CN115812160A - 用于求取相对位置p的方法和系统 - Google Patents

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CN115812160A CN202180047999.3A CN202180047999A CN115812160A CN 115812160 A CN115812160 A CN 115812160A CN 202180047999 A CN202180047999 A CN 202180047999A CN 115812160 A CN115812160 A CN 115812160A
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    • G05D1/0259—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means

Abstract

用于求取第一对象(100、100a、100b)的相对于至少一个参考对象(200、200a、200b)的相对位置P的根据本发明的方法(10)包括：‑借助与参考对象(200、200a、200b)相关联的磁场产生设备(202)来产生具有可区分的调制频率的至少三个定向磁场，其中，磁场产生设备(202)包括至少三个发射器线圈，它们相对于彼此具有限定的布置，‑借助第一对象(100、100a、100b)的磁场检测设备(112、112a)来检测磁场的磁场强度和调制频率，‑借助分析设备(302)从检测到的、可通过检测到的调制频率与定向磁场相关联的磁场强度来求取第一对象(100、100a、100b)的相对于至少一个参考对象(200、200a、200b)的相对位置P。此外，提出了一种系统，该系统包括第一对象、至少一个参考对象(200、200a、200b)以及分析设备(302)，其中，该系统设计用于执行本发明的方法(10)。

Description

用于求取相对位置P的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于求取第一对象的相对于至少一个参考对象的相对位置P的方法。此外，本发明涉及一种系统，该系统包括第一对象、至少一个参考对象以及分析设备，其中，该系统设计用于实施根据本发明的方法。
背景技术
对象、尤其自主行动的系统、如例如无人机或机器人的精确定位是具有挑战性的。在此，重要的标准包括通常在x、y和z坐标中求取地点方面以及对象的取向的方面的高的精度。此外，系统组件的成本、结构尺寸和功耗在这种系统的实现中起重要作用。例如，对于割草机器人来说需要在半径为20m的面积内小于5cm的精度，以便未来能够取消安装作为用于确定位置的手段的边界线，参见DE 102017214314 A1。
廉价的基于卫星的导航系统能够根据系统的使用环境实现从几米到50cm以下的定位精度(在理想情况下具有直到2cm以下的参考信号)。在此，该应用仅限于室外区域。基于雷达、视频或激光雷达的定位系统(该定位系统通过对从环境中所检测到的信息进行分析来允许位置确定)需要要么昂贵的传感器系统和/或对系统内的计算能力的高的要求。
关于这种定位系统的一种相对而言简单的备选方案形成以下系统，该系统在使用磁场的情况下求取出对象的相对于磁场发送器的相对位置、即尤其方位和/或取向。这种系统例如从US 4,737,794 A1中已知。
发明内容
在本发明的第一方面中，提出了一种用于求取第一对象的相对于至少一个参考对象的相对位置P的方法。该方法包括：
-借助与参考对象相关联的磁场产生设备来产生具有可区分的调制频率f1、f2、f3的至少三个定向磁场B1、B2、B3，其中，磁场产生设备包括至少三个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3，它们相对于彼此具有限定的布置，
-借助第一对象的磁场检测设备来检测磁场B1、B2、B3的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和调制频率f1、f2、f3，
-借助分析设备从检测到的、可通过检测的调制频率f1、f2、f3与定向磁场B1、B2、B3相关联的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|来求取第一对象的相对于至少一个参考对象的相对位置P。
在此，所检测到的磁场强度以详细的书写方式表示针对每个磁场B1、B2、B3所求取的磁场分量|Bx1，2，3(P)|、|By1，2，3(P)|、|Bz1，2，3(P)|。
第一对象的相对于至少一个参考对象的相对位置P涉及其相对方位(例如通过三个坐标x、y和z相对于三个尤其正交的坐标轴X、Y、Z说明)、和/或其相对取向(例如通过尤其围绕这三个轴X、Y、Z的三个转动角度
Figure BDA0004039627530000021
θ、ρ说明)。
在此，从对磁场B1、B2、B3的检测中推导出相对位置，这些磁场由磁场产生设备产生和发送。在此，磁场尤其能够理解为交变电磁场，其中，在该文献中不讨论交变电场的份额。磁场产生设备在此用于产生至少三个定向磁场B1、B2、B3，它们全部在空间中的任意点处起作用。为此，磁场产生设备包括所有为了产生和发送磁场所需的组件、如例如控制设备、信号发生器、能量供应装置等。
磁场能够尤其在平行的产生中在方向和磁场强度方面重叠，从而至少在磁场产生设备的环境中产生由至少三个磁场B1、B2、B3组成的三维磁场。备选地，能够连续地产生磁场，从而始终仅一个磁场B1或B2或B3在一时间点时在空间中的任意点处起作用。因此可能的是，利用每个单独发射的磁场的更高的发送功率来实现可求取的位置的更高的有效范围，其中，同时能够将发送功率中的极限值保持很低。
磁场B1、B2、B3的产生借助至少三个发射器线圈Txl、Tx2、Tx3来实现，这些发射器线圈相对于彼此具有限定的布置。例如，能够设想到RF线圈作为发射器线圈。特别地，三个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3分别相互正交地取向，从而借助发射器线圈Txl、Tx2、Tx3所产生的磁场B1、B2、B3也相互正交地取向(即具有相互正交布置的特性、例如对称性或形状)。备选地，能够在发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3之间选择不同的角度。由于磁场B1、B2、B3的相对于彼此的固定的关系，磁场B1、B2、B3能够定向地来理解，即原则上不存在磁场B1、B2、B3的随机的变化过程(除了干扰场的影响以外，参见下文)。磁场B1、B2、B3能够用具有沿x、y、z方向的相应的分量的磁场向量、即|B1x，y，z|、|B2x，y，z|、|B3x，y，z|来描述。在该方法中，对于Tx1-、Tx2-和Tx3-发射器线圈的场，在空间中的给定的点处分离地分析磁场向量。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，在磁场B1、B2、B3的产生中，根据每个磁场B1、B2和B3的由磁场检测设备在空间中的某一点处所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|来控制、尤其调节发送电平。以这种方式，能够使用磁场强度的视情况而定的检测，以用于调整磁场B1、B2、B3的发送功率。为此，第一对象例如能够包括通信设备，以用于实现与参考对象的通信设备的尤其无线通信连接，其中，能够通过通信连接来实现控制。此外，已经能够通过分析通信连接的接收电平来进行粗略的距离测量。此外，还能够基于借助另外的传感器视情况而定地所检测到的信息来执行对发送功率的调整。借助基于雷达和/或借助基于摄像机的传感器例如能够检测关于第一对象和参考对象的环境、尤其距离的信息，基于该信息根据情况来调整发送功率。因此例如可能的是，尽可能低地、例如仅以在磁场检测设备的噪音上方的10dB来运行发送电平，并且以这种方式最小化能量和干扰电势。
磁场产生设备设计用于，产生具有可区分的调制频率f1、f2、f3的磁场B1、B2、B3，尤其借助发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3来发射这些磁场。在此，调制频率表示分别调制到磁场B1、B2、B3的尤其低频的信号的频率。调制尤其导致了，相应的磁场在其强度(磁场强度)方面变化、尤其在“开”与“关”之间变化。在此，调制频率f1、f2、f3分别不同。如果例如在一秒钟的时间段内发射磁场B1，那么该磁场能够是调制信号f1的载体，该调制信号在磁场B1的发射期间利用该磁场的发射而被发出。在此，通过接收器(在此是磁场检测设备)的分辨能力来确定调制频率f1、f2、f3的足够的可区分性。在方法的实施例中，磁场的调制频率f1、f2、f3大于30kHz和/或小于150kHz。特别地，这种受限的调制频率允许避免来自地球磁场和/或干扰信号(例如来自无线电频谱)的影响。
