CN108983217A - 用于定位对象的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使用可移动的发送接收设备来定位对象的方法，其中，所述对象具有无源的转答器，所述方法具有步骤：将所述发送接收设备移动到多个测量位置中，在所述多个测量位置中，所述发送接收设备的方位位置和/或空间取向不同，其中在每个测量位置中，发送接收设备发送测量信号，如果转答器接收到测量信号，则所述对象的转答器发送响应信号，所述发送接收设备接收所述响应信号或记录响应信号的缺失，并且所述发送接收设备确定关于相应于所述测量位置的所述发送接收设备的方位位置的和/或所述发送接收设备的空间取向的测量位置信息；并且考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和所述相应的测量位置信息来定位所述对象。

Description

用于定位对象的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于使用可移动的发送接收设备来定位对象的方法以及一种用于定位对象的装置。

背景技术

已经建立GPS接收器，以用于在外部区域中定位车辆或对象。然而，即使在封闭建筑物中，也经常存在对用于定位和寻找对象的可行方案的需要，无论是在家庭区域中的个人物品或是在工业环境中的工具、材料和设备。然而借助于GPS进行位置确定在建筑物中由于遮蔽而被强烈阻碍。

在建筑物中定位对象的一个可行方案在于，在建筑物的固定位置处分布多个传感器，所述传感器能够检测装备有相应转答器的对象。通过评估传感器网络的传感器信号能够确定对象的位置。例如，来自公开文件EP 2 918 212 A1的抽吸机器人的这种定位是已知的。

发明内容

本发明涉及一种具有专利权利要求1的特征的用于使用可移动的发送接收设备来定位对象的方法，以及一种具有专利权利要求6的特征的用于定位对象的装置。

根据第一方面，本发明因此涉及一种使用可移动的发送接收设备来定位对象的方法。对象在这里具有无源的转答器。发送接收设备移动到多个测量位置中，在所述多个测量位置中，发送接收设备的方位位置和/或空间取向不同。在每个测量位置中，发送接收设备发送测量信号，并且如果转答器接收到测量信号，则转答器发送响应信号。发送接收设备接收响应信号或者记录响应信号的缺失。此外，发送接收设备确定关于相应于测量位置的所述发送接收设备的方位位置的和/或所述发送接收设备的空间取向的测量位置信息。考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和相应的测量位置信息来定位所述对象。

根据第二方面，本发明因此涉及一种用于定位对象的装置，其中，对象具有无源的转答器。装置包括发送接收设备，所述发送接收设备能够移动到多个测量位置并且被构造成在每个测量位置处发送测量信号。此外，发送接收设备被构造成接收由对象发送的响应信号或者记录响应信号的缺失，如果所述对象的转答器接收到所述测量信号，所述转答器就发送所述响应信号。所述装置另外包括评估设备，所述评估设备被构造成确定关于相应于所述测量位置的所述发送接收设备的方位位置的和/或所述发送接收设备的空间取向的测量位置信息。所述评估设备另外被构造成考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和相应的所述测量位置信息来定位所述对象。

有利的实施方式是相应的从属权利要求的主题。

本发明的优点

根据本发明的方法和根据本发明的装置实现寻找和精确定位对象，这可以例如被理解为确定精确的方位位置，也或者确定对象所处的空间区域。根据本发明，仅需要单个发送接收设备来定位对象。发送接收设备能够有利地集成到已经现有的可移动设备中，例如集成到抽吸机器人、可移动的工业机器人或其他可移动元件，例如输送带中。因此能够显著降低成本，这是因为特别是省去了用于安装和维护传感器网络的成本。此外，所述方法能够灵活使用，因为不需要额外的安装花费来搜遍对象的任意空间。最后能够动态调整用于定位对象的定位精度，例如办法是：发送接收设备在预设的空间区域中或在对象已经被定位的空间区域中针对性地搜索对象。从而例如发送接收设备能够被定向到相应的空间区域上。

根据所述方法的优选改型方案，为了定位所述对象，对于每个测量位置，借助于接收到的响应信号的信号强度确定所述对象与所述发送接收设备的距离。如果对象始终以恒定的信号强度发送响应信号，则能够借助于信号强度在传播时间期间向着发送接收设备的衰减来推断出对象的距离。如果甚至记录到响应信号的缺失，则发送接收设备也能够识别到对象位于有效距离以外。因此，能够排除特定的空间区域。

根据所述方法的改型方案，发送接收设备将测量信号发送到锥形的空间区域中，并且如果发送接收设备接收到响应信号，则将对象定位在锥形的空间区域中。通过改变空间取向，例如通过围绕垂直于地面的轴线转动所述发送接收设备，发送接收设备能够根据灯塔原理定位对象。根据另外的实施方式，发送方向不仅能够围绕轴线摆转，而且还能够在空间中任意定向。

