CN1156739C - 描绘、产生、检验自动制导车辆无导线制导路线的方法和系统 - Google Patents

Abstract

控制一辆或多辆自动制导车辆运动的方法和系统，包括系统控制器，多个无导线自动制导车辆(AGV)和设置在地面的位置标记。控制器作为系统的调度器和交通控制器，在一实施例中，为系统中各AGV提供双向无线通信。各AGV装配一导航和制导系统，控制AGV沿预定的制导路线运动。控制器中存储的路线点数据库的差值X，Y坐标传送到一给定的AGV，使AGV沿预定路线行驶。仅传送差值X，Y坐标改进的系统能在系统内控制使用大量AGV。

Description

描绘、产生、检验自动制导车辆 无导线制导路线的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于控制自动制导车辆运动的系统和方法，特别是根据差值X，Y坐标的数据库使用预先规定的无导线制导路线以便沿制导路线引导自动制导车辆的系统和方法。

背景技术

在现有技术中，已经提出了许多控制自动或无人驾驶车辆的系统和方法。一种系统采用地下导线制导装置迫使自动制导车辆(AGV)沿地下的一条或多条导线行驶。这是通过使每条导线传送不同的已知频率的小电流实现的。导线铺设并封闭在地下挖的窄浅槽中。按系统所希望的制导路线的要求规定由弧线和直线线段构成的挖槽。通常，使各种弧线和直线线段相互相切，以使经过给定路线所需的转向作用力最小。

然后用可调感应传感器控制每辆车的转向，以使其沿所希望导线的辐射电磁场(频率)行驶。利用不同频率描绘制导路线的不同区段，通过告诉车辆跟随哪个频率来控制车辆的路线。

为了知道何时转换频率，车辆还必须知道其处在沿所希望导线制导路线的什么位置。由于地下的导线仅向车辆提供横向(转向)方位信息，采用位置标记更新车辆沿导线制导路线的方位。这些位置标记可以是电磁转发器、磁铁、光反射器等。在任何情况下，当一辆车经过这样一个标记时，该辆车知道其沿导线制导路线的准确位置。又可利用这种位置启动或命令车辆来切换频率、改变速度/方向、停驶、上人、下人、和/或执行一个或多个许多其它可能的命令。通常，在每个具体位置立即或延迟执行的特定操作由内部车辆程序(VP)数据库中的项目描绘，车辆程序数据库由位置标记本身直接或间接寻址。

另一种采用AGV的系统是无导线控制系统。在这些系统中，不是采用地下设置的导线，而是使用位置标记和根据到控制器的一个或多个输入管理AGV运动的系统控制器来沿制导路线引导AGV。由于不承担在地下铺设导线的费用，这些无导线系统比导线系统提供了明显的优点。

Yardley等人的美国专利No，5,281,901和5,341,130讲授了一种自动制导车辆控制系统，该控制系统可与提供制导导线导航和制导以及自动导航和制导的现有制导导线系统向下兼容，并在中央控制器和每辆车之间进行无线通信。Yardley等人的无导线制导模式包括在地下设置的一系列参考标记，若干无导线AGV和一个AGV中央控制器。控制器利用其存储器中存储的制导路线分布图保持系统中每个AGV的状态和位置的轨迹。中央控制器设有与系统内每辆AGV双向无线通信的设备，每个AGV装配有用于控制AGV沿所选制导路线运动的无导线导航和制导系统。在地下沿制导路线的多个点设置位置标记。这些位置标记提供用于纠正AGV的预测当前方位的绝对方位。

每个AGV有一个车载控制器，该控制器根据来自下一个终点路段指定方位的X，Y坐标计算制导路线。该路段驶出点定位信息从中央控制器传送到AGV。车载计算机首先选择制导路线计算模式，以便根据AGV相对于路段驶出点的指定方位的当前朝向角度进行计算。一旦选定制导路线计算模式，车载计算机根据传送的驶出点定位信息和例如从轴编码器、陀螺仪、和位置标记确定的AGV的当前位置来计算制导路线。

由于AGV的位置和方向通常不象为路程点和目的地之间的路线原来计划和存储的那样，每当一个AGV接近一个路段时计算一个新的唯一的制导路线。用于计算路段制导路线的计算参数是制导路线必须与AGV的当前方向相切的初始角度和制导路线必须与中央控制器提供的驶出方位相切的驶出角度。这些专利利用五次多项式方程来计算AGV沿其行驶的制导路线的制导点。

从管理计算机接收到加载运动任务时，中央控制器选择一个AGV并安排所选择AGV的最佳路线。根据安排的路线和AGV的当前位置，中央控制器通过中央控制器和AGV之间的双向通信利用计算的制导点通过路段控制设置路段。每个路段的长度在从AGV长度的若干分之一到比AGV长度大的长度范围。

