EP0063127A1 - Verfahren und anlage zur ermittlung der bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten arbeitsablauf eines ortsbeweglichen körpers - Google Patents

Verfahren und anlage zur ermittlung der bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten arbeitsablauf eines ortsbeweglichen körpers

Info

Publication number
EP0063127A1
EP0063127A1 EP81902803A EP81902803A EP0063127A1 EP 0063127 A1 EP0063127 A1 EP 0063127A1 EP 81902803 A EP81902803 A EP 81902803A EP 81902803 A EP81902803 A EP 81902803A EP 0063127 A1 EP0063127 A1 EP 0063127A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
distance
reflector
angle
devices
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP81902803A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Laszlo Arato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0063127A1 publication Critical patent/EP0063127A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Definitions

  • 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.
  • the process should be able to be carried out with little skill and manual work.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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, 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 .
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 diameter of the posts of the reflector devices is, for example, 100 mm.
  • the intensity of the reflection can be formed as a sum for the guide variable of the target search.
  • the partial sums of the diodes change. Because of this change, a differential signal formed for the management variable of the tracking.
  • 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.
  • 1 is a schematic representation of a plant for performing the method
  • 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 is a schematic representation of an arrangement for the angle and / or distance measurement
  • Fig. 8 shows the function of the leaders for the target search and tracking.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 ⁇ , the vehicle position or the vehicle direction.
  • 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.
  • 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.
  • the 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 ⁇ between the way and the route or a coordinate axis known.
  • the angle ⁇ results from the following relationship
  • the distance corresponds, for example, to the ordinate value of a Cartesian coordinate system and BD to the abscissa value.
  • the angle ⁇ of the direction of travel of the vehicle 6 can then be determined as follows:
  • the program can be compared with the determined coordinate value in order to carry out a course correction in the event of a deviation.
  • 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.
  • 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 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 shows the typical function of the command variables for the target search (bell curve) and the difference measurement.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

Verfahren und Anlage zur Ermittlung der Bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten Arbeitsablauf eines ortsbeweglichen Körpers.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläuterte. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Position der Reflektoreinrichtung sowie der momentanen Position des ortsbeweglichen Körpers in be zug auf ein Koordinatensystem,
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,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung für die Winkel- und/oder Distanzmessung und
Fig. 8 die Funktion der Führungsgrossen für die Zielsuche und der Nachführung.
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.
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.
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.
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.
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 Beziehung
Dabei ist Q
Der Winkel p berechnet sich dann wie folgt:
ß = arcos [ - cos (α + δ + 90°)] Die Strecken und rechnen sich dann wie folgt:
BD = AB . sin
Die Strecke entspricht dabei beispielsweise dem Ordinaten wert eines Kartesischen Koordinatensystems und BD dem Abszissenwert.
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:
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.
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.
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.
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. 8 zeigt die typische Funktion der Führungsgrössen für die Zielsuche (Glockenkurve) und der Differenzmessung.
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.
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.
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.

Claims

Patentansprüche
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.
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).
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).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektoreinrichtung Tripelspiegel verwendet werden,
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Reflektoreinrichtung aus einem Pfosten besteht, der auf seinem Umfang eine Reflexfolie trägt.
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).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Entfernungen f) mittels fre quenz- oder intensitätsmodulierten elektrischen Wellen erfolot.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz- und Winkelmessung durch denselben Sender 12 und dieselbe Empfangseinrichtung 24 vorgenommen wird.
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.
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.
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.
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.
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.
EP81902803A 1980-10-21 1981-10-19 Verfahren und anlage zur ermittlung der bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten arbeitsablauf eines ortsbeweglichen körpers Withdrawn EP0063127A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH784180 1980-10-21
CH7841/80 1980-10-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0063127A1 true EP0063127A1 (de) 1982-10-27

Family

ID=4331217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP81902803A Withdrawn EP0063127A1 (de) 1980-10-21 1981-10-19 Verfahren und anlage zur ermittlung der bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten arbeitsablauf eines ortsbeweglichen körpers

