SE511951C2 - Mine clearance Robot - Google Patents

Abstract

A device for scanning a predetermined area (4) for detecting mines (10), where the device comprises a vehicle (1) which is commanded from a base station (2) by a control program to scan the area (4) according to a predetermined pattern, where the vehicle (1) is in addition equipped with sensors (9) for detecting mines (10) within the area (4), comprising with a navigation system which determines the vehicle's position within the area (4). The vehicle (1) has, in addition, means (13) for determining the orientation of the vehicle, and its control program is designed to obtain position data on known obstacles (23) and to detect obstacles within the area. The control program is designed to guide the vehicle so that the obstacles (23) are avoided during scanning of the area (4) according to the pattern. The device comprises means (19) for recording data which describes the zones within the area which have been scanned, as well as the zones which have not been scanned by the mine detection sensors (9).

Description

l0 15 20 25 30 35 *511951 det ornråde som ska röjas, där man sedan manuellt sticker ned stickor genom hål i mallen för känna efter om minor förekommer. Mallen flyttas vartefter, så att hela området blir röjt. l0 15 20 25 30 35 * 511951 the advice to be revealed, where you then manually stick down needles through holes in the template for detect if mines occur. The template fl is flattened gradually, so that the entire area is cleared.

Exempel på ytterligare en känd anordning för detektering av minor redovisas i patentskriften US 5307272. I nämnda skrift redovisas en anordning, där man med en markfarkost utrustad med sensorer för detektering av minor genomsöker ett område, varefter positionerna för de funna objekten markeras. I den nämnda skriften nämns dock inget om att använda en styming av markfarkosten som med säkerhet täcker alla tillgängliga områden och om kartläggning av vilka delar av det genomsökta områden som ej kunnat åtkommas och därigenom vara möjliga att undersöka med markfarkostens sensorer.Examples of another known device for detecting mines are disclosed in U.S. Pat 5307272. In the said publication a device is reported, in which a ground vessel is equipped with sensors for detecting mines search an area, after which the positions of those found the objects are highlighted. In the mentioned publication, however, there is no mention of using a control of the ground craft which with certainty covers all available areas and on the mapping of which parts of the searched areas that could not be accessed and thereby be possible to examine with the ground vehicle sensors.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt en aspekt av uppfinningen frarnställs här en robot avsedd för rninröjning av ett minerat område. Roboten utgörs av ett markbundet fordon som framförs på hjul eller band och är lämpad för gång i oländig terräng. Roboten kan även i en annan version utgöras av en flygande eller svävande farkost exempelvis i form av en lâgflygande helikopter. Roboten är vidare försedd med en eller flera sensorer för detektering av minor och i de fall att flera sensorer utnyttjas används algoritmer för fusion av sensordetekteringama (sensorfusion) för sarnrnanvägning av de olika sensoremas signaler till en bedömning av förekomst av mina eller ej. Ytterligare är roboten försedd med ett navigeringssystem som företrädesvis utnyttjar satelliter genom s k GPS- navigering, vilken även kan utnyttja jämförelse med GPS-mätningar från en fix referensmottagare för erhållande av sk differentiell GPS-navigering eller altemativt ett navigeringssystem baserat på referensobjekt utplacerade på platsen invid det område som ska genomsökas, dvs minröjas, där dessa referensobjekt kan inmätas medelst laser. En kursreferens inbyggd i roboten används för att avkänna robotens riktning i rummet, dvs dess aktuella orientering. Roboten styrs via ett styrsystem som automatiskt ser till att roboten systematiskt avsöker en given area samtidigt som den undviker kända i styrsystemet inprogrammerade hinder, hinder som den upptäcker på egen hand medelst sensorema och även minor som den har detekterat och bestämt positionen för. Roboten är kopplad via en datalänk till en markstation i vilken det finns programvara som noggrant loggar de zoner inom det genomsökta rninerade området som har avtäckts av robotsensorema, vilket innebär att hänsyn härvid tas till robotens 10 15 20 25 30 35 511 951 position, robotens rotationsläge (dvs hur roboten är orienterad i sin aktuella position) och till sensoremas placering i förhållande till robotkroppen. Loggningen avser även vilka minor som detekterats och positionen för var dessa minor är belägna tillsammans med sensordata om nämnda detekterade minor.DESCRIPTION OF THE INVENTION According to one aspect of the invention, there is provided a robot intended for cleaning a mined area. The robot consists of a grounded vehicle that is driven on wheels or belts and is suitable for walking in rugged terrain. The robot can also in another version consist of a moving or hovercraft, for example in the form of a low-flying helicopter. The robot is also equipped with one or fl your sensors for detecting mines and in cases where several sensors are used are used algorithms for merging the sensor detections (sensor fusion) for weighing the different ones the signals of the sensors to an assessment of the presence of mine or not. Another is the robot equipped with a navigation system that preferably uses satellites through so-called GPS navigation, which can also use comparison with GPS measurements from a fix reference receiver for obtaining so-called differential GPS navigation or alternatively one navigation system based on reference objects placed on the site next to the area to be are searched, ie mine cleared, where these reference objects can be measured by means of a laser. A course reference built into the robot is used to sense the direction of the robot in the room, ie its current orientation. The robot is controlled via a control system that automatically ensures that the robot is systematic scans a given area while avoiding known obstacles programmed into the control system, obstacles that it detects on its own by means of the sensors and also mines that it has detected and determined the position of. The robot is connected via a data link to a ground station in which there is software that accurately logs the zones within the searched rined the area that has been uncovered by the robot sensors, which means that the robot's is taken into account 10 15 20 25 30 35 511 951 position, the robot's rotational position (ie how the robot is oriented in its current position) and to the position of the sensors in relation to the robot body. The logging also refers to which mines detected and the position of where these mines are located together with sensor data on said detected mines.

