DE102019214669A1 - Method and apparatus for operating a mobile agent with a magnetometer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Agenten (1) mit einer korrigierten Magnetfeldangabe, mit folgenden Schritten:
- Messen (S1) einer Magnetfeldangabe mithilfe eines Magnetometers (5);
- Bereitstellen (S2) von Betriebszustandsgrößen, die einen Betriebszustand des mobilen Agenten (1) angeben;
- Ermitteln (S3) von Magnetfelddaten, die ein störendes Magnetfeld im Bereich des Magnetometers (5) des mobilen Agenten (1) angeben, abhängig von einem datenbasierten trainierten Magnetfeldmodell, wobei das Magnetfeldmodell trainiert ist, um den Betriebszustandsgrößen Magnetfelddaten für die Position des Magnetometers zuzuordnen, die den Anteil des durch Komponenten des mobilen Agenten (1) hervorgerufenen Magnetfelds angeben;
- Beaufschlagen (S7) der Magnetfeldangabe mit den Magnetfelddaten, um die korrigierte Magnetfeldangabe zu erhalten.

Figure DE102019214669A1_0000
The invention relates to a method for operating a mobile agent (1) with a corrected magnetic field indication, with the following steps:
- Measuring (S1) a magnetic field indication with the aid of a magnetometer (5);
- Provision (S2) of operating state variables which indicate an operating state of the mobile agent (1);
- Determination (S3) of magnetic field data which indicate an interfering magnetic field in the area of the magnetometer (5) of the mobile agent (1), depending on a data-based trained magnetic field model, the magnetic field model being trained to assign magnetic field data for the position of the magnetometer to the operating state variables which indicate the proportion of the magnetic field caused by components of the mobile agent (1);
- Applying (S7) the magnetic field data to the magnetic field data in order to obtain the corrected magnetic field data.
Figure DE102019214669A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft mobile Agenten, die zur Positionsbestimmung ein Magnetometer verwenden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Erhöhen der Genauigkeit der durch das Magnetometer erhaltenen Informationen.The invention relates to mobile agents that use a magnetometer to determine their position. In particular, the present invention relates to measures for increasing the accuracy of the information obtained by the magnetometer.

Technischer HintergrundTechnical background

Mobile Agenten, wie beispielsweise Haushaltsroboter, insbesondere autonom betriebene Rasenmäher oder Reinigungsroboter, sowie autonom betriebene Fahrzeuge, verwenden Magnetometer, um eine Posenangabe über die Pose des mobilen Agenten im Umgebungskoordinatensystem zu plausibilisieren bzw. zu korrigieren. Insbesondere messen Magnetometer die Ausrichtung des Erdmagnetfelds und nutzen diese zur Korrektur der Ausrichtung des mobilen Agenten, die basierend auf anderen Sensoriken, wie beispielsweise Kameras, Geolokationssystemen, wie beispielsweise GPS, Trajektorienauswertung und dergleichen bestimmt worden ist.Mobile agents, such as household robots, in particular autonomously operated lawn mowers or cleaning robots, as well as autonomously operated vehicles, use magnetometers to check or correct a pose information about the pose of the mobile agent in the environmental coordinate system. In particular, magnetometers measure the orientation of the earth's magnetic field and use this to correct the orientation of the mobile agent, which has been determined based on other sensors such as cameras, geolocation systems such as GPS, trajectory evaluation and the like.

Aufgrund der geringen Stärke des Erdmagnetfelds sind Magnetometer in mobilen Agenten sehr störanfällig, und insbesondere die Einflüsse von störenden Komponenten, wie magnetisch aktiven Komponenten, d.h. hart- oder weichmagnetische Bauteile, und elektrischen Komponenten, wie beispielsweise Stromführungen, Elektromotoren und elektromechanischen Aktoren, können die Messung des Erdmagnetfelds durch das Magnetometer erheblich beeinträchtigen.Due to the low strength of the earth's magnetic field, magnetometers in mobile agents are very susceptible to interference, and in particular the influences of interfering components, such as magnetically active components, i.e. hard or soft magnetic components, and electrical components, such as current leads, electric motors and electromechanical actuators, can make the measurement of the earth's magnetic field by the magnetometer.

