BE1013948A3 - Meetsysteem voor het toetsen van de positie van een voertuig en waarneeminrichting hiervoor. - Google Patents

Abstract

Meetssysteem voor het toetsen van de positie van een voertuig (1) , welk meetssysteem een aantal optische bakens (6 en 7) bevat, een waarneeminrichting (10) die op het voertuig (1) is gemonteerd om een signaal te geven wanneer ze een baken (6 of 7) waarneemt en een verwerkingseenheid (14) om uitgaande van de informatie van de waarneeminrichting (10) de afwijking ten opzichte van de gewenste positie en rijrichting van het voertuig te berekenen, daardoor gekenmerkt dat de waarneeminrichting (10) twee camera's bezit die op het voertuig zijn gemonteerd, namelijk een eerste camera die gericht is in een richting opstand op het vlak waarin de baan die het voertuig aflegt zich uitstrekt, waarbij ten minste één van de bakens (6) zo opgesteld is dat het in de loop van de verplaatsing van het voertuig nagenoeg volgens de gewenste baan, door de waarneeminrichting (10) in de rijrichting van het voertuig kan gezien worden, terwijl ten minste één van de bakens (7) langs de gewenste baan, maar in een richting opstaand op voornoemd vlak van de baan gezien, hoger of lager dan de waarneeminrichting (10) gelegen is naargelang de tweede camera naar boven of naar onder ten opzichte

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Meetsysteem voor het toetsen van de positie van een voertuig en waarneeminrichting hiervoor. 



  Deze uitvinding heeft betrekking op een meetsysteem voor het toetsen van de werkelijke positie van een voertuig, in het bijzonder een voertuig zonder bestuurder dat door een stuursysteem volgens een bepaalde baan doorheen een omgeving gestuurd wordt, aan de gewenste verplaatsing. 



  Dergelijke meetsystemen bevatten bijvoorbeeld sensoren die op het voertuig opgesteld zijn en interne signalen geven waaruit een verwerkingseenheid de werkelijke positie van het voertuig kan bepalen. Door te vergelijken met ingebrachte informatie aangaande de gewenste baan kan het stuursysteem het voertuig volgens deze gewenste baan sturen. 



  Voornoemd meetsysteem kan evenwel niet voldoende nauwkeurigheid bieden aangezien elke nieuwe positie berekend wordt ten opzichte van een vorige en dus alle posities in feite bepaald worden uitgaande van   een   enkel gekende positie. Na een tijd kunnen grote afwijkingen ten opzichte van de gewenste baan ontstaan. 



  Er zijn meetsystemen bekend die een positiebepaling via informatie van buiten uit toelaten. 



  Een dergelijk meetsysteem is beschreven in   EP-A-0. 185. 816.   



  Dit meetsysteem bevat een aantal bakens die zijn gevormd door reflectoren met een optische code die rondom in de omgeving op de hoogte van de waarneeminrichting zijn opgesteld. Een op het voertuig gemonteerde waarneeminrichting bevat een roterende laser-scanner. Een verwerkingsinrichting bepaalt uitgaande van het door twee 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 reflectoren gereflecteerde laserlicht via triangulatie de werkelijke positie van het voertuig. 



  Uitgaande van deze gekende werkelijke positie en een gekende gewenste positie kan een besturingsinrichting het voertuig naar de gewenste positie sturen. 



  Door het gebruik van een roterende laserstraalbron is de waarneeminrichting duur en aan slijtage onderhevig. De verwerkingsinrichting maakt gebruik van triangulatie om de werkelijke positie te berekenen en de bakens moeten van een code voorzien zijn. Dit alles maakt het meetsysteem ingewikkeld. 



  Daarenboven wordt de oriëntatie van het voertuig niet gemeten maar enkel uitgaande van positiebepalingen berekend. 



  De uitvinding heeft een meetsysteem voor het toetsen van de positie van een voertuig als doel dat voornoemde en andere nadelen niet bezit en een nauwkeurige bepaling mogelijk maakt van de afwijking door het voertuig van de gewenste baan, maar toch eenvoudig is en geen roterende onderdelen bezit. 



  Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door een meetsysteem voor het toetsen van de positie van een voertuig, welk meetsysteem een aantal optische bakens bevat, een waarneeminrichting die op het voertuig is gemonteerd om een signaal te geven wanneer ze een baken waarneemt en een verwerkingseenheid om uitgaande van de informatie van de waarneeminrichting de afwijking ten opzichte van de gewenste positie en rijrichting van het voertuig te berekenen, waarbij de waarneeminrichting twee camera's bezit die op het voertuig zijn gemonteerd, namelijk een eerste camera die nagenoeg in de rijrichting 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 is gericht en een tweede camera die gericht is in een richting opstaand op het vlak waarin de baan die het voertuig aflegt zich uitstrekt,

   waarbij ten minste één van de bakens zo opgesteld is dat het in de loop van de verplaatsing van het voertuig nagenoeg volgens de gewenste baan, door de waarneeminrichting in de rijrichting van het voertuig kan gezien worden, terwijl ten minste   een   ander baken langs de gewenste baan, maar in een richting opstaand op voornoemd vlak van de baan gezien, hoger of lager dan de waarneeminrichting gelegen is naargelang de tweede camera naar boven of naar onder ten opzichte van dit vlak is gericht. 



  Met de informatie van de bewerkingseenheid kan het stuursysteem het voertuig volgens de gewenste baan sturen. 



  Het gebruik van dit meetsysteem kan tijdelijk zijn, bijvoorbeeld telkens wanneer een sturing zoals met een klassiek meetsysteem, bijvoorbeeld met op het voertuig geplaatste sensoren, niet werkt of om van tijd tot tijd bij te sturen en afwijkingen van de gewenste baan veroorzaakt door de onnauwkeurigheid van het klassieke meetsysteem weg te werken. 



  Het stuursysteem kan dus ook een op het voertuig gemonteerd klassiek meetsysteem bevatten met klassieke meetapparatuur zoals pulsgevers en potentiometers. De bewerkingseenheid van dit klassiek meetsysteem kan zelfs tegelijk deel uitmaken van het meetsysteem volgens de uitvinding. In dit geval kan de gemeenschappelijke bewerkingseenheid, hetzij gelijktijdig, hetzij achtereenvolgens informatie van de waarneeminrichting en informatie van de klassieke meetapparatuur gebruiken om de afwijking van de gewenste baan te berekenen. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 Bij voorkeur zijn de camera's van het zogenoemde "random access" type. 



  De bakens kunnen reflectoren zijn. 



  In dit geval kunnen de camera's, om storingen van omgevingslicht uit te sluiten, een eigen lichtbron bevatten waarvoor ze gevoelig zijn. 



  De uitvinding heeft ook betrekking op een waarneeminrichting, al dan niet gekoppeld aan een verwerkingseenheid, bestemd om in het meetsysteem volgens de uitvinding te worden gebruikt. 



  Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een meetsysteem en van een waarneeminrichting volgens de uitvinding beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 op schematische wijze een baan weergeeft met een voertuig voorzien van een meetsysteem volgens de uitvinding ; figuur 2 een blokschema weergeeft van het meetsysteem van   figuur l ;   figuur 3 op schematische wijze een bovenaanzicht weergeeft van het voertuig van figuur   1 ;   figuren 4 en 5 op schematische wijze en in perspectief de waarneming door respectievelijk de twee camera's van het meetsysteem van figuur 1 weergeven ;

   figuur 6 een perspectief zieht weergeeft van het voertuig van figuur   3 ;   figuur 7 een perspectief zieht weergeeft van de waarneeminrichting van het meetsysteem van figuur 1. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



  Zoals weergegeven in de figuren 1 en 2 wordt een voertuig 1 zonder bestuurder volgens een bepaalde baan 2 doorheen een omgeving 3, bijvoorbeeld een magazijn, gestuurd door middel van een gekende en hier niet verder beschreven besturingsinrichting 4 die signalen ontvangt van een meetsysteem 5 dat, volgens de uitvinding, een aantal optische bakens 6 en 7 bevat, namelijk   één   of meer bakens 6 die op een op het vlak van de baan staande drager vastgemaakt zijn en   één   of meer bakens 7 die op een zieh nagenoeg evenwijdig aan het vlak van de baan uitstrekkende drager vastgemaakt zijn en die op of boven de baan zijn gelegen. 



  Het vlak van de baan is het vlak waarin de baan die door het voertuig 1 wordt afgelegd, zieh uitstrekt, of met andere woorden het rijvlak waarin de rijrichtingen van het voertuig tijdens het volgen van deze baan zijn gelegen. De baan die het voertuig 1 werkelijk aflegt komt door de sturing bij benadering overeen met de gewenste baan 2. De gewenste baan 2 en de werkelijke baan zijn in hetzelfde vlak gelegen. 



  In geval de omgeving 3 een magazijn is, zoals in het weergegeven voorbeeld, strekt voornoemd vlak van de baan 2 zieh evenwijdig aan de vloer uit. De drager voor een baken 6 kan dan door een muur 8 van het magazijn zijn gevormd, terwijl de drager voor een baken 7 door voornoemde vloer of het plafond 9 kan gevormd zijn. 



  In het in de figuren 1 en 2 weergegeven voorbeeld bevat het meetsysteem 5 twee bakens 6 die respectievelijk op twee tegenover elkaar gelegen muren 8 vastgemaakt zijn, in het verlengde van gedeelten van de baan 2, en twee bakens 7 die op het plafond 9 van het magazijn zijn bevestigd. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 Deze bakens 6 en 7 zijn vlakke reflectoren die met hun vlak evenwijdig zijn aan de drager waarop ze bevestigd zijn. Ze zijn bijvoorbeeld rond en wit. 



  Het meetsysteem 5 bevat verder een met deze bakens 6 en 7 samenwerkende waarneeminrichting 10 die, zoals in detail is weergegeven in figuur 7, twee camera's 11 en 12 bevat. 



  Beide camera's 11 en 12 zijn bij voorkeur vast ten opzichte van elkaar en stationair op het voertuig 1 gemonteerd. 



  De eerste camera 11 is in de rijrichting van het voertuig   1,   en dus in het voorbeeld praktisch horizontaal gericht. 



  Deze rijrichting is de richting van de translatiesnelheidsvector. 



  Voornoemde bakens 6 zijn praktisch ter hoogte van deze camera 11 opgesteld. 



  De tweede camera 12 is gericht in een richting die op het vlak van de baan 2 staat, in het voorbeeld dus dwars op de vloer en het plafond 9 of praktisch vertikaal, naar boven gericht. Deze richting valt samen met de rotatiesnelheidsvector van het voertuig 1. 



  De richting van de camera's is in de figuren 6 en 7 door pijlen aangeduid. 



  Elk van de camera's 11 en 12 bestaat in het voorbeeld uit een beeldopnemer, een lens en een eigen infra-rood lichtbron. 



  De beeldopnemer is bij voorkeur pixel-adresseerbaar of met andere woorden een zogenoemde"random access"beeldopnemer, met bijvoorbeeld met 512 op 512 pixels, een frequentie in 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 de X-richting van 6 MHz en een frequentie in de Y-richting van 500 kHz. 



  De lens van de camera 11 is bij voorkeur een zoomlens terwijl de lens van de camera 12 een vaste brandpuntsafstand bezit. 



  De infra-rood lichtbron is bijvoorbeeld een led corona met een golflengte van 880 nm rond de beeldopnemer. 



  De twee camera's 11 en 12 zijn opgesteld in een op het voertuig 1 bevestigde behuizing 13 waarvan de voorkant en de bovenkant, die in de figuur 7 weggelaten zijn, uit infra-rood doorlatend plexiglas vervaardigd zijn. Dit plexiglas vormt niet enkel een bescherming voor de   camera's,   maar ook een filter die het zichtbare licht grotendeels tegenhoudt. 



  Door deze behuizing kan het aandampen van de lenzen van de camera's 11 en 12 worden vermeden wanneer het voertuig 1 plots uit een koude zone komt. 



  Het meetsysteem 5 bevat tenslotte een verwerkingseenheid 14 die op de waarneeminrichting 10 aangesloten is en die gevormd is door een computer voorzien van de aangepaste software. 



  Deze verwerkingseenheid 14 is in staat om, op een wijze die verder zal worden beschreven, uit de beeldinformatie van de camera'5 11 en 12, de afwijking in positie en rijrichting van het voertuig 1 ten opzichte van de gewenste baan te berekenen. 



  De verwerkingseenheid 14 maakt tegelijk deel uit van een klassiek meetsysteem met meetapparatuur 15 die op het 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 voertuig 1 is gemonteerd en die ook interne informatie kan leveren waaruit de verwerkingsinrichting de werkelijke positie en rijrichting van het voertuig 1 kan berekenen ten opzichte van de gewenste. Deze meetapparatuur 15 bevat op een bekende manier niet in de figuren weergegeven sensoren die op het voertuig 1 zijn gemonteerd, bijvoorbeeld een gyroscoop voor de richting en een op de wielen gemonteerde pulsgever of encoder en een op het stuurwiel gemonteerde potentiometer voor de positie. 



  Om met deze meetapparatuur 15 te kunnen sturen, bevat de computer een geheugen waarin informatie, in figuur 2 aangeduid door de pijl 16, over de te volgen baan 2 kan worden opgeslagen. 



