DE102007020255B4

DE102007020255B4 - System zur Bestimmung einer dreidimensionalen Position eines Funksenders

Info

Publication number: DE102007020255B4
Application number: DE102007020255.7A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Yamada
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2027-05-01
Also published as: US20070265799A1; US7693681B2; JP2007298441A; DE102007020255A1; JP4822926B2

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer dreidimensionalen Position eines Funksenders (12), welches die Schritte umfasst: Bewegen eines beweglichen, einen Funkempfänger (14) tragenden autonomen Roboters (18) in einem Arbeitsbereich (16) zu einer ersten Position, an welcher der Funkempfänger (14) ein Funksignal vom Funksender (12) empfängt; und Bestimmen eines ersten Empfangszustands des Funksignals an der ersten Position; gekennzeichnet durch den Schritt: Bestimmen einer dreidimensionalen Position (Ptag) des Funksenders (12) basierend auf dem ersten Empfangszustand, wobei der Roboter (18) Beine (18a) und Arme (18d) mit Händen (18f) aufweist und den Funkempfänger (14) an der Handfläche einer Hand (18f) trägt, wobei, wenn der Funkempfänger (14) ein Funksignal empfängt, die Richtung und Position des Funkempfängers (14) durch Bewegen der Arme (18d) und Beine (18a) des Roboters (18) angepasst wird, um die Richtung vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) zu bestimmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schema bzw. Modell zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position eines Funksenders. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung ein Schema bzw. Modell zum genauen Schätzen einer dreidimensionalen Position eines RFID-Tags unter Verwendung eines RFID-Tag-Systems (RFID = Radio Frequency Identification; Funkfrequenzerkennung).
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einem RFID-Tag-System wird ein RFID-Tag mit einer darin aufgezeichneten eindeutigen Identifikation (ID) an einem Objekt angebracht. Das Objekt ist durch die ID-Information (Tag-ID) identifiziert, die im RFID-Tag enthalten ist und von einer RFID-Antenne empfangen wird.
Gewisse Typen von RFID-Tags empfangen elektrische Leistung von Funkwellen, welche von der RFID-Antenne her empfangen worden sind. Dieser RFID-Typ benötigt keine individuellen Stromquellen. Daher kann die Vorrichtung um die Größe der Stromquelle verkleinert werden. Dieser Typ des RFID-Tag-Systems kann bei kleinen und leichten zu erfassenden Objekten verwendet werden. Dies erweitert die Verwendung dieser Art von RFID-Tag-System.
Das RFID-Tag-System weist aufgrund der Eigenschaften des Systems ein Problem geringer Genauigkeit beim Schätzen einer Position auf, wenn ein Tag relativ weit weg platziert ist. Ein konventionelles Verfahren zum Schätzen einer Position des RFID-Tags besteht darin, mehrere RFID-Antennen in einem Arbeitsbereich bereitzustellen, um das Vorhandensein des RFID-Tags in der Nähe der RFID-Antenne, welche die Funkwellen vom RFID-Tag empfängt, grob zu bestimmen.
Beim Verfahren zum Schätzen einer Position des RFID-Tags, das von Intel Corporation vorgeschlagen worden ist, wird eine zweidimensionale Position des RFID-Tags bestimmt unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsmodells, wie beispielsweise der Bayes'schen Regel, wie dies offenbart ist in: „Mapping and Localization with RFID Technology”, Matthal Philipose et al., Proceedings of the 2004 IEEE International Conference an Robotic and Automation. Beim Verfahren erfasst eine von einem Roboter getragene RFID-Antenne ein RFID-Tag an einem Messpunkt in einem Arbeitsbereich. Die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines RFID-Tags nahe dem Messpunkt wird bestimmt. Dieser Prozess wird wiederholt, wenn der Roboter sich im Arbeitsbereich bewegt, um eine Verteilung von Wahrscheinlichkeitswerten im Arbeitsbereich zu erhalten. Der Messpunkt mit der höchsten Wahrscheinlichkeit wird als der Punkt bestimmt, an welchem ein RFID-Tag vorhanden ist.
Wenn eine Position eines RFID-Tags von einer Koordinatenposition einer RFID-Antenne grob erfasst wird, welche Funkwellen empfängt, die vom RFID-Tag übertragen worden sind, wie beim konventionellen Verfahren, ist der Bereich, in welchem das RFID-Tag vorhanden sein kann, das die Funkwelle übertragen hat, größer je größer die Kommunikationsentfernung ist. Entsprechend ist es schwierig, die Position als eine Koordinate zu bestimmen.
Das Verfahren von Philipose et al. führt eine Positionsschätzung nur in einer zweidimensionalen Ebene durch. Wenn das Verfahren erweitert wird zur Schätzung der dreidimensionalen Position erfordert es eine große Anzahl von Stichproben sowie auch Zeit bei der Positionsschätzung des RFID-Tags.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Schätzen einer dreidimensionalen Position eines Funksenders (RFID-Tag) genauer und schneller als bei den konventionellen Techniken bereit.
Aus: Roh, S.; Park, JH.; Lee, YH.; Choi, HR.: Object Recognition of Robot Using 3D RFID System. In: Proc. of ICCAS2005, 2005, ist ein Verfahren zur Bestimmung einer zweidimensionalen Position eines Funksenders bekannt, welches die folgenden Schritte umfasst: Bewegen eines beweglichen, einen Funkempfänger tragenden Roboters in einen Arbeitsbereich zu einer ersten Position, an welcher der Funkempfänger ein Funksignal vom Funksender empfängt, Bestimmen eines ersten Empfangszustands des Funksignals an der ersten Position, und Bestimmen einer zweidimensionalen Position des Funksenders basierend auf dem ersten Empfangszustand. Dort erfolgt die Bestimmung der Position in der xy-Ebene mittels eines in dieser Ebene um den Azimutwinkel φ drehbaren Funkempfängers, welche eine dreidimensionale Empfangscharakteristik hat. Der Oberbegriff des Ansprüche 1 und 8 beruht auf dieser Druckschrift.
Aus Magedanz, T.; Schreiner, F.; Ziemek, H.; GRIPS Generic radio based Indoor Positioning System. In: Proceedings of the 2nd workshop an positioning, navigation and communication (WPNC 2005), Fraunhofer FOKUS, Hannover (2005), ist es bekannt, die dreidimensionale Position eines von einem Benutzer getragenen Senders in einem Gebäude zu bestimmen.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bestimmung einer dreidimensionalen Position eines Funksenders gemäß Anspruch 1 bereit.
