DE19816785C2

DE19816785C2 - Verfahren zur Positionsbestimmung und/oder Führung eines beweglichen Objektes

Info

Publication number: DE19816785C2
Application number: DE19816785A
Authority: DE
Inventors: E Kunze; Peter Elster; Hans-H Goetting
Original assignee: Goetting KG
Current assignee: Goetting KG
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: DE19816785A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (US 4 727 492 A).

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, wie es häufig zur Positionsbestimmung von Ob jekten oder zur leitdrahtlosen Führung von Fahrzeugen benutzt wird. Ein solches Fahrzeug verfügt über einen eigenen Antrieb, Einrichtungen zur Lenkung mit Sensoren, die die Umge bung des Fahrzeugs erfassen und einen Rechner, der die Sensorsignale zur Steuerung des Fahrzeugs umsetzt.

Es ist bekannt, Lasernavigation zur Führung von Fahrzeugen einzusetzen. In US 4 817 000 A werden mit einem Laserscanner die Abstände zu mindestens drei Marken gemessen, deren Positionen bekannt sind. Aus diesen Daten kann die Position des Fahrzeugs und dessen Rich tungswinkel berechnet werden.

DE 39 30 109 C1 beschreibt, wie die Winkel zwischen der Fahrzeugachse und den Laser strahlen zu den drei Marken gemessen werden. Die Marken sind in einem gleichen Abstand auf einer Linie angebracht.

Auch in US 4 847 769 A werden die Winkel zu mehreren Marken gemessen und mit Schätzwer ten verglichen, die aus einer Koppelnavigation ermittelt werden. Aus den Fehlern zwischen den gemessenen und den geschätzten Winkel werden mit Hilfe eines Kalmanfilters Korrekturwerte für die Position und die Richtungswinkel berechnet. Dafür müssen die Statistiken der zufälligen Fehler der Meßgrößen bekannt sein. Sie werden mangels besserer Kenntnisse in einer für die Berechnung praktikablen Form angenommen.

Alle genannten Verfahren gehen davon aus, daß die Erfassung der Meßgrößen von ein und derselben Position des Fahrzeugs aus erfolgt, d. h. die Fahrzeugbewegung bleibt unberücksich tigt. Dies ist aber in der Praxis nur näherungsweise zulässig, da sich das Fahrzeug mit dem Laserscanner bewegt und der Laser nur mit endlicher Geschwindigkeit rotieren kann. Außer dem wird für die Auswertung eine häufig nicht zu vernachlässigende Rechenzeit benötigt, wäh rend der das Fahrzeug einen Weg zurücklegt. Daher wird jede Marke an einer anderen Position erfaßt. Die Positionsfehler sind ohne Berücksichtigung des zurückgelegten Weges nur dann gering, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sehr klein ist und die Drehzahl des Laserscanners groß ist.

Bei größeren Fahrzeuggeschwindigkeiten erfordert dies jedoch auch eine schneller arbeitende Auswerteeinrichtung, bei der es sich aufgrund der Komplexität der Algorithmen stets um ein aufwendiges Rechnersystem handelt. Dadurch werden die Kosten in die Höhe getrieben.

Aus US 4 727 492 A ist ein Verfahren zu Positionsbestimmung und Führung eines beweglichen Objektes bekannt, mit einem Laserscanner, welcher um eine senkrechte Achse rotiert und die Winkel zu den Marken erfaßt. Zusätzlich ist ein Koppelnavigationssystem vorgesehen, welches die Wegstrecken zwischen den Scanpositionen mißt, wobei jeweils Position und Richtung des Scanners mittels der zurückgelegten Strecken bestimmt und mit den Meßwinkeln korrigiert werden. Koppelnavigation wird im allgemeinen mit Inkrementalgebern und Lenkwinkelsensoren durchgeführt. Trotz des höheren Aufwandes ergeben sich Fehler, z. B. durch Schlupf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine Positionsbestimmung und/oder Führung eines sich bewegenden Objektes unter Berücksichtigung des zurückgelegten Weges möglich ist. Das Verfahren sollte möglichst mit geringem Aufwand auskommen und trotzdem relativ genau sein.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Während sich das Objekt bewegt, erfaßt der Scanner verschiedene reflektierende Marken unter entsprechenden Winkeln. Während dieser Bewegung legt er zwischen jeder Messung einen entsprechenden Weg zurück. Die Positions- und/oder Richtungsberechnung berücksichtigt die zurückgelegte Strecke zwischen den verschiedenen Scanpositionen. Da auch für die Berechnung eine gewis se Zeit notwendig ist, kann bei Bedarf auch die während der Rechenzeit zurückgelegte Weg strecke berücksichtigt werden.