Diesbezüglich wird bislang vorgesehen, das Magnetometer mit einem größeren Abstand von den die Messung der Richtung des Erdmagnetfelds störenden Komponenten anzuordnen oder diese Komponenten aus magnetisch neutralen Materialien aufzubauen. Dies ist jedoch nur begrenzt möglich und führt zu erheblichen Einschränkungen beim Design des mobilen Agenten, insbesondere wenn dessen Baugröße begrenzt ist, wie dies beispielsweise bei autonomen Haushaltsrobotern, wie autonomen Staubsaugern, autonomen Rasenmähern und dergleichen, der Fall ist. Zusätzlich können durch den Betrieb der Steuerung und der Antriebe derartiger mobiler Agenten bei unterschiedlichen Betriebsmodi verschiedene Stromflussmuster hervorgerufen werden, die ebenfalls ein magnetisches Feld hervorrufen können, das die Messung mit dem Magnetometer stört.In this regard, provision has hitherto been made to arrange the magnetometer at a greater distance from the components interfering with the measurement of the direction of the earth's magnetic field or to construct these components from magnetically neutral materials. However, this is only possible to a limited extent and leads to considerable restrictions in the design of the mobile agent, in particular if its size is limited, as is the case, for example, with autonomous household robots, such as autonomous vacuum cleaners, autonomous lawnmowers and the like. In addition, the operation of the controller and the drives of such mobile agents in different operating modes can produce different current flow patterns, which can also produce a magnetic field that interferes with the measurement with the magnetometer.

Zwar ist es möglich, durch magnetisch aktive und elektrisch betriebene Komponenten bewirkte Magnetfeldverläufe im Bereich des mobilen Agenten zu berechnen, jedoch erfordert dies einen hohen Rechenaufwand und ist daher nicht in Echtzeit, d. h. zum Einsatz in einem mobilen Agenten geeignet.Although it is possible to calculate magnetic field curves in the area of the mobile agent caused by magnetically active and electrically operated components, this requires a high computing effort and is therefore not in real time, i.e. H. suitable for use in a mobile agent.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Agenten mit einem Magnetometer gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein mobiler Agent gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for operating a mobile agent with a magnetometer according to claim 1 and a device and a mobile agent according to the independent claims are provided.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further refinements are given in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Agenten mit einer korrigierten Magnetfeldangabe vorgesehen, mit folgenden Schritten:

  • - Messen einer Magnetfeldangabe mithilfe eines Magnetometers;
  • - Bereitstellen von Betriebszustandsgrößen, die einen Betriebszustand des mobilen Agenten angeben;
  • - Ermitteln von Magnetfelddaten, die ein störendes Magnetfeld im Bereich eines Magnetometers des mobilen Agenten angeben, abhängig von einem datenbasierten trainierten Magnetfeldmodell, wobei das Magnetfeldmodell trainiert ist, um den Betriebszustandsgrößen Magnetfelddaten für die Position des Magnetometers zuzuordnen, die den Anteil des durch Komponenten des mobilen Agenten hervorgerufenen Magnetfelds angeben;
  • - Beaufschlagen der Magnetfeldangabe mit den Magnetfelddaten, um die korrigierte Magnetfeldangabe zu erhalten.
According to a first aspect, a method for operating a mobile agent with a corrected magnetic field indication is provided, with the following steps:
  • - Measuring a magnetic field indication with the aid of a magnetometer;
  • - Provision of operating state variables which indicate an operating state of the mobile agent;
  • - Determination of magnetic field data that indicate a disruptive magnetic field in the area of a magnetometer of the mobile agent, depending on a data-based trained magnetic field model, the magnetic field model being trained to assign the operating state variables magnetic field data for the position of the magnetometer, which the proportion of the components of the mobile Indicate agents evoked magnetic field;
  • - Applying the magnetic field data to the magnetic field information in order to obtain the corrected magnetic field information.