磁场产生设备与参考对象相关联，即磁场产生设备相对于参考对象具有固定的地点关系。因此能够实现的是，相对于磁场产生设备所求取的相对位置P至少能够换算成相对于参考对象的相对位置。在一种实施方式中，磁场产生设备构造为参考对象的组成部分并且因此固定地与其连接。特别地，参考对象也能够通过磁场产生设备来实现。
通过磁场检测设备来检测在空间中的某一点处起作用的磁场B1、B2、B3。磁场检测设备与第一对象相关联，尤其集成到该第一对象中或表示该第一对象。磁场检测设备用于检测磁场检测设备的地点处的至少三个定向磁场B1、B2、B3。在此，磁场检测设备设计用于，(例如借助向量磁力计)探测有效的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|、或有效的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和相关的磁场方向，以及探测磁场B1、B2、B3的调制频率f1、f2、f3。借助所检测到的调制频率f1、f2或f3，所检测到的磁场强度能够明确地与由磁场产生设备所求取的磁场B1、B2或B3相关联。由此，每个磁场B1、B2和B3的在空间中的某一点处起作用的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|能够彼此区分并且由此分离地被分析(也可表示为|B1x，y，z|、|B2x，y，z|、|B3x，y，z|)。根据能以这种方式被检测到的九个测量值能够(通过超定的方程组)确定在所求取的磁场B1、B2、B3中的、即相对于磁场产生设备且因此相对于参考对象的相对位置。为了从所检测到的磁场强度中精确推导出位置而参考开头所引用的现有技术。
磁场检测设备包括所有为了在信号技术上检测有效的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和调制频率f1、f2、f3而所需的组件、例如控制设备、接收电路、能量供应装置等。在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，磁场检测设备包括来自磁场传感器列表的至少一个磁场传感器、尤其三个磁场传感器，其中，该列表至少包括量子传感器、TMR传感器、GMR传感器、接收线圈(例如Pickup线圈)、磁通门传感器和霍尔传感器。这种磁场传感器适用于探测有效的磁场强度，必要时也探测有效的磁场强度和配属的磁场方向、以及磁场的调制频率。在此，对磁场强度的检测还在概念上包括对磁通密度、即磁场传感器的信号幅度的检测。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，磁场检测设备包括至少一个磁场传感器，该磁场传感器实现为基于颜色中心的磁场传感器、尤其实现为基于钻石中的颜色中心(氮空位)的量子传感器。尤其基于颜色中心的磁场传感器——如其原则上从现有技术(例如从DE 102014219550 A1)已知——能够实现用仅一个磁场传感器来对磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|进行三维地、与方向相关地测量。在此，这种传感器的灵敏度相对于常规的磁场传感器、如霍尔传感器、TMR传感器、磁通门传感器、Pickup线圈等能够明显更高(例如在大于1特斯拉的高的测量区域内具有小于
Figure BDA0004039627530000051
的分辨率)，从而原则上能够实现用于求取相对位置的方法的更大的工作区域或功能区域。此外，能够有利地减少对用于安置磁场传感器的所需的结构空间的要求(具有高达几立方厘米的结构空间；例如与接收器线圈相比，该接收器线圈能够简单地具有大约十厘米的直径)。此外，基于颜色中心的磁场传感器原则上也适用于向量磁力计，即适用于同时确定所检测到的磁场的方向。在一种实施例中，该方法以10Hz至50Hz之间的范围内的调制频率运行，以便有利地利用基于颜色中心的磁场传感器的高的传感器灵敏度。在此，例如，调制频率f1、f2、f3能够分别相差3Hz。
在该方法的一种实施方式中，磁场检测设备包括三个所描述的类型的磁场传感器，它们交替地具有限定的、尤其正交的布置，并且因此具有交替地限定的相对于彼此取向的、尤其相对于彼此正交取向的敏感度。相应的磁场传感器检测磁场B1、B2、B3的有效的磁场强度|Bx(P)|或|By(P)|或|Bz(P)|和调制频率f1、f2、f3。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，磁场检测设备包括至少一个磁场传感器，其实现为接收器线圈、尤其RF线圈。以特别简单的方式，能够在使用包括至少三个接收器线圈、尤其RF线圈的磁场检测设备的情况下实现该方法。在此，三个接收器线圈交替地具有相对于彼此限定的布置、尤其相对于彼此正交的布置。三个接收器线圈(利用Rx、Ry、Rz表示)中的每个接收器线圈检测磁场B1、B2、B3的有效的磁场强度和该磁场的调制频率f1、f2、f3。
在该方法的一种实施方式中，尤其为了应用在家庭内部区域中，电磁炉的至少一个线圈和/或感应充电站的至少一个线圈用作磁场产生设备的至少一个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3。在此，在第一种情况下处于电磁炉的烹饪表面下方的线圈如此运行，使得产生并且发射相应的磁场。在此，尤其能够设想到，在使用运行线圈的控制设备的情况下实现对线圈的(例如关于磁场强度或调制频率)运行的接通和/或断开和/或配置。尤其能够设想到，为此控制设备、尤其炉子或感应充电站的控制设备通过通信接口与参考对象通信。特别地，该实施方式适用于使用在家庭内部区域中的机器人、例如吸尘器机器人等。以这种方式能够使用现有的组件，从而能够以较少单独需要的发射器线圈来运行该方法。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，借助磁场产生设备的至少一个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3来至少暂时对第一对象的能量存储器进行感应充电。由此，能够基于系统的至少一个发射器线圈来提供另外的功能。在一种实施例中，参考对象能够实现为用于第一对象的一种对接站，其中，一旦第一对象处于对接站中，那么则通过参考对象的发射器线圈来给该第一对象感应充电。
在使用分析设备的情况下从检测到的、可通过检测到的调制频率f1、f2、f3与定向磁场B1、B2、B3相关联的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)\来求取第一对象的相对于至少一个参考对象的相对位置P。分析设备专门设计用于执行求取相对位置的相应的方法步骤。相应的方法步骤在此能够至少部分以软件形式、尤其以计算机实现的方法的形式、或者以由软件和硬件构成的混合形式来实现。例如，分析设备能够以电路的形式实现并且尤其包括带通滤波器和/或放大器。特别地，分析设备包括用于执行相应的方法步骤的处理器设备。能够设想到，与第一对象、参考对象相关联地或也与之分离地、例如在云端、单独的计算机等中实现分析设备。在此，分析设备能够具有控制电子器件，该控制电子器件尤其还包括用于与其他组件、例如磁场检测设备、磁场产生设备等通信的器件。此外，处理器设备能够至少使用存储设备，算法至少部分作为机器可读的计算机程序存储在该存储设备中。计算机程序包含指令，该指令在由分析设备的处理器设备执行时驱动处理器设备，以从所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|中求取出第一对象的相对于至少一个参考对象的相对位置P。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，在另外的方法步骤中，调制频率f1、f2、f3从磁场产生设备传输到磁场检测设备和/或分析设备，其中，所传输的调制频率f1、f2、f3用于在求取相对位置P时改进信噪比。例如，所传输的调制频率能够用于更精确地检测调制频率，尤其用于从所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|的随时间的变化过程中求取出调制频率。特别地，对磁场产生设备(即发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3)与磁场检测设备之间的相位关系的认识能够用于在执行该方法时、尤其在求取相对位置时改进精度。在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，借助无线电连接来传输调制频率f1、f2、f3。