Für die Führung eines Objektes ist nicht nur die aktuelle Position sondern auch die Richtung des Objektes wichtig. Der Scanner befindet sich auf dem Objekt und ist somit in Bezug auf sei ne eigene Achse und auf die Objektachse in einer somit bekannten Position. Es wird nach folgend davon ausgegangen, daß zur Führung des Objektes auch die Richtung des Scanners bzw. des Objektes ermittelt wird, falls dies bei Bedarf erforderlich ist. Nachfolgend wird allge mein nur von Positionsbestimmung gesprochen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Wegstrecken mehr oder weniger genau erfaßt werden und für die Position des Scanners berücksichtigt wer den. Dadurch wird die Positionsbestimmung wesentlich genauer als bei Verfahren, bei denen im Prinzip davon ausgegangen wird, daß während der Messung der verschiedenen Meßwinkel keine Strecke zurückgelegt wird.

Grundsätzlich könnten die Wegstrecken zwischen den Scanpositionen auch mit Radinkremen talgebern erfaßt werden. Diese Sensoren sind jedoch zum Teil sehr teuer und aufwendig in der Montage. Des weiteren versagen sie bei Schlupf. Daher ist es von Vorteil, die Fahrzeugposition mehr oder weniger genau abzuschätzen. Nach Anspruch 2 ist es auch möglich, die Fahrzeug position mehr oder weniger genau zu erfassen bzw. abzuschätzen, wenn die Strecken zwi schen den Meßwinkeln nicht direkt genau erfaßt werden kann oder können. Unter der Annah me, daß sich das Fahrzeug zwischen den Scanpositionen mit etwa gleicher Geschwindigkeit und Richtung einigermaßen gleichförmig und auch etwa in gleicher Richtung bewegt oder daß z. B. bei einer Kreisfahrt die Richtungsänderung gleichmäßig und also bekannt ist, kann die Streckenfortführung aus den alten bisherigen Werten extrapoliert werden.

Durch die Messungen mit dem Scanner werden die extrapolierten Werte überprüft bzw. z. T. auch korrigiert.

Nach Anspruch 2 wird nachfolgend im allgemeinen davon ausgegangen, daß das Objekt ein Fahrzeug ist. Besonders interessant ist dieses Verfahren für sogenannte fahrerlose Transport fahrzeuge. Im innerbetrieblichen Transport fahren diese Fahrzeuge häufig mit 1 m/s. Laser scanner rotieren häufig mit etwa zehn Umdrehungen pro Sekunde, so daß pro Umdrehung im merhin 100 mm zurückgelegt werden. Für ein mm-genaues Fahren ist diese Strecke aber nicht mehr zu vernachlässigen. Durch die Erfindung ist es jedoch möglich, mit relativ einfachen Mit teln die Fahrzeuge mit der geforderten Genauigkeit zu führen. Prinzipiell könnten Scanner mit unterschiedlichsten Frequenzen und Techniken verwendet werden. Laserscanner sind jedoch sehr vorteilhaft, da sie sehr genau und relativ preiswert sind.

Fehler in der zugrundegelegten Geschwindigkeit bzw. Richtung führen insbesondere bei länge ren Fahrstrecken zu einer nicht mehr zu vernachlässigenden Ungenauigkeit in der Positionsbestimmung. Es ergeben sich wieder sehr viel bessere Werte, wenn das Fahrzeug sehr langsam fährt oder sogar stoppt.

