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Die
Erfindung betrifft ein Positioniersystem.
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Ein
derartiges Positioniersystem ist aus der
DE 102 11 779 A1 bekannt.
Das dort beschriebene Positioniersystem dient insbesondere zur Positionierung
eines Fahrzeugs an einem stationären
Gegenstand. An dem stationären
Gegenstand, welcher beispielsweise von einer die Fahrbahn des Fahrzeugs begrenzenden
Leitplanke gebildet ist, ist ein Maßband aufgebracht. Dieses besteht
aus einer in Fahrtrichtung des Fahrzeugs verlaufenden linearen Anordnung
von Barcodes. Die Barcodes weisen jeweils identisch definierte Abmessungen
auf und sind in äquidistanten
Abständen
zueinander angeordnet. Die Kodierungen der Barcodes enthalten deren
Positionen innerhalb des Messbands. Auf dem Fahrzeug ist eine optoelektronische
Vorrichtung angeordnet, welche als Barcodescanner ausgebildet ist.
Der Barcodescanner weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden
Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf.
Weiterhin umfasst der Barcodescanner eine rotierende Ablenkeinheit auf, über welche
die Sende- und Empfangslichtstrahlen periodisch abgelenkt werden.
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Durch
die Ablenkeinheit werden die Sendelichtstrahlen innerhalb eines
in einer Ebene verlaufenden Abtastbereichs während jeder Abtastperiode geführt. Der
Barcodescanner ist so am Fahrzeug angebracht, dass die Abtastebene
in der Ebene des Maßbands
verläuft.
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Während der
Vorbeifahrt des Fahrzeugs am Gegenstand wird während jeder Abtastperiode eine bestimmte
Anzahl von Barcodes von dem Barcodescanner detektiert. Zur Positionsbestimmung
wird jeweils der zu einem vorgegebenen Bezugspunkt nächstliegende
Barcode von den während
einer Abtastperiode erfassten Barcodes herangezogen. Dabei ist die
in diesem Barcode enthaltene Position erfasst und dekodiert. Zudem
wird die Lage dieses Barcodes innerhalb des Abtastbereichs bestimmt.
Aus diesen Informationen kann dann die aktuelle Position des Fahrzeugs
relativ zum Gegenstand ermittelt werden.
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Nachteilig
bei diesem Positioniersystem ist jedoch, dass das von den Barcodes
gebildete Maßband
leicht verschmutzt und auch beschädigt werden kann. Bereits geringfügige Beeinträchtigungen
der die Kodierungen der Barcodes bildenden Strichmuster können dazu
führen,
dass der jeweilige Barcode vom Barcodescanner nicht mehr gelesen
werden kann. Dies wiederum führt
dazu, dass die Positionierung des Fahrzeugs erheblich beeinträchtigt werden kann
oder sogar unmöglich
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positioniersystem der
eingangs genannten Art bereitzustellen, welches gegen externe Störeinflüsse möglichst
unempfindlich ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Positioniersystem dient
zur Positionierung einer relativ zu einem Gegenstand bewegbaren
Einheit mit einem RFID-System. Es umfasst eine an der Einheit angeordnete Sende-
und Empfangseinheit und eine am Gegenstand angeordnete Anordnung
von Transpondern, in welchen jeweils deren Position am Gegenstand
hinterlegt ist. Zur Positionierung der Einheit sind am Gegenstand
von der Sende- und Empfangseinheit selektiv an einzelne Transponder
Signale aussendbar. Von dem jeweiligen Transponder ist die dort
hinterlegte Position an die Sende- und Empfangseinheit übertragbar.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das zu Positionierzwecken
verwendete RFID-System äußerst robust
und unempfindlich gegen Störungen
ist. Insbesondere ist das RFID-System auch bei vorliegender Verschmutzung einzelner
Komponenten noch einsatzfähig
und gewährleistet
auch dann noch eine zuverlässige
und genaue Positionierung.
