DE102012223385A1

DE102012223385A1 - Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Objekts, elektronische Schaltung und elektronisches System

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Publication number: DE102012223385A1
Application number: DE102012223385A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: DE102012223385B4; US8737515B2; US20130259150A1; DE102011088827B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Objekts (120) mit folgenden Schritten: – Senden von einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen über eine Anzahl von zumindest M Antennen (102, 104, 106, 108, 111, 112) mittels CDMA, wobei jede der Codesequenzen über eine andere der M Antennen ausgesendet wird, und wobei die M Antennen in einem räumlichen Bereich verteilt angeordnet sind, – Empfang einer Teilmenge der Codesequenzen durch einen CDMA-Empfänger (146) des Objekts, – Zuordnung eines Identifikators zu jeder der empfangenen Codesequenzen durch den CDMA-Empfänger, – Speicherung der Identifikatoren in einem elektronischen Speicher (150) des Objekts, – Auslesen der Identifikatoren aus dem elektronischen Speicher des Objekts über eine kontaktlose Kommunikationsschnittstelle (124), – Zugriff auf eine Zuordnungsvorschrift (142), welche jede der Codesequenzen zu einer der Antennen und/oder einer der Antennenpositionen zuordnet, um aufgrund der ausgelesenen Identifikatoren und der Zuordnungsvorschrift ein Positionssignal zur Angabe der räumlichen Position des Objekts relativ zu den Antennen auszugeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Objekts, eine elektronische Schaltung und ein elektronisches System.
Aus US 5,604,765 ist ein zellulares Mobilfunksystem bekannt, bei dem mit Hilfe eines CDMA-Trägers ein Navigationssignal übertragen wird.
Aus US 5,995,043 ist ein sattellittengestütztes Flugzeug-Präzisionsnavigationssystem bekannt, bei dem eine Basisstation GPS-Signale sammelt und daraus Korrekturinformationen berechnet, die mit Hilfe eines CDMA-Datenlinks an ein Flugzeug gesendet werden.
Aus „The Qualcomm/SnapTrack Wireless-Assisted GPS Hybrid Positioning System and Results from Initial Commercial Deployments", Z. Biacs, G. Marshall, M. Moeglein, W. Riley, ist ein CDMA-basiertes drahtloses Netzwerk bekannt, bei dem über CDMA Positionsinformation übertragen wird, welche über GPS ermittelt wurde.
Aus „eScrabble – das intelligente Brettspiel", Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) (http://www.apz.izm.fraunhofer.de/bau/picture/upload/1_Scrabble_D.pdf) ist eine Leiterplatte mit auflaminierter Spielbrettfolie bekannt. Die drahtlose Informationsübertragung zur Identifikation von Spieler, Buchstabe und Steinwert erfolgt per RFID bei einer Frequenz von 13,56 MHz, die Kommunikation zwischen Spielbrett, Spielbänken und Laptop über eine 2,4 GHz Funkschnittstelle, vergleiche auch „RFID ortsgenau auslesen", productronic 10, 2008, Seite 58.
In allen vorgenannten Schriften wird die CDMA-Sequenz als Träger genutzt um auf das Trägersignal aufmodulierte Daten, welche eine Positionsinformation enthalten, zu übermitteln.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Objekts zu schaffen sowie eine entsprechende elektronische Schaltung und ein elektronisches System, insbesondere zur Realisierung eines Gesellschaftsspiels, wie z. B. eines Roulettetisches oder eines Brettspiels, eines Navigationssystems oder eines Automatisierungssystems.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Nach Ausführungsformen der Erfindung wird eine Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen über eine Anzahl von zumindest M Antennen mittels CDMA gesendet, insbesondere gleichzeitig. Jede der orthogonalen Codesequenzen ist dabei einer der M Antennen zugeordnet und wird ausschließlich über die der Codesequenz zugeordnete Antenne ausgesendet. Die Antennen sind in einem räumlichen Bereich verteilt angeordnet. Die Anzahl M der Antennen kann in Abhängigkeit von der Anzahl und der Genauigkeit der zu erkennenden Positionen des Objekts innerhalb der Reichweiten der Antennen gewählt werden.
Das Objekt beinhaltet einen CDMA-Empfänger, der zum gleichzeitigen Empfang jeder der M Codesequenzen ausgebildet ist. Mit anderen Worten empfängt der CDMA-Empfänger das Summensignal verschiedener Antennen, in deren Reichweite er sich befindet, und prüft dann, von welchen der Antennen jeweils eine der orthogonalen Codesequenzen empfangen worden ist. Der CDMA-Empfänger verfügt über eine Zuordnungsvorschrift, wie zum Beispiel eine Zuordnungstabelle, über die jeder der M orthogonalen Codesequenzen eindeutig ein Identifikator zugeordnet ist. Der CDMA-Empfänger greift auf diese Zuordnungsvorschrift zu, um die Identifikatoren der empfangenen Codesequenzen zu ermitteln. Der CDMA-Empfänger speichert dann diese Identifikatoren in einem elektronischen Speicher des Objekts ab. Aus diesem elektronischen Speicher werden die Identifikatoren dann über eine kontaktlose Schnittstelle, wie zum Beispiel über eine Funkschnittstelle, insbesondere eine RFID-, NFC- oder Bluetooth-Schnittstelle, oder eine optische Schnittstelle ausgelesen.
Aufgrund der Identifikatoren kann dann auf die räumliche Position des Objekts relativ zu den M Antennen rückgeschlossen werden, da die Identifikatoren je einer der Codesequenzen und damit auch je einer der Antennen zugeordnet sind.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erkennung der räumlichen Position durch den CDMA-Empfänger des Objekts aufgrund einer Zuordnungsvorschrift, welche jeder der Codesequenzen unmittelbar eine räumliche Position einer der Antennen zuordnet, nämlich derjenigen Antenne, der die betreffende Codesequenz zugeordnet ist und über welche die betreffende Codesequenz gesendet wird. In diesem Fall sendet das Objekt nicht die Identifikatoren, sondern die bereits ermittelte räumliche Position.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da ausschließlich die Codesequenzen über die Antennen ausgesendet werden, und zwar ohne dass über die Codesequenzen weitere Nutzerinformationen übertragen werden müssen. Es wird also lediglich ein CDMA Träger in Form der Codesequenzen gesendet, ohne dass den Codesequenzen eine Nutzerinformation aufmoduliert wäre. Mit entsprechend geringem Aufwand ist auch das Empfangen der Codesequenzen und die weitere Datenverarbeitung zur Ermittlung der Position implementierbar.
Hierzu ist es lediglich erforderlich aufgrund einer Zuordnungsvorschrift diejenigen Antennen bzw. deren räumlichen Positionen zu ermitteln, von denen Codesequenzen empfangen worden sind. Aus den so ermittelten Antennen bzw. deren vorbekannten räumlichen Lagen ergibt sich dann ohne Weiteres die räumliche Position des Objekts.
Ausführungsformen der Erfindung sind insbesondere deshalb besonders vorteilhaft, da die Position eines Objekts mit geringem technischen Aufwand und dabei kurzer Latenzzeit ermittelt werden kann. Ausführungsformen der Erfindung sind daher besonders geeignet zur Ermittlung der räumlichen Position von Spielsteinen, insbesondere von Gesellschaftsspielen, bevorzugt von Brettspielen, oder Glücksspielen, insbesondere Roulette.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle des Objekts um eine Funkschnittstelle, insbesondere im Radiofrequenzbereich, wie zum Beispiel eine RFID-, NFC- oder Bluetooth-Schnittstelle. Alternativ oder zusätzlich kann die kontaktlose Kommunikationsschnittstelle des Objekts als optische Schnittstelle ausgebildet sein, beispielsweise durch einen Infrarotsender.
