DE3538908A1

DE3538908A1 - Autonomous on-board locating system for determining the position and protecting against collision of robot and industrial trucks

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Publication number: DE3538908A1
Application number: DE19853538908
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Holzapfel; Burger Dipl Ing Nath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-02
Filing date: 1985-11-02
Publication date: 1987-05-21

Abstract

When mobile robots or driverless industrial trucks have to approach arbitrarily predeterminable point targets with high accuracy in known operational areas which are partly built up (storage halls and others), a flexible locating system with low position measuring errors is called for which avoids collisions. Conventional guide aids such as induction loops and unreferenced compound navigation methods only incompletely meet these requirements. According to the invention, this object is achieved by an on-board locating system (Figure 2) in which distance sensors (13, 14) are used for continuously measuring the instantaneous distances of the vehicle from the lateral track limits for the purpose of referencing compound navigation. The distance sensors (15, 16) can be optionally used for measuring in or in opposition to the direction of travel. All measurement values are continuously compared with the digital map of the operational area, contained in an electronic reference memory (25), by means of a correlation circuit (26) and the position data associated in each case with the correlation peak are read out of the reference memory (25). A subsequent decision circuit (28) selects the correct position for the steering computer from the two available position measurement values (compound or reference data) on the basis of a plausibility check. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bordautonomes Ortungssystem als Hilfsmittel zur teil- oder vollautomatischen Führung von Roboter- und Flurförderfahrzeugen. Ein derartiges Ortungssystem muß es dem einzelnen Fahrzeug prinzipiell ermöglichen, innerhalb eines bekannten, teilweise bebauten und abgegrenzten Operationsgebietes - z. B. eine Lagerhalle oder eine Fertigungsstraße - ohne weitere Hilfen von außen den eigenen Standort allein durch bordseitige Meß- und Signalverarbeitungsprozesse zu bestimmen. Dadurch wird es möglich, auf vorgegebenen Fahrwegen mit Hilfe eines zusätzlich vorhandenen, bordseitigen Lenkrechners Punktziele anzufahren. Voraussetzung ist hierfür eine Kollisionsvermeidung mit den Fahrbahnbegrenzungen oder mit anderen Fahrzeugen.The present invention relates to an on-board autonomous positioning system Tools for partially or fully automatic guidance of robots and Industrial trucks. Such a positioning system must be up to the individual In principle enable the vehicle within a known, partially built-up area and delimited area of operation - e.g. B. a warehouse or production line - your own location without any outside help to be determined by on-board measurement and signal processing processes. Thereby it will be possible to travel on predetermined routes with the help of an additional, to approach point targets on-board steering computer. Requirement is to avoid collisions with the lane boundaries or with others Vehicles.

Es ist allgemein bekannt, daß für den Betrieb von nichtschienengebundenenFlurförderfahrzeugen eine Führungshilfe entlang der Fahrwege erforderlich ist, die derzeit überwiegend mit im Boden verlegten Induktionsschleifen, ggf. auch mit anderen am Boden angebrachten Markierungen realisiert wird. Ohne diese Führung würde ein entsprechendes Fahrzeug schon nach einer kurzen Wegstrecke vom Weg abkommen und seine Aufgabe nicht mehr erfüllen können.It is generally known that for the operation of non-rail-bound industrial vehicles guidance along the routes is required currently mainly with induction loops installed in the floor, possibly also with other markings on the floor. Without this guidance a corresponding vehicle would be off after a short distance come off and can no longer fulfill his task.

Diese leitdrahtgestützen Führungshilfen erfordern einen z. T. erheblichen Aufwand an Material, Geräten, Installationen und Wartung. Nachteilig ist insbesondere, daß sowohl bei einer Erweiterung als auch bei einer Änderung der Streckenführung die neu erforderlichen Installationen umständlich und zeitraubend sind und hohe Kosten erfordern.These guide wire-based guide aids require a z. T. considerable effort of material, devices, installations and maintenance. A particular disadvantage is that both with an expansion and with a change in the route the newly required installations are cumbersome and time consuming and require high costs.