En fördel med anordningen och den metod som här redovisas för rninröjning är att man genom kunskap om den mycket väl definerade positionen för roboten som erhålls med hjälp av navigationssystemet och genom utnyttjande av kompenseiing för sensoremas verkliga läge erhåller data från loggningen som kan översättas till information om vilka zoner som är avsökta, de eventuella zoner som inte kunnat nås av roboten och vidare kännedom om var misstänkta minor förekommer inom området som genomsökts.An advantage of the device and the method reported here for cleansing is that one through knowledge of the very well fi nerated position of the robot obtained using the navigation system and by using compensation for the actual position of the sensors receives data from the logging that can be translated into information about which zones have been scanned, the possible zones that could not be reached by the robot and further knowledge of were suspects mines occur in the area searched.

FIGURBESKRIVNIN G Figur 1 visar schematiskt de olika enheterna och sammanlänkningen av dessa i minröjnings- anordningen.DESCRIPTION OF THE FIGURES G Figure 1 schematically shows the different units and the interconnection of these in the demining the device.

Figur 2 ger en förenklad bild av en markfarkost och en basstation länkad till denna för avsökning av minor inom ett område.Figure 2 provides a simplified view of a ground vessel and a base station linked to it for scanning of mines within an area.

Figur 3 åskådliggör utnyttjandet av differentíell GPS För navigering av markfarkosten inom det avsökta ornrådet.Figure 3 illustrates the use of differential GPS For navigation of the ground craft within it scanned the council.

Figur 4 illustrerar användningen av laseneflektorer vid navigation av en markfarkost inom det avsökta ornrådet.Figure 4 illustrates the use of laser eectors when navigating a ground vessel within it scanned the council.

Figur 5 återger kartläggningen av ett området, där det framgår vilken information om det avsökta området som blir tillgänglig allteftersom avsökningen fortskrider.Figure 5 shows the mapping of an area, where it appears what information about the scanned the area that becomes available as the scan progresses.

Figur 6 visar inprograrnrnerade brytpunkter inom det område som ska avsökas och de banor som roboten ska följa mellan dessa punkter.Figure 6 shows programmed breakpoints within the area to be scanned and the paths to be scanned the robot should follow between these points.