  Het voertuig 1 kan een vorklift zijn zoals in detail in figuur 6 is weergegeven. De term "voertuig" moet in deze octrooiaanvraag evenwel in ruime zin worden begrepen. Dit voertuig kan ook een zelfbewegend transportwagentje, zowel voor goederen als voor personen, een kraan of zelfs een manipulator van een robot of dergelijke zijn. Dit voertuig moet uiteraard stuurbaar zijn en dus van een stuurinrichting voorzien zijn die door voornoemde besturingsinrichting 4 kan bediend worden om de rijrichting te wijzigen. 



  De werking van het meetsysteem 5 volgens de uitvinding is eenvoudig en als volgt. 



  Een voertuig 1 dat zich op de baan 2 bevindt, wordt normaal geleid onder tussenkomst van de besturingsinrichting 4 door de verwerkingseenheid 14 die op een bekende manier uit de informatie van de klassieke meetapparatuur 15, zij het met een beperkte nauwkeurigheid, de werkelijke positie en de rijrichting van het voertuig 1 berekent en vergelijkt met 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 de gewenste positie en rijrichting afgeleid uit de informatie opgeslagen in het geheugen van de verwerkingseenheid 14. 



  Wanneer   een   van de camera's 11 en 12 of beide een baken 7 of 8 waarneemt, werkt het meetsysteem 5 met informatie van de waarneeminrichting 10. 



  Zoals weergegeven in figuur 3, kan in een Cartesiaans assenstelsel dat de omgeving 3 weergeeft, de afwijking van het voertuig 1 van de gewenste baan weergegeven worden door respectievelijk de   X, Y   coördinaten van de positie en de hoek A van de rijrichting. 



  Met behulp van de camera 11 en een baken 6 wordt de hoek A als volgt bepaald. 



  Het infra-rood licht dat de camera 11 uitzendt wordt door het baken 6 weerkaatst en valt in punt   B.   op het beeldvlak 17 van de camera 11 zoals weergegeven in figuur 4. 



  Door het aflezen van het beeldvlak 17 wordt het aantal kolommen   E.   gemeten tussen   punt EL   en de met de werkelijke rijrichting overeenkomende middelste kolom van het beeldvlak 17. 



  Door de verwerkingseenheid 14 wordt de hoek A-tussen de richting van het baken 6 en de rijrichting berekend volgens de   vergelijking :   bg tg   (EI. P/F 1)'waarbij   P de fysische afmeting van een pixel is en F 1 de afstand tussen het beeldvlak en het brandpunt van de camera 11. 



  Uitgaande van deze hoek A-wordt de afwijking van de rijrichting ten opzichte van de gewenste baan 2 berekend en 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 kan ook de hoek A in het voornoemde   X, Y   assenstelsel worden bepaald. 



  Met behulp van de camera 12 en een baken 7 wordt de afwijking in positie dwars op de rijrichting als volgt bepaald. Dit kan al dan niet gelijktijdig met de bepaling van de oriëntatie. 



  Het infra-rood licht dat de camera 12 uitzendt wordt door het baken 7 weerkaatst en valt in punt B2 op het beeldvlak 18 van de camera 12 zoals weergegeven in figuur 5. Het daarin weergegeven assenstelsel U, V is horizontaal 
 EMI10.1 
 en vast op het voertuig 1, met de V-as in de rijrichting. Door het aflezen van een vaste rij 19, die dus in de U-richting en dwars op de rijrichting is gericht, bijvoorbeeld de middelste rij van het beeldvlak, wordt het aantal kolommen E2 gemeten tussen punt B2 en de met de werkelijke rijrichting overeenkomende middelste kolom van het beeldvlak 17. 



  Door de verwerkingseenheid 14 wordt de hoek A2 tussen de richting van het baken 7 en de loodrechte in het midden van de rij 19 berekend volgens de   vergelijking :   bg tg   (E. P/F ), waarbij   P de fysische afmeting van een pixel is en F 2 de afstand tussen het beeldvlak en het brandpunt van de camera 12. 



  Uitgaande van deze hoek A2 en de gekende hoogteligging van het baken 7 boven de baan 2 berekent de verwerkingseenheid 14 het verschil in de U-richting van het beeldvlak 19 tussen de werkelijke positie    U   en de gewenste positie UG. 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 De afwijking ten opzichte van de gewenste positie in de rijrichting wordt eveneens door de verwerkingseenheid 14 berekend, maar uit de snelheid van het voertuig 1 en het tijdsverschil gemeten door de meetapparatuur 15. Wanneer de camera 12 zich op rijhoogte van voornoemde baken 7 met gekende positie bevindt, kan de berekende positie door de verwerkingseenheid 14 getoetst worden aan de werkelijke. 



