WO1982001420A1 - Method and installation for determining the move coordinates for the remote controlled path of a moving body - Google Patents
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Abstract
Two reflecting devices are fixed out of the moving field (A, B) of a moving body in order to determine the coordinates of its movement (x<uw>u, y<uw>u, p<uw>u), said reflecting devices being made of a reflecting sheet secured on a pole. On the moving body are fitted according to a given horizontal interval (a) a first goniometrical installation provided with a telemetry device and a second goniometrical installation, both comprising a power mechanism which drives a transmitter-receiver on a vertical axis. Upon receiving a maximum intensity wave reflected by one of the reflecting installations, the instantaneous position is determined and, hence, a reflecting pole is identified and the angle to be measured is determined, then a corresponding signal is transmitted to a calculator which gives the location coordinates as a result of the measuring of two angles, of a distance and of a geometrical triangulation. The calculation is made possible by means of the measuring of two distances from the reflecting installations or of the measuring of one distance and two angles.
Description
Verfahren und Anlage zur Ermittlung der Bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten Arbeitsablauf eines ortsbeweglichen Körpers. Method and system for determining the movement coordinates for the direction-controlled workflow of a portable body.
In zahlreichen technischen Bereichen ist es erforderlich, mit hoher Genauigkeit die Richtung eines ortsbeweglichen Körpers in bezug auf die Umgebung zu steuern, insbesondere, uienn der Arbeitsablauf einer Maschine aufgrund eines Pro grammes durch die Bahn der Ortsbeuegung der Maschine bestimmt ist. Dies trifft beispielsweise für mobile Roboter zu, wie in der Schweizer Patentschrift (Gesuch Nr. 1097/76) beschrieben ist. Eine vergleichbare Aufgabenstellung ist z.B. auch bei der Steuerung von Strassenbaumaschinen, Erzabbaumaschinen im Tagebau, Vortriebsmaschinen im Untertagebau, Oberflächenforraraaschinen, usw. vorhanden.In numerous technical fields, it is necessary to control the direction of a portable body with respect to the environment with high accuracy, in particular, the workflow of a machine is determined on the basis of a program by the path of the machine's location. This applies, for example, to mobile robots, as described in the Swiss patent specification (application no. 1097/76). A comparable task is e.g. also available for the control of road construction machines, ore mining machines in opencast mines, tunneling machines in underground mines, surface forming machines, etc.
Mechanische Verfahren zur Richtungssteuerung, wie z.B. durch Verlegen von Schienen sind häufig nicht anu/endbar. Es wurde bereits auch vorgeschlagen, die Richtungssteuerung von Maschinen mit Hilfe von Laserstrahlen auszuführen, jedoch oft ist eine solche Steuerung unerwünscht und in ihrer Anpassungsfähigkeit und Genauigkeit nicht ausreichend. Die genaue Anordnung und Ausrichtung der Anlagenteile einer Lasersteuerung ist mit hohem Aufwand verbunden, der Wartungsaufiuand
ist verhältnismässig gross und es bestehen häufig auch Befürchtungen hinsichtlich einer möglichen Schädlichkeit der Strahlung für das Personal.Mechanical methods for direction control, such as laying rails, are often not applicable. It has also been proposed to control the direction of machines with the aid of laser beams, but often such control is undesirable and its adaptability and accuracy are insufficient. The exact arrangement and alignment of the system parts of a laser control is associated with great effort, the maintenance work is relatively large and there are often fears that the radiation may be harmful to personnel.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung beliebiger Bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten Arbeitsablauf eines ortsbeweglichen Körpers zu finden, das eine hohe Genauigkeit, weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflüssan aufweist und fortlaufend während der Ortsbewegung durchführbar ist. Ausserdem soll das Verfahren mit geringem Aufwand von Geschicklichkeits- und Handarbeit ausführbar sein. Insbesondere soll ein Verfahren gefunden werden, das sich besonders in Verbindung mit der programmierten Steuerung von mobilen Robotern eignet, indem es die hierfür erforderlichen Positions- bzwo Ortsbewegungskoordinaten als Eingabe liefert. Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäss den Definitionen der Patentansprüche.The present invention has for its object to find a method for determining any movement coordinates for the direction-controlled workflow of a portable body, which has high accuracy, largely insensitivity to interference and can be carried out continuously during the local movement. In addition, the process should be able to be carried out with little skill and manual work. In particular, a method is to be found that is particularly suitable in connection with the programmed control of mobile robots by supplying the necessary position or location movement coordinates as input. These tasks are solved by a method according to the definitions of the claims.
Die elektronische Distanzmessung kann mit an sich bekannten elektronischen Distanzmessern mit LaufZeitmessung von kodierten elektromagnetischen Wellen z.B. in vorteilhafter Ausführungsform durch Intensitätsmodulation erfolgen. Als Mass für die zu messende Distanz dient dabei die Laufzeit zwischen der aus einem Sender austretenden und von einem Reflektor in einen Empfänger zurückgeworfenen Welle. Ein geeigneter moderner elektronischer Distanzmesser, der mit Licht
wellen arbeitet, ist beispielsweise unter der Bezeichnung DM 500 der Firma Kern AG, CH-Aarau, bekannt und in Prospekten dieser Firma beschrieben.The electronic distance measurement can be carried out with known electronic distance meters with transit time measurement of coded electromagnetic waves, for example in an advantageous embodiment by intensity modulation. The measure of the distance to be measured is the transit time between the wave emerging from a transmitter and reflected by a reflector in a receiver. A suitable modern electronic distance meter, that with light waves works, is known for example under the name DM 500 from Kern AG, CH-Aarau, and described in brochures of this company.
