Устройство для определения профиля местности перед транспортным средством

Устройство для определения профиля местности перед транспортным средством

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ МЕСТНОСТИ ПЕРЕД ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ, преимущественно для системы управления автономными транспортными средствами, соп Vj держащее установленный на транспортном средстве лазерный измеритель расстояний, оборудованный узлом сканирования лазерного луча в плоскости, перпендикулярной, направлению движения, и процессор для обработки результатов измерения для обнаружения препятствий для движения, отличающееся тем, что, с целью построения в течение одного цикла сканирования поперечных профилей на различных удалениях от транспортного средства , узел сканирования выполнен на основе вращающегося зеркального барабана, грани которого наклонены под различными углами к оси вращения барабана, параллельной оптической оси совмещенной прие- Р В мопередающей системы лазерного измериО ) теля расстояний, ориентированного по направлению движения транспортного средства . 0Ht.t

(19) (11) ССНОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК < у G 01 C 7/06; С 01 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ка

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3360521/18-10 (22) 08.12.81. (46) 23.06,83. Бюл. _#_s 23 (72) Г. М. Беляков, В. А. Веселов, Г. В. Герхен-Губанов, В. Г. Кузнецов, Л, H. Полянков, П. С. Сологуб и С. Ю. Тилли (53) 528.543;528.517 (088,8) (56) 1. Патент Швейцарии М 572201;, кл. Q 01 С 7/06, 1976.

2. Патент ГДР 14 136538; кл. Q 01 С 7/06, 1979.

3. Патент США М 378111, кл. 356-5, 1977. ° (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ МЕСТНОСТИ ПЕРЕД

TPAHCIIOPTHbIN СРЕДСТВОМ, преимущественно для системы управления автономными транспортными средствами, содержащее установленный на транспортном средстве лазерный измеритель расстояний, оборудованный узлом сканирования лазерного луча в плоскости, перпендикулярной направлению движения, и процессор для обработки результатов измерения для обнаружения препятствий цля движения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью построения в течение одного цикла сканирования поперечных профилей на различных удалениях от транспортного средства, узел сканирования выполнен на основе вращающегося зеркального барабана, грани которого наклонены под различными углами к оси вращения барабана, параллельной оптической оси совмещенной прие» мопередаюшей системы лазерного измерителя расстояний, ориентированного по направлению движения транспортного средства.

1024719 барабан установлен на выносном крон штейне впереди транспортного средства с возможностью регулируемого разворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной оси вращения барабана.

2. Устройство по и . 1, о т л и ч а ющ е е с я тем,.что одна из граней.зер кального барабана закреплена перпендикулярно оси вращения. 1

3. Устройство по пп. 1 и 2,. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что зеркальный

М 2

Изобретение относится к средствам зеров, а по у лу возвышения - с помо определения. профиля местности преиму- щью колеблющегося зеркала. Таким общественно перед движущимся транспор- разом не удается построить поперечные тным средством. Подобные устройства . профили на различных расстояниях от особенно необходимы -для систем управ .:5 .транспортного средства. Не выбираются ления движением автономными транспорт.. также "мертвые эоны" на расстояниях ными средствами. порядка метров перед транспортным средИЭВестны устройстВа для определениЯ . OTBohl К пРофилЯ, РазРаботанные на основе пРоек стве не предусматриваются средства для ионных дальномеров геоМетРического учета изменений положения транспортно типа, которые II0TQnKHIIH IIIHpOKOe pBCII стр некие д ОПР дженни ПР долы . целью изобретения является пост и поперечных профилей железнодорожных . ние за один цикл сканиро ния попе мобил HbIX тУннелей1 ПРовоцников HbIX проф шахтных стволов и т.п. (1) транспортного средства.