  De verwerkingseenheid 14 stuurt de gegevens betreffende de afwijkingen door naar de besturingsinrichting 4 die het voertuig 1 stuurt. 



  De informatie van de twee camera's 11 en 12 moet niet gelijktijdig voor handen zijn. Bij het ontbreken van informatie van één of beide   camera's,   kan deze informatie vervangen worden door informatie van de meetapparatuur 15. 



  De verwerkingseenheid 14 kan rekening houden met nog andere informatie en kan bijvoorbeeld een bijkomende vaste correctie inbrengen wanneer de waarneeminrichting 10 niet juist in het midden van het voertuig 1 staat of het voertuig 1 zich op een punt naast het baken 6 moet richten De waarneeminrichting 10 en het gedeelte van de verwerkingseenheid 14 die de informatie ervan verwerkt laten toe van tijd tot tijd de sensoren of dergelijke van de meetapparatuur 15 te hercalibreren. Het meetsysteem 5 laat ook toe het voertuig 1 nauwkeurig te sturen op plaatsen waar de meetapparauur 15 niet bruikbaar is of bij eventuele afwezigheid van deze meetapparatuur. 



  Wanneer de camera's 11 en 12 van   het "random access" type   zijn kan de kracht van de informatie-verwerkende computer van de verwerkingseenheid 14 beperkt zijn. 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijk meetsysteem en waarneeminrichting daarvoor kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden. 



  Zo moeten de richtingen van de twee camera's 11 en 12 niet noodzakelijk juist loodrecht op elkaar staan. Ze kunnen een hoek van bijvoorbeeld   97    met elkaar maken.

Claims (1)

1. Conclusies. l.-Meetsysteem voor het toetsen van de positie van een voertuig (1), welk meetsysteem een aantal optische bakens (6 en 7) bevat, een waarneeminrichting (10) die op het voertuig (1) is gemonteerd om een signaal te geven wanneer ze een baken (6 of 7) waarneemt en een verwerkingseenheid (14) om uitgaande van de informatie van de waarneeminrichting (10) de afwijking ten opzichte van de gewenste positie en rijrichting van het voertuig te berekenen, daardoor gekenmerkt dat de waarneeminrichting (10) twee camera's (11 en 12) bezit die op het voertuig (1) zijn gemonteerd, namelijk een eerste camera (11) die nagenoeg in de rijrichting is gericht en een tweede camera (12) die gericht is in een richting opstand op het vlak waarin de baan die het voertuig (1) aflegt zieh uitstrekt,

   waarbij ten minste één van de bakens (6) zo opgesteld is dat het in de loop van de verplaatsing van het voertuig (1) nagenoeg volgens de gewenste baan (2), door de waarneeminrichting (10) in de rijrichting van het voertuig (1) kan gezien worden, terwijl ten minste één van de bakens (7) langs de gewenste baan (2), maar in een richting opstaand op voornoemd vlak van de baan gezien, hoger of lager dan de waarneeminrichting (10) gelegen is naargelang de tweede camera (12) naar boven of naar onder ten opzichte van dit vlak is gericht.

   2.-Meetsysteem volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de bewerkingseenheid (14) tegelijk deel uitmaakt van een klassiek meetsysteem met op het voertuig (1) gemonteerde meetapparatuur (15). <Desc/Clms Page number 14> 3.-Meetsysteem volgens de conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de camera's (11 en 12) van het zogenoemde "random access" type zijn.

   4.-Meetsysteem volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bakens (6 en 7) reflectoren zijn.

   5.-Meetsysteem volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de camera's (11 en 12) een eigen lichtbron bevatten en hun opnemer voor het licht van deze lichtbron gevoelig is.

   6.-Meetsysteem volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de camera's (11 en 12) in een gesloten behuizing (13) zijn gemonteerd die in de waarneemrichting van de camera's stralen doorlaat waarvoor deze camera's gevoelig zijn.

   7.-Waarneeminrichting voor een meetsysteem volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat het twee camera's (11 en 12) bevat die nagenoeg loodrecht op elkaar zijn gericht.

   8.-Waarneeminrichting volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat ze gekoppeld is aan een verwerkingseenheid (14) die uit de beeldinformatie de positie en de bewegingsrichting van deze camera's kan bepalen.