Устройство для формирования плана проходимости местности перед транспортным средством

 

Изобретение относится к бортовым вычислительным устройствам, в частности к устройствам определения профильной проходимости местности перед автономными транспортными средствами, функционирующими в априори неизвестной внешней среде с препятствиями. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования плана проходимости местности с точными координатами запрещенных и свободных для движения участков. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит сканирующий лазерный дальномер 1, блок 2 обработки, блок 3 памяти, блок определения крена и дифферента транспортного средства, блок 5 курсоуказателя транспортного средства и блок определения текущих координат транспортного средства, при этом блок 2 обработки содержит узел 7 преобразования координат, узел 8 памяти, узел 9 классификации рельефа и узел 10 управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 06 F 15/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4481115/24-24 (22) 08.09.88 (46) 07.05.90. Бюл. М 17 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (72) Ю.В.Чернухин и Л.Ж.Усачев (53) 681.325(088.8) (56) Пупков К.А., Жуков С.A., Здоров M.Â. и др. Алгоритмическое и программное обеспечение автономного транспортного робота. Информационные и управляющие системы роботов: Сб.научных трудов. - M.: ИПМ АН СССР, 1982, с.201-213.

Авторское свидетельство СССР

1024719, кл . С 06 F 15/50, 1982. (54).УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНА ПРОХОДИМОСТИ МЕСТНОСТИ ПЕРЕД ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ (57) Изобретение относится к бортовым вычислительным устройствам, в частности к устройствам определения проÄÄSUÄÄ 1562933 А1 фильной проходимости местнос.-и перед автономными транспортными средствами, функционирующими в апрпори неизвестной внешней среде с препятствиями.

Цель изобретения — расширение функ.,пональных возможностей устройства за счет формирования плана проходимости местности с точными координатами "апрещенных и свободных для движения участков. Поставленная цель достига— ется тем, что устроиство содержит сканирующий лазерный дальномер 1, . блок 2 обработки, блок 3 памяти, блок

4 определения крепа и дифферента транспортного средства, блок 5 курсоуказателя транспортного средства и блок определения текущих координат транспортного средства. При этом блок 2 обработки соцержит узел 7 преобразования координат, узел 8 памяти, узел

9 классификации рельефа и узел 10 управления. 2 з.п ° ф-лы, 3 ил.

3 1562933 4

Изобретение относится к бортовым вычислительным устройствам, н частности к устройствам определения профильной проходимости местности перед автономными транспортными средствами, функционирующими в априори неизвестной внешней среде с препятствиями.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет формирования плана проходимости местности с точными координатами запрещенных и свободных для движения участков.

На фиг. 1 представлена схема уст- 15 ройства для формирования плана проходимости местности перед транспортным средством; на фиг.2 — схема узла классификации рельефа; на фиг.3 - схема узла управления. 2О

Устройство для формирования плана проходимости местности перед транспортным средством содержит сканирующий лазерный дальномер 1, блок 2 обработки, блок 3 памяти, блок 4 опреде-25 ления крена и дифферента транспортного средства, блок 5 курсоуказателя транспортного средства, блок 6 определения текущих координат транспортного средства, узел 7 преобразования координат, узел 8 памяти, узел 9 классификации рельефа и узел 10 управления.

Узел 9 классификации рельефа содержит первый 11, второй 12 и третий

ЧЗ регистры, первый 14,.второй 15 и третий 16 вычитатели, первый 17 и второй 18 сумматоры, элемент 19 по,стоянной памяти, первый 20, второй 40 х„!

Y ( т

А х(р) А у((д ) Àz ) 0, (1.) 0

1 0 0

А„(ь .)= 0 С -$ .

55 0 S С

С 0 S(,)

-S 0 С где Й вЂ” дальность; о(с — углы развертки дальномера;

„4<„+„o(-углы крена, дифферента и кур - 9

У .4 )- вектор текущих координат транспортного средства; (Х,У,Е )- вектор координат точки подвеса дальномера на транспортном средстве;

А„,А „,А - матрицы "поворота вектора вокруг соответствующей

21 и третий 22 элементы сравнения и элемент И 23.

