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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Flotte von mobilen Plattformen mit Laufzeit-basierter Abstands- und/oder Positionsmessung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Steuerprogramme, ein elektronisches Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Für Fahrzeuge, Flurförderzeuge und ganz allgemein für mobile Plattformen sind Sensorsysteme bekannt, um mittels eines aktiven Systems die Umgebung zu erfassen und insbesondere eine Abstands- und/oder Positionsmessung vornehmen zu können. Die Entfernung zu Objekten kann dabei aus der Laufzeit von elektromagnetischen oder akustischen Wellen bestimmt werden. Im Prinzip wird hierbei ein Signal zu einem Messobjekt gesendet, von dem es reflektiert wird. Die für den Hin- und Rückweg gemessene Zeit wird verwendet, um hieraus die Objektentfernung zu berechnen. Auf diesem Prinzip basieren beispielsweise Ultraschallsysteme. Weiterhin liegt dieses Prinzip auch der Laserentfernungsmessung zugrunde. Neben der Entfernungsmessung kann weiterhin auch die Richtung eines Objektes bestimmt werden. Je nach Systemkonfiguration bestehen hierfür mehrere Möglichkeiten. Wenn beispielsweise das System mehrere Einzelsensoren aufweist, kann die Richtung mittels der sogenannten Trilateration geschätzt werden. Dieses Verfahren wird oftmals bei Sensoren an den Stoßstangen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Wenn ein Feld mit einer Vielzahl von Sensoren (Array) verwendet wird, kann die Richtung beispielsweise auch mittels des Phasenunterschiedes zwischen mehreren synchronisierten Einzelsensoren des Feldes geschätzt werden. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2010 062 990 A1 beschreibt einen Ultraschallsensor beziehungsweise Schallwandler, der für derartige Abstands- und/oder Positionsmessungen geeignet ist.
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Das Prinzip der Laufzeit-basierten Abstands- und/oder Positionsmessung basiert also auf der Abstrahlung eines Schallpulses oder Lichtpulses in die Umgebung und der Erfassung des reflektierten Signals als sogenanntes Echo. Wichtig hierbei ist, dass das Echo auch tatsächlich auf das ausgesendete Signal zurückzuführen ist. Dies kann problematisch werden, wenn mehrere Einheiten, die eine Abstands- und/oder Positionsmessung nach dem gleichen Prinzip vornehmen, aufeinander treffen beziehungsweise sich in räumlicher Nähe befinden.
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Es existieren bereits verschiedene Ansätze, um derartige Interferenzen zu unterdrücken oder zumindest zu reduzieren. Beispiele hierfür sind die Codierung der gesendeten Pulse, beispielsweise über die jeweilige Frequenz und/oder die Amplitude. Eine andere Möglichkeit ist die Belegung der Messsignalwiederholrate mit einem Jitter, also einer Belegung mit zufälligen Abweichungen, wie sie aus der Fahrzeugtechnologie bekannt ist. Andere Möglichkeiten sind ein adaptiver Wechsel der Arbeitsfrequenz oder der Codierung.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 40 35 501 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Position von Fahrzeugen im Straßenverkehr durch Aussendung von Ultraschall-Signalen und Messung der Laufzeit. Vor der Messung zwischen den Fahrzeugen findet eine zyklische, an alle Fahrzeuge im Umfeld der Messung gerichtete Übertragung eines Datentelegramms statt, wobei das Datentelegramm Zeitpunkt oder Zeitschlitze für die Aussendung von Ultraschall-Signalen enthält.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 40 16 458 A1 beschreibt ein anderes System zur Abstandsmessung zwischen Kraftfahrzeugen. Hierbei werden Informationen mittels elektromagnetischer Wellen in mindestens eine Richtung übertragen. Weiterhin erfolgt eine Übertragung von akustischen Impulsen in der entgegengesetzten Richtung. Die mittels der elektromagnetischen Wellen übertragenen Informationen enthalten Informationen über den Empfangszeitpunkt des akustischen Impulses oder über hieraus abgeleitete Informationen. Eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen kann dabei in einem Zeitschlitz-Multiplex-System erfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betrieb von mobilen Plattformen in einer räumlichen Umgebung vor. Die mobilen Plattformen sind für eine Laufzeit-basierte Abstands- und/oder Positionsmessung eingerichtet. Die Laufzeit-basierte Abstands- und/oder Positionsmessung basiert beispielsweise auf einem Ultraschallsystem oder einem Lasersystem oder einem Radarsystem. Eine Steuerung der Plattformen kann über eine zentrale Vermittlungsstelle erfolgen. Erfindungsgemäß werden den mobilen Plattformen von der zentralen Vermittlungsstelle zeitversetzte Zeitschlitze für die Abstands- und/oder Positionsmessung zugewiesen. Mit dem Ausdruck „Zeitschlitze“ ist hierbei ein schmales bis sehr schmales Zeitfenster gemeint, beispielsweise im Bereich von Millisekunden, z.B. in einem Bereich zwischen 10 und 500 ms. Bei einer Ultraschall-basierten Abstands- und/oder Positionsmessung kann beispielsweise mit Zeitschlitzen von circa 20 bis 120 ms gearbeitet werden. Geeignete Zeitschlitze für Laser- oder Radarsysteme können kürzer sein. Die zugewiesenen Zeitschlitze sind erfindungsgemäß zeitversetzt, das heißt, dass sich die Zeitschlitze in ihrem Beginn und/oder Ende unterscheiden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich die Zeitschlitze nicht überlappen. Innerhalb des jeweils zugewiesenen Zeitschlitzes kann die jeweilige mobile Plattform die Abstands- und/oder Positionsmessung vornehmen. Mit diesem Verfahren können Kollisionen oder Behinderungen, die auf einer gegenseitigen Störung der Abstands- und/oder Positionsmessung beruhen, sicher vermieden werden.
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Der Betrieb und insbesondere der Flottenbetrieb von mobilen Plattformen basiert unter anderem auf einem geeigneten System zur Abstands- und/oder Positionsmessung der einzelnen Plattformen. Mobile Plattformen kommen beispielsweise als Flurförderfahrzeuge in Lager- oder Produktionshallen oder als mobile Transportroboter in Krankenhäusern, Pflegeeinrichtungen oder Ähnlichem zum Einsatz. Es handelt sich hierbei insbesondere um selbstbewegliche mobile Plattformen, die mit einem eigenen Antrieb ausgestattet sind und die automatisch gesteuert werden, also ohne direkte Beteiligung einer Person. Derartige mobile Plattformen können selbsttätig den Transport verschiedener Materialien oder Proben übernehmen. Die Plattformen bewegen sich frei innerhalb der Räumlichkeiten, wie z.B. in Gängen, Fluren, Aufzügen oder Hallen. Zur Abstands- und/oder Positionsmessung sind insbesondere Lasersysteme oder Radarsysteme oder Ultraschallsysteme vorgesehen. Ultraschallsysteme sind besonders verbreitet, da Ultraschall von Personen in der Umgebung der Plattformen nicht als störend empfunden wird. Bei dem Betrieb von einer Mehrzahl von mobilen Plattformen ist es in der Regel nicht vermeidbar, dass sich zwei oder mehr mobile Plattformen begegnen. Ab einer gewissen räumlichen Nähe der Plattformen zueinander kann es dann dazu kommen, dass sich die Abstands- und/oder Positionsmessungen der einzelnen mobilen Plattformen gegenseitig stören. Dem liegt zugrunde, dass die einzelnen mobilen Plattformen nicht unterscheiden können, ob das Echo eines ausgesendeten Signals im Zuge der Abstands- und/oder Positionsmessung von der jeweiligen Plattform selbst oder von einer anderen Plattform stammt. Hierdurch kann es zu Fehlern bei der Abstands- und/oder Positionsmessung der einzelnen Plattformen kommen, die unter Umständen mit erheblichen Folgen, beispielsweise Kollisionen und Blockierungen, verbunden sein können. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass derartige Interferenzen der einzelnen mobilen Plattformen untereinander vermieden werden, indem den einzelnen mobilen Plattformen insbesondere im Bedarfsfall, also situationsabhängig, Zeitschlitze für das Senden und Empfangen von Messpulsen, beispielsweise von Ultraschallsignalen oder Lasersignalen oder Radarsignalen, zugewiesen werden. Die Zeitschlitze sind zueinander zeitversetzt, sodass es ausgeschlossen ist, dass eine mobile Plattform das Echo eines ausgesendeten Signals einer anderen Plattform empfängt und fälschlicherweise für die eigene Abstands- und/oder Positionsmessung auswertet. Erfindungsgemäß werden die Zeitschlitze von einer zentralen Vermittlungsstelle (ZVS) als Steuereinheit zugewiesen. Diese zentrale Vermittlungsstelle kann gegebenenfalls auch kurzfristig lokal etabliert werden und beispielsweise kurzfristig von einem Steuergerät einer der involvierten mobilen Plattformen übernommen werden.