根据所述方法的优选改型方案，改变测量信号的发送功率，并且确定足以接收响应信号的最小发送功率。考虑所确定的最小发送功率来计算所述对象与所述发送接收设备的距离，以用于定位所述对象。例如，发送功率能够连续或逐步地如此久地增加，直到发送接收设备接收到响应信号为止。根据实施方式，能够使用预设的表来读取对象的相应于所确定的最小发送功率的距离。

根据所述方法的优选改型方案，对象的定位通过三边测量和/或三角测量来执行。如果例如对于测量位置中的每个测量位置计算对象与测量位置的相应距离，则能够通过寻找测量位置周围的具有相应的距离作为半径的圆的交点来确定对象的准确的方位位置。对此足够的是，将唯一的发送接收设备移动到多个测量位置处。

根据所述装置的优选的改型方案，所述评估设备被构造成对于每个测量位置借助于接收到的响应信号的信号强度确定所述对象与所述发送接收设备的距离。

根据装置的改型方案，发送接收设备被构造成将测量信号发送到锥形的空间区域中，并且所述评估设备被构造成：如果所述发送接收设备接收到响应信号，则将所述对象定位在所述锥形的空间区域中。

根据装置的优选的改型方案，发送接收设备被构造成改变测量信号的发送功率，其中，所述评估设备被构造成确定足以接收响应信号的最小发送功率，所述评估设备被设计成考虑所确定的所述最小发送功率来计算所述对象与所述发送接收设备的距离，以用于定位所述对象。

根据装置的优选改型方案，所述评估设备被构造成通过三边测量和/或三角测量来定位所述对象。

附图说明

附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的用于定位对象的装置的示意性框图;

图2示出了用于解释借助于距离确定进行的对象定位的示例性场景的示意性俯视图;

图3示出了用于解释借助于空间定位地发送的测量信号进行的对象定位的场景的说明；并且

图4示出了用于解释根据本发明实施方式的用于定位对象的方法的流程图。

在所有的附图中，相同的或者功能相同的元件和装置设有相同的附图标记。不同的实施方式能够任意相互结合，如果有意义的话。

具体实施方式

图1示出了用于定位对象2的装置 1的框图，所述对象例如是工具、测量仪或待加工的材料，或诸如钥匙、服装、遥控器或玩具等个人物品。对象2具有无源的转答器21，例如无源RFID标签。

装置1包括发送接收设备11，所述发送接收设备能够在空间中移动到多个测量位置。发送接收设备11能够集成到可移动设备中，例如集成到抽吸机器人、输送带或传送带中，或者集成到诸如叉车、无人机或四轴飞行器的车辆中。可移动设备能够同样是装置1的一部分。可移动设备能够被设计成沿着预设的、经计算的或者混乱地产生的路径自主地移动通过一个或者多个空间。由此，发送接收设备11移动到多个测量位置，这些测量位置被理解为发送接收设备进行下述测量的空间位置。

相应地，发送接收设备11在每个测量位置处发送测量信号，例如基于RFID或蓝牙标准的无线电信号。如果对象的转答器21接收到测量信号，则所述转答器发送响应信号，所述响应信号又被装置1的发送接收设备11接收。特别是，响应信号还能够包含明确标识对象2的信息，例如明确的序列号，也或者对于周围环境、例如对于光强度或对于温度的另外信息。

能够以预设的固定信号强度发送测量信号。如果发送接收设备11没有接收到响应信号，发送接收设备就会记录响应信号的缺失，从中能够推断出的是，对象2位于发送接收设备11的有效距离以外。

但是，测量信号也能够具有随时间变化的信号强度。因此，发送接收设备11能够连续地或逐步地如此久地增加信号强度，直到发送接收设备11接收到响应信号为止。相反，发送接收设备11能够如此久地减小信号强度，直到发送接收设备记录到响应信号的缺失为止。

装置1还包括评估设备12。评估设备12被构造成确定位置信息，所述位置信息能够包括发送接收设备11的方位位置和/或发送接收设备11的空间取向。方位位置能够被理解为发送接收设备11的准确的空间二维或三维坐标，也或者发送接收设备11在测量位置处的相对坐标，例如，发送接收设备11所在的楼层、空间和必要时空间区域的说明。发送接收设备的定向能够被理解为例如相对于旋转轴线的角度位置，发送接收设备能够围绕所述旋转轴线转动。位置信息的确定能够通过三边测量或三角测量借助于位置固定安装的发送接收设备或信标来实现。此外，使用推算航行法或航位推算法是可能的，其中，例如，能够测量可移动设备的轮的回转。可移动设备能够具有实现连续检测可移动设备的空间位置的一个或多个惯性传感器。根据另外的实施方式，可移动设备具有另外的传感器，例如光传感器、颜色传感器、相机、激光雷达传感器或超声波传感器，其中，通过评估传感器数据进行位置确定。根据另外的实施方式，借助于SLAM算法（simultaneous localization and mapping，同时定位与地图创建）执行位置确定。

