IT8047793A1 - Veicolo auto-pilotante, in particolare per carrelli di sollevamento a forca e simili. - Google Patents

Veicolo auto-pilotante, in particolare per carrelli di sollevamento a forca e simili. Download PDF

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IT8047793A1 IT1980A47793A IT4779380A IT8047793A1 IT 8047793 A1 IT8047793 A1 IT 8047793A1 IT 1980A47793 A IT1980A47793 A IT 1980A47793A IT 4779380 A IT4779380 A IT 4779380A IT 8047793 A1 IT8047793 A1 IT 8047793A1
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0272—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
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Description

DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo:
"Veicolo auto-pilotante, in particolare per carrelli di sollevamento a forca e simili"
RIASSUNTO
- Un veicolo ad auto-pilotaggio, dotato di ruota (ruote) di sterzatura e ruota (ruote) motrici, possibilmente una e la stessa, un motore di azionamento e mezzi di sterzatura per far girare detta ruota (ruote) di sterzatura. Almeno una ruota di misurazione rotola liberamente contro il pavimento sotto il veicolo oppure due tali ruote sono supportate per rotazione su punti differenti sul veicolo per misurare distanze percorse. Una unit? di calcolo e mezzi di sterzatura sono disposti per far girare detta ruota di sterzatura. La Unit? di calcolo riceve valori misurati dalla ruota (ruote) di misurazione e calcola da essi la deviazione del veicolo mediante determinazione del punto stimato da una traiettoria desiderata predeterminata per il veicolo, e forn?sce un segnale angolare di sterzata per correzione di deviazione ai mezzi di sterzata.
La presente invenzione si riferisce ad un veicolo ad auto-pilotaggio idoneo per l'auto -pilotag gio di carrelli sollevatori a forca ed altri mezzi di convogliamene , dove si desideri far muovere il veicolo lungo un percorso preferibilmente predeterminato che non ? delimitato da una pista?
Veicoli delimitati da una pista sono stati noti per molti molti anni Oltre a veicoli delimitati da rotaia, la categoria generale di veicoli de limitati da una pista pu? anche includere veicoli che, senza essere forzati meccanicamente a seguire percorso sono disposti in modo che il veicol? segue una pista soltanto destinata ad essere percepita, consistente di una marcatura ad esempio sul paviment Un tipo di marcatura che ? stato comune su pavimenti in costruzione industriali ne?li anni recenti consis di un cappio, disposto nel pavimento, che emette radiazione elettromagnetica. Vi ? un trasduttore nel veicolo che percepisce la posizione del veicolo in relazione alla "pista" e guida il movimento in linea con il percorso determinato dalla "pista" ?
Un. esempio di progressi in tali veicoli a "delimitazione di pista" , preso nel senso pi? ampio del termine, ? descritto nella domanda di brevetto svedese 7709222-9, che tratta specificatamente il problema di seguire una curva. Poich? questo tipo di vagolo normalmente ha quattro ruote, non ? immediatamente ovvio quale sia il modo migliore di sterzare il veicolo per ottenere ins-eguimento ottimo di una curva. Come rivelato in detta descrizione il problema viene risolto guidando le due ruote in ciascuna coppia a velocit? calcolate differenti* Altre soluzioni che sono pi? semplici in linea di principio, richiedono che mezzi per percepire la pista siano disposti di fronte alla coppia anteriore di ruote come visto nella direzione di moto. Una tale soluzione pu? essere studiata nella descrizione di Irevetto statunitense 3.757*887 ad-esempio.
Un altra costruzione che si riferisce ad un carrello sollevatore a forca, che pu? eseguire cari.camento e scari.co automati.ci, ? descritta nella domanda di brevetto svedese 7708916-7* Il percettore in questo caso viene posto centralmente al disotto del veicolo* La descrizione in questa domanda nota che il carrello ? dotato di un odometro per misurare la distanza ricoperta dal veicolo. L'odometro consiste di una ruota dentata, che ? fissata una delle ruote del veicolo, ed un percettore (qui non descritto in dettaglio) che percepisce il passa gio dei denti oltre ad esso mano a mano che il veicolo si muove, la distanza ricoperta essendo proporzionale al numero di denti che sono stati passati
La esperienza pratica dal funzionamento di veicoli come carrelli sollevatori a forca e vari, tipi.,di carrelli che seguono piste del tipo a cir cuito elettrico ? stata molto positiva. E stato ^possibile costruire sistemi molto sofisticati, ri sparmiando sia tempo e sia mano d'opera. Tuttavia, ? naturalmente soltanto che questi sistemi fino ad ora.siano .stati principalmente usati dove le.condizioni sono state ovviamente favorevoli, cio?
dove era facile disporre percorsi di filo elettrico e dove i compiti operativi raramente venivano cambiati. Tali condizioni non sono tuttavia sempre presenti. In molti casi ? sia difficile e sia dispendioso disporre i cavi che determinano il percorso e pu? sorgere una necessit? di un sistema flessibile oppure. molti.movimenti programmati differenti per i veicoli che comporterebbero un sistema di circuiti del tutto dispendioso , rendendo difficile, fra le altre cose,: che i.veicoli mantengano la traccia dei vari segnali,dal pavimento e non li confondano.
Perci? uno scopo della presente invenzione ? ottenere un sistema in cui questi inconvenienti possano essere essenzialmente eliminati . Tenendo, presente questo scopo, l' intendimento dovrebbe essere quello di eliminare la "costrizione alla pista"
nel suo senso pi? ampio e far si che il veicolo segua un percorso predeterminato che ? presente come informazione in una certa forma nello stesso veicolo Perci?, secondo l' invenzione un veicolo ad ? automa ilo taggio dovrebbe funzionare mediante "determinazione del punto, stimato" essendo cpntrollato usando una combinazione di dati relativi a distanza coperta e a direzione.
Ci? non preclude la necessit? di percepire la posizione reale del veicolo di volta in volta.
Ci? pu? essere fatto mediante uno dei noti procedimenti . Non ci si pu? aspettare precisione perfetta quando il pilotaggio avviene mediante "determinazione del punto stimato" ed ? richiesto un "fissaggio" periodico. E' inoltre concepibile che lungo certe parti di un percorso, il veicolo debba seguire una pista" e lavorare mediante determinazione del punto Stimato lungo le altre parti.
I vantaggi e gli scopi dell' invenzione vengono ottenuti mediante un veicolo ad auto-pilotaggio che ha le caratteristiche "Illustrate nelb. realizzazione 1 . Il principio del funzionamento del veicolo pu? essere descritto brevemente come segue senza nessuna intenzione a limitare l'invenzione.
Il veicolo che ha ruote di sterzata e ruote motrici ? dotato ad esempio di due ruote libere, che rotolano lungo il pavimento e supportate preferibilmente per la rotazione su assali che sono colineari
nello spazio e disposti sull'uno e sull'altro lato
del veicolo. Queste ruote di misurazione, che non ? necessario siano cuscinetti, sono dotate ciascuna di
un dispositivo per misurare la distanza percorsa
Se il veicolo procede dritto in avanti(il caso pi? semplice) le distanze misurate saranno le stesse, ma se il veicolo si muove lungo un percorso curvo, i valori
misurati saranno differenti. E' possibile determinare la posizione reale del veicolo da questi dati, se i dati vengono continuamente registrati. In pratica le distanze p erc ors e verranno misurate ad intervalli piuttosto brevi, predeterminati, sufficientemente
brevi in modo che la distanza ricoperta durante
.ciascun intervallo possa essere approssimata in
modo preciso come un arco di un cerchio. La determinazione del punto stimato ? quindi in linea di principio una descrivane della traiettoria ricoperta determinata dalla somma di tali ardi . con raggi varianti di curvatura, per. cui la posizione in qualsiasi mo-? mento pu? essere calcolata. E' anche possibile di
sporre la misurazione di distanza in altri modi che attraverso due ruote non imperniate ma ci? verr? rilevato in seguito? In primo luogo, verr? discussa la funzione della forma di realizzazione sopra deiscritta?
Se si assume che durante il movimento lungo un arco di un cerchio, la ruota di sinistra di misurazione del veicolo ha percorso una distanza
e che la ruota destra e che.la distanza fra le ruote sia an allora si pu? dimostrare,mediante relazioni geometriche elementari che la lunghezza dell'arco coperto con raggio r ed angolo di coperura ^ dal centro di curvatura, pu? essere scritta:
r ^ = ?? - ~ -
2
mentre il raggio di curvatura viene ottenuto dalla equazione
r a /?
2
?6 _? (2)
Vi sono diversi procedimenti concepibili di terzatura del veicolo lungo una certa traiettoria* In virt? del fatto che le coordinate del veicolo non sono note in un sistema di coordinate, la sua posizione ? direzione possono essere determinate in ogni altro sistema di coordinate attraverso trasformazione? . Un semplice principio di sterzatura potrebbe essere. messo a fuoco su di un punto che ? fisso in relazione alle coordinate proprie del veicolo, disposte. di fronte al veicolo nella direzione di moto, e calcolare la deviazione del punto da una traiettoria di comando in relazione fissa allo spazio bidimensionale del piano del pavimento e consentire che la distanza fra il punto e la traiettoria di comando o di riferimento determini la posizione angolare di una ruota di sterzata. Questo principio di sterzata ? noto in dispositivi con ?piste? che consistono di fili metallici nel pavimento con la espressione colloquiale ?il pollice nella pista? ? La equazione di sterzata DUO quindi essere resa del tutto semplice e l'angolo per la ruota che sterza il veicol pu? essere reso direttamente proporzionale alla de viazione determinata fra il punto calcolato fisso del veicolo e la traiettoria che si desidera s?guire.
In conformit? ad un procedimento di ster zata preferito, tuttavia, ? stato scelto di fare u migliore dei valori misurati ottenuti dalle due ruo di misurazione e specialmente informazione relativa all'orientamento o assetto angolare del veicolo in relazione alla traiettoria ?i comando o di rifer?-- |mento. Se si assieme che l&ssetto all?inizio di un intervallo di misurazione di detto tipo breve, in cui il movimento pu? essere approssimato da*un arco di un cerchio, ? e su quella estremit? ? e che la distanza fra la traiettoria di comando ed -il punto mediano fra le ruote.di misurazione allo inizio dell'intervallo ? s^ e la fine dell'intervallo ? s2 e che la traiettoria di comando rispetto al suo raggio corrisponde ad un valore di base per l'angolo della 'ruota di sterzaggio di S alla fine dell'intervallo si pu? calcolare un nuovo idoneo va lore h per le angolo della ruota di sterzata median te la equazione -
e = 1 se s2 e (^2 hanno lo segno
e - 0 altrimenti
- (3 dove a, b, c, d, e e f sono costanti nella equazion ai sterzata A t ? la lunghezza dell'intervallo di tempo e ?a ? il valore reale dell?angolo della mota da.s terzata?
Se le costanti in questa Equazione di ster ta.sono regolate appropriatamente, si -produce un ins guimento stabile ed uniforme di traiettorie che si presentano normalmente?
Normalmente, la traiettoria di comando
di riferimento viene formata come una serie di segmenti sequenziali che consistono di linee rette e archi circolari che debbono essere seguiti dal veicolo auto-pilotante, e l?informazione fornita successivamente dalle due ruote di misurazione consente che il veicolo si guidi da solo lungo la traiettoria. Se il percorso ? chiuso, ? idoneo che ima sua parte, preferibilmente una parte dritta s?a dotata di una marcatura nel pavimento, di tipo precedentemente noto, per fissare o aggiornare le coordinate.
