DE102006012339A1

DE102006012339A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionserfassung von beweglichen Gegenständen

Info

Publication number: DE102006012339A1
Application number: DE200610012339
Authority: DE
Inventors: Michael Neumann; Jörg Helbig; Lothar Ganzelmeier
Original assignee: Linde Material Handling GmbH; Linde Material Handling GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Position von beweglichen Gegenständen, insbesondere Fahrzeugen. Dabei wird ein Positionsgeber (2) zusammen mit dem Gegenstand bewegt und die Flächen- und/oder Raumposition des Positionsgebers (2) gemessen. Um die Genauigkeit der Positionserfassung mit einfachen Mitteln zu erhöhen, wird erfindungsgemäß die Flächen- und/oder Raumposition mindestens eines weiteren, zusammen mit dem Gegenstand bewegten Positionsgebers (3) gemessen und werden die gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber (2, 3) mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung mindestens einer durch die Anordnung der Positionsgeber (2, 3) relativ zueinander bedingten, geometrischen Randbedingung korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Position von beweglichen Gegenständen, insbesondere Fahrzeugen, wobei ein Positionsgeber zusammen mit dem Gegenstand bewegt und die Flächen- und/oder Raumposition des Positionsgebers gemessen wird.
Die Erfindung betrifft zugleich eine Vorrichtung zur Erfassung der Position von beweglichen Gegenständen, insbesondere Fahrzeugen, wobei auf dem Gegenstand ein zusammen mit diesem beweglicher Positionsgeber angeordnet ist und Mittel zum Messen der Flächen- und/oder Raumposition des Positionsgebers vorgesehen sind.
Bei als Flurförderzeug ausgebildeten Fahrzeugen sind Ausführungen bekannt, bei denen sich das Fahrzeug ohne Fahrer in einer bestimmten Umgebung selbsttätig bewegt und z. B. Ein- oder Ausstapelarbeiten durchführt. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Flächen- und/oder Raumposition des Flurförderzeugs zu erfassen. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Ortungssystemen bekannt, die für den genannten Zweck geeignet sind.

Bekannte Ortungssysteme zur Positionserfassung basieren beispielsweise auf berührungsfreien Technologien, die Laufzeitmessungen von Funkwellen verarbeiten. Bekannt ist auch das sogenannte GPS (Global-Positioning-System), das insbesondere bei der Positionserfassung von Fahrzeugen im Straßenverkehr zum Einsatz kommt.

Allen Ortungssystemen ist gemeinsam, dass die mittels Sensoren gemessene Position nicht exakt ist sondern eine mehr oder weniger große Ungenauigkeit aufweist. Insbesondere bei der Automatisierung von Arbeitsvorgängen ist jedoch eine relativ hohe Genauigkeit der Positionserfassung erforderlich, was einen nicht unerheblichen Aufwand in der Sensorik des Ortungssystems voraussetzt. Häufig sind Ortungssysteme, mit denen die gewünschte Genauigkeit erzielt werden kann, nicht unter erschwerten Umweltbedingungen einsetzbar, können also beispielweise nicht im Freien benutzt werden. Ferner mangelt es vielfach an der Zuverlässigkeit solch hochgenauer Systeme.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem bzw. bei der die Genauigkeit der Positionserfassung mit einfachen Mitteln erhöht ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flächen- und/oder Raumposition mindestens eines weiteren, zusammen mit dem Gegenstand bewegten Positionsgebers gemessen wird und die gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung mindestens einer, durch die Anordnung der Positionsgeber relativ zueinander bedingten, geometrischen Randbedingung korrigiert werden.

Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, zur verbesserten Ortung des Gegenstandes die Flächen- bzw. Raumpositionen mehrerer, auf dem Gegenstand befindlicher Positionsgeber zu messen, die Messergebnisse hinsichtlich einer Übereinstimmung mit einer oder mehreren geometrischen Randbedingungen (z. B. Abstände und Winkel), die sich durch die Lage der Positionsgeber zueinander auf dem beweglichen Gegenstand ergeben, zu prüfen und durch Ausgleichsrechnung zu korrigieren. Die Erfassung der Flächen- und/oder Raumposition des Gegenstandes erfolgt also erfindungsgemäß durch mathematisch korrigierte Messungen.

Infolgedessen ist es bei dem erfindungsmäßen Verfahren nicht erforderlich, hochgenaue Sensoren zur Messung der Flächen- bzw. Raumposition des Gegenstandes einzusetzen, sondern es genügt, relativ grob messende, jedoch robuste Sensoren zu verwenden. Die von diesen Sensoren gemessenen Werfe werden im Wege der Ausgleichsrechnung, die bekannte und genau definierte geometrische Bedingungen hinsichtlich der Anordnung einer Mehrzahl von Positionsgebern auf dem Gegenstand relativ zueinander berücksichtigt, zu hinreichend genauen Flächen- bzw. Raumpositionen korrigiert.

Im einfachsten Fall, wenn sich zwei Positionsgeber mit definiertem Abstand voneinander auf dem beweglichen Gegenstand befinden, stellt dieser definierte Abstand die geometrische Randbedingung dar, in deren Richtung die Messwerte durch die Ausgleichsrechnung korrigiert werden.