Es ist ferner allgemein bekannt (vgl. z. B. /1/), daß mit Hilfe von bordseitigen, weg- und winkelmessenden Sensoren nach dem Prinzip der Koppelnavigation die Position eines bewegten Fahrzeuges laufend berechnet werden kann. Vorteilhaft ist hier, daß diese Positionsmessungen bordautonom ohne äußere Hilfsmittel vorgenommen werden können und daß die Meßsignale ständig - z. B. auch bei Kurvenfahrten - zur Verfügung stehen. Als nachteilig erweist sich jedoch, daß der Positionsmeßfehler entsprechend der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke ansteigt, weil die Weg- und Winkelmessung der Sensoren fehlerbehaftet ist. Deshalb ist dieses Verfahren für sich allein zur bordseitigen Messung der Position von Fahrzeugen über längere Fahrstrecken nicht geeignet. It is also generally known (see e.g. / 1 /) that with the help of onboard displacement and angle measuring sensors based on the principle of dead reckoning the position of a moving vehicle can be calculated continuously. Advantageous is here that these position measurements are autonomous on board without external aids can be made and that the measurement signals constantly - z. B. also at Cornering - are available. However, it proves disadvantageous that the position measurement error corresponding to the distance covered by the vehicle increases because the displacement and angle measurement of the sensors is faulty. That's why is this procedure in itself for measuring the position on board not suitable for vehicles over long journeys.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bordseitiges Meßsystem für die laufende Positionsbestimmung eines fahrerlosen Flurförderfahrzeuges oder irgendeines anderen Roboterfahrzeuges zu schaffen, welches eine genaue teil- oder vollautomatische Fahrzeugbewegung entlang von beliebigen, vorgegebenen Fahrwegen in jedem abgegrenzten und bekannten Operationsgebiet, dessen Bebauungsmerkmale kartenmäßig erfaßt werden können, ermöglicht. Gleichzeitig soll durch das System eine Kollision mit den Fahrbahnbegrenzungen oder anderen automatisch geführten Fahrzeugen verhindert werden.The invention is based, an onboard measurement system for the task ongoing determination of the position of a driverless industrial truck or any other to create another robot vehicle, which is an exact partial or fully automatic vehicle movement along any given route in each defined and known area of operation, its development characteristics can be recorded on the map. At the same time through the system a collision with the lane boundaries or other automatically guided ones Vehicles can be prevented.

Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das Roboter- bzw. fahrerlose Flurförderfahrzeug mit einem bordautonomen Ortungssystem ausgerüstet wird, welches konstruktiv und schaltungsmäßig so gestaltet ist, daß einerseits die Vorzüge der Koppelnavigation genutzt werden können und andererseits aufgrund einer zusätzlichen, hochgenauen Stützschaltung im Ortungssystem ein bordseitig vorhandener Lenkrechner in der Lage ist, das Fahrzeug auch auf vergleichsweise engen Fahrbahnen über lange Fahrstrecken präzise zu führen. Dies geschieht erfindungsmäßig durch eine Anordnung des bordseitigen Ortungssystems, die es erlaubt, laufend die Fahrbahnbreite und die Fahrbahnlänge mit Hilfe von Abstandssensoren zu messen und mit Referenzwerten zu vergleichen. Die schaltungstechnische Aufbereitung der Signale der Abstandssensoren durch das Ortungssystem ermöglicht gleichzeitig auch die Kollisionsverhütung.The object is achieved according to the invention in that the robot or driverless Industrial truck is equipped with an on-board autonomous positioning system, which is designed constructively and in terms of circuitry so that on the one hand the Advantages of dead reckoning can be used and on the other hand due to a additional, high-precision support circuit in the location system an existing onboard Steering computer is able to drive the vehicle even on comparatively tight To guide lanes precisely over long distances. This happens according to the invention by an arrangement of the on-board location system that allows it to run continuously the width and length of the road with the help of distance sensors measure and compare with reference values. The circuit preparation the signals from the distance sensors through the location system enables simultaneously also collision prevention.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung messen diese Abstandssensoren des Ortungssystems primär die Entfernung des Fahrzeuges zu den durch technische oder natürliche Merkmale gegebenen seitlichen Begrenzungen der Fahrbahnen fortwährend - sowohl beidseitg quer zur Fahrtrichtung als auch in bzw. entgegengesetzt zur Fahrtrichtung. Diese Folge der zeitabhängigen Abstandsmeßwerte dient nach Codierung zur laufenden Ermittlung der ortsabhängigen Fahrbahnbreite bzw. -länge mittels einer systeminternen Addierschaltung. Jede Position innerhalb des Operationsgebietes ist durch eine charakteristische Kombination dieser beiden Größen gekennzeichnet. Die zugehörigen Daten sind in einem systeminternen Digitalbaustein nach dem Organisationsschema einer elektronischen Landkarte gespeichert (Fig. 1). Aus der Folge der gemessenen Kombinationen ermittelt die weitere elektronische Schaltung des Ortungssystems die tatsächlich gefahrene Bahn und die momentane Position des Fahrzeuges, indem zur Positionsstützung die gemessenen Fahrbahnbreiten bzw. -längen laufend mit entsprechenden im Ortungssystem in Form einer elektronischen Landkarte gespeicherten Informationen elektronisch verglichen werden. Dieser Vergleich erfolgt mittels einer Korrelationsschaltung, wobei das maximale Signal am Ausgang dieser Schaltung detektiert wird und anschließend die zugehörigen Positionsdaten aus dem Landkartenbaustein ausgelesen werden. Eine nachfolgende Entscheidungsschaltung wählt auf Grundlage einer Plausibilitätsüberprüfung aus den zwei verfügbaren Positionsmeßwerten (Koppeldaten bzw. Stützdaten) die richtige Position für den Lenkrechner aus.According to a further embodiment of the invention, these distance sensors of the location system primarily measure the distance of the vehicle to the lateral boundaries of the roadways given by technical or natural features - both on both sides transverse to the direction of travel and in or opposite to the direction of travel. After coding, this sequence of time-dependent distance measured values is used to continuously determine the location-dependent roadway width or length by means of an internal system adding circuit. Each position within the operating area is characterized by a characteristic combination of these two quantities. The associated data are stored in a system-internal digital module according to the organization scheme of an electronic map ( Fig. 1). From the sequence of the measured combinations, the further electronic circuit of the locating system determines the actually driven path and the current position of the vehicle by continuously comparing the measured road widths or lengths electronically with corresponding information stored in the locating system in the form of an electronic map. This comparison is carried out by means of a correlation circuit, the maximum signal being detected at the output of this circuit and the associated position data subsequently being read out from the map module. A subsequent decision circuit selects the correct position for the steering computer based on a plausibility check from the two available position measurement values (coupling data or support data).