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Bevorzugterweise werden die Zeitschlitze phasenweise von der zentralen Vermittlungsstelle zugewiesen. Das heißt, dass die Zuweisung der Zeitschlitze nicht ununterbrochen während des gesamten Betriebs erfolgt, sondern nur in bestimmten Phasen bzw. unter bestimmten Voraussetzungen. In welchen Phasen des Betriebs die Zuweisung erfolgt, kann je nach Ausgestaltung des Verfahrens unterschiedlich sein.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Zuweisung von Zeitschlitzen abhängig von der Position der mobilen Plattformen innerhalb der Umgebung beziehungsweise innerhalb der Räumlichkeiten, in denen sich die Plattformen bewegen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass an bestimmten Stellen innerhalb der Räumlichkeiten, beispielsweise in Kreuzungsbereichen oder in engen Gängen, wo mit einem Zusammentreffen von mehreren der mobilen Plattformen zu rechnen ist, automatisch die Zuweisung von Zeitschlitzen erfolgt. Dies ist im Allgemeinen mit einer Verlangsamung der mobilen Plattformen in diesen Bereichen verbunden. Der Vorteil hierbei ist, dass Interferenzen der mobilen Plattformen untereinander an diesen Engpässen vermieden werden, ohne dass die Position der mobilen Plattformen zueinander ausgewertet werden müsste.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden entsprechende Zeitschlitze nur dann zugewiesen, wenn tatsächlich zwei oder mehr mobile Plattformen sich in räumlicher Nähe befinden und es überhaupt zu Interferenzen kommen kann. In besonders bevorzugter Weise erfolgt daher die Zuweisung von Zeitschlitzen abhängig von der Position der mobilen Plattformen zueinander. Insbesondere kann die Zuweisung von Zeitschlitzen erfolgen, wenn sich wenigstens zwei mobile Plattformen in räumlicher Nähe zueinander befinden. Mit dem Begriff „räumliche Nähe“ ist hierbei gemeint, dass die mobilen Plattformen sich in einem Bereich befinden, in dem sich die jeweils zur Abstands- und/oder Positionsmessung ausgesendeten Signale und die zu empfangenden Echos überschneiden können, sodass die mobilen Plattformen fälschlicherweise ein Echo, das auf einem Signal einer anderen mobilen Plattform beruht, empfangen können. Diese räumliche Nähe kann auch als Sende- und Empfangsbereich (Reichweite) oder als Störbereich der Abstands- und/oder Positionsmessung beschrieben werden. Je nach Systemkonfiguration und Ausgestaltung der Sensorik kann die Größe des Störbereichs einer bestimmten Plattform einen Radius von beispielsweise bis zu 15 m oder bis zu 10 m umfassen. Beispielsweise treten bei herkömmlichen Ultraschallsystemen Störungen in einem Bereich bis zu 12 m auf. Die Größe des jeweiligen Störbereichs wird vorzugsweise je nach Systemkonfiguration entsprechend eingerichtet oder angepasst. Sobald sich die Störbereiche der einzelnen mobilen Plattformen berühren oder überschneiden, kann erfindungsgemäß die Zuweisung von zeitversetzten Zeitschlitzen für die Abstands- und/oder Positionsmessung erfolgen.
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Eine Synchronisierung der mobilen Plattformen durch die Zuweisung von Zeitschlitzen über die zentrale Vermittlungsstelle hat den besonderen Vorteil, dass bei der zentralen Vermittlungsstelle alle Informationen zu den mobilen Plattformen, beispielsweise auch Positionsdaten, zusammenlaufen. Über die zentrale Vermittlungsstelle kann ohne Weiteres erkannt werden, ob und welche Plattformen sich in einem Störbereich befinden. Vorteilhafterweise wird ein gemeinsames, globales Koordinatensystem für die Ortsinformationen verwendet. Da in der Regel Karteninformationen über das jeweilige Gebäude und/oder Gelände ohnehin bei der zentralen Vermittlungsstelle vorliegen, können diese Informationen für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden. Die zentrale Vermittlungsstelle übernimmt damit die Aufgabe, die Position der einzelnen mobilen Plattformen zu überwachen und gegebenenfalls zu erkennen, wann sich zwei oder mehr Plattformen so bewegen, dass sich deren Abstands- und/oder Positionsmessungen gegenseitig stören. Wenn dies der Fall ist, werden die Messsysteme über die zentrale Vermittlungsstelle derart synchronisiert, dass sie abwechselnd in gewissen zeitlichen Abständen ihre Messpulse aussenden. Dies geschieht vorzugsweise in der Art, dass immer nur ein Messpuls gleichzeitig in der Umgebung vorhanden ist. Die mobile Plattform, die diesen Messpuls ausgesendet hat, also die aktuell aktive Plattform, kann dann in üblicher Weise ihr Umfeld erfassen, ohne dass die Gefahr besteht, dass störende Signale von anderen mobilen Plattformen ausgesendet werden. Die anderen mobilen Plattformen in der Umgebung sind in dieser Zeit, also in diesem Zeitschlitz, in Bezug auf ihre Abstands- und/oder Positionsmessung deaktiviert (passiv). Es kann auch vorgesehen sein, dass die im Prinzip deaktivierten Plattformen ebenfalls weitere Informationen über das Umfeld aus den Echosignalen der jeweiligen aktiven mobilen Plattform ziehen, sofern die zentrale Vermittlungsstelle die Position der verschiedenen Sender in ausreichender Genauigkeit an alle Messsysteme der betroffenen mobilen Plattform übermitteln kann und eine entsprechende Auswertung erfolgen kann. Wenn beispielsweise einer „deaktivierten“ Plattform die Senderposition des aktiven Systems und der Aussendezeitpunkt des Pulses bekannt ist bzw. übermittelt wird, kann sie „passiv“ das einfallende Echo detektieren und auswerten bzw. die Laufzeit bestimmen. Wenn das passive System darüber hinaus die Einfallsrichtung des Echos bestimmen kann, wie es beispielsweise bei Array-Systemen möglich ist, kann mittels geometrischer Überlegungen auch durch die „deaktivierte“ Plattform die Position des echoerzeugenden Objektes exakt ermittelt werden. Eine Umfeldsensierung ist dann auch für die „deaktivierte“ Plattform möglich. Dies gilt allerdings nur in eingeschränktem Umfang, da nicht gewährleistet ist, dass das gesamte Umfeld der „deaktivierten“ Plattform durch das aktive System mit Messpulsen beaufschlagt, also beispielsweise beleuchtet oder beschallt, wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass die Abstands- und/oder Positionsmessung der mobilen Plattformen so lange in üblicher Weise, insbesondere mit hoher Schusswiederholungsrate für die Messpulse, betrieben werden kann, solange sich keine andere mobile Plattform in Reichweite befindet. Die hohe Schusswiederholrate erlaubt dabei auch hohe Geschwindigkeiten der mobilen Plattformen. Nur bei der Begegnung mehrerer Plattformen bzw. bei einer Überschneidung der Störbereiche der Plattformen wird erfindungsgemäß die Wiederholrate durch die Zuweisung der zeitversetzten Zeitschlitze gedrosselt, um auch der oder den anderen mobilen Plattformen Zeitschlitze zum Senden/Empfangen gewähren zu können. Die damit einhergehende notwendige Reduzierung der maximalen Geschwindigkeit der Plattformen ist im Allgemeinen akzeptabel, da hierdurch ein besonders sicherer Betrieb gewährleistet wird. Auch aus anderen Gesichtspunkten ist die Reduzierung der maximalen Geschwindigkeiten bei der Begegnung von mobilen Plattformen nicht nachteilig, da solche Begegnungen vorwiegend in Kreuzungsbereichen entstehen, wo ohnehin eine Drosselung der Geschwindigkeit vorgesehen ist.
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Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das System nicht auf eine Maximalanzahl von sich begegnenden Plattformen begrenzt ist. Im Prinzip kann eine beliebige Anzahl von mobilen Plattformen auf engem Raum betrieben werden, da den einzelnen mobilen Plattformen beispielsweise nacheinander jeweils Zeitschlitze für die Abstands- und/oder Positionsmessung zugewiesen werden, sodass sich die einzelnen mobilen Plattformen nacheinander entsprechend bewegen können, ohne dass es zu Kollisionen oder Blockierungen kommt. Das Verfahren ist daher auch für große oder größere Flotten von mobilen Plattformen einsetzbar, bei denen nicht gewährleistet werden kann, dass sich nur eine kleine fixe Anzahl an Plattformen beispielsweise an einer Kreuzung treffen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Zuweisung von Zeitschlitzen für einzelne der mobilen Plattformen priorisiert wird. Diese priorisierten Plattformen werden bei der Vergabe von Zeitschlitzen bevorzugt behandelt, damit diese priorisierten Plattformen sich schneller bewegen können und beispielsweise schneller ihr Ziel erreichen können. Beispielsweise können den höher priorisierten Plattformen mehr Zeitschlitze oder längere Zeitschlitze zur Verfügung gestellt werden als den weniger oder nicht priorisierten Plattformen. Die höher priorisierten Plattformen können sich dann aufgrund der höheren Wiederholraten bei den Abstands- und/oder Positionsmessungen schneller bewegen. Eine Priorisierung einer Plattform kann von verschiedenen Kriterien abhängig gemacht werden, beispielsweise vom Batterieladezustand der Plattform oder wie eilig oder wichtig der Transport der jeweiligen Waren ist. Weiterhin kann eine Priorisierung von der Position oder dem Ort der jeweiligen Plattform abhängig gemacht werden. Wenn beispielsweise eine bestimmte Plattform eine Kreuzung blockiert, kann diese Plattform bei der Vergabe von Zeitschlitzen priorisiert behandelt werden, um die Kreuzung möglichst schnell freimachen zu können. Auch in diesem Zusammenhang ist die Synchronisierung über die zentrale Vermittlungsstelle sehr vorteilhaft, da die für die Vergabe einer Priorität erforderlichen Informationen bei der zentralen Vermittlungsstelle vorhanden sind bzw. dort zusammenlaufen.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass der Synchronisierungsmechanismus einfach zu implementieren ist und insbesondere bei Systemen, die bereits eine zentrale Vermittlungsstelle aufweisen, im Allgemeinen keinen Zusatzaufwand erfordert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher kostengünstig und in der Praxis leicht umzusetzen. In der Regel ist bereits eine zentrale Vermittlungsstelle für den Flottenbetrieb von mobilen Plattformen vorhanden, da die Vergabe von Arbeitsaufträgen an die einzelnen mobilen Plattformen im Allgemeinen über eine solche zentrale Vermittlungsstelle erfolgt. In den Fällen, in denen keine zentrale Vermittlungsstelle vorhanden ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren im Prinzip auch über eine dezentrale Kommunikation eingerichtet werden, wobei kurzfristig eine gewissermaßen lokale zentrale Vermittlungsstelle auf einer der Plattformen realisiert wird. Derartige Betriebsverfahren sind beispielsweise aus den sogenannten Car-to-X-Systemen bekannt. Diese aus der Kraftfahrzeuganwendung bekannte Technologie lässt sich auch für das erfindungsgemäße Verfahren nutzen, sodass die einzelnen mobilen Plattformen miteinander synchronisiert werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im Prinzip für die Synchronisierung von allen Abstands- und/oder Positionsmesssystemen bei mobilen Plattformen, die auf einer Laufzeitanalyse von Messpulsen basieren, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Interferenzen jeweils von baugleichen Systemen vorgesehen ist. Die Abstands- und/oder Positionsmessung kann insbesondere auf der Verwendung von Schallwellen und/oder von elektromagnetischen Wellen als Messsignale basieren. Besonders geeignet ist es beispielsweise für Ultraschallsysteme oder Laserstrahlensysteme oder Radarsysteme.
