DE3536907C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem optischen Zielfolgesystem für die Ortung und Verfolgung eines von einem Ziel ausgesandten Lichtstrahls.

Eine große Vielfalt von automatischen Fahrzeugen wurde in jüngster Zeit entwickelt und in der Praxis eingesetzt. Darunter befinden sich solche, die sich in vorbestimmten Bahnen bewegen und mittels elektromagnetischer Induktion, optischer oder kapazitiver Verfahren geführt werden. Jedes dieser Fahrzeuge kann nicht die gesamte Geschoßfläche übersteichen. Es ist ein Fahrzeug bekannt, das ein visuelles Erkennungssystem, ein Ultraschallsystem oder ein Fühlersystem enthält und auf diese Weise zu beliebigen Stellen auf einer Plattform gelangen kann. Das visuelle Erkennungssystem und das Ultraschallsystem sind kompliziert und sehr teuer. Das Fühlersystem, das ein Zielobjekt oder ein Hindernis feststellt, wenn es dieses berührt oder damit zusammenstößt und dann am Zielobjekt anhält oder sich vom Hindernis entfernt, kann nicht in berührungsloser Weise betrieben werden.

Daher befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einem optischen Zielfolgesystem, bei dem ein Fahrzeug ein Ziel durch Feststellung eines Lichtbündels verfolgt, das von einer am Ziel angebrachten lichtemittierenden Einrichtung erzeugt wird, wobei das Fahrzeug sich dem Ziel nähern und vor dem Zusammenstoß mit dem Ziel anhalten kann sowie automatisch in irgendeiner Entfernung vom Ziel stehenbleiben kann.

Der nächstgelegene vorveröffentlichte Stand der Technik zu dieser Thematik findet sich in der DE-Z "Elektor", Dezember 1982, Seite 12/51 bis 12/55. In dieser Literaturstelle wird ein automatisches Fahrzeug beschrieben, welches sich stets in Richtung auf die hellste Stelle in seinem Wahrnehmungsbereich bewegt.

Dieses Fahrzeug ist hierbei jedoch nur als Spielzeug beschrieben. Ein Einsatz dieses Fahrzeuges zur Verfolgung eines, vielleicht auch noch beweglichen Ziels wird durch diese Schrift weder beschrieben noch nahegelegt. Weiterhin ist dieses Fahrzeug mit Kontakten versehen, um bei Kollisionen mit Hindernissen anzuhalten. Bei diesem System ist es also nicht möglich, das Fahrzeug in einem bestimmten Abstand von einem Ziel anzuhalten. Außerdem handelt es sich eben nicht um ein völlig berührungslos arbeitendes System.

Ein noch näher gelegener, jedoch nicht vorveröffentlichter Stand der Technik, von dem im Anspruch 1 ausgegangen wird, ergibt sich aus der prioritätsälteren EP 1 59 553 A1. Hierbei handelt es sich um ein Fahrzeugleit­ system für automatische Fahrzeuge, die dabei auf mehrfach abknickenden Fahrbahnen geführt werden sollen. Die Verfolgung eins beweglichen Ziels ist nicht vorgesehen. Dieses System besteht aus an bestimmten festen Zielpunkten angebrachten Lichtquellen und einem, am Fahrzeug ange­ brachten Sensor, der deutlich tiefer liegt, als die Licht­ quellen. Damit wird erreicht, daß die Fahrzeuge kurz vor erreichen eines mit einer Lichtquelle versehenen Zielpunktes dessen Lichtquelle aus ihrem Wahrnehmungsbereich verlieren, und dadurch anhalten und sich zu drehen beginnen, um die nächste Lichtquelle aufzufinden.

Würde man dieses System der EP-1 59 553 A1 zur Verfolgung eines beweglichen Ziels einsetzen, so würde das Fahrzeug bei erstmaliger Annäherung an das Ziel bis auf den Mindestab­ stand die Orientierung zum Ziel verlieren. Das Fahrzeug würde sich dann auf der Suche nach einem neuen Ziel unkontrolliert zu drehen beginnen. Dies ist schon deshalb unerwünscht, weil das Fahrzeug bei Erreichen des Mindestabstands einfach stehen bleiben soll. Darüber hinaus entsteht das Problem, daß das Fahrzeug aufgrund seiner Drehbewegung ein erneutes Anfahren des beweglichen Ziels "übersieht".