Die codierten seitlichen Abstandsmeßwerte werden gemäß der weiteren Ausgestaltung des Ortungssystems auf eine interne Differenzschaltung gegeben, so daß das Ausgangssignal für den Lenkrechner eine Proportionalinformation für die Ablage des Fahrzeuges von der Fahrbahnmitte darstellt. Auch die Abstandsmeßwerte in bzw. entgegengesetzt zur Fahrtrichtung werden dem Lenkrechner durch das Ortungssystem schaltungsmäßig zwecks Kollisionswarnung zur Verfügung gestellt.The coded lateral distance measured values are according to the further embodiment given the location system to an internal differential circuit, so that the output signal for the steering computer a proportional information for the storage of the vehicle from the center of the lane. The distance measurements in or opposite to the direction of travel, the steering computer is switched by the location system provided for the purpose of collision warning.

Die Messung der Abstände selbst erfolgt in bekannter Weise durch bordseitige Funk-, (Ultra-) Schall- oder Lasersender in Verbindung mit entsprechenden Detektoren für die Echosignale von den Fahrbahnbegrenzungen. Hierzu werden die Sender im Impuls- oder Dauerstrichbetrieb moduliert und ein Laufzeitverfahren angewendet. Auch winkelmessende Verfahren auf Grundlage einer bekannten Meßbasis sind möglich.The distances themselves are measured in a known manner by on-board radio, (Ultra) sound or laser transmitter in connection with appropriate detectors for the echo signals from the lane boundaries. For this purpose, the transmitters are or continuous wave operation modulated and a runtime procedure applied. Even angle measuring Methods based on a known measurement basis are possible.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß keine zusätzlichen Installationen außerhalb des Fahrzeuges (Leitdrähte, Fahrbahnmarkierung, Baken o. ä.) erforderlich werden, des weiteren ist die Führung des Roboterfahrzeuges auch bei beliebig langen Fahrwegen mit der hohen Genauigkeit der Abstandssensoren möglich. Dies bedeutet Meßgenauigkeiten in der Größenordnung von Zentimetern oder besser, die durchaus für einen automatischen Fertigungs- oder Förderablauf notwendig werden können. Die schaltungsmäßige und konstruktiv bewirkte Kombination der Koppelnavigation mit dem Abstandsmeßverfahren ermöglicht ferner eine hohe Störsicherheit, weil auch bei Kruvenfahrten durch gezielte Ab- bzw. Aufschaltung des Stützsignals eine sichere Führung des Fahrzeuges möglich ist. Eine Umstellung im Förder- oder Fertigungsablauf kann zeitsparend durch einen einfachen Austausch des elektronischen Landkarten- Bausteines im Ortungssystem realisiert werden. The advantages of the invention are that no additional installations outside the vehicle (guidewires, road markings, beacons, etc.) required furthermore, the guidance of the robot vehicle is also possible with any length Driving paths possible with the high accuracy of the distance sensors. this means Measuring accuracies on the order of centimeters or better, which are quite may be necessary for an automatic production or conveying process. The circuitry and constructive combination of the dead reckoning with The distance measuring method also enables a high level of interference immunity, because also at Cruising through safe switching off or on of the support signal a safe Guidance of the vehicle is possible. A change in the conveyor or production process can be saved in time by simply exchanging the electronic map Building blocks can be realized in the location system.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Fig. 2 näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with the aid of FIG. 2.