In vorteilhafter Ausführungsform des Verfahrens werden als Reflektoreinrichtung omnidirektionale Tripelspiegel verwendet, die die Eigenschaft haben, unter beliebigen Winkeln die einfallenden Strahlen um 180° umzulenken, so dass sie in der Einfallrichtung zurückreflektiert werden. Daraus ergibt sich der bedeutende Vorteil, dass verhältnismässig kleine Reflek torpfosten mit beispielsweise einem Durchmesser von 5 - 10 cm bei einem Abstand vom Distanzmesser von ca. 50 m verwendet werden können, und dank des grossen Arbeitswinkels von 360° derselben keine besondere Ausrichtung bzw. Montageeinrichtungen erforderlich sind.In an advantageous embodiment of the method, omnidirectional triple mirrors are used as the reflector device, which have the property of deflecting the incident rays by 180 ° at any angle, so that they are reflected back in the direction of incidence. This results in the significant advantage that relatively small reflector posts with a diameter of 5 - 10 cm can be used at a distance from the distance meter of about 50 m, and thanks to the large working angle of 360 ° the same, no special alignment or mounting devices required are.
Es ist für die Bestimmung der Bewegungskoαrdinaten mit Hilfe der elektronischen Distanzmessung erforderlich, dass eine von den Distanzmessern ausgesandts Strahlung auf eine zum voraus gewählte Reflektoreinrichtung auftrifft, deshalb wird in vorteilhafter Ausführungsform des Verfahrens die Ausrichtung des Distanzmessers auf den Reflektorpfosten mittels Zielsuche ausgeführt, durch die das Gerät um eine Vertikalachse des ortsbeweglichen Körpers geschwenkt wird, bis die höchste Intensität des reflektierten Strahls von dem runden Reflektorpfosten des Distanzmessgerätes empfangen wird. Da die Schwenkbewegung des somit auch als Suchstrahl verwendeten
Messtrahles um eine vertikale Achse erfolgt, mird in weiterer vorteilhafter Ausführungsform des Verfahrens das Nachführen des Distanzmessgerätes mit Hilfe des Differenzsignals als Führungsgrösse von zwei unmittelbar benachbarten, waagrecht angeordneten Empfängerdioden (oder Empfangsflachen einer gemeinsamen Diode, z.B. SFH 204 der Fa. Siemens) des Empfangsgerätes erzielt.For the determination of the movement coordinates with the aid of the electronic distance measurement, it is necessary for radiation emitted by the distance meters to strike a preselected reflector device.Therefore, in an advantageous embodiment of the method, the alignment of the distance meter on the reflector post is carried out by means of a target search, through which the Device is pivoted about a vertical axis of the portable body until the highest intensity of the reflected beam is received by the round reflector post of the distance measuring device. Because the pivoting movement of the thus also used as a search beam In a further advantageous embodiment of the method, the distance measuring device is tracked using the difference signal as a reference variable for two directly adjacent, horizontally arranged receiver diodes (or receiving areas of a common diode, e.g. SFH 204 from Siemens) of the receiving device .
Vorteilhaft kann die Anlage bzw. ihr Gerät zur elektronischen Auswertung zusätzlich mit einem Kurskreisel verbunden sein, um bei Ausführung der elektronischen Distanzmessung bei Stillstand des ortsbeweglichen Körpers während der Weiterbewegung eine wesentliche Kursabweichung zu verhindern. Ein Kurskreisel ist jedoch nicht erforderlich bei einer Ausführungsform der Erfindung bei der fortlaufend die Messung mindestens eines Winkels erfolgt, der zwischen einer Bezugsachse des ortsbeweglichen Körpers und einer Verbindungslinie vorhanden ist, die zwischen einer am ortsbeweglichen Körper angebrachten Einrichtung zur Winkelmessung und einer Reflektoreinrichtung verläuft.Advantageously, the system or its device for electronic evaluation can additionally be connected to a course gyro in order to prevent a substantial course deviation when the portable body is at a standstill while the portable body is moving. However, a course gyroscope is not required in an embodiment of the invention in which at least one angle is continuously measured, which is present between a reference axis of the movable body and a connecting line that runs between an angle measurement device attached to the movable body and a reflector device.