例如，LoRa-、WLAN-、蓝牙-无线电连接等适用于无线电连接。在一种实施例中，调制频率能够处在30kHz的范围内，而调制频率f1、f2、f3的传输、尤其与调制频率f1、f2、f3的同步则通过尤其作为载体信号的无线电连接来实现，无线电连接具有30MHz信号。备选地或附加地，通过无线电连接能够传输同步脉冲和/或多倍的频率f1、f2、f3。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，所传输的调制频率用作磁场检测设备的和/或分析设备的锁定放大器的参考信号。以这种方式，即使在磁场产生设备与磁场检测设备之间的较大的距离(其导致差的信噪比)的情况下，也能够借助频率的预设以特别简单的方式通过磁场的调制频率来鉴别或关联相应的所检测到的磁场B1、B2、B3，其方式为：在所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|的随时间的变化过程中，通过经同步的锁定放大器能够过滤掉并且因此探测相应的调制频率。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，求取第一对象的尤其选择性地相对于多个参考对象的相对位置P，其中，每个参考对象包括相关联的磁场产生设备。由此，尤其能够在定向磁场B1、B2、B3之间进行切换，该定向磁场由具有可区分的频率的不同的磁场产生设备产生。能够相对于不同的参考对象来求取相对位置。也相对于至少一个参考对象的磁场产生设备来实现的所有实施方案都适用于参考对象的磁场产生设备。尤其能够设想到，平行地或连续地或者作为相对于多个参考的平均值来求取相对位置P。能够设想到，求取相对于两个、三个或更多个参考对象的相对位置。例如，在设置用于交付包裹的无人机中能够规定，尤其可选地求取相对于地面(例如相对于着陆位置)和相对于包裹、尤其包裹的上侧的相对位置。
因此特别地，也能够从第一对象的相对于多个参考对象的所求取的相对位置中确定出多个参考对象的彼此间的相互的相对位置(确定参考对象1与第一对象之间的P1、确定参考对象2与第一对象之间P2，由此能够确定参考对象1与参考对象2之间的P3(＝P1+P2))。
在用于求取相对位置的方法的备选的、尤其类似的实施方式中，求取参考对象的尤其可选地相对于多个第一对象的相对位置P，其中，每个参考对象包括相关联的磁场产生设备，并且每个第一对象包括相关联的磁场检测设备。在这种实施方式中，求取多个第一对象的尤其选择性地相对于至少一个参考对象的相对位置P。因为仅涉及磁场产生设备和磁场检测设备的交换，所以这种实施方式被视为是类似的。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，磁场B1、B2、B3的每个调制频率f1、f2、f3分别对系统信息进行编码，并且/或者所有调制频率f1、f2、f3共同对系统信息进行编码。尤其能够设想到，通过调制频率，向第一对象和/或分析设备提供关于参考对象和/或关于其他与系统相关的特性(例如地点、鉴别号等)的另外的信息。以这种方式，除了相对位置之外，还能够向第一对象和/或分析设备传输并且因此提供至少一个另外的信息。例如能够通过编码来实现相对位置(其相对于不同的参考对象被求取)的关联性或可区分性(例如通过与每个参考对象相关联的ID进行编码)。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，检测干扰场的影响，并且借助分析设备以干扰场的影响来修正所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|，并且/或者在检测磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|时通过对借助至少一个补偿线圈所发射的电磁叠加场进行控制和/或调节来补偿干扰场的影响。以这种方式可能的是，更精确地求取相对位置。备选地或附加地，能够有利地降低对磁场检测设备的灵敏度的要求。特别地，由此能够有利地补偿位于第一对象的地点处的干扰磁场。特别地，能够利用补偿电路来检测和补偿这种干扰场。在此，除了至少一个补偿线圈之外，补偿电路还能够包括接收线圈、放大器等。一个或多个接收线圈和/或一个或多个补偿线圈在此尽可能靠近磁场检测设备。此外能够设想到，最小化、尤其阻止和/或补偿和/或测量并且随后在分析时补偿至少在检测磁场B1、B2、B3的时间段期间起作用的影响。在此，执行该方法的控制设备和/或分析设备能够设计用于补偿影响。该方法能够至少部分以软件的形式或以软件和硬件的混合形式实现。尤其能够设想到，在使用基本上在时间上与对磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|的检测并行地执行的参考测量的情况下求取该影响。尤其能够设想到，在检测磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|期间，根据所求取的影响、例如通过对在使用至少一个补偿线圈的情况下所产生的电磁叠加场进行控制和/或调节和/或调整来主动补偿该影响。备选地或附加地能够设想到，以如下方式避免和/或补偿该影响，即：在使用数据(其针对干扰场的影响被检测)的情况下求取影响相对而言较小、尤其可忽略所在的时间点，其中，在该时间点执行对磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|的检测。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，在求取相对位置P时考虑另外的位置数据、尤其另外的内部和/或外部传感器设备的另外的位置数据，以用于提高精度和/或求取绝对位置。“考虑”在此尤其也理解为融合或关联。另外的位置数据例如能够表示相对或绝对位置数据。相对位置数据例如能够是加速度传感器、转速传感器的位置数据、里程计数据等。绝对位置数据例如能够是GPS或GNSS数据。雷达-、激光雷达-或视频传感器也能够用于求取位置。在该方法的一种实施方式中，另外的位置数据被检测为绝对位置数据，其中，求取相对于这些绝对位置数据的相对位置P。因此，在使用绝对位置数据的情况下，能够从所求取的相对位置中求取出绝对位置。此外，借助这种传感器融合，尤其能够执行相对位置的合理性检验和/或修正，并且由此使得所获得的相对位置更稳定。此外能够设想到，通过与其他的传感器数据的传感器融合来动态地识别所检测到的磁场中的失真，该失真影响所求取的相对位置中的误差。尤其能够通过位置数据的这种融合来探测磁场B1、B2、B3中的磁场失真(例如由干扰场引起)，并且利用这种知识来推导出与位置相关的修正数据并且例如将其存储在磁场图中，该磁场图随后在重新或进一步求取相对位置时被考虑。此外，这种误差能够例如通过机器学习算法用于改进定位精度。由此，能够在该方法的连续运行中识别出磁性对象和与此相关的干扰场(磁场失真)的出现，并且能够动态地修正用于求取相对位置的方法。特别地，能够连续更新修正数据，从而也能够快速识别出临时的磁场失真，并且能够求取相应的修正数据，该修正数据可用于在时间上随后求取相对位置。
在用于求取相对位置的方法的一种实施方式中，求取至少一个参考对象的相对于至少一个另外的参考对象的相对位置P′，包括：
-借助与另外的参考对象相关联的另外的磁场产生设备来产生具有可区分的调制频率f1′、f2′、f3′的至少三个定向磁场B1′、B2′、B3′，其中，另外的磁场产生设备包括至少三个发射器线圈Tx1′、Tx2′、Tx3′，它们相对于彼此具有限定的布置，
-借助参考对象的磁场检测设备来检测磁场B1′、B2′、B3′的磁场强度|Bx′(P′)|、|By′(P′)|、|Bz′(P′)|和调制频率f1′、f2′、f3′，
-借助分析设备从检测到的、可通过检测到的调制频率f1′、f2′、f3′与定向磁场B1′、B2′、B3′相关联的磁场强度|Bx′(P′)|、|By′(P′)|、|Bz′(P′)|来求取参考对象的相对于至少一个另外的参考对象的相对位置P′。
尤其还能够设想到，彼此先后地运行多个参考对象，其中，每个“连接在中间的”参考对象具有至少一个磁场产生设备和磁场检测设备，从而该参考对象能够检测磁场以求取自身的相对位置，并且能够产生磁场以求取随后的第一对象和/或参考对象的相对位置。特别地，能够设想到交错的参考对象的整个链(参考对象1-参考对象2-参考对象3-第一对象)。以这种方式，每个“连接在中间的”参考对象尤其用作第一对象，求取该第一对象的相对于前一参考对象的相对位置P。要注意的是，磁场检测设备和磁场产生设备在此也能够实现为唯一的构件，其既用作磁场检测设备又用作磁场产生设备(例如作为在接收模式和发送模式中运行的线圈系统)。