Das bordautonome Ortungssystem besteht aus zwei Hauptbaugruppen:
der Meßwerterfassungseinheit 10 und
der Auswerteeinheit 20 einschließlich des elektronischen Referenzspeichers 25.The on-board autonomous tracking system consists of two main components:
the measured value acquisition unit 10 and
the evaluation unit 20 including the electronic reference memory 25 .

Die vollständige Meßwerterfassungseinheit 10 besteht aus:
a) dem Wegsensor 11 mit Codierungseinheit 11 a zur Erfassung der vom Fahrzeug zurückgelegten Wege; dies ist z. B. ein Hallsensor, der die Anzahl der Umdrehungen eines Fahrzeugrades mißt,
b) dem Lenkwinkelsensor 12 mit Codierungseinheit 12 a zur Erfassung des momentanen Lenkwinkeleinschlages, bezogen auf die Fahrzeuglängsachse; z. B. einem Kurzschlußringsensor,
c) den Sensorsystemen 13 und 14 mit den Codierungseinheiten 13 a und 14 a, geeignet zur Messung des Abstandes von begrenzenden Objekten rechts- und linksseitig der Fahrbahn, relativ zum Fahrzeug. Das Sensorsystem besteht z. B. aus impulsmodulierten Ultraschallsendern und -empfängern mit Auswerteteil für das Schallecho zwecks Ermittlung der Abstände a _l und a _r vom Fahrzeug zu den nach rechts und links benachbarten Objekten nach dem Laufzeitverfahren
d) und den Fahrtrichtungssensoren 15 und 16 mit den Codierungseinheiten 15 a und 16 a zur Bestimmung der Abstände a ₊, a _- zwischen dem Fahrzeug und Objekten in und entgegen Fahrtrichtung; realisiert z. B. ebenfalls durch impulsmodulierte Ultraschallsender mit den zugehörigen Empfangseinrichtungen.The complete measured value acquisition unit 10 consists of:
a) the path sensor 11 with coding unit 11 a for detecting the distances traveled by the vehicle; this is e.g. B. a Hall sensor that measures the number of revolutions of a vehicle wheel,
b) the steering angle sensor 12 with coding unit 12 a for detecting the current steering angle, based on the longitudinal axis of the vehicle; e.g. B. a short-circuit ring sensor,
c) the sensor systems 13 and 14 with the coding units 13 a and 14 a , suitable for measuring the distance from limiting objects on the right and left sides of the road, relative to the vehicle. The sensor system consists, for. B. from pulse-modulated ultrasonic transmitters and receivers with an evaluation part for the sound echo in order to determine the distances a _l and a _r from the vehicle to the objects to the right and left adjacent according to the transit time method
d) and the direction of travel sensors 15 and 16 with the coding units 15 a and 16 a for determining the distances a ₊ , a _- between the vehicle and objects in and against the direction of travel; realized z. B. also by pulse-modulated ultrasound transmitter with the associated receiving devices.

Die vollständige Auswerteeinheit 20 umfaßt:
a) den Steuerungsteil 21,
welcher nach jeweils äquidistanten, vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstücken eine Messung des Lenkwinkelsensors 12 und der Abstandssensoren 13-16 auslöst,
b) den Positionsrechner 22,
der aus den codierten Meßwerten des Wegsensors 11, 11 a und des Lenkwinkelsensors 12, 12 a die Position P* (x, y) nach dem Prinzip der Koppelnavigation des Fahrzeuges errechnet,
c) die Addierer 23 und 23 a,
die aus den codierten Meßwerten der Abstandssensoren 13, 13 a 14, 14 a und 15, 15 a, 16, 16 a durch Addition die Summen b = a _l+a _r (=Fahrbahnbreite) bzw. l = a ₊+a _- (=Fahrbahnlänge) der Abstände bilden,
d) den Pufferspeicher 24,
der die Ausgangswerte der Addierer 23 und 23 a speichert und hieraus eine Meßwertfolge M = (b ₁, l ₁), (b ₂, l ₂), . . . (b _n, l _n) mit n Elementenpaaren sequentiell aus den letzten n Messungen bildet,
e) den Subtrahierer 29,
der aus den codierten Meßwerten der Abstandssensoren 13, 13 a und 14, 14 a die Differenz der Abstände Δ b = a _l-a _r bildet und diese zur Kollisionsverhinderung des Fahrzeugs mit den Fahrbahnbegrenzungen an den Lenkrechner des Fahrzeuges ausgibt,
f) dem Referenzspeicher 25,
der als elektronische Landkarte funktioniert, indem jeder Position P′(x,y) innerhalb des Operationsgebietes die Fahrbahnbreite B(x,y) und die Fahrbahnlänge L(x,y) als Elemente der Referenzmatrix R(x,y) = R(B(x,y), L(x,y)) zugeordnet sind. Dieser Referenzspeicher kann z. B. ein Halbleiterspeicher (ROM, PROM oder EPROM) sein,
g) den Vergleicher 26,
der die im Pufferspeicher 24 enthaltene Meßwertfolge M mit den im Referenzspeicher 25 enthaltenen Informationen R(B,L) mit Hilfe einer Korrelationsschaltung vergleicht und die Positionskoordinaten P′(x,y) des letzten Elementes derjenigen Referenzwertfolge R′(B′,L′) ausgibt, die die größte Übereinstimmung (Korrelationsmaximum) mit der aktuellen Meßwertfolge M hat,
h) den Positionsspeicher 27,
der die aktuelle Fahrzeugposition (P(x _F, y _F) übernimmt,
i) die Entscheidungseinheit 28,
die die vom Positionrechner 22 berechnete Positionen P*(x,y) und die vom Vergleicher zur Verfügung gestellte Position P′(x,y) übernimmt und durch eine logische Schaltung den genaueren Positionswert als Position des Fahrzeugs P(x _F,y _F) and den Lenkrechner ausgibt. Dies geschieht durch die Schaltung in folgender Weise: Wenn der Abstand der Positionen P*(x,y) und P′(x,y) unterhalb eines einstellbaren Grenzwertes G liegt, wird die durch den Stützprozeß ermittelte Position P′(x,y) als Position des Fahrzeuges (P(x _F,y _F) = P′(x,y)) ausgegeben. Andernfalls gilt für die Fahrzeugposition P(x _F,y _F) = P*(x,y), d. h. die Koppelposition geht an den Lenkrechner,
j) und dem Positionsspeicher 27,
der die von der Entscheidungseinheit 28 ausgegebene Fahrzeugposition P(x _F,y _F) speichert, um diese dem Vergleicher 26 zur schnelleren Auffindung der in Frage kommenden Referenzfolgen R′ zur Verfügung zu stellen. Die codierten Abstandsmeßwerte der Sensoren 15, 15 a und 16, 16 a werden durch die Auswerteeinheit 20 dem externen Lenkrechner direkt zur Kollisionsverhütung zur Verfügung gestellt.The complete evaluation unit 20 comprises:
a) the control part 21 ,
which, after each equidistant by the vehicle spans a measurement of the steering angle sensor 12 and the distance sensors 13 to 16 triggers,
b) the position calculator 22 ,
which calculates the position P * ( x, y ) from the coded measured values of the displacement sensor 11 , 11 a and the steering angle sensor 12 , 12 a according to the principle of the coupling navigation of the vehicle,
c) adders 23 and 23 a ,
the sum of b = a _l + a _r (= roadway width) or l = a ₊ + a _- (from the coded measured values of the distance sensors 13 , 13 a 14 , 14 a and 15 , 15 a , 16 , 16 a by adding = Lane length) of the distances,
d) the buffer memory 24 ,
which stores the output values of the adders 23 and 23 a and from this a measured value sequence M = ( b ₁ , l ₁ ), ( b ₂ , l ₂ ),. . . ( b _n , l _n ) with n pairs of elements sequentially from the last n measurements,
e) the subtractor 29 ,
which forms the difference between the distances Δ b = a _l - a _r from the coded measured values of the distance sensors 13 , 13 a and 14 , 14 a and outputs them to the vehicle's steering computer to prevent the vehicle from colliding with the roadway limitations,
f) the reference memory 25 ,
which functions as an electronic map, in that each position P ′ ( x, y ) within the operating area has the lane width B ( x, y ) and the lane length L ( x, y ) as elements of the reference matrix R ( x, y ) = R ( B ( x, y ), L ( x, y )) are assigned. This reference memory can e.g. B. a semiconductor memory (ROM, PROM or EPROM),
g) the comparator 26 ,
which compares the measured value sequence M contained in the buffer memory 24 with the information R ( B, L ) contained in the reference memory 25 with the aid of a correlation circuit and the position coordinates P '( x, y ) of the last element of that reference value sequence R ' ( B ', L ') outputs that has the greatest correspondence (correlation maximum) with the current measured value sequence M ,
h) the position memory 27 ,
which takes over the current vehicle position ( P ( x _F , y _F ),
i) the decision unit 28 ,
which takes over the positions P * ( x, y ) calculated by the position computer 22 and the position P ′ ( x, y ) made available by the comparator and, by means of a logic circuit, the more precise position value as the position of the vehicle P ( x _F , y _F ) and outputs the steering computer. The circuit does this in the following way: If the distance between the positions P * ( x, y ) and P ′ ( x, y ) is below an adjustable limit value G , the position P ′ ( x, y ) determined by the support process is output as the position of the vehicle ( P ( x _F , y _F ) = P ′ ( x, y )). Otherwise, the following applies to the vehicle position P ( x _F , y _F ) = P * ( x, y ), ie the coupling position goes to the steering computer,
j) and the position memory 27 ,
which stores the vehicle position P ( x _F , y _F ) output by the decision unit 28 in order to make it available to the comparator 26 for faster finding of the reference sequences R ′ in question. The coded distance measured values of the sensors 15 , 15 a and 16 , 16 a are made available by the evaluation unit 20 to the external steering computer directly for collision prevention.