Узел 10 управления содержит с первого по четвертый счетчики 24-27, первый 28 и второй 29 коммутаторы, с первого по третий элементы 30 — 32 сравнения, элемент 33 сравнения с нулем,элемент 34 микропрограммного управления, с первого по шестой входы 35-40 режима узла управления, с первого по четырнадцатый выходы 41 — 54 элемента 34 микропрограммного управления.

В. качестве сканирующего дальномера может использоваться лазерный дальномер.

Устройство работает следующим образом.

Исходная информация о геометрических характеристиках рельефа в виде значений дальности до точек рельефа, отсчитанных от некоторого начала координат, связанного с измерителем до точек рельефа, и углов горизонтальной и вертикальной развертки поступает с выходов сканирующего лазерного дальномера 1 на узел 7 преобразования координат, где преобразуется в базовую декартовую систему координат OXYZ.

При этом учитываются углы крена, дифферента транспортного средства, поступающие от блока 4 определения крена и дифферента транспортного средства, текущий курсовой угол, поступающий от блока 5 курсоуказателя транспортного средства, и текущие координаты транспортного средства, поступающие от блока 6 определения текущих координат транспортного средства.Преобразование координат имеет вид

+Ау(90 -4,)ÀZ(l -90 ) координатной оси на угол а; (Х,Y,Z ) — вектор координат просканированной точки рельефа в базовой системе координат.

Матрицы поворота имеют вид

1562933

А (Ы)С S 0

-S С 0

0 0 где С вЂ” cos с(;

S — з 1.по(; с — угол поворота.

В момент окончания преобразования на выходе узла 7 преобразования координат каждый раз формируется единичных сигнал конца преобразования (КП), поступающий на шестой вход режима узла 10 управления. При этом координаты Х, Y, Z просканированных точек рельефа с выходов узла 7 преобразования координат последовательно заносятся в узле 8 памяти по адресам Al = 1, 2,...А, где А „ мв мв максимальное значение адреса, соотвествующее последней просканированной точке рельефа.

Координаты Х,Y Z каждой текущей просканированной точки рельефа с выходов узла 8 памяти поступают в узел 9 классификации рельефа, где фиксируются в соответствующих регистрах. Для каждой текущей просканированной точки рельефа < Х.Y, Z), координаты которой записаны в регистры узла 9 классификации рельефа, в узле 10 управления последовательно формируется подмножество адресов А =А,-1, А „-2,...,А,-К м ранее просканированных дальномером точек рельефа, где К„ — заданное фиксированное число проверок на проходимость между парами просканированных точек рельефа, выполняемых для каждой просканированной точки рельефа. При этом координаты Х, Y,,Z ранее просканированных точек рельефа последовательно считываются на узел 8 памяти по адресам А> и поступают в узел

9 классификации рельефа, где осуществляется классификация рельефа на проходимость в направлениях между парами точек <Х,Y,Z) н <Х,У.,Z ), Классификация рельефа осуществляется в .соответствии с обобщенной функцией профильной проходимости транспортного средства D Z = g (1) 1 < ъ с

Р где 1=(AX +aY ) i - проекция расстояния между парой точек рельефа на плоскость горизонта;

ДХ=Х-XIДУ=Y-Y"

L — линейный раз мер корпуса транспортного средства; д7 — критический перепад высот ме па ой <ХУ 7) и (X + Х )/2

40 ., (у + yi)i2. (2)

Адрес А > = < Х, Y< ) блока 3 памяти, куда необходимо записать признак Р, может быть вычислен непосред45 ственно на сумматорах

Х = 1(Х+Х)Г

У р = 1(У + У ) Г . (3) где 1à — операция выделения соответст вуюц их раз рядов кода.