以这种方式，能够有利地求取交错的相对位置。为此的应用示例例如能够是在机器人群中导航的机器人，其中，进行每个机器人的相对于其他的机器人的定位，即进行机器人的彼此间的定位。如果机器人的相对位置在此也被交换，那么共同的路径规划(群体智能)是可能的。例如，该路径规划能够有针对性地用于扩展有效范围等。此外，该方法还能够转移到机器人臂等的控制，其中，例如能够求取机器人臂的每个单独可运动的部分相对于机器人臂的每个另外的可运动的部分的相对位置。对于至少一个另外的参考对象来说在本文中所实施的所有特征同样适用的是，例如在另外的方法步骤中，调制频率f1′、f2′、f3′从与另外的参考对象相关联的另外的磁场产生设备传输到参考对象的磁场检测设备和/或传输到分析设备，其中，传输的调制频率f1′、f2′、f3′同样用于在求取相对位置P′时改进信噪比。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，借助第一对象的至少一个另外的磁场检测设备i(该另外的磁场检测设相对于第一对象的磁场检测设备具有限定的布置)来检测磁场B1、B2、B3的磁场强度|Bxi(P)|、|Byi(P)|、|Bzi(P)|和调制频率f1、f2、f3，其中，借助分析设备求取磁场强度|Bxi(P)|和|Bx(P)|相对于彼此的关系、和/或|Byi(P)|和|By(P)|相对于彼此的关系、和/或|Bzi(P)\和\Bz(P)|相对于彼此的关系。“限定的布置”尤其应理解为磁场检测设备i相对于彼此的限定的距离和限定的取向。特别地，该关系求取为磁场强度|Bxi(P)|和|Bx(P)|相对于彼此的关系、和/或|Byi(P)|和|By(P)|相对于彼此的关系、和/或|Bzi(P)|和|Bz(P)|相对于彼此的关系。在此，“关系”应理解为原则上任意的数学关系，其中磁场强度能够尤其以分量方式相互比较或能够相对于彼此设置。尤其能够设想到差、商、大小比等。在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，将尤其形式为磁场梯度的关系求取为差|Bxi(P)|-|Bx(P)|、|Byi(P)|-|By(P)|或|Bzi(P)|-|Bz(P)|。以这种方式能够说明特别简单的关系，其中，磁场梯度被求取为成对形成的差。备选地或附加地，相对位置P也能够被求取为商|Bxi(P)|/|Bx(P)|、|Byi(P)|/|By(P)|或|Bzi(P)|/|Bz(P)|。此外，在使用该关系的情况下，也能够提高求取相对位置P的精度。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中(其中该关系被求取为差)，根据关系的符号来明确地鉴别尤其此外可能模糊的(尤其多义的)相对位置P。在该方法的备选的实施方式中(其中关系被求取为商)，根据关系与值1的比较来明确地鉴别尤其此外可能模糊的(尤其含多义的)相对位置P。在此，相对位置尤其可能由于由磁场产生设备所产生的磁场B1、B2、B3的对称的变化过程而首先具有多义性。由发射器线圈所产生的磁场具有垂直于绕组平面的磁场区域，在这些磁场区域处磁场强度变得最小(可能为0T)。在该镜像对称轴线(其对应于发射器线圈的绕组平面的法线)的两侧并且相对于发射器线圈的绕组平面镜像对称地存在具有相同的磁场强度的区域，从而(理想的、未受干扰的)磁场原则上包括四个磁场强度相同的区域(它们位于四个象限中，其中发射器线圈位于中心)。根据本发明，在使用该关系的情况下能够说明适当的措施，以便尽管存在这种多义性仍然能够将相对位置配属于一个象限。特别地，在使用根据本发明的方法的情况下能够探测各两个相邻的象限之间的过渡。为此，连续分析所检测到的磁场强度的关系并且因此连续确定磁场梯度。在将关系求取为差的方法实现方案中，一旦进行两个象限之间的过渡，那么(差的)关系的符号就会反转。在将关系确定为商的方法实现方案中，一旦进行两个象限之间的过渡，那么商就从大于1的值变为小于1的值。因此，能够确定第一对象在不同的象限之间的过渡。因此，也能够如此进行第一对象的尤其此外可能模糊的(尤其多义的)相对位置P与四个象限之一的明确的配属，尤其在假设的是，在第一对象的运动开始时，初始位置能够配属于四个象限之一(例如因为基站处于那里)。如果例如能够设想到作为机器人的第一对象发生运动，那么则能够连续求取关系。如果该关系随后改变符号(或从大于1的值变为小于1的值(或相反))，那么则能够推导出两个彼此相邻的象限之间的过渡。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，借助旋转敏感的传感器设备来检测第一对象的运动方向变化、尤其180°的运动方向反转，其中，在第一对象的运动方向改变、尤其改变大于90°的情况下，考虑、尤其进行关系的符号反转或关系反转(通过形成倒数将值从小于1变为大于1(或相反))。以这种方式此外能够排除的是，运动方向的变化、尤其180°的运动方向变化导致关系的(未注意到的或意外的)变化，该变化此外通过象限过渡产生。“考虑”尤其能够理解为，以计算方式在分析中对这种值变化进行修正或补偿。“旋转敏感的传感器设备”尤其能够理解为以下传感器设备，该传感器设备对第一对象的空间转动和/或方向变化是敏感的(例如通过加速度传感器、摄像机等来实现)。为此，所有以下传感器原则上是适用的，借助这些传感器能够推导出关于第一对象的运动方向的信息。例如：
-磁场敏感的传感器，如例如指南针、磁场传感器、磁通门磁力计和霍尔传感器；
-电容传感器；
-位置敏感的和/或方位敏感的传感器，如例如GPS、位置传感器、里程计传感器和用于方向盘或转向盘的转向角传感器；
-速度敏感的和/或加速度敏感的传感器，如例如陀螺仪、惯性传感器和加速度传感器；
-距离敏感的传感器，如例如激光测距仪、超声波传感器和雷达...
-压力敏感的传感器，
-光学传感器，
-电压敏感的和/或电流敏感的传感器，
或它们的组合。
要注意的是，原则上也能够通过已经存在的磁场检测设备来确定取向(和因此第一对象的运动方向)，其方式为：分析检测到的磁场的测量信号中的DC分量。这具有的优点是，不必提供附加的转速传感器或罗盘。
备选地或附加地能够设想到，借助传感器来测量磁场B1、B2、B3的相位位置，以便由此求取出对第一对象的相对于参考对象的尤其此外可能模糊的(尤其多义的)相对位置P的明确的鉴别。
此外，能够以这种方式特别有效地检测干扰场，如该干扰场例如由金属对象、如车辆或隐藏的对象产生。在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，为了探测磁场失真而分析、尤其鉴别该关系与根据磁场检测设备的和至少一个另外的磁场检测设备i的限定的布置所预期的目标关系的偏差。换言之，由于已知磁场传感器的相对于彼此的距离和角度，因此能够将各个磁场检测设备的所检测到的磁场的值用于与基于布置所预期的值进行比较。这一点尤其能够在第一对象的运动期间被分析，并且能够探测和检测这种意外的干扰场、即磁场失真。特别地，能够如此以特别简单的方式探测偏差，并且由此推断出干扰场。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，将所探测的磁场失真或干扰场存储、尤其更新和/或融合在磁场图、尤其二维的或三维的磁场图中。“融合”在此尤其能够理解为利用其他传感器数据来“覆盖”、“平均”、“插入”、“外推”、“相关联”等。因此，在执行用于求取相对位置的方法时，能够考虑所检测到的磁场不均匀性和/或干扰场。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，使用两个另外的磁场检测设备i。特别地，三个磁场检测设备i具有彼此形成三角形的布置。以这种方式，能够以简单的方式沿2个独立的方向、尤其沿两个正交方向来求取关系、尤其磁场梯度。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，在另外的方法步骤中探测外部辐射源、尤其与参考对象不相关联的磁场产生设备的至少一个磁场BSQ的存在性。由此能够检测，除了为了执行用于求取相对位置的方法而产生的磁场B1、B2、B3之外是否还存在另外的磁场、例如其他磁场源的干扰场或另外的参考对象的磁场。特别地，这种探测能够重复、尤其有规律地重复、例如准连续或连续地进行。根据本发明，该信息能够用于调整或改进用于求取相对位置P的方法。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，借助第一对象的磁场检测设备和/或借助与参考对象相关联的磁场产生设备和/或者借助至少一个附加的接收器来探测至少一个磁场BSQ的存在性。尤其能够设想到，借助磁场检测设备，通过基于磁场BSQ而改变的“接收频谱”在所预期的磁场B1、B2、B3和其相关的调制频率f1、f2、f3的意义中探测至少一个磁场BSQ的存在性。