Der Funktionsablauf im bordautonomen Ortungssystem stellt sich folgendermaßen dar:The functional sequence in the on-board autonomous positioning system is as follows represents:

Die Meßdaten der Sensoren 11 bis 16 werden laufend in den Codierungseinheiten 11 a bis 16 a in vorgegebene Datenformen umgesetzt. Mit dem Taktsignal des Steuerungsteiles 21, das aus dem codierten Signal des Wegsensors 11 nach Zurücklegung von äquidistanten Wegstücken s erzeugt wird, werden die Messungen des Lenkwinkelsensors 12, 12 a und der Abstandssensoren 13-16 ausgelöst. Mit Kenntnis des Lenkwinkeleinschlages, geliefert vom Lenkwinkelsensor 12, 12 a und der jeweils zurückgelegten Wegstücke, gewonnen durch den Wegsensor 11, 11 a und dem Steuerungsteil 21, kann der Positionsrechner 22 bei bekannter Fahrzeuggeometrie den momentanen Fahrtwinkel und damit die Position p* (x,y) des Fahrzeuges berechnen.The measurement data from the sensors 11 to 16 are continuously converted into predetermined data forms in the coding units 11 a to 16 a . The measurements of the steering angle sensor 12 , 12 a and the distance sensors 13 - 16 are triggered with the clock signal of the control part 21 , which is generated from the coded signal of the travel sensor 11 after covering equidistant travel sections s . With knowledge of the steering angle, delivered by the steering angle sensor 12 , 12 a and the distance traveled in each case, obtained by the distance sensor 11 , 11 a and the control part 21 , the position computer 22 can know the current travel angle and thus the position p * ( x, y ) calculate the vehicle.