..Nella determinazione del percorso pu? ?ssere consigliabile specialmente per raggi di cur- . vatura relativamente piccoli, non lasciare che il percorso faccia una transizione diretta da una sezione to itta, ad_esempio, ad un certo raggio di curvatura. Ci? avviene in seguito alla accelerazione brusca laterale che verrebbe provocata da una tale variazione, con risultanti sollecitazioni sul veicolo e sul suo cari Un corrispondente problema si ? presentato ai pr?gettisti ferroviari e la soluzione qui trovata pu? ; anche essere idoneamente applicata a veicoli senza pista. Viene usata una cosiddetta curva di transizione in cui la derivata della curvatura ? costante e la soluzione a questo problema in un sistema di coordinate cartesiane rettangolare ? una equazione differenziale di terzo grado? Vedi l?articolo "Krummungsverhaltnisse der Eisenbahnen" in Lueger: "Lexicon der gesamten Technik" seconda edizione (1904) .
In conformit? ad un esempio attualmente preferito , il veicolo ad auto-pilotaggio ? un carrello sollevatore a forca con due ruote di misurazione e mezzi a ruota di sterzata, che funzionano in linea di principio come una terza ruota singola di sterzata, ma composta di due ruote collegate mediante un dispositivo ad asta di collegamento , ed entrambe le quali sono anche ruote motrici, girevoli mediante una disposizione di sterza tura? In seguito al fatto che vi sono due ruote di sterza tura, perci? ? idoneo quando vengono fatti calcolar! usare, al posto degli angoli di sterzatura reali delle due ruote un angolo di sterzatura teorico per una ruota singola immaginaria con lo stesso collocamento sul veicolo. Poich? ciascun tale angolo teorico di sterzatura corrisponde ad una posizione di un angolo reale di sterzatura registrato, ? idoneo approntare una semplice trasformazione variabile che nello esempio viene realizzata a mezzo di una tabella di funzione. alimentata in un calcolatore di controllo , ma che pu? essere compiuto mediante un semplice monogramma meccanico oppure mediante un altro metodo simile*
Si dovrebbe notare che non ? necessario che le ruote di misurazione siano ruote portanti. sse possono essere ruote libere completamente indipendenti* Eppure ? necessario che esse abbiano lassi di rotazione colineari. Piuttosto esse possono. essere sfalsare in relazione alla direzione in avanti primaria del veicolo. In realt? non ? anche I necessario che gli assi delle ruote di misurazione siano paralleli, se essi sono disposti in modo che un movimento parallelo all'asse rispettivo d? come risultato slittamento senza rotazione. Pu? quindi essere idoneo fornire le periferie delle ruote di rulli o simili, con assali orientati nella direzione locale della circonferenza per facilitare tale slittamento . Una ruota di misurazione che slitta in una direzione e ruota in una direzione perpendicolare ad essa ? nota in planimetri.
Un altro procedimento di misurare un per corso ricoperto in due dimensioni ? disporre una sfera" in una sede dotata di rulli contro cui la sfera rotola, mano a mano che il veicolo si muove, ii pi? ossibile senza slittamento contro i rulli. Se ? disposta una ruota di misurazione che misura, senza slittamento, tutti i movimenti lungo due gran?i cerchi rispetto alla sede della sfera, si possono ottenere valori per il movimento in due direzioni diffe renti. Se questi grandi cerchi sono perpendicol l'uno all?altro, il movimento pu? essere registralo lungo una coordinata x ed una coordinata y, perpendicolare l'una all'altra.
Ancora un altro procedimento di tener traceia del percorso ricoperto dal veicolo ? usare, al posto di due ruote di misurazione fisse, una singo ruota liberamente girevole per cui la distanza percorsa viene misurata nonch? la posizione angolare in ogni momento. Come sar? evidente dalla discussione che segue, i valori misurati ottenuti in tal modo possono essere trattati in una maniera piuttosto analoga.
Un esempio verr? ora descritto in relazione ai disegni.
La figura 1 ? un carrello sollevatore a forca del tipo usato.
.La figura 2 mostra, parzialmente in forma di schema a blocchi, un veicolo ad auto-pilotaggio su tre ruote, che funziona secondo i principi della invenzione
La figura 3 mostra una forma di realizzazione alternativa ?
La figura 4 mostra una forma di realizzazione alternativa in cui il movimento del veicolo viene misurato con una ruota girevole dotata di mezzi di misurazione dell'angolo?
La figura 5 ? un diagramma che mostra come la ruota girevole secondo la figura 4 venga utilizzata per determinare la curvatura del moto del veicolo e la distanza ricoperta?
La figura 1 mostra un carrello sollevatore a forma di tipo essenzialmente convenzionale, che pertanto non ? necessario venga qui descritto in dettaglio. In linea di principio il veicolo funziona come un veicolo su tre ruote, anche se
la ruota di sterzatura 1 consista in realt? di
due ruote (non mostrate) disposte vicine l'una alla altra e collegate da una asta di collegamento. Due ruote non condotte parallele 2f 3 , con spessi copertoni di gomma . portano il veicolo unitamente alla ruota
..Le ruote 2 e 3 sono dotate di cerchioni denta ti che non sono visibili in questa figura e vengano percepiti da un percettore x 4. Si pu? anche vedere nella - figiira che la ruota di sterzatura 1 -viene sterzata attraverso mezzi di sterza tura con un ingrainaggio 5 ed un motore di sterza tura 6 che agisce su detto ingranaggio
La disposizione di sterzatura ? illustrata pi? chiaramente nella figura schematica 2, si
pu? vedere che le ruote 2 e 3 hanno cerchioni dentati 20 e 30 che ruotano solidalmente con dette ruote Ciascun cerchione dentato ha un percettore 4," in'"" questo caso di tipo magnetico, montato nel veicolo Naturalmente possono anche essere usati percettori ottici. Segnali provenienti dai percettori, che corrispondono a direzione e lunghezza di movimento, cassano attraverso le coppie di conduttori 40 e 41 rispettivamente, a meccanismi di conteggio per le ruote di destra e di sinistra rispettivamente? meccanismi di conteggio sono disposti in una unit? centrale 8 e sono indicati 9 e 10. Una unit? di calcolo 11 esegue calcoli secondo le equazioni (1 ) , 2) e (3) di cui sopra e calcola con l'ausilio d? una traiettoria programmata , quale debba essere la regolazione dell'angolo della ruota di sterzata.
La inf ormazione , che. fino ad ora ? stata calcolata per via digitale, viene convertita in un convertitor D I/,A 12 e viene trasferita attraverso una linea 80 ad un dispositivo di asservimento in corrente continua 14 che fornisce corrente di azionamento ad un motore 6 che fa girare la ruota di sterzata 1 nella posizione angolare appropriata. La ruota 1 ? dotata inoltre di forza motrice per la propulsione del veicolo (non mostrato) nella figura. La posizione angolare reale della ruota di sterzata viene percepita da un percettore digitale 7 che pu? essere dello stesso tipo generale come la combinazione usata per le ruote di misurazione. Il funzionamento del dispositivo nella figura 2 pu? essere descritto come segue. Quando il veicolo si muove, le ruote anteriori girano. Ciascuna .ruota ha un percettore 4 che genera un treno di im-. pulsi indicante la direzione e la dimensione del movimento. Il treno di impulsi viene inviato ad un contatore ad otto bit indicato su 9 o 10 che
conta a salire per movimento in avanti e a scendere. per movimento indietro.
don . i loro otto bit i contatori coprono intervallo di numeri interi da 0 a 255 (in modo decimale) . Cos?, quando il veicolo si muove in avanti vi ? un superamento quando il contatore supera 225.
Il contatore inizia di ritorno a 0. Uno spostamento .corrispondente avviene per movimento indietro:
?quando il contatore raggiunge 0, la lettura susseguente sar? 255 se il movimento continua all'indietro. -I contatori sono accoppiati al calcolatore attraverso un ingresso parallelo ad 8 bit (per contatore) oppure in un altro modo idoneo. Con l?ausilio di letture successive, il calcolatore pu? quindi determinare i movimenti delle ruote.
La debolezza di questo sistema ? che il calcolatore non pu? dire con certezza in quale dire zione la ruota sia stata f?tta girare. Si assuma, ad esempio, che un contatore abbia ad una lettura il valore 0. Alla lettura susseguente il valore ? 100. In questo caso, la ruota si ? mossa in avanti in modo che il contatore ha contato 0, 1, 2,. 99, 4100 oppure all?indietro contando 0, 255, 254, .*-.101, 100? Questo poblema viene risolto avendo una frequenza di lettura a mezzo del calcolatore e una forza di risoluzione delle letture del calcolatore di modo che quando presentato con la scelta fra due casi possibili, il calcolatore compie sempre la scelta esatta. Una solinone usata nel caso in questione ? realizzare le letture cos? frequenti per cui si sa.con certezza che la ruota non si ? mossa .pi?.di met? dell intervallo dell intero del contatore corrispondente E' stato usato il seguente pr? cedimento di calcola:
x? = valore del contatore alla lettura 1
1
x? = valore del contatore alla lettura 2
/ x = movimento della ruota Cpos in avanti, neg
indietro)
se Xg-x^ 0 x2~xi j > 128 allora regolare x= Xg-x.j-256 X2~X1 |4 128 alora regolare x = Xg-x^ se Xg-x^ /. 0 |Xg-x^ j> 128 allora regolare A * = '+(x2?X1+256) j Xg-x^ j/ 128 allora regolare /\ x= x2-x
. ..._ La seguente ? una breve descrizione generale del programma per calcolare l'angolo della ruota
.sterzante dai dati del contatore per le ruote ante- .
riori
Iniziando :
1
sr = 0
? =? o
o
\A xv
44 = arctan (d/fi)
9
Ciclo
contatori di ruota ed agire con clock
-accumulare ? V ? V ? *
Scalcolare K = A x )/?
.calcolare?.= (? ^ - A xJ/a
[calcolare ? = K/R.
se K ? intervallo di calcolo predisposto :
alcolare ?2 = ? ^- ?
calcolare s? = s^ K(^/2 ^g/2)
calcolare (f2 = (?2 - ^ )//\l t
calcolare s = (s - s )//\ t
2
calcolare ^
porre ? = ?2
S1 s2
A = 0
?
A * Ph = = 00
? xv " 0
? t = 0
fine ciclo
Come si pu? vedere da quanto sopra, ?. desiderabile che il percettore 4 possa indicare sia il numero di denti sugli ingranaggi 20 e 30 e sia. la direzione in cui girano le ruote di misurazione. Sono noti percettori Con una tale funzione, in cui vi sono due componenti di percettore, che rivelano i denti con un certo spostamento di fase per cui la direzione ? ottenibile immediatamente. Nello esempio descritto, ? stato usato un percettore commercialmente disponibile chiamato "Airpax 14-0002" Un'altra forma di realizzazione ? nota nella figura 3, che invece di usare la costruzione con due ruote di supporto non girevoli ed una ruota di sterza tura, l azionamento e la sterza tura vengono effettuati allo stesso tempo attraverso due ruote 103 e 104 ciascuna con un singolo motore 105 , 106. Le due ruote servono allo stesso tempo come ruote di misurazione e sono dotate di cerchioni dentati e percettori come nello esempio precedente? Nel veicolo 100 vi sono due ruote 101 , 102 poste sulle estremit? che sono ruote che girano soltanto a ruota libera? Questo esempio ? destinato principalmente a dimo-; strare hhe l ' invenzione ? anche. applicabile dove la sterza tura viene effettuata mediante azionamento differenziale di ;due ruote su assali colineari ma in molti casi pu? .essere. consigliabile deparare la misurazione e l'azionamento a ruote separate in considerazione del rischio di errore melante slittamento della . ruota di azionamento
La funzione di calcolo nello esempio mo strato nella figura. 3 ? qbbastanza analoga alla pre .cedente, in quanto la determinazione del punto sti ma to viene eseguita mediante calcolatori di campionamento, in una unit? di calcolo 107, che sono accoppiati a ruote di misurazione? Per questo caso speciale, la sterzatura deve essere effettuata, me dian .te controllo differenziale dei motori 105 e 106 che richiede una unit? differenziale 108 che produca due segnali di uscita, uno per ciascuna delle unit? di azionamento a motore 109, 110. La curvatura
viene cos? compiuta mediante alimentazione differenziale ai due motori, e se essi ricevono la stessa alimentazione con segni opposti, il veicolo 100 girer? attorno ad un punto posizionato a mezza strada
fra le ruote 103 e 104?