此外能够设想到，借助磁场产生设备来检测至少一个磁场BSQ的存在性，其方式为：该磁场产生设备在接收模式中运行。该接收模式例如能够以如下方式实现，即：在磁场产生设备的发送暂停中，将一个发射器线圈或多个发射器线圈短暂地与接收电子器件连接。附加的接收器能够实现为原则上任意设计的磁场传感器，例如实现为霍尔传感器等。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，根据至少一个磁场BSQ的存在性来选择、尤其修改调制频率f1、f2、f3。在用于求取相对位置P的方法的备选的或附加的实施方式中，根据至少一个磁场BSQ的存在性来选择、尤其修改磁场B1、B2、B3的调制t1、t2、t3中的暂停时间。在用于求取相对位置P的方法的又备选的或附加的实施方式中，根据至少一个磁场BSQ的存在性来选择、尤其修改磁场B1、B2、B3的产生T1、T2、T3中的暂停时间。特别地，调制频率f1、f2、f3和/或调制t1、t2、t3中的暂停时间和/或产生T1、T2、T3中的暂停时间能够被修改或选择为，使得同样进行与外部辐射源相适配的产生。备选地或附加地，还能够向用于求取相对位置P的方法的用户输出至少一个磁场BSQ的存在性。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，对外部辐射源的至少一个磁场BSQ的存在性的探测包括对至少一个磁场BSQ的调制频率fSQ的至少一次求取。在此，磁场B1、B2、B3的调制频率f1、f2、f3能够有利地与调制频率fSQ不同地选择。以这种方式，能够明确地排除磁场BSQ的频率范围，从而使得所使用的调制频率f1、f2、f3是可区分的，即尤其在频带中与fSQ间隔足够远。在此，能够尤其根据在检测磁场B1、B2、B3时的质量来选择频带中的间距，从而使得这些距离能够在高的质量(并且因此已经相当精确地求取相对位置P)的情况下表现得更小。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，该探测包括求取至少一个磁场BSQ的调制tSQ中的暂停时间和/或产生TSQ中的暂停时间。在此，能够将磁场B1、B2、B3的调制t1、t2、t3中的暂停时间或产生T1、T2、T3中的暂停时间有利地选择为，使得在至少一个磁场BSQ的调制tSQ中的暂停时间中调制磁场B1、B2、B3，或者在该至少一个磁场的产生TSQ中的暂停时间中产生磁场B1、B2、B3。以这种方式，外部磁场BSQ中(其调制和/或其产生、即发射中)的暂停时间能够在产生磁场B1、B2、B3时有针对性地明确地使用，其方式为：在这些暂停时间中产生具有调制频率f1、f2、f3的调制，或者在这些暂停时间中本身产生磁场B1、B2、B3。此外，能够将产生磁场之间的或调制磁场之间的时间间隔选择为，使得确保尽可能无干扰地且无重叠地检测磁场B1、B2、B3。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，外部辐射源的、尤其与参考对象不相关联的磁场产生设备的磁场BSQ用于增大用于求取第一对象的相对位置P的方法的有效范围。在此能够设想到：在第一参考对象的最大的有效范围的距离中(即在仍然能够检测磁场B1、B2、B3所在的距离中)安装另外的“卫星参考对象”，其例如在发送暂停中以不同的频率发送。但原则上，当使用且监测不同的频率顺序、例如f2、f1、f3时，“卫星参考对象”也能够以相同的频率f1、f2、f3发送。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，外部辐射源的、尤其与参考对象不相关联的磁场产生设备的磁场BSQ来自根据前述权利要求之一的并行运行的方法。以这种方式能够实现，相对于彼此并行地运行多个用于求取相对位置P的方法，相当于实现该方法的多个系统。例如，能够在应用根据本发明的方法时并行地运行多台自动割草机，如在附近能够是这种情况。在此，求取机器人系统(包括参考对象和集成在机器人中的第一对象)的暂停时间，其中，另外的机器人系统而后将自身的发送活动安置到先前所求取的暂停时间中。特别地，其他机器人系统而后以不同的频率和/或在其他的机器人系统的暂停时间中进行发送。此外，还能够在使用该方法的这种实施方式的情况下实现上述的机器人群。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，第一对象实现为手持式电气设备、尤其激光测距仪、手持式工具机器、游戏控制器等，并且根据相对位置P来控制功能、尤其手持式电气设备的功能。在此，参考对象能够位置固定地定位在空间中。在此，该方法的实现用于，尤其三维地确定电气设备在空间中的位置。例如，电气设备能够实现为激光测距仪，其中，根据激光测距仪的相对位置能够实现另外的测量功能、尤其间接的距离的测量，如这例如在DE 102016211742.4 A1或DE 102018201692.5 A1中公开。同样能够使用用于在空间上跟踪定位设备的相对位置(在此是相对方位和定向)的方法的实现方案，从而根据位置并且三维地检测定位对象的空间上的变化过程，该定位对象例如隐藏在墙壁中。包括定位信息和相对位置的数据能够随后用于数字模型中的汇编和另外的规划(参见“建筑信息建模”)。
与如在现有技术中经常使用的惯性传感器不同，根据本发明的方法此外也能够有利地用于求取振动机器(例如冲击钻机)的相对位置。在此，在钻机中例如根据用户预设、例如“实施水平钻孔”，能够基于钻机的所求取的相对位置来告知用户：以什么样的方式实现目标取向并且何时实现目标取向。此外，尤其能够显著提高相对于惯性传感器的位置的求取的精度。同样能够设想到娱乐电子器件的电气设备、如例如AR眼镜、游戏控制器等，在使用根据本发明的方法的情况下求取其相对位置。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，第一对象实现为尤其自主的机器人、尤其机器人车辆、如物流机器人、吸尘器或割草机等，并且根据相对位置P来控制功能、尤其机器人车辆的功能。“尤其自主的机器人”尤其应理解为至少部分地自动的移动设备，其至少部分地自动地执行工作、例如处理表面。此外，尤其应理解为一种设备，该设备至少自动地运动和/或在预定的区域中、尤其在工作区域或加工表面中自主地向前运动。这种机器人车辆的典型的应用领域包括各种活动，如例如清扫、抽吸、清洁、割草、收集、分类、灌溉、施肥、测绘等。在此，参考对象例如能够位置固定地定位作为机器人的对接站(基站)，例如定位作为花园中的自主割草机的对接站。在实现该方法的情况下，能够特别精确地执行对接操纵(例如对接到对接站)。此外，能够有利地在没有如现有技术(参见DE102014226077.9 A1)中使用的边界线的情况下以高的精度在大的区域内求取相对位置，尤其其方式为：能够放弃耗费的且不准确的传感器、如里程计传感器(其易受驱动器件的滑移的影响)。对于在家庭内部区域中工作的机器人能够设想到，将电磁炉的线圈和/或感应充电站(例如对接站)的线圈用作磁场产生设备的至少一个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，第一对象实现为飞行对象、尤其无人机，并且根据相对位置P来控制功能、尤其飞行对象、特别尤其无人机的功能。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，在使用第一对象的情况下求取对工作区域、尤其机器人的工作区域的限制，其方式为：沿工作区域的至少一个边界引导第一对象，并且记录和/或分析连续地被求取的相对位置P。特别地，参考对象在此已经能够放置在使用地点处，其中，随后利用第一对象(其例如构造为可手持的杆)，通过沿工作区域的边界引导杆来定位工作区域。在此被记录的轨迹能够被数字化并且随后被考虑用于执行另外的方法、例如机器人的导航方法。以这种方式，能够使用根据本发明的方法，以用于在活动区域方面训练(教导)机器人、例如在花园中的有待修剪的区域方面训练(教导)自主割草机。在此，基于在求取相对位置中的高的精度，该方法允许工作区域的边界的特别精细的分辨率，该分辨率例如无法用边界线(参见上面的现有技术)或者只能非常费力地实现。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，在使用第一对象的情况下求取第一点与第二点之间的路径的距离、尤其间距或长度，其方式为：第一对象尤其沿该路径从第一点被引导到第二点，并且记录和/或分析连续地被求取的相对位置P。此外，对借助第一对象所经过的轨迹(例如在两个点之间)的分析允许求取这些点沿轨迹的间距。同样，第一对象能够实现成可手持的杆的形式。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，至少第一对象配属于机器人臂，特别地，参考对象也配属于机器人臂，并且在使用连续地求取的相对位置P的情况下控制运动和/或功能、尤其机器人臂的运动和/或功能。例如能够如此实现完全集成的机器人臂，其在没有另外的耗费的传感器(如惯性传感器、测角器、间距测量器等)的情况下，能够随时分析且因此控制机器人臂的每个可运动的部件的精确的位置。例如，参考对象能够配属于车辆的油箱套口，从而使得自主行动的加油机器人能够自动定向其配备有第一对象的加注枪，并且因此能够自动为车辆加油。