Mit den codierten Ausgangssignalen a _l, a _r bzw. a ₊, a _- der Abstandssensoren 13, 14, 15 und 16 werden in den Addierern 23 und 23 a die Summensignale b bzw. l gebildet, die den Abständen der Objekte voneinander entsprechen, die die Fahrbahn rechtsseitig und linksseitig bzw. noch vorn und nach hinten begrenzen. Die Ausgangssignale der Addierer 23 und 23 a gelangen sequentiell in einen Pufferspeicher 24 zur Bildung der Meßwertfolge M.With the coded output signals a _l , a _r and a ₊ , a _{- of} the distance sensors 13 , 14 , 15 and 16 , the sum signals b and l are formed in the adders 23 and 23 a , which correspond to the distances of the objects from one another limit the lane on the right and left sides or still in front and back. The output signals of the adders 23 and 23 a pass sequentially into a buffer memory 24 to form the measurement sequence M.

Im Vergleicher 26 wird die Meßwertfolge M mit den im Referenzspeicher 25 gespeicherten Referenzinformation R(B,L) mit Hilfe der Korrelationsschaltung verglichen. Die Korrelation liefert diejenige Referenzwertfolge R′(B′,L′), die die größte Übereinstimmung (Korrelationsmaximum) mit der aktuellen Meßwertfolge M hat. Die Referenzwertfolge R′(B′,L′) der Korrelationsschaltung besteht wie die Meßwertfolge M aus n Elementpaaren, gebildet aus den Speicherwerten B′ bzw. L′ der Referenzwerte (Fahrbahnbreite bzw. Fahrbahnlänge). Das n-te Elementpaar dieser Referenzwertfolge R′(B′,L′) ist dem aktuellsten Meßwertpaar der Meßwertfolge M zugeordnet und liefert den Positionsstützwert P′(x,y). Da die Korrelationsschaltung unabhängig von der Reihenfolge der Elemente eines Paares diese Auswahl trifft, ermöglicht der Vergleicher 26 eine Bestimmung der Positionsstützwerte P′(x,y) unabhängig von der Fahrtrichtung. Der momentane Positionsstützwert P′(x,y) wird an die Entscheidungseinheit 28 ausgegeben. Hier wird überprüft, ob die vom Positionsrechner 22 berechnete Koppelposition P*(x,y) mit den Positionskoordinaten P′(x,y) des Vergleichers 26 übereinstimmt. Der Fahrzeugpositionswert P(x _F,y _F-) wird an den Fahrzeuglenkrechner ausgegeben. Bei Unterschreitung des Abstandsgrenzwertes G gibt die Entscheidungseinheit 28 an den Kopplungsrechner 22 ein Signal zum Rücksetzen und übermittelt die Fahrzeugposition P(x _F,y _F) = P′(x,y) als neuen Anfangswert für die Koppelnavigation. Die von der Entscheidungseinheit 28 gefundene neue Position P(x _F,y _F-) des Fahrzeugs wird sowohl an den Lenkrechner des Fahrzeuges zur Führung ausgegeben als auch dem Positionsspeicher 27 übermittelt, damit der Vergleicher 26 zum schnellen Auffinden der gesuchten Referenzwertfolge R′(B′,L′) auf die zuletzt bestimmte Position (P(x _F,y _F) zurückgreifen kann, um so eine gezielte Suche in den Referenzspeicherinformationen (R(B,L) zu ermöglichen.In the comparator 26 , the measured value sequence M is compared with the reference information R ( B, L ) stored in the reference memory 25 with the aid of the correlation circuit. The correlation provides that reference value sequence R ′ ( B ′, L ′) that has the greatest correspondence (correlation maximum) with the current measurement value sequence M. The reference value sequence R ′ ( B ′, L ′) of the correlation circuit, like the measurement value sequence M, consists of n element pairs, formed from the stored values B ′ and L ′ of the reference values (roadway width or roadway length). The nth pair of elements of this reference value sequence R ′ ( B ′, L ′) is assigned to the most recent measured value pair of the measured value sequence M and supplies the position reference value P ′ ( x, y ). Since the correlation circuit makes this selection irrespective of the order of the elements of a pair, the comparator 26 enables the position support values P ′ ( x, y ) to be determined independently of the direction of travel. The current position base value P ′ ( x, y ) is output to the decision unit 28 . It is checked here whether the coupling position P * ( x, y ) calculated by the position computer 22 matches the position coordinates P ′ ( x, y ) of the comparator 26 . The vehicle position value P ( x _F , y _{F -} ) is output to the vehicle steering computer. If the distance limit G is undershot, the decision unit 28 sends a signal to the coupling computer 22 to reset and transmits the vehicle position P ( x _F , y _F ) = P ′ ( x, y ) as the new initial value for the dead reckoning. The new position P ( x _F , y _F -) of the vehicle found by the decision unit 28 is both output to the steering computer of the vehicle for guidance and also transmitted to the position memory 27 so that the comparator 26 for quickly finding the desired reference value sequence R ′ ( B ', L ') can access the last determined position ( P ( x _F , y _F ), in order to enable a targeted search in the reference memory information ( R ( B, L ).