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optisches Zielfolge­ system für ein automatisches Fahrzeug zu schaffen, das ein Anhalten des Fahrzeuges in einem festlegbaren Abstand von einem Hindernis berührungslos ermöglicht, und bei dem das Fahrzeug auch bei Erreichen dieses Abstandes nach dem Anhalten auf das Ziel ausgerichtet bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

In der folgenden Beschreibung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltungsblockdiagramm eines optischen Zielfolge­ systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Anordnung eines Infrarotstrahlung aussendenden Elements, von Infrarotempfängerelementen für die Zielverfolgung und eines Infrarotempfängerelements für die Annäherungsfeststellung im optischen Zielfolgesystem der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 Lichtempfangsbereiche der mit dem Fahrzeug ver­ bundenen Infrarotempfängerelemente für die Zielverfol­ gung,

Fig. 4A, 4B und 4C einen Zielverfolgungsvorgang des Infrarot­ zielfolgesystems,

Fig. 5 eine Anordnung des Infrarotempfängerelements für die Feststellung der Annäherung,

Fig. 6 einen Annäherungserfassungsbereich des mit dem Fahrzeug verbundenen Infrarotempfängerelements,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht von Teilen der Anordnung gemäß Fig. 6 mit dem Annäherungserfassungsbereich des Infrarotempfängerelements für die Feststellung der Annäherung und

Fig. 8A und 8B einen bei der Annäherung des Fahrzeugs an ein Ziel ablaufenden Vorgang.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindug werden ein Infrarotstrahlung aussendendes Element und Infrarotemfängerelemente jeweils als lichtemit­ tierende und lichtempfindliche Elemente benutzt. Es können jedoch irgendwelche andere Arten von lichtemittierenden und lichtempfangenden Elementen mit gleichem Ergebnis verwendet werden. Unter Bezug auf Fig. 1 wird die Anordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben. Gemäß Fig. 1 hat ein Ziel 1 einen eingebauten lichtemittierenden Abschnitt 4. Der lichtemittierende Abschnitt 4 enthält wenigstens ein Infrarotstrahlung emittierendes Element (im folgenden als emittierendes Element bezeichnet) 2 und einen Modulator 3 zur Steuerung der Betriebsspannung des emittierenden Elements 2. Andererseits weist ein Fahrzeug 10 mit eigenem Antrieb ein Zielfolgesensorteil 5, ein Annäherungssensorteil 6, ein Bewegungssteuerteil 8 und ein Antriebsteil 7 auf. Das Zielfolgesensorteil 5 enthält Infrarotempfängerelemente 11 a und 11 b zur Zielverfolgung, Verstärkerdetektoren 13 a und 13 b, von denen jeder ein eingebautes Bandpaßfilter aufweist, und Analog/Digital-Wandler 14 a und 14 b. Das Annäherungssensorteil 6 enthält ein Infrarotempfängerelement 12 für die Feststellung der Annäherung, einen Verstärkerdetektor 13 c mit eingebautem Bandpaßfilter und einen Komparator 15. Das Steuerteil 8 wird von einem Regelgerät 16 gebildet. Das Antriebsteil 7 enthält Motortreiber 17 a und 17 b, Motoren 18 a und 18 b, Räderpaare 19 a und 19 b und nicht dargestellte Schwenkrollen. Die Verstärkerdetektoren 13 a, 13 b und 13 c erhalten die Ausgangs­ signale der Empfängerelemente 11 a, 11 b und 12 und speisen jeweils Ausgangssignale in die Analog/Digital-Wandler 14 a und 14 b bzw. den Komparator 15. Die Analog/Digital-Wandler 14 a und 14 b speisen auf den Empfang der Ausgangssignale der Verstärkerdetektoren 13 a und 13 b hin jeweils Antriebssteuer­ signale in das Regelgerät 16. Auf das Ausgangssignal des Verstärkerdetektors 13 c hin sendet der Komparator 15 ein Anhaltesteuersignal zum Regelgerät 16. Auf die Eingangssteuer­ signale hin sendet das Regelgerät 16 Antriebs- oder Anhaltesignale zu den Motortreibern 17 a und 17 b und steuert so den Antrieb der linken und rechten Motoren 18 a und 18 b. Die Räder 19 a und 19 b werden jeweils von den Motoren 18 a und 18 b angetrieben.

Die Arbeitsweise des optischen Zielfolgesystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr im einzelnen be­ schrieben.