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Neben der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Flottenbetrieb von Transportrobotern beispielsweise in Krankenhäusern oder Pflegeeinrichtung oder für den Betrieb von Flurförderfahrzeugen in der industriellen Produktion oder Lagerung liegt ein weiteres Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise in der Etablierung des Verfahrens für Kraftfahrzeuge, die zumindest zeitweise über eine Car-to-X-Kommunikation betrieben werden.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Steuerprogramm für den Betrieb von mobilen Plattformen, die für eine Laufzeit-basierte Abstands- und/oder Positionsmessung eingerichtet sind. Das Steuerprogramm ist für eine zentrale Vermittlungsstelle vorgesehen und es ist so eingerichtet, dass auf der Basis von Informationen über die einzelnen mobilen Plattformen den einzelnen mobilen Plattformen von der zentralen Vermittlungsstelle phasenweise zeitversetzte Zeitschlitze für die Abstands- und/oder Positionsmessung zugewiesen werden. Bei den Informationen über die einzelnen mobilen Plattformen handelt es sich insbesondere um Positionsdaten zu den einzelnen Plattformen. Sobald sich zwei oder mehr mobile Plattformen in einem räumlichen Bereich befinden, in dem von einer Störung oder Interferenz der verschiedenen Messsignale untereinander auszugehen ist, werden über das Steuerprogramm den einzelnen mobilen Plattformen zeitversetzte Zeitschlitze für die Sendung und das Empfangen der Messpulse zugewiesen, sodass Interferenzen ausgeschlossen werden. Die Erfindung umfasst weiterhin ein entsprechendes Steuerprogramm für die einzelnen mobilen Plattformen, um die Befehle der zentralen Vermittlungsstelle zu empfangen und umzusetzen. Bezüglich weiterer Merkmale des Verfahrens, das mit diesen Steuerprogrammen ausgeführt werden kann, wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Schließlich umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Steuerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das so eingerichtet ist, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ausführen kann. Zweckmäßigerweise kann das Steuergerät ein maschinenlesbares Speichermedium mit dem erfindungsgemäßen Steuerprogramm aufweisen. Bei dem elektronischen Steuergerät kann es sich beispielsweise um einen zentralen Computer, der als zentrale Vermittlungsstelle für den Betrieb der mobilen Plattformen eingesetzt wird, handeln oder um die jeweiligen Steuereinheiten der einzelnen mobilen Plattformen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Begegnung von drei mobilen Plattformen mit erfindungsgemäßer Zuweisung von Zeitschlitzen für die Abstands- und/oder Positionsmessung der jeweiligen Plattformen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Interferenzen zwischen baugleichen Abstands- und/oder Positionsmesssystemen bei mobilen Plattformen vermieden. Insbesondere wenn sich die Abstands- und/oder Positionsmesssysteme in räumlicher Nähe befinden, d.h. in einem Störbereich, wird das Problem gelöst, dass ein System das Signal (Echo) eines von einem anderen System ausgesandten Messpulses empfängt. Um dies zu vermeiden, werden erfindungsgemäß den einzelnen Systemen bestimmte Zeitfenster oder Zeitschlitze zugewiesen. Die Zeitschlitze werden über ein Kommunikationsmedium immer nur einem System zugeordnet. Innerhalb dieses Zeitrahmens kann dieses System seinen ganz normalen Betrieb durchführen, also entsprechende Messpulse aussenden und als Echo wieder empfangen, wobei über eine Laufzeitanalyse die Abstands- und/oder Positionsauswertung erfolgt. Aus den Echos werden Informationen über das Umfeld extrahiert. Diese Auswertung kann in Echtzeit oder auch nachgeschaltet zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Zuzüglich zu einem Zeitraum t1, in dem Messsignale ausgesandt und wieder empfangen werden, kann eine Wartedauer t2 vorgesehen sein, um sicherzugehen, dass das ausgesandte Messsignal vollständig im Raum abgeklungen ist, d.h., dass keine erfassbaren Echos mehr aus der Umgebung zurück kommen. Damit ergibt sich der Zeitschlitz t3 aus t1 + t2. Bei dem Beispiel eines Ultraschallsystems kann t1 beispielsweise in einem Bereich zwischen 10–50 ms liegen. Die Wartedauer t2 kann in einem Bereich zwischen 10–70 ms liegen, je nachdem, ob die Auswertung in Echtzeit oder bei einem weniger leistungsstarken Rechner etwas verzögert erfolgt. Daraus ergibt sich t3 mit etwa 20–120 ms. Nach Ablauf des Zeitschlitzes t3 kann ein neuer Zeitschlitz dem Messsystem einer anderen mobilen Plattform zugeordnet werden. Sobald eine mobile Plattform den Störbereich verlässt, kann das zugehörige Messsystem wieder auf den Normalbetrieb umschalten.
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Die Zuweisung von Zeitschlitzen verändert die Wiederholrate der Aussendung von Messsignalen und damit in der Regel auch die maximal mögliche beziehungsweise erlaubte Geschwindigkeit der mobilen Plattform. Durch die Reduzierung der Geschwindigkeit kann rechtzeitig auf gegebenenfalls vorhandene Hindernisse reagiert werden.
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1 illustriert eine beispielhafte Szene, in der in einem Kreuzungsbereich eines Gangsystems 10 mehrere mobile Plattformen 1, 2, 3 aufeinander treffen beziehungsweise sich in räumlicher Nähe befinden. Im unteren Teil der Abbildung ist ein zeitlicher Verlauf dargestellt. Die mobilen Plattformen 1, 2, 3 sind jeweils in Pfeilrichtung unterwegs. Die mobilen Plattformen 1, 2, 3 sind jeweils mit einem Ultraschallsystem 11, 21 und 31 zur Abstands- und/oder Positionsmessung ausgestattet. Weiterhin weist jede mobile Plattform 1, 2, 3 jeweils eine Kommunikationseinheit 12, 22, 32 auf. Hierüber erfolgt die Kommunikation mit einer zentralen Vermittlungsstelle 40, die ebenfalls über Kommunikationsmittel 42 verfügt. Die Kommunikation erfolgt vorzugsweise über ein drahtloses Medium, beispielsweise W-LAN, Bluetooth oder anderes. Die mobilen Plattformen 1 und 2 befinden sich beide im Kreuzungsbereich des Gangsystems 10 und bewegen sich dabei innerhalb eines Störbereichs, in dem die Messsignale beider mobilen Plattformen 1 und 2 interferieren können. Die mobile Plattform 3 wird diesen Störbereich erst nach ca. 2/5 des im unteren Teil der Abbildung dargestellten Zeitraums erreichen. In dem hier dargestellten zeitlichen Verlauf werden den einzelnen mobilen Plattformen jeweils Zeitschlitze zugewiesen, die je nach Plattform mit 1, 2 oder 3 bezeichnet sind. Der mobilen Plattform 2 wird die höchste Priorität zugeordnet, da sie die Kreuzung blockiert. Demgemäß werden der Plattform 2 die meisten Zeitschlitze zugewiesen. Die Plattform 2 verlässt den Störbereich nach ca. 2/3 der Zeit. Sie kann dann die Messung wieder im Normalbetrieb fortführen, also durchgängig und ohne Zuweisung von Zeitschlitzen. Ab diesem Zeitraum wird die Plattform bei der Vergabe von Zeitschlitzen gemäß der Darstellung in 1 nicht mehr einbezogen. Wenn auch die Plattform 1 den Bereich der Kreuzung verlassen hat, sich also nicht mehr in einem Störbereich befindet, ist die Konfliktsituation beendet und alle Plattformen können wieder den Normalbetrieb aufnehmen.
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Für diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Prinzip drei Maßnahmen erforderlich. Zunächst muss erkannt werden, ob sich mehrere mobile Plattformen innerhalb eines Störbereichs befinden. Ist dies der Fall, werden die beteiligten mobilen Plattformen über ein Kommunikationsmedium synchronisiert. Schließlich werden die Zeitschlitze insbesondere über einen Scheduler entsprechend verteilt.
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Das Erkennen von potenziellen Störsituationen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Sind beispielsweise die mobilen Plattformen mit einem Lokalisierungsmodul ausgestattet, und der Störradius r, der aus der Reichweite der Messsignale einer Plattform ableitbar ist, ist bekannt, so tritt eine Störsituation immer dann auf, wenn sich mehrere mobile Plattformen innerhalb des Radius r einer Plattform befinden. Sind Ortsinformationen (beispielsweise eine Karte der Umgebung) vorhanden, können auch Wände oder Ähnliches berücksichtigt werden, die eine Störung der Abstands- und/oder Positionsmesssysteme untereinander verhindern und somit eine Störsituation entschärfen können. Weiterhin kann das Messsystem einer Plattform oder die zentrale Vermittlungsstelle auf der Basis verschiedener Heuristiken versuchen, störende, das heißt fremde Messsysteme zu erkennen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass unnatürlich wirkende Echos auftreten und entsprechend ausgewertet werden. Häufen sich diese, kann von einer Störsituation ausgegangen werden. Unnatürliche Echos lassen sich beispielsweise über mehrere Schüsse mittels Tracking identifizieren, da sie sich normalerweise nicht so bewegen wie es von einem physikalischen Objekt zu erwarten wäre. Befindet sich beispielsweise eine Plattform B im Störbereich einer Plattform A, so treffen Echos von B bei A ein, für die die Laufzeitmessung falsch ist, da die Echos nicht von A stammen. Folglich ist auch die Positionsrekonstruktion der Echoobjekte falsch. Bei Betrachtung von nur einem Messzyklus lassen sich diese falschen Objekte jedoch nicht ohne weitere Annahmen identifizieren. Betrachtet man dagegen mehrere, beispielsweise 3–6 Messzyklen, so sollten sich die Objekte stabil verhalten. Das bedeutet, sie bewegen sich mehr oder weniger gleichförmig oder eben statisch, wobei die Eigenbewegung von A herauszurechnen wäre. Falsch rekonstruierte Objekte verhalten sich üblicherweise nicht in dieser Weise, sondern „springen“ über mehrere Messzyklen in der Szene hin und her. Daher kann bei mehreren solcher Sprünge von einer Störung ausgegangen werden. Auch in dem Fall, dass mehrere Echos aus derselben Richtung kommen, ist von unnatürlichen Echos auszugehen. Sind bei einem einzelnen Messzyklus beispielsweise mehrere Objekte, d.h. Echos, aus derselben Richtung (z.B. Öffnungswinkel +/–4°) feststellbar, so deutet dies auf eine Störung hin, da normalerweise nur ein Echo aus einer Richtung kommen sollte. Wenn tatsächlich zwei oder mehr Objekte vorhanden wären, würde normalerweise das vordere Objekt das Signal des hinteren Objektes verdecken. Es ist daher von einer Störsituation durch eine weitere Plattform in der Szene auszugehen. Mit einer entsprechenden Auswertung bei solchen Signalen läßt sich jedoch nicht die Identität der anderen mobilen Plattform, die gegebenenfalls die Störung hervorruft, erkennen. Um die Identität der anderen Plattform zu klären, ist eine Kommunikationseinrichtung zweckmäßig, sodass dann diese andere Plattform in die Synchronisierung mit einbezogen werden kann.
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Für den Betrieb von mehreren mobilen Plattformen (Flotte) in einem System sind herkömmlicherweise in der Regel bereits Kommunikationseinrichtungen vorgesehen, sodass eine zentrale Vermittlungsstelle mit den einzelnen mobilen Plattformen kommunizieren kann. Die Kommunikation erfolgt oftmals über ein drahtloses Medium wie W-LAN oder Bluetooth mit mehreren Receivern. Es können aber auch andere Maßnahmen für eine Kommunikation vorgesehen sein, beispielsweise Infrastrukturmaßnahmen wie im Boden eingelassene Schienensysteme oder Ähnliches. Wenn das System mit einer zentralen Vermittlungsstelle arbeitet, wird der Scheduler, der die Zuweisung der zeitversetzten Zeitschlitze für die Abstands- und/oder Positionsmessung der einzelnen mobilen Plattformen gemäß der Erfindung zuweist, zweckmäßigerweise innerhalb der zentralen Vermittlungsstelle realisiert. Eine Alternative stellt eine dezentrale Kommunikation dar, bei der die mobilen Plattformen direkt miteinander kommunizieren, wenn sie sich in räumlicher Nähe, insbesondere in einem Störbereich, befinden. Derartige Systeme sind im Bereich der Kraftfahrzeuge, beispielsweise als Car-to-X-System, bekannt. In vergleichbarer Weise lassen sich diese Kommunikationssysteme auf die Anwendung für mobile Plattformen übertragen. Auch hierbei können vorteilhafterweise drahtlose Kommunikationsmedien, wie beispielsweise W-LAN, Bluetooth oder Licht- oder Schall-basierte Systeme verwendet werden. Ein besonderer Vorteil hierbei ist, dass keine festen Receiver benötigt werden. Eine der mobilen Plattformen übernimmt dann die Synchronisierung und etabliert den Scheduler in gewisser Weise als lokale zentrale Vermittlungsstelle. Welche Plattform dies im Einzelfall ist, kann beispielsweise über dieselben Kriterien festgelegt werden, die auch für eine Priorisierung in der oben beschriebenen Weise herangezogen werden.