Figur 7 visar skapade förbjudna områden för roboten runt hinder och påträffade minor. 10 20 25 30 35 511951 Figur 8 visar nya brytpunkter skapade av styrsystemet för att leda roboten runt ett hinder.Figure 7 shows created forbidden areas for the robot around obstacles and mines found. 10 20 25 30 35 511951 Figure 8 shows new breakpoints created by the control system to guide the robot around an obstacle.

U 1 FÖRANDEBESKRIVNING Ett antal utförandeforrner av uppfinningen beskrivs i det följande med stöd av bifogade figurer.U 1 DESCRIPTION OF PROCEDURE A number of embodiments of the invention are described below with the aid of the accompanying figures.

Uppfinningen representeras och exempliñeras nedan av en anordning, där roboten utgörs av en markfarkost, som i figur 1 betecknas med 1. Markfarkosten 1 är utrustad med hjul eller band för gång i oländig terräng. Roboten kan naturligtvis vara beskaffad på annat sätt. Som exempel kan den utgöras av en helikopter eller av en svävfarkost. Roboten står i förbindelse med en basstation 2 medelst en datalänk 3. Roboten ska avsöka det givna området 4 för detektering av eventuella minor. Basstationen 2 är härvid placerad utanför det givna ornrådet 4. Farkosten l är försedd med en s k sensorkratta 5, vilken kan utformas som en manipulatorarm 6 med en hållare för sensorema i yttre delen av manipulatoraimen, sådan att sensorkrattan kan manövreras från farkosten att inta önskat läge i förhållande till farkosten och önskad höjd över markytan.The invention is represented and exemplified below by a device, where the robot consists of one ground vehicle, which in Figure 1 is denoted by 1. The ground vehicle 1 is equipped with wheels or belts for walk in rugged terrain. The robot can of course be shaped in another way. As an example can it consists of a helicopter or a hovercraft. The robot is connected to a base station 2 by means of a data link 3. The robot must scan the given area 4 for detection of any minor. The base station 2 is in this case located outside the given control area 4. The vessel 1 is equipped with a so-called sensor rake 5, which can be designed as a manipulator arm 6 with a holder for the sensors in the outer part of the manipulator arm, such that the sensor rake can be operated from the craft to assume the desired position in relation to the craft and the desired height above the ground.

Farkosten 1 är vidare utrustad med en fusionsenhet 7 för utvärdering av data från sensorer 9 lokaliserade på sensorkrattan 5 för detektering av minor 10 enligt kända metoder, såsom exempelvis enligt redovisningen i den nämnda skriften US 5307272. Motor eller motorer ll i farkosten 1 styrs från basstationen 2 att manövrera farkosten 1 och manipulatorarrnen 6 medelst signaler överförda via dataläriken 3.The vehicle 1 is further equipped with a fusion unit 7 for evaluating data from sensors 9 located on the sensor rake 5 for detecting mines 10 according to known methods, such as for example according to the account in the said publication US 5307272. Engine or motors ll in the vessel 1 is controlled from the base station 2 to maneuver the vessel 1 and the manipulator arm 6 by means of signals transmitted via data riches 3.