Б узле 10 управления признак P анализируется и, если он равен единице, по адресу АР в блоке 3 памяти записан единичный признак препятствия. Аналогичные операции выполняются для всех точек рельефа (Х,Y,Z ), координаты которых хранятся в узле

8 памяти по адресам А2. В результате

5 жду р

Э 1 (Х,У, 7. ) точек рельефа, при котором направление между этими точками может считаться запрещенным для двн10 ження.

Б узле 9 классификации рельефа функция профильной проходимости хранится в элементе 19 г.осгоян ой памяти, выполняющего функцию функционального преобразователя по адресам А г =

=<дХ, а У O. В узле классификации рельефа вычисляются разности координат

ДХ, dY, dZ для пары точек < Х,У, с и (Х,У, Z 7 и В случае выполнения

20 условий ЛХ I < Т., (ЙУ! и Л»(Э,. К1 участок рельефа, содержащий данную пару точек, относится к запрещенным для движения . При этом на выходах узла

9 классификации рельефа формируются единичный признак препятствия (P) и адрес (АР), соответствующий ячейке блока 3 памяти (плана проходимости).

Блок 3 организован 7dK что каждому дискретному участку плана местности в

30 системе координат OXYZ поставлена в соответствие ячейка памяти, способная хранить признак проходимости данного дискретного участка. Координаты Х у

Ур запрещенных для движения участков местности Вычисляются В узле классификации рельефа как среднее арифметическое координат соответствующей пары точек рельефа.

1562933 каждая просканированная дальномером точка рельефа (Х,Y, / ) проверяется на проходимость с К ранее просканированными точками, лежащими в ради5 усе L от нее.

После получения: последней просканированной дальномером точки рельефа, т.е, при выполнении условия А„ ) А устройство переходит в режим обмена информацией с внешним устройством, использующим план проходимости из блока 3 памяти. При этом на первом выходе узла 10 управления формируется единичный сигнал готовности к считыванию из блока 3 памяти (НС), посту— пающий на внешнее устройство. В ответ на сигнал НС внешнее устройство последовательно выставляет на вход признака опроса устройства адреса (АС) бло- ZO ка 3 памяти, по которым осуществляется считывание информации. По окончании считывания внешнее устройство выставляет на входе признака конца опроса устройства единичный сигнал кон- 25 ца считывания (КС t, подтверждающий окончание считывания информации из блока 3 памяти.

На этом цикл работы устройства для формирования плана проходимости местности заканчивается.

Узел 9. классификации рельефа работает следующим образом. Координаты

Х, Y Z текущей просканированной дальномером точки рельефа, записан— ные в регистры 11 — 13, и координаты

Х-, Y,,Z ранее просканированной точки рельефа поступают на вычитатели 14 — 16, на выходах которых формируются раз ности Й Х дУ Д Z. Величи 40 ныл Х, й7 поступают на адресные входы элемента 19 постоянной памяти, откуда считывается соответствующее значение функции профильной проходимости и Е, поступающее на элемент 20 45 сравнения, где сравнивается с перепадом высот и Z. Величины Д Х, a Y поступают также на элементы 21 и 22 сравнения, где сравниваются с величиной . В случае выполнения условий

t X16 ., д71 (L и й/ (4 Ек на выходах элементов 20 — 22 сравнения присутствуют единичные сигналы, поступающие на входы элемента И 23. В результате íà его выходе формируется единичный признак препятствия (P).