Eine für die berührungslose Winkelmessung geeignete erfindungsgemässe Einrichtung hat eine Sender- und Empfängereinrichtung für eine gebündelte Strahlung, deren Durchmesser auf eine Distanz von 50 m z.B. 60 mm beträgt, einen mit dem Sender und Empfänger verbundenen Winkelkodierer zur Abgabe eines dem gemessenen Winkel entsprechenden Signales, wenn die von
dem Empfänger aufgenommene Strahlungsintensität ein Maximum erreicht hat, und einen mit Servomotor angetriebenen Drehtisch resp. Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung bzw. Nachführung des Senders und des fest mit ihm gekoppelten Empfängers auf die Winkelposition, bei der die maximale Strahlungsintensität empfangen wurde.A device according to the invention suitable for non-contact angle measurement has a transmitter and receiver device for bundled radiation, the diameter of which at a distance of 50 m is, for example, 60 mm, an angle encoder connected to the transmitter and receiver for emitting a signal corresponding to the measured angle, if that of the receiver received radiation intensity has reached a maximum, and a rotary table driven with a servo motor. Device for recording, aligning or tracking the transmitter and the receiver that is firmly coupled to it to the angular position at which the maximum radiation intensity was received.
Als Reflektoreinrichtung werden Pfosten verwendet, um die eine Reflexfolie entsprechend dem Tripelspiegelprinzip gelegt ist. Derartige Reflexfolien sind z.B. unter der Handelsbezeichnung der Firma 3M, St. Paul, Minnesota/USA, "Scotch light Reflexfoil High intensity grade 2870" bekannt. Die Funktion: Reflexintensität in Abhängigkeit des Einfallwinkels verläuft nach einer "Glockenkurve", deren Spitze die maximale Intensität der reflektierten Strahlung ergibt, wenn die Winkelmessung bzw. deren Sender- und Empfängereinheit auf die für die Koordinatenbestimmung massgebliche Mittelachse des Reflektorpfostens ausgerichtet ist. Der Durchmesser der Pfosten der Reflektoreinrichtungen beträgt beispielsweise 100 mm.Posts are used as the reflector device, around which a reflective film is placed in accordance with the triple mirror principle. Such reflective foils are e.g. known under the trade name of the company 3M, St. Paul, Minnesota / USA, "Scotch light reflex foil high intensity grade 2870". The function: reflex intensity depending on the angle of incidence follows a "bell curve", the tip of which gives the maximum intensity of the reflected radiation if the angle measurement or its transmitter and receiver unit is aligned with the central axis of the reflector post, which is decisive for the coordinate determination. The diameter of the posts of the reflector devices is, for example, 100 mm.
Mittels zwei unmittelbar benachbarten, waagrecht angeordneten Empfängerdioden kann die Intensität dar Rückstrahlung für die Führungsgrösse der Zielsuche als Summe gebildet werden. Wenn sich der Lichtfleck von der Symmetrielinie der beiden Dioden verschiebt, ändern sich die Teilsummen der Dioden. Aufgrund dieser Veränderung wird ein Differenzsignal
zur Führungsgrösse der Nachführung gebildet. Mittels dieser Einrichtung bleibt der Winkelmesstrahl trotz der Weiterbetwegung auf die Mittelachse der zum voraus bestimmten Reflektoreinrichtungen ausgerichtet, so dass die Bewegungskoordinaten während der Bewegung des Körpers fortlaufend bestimmt werden können, vorausgesetzt, dass eine zweite vergleichbare Einrichtung für die Distanz- oder Winkelmessung auf .die zweite Reflektoreinrichtung ausgerichtet ist und entsprechend der Bewegung nachgeführt wird.By means of two immediately adjacent, horizontally arranged receiver diodes, the intensity of the reflection can be formed as a sum for the guide variable of the target search. When the light spot shifts from the line of symmetry of the two diodes, the partial sums of the diodes change. Because of this change, a differential signal formed for the management variable of the tracking. By means of this device, the angle measurement beam remains aligned with the central axis of the predetermined reflector devices despite the continued movement, so that the movement coordinates can be determined continuously during the movement of the body, provided that a second comparable device for distance or angle measurement is based on the second Reflector device is aligned and is tracked according to the movement.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläuterte. Es zeigt:The invention is explained below with reference to the drawings. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens,1 is a schematic representation of a plant for performing the method,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Position der Reflektoreinrichtung sowie der momentanen Position des ortsbeweglichen Körpers in be zug auf ein Koordinatensystem,2 is a graphic representation of the position of the reflector device and the current position of the movable body in relation to a coordinate system,
Fig. 3 + 4 eine graphische Darstellung der geometrischen Gegebenheiten für die Koordinatenbestimraung aufgrund der Messung von einer Distanz und von zwei Winkeln und eine Darstellung der Rechnerarbeit,
Fig. 5 + 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 3 und 4, jedoch für eine Koordinatenbestimraung aufgrund der Messung von drei Winkeln,3 + 4 a graphical representation of the geometric conditions for the coordinate determination based on the measurement of a distance and two angles and a representation of the computer work, 5 + 6 a representation corresponding to FIGS. 3 and 4, but for a coordinate determination based on the measurement of three angles,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung für die Winkel- und/oder Distanzmessung undFig. 7 is a schematic representation of an arrangement for the angle and / or distance measurement and
Fig. 8 die Funktion der Führungsgrossen für die Zielsuche und der Nachführung.Fig. 8 shows the function of the leaders for the target search and tracking.