Die Ausgleichsrechnung kann beispielsweise in Mikroprozessoren durchgeführt werden, die innerhalb des Ortungssystems in der Regel ohnehin vorhanden sind. Der Mehraufwand ist daher auf einen oder mehrere zusätzliche Positionsgeber und die Erstellung einer Software, die geeignete Algorithmen enthält, sowie die Eingabe des zwischen den mindestens zwei Positionsgebern definierten Abstands in den Mikroprozessor beschränkt.

Gewissermaßen als Nebeneffekt kann durch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Positionsgebern zugleich mit der Erfassung der Flächen- und/oder Raumposition des bewegten Gegenstands dessen Ausrichtung innerhalb der Fläche bzw. innerhalb des Raums sehr genau bestimmt werden, was z.B. bei Verwendung in Arbeitsmaschinen (wie Gabelstaplern usw.) für die Automatisierung von Arbeitsabläufen von Bedeutung ist.

Als Positionsgeber, die zusammen mit dem Gegenstand bewegt werden, können beispielsweise Transponder verwendet werden, die mit einer oder mehreren ortsfesten Basisstationen zusammenwirken. Auch die Umkehr dieser Anordnung ist möglich, wobei als Basisstationen ausgebildete Positionsgeber zusammen mit dem beweglichen Gegenstand relativ zu ortsfesten Transpondern bewegt werden. Eine solche Anordnung wird auch als „lokales Positionsradar" bezeichnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Flächen- und/oder Raumpositionen eines ersten, eines zweiten und eines dritten, mit dem Gegenstand bewegten Positionsgebers gemessen und mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung von geometrischen Randbedingungen korrigiert, die sich durch die Anordnung der Positionsgeber in Dreiecksgeometrie ergeben.

Aus der Anordnung der Positionsgeber in Dreiecksgeometrie ergeben sich sowohl Abstände als auch Winkel als geometrische Randbedingungen, die für die Ausgleichsrechnung genutzt werden können. Dadurch ist es möglich, die zu erfassenden Position des beweglichen Gegenstands sehr genau zu bestimmen. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Arbeitsmaschinen, beispielsweise Gabelstaplern, stellt dies eine wichtige Voraussetzung für die Automatisierung von Arbeitsabläufen dar.

Im Hinblick auf die mathematische Korrektur der gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen erweist es sich als günstig, wenn die Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate korrigiert werden. Dabei handelt es sich um ein bewährtes Optimierungsverfahren zur Ausgleichsrechnung.

Hinsichtlich der gattungsgemäßen Vorrichtung wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens ein zusätzlicher Positionsgeber auf dem Gegenstand angeordnet ist, der mit Mitteln zum Messen der Flächen- und/oder Raumposition in Wirkverbindung steht, wobei Mittel zur Korrektur der gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen der auf dem Gegenstand angeordneten Positionsgeber mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung mindestens einer, durch die Anordnung der Positionsgeber relativ zueinander bedingten, geometrischen Randbedingung vorgesehen sind.