Координаты Х, Y и Х, Y поступают также на сумматоры 17 и 18, на выходах которых в соответствии с вы- ражением (3) формируется адрес н p =

= (Х, Y<) ячейки блока 3 памяти,соответствующий дискретному участку местности, содержащему точки (X, Y, Z 7 и (Х,Y,Z > °

Узел . 10 управления работает следующим образом. В режиме установки блока 3 памяти в исходное нулевое состояние после включения тумблера "Pa" бота" на выходах 42 и 46 элемента 34 появляется единичный сигнал, устанавливающий счетчики 24-27 в нулевое состояние. Далее на выходе 52 элемента 34 устанавливается нулевой сигнал, поступающий на информационный вход блока 3 памяти. На выходе 51 элемента 34 устанавливается нулевой сигнал, поступающий на вход записи блока 3 памяти. Содержимое счетчика 24 непрерывно сравнивается на элементе 31 сравнения с максимальным значением адреса блока 3 памяти (Аь З) и в случае выполнения условия А g А 3 на выходе 41 элемента 34 формируется сигнал, наращивающий содержимое счетчика 24 ка единицу. В результате все ячейки блока 3 памяти установлены в нулевое состояние. При выполнении условия А А,З на выходе элемента 31 сравнения появляется единичный сигнал, при этом наращивание адреса блока 3 памяти прекращается и в узле 10 управления выполняются следующие операции..

На выходе 52 элемента 34 устанавливается единичный сигнал, на выходе

41 элемента 34 — единичный сигнал, на управляющих входах коммутатора 28 код„ обеспечивающий поступление адреса AI на адресные входы блока 3 памяти.

В режиме организации классификации рельефа на проходимость узел управления работает следующим образом.

В момент окончания преобразования координат на выходе узла 7 преобразования координат формируется единичный сигнал КП, поступающий на вход 40 узла 10 управления, где признак КП анализируется„ и если он равен единице, на выходе 43 элемента 34 формируется единичный сигнал, поступающий на вход "*1" счетчика 25. Содержимое Al счетчика 25 увеличивается на единицу и сравнивается со значением адреса А„ 8 на элементе 31 сравне10

1. Устройство для формирования плана проходимости местности перед транспортным средством, содержащее сканирующий лазерный дальномер и блок обработки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования плана проходимости местности с точными координатами запрещенных и свободных для движения участков, оно содержит блок определения крена и дифферента транспортного средства, блок курсоуказателя транспортного средства, блок определения текущих координат транспортного средства и блок памяти, причем выходы сканирующего

15629 ния. Результат сравнения с выхода элемента 31 поступает на элемент 34 и в случае, если условие Al Л 8 выполняется, то ь узле 10 управления выполняются следующие операции. э

На выходе 45 элемента 34 формируется единичный сигнал и содержимое

А1 счетчика 25 переписывается в счетчик 26. На управляющие входы коммутатора 29 с выхода 49 элемента 34 поступает сигнал, обеспечивающий поступление на адресные входы узла 8 содержимого Al счетчика 25. На выходе

54 узла 10 формируется нулевой сигнал, в результате этого координаты

Х, Y, Z текущей просканированной точки рельефа заносятся в узел Я памяти по адресу Al После этого нулевой сигнал снимается и на выходе 53 20 узла 10 формируется единичный сигнал, обеспечивающий запись координат

Х, Y, Z текущей просканированной точки рельефа в регистры узла 9 классификации рельефа. На выходе 46 элемен- 25 та 34 формируется единичный сигнал, поступающий на счетные входы счетчиков 26 и 27. При этом содержимое К счетчика 27 увеличивается на единицу, а содержимое А2 счетчика 26 уменьшается на единицу, и в счетчике 26 формируется адрес просканированной ранее точки рельефа.

На управляющем входе коммутатора

29 устанавливается сигнал, обеспечивающий поступление на. адресные входы узла 8 памяти адреса А2 с выходов счетчика 26. Тем самым обес..ечивается считьвание из узла 8 координат Х !

Y, 1 просканлрованной ранее точки 4р рельефа. После этого в элементе 34 анализируется признак Р, поступающий из узла 9 классификации рельефа, и если он равен единице, на выходе 51 узла 10 формируется нулевой сигнал, записывающий единицу в блок 3 памяти по адресу АР, поступающему с выхода коммутатора 28. По окончании записи информации в блок 3 в элементе 34 анализируется состояние выходов элементов 30 и 33 сравнения, где содержимое счетчика 27 сравнивается с максимальным числом проверок К, а содержимое А2 счетчика 26 сравйивается с нулем. В случае выполнения условий

К 4 К. и А2 ) О содержимое А2 счетчика 26 уменьшается на единицу, а ссдержимое счетчика 27 наращивается,. производится очередная запись в блок..5 памяти и т д;, !1окл одно из усло ви . К ) К „, или А2 Г 0 не выполнится.

