DE102010008957A1 - Positionsbestimmung mittels optischer Kode-Schiene (Astropos) - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Positionsbestimmung von Objekten entlang einer Kode-Schiene durch Nutzung sichtbaren oder nicht sichtbaren Lichts und Kameratechnik zur sensorischen, optischen Erfassung der Kodierungsinformation. Das Positionierungssystem arbeitet auf der Grundlage der Erkennung von einzelnen oder mehreren Kode-Mustern entlang der Kode-Schiene, wobei die Kode-Muster aus selbstleuchtenden oder reflektierenden Elementen aufgebaut sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Positionsbestimmung von Objekten entlang einer Kode-Schiene durch Nutzung sichtbaren oder nicht sichtbaren Lichts und Kameratechnik zur sensorischen, optischen Erfassung der Kodierungsinformation.
- Systeme zur Positionsbestimmung werden in allen Bereichen, insbesondere der Industrie, aber auch der Wissenschaft, Medizin und Agrartechnik usw. eingesetzt. Beispiele für den Einsatz ist die Positionsbestimmung schienengebundener Systeme, wie sie in der Automatisierungstechnik üblich sind und die Positionsbestimmung von Schienenfahrzeugen längs ihres Schienenweges oder anderer quergeführter Systeme entlang ihrer Sollbahn. Außerdem existieren für Fahrerlose Transportsysteme Leitvorrichtungen, die die Querführung entlang von Sollbahnen auch ohne mechanische Zwangsführung gewährleisten.
- Der Stand der Technik dieser Spurführungssysteme beruht derzeit zumeist auf im Boden verlegten, aktiven Leitdrähten als auch auf entlang der Fahrbahn aufgebrachten Leitspuren, die durch Sensoren, bspw. induktive oder auch optische Detektoren erfasst werden (bspw.
DE 39 06 962 A1 ). In einer anderen Entwicklung umfassen die Aufgaben der Auswerteeinheit eines Kamerasystems die Spurverfolgung, deren Umsetzung in entsprechende Lenkbefehle sowie die Erkennung und entsprechende Verarbeitung von vornehmlich zur Ortsbestimmung dienenden Barcode-Informationen (DE 38 28 447 A1 ). Weitere Entwicklungen beziehen sich auf die freie Navigation von Fahrerlosen Fahrzeugen, bei der Umgebungsmarken detektiert werden und so zur kombinierten Bestimmung von Position und Lagewinkel des Fahrzeugs herangezogen werden können – bspw. dienen Deckenleuchten als kontrastreiche Objekte (DE 44 29 016 A1 ). - Die Erfindung Astropos ist insofern den im Bereich Fahrerloser Transportsysteme bekannten Positionierungs- bzw. Lagebestimmungssystemen verwandt (Quellen [1] und [2]). Insbesondere werden Prinzipien für die Positionsbestimmung verwendet, wie sie auch in Systemen zur freien Navigation verwendet werden (Quellen [3], [4], [5]), welche die Orientierung an beliebig an der Decke (bzw. Wand oder Boden) angebrachten Punktlandmarken nutzen. Die Genauigkeit dieser allgemeinen Systeme erfüllt jedoch nicht immer die Anforderungen, wie sie an hochgenaue Positionsbestimmungssysteme zur Längspositionierung gestellt werden. Ebenfalls ist bei diesen allgemeinen Systemen nicht generell eine absolute Positionsbestimmung möglich.
- Im Gegensatz dazu ist die Erfindung Astropos (
- Die Sensordatenverarbeitung zur Positionsbestimmung erfolgt entweder integriert im Lesekopf oder in einer abgesetzten Verarbeitungseinheit.
- Die sofortige absolute Positionsbestimmung wird durch die Positionserfassung eines Kode-Musters auf der Kode-Schiene realisiert. Dabei wird die bekannte Information vorausgesetzt, an welcher Stelle sich ein bestimmtes Kode-Muster auf der Schiene befindet. Um die Positionsbestimmung gleichzeitig robust und genau zu gestalten, werden in der Regel mehrere Kode-Muster gleichzeitig auf der Schiene erfasst und für die Positionsbestimmung kombiniert. Die Positionsbestimmung setzt außerdem die bekannte Kalibrierung des Lesekopfes voraus.