Nach einer Ausführungsform bilden die Antennen ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Koordinatensystem, wie zum Beispiel ein kartesisches Koordinatensystem. Die Antennen verlaufen dann vorzugsweise jeweils parallel zu einer der Koordinatenachsen. Im Falle eines zweidimensionalen Koordinatensystems bedeutet dies, dass die Antennen entweder parallel zur x-Achse oder zur y-Achse verlaufen. Die räumliche Lage jeder der Antennen lässt sich dann also über einen einzigen Wert, nämlich deren x- bzw. y-Koordinate beschreiben.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat jedes der Objekte eine eigene Energieversorgung, wie zum Beispiel eine Primär- oder eine Sekundärbatterie. Besonders vorteilhaft ist aber, wenn die Energieversorgung über die Antennen erfolgt, wie zum Beispiel durch induktive Einkopplung von elektrischer Energie. Hierzu können die Antennen verwendet werden, über welche die orthogonalen Codesequenzen abgesendet werden. Im Falle der Ausbildung der Kommunikationsschnittstelle als Funkschnittstelle, insbesondere als RFID- oder NFC-Schnittstelle, können ein oder mehrere weitere Antennen zum Beispiel in dem Roulettetisch oder dem Spielbrett angeordnet sein, um mit der Kommunikationsschnittstelle des Objekts über Funk zu kommunizieren. Über diese weiteren Antennen kann alternativ oder zusätzlich die Einkopplung der elektrischen Energie in die Objekte erfolgen.
Insbesondere kann dabei so vorgegangen werden, dass in einer Ortungsphase zunächst die Codesequenzen ausgesendet, von dem Objekt empfangen und ausgewertet werden, indem die Identifikatoren bzw. die räumliche Position von dem Objekt ermittelt wird. Die für den Betrieb des Objekts in dieser Ortungsphase benötigte elektrische Energie kann induktiv über die Antennen erfolgen, über die die Codesequenzen gesendet werden und/oder über die Antenne, welche zur Kommunikation mit der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle dient.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung gibt es neben der Ortungsphase, in der die CDMA-basierte Aussendung der Codesequenzen erfolgt, eine Auslesephase. Die Ortungsphase und die Auslesephase können dabei sequenziell erfolgen, das heißt auf die Ortungsphase folgt anschließend die Auslesephase. Für das Aussenden der CDMA-Codesequenzen und das Auslesen der Identifikatoren bzw. der Position kann je nach Ausführungsform dasselbe Antennensystem oder zwei separate Antennensysteme verwendet werden, wovon eines für die Sendung der Codesequenzen und das andere für das Auslesen dient.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Ortungsphase und die Auslesephase parallel zueinander verlaufen, insbesondere unter Verwendung je eines Antennensystems für die Ortungsphase und die Auslesephase. insbesondere können die Ortungsphase und die Auslesephase asynchron zueinander erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft bei schnell beweglichen Objekten, wo die Ortung kontinuierlich erfolgen soll, zum Beispiel bei Flugobjekten. Insbesondere kann hierbei so vorgegangen werden, dass sowohl die Ortungsphase als auch die Auslesephase zyklisch verlaufen, das heißt die Aussendung der CDMA-Codesequenzen erfolgt wiederholend in festen oder variablen Zeitintervallen oder kontinuierlich sowie auch das Auslesen der Identifikatoren bzw. der Position.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung folgt auf die Auslesephase eine weitere Phase, in der als Ergebnis der Auslesephase ein Signal zu dem Objekt gesendet wird. Beispielsweise werden die in der Auslesephase ausgelesen Daten, wie z. B: Identifikatoren oder die Position, von einem erfindungsgemäßen elektronischen System verarbeitet, wie z. B. durch die erfindungsgemäße elektronische Schaltung. Als Ergebnis dieser Datenverarbeitung wird dann das Signal erzeugt, welches von dem elektronischen System an das Objekt gesendet wird Dabei kann als Rückkanal das für die Sendung der CDMA Codesequenzen verwendete Antennensystem und/oder das für das Auslesen verwendete Antennensystem verwendet werden. Bei dem Signal kann es sich um ein Steuerungs-, Regelungs-, Reaktions-, Navigations-, oder Datentransfersignal handeln, beispielsweise um eine Bewegung oder Aktion des Objekts zu steuern.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Energieversorgung der Objekte passiv, das heißt beispielsweise durch eine induktive Einkopplung über das oder die Antennensysteme oder ein zusätzliches induktives Feld. Alternativ erfolgt die Energieversorgung semipassiv, das heißt über eine Primärbatterie, eine Sekundärbatterie (Akku) oder einen Kondensator als Pufferspeicher für die eingekoppelte Energie, oder aktiv über eine eigene Stromversorgung, wie zum Beispiel eine Solarzelle oder einen Antrieb des Objekts.
Nach Ausführungsformen der Erfindung sendet das Objekt ein Signal, nachdem es ein oder mehrere der Codesequenzen über CDMA empfangen und ausgewertet hat. Beispielsweise sendet das Objekt ein Signal zur Übertragung der Identifikatoren bzw. der von dem Objekt aufgrund der empfangenen Codesequenzen ermittelten Position. Das Objekt kann aber auch aus den Identifikatoren und/oder seiner ermittelten Position aufgrund von Datenverarbeitungsschritten ein weiteres Signal ableiten, wie zum Beispiel einen Steuerungsbefehl, eine Warnmeldung, eine Vergebührungsinformation, ein Start- oder Stoppkommando oder eine andere Information, die von dem Objekt gesendet wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine entsprechende elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung kann so ausgebildet sein, dass aus den empfangenen Codesequenzen lediglich die entsprechenden Identifikatoren erkannt und abgespeichert werden, um sie anschließend über die kontaktlose Schnittstelle auszugeben. Alternativ kann die elektronische Schaltung so ausgebildet sein, dass aus den empfangenen Codesequenzen bereits die Position des Objekts abgeleitet und über die kontaktlose Kommunikationsschnittstelle ausgegeben wird.
Nach Ausführungsformen der Erfindung ist die elektronische Schaltung als sogenanntes Funketikett, das heißt als RFID-Tag oder NFC-Tag ausgebildet. Insbesondere kann eine elektronische Schaltung als Halberleiterchip ausgebildet und in das Objekt integriert sein. Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die elektronische Schaltung ganz oder teilweise drucktechnisch auf das Objekt aufgebracht werden; insbesondere kann die elektronische Schaltung ganz oder teilweise polymerelektronisch und/oder mit Hilfe leitfähiger Tinte realisiert sein.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein elektronisches System mit einem oder mehreren Objekten, die jeweils eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung aufweisen, sowie mit M Antennen, die zur Sendung der orthogonalen Codesequenzen mittels CDMA dienen und mit einer kontaktlosen Schnittstelle zum Zugriff auf die entsprechende kontaktlose Schnittstelle des oder der Objekte, um die Identifikatoren bzw. die Position auszulesen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die in dieselbe Koordinatenrichtung verlaufenden Antennen äquidistant angeordnet, und haben beispielsweise einen Abstand von A. Die Reichweite einer Antenne soll dann mindestens A/2 betragen, um eine eindeutige Zuordnung des Objekts zu einer der Antennen zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Reichweite jeder der Antennen kleiner als A, insbesondere höchstens 3/4 A.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das elektronische System mehrere Gruppen von M Antennen, wobei über die Antennen jeder dieser Gruppen dieselben orthogonalen Codesequenzen gesendet werden. Die Sendereichweite jeder der Antennen ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass diese nicht in die Reichweite der entsprechenden Antenne einer anderen der Gruppen eingreift. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn benachbarte Antennen unterschiedlicher Gruppen unterschiedlichen Codesequenzen zugeordnet sind. In diesem Fall ist die räumliche Lage der Gruppen in der Zuordnungsvorschrift beinhaltet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das elektrische System eine Netzwerkschnittstelle. Diese ermöglicht es dem elektrischen System die ermittelte räumliche Position eines elektrischen Schaltkreises einem externen Gerät zu übermitteln. Bei einem externen Gerät kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere weitere erfindungsgemäße elektronische Systeme handeln, oder auch um einen Computer, oder ein Netzwerk welches elektronische Systeme und/oder Computer beinhaltet. Um Positionsdaten eines elektrischen Schaltkreises übermitteln zu können, sind die Prozessormittel angepasst, die Positionsdaten in eine maschinenlesbare Information zu transformieren welche in einer Nachricht zusammengefasst werden. Weiter sind die Prozessormittel angepasst eine solche Nachricht über die Netzwerkschnittstelle zu versenden.