Однако использование этих устройств Указанная цель достигается тем, что на автономном транспортном сре®тве в устройстве для определения профиля

oKaeb1aaeTñÿ затруднительным вследствие местности перед транспортным средством, значительных габаритов применяемого содержащем установленный на транспорт дальномера. Кроме того, такие устройства 20 ном средстве лазерный измеритель расстообеспечивают определение поперечного яняй, оборудованный узлом сканирования профиля каждый раз только в одной IIIIOC- лазерного луча в плоскости, пврпендику», кости, соответствующей местоположению лярной направлению движения, и процестранспортного средстВа- :,сор для обработки результатов измерений

Известны устройства для определения 25 для обнаружения препятствий, узел скани« . о профиля, построенные с использованием рования выполнен на снове врашающегоэлектронно-оптических дальномер в, ся зеркального барабана, грани которого в т.ч. и с. Совмешенными привмопервцаю наклонены под различными углами к оси шими оптическими системами Я ° вращения барабана, параллельной оптичесОднако нвобходимость привоцить Во 30 кой оси совмещенной приемопередаюшей вращение цальномер в целом целавт .. Системы лазерного измерителя, ориентиподобные устройства непригоцными цля рованного по направлению движения. установки на автономныв движущиеся

Ъ объекты. Одна из граней зеркального барабана, Наиболее близким по технической закреплена перпендикулярно оси вращения, 35 сущности к предлагаемому является уст» а сам барабан установлен на выносном ройство, соцержашев установленный. на крс ншчайне впереди транспортного сред> транспортном средстве лазерный измери- отва с возможностью регулируемого Раэгель расстояний, оборудованный узлом ворота вокруг горизонтальной оси, перпенсканирования лазерного луча В плоскости, дикулярной оси сканирующего вращения перпендикуляРной направлению движения, барабана. и схему бработки результатов измерений, На фиг. 1 показано построение лазерцля обнаружения препятствий (33 ..: яого измерителя расстояний с узлом ока»

Сканирование по азимуту осуществляеь. пирования; на фиг. 2,- прйнципиальная ся с помощью линейки коммутируемьи IIa. Мок-схема устройства; на фиг, 3 - схема, 3 1024 иллюстрирующая расположениэ зон сканирования поперэчных профилей; на фиг. пример построения профилей по результатам измерения в полосе движения автономного транспортного срецства.

Лазерный измеритель расстояний выполнен на основе полупроводникового лазера 1, установленного перед передающим объективом 2, направляющим модулированный по интенсивности световой поток на зеркальный барабан 3, привоцимый во вращение двигателем 4 через редуктор 5.

Весь этот узел сканирования крепится на выносном кронштейне (не показан2 и уста» навливается перед транспортным средством 5 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной оси сканирующего вращения барабана 3. Ось вращения барабана параллельна оптической оси объектива 2 и кольцевого приемного объектно тива 6, фокусируюшего.отраженный от поверхности поток на фотодетекторе 7 лазерного измерителя расстояний. Грани 811 барабана 3 установлены поц раэлич ными углами к оси вращения барабана, при этом одна из граней, а именно грань 11, закреплена перпендикулярно оси вращения, что позволяет испольэовать ее в качестве калибровочной пластины.

Обзор поверхности производится непре- ЗО рывно при перемещении транспортного средства 12 в нескольких зонах, соответствующих кажная своей грани зеркального барабана. Так граням 8 - 10 соответствуют зоны 1Д .- 15, Команды на срабатывание лазерного измерителя расстоя35 ний подаются от управляющего блока 16 через схему. 17 запуска и регистрации результатов измерений. Формирование команд в блоке 16 синхронизировано с вращением барабана,3 благодаря обратной

40 связ.i с приводным цвигателем 4, осуше ствляемой через датчик 18 вращения ба. рабана, вхоцящий в схему 19 стабилиза- ции вращения, и блок 20 синхронизации.

Лазер 1 работает в.,импульсном режиме 4> и включается только в интервале времени, соответствующем требуемому положению граней 8-10 зеркального барабана. Электрический. сигнал, вырабатываемый фотодетектором 7 при поступлении света, 50 отраженного от контролируемой поверхности в определенной зоне 13 - 15, обрабатывается в схеме 17 для получения величины расстояния до точки, от которой произошло отражение. Компенсация ошибок ы измерений, обусловленных внутренними причинами; осуществляется с помощью блока 21 калибровки, обеспечивающего

719 4 уточнение результата измерений и, лученного в схеме 17, по значению, соответствующему расстоянию цо калибровочной грани-пластины 11, Исправленные значения измеренных расстояний поступают иэ блбка 21 в про.- цессор 22, к которому принадлежЦТ также наряду со схемой 23 обработки. /24 управленйя схемой 23, блок 25 .редуцирования расстояний и блок 26.формирования сигналов опасности. Процессор 22 работает в реальном времени, т.е. в ритме двйжения автономного транспортного средства.