Mit dem Verfahren nach Anspruch 3 können auch in einer bereits bestehenden Anlage neue bisher unbekannte Marken eingemessen werden. Wenn man davon ausgeht, daß der Scanner Entfernungen nicht direkt messen kann, muß der Winkel zu der neuen Marke an zwei oder mehr Punkten von der gewünschten Strecke oder sonst bekannten Meßpunkten aus gemessen werden. Die Daten können also relativ in Bezug auf die Strecke oder absolut in Bezug auf ein Koordinatensystem erfaßt werden. Das Einmessen kann prinzipiell während einer sog. Teach- in-Fahrt erfolgen. Das Fahrzeug wird dann in der Regel auf dieser Teach-in-Strecke geführt. Es ist natürlich auch möglich, das Fahrzeug so zu programmieren oder zu steuern, daß es von der Teach-in-Strecke abweicht.

Nach Anspruch 4 müssen die Meßwinkel nicht von drei verschiedenen Marken genommen werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, daß die Position des Fahrzeugs mehr oder weniger bestimmt bzw. abgeschätzt wird, wenn das Fahrzeug aus der Fahrt heraus nach der nächsten Umdrehung des Scanners den Winkel an derselben Marke mißt. Im Extremfall werden während der Fahrt die Winkel nur immer auf dieselbe Marke gemessen. Hiermit können dann in einem gewissen Umfang die Abweichungen von der Position überprüft werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Meßgrößen und Parameter zur Positionsbestimmung bei Bewegung,

Fig. 2 eine Funktionsstruktur des Systems,

Fig. 3 die Positionsbestimmung von neuen Marken,

Fig. 4 Abschätzung der Position an einer einzelnen Marke,

Fig. 5 Abschätzung der Position ohne Wegmeßeinrichtung.

Wesentliche Grundlagen des Meßverfahrens werden anhand von Fig. 1 verdeutlicht. Der Ein fachheit halber wird nachfolgend angenommen, daß es sich bei dem Objekt um ein Fahrzeug handelt und daß die von dem Fahrzeug zurückgelegten Strecken ideale Geraden sind.

Ein auf einem nicht weiter dargestellten Fahrzeug befindlicher Scanner 3 bewegt sich durch die Punkte P₁ bis P₄. Der kontinuierlich umlaufende Scanstrahl erfaßt jeweils auf die Fahrzeugach se bezogen bei Punkt P₁ die Marke M₁, unter dem Meßwinkel θ₁, an der Position P₂ die Marke M₂ unter dem Meßwinkel θ₂ und bei Position P₃ die Marke M₃ unter dem Meßwinkel θ₃. Die Position P₃ kann erfindungsgemäß berechnet werden, wenn die drei Winkel θ₁, θ₂ und θ₃ zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges und den Marken sowie der Abstand der Punkte P₁, P₂ und P₃, gegeben durch die Strecken s₁ und s₂, bekannt sind. Die Strecken s₁ und s₂ können abge schätzt werden. Da für die Bestimmung des Ergebnisses Rechenzeit benötigt wird, steht dieses erst am Punkt P₄ zu Verfügung. Da aber die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Rechenzeit be kannt sind bzw. leicht bestimmt werden können, läßt sich die Strecke s₃ bzw. Punkt P₄ ermit teln.

Die drei Scanstrahlen schneiden sich nicht in einem Punkt, sondern in A, B, C, denen die Zwi schenwinkel α und β zugeordnet sind. Die Bahn des Scanners in dem betrachteten Abschnitt weist gegenüber der x-Achse des Bezugssystems den Richtungswinkel ϕ auf. Die Aufgabe des Positionssystems ist es, die x- und y-Koordinaten des Scanners zu bestimmen sowie diesen Richtungswinkel ϕ.