设在密歇根Farmington的Jervis B.Webb公司的子公司控制工程公司也有一个无导线AGV控制系统，该控制系统包括一台系统计算机、一系列设置在地下的参考标志或位置标记和若干无导线AGV。系统计算机作为该系统的调度器和交通控制器，并为系统中的每辆AGV提供双向无线通信。AGV装配有无导线导航和制导系统，用以将AGV控制在系统中沿着规定的制导路线。沿制导路线的多个点在地下设置位置标记并为AGV提供绝对方位参考。

虽然控制工程公司的系统与传统或导线制导系统相似，其制导系统中的误差校正程序的区别在于：误差校正与由AGV车载的制导路线计算模式提供的制导路线信息比较，而不是与从检测的制导导线返回的数据比较。

每个AGV的车载控制器包含用来模拟通过检测地下制导导线预先得到的函数的数据库。该数据库包括地下位置标记方位的详细内容和系统中每个路段终点的绝对X，Y坐标。数据库还包括就相对于一个路线点行进的距离而言，将要进行AGV操作的系统中每个点的功能和位置。典型的功能包括停止、操纵车载输送器，复位放行命令等。

该数据库是通过所设计的制导路线在计算机辅助设计系统中开发的，以使系统中的每个路段相对于相邻路段相切地衔接。对制导路线布局的这一限制允许制导路线系统中的每个路段以其终点的绝对X，Y坐标和基本几何形状为特征。系统中所有路段的X，Y坐标被存储在系统中每辆AGV的数据库中。

操作中，系统控制器向AGV传送最终目标命令和行驶路线放行命令。最终目的命令包括车辆标识符、目标编号、和操作。车辆标识符包含对其发出命令的具体车辆的地址。目标编号是与系统中可识别一个输送器、一个队列、或停车地点的位置有关的编号。操作是指由车辆执行的动作，例如鸣笛或车载输送器之类的操作。行驶路线放行命令用来控制车辆通过系统中的路段。行驶路线识别一串将定义给该车辆的一部分其所希望路线的路线点标志。当获准行驶路线放行时，相关的路线点将车辆当前的线路向其最终目的地或下一个保持的停止位置延伸。随着AGV接近行驶路线终点，系统控制器为AGV传送另一个行驶路线放行命令。AGV将确认接收该命令并继续通过该行驶路线。该过程将继续，直到AGV到达作为目的地命令部分传送的其最终目的地。

如上所述，行驶路线可以包括几个路段。AGV的车载计算机利用从数据库检索的绝对X，Y坐标来表征为每个路段预先设计的制导路线。AGV制导系统定期检验和校正AGV的运动，以使其沿制导路线前进。在系统进入工作前，规定系统中所有路段的制导路线。因此，不存在由AGV导航和制导系统完成的制导路线选择或根据来自路段的驶出方位的计算制导路线。

上述无导线系统并不是没有其缺陷。Yardley等人的专利中描述的系统采用复杂的五次多项式描绘无导线制导路线。另外，由于Yardley等人的系统在接收到驶出点方位信息时根据驶出点的X，Y坐标和驶出方位以及车辆的实际位置继续选择和计算制导路线，如果车辆当前的位置和/或方向误差足够大，该车辆会计算“新路线”为一个障碍。另外，由于该系统不仅使用X，Y坐标，而且使用驶出方位，必须从中央控制器向AGV传送大量信息，以便引导其沿无导线路线运动。该信息负荷可限制了控制器控制的车辆数量，并且可能在系统中引起可靠性问题和/或广播困难。

具有使用绝对X，Y坐标的车载控制器的无导线系统遇到了需要大量存储器以容纳数据库所需信息的要求。另外，由于需要大量信息，从远程控制器传送该信息会造成与如上所述的Yardley等人的系统相同的问题。

发明内容

鉴于现有技术中无导线系统的缺陷，已经产生提供用于控制自动制导车辆的改进系统和方法的需求。本发明通过提供用于描绘、产生和检验自动制导车辆的无导线制导路线的方法和系统克服了上面提到的现有技术中的缺陷，该系统和方法模拟地下有导线制导路线的简单弧线和直线特性，同时还足够紧凑地保持在车辆上或远离车辆的公共系统控制器上的相对小的数据库中。

因此，本发明的第一个目的是提供一种用于控制自动制导车辆的改进系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于控制自动制导车辆的系统和方法，该系统和方法利用在车上或车下使用的紧缩数据库模拟地下制导路线的直线和弧线特征。

本发明的再一个目的是一种可连接制导路线绘制、产生并检验任何类型的自动车辆的系统和方法。

本发明的再一个目的是根据差值测量结果或计算使用X，Y坐标而不是绝对值来使需要传送到AGV或存储在数据库中的信息最少。

本发明的另一个目的是提供能够容易和可靠地检验制导路线偏差以满足安全、用户和工业标准的系统和方法。

本发明的再一个目的是一种具有多个数据库的系统和方法，该系统和方法具有使用车上或车下应用中的一个或多个数据库的能力，从而改善系统在通信需求和/或车辆或数据库重新编程方面的灵活性。