Farkosten 1 är försedd med en GPS-mottagare 12 för mottagning av satellitsignaler för bestämning av farkostens position. GPS-mottagaren ger endast information om positionen för farkostens antenn. En kursreferensenhet 13 är utrustad med en givare, exempelvis ett gyrobaserat instrument, som informerar om farkostens orientering i rummet, varvid det ges utrymme för bestämning av sensorkrattans exakta position i förhållande till den positionsbestänming som avser farkostens 1 antenn. Signalema från de positionsbestämrnande enhetema 12, 13 sänds via länken 3 till en styrenhet 14 belägen i basstationen 2 för information till ett styrsystem i styrenheten 14 om farkostens 1 och de mindetekterande sensorernas 9 i sensorkratten 5 momentana position. Till styrenheten 14 sänds även data från en geografiskt utplacerad GPS referensstation 15. Härvid ges möjlighet till differentiell GPS-positionsbestärrming, varvid en 10 15 20 25 30 35 511951 mer exakt positionsbestämning kan erhållas än vid enbart utnyttjande av signalema från GPS- satelliter.The vessel 1 is equipped with a GPS receiver 12 for receiving satellite signals for determination of the position of the craft. The GPS receiver only provides position information vehicle antenna. A course reference unit 13 is equipped with a sensor, for example a gyro-based one instrument, which informs about the orientation of the vessel in the room, whereby space is provided for determining the exact position of the sensor ratchet in relation to the position determination which refers to the vessel's 1 antenna. The signals from the position determining units 12, 13 are transmitted via the link 3 to a control unit 14 located in the base station 2 for information to a control system i the control unit 14 about the vehicle 1 and the memory detecting sensors 9 in the sensor crate 5 current position. Data from a geographically located GPS is also sent to the control unit 14 reference station 15. This provides the possibility of differential GPS position determination, wherein a 10 15 20 25 30 35 511951 more accurate positioning can be obtained than simply using the signals from the GPS satellites.

Som en variant för farkostens navigering inom det område som ska avsökas kan farkosten vara utrustad med instrument 16 för laserinmätning. Vid användning av denna variant utplaceras laserreflektorer 17 invid det område som ska avsökas. Genom inmätning av laserreflektoremas placering kan farkostens 1 position bestämmas med mycket hög noggrannhet och tillförlitlighet.As a variant for the navigation of the vessel within the area to be scanned, the vessel may be equipped with instrument 16 for laser measurement. When using this variant is deployed laser detectors 17 adjacent the area to be scanned. By measuring the laser rectifiers location, the position of the vessel 1 can be determined with very high accuracy and reliability.

Basstationen 2 innehåller en utvärderingsenhet 18 för utvärdering av data från sensorfusionsenheten 7 för sammanställning av data från sensorema 9, van/id om utvärderingen resulterar i bedömningen att en mina är påträffad, data om minan samt dennas aktuella position förs in i en databas 19 för loggning av rninans position. Kontinuerligt registeras medelst en registreringsenhet 18b även sensorernas 9 position under avsökningsförloppet. Dessa registrerade data för sensorpositionen förs fortlöpande in i databasen 19, vilket innebär att man ur databasen kan erhålla den infonnation som eftersträvas, dvs positionen för påträffade minor, och uppgifter om vilka zoner som överfarits av minsensorema och vilka zoner som ej blivit avsökta. Genom utnyttjande av metoden använd för anordningen.är det möjligt att erhålla uppgifter om nämnda zoner med noggrannhet på omkring en cm när.The base station 2 contains an evaluation unit 18 for evaluating data from the sensor fusion unit 7 for compiling data from the sensors 9, van / id about the evaluation results in the assessment that a mine has been found, data about the mine and its current position entered into a database 19 for logging the position of the rninan. Continuously registered by means of a registration unit 18b also the position of the sensors 9 during the scanning process. These registered data for the sensor position is continuously entered into the database 19, which means that one leaves the database can obtain the information sought, ie the position of mines found, and information about which zones have been crossed by the memory sensors and which zones have not been scanned. Through utilization of the method used for the device.it is possible to obtain information about the said zones with an accuracy of about one cm when.