Diese Aufgabe wird hier analytisch gelöst. Dazu müssen folgende Größen bekannt sein:

- die Streckenabschnitte s₁, s₂ und s₃
- die Positionen der Marken M₁, M₂ und M₃
- die von Scanner gemessenen Scanwinkel θ₁, θ₂ und θ₃.

Die Markenpositionen sind a priori bekannt, da es sich um ortsfeste Marken handelt. Die Strec kenanschnitte s₁, s₂ und s₃ müssen während des Scanvorganges abgeschätzt werden. Dabei bedeutet s₃ den Streckenabschnitt, den das Fahrzeug während der Auswertung der Daten zu rücklegt. Die Position steht daher erst am Punkt P₄ zur Verfügung.

In einem beliebigen Dreieck können die Seiten a, b, c und die Winkel η₁, η₂ und η₃ berechnet werden, wenn die Koordinaten der Eckpunkte bekannt sind. Die Punkte M₁, M₂ und M₃ bedeu ten drei retroreflektierende Marken, deren Koordinaten (x₁, y₁), (x₂, y₂) und (x₃, y₃) im kartesi schen Koordinatensystem bekannt sind.

Mit den Koordinaten der Marken M₁, M₂ und M₃ lassen sich die Seiten a, b und c sowie die Winkel η₁, η₂ und η₃ wie folgt berechnen:

Im Dreieck M₁M₂M₃ gilt

Mittels der gemessenen Winkel θ₁, und θ₃ sowie der Strecken s₁ und s₂ ist die Seite P₃B des Dreiecks P₁P₃B zu berechnen. Nach dem Sinussatz gilt

Die Berechnung ist nur für Winkel θ₃ - θ₁ ≠ 2 . n . π möglich ist, da für n = 0, 1, 2, 3 . . . eine Division durch Null erfolgt. Für die Positionsbestimmung von P₃ ist zusätzlich nur die Berechnung von η₇ erforderlich. Mit Hilfe von η₆ ist aber eine schnelle Kontrolle der Rechenergebnisse mög lich, da die Summe der Winkel in jedem Viereck 2π beträgt, d. h. im Viereck M₁M₂M₃B gilt

η₂ + η₆ + η₇ + α + β = 2π. (4)

Fig. 1 zeigt auch die zur Berechnung von η₆ und η₇ benötigten Größen.

a = M₁M₂ m = M₂P₂ α = θ₂ - θ₁ (5a)

b = M₂M₃ t = AC β = θ₃ - θ₂ (5b)

c = M₁M₃ n = AP₂ α + β = θ₃ - θ₁ (5c)

Mit Hilfe des Sinussatzes ergeben sich folgende Zusammenhänge:
Im Dreieck M₂M₃A gilt

und damit

Im Dreieck M₁M₁C gilt

und damit

Aus den beidem Gleichungen für m erhält man eine Bestimmungsgleichung für t = CA:

Aus Gl. (4) kann entweder η₆ oder η₇ freigestellt werden:

η₆ = 2π - (α + β + η₂ + η₇) (7)

η₇ = 2π - (α + β + η₂ + η₆) (8)

Im weiteren wird von folgenden mathematischen Beziehungen für den Sinus Gebrauch ge macht:

sin(2π - x) = -sinx

sin(x + y) = sinxcosy + sinycosx (9)

Ersetzt man η₆ in der Gl. (6), so erhält man folgende Beziehung:

Mit Hilfe der Gl. (9) wird daraus

Die Sinus- und Kosinusterme von η₇ werden zusammengefaßt

Die Winkel α und β sind nach Gl. (5a und b) durch die gemessenen Winkel θ₁, θ₂ und θ₃ be stimmt. Die Strecke t kann nun aus den gemessenen Größen s₁ und s₂ sowie den drei Winkeln θ₁, θ₂ und θ₃ berechnet werden. Aus den Dreiecken P₁P₂C und P₂P₃A folgt nämlich