Dementsprechend sind nach einer Ausführungsform der Erfindung die Prozessormittel des elektronischen Systems angepasst um Nachrichten über eine Netzwerkschnittstelle zu empfangen und den Inhalt dieser Nachrichten auszuwerten. Somit ist es möglich, dass zwei oder mehr erfindungsgemäße elektronische Systeme einander die ermittelten Positionen von elektrischen Schaltungen innerhalb ihres Kontrollbereichs, also des Bereichs, der durch ihr Antennenraster abgedeckt wird, mitteilen. Hierbei ist es möglich, dass neben der Positionsinformation noch weitere Informationen die elektrische Schaltung betreffend in einer Nachricht enthalten sind. So kann beispielsweise noch ein Attribut der elektronischen Schaltung übermittelt werden. Beispielsweise könnte dies im Falle, dass es sich bei der elektronischen Schaltung um einen Jeton oder eine Spielfigur eines Spiels handelt, der Wert des Jetons oder die Art und Eigenschaften der Spielfigur sein. Weiter ist es auch möglich, dass die erfindungsgemäßen elektronischen Systeme Nachrichten austauschen, die Informationen enthalten, welche keinen direkten Bezug zu den elektronischen Schaltungen haben. Wiederum im Falle einer Nutzung der Erfindung im Rahmen eines Spiels könnte eine solche Information ein Spielstand sein. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektronische System weiter mit Mitteln zum Anzeigen des Inhalts einer empfangenen Nachricht ausgestattet. Wiederum am Beispiel einer Nutzung der Erfindung im Rahmen eines Spiels wie beispielsweise Schach, können die elektronischen Systeme der Teilnehmer einander mitteilen, welchen Spielzug der jeweils andere Spieler ausgeführt hat. Nach Eingang einer Nachricht mit entsprechendem Inhalt wird der Inhalt von den Prozessormitteln des elektronischen Systems ausgewertet. Die Anzeigemittel könnten nun darin bestehen, dass die Felder des Schachbretts mit Leuchtmitteln ausgestattet sind. Beispielsweise kann dann ein Zug des Gegenspielers dadurch angezeigt werden, dass das Feld auf welchem die beteiligte Figur steht aufleuchtet und weiter die Felder aufleuchten, die die Figur im Rahmen des Spielzugs passiert. Die Mittel zur Anzeige können insbesondere auch so ausgeführt sein, dass je nach Art der Nutzung des elektronischen Systems das von dem Antennenraster umschriebene Gebiet beispielsweise durch ein e-Paper oder ein möglichst dünnes und/oder faltbares Display abgedeckt ist, welches je nach Anwendungsfall verschiedene Oberflächen anzeigen kann. Wiederum am Beispiel eines Spiels können auf dem e-Paper oder Display verschiedene Spielpläne angezeigt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System, welches mindestens zwei elektronische Systeme gemäß obiger Ausführungen, sowie mindestens einen Computer beinhaltet. Die elektronischen Systeme sind hierbei in der Lage über einen definierten Kommunikationskanal, wie beispielsweise das Internet, oder ein lokales Netzwerk, untereinander Nachrichten auszutauschen. Der Computer ist hierbei mit dem Kommunikationskanal verbunden. Der Computer ist angepasst um Nachrichten von den elektronischen Systemen zu empfangen, oder Nachrichten an diese zu senden.
Weiter ist der Computer in der Lage die Informationen, welche in den Nachrichten enthalten sind auszulesen und zu verarbeiten. So kann der Computer beispielsweise anhand der Daten, welche die Positionen von elektronischen Schaltkreisen im Kontrollbereich der elektronischen Systeme reflektieren, überprüfen, ob die Verteilung der elektronischen Schaltkreise in beiden Kontrollbereichen gleich ist. Weiter kann der Computer einer Nachricht auch Informationen hinzufügen. Beispielsweise kann der Computer im Falle der Nutzung der Erfindung in einem Brettspiel anhand der erhaltenen Positionsdaten der Spielfiguren (repräsentiert durch elektronische Schaltkreise), Spielstände, Punktzahlen oder ähnliches bestimmen, oder den Spielverlauf auf Regelverstöße überprüfen. Die Ergebnisse kann der Computer den Nachrichten beifügen, sodass diese durch die elektronischen Systeme den Nutzern angezeigt werden. Sind mehrere Computer in dem System enthalten, so sind diese angepasst auch Informationen untereinander auszutauschen.
Ebenfalls ist es möglich dass der Computer die erhaltenen Informationen oder Ergebnisse, welche auf den erhaltenen Informationen beruhen beispielsweise über ein Display anzeigt. Bei dem Computer kann es sich um einen Netzwerk-Server, einen stationären PC, einen Laptop, einen Tablet-PC oder ein Smartphone handeln.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Kommunikationskanal um ein soziales Netzwerk, wie beispielsweise Facebook, MySpace, oder Google+.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Gesellschaftsspiel mit Spielsteinen, insbesondere Spielfiguren oder Jetons, und mit einem elektronischen System, um die Position der Spielsteine automatisch zu ermitteln. Neben der Positionsinformation kann in jedem der Spielsteine zumindest ein weiteres Attribut gespeichert sein, wie z. B. ein Wert, der ebenfalls über die kontaktlose Schnittstelle ausgelesen werden kann, insbesondere ein Betrag, ein Buchstabe, eine Zahl oder ein anderes Symbol oder eine Sequenz oder Sequenzen hiervon.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die M Antennen und gegebenenfalls die Antenne zur Kommunikation mit der kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle des Objekts in einem Roulettetisch angeordnet. Jeder der Jetons des Roulettespiels hat eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung zur Ermittlung der Position des Jetons auf dem Roulettetisch, das heißt der Lage jedes der Jetons relativ zu den Einsatzfeldern. Ferner kann über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle der Wert eines Jetons ausgelesen werden.
Bei einem Brettspiel hingegen können die Antennen in oder auf dem Spielbrett angeordnet sein. Handelt es sich zum Beispiel um ein Scrabblespiel, können neben der Lage der einzelnen Spielsteine auch der von jedem Spielstein repräsentierte Buchstabe zum Beispiel über RFID ausgelesen werden, um den Spielverlauf elektronisch aufzuzeichnen und auszuwerten. Insbesondere kann auf diese Art und Weise die Punktzahl für jeden Spieler automatisch ermittelt und angezeigt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Automatisierungssystem mit einem Roboter und einer Steuerungsvorrichtung für den Roboter. Der Roboter dient zur Handhabung zumindest eines Objekts, welches mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung versehen ist. Das Automatisierungssystem beinhaltet ein erfindungsgemäßes elektronisches System, um die Position des Objekts zu ermitteln und in die Steuerungsvorrichtung des Roboters einzugeben. Der Roboter wird dann von der Steuerungsvorrichtung entsprechend angesteuert, um beispielsweise das Objekt zu greifen.
Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Systems,
2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Objekts mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung,
3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,
4 der Kreuzungsbereich von zwei Antennen, die als Dipolantennen ausgebildet sind,
5 die Überlagerung der Codes in dem Kreuzungsbereich der Antennen gemäß 3,
6 vier Dipolantennen mit ihrem Ausbreitungsbereich,
7 neun verschiedene Positionen, welche mit Hilfe der vier Antennen gemäß 5 erkannt werden können,
8 eine Ausführungsform mit zwei weiteren Antennen als Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 6 zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung,
9 mehrere Gruppen von M Antennen,
10 eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 8 mit weiteren Antennen zur Erhöhung der Genauigkeit,
11 eine Ausführungsform mit Patchantennen, wobei jede der Patchantennen einen eigenen Code aussendet,
12 eine Ausführungsform mit einem Brettspiel, welches über einen Computer mit dem Brettspiel eines weiteren Spielers verknüpft ist.