所述评估设备12另外被构造成考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和所述相应的测量位置信息来定位所述对象2。评估设备12也能够尤其考虑接收到的响应信号的信号强度或对于恰好还接收响应信号所需的最小信号强度。

下面将借助于图2中所示的示例性场景来更详细地解释可能的定位。装置1沿着路径3移动通过建筑物中的空间4。在不同的测量时刻，装置1的发送接收设备11在相应的测量位置x1至x4分别发送测量信号，并且接收从待定位的对象2a，2b的转答器21发送的响应信号，或者记录相应的响应信号的缺失。

根据响应信号，对象2a，2b能够明确地由评估设备12识别。

在图2中所示的场景中，发送接收设备11在第一测量位置x1并且在第三测量位置x3从第一对象2a接收响应信号，并且在第四测量位置x4从第二对象2b接收响应信号。在第二和第五测量位置x2和x5处，发送接收设备11分别记录响应信号的缺失。由于对有效距离R的了解，即对其中对象2的转答器21能够接收测量信号的与发送接收设备11的距离的了解，评估设备12能够限制对象2a、2b的可能的空间位置。因此，评估设备12在第一空间区域B1中定位第一对象2a，第一空间区域对应于围绕由发送接收设备11确定的第一测量位置x1或第三测量位置x3的相应的圆盘形区域的交集减去围绕第二测量位置x2的圆盘形区域，其中，圆盘形区域的半径R分别对应于发送接收设备11的有效距离。类似地，第二对象2b被定位在第二区域B2中，第二区域对应于围绕第四测量位置x4的相应的圆盘形区域减去围绕第三和第五测量位置x3和x5的相应的圆盘形区域。

备选地还能够在了解所发送的响应信号的有效距离的情况下由评估设备12确定所述对象的定位。在这种情况下，相应的圆盘形区域围绕对象2a，2b延伸。

此外，评估设备12能够被构造成通过三边测量确定对象2的精确位置坐标。为此，对每个测量位置，确定对象2与发送接收设备11的相应距离。通过确定测量位置周围的相应圆形线的交点，评估设备12确定对象2的精确位置坐标。

在图3中示出了用于定位对象2的另一场景。因此，装置1，例如抽吸机器人能够围绕轴线转动。由发送接收设备11形成的测量信号仅被发送到空间受限的空间区域，特别是锥形区域K中。对于固定的测量位置也或者在运动中，装置1或装置1的具有发送接收设备11的上述可移动设备能够围绕轴线转动。由此锥形的空间区域K覆盖特定区域，并且由此允许借助于灯塔形方法来定位对象2。

在图3中，对象2首先位于锥形的空间区域K之外（图3a），此后，锥形的空间区域K掠过对象 2（图3b），并且最后对象2再次位于锥形的空间区域K之外（图3c）。评估设备12确定装置1或可移动设备的精确角度位置，其中发送接收设备11接收响应信号并且在对发送接收设备11的方位位置的进一步了解的情况下能够确定对象3所位于的锥形区域K.

根据另外的实施方式，锥形的空间区域的在图3中所示的确定能够与图2中解释的距离测量进行组合。特别地，用于粗略定位的各向同性发送的发送接收设备11和用于精细定位的定向发送接收设备11的组合是有利的。

发送接收设备11和评估设备12这两者能够优选集成到上述可移动设备中。备选地也能够在外部执行对象2的定位，这意味着，对于定位所需的信息将通过优选无线连接传输到外部服务器，并且在此处进行定位。特别地，能够在那里评估多个根据本发明的装置1的信息，以改善准确度。

在图4中示出了用于定位对象2的示例性的方法。所述方法被分成第一步骤S1和第二步骤S2，在第一步骤中，发送接收设备11移动到多个位置并且执行相应的测量，在第二步骤中定位所述对象2。

第一步骤S1包括子步骤S11，在所述子步骤中发送接收设备11移动到特定的测量位置中。在另一个方法步骤S12中，通过发送接收设备11发送测量信号。在方法步骤S13中检查发送接收设备11是否接收到响应信号，如果转答器21接收到测量信号，对象2的转答器21就发送所述响应信号。如果是这种情况，则在方法步骤S14中记录所述响应信号，并且优选附加地存储响应信号的信号强度和关于对象2的标识的信息。如果发送接收设备11未接收到响应信号，则记录所述响应信号的缺失（S15）。在另一个步骤S16中，进一步确定关于相应于测量位置的发送接收设备11的方位位置的和/或发送接收设备11的空间取向的测量位置信息。如上所述，这能够包括发送接收设备11的绝对位置或相对位置或发送接收设备11的角度位置。针对多个测量位置，即对于至少两个测量位置，重复第一步骤S1。