Das Verfahren enthält die Schritte: Bewegen des einen Funkempfänger tragenden autonomen Roboters in einem Arbeitsbereich zu einer Position, an welcher der Funkempfänger ein Funksignal vom Funksender empfängt, Bestimmen eines Empfangszustands des Funksignals, während der bewegliche Roboter eine vorbestimmte Aktion ausführt, wenn der Funkempfänger das Funksignal empfängt, und Bestimmen einer dreidimensionalen Position des Funksenders basierend auf dem Empfangszustand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine dreidimensionale Position eines Funksenders genau und schnell geschätzt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bestimmen des Empfangszustands des Funksignals ferner einen Schritt des Erfassens der aktuellen Position des Funkempfängers und einen Schritt des Erfassens eines Horizontalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation zwischen dem Funksender und dem Funkempfänger, wenn der Funkempfänger in einer Horizontalrichtung gedreht oder bewegt wird. Das Verfahren enthält ferner einen Schritt des Erfassens eines Vertikalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender, das einen Vertikalwinkel vom Funkempfänger zum Funksender basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation zwischen dem Funksender und dem Funkempfänger bestimmt, wenn der Funkempfänger in einer Vertikalrichtung gedreht oder bewegt wird. Das Verfahren enthält ferner einen Schritt des Speicherns der aktuellen Position, des Horizontalwinkels, des Vertikalwinkels und der Entfernung als einen Empfangszustand des Funksignals.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt des Bestimmens eines Empfangszustands einen Schritt des Erfassens eines Horizontalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender durch Drehen des Roboters in einer horizontalen Richtung, einen Schritt des Erfassens einer Höhenposition des Funksenders durch Bewegen des Funkempfängers in einer Vertikalrichtung, einen Schritt des Erfassens eines Vertikalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender, einen Schritt des Bewegens des Funkempfängers auf die Höhenposition, eines Schritt des Erfassens der aktuellen Position des Funkempfängers, einen Schritt des Erfassens einer Entfernung vom Funkempfänger zum Funksender durch Anpassen der Leistung des Funkempfängers und einen Schritt des Speicherns der aktuellen Position, des Horizontalwinkels, des Vertikalwinkels und der Entfernung als ein Empfangszustand des Funksignals.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt des Bestimmens eines Empfangszustands einen Schritt des Bestimmens eines Horizontalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender durch Drehen des Funkempfängers in einer Horizontalrichtung, und einen Schritt des Erfassens eines Vertikalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender durch Drehen des Funkempfängers in einer Vertikalrichtung. Das Verfahren enthält ferner einen Schritt des Erfassens der aktuellen Position des Funkempfängers, einen Schritt des Erfassens einer Entfernung vom Funkempfänger zum Funksender durch Anpassen der Leistung des Funkempfängers, und einen Schritt des Speicherns der aktuellen Position, des Horizontalwinkels, des Vertikalwinkels und der Entfernung als einen Empfangszustand des Funksignals.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt des Speicherns eines Empfangszustands einen Schritt des Erfassens eines Horizontalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender durch Bewegen des Funkempfängers in einer Horizontalrichtung, einen Schritt des Erfassens einer Höhenposition des Funksenders durch Bewegen des Funkempfängers in einer Vertikalrichtung, einen Schritt des Erfassens eines Vertikalwinkels vom Funkempfänger zum Funksender, einen Schritt des Bewegens des Funkempfängers auf die Höhenposition, einen Schritt des Erfassens der aktuellen Position des Funkempfängers, einen Schritt des Erfassens einer Entfernung vom Funkempfänger zum Funksender durch Anpassen der Leistung des Funkempfängers und einen Schritt des Speicherns der aktuellen Position, des Horizontalwinkels, des Vertikalwinkels und der Entfernung als ein Empfangszustand des Funksignals.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen Schritt des Bewegens des Roboters in einem Arbeitsbereich zu einer zweiten Position, die sich von der Position zum Empfangen des Funksignals unterscheidet, und einen Schritt des Bestimmens eines zweiten Empfangszustands des Funksignals, während der Roboter eine vorbestimmte Aktion an der zweiten Position durchführt. Der Schritt des Bestimmens der dreidimensionalen Position des Funksenders bestimmt die dreidimensionale Position des Funksenders basierend auf dem Empfangszustand und dem zweiten Empfangszustand.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Funksender ein RFID-Tag und der Funkempfänger ist eine RFID-Antenne.
Die vorliegende Erfindung stellt ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 7 bereit. Das Programm veranlasst einen Computer, eine Funktion des Bewegens des mit einem Funkempfänger versehenen, autonomen Roboters in einem Arbeitsbereich zu einer Position auszuführen, an welcher der Funkempfänger ein Funksignal vom Funksender empfängt, eine Funktion des Speicherns eines Empfangszustands des Funksignals durch Veranlassen des Roboters, eine vorbestimmte Operation durchzuführen, wenn der Funkempfänger das Funksignal empfängt, und eine Funktion des Bestimmens einer dreidimensionalen Position des Funksenders basierend auf dem Empfangszustand.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zum Schätzen einer dreidimensionalen Position eines Funksenders gemäß Anspruch 8 bereit. Die Vorrichtung enthält einen autonomen Roboter, der sich im Arbeitsbereich bewegt, der einen Funksender trägt bzw. aufweist. Ein Funkempfänger zum Empfangen eines Funksignals vom Funksender ist im Arbeitsbereich bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine Steuer-/Regeleinrichtung zum Bewegen des Roboters im Arbeitsbereich zu einer Position, an welcher der Funkempfänger das Funksignal empfängt. Die Vorrichtung enthält ferner Mittel zum Veranlassen des Roboters, eine vorbestimmte Operation durchzuführen, wenn der Funkempfänger das Funksignal empfängt, und einen Empfangszustand des Funksignals zu speichern, und Berechnungsmittel zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position des Funksenders basierend auf dem Empfangszustand des Funksignals.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Systems zum Schätzen einer dreidimensionalen Position eines RFID-Tags gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Systems zum Abschätzen einer dreidimensionalen Position des RFID-Tags;
3 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Abschätzen einer dreidimensionalen Position des RFID-Tags;
4 ist ein Diagramm, welches eine Position Ptag eines RFID-Tags 12 in einem dreidimensionalen Koordinatenachsensatz in einem Arbeitsbereich bzw. -raum zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogrammprozesses zum Messen der Position einer RFID-Antenne und einer Tag-ID eines RFID-Tags;
6 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogrammprozesses zum Erfassen eines Horizontalwinkels α3 von der RFID-Antenne zum RFID-Tag;
7 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Horizontalwinkeln α1, α2, α3 und Operationen eines Roboters zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogrammprozesses zum Erfassen eines Vertikalwinkels β3 von der RFID-Antenne zum RFID-Tag;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung unter vertikalen Winkeln β1, β2, β3 und Operationen eines Roboters zeigt; und
10 ist ein Flussdiagramm eines Unterprogrammprozesses zum Erfassen einer Entfernung L1 zwischen der RFID-Antenne und dem RFID-Tag.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Zuerst wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein System zum Abschätzen einer dreidimensionalen Position eines RFID-Tags gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Systems 10 zum Schätzen einer dreidimensionalen Position eines RFID-Tags gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das System 10 enthält ein RFID-Tag-System, das ein RFID-Tag 12 bzw. eine RFID-Kennzeichnung und eine RFID-Antenne 14 und einen Roboter 18 umfasst, der die RFID-Antenne 14 trägt. Der Roboter 18 bewegt sich autonom in einem Arbeitsbereich bzw. Arbeitsraum 16. Das System 10 enthält eine Steuer-/Regelvorrichtung 20 zum Bereitstellen von operativen Anweisungen an den Roboter 18 und zum Übertragen von Anweisungen zur RFID-Antenne 14. Die Steuer-/Regelvorrichtung 20 schätzt eine dreidimensionale Position des RFID-Tags 12 basierend auf dem Messresultat durch die RFID-Antenne 14.
