15 20 25 30 7 51 o 1 s 4 PATENTKRAV

1. Metod vid styming av en robot (1) mot ett mål (2), varvid roboten har informa- tion om sin egen position, fartvektor och fortsatta fartkaraktäristik och fortlö- pande får information om målets position och fartvektor, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, - att ur den information roboten har predikteras en interceptpunkt (A), i vilken punkt roboten förväntas träfiia målet, - att en gångtid beräknas, vilken anger den tid det tar för roboten att färdas till den predikterade interceptpunkten (A), - att utifrån ett givet kriterium för robotens banegenskaper beräknas en fiktiv interceptpunkt (B), vilken är belägen på högre höjd än den predikterade interceptpunkten (A) och vars avstånd (A) till denna står i relation till den beräknade gångtiden och - att robotens fartvektor riktas mot nämnda fiktiva punkt.

2. Metod enligt patentkrav Lkännetecknad därav, att den fiktiva interceptpunkten är belägen utefter en vertikal linje, som går genom den pre- dikterade interceptpunkten.

3. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att optimeringskriteriet är maximal slutfart.

4. Anordning (16) vid en robot (1) för styming av denna mot ett mål (2), varvid roboten har organ (6) inrättade att tillhanda information om robotens egen position, fartvektor och fortsatta fartkaraktäristik sarnt organ (7) inrättade att fortlöpande ta emot information om målets position och fartvektor k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att anordningen (16) har första beräkningsorgan (1 1, 12) inrättade att ur den information roboten (1) har prediktera en intercept- punkt (A), i vilken punkt roboten förväntas träffa målet, andra beräkningsorgan (1 1, 12) inrättade att beräkna en gångtid, vilken anger den tid det tar för roboten att färdas till den predikterade interceptpunkten (A), tredje beräkningsorgan (1 1, 12) inrättade att utifrån ett givet kriterium för robotens banegenskaper beräkna en fiktiv interceptpunkt (B), vilken är belägen på högre höjd än den predikterade interceptpunkten och vars avstånd till denna står i 510184 10 8 relation till den beräknade gångtiden och organ (15) inrättade att rikta robotens fartvektor mot nämnda fiktiva punkt. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den filctiva interceptpunkten (B) är belägen utefter en vertikal linje, som går genom den predikterade interceptpunkten. Anordning enligt patentkrav 4 eller 5, k än n e t e c kn ad d ä r a v, att mottagarorganen (7) är en målsökaranordning. Anordning enligt något av patentkraven 4-6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att optimeringskriteriet är maximal slutfart.