ES2268122T3 - Sistema y procedimiento de guiado de vehiculos sin conductor. - Google Patents

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Abstract

Sistema de guiado de vehículos (12) para guiar un vehículo (10) a lo largo de una marca magnética (20) que comprende: - un primer detector magnético (28) que tiene un eje de detección (32), midiendo dicho primer detector (28) un primer campo magnético; - un segundo detector magnético (30) que tiene un eje de detección (36), midiendo dicho segundo detector (30) un segundo campo magnético, cruzando dicho eje de detección (36) de dicho segundo detector magnético (30) dicho eje de detección (32) de dicho primer detector magnético (28) en un punto de guía (38) del vehículo; - un tercer detector magnético (40) separado lateralmente de dicho punto de guía (38) en una primera dirección, midiendo dicho tercer detector (40) un tercer campo magnético, comprendiendo dicho tercer campo magnético un campo magnético ambiente; y - un procesador (16) configurado para recibir datos que representan el campo magnético medido por dichos primer (28), segundo (30) y tercer (40) detectores, para restar el tercercampo magnético del primer o del segundo campo magnético, a fin de compensar el campo magnético ambiente, y para calcular un desfase lateral entre dicho punto de guía y la marca magnética (20) basándose en el valor compensado.

Description

Sistema y procedimiento de guiado de vehículos sin conductor.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para guiar un vehículo sin conductor a lo largo de un recorrido definido por una marca magnética, tal como, por ejemplo, una tira de cinta magnética, una pintura magnética, o polvos magnéticos adheridos.
Los vehículos con sistemas de guiado automáticos se han hecho cada vez más usuales en aplicaciones industriales. Estos vehículos se utilizan para transportar material a lo largo de unos recorridos de guía predefinidos por el interior de una instalación. Hay varios procedimientos para guiar el vehículo, tales como la navegación a estima, cables de guía electrificados, marcas ópticas o magnéticas, y sistemas inerciales, disponibles en la técnica. No obstante, cada uno de estos sistemas tiene inconvenientes asociados, por ejemplo, con el coste y la complejidad del sistema, el coste de la instalación, la flexibilidad en la modificación del recorrido de la guía, y la precisión en su funcionamiento. Las fuentes de estas deficiencias pueden estar relacionadas con numerosos componentes del sistema, incluyendo el tipo de marca del recorrido de guía, así como el detector u otros componentes del sistema que localizan o siguen el recorrido de guía. Por ejemplo, en un sistema de cable de guía electrificado, un cable conductor está enterrado en el suelo de la instalación. El sistema de guiado del vehículo detecta y sigue el campo magnético generado por la corriente que pasa a través del cable enterrado. Estos sistemas de cable de guía electrificado son muy precisos durante su funcionamiento, pero tienen un alto coste de instalación y una flexibilidad en la modificación del recorrido reducida, ya que si se quiere modificar el recorrido de la guía deben enterrarse nuevos cables de guía en el suelo. Al contrario, los sistemas de guiado inercial que utilizan codificadores de rueda y giróscopos proporcionan una gran flexibilidad en el recorrido de guía, pero son más caros y complejos.
En años recientes, se ha incrementado la utilización de la tecnología de vehículos sin conductor en la industria del manejo de material. Ha habido un crecimiento correspondiente en el deseo de obtener vehículos sin conductor con menores costes, específicamente para aplicaciones más ligeras. Estas aplicaciones más ligeras requieren generalmente diseños de vehículos que son menos robustos que los vehículos sin conductor tradicionales. Sin embargo, la necesidad de un guiado preciso, fiabilidad, y flexibilidad no disminuye con el tamaño del vehículo. De hecho, la necesidad de eficacia en la flexibilidad y el coste en el sistema de guiado es generalmente más pronunciada en vehículos menos caros, ya que el sistema de guiado representa un mayor porcentaje del coste total del vehículo. En consecuencia, y en vista del hecho de que los sistemas de guiado más precisos y flexibles son normalmente los más complejos y caros, existe la necesidad de un sistema de guiado automatizado fiable, flexible y con un coste eficaz que pueda ser utilizarse con diseños de vehículos menos robustos.
Los carros guiados automatizados (AGC) son representativos de este mercado creciente. Los AGC se utilizan para transportar una variedad de cargas relativamente pesadas por instalaciones de montaje. Debido a su pequeño tamaño y al coste reducido del vehículo, los clientes desean normalmente costes de instalación de la marca del recorrido de guía más bajos, a fin de adaptarse a modificaciones en la configuración de la planta o del procedimiento de montaje. Se han desarrollado varias técnicas de marcaje del recorrido de guía para empezar a tratar esta necesidad. Por ejemplo, se puede disponer una cinta magnetizada en el suelo de una instalación para marcar el recorrido de guía. Conjuntos de detección del estado de la técnica para guiar vehículos a lo largo de recorridos magnéticos incluyen una serie de interruptores de efecto Hall para detectar magnéticamente recorridos marcados. Ejemplos de estos dispositivos del estado de la técnica incluyen la patente de Estados Unidos número 4.990.481, concedida el 5 de febrero de 1991, y titulada "Vehículo guiado magnéticamente", y la patente de Estados Unidos número 5.434.781, concedida el 18 de julio de 1995, y titulada "Procedimiento y aparato para guiar un vehículo sin conductor utilizando un detector que sigue un cable que emite un campo electromagnético".
La patente de Estados Unidos número 6.437.561 se refiere a un sistema de detección que puede utilizarse para determinar de forma continua la posición de un objeto respecto a una fuente de un campo magnético. Este sistema de detección determina la distancia del objeto a la fuente del campo magnético, extrapolando y comparando los datos del campo magnético generados por múltiples detectores separados por distancias conocidas los unos de los otros. El objeto se desplaza a lo largo de una primera dirección. El sistema de detección incluye un módulo de interfaz de fuente con detectores de campo magnético ubicados a una distancia conocida de separación a lo largo de una segunda dirección, diferente de la primera dirección. Cada detector detecta el campo magnético generado por la fuente de campo magnético, y genera una señal de campo magnético que se corresponde con la intensidad relativa del campo magnético detectado por el detector. Un módulo de procesamiento utiliza las señales de campo magnético para determinar un pico del campo magnético a lo largo de la primera dirección para cada detector, y luego compara el pico del campo magnético para determinar la distancia del objeto a la fuente de campo magnético a lo largo de una segunda dirección.