本发明的其它目的和优点将随着下面的描述变得显而易见。

为此，本发明提供了一种控制至少一辆自动制导车辆沿制导路线运动的方法，包括：

a)为自动制导车辆限定一沿其行驶的制导路线，该制导路线包括多个路段，其中每个路段由带有一个始点和一个终点的直线形和曲线形路段之一构成；

b)根据路线点数据库中的X，Y坐标识别每一个始点和终点；

c)提供一系统控制器，其使用数据库、多个具有参考X，Y坐标并沿着该制导路线定位的参考标记、和在自动制导车辆上的导航程序，用于控制该至少一辆自动制导车辆的运动；

d)还提供带有差值X，Y坐标的路线点数据库，每个差值X，Y坐标基于制导路线上的第一路线点和第一路线点下游的第二路线点的X和Y坐标之间的差值；

e)把与路线点数据库中的差值X，Y坐标相关的数据传送到至少一辆自动制导车辆；以及

f)利用该至少一辆自动制导车辆的该系统控制器和该导航程序同与该差值X，Y坐标相关的数据一起，来指引该至少一辆自动制导车辆沿着每一路段的直线形或曲线形路段之一行驶。

另外，本发明还提供了一种控制至少一辆自动制导车辆沿限定该自动制导车辆沿其行驶的路线的制导路线运动的系统，包括：作为制导路线的多个路段，其中每个路段由带有一个始点和一个终点的直线形和曲线形路段之一构成，每个始点和终点是由路线点数据库中的一X，Y坐标识别的；一系统控制器，其利用路线点数据库、多个具有参考X，Y坐标和沿制导路线定位的参考标记、和在该至少一辆自动制导车辆上的导航程序，用于控制该至少一辆自动制导车辆的运动，该系统进一步包括：

a)用于存储带有差值X，Y坐标的路线点数据库的装置7，每个差值X，Y坐标基于制导路线上的第一路线点和第一路线点下游的第二路线点的X和Y坐标之间的差值；以及

b)所述系统控制器把差值X，Y坐标传送到该至少一辆自动制导车辆，以使该至少一辆自动制导车辆利用该差值X，Y坐标可沿制导路线行驶。

为满足上述目的和优点，本发明提供对自动车辆无导线制导系统和方法的改进，其中至少控制一辆自动制导车辆沿制导路线运动，该制导路线包括多个路段，其中每个路段由带有始点和终点的直线形和曲线形路段之一构成，根据路线点数据库中的X，Y坐标识别每个点，由系统控制器利用路线点数据库和自动制导车辆上的导航程序控制运动。本发明的系统和方法利用带有差值X，Y坐标的路线点数据库，每个差值X，Y坐标基于制导路线上的第一路线点和第一路线点下游的第二路线点的X，Y坐标之间的差值。把与路线点数据库中的差值X，Y坐标相关的数据传送到至少一个自动制导车辆以启动该至少一个自动制导车辆的导航程序，以使该自动制导车辆沿每个路段行驶。

该系统和方法还包括车辆位置数据库和真实方位数据库。车辆位置数据库包含沿一个路段的距离和在与所述距离对应的路段上的位置，以及使至少一个自动制导车辆根据来自车辆位置数据库的输入执行操作的指令。真实方位数据库存储沿一个路段的至少一个位置标记的实际X，Y坐标。然后，可使用车辆的导航系统根据实际的X，Y坐标和车辆位置校正至少一个自动制导车辆在行驶中的偏差。通过误差探测系统和在路线点数据库中预先规定的制导路线，可在现实环境中控制任何类型的自动车辆。作为替换，转发器或类似装置可向车辆传送用于误差校正的其真实位置。

数据库可由车载或位于具有双向传送和接收远程操作能力的远点。作为替换，根据所希望的自动制导车辆应用，只有某些数据库可位于远程或可放置在车上。制导路线可人工或通过计算机辅助绘图(CAD)系统产生。

优选的起动过程包括提供至少两个位置标记和制导至少一个自动制导车辆通过至少两个位置标记，以使该至少一辆自动制导车辆检测表示一个路段和一个给定位置的实际X，Y坐标。通过该信息，该至少一个自动制导车辆可接收与其它差值X，Y坐标对应的数据，以便沿后面的路段行驶。起动方法还可包括根据两个位置标记确定该路段的驶出角度，该驶出角度在用于后面的路段上行驶的导航程序中使用。

任何种类的已知位置标记和自动车辆可与本发明的系统和方法一起使用。另外，由于制导路线是通过人工或CAD预先计算的，自动制导车辆在其行驶时不需要计算制导路线。

附图说明

现在参考本发明的附图，其中：

图1是说明规定路线和后续路段的几何图形的曲线图；

图2是说明直线段的横向偏移和驶向误差几何图形的曲线图；

图3是说明弧线段的横向偏移和驶向误差几何图形的曲线图；和

图4是本发明典型系统的示意图。

优选实施方式

本发明对上述控制工程公司的方法和系统的改进在于容易向自动制导车辆(AGV)传送信息。本发明的方法和系统模拟固定、相切、在地下有导线制导路线的简单弧线和直线特性，同时还足够紧凑地保持在或是在车辆上或是在作为用于向车辆传送的公共系统控制器部件的相对小的数据库中。

应该理解，本发明适合于任何类型的自动车辆，例如使用简单的驶位推算、惯性制导、激光制导或任何其它类型已知或预期的那些车辆。由于这些导航系统和它们采用的程序在本领域是熟知的，不需要对其进行详细描述来理解本发明。

下面对可将通常由在地下有导线制导路线和位置转发器、磁铁提供的制导和方位信息转换成可用于制导无导线AGV的数据库形式的方法和系统进行说明。该说明列举了使用路线点(PP)数据库、车辆位置(VL)数据库和真实方位(RP)数据库的方法。“终”点对应于路段的终点，“始”点对应于路段的起点。PP数据库包括表示路段“终”和“始”点的差值X，Y坐标，它是直线或者弧线段。如上所述，PP和VL数据库可与VP数据库一起使用，以便完全描绘和控制理想的无导线系统。为完全控制现实或非理想的无导线系统，应使用含有用于校正与测量结果和/或诸如轮胎磨损、车辆载重之类的物理变化有关的导航误差的数据的RP数据库。下面描述的方法和系统是实现本发明目的的一种优选方式。本领域技术人员可使用采用在此描述的本发明概念的其它方式。

通过向系统中使用的每个路线点指定一个任意数，即标志来定址PP数据库。虽然每个标志数可以完全随机，它们应该是唯一的，最好是连续的，并且在某些实用数值限制内，以使任何特定PP数据库的规模最小。

PP数据库包含构成所需制导路线的每条直线和/或弧线段终点的系统X，Y坐标。通过附加的系统限定，由于制导路线总是以直线段开始，并且各自后面跟有直线或弧线段的“始”和“终”端点完全仅由其最终的，即“终”端点的X，Y坐标限定，而不需要驶向和/或方位角。参考图1，可对此证明如下：

给出一个新路线点标志和其X，Y坐标(X_Pos_New和Y_Pos_New)，即X₁，Y₁或X₂，Y₂，确定新路段相对于上一个路线点标志和其X，Y坐标(X_Pos_Old和Y_Pos_Old)，即X₀，Y₀或X₁，Y₁是直线还是弧线。同时辨别上一个路段的“驶出角度”(θ_Old)。

应该指出，初始θ_Old角来自最初“插入”直线路段的“始”和“终”点并计算如下：

θ_Old＝Arctan((To_X-Form_X)/(To_Y-From_Y))

其中，From代表“始”；To代表“终”。

根据新路段的“驶入角度”(θ_New)和上一个路段的“驶出角度”，可确定它们是否相等或在合理偏差范围内相等。例如，由于该检验被证明是两个角度的最有效字节的简单测试，可使用±1.4度(360°/256)的公差，即一圈(360°)除以2⁸。如果两个角度在给定公差范围内匹配，则可假设新路段是直线，车辆将立即向新路线点。

如果两个角度在给定公差范围内不匹配，则可假设新角度尖头指向所需弧段的“弦”。然后可算出上一个路段的驶出角度与该弧段的弦的角度之间的差(θ_Dif)。将该差值加倍并加到上一个弧段的驶出角度。然后定义该新驶向为新弧线段的驶出角度(θ_New)。

确定新路段类型的计算如下：

    DXN_Dist＝X_Pos_New-X_Pos_Old(＝ΔX新距离)

    DYN_Dist＝Y_Pos_New-Y_Pos_Old(＝ΔY新距离)

在某些情况下，可以给定DXN_Dist和DYN_Dist的值或用全部新X，Y的位置代替(传送)，以便解省传送时间和/或存储空间。由于相邻路线点之间常用的“Δ距离”不必覆盖系统的整个范围，可以采用一个更小(更快)的编号系统。例如，对于一英寸的1/16的分辨率，可由16比特二进制字(两字节)覆盖一个正/负170英尺的路段，而以相同的分辨率覆盖常用系统的两个绝对X和Y值需要一个24比特的值(三字节)。

继续确定下一个路段是直线还是弧线，其中“Tol”代表如上所述公差的计算如下：

    θ_Old＝上一个路段的“驶出角度”

    θ_New＝Arctan(DXN_Dist/DYN_Dist)

    如果(θ_Old-Tol)≤θ_New≤(θ_Old+Tol)