Beim RFID-Tag-System enthält das RFID-Tag 12 einen Speicher, der eine eindeutige Identifikation speichert (Tag-ID). Das RFID-Tag 12 ist an einem Objekt angebracht. Das System erkennt das Objekt durch die Tag-ID des RFID-Tags, die durch das RFID-Tag 12 übertragen wird und von der RFID-Antenne empfangen wird. Die Tag-ID stellt Informationen über das Objekt bereit, wie beispielsweise Typ, Form und Gewicht des Objekts.
In der Ausführungsform ist das RFID-Tag 12 an einem Objekt bzw. Gegenstand im Arbeitsbereich 16 angebracht. Die RFID-Antenne 14 wird auf einer Handfläche einer Hand 18f des Roboters 18 getragen und bewegt sich im Arbeitsbereich 16, wenn sich der Roboter 18 bewegt.
Der Roboter 18 in der Ausführungsform ist ein zweibeiniger Roboter, der sich autonom bewegen kann. Der Roboter 18 kann sich im Arbeitsbereich 16 bewegen und führt verschiedene Aufgaben durch basierend auf operativen Anweisungen, die von der Steuer-/Regelvorrichtung 20 über eine Basisstation 30 gesendet werden.
Der Roboter 18 weist zwei Beine 18a auf mit einem Torso 18b darauf. Ein Kopf 18c ist auf dem Torso 18b angeordnet, und zwei Arme 18d erstrecken sich von den Seiten des Torsos 18b. Ein Koffer 18e ist auf dem Rücken des Torsos 18b bereitgestellt und enthält eine Steuer-/Regeleinheit 39 zum Steuern/Regeln von Operationen des Roboterkörpers und eine Batterie.
Sechs Verbindungen bzw. Gelenke sind jeweils für das rechte und das linke Bein 18a des Roboters 18 vorgesehen. Die Verbindungen werden durch Aktuatoren angetrieben, wie beispielsweise Elektromotoren. Der Roboter 18 kann an die Beine gewünschte Bewegungen geben und in einem dreidimensionalen Raum gehen durch Antreiben bzw. Ansteuern der Verbindungen der Beine 18e in einem geeigneten Winkel. Das Detail des Gehens des zweibeinigen Roboters ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-219206 beschrieben.
Die rechten und linken Arme 18d des Roboters 18 sind jeweils mit sieben Verbindungen bzw. Gelenken versehen, wobei jede(s) durch einen oder mehrere Aktuatoren, wie beispielsweise einem elektrischen Motor, angetrieben ist. An jedem Ende des rechten und linken Arms 18d ist eine fünffingerige Hand 18f bereitgestellt. Der Roboter 18 kann jede der Verbindungen der Arme 18d und der Hände 18f bewegen, um eine gewünschte Aufgabe durchzuführen durch ihr Antreiben bzw. Ansteuern in einem geeigneten Winkel. In der Ausführungsform ist auf einer Handfläche der Hand 18f des Roboters 18 die RFID-Antenne 14 bereitgestellt. Der Roboter 18 passt die Position und Richtung der Antenne 14 an durch Steuern/Regeln des Winkels jeder der Verbindungen des Arms 14d.
Eine Kamera (nicht gezeigt) ist im Arbeitsbereich 16 oder im Roboter 18 vorgesehen. Der Roboter 18 weist einen Kreiselsensor auf. Positionen, wie beispielsweise die Koordinate der aktuellen Position oder die Richtung des Körpers oder des Kopfs des Roboters 18 können von Bildern erkannt werden, die durch die Kamera aufgenommen worden sind und von Ausgaben, die durch den Kreiselsensor erzeugt worden sind. Der Roboter 18 kann dazu angepasst sein, seine Position genau zu erkennen durch Verwendung einer Positionserfassungstechnik, wie beispielsweise das Ultraschall-Tag-System oder das Infrarot-Tag-System.
Die Steuer-/Regelvorrichtung 20 gibt über die Basisstation 30 eine Übertragungsanweisung an die RFID-Antenne 14, um eine Tag-ID des RFID-Tags 12 zu erhalten. Die Steuer-/Regelvorrichtung 20 gibt auch die operative Anweisung an den Roboter 18, sich zu einer Stelle zu bewegen, an welcher die RFID-Antenne 14 Funksignale empfangen kann, die vom RFID-Tag 12 im Arbeitsbereich ausgesendet werden.
Wenn die RFID-Antenne 14 ein Funksignal empfängt, passt die Steuer-/Regelvorrichtung 20 die Richtung und Position der RFID-Antenne 14 an durch Bewegen von Armen und Beinen des Roboters 18, um die Richtung von der RFID-Antenne 14 zum RFID-Tag 12 zu bestimmen. Unter Bezugnahme auf 4 bestimmt die Steuer-/Regelvorrichtung 20 basierend auf Positionsinformationen am Roboter 18 und Ausgaben von verschiedenen Sensoren die dreidimensionale Positionskoordinate p der RFID-Antenne 14. Die Steuer-/Regelvorrichtung 20 bestimmt auch den Horizontalwinkel α3, den Vertikalwinkel β3 und die Entfernung L1 von der RFID-Antenne 14 zum RFID-Tag 12. Basierend auf diesen Werten berechnet die Steuer-/Regelvorrichtung 20 eine dreidimensionale Position Ptag des RFID-Tags 12 an der dreidimensionalen Koordinate 40 im Arbeitsbereich 16.
2 ist ein funktionales Blockdiagramm des Systems 10 zum Schätzen einer dreidimensionalen Position des RFID-Tags gemäß der Ausführungsform.
Die Steuer-/Regelvorrichtung 20 weist eine RFID-Tag-Funktionseinheit 31, eine Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33, einen Koordinatenberechnungsabschnitt 35 und einen Speicher 37 auf. Die RFID-Tag-Funktionseinheit 31, die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33, der Koordinatenberechnungsabschnitt 35 und der Speicher 37 können miteinander integriert sein oder voneinander getrennt sein.
Die RFID-Tag-Funktionseinheit 31 sendet eine Anweisung, eine Funkwelle zum RFID-Tag-System zu senden und empfängt eine erfasste Tag-ID des RFID-Tags 12. Das Frequenzband, das für das RFID-Tag-System zu verwenden ist, kann 13,56 MHz, 950 MHz oder 2,45 GHz oder dergleichen sein.
Die RFID-Tag-Funktionseinheit 31 sendet die Anweisung zum Übertragen einer Funkwelle an die RFID-Antenne 14 über die Basisstation 30. Wenn die RFID-Antenne 14 die Anweisung empfängt, strahlt sie eine Funkwelle zum RFID-Tag 12 ab. Das RFID-Tag 12 empfängt Elektrizität von der Funkwelle, die von der RFID-Antenne 14 empfangen wird, und gibt an die RFID-Antenne 14 ein Funksignal zurück, das die Tag-ID trägt.