La patente de Estados Unidos número 6.336.064 se refiere a un aparato magnético para detectar la posición de un vehículo. Este aparato es capaz de detectar una distancia de desviación lateral del vehículo sobre una anchura de desviación lateral con una gran precisión y a alta velocidad. Se detecta un componente de un campo magnético en la dirección de avance del vehículo. Se detectan tres componentes de un campo magnético, concretamente el componente longitudinal, el vertical, y el transversal. El sistema guía el vehículo hacia la línea central y hace que el vehículo recupere la posición central del recorrido.
Resumen de la invención
Un sistema de guiado de vehículos para guiar un vehículo a lo largo de una marca magnética incluye un primer detector magnético que tiene un eje de detección, midiendo el primer detector un primer campo magnético. Un segundo detector magnético tiene un eje de detección, midiendo el segundo detector un segundo campo magnético. El eje de detección del segundo detector magnético cruza el eje de detección del primer detector magnético en un punto de guía del vehículo. Un tercer detector magnético está separado lateralmente del punto de guía en una primera dirección. El tercer detector mide un tercer campo magnético que comprende un campo magnético ambiente. Un procesador está configurado para recibir datos que representan el campo magnético medido por el primer, segundo y tercer detectores, para restar el tercer campo magnético del primer o del segundo campo magnético, a fin de compensar el campo magnético ambiente, y para calcular un desfase lateral entre dicho punto de guía y la marca magnética basándose en el valor compensado.
La presente invención también proporciona un procedimiento para guiar un vehículo en respuesta a una marca que tiene un campo magnético. Las etapas del procedimiento incluyen medir la fuerza del campo magnético próxima a la marca, medir la fuerza del campo magnético ambiente lejos de la marca, compensar el campo magnético ambiente eliminando la fuerza del campo magnético lejana de la fuerza del campo magnético próxima, calcular un desplazamiento lateral entre el vehículo y la marca utilizando la fuerza del campo magnético compensado, y guiar el vehículo en respuesta al desplazamiento lateral entre el vehículo y la marca.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención podrá entenderse mejor a partir de la descripción detallada expuesta a continuación, de las reivindicaciones adjuntas, y de los dibujos que se acompañan, en los que:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un vehículo sin conductor alineado en posición de funcionamiento respecto a una marca magnética en el suelo;
la figura 2 es una vista en sección transversal parcial tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1, que ilustra un sistema de guiado magnético dentro del vehículo alineado en posición de funcionamiento respecto a la marca magnética;
la figura 3 es un esquema eléctrico del sistema de guiado magnético, que ilustra un conjunto de detector que incluye detectores de sistema de guiado, un procesador de señal, y un controlador de movimiento según la presente invención;
la figura 4 es un gráfico que ilustra la salida representativa de los detectores del sistema de guiado;
la figura 5 es un gráfico que ilustra el intervalo operativo del sistema de guiado; y
la figura 6 es una vista en perspectiva del vehículo sin conductor alineado en posición de funcionamiento respecto a una marca magnética con una intersección con forma de horquilla o en Y.
Descripción detallada de la realización preferida
La presente invención se refiere en general a un vehículo sin conductor que incluye un sistema de guiado mejorado para seguir un recorrido marcado magnéticamente. En la realización ilustrada en los dibujos adjuntos, particularmente en las figuras 1 a 3, la invención se muestra incluyendo un vehículo sin conductor 10 con un sistema de guiado 12 que tiene un conjunto de detector 14, un procesador de señal 16, y un controlador de movimiento o dirección 18. Tal y como se muestra en la figura 1, el vehículo 10 está configurado para seguir un recorrido de guía magnético o marca 20 fijado al suelo 22. El sistema de guiado 12, ilustrado en la figura 3, permite un seguimiento activo a lo largo del recorrido o marca 20. Más particularmente, tal y como se describe en más detalle a continuación, el procesador de señal 16 recibe señales de salida del conjunto de detector 14, y determina un desfase o desplazamiento lateral del vehículo 10 respecto al recorrido o marca 20. El procesador de señal 16 transmite información de control de la dirección al controlador de movimiento 18, que a continuación ajusta el movimiento del vehículo para seguir el recorrido o marca 20. Las mejoras de la presente invención están enfocadas en general al conjunto de detector 14 y al procesador de señal 16, a fin de proporcionar una precisión mejorada en la determinación de la posición del vehículo respecto al recorrido o marca
20.
A diferencia de los sistemas de guiado de vehículos sin conductor previos, el sistema de guiado 12 de la presente invención incluye un conjunto de detector 14 que tiene una pluralidad de detectores de campo magnético de alta sensibilidad, proporcionando cada uno de ellos una salida análoga. Los detectores de campo magnético tienen preferiblemente una sensibilidad del orden de 16 (mV/V)/(kA/m). Adicionalmente, los detectores de campo magnético discriminan cambios en el campo magnético de 1 Gauss o menores y, más preferiblemente, de 10 miliGauss o menores. En la realización ilustrada, los detectores de campo magnético son detectores magnetorresistivos gigantes (GMR). Aunque se conocen generalmente varios de dichos detectores en la técnica para aplicaciones no incluidas en el guiado de vehículos, la presente invención incorpora estos detectores de campo magnético de alta sensibilidad en un sistema de guiado de vehículos, a fin de proporcionar mejoras sobre los sistemas de guiado existentes. Aunque hay disponible una variedad de detectores magnetorresistivos gigantes en la técnica, y pueden utilizarse en la presente invención, la realización descrita incluye detectores de campo magnético comercializados por Philips Semiconductors, con sede en Eindhoven, Países Bajos, con los números de pieza KMZ51 y KMZ52. Tanto el detector KMZ52 como el detector KMZ51 proporcionan una sensibilidad no compensada del orden de 16 (mV/V)/(kA/m). El detector de campo magnético KMZ52 es un detector de puente de Wheatstone dual que tiene un campo H mayor o ejes de detección perpendiculares, mientras que el detector de campo magnético KMZ51 es un detector de puente de Wheatstone simple. Hay disponibles en la técnica más detalles de las capacidades operativas de estos detectores y otros similares, incluyendo la información de producto en la página web de Philips (www.semiconductors.philips.com). Además de los detectores magnetorresistivos gigantes KMZ52 y KMZ51 descritos anteriormente, los expertos en la materia comprenderán que también podrán utilizarse otros detectores de campo magnético de alta sensibilidad, incluyendo dispositivos de efecto de Hall, sin apartarse del ámbito de la presente invención.