Zu Beginn der Fahrt kann gegebenenfalls die Anfangsposition des Fahrzeuges in die Entscheidungseinheit 28 eingegeben werden, um so die Zeitdauer für die erste Positionsermittlung zu verringern. Diese Eingabe ist aber nicht zwingend notwendig, da das System nach der Bildung der ersten Meßwertfolge M mit der Bestimmung der eigenen Position beginnt. Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführbeispiel gebunden. So können anstelle einzelner Komponenten und Schaltungen in der Funktion äquivalente Funktionen und Schaltungen treten, z. B.
- die aktiven, laufzeitmessenden Abstandssensoren können durch passive optische Entfernungsmesser oder bildverarbeitende Entfernungsmesser ersetzt werden;
- für die Weg- und Winkelsensoren können auch Beschleunigungsmesser mit nachgeschalteten Integratoren und Kreiselgeräte eingesetzt werden;
- die Signalverarbeitungsschaltungen 21-29 können analog, digital oder hybrid ausgeführt werden;
- die Codiereinheiten 11 a-16 a können je nach Sensor- oder Schaltungsauslegung teilweise oder ganz entfallen.At the start of the journey, the starting position of the vehicle can optionally be entered in the decision unit 28 , in order to reduce the time period for the first position determination. However, this entry is not absolutely necessary, since the system begins with the determination of its own position after the formation of the first measured value sequence M. The invention is not tied to the exemplary embodiment described. So instead of individual components and circuits in the function equivalent functions and circuits occur, for. B.
- The active, time-measuring distance sensors can be replaced by passive optical rangefinders or image-processing rangefinders;
- Accelerometers with downstream integrators and gyroscopes can also be used for the displacement and angle sensors;
- The signal processing circuits 21-29 can be designed analog, digital or hybrid;
- Depending on the sensor or circuit design, the coding units 11 a - 16 a can be partially or completely omitted.

Auch können die 4 Abstandssensoren 13/13 a bis 16/16 a durch einen oder zwei ggf. rotierende Abstandssensoren ersetzt werden, die die Messungen sequentiell durchführen. Die Grenzwerteinstellung G und die Anfangsposition können durch den Lenkrechner oder manuell erfolgen, ebenso ist eine visuelle Anzeige des Positionsmeßwertes P(x _F,y _F) möglich.Also, the distance sensors 4 13/13 a can be replaced by a one or two optionally rotating distance sensors 16, which perform the measurements sequentially to 16 /. The limit value setting G and the starting position can be carried out by the steering computer or manually, and a visual display of the position measurement value P ( x _F , y _F ) is also possible.

References

(1) TELDIX GmbH (Hrsg.)
Taschenbuch der Navigation
Eigenverlag Heidelberg (1979),
ISBN 3-9800294-0-9
S. 91(1) TELDIX GmbH (ed.)
Paperback of navigation
Self-published Heidelberg (1979),
ISBN 3-9800294-0-9
P. 91

Claims

1) On-board autonomous location and collision protection system as an aid for guiding robotic and driverless industrial trucks according to the dead reckoning method on specified routes with technical or natural features side limits, characterized in that with at least one system-specific distance sensor the current lane width and length continuously with An addition circuit can be determined and corresponding reference values stored beforehand in the location system can be evaluated by a comparator circuit for maximum correlation with the measured value sequences in order to obtain the current base value and error compensation for the coupling data, and also a subtraction circuit for forming the difference between the left and right sides Distance values measured for the direction of travel for the purpose of deriving a control signal for safely guiding the vehicle in the middle of the lane and two additional outputs for measuring the distance in each case direction of travel in order to prevent collisions.

2) Autonomous location system according to claim 1, characterized in that the Distance measurement in and opposite to the direction of travel is not necessary.