Die RFID-Antenne 14 erfasst die Tag-ID von dem Funksignal, das vom RFID-Tag empfangen worden ist, und sendet sie zur RFID-Tag-Funktionseinheit 31 über die Basisstation 30. Wenn die RFID-Antenne 14 die Funkwelle vom RFID-Tag 12 nicht erfassen kann, sendet sie NAN (Not A Number – Keine Nummer) als eine Tag-ID an die RFID-Tag-Funktionseinheit 31. Die RFID-Tag-Funktionseinheit 31 sendet die erhaltene Tag-ID und dergleichen an einen Speicher 37.
Die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 sendet die operative Anweisung an die Steuer-/Regeleinheit 39 des Roboters 18. Wenn die Steuer-/Regeleinheit 39 des Roboters 18 die operative Anweisung empfängt, steuert/regelt sie die Beine 18a des Roboters 18, um sich entlang einem vorbestimmten Weg im Arbeitsbereich 16 zu bewegen, und steuert/regelt die Arme 18d oder dergleichen, die Richtung und Position der RFID-Antenne 14 zu ändern. in der Ausführungsform kann der Roboter 18 angewiesen werden, sich zufällig im Arbeitsbereich zu bewegen, die RFID-Antenne zu drehen und anzuheben oder abzusenken.
Während des Betriebs des Roboters 18 erhält die Steuer-/Regeleinheit 39 Sensorinformationen von den verschiedenen Sensoren, die im Roboter 18 vorgesehen sind, wie beispielsweise eine Kamera oder ein Encoder, und sendet die Informationen zur Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33.
Die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 bestimmt die aktuelle Position, Richtung, Verbindungs- bzw. Gelenkwinkel und andere Faktoren des Roboters 18 aus den Sensorinformationen, die von der Steuer-/Regeleinheit 39 her empfangen werden. Basierend auf diesen Informationen berechnet die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 die Position p und die Haltung der Hand 18f, wie beispielsweise Horizontalwinkel α und Vertikalwinkel β unter Verwendung eines solchen Verfahrens wie eine Vorwärtskinematikberechnung. Da die RFID-Antenne 14 auf der Handfläche der Hand 18f mit einer festen Relativposition vorgesehen ist in dieser Ausführungsform, wird die Position der RFID-Antenne 14 (die Positionskoordinate p, der Horizontalwinkel α, der Vertikalwinkel β) basierend auf der Information berechnet, welche die Position und die Haltung der Hand 18f enthält. Die berechnete Position der RFID-Antenne 14 wird im Speicher 37 aufgezeichnet.
Die Tag-ID, die bei der RFID-Tag-Funktionseinheit 31 erfasste Zeit und die Position der RFID-Antenne 14, welche bei der Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 berechnet worden ist, werden in einem Speicher 37 als ein Satz von einander zugeordneten Daten gespeichert. Die im Speicher 37 gespeicherten Daten werden durch den Koordinatenberechnungsabschnitt 35 verwendet.
Der Koordinatenberechnungsabschnitt 35 berechnet die dreidimensionale Position des RFID-Tags 12 unter Verwendung der Tag-ID und der im Speicher 37 gespeicherten Position.
Die RFID-Tag-Funktionseinheit 31, die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 und der Koordinatenberechnungsabschnitt 35 sind durch einen Computer realisiert mit einem Prozessor (CPU, Central Process Unit), der verschiedene Berechnungen entsprechend den im Speicher 37 gespeicherten Programmen durchführt.
Unter Bezugnahme auf die 3–10 wird nun ein Verfahren für die Steuer-/Regelvorrichtung 20 gemäß der Ausführungsform beschrieben zum Schätzen der dreidimensionalen Position des RFID-Tags 12.
3 ist ein Flussdiagramm des Prozesses zum Schätzen einer dreidimensionalen Position des RFID-Tags 12.
Wenn das System aktiviert wird, werden verschiedene Variablen initialisiert (S101). Im Speziellen werden eine dreidimensionale Positionskoordinate P1, ein Horizontalwinkel α3, ein Vertikalwinkel β3 der RFID-Antenne 14 und eine Entfernung L1 zum RFID-Tag 12 auf NAN gesetzt, und eine Ausgangsleistung w der RFID-Antenne wird auf Maximum gesetzt.
Bei Schritt S103 bewegt sich der Roboter 18 entsprechend den operativen Anweisungen, die durch die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 gegeben werden. Die operative Anweisung ist „Stopp”, wenn der Prozess startet, und es werden andere Anweisungen ausgewählt bei den Prozessschritten S105 bis S111.
Bei Schritt S105 berechnet die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 die Position (dreidimensionale Positionskoordinate p, Horizontalwinkel α, Vertikalwinkel β) der RFID-Antenne 14. Die RFID-Tag-Funktionseinheit 31 startet die Erfassung der Tag-ID des RFID-Tags 12. Der Prozess von Schritt S107 bis Schritt S111 wird nur durchgeführt, nachdem die RFID-Antenne 14 eine Funkwelle vom RFID-Tag 12 empfangen hat. Bis ein solcher Empfang stattfindet, werden die Schritte S107 bis S111 passiert, und der Roboter 18 bewegt sich entlang einem Weg oder zufällig im Arbeitsbereich bis ein solcher Empfang erfolgreich stattgefunden hat. Dieser Tag-Erfassungsprozess wird später unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Schritt S107 ist ein Unterprogramm zum Bestimmen eines Horizontaiblickwinkels bzw. Horizontalausrichtungswinkels α3, der für die RFID-Antenne 14 erforderlich ist, um in einer Horizontalrichtung zu drehen, um dem RFID-Tag 12 gegenüberzuliegen. Wenn die RFID-Antenne 14 Radiowellen vom RFID-Tag 12 empfangen hat, wird die aktuelle Koordinate p der RFID-Antenne 14 im Speicher 37 als Positionskoordinate P1 aufgezeichnet (S105). Der Horizontalblickwinkel α3 wird derart berechnet, dass der Roboter 18 veranlasst werden kann, in diese Position zu drehen unter Verwendung der Beine 18a. Hier ist α3 ein Drehwinkel um die Achse Z1 einer neuen dreidimensionalen Koordinate (die Koordinate ist durch das Bezugszeichen 51 in 4 bezeichnet), welche die zu P1 bewegte dreidimensionale Koordinate 40 ist. Die Details dieses bei diesem Schritt ausgeführten Prozesses werden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
Schritt S109 ist ein Unterprogramm zum Bestimmen eines Vertikalblickwinkels bzw. Vertikalausrichtungswinkels β3, der für die RFID-Antenne 14 erforderlich ist, um in einer Vertikalrichtung zu drehen, um dem RFID-Tag 12 gegenüberzuliegen. Am Ende des Unterprogramms S107 hat der Roboter 18 die RFID-Antenne 14 um einen Winkel α3 in der Horizontalrichtung gedreht. In Schritt S109 wird der Vertikalblickwinkel β3 berechnet, so dass der Roboter 18 die Verbindungen bzw. Gelenke des Arms 18d antreiben kann, die Richtung der RFID-Antenne 14 in Vertikalrichtung zu verändern. Hier ist β3 ein Drehwinkel um eine Achse Y2 einer neuen dreidimensionalen Koordinate (die Koordinate ist in 4 mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet), welche die um den Winkel α3 um die Z1-Achse gedrehte dreidimensionale Koordinate 41 ist. Dann bewegt der Roboter 18 die RFID-Antenne 14 um den Vertikalblickwinkel β3. Die Details des bei diesem Schritt durchgeführten Prozesses werden unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben.