In den nachfolgenden Ausführungsformen werden einander entsprechende oder identische Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Systems 100. Das elektronische System 100 beinhaltet eine Anzahl von M Antennen, wobei M hier gleich 6 ist. Die Antennen sind hier jeweils als Dipolantennen ausgebildet und definieren durch ihre Lage ein Koordinatensystem, nämlich ein kartesisches Koordinatensystem. In x-Richtung verlaufen die Antennen 102, 104 und 106, und zwar an den y-Koordinaten y = 0, y = 1 bzw. y = 2. Parallel zur y-Achse verlaufen dagegen die Antennen 108, 110 und 112 nämlich an den x-Koordinaten x = 0, x = 1 bzw. x = 2.
Die Antennen erstrecken sich in einem räumlichen Bereich 114. Bei diesem räumlichen Bereich 114 kann es sich zum Beispiel um ein Spielfeld, insbesondere die Einsatzfelder eines Roulettetisches, das Spielbrett eines Gesellschaftsspiels oder einen Lagerbereich zur Aufnahme eines Gutes, wie zum Beispiel einen Lagerbehälter, eine Palette oder dergleichen handeln. Es kann sich bei dem räumlichen Bereich 114 aber auch um einen Gebäudebereich oder einen Geländebreich handeln, insbesondere wenn das Objekt 120 als Navigationssystem ausgebildet ist.
Jeder der Antennen 102 bis 112 ist je eine orthogonale Codesequenz eindeutig zugeordnet. Insbesondere ist der Antenne 108 (x = 0) die Codesequenz 0, der Antenne 110 (x = 1) die Codesequenz 1, der Antenne 112 (x = 2) die Codesequenz 2, der Antenne 102 (y = 0) die Codesequenz 3, der Antenne 104 (y = 1) die Codesequenz 4 und der Antenne 106 (y = 2) die Codesequenz 5 eindeutig zugeordnet.
Zueinander orthogonale Codesequenzen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere können hier Walsh-Funktionen M-ter Ordnung verwendet werden (vergleiche hierzu „Nachrichtenübertragung", K. D. Kammeyer, Teubner, 1996, 2. Auflage, S. 640).
Das elektronische System 100 beinhaltet ein elektronisches Gerät 116 mit einem Code Division Multiple Access(CDMA)-Sender 118, der mit den Antennen 102–112 verbunden ist. Der CDMA-Sender 118 dient dazu, in einer Ortungsphase die M Codesequenzen vorzugsweise gleichzeitig über die Antennen 102–112 abzusenden. Vorzugsweise sendet der CDMA-Sender 118 ausschließlich die M Codesequenzen über die jeweils den Codesequenzen zugeordneten Antennen ab, das heißt über die Codesequenzen selbst hinaus wird keine weitere Nutzerinformation übertragen; die Codesequenzen dienen also nicht als Trägersignal, sondern sind die zu übertragende Information selbst.
Allerdings kann der CDMA Sender zur Übertragung weiterer Signale ausgebildet sein, welche für die Übertragung der CDMA-Codesequenzen vorteilhaft sein können, insbesondere Signale zur Leitungscodierung und zur Signalmodulation. Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Aussendung der Codesequenzen über einen RFID-Träger.
Zu dem elektronischen System 100 gehört zumindest ein Objekt 120, beispeilsweise mit einer elektronischen Schaltung 122 (vergleiche 2). Die elektronische Schaltung 122 hat eine kontaktlose Schnittstelle 124, wie zum Beispiel eine RFID-Schnittstelle. Insbesondere kann die elektronische Schaltung 122 als RFID-Chip ausgebildet sein.
Zur Kommunikation mit der kontaktlosen Schnittstelle 124 kann eine weitere Antenne vorhanden sein, wie in der 1 dargestellt. Beispielsweise kann es sich bei der weiteren Antenne um eine oder mehrere Antennenwindungen handeln, die in dem Bereich 114 verlaufen, um so über eine elektromagnetische Kopplung mit der kontaktlosen Schnittstelle 124 einen Kommunikationskanal aufzubauen, wie zum Beispiel nach einem RFID- oder NFC-Verfahren.
Vorzugsweise kann über die weitere Antenne auch die Energieversorgung der elektronischen Schaltung 122 erfolgen, nämlich durch induktive Einkopplung.
Die weitere Antenne kann an einen RFID-Leser 130 des elektronischen Geräts 116 angeschlossen sein.
In der hier betrachteten Ausführungsform ist der RFID-Leser 130 mit den Antennen 102 bis 112 verbunden. Nachdem der CDMA-Sender 118 die Codesequenzen gesendet hat, so liest der RFID-Leser 130 durch Ansteuerung derselben Antennen 102 bis 112 den oder die Identifikatoren bzw. die Position oder ein anderes Signal aus dem Objekt 120 aus.
Das elektronische System 100 hat zumindest einen Mikroprozessor 132 zur Ausführung von Programmmodulen 134, 136 und 138. Ferner hat das elektronische Gerät 116 einen elektronischen Speicher 140 zur Speicherung einer Zuordnungsvorschrift, welche jedem der Identifikatoren der Codesequenzen 0–5 jeweils eine der Antennen bzw. der Antennenkoordinaten zuordnet. Beispielsweise kann es sich bei der Zuordnungsvorschrift um eine Zuordnungstabelle 142 handeln, die in dem Speicher 140 gespeichert ist. Die Zuordnungstabelle hat bei der hier betrachteten Ausführungsform den folgenden Inhalt:

Identifikator der Codesequenz Antennenkoordinate

0 x = 0

1 x = 1

2 x = 2

3 y = 0

4 y = 1

5 y = 2
Das elektronische Gerät 116 kann ferner eine Nutzerschnittstelle, wie zum Beispiel eine Anzeige 144, aufweisen.
Im Betrieb wird zunächst in einer Ortungsphase das Programmmodul 134 ausgeführt. Durch Ausführung des Programmmoduls 134 wird der CDMA-Sender 118 angesteuert, sodass die Codesequenzen mit den Identifikatoren 0–5 über die jeweiligen Antennen 102–112 abgesendet werden. Das Objekt 120 empfängt daraufhin mit Hilfe seiner elektronischen Schaltung 122 die Codesequenzen derjenigen Antennen, in deren Reichweite es sich befindet.
Wenn beispielsweise die Antennen, welche in dieselbe Koordinatenrichtung verlaufen, jeweils um einen Abstand A voneinander beabstandet sind, so beträgt die Reichweite jeder der Antennen beispielsweise A/2. In dem hier betrachteten Fall befindet sich das Objekt 120 in seiner in der 1 gezeigten Position, nämlich am Kreuzungspunkt der Antennen 104 und 110, also in der Reichweite nur dieser beiden Antennen 104 und 110 und empfängt daher auch nur die Codesequenzen, die über diese beiden Antennen von dem CDMA-Sender 118 in der Ortungsphase ausgesendet werden, nämlich die Codesequenz 1 und die Codesequenz 4. Das Objekt 120 speichert daraufhin die Identifikatoren der empfangenen Codesequenzen, das heißt den Identifikator 1 und den Identifikator 4, womit bei dieser Ausführungsform die Ortungsphase abgeschlossen ist.
In der nachfolgenden Auslesephase wird durch Ausführung des Programmmoduls 136 der RFID-Leser 130 von dem Prozessor 132 angesprochen, sodass dieser den Speicherinhalt des Objekts 120 ausliest, sodass in dem hier betrachteten Fall die Identifikatoren 1 und 4 durch das elektronische Gerät 116 empfangen werden. Durch Ausführung des Programmmoduls 136 wird dann auf die Zuordnungstabelle 142 des Speichers 140 zugegriffen, um durch eine Lookup-Operation die den Identifikatoren, das heißt hier 1 und 4, zugeordneten Antennenkoordinaten aus der Zuordnungstabelle 142 auszulesen. Für den Identifikator 1 ergibt dies die x-Position x = 1 und für den Identifikator 4 die y-Position y = 1, womit gleichzeitig die Koordinaten und damit die Position des Objekts 120 in dem durch die Antennen 102–112 aufgespannten Koordinatensystem gegeben ist, nämlich die Koordinaten x = 1 und y = 1.