    则，新路段表示直线

如果不满足上述条件，新路段则是弧线

可存储常用路线点数据库如下：

        标志n-1：路线点n-1的X坐标

                 路线点n-1的Y坐标

        标志n：  路线点n的X坐标

                 路线点n的Y坐标

        标志n+1：路线点r+1的X坐标

        路线点n+1的Y坐标

VL数据库包含到发生所需操作的路段的距离，即该数据库提供把“位置标记”提供给如上所述的地下有导线系统的信息。VL数据库中的每项包含路段的“始”和“终”标志，从“始”点到所需“位置”点的路段的距离以及“位置”编号。该位置编号又用作包含待进行的操作的VP数据库项的地址。另外，虽然每个位置编号可以完全随机，它们应该最好是连续的，并且在某些实用数值限制内，以使任何特定VP数据库的规模最小。同样，诸如特定速度请求、喇叭开/关、方向灯开/关等之类的公共特性的任何复制物都应共用公共的“位置”编号。

可存储常用VL数据库如下：

     “始”标志：“终”路线点标志

                  到路段的距离

                  位置编号

                 “终”路线点标志

                  到路段的距离

                  位置编号

     “始”标志：“终”路线点标志

                  到路段的距离

                  位置编号

                 “终”路线点标志

                  到路段的距离

                  位置编号

通过监测从导航程序反馈的数据来选择VL数据库的项，导航程序连续提供到沿有效路段的“始”和“终”标志的有效路段的当前距离。只要“始”与“终”标志以及当前与所希望距离在某一预先规定的公差范围内都匹配，给定的位置编号将用作VP数据库中的目录。然后用适当的VP数据库项确定所请求的操作，如同在地下导线系统读取“位置标记”。

如上所述，“真实方位”(RP)数据库将包含用于校正在任何真实情况中出现的不可避免的导航误差。通常，该数据库包含应用于校正车辆方位的更新标记，即磁铁、转发器、反射器等的真实物理X，Y系统坐标。当使用诸如磁铁或反射器之类的识别方位标记时，则间接地，即根据车辆的目前估算位置和方位标记的出现来检索数据库。然而，在专门标志的转发器的情况下，可通过标记的接收码直接检索RP数据库。作为替换，如果转发器被编程以便直接向车辆传送其真实X，Y位置，可完全取消RP数据库。

给出如上面所述的方法、算法、和数据库说明，应设计常用无导线系统如下。设计满足所希望行驶线路和指定工作通过量要求的制导路线。由于这是一项很容易由计算机绘图包处理的任务，应懂得设计阶段仅使用许多商业绘图软件包中的一种进行处理。当考虑到用这些软件包允许扩充和/或改进现有设计的便利时更是如此。

然而，使用适宜的商业绘图软件包来设计无导线制导路线有一个更大的优点。诸如AutoDesk的AutoCAD之类的某些软件包允许带有全存取有效制图的内部数据库的第三方软件组合。第三方软件可增加自动文件检验(例如确认所有直线和/或弧线段相切，检验最大距离和/或角度等)，和自动PP、VL、VP，以及，如果需要，从制图信息和/或附加上弹屏幕菜单增加RP数据库文件生成。

为给出如上生成的完整数据库文件，常用的无导线系统应按如下操作。首先必须将车辆引入系统。这可通过多种方式进行，方式之一是将车辆移动到已知方位和驶向，然后通过真实的坐标和角度或表示已知真实数据的方位码将该情况输入系统。优选方法是在两个方位转发器范围内人工制导每辆车。通过读取两个转发器的X，Y方位接收的数据通过提供足够信息把车辆“插入”该系统，以使车辆能确定其自己的方位、驶向，并间接确定其当前“车辆位置编号”。

一旦将所需要的车辆插入系统，在请求车辆行驶时，它们将接收附加制导路线点。随着对每个附加路线点的接收，车辆将对其进行核查以确定其是直线还是弧线，如上所述。

在接收、检查并登记每个新路线点时，设定“ARC_SEG”比特表示“弧线段”，复位表示“直线段”。然后，必须如下计算附加信息并如下保存每种类型的路段(由车辆导航程序使用该数据)。

如果是“Line_Seg”，则需要计算和保存如下：

        SEG_TOTAL＝平方根(DXN_Dist²+DYN_Dist²)

        FINAL_VEL＝最大速度(迫使编号系统最大)

        SIN_T_NEW＝Sin(θ_NEW)

        COS_T_NEW＝Cos(θ_NEW)

        (θ_NEW从上面得到)

如果是“ARC_SEG”，则需要计算并保存如下：

        θ_Dif＝θ_NEW-θ_Old

        θ_NEW＝θ_Old+(2*θ_Dif)

        ARC-SIGN＝+1，如果θ_Dif为正

        或＝-1，如果θ_Dif为负

        SIN_T_NEW＝Sin(θ_NEW)

        COS_T_NEW＝Cos(θ_NEW)

        RADIUS＝｜(X_Pos_Old-X_Pos_NEW)｜/

                |[Sin(θ_Old)-Sin(θ_NEW)]｜

            或＝｜(Y_Pos_Old-Y_Pos_NEW)｜/

                ｜[Cos(θ_Old)-Cos(θ_NEW)]｜

RAD_X_POS＝X_Pos_New-Arc_Sign*Radius*Sin(θ_NEW)

RAD_Y_POS＝Y_Pos_New+Arc_Sign*Radius*Cos(θ_NEW)

THETA_BEG＝θ_Old-Arc-_Sign*90

SEG_TOTAL＝π*Radius*Arc_Sign*(θ_NEW-θ_Old)/180

最后，计算允许该“ARC”路段的最大速度(取决于弧线半径和车辆可编程的最大转弯加速度/减速度，Turn_AccDec)。

       FINAL_VEL＝平方根(Turn_AccDec*Radius)

应该指出，上面计算的Final_Vel(直线和弧线段)在新路段的Final_Vel设定为零时被作为前一路段的最终速度存储。由于将其作为前一段的最终、或驶出速度处理，这将作为新路段的最大驶入速度。同样，理想的车辆总是注视当前确定的路线的终点，以便在“路线的终点”前减速和停止。这些情况下，车辆总是在当前确定路线的终点完全停止。该特性保证车辆在已行驶完“放行路线”的所有路线点时，不会失去制导或越过允许的制导路线。

一旦已登记了如由新路线点表示的新路段，则可为导航程序提供下列数据：Seg_Total、θ_New、Final_Vel、Sin_T_New、Cos_T_New以及Radius_X_Position、Radius_Y_Position、θ_Beg、Arc_Sign、和Radius，如果下一段是弧线。

如果提供多个路线点先入先出(FIFO)缓冲器(优选情况，以便提供平滑和连续的段与段之间的行驶操作)，每段的登记数据应保持路线点的X，Y位置和标志数据，直到导航程序需要。随着每个路段被行驶完，即超过该段总距离行驶值“Seg_Total”，由一组数据提出缓冲器，使下一段自动有效。

假设标准的“当前方位和驶向”程序正在通过轴编码器和/或陀螺仪跟踪车辆的实际进程，可从理想路线计算车辆的横向偏差和驶向误差如下：

给出“θ_New”(当前路段的最终驶向)，和其正弦和余弦值，当前路段的总距离(Seg_Total)和车辆的当前位置(Cur_X_Pos，Cur_Y_Pos)和驶向(Cur_Heading)，可计算车辆当前的横向偏差(Offset_Err)和驶向误差(θ_Err)。同样，也确定行驶的距离(Cur_Distance)和当前直线或弧线路段剩余的距离(Rem_Distance)。

直线段导航的解法(参考图2)

     DXV_Dist＝X_Pos_New-Cur_X_Pos

     DYV_Dist＝Y_Pos_New-Cur_Y_Pos

       δ_Seg＝DXV_Dist*Cos(θ_New)+DYV_Dist*Sin(θ_New)

OFFSET_ERR＝DYV_Dist*Cos(θ_New)-XV_Dist*Sin(θ_New)

θ_ERR＝θ_New-Cur_Heading

Cur_Distance＝Seg_Total-δ_Seg

Rem_Distance＝δ_Seg

当剩余距离为零或负时，假设已行驶完该路段。然后，当Rem_Distance≤0时，设定Seg_Done标记。

弧线段导航解法(参考图3)

为计算弧线段，应该指出，同样给出θ_Beg、Arc_Sign、Seg_Total、Radius和弧线的中心点，即(Rad_X_Pos，Rad_Y_Pos)(通过如上所述的“登记程序”预先计算)。

        DXV_Dist＝Cur_X_Pos-Rad_X_Pos

        DYV_Dist＝Cur_Y_Pos-Rad_Y_Pos

        Veh_Total＝平方根(DXV_Dist²+DYN_Dist²)

     OFFSET_ERR＝Arc_Sign*(Veh_Total-Radius)

         θ_Rad＝Arctan(DYV_Dist/DXV_Dist)

         θ_ERR＝θ_Rad+(9θ°*Arc_Sign)-Cur_Heading

         δ_Seg＝π*Radius*Arc_Sign*(θ_Rad-θ_Beg)/180

     CUR_DISTANCE＝δ_Seg

     REM_DISTANCE＝Seg_Total-δ_Seg；

当剩余距离为零或负时，假设已行驶完该路段：然后，当Rem_Distance≤0时设定Seg_Done标记。

对于正确地算出用于检测在“弧线段(Arc_Segment)”上运行的距离的CUR_DISTANCE和REM_DISTANCE的符号，上面给出的弧线段算法需要所有弧线段小于正或负360度(即目前规定，连续的360°驶向无符号限制)。

给出车辆的当前偏移和驶向误差，可使用适当的标准转向算法产生转向校正命令，以便再次减小横向偏移和/或驶向误差。可以要求该转向算法可适合于任何类型车辆轴距/轨迹。同样了解，普通算法包括所有类型的车辆轨迹以及允许车辆偏航行驶和/或固定驶向运动。

图4示出使用远离AGV的PP、VL、和RP数据库的典型系统。具体地说，由参考标号10标识的系统用单一的AGV1表示，但可使用多辆车。在图4的实施例中，示出AGV1，带有车载导航系统3和车辆程序数据库5。如上所述，车辆程序数据库同样可位于远端，从而使用无线通信。该系统还示出了路线点数据库7，车辆位置数据库9和远离AGV的实际方位数据库11。三个数据库7、9和11与远离AGV的系统控制器13通信。系统控制器13与AGV双向通信。图4还示出了可用来向路线点数据库7和系统控制器13提供数据的CAD系统15。另外，通过改变各个数据库的位置来变换图4描绘的实施例，以便一个、一些、或所有数据库装在AGV上或与其远离。最后，由参考编号17标识用于误差校正的位置标记并与系统控制器13和AGV1通信。

本发明用于控制AGV的方法和系统比现有技术的系统提供了明显的优点。首先，利用差值X，Y坐标大大减少了车载数据库或远端数据库中所需的协助将AGV定向在车辆的预定线路上的存储器。在传送数据时，由于要传送的数据较少而允许控制更多AGV，系统可靠性更好，该优点特别重要。本发明不需要输入或传送方向或方位信息到AGV，从而简化了整个控制过程。

组合预先规定的制导路线系统和误差校正系统允许使用任何类型的自动车辆。另外，由于可根据AGV的预定用途将各个数据库设置在远端或装在车上，从而增加了灵活性。如果打算人工操作，可将数据库和控制器设置在AGV上，以便操作者可在特定站通过输入放行所需制导路线点的命令来命令车辆行驶到下一个所希望的站。

所有数据库可设置在一个远端系统控制器中，控制器根据需要放行新制导路线。通过这种安排，由于可针对一个控制器而不是每辆车中的数据库重新编程，从而提供了最大的灵活性。

在另一种替换中，可用车载的剩余数据库远程存储包含制导路线的路线点的数据库。当用本实施例改变制导路线时，不必重新对车辆编程，用最小的通信必要条件实现制导路线的高度灵活性。

利用CAD系统生成制导路线，可利用简单的、可定义的规则来检验制导路线制图，而不需要实际的系统和/或车辆。一旦设计了有效路线，可从所检验的制图直接生成所需的数据库。制导路线描绘方法和控制方案适用于可靠的“安全制导”检验。例如，如果车辆在“所希望”路线周围±6英寸的观察窗外侧行驶，ANSI规格要求无导线车辆“E停止(E-stop)”。通过监测OFFSET_ERR值的绝对值大于6英寸并确认CUR_DISTANCE和REM_DISTANCE两者的值保持大于负6英寸很容易检验该条件。

因此，已借助于达到如上所述的本发明每一个目的的优选实施例公开了本发明，并提供一种用于控制自动制导车辆的新的改进方法和系统。

本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可根据本发明的讲授设想其变化、改进和变换。因此，本发明仅由所附权利要求的条款限定。

Claims (26)

1.一种控制至少一辆自动制导车辆沿制导路线运动的方法，包括：

a)为自动制导车辆限定一沿其行驶的制导路线，该制导路线包括多个路段，其中每个路段由带有一个始点和一个终点的直线形和曲线形路段之一构成；

b)根据路线点数据库中的X，Y坐标识别每一个始点和终点；

c)提供一系统控制器，其使用数据库、多个具有参考X，Y坐标并沿着该制导路线定位的参考标记、和在自动制导车辆上的导航程序，用于控制该至少一辆自动制导车辆的运动；

d)还提供带有差值X，Y坐标的路线点数据库，每个差值X，Y坐标基于制导路线上的第一路线点和第一路线点下游的第二路线点的X和Y坐标之间的差值；

e)把与路线点数据库中的差值X，Y坐标相关的数据传送到至少一辆自动制导车辆；以及

f)利用该至少一辆自动制导车辆的该系统控制器和该导航程序同与该差值X，Y坐标相关的数据一起，来指引该至少一辆自动制导车辆沿着每一路段的直线形或曲线形路段之一行驶。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：提供包含沿一个路段的距离和在与所述距离对应的路段上的位置的车辆位置数据库，以及命令该至少一辆自动制导车辆，根据来自车辆位置数据库的输入执行操作。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中的步骤(c)进一步包括步骤：

提供包括多个参考标记的参考X，Y坐标的真实方位数据库；

其中的步骤(d)进一步包括步骤：

提供与该至少一辆自动制导车辆沿制导路线的位置有关的信息；和

其中的步骤(e)进一步包括步骤：

根据该信息和真实方位数据库来校正该至少一辆自动制导车辆在行进中与制导路线的任何偏差。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括步骤：提供包含沿一个路段的距离和在与所述距离对应的路段上的位置的车辆位置数据库，以及命令该至少一辆自动制导车辆，根据来自车辆位置数据库的输入执行操作。