Tal y como se explica más ampliamente a continuación, la invención detecta un desfase o desplazamiento lateral respecto al recorrido de guía marcado 20, que se caracteriza por el campo magnético DC polarizado más fuerte detectado por el conjunto de detector 14. En la realización ilustrada, el conjunto de detector 14 incluye un dispositivo magnetorresistivo gigante de puente doble (GMR) 24, ilustrado esquemáticamente en la figura 2, que incluye detectores de campo magnético 28 y 30 que están montados y configurados preferiblemente, aunque no necesariamente, según una disposición con forma de X o según una configuración en "X", de modo que un eje de detección mayor 32 del primer detector magnético 28 queda orientado cuarenta y cinco grados positivos (+45º) respecto a una línea central lateral 26 del vehículo 10, y un eje de detección mayor 36 del segundo detector de campo magnético 30 queda orientado cuarenta y cinco grados negativos (-45º) respecto a la línea central lateral 26 del vehículo 10, con los ejes de detección mayores 32, y 36 intersecándose para definir un punto de guía 38 del vehículo. Tal y como se describe en más detalle a continuación, el punto de guía 38 del vehículo es el punto de referencia para el vehículo 10 a efectos de calcular el desfase respecto al recorrido o marca 20. El dispositivo GMR 24 puede estar ubicado en el vehículo 10 de modo que el punto de guía 38 del vehículo quede alineado con la línea central lateral 26 del vehículo 10, tal y como se ilustra en la figura 2, o, alternativamente, puede estar separado de la línea central lateral 26 del vehículo. En este último caso, la línea central lateral 26 del vehículo está separada del recorrido o marca 20 cuando el punto de guía 38 del vehículo está alineado con el recorrido o marca 20. En consecuencia, la posición lateral del conjunto de detector 14 o del punto de guía 38 del vehículo puede estar separada de la línea central lateral 26 del vehículo, de modo que una rueda dirigible, si está alineada con la línea central lateral 26 del vehículo, no seguirá adelante y seguirá el recorrido 20. El dispositivo GMR 24 podrá estar ubicado en la parte frontal, central o trasera del vehículo 10. En otras palabras, el dispositivo GMR 24 podrá estar ubicado en cualquier punto longitudinal a lo largo de la longitud del vehículo 10. En la realización ilustrada, el dispositivo GMR 24 consiste en un detector de campo magnético Philips KMZ52. No obstante, también podrían utilizarse un par de detectores de campo magnético KMZ51, o detectores de puente simple similares, o bien dispositivos de efecto de Hall de alta sensibilidad. Las salidas no lineales del dispositivo GMR 24 se transmiten al procesador de señal 16, que a continuación proporciona un resultado lineal que caracteriza la localización del campo magnético DC polarizado más fuerte, representado por el campo magnético DC polarizado del recorrido o marca 20 como el desfase relacionado con el punto de guía 38 del vehículo.
Adicionalmente a los detectores de campo magnético 28 y 30, el conjunto de detector 14 de la presente invención también incluye un par de detectores de campo magnético ambiente 40 y 42, separados lateralmente por una distancia predeterminada 44 en cada lado del punto de guía 38 del vehículo (con un detector de campo magnético ambiente 40 en el lado de babor del vehículo 10 y con el otro detector de campo magnético ambiente 42 en el lado de estribor del vehículo 10). Los dos detectores de campo ambiente 40 y 42 también están dispuestos preferiblemente según un ángulo de cuarenta y cinco grados (45º) partiendo del punto de guía 38 del vehículo, tal y como se ilustra en la figura 2. En la realización ilustrada, la distancia 44 entre cada detector de campo ambiente 40 y 42 y el punto de guía 38 del vehículo es del orden de dos (2) pulgadas y, preferiblemente, de una pulgada y tres cuartos (1,75). Dado que esta distancia 44 depende de la anchura del recorrido o marca 20 y otros parámetros, incluyendo la altura del detector 46, la realización ilustrada de la invención incluye una distancia 44 de dos (2) pulgadas para un recorrido o marca 22 que tiene una anchura de dos (2) pulgadas y una altura del detector 46 de dos (2) pulgadas.