Hierbei wird eine Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, gemäß der auf dem Gegenstand drei Positionsgeber in Dreickecksgeometrie zueinander angeordnet sind, die in Wirkverbindung mit Mitteln zur Erfassung der Flächen- und/oder Raumposition stehen, wobei Mittel zur Korrektur der gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen der auf dem Gegenstand angeordneten Positionsgeber mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung von durch die Dreiecksgeometrie bedingten, geometrischen Randbedingungen vorgesehen sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kommt das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug (z.B. Gabelstapler) zum Einsatz.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen als Gabelstapler ausgebildeten beweglichen Gegenstand und
2 die Lage der Positionen mehrerer zusammen mit dem Gabelstapler beweglicher Positionsgeber.
Bei dem in 1 dargestellten beweglichen Gegenstand handelt es sich um ein als Gabelstapler ausgebildetes Flurförderzeug. Auf einem Fahrerschutzdach 1 des Gabelstaplers sind drei Positionsgeber 2, 3 und 4 angeordnet, die zusammen mit dem Gabelstapler bewegt werden und im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Antennen (Sende- und/oder Empfangsantennen) ausgebildet sind. Die Antennen sind als fahrzeugseitige, bewegliche Sensoren Bestandteile eines berührungslos arbeitenden Ortungssystems, das mit Hilfe von ortsfesten Sensoren die Position der mit dem Gabelstapler bewegten Sensoren und damit die Position des Gabelstaplers in der Fläche und/oder im Raum erfassen kann. Zu diesem Zweck kann das Ortungssystem mit mindestens einem Mikroprozessor versehen sein, durch den Laufzeitdifferenzen von Funkwellen berechnet werden können.
Mit dem Begriff „Fläche" ist eine Umgebung gemeint, in der sich der Gabelstapler auf einer ebenen Fahrbahn bewegt. Der Begriff „Raum" umfasst zusätzlich die Vertikale, so dass die Fahrbahn, auf der sich der Gabelstapler bewegt, auch Steigungs- bzw. Gefälleabschnitte aufweisen kann.
Wie sich aus 2 ergibt, sind die Positionsgeber 2, 3 und 4 auf dem Fahrerschutzdach 1 in einer Dreiecksgeometrie angeordnet. Hierbei weisen die Positionsgeber 2, 3 und 4 definierte Abstände voneinander und definierte Winkel zueinander auf, die dem Ortungssystem bekannt sind. Bedingt durch die begrenzte Messgenauigkeit der Sensoren des Ortungssystems ergeben sich bei der Messung der Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber 2, 3 und 4 Steubereiche S2, S3 und S4 (Toleranzwolken, hier als Kreise dargestellt), innerhalb denen Messwerte auftreten können. In der Figur ist für jeden Positionsgeber 2, 3 bzw. 4 jeweils ein aktueller Messwert 2', 3' bzw. 4' markiert. Diese gemessenen aktuellen Messwerte 2', 3' und 4' sind geometrisch in den Ecken des in der Figur gestrichelten Dreiecks D' angeordnet.
Innerhalb des Ortungssystems werden erfindungsgemäß auf der Grundlage der definierten und dem Ortungssystem bekannten Dreiecksgeometrie mittels Ausgleichsrechnung, bevorzugt mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, die Messwerte 2', 3' und 4' in Messwerte 2'', 3'' und 4'' korrigiert. Diese korrigierten Messwerte 2'', 3'' und 4'' liegen in den Ecken des in der Figur mit durchgezogenen Linien markierten Dreiecks D", dessen Geometrie bezüglich Form und Lage weit näher der realen Dreiecksgeometrie der Positionsgeber 2, 3 und 4 entspricht. Die korrigierten Mess werte 2'', 3'' und 4'' stellen also Optimierungen dar, die in Echtzeit im Mikroprozessor des Ortungssystems vorgenommen werden.
Durch die mathematische Korrektur der Messwerte ergibt sich eine erhöhte Genauigkeit der Erfassung der Lage der Positionsgeber 2, 3 und 4 in der Fläche bzw. im Raum. Damit einher geht eine erhöhte Genauigkeit in der Positionserfassung des sich bewegenden Gabelstaplers. Es genügt daher, relativ ungenaue, einfach aufgebaute und daher preiswerte Sensoren zu verwenden, die jedoch zuverlässig und robust sind. Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, wenn anstelle der im Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommenden drei Positionsgeber nur zwei Positionsgeber oder mehr als drei Positionsgeber benutzt werden. Insbesondere bei Verwendung von drei Positionsgebern ist mit minimalem Aufwand eine Genauigkeit der Positionserfassung des Fahrzeugs erzielbar, die einen automatischen, also fahrerlosen Betrieb des Gabelstaplers ermöglicht.

Claims

Verfahren zur Erfassung der Position von beweglichen Gegenständen, insbesondere Fahrzeugen, wobei ein Positionsgeber zusammen mit dem Gegenstand bewegt und die Flächen- und/oder Raumposition des Positionsgebers gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen- und/oder Raumposition mindestens eines weiteren, zusammen mit dem Gegenstand bewegten Positionsgebers (3) gemessen wird und die gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber (2, 3) mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung mindestens einer, durch die Anordnung der Positionsgeber (2, 3) relativ zueinander bedingten, geometrischen Randbedingung korrigiert werden.
Verfahren zur Positionserfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen- und/oder Raumpositionen eines ersten, eines zweiten und eines dritten, mit dem Gegenstand bewegten Positionsgebers (2 bzw. 3 bzw. 4) gemessen und mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung von geometrischen Randbedingungen korrigiert werden, die sich durch eine Anordnung der Positionsgeber (2 bzw. 3 bzw. 4) in Dreiecksgeometrie ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber (2 bzw. 3 bzw. 4) mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate korrigiert werden.
Vorrichtung zur Erfassung der Position von in der Fläche oder im Raum beweglichen Gegenständen, insbesondere Fahrzeugen, wobei auf dem Gegenstand ein zusammen mit diesem beweglicher Positionsgeber angeordnet ist und Mittel zum Messen der Flächen- und/oder Raumposition des Positionsgebers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Positionsgeber (3) auf dem Gegenstand angeordnet ist, der mit Mitteln zum Messen der Flächen- und/oder Raumposition in Wirkverbindung steht, wobei Mittel zur Korrektur der gemessenen Flächen- oder Raumpositionen der auf dem Gegenstand angeordneten Positionsgeber (2, 3) mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung mindestens einer, durch die Anordnung der Positionsgeber (2, 3) relativ zueinander bedingten, geometrischen Randbedingung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gegenstand drei Positionsgeber (2, 3, 4) in Dreickecksgeormetrie zueinander angeordnet sind, die in Wirkverbindung mit Mitteln zur Erfassung der Flächen- und/oder Raumposition stehen, wobei Mittel zur Korrektur der gemessenen Flächen- und/oder Raumpositionen der Positionsgeber (2, 3, 4) mittels Ausgleichsrechnung in Richtung der Einhaltung von durch die Dreiecksgeometrie bedingten, geometrischen Randbedingungen vorgesehen sind.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 in einer Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug.