CN108574505A - 通信系统及机器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通信系统(1)具有至少一个第一和一个第二收发器(18，38)，用于在收发器(18，38)之间无线双向传送信号，其中，各收发器(18，38)具有传送设备(3)及接收设备(5)。各传送设备(3)包括RFID应答器(7)，所述RFID应答器(7)配置成传送信号为应答器信号；及各接收设备(5)包括RFID读取设备(9)，所述RFID读取设备(9)配置用于接收被传送的应答器信号。本发明还涉及一种机器装置具有至少一个移动机器元件和通信系统(1)，其中第二收发器(38)布置在移动机器元件处。

Description

通信系统及机器装置
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个第一收发器及一个第二收发器的通信系统，用于在收发器之间无线双向传送信号，其中，各收发器具有传送设备及接收设备。本发明还涉及一种具有至少一个移动机器元件及这样的通信系统的机器装置。
背景技术
这样的通信系统用于不同的应用，特别是用于工业应用。示例性的工业应用是固定设备(例如控制或监控设备)与一个或多个移动机器元件之间的通信。这样的移动机器元件可以例如是无人驾驶运输系统的车辆。无人驾驶运输系统用在例如诸如生产地板，仓库建筑物，存储区域和/或其他环境的工业环境中，以及建筑物的内部和外部以在该环境中运输货物。也可以使用无人驾驶运输系统在公共和/或非公共交通网络中运送人。
这样的通信系统可以例如用于一方面将来自固定控制设备的控制命令传送至移动机器元件，特别是无人驾驶车辆，另一方面还用于传送信号，例如将来自移动机器元件的接收确认或传感器信号传送至控制设备。
这样的双向通信特别地被要求具有与应用有关的安全性以确保所传送的命令也被接收和/或实施。已知的这种故障安全双向通信本身的实现包括使用无线LAN，该无线LAN指定标准化的本地无线电网络例如作为IEEE-802.11标准系列的一部分。可以使用“黑信道”原理，以使得故障安全通信得以确保。为此，通常将安全协议集成在安全应用和“非安全”标准通信信道之间，所述安全协议对应于安全引导系统的安全级别并且识别和管理底层通信级别的传送错误。这意味着“非安全”传送信道的完整性被更高等级的“安全”协议不断地监控着。
然而，借助于无线LAN的这样的通信在工业环境中尤其具有许多缺点。无线LAN系统的能量消耗因此相对较高，这尤其限制了布置在移动机器元件处且由于有限的能量存储容量而无法通过电缆向其供应工作电流的收发器的工作时间。无线传送的信号进一步受到诸如在工业环境中常见的金属制品的存在的负面影响。这固然可以通过增加传送功率来补偿，然而，这又以以储能器运行的收发器的工作持续时间为代价。最后，对于安全相关应用，对无线通信系统的可用性和干扰安全性的需求增加。基于无线LAN标准的这样的安全通信系统仅用在有限制的和/或与高成本相关联的市场。
发明内容
本发明的目的是提供一种便宜的通信系统，尤其也可以用于安全性关键的应用。
该目的由具有权利要求1的特征的通信系统来满足。根据本发明做出规定，各传送设备包括RFID应答器，所述RFID应答器配置成传送信号作为应答器信号，及各接收设备包括RFID读取设备，所述RFID读取设备配置用于接收所传送的应答器信号。各收发器相应地包括RFID应答器和RFID读取设备，其中收发器不必配置为具有RFID应答器和RFID读取设备的集成单元，而是RFID应答器和RID读取设备也可以被设计为相应的分离单元，所述分离单元可以彼此相邻或相互间隔地布置。
特别地，标准化的RFID组件可以用于根据本发明的通信系统的配置，使得无线通信系统可以采用成本有利的方式实现。
相应的应答器信号优选地包括数据集，所述数据集的长度和/或内容是可变的。因此，不仅可以传送例如用于产品标记或防盗的RFID系统的情况的简单的固定标识，而且也可以备选地或另外地传送不同的信息，尤其是具有变化内容的信息。
根据有利的实施例，至少一个所述收发器连接到关联的控制设备，所述关联的控制设备配置用于产生和传送将被传送到收发器的控制码和/或检测从收发器传送的控制码，其中相应的控制码作为应答器信号的一部分被传送。例如，可用于通过控制码将来自固定控制设备的控制命令传送到移动控制设备，例如无人驾驶车辆的控制设备，其中当然也可以提供反向的传送。就此而言，术语“控制码”也理解为传送码(尤其是确认码)，作为对所接收的控制码，和/或传感器信号，状态信号等的传送的响应。例如，差异控制命令因此可以被传送到接收RFID读取设备，使得应答器信号最终可以相对于内容和/或长度是可变的。
根据另一有利的实施例，所述控制设备中存储控制命令表，其中相应的控制码包括至少一个所存储的控制命令。例如，用于控制由控制设备控制的机器元件，尤其是无人驾驶车辆，的控制命令可以存储在表中，其中控制命令可以实现为非常短的码，该码可以是例如，具有单个字节或者甚至只有几个比特(例如4，3，2或1比特)的长度。控制命令的解释然后在所述表的帮助下进行，其中传送收发器和接收收发器都便捷地连接到相应的控制设备，在该控制设备中存储相应的表。所述表因此代表查找表或一种字典。
控制设备有利地配置为安全控制设备，其中控制码通过安全传送协议传送。这样的安全传送协议可以用来减少或避免要传送的数据丢失或改变的风险。这里也可以使用“黑信道”原理。已知的安全传送协议是，例如，CIP(通用工业协议，例如符合标准IEC 61158的CPF2)，PNO(公共网络运营商)的ProfiSafe安全通信协议或IO-链接安全(PROFIBUSNutzerorganisation e.V.)或符合标准IEC 61158或IEC 61784-3-12的EtherCAT FSOE(FSOE表示通过EtherCAT的故障安全)。
由至少一个所述收发器传送的信号优选地包括标识符，所述标识符对该收发器和/或连接到所述收发器的控制设备进行标识。由此可以确保，一方面，应答器信号仅传送到提供用于接收的特定接收设备，以及另一方面，仅接收或考虑那些通过预定义的与该标识符相关联的传送设备接收或考虑的应答器信号。
根据另一个有利的实施例，收发器适用于在30至500kHz的频率范围内，特别是在125kHz的频率下，和/或在3至30Hz的频率范围内，特别是在13.56MHz的频率下的无线通信。信号传送因此发生在长波范围(LF范围，30至500kHz)或短波范围(RF范围，3至30MHz)内。用于这些频率范围的RFID读取设备和RFID应答器可以以特别优惠的价格获得，并且特别适用于通信因高湿度和/或金属物品的存在而受到损害的工业环境。这些频率范围内的小数据传送速率和范围可以尤其地被接受，或者甚至在无人驾驶运输系统的使用中提供特别的优势。减小的范围因此可以用于无人驾驶车辆的本地化。然而，通常也不排除使用在更高波长范围内工作的RFID组件，例如在433MHz(UHF范围)，850至950MHz或更高的频率下工作的RFID组件。
此外，提供一种机器装置，该机器装置具有至少一个第一移动机器元件及根据任一上述实施例中的通信系统，其中第二收发器被布置在第一移动机器元件处。机器装置可以包括一个或多个布置在移动机器元件处的收发器。
第一收发器可以优选地布置为固定的或在第二移动机器元件处。该机器装置还可以包括多个第一收发器，这些第一收发器可以全部布置为固定的，可以全部布置在第二机器元件或另外的移动机器元件处，或者一些可以布置为固定的，而另一些可以布置在第二机器元件或另外的移动机器元件处。
第一移动机器元件有利地是用于运输货物和/或人的无人驾驶车辆。
在这种无人驾驶运输系统中使用根据本发明的通信系统提供了特别的优点。在无人驾驶的运输系统中，无人驾驶车辆的导航可以以本身已知的方式借助于本身已知的控制系统进行，所述控制系统例如存在于车辆中和/或可以与车辆通过根据本发明的通信系统或通过另外的通信链路进行通信，其中这样的控制系统，一方面，能够连接到一个或多个传感器以用于车辆的位置确定，且另一方面，能够与车辆的相应的驱动和转向系统通信以在环境中导航车辆。车辆可以配备合适的监控传感器，以避免与人，固定的障碍物或其他车辆发生碰撞。
然而，这种车辆随附的监控传感器不足以在所有情况中，因为所有的行进路径区域不能总是被车辆随附的监控传感器所看到。特别是在交叉处存在穿越所提供的无人驾驶车辆的行进路径的车辆或人未被检测到或未被及时检测到的风险，在所述交叉的区域中存在建筑物或视觉阻碍的障碍物。为了减少这些风险，混乱的行进路径区域可以通过固定的监控设备，例如激光扫描仪来监控。所述固定的监控设备可以例如布置在建筑物拐角处或障碍物拐角处，使得盲点的产生在很大程度上被避免。
当这种固定的监控设备在所监控的行进路径区域中检测到对象(例如人或另一车辆)，可以将影响车辆的控制系统的控制信号或控制命令传送给无人驾驶车辆，以避免碰撞。
然而，当固定的监控设备在行进路径区域中检测到对象时，通常难以或不可能区分对象是人还是车辆。换句话说，如果存在人车碰撞的潜在风险，只要处于危险的人员不能通过车辆的监控传感器识别，车辆就不会驶入行进路径区域。然而，如果检测到的对象是另外的车辆且仅存在车辆碰撞的风险，则当确保另一车辆固定时，该车辆可以驶入行进路径区域。
为了实现这样的区别，可以规定，无人驾驶车辆所提供的RFID应答器配置成传送应答器信号，所述应答器信号至少包括车辆特定的标识符，其中固定的监控设备连接到控制单元，所述控制单元进而连接到RFID读取设备，所述RFID读取设备配置用于接收RFID应答器所传送的应答器信号。所述控制单元配置成基于接收到的应答器信号产生用于无人驾驶车辆的控制信号。固定监控设备的控制单元适于将由传感器(例如由激光扫描仪)产生的检测信号与接收到应答器信号相关联。例如，如果同时从由监控传感器检测到的对象接收到相应的应答器信号，则监控设备推定所检测到的对象是车辆。然而，如果没有接收到相应的应答器信号，或者如果接收到应答器信号的区域与传感器检测到对象的区域不一致，则推定传感器所检测到的对象是人。所述监控设备或其控制单元可以基于该识别或区别传送相应的限制性或允许性控制命令，例如用于停止或避开，行驶释放，转向命令和/或速度限制的命令。
由于车辆特定的识别，可以将由传感器检测到的对象识别为特定车辆而且产生用于该车辆的特定控制信号，并借助于根据本发明的通信系统将所述特定控制信号传送给该车辆。
与其他可想到的解决方案相比，使用根据本发明的RFID组件的优点在于与监控设备的通信具有小功率消耗，由此为无人驾驶车辆的电池减压。
根据有利的实施例，所述表包括控制移动机器元件的控制命令。因此，控制命令可以例如作为简单的数字码(1,2,3，...)传送，然后借助于所述表在无人驾驶车辆的RFID读取设备中将所述数字码转换为用于车辆的(停止，驱动，慢速，快速，左，右，前进，后退等)相应的控制命令。
可以理解的是，这种简单的数字码不仅可以用作与无人驾驶车辆的控制相关，而且还可以非常普遍地包括任何以简单的数字码形式的期望的控制指令，其用于控制任何期望的其他移动机器元件并且与根据本发明的通信系统的上述实施例之一相关。
附图说明
本发明的其他优选实施例由从属权利要求，说明书和附图得出。
下面将参照实施例和附图来描述本发明。
图1示意性地示出了根据本发明实施例的通信系统；和
图2示意性地示出了一个场景，在该场景中，无人驾驶运输系统运行作为根据本发明的具有根据本发明的通信系统的机器装置的示例。
参考数字列表：1通信系统；3传送设备；5接收设备；7RFID应答器；9RFID读取设备；10场景；12A-12C车辆；14控制设备，车辆控制器；18，38收发器；20障碍物；22人；24行进路径；25移动方向；26行进路径区域；30监控设备；32控制设备，控制单元；36传感器；40检测区域。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施例的通信系统1。通信系统1包括第一收发器18及第二收发器38，用于在收发器18，38之间无线双向传送信号，其中，各收发器18，38具有相应的传送设备3和相应的接收设备5。各传送设备3包括RFID应答器7，所述RFID应答器7配置成传送信号作为应答器信号。各接收设备5包括RFID读取设备9，所述RFID读取设备9配置用于接收所传送的应答器信号。相应的RFID读取设备9还可以适用于产生小范围内的磁交变场或射频无线电波，通过该射频无线电波，RFID应答器7可以被供应能量和/或可以被激励用于传送应答器信号。
收发器18连接到控制设备14，且收发器38连接到控制设备32。控制设备14，32可以配置成分别产生和传送将要传送的控制码到相应的关联的收发器18和38，和/或配置成检测从相应的关联的收发器18或38所传送的控制码，其中相应的控制码作为应答器信号的一部分被传送。
可以在控制设备14，38中存储各自的相互对应的控制命令表，其中一个或多个控制命令能够在相应的控制码内传送。
在无人驾驶运输系统中使用这种通信系统1作为根据本发明的机器装置的一个具体方面将在下面结合图2描述。
示例性环境或场景10，在其中运行这种无人驾驶运输系统及根据图1的通信系统，所述示例性环境或场景包括多个障碍物1，例如机器，存储容器，建筑物或建筑物部分。在所述障碍物之间具有多个穿越的车辆24通过。
无人驾驶运输系统包括多个无人驾驶车辆12A至12C，每个无人驾驶车辆包括控制设备或车辆控制器14，用于控制相应车辆12A至12C通过所述场景。车辆12A至12C还可以具有至少一个相应的监控传感器(未示出)连接至车辆控制器14，用于监控车辆环境。车辆控制器14连接到相应的收发器18。所述收发器18不仅可以传送固定编程的标识符，而且还可以传送已经由车辆控制器器14发送的另外的信息或数据，例如命令确认或状态报告，比如电池的充电状态。
车辆12A至12C在图2中箭头25所指示的各个行进方向上在行进路径24上移动。
固定的监控装置30(包括中央控制设备或控制单元32)设置在障碍物20中的一个上。监控设备30具有传感器36，所述传感器36连接到控制单元32并且配置成在行进路径区域26内检测对象的存在。传感器36例如可以是光学传感器，特别是激光扫描仪，并且优选地配置用于对象的空间分辨检测。传感器36的检测区域40由虚线示出。
由于监控设备30还可以通过监控布置在车辆12A至12C处的传感器来监控行进路径24的那些不可见或仅在非常晚的时间点可见的区域。因此车辆12A和12B例如可以不直接在图2所示的情况中“看见”，但都能被传感器36检测到。
控制单元32还连接到两个收发器38，这两个收发器38在相应的行进路径24的区域中布置在具有监控设备30的障碍物20的不同侧。收发器38通常可以接收指向收发器18的用于传送应答器信号的需求和/或可以传送应答器信号及可以接收应答器信号，所述应答器信号由车辆12A至12C的收发器18所传送。
以下将描述示例性运行场景。车辆12A和12B以及人员22在由箭头指示的方向上接近被监控设备25监控的车辆路径区域26。一旦它们进入检测区域40，就被传感器36检测为各自的对象。然而，与之相关的传感器36或控制单元32仅基于传感器36所产生的检测信号不能区分所检测到的对象是车辆还是人。
然而，一旦车辆移动到收发器38的附近，一个或多个收发器38可以从车辆12A，12B的收发器18接收相应的应答器信号，其中应答器信号包括各自的车辆特定的标识符，所述车辆特定的标识符能够对各个车辆12A至12C进行识别。由于在场景10内收发器38的位置是已知的，所以控制单元32可以将由各个收发器18传送的对应的标识符与传感器36的接收信号相关联传回到车辆12A，12B。
然而，不可能关联用于传感器36的检测信号的标识符传回到人22，使得控制单元32必须基于该缺失的标识符推定对象22是人，即使只有系统外部的车辆或另一个非人的障碍物存在于不传送应答器信号的位置。
由于出于安全原因必须不惜一切代价地防止与这种不可识别对象的碰撞，所以控制单元32经由收发器38将控制信号传送到车辆12A，12B，所述控制信号包括立即停止的命令。这些控制命令可以包括车辆12A，12B的特定标识符，使得仅在由控制信号传送的相应标识符对应于与接收车辆控制设备14相关联的车辆的标识符时，车辆控制设备14才响应这些控制信号。车辆控制器14可以借由收发器18传送确认接收到控制信号和/或其它控制命令的确认信号到收发器38或监控设备30。
由于通信系统的范围有限，车辆12C不接收任何控制信号。车辆12C不在所监视的车辆路径区域26中并且也不接近它。因此车辆12C可以在没有影响的情况下继续其路径。
如果传感器36确定人22不再处于车辆路径区域26中，则控制单元32可随后通过收发器38传送相应的控制命令到车辆32A，38B，所述控制命令允许车辆32A，38B继续其行程。为了避免车辆12A，12B之间的碰撞，控制单元可以确定车辆12A，12B可以继续其行程的顺序。
因此在车辆12A至12C与监控设备30之间存在双向RFID链路，使得信号尤其是控制信号和/或标识符可以在两个方向上交换。
根据变形，车辆12A至12C的收发器18也可以彼此直接通信，即不经由收发器38绕行。

Claims (11)

1.一种具有至少一个第一及一个第二收发器(18，38)的通信系统(1)，用于在收发器(18，38)之间无线双向传送信号，其中，各收发器(18，38)具有传送设备(3)及接收设备(5)，其特征在于，各传送设备(3)包括RFID应答器(7)，所述RFID应答器(7)配置成传送信号为应答器信号；及各接收设备(5)包括RFID读取设备(9)，所述RFID读取设备(9)配置用于接收被传送的应答器信号。
2.根据权利要求1所述的通信系统(1)，其特征在于，相应的应答器信号包括数据集，所述数据集的长度和/或内容是可变的。
3.根据权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于，至少一个所述收发器(18，38)连接到关联的控制设备(14，33)，所述关联的控制设备(14，33)配置成生成并传送将被传送到收发器(18，38)的控制码和/或检测从收发器(18，38)传送的控制码，其中相应的控制码作为应答器信号的一部分被传送。
4.根据权利要求3所述的通信系统(1)，其特征在于，所述控制设备(14，32)中存储控制命令表；及相应的控制码包括至少一个所存储的控制命令。
5.如权利要求3或4所述的通信系统(1)，其特征在于，所述控制设备(14，32)配置为安全控制设备，其中控制码通过安全传送协议来传送。
6.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统(1)，其特征在于，由至少一个收发器(18，38)所传送的信号包括标识符，所述标识符对该收发器(18，38)和/或连接到所述收发器(18，38)的控制设备(14，32)进行标识。
7.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统(1)，其特征在于，所述收发器(18，38)适用于以下频率范围的无线通信：
在30至500kHz的频率范围内，特别是在125kHz的频率下；和/或
在3至30MHz的频率范围内，特别是在13.56MHz的频率下；和/或
在300至3000MHz的频率范围内，特别是在433MHz的频率下或在850至950MHz的频率范围内。
8.一种机器装置，包括第一移动机器元件及根据前述权利要求中的至少一项所述的通信系统(1)，其中，第二收发器(38)布置在所述第一移动机器元件处。
9.根据权利要求8所述的机器装置，其特征在于，第一收发器(18)布置为固定的或者在第二移动机器元件处。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的机器装置，其特征在于，第一移动机器元件是用于运输货物和/或人的无人驾驶车辆(12A-12C)。
11.根据权利要求8至10中任一项结合权利要求4所述的机器装置，其特征在于，表包括用于控制所述第一移动元件的控制命令。
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