Das Distanzmessgerät 2 ist über einen Schwenkantrieb 4 fest auf dem ortsbeweglichen Körper 6 befestigt und zur Ausführung einer Suchbewegung um die vertikale Welle 8 des Schwenk- antriebes schwenkbar. Der ortsbewegliche Körper entspricht beispielsweise einem Fahrzeug, das mit einer Programmsteuerung für seine Bewegung versehen ist, die sich an den ermittelten Koordinatenwert bzw. der Winkelposition in bezug auf ein festgelegtes Koordinatensystem orientiert.The distance measuring device 2 is firmly attached to the movable body 6 via a swivel drive 4 and can be swiveled around the vertical shaft 8 of the swivel drive in order to perform a search movement. The portable body corresponds, for example, to a vehicle which is provided with a program control for its movement, which is based on the determined coordinate value or the angular position in relation to a defined coordinate system.
Für die automatische Richtungssteuerung des Fahrzeuges ist an einer Stelle B sowie an einer Stelle C des Fahrbereiches eine Vielzahl von Tripelspiegeln 10 an einem nicht dargestellten Pfosten in Form eines Folienelementes angebracht, von denen einer in Fig. 1 dargestellt ist.For the automatic directional control of the vehicle, a plurality of triple mirrors 10 are attached to a post, not shown, in the form of a film element, one of which is shown in FIG. 1, at a point B and at a point C of the driving area.
Ein an dem Distanzmessgerät befestigter Sender 12 gibt mittels einer Halbleiterdiode durch die nicht dargestellte Optik
einen Infrarotstrahl 14 ab, dessen Welle intensitätsmoduliert ist. Sobald der Tripelspiegel 10 durch die Suchbewegung des Distanzmessgerätas 2 in den Bereich des Strahles 14 gelangt und folglich ein Teil des Strahles vom Tripelspiegel reflektiert den Empfänger erreicht, wird die Suchbewegung des Gerätes 2 gestoppt, um in dieser Position auf an sich bekannte Weise eine Vielzahl von Distanzmessungen vorzunehmen, deren Mittelwert durch eine elektronische Rechnung ermittelt wird. Eine entsprechende Messung wird auch an dem zweiten Tripelspiegel z.B. entsprechend den Positionen C nach Fig. 2 vorgenommen, so dass eine elektronische Rechnung aufgrund der ermittelten Strecken und
entsprechend der Darstellung in Fig. 2 die Strecken
und
bzw. die Koordinatenwerte oder den Richtungswinkel β, der Fahrzeugposition bzc Fahrzeugrichtung ermitteln kann.A transmitter 12 attached to the distance measuring device passes through the optics (not shown) by means of a semiconductor diode an infrared beam 14 whose wave is intensity modulated. As soon as the triple mirror 10 reaches the area of the beam 14 through the search movement of the distance measuring device 2 and consequently a part of the beam reflected from the triple mirror reaches the receiver, the search movement of the device 2 is stopped in order to achieve a large number in this position in a manner known per se Make distance measurements, the mean value of which is determined by an electronic calculation. A corresponding measurement is also carried out on the second triple mirror, for example in accordance with positions C according to FIG. 2, so that an electronic calculation based on the determined distances and the routes as shown in FIG. 2 and or can determine the coordinate values or the direction angle β, the vehicle position or the vehicle direction.
Der reflektierte Strahl 16 gelangt dabei in dem Distanzmessgerät 2 über die Reflektion an einem halbdurchlässigen Spiegel 18 und e inem vollreflektierenden Spiegel 20 durch eine Sammellinse 22 zu dem Empfängerte il 24 des Gerätes . Der Empfängerteil 24 gibt an eine Entstö reinrichtung 26 fü r den Schwenkantrieb 4 e in Signal weite r, durch das die Suchbewegung gestoppt wird . A usserdem wird de r Emp fängerteil 24 mit einer Einrichtung 28 fü r die elektronische Auswertung verbunden , um auf grund der Phasendiff e renz zwischen der Welle der abgesandten Strahlung sowie der Welle der von dem Tripelspie
gel 10 zurückgeworfenen Strahlung die Entfernung zu berechnen. Das Ergebnis wird an ein digitales Anzeigegerät 30 sowie an einen Rechner 32 weitergeleitet. In dem Rechner 32 erfolgt die erwähnte Berechnung der Fahrzeugposition aufgrund der in Fig. 2 dargestellten geometrischen Beziehung.The reflected beam 16 arrives in the distance measuring device 2 via the reflection on a semi-transparent mirror 18 and a fully reflecting mirror 20 through a converging lens 22 to the receiver part 24 of the device. The receiver part 24 gives an interference suppression device 26 for the swivel drive 4 e in signal r, by which the search movement is stopped. In addition, the receiver part 24 is connected to a device 28 for the electronic evaluation in order, on the basis of the phase difference between the wave of the emitted radiation and the wave of the triple mirror gel 10 reflected radiation to calculate the distance. The result is forwarded to a digital display device 30 and to a computer 32. The aforementioned calculation of the vehicle position takes place in the computer 32 on the basis of the geometric relationship shown in FIG. 2.