Tal y como se explica de forma más amplia a continuación, los detectores de campo ambiente 40 y 42 proporcionan mediciones del campo magnético para su utilización en la anulación o compensación del campo magnético ambiente en el entorno de trabajo aledaño, así como cualquier campo magnético provocado por la estructura del vehículo, a fin de seguir de forma más precisa el centro del recorrido o marca 20, y, cuando se desee, para guiar el vehículo 10 a lo largo de los bordes 48 y 50 del recorrido magnetizado 20. En el primer caso, las mediciones de los detectores de campo ambiente 40 y/o 42 se utilizan para corregir los datos adquiridos por el dispositivo GMR 24, restando o anulando cualquier campo magnético DC de fondo uniforme y el campo magnético DC de la estructura del vehículo, o una parte de los mismos. Esta característica de anulación también permite una ganancia aumentada de las señales de salida A y B de los detectores de campo magnético 28 y 30, respectivamente, y una discriminación de diferencias muy pequeñas en la fuerza de campo magnético entre el campo magnético y los detectores de campo ambiente 28, 30, 40 y 42. La capacidad del sistema de guiado 12 para discriminar diferencias de fuerza de campo magnético pequeñas entre el campo magnético y los detectores de campo ambiente 28, 30, 40 y 42, mediante la combinación de los detectores de campo magnético gigantes de alta sensibilidad 28 y 30 y la característica de anulación del campo ambiente, proporciona un sistema de guiado 12 que permite la utilización de marcas magnéticas que tengan campos magnéticos menos fuertes, tales como recubrimientos impregnados magnéticamente, pintura, cinta, polvos magnéticos adheridos, y similares. Estas marcas magnéticas menos fuertes son generalmente menos costosas de instalar y se adaptan más fácilmente a los cambios de recorrido, disminuyendo de manera espectacular el coste y el tiempo de instalación. Además, el conjunto de detector 14 puede detectar de forma fiable el recorrido magnetizado o marca 20, y por lo tanto reducir la posibilidad de que el vehículo 10 se desvíe debido a los campos magnéticos ambientes que podrían ser causados por otros materiales magnetizados en el suelo 22 no previstos.
A modo de ejemplo, y no como limitación, los beneficios de la invención incluyen un sistema que anula los campos magnéticos ambientes para permitir que el vehículo 10 sea guiado a lo largo de campos magnéticos menos fuertes respecto al estado de la técnica. Más particularmente, y sin limitar el ámbito de la invención respecto a otras características y ventajas no presentes en el estado de la técnica, y a diferencia de aplicaciones previas en la tecnología de detectores magnetorresistivos, la presente invención: (a) anula el campo de la tierra y/o otros campos ambientes uniformes, a fin de discriminar la presencia del recorrido marcado o marca 20 y evitar errores en la detección del campo; (b) orienta los detectores de campo magnético y de campo ambiente 28, 30, 40 y 42 para detectar medios magnéticos en una superficie horizontal; (c) utiliza la fase de la salida para establecer un área de funcionamiento aceptable; y (d) utiliza la salida en un bucle de servomando para la dirección.
La salida de los dos detectores de campo magnético 28 y 30 se transmite al procesador de señal 16 (figura 3), que está configurado para procesar dicha salida de los detectores y proporcionar un valor de control al controlador de movimiento 18 que es proporcional a la distancia a un plano 52 (figura 2) perpendicular a la superficie del recorrido o marca 20, y paralelo a la longitud del recorrido o marca 20. Como tal, el conjunto de detector 14 puede utilizarse para medir el desfase o desplazamiento lateral del punto de guía 38 del vehículo respecto al recorrido o marca 20, que se puede utilizar en un bucle de servomando para controlar la dirección del vehículo. En la figura 2 se muestra un desfase representativo O respecto al plano 52, en la línea central del recorrido o marca 20. Sin embargo, tal y como se describe en más detalle a continuación, el conjunto de detector 14 también podrá seguir uno de los bordes 48 o 50 del recorrido 20.
Tal y como se ilustra generalmente en la figura 3, el procesador de señal 16 procesa los datos de los detectores para proporcionar una medición de control del movimiento del desfase o desplazamiento lateral, para su utilización en un sistema de dirección de bucle de enganche. Las entradas al procesador de señal 16 incluyen señales de salida A y B, tal y como se muestra en la figura 4, desde los detectores de campo magnético 28 y 30, respectivamente, así como señales de salida C y D, también mostradas en la figura 4, desde los detectores de campo ambiente 40 y 42, respectivamente, a fin de discriminar señales magnéticas válidas respecto a los detectores de campo magnético 28 y 30. Tal y como se describe en más detalle a continuación, la salida no lineal de los dos detectores de campo magnético 28, 30 se comunica al procesador de señal 16, que procesa la salida del detector y proporciona un resultado lineal representativo del desfase o desplazamiento lateral del punto de guía 38 del vehículo respecto al recorrido o marca 20. La orientación y el funcionamiento del conjunto de detector 14, así como los procesos computacionales de la presente invención son en ciertos aspectos similares el captador inductivo "bobina X" descrito en la patente de Estados Unidos número 5,434,781 del titular, concedida el 18 de julio de 1995, y titulada "Procedimiento y aparato para guiar un vehículo sin conductor utilizando un detector que sigue un cable que emite un campo electromagnético". Al contrario de la detección inductiva de la "bobina X" de una corriente alterna utilizada en la patente 5,434,781, la presente invención se basa en el efecto magneto resistivo en un puente de Wheatstone para detectar el campo DC de un recorrido marcado magnéticamente. Otras diferencias notables entre la patente 5,434,781 y la presente invención incluyen el hecho de que el dispositivo descrito en la patente 5,434,781 proporciona formas de onda sinusoidal que se filtran y demodulan para proporcionar un nivel DC al procesador, mientras que la salida de los puentes detectores magnéticos en la presente invención proporciona una onda cuadrada que está modulada en tensión DC respecto a un punto polarizado. Dado que la presente invención detecta directamente el campo DC, no es necesario un filtrado. El procesador de señal 16 de la presente invención lleva a cabo la demodulación detectando las tensiones alta y baja de la onda cuadrada, y comparándolas a una señal de reloj maestra que controla los detectores de campo magnético y de campo ambiente 18, 30, 40 y 42, mientras que el dispositivo de la patente 5,434,781 demodula los detectores respecto a la fase de uno de los detectores. Adicionalmente, dado que un campo magnético DC tal y como lo detectan los detectores de campo magnético 28 y 30, puede deberse a un campo ambiente, el conjunto de detector 14 incluye unos detectores de campo ambiente adicionales 40 y 42, a fin de discriminar un recorrido o marca válidos 20 respecto a campos relativamente muy uniformes o ambientes.