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0063127A1 (de)
WO (1) WO1982001420A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0185816A1 (de) * 1984-12-27 1986-07-02 THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c. Fahrzeugführungs- und Steuersystem
JPH0690042B2 (ja) * 1988-05-13 1994-11-14 本田技研工業株式会社 自走車の位置制御装置
US5455669A (en) * 1992-12-08 1995-10-03 Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik Laser range finding apparatus
DE10246808A1 (de) * 2002-10-08 2004-04-22 Abatec-Electronic Ag Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen der Position eines Objektes im Raum
EP1517117A1 (de) * 2003-09-22 2005-03-23 Leica Geosystems AG Verfahren und System zur Bestimmung einer Aktualposition eines Positionierungsgerätes

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3905680A (en) * 1973-12-28 1975-09-16 Beatrice Foods Co 360{20 {0 Reflex reflector
FR2271611B1 (de) * 1974-02-01 1977-03-04 Thomson Csf
FR2293714A1 (fr) * 1974-12-06 1976-07-02 Thomson Csf Systeme opto-electrique de localisation angulaire d'une cible
US3993401A (en) * 1975-02-10 1976-11-23 Minnesota Mining And Manufacturing Company Retroreflective material including geometric fresnel zone plates
DE2617797A1 (de) * 1976-04-23 1977-11-03 Wolfgang Dipl Phys Dr I Schulz Vorrichtung zur optischen messung der position und der bewegung eines objektes
FR2377026A1 (fr) * 1977-01-05 1978-08-04 Sfim Dispositif pour mesurer a distance l'orientation d'une structure, notamment par rapport au nord
DE2749578A1 (de) * 1977-11-05 1979-05-10 Licentia Gmbh Vorrichtung zur automatischen positionierung der ladeluke einer schute unter der austrittsoeffnung eines schuettgutrohres

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8201420A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1982001420A1 (en) 1982-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68914553T2 (de) Lasermesssystem.
DE3781519T2 (de) Standortbestimmungsgeraet.
DE69131837T2 (de) Räumliche Positionierungsvorrichtung
DE3787003T2 (de) Lenkvorrichtung für sich unbemannt bewegende körper.
DE69716671T2 (de) Steuervorrichtung für Baumaschinen
EP1842077B1 (de) Verfahren zum ermitteln einer lageinformation mindestens eines objekts
DE3888732T2 (de) Verfahren und Vorrichtung für laser-optische Navigation.
DE3408437C2 (de) Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines vorgepreßten Hohlprofilstranges
DE3741259A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur autonomen steuerung eines fahrzeuges
DE3151098A1 (de) Vorrichtung zum steuern der seitlichen position eines geschleppten seekabels und verfahren zu deren verwendung
WO2000026612A1 (de) Profilmesssystem und verfahren zur durchführung
DE3404495A1 (de) Polygonzug-vermessungsverfahren und vermessungseinrichtung
EP3674744A1 (de) Verfahren zur kalibrierung der ausrichtung eines sich bewegenden objektsensors
EP0412395B1 (de) Führung eines Bagger-Schaufelrades zum Erzeugen vorherbestimmter Flächen
DE102010043359A1 (de) Lichtstrahlempfänger mit Sprachausgabe
DE2901908A1 (de) Verfahren zur regelung der arbeitsbewegung eines ueber die ortsbrust bewegbaren schraemwerkzeuges einer streckenvortriebsmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens
EP0063127A1 (de) Verfahren und anlage zur ermittlung der bewegungskoordinaten für den richtungsgesteuerten arbeitsablauf eines ortsbeweglichen körpers
DE102017120050A1 (de) Verfahren zum Planen von Verpackungsanlagen
DE102022125367A1 (de) Entfernungsmessvorrichtung, montageausrichtungserkennungsverfahren und montageausrichtungserkennungsprogramm dafür
WO2018162461A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur positionsbestimmung von kinematiken insbesondere mobiler arbeitsmaschinen
WO2002101328A1 (de) Verfahren zur aufnahme des oberflächenzustandes einer fahrbahn
EP0600048B1 (de) Verfahren zur messung von relativen winkeln
DE69207504T2 (de) Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten
EP0417665A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Positions- und/oder Fahrtrichtungsbestimmung eines fahrerlosen eigen/angetriebenen Fahrzeugs in der x-y-Ebene
DE69018826T2 (de) Einrichtung zur messung der position einer unterirdischen grabmaschine.

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT DE FR GB

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19821230