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Dokumentenidentifikation DE60305001T2 22.02.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001472581
Titel STEUERSYSTEM FÜR EIN ANGETRIEBENES FAHRZEUG
Anmelder Visual Act Scandinavia AB, Saltsjö-Boo, SE
Erfinder PHILIPSON, Niklas, S-118 56 Stockholm, SE;
FAINBERG, Jim, N-0654 Oslo, NO
Vertreter Witte, Weller & Partner, 70178 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 60305001
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.01.2003
EP-Aktenzeichen 037055787
WO-Anmeldetag 22.01.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/SE03/00108
WO-Veröffentlichungsnummer 2003062935
WO-Veröffentlichungsdatum 31.07.2003
EP-Offenlegungsdatum 03.11.2004
EP date of grant 03.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse G05D 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B62D 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich hinsichtlich eines ersten Aspekts auf ein Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug.

Hinsichtlich eines zweiten Aspekts bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs.

Hinsichtlich eines dritten Aspekts bezieht sich die vorliegende Erfindung zumindest auf ein Computerprogrammprodukt zum Steuern einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs.

Beschreibung des Stands der Technik

Beim Theater ist der größte Teil der Gerätschaften, die zur Bewegung des Bühnenaufbaus und der Beleuchtung benutzt werden, automatisiert worden. Die meisten Bühnenaktivitäten involvieren ein einfaches Bewegen des Bühnenaufbaus auf der Bühne. Automatisierte Systeme, mit denen man so etwas durchführen kann, sind durch schlechte Radiokommunikation bzw. Funkkommunikation, Mangel an Genauigkeit und Navigierbarkeit, laute Geräusche und hohe Kosten eingeschränkt gewesen.

Das Dokument U.S. Patent Nr. 5,823,884 offenbart einen angetriebenen Bühnenwagen, der ein Fahrgestell aufweist, an dem eine Mehrzahl von rollenden Tragmitteln befestigt ist, wobei sich jedes von diesen an entsprechenden Ecken des Fahrzeuggestells befindet. Der angetriebene Bühnenwagen weist außerdem erste und zweite Antriebsmittel auf, die beide an dem Fahrgestell befestigt sind, sich im Eingriff bzw. in Wechselwirkung mit der Oberfläche befinden, über die der Bühnenwagen bewegt werden soll, und die gegenseitig voneinander beabstandet sind. Das Dokument beschreibt ein Verfahren zur Berechnung eines Bewegungswegs, entlang dessen der Bühnenwagen von einer aktuellen Position an eine gewünschte Position bewegt werden kann. Das Verfahren weist die Schritte auf des Berechnens für jedes der genannten Antriebsmittel des Bi-Sektors bzw. der Halbierenden von einer Linie, die die aktuelle Position der genannten Antriebsmittel und die Position der genannten Antriebsmittel verbindet, wenn sich der Bühnenwagen an seine gewünschte Position bewegt hat; das Bestimmen des Schnittpunkts von den beiden Bi-Sektoren; das Berechnen für jedes der genannten Antriebsmittel der Länge von einem Bogen, der um den genannten Schnittpunkt zentriert ist und sowohl durch die aktuelle Position der genannten Antriebsmittel und die Position der genannten Antriebsmittel führt, wenn der Bühnenwagen sich an seine gewünschte Position bewegt hat; das Steuern des Verhältnisses der Rotationsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Antriebsmittel gemäß des Verhältnisses von den genannten Bogenlängen; und das Steuern der relativen Ausrichtung der genannten ersten und zweiten Antriebsmittel, so dass jedes der genannten Antriebsmittel stets eine Tangente zu dem entsprechenden Bogen definiert, der dem betroffenen Antriebsmittel zugeordnet ist.