A continuación se describirán los procesos computacionales llevados a cabo por la presente invención, haciendo referencia a las señales o mediciones de salida de los detectores de campo magnético y de campo ambiente 28, 30, 40 y 42, que se representan mediante las señales de salida A, B, C y D, respectivamente, en la figura 4. La medición de las señales de salida A, B, C y D se lleva a cabo midiendo la salida de pico a pico de los detectores de campo magnético y de campo ambiente 28, 30, 40 y 42, respectivamente, y asignando una polaridad positiva o negativa a cada salida del detector, referenciada respecto a la señal de la bobina de exploración de los detectores. Esta medición define las señales de salida A, B, C y D para los siguientes cómputos. Al seguir el centro del recorrido o marca 20, el procesador de señal 16 determina el desfase (O) entre el punto de guía 38 del vehículo y el centro del recorrido o marca 20, de acuerdo con:
O = G \ (A-B)/(A+B), \ donde \ G = 1
Cabe destacar que la anterior ecuación no tiene en cuenta la distancia a la que el dispositivo GMR 24 está montado sobre el recorrido o marca 20, o en otras palabras, la altura del detector 46, de la manera descrita en la patente 5,434,781. Se ha determinado que con un cambio en la altura del detector 46, que es aproximadamente igual al intervalo de señal de funcionamiento de los detectores de campo magnético 28 y 30, solamente hay un cambio muy pequeño en el cálculo el desfase. Este pequeño cambio es atribuible, al menos en parte, al pequeño intervalo de la anchura del recorrido 20 respecto a la altura del detector 46. Para cualquier experto en la materia resultará evidente la incorporación de un factor de altura o detector de altura 46 en la ecuación anterior, sin apartarse del ámbito de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, el factor escalar G puede determinarse empíricamente basándose en una altura de detector nominal y en una fuerza de campo media para corregir la salida del detector a fin de obtener una medición igual o a escala de la salida.
Cuando el vehículo 10 está siguiendo el borde derecho o de estribor 50 del recorrido o marca 20, el desfase de borde derecho (OR) entre el punto de guía 38 del vehículo y el borde derecho 50 del recorrido o marca 20 se calcula mediante:
OR = G \ [(D-B)/(D+B)] + K
donde G es una ganancia escalar (gradiente) que depende de la distancia 44 entre el detector de campo magnético 30 derecho o de estribor y el detector de campo ambiente derecho o de estribor 42, donde para una distancia 44 de una pulgada y tres cuartos (1,75), la ganancia escalar G es igual a uno (1); y K es un desfase, que depende de la anchura del recorrido o marca 20 magnético y la distancia del detector 44, a fin de proporcionar la misma posición nula que el cálculo del centro del desfase del recorrido (O) anterior, donde el desfase K es igual a una pulgada y media (1,5) para una anchura de recorrido de dos (2) pulgadas, y una altura del detector 46 de dos (2) pulgadas.
Al seguir el borde izquierdo o de babor 48 del recorrido o marca 20, el desfase de borde izquierdo (OL) entre el punto de guía 38 del vehículo y el borde izquierdo 48 del recorrido o marca se calcula mediante:
OL = G \ [(A-C/(A+C)] - K
donde G es una ganancia escalar (gradiente) que depende de la distancia 44 entre el detector de campo magnético 28 izquierdo o de babor y el detector de campo ambiente izquierdo o de babor 40, donde para una distancia 44 de una pulgada y tres cuartos (1,75), la ganancia escalar G es igual a uno (1); y K es un desfase, que depende de la anchura del recorrido o marca 20 magnético y la separación del detector 44, a fin de proporcionar la misma posición nula que el cálculo del centro del desfase del recorrido (O) anterior, donde el desfase K es igual a una pulgada y media (1,5) para una anchura de recorrido de dos (2) pulgadas, y una altura del detector 46 de dos (2) pulgadas.
Más particularmente, haciendo referencia al desfase del detector, con el uso de una cinta magnética de dos (2) pulgadas de ancho como recorrido o marca 20, y de una altura 46 del detector de dos (2) pulgadas, los detectores de campo ambiente 40 y 42 deberían ubicarse de manera que sus ejes de detección mayores 54 y 58, respectivamente, crucen el plano de la marca 20 a una distancia mínima de aproximadamente dos (2) pulgadas fuera de los bordes 48 y 50 de la marca 20, respectivamente, a fin de evitar que los detectores de campo ambiente 40 y 42 capten una cantidad significativa de señales provenientes de la marca 20. En esta configuración, los detectores de campo ambiente 40 y 42 proporcionan mediciones que son representativas del campo ambiente, aunque serán ligeramente mayores que el campo ambiente, a la vista de una captación residual de la marca 20, esta captación residual es generalmente lo suficientemente pequeña en comparación con la amplitud de las mediciones de los detectores de campo magnéticos 28 y 30 como para que la señal pueda utilizarse para discriminar si los detectores de campo magnético 28 y 30 están detectando una señal más intensa apropiada representativa del recorrido 20. En general, si la anchura del recorrido aumenta, la separación de los detectores de campo ambiente 40 y 42 también debe aumentar, a fin de proporcionar lecturas ambientes representativas. Si las lecturas de los detectores de campo ambiente 40 y 42 se utilizan para seguir los bordes 48 y 50 del recorrido 20, la distancia 44 no debe ser demasiado grande, ya que de otro modo los detectores de campo ambiente 40 y 42 no serían capaces de distinguir el recorrido 20 del campo ambiente.
Con la ecuación del desfase del borde derecho del recorrido (OR) y la ecuación del desfase del borde izquierdo del recorrido (OL) anteriores, el sistema de guiado 12 podrá determinar el desfase o desplazamiento lateral del vehículo, y más específicamente del punto de guía 38 del vehículo, de los bordes 48 o 50 del recorrido o marca 20, permitiendo de este modo el guiado a lo largo de un borde 48 o 50, que es útil para mover suavemente el vehículo 10 por áreas en las que un recorrido 20 se divide en dos segmentos de recorrido o se junta con otro segmento de recorrido.