Ett användargränssnitt 20 är också visat för anordningen enligt figur 1. Gränssnittet 20 utgör medlet för en operatör av anordningen att till styrprogrammet överföra information om det geografiska läget för det område som ska avsökas, samt ger möjlighet för operatören att lägga in data om hinder inom området _ Styrsystemet genererar ett system av brytpunkter 21 som farkosten 1 i tur och ordning ska besöka. I styrsystemet finns inlagda styrlagar för farkosten som gör att farkosten 1 tvingas passera dessa brytpunkter 21. Brytpunktema 21 läggs ut i terrängen så att farkostens sensorer 9 kommer att svepa över hels det område som är föremål för avsökning, varvid hänsyn även tas till att terrängen är kuperad, vilket gör att en tredimensionell karta över ornrådet måste användas enligt inom teknikområdet känt sätt. Operatören programmerar in i styrsystemet de hinder 23 som förekommer inom området via gränssnittet 20. Härvid skapar styrsystemet automatiskt förbjudna zoner 22 kring dessa hinder 23, där dessa förbjudna zoner 22 har en utbredning sådana att ingen del av farkosten kan kollidera med hindren 23 om farkostens 1 mittpunkt befinner sig 10 15 20 511 951 utanför nämnda förbjudna zoner 22. Om roboten i form av farkosten 1 upptäcker en mina 10 under sin avsökning av området skapas automatiskt på motsvarande sätt förbjudna zoner runt rninan, där den förbjudna zonen har en sådan utbredning att ingen del av farkosten 1 passerar över minan så länge farkostens mittpunkt är utanför den förbjudna zonen. När roboten kör från en brytpunkt 21 till efterföljande brytpunkt 21 enligt styrprogrammet, så beräknas i styrsystemet den bana som roboten ska färdas i terrängen fram till den efterföljande brytpunkten. Om denna bana skär en förbjuden zon 22, så kommer styrsystemet att komplettera en lista med befintliga brytpunkter 21 med nya brytpunkter, så som visas i figur 8, varvid den förbjudna zonen 22 kommer att undvikas av farkosten 1. I figur 5 representeras det redan avsökta området av hänvisning 24.A user interface 20 is also shown for the device according to Figure 1. The interface 20 constitutes the means for an operator of the device to transmit information about it to the control program geographical location of the area to be scanned, as well as allowing the operator to enter data on obstacles in the area _ The control system generates a system of breakpoints 21 which the vessel 1 in turn must visit. The control system contains control laws for the vessel, which means that vessel 1 is forced pass these breakpoints 21. The breakpoints 21 are laid out in the terrain so that the vehicle's sensors 9 will sweep over the entire area that is subject to scanning, taking into account that the terrain is hilly, which means that a three-dimensional map of the boar area must be used according to methods known in the art. The operator programs into the control system the obstacles 23 which occurs in the area via the interface 20. In this case, the control system creates automatically forbidden zones 22 around these obstacles 23, where these forbidden zones 22 have a spread such that no part of the craft can collide with obstacles 23 if the center of the craft 1 is located 10 15 20 511 951 outside the said prohibited zones 22. If the robot in the form of the craft 1 detects a mina 10 during its scan of the area, prohibited zones are automatically created in a corresponding manner rninan, where the prohibited zone has such an extent that no part of the vessel 1 passes over the mine as long as the center of the craft is outside the prohibited zone. When the robot runs from a breakpoint 21 to the subsequent breakpoint 21 according to the control program, is calculated in the control system the path that the robot is to travel in the terrain up to the subsequent breaking point. About this lane intersects a prohibited zone 22, then the control system will supplement a list of existing ones breakpoints 21 with new breakpoints, as shown in Figure 8, the forbidden zone 22 will be avoided by vessel 1. In Figure 5, the area already scanned is represented by reference 24.

Vad som ovan sägs om automatisk avsökning av ett givet område kan naturligtvis ändras funktionsmässigt på så sätt att operatören själv styr farkosten 1 via ett användargränssnitt 20 på ett säkert avstånd från farkosten 1. Även i detta utförande kartläggs och loggas på motsvarande sätt som beskrivits ovan upptäckta minor resp avsökta och icke avsökta zoner.What is said above about automatic scanning of a given area can of course be changed functionally in such a way that the operator himself controls the vessel 1 via a user interface 20 on a safe distance from the craft 1. Also in this embodiment, the corresponding is mapped and logged methods described above, mines discovered and scanned and non-scanned zones, respectively.