在用于求取相对位置P的方法的一种实施方式中，参考对象配属于监测系统、尤其烟雾报警器或火灾报警器，并且相对位置P由装备有第一对象的人员来检测。例如，参考对象能够集成到烟雾报警器中。以这种方式，能够有利地检测人员相对于烟雾报警器的运动概况，该运动概况例如在消防队行动的情况下能够用于协调和保护所投入的消防员。在此能够设想到，每个人员配属于身体地携带第一对象，求取该第一对象的相对位置。此外能够设想到，通过频率f1、f2、f3来对另外的信息(例如关于空间大小、空间中的烟雾报警器的位置、空间中的危险物品、空间名称等的另外的信息)进行编码，并且由此将其传输至第一对象，从而能够进一步处理或输出信息。
此外，提出了一种系统，其包括第一对象、至少一个参考对象以及分析设备，其中，该系统、尤其分析设备设计用于执行根据本发明的方法。在此，关于方法和在方法中使用的组件、尤其磁场检测设备、磁场产生设备、分析设备等的所有上述的实施方案同样被视为对于该系统是公开的。
同样，提出了第一对象和/或参考对象，其用于使用在根据本发明的系统中或者用于使用在根据本发明的方法中。尤其提出了第一对象，其实现为手持式电气设备、尤其激光测距仪、手持式工具机器、游戏控制器等；实现为尤其自主的机器人、尤其机器人车辆、如吸尘器或割草机等；实现为飞行对象、尤其无人机；实现为可手持的杆和/或机器人臂的一部分。尤其提出了参考对象，其实现为对接站或烟雾报警器。
附图说明
根据附图中所示的实施例在以下描述中详细阐述本发明。附图、说明书和权利要求书包含大量组合式特征。本领域技术人员还将适宜地单独考虑这些特征并且将它们概括为有意义的另外的组合。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
其中：
图1示出了包括第一对象和参考对象的根据本发明的系统的实施例；
图2示出了包括第一对象和参考对象的根据本发明的系统的第二实施例；
图3示出了用于求取相对位置的根据本发明的方法的示例性的实施例的方法图；
图4示出了示例性的磁场，如其例如由参考对象的磁场产生设备产生；
图5a-5f示出了能够如何应用根据本发明的方法的不同的场景；
图6示出了磁场信号(a)相对于示例性的系统(b)的与时间相关的变化过程。
具体实施方式
根据本发明的方法涉及求取第一对象100的相对于至少一个参考对象200的相对位置P。图1和图2示出了两个示例性的系统300a、300b，其分别包括第一对象100a、100b、至少一个参考对象200a、200b以及分析设备302。分析设备302设计用于执行根据本发明的方法10，参见图3。
图1所示的系统300、300a以透视图示出了第一对象100、100a，其实现为手持式电气设备，在此实现为激光测距仪。激光测距仪具有壳体、显示器104以及操纵元件106，该操纵元件用于接通和断开激光测距仪以及用于启动或配置测量过程。在测量过程中，激光测距仪发射激光辐射110。这种激光测距仪由现有技术已知。第一对象100、100a在三维空间中的位置(在此通过双向箭头示出，该双向箭头表示激光测距仪的自由的可运动性)根据本发明的方法10被求取为相对于至少一个参考对象200、200a的相对位置P。参考对象200、200a在此位置固定地放置，例如放置在待测量的空间的地板上。参考对象200、200a包括磁场产生设备202，用于产生至少具有可区分的调制频率f1、f2、f3的三个定向磁场B1、B2、B3(参见图3，方法步骤16和图4、附图标记210)。磁场产生设备202包括具有附图标记204a、204b、204c的三个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3，这些发射器线圈相对于彼此正交取向。第一对象100、100a具有磁场检测设备112，用于检测三个磁场B 1、B2、B3的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和调制频率f1、f2、f3。磁场检测设备112包括在此构造为霍尔传感器的三个磁场传感器114a、114b、114c，这些磁场传感器具有分别彼此正交取向的敏感度。此外，系统300、300a(在此是第一对象100、100a)具有分析设备302，该分析设备为了求取第一对象100、100a的相对于参考对象200、200a的相对位置P而执行求取相对位置P的方法步骤(参见图3，方法步骤24)。根据所求取的相对位置P来控制激光测距仪的功能、例如距离测量的执行和/或配属。
图2所示的系统300、300b以透视图示出了第一对象100、100b，其实现为机器人(在此是自主割草机或自主吸尘器)。自主割草机具有壳体102。这种自主割草机由现有技术已知。第一对象100、100a的在三维空间中的位置(在此也通过双向箭头示出，该双向箭头表示自主割草机的自由的可运动性)根据按照本发明的方法10被求取为相对于至少一个参考对象200、200b的相对位置P。参考对象200、200b在此实现为自主割草机的对接站(基站)并且位置固定地放置在待加工的工作区域的地板上。参考对象200、200b包括磁场产生设备202，用于产生具有可区分调制频率f1、f2、f3的至少三个定向磁场B1、B2、B3(参见图3，方法步骤16和图4、附图标记210)。产生具有可区分的调制频率f1、f2、f3的磁场。磁场产生设备202为此包括三个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3(附图标记204a、204b、204c)，它们相对于彼此正交地取向。第一对象100、100b具有三个磁场检测设备112a、112b、112c。三个磁场检测设备i(附图标记112a、112b、112c)中的每个磁场检测设备设计用于检测三个磁场B1、B2、B3的磁场强度|Bxi(P)|、|Byi(P)|、|Bzi(P)|和调制频率f1、f2、f3，并且为此分别包括三个在此未详细示出的、实现为RF线圈的接收器线圈。三个磁场检测设备112a、112b、112c、尤其包含在其中的接收器线圈分别具有彼此限定的布置。在此，三个接收器线圈分别成对地平行取向，其中，三个三配对件分别又相对于彼此正交地取向。如果机器人位于对接站附近，那么则借助磁场产生设备202的至少一个发射器线圈(在此例如204b)来给机器人充电，其方式为：将能量从发射器线圈感应地传输到至少一个接收器线圈，并且由此对机器人的能量存储器进行感应充电。此外，第一对象100、100b还具有无线通信设备116，其用于第一对象100和100b的与分析设备302的通信。在该系统300、300b中，分析设备302在单独的单元中、例如在云端中实现，该单元为了求取第一对象100、100b的相对于参考对象200、200b的相对位置P而至少实施求取相对位置P的方法步骤(参见图3，方法步骤24)。分析设备302同样设计用于与第一对象100、100b和参考对象200、200b进行无线通信(参见盒子上的无线电符号)。此外，第一对象100、100b具有里程计传感器120a作为另外的内部传感器设备120，其检测车轮118的运动并且由此求取用于提高精度的另外的位置数据(参见图3，方法步骤24a)。里程计传感器120a还用作旋转敏感的传感器设备122，借助该传感器设备能够检测第一对象100、100b的运动方向改变、尤其180°的运动方向反转。参考对象200、200b也具有构造为GPS传感器的另外的位置传感器，其在此未详细示出。根据所求取的相对位置P来控制机器人的功能、例如机器人的导航或对有待加工的工作区域的加工。
图3示出了根据本发明的方法10的实施例。方法10用于求取第一对象100、100a、100b(例如图1所示的激光测距仪或图2所示的机器人)的相对于至少一个参考对象200、200a、200b的相对位置P。
在可选的第一方法步骤12中，首先探测外部辐射源的、尤其不配属于参考对象200、200a、200b的磁场产生设备202的至少一个磁场BSQ的存在性。在此，借助第一对象100、100a、100b的磁场检测设备202和/或借助配属于参考对象200、200a、200b的磁场产生设备202来探测该存在性。探测在此包括求取磁场BSQ的调制频率fSQ和探测磁场BSQ的产生TSQ中的暂停时间。根据所求取的调制频率fSQ和磁场BSQ的产生TSQ中的暂停时间来调整磁场B1、B2、B3的调制频率f1、f2、f3和产生T1、T2、T3中的暂停时间。在此，磁场B1、B2、B3的产生T1、T2、T3中的暂停时间被选择为，使得在磁场BSQ的产生TSQ中的暂停时间中进行磁场B1、B2、B3的产生。此外，频率f1、f2、f3被选择为，使得其与调制频率fSQ不同。
此外，在可选的第一方法步骤12中，检测干扰场对第一对象100、100a、100b的影响(该影响能够稍后在方法步骤16中用于补偿干扰场)。
在另外的可选的方法步骤14中，(必要时在方法步骤12中所选择的或所修改的)调制频率f1、f2、f3借助无线通信连接(在此实现为无线电连接)从参考对象200、200a、200b的磁场产生设备202传输到第一对象100、100a、100b的磁场检测设备112，并且用作磁场检测设备112的锁定放大器(此处未详细示出)的参考信号，从而在方法步骤20中，在求取磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和因此相对位置P时能够实现对信噪比的明显的改进。
在方法步骤16中，然后在使用参考对象200、200a、200b的磁场产生设备202的情况下产生并且发送具有(必要时提前修改的)可区分的调制频率f1、f2、f3的三个定向磁场B1、B2、B3(参见图4，附图标记210)。
在可选的方法步骤18中，干扰场的提前在可选的方法步骤12中所求取的影响用于，通过对借助至少一个(未详细示出的)补偿线圈所发射的电磁叠加场进行控制和/或调节来补偿该影响。特别地，在方法步骤20中检测磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|期间，保持叠加场的发射。
在方法步骤20中，借助第一对象100、100a、100b的磁场检测设备112、112a来在空间中的以下点处检测磁场B1、B2、B3的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和调制频率f1、f2、f3，第一对象100、100a、100b在该时间点位于该点处。
在可选的方法步骤22中，此外能够借助第一对象100、100b的至少一个另外的磁场检测设备i 112、112b、112c来检测磁场B1、B2、B3的磁场强度|Bx2,3(P)|、|By2,3(P)|、|Bz2,3(P)|和调制频率f1、f2、f3，它们能够稍后在可选的子方法步骤24b中用于分析。
在方法步骤24中，借助系统300、300a、300b的分析设备302从检测到的、可通过检测到的调制频率f1、f2、f3与定向磁场B1、B2、B3相关联的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)来求取第一对象100、100a、100b的相对于至少一个参考对象200、200a、200b的相对位置P。这能够一方面通过数学计算来实现，另一方面通过所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|与磁场图的比较来实现。在该实施例中，为了提高精度而使用由两个变型方案构成的组合。针对第一对象100、100a、100b的整个(可能的)运动区域，在磁场图中存储了有待预期的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|。这个磁场图例如能够已经最初被创建并持续更新(参见子方法步骤24c)，以便尤其能够考虑临时的干扰场的影响。方法步骤24中的相对位置的求取还包括将所需的测量数据转送给分析设备302。
在可选的子方法步骤24a中，在求取相对位置P时考虑另外的位置数据以用于提高精度，该另外的位置数据如例如用形式为里程计传感器120a的内部传感器设备120来检测(参见图2)，其方式为：这个另外的位置数据用于比较根据本发明的方法所得到的相对位置。在此，例如能够应用一种用于识别异常值的方法，如其从DE102017213577.8A1中已知。此外，在图2的实施例中，形式为对接站的参考对象200、200b具有GPS传感器，借助该GPS传感器能够将第一对象100、100b的所求取的相对位置换算成绝对位置。
在可选的子方法步骤24b中，借助分析设备302将形式为磁场梯度的磁场强度的关系以分量方式求取为差|Bxi(P)|-|Bx(P)|、|Byi(P)|-|By(P)或|Bzi(P)|-|Bz(P)|，其中，i＝2、3表示另外的磁场检测设备112、112b、112c的值。在此，分别减去由平行取向的接收器线圈所提供的值。在此，根据关系的符号来明确地鉴别相对于磁场象限的相对位置P。同时，借助形式为里程计传感器120a的旋转敏感的传感器设备122来检测第一对象100、100b的运动方向变化、尤其180°的运动方向反转，其中，在运动方向反转的情况下，忽略关系的符号反转(或符号乘以“-1”)。
在可选的子方法步骤24c中，在第一对象100、100b运动的情况下，为了探测磁场失真而分析该关系与根据磁场检测设备112、112a的和两个另外的磁场检测设备112、112b、112c(i＝2、3)的限定的布置所预期的目标关系的偏差。这些偏差能够推断出相应的磁场失真或干扰场的影响。如果探测到，那么则将这些磁场失真存储在磁场图中，其方式为：更新磁场图或将已包含的值与新的值融合。
在可选的子方法步骤24d中，最终由分析设备302来对磁场B1、B2、B3的每个调制频率f1、f2、f3中和/或整个调制频率f1、f2、f3中共同所编码的系统信息进行解码。
在方法步骤26中，最终在分析设备302的输出端上至少提供所求取的相对位置P、可选地提供由此所计算的绝对位置、以及可选地提供经解码的系统信息，以用于进一步使用或处理。
图4示出了示例性的磁场210，如其在一平面中由参考对象200、200a、200b的磁场产生设备202的两个彼此正交布置的发射器线圈204a、204c产生。磁场划分成四个象限Q1、Q2、Q3、Q4，在这些象限中、例如在四个示例性示出的点206处分别在忽略磁场失真的情况下存在对称相同的磁场强度。为了能够实现将相对位置P明确地与象限中的一个象限相关联，第一对象100、100b(在此是图2的形式为自主割草机的机器人)包括三个磁场检测设备112a、112b、112c，它们在相对于彼此限定的布置的情况下进行布置。在此，后方的两个磁场检测设备112b、112c的连接线垂直于两个磁场检测设备112a、112c的连接线，其中，最后的连接线平行或共线于机器人的行进方向(由箭头示出)。为了简化而假设，磁场的磁场绝对值被认为是针对磁场B1(例如在此由发射器线圈204a产生)的示例，其中，隐没了所有其他的场。由该磁场B1，所有三个磁场检测设备112a、112b、112c测量x分量、y分量和z分量(用|Bxi B1(P)|、|Byi B1(P)|、|Bzi B1(P)|表示，并且i＝1、2、3)，由这些分量分别形成作用在磁场检测设备112a、112b、112c的相应的地点处的磁场的绝对值。如果机器人现在沿象限边界208的方向运动，则(磁场B1的)所检测到的磁场强度|Bx(P)|首先在第一磁场检测设备112a处减小，随后在两个另外的磁场检测设备112b、112c处减小。适用的是，|Bx2 B1(P)|-|BxB1(P)|>0，|Bx3 B1(P)|-|BxB1(P)|>0，其中，索引2、3代表两个磁场检测设备112b、112c(忽略了针对i＝1的索引)。如果机器人现在运动越过象限边界208，那么所检测到的磁场强度首先在第一磁场检测设备112a处增大，而由两个另外的磁场检测设备112b、112c所检测到的磁场强度仍然减小。从特定的点起适用的是，|Bx2 B1(P)|-|Bx(P)|<0，|Bx3 B1(P)|-|Bx(P)|<0，从而从关系|Bx2 B1(P)|-|Bx(P)|或|Bx3 B1(P)|-|Bx(P)|的符号的反转能够推断出过渡到其他的象限。如果已知第一对象100、100b的起始位置，那么尽管存在磁场210的多义性仍然能够始终能够实现相对位置P的明确的配属。此外，借助旋转敏感的传感器来检测机器人的运动方向变化、尤其180°的运动方向反转。如果机器人在其运动方向上反转，那么则以如下方式来考虑关系的符号反转，即：将关系|Bx2 B1(P)|-|Bx(P)|或|Bx3 B1(P)|-|Bx(P)|乘以“-1”。
在使用三个磁场检测设备112a、112b、112c的情况下，此外也能够探测磁场失真。通过磁场检测设备112a、112b、112c的已知的取向、尤其还有已知的距离，能够分析该关系与根据磁场检测设备112a、112b和112c的限定的布置所预期的目标关系的比较。如果所测量的值和所预期的值相对于彼此有偏差，那么则能够推断出磁场失真。如上所述，这种所探测到的磁场失真能够存储在磁场图中(参见图3，可选的子方法步骤24c)。