Nachfolgend erfolgt durch Ausführung des Programmmoduls 138 die Ausgabe der erkannten Position des Objekts 120 über eine Nutzerschnittstelle, wie zum Beispiel über die Anzeige 144. Entsprechend kann für weitere Objekte 120 verfahren werden, die sich in dem Bereich befinden. Diese können z. B. über RFID ausgelesen werden, insbesondere durch Anwendung einer Verfahrens zur Kollisionsvermeidung (vgl. „RFID Handbuch", Klaus Finkenzeller, 5. Auflage, 2008, Carl Hanser Verlag, Kapitel 72).
Die Komponenten des elektronischen Geräts 116 können in einer einzigen physischen Einheit realisiert sein oder als räumlich verteilt angeordnete Systemkomponenten, die miteinander kommunizieren können, insbesondere auch über ein Netzwerk.
Die 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Objekts 122. In einem Randbereich des Objekts verläuft die Antenne 128, welche mit der kontaktlosen Schnittstelle 124 der elektronischen Schaltung 122 verbunden ist. Die elektronische Schaltung 122 hat einen CDMA-Empfänger 146, der eine Zuordnungsvorschrift 148 implementiert, durch welche jeder der M Codesequenzen deren Codesequenz-Identifikator zugeordnet wird.
Empfängt der CDMA-Empfänger 146 beispielsweise die Codesequenz 0, so wird dieser über die Zuordnungsvorschrift 148 deren Identifikator 0 zugeordnet. Entsprechend verhält es sich mit den weiteren Codesequenzen 1–5. Der CDMA-Empfänger 146 kann sämtliche der Codesequenzen 0–5 gleichzeitig empfangen, das heißt der CDMA-Empfänger 146 empfängt das Summensignal, welches sich durch Überlagerung der von den Antennen 102–112 ausgesendeten Codesequenzen ergibt und versucht dann, sämtliche dieser Signale mit Hilfe derselben, dem CDMA-Empfänger 146 vorab bekannten Codesequenzen zu empfangen.
Für diejenigen Codesequenzen, für die dies gelingt, erfolgt die Zuordnung zu dem betreffenden Codesequenz-Identifikator, welcher dann in einem elektronischen Speicher 150 gespeichert wird, durch einen Prozessor 156.
Ein Speicherbereich 152 des Speichers 150 beinhaltet dann die Identifikatoren sämtlicher Codesequenzen, welche in der Ortungsphase von dem CDMA-Sender 118 des elektronischen Geräts 116 (vergleiche 1) ausgesendet worden sind. Zusätzlich kann der Speicher 150 einen Speicherbereich 154 beinhalten, in dem ein Attribut des Objekts 120 gespeichert ist, wie zum Beispiel ein Wert, insbesondere ein Betrag, eine Zahl, ein Buchstabe oder ein Symbol.
Über die kontaktlose Schnittstelle 124 kann der RFID-Leser 130 sowohl die Identifikatoren aus dem Speicherbereich 152 sowie auch das Attribut aus dem Speicherbereich 154 auslesen. Nach Ableitung der Positionen des Objekts 120 aus den Identifikatoren, z. B. mit Hilfe der Zuordnungstabelle 142 (vgl. 1), kann dann die Position des Objekts 120 zusammen mit dem Attribut 154 über die Anzeige 144 ausgegeben werden.
Die 3 zeigt ein entsprechendes Flussdiagramm.
In dem Schritt 200 werden sämtliche der M Codesequenzen mittels CDMA über die M Antennen ausgesendet. In dem Schritt 202 empfängt das Objekt daraufhin eine Teilmenge dieser Codesequenzen und speichert die Identifikatoren der empfangenen Codesequenzen in dem Schritt 204. In dem Schritt 206 werden zumindest die Identifikatoren aus dem Objekt ausgelesen und in dem Schritt 208 werden mit Hilfe der Identifikatoren die Antennenpositionen ermittelt, von denen die betreffenden Codesequenzen empfangen worden sind, beispielsweise durch Zugriff auf die Zuordnungstabelle 142 (vergleiche 1). Das sich daraus ergebende Positionssignal wird dann in dem Schritt 210 ausgegeben.
Alternativ kann die Ermittlung der Position auch durch das Objekt 120 selbst erfolgen. In diesem Fall ist die Zuordnungstabelle 142 in dem Speicher 150 des Objekts 120 abgelegt, sodass mit Hilfe der Identifikatoren der empfangenen Codesequenzen die Koordinaten der räumlichen Position des Objekts 120 durch das Objekt selbst ermittelt werden können. In diesem Fall kann über die kontaktlose Schnittstelle 124 unmittelbar die Position ausgelesen werden.
Alternativ ist das Objekt 120 als Navigationsgerät ausgebildet. In diesem Fall wird die Position nicht über die kontaktlose Schnittstelle 124 ausgelesen, sondern lokal durch eine Navigationsfunktion weiterverarbeitet.
Das elektronische System nach den vorstehenden Ausführungsformen kann auch als Automatisierungssystem mit einem Roboter 158 (vgl. 1) ausgebildet sein. Der Roboter ist mit dem elektronischen Gerät (116) verbunden und empfängt von dort die Position des Objekts mit seiner Robotersteuerung. Die Robotersteuerung steuert dann einen Greifer des Roboters dementsprechend an, um das Objekt 120 zu greifen.
Die 4 zeigt exemplarisch die Antennen 104 und 110 in deren Kreuzungsbereich mit den jeweiligen Reichweiten R, die jeweils schraffiert dargestellt sind. Die Reichweite R kann hier wesentlich kleiner als A (vgl. z. B. 6) sein, so dass die Position des Objekts nur dann bestimmbar ist, wenn sich das Objekt in unmittelbare Nähe oder auf einer der Antennen befindet.
Die 5 zeigt den Kreuzungsbereich der Antennen 104 und 110, wenn über die Antenne 104 eine Codesequenz mit dem Identifikator a und über die Antenne 110 eine Codesequenz mit dem Identifikator b abgesendet wird. Befindet sich das Objekt 120 in dem Kreuzungsbereich der Antennen 104 und 110, so empfängt es dann die Identifikatoren a und b.
Die 6 zeigt eine entsprechende Darstellung für vier Antennen, wie zum Beispiel die Antennen 108, 110 und 102 und 104, über die orthogonale Codesequenzen mit den Identifikatoren a, b, c bzw. d abgesendet werden und die jeweils um A voneinander beabstandet sind, wie in der 6 gezeigt, Die Reichweiten R der Antennen sind in der 6 durch Schraffungen gezeigt: Die Reichweiten R betragen hier jeweils A/2.
Die Möglichkeiten für Positionserkennungen in dem sich daraus ergebenden Bereich 114 sind in der 7 dargestellt. Befindet sich beispielsweise das Objekt 120 an dem Kreuzungspunkt der Antennen 104 und 108, so empfängt das Objekt 120 die Codesequenzen mit den Identifikatoren a und d. Wenn sich das Objekt 120 auf der Antenne 104 befindet, und zwar zwischen den Antennen 108 und 110, so empfängt es neben der Codesequenz mit dem Identifikator d auch die Codesequenzen a und b der Antennen 108 und 110, zwischen denen sich das Objekt 120 befindet, da sich das Objekt 120 gerade noch innerhalb der jeweiligen Reichweiten befindet. Der Bereich 114 kann sich z. B. in einem Spielfeld 126 befinden, wie z. B. einem Roulettetisch.
Befindet sich das Objekt 120 im Flächenschwerpunkt des Bereichs 114, so befindet es sich innerhalb der Reichweite sämtlicher der Antennen 108, 110, 102 und 104 und empfängt dementsprechend die Codesequenzen mit den Identifikatoren a, b, c und d.
Wie aus der 7 ersichtlich, empfängt also das Objekt 120 an jeder der neun verschiedenen gezeigten Positionen eine charakteristische Kombination von Identifikatoren, aus denen die Position des Objekts 120 abgeleitet werden kann.
Die 8 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsformen nach 7 und zwar mit einer weiteren Antenne pro Koordinatenrichtung. Bei der hier betrachteten Ausführungsform werden über die Antennen 108, 110, 112 sowie 102, 104 und 106 Codesequenzen mit den Identifikatoren a, e, b, bzw. c, f, d abgesendet. Die positionsabhängigen Kombinationen von Codesequenzen, die das Objekt 120 empfängt, sind in der 8 für den Bereich 114 dargestellt.
Die 9 zeigt eine Anordnung der CDMA-Sendeantennen, welche in einer Anzahl von N Gruppen zusammengefasst sind. In y-Richtung verlaufen vier äquidistante parallele Antennen, über welche Codesequenzen mit den Identifikatoren a, b, c bzw. d abgesendet werden. In x-Richtung verläuft pro Gruppe eine Anzahl von n äquidistanten parallelen Antennen, über welche Codesequenzen mit den Identifikatoren 1, 2, ... n abgesendet werden.
Diese Zuordnung von Codesequenzen zu Antennen wiederholt sich für die in x-Richtung verlaufenden Antennen pro Gruppe nach einem vorgegebenen räumlichen Muster, wie in der 9 dargestellt. Trotz dieser Wiederholung von Codesequenzen ist eine eindeutige Positionsbestimmung möglich, da die Reichweiten der Antennen begrenzt sind. Auch hinsichtlich benachbarter Antennen zweier nebeneinander angeordneter Gruppen, welche in x-Richtung verlaufen, hier der Antenne, welche zur Übertragung der Codesequenz n dient und der Antenne, die zur Übertragung der Codesequenz 1 dient, ist eine eindeutige Positionserkennung möglich, da in den einzelnen Gruppen immer dieselbe Abfolge von 1 bis n hinsichtlich der räumlichen Zuordnung zu den Antennen einer Gruppe gewählt ist.
In der Ortungsphase werden die N Gruppen beispielsweise nacheinander in einer fest vorgegebenen Reihenfolge angesteuert, um die jeweiligen Codesequenzen abzusenden.
Die 10 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 9, bei der die Anzahl der Antennen in x- und y-Richtung zur Vergrößerung der Bereiche 114 bzw. zur verbesserten Präzision der Positionserkennung sowohl in x- als auch in y-Richtung erhöht worden ist.
Die 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die verschiedenen Antennen, welche zur Aussendung der Codesequenzen dienen, als Patchantennen ausgebildet sind. Über jede der Patchantennen erfolgt die Aussendung einer bestimmten Codesequenz mit einem zugeordneten Identifikator von 1–25. Durch Überlagerung der ausgesendeten Codesequenzen ergeben sich verschiedene Positionierungsmöglichkeiten.
Die Patchantennen können wiederum zu Gruppen zusammengefasst werden, wobei hinsichtlich der Wiederholabstände der Codes die Reichweiten der Signalausbreitung berücksichtigt werden muss, damit es nicht zu Überlagerungen von zwei Ausstrahlungen desselben Codes durch zwei Antennen kommt.
Für eine weitere Steigerung der Genauigkeit können statt Patchantennen Paneel-Antennen verwendet werden, auf deren Oberfläche mehrere Patchantennen aufgebracht sind. Die Auswahl, welche Antennentyp verwendet wird, hängt vom Frequenzbereich (die Seitenlänge einer Patchantenne ist typischerweise durch λ / 4 festgelegt, wobei λ die Wellenlänge ist), den Entfernungen sowie den Genauigkeitsanforderungen ab.
Die 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in welcher ein Raster aus Antennen 201–214 das Spielfeld eines Brettspiels, in diesem Beispiel Schach, abdeckt. Wie zuvor bereits beschrieben, besteht das elektrische System 100 aus einem Raster aus Antennen 201–214, wobei jeder Antenne eine CDMA-Codesequenz zugeordnet ist. Die Antennen 201–214 sind so angeordnet, dass der von ihnen abgedeckte Bereich 114 ein Spielfeld 126 bzw. in diesem Fall ein Schachbrett überspannt. Auf dem Spielfeld befindet sich eine Vielzahl von Spielfiguren, wobei jede der Spielfiguren eine elektronische Schaltung 122 mit zugehöriger Antenne 128 beinhaltet (nicht dargestellt). Die Antennen 201–214 sind an einen CDMA-Sender 118 angeschlossen, der sich innerhalb eines elektronischen Geräts 116 befindet. Das elektronische Gerät 116 beinhaltet weiter die zuvor bereits beschriebenen Komponenten RFID-Leser 130, Anzeige 144, Speicher 140 in dem die Zuordnung von Codesequenz zu Antenne 142 enthalten ist, sowie einen Prozessor 132, welcher Programmmodule zum Senden 134 von Signalen über die Antennen 201–214, Auslesen 136 der Informationen der elektronischen Schaltungen 122, sowie Ausgabe 138 der räumlichen Position der Objekte im Kontrollbereich 144 der Antennen 201–214 beinhaltet. Das elektronische Gerät 116 ist gegenüber den Ausführungen zu 1 um eine Kommunikationsschnittstelle 224 erweitert. Weiter ist der Prozessor 132 um Programmmodule zum Übermitteln 220 von Daten über die Kommunikationsschnittstelle 224, sowie zum Empfangen 222 von Daten über die Kommunikationsschnittstelle 224 erweitert. Das elektrische System 100 ist Teil eines Gesamtsystems 200. Das Gesamtsystem 200 umfasst weiter einen Computer 230, welcher wie das elektronische Gerät 116 eine Kommunikationsschnittstelle 236 beinhaltet. Weiter beinhaltet der Computer 230 eine Anzeige 232, eine Netzwerkschnittstelle 234, sowie einen Prozessor, welcher Programmmodule zum Empfangen 242 oder Übermitteln 248 von Daten über die Kommunikations- 236 oder Netzwerkschnittstelle 234 beinhaltet. Der Prozessor ist weiter mit Programmmodulen ausgestattet, welche es ihm erlauben Nachrichten, welche über die Schnittstellen empfangen wurden zu lesen 244, sowie deren Inhalt auszuwerten 246. Zwischen der Kommunikationsschnittstelle 224 des elektrischen Geräts 116 und der Kommunikationsschnittstelle 236 des Computers 230 besteht eine Kommunikationsverbindung 280. Der Computer 200 ist durch seine Netzwerkschnittstelle 234 in der Lage eine Verbindung 270 mit einem Servercomputer 260, welcher sich in einem Netzwerk 250 befindet, aufzubauen. Der Server ist wiederum mit einem weiteren System 200 gemäß obiger Beschreibung verbunden.
Die hier beschriebene Ausführungsform ist darauf ausgerichtet, ein Brettspiel mit einer Anzahl von Spielern über eine Netzwerkverbindung durchzuführen. Im Folgenden wird der Spielablauf am Beispiel eines Schachspiels erläutert.
An einer Schachpartie sind zwei Spieler beteiligt, im Folgenden mit Spieler 1 und Spieler 2 bezeichnet. Dabei ist Spieler 1 derjenige Spieler, der das in 12 dargestellte Schachbrett vor sich hat.
Bevor das Spiel eröffnet wird, veranlasst der Prozessor 132 das Senden 134 der Codesequenzen über die entsprechenden Antennen 201–214 durch den CDMA-Sender 118. Anschließend wird über den RFID-Leser 130 die von den elektronischen Schaltungen 122 in den Spielfiguren empfangene ID 152, sowie das zugehörige Attribut 154, welches die Spielfigur hinsichtlich Typ und Zugehörigkeit zu einem Spieler charakterisiert, ausgelesen 136. Aus den so erhaltenen Daten, lässt sich wie bereits zuvor beschrieben die aktuelle Position der Spielfiguren auf dem Spielfeld rekonstruieren. Beispielsweise kann nun der Prozessor 132 prüfen, ob alle Figuren an der richtigen Position stehen, sodass das Spiel beginnen kann. Über die Anzeige 144 kann der Prozessor 132 dementsprechend anzeigen, dass das Spiel beginnen kann, oder dass die Positionen von Figuren nicht korrekt sind. Weiter kann der Prozessor den zuletzt ermittelten Spielstand im Speicher 140 ablegen.