Durch die Anordnung der R.eflektorpfosten an den Stellen B und C, die in bezug auf das eine Koordinatenachse bestimmende Gitternord festgelegt ist sowie die erfolgte elektronische Messung der Distanzen des Distanzmessgerätes bzw. eines Bezugspunktes A des Fahrzeuges 6, sind die in Fig. 2 dargestellten Strecken
,
und sowie der Winkel δ zwischen
der Strecke
und der Strecke
bzw. einer Koordinatenachse bekannt. Der Winkel α ergibt sich durch die folgende BeziehungThe arrangement of the reflector posts at points B and C, which is defined with respect to the grid north defining a coordinate axis, and the electronic measurement of the distances of the distance measuring device or a reference point A of the vehicle 6, are those shown in FIG. 2 stretch . and as well as the angle δ between the way and the route or a coordinate axis known. The angle α results from the following relationship
Dabei ist QWhere Q is
Der Winkel p berechnet sich dann wie folgt:The angle p is then calculated as follows:
ß = arcos [ - cos (α + δ + 90°)]
Die Strecken und rechnen sich dann wie folgt:
ß = arcos [- cos (α + δ + 90 °)] The routes and then calculate as follows:
BD = AB . sinBD = AB. sin
Die Strecke
entspricht dabei beispielsweise dem Ordinaten wert eines Kartesischen Koordinatensystems und BD dem Abszissenwert.The distance corresponds, for example, to the ordinate value of a Cartesian coordinate system and BD to the abscissa value.
Da hiermit der Winkel β errechnet ist und der Winkel γ durch die am Gerät elektronisch abnehmbare Halteposition der Suchbewegung bestimmt ist, lässt sich dann der Winkel λ der Fahrtrichtung des. Fahrzeuges 6 wie folgt bestimmen:Since the angle β is hereby calculated and the angle γ is determined by the stopping position of the search movement which can be removed electronically on the device, the angle λ of the direction of travel of the vehicle 6 can then be determined as follows:
λ = 180 - ( γ + β + 90°)λ = 180 - (γ + β + 90 °)
Bei der Programmsteuerung der Bewegung des Fahrzeuges 6, wie es beispielsweise in der Schweizer Patentschrift Nr. 1097/76 beschrieben ist, kann das Programm mit dem ermittelten Koordinatenwert verglichen werden, um bei Abweichung eine Kurskorrektur auszuführen. Beim Waschen eines Flugzeuges oder eines anderen grossβn Körpers mit Hilfe eines Waschfahrzeuges, nimmt das Waschfahrzeug schrittweise verschiedene Positionen ein, von denen aus mit Hilfe der Mechanik des Waschfahrzeuges die Bürsten über die Oberfläche des Flugzeuges bewegt
werden. Die Bestimmung der Koordinaten der jeweiligen Fahrzeugposition kann dann mit hoher Genauigkeit während des Stillstands des Fahrzeuges ausgeführt werden. Abhängig von der Geschwindigkeit der elektronischen Distanzmessung und der Verarbeitung der gemessenen Werte in dem Rechner der Anlage sowie von der Arbeitsgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist. es auch möglich, die Ermittlung der Bewegungskoordinaten während der Bewegung des Fahrzeuges auszuführen. Dies ist z.B. bei einer Distanzmessfrequenz von 5 Hz und einer Winkel messfrequenz von 10 Hz bei einer Fahrgeschwindigkeit von 20 cm/s möglich. Falls jedoch die Messung der Distanzen
bzw. die Ermittlung der Bewegungskoordinaten während des vorübergehenden Stillstandes des Fahrzeuges ausgeführt wird, und zwischen den einzelnen Stillstandspositionen verhältnismässig grössere Weglängen zurückzulegen sind, so empfiehlt es sich, zusätzlich einen Kurskreisel 34 zu verwenden, der während der Bewegung des Fahrzeuges eventuelle Kursabweichungen der Rechenelektronik der Anlage mitteilt. Kurskreisel sind für die Richtungshaltung bekannt und sind mit einem Messwertgeber versehen, der Aenderungen des Winkels zwischen der Laufachse des Kurskreisels und seines äusseren Rahmens, der mit dem Fahrzeug 6 fest verbunden ist, angibt.When the program controls the movement of the vehicle 6, as described, for example, in Swiss Patent No. 1097/76, the program can be compared with the determined coordinate value in order to carry out a course correction in the event of a deviation. When washing an aircraft or another large body with the help of a washing vehicle, the washing vehicle gradually assumes various positions, from which the brushes move over the surface of the aircraft with the aid of the washing vehicle mechanics become. The determination of the coordinates of the respective vehicle position can then be carried out with high accuracy while the vehicle is stationary. Depends on the speed of the electronic distance measurement and the processing of the measured values in the computer of the system as well as on the working speed of the vehicle. it is also possible to determine the movement coordinates while the vehicle is moving. This is possible, for example, at a distance measuring frequency of 5 Hz and an angular measuring frequency of 10 Hz at a driving speed of 20 cm / s. If, however, the measurement of the distances or the determination of the movement coordinates is carried out while the vehicle is temporarily at a standstill, and relatively long distances have to be covered between the individual standstill positions, it is advisable to additionally use a course gyro 34 which, during the movement of the vehicle, detects possible course deviations in the computer electronics of the system communicates. Heading gyros are known for their directional attitude and are provided with a sensor which indicates changes in the angle between the running axis of the heading gyro and its outer frame, which is firmly connected to the vehicle 6.
