CN1060887A - 控制移动物使之沿预定的运动轨迹向前移动的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明为控制一个移动物体沿预定路径前进的 方法和装置。本发明在控制移动物体使之沿预定路 径前进时，先测量出移动物体的本体与预定路径的距 离和偏离方向，再把测得的距离和偏离方向输入到一 个预先存贮有与上述距离相对应的成员函数的前导 运算部分中，在该部分中执行标度运算。把得到的标 度输入到一个预先存贮有和操作值相对应的成员函 数的后续运算部分中，执行操作值运算。得到的操作 值再输出到驾驶装置，根据该操作值控制驾驶装置。

Description

本发明涉及一种控制移动物体使之沿预定的运动轨迹向前移动的方法和系统。

沿预定的移动轨迹移动从而完成一定工作的移动物体的例子有用于挖掘隧道、敷设上下水管道的挖掘机或者无人搬运车等等。

上面提到的挖掘机、无人搬运车等一般都包括一个本体和一个控制该本体的移动方向使之沿预定路径移动的驾驶装置。

当使用一台挖掘机在地下敷设各种管道时，挖掘机面临的泥土压力将由于土质的变化、地下水的存在与否而相差很大。由于这个原因，即使以恒定的功率驱动挖掘机，它也会偏向泥土压力小的方向，从而偏移预定路径。在这种场合下，驾驶员必须目测出挖掘机在地下的移动中产生的与预定路径的偏移量与偏移方向，并且根据这些偏移量和偏移方向控制驾驶装置，从而对挖掘机的方向作出需要的修正。

下面具体地描述一下挖掘机的驾驶装置。

举个实例来说，由本申请人开发的、在日本特开昭57-205698号公报中描述的那种挖掘机由一个尾部和一个装在该尾部前端的头部组成，上述的头部和尾部互相连接。上述尾部的固定位置上固定地装有一块刻度板。在上述的头部上装有一根指针，该指针正对着上述刻度板，能随着头部与尾部的偏向而相应地移动。上述的刻度板的图象由一台电视摄像机监视，并被显示在监视器显幕上。

此外，沿着挖掘方向或者敷管方向的预定路径设置具有激光等沿直线传播线的可见光，把可视光投射到刻度板上，驾驶员先观察挖掘开始时可见光在刻度板上的第一位置，然后再目测挖掘开始时的可见光的上述第一位置与把挖掘机向前开动一段距离后可见光的第二位置之间的差异和挖掘机的方向变化，再根据这些差异驱动传动装置调整挖掘机的前进方向。

如上所述，挖掘机的操作很大程度上取决于驾驶员的经验与感觉。因此，驾驶员必须要求有高度的熟练技术。因此，人们希望能有一种容易操纵的挖掘机。

USP  4，809，175、USP  4，873，725和USP  4，875，184也属先有技术。

本发明的一个目的在于提供一种自动操纵沿预定路径前进从而完成预定工作的移动物体（如挖掘机）的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种自动控制沿预定路径前进从而完成预定工作的移动物体（如挖掘机）的系统。

本发明的第一个目的通过一种沿预定路径控制装有本体和驾驶装置的移动物体的方法来实现。该方法包含如下步骤：

测量本体与预定路径的偏移距离和偏离方向，

把上面测量到的本体与预定路径之的距离作为观察值输入到一个前导运算部分中，该前导运算部分中预定有入了与本体和预定路径的距离相对应的成员函数（membership  function），根据上面测量到的本体与预定路径间的距离在执行一次标度（grade）运算，

把得到的标度输入到一个后续运算部分中，该后续运算部分中预先有贮了与操作量相对应的成员函数，根据从前序运算部分中输出的标度进行一次操作量运算，

把得到的操作量输出至驾驶装置中，根据这个操作量来控制驾驶装置。

根据本发明，当移动物体在前进时偏离预定的路径时，通过测量它与预定路径的偏离方向和偏离距离、根据测到的偏移量执行一次操作量运算再根据算出的操作量和偏移方向控制驾驶装置，使得移动物体沿预定的路径前进。