Б этом случае классификация рельефа для текущей просканированной точки Х, У, Z ) заканчивается, счетчики 26 и 27 устанавливаются в нулевое состоякие и элемент 34 возвращается к

;-.налнзу признака КП от узла 7 преобразования координат.

Если после прихода очередного единичного сигнала КП и наращивания содержимого Al счетчика 25 выполнится условие Al ) А,„8, что соответствует окончанию цикла сканирования, то узел управления переходит в режим организации обмена информацией с внешним устройством, использующим план проход.:мости из блока 3 памяти.

Б этом режиме в узле 10 управления на у;.равляющих входах коммутатора 28 устанавливается код обеспе-чивающий

) поступление адреса AC на адресные входы блока 3 памяти, а на выходе 50 уз; а 10 формируется единичный сигнал НС, поступающий на внешнее устройство. По окончании считывания внешнее устройство выставляет сигнал КС, который поступает на вход 39 узла 10 и анализируется. Как только сигнал КС принимает единичное значение, работа узла управления в режиме обмена информацией с внешним устройством заканчивается и элемент 34 узла управления возвращается к анализу признака КП„

Формирование управляющих сигналов в соответствии с описанными режимами работы узла 10 управления осуществляется микропрограммно в элементе 34 микропрограммного управления.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

33

11 15629 лазерного дальномера, блока определения крена и дифферента транспортного средства, блока курсоуказателя транспортного средства и блока определения текущих координат транспортного средства подключены соответственно к информационным входам группы блока обработки, первый, второй... третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к выходу признака готовности результата устройства, к адресному входу, к входу записи-чтения и к информационному входу блока памяти, выход которого подключен к выходу результата устройства, вход признака опроса устройства, вход признака конца опроса устройства и вход линейного размера транспортного средства устройства подкгйочены соответственно к пер- 20 вому входу режима, к второму входу режима и х первому информационному вхоцу блоха обработки, первьп., второй и третий входы константы устройства падхлючены соответственно к второму, третьему и четвертому информационным входам блока обработки, причем блок обработки содержит узел преобразования координат, узел памяти, узел классификации рельефа и узел управле- 30 ния„ нри этом в блоке обработки информационные входы группы блока обработки подкгпочены х информационным входам узла преобразования коорцлнат, Выходы группы кОтОрОгО подключены соответственно к информационным входам узла памяти, первый, второй и третий выходы которого пацключены соответст— вЕнно к первому, второму и третьему информационным входам узла классифи- щ кации рельефа, первьй, второй и третий выходы которого подключены соответственна к первому, второму и третьему входам режима узла управления, выходь: с первого по седьмой которого подключены соответственно к первому выходу блока обработки, второму вы— ходу блока обработки, третьему выходу блока обработки, четвертому выходу блока обработки, к управляющему входу узла классификацин рельефа, к адресному входу узла памяти и входу записи-чтения узла .памяти, первый информационный вход, первый вход режима и второй вход режима блока обработки подключены соответственно к четвертому информационному входу узла класс:ификации рельефа, четвертому входурежима и пятому входу режима узла управления, шестой вход режима которого подключен к выходу узла преобразования координат, второй, третий и четвертый информационные входы блока обработки подключены соответственно к седьмому, восьмому и девятому входам режима узла управления.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что узел классификации рельефа содержит три регистра, три вычитателя, два сумматора, элемент постоянной памяти, три элемента сравнения и элемент И, причем первый информационный вход узла подключен к информационному входу первого регистра и первому информационному входу первого вычитателя, выход которого подключен к первому входу первого элемента сравнения, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй информационный вход узла подключен к информационному входу второго регистра, первому информационному входу второго вычитателя и первому информационному входу первого сумматора, выход второго вычитателя подключен к первому адресному входу элемента постоянной памяти и первому входу второго элемента сравне. ния, выход которого подключен к второму входу элемента <"., третий информационный вход узла подключен к информационному входу третьего регистра, первому информационному входу третьего вычитателя и первому информационному входу второго сумматора, выход третьего вычитател"-. подключен к второму адресному входу элемента постоян. ной памяти и первому входу третьего элемента сравнения, выход которого подключен к третьему входу элемента