Schritt S111 ist ein Unterprogramm zum Bestimmen einer Entfernung L1 von der RFID-Antenne 14 zum RFID-Tag 12. Bei Schritt S109, bei dem die RFID-Antenne 14 im Vertikalwinkel β3 ausgerichtet ist, reduziert der Roboter 18 die Ausgangsleistung w der RFID-Antenne 14 vom Maximalwert schrittweise auf tiefere Werte. Die Ausgangsleistung w unmittelbar bevor die Funkwelle von der RFID-Antenne das RFID-Tag 12 nicht mehr erreicht, wird in die Entfernung L1 umgewandelt. Das heißt, dass die Ausgangsleistung w auf die Entfernung L1 abgebildet wird basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Ausgangsleistung und der Entfernung. Die Details dieses Prozesses werden unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben.
Bei Schritt S113 wird überprüft, ob die verschiedenen Variablen an den oben erwähnten Schritten erfasst worden sind oder nicht. Wenn die Positionskoordinate P1 des Roboters 18 bei Schritt S105 erfasst worden ist, der Horizontalblickwinkel α3 und der Vertikalblickwinkel β3 in den Unterprogrammen S107 bzw. S109 bestimmt worden sind, die Entfernung 11 zwischen der RAD-Antenne 14 und dem RFID-Tag 12 im Unterprogramm S111 bestimmt worden ist, geht der Prozess zu Schritt S115 weiter. Andernfalls geht der Prozess zu Schritt S103 zurück und die oben erwähnten Schritte werden wiederholt.
Bei Schritt S115 berechnet der Koordinatenberechnungsabschnitt 35 die dreidimensionale Koordinate Ptag des RFID-Tags 12. 4 stellt die Position P1 der RFID-Antenne 14, den Horizontalblickwinkel α3, den Vertikalblickwinkel β3, die Entfernung L1 zwischen der RFID-Antenne 14 und dem RFID-Tag 12 und die Position Ptag des RFID-Tags 12 in der dreidimensionalen Koordinate 40 des Arbeitsbereichs 16 dar. Die Positionskoordinate Ptag des RFID-Tags 12 kann als Vektor Ptag dargestellt werden, der gebildet wird durch Paralleltranslation eines Vektors (L1, 0, 0) mit einem Wert von L1 auf der X0-Achse der dreidimensionalen Koordinate 40 zum Punkt P1 und durch Drehen um den Winkel α3 um die Z1-Achse in eine neue dreidimensionale Koordinate 41 mit dem Ursprung von P1, gefolgt vom Drehen um den Winkel β3 um die Y2-Achse in eine neue Koordinate 42, welche durch Drehen der Koordinate 41 erzeugt wird.
Hier wird der Positionsvektor Ptag des RFID-Tags 12 ausgedrückt durch (Ptx, Pty, Ptz) und der Positionsvektor P1 der RFID-Antenne 14 wird ausgedrückt durch (P1x, P1y, P1z), wobei die Positionskoordinate Ptag des RFID-Tags 12 in einer Matrixform wie folgt ausgedrückt werden kann:
Die dreidimensionale Koordinate des RFID-Tags 12 wird mittels der Variablen P1, α3, β3 und L1 bestimmt, welche in den Schritten S107 bis S111 bestimmt worden sind.
Nun wird das Unterprogramm bei Schritt S105 beschrieben unter Bezugnahme auf die 5. 5 ist ein Flussdiagramm zum Berechnen einer Position der RFID-Antenne 14 und zum Erfassen der Tag-ID des RFID-Tags 12.
Bei den Schritten S201 bis S203 werden die Position und die Richtung der RFID-Antenne 14 (dreidimensionale Position p, Horizontalwinkel α, Vertikalwinkel β) berechnet.
Bei Schritt S201 erhält die Steuer-/Regeleinheit 39 des Roboters 18 zuerst Sensorausgaben von verschiedenen Sensoren, die am Roboter 18 bereitgestellt sind, und sendet die Ausgangsdaten zur Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33.
Bei Schritt S202 bestimmt die Roboter-Steuer-/Regelvorrichtung 33 die Position (Positionskoordinate p, Horizontalwinkel α, Vertikalwinkel β) der RFID-Antenne 14 basierend auf den Sensorausgaben. Im Speziellen werden zuerst die aktuelle Position, die Richtung und Verbindungs- bzw. Gelenkwinkel des Roboters 18 bestimmt ausgehend von Sensorausgaben, welche von der Steuer-/Regeleinheit 39 empfangen werden. Dann wird basierend auf den Sensordaten die Position p oder Haltung (Horizontalwinkel α, Vertikalwinkel β) der Hand 18f berechnet unter Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise der Vorwärtskinematikberechnung. Die RFID-Antenne 14 ist n dieser Ausführungsform auf der Handfläche der Hand 18f mit einer festen relativen Position bereitgestellt i. Die Position und Haltung der Hand 18f kann somit wie die Position (Positionskoordinate p, Horizontalwinkel α, Vertikalwinkel β) der RFID-Antenne 14 sein.
Bei Schritt S203 wird die berechnete Position der RFID-Antenne 14 in den Speicher 37 eingegeben.
Bei den Schritten S205 bis S215 wird der Erfassungsprozess für die Tag-ID durch das RFID-Tag-System durchgeführt. Der Prozess wird parallel zum Prozess des Berechnens der Position der RFID-Antenne 14 durchgeführt, welche in den Schritten S201 bis S203 durchgeführt wird.
Bei Schritt S205 sendet die RFID-Tag-Funktionseinheit 31 die Übertragungsanweisung an die RFID-Antenne 14. Bei Schritt S207 überträgt die RFID-Antenne 14 eine Funkwelle in Reaktion auf die Übertragungsanweisung.
Bei Schritt S209 wird überprüft, ob die RFID-Antenne 14 das vom RFID-Tag 12 zurückgegebene Funksignal empfangen hat oder nicht. Wenn das Funksignal empfangen worden ist, wird bestimmt, dass das RFID-Tag 12 innerhalb einer Kommunikationsreichweite der RFID-Antenne 14 ist, und der Ablauf geht zu Schritt S211 weiter, und die aus dem empfangenen Funksignal erfasste Tag-ID wird zur RFID-Tag-Funktionseinheit 31 gesendet. Wenn das Funksignal nicht empfangen worden ist, wird bestimmt, dass das RFID-Tag 12 außerhalb der Kommunikationsreichweite der RFID-Antenne 14 ist, und der Ablauf geht zu Schritt S213 weiter, und die RFID-Antenne 14 sendet NAN-Daten (Not A Number; keine Zahl) als Tag-ID an die RFID-Tag-Funktionseinheit 31.