最后，在方法步骤S2中，考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和所述相应的测量位置信息来定位所述对象2。所述定位能够如上所述进行。

根据本发明的用于定位对象2的方法能够根据实施方式以规律的间隔或以固定预设的时刻执行。尤其能够同时定位多个对象2。但是例如如果特定的对象2被具体搜索，然而不在具有被定位对象的最近创建的地图中，所述方法也能够由用户手动初始化。

根据另外的实施方式，对于每个对象2能够预设一个优选的搜索位置或多个优选的搜索位置，例如位置或空间区域，对象2最后定位在所述位置或空间区域处或所述位置或空间区域中。也能够预设固定的、典型的搜索位置，例如钥匙板、沙发或洗衣箱，以用于寻找钥匙。这些搜索位置能够作为第一建议提交给用户，或者发送接收设备能够针对性地并且优先地移动到这些搜索位置或移动到这些搜索位置的附近。测量位置因此包括搜索位置中的一个或多个搜索位置。

Claims (10)

1.一种用于使用可移动的发送接收设备（11）来定位对象（2）的方法，其中，所述对象（2）具有无源的转答器（21），所述方法具有步骤：

将所述发送接收设备（11）移动（S1）到多个测量位置中，在所述多个测量位置中，所述发送接收设备（11）的方位位置和/或空间取向不同，其中，在每个测量位置中，

- 所述发送接收设备（11）发送测量信号，

- 如果所述转答器（21）接收到所述测量信号，则所述对象（2）的转答器（21）发送响应信号，

- 所述发送接收设备（11）接收所述响应信号或记录响应信号的缺失，并且

- 所述发送接收设备（11）确定关于相应于所述测量位置的所述发送接收设备（11）的方位位置的和/或所述发送接收设备（11）的空间取向的测量位置信息；并且

考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和所述相应的测量位置信息来定位（S2）所述对象（2）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了定位所述对象（2），对于每个测量位置，借助于接收到的响应信号的信号强度确定所述对象（2）与所述发送接收设备（11）的距离。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述发送接收设备（11）将所述测量信号发送到锥形的空间区域（R）中，并且如果所述发送接收设备（11）接收到响应信号，则将所述对象（2）定位在所述锥形的空间区域（R）中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，改变所述测量信号的发送功率，其中，确定足以接收响应信号的最小发送功率，并且其中，考虑所确定的最小发送功率来计算所述对象（2）与所述发送接收设备（11）的距离，以用于定位所述对象（2）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述对象（2）的定位通过三边测量和/或三角测量进行。

6.一种用于定位对象（2）的装置（1），其中，所述对象（2）具有无源的转答器（21），其中，所述装置（1）具有：

发送接收设备（11），所述发送接收设备能够移动到多个测量位置，所述发送接收设备被构造成在每个测量位置处发送测量信号，并且所述发送接收设备被构造成接收由所述对象（2）发送的响应信号或者记录响应信号的缺失，如果所述对象（2）的转答器（21）接收到所述测量信号，所述转答器就发送所述响应信号；以及

评估设备（12），所述评估设备被构造成确定关于相应于所述测量位置的所述发送接收设备（11）的方位位置的和/或所述发送接收设备（11）的空间取向的测量位置信息，并且考虑接收到的或被记录为缺失的响应信号和所述相应的测量位置信息来定位所述对象（2）。

7.根据权利要求6所述的装置（1），其中，所述评估设备（12）被构造成对于每个测量位置，借助于接收到的响应信号的信号强度确定所述对象（2）与所述发送接收设备（11）的距离。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的装置（1），其中，所述发送接收设备（11）被构造成将所述测量信号发送到锥形的空间区域（R）中，并且所述评估设备（12）被构造成：如果所述发送接收设备（11）接收到响应信号，则将所述对象（2）定位在所述锥形的空间区域（R）中。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置（1），其中，所述发送接收设备（11）被构造成改变所述测量信号的发送功率，并且其中，所述评估设备（12）被构造成确定足以接收响应信号的最小发送功率，并且其中，所述评估设备（12）被构造成考虑所确定的最小发送功率来计算所述对象（2）与所述发送接收设备（11）的距离，以用于定位所述对象（2）。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置（1），其中，所述评估设备（12）被构造成通过三边测量和/或三角测量来定位所述对象（2）。