Damit kann aus Gl. (12) der Winkel η₇, berechnet werden. Gl. (12) hat die Form

t = G . sinη₇ + H . cosη₇ (14)

mit

Gl. (12) hat zwei Lösungen für η₇

Die Entscheidung, welche der beiden Lösungen zu verwenden ist, kann mit Hilfe des Win kels η₆ gefällt werden. Mit Gl. (8) kann Gl. (10) wie folgt geschrieben werden:

Dies führt zu einer Bestimmungsgleichung für η₆

Diese Gleichung hat nun die Form -t = J . sinη₆ + K . cosη₆ mit den Parametern

Die beiden Lösungen für η₆ lauten

Von den Lösungen für η₆ und η₇ werden nun anhand der Gl. (4) die richtigen ausgewählt.

Die weitere Berechnung erfolgt dann im Dreieck M₁M₃B. Hier wird die Strecke M₃B mit dem Sinussatz im Dreieck M₁M₃B berechnet.

Damit läßt sich die Strecke M₃P₃ nach der Beziehung

M₃P₃ = M₃B - P₃B (20)

berechnen. Dabei werden die Gln. (19) und (3) verwendet.

Die Summe der Winkel im Dreieck M₃DE liefert:

Daraus folgt:

Der Winkel ϕ₄ ergibt sich aus

ϕ₄ = η₇ - η₃ - ϕ₃ (23)

Da die Koordinaten der Marke M₃ bekannt sind, genügt es die folgenden Differenzen zu berechnen:

Δx = M₃P₃sinϕ₄ Δy = M₃P₃cosϕ₄ (24)

Die gesuchten Koordinaten sind damit zu

x_P3 = x₃ - Δx y_P3 = y₃ - Δy (25)

Die Koordinaten des Fahrzeuges am Punkt P₄ nach Abschluß der Berechnungen findet man nun aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Rechenzeit t_r und dem Winkel ϕ:

Damit ergeben sich die Koordinaten des Punktes P₄ in der Form

x_P4 = x_P3 + v . t_r . cosϕ y_P4 = y_P3 + v . t_r . sinϕ (27)

Fig. 2 zeigt eine Funktionsstruktur des Systems zur Positionsbestimmung und Winkelbestim mung. Der Scanner 3 erfaßt n Scanwinkel θ_i (mindestens aber 3) zu n Marken. Im Markenaus werter 2 werden alle in Frage kommenden Marken aus der Liste des Markenspeichers 1 aus gelesen und dann die günstigsten drei Marken ausgewählt und die Positionsdaten dieser drei Marken M_1, M₂ und M₃ einschließlich der dazugehörigen Scanwinkel θ₁, θ₂ und θ₃ an die Positi onsbestimmung 6 zur analytischen Bestimmung von Position und Richtungswinkel übergeben. Es ist prinzipiell möglich, daß der Scanner 3 in Wegmessung 5 die Strecken s₁, s₂ und s₃ über ein Wegmeßverfahren ermittelt, z. B. über die Zählung der Radinkremente 8 mit Radsensoren. Nachteilig ist jedoch der erhöhte Aufwand. Im allgemeinen kann man davon ausgehen, daß das hier nicht dargestellte Fahrzeug bzw. hier der Scanner 3 aufgrund der trägen Masse, der relativ geringen Geschwindigkeit und der relativ schnellen Markenerfassung in der gleichen Weise wie bisher fortbewegt. Für kleine Scanzeiten ist die gesuchte Strecke durch Multiplikation der alten Geschwindigkeit mit der Scanzeit relativ genau zu ermitteln, so daß die Wegmessung 5 und die Radinkremente 8 dann nicht mehr benötigt werden.

Die abgeschätzten Strecken werden in der Positionsbestimmung 6 verwaltet. Sie berechnet zunächst die Position des Systems bei Punkt P₃ aufgrund analytischer Gleichungen und extra poliert anschließend aufgrund des Richtungswinkels und der Strecke s₃ die Positionsdaten auf den Punkt P₄. Für diesen Punkt P₄ stehen damit die genauen Koordinaten x, y und der Richtungswinkel ϕ bereit. Die Daten werden einer Fahrzeugsteuerung 10 über eine Daten schnittstelle zur Verfügung gestellt.