Das elektronische Gerät 116 ist über seine Kommunikationsschnittstelle 224 mit einem Computer 230 über dessen Kommunikationsschnittstelle 236 verbunden. Hierbei kann die Verbindung beispielsweise über USB, Bluetooth, optische Verbindungen, FireWire, WiFi oder ähnliches hergestellt werden. Der Prozessor 132 sendet 220 nun eine Nachricht an den Computer 230, welche Informationen enthält, aus denen der aktuelle Spielstand auf dem Spielfeld von Spieler 1 rekonstruiert werden kann. Der Prozessor 240 empfängt 242 diese Nachricht und kann diese nun entweder über die Netzwerkschnittstelle 234 über eine Kommunikationsverbindung 270 an einen Server 260 bzw. an das System 200 des zweiten Spielers übermitteln, oder den Inhalt der Nachricht lesen 244 und auswerten 246. Der Server 260 und das System 200 befinden sich hierbei bevorzugt in einem Netzwerk 250 wie dem Internet. Die Prüfung der korrekten Aufstellung, sowie die Freigabe der Partie kann beispielsweise auch durch den Computer durchgeführt werden.
Nun eröffnet beispielsweise Spieler 1 (schwarz) die Partie, indem er einen Bauer von Position C2 auf Position C3 zieht. Anschließend kann Spieler 1 beispielsweise manuell bestätigen, dass sein Zug beendet ist. Alternativ kann auch die Oberfläche des Spielfelds 126 berührungsempfindlich ausgeführt sein, sodass in dem Moment wo eine Spielfigur auf dem Spielfeld 126 abgesetzt wird, der Spielzug als durchgeführt gewertet wird. Nun wird die aktuelle Spielsituation entlang obiger Ausführungen durch das elektronische Gerät 116 aufgenommen. Durch einen Vergleich mit der im Speicher 140 abgelegten letzten Spielsituation kann beispielsweise der Prozessor 132 rekonstruieren, welche Figur wie bewegt wurde und eine entsprechende Information an das System 200 des Spielers 2 übermitteln. Dabei kann entweder durch ein elektronisches Gerät 116 eines der Spieler, durch einen Computer 230 eines der Spieler oder durch den Servercomputer 260 überprüft werden, ob der durchgeführte Zug regelkonform war. Dementsprechend läuft entweder das Spiel weiter, oder es werden die Spieler durch Anzeigen einer entsprechenden Nachricht auf einer der Anzeigen 144 oder 232 darüber informiert, dass das Spiel aufgrund eines Regelverstoßes unterbrochen ist.
Wenn der Zug des Spielers 1 regelkonform war und an das System 200 des Spielers 2 übermittelt wurde, wird Spieler 2 durch des System 200 die neue Spielsituation angezeigt. Hierbei ist es möglich, dass auf dem Spielfeld selbst eine Animation angezeigt wird, welche den von Spieler 1 durchgeführten Zug verdeutlicht. Ebenso kann auf einer Anzeige 144 oder 232 angezeigt werden, welche Spielfigur bewegt wurde. Es ist ebenso möglich, dass die Spielfiguren der Gegenpartei auf dem Spielfeld des Spielers keine physischen Objekte, sondern auf einem Display angezeigte Figuren, oder Holographien von Spielfiguren sind. Hierdurch muss Spieler 2 den Zug von Spieler 1 nicht rekonstruieren, sondern es wird durch das System 200 die neue Spielsituation eigenständig dargestellt.
Sobald auf dem Spielfeld 126 von Spieler 2 die Spielsituation, welche auf dem Spielfeld 126 von Spieler 1 herrscht, rekonstruiert wurde, kann Spieler 2 seinerseits einen Zug durchführen, der analog zu obigen Ausführungen erfasst, ausgewertet und an das System 200 von Spieler 1 übermittelt wird.
Jegliche Auswertung von ermittelten Positionsdaten der Spielfiguren, beispielsweise zur Prüfung auf Regelverstöße, Ermittlung von Punktzahlen, oder ähnlichem, kann wahlweise in den elektrischen Systemen 100, den Computern 230 oder in einem oder mehreren Servern 260 im Netzwerk 250 erfolgen.
Die Kommunikation zwischen den Systemen 200 kann über ein soziales Netzwerk erfolgen. Möchte beispielsweise ein erster Spieler eine Partie Schach spielen, hat aber noch keinen Mitspieler, kann er sich bei einem entsprechend ausgelegten Anwendungsprogramm innerhalb eines sozialen Netzwerks anmelden und diesem mitteilen, dass er einen Mitspieler sucht. Sobald ein zweiter Spieler sich ebenfalls bei dem Anwendungsprogramm anmeldet und angibt einen Mitspieler zu suchen, kann dem ersten und zweiten Spieler vorgeschlagen werden, eine Partie Schach zu eröffnen. Willigen beide Spieler ein, wird zwischen den Brettspielen der beiden Teilnehmer eine Kommunikationsverbindung, beispielsweise über einen Servercomputer 260 aufgebaut und das Spiel gemäß obiger Ausführungen durchgeführt.
Bezugszeichenliste

100: elektrisches System
102: Antenne
104: Antenne
106: Antenne
108: Antenne
110: Antenne
112: Antenne
114: Bereich
116: elektronische Gerät
118: CDMA-Sender
120: Objekt
122: elektronische Schaltung
124: kontaktlose Schnittstelle
126: Spielfeld
128: Antenne
130: RFID-Leser
132: Prozessor
134: Programmmodul
136: Programmmodul
138: Programmmodul
140: elektronischer Speicher
142: Zuordnungstabelle
144: Anzeige
146: CDMA-Empfänger
148: Zuordnungsvorschrift
150: elektronischer Speicher
152: Speicherbereich
154: Speicherbereich
156: Prozessor
158: Roboter
200: System
201: Antenne
202: Antenne
203: Antenne
204: Antenne
205: Antenne
206: Antenne
207: Antenne
208: Antenne
209: Antenne
210: Antenne
211: Antenne
212: Antenne
213: Antenne
214: Antenne
220: Programmmodul
222: Programmmodul
224: Kommunikationsschnittstelle
230: Computer
232: Anzeige
234: Netzwerkschnittstelle
236: Kommunikationsschnittstelle
240: Prozessor
242: Programmmodul
244: Programmmodul
246: Programmmodul
248: Programmmodul
250: Netzwerk
260: Servercomputer
270: Kommunikationsverbindung
280: Kommunikationsverbindung

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

US 5604765 [0002]
US 5995043 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„The Qualcomm/SnapTrack Wireless-Assisted GPS Hybrid Positioning System and Results from Initial Commercial Deployments”, Z. Biacs, G. Marshall, M. Moeglein, W. Riley [0004]
„eScrabble – das intelligente Brettspiel”, Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) (http://www.apz.izm.fraunhofer.de/bau/picture/upload/1_Scrabble_D.pdf) [0005]
„RFID ortsgenau auslesen”, productronic 10, 2008, Seite 58 [0005]
„Nachrichtenübertragung”, K. D. Kammeyer, Teubner, 1996, 2. Auflage, S. 640 [0057]
„RFID Handbuch”, Klaus Finkenzeller, 5. Auflage, 2008, Carl Hanser Verlag, Kapitel 72 [0070]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Objekts (120) mit folgenden Schritten: – Senden von einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen über eine Anzahl von zumindest M Antennen (102, 104, 106, 108, 111, 112) mittels CDMA, wobei jede der Codesequenzen über eine andere der M Antennen ausgesendet wird, und wobei die M Antennen in einem räumlichen Bereich verteilt angeordnet sind, – Empfang einer Teilmenge der Codesequenzen durch einen CDMA-Empfänger (146) des Objekts, – Zuordnung eines Identifikators zu jeder der empfangenen Codesequenzen durch den CDMA-Empfänger, – Speicherung der Identifikatoren in einem elektronischen Speicher (150) des Objekts, – Auslesen der Identifikatoren aus dem elektronischen Speicher des Objekts über eine kontaktlose Kommunikationsschnittstelle (124), – Zugriff auf eine Zuordnungsvorschrift (142), welche jede der Codesequenzen zu einer der Antennen und/oder einer der Antennenpositionen zuordnet, um aufgrund der ausgelesenen Identifikatoren und der Zuordnungsvorschrift ein Positionssignal zur Angabe der räumlichen Position des Objekts relativ zu den Antennen auszugeben.
Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Objekts (120) mit folgenden Schritten: – Senden von einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen über eine Anzahl von zumindest M Antennen (102, 104, 106, 108, 111, 112) mittels CDMA, wobei jede der Codesequenzen über eine andere der M Antennen ausgesendet wird, und wobei die M Antennen in einem räumlichen Bereich verteilt angeordnet sind, – Empfang einer Teilmenge der Codesequenzen durch einen CDMA-Empfänger (146) des Objekts, – Zuordnung eines Identifikators zu jeder der empfangenen Codesequenzen durch den CDMA-Empfänger, – Speicherung der Identifikatoren in einem elektronischen Speicher (150) des Objekts, – Ermittlung der räumlichen Position relativ zu den Antennen mit Hilfe einer Zuordnungsvorschrift (142), welche jedem der Identifikatoren einer der Antennen und/oder einer der Antennenpositionen zuordnet, durch das Objekt – Speicherung der räumlichen Position in dem elektronischen Speicher (150) des Objekts – Senden der in dem elektronischen Speicher gespeicherten räumlichen Position oder eines daraus abgeleiteten Signals über eine kontaktlose Kommunikationsschnittstelle (124) des Objekts (120).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem Objekt um einen Spielstein, insbesondere eine Spielfigur oder einen Jeton, ein Funketikett oder ein Navigationssystem handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die kontaktlose Kommunikationsschnittstelle als Funkschnittstelle, insbesondere als RFID-, NFC- oder Bluetooth-Schnittstelle, oder als optische Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennen ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Koordinatensystem bilden, wobei die räumliche Position des Objekts durch die Koordinaten derjenigen Antennen des Koordinatensystems gegeben ist, von denen die Codesequenzen empfangen worden sind.
Elektronische Schaltung mit – einem CDMA-Empfänger (146), der zum gleichzeitigen Empfang einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen ausgebildet ist, – einem elektronischen Speicher (150), in dem eine Zuordnungsvorschrift gespeichert ist, welche jeder der Codesequenzen einen Identifikator zuordnet, – einem Prozessor (156) zum Zugriff auf den elektronischen Speicher, um mit Hilfe der Zuordnungsvorschrift den Identifikator einer von dem CDMA-Empfänger empfangenen Codesequenz zu ermitteln, und zur Speicherung des oder der ermittelten Identifikatoren, – einer kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle (124) zum Senden der gespeicherten Identifikatoren.
Elektronische Schaltung mit – einem CDMA-Empfänger (146), der zum Empfang einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen ausgebildet ist, – einem elektronischen Speicher (150), in dem eine Zuordnungsvorschrift gespeichert ist, wobei durch die Zuordnungsvorschrift jede der Codesequenzen einer der Antennen zugeordnet ist, wobei diese Zuordnung eine Information bezüglich der räumlichen Lage der betreffenden Antenne beinhaltet, – einem Prozessor (156) zum Zugriff auf den elektronischen Speicher zur Ermittlung der Position der elektronischen Schaltung relativ zu den Antennen, indem mit Hilfe der von dem CDMA-Empfänger empfangenen Codesequenzen die Informationen bezüglich der räumlichen Lagen derjenigen Antennen, von denen die Codesequenzen empfangen worden sind, ermittelt wird, und indem aus den ermittelten räumlichen Lagen der Antennen die Position der elektronischen Schaltung ermittelt und daraus ein Positionssignal erzeugt wird, – einer kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle (124) zum Senden des Positionssignals.
Elektronisches System mit zumindest einer elektronischen Schaltung nach Anspruch 6, einer Anzahl von M Antennen (102, 104, 106, 108, 111, 112), einem CDMA-Sender (118) zum Senden einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen über die Antennen, einer kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle (130) zum Auslesen der Identifikatoren aus dem elektronischen Speicher der elektronischen Schaltung, einem Speicher (140) zur Speicherung einer Zuordnungsvorschrift zur Zuordnung jedes der Identifikatoren zu einer räumlichen Information und Prozessormitteln (132) zur Ermittlung der räumlichen Position der elektronischen Schaltung relativ zu den Antennen aufgrund der ausgelesenen Identifikatoren und der den ausgelesenen Identifikatoren jeweils zugeordneten räumlichen Information.
Elektronisches System mit zumindest einer elektronischen Schaltung nach Anspruch 7, einer Anzahl von M Antennen (102, 104, 106, 108, 111, 112), einem CDMA-Sender (118) zum Senden einer Anzahl von M orthogonalen Codesequenzen über die Antennen, und einer kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle (130) zum Empfang der Position aus dem elektronischen Speicher der elektronischen Schaltung.
Elektronisches System nach Anspruch 8 oder 9, wobei zwei benachbarte der Antennen jeweils denselben Abstand A voneinander haben, und die Reichweite des CDMA-Senders vorzugsweise mindestens beträgt.
Elektronisches System nach Anspruch 8, 9 oder 10, mit mehreren Gruppen der M Antennen, wobei sich in jeder der Gruppen die Zuordnung einer der orthogonalen Codesequenzen zu einer der M Antennen wiederholt, und wobei die Zugehörigkeit von jeder der Antennen zu einer der Gruppen für die Ermittlung der Position gespeichert ist.
Elektronisches System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der CDMA-Sender so ausgebildet ist, dass das Senden der Codesequenzen in demselben Frequenzband erfolgt und anschließend die Identifikaten bzw. die Position von dem Objekt zu der kontaktlosen Kommunikationsschnittstelle (130) übertragen werden.
Elektronisches System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Antennen als Dipolantennen, Patchantennen oder als Paneel-Antennen ausgebildet sind.
Elektronisches System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, welches weiter eine Netzwerkschnittstelle beinhaltet, wobei die Prozessormittel zur Erzeugung einer Nachricht ausgebildet sind, wobei die Nachricht Informationen zur Angabe der räumlichen Position einer elektronischen Schaltung beinhaltet, und wobei die Prozessormittel zum Senden der Nachricht über die Netzwerkschnittstelle ausgebildet sind.
Elektronisches System nach Anspruch 14, wobei die Prozessormittel zum Empfangen einer Nachricht über die Netzwerkschnittstelle ausgebildet sind, wobei die Nachricht Informationen zu Angabe der räumlichen Position einer elektronischen Schaltung beinhaltet, und wobei die Prozessormittel zum Auswerten der in der Nachricht enthaltenen Information ausgebildet sind.
Elektronisches System nach Anspruch 15, welches weiter Mittel zum Anzeigen der räumlichen Position, welche der in der Nachricht enthaltenen Information entspricht, beinhaltet.
System, mindestens zwei elektronische Systeme nach einem der Ansprüche 14–16, sowie mindestens einen Computer beinhaltend, wobei der Austausch von Nachrichten zwischen den elektronischen Systemen über einen Kommunikationskanal erfolgt, wobei der Computer mit dem Kommunikationskanal verbunden ist, wobei der Computer Mittel beinhaltet, welche angepasst sind um Nachrichten von den elektronischen Systemen zu empfangen, Nachrichten zu elektronischen Systemen und/oder weiteren Computern weiterzuleiten und/oder den Inhalt von Nachrichten auszuwerten und die enthaltenen Informationen anzuzeigen und/oder an einen anderen Computer und/oder elektronische Systeme zu senden.
System nach Anspruch 17, wobei der Kommunikationskanal ein soziales Netzwerk, das Internet, oder ein lokales Netzwerk ist.
Roulettetisch mit einem elektronischen System nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei die Antennen unterhalb der Einsatzfelder des Roulettetisch angeordnet sind, und mit Jetons, wobei jeder Jeton eine der elektronischen Schaltungen aufweist.
Brettspiel, insbesondere Scrabble, Schach, Mühle, mit einem Spielbrett und Spielfiguren und mit einem elektronischen System nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei die Antennen in oder an dem Spielbrett angeordnet sind, und jede der Spielfiguren eine der elektronischen Schaltungen aufweist.
Automatisierungssystem mit einem Roboter zur Handhabung eines Objekts und mit einem elektronischen System nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei die Position des Objekts in eine Steuerungsvorrichtung des Roboters eingegeben wird.