La figura 4 mostra una forma di realizzazione in cui una ruota di misurazione girevole
viene utilizzata dotata di mezzi di misurazione angolare 30* ? Come negli esempi precedenti, la
ruota di misurazione ? dotata di un cerchione dentato 20 e mezzi di misurazione corrispondenti per distanza percorsa. L'unit? di processo 8* ha una unit? di misurazione di angolo 10' ed un contatore 9' della ruota. La funzione della unit? di calcolo 11 * naturaimente ? alquanto differente e questa verr? spiegata con riferimento alla figura 5,
La figura 5 mostra schematicamente come venga effettuata la misurazione. Come si pu? comprendere dallo schema di cui sopra, per il programma del Calcolatore, ? sufficiente se, al posto eli x, e si usano i valori K, e ? , che possono essere calcolati dai due valori misurati ottenuti dalla ruota di misurazione 2' , e cio? la distanza percorsa
e l'angolo ? secondo la figura durante il periodo ? t
Dalla figura 5 si pu? vedere che la ruota 2 forma un angolo? con l'asse principale del veicolo. Allo scopo di qssere in grado di usare lo stes-
so sistema di calcolo per la misurazione delle due iruote, si deve ora impiegare una trasformazione di coordinate, per cui lo spostamento durante il tempo ? t registrato con i due valori e Y sar? in grado di essere espresso in termini della componente per spostamento in avanti del veicolo il suo angolo B attorno al centro di rotazione 0 ed il suo angolo di rotazione ^ atorno al punto mediano fisso P del veicolo fra le ruote. Dalla figura 5 si pu? vedere che si applicano le seguenti relazioni:
j-K = ? SM cos
..p = A sm _ _A SM sin
x= ? Bm sin^ v)
Si pu? vedere che ? , b e v sono costanti S-e sono soltanto dipendenti dal collocamento della ruota 2* in relazione alle ruote 2 e 3 e che le equazioni . di cui sopra possono essere applicate soltanto ad una ruota girevole. Un esperto nel ramo compren
der? che la ruota 2', in pratica deve avere un
asse di imperniamento nel veicolo che non si interseca con l?asse della ruota, poich? altrimenti la ruota 2* non seguir? il movimento e che i calcoli di cui sopra saranno alquanto pi? complicati poich? si deve tener conto della distanza fra l'asse di imperniamento della ruota ed il suo asse di rotazione.
La caratteristica pi? importante della invenzione sta nel fatto che viene periodicamente determinato come il veicolo abbia cambiato real mente la sua posizione ed il suo assetto e consentire che la sterzata del veicolo venga effettuata con tale mezzo. Cos?, i meccanismi mostrati non dovrebbero essere considerati come delimitanti l'invenzione poich? n numero di tipi diversi di mezzi di sterzatura e di mezzi di misurazione possono essere usati in
un veicolo costruito secondi i principi dell'invenzione.
Nella forma di realizzazione discussa per' prima, la distanza fra le ruote 2 e 3 era di 1,129 metri e la distanza fra una linea che unisce dette ruote da un lato e la ruota di .st?rzatura 1 dall'altro, era.di 1,435 metri. Idonee costanti per la equazione di st?rzatura (3) sono state determinate mediante simulazione in un calcolatore analogico. Le costanti determinate cos? erano fc a = 2,4, b = 0,7, c = 1?4, d = 0,6, e = 1 ,0 e f = 0,6 espresso in unit? metriche razionali.
Prove hanno dimostrato che ? possibile ottenere con l' invenzione precisioni di sterzata praticamente sufficiente. Un percorso chiuso con diverse curve ? stato utilizzato, con una lunghezza totale di circa 100 metri. Una linea di marcatura ? stata tracciata su di un posto nel percorso , ed ? stata rivelata durante ogni sovrapposizione per .aggiornare il calcolatore. L' errore della posizione del veicolo calcolato mediante determinazione del punto stimato ? stato al massimo di circa 30 centimetri, nonostante la lunghezza lunga del percorso, disposto su di un pavimento industriale che non era del tutto ideale.
In seguito al fatto che la presente inven-! zione tiene conto non soltanto del movimento del veicolo ma anche del suo assetto ? differente da veicoli che seguono una pista simile ad una ferroviaria. Perci? ? essenziale che si conprenda la differenza fra il seguire una pista predeterminata, definita come dati definiti su come le ruote conpiano le loro curve, e seguire una traiettoria predeterminata; che significa che un certo punto fisso del veicolo segue una certa curva bidimensionale. Cos? , richiedere l' insegui

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI
    1 . Veicolo ad auto-pilotaggio dotato di ruote di sterzatura e motrici , un motore per aziona re la ruota (ruote), motrici e mezzi per controllare la ruota (ruote) . di. sterzatura e comprendente al-, .meno . una ruota che rotola lungo il pavimento per ..misurare la distanza che il veicolo ha ricoperto, caratterizzato da mezzi per determinare una variaazione in una direzione fissa rispetto al veicolo' in relazione ad una linea fissa relativamente al pavimento, mezzi per determinare la curvatura di una traiettoria lungo il pavimento, ricoperta da
    .un punto fisso del veicolo selezionato, mezzi per determinare la distanza ricoperta da detto punto fisso del veicolo lungo detta traiettoria e mezzi di calcolo programmati, in dipendenza dalle tre variabili appena menzionate per controllare detti mezzi per il controllo della ruota (ruote) di sterzatura.
  2. 2. Veicolo ad auto -pilotaggio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da mezzi per memorizzare un comando o traiettoria di riferimento. per il. movimento del veicolo e mezzi per comparazione fra la traiettoria ricoperta e la traiettoria di riferimento ?
  3. 3. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato da mezzi disposti in dipendenza da dette variabili per realizzare una correzione posizionale in relazione ad una traiettoria predeterminata ed una correzione angolane in relazione ad una direzione fissa rispetto al pavimento.'
  4. 4* Veicolo ad auto-pilotaggio secondo qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto di comprendere due ruote di misurazione (2, 3) che rotolano lungo il pavimento, non supportate girevolmente su punti diversi sul veicolo per misurare distanze percorse dalle ruote di misurazione, ed una unit? di calcolo (8) programmata per calcolare, partendo dai risultati di misurazione delle ruote di misurazi?ne, la deviazione del veicolo da una traiettoria predeterminata e per fornire un ^segnale di controllo ai mezzi di controllo per realizzare una correzione di deviazione.
  5. qualsiasi delle precedenti rivendicazioni , caratterizzato dal fatto che la sterzatura viene effettuata attraverso mezzi di sterzatura (6) disposti per gira? re almeno una ruota di sterzatura in risposta a detto segnale di controllo.
  6. 6. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 5 , caratterizzato dal fatto che detta ruota di sterzatura ? anche una ruota motrice.
  7. 7 Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che le ruote di misurazione (2, 3) sono girevoli su assali che sono colineari e sono distanziati l?uno e sull'altro lato del veicolo
  8. 8. Veicolo ad autopilotaggio secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzato dal fatto che ciascuna delle due ruote di misurazione ha un cerchion dentato (2of 30) con denti distribuiti uniformemente, un percettore (4) fisso sul veicolo che ? montato vicino a ciascu?t cerchione dentato, i percettori essendo disposti per fornire impulsi elettrici mano a mano die i denti passano per medesimi e dal fatto che nella unit? di calcolo vi ? un contatore (9, 10) accoppiato a ciascun per cettore, una unit? di campionamento (in 11 ' ) ' disposta per campionare i contatori ad intervalli predeterminati, mezzi per determinare prime differenze che sono la differenza fra le letture del contatore su due c?mpionamenti successivi, mezzi per calcolare il valore medio delle due prime differenze, mezzi per calcolare una seconda differenza fra le due prime differenze per ottenere un valore di angolo di curvatura, e mezzi per dividere detto valore medio per le due prime differenze per il valore angolare di curvatura.
    9 Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le ruote di misurazione (2 , 3) sono anche disposte come ruote motrici e ruote di sterzatura, essendo disposte ruot girevoli (101 , 102) che sono a ruota libera e libera mente girevoli, ciascuna delle ruote di misurazbne disposte anche per la sterzatura, essendo accoppiate ad un singolo motore e l?unit? di calcolo (8). essend programmata per controllare le ruote combinate di azionamento, di misurazione e di strozzatura individ mente per cui la sterzatura viene effettuata mediant azionamento differenziale di dette ruote.
    .10. Veicolo ad auto -pilotaggio secondo la vendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che una ruo di misurazione (2 ? ) ? montata girevolmente e dotata di un mezzo di misurazione angolare per cui sono ott bili un valore per la distanza percorsa (/\ S^) ed valore dell'angolo di imperniamento ( ? ) , valori dai gitali sono calcolabili il moto del veicolo, la sua rotazione in relazione ad una direzione fissa su pav mento e la curvatura della sua traiettoria reale in ogni momento
    Titolo dell ' invenzione
    "Veicolo ad auto-pilotaggio" Veicolo ad auto-pilotaggio
    La. pre sente- inv enz ion e _s i_r.ife rise e ad un veicolo ad .auto-pilotaggio.. idoneo per. l ' auto -pila tag-!gio di_carrelli.sollevatori a forca,ed altri mezzi di conypg.li.amento dove si..desideri far.muovere .il veicolo lungo un percorso preferibilmente predeter-.minato che non ?.delimitato,.da.una pista
    Veicoli delimitati da una pista sono.stati noti per molti anni. Oltre a veicoli delimitati da rotaia? la categoria generale di veicoli de limitati da una.pista pu? anche includere veicoli chet senza essere forzati meccanicamente a seguire il percorso,sono disposti in modo che il veicolo segue una_p.ista .soltanto destinaia.ad.e.ss.ere..percepita consistente di..una marcatura .ad.esempio_s.ul.pavimento-.-un tipo di marcatura che ? stato comune su pavimenti fin costruzione industriali negli _anni_ recenti consiste 4di un cappio , disposto nel pavimento , che emette radi_ azione eie t tro.magnet ic a . Vi ? un trasduttore nel veicplo che percepisce la posizione del.veicolo in. 4 relazione .alla "pista'V e guida, il movimento in linea. con il percorso determinato dalla "pista
    Un esempio di progressi in tali..veicoli a "determinazione i di pista'.' ?, preso nel .senso pi? ^ampio del termine, ? descritto nella^dojnanda di brevetto svedese 7709222-9? che tratta specificatamente il_pr obiema di seguire una curva. Poich? questo tipo di veicolo normalmente ha quattro ruote? non ? immedi atamente ovvio quale sia il modo_jnigliore di sterzare il veicolo per ottenere inseguimento ot- ^ timo di ma curva. Come rivelato in detta descrizione il problema viene risolto guidando le due ruote in ciascuna coppia a velocit? calcolate differenti. Altre soluzioni che sono pi? semplici in linea di principio, richiedono che mezzi per percepire la pista siano disposti di fronte alla coppia anteriore di ruote,come visto nella direzione _
    di moto ..Una.tale^soluzione pu? essere studiata nella _descrizione di brevetto_.statuniten se 3?757.887 ad .esempio.
    Un altra, costruzione,.che siRiferisce ad_t un carrello sollevatore a forca? che..pu? eseguire_ caricamento e scarico automatici, ? descritta nella domanda di brevetto svedese ,7708.9.16-.7?.Il percettore in questo caso_viene posto centralmente al di-_ sotto dei veicolo. La descrizione in questa domanda nota che il carrello ? dotato di un edometro per misurare la distanza ricoperta dal veicolo. L'odometro consiste di una ruota dentata, che ? fissata ad una delle ruote del veicolo , ed un percettore ( q.uinon. de scritto_in dettaglio ) che .percepisce il pas_sag-4 gio dei denti oltre ad esso mano a mano che il ve icolo s i muove la_.dist.an.za ricoperta e s sendo propor z ion ale al numero di denti che sono stati passati. _
    La esperienza prati c a dal funzionamento di veicoli come carrelli sollevatori a forca evari tipi di carrelli che seguono piste del tipo a cir-!cuito elettrico ? stata molto iva. E' stato ^possibile costruire sistemi molto sofisticati,_rispanniand? sia tempo e sia mano d'opera. Tuttavia, ? naturalmente soltanto che questi sistemi fino ad ora siano stati principalmente usati dove le condizioni sono state ovviamente favorevoli, cio? dove era facile disporre percorsi di filo elettrico e dove i compiti operativi raramente venivano cambiati. 'Tali condizioni non sono tuttavia sempre presenti. In molti casi ? sia difficile e sia dispendioso disporre i cavi che determinano il percorso e pu? sorgere una necessit? di un sistema flessibile oppure molti movimenti programmati differenti per i veicoli che comporterebbero un sistema di circuiti del tutto dispendioso , rendendo difficile , fra le altre cose, che i veicoli mantengano la traccia dei vari segnali dal pavimento e non li confondano .
    P.er.ci?._uno..scopo.della,presente invenzione ? ottenere _un. sistema .in..cui que.sti.inconvenienti.p?s sano easere_sssenzialmente. eliminati . Tenendo_...pre sente._questo scopo. l intendimento dovrebbe essere quello, di e_liminar.e...la "costrizione alla.pista "
    nel suo.senso pi? ampio e.far. sicch?._il.veicolo segua_ un percorso o_che._?-presente._come informazione in una_c_ert_a forma nello..stesso veicolo ._ Perci?^ secon do l 'invenzione.un veicolo ad.auto-pilo taggio dovrebbe funzionare mediante "determinazione del punto stimato essendo controllato _usando.una comb inazione di dati illativi a.distanza coperta
    e a direzione.
    Ci? non preclude,la.ne.cessita. di_percepire la posizione reale del veicolo di.yolta.in volta
    Ci? pu? essere fatto_meLdiante_.uno dei_.noti pr?ce-+diment i. Non ci si pu? aspettare precisione. .peri?etta quando^il pilotaggio avviene,mediante "de ter- . _minazione del punto stimato" .ed ? richiesto.un "fissaggio" periodico . E' inoltre concepibile che lungo perte parti di un percorso, il veicolo debba seguire una.
    "pista" e lavorare mediante determinazione del punto, stimato lungo le altre parti.
    I vantaggi r gli scopi dell 'invenzione vengono ottenuti mediante un veicolo ad auto-pilotaggio che? ha -le caratteristiche illustrate nella realizzazione
    IL? principio, del f unzionaibent.a del. veicolo pu?
    essere -.descritto brevemente.. come segue, senza nessuna . . intenzione a li.mitare l invenzione
    Il veicolo che .ha_ruote di sterzate.e.ruote ... motrici ? dotato ad esempio di due ruote libere?, che. rotolano .lungo_.il pavimento,e supportate preferibil-4mente.per larotazione su__assali^che sono colineari,.-nello .spazio,e disposti sull'uno _e sull altro-lato ._ de.l.veicolo.-.Queste ruote di.misurazione? che non__? necessario..siano cuscinetti, sono dotate ciascuna di.. un dispositivo per misurare la distanza.percorsa.
    Se il velalo procede,dritto in aYanti._(il raso pi? sempiicej .le didanze.misurate saranno le stesse ma se il veicolo.si muove lungo un pereorso_curvo, i valori misurati saranno differenti. E* possibile deterinare la posizione__reale del veicolo da questi dati, s.e.i_dati vengono continuamente registrati. In.pratica le distanze percorse verranno misurate ad intervalli piuttosto brevi, predeterminati, sufficientemente
    brevi in modo che la distanza ricoperta durante
    ciascun intervallo possa^essere approssimata in
    modo preciso come un arco di un cerchio. La determinazione del punto stimato ? quindi in linea di principio una descrizione della traiettoria ricoperta
    determinata dalla somma di tal i archi con raggi varianti di curv atura? per cui la posizione in qualsiasi mo mento pu? essere calcolata.
    Se si assume che durante il movimento lungo un arco di un cerchio , la ruota di sinistra di misurazione del veicolo ha percorso una distanza ? ?^ ._ e che la ruota destra ? ?? 6 che la distanza fra _ le ruote s?a allora si pu? dimostrare mediante | relazioni geometriche elementari che la lunghezza 1 dell'arco coperto con raggio r ed angolo di copertura dal centro di curvatura? pu? essere scritta:
    (1U
    !mentre il raggio dieurvatura viene ottenuto dalla ,equazione
    r a ?<-/ ?\ ? - ?? -_ Vi sono diversi procedimenti concepibili di tterzatura^j?el veicolo lungo una certa traiettoria._ In virt? del fatto che le coordinate del veicolo_nqn sono_note in un sistema di coordinate, la sua posizione e direzione possono essere determinate in ogni altro ^sistema di coordinate attraverso trasformazione
    Un semplice principio di sterzatura potrebbe essere messo a fuoco su di un punto che ? fisso in relazione alle coordinate proprie del veicolo, disposte di fronte al veicolo nella direzione di moto , e calcolare la deviazione del punto da una traiettoria di comando in relazione fissa allo spazio bidimensionale del jpiano de]^ pavimento e consentire che la distanza fra il punto e la traiettoria di comando o di riferimento determini la posizione angolare di una ruota di sterzata. Questo principio di sterzata ? noto in dispositivi con "piste" che consistono_di fili metallici ilei pavimento con la espressione colloquiale "il pollice nella pista" . La equazione di sterzata pu? quindi essere resa del tutto semplice e l' angolo per la ruota che sterza il veicolo pu? essere reso direttamente proporzionale, ? alla+ deviaz?one determinata fra il punto calcolato fisso del ve icolo e la traiettoria che si desidera seguire .
    In conformit? ad un procedimento di sterzata preferito , tuttavia, ? stato scelto di fare uso migliore d?i valori misurati ottenuti dalle due ruote di misurazione e specialmente informazione relativa all'orientamento o assetto angolare del veicolo in relazione alla traiettoria di comando o di riferimento . Se si assume che l ' assetto all' inizio di un intervallo di misurazione di detto tipo breve ,
    in cui il movimento -pu? essere approssimato da un arco di an cerchio , ? ^ e su quella estremit? ? 0^ [ e che la distanza fra la traiettoria di comando ed il punto mediano fra le ruote di misurazione allo inizio dell'intervallo e la fine dell'intervallo ? e che la traiettoria di comando rispetto al suo raggio corrisponde ad valore di base per l'angolo della ruota di sterzaggio di^ alla fine dell'intervallo si pu? calcolare un nuovo idoneo valore^ per l'angolo della ruota di sterzata median-_ te la equazione _
    = a ? ?' b $2 - *1 c . s_2 d, S20 1
    A * " ? ?
    -e = 1 se s'^2 e~ ?r2-?hanno-lo?stesso segno
    02 e
    e = 0 altrimenti 4
    W
    dove,a , _b_,__c, d_e__e f sono costanti nella_equazione di sterzataAt ? la_lunghezza_.dell'intervallo _di__ tempo Q 0 e il valore reale dell'angolo della ruota 3r
    di sterzata._
    _ Se le costanti in questa,equazione di ster ta sono regolate,appropriaiamente? si pr?duee un_ins guimento stabile ed uniforme di traiettorie che.si .p sentano normalmente.
    Normalmente , la traiettoria di comando di riferimento viene formata come una serie di segmenti sequenziali che consistono di linee rette e archi circolari che debbono essere seguiti dal veicolo auto-pilotante , e 1 ' informazione fornita successivament e dalle due ruote di misurazione consente che il veicolo si guidi da solo lungo la traiettoria._Se il percorso ? chiuso, ? idoneo che una sua parte, preferibilmente una parte dritta sia dotata di__una marcatura nel pavimentoj di tipo precedentemente noto, per fissare o aggiornareJ.e^coordinate.
    Nella determinazione del percorso pub essere consigllabile specialmente per raggi di cur-; vatura relativangite piccoli, non lasciare che il percorso faccia una transizione diretta da ina sezione dritta? ad esempio, ad un certo raggio di curvatura.
    Ci? avviene in seguito alla accelerazione brusca laterale che verrebbe provocata da una tale variazione? con risultanti sollecitazioni sul veicolo e sul suo carico. Un corrispondente problema si ? presentato ai progettisti ferroviari e la soluzione qui trovata pu? anche essere idoneamente applicata a veicoli senza pista. Viene usata una cosiddetta curva di transizione
    f in cui la derivaeta d ?ella curvatura ? costante e la soluzione a questo problema in un sistema di coordinate cartesiane rettangolare ? una equazione differenziale di terzo grado . Vedi l' articolo "krummungsverhaktnisse der Eisenbahnen" in Lueger: "Lexicon der gesamten Technik" seconda edizione ( 1904) .
    In_c onf.orm.it ? ad un es empio attualmente preferito , il veicolo -ad_ auto - pilotaggi o? ? un car r.e 11.0? soli evatore-.a forca con due ruo. te _di . misura.
    in lin.ea .d.i_principio.come una terza_r.uo.ta singola. di__sterzata, ma composta. di -due ruote collegate-me diante un disp.o.siiivo...ad-asfa_di c.ollegamenio.,_e_d_ entrambe_le-quali_sono_anche ruote motrici,_gireval mediantee-una dispos.izione_di.fiterzatura.._.In seguito al-fatto .che vi-aono-due-ruote-di sterzatura?? perci ? idoneo -quando vengono fatii_calcolare usare?.al posto .degli-angoli_ di sterzatura reali ideile?due_ru un .angolo dL sterzatura.teorico per_una_ruota singo immaginaria con lo.stesso coll.o.c.amento_sul veicolo Poich? ciascun tale?ango.l.o_t_e.orico di .sterzatura_ corris_ponde ad una_posizione di un.angolo..reale.di sterzatura registrato,,? id?neo.approntare una_sem plice trasformazione variabile che nello_ esempio _ viene realizzata a mezzo_di_una tabella di funzion alimentata in un calcolatore di.controllo? ma..che. .pu?.essere compiuto me_diante__un.semplice,monogramm meccanico,oppure._me.diante un altro_met_o_do.simile.?._ Si dovrebbe notare che non ? necessario che le ruote di misurazione siano ruote portanti .
    Essa, possono essere ruote libere completamente indipendenti . Eppure _e necessario che esse abbiano assi di rotazione, colineari. Piuttosto esse possono essere sfalsate in relazione alla direzione in^ avanti primaria del veicolo. In realt? non ? anche_ ^ necessario che gli assi delle ruote di misurazione siano paralleli, se essi sono disposti in modo che _un movimento parallelo all'asse rispettivo d? come risultato slittamento senza rotazione, Pu? quindi essere idoneo fornire le periferie delle ruote di _ rulli o simili, con assali orientati nella direazione locale della circonferenza per facilitare tale slittamento. Una ruota di misurazione che slitta in^ una direzione e ruota in una direzione perpendicolare ad essa ? nota in planimetri.
    Un esempio verr? ora descritto in relazione ai disegni:
    la figura 1 ? un carrello sollevatore a forca del tipo usato.
    La figura 2 mostra, parzialmente in forma di schema a blocchi, un veicoLo ad auto-pilotaggio su.tre ruote, che funziona secondo i principi della invenzione.
    La figura 3 mostra una forma di realizza? zione alternativa.
    La figura 1 mostra un carrello sollevatore forma di tipo essenzialmente convenzionale , che pertanto non ? necessario venga qui descritto_ in dettaglio. In linea di principio_i_l veicolo funziona come un veicolo su tre ruote, anche se_
    la ruota di sterzatura 1 consista in realt? di
    due ruote (non mostrate) disposte vicine l una alla _ altra e collegate da una _asta di collegamento. Due ^ _ ruote non condotte parallele 2, 3, con spessi copertoni di gomma portano il veicolo unitamente alla ruota 1.
    Le ruote 2 e 3 sono dotate di cerchioni dentati che non sono visibili in questa figura e vengano4 percepiti da un percettore 4. Si pu? anche vedere nella figura che la ruota di sterzatura 1 viene sterzata attraverso mezzi di sterzatura con un ingranaggio 5 ed un motore di sterzatura 6 che agisce isu detto ingranaggio.
    La disposizione di sterzatura ? illustrata pi? chiaramente nella figura schematica 2. Si
    pu? vedere che le ruote 2 e 3 hanno cerchioni denta-^ ti 20 e 30 che ruotano solidalmente con dette ruote .' Ciascun cerehi?ne dentato ha un percettore 4f in questo caso di tipo magnetico , montato nel veicolo.
    Naturalmente possono anche essere usati percettori ottici . Segnali provenienti dai percettori , che corrispondono a direzione e lunghezza di movimento , passano attraverso le coppie di conduttori 40 e 41 rispettivamente , a meccanismi di conteggio per le ruote di destra e di sinistra rispettivamente. I meccanismi di conteggio sono disposti inula unit? centrale 8 e sono indicati 9 e 10. Una unit? di calcolo 11 esegue calcoli secondo le equazioni (1), (2) e (3) di cui sopra e calcola con l'ausilio di ina traiettoria programmata, quale debba essere la ! regolazione dell'angolo della ruota di sterzata.
    La informazione, che fino ad ora ? stata calcolata ' per via digitale, viene convertita in un convertitore _ P/4_?2 viene,trasferita attraverso una linea 80 ad un dispositivo di asservimento in corrente continua 14 che fornisce corrente di azionamento ad un motore_ 6_.?he fa_girare la ruota di sterzata 1 nella posizione angolare appropriata._La ruota 1 ? dotata _ _ inoltre di forza motrice per la propulsione del veicolo (non mostrato) nella figura. La posizione angolare reale della ruota di sterzata viene percepita da un percettore digitale 7 che pu? essere dello stesso tipo generale come la, combinazione usata per le ruote di misurazione . Il funzionamento del dispositivo
    nella figura 2 pu? essere descritto come segue. Quando il muove> le ruote anteriori girano. Ciascuna ruota ha un percettore 4 che genera un treno di impulsi indi cante la direzione e la dimensione del movimento. Il treno di impulsi viene inviato ad un contatore ad otto bit indicato su 9 o 10 che
    ,conta a salire per movimento in avanti e a scendere per movimento indietro.
    Con i loro otto bit i contatori coprono l'inter vallo di numeri interi da 0 a 255_ (in modo H_ decimale ) . Cosi , quando il ve i colo si muove in avanti vi ? un superamento quando il contatore supera 225.I Il contatore inizia di ritorno a 0. Uno spostamento corrispondente avviene per movimento indietro:
    quando il contatore raggiunge 0, la .lettura susseguente sar? 255 se il movimento continua all*indietro I contatori scmq accoppiati al calcolatore ' attraverso un ingresso parallelo ad 8_bit (per _ contatore) oppure in un altro modo idoneo. Con l?ausilio di letture successive, il calcolatore pu? quindi determinare i movimenti delle ruote.
    La debolezza di questo sistema ? che il calcolatore non pu? dire con certezza in quale direzione la ruota sia stata fatta girare. Si assuma, ad esempio , che un contatore abbia ad una lettura
    il valore 0. Alla lettura susseguente il valore
    ? 100. In questo caso , la ruota si ? mossa in avanti in modo che il contatore ha contatto 0, _ 1 , 2 . .. . 99 , 100 oppure., all* indietro contando 0, 255, 254.....10 100. Questo problema viene risolto avendo una frequenza di lettura a mezzo del calcolatore e una for za di risoluzione delle letture del calcolatore di
    _modo che quando_presentato con 1a scelta fra due
    casi possibili, il calcolatore compie sempre la_ scelta esatta. Una soluzione usata nel caso in questione ? realizzare le letture cosi frequentiper cui si sa con certezza che la ruota non si ? mossa Pi? di met? dell'intervallo dell'intero del contatore corrispondente. E* stato usato il seguente pro cedimento di calcolo;_ _
    x = valore del contatore alla lettura 1_
    x^ = valore del contatore alla lettura 2_
    x = movimento della_ruota (pos In ayant i , neg indietro )
    ( se ?2*??? > 0. ) ?? [? 128 allora rego lare ? ?=? -x^ -256^ _ _ J ? x | ^_1_2_8_ _ allo ra re golare ? x=Xg -x _ se x^-x^ 0 | /\ x [ > 128 allora .regolare ? ?^_+ (?2 -x^ 2^56) l ? x I <128 allora regolare x=x^-x^ ^ La seguente ? una breve descrizione generale del programma per calcolare l' angolo della ruota sterzante dai dati del contatore per le ruote anteriori .
    iniziando
    s = 0
    ?-1 ? -= 0
    ?? A Xv-= 0
    = arctan (d/?)
    Ciclo:
    contatori di ruota ed agire con clock accumulare ??
    calcolare K ?_???^ ???1/2_ calcolare.^ .??? _--???1/ a
    .(?.= K/R .
    se K A intervallo di calcolo predisposto: .calcolare ?>--? a -calcolare s? = s? K(^/2_.+ |2/2_) calcolare ?2_=_(? _r_?1 )/ At
    calcolare s^= (s2_- s?)/ /\.t_
    calcolare j1
    +porre ?1 = .?
    -?_ = 0
    B = 0
    fine ciclo
    Come si pu? vedere da quanto sopra,
    , ? desiderabile che il percettore 4 possa indicare sia il numero di. denti sugli ingranaggi 20. e 30 . . e sia la._dirszione in?cui girano.le.ruote di misura- ? zione. Sono noti percettori con_una tale funzione-,.^ in cui vi sono .due componenti_di__pe.rc.et.tore.,_ che rivelano i denti.con_.un certo,spostamento di .fase.per, .cui la_dire_zipne_? ottenibile immediatamente..Nello. esempio descritto, ?..stato usato un .percettore com-? mercialmente disponibile,chiamato "Airpax 14-0002".?
    Un'altra..forma di-.realizzazione ?.nota.
    .?nella figura.3 , che^invece di usare la costruzione ? tcon due ruote di sup-porto non girevoli ed una ruota, di sterzatura,.l'azionamento e__la sterzatura vengono effettuati allo stesso tempo attraverso due ruote ..103_e 104 ciascuna con un singolo motore 105, 106._ Le due ruote servono allo stesso tempo come ruote !di misurazione e sono dotate di cerchioni dentati e ^percettori come nello esempio precedente. Nel veicolo, 100 vi sono due ruote 101, 102 poste sulle estremit? che sono ruote che girano soltanto a ruota libera.
    Questo esempio ? destinato principalmente a dimostrare che l ' invenzione ? anche applicabile dove la ste rzatura viene effettuata mediante azionamento differenziale di due ruote su assali colineari ma in: molti casi pu? essere consigliabile separare _ h la mi sujrazione e l'azionamento a ruote separate _ |in considerazione del rischio di errore mediante slittamento della ruota di azionamento.
    La funzione di calcolo nello esempio mostrato nella figura 3 ? abbastanza analoga alla precedente, in quanto la determinazione del punto stimato viene eseguita mediante calcolatori di campionamento, in una unit? di calcolo 107? che sono accoppiati a ruote diurnisurazione Per questo caso speciale, la sterzatura deve essere effettuata mediante controllo differenziale dei motori 10? e 106 ^che richiede una.unit? differenziale 108 che produca due segnali di uscita, uno per ciascuna delle unit? di azionamento a motore 109, 110. La curvatura viene cos? compiuta mediante alimentazione differenziale ai due motori , e se essi ricevono la stessa alimentazione con segni opposti , il veicolo 100 gire r? attorno ad un punto posizionato a mezza strada fra le ruote 103 e 104. _
    Perci? l' invenzione dovrebbe essere considerata come comprendente la misurazione della distan za percorsa da almeno due ruote con un calcolo periodico , usando de te imi nazione del punto stimato , la posizione e l assetto del veicolo e come la sterzatura del veicolo venga cos? influenzata. Cosi , il meccanismo di sterabura scelto non dovrebbe essere considerato come delimitante, poich? un numero di vari mezzi di sterzatura possono essere adattati all'idea inventiva.
    _ Nella,forma di realizzazione discussa per+ prima, la distanza fra le_ruote.2 _e__3.era di 1,129 . metri e la distanza fra una linea che unisce dette ruote da un lato e__la ruota di sterzatura 1 dall'altro, era di 1,435 metri. Idonee costanti per la equazione di sterzatura (3) sono state determinate mediante_ simulazione in un calcolatore analogico, Le costanti deteiTninate cosi erano ^= 2,4, b__=_0,7, c = 1,4, d = 0,6, e = 1,0 e f = 0,6 espresso in unit? metriche razionali.
    Prove hanno dimostrato che ? possibile ottenere^ con l'invenzione precisioni di_ sterzata praticamente sufficiente. Un percorso chiuso con_ diverse curve ? stato utilizzato, con ina lunghezza totale _diL circa Una_linea di marcatura e stata tracciata su di un posto nel percorso , ed ? stata rivelata durante ogni sovrapposizione per
    RIVENDICAZIONI.
    1 . Veicolo ad auto-pilotaggio dotato . di ru? - . ta ( e ) di sterzatura e di pilotaggio ( 1 ) , un motore , per la propuls ione , e me zzi di sterzatura (6) p e r far girare detta ruota (e) di sterzatura m modo dai seguire una traiettoria predeterminata, caratteri zzato dal fatto di comprendere ruote di misurazione (2 , 3) che rotolano liberamente lungo i 1 pavimento e su punti differenti sul ve i c o 1 o per misurare distanze percorse dalle ruote di misurazione , una unit? di calcolo (8) e mezzi di controllo (.1.4 ,6) disposti per far girare detta ruota (e) di sterzatu-p _ ra, la unit? di calcolo essendo programmata per cal-p _ colare, partendo dai valori di misurazione delle ruote di misurazione , la deviazione del veicolo_da una traiettoria predeterminatale per fornire un se-^ gnale di angolo di sterzatura (80) ai jnezzi di con-) trollo per realizzare una correzione di deviazione .
    2. Veicolo ad auto -pilotaggio secondo la rivendicazione 1 caratteri zzato dal fatto che ' dette, ruota di sterzatura e anche una ruota di azionamento
    3. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la
    rivendicazione, 1 oppure 2 , caratterizzato dal fatto che . detta, ruota di sterzatura .consiste di _due ruote ( 1 ) che sono accoppiate assieme convenzionalmente da .yua._disppsitivq. ad .asta . di_ collegamento.
    4. Veicolo ad auto -pilotaggio secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che le ruote di misurazione (2 , 3) sono girevoli su assali , che sono co-lineari e sono posti sull 'uno e sull'altro lato del veicolo.
    5. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ciascuna delle _due ruote di misurazione ha un cerchione dentato (20, 30) con denti distribuiti uniformemente un sensore (4) fissato al veicolo essendo montato vicino a ciascun cerchione dentato , i densori essendo, disposti per fornire impulsi elettrici con il passaggio dei denti.
    6. Veicolo ad auto-p i lo t aggio secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che nella unit? di calcolo vi ? un contatore (9, 10) accoppiato a ciascun sensore, una unit? di campionamento
    ( in 1 1 ) disposta per campionare i contatori ad intervalli predeterminati , mezzi per determinare prime ^ di fferenze che sono la differenza fra le letture di un contatore a due campionamenti successivi , mezzi per calcolare il valore medio delle due prime differenze, mezzi per calcolare una seconda differenza _fra le due prime differenze per ottenere un valore di angolo di curvatura, e mezzi per dividere detto .valo.r.e_medio per le.due prime differenze mediante il valore dell angolo di curvatura.
    RIASSUNTO
    Un veicolo ad auto-pilo taggio dotato di^ ruota (e) di sterzatura, (3) e di ruota (e) di azio namento , possibilmente una e la stessa, un motore d azionamento ed un mezzo di sterzatura (6) per far girare detta ruota__(e)_ di__siterzatura. Secondo U invenzione, due ruote di misurazione (2, ?)_ che rotolano- liberamente contro il pavimento gl disotto del ^veicolo sorio supportate per rotazione su .punti_jdiff renti sul veicolo per misurare distanze percorse, Inoltre, una uni t? di calcolo ( 8) _ e_ mezzi di s te rz a tura ( H , 6) sono disposti per far girare detta, ruo ta di sterzatura. L ?unit? di calco lo ri ce ve valori mi surati dalla ruota (e) di misurazione e calcola da essi la deviazione del veicolo mediante determinazione del punto stimato da una traiettoria desi derata predeterminata per il veicolo, e fornisce un segnale di angolo di sterzatura (80) per correzione di deviazione ai mezzi di sterzatura (6) .
    (Figura 2)
    Titolo dell'invenzione;
    "Veicolo ad auto-pilotaggio" "Veicolo ad autopilotaggio"
    La presente invenzione si riferisce ad un veicolo ad auto-pilotaggio idoneo per l auto -pi lo t ag gi o di carrelli sollevatori a forca ed .altri mezzi di c onvo gliamento, dove si__desideri far muovere il veicolo .lungo un pereorso preferibilmente predeter- _ minato che non b delimitato da una pista .
    _ _ Veicoli'delimitati da una pista sono_stat* noti per molti molti anni_. Oltre _a_veicoli__delimitati da rotaia, la categoria generale di veicoli de--limitati da una pista pu? anche includere veicoli che, senza essere forzati meccanicamente a seguire il percorso sono disposti in modo che il veicolo segue una pista soltanto destinata ad essere percepita, consistente di una marcatura ad esempio sul
    Un tipo di marcatura che e stato comune su pavimenti in costruzione industriali negli anni recenti consiste di un cappio, disposto nel pavimento, che emette radiazione elettromagnetica. Vi ? un trasduttore nel veicolo che percepisce la posizione del veicolo in relazione alla "pista" e guida il movimento in linea con il percorso determinato dalla "pista" .
    Un esempio di progressi in tali veicoli Un esempio di progressi in tali veicoli a "determinazione ?di pista", preso nel senso pi? ampio del termine, h descritto nella domanda di brevetto__syedese 7709222-9,.che tratta specificata-( mente il problema di seguire una curva. Poich? questo _tipp_di veicolo normalmente ha quattro ruote, non immediatamente ovvio quale sia_il mo_do_migliore__di sterzare il veicolo per ottenere inseguimento ottimo di una curva. Come rivelato in detta descrizione il problema viene risolto guidando le due ruote in ciascuna coppia a velocit? calcolate differenti. Altre soluzioni che sono pi? semplici in linea di principio, richiedono che mezzi per ?perce pire la pista siano disposti di fronte alla coppia anteriore di ruote come visto nella direzione di moto. Una _tale_soluzione pu? essere studiata _ nella descrizione di brevetto statunitense 3.757.8 ad esempio.
    Un'altra costruzione che si riferisce ad un carrello sollevatore a forca, che pu? eseguire caricamento e scarico automatici, ? descritti nell domanda di brevetto svedese 7708916-7. Il percettore in questo caso viene posto centralmente al di sotto del veicolo. La descrizione in questa domand nota che il carrello ? dotato di un odometro per misurare la distanza ricoperta dal veicolo. L'odome tro consiste di una ruota dentata, che ? fissata ad tuna delle ruote, del veicolo ,, ed un percettore (qui k .non descritto, in dettaglio) che percepisce il passaggio. dei denti oltre ad esso mano..a mano che il veicolo si muoverla distanza ricoperta essendo proporzionale a_l numero di denti che sono stati passati.
    La esperienza pratica dal funzionamento di veicolo come carrelli sollevatori a ferca e vari ti_pi.di carrelli che seguono p_iste del tipo a circuito elettrico ? stata molto positiva._E.? stato possibile ^ostruire sistemi,molto sofisticati, risparmiando sia "tempo e sia mano,d.'opera. Tuttavia, ? naturalmente soltanto che questi sistemi fino ad _ ora siano stati principalmente usati dove le condizioni sono state ovviamente_favorevoli, cio? dove era facile disporre percorsi di filo elettrico+e
    dove i compiti operativi raramente venivano cambiati. ali condizioni'non sono tuttavia asmpre presenti.
    In molti casi ? sia difficile e sia dispendioso disporre i cavi che determinano il percorso e pu? sorgere una- necessit? di un sistema flessibile oppure molti movimenti programmati differenti per i veicoli che comporterebbero un sistema di circuiti del tutto dispendioso , rendendo difficile , fra le altre cose, f che ? veicoli mantengano la traccia dei vari
    segnali dal pavimento e non li confondano.
    Perci? uno scopo della presente invenzione ? ottenere un sistema in cui questi inconvenienti possano essere essenzialmente eliminati . Tenendo presente questo scopo, 1?intendimento doyrebbe essere quello di eliminare la "costrizione alla pista"_ nel suo senso pi? ampio e far si eh eil veicolo _segna un percorso predeterminato che ? presente come_ informazione in una certa forma hello stesso veicolo. Perci?, secondo l'invenzione un veicolo ad auto-pilo--taggio -dovrebbe-funzionare- mediante "dete-rminazione del punto stimato"?essendo controllato usando una -combinazione di?dati relativi? a distanza coperta
    e a_direzione
    Cio' non preclude la necessit? di-percepire--la posizione-reale?del- veicolo-di--volta- in volta.-Ci? pu?-essere fatto-mediante -uno dei noti-proce dimenti. Non ci si pu? aspettare precisione peretta quando il pilotaggio avviene mediante "deter-
    minazione del punto stimato" ed ? richiesto un "fissaggio" periodico. E1 inoltre concepibile che lungo certe parti di un percorso, il veicolo debba seguire u na "pista" e lavorare'mediante determinazione del punto stimato lungo le altre parti.
    I Vantaggi e gli scopi dell? invenzione vengono 'ottenuti mediante un veicolo ad auto -pilotaggio che
    ha le caratteristiche illustrate nella realizzazione
    , 1. Il principio del funzionamento del veicolo pu?
    essere descritto brevemente come segue senza nessuna intenzione a limitare l?invenzione.
    Il veicolo che ha ruote di sterzata e ruote
    motrici dotato ad esempio di due ruote libere, che
    irotolano lungo il pavimento e supportate preferibilmente per la rotazione su assali che sono colineari
    nello spazio e disposti sull'uno e sull'altro lato
    del veicolo Queste ruote di misurazione, che non necessario siano cuscinetti, sono dotate ciascuna di
    un dispositivo per misurare la distanza percorsa.
    Se il veicolo procede dritto in avanti il caso pi? semplice ) le distanze misurate saranno le stesse, ma se il vei
    colo si muove lungo un percorso curvo, i valori
    misurati saranno differenti. E' possibile determinare la posizione reale del veicolo da questi dati,
    se i dati vengono continuamente registrati. I?Lpratica le distanze percorse verranno misurate ad intervalli piuttosto brevi, predeterminati, sufficientemente
    brevi in modo che la distanza ricoperta durante
    ciascun intervallo possa essere approssimata in
    modo preci so come un arco di un cerchio. La determinazione del punto stimato ? quindi in linea di principio una descrizione della traiettoria ricoperta determinata dalla somma di tali archi con raggi varianti di curvatura, per cui la posizione in qualsiasi mo~ mento pu? essere calcolata. E' anche possibile disporre la misurazione di distanza in altri modi che attraverso due ruote non imperniate ma ci? verr? rilevato in seguito. In primo luogo, verr? discussa la funzione della forma di realizzazione sopra descritta. Se si assume che durante il movimento lungo un arco di un cerchio, la ruota di sinistra di misurazione del veicolo ha percorso una distanza e che la ruota destra e ciie distanza fra le ruote sia a allora si pu? dimostrare mediante relazioni geometriche elementari che la lunghezza dell'arco coperto con raggio r ed angolo di copertura
    dal centro di curvatura, pu? essere scritta:
    - _A ? ? ?? (1)
    2
    mentre il raggio di curvatura viene ottenuto dalla , equazione
    X, ? X v r= a n v (2)
    ???
    Vi sono diversi procedimenti concepibili di terzatura del veicolo lungo una certa traiettoria.
    In virt? del fatto che le coordinate del veicolo non sono note in un sistema di coordinate, la sua posizione e direzione possono essere determinate in ogni altro sistema di coordinate attraverso trasformazione.
    Un semplice principio di stersatura potrebbe essere messo a f-uoco su di un punto che ? fisso in relazione alle coordinate proprie del veicolo, disposte di fronte al veicolo nella direzione di moto, e calcolare la deviazione del punto da una traiettoria di comando in relazione fissa allo spazio bidimensionale del piano del pavimento e consentire che la distanza fra il punto e la traiettoria di comando o di riferimento determini la posizione angolare di una ruota di sterzata. Questo principio-di sterzata ? noto in dispositivi con "piste?1 che consistono di fili metallici nel pavimento con la espressione olloquiale "il pollice nella pista". La equazione di sterzata pu? quindi essere resa del tutto semplice e l?angolo per la ruota che sterza il veicolo pu? essere reso direttamente proporzionale alla deviazione determinata fra il punto calcolato fisso del veicolo e.la traiettoria che si desidera seguire?
    In conformit? ad un procedimento di sterzata preferito, tuttavia, ? stato scelto di fare uso migliore dei valori misurati ottenuti dalle due ruote ;di misurazione,e specialmente informazione relativa all'orientamento o assetto angolare del veicolo in relazione alla traiettoria di comando o di riferimento? Se si assume che l?ssetto all'inizio di un intervallo di misurazione di detto tipo breve,
    in cui il movimento pud essere approssimato da-un arco di un cerchio, ? e su quella estremit? ?
    e che la distanza fra la traiettoria di comando ed il punto mediano fra le ruote di misurazione allo inizio dell'intervallo ? s? e la fine dell'intervallo- ? s2-e che la traiettoria -di comando rispetto al suo raggio corrisponde ad un valore di base per l'angolo della 'ruota di sterzaggio di % alla fine dell'intervallo si pu? calcolare un nmovo idoneo va-'lore ? per la angolo della ruota di sterzata mediante la equazione
    a ?2 b c ? sn d S2 " S1 .
    ??; 2
    e = 1 se s2 e ?2 hanno lo stessegno
    e = 0 altrimenti '?
    f . (? - i )
    9 a7 (3) dove a, b, c, d, e e f sono costanti nella equazione di sterzata ^ t ? la lunghezza dell'intervallo di tempo e (j) ? il valore reale dell'angolo della mota di ste rzata .
    Se le costanti in questa .?quazione d? sterza? ta sono regolate appropriatamente, si produce un inseguimento stabile ed uniforme di traiettorie che si presentano normalmente.