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Das
RFID-System kann dadurch zu Positionierzwecken genutzt werden, indem
die einzelnen Transponder dieses Systems ein Positionsmaßsystem
bilden. Diese Funktionalität
wird dadurch erreicht, dass die einzelnen Transponder in vorgegebenen
Abständen
zueinander am Gegenstand angeordnet sind, wobei die jeweilige Position
des Transponders in diesem hinterlegt ist. Die an der Einheit angebrachte
Sende- und Empfangseinheit spricht, in Abhängigkeit der aktuellen Position
der Einheit zum Gegenstand, selektiv einzelne Transponder an, die daraufhin
die dort hinterlegten Positionen an die Sende- und Empfangseinheit übertragen.
Durch die Übertragung
dieser Positionsinformationen wird auf einfache Weise eine Positionierung
des Gegenstands relativ zur Einheit möglich.
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Generell
können
die Einheit mit der Sende- und Empfangseinheit und/oder der Gegenstand
mit den darauf angeordneten Transpondern mobile Stationen bilden.
Besonders vorteilhaft ist die Einheit, an welcher die Sende- und
Empfangseinheit angeordnet ist, von einem Fahrzeug gebildet. Der
Gegenstand ist dabei stationär
angeordnet, wobei dann in den Transpondern deren Absolutpositionen
am Gegenstand hinterlegt sein können.
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Die
Sende- und Empfangseinheit des RFID-Systems weist eine Antenne zum
Aussenden von Signalen im Radio-Frequenzbereich auf. Die Transponder,
oft auch als Tags bezeichnet, weisen Antennen zum Empfang dieser
Signale und einen Chip, in dem die jeweiligen Positionswerte hinterlegt sind,
auf. Je nachdem, ob die Transponder als aktive oder passive Einheiten
ausgebildet sind, weisen diese eine eigene Energieversorgung auf
oder nicht. Im letzteren Fall erfolgt die Energieversorgung der
passiven Transponder über
das von der Sende- und Empfangseinheit emittierte Feld.
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Je
nach Frequenz der von der Sende- und Empfangseinheit emittierten
Signale erfolgt die Datenübertragung
zwischen der Sende- und Empfangseinheit induktiv über ein
Nahfeld oder über
ein elektromagnetisches Fernfeld.
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Für den Fall,
dass die Sende- und Empfangseinheit in relativ geringen Abständen zu
den Transpondern bewegt wird, emittiert die Sende- und Empfangseinheit
niederfrequente Signale, bei welchen die Datenübertragung über ein induktives Nahfeld
erfolgt. Insbesondere in diesem Fall ist es möglich, das von den Transpondern
gebildete Maßsystem
so auszubilden, dass in den einzelnen Positionen der Sende- und
Empfangseinheit mit diesem maximal nur ein Transponder angesprochen
wird. Die von diesem ausgelesene Positionsinformation liefert dann
unmittelbar den zur Positionierung benötigten Positionswert.
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Für den Fall,
dass die Sende- und Empfangseinheit in größeren Abständen zu den Transpondern bewegt
wird, emittiert die Sende- und Empfangseinheit höherfrequente Signale, bei welchen
die Datenübertragung über ein
elektromagnetisches Fernfeld erfolgt. In diesem Fall sind bevorzugt
die Transponder innerhalb des Maßsystems relativ zueinander
so angeordnet, dass mit der Sende- und Empfangseinheit in den jeweiligen
Positionen der Einheit relativ zum Gegenstand jeweils eine Gruppe von
Transpondern angesprochen wird. Zur Positionierung der Einheit relativ
zum Gegenstand kann dann jeweils die Position eines ausgewählten Transponders
herangezogen werden.
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Die
Datenübertragung
zwischen der Sende- und Empfangseinheit und den einzelnen Transpondern
kann nach allen bei RFID-Systemen üblichen Verfahren erfolgen.
Die Datenübertragung
zwischen Sende- und Empfangseinheit und einem Transponder kann dabei
zeitversetzt nach einem Halbduplex-Übertragungsverfahren
oder zeitgleich in beide Richtungen nach einem Vollduplex-Übertragungsverfahren
erfolgen. Insbesondere kann die Datenübertragung nach einem Backscatter-Verfahren
erfolgen. Hier wird ein von der Sende- und Empfangseinheit emittiertes Trägersignal
durch den jeweiligen Transponder zur Generierung seiner Rückmeldung
moduliert. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für RFID-Systeme
mit passiven Transpondern, das heißt, Transpondern ohne eigene
Energieversorgung, da das Trägersignal
der Sende- und Empfangseinheit
gleichzeitig zur Energieversorgung des jeweiligen Transponders genutzt
werden kann.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Schematische Darstellung eines Positioniersystems mit einem RFID-System.
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2:
Detaildarstellung eines Ausschnitts eines Maßbands mit Transpondern als
Bestandteil des RFID-Systems gemäß 1.
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1 zeigt
schematisch ein Positioniersystem zur Positionierung eines Fahrzeugs 1 als
fahrbarer Einheit relativ zu einer Fahrbahnbegrenzung 2 als stationärem Gegenstand,
wobei die Fahrbahnbegrenzung 2 von einer Leitplanke oder
dergleichen gebildet sein kann. Das Fahrzeug 1 ist im vorliegenden Fall
von einem spurgeführten
Verschiebewagen gebildet, der längs
einer definierten Spur entlang der Fahrbahnbegrenzung 2 vorbei
bewegt wird. Das Fahrzeug 1 wird mit einer Steuerung 3 gesteuert.
Zur Durchführung
von Bearbeitungsvorgängen
wie Be- und Entladevorgängen
muss das Fahrzeug 1 an vorgegebenen Positionen an der Fahrbahnbegrenzung 2 angehalten
werden.
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Zur
Positionierung des Fahrzeugs 1 an diesen Positionen ist
das Positioniersystem vorgesehen, welches von einem RFID-System 4 gebildet
ist. Das RFID-System 4 umfasst
eine Sende- und Empfangseinheit 5 mit einer Antenne 5a zum
Aussenden von Signalen 6 im Radio-Frequenzbereich. In der Sende-
und Empfangseinheit 5 ist zudem eine Auswerteeinheit zur
Generierung von Positionssignalen integriert, die zur Positionierung
des Fahrzeugs 1 in die Steuerung 3 eingelesen
werden.
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Das
RFID-System 4 wird komplettiert durch eine Anordnung von
Transpondern 7. Die Transponder 7 sind an der
Fahrbahnbegrenzung 2 ortsfest angebracht und bilden ein
Maßband 8.
Hierzu sind die Transponder 7, wie in 1 dargestellt,
in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1, die in 1 mit
v gekennzeichnet ist, in einer linearen Anordnung an der Fahrbahnbegrenzung 2 angeordnet.
Die Transponder 7 weisen dabei einen jeweils identischen
Aufbau auf, wobei insbesondere auch die Abmessungen der einzelnen
Transponder 7 identisch sind.
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Zur
Ausbildung des Maßbands 8 sind
die Transponder 7 in äquidistanten
Abständen
auf einem Träger 9 aufgebracht,
der auf der Fahrbahnbegrenzung 2 befestigt ist. 2 zeigt
in einer Detaildarstellung einen Ausschnitt des so ausgebildeten
Maßbands 8.
Der Träger 9 ist
von einem Folienband gebildet, welches auf die Fahrbahnbegrenzung 2 aufgeklebt
werden kann. Auf dieses Folienband sind in äquidistanten Abständen die
Transponder 7 aufgebracht, wobei in 2 zwei dieser
Transponder 7 dargestellt sind. Jeder Transponder 7 weist
eine Antenne 10 auf, deren Struktur in 2 schematisch dargestellt
ist. Die Antennenstruktur besteht aus leitfähigem Material, welches im
vorliegenden Fall auf das Folienband aufgedruckt ist. Die Antennenstruktur kann
beispielsweise aus Silberleitpaste hergestellt sein. Prinzipiell
können
die Antennenstrukturen auch auf das Folienband aufgeklebt werden.
Der Transponder 7 weist weiterhin einen Chip 11 auf,
der einen integrierten Schaltkreis und einen permanenten Speicher
enthält.
Der Chip 11 wird im vorliegenden Fall auf das Folienband
aufgeklebt. Die Transponder 7 sind im vorliegenden Fall
als passive Transponder 7 ohne eigene Energieversorgung
ausgebildet. Prinzipiell können
zur Bildung des Maßbands 8 auch
aktive Transponder 7 mit einer eigenen Energieversorgung
verwendet werden. In diesem Fall weisen die Transponder 7 zusätzlich eine
Batterie auf.
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Zur
Ausbildung des Maßbands 8 ist
in dem Chip 11 jedes Transponders 7 eine Nummer
hinterlegt, welche die Position des jeweiligen Transponders 7 inner halb
des Maßbands 8 eindeutig
kennzeichnet. Die jeweilige Nummer des Transponders 7 ist
im permanenten Speicher des Chips 11 abgespeichert.
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Wie
aus 1 ersichtlich, sendet die auf dem Fahrzeug 1 angeordnete
Sende- und Empfangseinheit 5 gerichtete
Signale 6 in Richtung des Maßbands 8 an der Fahrbahnbegrenzung 2 aus.
Die Antenne 5a der Sende- und Empfangseinheit 5 ist
so ausgebildet, dass die Strahlachse der Signale 6 senkrecht
zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 auf das Maßband 8 gerichtet
ist. Dabei sind die Strahlcharakteristik der Antenne 5a sowie
die Dimension der Transponder 7 sowie deren Abstände zueinander
so dimensioniert, dass in der jeweiligen Fahrzeugposition selektiv
nur die der Sende- und Empfangseinheit 5 gegenüberliegenden
Transponder 7 mit den von der Sende- und Empfangseinheit 5 emittierten
Signalen 6 angesprochen werden.
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Durch
die von der Sende- und Empfangseinheit 5 in Richtung eines
Transponders 7 emittierten Signale 6 im Radio-Frequenzbereich
erfolgt eine Datenübertragung
zwischen diesen Einheiten. Bei großen Abständen der Sende- und Empfangseinheiten 5 zum
jeweiligen Transponder 7 bilden die von der Sende- und Empfangseinheit 5 emittierten
Signale 6 ein elektromagnetisches Fernfeld, wobei in diesem Fall
von der Sende- und Empfangseinheit 5 hochfrequente Signale 6 emittiert
werden. Im vorliegenden Fall sind die Abstände der Transponder 7 zur
Sende- und Empfangseinheit 5 geringer, so dass die Sende- und Empfangseinheit 5 Signale 6 in
Form eines niederfrequenten magnetischen Feldes emittiert. Das von
der Sende- und Empfangseinheit 5 emittierte Feld wird in
einen zugeordneten Transponder 7 übertragen. Das Feld wird einerseits
zur Energieversorgung des Transponders 7 genutzt. Durch
das Feld wird in der Antenne 10 des Transponders 7,
welche als Spule dient, durch Induktion ein Strom erzeugt, durch
welchen der Transponder 7 aktiviert wird. Durch den induzierten
Strom kann zudem ein Kondensator, welcher im Chip 11 integriert
oder als separate Einheit ausgebildet ist, aufgeladen werden. Dieser
Kondensator sorgt dann für
eine dauerhafte Stromversorgung. Zur bidirektionalen Daten übertragung
moduliert der aktivierte Transponder 7 das eingelesene
Feld und sendet so die in seinem Chip 11 gespeicherte Nummer
als Positionsinformation an die Sende- und Empfangseinheit 5.
Das so ausgebildete Datenübertragungsverfahren
wird Backscattering genannt.
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Die
Richtcharakteristik der Antenne 5a der Sende- und Empfangseinheit 5 kann
so an die Abstände
der Transponder 7 des Maßbands 8 angepasst
sein, dass bei der Vorbeifahrt des Fahrzeugs 1 am Maßband 8 jeweils
nur der der Sende- und Empfangseinheit 5 gegenüberliegende
Transponder 7 durch die von der Sende- und Empfangseinheit 5 emittierten
Signale 6 aktiviert wird. In diesem Fall wird die von diesem
Transponder 7 an die Sende- und Empfangseinheit 5 rückgemeldete
Positionsinformation zur aktuellen Positionsbestimmung des Fahrzeugs 1 verwendet.
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Alternativ
kann die Richtcharakteristik der Antenne 5a der Sende-
und Empfangseinheit 5 so ausgebildet sein, dass bei der
Vorbeifahrt des Fahrzeugs 1 am Maßband 8 in den jeweiligen
aktuellen Fahrzeugpositionen eine Gruppe der zur Sende- und Empfangseinheit 5 am
nächsten
liegenden Transponder 7 des Maßbands 8 aktiviert
wird, so dass die Transponder 7 dieser Gruppe ihre Positionsinformationen
an die Sende- und Empfangseinheit 5 senden. In diesem Fall
wird bevorzugt jeweils die Positionsinformation eines ausgewählten Transponders 7 innerhalb
dieser Gruppe zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 1 herangezogen.
Im vorliegenden Fall ist die Antenne 5a der Sende- und
Empfangseinheit 5 so orientiert, dass die Strahlachse der
Signale 6 im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Maßbands 8 orientiert
ist. In diesem Fall wird bevorzugt der zentrale Transponder 7 innerhalb
der Gruppe der aktuell aktivierten Transponder 7 zur Positionsbestimmung
des Fahrzeugs 1 herangezogen, da dieser am nächsten zur
Strahlachse der Signale 6 der Sende- und Empfangseinheit 5 liegt.
Die Auswahl des zentralen Transponders 7 innerhalb einer
Gruppe der jeweils aktivierten Transponder 7 kann auf einfache
Weise durch Auswertung der eine fortlaufende und aufsteigende Folge
bildenden Nummern dieser Transponder 7 erfolgen, die durch
die Aktivierung dieser Transponder 7 simultan in die Sende-
und Empfangseinheit 5 übertragen
werden.
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Vor
Inbetriebnahme des Positioniersystems wird in einem Einlernvorgang
das Fahrzeug 1 entlang seines vorgegebenen Fahrwegs entlang
des gesamten Maßbands 8 verfahren.
Dabei werden in den einzelnen Fahrzeugpositionen die Nummern der
einzelnen Transponder 7 in die Sende- und Empfangseinheit 5 eingelesen.
Bei gegebenen Fahrbahnpositionen werden dann in der Auswerteeinheit
der Sende- und Empfangseinheit 5 aus den eingelesenen Nummern
der Transponder 7 deren Absolutpositionen bestimmt und
den einzelnen Nummern zugeordnet. Diese Zuordnung wird in der Auswerteeinheit
abgespeichert.
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In
der nachfolgenden Betriebsphase wird das Fahrzeug 1 entlang
der Fahrbahnbegrenzung 2 verfahren und dabei in bestimmten
Sollpositionen zur Durchführung
von Bearbeitungsprozessen angehalten. Zur Positionierung des Fahrzeugs 1 werden
dabei fortlaufend von der Sende- und Empfangseinheit 5 zur
aktuellen Positionsbestimmung die die Positionsinformationen bildenden
Nummern des oder der Transponder 7, die der Sende- und
Empfangseinheit 5 gegenüberliegen,
ausgelesen. Aus den so ermittelten Nummern wird dann, unter Verwendung
der während
des Einlernvorgangs hinterlegten Zuordnung der Absolutpositionen
zu den Nummern der Transponder 7, die Position des Fahrzeugs 1 bestimmt.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrbahnbegrenzung
- 3
- Steuerung
- 4
- RFID-System
- 5
- Sende-
und Empfangseinheit
- 5a
- Antenne
- 6
- Signal
- 7
- Transponder
- 8
- Maßband
- 9
- Träger
- 10
- Antenne
- 11
- Chip