- Um bei großen Anlagen mit sehr langen Kode-Schienen die Komplexität des Kodes zu begrenzen und trotzdem global eine absolute Positionsbestimmung zu erlauben, werden spezielle Filteralgorithmen eingesetzt, die in der Lage sind, mehrere Positionshypothesen zu erzeugen, die nach kurzer Längsbewegung durch die Umgebungskodes verifiziert werden. So wird sichergestellt, dass entweder eine sofortige absolute Positionsbestimmung möglich ist (Standardfall) oder die absolute Positionsbestimmung durch eine kurze Initialisierungsbewegung ermöglicht wird. Als Multihypothesenverfahren kommen Bayes-Filter-basierte Verfahren zum Einsatz, wie beispielsweise der Kalman-Filter oder der Partikel-Filter.
- Quellenangaben
-
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- [3] Ullrich Scheunert; Fuzzy-Mengen-Verknüpfung und Fuzzy-Arithmetik zur Sensor-Daten-Fusion; Fortschritt-Berichte VDI Reihe Nr. 941, Düsseldorf, VDI Verlag 2002
- [4] Sebastian Grünwedel; Robuste Lokalisierung von autonomen Fahrzeuge mittels Landmarken; 2008; Diplomarbeit TU Chemnitz
- [5] Axel Pätzold; Verfahren zur situationsabhängigen Anpassung eines Partikelfilters für die Eigenlokalisierung eines autonom fahrenden Fahrzeugs; 2008; Diplomarbeit TU Chemnitz
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3906962 A1 [0003]
- DE 3828447 A1 [0003]
- DE 4429016 A1 [0003]
Claims (11)
- Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Kode-Schiene mit optisch erfassbaren Kode durch Nutzung sichtbaren oder nicht sichtbaren Lichtes und Kameratechnik zur sensorischen Erfassung der Kodierungsinformation, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorische Erfassung mit Kameratechnik (einem Flächensensor) erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kode auf der Kode-Schiene durch selbst leuchtende aktive Elemente (z. B. LEDs) erzeugt wird und diese im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich (z. B. nahes Infrarot, NIR) leuchten, oder dass der Kode auf der Kode-Schiene durch reflektierende passive Elemente oder durch schwarz-weiße oder farbige passive Elemente gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kode-Elemente Kode-Muster nach dem Vorbild eines erweiterten Binär-Kodes, Strich-Kodes, Data-Matrix-Kodes oder anderer visueller Kodes darstellen.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameratechnik für die sensorische Erfassung in einem Sensor-Lesekopf angeordnet ist, der im Falle passiver Kode-Elemente nach Anspruch 2 mit einer Beleuchtung (z. B. Scheinwerfer) zur Beleuchtung der Kodier-Schiene ausgestattet sein kann und diese im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich (z. B. nahes Infrarot, NIR) beleuchtet.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Umfang und Komplexität des Kodes variabel sind und dadurch dass die Kode-Elemente jede beliebige Form haben können (beispielsweise Quadrate, Rechtecke, Punkte, Kreuze) und insbesondere für eine sichere Positionserkennung im Bild Spezialformen haben (Beispiele siehe
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit einer Sensordatenverarbeitung ausgestattet ist, welche entweder im Lesekopf integriert ist, oder separat in einer Verarbeitungseinheit untergebracht ist, wobei der Abstand zwischen Kode-Schiene und Lesekopf je nach Anforderungen beliebig ist.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System durch Erfassung der Kode-Schiene in der Lage ist, eine lokal-relative Positionsänderung zu berechnen und mit Hilfe der Kode-Information eine global-absolute Position zu bestimmen. Zusätzlich kann das System eine Daten-Fusion mit weiteren Zusatzinformationen vornehmen, um die Positionsbestimmung zu unterstützen bzw. zu verifizieren.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System die Sensordatenverarbeitung und Daten-Fusion nach Anspruch 7 mit einem Filter-Algorithmus durchgeführt und das System mit einem Multihypothesenverfahren zur absoluten Positionsbestimmung unterstützt wird.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Multihypothesenverfahren, welches die absolute Positionsbestimmung unterstützt, insbesondere eingesetzt wird, um die Komplexität des Kodes im System zu beschränken und somit den Aufwand für die Gestaltung des Kodes zu beschränken.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kode-Schiene in Form von einzelnen Maßverkörperungselementen aufgebaut werden kann, auf denen mehrere Kode-Muster angeordnet sein können. Dabei dienen spezielle Hilfsmittel (z. B. spezielle Markierungen) dazu, die Positionsvermessung der Maßverkörperungselemente bei der Installation des Systems zu unterstützen.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lesekopf bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit oder bei speziellen Umgebungsbedingungen spezielle Aufhängungen für die Kamera und die Beleuchtung verwendet, die beispielsweise eine Dämpfung oder eine definierte Ausrichtung bewirken.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20131225 |