Алгоритм работы нррцессора строится, например, в соответствии с выражением с ьсф„=с лев « PoHhe пр)P с ") () определяющим проходимость местности по высоте иэ условия Б. с ) (22

ПОР„ где 3 ttop„ - расчетная, величина порога проходимости, вычисленная по информации о цальностях до грунта, измеренных в зоне 14 сканирования на продолжении колей движения;

d<<< d „- максимальные значения дальности до поверхности, измеренные на продолжениях соответственно левой и правой колей; О - максимальный угол сканирования;

P< - текущий угол сканирования;

g(p)- дальность, соответствующая величине максимально прео-. долимого выступа; й3 IP;)- корректирующая поправка, учитывающая зависимость дальности от угла сканирования;

3 Б„ - текущая дальность цо поверхности, измеряемая в зоне 13 " сканирования.

По измеренным расстояниям 3 <э яд яр и известному углу ; сканирования в соответствии с формулой (1) формируется некоторая линия А. При этом для удоб» ства определения наиболее высоких точек поверхности в зонах обзора отсчет даль ности дальномером производится от линии, соответствующей предельной измеряемой дальностир н& кОторой соответствующий электрический сигнал равен 0 вольт.

Таким образом, чем выше точки, тем боле ше пропорциональный дальности электри, ческий сигнал. На фиг. 1 показаны сече»

10247 ния рельефа в зонах 13 и 14 (сплошная линия). Смешением параллельно самой себе линии А ва d (h j - величину цопустимого дорожного просвета - получаем прогноэи руемой в плоскости сканирования эоны 14 положение передней кромки дниша транспорного средства линию В. Кривая п „получается из совокупностщ точек линии В с учетом значений « (r;).

Сравнение значений д ор,. по всей ширине 10 полосы движения со эначениямид,, получаемыми при сканировании зоны 13, s соответствии с условием (2) дает возмож ность оценивать проходимость рельефа и возникновение опасности для передней 15 кромки дниша. Так, в рассматриваемом примере, значения дальностей до точек части поверхности, лежашей выше линии значенийдпор„ и отмеченных 6, будут противоречить выполнению условия (2 ) щ и неизбежно столкновения дниша с этим, выступом поверхности.

В процессоре 22 произвоцится также вычисление и соответствуюшая оценка

25 прогноэируемых значений углов «ренау и дифферента Vpp в упрежденном (например, на полкорпуса впереди) положении. !

19 6

Для этого могут быть предусмотрены датчик крена-дифферента для опрецеления текушего углового положения, сигналы с которого подаются непосрецственно в процессор 22 обработки информации. Осуществляется также предварительная (грубая) женка проходимости поверхности по измерениям в зоне 15 обзора.

Стабильность расположения зон 13-15 обзора сильно влияет на значениях выходных данных одноканального лазерного иэ мерителя расстояний и, следовательно, на точность работы всего устройства по определению проходимости поверхности.

С цельк обеспечения этой стабильности двигатель 4, врашаюший барабан 3, управляется от схемы 19 стабилизации скорости врашения, осушествляюшей сравнение положения на временной оси импульс са от датчика 18 вращения барабана и импульса конца цикла сканирования.

Оценка полученной информации по соответствуюшим алгоритмам дает практически полную картину рельефа поверх ости в полосе движения и позволяет в дальнейшем формироват последовательность команд цля оптимального маневра по. обходу встреченного препятствия.

Фиг.2

1024719

15 14

ФигЗ

Ап

Фиь.4

Заказ 4376/35 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открыткой

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП "Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составител Ю. Ферштман

Редактор Т. Кугрышева Техред Л.Пекарь Корректор О. Билак