Ein Hauptnachteil hinsichtlich des Verfahrens der Berechnung eines Bewegungswegs gemäß dem Dokument US 5,823,884 ist, dass sie die Wege auf bestimmte vorgegebene Kombinationen von Translation und Rotation beschränkt. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Verfahren keine Korrektur hinsichtlich irgendeines physikalischen Fehlers vornimmt, der bei der Bewegung auftreten könnte.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird hinsichtlich eines ersten Aspekts ein Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt, und zwar zum Beschreiben einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs und zum Übertragen der Bewegung auf ein Antriebssystem des Fahrzeugs. Das angetriebene Fahrzeug weist ein Fahrgestell auf, wobei wenigstens drei Rollmittel an dem Fahrgestell montiert sind, und zwar, um mit einer Oberfläche in Wechselwirkung bzw. in Eingriff zu treten, über die das Fahrzeug zu bewegen ist. Das Antriebssystem weist wenigstens zwei Antriebseinheiten auf, die jeweils ein erstes und ein zweites Antriebsmittel beinhalten, die gemeinschaftlich betreibbar bzw. betriebsbereit sind, um sowohl den Vortrieb als auch das Lenken der Antriebseinheit und damit des genannten Fahrzeugs bereitzustellen. Das Steuersystem weist außerdem ein Berechnungsmittel zum Berechnen einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs auf, wobei eine Translation des Fahrzeugs in der Form einer kontinuierlichen kubischen Funktion berechnet wird und eine Rotation des Fahrzeugs in der Form einer linearen Funktion berechnet wird. Das Steuersystem weist ferner Kommunikationsmittel zum Übertragen der gewünschten Bewegung an die wenigstens zwei Antriebseinheiten auf, um das Fahrzeug gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen. Ein Vorteil des Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass es ein Fahrzeug entlang eines beliebigen vorgegebenen Wegs bewegen kann mit einer vorgegebenen Änderung hinsichtlich der Rotation in Übereinstimmung mit einer Zeitskala. Ein weiterer Vorteil dieses Steuersystems ist, dass es skalierbar ist, d.h., es kann eine beliebige Anzahl von Fahrzeugen gleichzeitig entlang mehrerer Wege bewegen. Ein weiterer Vorteil dieses Steuersystems ist, dass es ermöglicht, Fahrzeuge in beliebige Richtungen zu bewegen. Es trifft keine Annahmen dahingehend, dass eine Richtung natürlicher wäre als eine andere. Noch ein weiterer Vorteil dieses Steuersystems ist, dass es die gleiche Methode verwendet, um eine beliebige Art der Bewegung oder des Wegs zu beschreiben.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ergibt sich, wenn das Steuersystem des Weiteren ein Navigationssystem aufweist, um eine aktuelle bzw. tatsächliche Position des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei die tatsächliche Position an die Berechnungsmittel übertragen wird, um Fehler zwischen der tatsächlichen Position und einer gewünschten Position gemäß der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs zu korrigieren.

Des Weiteren ergibt sich ein Vorteil in diesem Zusammenhang, wenn die kontinuierliche kubische Funktion eine BézierFunktion dritter Ordnung ist.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ergibt sich, wenn die Bézier-Funktion wie folgt ausgedrückt wird: x = ap3 + bp2 + cp + d y = ep3 + fp2 + gp + h, wobei a–h Konstanten sind und wobei p eine Variable ist, die 0 ≤ p ≤ 1 erfüllt.

Des Weiteren ergibt sich in diesem Zusammenhang ein Vorteil, wenn das Berechnungsmittel die Konstanten a–h gemäß der folgenden Ausdrücke berechnet: a = x3 – 3x2 + 3x1 – x0 e = y3 – 3y2 + 3y1 – y0 b = 3x2 – 6x1 + 3x0 f = 3y2 – 6y1 + 3y0 c = 3x1 – 3x0 g = 3y1 – 3y0 d = x0 h = y0, wobei (x0, y0) eine Startposition ist und wobei (x3, y3) eine Endposition der Bewegung ist und wobei (x1, y1) und (x2, y2) Steuerpositionen der Bewegung sind.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ergibt sich, wenn die Bewegung aus wenigstens einem Segment gebildet ist.

Des Weiteren ergibt sich, wenn die Bewegung aus wenigstens zwei Segmenten gebildet ist, ein Vorteil wenn das Steuersystem die folgenden Regeln anzuwenden hat, wenn das Fahrzeug sich ruckfrei von einem Segment zum nächsten bewegen soll:

  • – eine Startposition des folgenden Segmentes muss die gleiche sein wie eine Endposition des vorhergehenden Segmentes;
  • – eine Startrotation des folgenden Segmentes muss gleich einer Endrotation des vorhergehenden Segmentes sein;
  • – ein Startpfad des folgenden Segmentes muss eine Tangente eines Endpfades des vorhergehenden Segmentes sein; und
  • – eine Startgeschwindigkeit und eine Drehrichtung des folgenden Segmentes müssen gleich einer Endgeschwindigkeit und Drehrichtung des vorhergehenden Segmentes sein.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ergibt sich, wenn die Berechnungsmittel ferner eine momentane Mitte bzw. einen momentanen Mittelpunkt des Fahrzeugs berechnen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs, mit Hilfe eines Steuersystems, bereitzustellen. Das Fahrzeug weist ein Fahrgestell, ein Antriebssystem und wenigstens drei Rollmittel auf, die an dem Fahrgestell montiert sind, zur Wechselwirkung bzw. zum Eingriff mit einer Oberfläche, über die das Fahrzeug bewegt werden soll. Das Antriebssystem weist wenigstens zwei Antriebseinheiten auf, wobei jede Antriebseinheit erste Antriebsmittel und zweite Antriebsmittel beinhaltet, die gemeinschaftlich betreibbar bzw. betriebsbereit sind, um sowohl einen Vortrieb als auch ein Lenken der Antriebseinheit bereitzustellen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • – Berechnen mittels Berechnungsmitteln, die in dem Steuersystem enthalten sind, einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs;
  • – durch Berechnen einer Translation des Fahrzeugs in der Form einer kontinuierlichen kubischen Funktion; und
  • – durch Berechnen einer Rotation des Fahrzeugs in der Form einer linearen Funktion; und
  • – Übertragen mittels Übertragungsmitteln, die in dem Steuersystem enthalten sind, der gewünschten Bewegung an die wenigstens zwei Antriebseinheiten, um das Fahrzeug gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen. Ein Vorteil des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein Fahrzeug entlang eines beliebigen vorgegebenen Wegs bewegen kann mit einer vorgegebenen Änderung hinsichtlich der Rotation in Abhängigkeit von einer Zeitskala. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es skalierbar ist, d.h., es kann eine beliebige Anzahl von Fahrzeugen gleichzeitig entlang verschiedener Wege bewegen. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es ermöglicht, Fahrzeuge in einer beliebigen Richtung zu bewegen. Es trifft keine Annahmen dahingehend, dass eine Richtung natürlicher wäre als eine andere. Noch ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es das gleiche Verfahren verwendet, um eine beliebige Art der Bewegung oder des Wegs zu beschreiben.

ab hier Ein weiterer Vorteil wird in diesem Zusammenhang erzielt, wenn das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

  • – Bestimmen einer aktuellen Position des Fahrzeugs mittels eines Navigationssystems, das in dem Steuersystem enthalten ist;
  • – Übertragen der aktuellen Position an die Berechnungsmittel; und
  • – Korrigieren von Fehlern zwischen der aktuellen Position und einer gewünschten Position gemäß der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs.

Des Weiteren ergibt sich ein Vorteil in diesem Zusammenhang, wenn die kontinuierliche kubische Funktion eine Bezier-Funktion dritter Ordnung ist.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang wird erreicht, wenn die Bézier-Funktion wie folgt ausgedrückt wird: x = ap3 + bp2 + cp + d y = ep3 + fp2 + gp + h, wobei a–h Konstanten sind und wobei p eine Variable ist, die 0 ≤ p ≤ 1 erfüllt.

Des Weiteren ergibt sich ein Vorteil in diesem Zusammenhang, wenn das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist, und zwar:

  • – Berechnen der Konstanten a–h gemäß der folgenden Ausdrücke: a = x2 – 3x2 + 3x1 – x0 e = y3 – 3y2 + 3y1 – y0 b = 3x2 – 6x1 + 3x0 f = 3y2 – 6y1 + 3y0 c = 3x1 – 3x0 g = 3y1 – 3y0 d = x0 h = y0, wobei (x0, y0) eine Startposition ist und wobei (x3, y3) eine Endposition der Bewegung ist und wobei (x1, y1) und (x2, y2) Steuerpositionen der Bewegung sind.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang wird erreicht, wenn das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

  • – Berechnen eines momentanen Mittelpunkts bzw. eine momentane Mitte und Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und
  • – Berechnen von Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen und Winkeln der Antriebseinheit.

Des Weiteren ergibt sich ein Vorteil in diesem Zusammenhang, wenn das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

  • – Integrieren nachfolgender Korrekturen, wenn der Fehler zu einer abrupten Bewegung des Fahrzeugs führen wird; und
  • – Addieren eines geeigneten Anteils der Korrekturen für jede Zeitscheibe.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, wenigstens ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, das direkt in den internen Speicher von wenigstens einem digitalen Computer geladen werden kann. Das wenigstens eine Computerprogrammprodukt weist Softwarecodeabschnitte zum Durchführen der Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auf, wenn das wenigstens eine Produkt auf wenigstens einem Computer läuft. Ein weiterer Vorteil dieses Computerprogrammprodukts gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass es ein Fahrzeug entlang eines beliebigen vorgegebenen Wegs bewegen kann mit einer vorgegebenen Änderung hinsichtlich der Rotation in Abhängigkeit von einer Zeitskala. Ein weiterer Vorteil dieses Produkts ist, dass es skalierbar ist, d.h., es kann eine beliebige Anzahl von Fahrzeugen gleichzeitig entlang verschiedener Wege bewegen. Ein weiterer Vorteil dieses Produkts ist, dass es ermöglicht, Fahrzeuge in einer beliebigen Richtung zu bewegen. Es trifft keine Annahmen dahingehend, dass eine Richtung natürlicher wäre als eine andere. Noch ein weiterer Vorteil dieses Produkts ist, dass es das gleiche Verfahren verwendet, um eine beliebige Art der Bewegung oder des Wegs zu beschreiben.

Es sollte betont werden, dass der Begriff „aufweist/aufweisen" soweit er in dieser Beschreibung verwendet wird, dafür steht, dass das Vorhandensein beschriebener Merkmale, Schritte oder Komponenten spezifiziert werden soll, dass er aber nicht das Vorhandensein von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, Einheiten, Schritten, Komponenten oder Gruppen davon ausschließt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Steuersystems für ein angetriebenes Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 eine seitliche Ansicht von oberhalb einer Antriebseinheit zeigt, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

3 eine schematische Darstellung eines angetriebenen Fahrzeugs zeigt, das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

4 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zeigt zum Steuern einer Bewegung von einem angetriebenen Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung; und

5 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

1 zeigt ein Blockdiagramm von einem Steuersystem 70 für ein angetriebenes Fahrzeug 72 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das angetriebene Fahrzeug 72 weist ein Antriebssystem (nicht dargestellt, siehe 3), ein Fahrgestell (nicht dargestellt) und wenigstens drei Rollmittel (nicht dargestellt) auf, die an dem Fahrgestell montiert sind, und zwar, um mit einer Oberfläche in Wechselwirkung bzw. in Eingriff zu treten, über die das Fahrzeug zu bewegen ist. Das Antriebssystem weist wenigstens zwei Antriebseinheiten (siehe 2) auf, die jeweils ein erstes Antriebsmittel und ein zweites Antriebsmittel beinhalten, die gemeinschaftlich betreibbar, bzw. betriebsbereit sind, um sowohl den Vortrieb als auch das Lenken der Antriebseinheiten bereitzustellen. Das Steuersystem 70 weist ein Berechnungsmittel 74 zum Berechnen einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs 72 auf, wobei eine Translation des Fahrzeugs 72 in der Form einer kontinuierlichen kubischen Funktion berechnet wird und eine Rotation des Fahrzeugs 72 in der Form einer linearen Funktion berechnet wird. Das Steuersystem 70 weist ferner ein Kommunikationsmittel 76 zum Übertragen der gewünschten Bewegung an die wenigstens zwei Antriebseinheiten auf, um das Fahrzeug 72 gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen. Das Steuersystem 70 weist ferner ein Navigationssystem 78 auf, das im Fahrzeug 72 enthalten ist, um eine tatsächliche Position des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei die tatsächliche Position an das Berechnungsmittel 74 mittels des Kommunikationsmittels 76 übertragen wird, um Fehler zwischen der tatsächlichen Position und einer gewünschten Position gemäß der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs 72 zu korrigieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems 70 gemäß der vorliegenden Erfindung ist die kontinuierliche kubische Funktion eine Bezier-Funktion dritter Ordnung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems 70 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bezier-Funktion wie folgt ausgedrückt: x = ap3 + bp2 + cp + d y = ep3 + fp2 + gp + h, wobei a–h Konstanten sind und wobei p eine Variable ist, die 0 ≤ p ≤ 1 erfüllt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems 70 gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Konstanten a–h gemäß der folgenden Ausdrücke berechnet: a = x3 – 3x2 + 3x1 – x0 e = y3 – 3y2 + 3y1 – y0 b = 3x2 – 6x1 + 3x0 f = 3y2 – 6y1 + 3y0 c = 3x1 – 3x0 g = 3y1 – 3y0 d = x0 h = y0 wobei (x0, y0) eine Startposition ist und wobei (x3, y3) eine Endposition der Bewegung ist und wobei (x1, y1) und (x2, y2) Steuerpositionen der Bewegung sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems 70 gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Bewegung aus wenigstens einem Segment gebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems 70 gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Bewegung wenigstens aus zwei Segmenten gebildet ist, hat das Steuersystem 70 die folgenden Regeln anzuwenden, wenn sich das Fahrzeug ruckfrei von einem Segment zum nächsten bewegen soll:

  • – eine Startposition des folgenden Segmentes muss die gleiche sein wie eine Endposition des vorhergehenden Segmentes;
  • – eine Startrotation des folgenden Segmentes muss gleich einer Endrotation des vorhergehenden Segmentes sein;
  • – ein Startpfad des folgenden Segmentes muss eine Tangente eines Endpfades des vorhergehenden Segmentes sein; und
  • – eine Startgeschwindigkeit und eine Drehrichtung des folgenden Segmentes müssen gleich einer Endgeschwindigkeit und Drehrichtung des vorhergehenden Segmentes sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steuersystems 70 gemäß der vorliegenden Erfindung, berechnen die Berechnungsmittel 74 ferner einen momentanen Mittelpunkt des Fahrzeugs 72. Die Bewegung eines beliebigen Punkts auf dem Fahrzeug 72 kann immer als eine Rotation um den momentanen Mittelpunkt beschrieben werden und berechnete Fehler hinsichtlich der Position des Fahrzeugs entlang der Kurve und seiner Rotation, wie sie vom Navigationssystem 78 gemeldet wird, können berücksichtigt werden.

2 zeigt eine seitliche Ansicht von oberhalb einer Antriebseinheit 10, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Die Antriebseinheit 10 weist Rollmittel 12 auf, deren Zweck es ist, in reibender Wechselwirkung mit einer Oberfläche zu stehen, über die die Antriebseinheit 10 bewegt werden soll. Vorzugsweise ist das Rollmittel 12 ein Rad 12. Die Antriebseinheit 10 weist außerdem ein erstes Antriebsmittel 14 und ein zweites Antriebsmittel 16 auf, die gemeinschaftlich betreibbar sind, um sowohl einen Vortrieb als auch ein Lenken der Antriebseinheit 10 bereitzustellen. Das erste Antriebsmittel 14 ist auf einem drehbaren Tragmittel 18 angeordnet, das um eine zentrale Achse c.a. rotierbar ist. Das erste Antriebsmittel 14 ist betreibbar, um die Rollmittel 12 um eine Rollachse zu rotieren. Die Rollachse ist senkrecht zur zentralen Achse c.a. Wie aus der 2 deutlich wird, sind die Rollmittel 12 um einen vorgegebenen Abstand von der zentralen Achse c.a. versetzt. Das zweite Antriebsmittel 16 ist betreibbar, um das Tragmittel 18 um die zentrale Achse c.a. zu drehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebseinheit 10, die in der 1 offenbart ist, ist jedes der ersten und zweiten Antriebsmittel 14, 16 ein Servomotor 14, 16. Die Antriebseinheit 10 weist auch ein Zahnkranzmittel 20 auf, das auf dem Umfang des Tragmittels 18 bereitgestellt ist. Das Zahnkranzmittel 20 ist von dem zweiten Antriebsmittel 16 mittels eines Übertragungsmittels angetrieben. Bei der in der 2 dargestellten Ausführungsform, ist das Übertragungsmittel eine Kette 22, die mit dem Zahnkranzmittel 20 und einem Zahnrad 24 in Eingriff steht, das von dem zweiten Antriebsmittel 16 angetrieben ist. Die Antriebseinheit 10, die in 2 dargestellt ist, weist ferner ein Spannrad 26 auf, das in Wechselwirkung bzw. in Eingriff mit der Kette 22 sein kann. Das Spannrad 26 kann entlang einer Nut 28 bewegt werden, um die Spannung der Kette 22 zu verändern. Die Antriebseinheit 10 weist außerdem einen induktiven Sensor 30 auf, der in einem Sensorhalter 32 angeordnet ist, um die Position des Zahnradmittels 20 zu erkennen, d.h., die Ausrichtung bzw. die Orientierung des Rads 12. Die Antriebseinheit 10 weist außerdem einen Rotationsbegrenzer 34 auf, der in der Nähe des Zahnradmittels 20 angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Antriebseinheit 10 ferner ein Planetengetriebe (nicht dargestellt) auf, das an dem ersten Antriebsmittel 14 befestigt ist, und in Verbindung mit dem Rad 12 steht. Das drehbare Tragmittel 18 ist von einem Kugellagermittel (nicht dargestellt) getragen. Das Tragmittel 18 ist vorzugsweise ein Blech bzw. eine Platte 18.

3 zeigt eine schematische Darstellung von einem angetriebenen Fahrzeug 50; 72, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Das Fahrzeug 50 weist zwei Antriebseinheiten 10 auf, die von derselben Art sind wie in 2 gezeigt, und zwei passive Rollmittel 52. Die zwei Antriebseinheiten 10 sind an zwei Ecken des Fahrzeugs angeordnet, die diagonal angeordnet sind und die zwei passiven Rollmittel 52 sind an den zwei anderen Ecken des Fahrzeugs angeordnet. Das Fahrzeug 50 wird beispielsweise mittels eines Batteriepakets 54 gespeist.

Das Fahrzeug 50 weist außerdem ein kabelloses Kommunikationsmittel 56 auf, um mit einem entfernten Computersystem 58 zu kommunizieren, um die Antriebseinheit 10 zu steuern, d.h. die Bewegung und Lenkung des Fahrzeugs 50. Das Fahrzeug 50 weist außerdem eine Einheit 60 zur Lasernavigation auf, beispielsweise einen Laserscanner, der mehrere Reflektoren verwendet, die entlang eines Umfangs, beispielsweise des Bühnenbereichs, angeordnet sind. Das Fahrzeug 50 weist außerdem eine zentrale Verarbeitungseinheit 62 auf, die mit der Einheit 60 zur Lasernavigation, den kabellosen Kommunikationsmitteln 56, dem Batteriepaket 54 und einer Anzahl von Servoverstärkern 64 verbunden ist, die wiederum mit den Antriebseinheiten 10 verbunden sind.

In der 4 ist ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung der Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren beginnt mit dem Block 80. Das Fahrzeug weist ein Fahrgestell, ein Antriebssystem und wenigstens drei Rollmittel auf, die an dem Fahrgestell montiert sind, zum Wechselwirken mit einer Oberfläche, über die das Fahrzeug zu bewegen ist. Das Antriebssystem weist mindestens zwei Antriebseinheiten auf, wobei jede Einheit ein erstes Antriebsmittel und ein zweites Antriebsmittel beinhaltet, die gemeinschaftlich betreibbar sind, um sowohl einen Vortrieb als auch ein Lenken der Antriebseinheiten bereitzustellen. Bei Block 82 wird das Verfahren mit dem folgenden Schritt fortgesetzt:

Mit einem Berechnungsmittel, das im Steuersystem enthalten ist, wird eine gewünschte Bewegung des Fahrzeugs berechnet. Das Verfahren wird bei Block 84 fortgesetzt, um eine Translation des Fahrzeugs in der Form einer kontinuierlichen kubischen Funktion zu berechnen. Der nächste Schritt, bei Block 86, besteht aus der Berechnung einer Rotation des Fahrzeugs in der Form einer linearen Funktion.

Die Methode wird bei Block 88 mit folgendem Schritt fortgesetzt: Mittels eines Übertragungsmittels, das in dem Steuersystem enthalten ist, wird die gewünschte Bewegung an die wenigstens zwei Antriebseinheiten übertragen, um das Fahrzeug gemäß einer gewünschten Bewegung zu bewegen. Das Verfahren wird bei Block 90 abgeschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:

  • – Bestimmen einer tatsächlichen bzw. aktuellen Position des Fahrzeugs mittels eines Navigationssystems, das in dem Steuersystem enthalten ist;
  • – Übertragen der aktuellen Position an die Berechnungsmittel; und
  • – Korrigieren von Fehlern zwischen der aktuellen Position und einer gewünschten Position gemäß der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, ist die kontinuierliche kubische Funktion eine Bezier-Funktion dritter Ordnung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die Bezier-Funktion wie folgt ausgedrückt: x = ap3 + bp2 + cp + d y = ep3 + fp2 + gp + h, wobei a–h Konstanten sind und wobei p eine Variable ist, die 0 ≤ p ≤ 1 erfüllt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf: Berechnen der Konstanten a–h gemäß der folgenden Ausdrücke: a = x3 – 3x2 + 3x1 – x0 e = y3 – 3y2 + 3y1 – y0 b = 3x2 – 6x1 + 3x0 f = 3y2 – 6y1 + 3y0 c = 3x1 – 3x0 g = 3y1 – 3y0 d = x0 h = y0 wobei (x0, y0) eine Startposition ist und wobei (x3, y3) eine Endposition der Bewegung ist und wobei (x1, y1) und (x2, y2) Steuerpositionen der Bewegung sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:

  • – Berechnen eines momentanen Mittelpunkts und einer Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und
  • – Berechnen von Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen und Winkeln der Antriebseinheiten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf:

  • – Integrieren von nachfolgenden Korrekturen, wenn der Fehler zu einer abrupten Bewegung des Fahrzeugs führen wird; und
  • – Addieren eines geeigneten Anteils der Korrekturen für jede Zeitscheibe.