5.根据权利要求1所述的方法，其中利用计算机辅助绘图系统和人工方式之一生成制导路线。

6.根据权利要求5所述的方法，其中计算机辅助绘图系统允许与第三方软件组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中的步骤(c)进一步包括步骤：

制导至少一辆自动制导车辆通过该多个参考标记的至少两个标记，以使该至少一辆自动制导车辆检测表示一个路段和一个给定位置的至少两个参考标记的参考X，Y坐标，以便利接收与沿其它路段的其它差值X，Y坐标对应的数据。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：将该自动制导车辆移动到已知方位和驶向，并将该已知方位和驶向通过代表该已知方位和驶向的真实坐标或方位代码输入该数据库。

9.根据权利要求1所述的方法，其中该参考标记是转发器。

10.根据权利要求1所述的方法，其中该制导路线是预先规定的，并指引该至少一辆自动制导车辆沿着未对每一路段计算新制导路线的每一路段行驶。

11.根据权利要求2所述的方法，其中车辆位置数据库远离该至少一辆自动制导车辆设置。

12.根据权利要求3所述的方法，其中真实方位数据库远离该至少一辆自动制导车辆设置。

13.根据权利要求1所述的方法，其中路线点数据库远离该至少一辆自动制导车辆设置，并且将差值X，Y坐标传送到该至少一辆自动制导车辆。

14.根据权利要求4所述的方法，其中至少路线点数据库、车辆位置数据库和真实方位数据库之一远离该至少一辆自动制导车辆设置。

15.根据权利要求4所述的方法，其中所有数据库远离该至少一辆自动制导车辆设置，或设置在该至少一辆自动制导车辆上。

16.根据权利要求1所述的方法，包括当自动制导车辆达到路段的一个终点时向该至少一辆自动制导车辆发出程序释放命令，并利用该路段下一个终点的X，Y差值坐标来引导该自动制导车辆沿下一个路段行驶。

17.一种控制至少一辆自动制导车辆沿限定该自动制导车辆沿其行驶的路线的制导路线运动的系统，包括：作为制导路线的多个路段，其中每个路段由带有一个始点和一个终点的直线形和曲线形路段之一构成，每个始点和终点是由路线点数据库中的一X，Y坐标识别的；一系统控制器，其利用路线点数据库(7)、多个具有参考X，Y坐标和沿制导路线定位的参考标记、和在该至少一辆自动制导车辆上的导航程序，用于控制该至少一辆自动制导车辆的运动，该系统进一步包括：

a)带有差值X，Y坐标的所述路线点数据库(7)，每个差值X，Y坐标基于制导路线上的第一路线点和第一路线点下游的第二路线点的X和Y坐标之间的差值；以及

b)所述系统控制器把差值X，Y坐标传送到该至少一辆自动制导车辆，以使该至少一辆自动制导车辆利用该差值X，Y坐标可沿制导路线行驶。

18.根据权利要求17所述的系统，进一步包括用于存储包含沿一个路段的距离和在与所述距离对应的路段上的位置的车辆位置数据库(9)，以便该至少一辆自动制导车辆根据来自该车辆位置数据库的输入执行操作的装置。

19.根据权利要求17所述的系统，进一步包括用于存储包括多个参考标记的参考X，Y坐标的真实方位数据库(11)，以便可校正该至少一辆自动制导车辆行驶中的任何偏差的装置。

20.根据权利要求19所述的系统，进一步包括用于存储包含沿一个路段的距离和在与所述距离对应的路段上的位置的车辆位置数据库(9)，以便该至少一辆自动制导车辆根据来自该车辆位置数据库的输入执行操作的装置。

21.根据权利要求17所述的系统，其中所述路线点数据库(7)远离该至少一辆自动制导车辆设置，或设置在该至少一辆自动制导车辆上。

22.根据权利要求20所述的系统，其中至少路线点数据库、车辆位置数据库和真实方位数据库存储装置之一远离该至少一辆自动制导车辆设置。

23.根据权利要求17所述的系统，其中所述路线点数据库(7)远离该至少一辆自动制导车辆设置。

24.根据权利要求17所述的系统，进一步包括用于生成存储在路线点数据库中的制导路线的计算机辅助绘图系统。

25.根据权利要求20所述的系统，进一步包括计算机辅助绘图系统，用于产生路线点、真实方位和车辆位置数据库的任意组合或全体。

26.根据权利要求20所述的系统，进一步包括，当自动制导车辆达到路段的一个终点时，所述系统控制器(13)向该至少一个自动制导车辆发出程序释放命令，并利用该路段下一个终点的X，Y差值坐标来引导该自动制导车辆沿下一个路段行驶。

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