Teniendo en cuenta lo anteriormente descrito, puede observarse que la discriminación del campo ambiente y la presencia/ausencia del recorrido magnético podrá llevarse a cabo de varias formas. Por ejemplo, con el conjunto de detector 14 centrado aproximadamente sobre un recorrido magnético 20 y dispuesto en perpendicular al recorrido 20, la suma de (A+B) será mayor que la suma (C+D). La separación de los detectores de campo ambiente 40 y 42 de los detectores de campo magnético 28 y 30 mediante una distancia 44 apropiada, basada en la anchura del recubrimiento magnético 20, del orden de dos (2) pulgadas en la realización ilustrada, resultará en que los detectores de campo ambiente 40 y 42 detectarán solamente campos ligeramente mayores que el campo ambiente. Esta configuración puede utilizarse por lo tanto para discriminar una señal de recorrido válida de una señal de campo intensa (o uniforme). Esta configuración también puede utilizarse para indicar que el sistema de guiado 12 está dentro de una ventana de funcionamiento seguro predeterminada, que es como una prueba redundante con los cálculos de distancia mencionados anteriormente en las ecuaciones de desfase (O), (OR), y (OL) anteriores. La amplitud de esta ventana se determina mediante la distancia 44 de los detectores de campo 40 y 42 al dispositivo GMR 24, junto con otros factores tales como la altura 46 del detector y la anchura del recorrido 20.
Más particularmente, las señales de salida C y D pueden utilizarse en un circuito de anulación, que es útil para incrementar la sensibilidad del conjunto de detector 14. Por ejemplo, se puede utilizar una medición de la señal de salida C y/o D, controlada mediante el procesador de señal 16, para controlar las corrientes de la bobina de compensación de los canales A, B, C y D simultáneamente hasta que la bobina de compensación genere un campo de igual magnitud y signo opuesto que el campo ambiente del canal C y/o D. Mediante este procedimiento, se anula cualquier campo del canal C y/o D, considerado como ambiente. Asimismo, el campo equivalente para los canales A y B también se anula. Considerando que la distancia y el entorno entre los detectores de campo magnético y de campo ambiente 28, 30, 40 y 42 resulta en una medición del campo ambiente consistente entre todos los detectores 28, 30, 40, 42, se anula de forma eficaz el campo ambiente. Una vez esto se consigue, la ganancia de todos los canales A-D puede aumentarse utilizando un control de ganancia automático para permitir la detección de medios magnéticos con fuerzas de campo magnético comparativamente bajas, ya que se mejora la diferencia mesurable entre la señal del recorrido y el campo ambiente. La iteración sucesiva de este proceso resulta en una mayor sensibilidad de cualquier desviación de campo respecto al campo ambiente.
La anulación del campo ambiente y el proceso de ganancia de los canales también mejoran la sensibilidad del sistema de guiado 12, al recuperar ancho de banda de señal ocupada anteriormente por los datos de campo ambiente. Dicho de otra forma, la eliminación de la polarización común de los canales A, B, D y D, en combinación con el control de ganancia automático, permite una mayor sensibilidad y precisión. Por ejemplo, con el uso del procesador de señal 16, la resolución de la conversión de analógico a digital y la amplitud de la entrada definen la precisión con la que la diferencia entre las mediciones de los detectores de campo magnético y del campo ambientes 28, 30, 40 y 42 podrá llevarse a cabo.
Las lecturas de las señales de salida A y B podrán utilizarse junto a los valores descritos anteriormente, o simplemente umbrales predeterminados, como una verificación de una presencia y posición válidas del recorrido. Por ejemplo, en los datos de muestra incluidos en la figura 4, se puede definir experimentalmente un umbral de campo polarizado igual a cero (0) para identificar que las señales de salida A o B deben tener amplitudes por encima de este nivel, a fin de constituir una señal de recorrido válida.
Además, la acción de la bobina de compensación, o la resta de la polarización rectificada, puede utilizarse para compensar los metales presentes en los alrededores del conjunto de detector 14, que tienen un efecto similar a un campo ambiente y se añaden al campo ambiente medido. Mediante este procedimiento, el rendimiento del detector será virtualmente impermeable a los efectos de acumulación habituales sobre el conjunto de detector 14 y a los lados del mismo.
Como alternativa a seguir el borde izquierdo 48 o el borde derecho 50 del recorrido o marca 20 calculando el desfase de borde izquierdo (OL) o el desfase de borde derecho (OR), el sistema de guiado 12 se puede utilizar para seguir los bordes 48 o 50 manteniendo una lectura del campo magnético constante de un detector 28 o 30, respectivamente. De esta manera, el sistema de guiado 12 puede mantener la posición del vehículo 10 respecto a un borde 48 o 50. Por ejemplo, para seguir el borde izquierdo 48, el sistema de guiado 12 dirige el vehículo para mantener una lectura del campo magnético constante del detector izquierdo 28. Más específicamente, el sistema de guiado 12 dirige el vehículo 10 de modo que mantiene constantemente una lectura del campo magnético del detector izquierdo, que es igual al campo magnético promedio de funcionamiento del detector izquierdo 28. Por lo tanto, si el detector izquierdo 28 tiene una lectura del campo magnético promedio de funcionamiento de 89 Gauss, el sistema de guiado 12 mantiene la posición del vehículo respecto al borde izquierdo 48 durante un breve tramo del trayecto, dirigiendo el vehículo 10 para mantener una lectura magnética del detector izquierdo de 89 Gauss. Asimismo, para seguir el borde derecho 50, es sistema de guiado 12 dirige el vehículo de modo que mantiene constantemente una lectura del campo magnético del detector derecho, que es igual al campo magnético promedio de funcionamiento del detector izquierdo 30. Por lo tanto, si el detector derecho 30 tiene una lectura del campo magnético promedio de funcionamiento de 91 Gauss, el sistema de guiado 12 mantiene la posición del vehículo respecto al borde derecho 50 durante un breve tramo del trayecto, dirigiendo el vehículo 10 para mantener una lectura magnética del detector derecho de 91 Gauss.