In der 5 ist eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hier sind n verschiedene digitale Computer 1001, ..., 100n dargestellt, wobei n eine ganze Zahl ist. Hier sind des Weiteren n verschiedene Computerprogrammprodukte 1021, ..., 102n dargestellt, die hier in der Form von CDs (compact discs) gezeigt sind. Die verschiedenen Computerprogrammprodukte 1021, ..., 102n sind unmittelbar in den internen Speicher der n verschiedenen digitalen Computer 1001, ..., 100n ladbar. Jedes Computerprogrammprodukt 1021, ..., 102n weist Softwarecodeabschnitte zum Durchführen einiger oder aller Schritte gemäß 4 auf, wenn das Produkt/die Produkte 1021, ..., 102n auf einem Computer/mehreren Computern 1001, ..., 100n läuft/laufen. Die Computerprogrammprodukte 1021, ..., 102n können beispielsweise in der Form von Disketten (floppy disks), RAM-Laufwerken (RAM disks), magnetischen Bändern, opto-magnetischen Datenträgern oder irgendeines anderen geeigneten Produkts sein.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein Fahrzeug oder einen Roboter entlang eines beliebigen vorgegebenen Wegs mit einer vorgegebenen Änderung hinsichtlich der Rotation unter Berücksichtigung einer Zeitskala bewegen kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sie eine beliebige Anzahl von Fahrzeugen synchron bewegen kann, d.h. mehrere Fahrzeuge bewegen kann, als ob sie eins wären, erkennbar für den Benutzer und ohne jegliche mechanische Verbindung oder irgendwelche Kabel zwischen den Fahrzeugen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sie es erlaubt, dass das Fahrzeug eine beliebige Größe haben kann und die gleiche Zusammenstellung von Komponenten verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie es dem Bediener ermöglicht, die Geschwindigkeit der Bewegungen dynamisch zu steuern, während die relativen Positionen von allen Fahrzeugen unter seiner/ihrer Kontrolle gleich bleiben.


Anspruch[de]
Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug, und zwar zum Beschreiben einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs und zum Übertragen der Bewegung auf ein Antriebssystem des Fahrzeugs, wobei das angetriebene Fahrzeug ein Fahrgestell aufweist, wobei wenigstens drei Rollmittel an dem Fahrgestell montiert sind, und zwar um mit einer Oberfläche in Eingriff zu treten, über die das Fahrzeug zu bewegen ist, wobei das Antriebssystem wenigstens zwei Antriebseinheiten aufweist, die jeweils erste Antriebsmittel und zweite Antriebsmittel beinhalten, die gemeinschaftlich betriebsbereit sind, um sowohl den Vortrieb als auch das Lenken der Antriebseinheit bereitzustellen, wobei das Steuersystem Berechnungsmittel zum Berechnen einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Translation des Fahrzeugs in der Form einer kontinuierlichen kubischen Funktion berechnet wird und dass eine Rotation des Fahrzeugs in der Form einer linearen Funktion berechnet wird, wobei das Steuersystem ferner Kommunikationsmittel zum Übertragen der gewünschten Bewegung auf die wenigstens zwei Antriebseinheiten aufweist, um das Fahrzeug gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen. Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem ferner ein Navigationssystem zum Bestimmen einer aktuellen Position des Fahrzeugs aufweist, wobei die aktuelle Position an die Berechnungsmittel übertragen wird, um Fehler zwischen der aktuellen Position und einer gewünschten Position zu korrigieren, und zwar gemäß der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs. Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche kubische Funktion eine Bezier-Funktion dritter Ordnung ist. Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezier-Funktion sich ausdrücken lässt zu: x = ap3 + bp2 + cp + d y = ep3 + fp2 + gp + h, wobei a–h Konstanten sind und wobei p eine Variable ist, die 0 ≤ p ≤ 1 erfüllt. Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsmittel die Konstanten a–h gemäß der folgenden Ausdrücke berechnen: a = x3 – 3x2 + 3x1 – x0 e = y3 – 3y2 + 3y1 – y0 b = 3x2 – 6x1 + 3x0 f = 3y2 – 6y1 + 3y0 c = 3x1 – 3x0 g = 3y1 – 3y0 d = x0 h = y0, wobei (x0, y0) eine Startposition und wobei (x3, y3) eine Endposition der Bewegung ist und wobei (x1, y1) und (x2, y2) Steuerpositionen der Bewegung sind. Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung aus wenigstens einem Segment ausgebildet ist. Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Bewegung aus wenigstens zwei Segmenten gebildet ist, das Steuersystem die folgenden Regeln anzuwenden hat, wenn das Fahrzeug sich ruckfrei von einem Segment zum nächsten bewegen soll:

– eine Startposition des folgenden Segmentes muss die gleiche sein wie eine Endposition des vorhergehenden Segmentes;

– eine Startrotation des folgenden Segmentes muss gleich einer Endrotation des vorhergehenden Segmentes sein;

– ein Startpfad des folgenden Segmentes muss eine Tangente eines Endpfades des vorhergehenden Segmentes sein; und

– eine Startgeschwindigkeit und eine Drehrichtung des folgenden Segmentes müssen gleich einer Endgeschwindigkeit und Drehrichtung des vorhergehenden Segmentes sein.
Steuersystem für ein angetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsmittel ferner eine momentane Mitte des Fahrzeugs berechnen. Verfahren zum Steuern mit Hilfe eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs, das ein Fahrgestell, ein Antriebssystem, wenigstens drei Rollmittel aufweist, die an dem Fahrgestell montiert sind, zum Eingriff mit einer Oberfläche, über die das Fahrzeug zu bewegen ist, wobei das Antriebssystem wenigstens zwei Antriebseinheiten aufweist, wobei jede Einheit erste Antriebsmittel und zweite Antriebsmittel beinhaltet, die gemeinschaftlich betriebsbereit sind, um sowohl einen Vortrieb als auch ein Lenken der Antriebseinheit bereitzustellen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

– Berechnen mittels Berechnungsmitteln, die in dem Steuersystem enthalten sind, einer gewünschten Bewegung des Fahrzeugs; gekennzeichnet durch

– Berechnen einer Translation des Fahrzeugs in der Form einer kontinuierlichen kubischen Funktion; und

– Berechnen einer Rotation des Fahrzeugs in der Form einer linearen Funktion; und

– Übertragen mittels Übertragungsmitteln, die in dem Steuersystem enthalten sind, der gewünschten Bewegung an wenigstens eine Antriebseinheit, um das Fahrzeug gemäß der gewünschten Bewegung zu bewegen.
Verfahren zum Steuern mittels eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist:

– Bestimmen einer aktuellen Position des Fahrzeugs mittels eines Navigationssystems, das in dem Steuersystem enthalten ist;

– Übertragen der aktuellen Position an die Berechnungsmittel; und

– Korrigieren von Fehlern zwischen der aktuellen Position und einer gewünschten Position gemäß der gewünschten Bewegung des Fahrzeugs.
Verfahren zum Steuern mittels eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche kubische Funktion eine Bezier-Funktion dritter Ordnung ist. Verfahren zum Steuern mittels eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezier-Funktion sich ausdrücken lässt zu: x = ap3 + bp2 + cp + d y = ep3 + fp2 + gp + h, wobei a–h Konstanten sind und wobei p eine Variable ist, die 0 ≤ p ≤ 1 erfüllt. Verfahren zum Steuern mittels eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist:

– Berechnen der Konstanten a–h gemäß der folgenden Ausdrücke: a = x3 – 3x2 + 3x1 – x0 e = y3 – 3y2 + 3y1 – y0 b = 3x2 - 6x1 + 3x0 f = 3y2 – 6y1 + 3y0 c = 3x1 – 3x0 g = 3y1 – 3y0 d = x0 h = y0, wobei (x0, y0) eine Startposition und wobei (x3, y3) eine Endposition der Bewegung ist und wobei (x1, y1) und (x2, y2) Steuerpositionen der Bewegung sind.
Verfahren zum Steuern mittels eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist:

– Berechnen einer momentanen Mitte und Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und

– Berechnen von Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen und Winkeln der Antriebseinheit.
Verfahren zum Steuern mittels eines Steuersystems einer Bewegung eines angetriebenen Fahrzeugs gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist:

– nachfolgende Korrekturen zu integrieren, wenn der Fehler zu einer abrupten Bewegung des Fahrzeugs führen wird; und

– Addieren eines geeigneten Anteils der Korrekturen für jede Zeitscheibe.
Wenigstens ein Computerprogrammprodukt (1021, ..., 102n), das direkt in den internen Speicher von wenigstens einem digitalen Computer (1001, ..., 100n) ladbar ist, mit Softwarecodeabschnitten zum Durchführen der Schritte des Anspruchs 9, wenn das wenigstens eine Produkt (1021, ..., 102n) auf dem wenigstens einen Computer (1001, ..., 100n) läuft.






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