Bei Schritt S215 sendet die RFID-Tag-Funktionseinheit 31 ID-Information des RFID-Tags 12 an den Speicher 37.
Dann werden in Schritt S207 die Position der RFID-Antenne 14 und die Position der Tag-ID-Information des RFID-Tags 12 synchronisiert und im Speicher 37 gespeichert.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 wird der Unterprogrammprozesses bei Schritt S107 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm des Prozesses zum Bestimmen des Horizontalblickwinkels α3.
Wenn der Horizontalblickwinkel α3 nicht geschrieben worden ist, bevor die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 empfängt (S301), und wenn die Tag-ID nicht erfasst ist/wird (S303) und wenn die Tag-ID nicht zuvor erfasst worden ist (S305), geht der Prozess zu Schritt S315. Der Roboter 18 wird dann veranlasst, sich zufällig oder entlang einer vorbestimmten Route im Arbeitsbereich 16 zu bewegen.
Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 erfasst, wenn sich der Roboter 18 bewegt (S303), geht der Prozess zu Schritt S317 weiter. Wenn die Tag-ID zum erstenmal erfasst worden Ist bei diesem Versuch, d. h., Übertragungs- und Empfangsversuch an der gleichen Position der RFID-Antenne 14, wird die Positionskoordinate p der akutellen RFID-Antenne 14 in den Speicher 37 als Positionsvektor P1 geschrieben (S319) und eine Anweisung zum Drehen in einer positiven Richtung in der Horizontalrichtung wird an den Roboter 18 gegeben (S321).
Die Anweisung zum Drehen in der positiven Richtung, welche an den Roboter 18 gegeben worden ist, wird beibehalten, während die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 erfasst durch Wiederholen der Schritte S303, S317 und zurück. Während dieses Prozesses dreht sich der Roboter 18 beispielsweise in die durch den Pfeil A in 7(a) gezeigte Richtung.
Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 nicht mehr erfasst (S303), wird erneut überprüft, ob ein Grenzwert α1 des Horizontalwinkels α, an dem die Tag-ID erfasst werden kann, in den Speicher 37 geschrieben worden ist oder nicht (S307). Wenn α1 nicht in den Speicher 37 geschrieben worden ist bei diesem Schritt bzw. Zustand, wird der aktuelle Horizontalwinkel α in den Speicher 37 geschrieben als Grenzwert α1 (S323). Hier wird an den Roboter 18 eine Anweisung zum Stoppen des Drehens gegeben. 7(a) stellt einen Erfassungsbereich C der RFID-Antenne 14 dar, die durch den Roboter 18 getragen wird, und ihre Beziehung zum RFID-Tag 12. Die Richtung, in die der Roboter 18 in 7(a) blickt, ist der Horizontalwinkel α1. Dann wird eine Anweisung zum Drehen in der Negativrichtung, der Gegenrichtung, an den Roboter 18 gegeben ausgehend vom Zustand der 7(a) (S325). Für die Bequemlichkeit der Beschreibung ist die Richtung des Roboters 18 die Richtung der Antenne 14 in den 7(a), (b) und (c).
Die Anweisung zum Drehen in Negativrichtung des Roboters 18 wird beibehalten, während die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 erfasst durch Wiederholen der Schritte S303, S307 und zurück. Während dieses Prozesses dreht sich der Roboter 18 beispielsweise in die durch einen Pfeil B in 7(b) dargestellte Richtung.
Im Gegensatz zu dieser Ausführungsform kann die Anweisung zum Drehen, welche dem Roboter bei Schritt S321 und Schritt S325 gegeben wird, das Gegenteil sein, d. h. die Negativrichtung kann bei Schritt S321 gegeben werden und die Positivrichtung kann bei Schritt S325 gegeben werden.
Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 nicht mehr erfasst, wird erneut überprüft, ob eine Grenze α1 des Horizontalwinkels α, an welcher die Tag-ID erfasst werden kann, in den Speicher 37 geschrieben worden ist oder nicht. Wenn α1 in diesem Zustand in den Speicher 37 geschrieben worden ist, wird der aktuelle Horizontalwinkel α in den Speicher 37 als anderer Grenzwert α2 geschrieben (S309). Es wird eine Anweisung zum Stoppen an den Roboter 18 gegeben. 7(b) stellt den Erfassungsbereich C der RFID-Antenne 14, die durch den Roboter 18 getragen wird, und ihre Positionsbeziehung mit dem RFID-Tag 12 dar. In 7(b) ist die Richtung, in die der Roboter 18 blickt, der Horizontalwinkel α2.
Dann wird der Mittelwert α3 von α1 und α2 berechnet unter Verwendung von α1 und α2, welche aus dem Speicher 37 gelesen werden (S311). α3 = (α2 + α1)/2 (2)
Der Mittelwert α3 wird in den Speicher 37 als Horizontalblickwinkel α3 zum RFID-Tag 12 (S311) geschrieben. Es wird eine Anweisung an den Roboter 18 gegeben um den Horizontalblickwinkel α3 zu drehen, so dass sich der Roboter 18 zum Winkel α3 von der X1-Achse bewegt (S313). 7(c) stellt den Horizontalblickwinkel α3, und die Horizontalwinkel α1 und α2 und deren Positionsbeziehung zum RFID-Tag 12 dar.
Nachdem der Horizontalwinkel α3 in den Speicher 37 geschrieben worden ist, geht das Unterprogramm direkt zum Hauptfluss zurück, wenn die Entscheidung bei Schritt S301 „Ja” ist.
Nun wird das Unterprogramm bei Schritt S109 beschrieben unter Bezugnahme auf die 8 und 9. 8 ist ein Flussdiagramm des Unterprogrammprozesses zum Bestimmen eines Vertikalwinkels β3 des RFID-Tags.
Bis der Horizontalwinkel des Roboters 18 α3 wird, dreht der Roboter 18 weiter gemäß der Anweisung, die bei Schritt S313 gegeben worden ist. Wenn der Horizontalwinkel des Roboters 18 α3 erreicht (S403), wird dem Roboter 18 eine Anweisung zum Stoppen des Drehens in Horizontalrichtung gegeben (S405).
Bei dieser Ausführungsform ist die Horizontalrichtung der RFID-Antenne 14 die Richtung des Roboters 18. Da die RFID-Antenne 14 im Horizontalwinkel α3 ausgerichtet ist, erfasst die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 (S407), der Prozess geht weiter zu Schritt S417. Wenn der Grenzwert β1 des Vertikalwinkels β nicht in einem Speicher geschrieben ist (S417), wird eine Anweisung zum Verändern des Vertikalwinkels der RFID-Antenne 14 in eine positive Richtung an den Roboter 18 gegeben (S419).
Die Anweisung zum Verändern des Vertikalwinkels der RFID-Antenne 14 wird beibehalten, während die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 erfasst durch Wiederholen von S407, S417 und zurück. Während dieses Prozesses treibt der Roboter 18 Gelenke der Arme 18d an, um den Vertikalwinkel der RFID-Antenne 14 in der durch einen Pfeil A in 9(a) gezeigten Richtung zu verändern.
Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 nicht mehr erfasst (S407), wird eine Anweisung zum Stoppen an den Roboter 18 ausgegeben, und es wird überprüft, ob ein Grenzwert β1 des Vertikalwinkels β in den Speicher 37 geschrieben worden ist oder nicht. Wenn β1 im Speicher 37 nicht geschrieben worden ist, wird der aktuelle Vertikalwinkel β in den Speicher 37 als Grenzwert β1 geschrieben (S421). 9(a) stellt den Erfassungsbereich C der RFID-Antenne 14, die vom Roboter 18 getragen wird, relativ zum RFID-Tag 12 dar. In 9(a) ist die Vertikalrichtung der RFID-Antenne 14 der Vertikalwinkel β1 von der X2-Achse. Eine Anweisung zum Verändern der Vertikalrichtung der RFID-Antenne 14 in die Negativrichtung, der Gegenrichtung, wird an den Roboter 18 gegeben (S423).
Die operative Anweisung wird beibehalten, während die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 erfasst durch Wiederholen der Schritte S407, S417 und zurück. Während dieses Prozesses treibt der Roboter 18 Gelenke der Arme 18d an, um die Richtung der RFID-Antenne 14 in der durch einen Pfeil B in 9(b) dargestellten Richtung zu verändern.
Die in Schritt S419 und Schritt S423 an den Roboter 18 gegebene operative Anweisung kann zueinander gegenteilig sein, eine Anweisung zur negativen Richtung kann bei Schritt S419 gegeben werden, und eine Anweisung zur positiven Richtung kann bei Schritt S423 gegeben werden.
Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 nicht mehr erfasst (S407), wird erneut eine Stoppanweisung an den Roboter 18 ausgegeben. Es wird überprüft, ob der Grenzwert β1 des Vertikalwinkels β, an welchem die Tag-ID erfasst werden kann, in den Speicher 37 geschrieben worden ist oder nicht (S409). Wenn β1 in den Speicher 37 geschrieben worden ist, wird der aktuelle Vertikalwinkel β in den Speicher 37 als anderer Grenzwert β2 geschrieben (S411). 9(b) stellt den Erfassungsbereich C der RFID-Antenne 14, die vom Roboter 18 getragen wird, und ihre Positionsbeziehung zum RFID-Tag 12 dar. In 9(b) ist die RFID-Antenne 14 in die Richtung des Vertikalwinkels β2 ausgerichtet.
Mit β1 und β2 ausgelesen vom Speicher 37 wird der Mittelwert β3 von β1 und β2 berechnet (S413). β3 = (β2 + β1)/2 (3)
Der Mittelwert β3 wird in den Speicher 37 geschrieben, wobei der Winkel β3 die Richtung zum RFID-Tag 12 ist (S413). Eine operative Anweisung zum Verändern der Vertikalrichtung der RFID-Antenne 14 zum Winkel β3 wird an den Roboter 18 gegeben (S415). 9(c) zeigt die Beziehung zwischen den berechneten Vertikalwinkeln β3, β1 und β2.
Nachdem der Vertikalwinkel β3 in den Speicher 37 geschrieben worden ist, geht das Unterprogramm zum Hauptablauf zurück.
Nun wird der Unterprogrammprozesses bei Schritt S111 unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm des Unterprogrammprozesses zum Bestimmen der Entfernung L1 zwischen der RFID-Antenne 14 und dem RFID-Tag 12.
Der Roboter 18 wiederholt diesen Prozess gemäß der bei Schott S114 gegebenen operativen Anweisung, bis der Vertikalwinkel der RFID-Antenne 14 β3 erreicht. Wenn der Vertikalwinkel der RFID-Antenne 14 β3 erreicht (S501), wird an den Roboter 18 eine Stoppanweisung gegeben (S503).
Wenn der Roboter 18 das Bewegen stoppt, wird geprüft, ob die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 erfasst (S505). Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID in diesem Zustand erfasst, wird die aktuelle Ausgangsleistung w der RFID-Antenne 14 um d vom Maximalwert verringert (S509).
Dieser Prozess (S509) des Reduzierens der Leistung der RFID-Antenne 14 wird wiederholt, bis die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 nicht mehr erfassen kann, was anzeigt, dass die Leistung w zu schwach ist, um das RFID-Tag 12 zu erreichen.
Wenn die RFID-Antenne 14 die Tag-ID des RFID-Tags 12 nicht mehr erfasst (S505), wird die Leistung w in eine Entfernung L1 umgewandelt durch Multiplizieren eines vorbestimmten Umwandlungskoeffizienten k mit der Leistung w der RFID-Antenne 14. L1 wird in den Speicher 37 als die Entfernung der RFID-Antenne 14 zum RFID-Tag 12 geschrieben (S507). Der Koeffizient k wurde zuvor bestimmt basierend auf der Beziehung zwischen der Ausgangsleistung der RFID-Antenne 14 und der Entfernung, bei welcher die Funkwelle das RFID-Tag 12 zwecks Antwort erreichen kann.
Durch das Verfahren unter Verwendung der zuvor genannten 3–10 kann die dreidimensionale Position des RFID-Tags genau und schnell geschätzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann verändert werden, ohne vom Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In den oben genannten Ausführungsformen wird die Richtung von der RFID-Antenne 14 zum RFID-Tag 12 bestimmt bei den Schritten S107 und S109 in 3, die Entfernung L1 zwischen dem RFID-Tag 12 und der RFID-Antenne 14 wird bei Schritt S111 bestimmt und die dreidimensionale Position des RFID-Tags 12 wird berechnet. Alternativ kann ein Verfahren derart angepasst sein, dass nach der Bestimmung der Richtung von der RFID-Antenne 14 zum RFID-Tag im Prozess bei Schritt S109 in 3 der Roboter 18 sich zufällig oder entlang einem vorbestimmten Weg bewegen kann, und der Prozess zu Schritt S109 in 3 kann erneut an einer anderen Position durchgeführt werden. Ein neuer Richtungsvektor kann berechnet werden, und der Schnitt mit dem beim ersten Prozess berechneten Richtungsvektor oder der Mittelpunkt mit der kürzesten Entfernung kann zur dreidimensionalen Position des RFID-Tags 12 gemacht werden.
Obwohl der Vertikalwinkel β der RFID-Antenne 14 geändert wird, und der Vertikalwinkel β3 zum RFID-Tag 12 bei Schritt S109 in 3 berechnet wird in den oben genannten Ausführungsformen, kann ein Verfahren alternativ daran angepasst sein zum Anheben oder Absenken der Position der RFID-Antenne 14 und zum Bestimmen einer oberen Grenzhöhe und einer unteren Grenzhöhe, bei welcher eine Funkwelle vom RFID-Tag erfasst werden kann. Bei diesem alternativen Verfahren muss der Vertikalwinkel β der RFID-Antenne 14 nicht verändert werden. Eine mittlere Position zwischen der oberen Grenzhöhe und der unteren Grenzhöhe wird bestimmt als Höhe des RFID-Tags 12. Der Prozess nach Schritt S111 kann an dieser Position durchgeführt werden. In diesem Falle wird die dreidimensionale Koordinate der RFID-Antenne 14 in den Speicher 37 als Positionsvektor P1 geschrieben, nachdem die RFID-Antenne 14 auf die Mittelposition bewegt worden ist. Der Vertikalwinkel β der RFID-Antenne 14 kann in den Speicher 37 als Vertikalwinkel β3 zum RFID-Tag 12 geschrieben werden.