    Normalmente, la traiettoria di comando di riferimento viene formata come una serie di segmenti sequenziali che consistono di linee rette e
    archi circolari che debbono essere seguiti dal veicolo auto-pilo tante, e 1'informazione fornita successivamente dalle due ruote di misurazione consente che il veicolo si guidi da solo lungo la traiettoria. Se
    il percorso ? chiuso, ? idoneo che una sua parte, preferibilmente una parte dritta sia dotata di una ? marcatura nel pavimento,.di tipo precedentemente
    noto, per fissare o aggiornare le coordinate.
    Nella determinazione del percorso pu?
    essere consigliabile specialmente per raggi di curvatura relativamente piccoli, non lasciare che il per corso faccia una transizione diretta da una sezione dritta, ad esempio, ad un certo raggio di curvatura.
    Ci? avviene in seguito alla accelerazione brusca la-, terale che verrebbe provocata da una tale variazione, con risultanti sollecitazioni sul veicolo e sul suo carico. Un corrispondente problema si ? presentato ai progettisti ferroviari e la soluzione qui trovata pu?
    anche essere idoneamente applicata a veicoli senza pista . Viene usata una cosiddetta curva di transizione in cui la derivata della curvatura ? costante e la soluzione a questo problema in un sistema di coordinate cartesiane rettangolare ? una equazione differenziale di terzo grado. Vedi l'articolo
    Il II
    Krummungsverhaktnisse der Eisenbahnen" in Lueger:
    "Lexicon der gesamten Technik" seconda edizione (1904) .
    In conformit? ad un esempio attualmente preferito , il veicolo ad auto-pilotaggio ? un carrello sollevatore a forca con due ruote di misurazione e mezzi a ruota di sterzata , che funzionano in linea di principio come una terza ruota singola di sterzata, ma composta di due ruote collegate mediante un dispositivo ad asta di collegamento , ed entrambe le quali sono anche ruote motrici, girevoli mediante ima disposizione di sterza tura. In seguito al fatto che vi sono due ruote di sterza tura, perci? ? idoneo quando vengono fatti calcolari usare, al posto degli angoli di sterzatura reali delle due ruote, -un angolo di sterzatura teorico per una ruota singola immaginaria con lo stesso collocamento sul veicolo* Poich? ciascun tale angolo teorico di sterzatura corrisponde ad una posizione di un angolo reale di sterzatura registrato, ? idoneo approntare una semplice trasformazione variabile che nello esempio viene realizzata a mezzo di ima tabella di fimzione. alimentata in un calcolatore di controllo, ma che pu? essere compiuto mediante un semplice monogramma meccanico oppure mediante un altro metodo simile.
    Si dovrebbe notare che non ? necessario che le ruote di misurazione siano ruote portanti.
    Esse possono essere ruote libere completamente indipendenti. Eppure ? necessario che .esse abbiano assi di rotazione colineari. Piuttosto esse possono essere sfalsare in relazione alla direzione in avanti primaria del veicolo. In realt? non ? anche necessario che gli assi delle ruote di misurazione siamo paralleli, se essi sono disposti in modo che ?un movimento parallelo all?asse rispettivo d? come risultato slittamento senza rotazione. Pu? quindi essere idoneo fornire le periferie delle ruote di rulli o simili, con assali orientati nella direzione locale della circonf erenza per facilitare tale .slittamento. Una ruota di misurazione che slitta in ima direzione e ruota in una direzione perpendicolare ?d. essa ? nota in planimetri.
    Un altro .procedimento di misurare un percorso ricoperto in due dimensioni ? . disporre una sfera in una sede dotata di rulli contro cui la sfera rotola, mano a mano che. il veicolo si muove, il pi? possibile senza slittamento contro i rulli. Se ? disposta una ruota di misurazione che misura, senza slittamento, tutti i movimenti lungo due grandi cerchi rispetto alla sede della sfera, si possono ottenere valori per il movimento in due direzioni differenti. Se questi grandi cerchi sono perpendicolari l'uno all?altro, il movimento pu? essere registrato lungo una coordinata x ed una coordinata y, peripendicolare l'una all'altra.
    Ancora un altro procedimento di tener tracicia del percorso ricoperto dal veicolo ? usare, al posto di due ruote di misurazione fisse, una singola ruota liberamente girevole per cui la distanza
    Ipercorsa viene misurata nonch? la posizione angolare in ogni momento. Come sar? evidente dalla discussione che segue, i valori misurati ottenuti in tal modo possono essere trattati in una maniera piuttosto analoga.
    Un esempio verr? ora descritto in relaazione ai disegni.
    . La figura 1 ? un carrello sollevatore a forca del tipo usato.
    La figura 2 mostra, parzialmente-in forma di schema a blocchi, un veicolo ad auto--pilotaggio su tre ruote, che funziona secondo i principi della invenzione.
    La figura 3 mostra una forma di realizzandone alternativa.
    La figura 4 mostra una forma di realizza-A zione alternativa in cui il movimento del veicolo viene misurato con una ruota girevole dotata di mezzi di misurazione dell'angolo.
    La figura 5 ? un diagramma che mostra come la ruota girevole secondo la figura 4 venga utilizzata per determinare la curvatura del moto del veicolo e la distanza ricoperta.
    La figura 1 mostra un carrello sollevatore a forma di tipo essenzialmente convenzionale, che pertanto non ? necessario venga qui descritto in dettaglio. In linea'di principio il veicolo funziona come un veicolo su tre ruote, anche se
    la ruota di sterzatura 1 consista,in realt? di
    due ruote (non mostrate) disposte vicine l'una alla altra e collegate da una asta di collegamento. Due ruote non.condott? parallele 2, 3, con spessi copertoni di gomma portano il veicolo unitamente alla ruota
    Le ruote 2 e 3 sono dotate di cerchioni dentati che non sono visibili in questa figura e vengano percepiti da un percettore ? 4? Si pu? anche vedere nella figura che la ruota ?i sterzatura 1 viene sterzata attraverso mezzi di sterzatura con un ingraviaggio 5 ed un motore di sterzatura 6 che agisce su detto ingranaggio
    - La disposizione di sterzatura ? illustrata pi? chiaramente nella figura schematica 2. Si
    pu? vedere che le ruote 2 e 3.hanno cerchioni dentati 20 e 30 che ruotano solidalmente con dette ruote. ciascun cerchione dentato ha un percettore 4/ in questo caso di tipo magnetico, montato nel veicolo Naturalmente possono anche-essere usati percettori ottici. Segnali provenienti dai percettori, che -corrispondono a direzione e lunghezza di movimento, pIa-ss-ano attraverso le coppie di conduttori 40 e 41 rispettivamente, a meccanismi di conteggio per le ruote di destra e di sinistra rispettivamente. meccanismi di conteggio sono disposti in una unit? centrale 8 e sono indicati 9 e 10. Una unit? di calcolo 11 esegue calcoli secondo le equazioni (1), (2) e (3) di cui sopra e calcola con l?ausilio di una traiettoria programmata, quale debba essere la regolazione dell'angolo della ruota di sterzata.
    La informazione, che fino ad ora ? stata calcolata via digitale, viene convertita in un convertitore D/A 12 e -viene trasferita attraverso una linea 80 ad un dispositivo di asservimento in corrente continua 14 che fornisce corrente di azionamento ad un motore 6 che fa girare la ruota di sterzata 1 nella posizione angolare appropriata. La ruota 1 ? dotata inoltre di forza motrice per la propulsione del veicolo (non mostrato) nella figura. La posizione angolare reale della ruota di sterzata viene percepita da un percettore digitale 7 che pu? essere dello stesso tipo generale come la combinazione usata per le ruote di misurazione. Il funzionamento del dispositivo nella figura 2 pu? essere descritto'come segue. Quando il veicolo si muove, le ruote anteriori girano. Ciascuna ruota ha un percettore .4.che genera un treno di im-, pulsi indicante la direzione e la dimensione del movimento. Il treno di impulsi viene inviato ad un contatore ad otto bit indicato su 9 o 10 che
    conta a salire per movimento in avanti e a scendere per.movimento indietro.
    6on i.loro otto bit.i contatori coprono intervallo di numeri interi da 0 a 255 (in modo decimale). Cos?, quando il veicolo si muove in avanti .vi ? un superamento .quando il contatore supera 225.. II contatore inizia di ritorno a 0. Uno spostamento corrispondente avviene per movimento indietro:
    quando il contatore raggiunge 0, la lettura susseguente sar? 255 se il movimento continua all* indietro . . I contatori sono accoppiati al calcolatore attraverso un ingresso parallelo ad 8 bit (per contatore) oppure in un altro modo idoneo . Con l'ausilio di letture successive, il calcolatore pu? quindi determinare i movimenti delle ruote.
    La.debolezza di questo sistema ? che il calcolatore non pu? dire con certezza in quale dire zione la ruota,sia stata f?tta girare, si assuma, ad esempio, che un contatore abbia ad una lettura il valore 0. Alla lettura susseguente il valore ? 100. In questo caso, la ruota si ? mossa in avanti Lin modo che il contatore ha contato 0, 1, 2,. 99, .100 oppure all'indietro contando 0, 255, 254, ..-.101, 100? Questo poblema viene risolto avendo una frequenza di lettura a mezzo del calcolatore e una forza di risoluzione delle letture del calcolatore di modo che quando presentato con la scelta fra due casi possibili, il calcolatore compie sempre la scelta esatta. Una solta-one usata nel caso in questione ? realizzare le letture cos? frequenti per cui si sa con certezza che la ruota non si ? mossa pi? di met? dell?intervallo dell' intero del contatore corrispondente. E? stato usato il seguente procedimento di calcola:
    x? = valore del contatore alla lettura 1
    1
    x? - valore del contatore alla lettura 2
    / x = movimento della ruota (pos in avanti, neg
    indietro)
    se x2?xi ~ 0 | | > 128 allora regolare ? x= x2~x-j ?256 |A * j4 128 alora regolare ? x = Xp-^
    .se ^2?X1 0 ]? 5^- |> 128 allora regolare A * = (x?-x1+256)
    |? * | ^ 128 allora regolare A x= ?2~??
    La seguente ? una breve descrizione generale del programma per calcolare l'angolo della ruota
    sterzante dai dati del contatore per le ruote anteriori. . . .
    Iniziando: .
    ?, = 0 .
    S1 0 .
    ? - o .
    ? ???c .
    -1 = arctan (d/g) .
    y
    Ciclo:
    contatori di ruota ed agire con clock
    accumulare ? V ? xv? ? * -calcolare K = ? .=? ? ??)/2 . -.
    .calcolare^ = (? ^ ?"? x -)/a
    calcolare ?P> - K/R .
    se K intervallo di calcolo predisposto:
    calcolare = ? ^- (5
    calcolare = s^ ?(^/2
    calcolare ?2 - (?2 - ?-,)/? *
    calcolare s = (s* - s )/A t
    2 s i
    calcolare ^
    ;porre = ?2
    S2
    0
    B = 0
    rA v= 0 .
    ? *? ? ? .
    ? t = 0
    fine ciclo
    .Come si pu? vedere da quanto sopra, desiderabile che il percettore 4 possa indicare sia.il.numero di denti sugli ingranaggi 20 e 30 e sia la direzione in cui girano le ruote di misurazione. Sono noti uercettori con una tale funzione* .in cui vi sono due componenti di percettore, che rivelano i denti con un certo spostamento di fase per cui la direzione ? ottenibile immediatamente* Nello esempio descritto, ? stato usato un percettore commercialmente disponibile chiamato "Airpax 14-0002".