Zuerst wird ein Zielsuchvorgang erklärt. Das mit dem Ziel 1 verbundene emittierende Element 2 hat eine volle, breit­ strahlende Lichtemissionsrichtwirkung, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die an das emittierende Element 2 angelegte Spannung wird durch den Modulator 3 pulsmoduliert. Daher sendet das emittierende Element 2 einen in Impulse modulierten Infrarotstrahl in Richtung des Fahrzeugs 10 aus. Andererseits haben die Empfängerelemente 11 a und 11 b im Fahrzeug 10 eine scharfe Lichtempfangsrichtwirkung, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Empfängerelemente 11 a und 11 b sind so angeordnet, daß sich ihre Lichtempfangsbereiche überlappen. Wenn die Empfängerelemente 11 a und 11 b den infraroten Strahl nicht feststellen können, speist das Steuerteil 8 derart Antriebs­ signale in die Motortreiber 17 a und 17 b, daß der Körper des Fahrzeugs 10, wie in Fig. 4A gezeigt, in diejenige Stellung gedreht wird, in der die Lichtempfängerelemente 11 a und 11 b den vom emittierenden Element 2 ausgehenden infraroten Strahl erfassen können. Wenn die Empfängerelemente 11 a und 11 b den infraroten Strahl des emittierenden Elements 2 feststellen, speisen sie jeweils die empfangenen Signale in die Verstärker­ detektoren 13 a und 13 b ein. Die Verstärkerdetektoren 13 a und 13 b verstärken die Eingangssignale, demodulieren sie durch ihre eingebauten Bandpaßfilter, entnehmen die spezifizierten Signale und führen dies jeweils den Analog/Digital-Wandlern 14 a und 14 b zu. Die Analog/Digital-Wandler 14 a und 14 b setzen die Eingangssignale in Digitalsignale mit vier Bit gemäß den Pegeln der Eingangssignale um und senden die umgesetzten Signale dem Regelgerät 16 zu. Entsprechend den Ausgangssignalen der Analog/Digital-Wandler 14 a und 14 b steuert das Regelgerät 16 den Betrieb der Motortreiber 17 a und 17 b. Wenn der Ausgangspegel des linksseitigen Empfänger­ elements 11 a daher höher als derjenige des rechtsseitigen Empfängerelements 11 b ist, rückt das Fahrzeug 10 unter Drehung nach links vor, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist. Wenn andererseits der Ausgangspegel des rechtsseitigen Empfänger­ elements 11 b höher als derjenige des linksseitigen Empfänger­ elements 11 a ist, rückt das Fahrzeug 10 unter Drehung nach rechts vor, wie dies aus Fig. 4C hervorgeht. Das Fahrzeug 10 wiederholt die oben beschriebene Arbeitsweise zur Steuerung der Motoren 18 a und 18 b, so daß die Ausgangspegel der Empfängerelemente 11 a und 11 b gleich werden, wobei er sich dem Ziel 1 annähert.

Ein Anhaltevorgang des Fahrzeugs 10 wird nachstehend erklärt. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist das für die Feststel­ lung der Annäherung bestimmte Lichtempfängerelement 12 am oberen Frontteil des Fahrzeugs 10 derart vorgesehen, daß es eine diagonal nach unten verlaufende Lichtempfangs­ richtwirkung hat. Gemäß Fig. 5 ist eine Blende 21 vor dem Empfängerelement 12 angeordnet, die den Lichtempfangsbereich oder den Bereich der Feststellung der Zielannäherung E 3 des Empfängerelements 12, wie in Fig. 6 dargestellt, begrenzt. Mittels der Blende 21 kann wahlweise ein Abstand L für die Feststellung der Annäherung bestimmt werden. Deshalb kann der Bereich E 3 der Feststellung der Annäherung oder der Abstand L für die Feststellung der Annäherung nur durch An­ passung der vertikalen Position der Blende 21, wie in Fig. 7 dargestellt, frei eingestellt werden. Wenn das Fahrzeug 10 sich dem Ziel 1 nähert, um innerhalb des Abstands L für die Feststellung der Annäherung zu gelangen, wie dies in Fig. 8A und 8B gezeigt ist, überwacht das Empfängerelement 12 den vom Ziel 1 ausgesandten Infrarotstrahl. Der Verstärkerdetektor 13 c erhält die Ausgangssignale des Empfängerelements 12, verstärkt sie, demoduliert sie mit dem eingebauten Bandpaß­ filter, entnimmt die spezifizierten Signale und speist sie in dem Komparator 15 ein. Der Komparator 15 wandelt die Eingangssignale in ein Digitalsignal von 1 Bit um, das für Lichtempfang oder für keinen Lichtempfang kennzeichnend ist, und führt das umgewandelte Signal dem Regelgerät 16 zu. Auf das Eingangssignal hin sendet das Regelgerät 16 das Haltesignal an die Motortreiber 17 a und 17 b, um die Motoren 18 a und 18 b anzuhalten, wodurch das Fahrzeug 10 stehen­ bleibt. Wenn daher das Fahrzeug 10 das Ziel 1 verfolgt und sich ihm nähert, um innerhalb des Abstands L für die Feststellung der Annäherung zu gelangen, wie dies in den Fig. 8A und 8B gezeigt ist, empfängt das Empfängerelement 12 den vom Ziel 1 ausgehenden infraroten Strahl, so daß die Zielverfolgung beendet wird. Wenn sich danach das Ziel 1 bewegt, so daß das ermittierende Element 2 den Bereich E 3 der Feststellung der Annäherung verläßt, wird der Empfang des Infrarotstrahls vom Ziel 1 durch das Empfangselement 12 unwirksam. Hierauf nimmt das Fahrzeug 10 die oben beschriebene Zielverfolgungsarbeit wieder auf. Bei dem optischen Zielfolgesystem der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, ein Ziel mit einer Lichtemitter­ einrichtung versehen, die eine reichliche, breitstrahlende Lichtrichtwirkung hat, während ein Fahrzeug mit einer Zielfolgesensoreinrichtung und einer Annäherungssensorein­ richtung ausgestattet ist, um die Annäherung an das Ziel festzustellen. Die Ausgangsgröße der Lichtemittiereinrichtung wird pulsmoduliert, wobei das empfangene Lichtsignal im Fahrzeug demoduliert wird. Daher kann das Fahrzeug das besondere Ziel sicher verfolgen. Er kann zur Vermeidung eines Zusammenstoßes mit dem Ziel angehalten werden, wenn er innerhalb eines vorherbestimmten Abstandsbereichs vom Ziel gelangt.