Claims (1)

5 10 15 20 25 30 35 511 951 PATENTKRAV Anordning för avsökning av ett förutbeståmt område (4) för detektering av minor (10), där anordningen innefattar ett fordon ( 1) som styrs via ett styrprogram i ett styrsystem från en basstation (2) att avsöka omrâdet (4) enligt ett förutbestämt mönster, där fordonet (1) vidare är utrustat med minst en sensor (9) för detektering av rninor (10) inom området (4), kännetecknad av att fordonet (1) innefattar ett navigationssystem som bestämmer fordonets position inom området (4) med hög noggrannhet, att fordonet (1) innefattar medel (13) för bestämning av fordonets orientering, att styrprogrammet är anordnat att erhålla positionsdata om kända hinder (23) inom området (4) och positionsdata om hinder som hinderdetekterande sensorer på fordonet upptäcker samt positionsdata för hinder i form av rninor ( 10) som upptäcks, att styrprogrammet är anordnat att styra fordonet så att hindren (23) undviks vid avsökning av området (4) enligt mönstret och att anordningen innefattar medel ( 19) för loggning av data som beskriver de zoner inom området som avsökts av de mindetekterande sensorema (9) samt loggning av data som beskriver de zoner inom området (4) som ej avsökts av de mindetekterande sensorema (9). Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att styrsystemet inom området (4) genererar ett system av brytpunkter (21), vilka roboten (1) i tur och ordning ska besöka. Anordning enligt patentkrav 2, kännetecknad av att styrsystemet genererar brytpunkter (21) runt hinder (23) och upptäckta minor (10) för att skapa en ny bana som roboten (1) ska följa. Anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att navigationssystemet innefattar en GPS- mottagare (12) för bestämning av robotens (1) position genom GPS-navigering. Anordning enligt patentkrav 4, kännetecknad av att navigationssystemet använder en separat positionsreferens från en GPS-referensstatíon ( 15) för bestämning av robotens (1) position medelst differentiell GPS-navigering. Anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att laserreflektorer ( 17) är utplacerade inom området (4), varvid robotens (1) navigationssystem genom inmätning av reflektorerna bestämmer robotens position. 10 511 951 Anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att medlet (19) för loggning av data utgörs av ett minne i basstationen (2). Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att medlet för bestämning av robotens (1) orientering utgörs av en separat kursreferens (13), vilken innefattar ett gyro,5 10 15 20 25 30 35 511 951 CLAIMS Device for scanning a predetermined area (4) for detecting mines (10), the device comprising a vehicle (1) which is controlled via a control program in a control system from a base station (2) scanning the area (4) according to a predetermined pattern, wherein the vehicle (1) is further equipped with at least one sensor (9) for detecting signals (10) within the area (4), characterized in that the vehicle (1) comprises a navigation system which determines the position of the vehicle in the area (4) with high accuracy, that the vehicle (1) comprises means (13) for determining the orientation of the vehicle, that the control program is arranged to obtain position data on known obstacles (23) in the area (4) and position data on obstacles as obstacle detection sensors on the vehicle and position data for obstacles in the form of signals (10) which are detected, that the control program is arranged to steer the vehicle so that the obstacles (23) are avoided when scanning the area (4) according to the pattern and that The means comprises means (19) for logging data describing the zones within the area scanned by the memory detecting sensors (9) and logging data describing the zones within the area (4) not scanned by the memory detecting sensors (9). Device according to claim 1, characterized in that the control system within the area (4) generates a system of breakpoints (21), which the robot (1) is to visit in turn. Device according to claim 2, characterized in that the control system generates breakpoints (21) around obstacles (23) and detected mines (10) to create a new path that the robot (1) must follow. Device according to claim 3, characterized in that the navigation system comprises a GPS receiver (12) for determining the position of the robot (1) by GPS navigation. Device according to claim 4, characterized in that the navigation system uses a separate position reference from a GPS reference station (15) for determining the position of the robot (1) by means of differential GPS navigation. Device according to Claim 3, characterized in that laser reactors (17) are located within the area (4), the navigation system of the robot (1) determining the position of the robot by measuring the reactors. Device according to claim 3, characterized in that the means (19) for logging data consists of a memory in the base station (2). Device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for determining the orientation of the robot (1) consists of a separate course reference (13), which comprises a gyro,