图5a至5f示出了能够如何应用根据本发明的方法10的不同的场景。在图5a中，类似于图1或图2，求取第一对象100的相对于参考对象200的相对位置P。第一对象100在此是可自由运动的，而参考对象200是固定的。在图5b中，类似于图5a，仅(位置P的)相对关系反转。在此，求取参考对象200的相对于第一对象100的相对位置P。在此，第一对象100是固定的，而参考对象200是可自由运动的。此外还可能的是，此外将第一对象100保持为可自由运动，而参考对象200是固定的。在图5c中，求取第一对象100的尤其选择性地相对于多个参考对象200的相对位置P。在此，每个参考对象200具有配属的磁场产生设备202。相反地，在图5d中求取多个第一对象100的尤其选择性地相对于至少一个参考对象200的相对位置P。在图5e中提出了求取相对位置的彼此顺序。类似于图5a求取第一对象100的相对于参考对象200的相对位置。此外，求取参考对象200的相对于至少一个另外的参考对象200的相对位置P′。也能够设想到交叉的情况，如这在图5f中示出。在此，求取两个第一对象100的相对于分别两个另外的第一对象100的相对位置P，其中，所有第一对象100同时也是参考对象200。此外，在此求取至少两个第一对象的又相对于另外的参考对象200c的相对位置P′。以这种方式，一群机器人例如能够自主导航，其方式为：每个机器人本身能够产生和接收磁场。由此，能够实现机器人的相对于彼此的相对定位。该定位能够用作用于共同的路径规划的基础。
在此，根据之前所求取的磁场BSQ(其在此分别由剩余的机器人的磁场给出)来调整磁场B1、B2、B3的调制频率f1、f2、f3和产生T1、T2、T3中的暂停时间(参见图3，可选的方法步骤12)。特别地，将每个参考对象200的调制频率f1、f2、f3选择为，使得其与剩余的参考对象200(在此是剩余的机器人)的调制频率fSQ充分不同。此外，磁场B1、B2、B3的产生T1、T2、T3中的暂停时间被选择为，使得在剩余的参考对象200的磁场的产生TSQ(TSQ＝剩余的磁场的所有其他的暂停时间的总和)中的相应的暂停时间中产生磁场B1、B2、B3。因此，一方面能够增大用于求取第一对象100的相对位置P的方法的有效范围，并且另一方面能够实现多个根据本发明的方法的并行运行。
对于图6b的情况(与图5f相比)，在图6a中示出了，磁场的产生中的频率f1至f15和暂停时间、在此还有TDS(＝对接站)、TR1至TR4如何相互适配，使得频率不会出现两次，并且每个参考对象200分别在剩余的参考对象200的暂停时间内发送。

Claims (14)

1.用于求取第一对象(100、100a、100b)的相对于至少一个参考对象(200、200a、200b)的相对位置P的方法(10)，所述方法包括：
·借助与所述参考对象(200、200a、200b)相关联的磁场产生设备(202)来产生具有可区分的调制频率f1、f2、f3的至少三个定向磁场B1、B2、B3，其中，所述磁场产生设备(202)包括至少三个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3，这些发射器线圈相对于彼此具有限定的布置，
·借助所述第一对象(100、100a、100b)的磁场检测设备(112、112a)来检测所述磁场B1、B2、B3的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|和调制频率f1、f2、f3，
·借助分析设备(302)从检测到的、可通过检测到的调制频率f1、f2、f3与定向磁场B1、B2、B3相关联的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|来求取所述第一对象(100、100a、100b)的相对于所述至少一个参考对象(200、200a、200b)的相对位置P。
2.根据权利要求1所述的方法(10)，其中，在另外的方法步骤中，所述调制频率f1、f2、f3从所述磁场产生设备(202)传输到所述磁场检测设备(112、112a)和/或所述分析设备(302)，其中，所传输的调制频率f1、f2、f3用于在求取相对位置P时改进信噪比。
3.根据权利要求2所述的方法(10)，其中，所述所传输的调制频率用作所述磁场检测设备(112、112a)的和/或所述分析设备(302)的锁定放大器的参考信号。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法(10)，其中，借助无线电连接来传输所述调制频率f1、f2、f3。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，求取所述第一对象(100、100a、100b)的尤其选择性地相对于多个参考对象(200、200a、200b)的相对位置P，其中，每个参考对象(200、200a、200b)包括相关联的磁场产生设备(202)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，求取多个第一对象(100、100a、100b)的尤其选择性地相对于至少一个参考对象(200、200a、200b)的相对位置P。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，所述磁场检测设备(112、112a)包括来自磁场传感器列表的至少一个磁场传感器(114a、114b、114c)，其中，所述列表至少包括量子传感器、霍尔传感器、基于颜色中心的磁场传感器和接收器线圈、尤其RF线圈。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，借助所述磁场产生设备(202)的至少一个发射器线圈Tx1、Tx2、Tx3(204a、204b、204c)来对所述第一对象(100、100a、100b)的能量存储器进行感应充电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，所述磁场B1、B2、B3的每个调制频率f1、f2、f3分别对系统信息进行编码，并且/或者其中，所有调制频率f1、f2、f3共同对系统信息进行编码。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，检测干扰场的影响，并且借助所述分析设备(302)以该干扰场的影响来修正所检测到的磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|，并且/或者其中，在检测所述磁场强度|Bx(P)|、|By(P)|、|Bz(P)|时通过对借助至少一个补偿线圈所发射的电磁叠加场进行控制和/或调节来补偿所述干扰场的影响。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，在求取所述相对位置P时考虑另外的位置数据、尤其另外的内部和/或外部传感器设备(120、120a)的另外的位置数据，以用于提高精度和/或求取绝对位置。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，求取所述至少一个参考对象(200、200a、200b)的相对于至少一个另外的参考对象(200、200a、200b)的相对位置P′，包括：
·借助与另外的参考对象(200、200a、200b)相关联的另外的磁场产生设备(202)来产生具有可区分的调制频率f1′、f2′、f3′的至少三个定向磁场Bx′、By′、Bz′，其中，所述另外的磁场产生设备(202)包括至少三个发射器线圈Tx1′、Tx2′、Tx3′，这些发射器线圈相对于彼此具有限定的布置，
·借助所述参考对象(200、200a、200b)的磁场检测设备(112、112a)来检测所述磁场Bx′、By′、Bz′的磁场强度|Bx′(P ′)|、|By′(P ′)|、|Bz′(P′)|和调制频率f1′、f2′、f3′，
·借助分析设备(302)从检测到的、可通过检测到的调制频率f1′、f2′、f3′与定向磁场Bx′、By′、Bz′相关联的磁场强度|Bx′(P′)|、|By′(P′)|、|Bz′(P′)|来求取所述参考对象(200、200a、200b)的相对于所述至少一个另外的参考对象(200、200a、200b)的相对位置P′。
13.系统，所述系统包括第一对象(100、100a、100b)、至少一个参考对象(200、200a、200b)以及分析设备(302)，其特征在于，所述系统、尤其所述分析设备(302)设计用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法(10)。
14.第一对象(100、100a、10Ob)和/或参考对象(200、200a、200b)，用于使用在根据权利要求13所述的系统中。
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