Claims (5)

1. Optisches Zielfolgesystem für ein automatisches Fahrzeug, mit einer Lichtquelle, die an einem Ziel angebracht ist, mit einem an einem Vorderteil des Fahrzeuges angebrachten Sensor zum Erfassen eines von der Lichtquelle erzeugten Lichtbündels, zum Erzeugen von Antriebssteuersignalen und für die Erkennung einer Bewegungsrichtung und eines Zielabstandes des Fahrzeuges, der ein erstes Lichtempfängerelement aufweist, das in unterschiedlicher Höhe zur Lichtquelle angebracht ist, um den Zielabstand zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) aus mehreren Lichtempfängerelementen (11 a, 11 b, 12) besteht, von denen zumindest zwei weitere Lichtempfängerelemente (11 a, 11 b) in der Horizontal-Ebene zur Richtungssteuerung angebracht sind, und das erste Lichtempfängerelement (12) eine schräg zur Bewegungsebene des Fahrzeuges (10) liegende Lichtempfangsrichtung hat und dadurch erst bei Erreichen eines Mindestabstandes zum Ziel (1) Licht von der Lichtquelle (4) aufnimmt.

2. Optisches Zielfolgesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) wenigstens ein lichtemittierendes Element (2) zum Aussenden eines pulsmodulierten Lichtbündels und eine Modulatoreinrichtung (2) zur Impuls-Modulation der Betriebsspannung des lichtemittierenden Elements (2) enthält.

3. Optisches Zielfolgesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die weiteren Lichtempfängerelemente (11 a, 11 b) eine Richtwirkung für empfangenes Licht haben und an der Frontseite des Fahrzeuges (10) so angeordnet sind, daß sich ihre Lichtempfangsbereiche zum Feststellen des von dem lichtemittierenden Element (2) ausgesendeten Lichtbündels überlappen,
daß für die beiden weiteren Lichtempfängerelemente (11 a, 11 b) jeweils ein Paar von Verstärker/Detektoreinrichtungen (13 a, 13 b) vorhanden ist, durch welche die von den Lichtempfängerelementen (11 a, 11 b) empfangenen Impulssignale verstärkt, demoduliert und über einen Bandpaß gefiltert werden,
daß ein Paar von Analog/Digital-Wandlereinrichtungen (14 a, 14 b) vorhanden ist, durch welche die Ausgangssignale der Verstärker/Detektoreinrichtungen (13 a, 13 b) in digitale Steuersignale umgesetzt werden, und
daß eine Bewegungssteuereinrichtung (8) vorhanden ist, welcher die digitalen Steuersignale zugeführt werden.

4. Optisches Zielfolgesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Lichtempfängerelement (12) eine Blendeneinrichtung (21) vorhanden ist, durch welche der Mindestabstand zum Ziel, bei dem das erste Lichtempfängerelement (12) Licht aufnimmt, eingestellt werden kann, daß eine weitere Verstärker/Detektoreinrichtung (13 c) vorhanden ist, mit welcher die von dem ersten Lichtempfängerelement (12) empfangenen Impulssignale verstärkt, demoduliert und über einen Bandpaß gefiltert werden,
daß eine Komparatoreinrichtung (15) vorhanden ist, welche aus dem Ausgangssignal der weiteren Verstärker/Detektoreinrichtung (13 c) ein Einbit-Signal erzeugt, das der Bewegungssteuereinrichtung zugeführt wird.

5. Optisches Zielfolgesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Lichtempfängerelement (12) eine Blendeneinrichtung (21) vorhanden ist, durch welche der Mindestabstand zum Ziel (1), bei dem das erste Lichtempfängerelement (12) Licht aufnimmt, eingestellt werden kann.