Este procedimiento alternativo de seguir un borde 48 o 50 es particularmente eficaz cuando el vehículo 10 se desplaza por una intersección con forma de horquilla o en Y en el recorrido o marca 20, tal y como se ilustra en la figura 6. Cuando el vehículo debe seguir la ramificación izquierda de la intersección, el sistema de guiado 12 dirige el vehículo 10 para que busque mantener una lectura del campo magnético del detector izquierdo constante. En consecuencia, el vehículo es obligado a no desviarse demasiado lejos hacia la izquierda, ya que la lectura del campo magnético disminuiría, y a no desviarse demasiado lejos hacia la derecha, lo cual provocaría un aumento en la lectura del campo. El vehículo podrá dirigirse hacia la ramificación derecha de la intersección de forma similar, manteniendo una lectura del campo magnético del detector derecho.
Tal y como se ha descrito anteriormente, los detectores de campo magnético 28 y 30 están preferiblemente dispuestos según una configuración en "X". Una configuración alternativa es la disposición de detectores de campo magnético 28 y 30 en una configuración en "T", en la que el eje de detección mayor de un detector de campo magnético es paralelo al recorrido 20 o al suelo 22, mientras que el eje de detección mayor del otro detector de campo magnético es perpendicular al recorrido 20 o al suelo 22. La configuración en "T" también puede utilizarse para la dirección de vehículos, pero tiene limitaciones en comparación con la configuración en "X". Por ejemplo, el intervalo de funcionamiento (babor/estribor) es limitado, debido al hecho de que el patrón de salida se repite, provocando potencialmente un falso nulo más allá del intervalo de salida lineal. Sin embargo, se puede obtener un guiado similar utilizando la configuración en "T" para el dispositivo GMR 24. Asimismo, se podría utilizar un banco de dispositivos GMR separados a escasa distancia, ubicados todos en un plano paralelo al suelo 22, y en perpendicular a la dirección de desplazamiento del vehículo, a fin de obtener una sensibilidad ampliada, aunque con la limitación de obtener una cobertura solamente tan amplia como el conjunto de detector 14.
Adicionalmente a la detección de un recorrido 20 marcado magnéticamente, la invención podrá funcionar para medir o indicar una posición de paro con un alto grado de precisión, orientando el conjunto de detector 14 para detectar una distancia de proa/popa. Con esta modificación, la invención puede detectar un recorrido magnético 20 para indicar una parada. Además, la posición de detención real se puede ajustar o anticipar basándose en la medición del conjunto de detector 14, a fin de posicionar de manera fiable el vehículo 10 con un alto grado de precisión, controlando la velocidad del bucle del vehículo. El conjunto de detector 14 también podría utilizarse como un lector de código de barras magnético para la identificar la posición, incluyendo el tamaño de los objetivos, así como otras características específicas de los mismos.
Adicionalmente, los detectores de campo ambiente 40 y 42 podrán utilizarse para detectar marcas, a fin de obtener información sobre la localización presente del vehículo. Por ejemplo, una tira transversal pequeña, polarizada dentro o fuera de fase con el recorrido principal 20, y situada a cada lado del recorrido 20, proporciona varias localizaciones que pueden determinarse mediante la creación de una lectura polarizada momentáneamente grande en los canales C o D.
Tal y como se ilustra en la figura 3, el procesador de señal 16 incluye un procesador de señal digital (DSP) 60 para recibir las señales de salida A, B, C, D desde los detectores de campo magnético y de campo ambiente 28, 30, 40 y 42, y para calcular el desfase mediante las ecuaciones de desfase (O), (OR), o (OL) descritas anteriormente. El controlador de movimiento 18 recibe una señal proporcional a los cálculos de desfase del procesador digital de señal 60 y, en respuesta, proporciona señales de control de dirección, mediante un amplificador de potencia 62 y un motor de dirección 64, para hacer girar la rueda dirigible y el conjunto de detector 14 unido a la rueda dirigible.

Claims (25)

1. Sistema de guiado de vehículos (12) para guiar un vehículo (10) a lo largo de una marca magnética (20) que comprende:
un primer detector magnético (28) que tiene un eje de detección (32), midiendo dicho primer detector (28) un primer campo magnético;
un segundo detector magnético (30) que tiene un eje de detección (36), midiendo dicho segundo detector (30) un segundo campo magnético, cruzando dicho eje de detección (36) de dicho segundo detector magnético (30) dicho eje de detección (32) de dicho primer detector magnético (28) en un punto de guía (38) del vehículo;
un tercer detector magnético (40) separado lateralmente de dicho punto de guía (38) en una primera dirección, midiendo dicho tercer detector (40) un tercer campo magnético, comprendiendo dicho tercer campo magnético un campo magnético ambiente; y
un procesador (16) configurado para recibir datos que representan el campo magnético medido por dichos primer (28), segundo (30) y tercer (40) detectores, para restar el tercer campo magnético del primer o del segundo campo magnético, a fin de compensar el campo magnético ambiente, y para calcular un desfase lateral entre dicho punto de guía y la marca magnética (20) basándose en el valor compensado.
2. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, que también incluye un controlador de dirección (18), y en el que dicho procesador (16) también determina una señal de control de la dirección proporcional al desfase lateral y transmite dicha señal de control de la dirección a dicho controlador (18).
3. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dichos primer y segundo detectores magnéticos (28, 30) tienen una sensibilidad de la fuerza del campo magnético no compensado igual o mayor que 16 (mV/V)/(kA/m).
4. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dichos primer y segundo detectores (28, 20) discriminan cambios en el campo magnético de 1 Gauss o menores.
5. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dichos primer y segundo detectores (28, 20) discriminan cambios en el campo magnético de 10 miliGauss o menores.
6. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dichos primer y segundo detectores (28, 20) son detectores de puente de Wheatstone.
7. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, que incluye un dispositivo magnetorresistivo gigante de puente doble (24) que define dichos primer y segundo detectores magnéticos (28, 30).
8. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dicho procesador (16) calcula dicho desfase lateral mediante la ecuación G(A-B)/(A+B), donde A es el campo magnético medido por el primer detector magnético (28) y B es el campo magnético medido por el segundo detector magnético (30).
9. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que el tercer campo magnético se aproxima al campo magnético ambiente en la proximidad del tercer detector (40), o se aleja del campo magnético del vehículo.
10. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dicho procesador (16) también está configurado para utilizar dicho tercer campo magnético medido para guiar el vehículo (10) a lo largo de un borde (48, 50) de la marca (20).
11. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 10, en el que dicho procesador (16) guía el vehículo (10) a lo largo del borde (48, 50) de la marca (20), mediante la determinación de las señales de control de la dirección, de una manera intencionada para mantener el tercer campo magnético en un valor constante.
12. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 10, en el que dicho procesador (16) calcula el desfase lateral del punto de guía respecto al borde de la marca mediante la ecuación G[(A-C)/(A+C)]\pmK, donde A es el campo magnético medido por el primer detector (28), C es el campo magnético medido por el tercer detector (40), y K es un desfase que depende de la anchura de la marca (20).
13. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dicho tercer campo magnético es menor que el primer y el segundo campo magnético.
14. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 1, en el que dicho procesador (16) resta dicho tercer campo magnético de dicho primer campo magnético cuando calcula el desfase lateral, y en el que el sistema de guiado de vehículos (12) también incluye un cuarto detector (42) separado lateralmente de dicho punto de guía (38) en una dirección opuesta a dicho tercer detector (40), midiendo dicho cuarto detector (42) un cuarto campo magnético, estando configurado además dicho procesador (16) para recibir datos representativos del cuarto campo magnético medido por dicho cuarto detector (42), y para restar el cuarto campo magnético del segundo campo magnético cuando calcula el desfase lateral.
15. Sistema de guiado de vehículos (12) según la reivindicación 14, en el que el cuarto campo magnético se aproxima al campo magnético ambiente en la proximidad del cuarto detector (42), o se aleja del campo magnético del vehículo (10).
16. Vehículo sin conductor (10) configurado para ser guiado a lo largo de una marca magnética, comprendiendo dicho vehículo (10):
un vehículo que tiene una línea central lateral (26);
un sistema de guiado (12) fijado al vehículo, incluyendo dicho sistema de guiado (12):
un primer detector magnético (28) que tiene un eje de detección (32), midiendo dicho primer detector (28) un primer campo magnético;
un segundo detector magnético (30) que tiene un eje de detección (36), midiendo dicho segundo detector (30) un segundo campo magnético, cruzando dicho eje de detección (36) de dicho segundo detector magnético (30) dicho eje de detección (32) de dicho primer detector magnético (28) en un punto de guía (38) del vehículo;
un tercer detector magnético (40) separado lateralmente de dicho punto de guía (38) en una primera dirección, midiendo dicho tercer detector (40) un tercer campo magnético, comprendiendo dicho tercer campo magnético un campo magnético ambiente; y
un procesador (16) configurado para recibir datos que representan el campo magnético medido por dichos primer (28), segundo (30) y tercer (40) detectores, para restar el tercer campo magnético del primer o del segundo campo magnético, a fin de compensar el campo magnético ambiente, y para calcular un desfase lateral entre dicho punto de guía y la marca magnética (20) basándose en el valor compensa- do.
17. Vehículo sin conductor (10) según la reivindicación 16, que también incluye un controlador de dirección (18), y en el que dicho procesador (16) también determina una señal de control de la dirección proporcional al desfase lateral y transmite dicha señal de control de la dirección a dicho controlador (18).
18. Vehículo sin conductor (10) según la reivindicación 16, en el que dichos primer y segundo detectores magnéticos (28, 30) tienen una sensibilidad de la fuerza del campo magnético no compensado igual o mayor que 16 (mV/V)/(kA/m).
19. Vehículo sin conductor (10) según la reivindicación 16, en el que dichos primer y segundo detectores (28, 20) discriminan cambios en el campo magnético de 1 Gauss o menores.
20. Vehículo sin conductor (10) según la reivindicación 16, en el que el tercer campo magnético se aproxima al campo magnético ambiente en la proximidad del tercer detector (40), o se aleja del campo magnético del vehículo.
21. Procedimiento para guiar un vehículo (10) en respuesta a una marca que tiene un campo magnético, que comprende las etapas de:
medir la fuerza del campo magnético próxima a la marca (20);
medir la fuerza del campo magnético ambiente lejos de la marca (20);
compensar el campo magnético ambiente eliminando la fuerza del campo magnético lejana de la fuerza del campo magnético próxima;
calcular un desplazamiento lateral entre el vehículo (10) y la marca (20) utilizando la fuerza del campo magnético compensado; y
guiar el vehículo (10) en respuesta al desplazamiento lateral entre el vehículo (10) y la marca (20).
22. Procedimiento según la reivindicación 21, que incluye la etapa de medir una fuerza del campo magnético próxima a la marca (20) de 16 (mV/V)/(kA/m) o menor.
23. Procedimiento según la reivindicación 21, en el que la marca (20) tiene un par de bordes opuestos (48, 50), y que incluye las etapas de calcular un desplazamiento lateral entre el vehículo (10) y uno de los dos bordes de la marca opuestos (48, 50) utilizando la fuerza del campo magnético compensado, y guiar el vehículo (10) a lo largo de dicho uno de los dos bordes de la marca opuestos (48, 50).
24. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que la etapa de calcular un desplazamiento lateral se basa en la ecuación G [(A-C)/(A+C)]\pmK, donde A es el campo magnético medido por el primer detector (28), C es el campo magnético medido por el tercer detector (40), y K es un desfase que depende de la anchura de la marca (20).
25. Procedimiento según la reivindicación 21, que también incluye la etapa de guiar el vehículo (10) a lo largo de uno de los bordes de la marca opuestos (48, 50), mediante la determinación de las señales de control de la dirección, de una manera intencionada para mantener la fuerza del campo magnético próxima a la marca (20) en un valor constante.
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