SE528196C2 - Inmätningsanordning vid autonoma fordon - Google Patents

Description

40 45 50 55 60 528 196 Detta åstadkommes med fördel genom att sveprörelsen utgör mantelytan av hos en cirkulär kon. För avsökningen i längsled utnyttjas fordonets rörelse för vilket ändamål utrustningen ärkompletterad med anordningar som mäter fordonets momentana rörelser, exempelvis genom avkänning av rotatio- nen hos fordonets hjul eller genom tröghetsnavigering med acoelerometrar och gyron. Erhållna mät- data från avståndsmätaren och dess svepanordning kombineras med data om fordonets rörelser så att en topografibild successivt byggs upp medan fordonet förflyttar sig.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till figurerna av vilka figur 1 visar exempel på tidigare känd svepmetod för att täcka en hel yta figur 2 visar en alternativ svepmetod. figur 3 visar svep- och avsökningsmetod där fordonets rörelse utnyttjas figur 4 visar en svep- och avsökningsmetod enligt uppfinningen En avståndsmätare (1) sänder ut en mätstråle (2) som träffar underlaget eller ett föremål (5) i en punkt (3) och avger via en dataledning det uppmätta avståndet (R) mellan avstàndsmätaren och punkten (3). Avständsmätaren utför tätt upprepade mätningar t.ex. 100 000 gånger per sekund. Av- ståndsmätaren är så inrättad att mätstrålens utträdesvinkel i höjdled (Vy) och i sidled (Vz) mot en horisontell referenslinje successivt ändras och att dessa vinklar i varje ögonblick är kända. För varje ny avståndsmätning erhålls sålunda en något förskjuten mätpunkt (3a, 3b o.s.v). Vinkeländringarna sker efter ett förutbestämt mönster (4) så att en sammanhängande yta blir uppmätt. För varje mätning kan med nedanstående formler den träffade mätpunktens position beräknas i längsled (X), höjdled (Y) och sidled (Z) med den tänkta referenslinjen som X-axel och avståndsmätaren som origo.

X = R x cos(Vy) x cos(Vz); Y = R x sin(Vy) x cos(Vz); Z = R x cos(Vy) x sin(Vz); Mängden av sålunda erhållna koordinater för de uppmätta punkterna utgör tillsammans en topografisk beskrivning av omgivningen.

Mönstret kan exempelvis såsom visas i figur 1 beså av en snabb fram och återgående rörelse i sidled (Vz) och en långsam i höjdled (Vz). Ett annat sätt som är enklare att åstadkomma apparatmässigt är en sveprörelse av spiralform såsom visas i figur 2. l figur 3 visas principen för utnyttjande av fordonets rörelse. Avståndsmätaren (1) utsänder en mät- stråle (2) som utför en fram och àtergående rörelse så att en rad mätpunkter längs en tvärslinje (8 - 9) erhålls. Utträdesvinkeln (Vy) i höjdled är däremot konstant och nedåtriktad. Då fordonet rör sig framåt, om vilken förflyttning (Xd) information erhålles från en i fordonet inbyggd mätanordning, kommer vid påföljande sveprörelse fordonet ha nått en ny position (10) och mätpunkterna kommer att vara för- skjutna så att en ny rad av sådana ( 11 - 12) erhålls. Information om fordonets svängmanövrer, liksom rörelser på grund av ojämnheteri underlaget erhàlls enligt uppfinningen i form av vinkelinforrnation i höjdled (Wy) och sidled (Wz) från i fordonet inbyggda gyron eller annan likvärdig anordning. Ur denna information beräknas även fordonets position i höjdled (Yd) och sidled (Zd). Ur den sålunda erhållna informationen kan med nedanstående formler varje måtpunkts position beräknas i förhållande till ett origo vid fordonets utgångsposition och då gällande referenslinje som X-axel: X = Xd + R x cos(Vy + Wy) x cos(Vz + Wz); Y = Yd + R x sin(Vy + Wy) x cos(Vz + Wz); Z = Zd + R x cos(Vy + Wy) x sin(\/z + Wz); Genom att den avsökta ytan består av en linje reduceras antalet mätpunkter per mätcykel mycket radikalt. vilket kan utnyttjas både för att reducera avståndsmätarens mätrepetitionsfrekvens till nytta för andra egenskaper, och för att på ett ur fordonsstyrsynpunkt välgörande sätt öka antalet mätcykler per sekund. Om sålunda avständsmätaren utför 100 000 mätningar per sekund. erhålls, med en bredd hos mätområdet om 20 meter och med 0,05 meter delning mellan mätpunkterna, en mätcykel- frekvens om 100 000 x 0,05 /20 = 250 svep per sekund, vilket med 0,1 meter delning i längsled med- ger en fordonshastighet om 250 x 0,1 = 25 meter per sekund = 90 kilometer per timme.

I figur 4 visas utförande enligt uppfinningen där mätstrålen beskriver en rörelse längs mantelytan på en cirkulär kon. Därmed uppnås, förutom en apparatmässig förenkling, att rörliga hinder som råkar 10 15 20 528 196 komma in nära framför fordonet inte kan undgå upptäckt genom att rymmas inne under mätstrålens svepområde (1 - 8 - 9 i figur 3). l stället för att ha snäv toppvinkel och ha centrumaxeln riktad snett nedåt kan konen ha en vid toppvinkel och ha centrumaxeln riktad rak nedåt varvid i sistnämnda fall avståndsmätaren placeras pà en liten mast så att mätsträlen inte träffar fordonet. Denna utförandeva- riant är i vissa fall fördelaktig vid lastare och liknande fordon som inom en begränsad yta utför många svängmanövrer.

Mätanordningen för fordonets förflyttning kan företrädesvis bestå av en accelerometer vars utsignal genom databehandling integreras numerlskt två gånger. För korrigering av det successivt växande mätfel som i praktiken därvid uppstår kan i utförandet enligt figur 4 utnyttjas det faktum två av varand- ra oberoende uppsättningar av topografidata erhålls, dels en fràn den avsökta konens övre halva (15), dels en från den nedre halvan (16). Genom att med korrelationsteknik bestämma positionsskillnaden mellan dessa bada bilder erhåller man en av accelerometern oberoende information om fordonets förflyttning, utnyttjbar för accelerometerns kalibrering.

Metoden kan även användas för kalibrering av gyrona, i synnerhet vid utförandet enligt figur 4 varvid det är fördelaktigt att även i detta fall komplettera med en andra eller ett fåtal mätstràlar som i så fall ges en awikande toppvinkel hos den kon mätsträlen beskriver. l omgivningar där omgivningen innehåller många lätt särskiljbara föremål kan korrelationstekniskt bestämd information om fordonets position och riktningsorientering erhållas i sådan utsträckning att särskilda mätanordningar som accelerometrar och gyron kan awaras.

Claims (5)

528 196 Patentkrav:

1. Styrautomat för förarlösa fordon, omfattande servon för körning, styrdator och avkänningsorgan för inmätning och orientering. k ä n n e t e c k n a d a v att detta avkänningsorgan innehåller en avstånds- mätare (1), anordnad att med en smal mätstràle (2) utföra tätt upprepade avståndsmätningar, riktorgan som upprepat sveper denna mätstrále längs en kurva bildande mantelytan hos en cirkulär kon (15, 16) så utformad att den täcker önskat mätomráde i sidled räknat fràn fordonets normala rörelseriktning, sagda riktorgan så beskaffat att det fortlöpande lämnar information om riktningsvinklarna för utgående mätstråle. vidare att anordningen är försedd med medel för att fortlöpande bestämma fordonets positionsförändring i såväl translatíonsled som rotationsled samt medel för att ur sålunda erhållen information beräkna omgiv- ningens topografi.

2. Avkänningsorgan enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n at a v att medlen för att bestämma fordonets positionsförändring utgörs av accelerometer och gyro samt av medel för numerisk integrering av de er- hàllna mätsignalema.

3. Förfarande vid anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n at a v att man ur från medlet för po- sitionsbestämning erhållen information om fordonets positionsförändring beräknar dess för tillfället ràdan- . de position i iängs- och tvärsled samt dess inriktning och lutning relativt ett förutbestämt koordinatsystem, och att man ur denna information, jämte uppmätt avstånd och erhållen information från riktorganet om samtidigt rådande avlänkningsvinklar, beräknar den uppmätta punktens position i nämnda koordinatsys- tem, att man genom fortlöpande upprepning av dessa beräkningar medan fordonet förflyttar sig successivt bygger upp topografibilder av omgivningen, att man jämför dessa bilder med sparade referensbilder samt att man, medelst den sålunda erhållna informationen, via fordonets servon styr fordonets rörelse och funktioner till överensstämmelse med ett förutbestämt handlingsprogram.

4. Förfarande vid anordning enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a t a v att man som medel för be- stämning av fordonets positionsförändrizig var för sig använder konens mantelytas övre (15) och undre halva (16) för att i förfarandet enligt patentkrav 3 åstadkomma två av varandra oberoende topografibilder och att man utför en korrelationsjämförelse bilderna emellan.

5. Förfarande vid anordning enligt patentkrav 1 och 2 k ä n n e t e c k n a t a v att man utnyttjar förfa- randet enligt patentkrav 4 för att korrigera för successivt växande positionsbestämningsfel fràn accelero- meter och gyro.