И, выход которого подключен к первому выходу узла, управляющий вход которого подключен к входам записи-считывания регистров с первого по третий, выход первого регистра подключен к второму информационному входу первого вычитателя, выход второго регистра подключен к второму информационному входу второго вычитателя и второму информационному входу первого сумматора, выход которого подключен к второму вьгсоду узла, четвертый информационный вход которого подключен к вторым входам второго и третьего элементов сравнения, выход третьего регистра подключен к второму информационному входу третьего вычи13 1562 тателя и второму информационному входу второго сумматора, выход которого подключен к третьему выходу узла, выход элемента постоянной памяти подключен к .второму входу первого зле5 мента сравнения.

3. Устройство по п.l, о т л и ч аю ш е е с я тем, что узел управления содержит с первого по четвертый счетчики, первый и второй коммутаторы, с первого по третий элементы сравнения, элемент сравнения с нулем и элемент микропрограммного управления, причем с первого по девятый входы режима узла подключены соответственно к первому входу режима элемента микропрог- . раммного управления, к первому, второму и третьему информационным входам первого коммутатора, к второму и g0 третьему входам режима элемента микропрограммного управления, первый выход которого подключен к входу инкремента первого счетчика, второй выход элемента микропрограммного управления 25

tt подключен к входам установки в 0 первого и второго счетчиков, третий выход элемента микропрограммного управления подключен к входу инкремента второго счетчика, четвертый выход элемента микропрограммного управления подключен к входу декремента третьего счетчика и входу инкремента четвертого счетчика, пятый выход элемента микропрограммного управления подклю35 чен к входу синхронизации третьего счетчика, шестой выход элемента микропрограммного управления подключен к входам установки в "0" третьего и четвертого счетчиков, выход первого 40 счетчика подключен к четвертому информационному входу первого коммута14 тора и первому входу первого элемент» сравнения, выход которого подключен к четвертому входу режима элемента микропрограммного управления, вы-1 ход второго счетчика подключен к информационному входу третьего счетчика, первому информационному входу второго коммутатора и первому входу второго элемента сравнения, выход которого подключен к пятому входу режима элемента микропрограммного управления, выход третьего счетчика подключен к второму информационному входу второго коммутатора и входу элемента сравнения с нулем, выход которого подключен к шестому входу режима элемента микропрограммного управления, выход четвертого счетчика подключен к первому входу третьего элемента сравнения, выход которого подключен к седьмому входу режима элемента микропрограммного управления, седьмой, восьмой и девятый вхоubt режима узла подключены соответственно к вторым входам третьего, первого и второго элементов сравнения, седьмой, восьмой и девятый выходы элемента микропрограммного управления подключены соответственно к первому и второму управляющим входам первбго коммутатора и управляющему входу второго коммутатора, с первого по седьмой выходы узла подключены соответственно к десятому выходу элемента микропрограммного управления, выходу первого коммутатора, одиннадцатому, двенадцатому и тринадцатому выходам элемента микропрограммного управления, выходу второго коммутатора и четырнадцатому выходу элемента микропрограммного управления.

l 562933

Сост ав ит ель В . Смирнов

P едактор H.Ðîróëè÷ Техред JI.Ñåðäþêîâà Корректор Н.Король

Заказ 1066 Тираж 563 Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101