    Un'altra forma di realizzazione ? nota -nella figura 3, che invece di usare la costruzione con due ruote di supporto non girevoli ed una ruota di sterzatura, l'azionamento e la sterzatura vengono effettuati allo stesso tempo attraverso due ruote 103 e 104 ciascuna con un singolo motore 105 , 106 Le due ruote servono allo stesso tempo come ruote di misurazione e sono dotate di cerchioni dentati e percettori come nello esempio precedente. Nel veicolo 100 vi sono due ruote 101 , 102 poste sulle estremit? che sono ruote che girano soltanto a ruota liber Questo esempio ? destinato principalmente a dimostrare che l' invenzione ? anche applicabile dove la sterzatura viene effettuata mediante, aziona- . mento differenziale di due ruote su assali coline ma in molti casi pu? essere consigliabile depara la misurazione e l'azionamento a ruote .separate in considerazione del rischio di errore me?Lante slittamento della .ruota di azionamento.
    La . f unzione di. calcolo, nello esempio mo s tra to nella, figura 3 ? qbbastanza analoga .alla p cedente, in . quanto . la determinazione del .punto st ma to viene eseguita mediante calcolatori di campionamento, in una unit? di calcolo 107, che sono accoppiati a ruote di misurazione. Per questo cas speciale, la sterzatura deve essere effettuata me diante controllo differenziale dei motori 105 e 1 che richiede una unit? differenziale 108 che prod due segnali di uscita, tino per ciascuna delle unit? di azionamento a motore 109, 110. La curvatura
    'viene cos? compiuta mediante alimentazione differenziale ai due motori, e se essi ricevono la stessa alimentazione con segni opposti, il-veicolo 100 girer? attorno ad un punto posizionato a mezza strada
    ra le ruote 103 e 104.
    La figura 4 mostra una forma di realizzazione in cui una ruota di misurazione girevole 2' viene utilizzata dotata di mezzi di misurazione .angolare 30'. Come negli esempi precedenti, la
    ruota di misurazione ? dotata di un cerchione dentato 20' e mezzi di misurazione corrispondenti per distanza percorsa. L?unit? di processo 8? ha una unit? di misurazione- di angolo 10? ed un contatore 9' della ruota. La funzione della unit? di calcolo 11? naturalmente ? alquanto differente e questa verr? spiegata con riferimento alla figura 5.
    La figura 5 mostra schematicamente come venga effettuata la misurazione. Come si pu? comprendere dallo schema di cui sopra, per il programma del calcolatore, ? sufficiente se, al posto di ^ e x^, si usano i valori K, <^ e ?, che possono essere cal-? colati dai due valori misurati ottenuti dalla ruota d:i misurazione 2?, e cio? la distanza percorsa A SM e l?angolo Y secondo la figura durante il periodo A te
    Dalla figura 5 si pu? vedere che la ruota 2? forma un angolo? con l?asse principale del vei~ colo? Allo scopo di essere in grado di usare lo stes-
    ' so sistema di calcolo per la misurazione delle due ruote, si deve ora impiegare una trasformazione di jcoordinate, per cui lo spostamento durante il tempo ? .t registrato con i due valori A ? e Y in ; ' grado di essere espresso in termini della componente 1K per spostamento in avanti del veicolo il suo angolo attorno al centro di rotazione 0 ed il suo angolo :di rotazione ^ atorno al punto mediano fisso P del ;iveicolo fra le ruote. Dalla figura 5 si pu? vedere - che si applicano le seguenti relazioni: ? K = A ? cos ^
    P ?? _? ? sinr
    Ri ??
    = ?? Bm sini ^ v)
    / . '2 .',2
    / j? ? b
    V
    Si;pu? vedere che ? , b e v sono costanti e sono soltanto dipendenti dal collocamento della ruota 2? in relazione alle ruote 2 e e che .le equazioni di cui sopra possono essere applicate soltanto ad una ruota girevole. Un esperto nel ramo ccmpren? der? che la ruota 2 ' , in p - ratica deve avere un
    asse di imperniamento nel veicolo che non si interseca con l? asse della ruota , poich? altrimenti la ruota 2 ? non seguir? il movimento e che i calcoli di cui sopra saranno alquanto pi? complicati poich? si deve tener conto della distanza fra l 'asse di irnperniamento della ruota ed il suo asse di rotazione.
    La caratteristica pi? importante della invenzione sta nel fatto che viene periodicamente determinato come il veicolo abbia cambiato reaimente la sua posizione ed il suo assetto e consentire che la sterzata del veicolo venga effettuata con tale mezzo. Cos?, i meccanismi mostrati non dovrebbero essere considerati come delimitanti l'invenzione poich? un numero di tipi diversi di mezzi di sterzatura e di mezzi di misurazione possono essere usati in ? un veicolo costruito secondi i principi dell?invenzione.
    Nella forma di realizzazione discussa per prima, la distanza fra le ruote 2 e 3 era di 1,129 metri e la distanza fra una linea che unisce dette ruote da un lato e la ruota di .sterza tura 1 dall ' altro , era di 1 ,435 metri . Idonee costanti per la equazione 'di sterza tura (3 ) sono state determinate mediante .simulazione in un calcolatore analogico . Le costanti determinate cos? erano Tk a = 2 ,4 , b = 0, 7 , c = 1 ,4 , d = 0,6, e = 1 ,0 e ? = 0,6 espresso in unit? metriche .razionali.
    Prove hanno dimostrato che ? possibile ottenere con l? invenzione precisioni di sterzata praticamente sufficiente. Un percorso chiuso con . diverse curve ? stato utilizzato, con una lunghezza totale di circa 100 metri? Una linea di marcatura ? stata tracciata su di.un posto nel percorso, ed ? stata rivelata durante ogni sovrapposizione per aggiornare il calcolatore. L'errore della posizione del veicolo calcolato mediante determinazione del punto .stimato ? stato ar massimo di circa 30 centimetri, nonostante la.lunghezza lunga .del percorso, disposto su di un pavimento industriale che non era del tutto ideale.
    In seguito al fatto che la presente invenzione tiene.conto non soltanto del movimento del veicolo,ma.anche del suo assetto.? differente da veicoli che seguono una pista simile ad una ferroviaria. Perci? ? essenziale che si comprenda la differenza fra il se guire una pista predeterminata, definita come dati de finiti su come le ruote compiano le loro curve, e seguire una traiettoria predeterminata; che significa che un certo p\mto fisso del veicolo segue una certa curva bidimensionale. Cos? , richiedere l inseguiRIVENDICAZIONI
    1 ? Veicolo ad auto-pilotaggio dotato di ruote di sterzatura e motrici, un motore per aziona re la ruota (ruote) motrici e mezzi,per controllare .la ruota (ruote) di.sterzatura .e comprendente almeno ima ruota che rotola lungo il pavimento per .misurare la distanza che il veicolo,ha ricoperto, caratterizzato da mezzi per determinare una variazione in una direzione fissa rispetto al veicolo . in relazione ad una linea fissa-relativamente al--pavimento, mezzi per determinare la curvatura di una traiettoria lungo il pavimento, ricoperta da -un punto,fisso del veicolo selezionato, mezzi per -. -determinare la distanza ricoperta da detto punto fisso del-veicolo lungo detta traiettoria e mezzi di .calcolo programmati, in dipendenza dalle tre variabili appena menzionate per controllare detti mezzi per il controllo della ruota (ruote) di sterzatura.
    2. Veicolo,ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da mezzi per memoriazare un comando o traiettoria di riferimento per il movimento del veicolo e mezzi per comparazione .
    fra la traiettoria ricoperta e la traiettoria ?i riferimento?
    3* Veicolo ad auto-pilotaggio secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato da mezzi disposti in dipendenza da dette variabili per realizzare una correzione posizionale in relazione ad una traiettoria predeterminata ed una correzione angolare in relazione ad una direzione fissa rispetto al pavimento.
    .. 4. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto di comprendere due ruote di misura-.zione (2, 3) che rotolano lungo il pavimento, non ' supportate girevolmente su punti diversi sul veicolo per misurare distanze percorse dalle ruote di misu-, frazione, ed una unit? di calcolo (8) programmata per Calcolare, partendo dai risultati di misurazione ideile ruote di misurazione, la deviazione del veicolo da una traiettoria predeterminata e per fornire un .;segnale di controllo ai mezzi di controllo per realizzare una correzione di deviazione.
    5. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo
    .qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratte-. rizzato dal fatto che la sterzatura viene effettuata attraverso mezzi di sterzatura (6) disposti per gira-.re almeno una ruota di sterzatura in risposta a detto segnale di controllo.
    6 Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta ruota di sterzatura ? anche una ruota motrice.
    7 Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che le ruote di misurazione (2, 3) sono girevoli su assali che .sono colineari e sono distanziati l'uno e sull'altro lato del veicolo.
    8. Veicolo ad autopilotaggio secondo qual-.siasi .delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzaito dal fatto che ciascuna delle due ruote di misurapione ha un cerchion dentato (20, 30) con denti distribuiti uniformemente, un percettore (4) fisso sul veicolo che ? montato vicino a ciascun cerchione dentato, i percettori essendo disposti per fornire impulsi elettrici mano a mano che i denti passano per medesimi e dal fatto che nella unit? di calcolo vi ? un contatore (9, 10) accoppiato a ciascun percettore, una unit? di campionamento (in 11) disposta per campionare i contatori ad intervalli predeterminati, mezzi per determinare prime differenze che sono la differenza fra le letture del contatore su due campionamenti successivi, mezzi per calcolare il valore medio delle due prime differenze, mezzi per calcolare ima seconda differenza fra le due prime differenze per ottenere un valore di angolo di curvatura, e
    mezzi per dividere detto valore medio per le due
    aprirne differenze per il valore angolare di curvatura.
  9. 9. Veicolo ad auto-pilotaggio secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le ruote .di misurazione (2 , 3) sono anche disposte come ruote motrici e ruote di sterzatura? essendo disposte ruote girevoli (101, 102) che sono a ruota libera e liberamente girevoli, ciascuna delle ruote di misurazone disposte anche per la sterzatura, essendo accoppiate d un singolo motore e l'unit? di calcolo (8) essendo programmata per controllare le ruote combinate di 7 azionamento, di misurazione e di strozzatura individuaimente per cui la sterzatura viene effettuata mediante azionamento differenziale di dette ruote.
  10. 10. Veicolo ad auto -pilotaggio secondo la rivendicazione 1-, caratterizzato dal fatto che una ruota di misurazione (2') ? montata girevolmente e dotata di un mezzo di misurazione angolare per cui sono ottenis?.-bili un valore per la distanza percorsa (/\ s^) ed un valore .dell'angolo di imperniamento (1" ) , valori dai quali . sono calcolabili il moto del veicolo, la sua ; rotazione in relazione ad una direzione fissa su pavimento e la curvatura della sua traiettoria reale in
    i momento .
    RIASSUNTO
    Un veicolo ad auto-pilotaggio , dotato di ruota (ruote) (3) di ste rzatura e ruota (ruote) motrici, possibilmente una e la stessa, un motore di azionamento e mezzi di sterzatura (6) per far girare detta ruota (ruote) di sterzatura. Almeno una ruota (23) di misurazione rotola liberamente contro il pavimento sotto il veicolo oppure due tali ruote sono supportate per rotazione su punti differenti sul veicolo per misurare distanze percorse. Una unit? di calcolo (8) e mezzi di sterzatura (14,6) sono disposti per far girare detta ruota di sterzatura. La unit? di calcolo riceve valori misurati dalla ruota (ruote) di misurazione e calcola da essi la deviazione del veicolo mediante determinazione del punto stimato da una traiettoria desiderata predeterminata per il veicolo, e fornisce un segnale angolare di sterzata (80) per conrezione di deviazione ai mezzi di sterzata (6)
    (Figura 2)
IT47793/80A 1979-02-05 1980-02-04 Veicolo auto-pilotante in particolare per carrelli di sollevamento a forca e simili IT1167606B (it)

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