Zur Identifikation und optimalen Auswahl der Marken zieht der Markenauswerter 2 die Position des Scanners heran, die die Positionsbestimmung 6 bei der vorhergehenden Berechnung er mittelt hatte. Beim Start des Betriebes wird die Anfangsposition x_a, y_a und ϕ_a daher dem Sy stem von außen, z. B. über ein Bedienterminal 9, übergeben.

Die Funktionsstruktur nach Fig. 2 besteht neben dem Scanner 3 noch aus weiteren Modulen. In der Praxis ist die Funktionszuordnung fließend. Es hat Vorteile für die Fahrzeugsteuerung und das Bedienterminal extra Rechner zu verwenden. Damit werden von dem Rechner zur Positi ons und Richtungsbestimmung die Funktionen Markenauswerter, Markenspeicher, Wegmes sung und Positionsbestimmung durchgeführt. Es sind natürlich auch andere Zuordnungen möglich.

Die Positionsbestimmung von noch nicht registrierten Marken kann nach der Darstellung von Fig. 3 erfolgen. Die Marke wird vorzugsweise im Stand von dem Scanner an den zwei Scanpo sitionen P₁ und P₂, deren Koordinaten und damit die Strecke s bekannt sind, unter den Winkeln θ₁, θ₂ gemessen. Dann ergeben sich die Koordinaten x_m, y_m der Marke M durch folgen de Rechnung:

k = s - 1 (28)

1 . tanθ₂ = k . tan(π - θ₁) (29)

Daraus folgt dann

Analog dazu ergibt sich

Im Dreieck gilt allgemein

h² = 1 . k (32)

so daß sich die Seite f über den Pythagoras ergibt

f = √k² + h² (33)

Damit können nun die Koordinaten des Punktes M wie folgt berechnet werden:

x_m = x₁ + f . cos(ϕ + θ₁ - π) y_m = y₁ + f . sin(ϕ + θ₁ - π) (34)

Fig. 4 zeigt, daß die Position auch dann ermittelt werden kann, wenn zwei oder sogar alle drei Meßwinkel nach während der Fahrt in Bezug auf eine Marke M gemessen werden. Man muß dann allerdings davon ausgehen, daß man die Strecken nach ihren Längen und Richtun gen durch eine verläßliche Annahme ermitteln kann.

Es ist zu erkennen, daß sich die Winkel θ ändern, wenn die Fahrbahn statt durch die ge wünschten Punkte P₁ bis P₄ parallel versetzt durch die Punkte P_1P bis P_4P laufen würde. Eben so ändern sich die Winkel θ, wenn die Richtung der Fahrbahn in P₁ gedreht wird, so daß die verdrehte Fahrbahn durch die Punkte P₁, P_2D, P_3D, P_4D laufen würde. Derartige Fehler könnten erkannt werden.

Anders verhält es sich jedoch, wenn sich die Fahrstrecke um die Marke M als Mittelpunkt dre hen würde. Sie verläuft dann durch P_1K bis P_4K. Ein solcher Fehler könnte nicht erkannt werden. Da alle Winkel θ₁ gleich groß sind wie die Winkel θ_1K, würde das Fahrzeug dann in die falsche Richtung fahren. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß bereits in P_1K sowohl die Position als auch die Richtung fehlerhaft gewesen sind.

In der Praxis kann man eine einzelne Marke hilfsweise benutzen, bis wieder eine oder mehrere anderer Marken auftauchen, mit denen eine zuverlässigere Positionsbestimmung durchgeführt werden kann.

Fig. 5 erläutert, daß auch ohne Wegmeßeinrichtungen in vielen Fällen genau genug gefahren werden kann.

Die Fahrt des Fahrzeugs beginnt in P₁ mit den Koordinaten Y₁, X₁, und dem Meßwinkel θ₁ in Bezug auf die Marke M₁.