也就是说，在前导运算部分中根据观察值通过下面的步骤进行一次有效度运算：根据与移动物体与预定路径的偏移量相对应的数据和多个老驾驶员的驾驶技术决窍积累数据预先确定前导运算部分中的成员函数，根据移动物体与预定路径的偏离量以及与操作值对应的数据预先确定后续运算部分中的成员函数，测量出移动物体前进时与预定路径的偏离量，把测量到的移动物体与预定路径的偏移量作为观察值输入到前导运算部分中。接下来，通过把后续的成员函数降低到标度。把降低了的成员函数加以合并来根据观察值（亦即移动物体与预定路径的偏移量）进行操作值运算。上述的操作值表示根据许多驾驶员的技术决窍的数据，可以认为是最有效的操作值。因此，根据从上述的后续运算部分中输出的操作值输入驾驶装置的操作值来驱动驾驶装置就能把移动物体控制在预定路径上。

此外，本发明的第一个目的也可以通种另一种沿着预定路径控制具有一个本体和一个驾驶装置的移动物体的方法来实现。该方法包括如下步骤：

测量出本体与预定距离的距离和偏移方向以及驾驶装置相对于本体的错位量和错位方向，

把测量到的本体与预定路径的距离作为观察值输入至前导运算部分中，该前导运算部分中预先存贮有与本体和预定路径对应的成员函数，在该前导部分中执行标度运算，

把得到的标度输入至后续运算部分中，该后续运算部分中预先存贮有与操作量相对应的成员函数，在该后续部分中执行操作值运算，把得到的操作值与驾驶装置相对于本体的错位量相比较，输出一个与操作值和驾驶装置相对于本体的错位量之间的差值相对应的值作为控制值，根据该控制值控制驾驶装置。

根据上述的第二种方法，通过下面的步骤可以根据移动物体与预定路径的偏离量得到测量值：即测量出移动物体与预定路径的偏移量及偏移方向以及驾驶装置相对于本体的错位方向（驾驶量及驾驶方向），把移动物体与预定路径的偏移量象在第一种方法中那样输入前导运算部分中，执行标度运算，把得到的标度输入后续运算部分中。接下来，把从后续运算部分输出的操作量与驾驶装置相对于本体的错位量进行比较，把它们的差值作为控制值输入，再根据控制值驱动驾驶装置，通过这些步骤就可以根据移动物体与预定路径的偏离量和当前的驾驶量通过控制值控制移动物体。

本发明的第二个目的由一个沿预定路径控制移动物体的控制系统来实现。该系统包括：具有一个本体和一个驾驶装置的具有物体;指示上述的驾驶装置相对于本体的错位的光学指示器;沿预定路径设置的一束可见光;设置在本体上、用来投射光学指示器及可见光的指示器;面对上述指示器设置的一个彩色图像摄取装置;用于显示由上述的彩色图像摄取装置摄取的图像的彩色图像接收装置;与上述图像接收装置相连的图像处理装置，在该装置中对投射到指示器上的光学指针及可见光的座标进行运算;根据上述的图像处理装置计算出来的可见光的座标值通过预先设定在前导部分中的成员函数和后续部分中的成员函数计算出操作量的模糊运算装置;把上述的模糊运算装置计算出的操作量与上述的图像处理装置计算出的光学指针的座标值加以比较并把两者的差值作为控制值输出的比较装置;以及根据从上述比较装置输出的控制值驱动驾驶装置的驱动装置。

在上述的系统中，光学指针和可视光最好具有不同的颜色。此外，上述的模糊操作部分最好由用于预先存贮与座标原点与可见光之间的距离相对应的成员函数。根据上述的座标原点与可见光之间的距离的输入数据执行标度运算并且输出该标度的一个前序运算部分和用于预先存贮与操作值相对应的成员函数。根据从上述的前序运算部分输出的标度执行操作值运算并且输出该操作值一个后续运算部分构成;其中在后续运算部分中与操作量相对应的成员函数分别输入多个三角形中，根据输入的标度分别使这些三角形缩小，从这些被缩小了的三角形的面积和它们的重心位置的乘积可以得到旋转动量。把得到的旋转动量相加，再用旋转动量的总和除于缩小了的三角形的面积总和，得到控制值，最后把控制值从上述的模糊运算装置中输出。

在上述系统中，对应于本体与预定路径的偏移量的数据预先作为前导成员函数存贮在前导运算部分中，对应于本体与预定路径的偏移量的操作值数据作为后续成员函数预先存贮在后续运算部分中;测量出本体与预定路径偏移量及偏移方向，把与本体和预定路径的偏移量相对应的上述数据输入到模糊运算装置中;这样，在前导计算部分中，根据输入至该前导运算部分中的数据可以计算出成员函数的标度，这个标度可以被输出至后续运算部分。接下来，可以根据后续运算装置中标度执行缩小成员函数及合并后的缩小成员函数的重心的运算，其计算结果可以作为操作值输出。

此外，通过下列步骤可使移动物体总是沿着预定路径前进：通过测量驾驶装置相对于本体的错位量和错位方向确定测量点上的驾驶量及驾驶方向;把驾驶值及操作置加以比较，使用它们的差值作为控制值来驱动驾驶装置。

在上述的控制系统中，本体与预定路径的偏移距离和方向以及驾驶装置相对于本体的错位量及方向通过下列的步骤来测量：即在本体上设置一个指示器，沿着预定路径设置可见光，提供一个显示驾驶装置相对于本体的错位的光学指针以及投射出可见光和光学指针。

也就是说，通过把激光束作为可见光投射到指示器上，就可以在设置在与预定路径相交的一个平面中的显示器上形成激光点。在这种情况下，如果把移动物体处于起点时激光点在显示器上的位置设定为光点原点的话，则当激光点离开光点原点时，则激光点在显示器上移离光点原点的量值对应于移动物体与预定路径的偏离量，激光点在显示器上移离光点原点的方向亦对应于移动物体相对于预定路径的偏差方向。

另外，通过把驾驶装置相对于本体的错位用光学指针投射在显示器上的方法，可以测量出驾驶装置相对于本体错位量和错位方向。

也就是说，如果在驾驶装置相对于本体处于中间位置时，把指针原点设定为光学指针相对于显示器的一个位置，该光学指针将随着驾驶装置相对于本体的错位而在显示器移动。因此，通过测量光学指针相对于指针原点的偏离量及偏离方向，就可以测量出当前的驾驶量及驾驶方向。

因此，通过在移动物体移动时用彩色图像摄取装置监视指示器以及用通过彩色图像接收装置与上述的彩色图像摄取装置相连的图像处理装置对显示器的图像进行处理，就可以用座标表示出激光点与光点原点的偏移量及偏移方向，也可以用座标表示出光学指针与指针原点的偏离量及偏离方向。上述的激光点和光学指针的座标表示可以用X-Y直角座标来表示，其中激光光点相对于光点原点的移离量和方向以及光学指针相对于指针原点的偏离量和偏离方向可以用在显示器上水平指向的X座标和垂直指向的Y座标来表示。

此外，存贮在前导中的成员函数的标度可以这样求得：即把敷光光点移离光点原点的量值输入至模糊运算装置的前导运算部分中;在后续运算部分中根据输入的标度执行缩小存贮在后续运算部分中的成员函数的运算以及合并的缩小成员函数的重心位置的运算;以及把结果作为操作值输出。

操作值是根据激光光点与光点原点的偏离量计算出的值，并不包括当前驾驶量。因此，通过把光学指针与指针原点的偏移量与上述的模糊运算装置输出的操作量在比较器中进行比较，即可以输出它们的差值。根据控制值来驱动驱动装置就可以把移动物体控制在预定的路径上。

光学指针具有与可见光的颜色不同的颜色的话将有助于图像处理装置进行图像处理运算。

另外，上述的模糊运算装置由预先存有与原点与可见光间的距离相对应的成员函数。根据原点与可见光间的距离的输入数据进行一定运算并且输出与上述的距离相对应的标度的前导运算部分与预先存有与操作值对应的成员函数并且根据前导运算部分输出的标度进行操作量的运算的后续运算部分组成。其中，与操作值相对应的成员函数分别以三角形的形式给出，根据输入的标度缩小三角形，通过这些缩小了的三角形的面积与它们的重心位置的乘积得到旋转动量，把这些动量相加，用旋转动量总和来除了缩小了的三角形的面积总积总和即可得到操作值，再从后续运算部分中把得到的操作值输出。使用上述的简单的模拟运算装置，可以在短时间内执行操作值运算（反模糊运算）。

也就是说，通过以三角形的形式定义模糊集的成员函数以及根据控制规则在横轴上使这些三角形对齐，可以均匀地确定多个三角形的底边长以及投影在底边上的重心位置。这样，即使以三角形的形式表示的后续成员函数被前导部输出的标度所缩小，这些三角形的底边长以及它们的重心在横轴上的投影位置不会改变。另外，这些缩小了的三角形的面积也可以通过原始三角形的底边长以及标度方便地求出。

因此，通过以多个三角形的面积的积得到旋转动量。把旋转动量相加并且用旋转动量的总和除以缩小了的三角形的面积总和，就可以执行合并了的缩小三角形的重心位置的运算。这个重心位置值可以作为操作值从后续运算装置中输出。

借助于上面描述的积累了许多驾驶员的经验的。控制移动物体使之沿预定轨迹前进的系统，驾驶员能自动控制移动物体使之沿预定路径前进，这样，驾驶员无需老驾驶员的帮助也能轻松地控制移动物体，使之沿预定路径移动。

附图中，

图1.是挖掘机的模式说明图。

图2.是控制挖掘机的控制系统的方框图。

图3.是用于从图像接收设备中取出可见光或者光学指针数据的电路框图。

图4.是从后方看到的指示器的示意图。

图5（a）至（c）.分别是在前进时偏离预定路径的挖掘机的示意图。

图6.是表示控制挖掘机时的前导成员函数的示意图。

图7.是表示与上述的前导成员函数对应的后续成员函数的示意图。

图8（a）-（d）.是表示上述的后续成员函数中的各三角形的重心位置的示意图。

图9.是缩小了的后续成员函数的示意图，图中，示出了被标度缩小了的后续成员函数的三角形和用虚线表示的未被标度缩小的后续成员函数。

下面借助实施例来讲述上述的控制移动物体使之沿预定路径向前移动的方法和装置的实施例。

本发明中的控制移动物体的方法和系统涉及这样的方法和系统，即在使移动物体向前移动时（比方说挖掘机A在地下沿预定路径敷设上、下水管道时，测量由泥土压力变化或其它原因造成的与预定路径的偏移量及偏移方向，并根据上述的偏移量及偏移方向对挖掘机A的方向作出需要的校正的方法和系统。

现在来参照图5（a）。首先，挖掘机A位于敷设管线B的起始点上形成的地坑中。接着，使挖掘机从图5的右方（下面称为“后方”）向图5的左方（下面称为“前方”）沿预定路径推进。如果前面泥土的压力有变化。尽管挖掘机A是由固定的功率间前推进的，它也会偏离沿预定路径前进的激光束106，如图5所示。此刻，根据本发明，用一个电视摄像机8监视安装在挖掘机A的本体1上的一个指示器7，通过对该指示器7的图像进行处理测出挖掘机A与激光点10的原始点O₁的偏离距离和方向，再根据这个偏离距离和方向控制传动机构3、4从而相对于本体1调整挖掘机A的头部2，控制挖掘机A沿着激光束向前移动，如图5（c）所示。

参照图1，图中给出了挖掘机A及其附件的概略图。

图1中所示的挖掘机A用于在地下敷设上下水管等管道，它与日本专利公报特开昭57-205698中所披露的那种挖掘机具有相同的结构。这种挖掘机通过安装在其前面的一个挖掘头C的旋转来挖掘沙土，通过装在挖掘机上的一个泵把挖下来的沙土运走。挖掘机A由装在其后部的管道传动装置D向前推进，再把管道互相连接起来。这样，就可以在地下形成预定的管线B。

挖掘机A包括一个装有仪表、泵等的本体1（图中未示出）和一个包含用于沿预定路径控制本体1的前进方向驾驶装置的头部2，该头部2装在上述本体1的前方。本体1通过二个驱动装置3和4以及以相等的间隔装在具有与挖掘机A的轴心相同的中心的圆周上的杆5与头部2连接。传动装置3、4及杆5的两端分别装有方向接头3a，4a和5a，通过这些方向接头3a，4a，和5a既与本体1又与头部2相连。这样，头部2可以在不同于本体1的方向上绕杆5的接头5a转动一定的角度。

在本实施例中，液压缸被用作传动装置3和4。传动装置3和4与驱动装置6相连，驱动装置6由装在本体1上的一个液压单元和用于控制压力油（或其它液体）的流率的一个液流控制单元组成。

指示器7装在本体1的固定位置上，面对着指示器7设置了一个电视摄像机8作为监视指示器7的装置。既形成下面将要提到的光学指针9又形成预定路径的激光束10b投射在该指示器7上。指示器7被电视摄像机8所监视，另外，监视到的图像由图像处理单元22加以处理，从而检测出本体1与激光束10b的偏移量及偏移方向。头部2相对于本体1的错位量及错位方向。

一根延伸至指示器7的横梁9a固定在头部2上的固定位置上。与挖掘机A的轴心相同的一个光学指针9设置在横梁9a的一端，使之定位于指示器7的背面。随着头部2相对于本体1的错位，光学指针9在指示器7的表面也发生移位。光学指针9可以使用（比方说）一个交叉形状的光学指针，也可以使用发光元件（加LED等）。

在本实施例中，发绿光（G）的LED被用作光学指针9。

一个激光振荡器10a（如一个激光经纬仪）设置在挖掘机的后部，把沿预定路径前进的激光束10b射向显示器7。激光束10a在与管道B的轴线重合或者平行的方向上前进。射向显示器7的激光束10b在显示器7上形成一个激光点10。

在本实施例中，使用了发出红色（R）激光束的氦-氖激光器。

如图4所示，通过把激光束投射到指示器7上将在该指示器上形成一个红色激光点10。这个激光束10a不一定必须要对准指示器7。挖掘机A起动时激光束10的位置作为光点原点O₁存贮起来，以后通过测量挖掘机A前进中激光点10与上述光点原点O₁的距离以及激光点相对于光点原点的偏移方向就可以测量出本体1与激光束10b的偏移量及偏移方向。当头部2相对于本体1处于中间位置时，位于面对着电视摄像机8的指示器7的一侧的LED9将与挖掘机A的轴线重合，挖掘机A起动时的LED9的位置为指针原点O₂。

在附图中，E表示一块装有用于控制挖掘机A、管道传动装置D、监视器的图像接收单元及其他设备的控制单元的控制板。

下面结合图2和图3来描述用于控制上述的挖掘机的控制系统的结构。

如图2和图3所示，电视摄像机8与图像接收单元21相连。如图3所示，图像接收单元21由图像接收部分21a和颜色分离部分21b组成。接收部分21a与普通的电视图像接收单元具有相同的结构，它有监视显示屏幕的功能，显示出电视摄像机8摄取的指示器7的图像。彩色分离部分21b要求具有能从电视摄像机8摄取的指示器7的图像中分离出LED9的彩色G信号和激光点10的彩色R信号并把这些信号送至信号处理单元22的功能。

这就是说，在图像接收单元21中，从电视摄像机8摄取的指示器7的图像中可以分离出与激光点10相对应的彩色R信号;通过把图像接收部分21a的R短阵部分的输出信号和同步分离部分的信号都输入R+同步部分中而使R信号与图像信号同步并在输出阻抗调整电路中放大R信号，可以把彩色R信号送入图像处理电路22中。此外，LED9的G信号也从指示器7的图像中分离出，通过一根线23b送入图像处理单元22。

包含着常规的图像处理装置的图像处理单元22被用来计算从图像接收单元21中送出的G信号和R信号的座标值。

图像处理单元22与具有存贮器部分、控制部分及其它部分的一个图像处理控制单元24相连。图像处理单元中贮存有如图4和5中所示的、从挖掘机A起动时的指示器7的图像中取出的光点原点O₁和指针原点O₂的数据;送出的R信号相对于光点原点O₁的座标值输出到模糊运算单元中;另外，送出的G信号相对于指针原点O₂的座标数据被输出至比较器26中。

因此，在图像处理单元22中计算出了R信号相对于光点原点O₁的座标值就能测量出本体1与激光束10b的距离以及本体1相对于激光束10b的偏转方向，计算出了G信号相对于指针原点O₂的座标值就能测量出LED9相对于本体1的错位量及错位方向（亦即头部2相对于本体1的错位量及错位方向）。

在本实施例中，图像保持信号以固定的时间间隔从图像处理控制单元24送至图像处理单元22，使得此时的图像信号被保持在图像处理单元22中。在上述的图像中，激光点10的座标值是在一个X-Y直角座标系中计算出来的，其原点为O₁，X为横座标，Y为纵座标;激光点10的X轴数据被输出至模糊运算单元25。LED9的X轴数据输出至比较器26。此外，在激光点10及LED9的X轴数据被输出之后的一段固定时间后，激光点10的Y轴数据被输出至模糊运算单元25中，而LED9的Y轴数据也被送至比较器26中。

激光点10和LED9的X、Y轴数据依次输出至模糊运算单元25和比较器26中之后，根据水平偏离（X）及垂直偏离（Y）可以依次求出操作值。

模糊运算单元25由前导运算单元25a、前导成员函数存贮部分25b、后续运算部分25c、后续成员函数存贮部分25d和其它一些部件组成，该单元25使用从图像处理单元22送来的R信号座标数据作为观察值从对应的成员函数求出标度，并且输出至后续运算部分中;在后续运算部分中，计算出对应于上面的前导成员函数的那个成员函数的以及简化了的成员函数的重心位置，并从模糊运算单元25送至与上述重心位置对应的一个值作为操作值。

下面描述上述模糊运算单元25的工作方法。

从模糊运算单元25输出的操作值信号被送至比较器26，在比较器26中通过把与本体1和激光束10b的偏移量相对应的操作值与当前在（操作值）方向上给予本体1的校正量进行比较，可以计算出最佳控制值，再输出该最佳控制值。

接口27把比较器26作为控制值输出的信号转换成一个送至驱动装置6中控制液压油的流率的控制单元的、用于控制阀门的开闭量的信号，这样，送入传动装置3、4中的压力油的量受到控制，使得头部2根据从比较器26输入的控制值相对于本体1错位。

下面具体地描述挖掘机在水平方向上开动时模糊运算部分25中控制量的推理运算过程。

如图6所示的成员函数存贮在前导成员函数存贮部分25b中，这些成员函数涉及的是本体1与激光束10b的水平偏离量。此外，与本体1与激光束10b的垂直偏离量有关的成员函数也存贮在前导成员函数存贮部分25b中。

下面具体描述对应于水平偏移的控制量的推理过程。本体1与激光束10的垂直偏移量的控制值的推理也能以同样的方式进行。

图6中示出的成员函数表示驾驶员通过图像接收单元21上的画面来观察激光点10与光点原点的实际偏移量时，感觉偏差较大，中等和较小时的场合。

图中示出的成员函数以及后续部分中的成员函数是根据许多驾驶员的技术决窍的积累而设置的。

举个例子来说，当激光点10从光点原点O₁向左偏移7mm时，一个驾驶员认为激光点10与光点原点O₁的偏差很小，而另一个则认为这个偏差为中等。驾驶员感觉偏差很小或者偏差中间的程度都是标度。

图像处理单元22测量出激光点10与光点原点的偏移量。与激光点和光点原点的偏移量有关的数据被送入前导运算部分25a中，在该运算部分中再根据存贮的前导成员函数计算出标度。在运算中，假如激光点与光点原点的偏移量为7mm，偏移方向为左，则计算出图6的成员函数在左侧7mm处的值，从而得到标度。也就是说，标度可以如下面那样求得：

对应于“较小”的左偏差的标度α₁＝0.75;

对应于“中间”的左偏差的标度α₂＝0.25。

这些标度被输出至后续运算部分25c中。

图7中所示的成员函数存贮在后续成员函数存贮部分25d中。该成员函数表示的是驾驶员通过图像接收装置21上的图像观察激光点与光点原点的实际偏差时的使上述的头部2错位的量即操作量，图中的各个三角形与图6中所示前导成员函数相对应。

图7中的运算方向与观察到的偏差方向反向。

如图所示，当后续成员函数被表示成平行于X轴设置的三角形时，这些三角形的位置和形式是唯一设定的。

图8（a）～8（d）表示了构成后续成员函数的右边部分的四个三角形B₁～B₄的重心G₁～G₄的位置以及三角形B₁～B₄底边的长W₁～W₄。

如图所示，这几个三角形B₁～B₄的高是相互相等的，而底边长W₁～W₄却是唯一地设定的。因此，运用远离的代数运算就可以方便地求出这几个三角形B₁～B₄的重心位置G₁～G₄。

图9示出了缩小了的三角形B′₂和B′₂，其中的成员函数三角形B₂和B₃与激光点10与光点原点的偏移量被标度α₁和α₂缩小时从前导运算部分输出的标度α₁和α₂对应。

如图所示，原三角形B₂与缩小了的三角形B′₂具有公共的底边W₂，原三角形B₃与缩小了的三角形B′₃具有相同的底边W₃，此外，三角形B₂与B′₂的重心G₂、三角形B₃、B′₃的重心G₃并不改变。

因此，当三角形B₂、B₃的重心位置分别是G₂和G₃时，通过计算具有与缩小了的三角形B′₂，B′₃的面积对应的重量的旋转动量得到的结果动量，可以如下面那样得到重心Y₀：

Y₀＝｛（G₂·α₁·W₂+G₃·α₂·W₃）/2｝/｛（α₁·W₂+α₂·W₃）/2｝

如果M₂等于G₂·W₂，M₃等于G₃·M₃，则

Y₀＝｛（M₂·α₁+M₃·α₂）/2｝/｛（α₁·W₂+α₂·W₃）/2｝

这样得到的Y₀值表示三角形B′₂和B′₃组成的组合三角形的重心位置。因此，Y₀值可以作为操作值从后续操作部分25c中输出。

正象上面讲述的那样，可以得到下面的计算操作量的通式：

$Y_0=(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Mi}\·\mathrm{ai})/(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Wi}\·\mathrm{ai})$

接下来，参照图5（a）～（c）描述控制挖掘机A的方法。

图5（a）示出了处于初始位置的挖掘机，此刻头部2相对于本体1处于中间位置，LED9相对于指示器7的位置与挖掘机A的轴心对应。指示器7总是由电视摄像机8所监视，指示器7的图像每隔固定的间隔由图像处理单元22进行处理、测量。接下来，在启动挖掘机前行时分别在图像处理单元24中把LED9的位置作为指针原点O₂存贮起来，把此刻激光点10的位置作为光点原点O₁存贮起来。

当挖掘机A如图5（b）所示沿预定路径前进时如果挖掘机A偏离激光束10b，激光点也会在指示器7上从光点原点O₁偏离。此时，激光点10的位置在图像处理单元22中被转换成X-Y座标系中的X座标数据和Y座标数据，再把这个X座标数据和Y座标数据输出到模糊运算单元25中。在图像处理单元22中，测量出LED9与指针原点O₂的偏移量及偏移方向，再把LED9与指针原点O₂的偏离量转换成X座标数据和Y座标数据，并把这些数据输出到比较器26中。由于在图5（b）中头部2相对于本体1处于中间位置上，因此，输出至模糊运算单元中的X座标数据和Y座标数据均为“O”。

当激光点10与光点原点O₁的偏离量测得为7mm，偏离方向为光点原点左侧时，则与左侧的小偏差成员函数对应的标度α₁为0.75，与左侧的中偏差成员函数对应的标度α₂为0.25，这二个标度由前导运算单元输出。

接下来，用0.75的标度α₁和0.25的标度α₂分别使与右侧小偏差后续成员函数和右侧中偏差后续成员函数对应的三角形B₂和B₃缩小，得到如图9所示的缩小了的三角形B′₂和B′₃。

从图8（b）中可知，三角形B₂的底边长为30，其重心位置为13.3，M₂（＝G₂×W₂）为400;从图8（c）中可以看出，三角形B₃的底边长W₃等于40，其重心位置G₃为25.0，M₃（＝G₃×W₃）等于1000。

因此，根据上面的M₂，α₁，M₃，α₂，

M₂·α₁+M₃·α₂＝400×0.75+1000×0.25＝550，

根据上面的W₂，α₁，W₃，α₂，

W₂·α₁+W₃·α₂＝30×0.75+40×0.25＝32.5。

从上面得到的数值可以象下面那样算出操作值：

水平操作值＝500÷32.5＝16.9238（min）。

这个操作值从模糊运算单元25送入比较器26中，在比较器中把它与LED9的偏差的横座标值进行比较。由于LED与指针原点的偏离量为O，上面的这个操作值作为控制值被通过接口27送入驱动装置6中，这样，驱动装置6中的液压油流控制单元被根据该操作值驱动，使传动装置3、4工作到一定的程度，使头部2相对于本体1向左错位。

当挖掘机继续前行，到达图8（c）中所示的位置时，同上面一样，测量出激光点10与光点原点O₁的偏离量及偏离方向，同时也测量出LED9与指针原点O₂的偏离量及偏离方向，再把激光点10的X座标数据据和Y座标数据输出到模糊运算单元25中，在此计算出操作量，再把该操作量送入比较器26之中;LED9的X座标数据和Y座标数据也输出到比较器26中。在比较器26中比较这些数据，把它们的差值作为控制值通过接口27送至驱动装置6。

通过每隔固定的时间间隔执行上述的运算，可以实现沿作为预定路径的激光束来驱动挖掘机A。

另外，在驱动挖掘机A时，也可以只测量激光束10与光点原点O₁的偏离量及偏离方向，再把座标数据输入模糊操作单元25，算出操作量。在这种情况下，挖掘机的控制是用开放式控制方式来实现的。

Claims (6)

1、一种沿预定路径控制具有一个本体和一个驾驶装置的移动物体的方法，包括下列步骤：

·测量出上述本体与上述预定路径间的距离以及本体与预定路径间的偏离方向，

·把上面测到的本体与预定路径间的距离作为观察值输入一个前导运算部分中，该前导运算部分中预定存有与本体和预定路径间的距离对应的成员函数；在上述的前导运算部分中根据测量到的本体与预定路径间的距离执行标度运算；

·把得到的标度输入一个后续运算部分中，该后续运算部分中预先存贮有与操作值对应的成员函数；在上述的后续运算部分中根据从前导运算部分中输出的标度执行操作值运算，

·把得到的操作值输出至驾驶装置中，根据该操作值控制驾驶装置。

2、一种沿预定路径控制具有一个本体和一个驾驶装置的移动物体的方法，包括下列步骤：

·测量出本体与预定路径之间的距离及偏离方向以及驾驶装置相对于本体的错位量及错位方向，

·把上面测量到的本体与预定路径间的距离作为观察值输入至一个前导运算部分中，该前导运算部分中预先存贮有与本体和预定路径间的距离相对应的成员函数;在上述的前导运算部分中执行标度运算，

·把得到的标度输入一个预先存贮有与操作值对应的成员函数的后续运算部分中，在该后续运算部分中执行操作值运算，把得到的操作值与驾驶装置相对于本体的错位量相比较，把对应于操作值和驾驶装置相对于本体的错位量之间的差值的一个值作为控制值输出，根据该控制值控制上述的驾驶装置。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中当测量本体与预定路径间的距离以及偏离方向时，设置一个其座标原点位于对应于本体在开发点时预定路径的位置的本体位置上的X-Y直角座标系统;通过把预定路径与座标原点间的距离分成预定路径与X-方向上的座标原点的距离和预定路径与Y-方向上的座标原点的距离来测量出预定路径与座标原点间的距离以及偏离方向;把测量到的X-方向上的值和测量到的Y-方向上的值依次输入前导运算单元中，执行标度运算。

4、一种沿预定路径控制移动物体的系统，包括：一个具有一个本体和一个驾驶装置的移动物体;一个指示出驾驶装置相对于本体的错位的光学指针;沿预定路径设置的可见光;装在本体上、投射有上述的光学指针和可见光的指定器;一个面对指示器设置的彩色图像摄取装置;一个用于显示被上述的彩色图像摄取装置监视到的图像的图像接收单元;与上述的彩色图像接受单元相连的图像处理装置，该装置执行投射到指示器上的光学指针和可见光的座标的运算;一个模糊处理器，该装置根据对应于由上述的图像处理装置计算出的可见光的座标值确定的前导和后续成员函数计算出操作值;一个比较装置，该装置用于把上述的模糊运算装置计算出的操作值与上述的图像处理装置计算出的光学指针的座标值加以比较，并把它们的差值作为控制值输出，和用于根据从上述的比较器输入其中的控制值驱动驾驶装置的驱动装置。

5、一种如权利要求4所述的控制系统，其中的光学指针与可见光具有互不相同的颜色。

6、一种如权利要求4所述的控制单元，其中的模糊运算装置由一个前导运算部分和一个后续运算部分组成，在上述的前导运算部分中预先存贮有与座标原点和可见光的距离对应的成员函数，该运算部分还输出根据座标原点可见光间的距离的输入数据计算出的标度;在上述的后续运算部分中预先存贮了与操作量对应的成员函数，从该后续运算部分还输出根据从前导运算部分输出的标度计算出的操作值;在后续运算部分中与操作值对应的成员函数分别以三角形给出，这些三角形分别被输入的标度缩小，从这些缩小了的三角形的面积和重心位置的乘积分别可以得到旋转动量，把得到的旋转动量相加，把得到的动量总和除于缩小了的三角形的面积总和从而得到操作值，再把操作值从模糊运算装置输出。

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