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Die Aufgabe des Schedulers ist es, die einzelnen Zeitschlitze jeweils nach bestimmten Kriterien einem Messsystem einer bestimmten Plattform zuzuordnen. Hierbei bezieht der Scheduler immer alle Messsysteme beziehungsweise alle mobilen Plattformen, die sich innerhalb desselben Störbereichs befinden, in die Planung mit ein. Vorteilhafterweise ist der Scheduler auch in der Lage, dynamisch auf hinzukommende oder wegfallende Messsysteme beziehungsweise mobile Plattformen zu reagieren, indem er den Plan an die neue Situation jeweils anpasst. Ein Zeitschlitz hat vorzugsweise eine bestimmte zeitliche Länge t3, wobei diese Länge für die einzelnen mobilen Plattformen auch unterschiedlich sein kann. Je nach verwendeten Kriterien benötigt der Scheduler weitere Informationen über die mobilen Plattformen, insbesondere über deren Position. Die erforderlichen Informationen werden über die vorhandenen Kommunikationsmittel an den Scheduler weitergeleitet.
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Die Zuteilung der Zeitschlitze kann nach verschiedenen Kriterien oder Strategien erfolgen, die auch miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise können die einzelnen mobilen Plattformen beziehungsweise Messsysteme nacheinander zyklisch abgearbeitet werden, wobei die einzelnen mobilen Plattformen also eine chronologisch oder zyklisch sortierte Reihe bilden (Round-Robin). Die erste Plattform der Reihe bekommt immer einen Zeitschlitz zugeordnet und wird dann von vorne nach ganz hinten umsortiert. Dann bekommt die neue vorderste Plattform einen Zeitschlitz usw.. Hinzukommende oder wegfallende Plattformen werden einfach der Reihe hinzugefügt beziehungsweise aus der Reihe entfernt. Weiterhin kann eine Prioritäts-basierte Strategie verfolgt werden. Hierbei werden den einzelnen mobilen Plattformen Prioritäten zugeordnet und je nach Priorität werden mehr oder weniger Zeitschlitze zur Verfügung gestellt. Mögliche Kriterien für die Vergabe eines Prioritätsstatus können beispielsweise sein:
- – Batterieladestand: je geringer der Ladestand ist, desto höher ist die Priorität der Plattform, um noch rechtzeitig zur Ladestation fahren zu können.
- – Die Aufgabe: wichtigere Aufgaben erhalten eine höhere Priorität als unwichtige. So ist z.B. eine Blutkonserve aus dem Labor zu holen unter Umständen wichtiger als ein Kleidungsstück zu transportieren.
- – Der Ort: Plattformen, die sich an wichtigen oder höher frequentierten Bereichen befinden, erhalten eine höhere Priorität. So kann eine Plattform schneller den Kreuzungsbereich oder eine blockierte Tür freimachen, wohingegen eine andere Plattform auf dem Gang länger warten kann.
- – Der Bewegungspfad: Plattformen, die schneller den Störbereich verlassen, werden höher priorisiert, um die Konfliktsituation schneller aufzulösen.
- – Die Homogenität der Bewegung: um eine gewisse Mindestgeschwindigkeit zu garantieren, können Plattformen zumindest alle x Zeitabschnitte einen Zeitschlitz zugeordnet bekommen.
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Diese beispielhaften Kriterien sind beliebig miteinander kombinierbar und an die jeweiligen Gegebenheiten anpassbar.
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Die erwähnte Strategie gemäß Round-Robin kann mit der Prioritäts-basierten Strategie beispielsweise derart kombiniert werden, dass die einzelnen mobilen Plattformen im Prinzip zyklisch abgearbeitet werden, nur werden die Plattformen entsprechend ihrer Priorität in die chronologische Reihe einsortiert und werden ebenfalls je nach Priorität nicht wieder oder gegebenenfalls nicht jedes Mal wieder ganz hinten, sondern weiter vorne einsortiert. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Prioritäts-basierte Strategie derart ausgeführt wird, dass die prioritätshöchste Plattform alle Zeitschlitze erhält (Maximalpriorisierung), bis sie aus dem Störbereich verschwunden ist.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden überlappende Störbereiche betrachtet. Überlappende Störbereiche ergeben sich immer dann, wenn mindestens eine Plattform sich in zwei Störbereichen mit anderen mobilen Plattformen befindet. Im Beispiel der 1 befindet sich die Plattform 2 in einem Störbereich mit der Plattform 1 und in einem weiteren Störbereich mit der Plattform 3. Im einfachsten Fall können die überlappenden Störbereiche zu einem großen Störbereich zusammengefasst werden und die Vergabe von Zweitschlitzen erfolgt zeitversetzt in Bezug auf alle Plattformen. Alternativ kann der Scheduler auch mehreren Plattformen denselben Zeitschlitz zuordnen, nämlich dann, wenn es sich um Plattformen handelt, die sich nicht gegenseitig stören, die sich also nicht in einem überlappenden Bereich der unterschiedlichen Störbereiche befinden. In Bezug auf das Beispiel aus 1 wären das beispielsweise die Plattformen 1 und 3, die sich am Beginn des Szenarios nicht gegenseitig stören würden, sondern sich jeweils nur in einem Störbereich in Bezug zu der Plattform 2 befinden. Dieses Vorgehen ist im Prinzip auf beliebig viele überlappende Störbereiche übertragbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062990 A1 [0002]
- DE 4035501 A1 [0005]
- DE 4016458 A1 [0006]