Bei idealem Verlauf der Sollfahrstrecke würde das Fahrzeug nach s_1s in P_2s mit dem Winkel θ_2s die Marke M₂ messen. Nach Fortsetzung der Fahrt mit Sollstrecke s durch Punkt P_3s, kommt das Fahrzeug schließlich nach Strecke s_3s in dem gewünschten Punkt P_4s an. In P_3s wird der Scanner unter dem Winkel θ_3s die Marke M₁ lesen.

In einem gewissen Umfang können die gewünschten Sollpositionen überprüft werden. Unter der Annahme, daß zwar die Fahrtrichtung richtig, aber die Länge der Strecke s_1s zu kurz abge schätzt wurde, wird die Marke M₂ in Punkt P_2R unter einem Winkel θ_2R gemessen, der kleiner ist als θ_2s.

Anders verhält es sich, wenn in dieser ungünstigen Position der Marke M₂ zwar die Länge der Strecke s_1s gleich mit s_1i, aber das Fahrzeug von der idealen Spur z. B. nach rechts abweicht. In Punkt P_2l wird die Marke M₂ unter etwa dem gleichen Winkel θ_2l wie in der Sollposition P_2s unter dem Winkel θ_2s gemessen. Die Abweichung könnte mit dieser Messung noch nicht er kannt werden.

Unter der Annahme, daß das Fahrzeug den gleichen Richtungsfehler nach rechts beibehält, würde es bei der richtigen Länge der Strecke s_2l (entspricht der Länge der Strecke s_2s) schließ lich in dem Punkt P_3l ankommen. Hier kann die Abweichung aber festgestellt werden, da der Winkel θ_3l, unter dem die Marke M₁ gemessen wird, größer ist als d er Winkel θ_3s. Das Ergebnis liegt vor, wenn das Fahrzeug die Position P_4l, erreicht hat.

Dadurch daß die Fehler erkannt werden, kann die tatsächliche Istposition des Fahrzeugs ge nauer berechnet werden. Dies gilt sogar dann, wenn keine Wegmeßeinrichtung vorhanden ist.

Claims

1. Verfahren zur Positionsbestimmung und/oder Führung eines beweglichen Objektes unter Verwendung von ortsfesten reflektierenden Marken sowie einem Scanner mit einem Rechner auf dem Objekt, wobei

- der Strahl des Scanners um eine senkrechte Achse rotiert und die Winkel zu den Marken erfaßt,
- die Wegstrecken zwischen den Scanpositionen, an denen die Winkel gemessen wurden, abgeschätzt werden, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Position des Fahrzeugs zunächst bekannt ist und sich das Fahrzeug weiterhin im wesentlichen mit unverminderter Geschwindigkeit und in bekannter Richtung fortbewegt oder daß Änderungen der Geschwindigkeit und/oder Richtung bekannt sind, so daß die Wegstrecken zwischen den Scanpositionen und die während der Rechenzeit zurückge legte Strecke abgeschätzt werden können und
- daß somit die Position und/oder Richtung des Scanners ohne Meßeinrichtung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Markenspeicher die Ortsdaten der Marken bereithält,
- daß der Scanner ein Laserscanner ist,
- daß es sich bei dem Objekt um ein Fahrzeug handelt und
- daß der Scanner fest auf dem Fahrzeug montiert ist,
- daß die Positions- und/oder Richtungsbestimmung des Scanners mittels der abgeschätzten Wegstrecken nur hilfsweise durchgeführt wird, so lange bis das Fahrzeug im Stillstand oder bei sehr langsamer Fahrt selbst eine zuverlässige Positions- und/oder Richtungsbestimmung durchführen kann.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,

- daß die Position unbekannter Marken durch den Scanner ermittelt und dem Datenbestand im Markenspeicher hinzugefügt werden kann.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,

- daß für die Positionsermittlung des Scanners mindestens zwei der drei Meßwinkel nacheinander in Bezug auf dieselbe Marke gemessen und verwendet werden.