In den Ausführungsformen wird der Horizontalwinkel α der RFID-Antenne 14 ähnlich verändert und der Horizontalblickwinkel α3 zum RFID-Tag 12 wird bei Schritt S107 in 3 berechnet. Alternativ kann ein Verfahren angepasst werden zum horizontalen Bewegen der RFID-Antenne 14, ohne den Horizontalwinkel α der RFID-Antenne 14 zu verändern. Ein Bereich, in welchem eine Funkwelle vom RFID-Tag 12 erfasst werden kann, kann bestimmt werden. Der Prozess nach Schritt S109 kann an der Mittellinie dieses Bereichs durchgeführt werden. In einem solchen Fall wird die dreidimensionale Koordinate der RFID-Antenne 14 im Speicher 37 als Positionsvektor P1 gespeichert, nachdem die RFID-Antenne 14 auf die Mittellinie bewegt worden ist, und der Horizontalwinkel α der RFID-Antenne 14 wird im Speicher 37 als Horizontalwinkel α3 zum RFID-Tag 12 gespeichert.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer dreidimensionalen Position eines Funksenders (12), welches die Schritte umfasst: Bewegen eines beweglichen, einen Funkempfänger (14) tragenden autonomen Roboters (18) in einem Arbeitsbereich (16) zu einer ersten Position, an welcher der Funkempfänger (14) ein Funksignal vom Funksender (12) empfängt; und Bestimmen eines ersten Empfangszustands des Funksignals an der ersten Position; gekennzeichnet durch den Schritt: Bestimmen einer dreidimensionalen Position (Ptag) des Funksenders (12) basierend auf dem ersten Empfangszustand, wobei der Roboter (18) Beine (18a) und Arme (18d) mit Händen (18f) aufweist und den Funkempfänger (14) an der Handfläche einer Hand (18f) trägt, wobei, wenn der Funkempfänger (14) ein Funksignal empfängt, die Richtung und Position des Funkempfängers (14) durch Bewegen der Arme (18d) und Beine (18a) des Roboters (18) angepasst wird, um die Richtung vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die Schritte umfasst: Bewegen des Roboters (18) zu einer zweiten Position im Arbeitsbereich (16), an welcher der Funkempfänger (14) ein Funksignal vom Funksender (12) empfängt; und Bestimmen eines zweiten Empfangszustands des Funkssignals an der zweiten Position; wobei die dreidimensionale Position (Ptag) des Funksenders (12) basierend auf dem ersten und dem zweiten Empfangszustand bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des ersten Empfangszustands die Schritte umfasst: Erfassen der aktuellen Position (P1) des Funkempfängers (14); und Bestimmen eines Horizontalwinkels (α3) vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation zwischen dem Funksender (12) und dem Funkempfänger (14), wenn der Funkempfänger (14) an der Hand (18f) des Roboters (18) in einer Horizontalrichtung gedreht oder bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Bestimmens des Empfangszustands den Schritt umfasst: Bestimmen eines Vertikalwinkels (β3) vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation zwischen dem Funksender (12) und dem Funkempfänger (14), wenn der Funkempfänger (14) an der Hand (18f) des Roboters (18) in einer Vertikalrichtung gedreht oder bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bestimmens des Empfangszustands die Schritte umfasst: Bestimmen einer Entfernung (L1) vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation, wenn die Leistung (w) des Funkempfängers (14) reduziert wird; und Schreiben der aktuellen Position (P1), des Horizontalwinkels (α3), des Vertikalwinkels (β3) und der Entfernung (L1) in einen Speicher (37) als einen Empfangszustand des Funksignals.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Funksender ein RFID-Tag (12) ist und der Funkempfänger eine RFID-Antenne (14) ist.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position eines Funksenders gespeichert ist, wobei das Programm bei seiner Ausführung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführt.
Vorrichtung zum Schätzen einer dreidimensionalen Position (Ptag) eines Funksenders (12) in einem Arbeitsbereich (16), umfassend: einen autonomen Roboter (18), der sich im Arbeitsbereich (16) bewegen kann; einen vom Roboter (18) getragenen Funkempfänger (14) zum Empfangen eines Funksignals vom Funksender (12); Steuer-/Regelmittel (39) zum Bewegen des Roboters (18) im Arbeitsbereich (16) zu einer ersten Position, an welcher der Funkempfänger (14) mit dem Funksender (12) kommunizieren kann; und Messmittel (33), die den Roboter (18) veranlassen, den Funkempfänger (14) zu bewegen, um einen ersten Empfangszustand des Funksignals zu bestimmen; gekennzeichnet durch Mittel (35) zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position (Ptag) des Funksenders (12) basierend auf dem ersten Empfangszustand des Funksignals, wobei der Roboter (18) Beine (18a) und Arme (18d) mit Händen (18f) aufweist und den Funkempfänger (14) an der Handfläche einer Hand (18f) trägt, wobei, wenn der Funkempfänger (14) ein Funksignal empfängt, die Richtung und Position des Funkempfängers (14) durch Bewegen der Arme (18d) und Beine (18a) des Roboters (18) angepasst wird, um die Richtung vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuer-/Regelmittel (39) den Roboter (18) zu einer zweiten Position bewegen, an welchen der Funkempfänger (14) ein Funksignal vom Funksender (12) empfängt, und die Messmittel (33) einen zweiten Empfangszustand des Funksignals an der Position bestimmen, und wobei die Mittel (35) zum Bestimmen der dreidimensionalen Position (Ptag) des Funksenders (12) die dreidimensionale Position (Ptag) des Funksenders (12) basierend auf den Empfangszuständen des Funksignals an der ersten und der zweiten Position bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messmittel (33) umfassen: Mittel zum Bestimmen einer aktuellen Position (P1) des Funkempfängers (14); Mittel zum Bestimmen eines Horizontalwinkels (α3) vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation zwischen dem Funksender (12) und dem Funkempfänger (14), wenn der Funkempfänger (14) an der Hand (18f) des Roboters (18) in einer Horizontalrichtung gedreht oder bewegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Messmittel (33) ferner umfassen: Mittel zum Bestimmen eines Vertikalwinkels (β3) vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation zwischen dem Funksender (12) und dem Funkempfänger (14) an der Hand (18f) des Roboters (18), wenn der Funkempfänger (14) in einer Vertikalrichtung gedreht oder bewegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Messmittel (33) ferner umfassen: Mittel zum Bestimmen einer Entfernung (L1) vom Funkempfänger (14) zum Funksender (12) basierend auf der Ausführbarkeit von Kommunikation, wenn die Leistung (w) des Funkempfängers (14) reduziert wird; und Mittel zum Schreiben der aktuellen Position (P1), des Horizontalwinkels (α3), des Vertikalwinkels (β3) und der Entfernung (L1) in einen Speicher (37) als Empfangszustand des Funksignals.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Funksender ein RFID-Tag (12) ist und der Funkempfänger eine RFID-Antenne (14) ist.