Bei Verwendung von zwei auf dem ortsbeweglichen Körper in Abstand voneinander angebrachten Messeinrichtungen (Fig. 7) für die Distanz- und/oder Winkelmessung an. den Stellen M und
L entsprechend der Darstellung nach Fig. 3 oder an den Stellen C und E entsprechend der Darstellung der Fig. 5 ist ein Kurskreisel überflüssig, da in diesem Fall die Messeinrich tungen auf die Reflektoreinrichtungen V und T nach Fig. 3 bzw. A und B nach Fig. 5 während der Bewegung durch Nachführung ausgerichtet bleiben, während im Beispiel nach Fig. 2 eine Messeinrichtung zwischen den Reflektoreinrichtungen B, C hin- und herschwenken muss, falls nicht an gleicher Stelle bzw. auf gleicher Achse Distanzmesseinrichtungen mit voneinander unabhängiger automatischer Nachführung auf je eine Reflektoreinrichtung verwendet werden.When using two measuring devices (FIG. 7) mounted on the movable body at a distance from one another for the distance and / or angle measurement. the places M and 3 or at points C and E according to the representation of FIG. 5, a course gyro is superfluous, since in this case the measuring devices on the reflector devices V and T according to FIG. 3 or A and B according to Fig. 5 remain aligned during the movement by tracking, while in the example according to Fig. 2 a measuring device has to pivot back and forth between the reflector devices B, C, if not at the same place or on the same axis distance measuring devices with independent automatic tracking on each a reflector device can be used.
Die Berechnung des Richtungswinkels der Fahrzeugachse ist
den Darstellungen des Rechnungsweges in den Figuren 4 und 6 für zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens zu entnehmen.The calculation of the directional angle of the vehicle axle is 4 and 6 for two exemplary embodiments of the method according to the invention.
Fig. 7 zeigt eine Messeinrichtung, von der an den Stellen M und L nach Fig. 3 und den Stellen C und E nach Fig. 5 auf dem Fahrzeug im Abstand a ihrer Drehachsen voneinander je eine angeordnet ist. Der Drehantrieb 40 ist ein Schneckengetriebe mit einem Untersetzungsvsrhältnis von 1 : 180, wird mit einer max. Geschwindigkeit von z.B. 5 UpM angetrieben. An der Achse der Getriebe wird ein Absolutwinkelgeber 50 z.B. mit 10 bit Auflösung und am Antrieb der Getriebe ein Absolutwinkelgeber 52 von 6 bit Auflösung angekoppelt und elektrisch via eine nicht dargestellte, sogenannte "V"-Logik synchroni
siert. Die auf diese Art erreichbare Winkelauflösung beträgt bei einer Distanz von ca. 50 m etwa 0,01 Grad.FIG. 7 shows a measuring device, one of which is arranged at points M and L according to FIG. 3 and points C and E according to FIG. 5 on the vehicle at a distance a from their axes of rotation. The rotary drive 40 is a worm gear with a reduction ratio of 1: 180, is operated with a max. Speed driven by 5 rpm, for example. An absolute angle encoder 50, for example with 10 bit resolution, is coupled to the axis of the transmission and an absolute angle encoder 52 with 6 bit resolution is coupled to the drive of the transmission and is synchronized electrically via a so-called “V” logic (not shown) siert. The angular resolution that can be achieved in this way is approximately 0.01 degrees at a distance of approximately 50 m.
Fig. 8 zeigt die typische Funktion der Führungsgrössen für die Zielsuche (Glockenkurve) und der Differenzmessung.Fig . 8 shows the typical function of the command variables for the target search (bell curve) and the difference measurement.
Die erforderlichen elektronischen Bausteine und ihre geeignete Kombination für die Verwirklichung der angegebenen Arbeitsweise der Messeinrichtung sind durch den Fachmann bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The necessary electronic components and their suitable combination for realizing the specified mode of operation of the measuring device are known to the person skilled in the art and are not the subject of the present invention.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine automatische Richtungssteuerung eines ortsbeweglichen Körpers mit einer hohen Genauigkeit, da die elektronische Distanzmessung der Distanzen
mit einer Genauigkeit von ± 1,0 cm erfolgt und auch die Winkelmessung eine hohe Genauigkeit zulässt. Insbesondere bringt die Verwendung von Tripelspiegeln bzw. entsprechender Reflexfolien, deren Anbringung an vorgegebenen Stellen keine besondere Sorgfalt erfordert, grosse Vorteile mit sich, da der omnidirektionale Reflektorpfosten einen Arbeitsbereich von ca. 360º hat, d.h. die Richtungsumkehr des einfallenden Strahles unabhängig von der Winkellage des Reflektorpfostens zum Boden wie zum Strahlungserzeuger ist.The method according to the invention enables automatic directional control of a movable body with a high degree of accuracy, since the electronic distance measurement of the distances is carried out with an accuracy of ± 1.0 cm and the angle measurement also allows high accuracy. In particular, the use of triple mirrors or corresponding reflective foils, the attachment of which at predetermined locations does not require any particular care, has great advantages, since the omnidirectional reflector post has a working range of approximately 360 °, i.e. the directional reversal of the incident beam regardless of the angular position of the reflector post to the ground as to the radiation generator.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemässe Verfahren in zahlreichen Bereichen eine vorteilhafte Anwendung finden kann, z.B. auch für fahrbare Roboter wie für die Automati
sierung von Containerbahnhöfen, Bau- und Förderanlagen, landwirtschaftlichen Maschinen, Strassenmarkierungsfahrzeugen, Tunnelreinigungsmaschinen, usw. Wie erwähnt, lassen sich nach dem offenbarten Prinzip auch ohne Unterbrechung bewegte Fahrzeuge richtungssteuern, falls entlang der Fahrbahn an vorgegebenen Positionen Tripelspiegel angeordnet werden, wie es zur Kennzeichnung der Begrenzung von Strassen bereits üblich ist. Die Messeinrichtungen an dem Fahrzeug erfassen dabei stufenweise jeweils ein Paar von Reflektoreinrichtungen. Nach Ueberschreiten eines vorgegebenen Winkels suchen sich die Messeinrichtungen selbsttätig ein neues Paar von Reflektoreinrichtungen.
It goes without saying that the method according to the invention can be used advantageously in numerous areas, for example also for mobile robots and for automation Location of container train stations, construction and conveyor systems, agricultural machinery, road marking vehicles, tunnel cleaning machines, etc. As mentioned, moving vehicles can be directionally controlled according to the disclosed principle without interruption, if triple mirrors are arranged along the carriageway at predetermined positions, as is necessary to identify the Limitation of roads is already common. The measuring devices on the vehicle gradually detect a pair of reflector devices. After a predetermined angle is exceeded, the measuring devices automatically search for a new pair of reflector devices.
Claims
1. Verfahren zur Ermittlung der Bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten Arbeitsablauf eines ortsbeweglichen Körpers, gekennzeichnet durch Anordnen von je einer Reflektoreinrichtung an zwei fixierten Stellen (B, C, V, T, A, B) ausserhalb des Bewegungsbereiches des ortsbeweglichen Körpers, berührungsloses elektronisches Messen des Abstandes (AB, AC, LT) und/oder mindestens eines Winkels (αw ,β w;γw, , ) zwischen einer Bezugs 
achse des ortsbeweglichen Körpers und einer Verbindungslinie zwischen einer Stelle des Körpers und einer der Reflektoreinrichtungen mittels einer oder zwei in Abstand voneinander auf der Bezugsachse des ortsbeweglichen Körpers angebrachten elektronischen Messeinrichtungen und Berechnen der Koordinatenwerte für die jeweilige Bewegungsposition des ortsbeweglichen Körpers aufgrund der geometrischen Dreiecksbeziehuncen der Dreiecke, deren Eckpunkte die fixierten Stellen (B, C, V, T, A, B) und die Positionsstellen (A, M, L) der Messeinrichtungen sind und aufgrund der gemessenen Werte dieser Dreiecke. 1.Procedure for determining the movement coordinates for the direction-controlled workflow of a portable body, characterized by arranging one reflector device at two fixed points (B, C, V, T, A, B) outside the range of motion of the portable body, non-contact electronic measurement of the Distance (AB, AC, LT) and / or at least one angle (α w , β w ; γ w,, ) between a reference axis of the movable body and a connecting line between a point of the body and one of the reflector devices by means of one or two electronic measuring devices arranged at a distance from one another on the reference axis of the movable body and calculation of the coordinate values for the respective movement position of the movable body on the basis of the geometric triangular relationships of the triangles, whose corner points are the fixed points (B, C, V, T, A, B) and the position points (A, M, L) of the measuring devices and based on the measured values of these triangles.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Messen mittels mindestens von zwei auf dem ortsbeweglichen Körper angeordneten und um eine vertikale Achse schwenkbaren Messeinrichtungen, die senkrecht zu ihren vertikalen Achsen einen bestimmten Abstand (a) voneinander aufweisen, wobei die Messung einer Entfernung (f) zwischen einer Messeinrichtung (L) und einer Reflektorein richtung (T) erfolgt und die Messung von je einem Winkel ( αw, ßw ), die sich zwischen einer beide Messein richtungen verbindenden Bezugsachse des ortsbeweglichen Körpers und der Verbindungslinien (LT, MV) zwischen je einer der zwei Messeinrichtungen (M, L) und einer der Reflektoreinrich.tungen (V, T) befinden (Fig. 3, 4).2. The method according to claim 1, characterized by measuring by means of at least two measuring devices arranged on the movable body and pivotable about a vertical axis and having a certain distance (a) from one another perpendicular to their vertical axes, the measurement of a distance (f) between a measuring device (L) and a reflector device (T) and the measurement of an angle (α w , ß w ), which are between a reference axis connecting the two measuring devices of the movable body and the connecting lines (LT, MV) between one of the two measuring devices (M, L) and one of the reflector devices (V, T) are located (Fig. 3, 4).
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Messen von drei Winkeln (δw, , γ 
w) mittels mindestens von zwei auf dem ortsbeweglichen Körper in horizontalem Abstand voneinander angeordneten Winkelmesseinrichtungen (C, E), die sich zwischen einer beide Messeinrichtungen (C, E) verbindenden Bezugsachse des ortsbeweglichen Körpers und den Verbindungslinien 
zwischen einer Messeinrichtung (C) und den beiden Reflektoreinrichtungen (A, B) und der anderen Messeinrichtung (E) und einer Reflektoreinrichtung (A) befinden (Fig. 5, 6). 3. The method according to claim 2, characterized by measuring three angles (δ w ,, γ w ) by means of at least two angle measuring devices (C, E) which are arranged on the movable body at a horizontal distance from one another and which are between a reference axis of the movable body connecting the two measuring devices (C, E) and the connecting lines between a measuring device (C) and the two reflector devices (A, B) and the other measuring device (E) and a reflector device (A) (Fig. 5, 6).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektoreinrichtung Tripelspiegel verwendet werden,4. The method according to claim 1, characterized in that triple mirrors are used as the reflector device,
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Reflektoreinrichtung aus einem Pfosten besteht, der auf seinem Umfang eine Reflexfolie trägt.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that each reflector device consists of a post which carries a reflective film on its circumference.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung ein Zielsuchgerät (4, 26) aufweist, durch das das Messgerät ura eine Vertikalachse des ortsbeweglichen Körpers geschwenkt wird, bis es in Richtung auf eine Reflektoreinrichtung ausgerichtet ist (Fig. 1, 2 und 8).6. The method according to claim 1, characterized in that the measuring device has a homing device (4, 26), through which the measuring device ura a vertical axis of the movable body is pivoted until it is aligned in the direction of a reflector device (Fig. 1, 2nd and 8).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Entfernungen 
f) mittels fre quenz- oder intensitätsmodulierten elektrischen Wellen erfolot.7. The method according to claim 1, characterized in that measuring the distances f) by means of frequency or intensity-modulated electrical waves.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz- und Winkelmessung durch denselben Sender 12 und dieselbe Empfangseinrichtung 24 vorgenommen wird. 8. The method according to claim 1, characterized in that the distance and angle measurement is carried out by the same transmitter 12 and the same receiving device 24.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Divergenzbreite des Messtrahles in einer Entfernung von 50 m von dem elektronischen Distanzmesser 2 - 6 m beträgt.9. The method according to claim 8, characterized in that the divergence width of the measuring beam at a distance of 50 m from the electronic distance meter is 2-6 m.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Entfernungen während des Stillstandes des ortsbeweglichen Körpers ausgeführt wird, und die Kurssteuerung der Bewegung zwischen den Stillstandspositionen mittels eines Kurskreisels erfolgt.10. The method according to claim 1 or one of claims 6 to 9, characterized in that the measurement of the distances is carried out while the portable body is at a standstill, and the course control of the movement between the standstill positions is carried out by means of a course gyroscope.
11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein auf einem ortsbeweglichen Körper (6) um eine Vertikalachse (8) schwenkbar angebrachtes elektronisches Distanz- und/oder Winkelmessgerät (2, 48) mit mindestens einem Messtrahl (14, 46), mindestens zwei Reflektoreinrichtungen (10, 54) mit Mitteln zur Befestigung an vorgegebenen, in be- zug auf einen feststehenden Körper fixierten Stellen sowie ein elektronisches Rechengerät (32) zur Umrechnung von durch das Distanz- und/oder Winkelmessgerät ermittelten Distanzen und/oder Winkel zu den Reflektor einrichtungen in Koordinatenwerte des ortsbeweglichen Körpers in bezug auf ein Koordinatensystem.11. System for performing the method according to claim 1, characterized by at least one on a movable body (6) about a vertical axis (8) pivotally mounted electronic distance and / or angle measuring device (2, 48) with at least one measuring beam (14, 46 ), at least two reflector devices (10, 54) with means for attachment to predetermined locations fixed in relation to a fixed body, and an electronic computing device (32) for converting distances and / or determined by the distance and / or angle measuring device Angle to the reflector devices in coordinate values of the movable body in relation to a coordinate system.
12. Anlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Win kelmessgerät und einen Distanzmessgerät oder durch eine Kombination von Beiden, mit einem Drehantrieb (40),einem Winkelkodierer (50) und eine aus einem Sender (42) und einem Empfänger (44) für eine gerichtete elektrische Strahlung (46) bestehende Einheit (48), die durch den Drehantrieb langsam um eine gemeinsame vertikale Achse drehbar sind, wobei der gemessene Winkelwert der Drehposition entspricht, bei der der Empfänger (44) aufgrund der Reflexion von einer der Reflektoreinrichtungen eine Strahlung maximaler Intensität aufnimmt.12. System according to claim 11, characterized by a Win kelmessgerät and a distance measuring device or by a combination of both, with a rotary drive (40), an angle encoder (50) and one of a transmitter (42) and a receiver (44) for one Directional electrical radiation (46) existing unit (48) which can be rotated slowly about a common vertical axis by the rotary drive, the measured angle value corresponding to the rotational position at which the receiver (44) due to the reflection from one of the reflector devices a maximum radiation Absorbs intensity.
13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoreinrichtungen aus je einem Pfosten (54) bestehen, der auf mindestens einem Teil seiner Umfangsfläche eine Reflexfolie trägt. 13. Plant according to claim 11 or 12, characterized in that the reflector devices each consist of a post (54) which carries a reflective film on at least part of its peripheral surface.
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