Die Messung des Erdmagnetfelds durch ein Magnetometer in einem mobilen Agenten wird durch zahlreiche störende Komponenten beeinflusst. Derartige störende Komponenten können passiv sein, wie beispielsweise hartmagnetische oder ferromagnetische Materialien in der Nähe des Magnetometers oder auch aktiv, wie beispielsweise bewegliche hartmagnetische oder aktive (d.h. von Strom durchflossene) elektrische bzw. elektronische Komponenten, bei denen wechselnde Magnetfelder durch die Bewegung eines hartmagnetischen Materials oder durch wechselnde Stromflüsse, wie beispielsweise in einem Elektromotor oder einem elektromechanischen Aktuator, bewirkt werden können. Die Einflüsse derartiger störender Komponenten auf die Messung des Erdmagnetfelds sind komplex und aufgrund der zahlreichen möglichen Zustände des mobilen Agenten nur aufwendig simulierbar.The measurement of the earth's magnetic field by a magnetometer in a mobile agent is influenced by numerous interfering components. Such interfering components can be passive, such as hard magnetic or ferromagnetic materials in the vicinity of the magnetometer, or also active, such as movable hard magnetic or active (i.e. current flowing) electrical or electronic components in which changing magnetic fields are caused by the movement of a hard magnetic material or by alternating current flows, such as in an electric motor or an electromechanical actuator. The influences of such disruptive components on the measurement of the earth's magnetic field are complex and, due to the numerous possible states of the mobile agent, can only be simulated with great effort.

Gemäß dem obigen Verfahren soll der Einfluss der Konfiguration des mobilen Agenten, d. h. der Anordnung der passiven und aktiven magnetisch wirksamen Komponenten, und die Betriebszustände, d. h. Stromflüsse und erzeugte Magnetfelder, in aktiven Komponenten berücksichtigt werden, um den Einfluss auf die Messung durch das Magnetometer korrigieren zu können. Dies wird mithilfe eines Magnetfeldmodells erreicht, das die magnetische Feldstärke bzw. die Änderungen der magnetischen Feldstärke modelliert, um die Messung des Magnetometers korrigieren zu können. Insbesondere können mit dem Magnetfeldmodell die Stärke und Richtung eines durch die Komponenten des mobilen Agenten resultierenden Magnetfelds geschätzt werden. Dies gilt auch für Magnetfeldanteile, die aus einer Bewegung von beweglichen magnetischen Komponenten des mobilen Agenten resultieren.According to the above method, the influence of the configuration of the mobile agent, ie the arrangement of the passive and active magnetically active components, and the operating states, ie current flows and generated magnetic fields, are taken into account in active components in order to be able to correct the influence on the measurement by the magnetometer. This is achieved with the help of a magnetic field model that models the magnetic field strength or the changes in the magnetic field strength in order to be able to correct the measurement of the magnetometer. In particular, the strength and direction of a magnetic field resulting from the components of the mobile agent can be estimated with the magnetic field model. This also applies to magnetic field components that result from a movement of movable magnetic components of the mobile agent.

Das Magnetfeldmodell kann durch ein trainierbares Modell, wie beispielsweise ein Gauß-Prozess-Modell, ein neuronales Netz oder dergleichen erstellt werden, das z.B. basierend auf einer Magnetfeldsimulation für das durch Komponenten des mobilen Agenten selbst bewirkte Magnetfeld bzw. bewirkten Magnetfeldänderungen abhängig von den Betriebszuständen des mobilen Agenten trainiert wird. Somit kann der mobile Agent mit einem Magnetometer betrieben werden, wobei die Magnetfeldmesswerte des Magnetometers durch die modellierten Magnetfelddaten, die die Stärke und Richtung eines Magnetfeldanteils angeben, der durch die Komponenten des mobilen Agenten selbst hervorgerufen werden, korrigiert werden. Somit können Störeinflüsse auf die Magnetfeldmessung durch das Magnetometer basierend auf dem Magnetfeldmodell ermittelt und kompensiert werden.The magnetic field model can be created by a trainable model, such as a Gaussian process model, a neural network or the like, which, for example, based on a magnetic field simulation for the magnetic field caused by components of the mobile agent itself or caused magnetic field changes depending on the operating states of the mobile agent is trained. The mobile agent can thus be operated with a magnetometer, the magnetic field measurement values of the magnetometer being corrected by the modeled magnetic field data, which indicate the strength and direction of a magnetic field component that is caused by the components of the mobile agent itself. In this way, interfering influences on the magnetic field measurement by the magnetometer can be determined and compensated for based on the magnetic field model.

Diesem Ansatz liegt zugrunde, dass Magnetfelder, insbesondere Magnetfeldstärken und deren Ausrichtung, sehr präzise simuliert werden können, auch wenn eine größere Anzahl von magnetisch aktiven Komponenten und elektrischen bzw. elektronischen Komponenten berücksichtigt werden muss. Diese Simulationen sind jedoch sehr zeitaufwendig und können nicht in Echtzeit, d.h. nicht ohne Weiteres in dem mobilen Agenten, vorgenommen werden. Stattdessen wird hierin vorgeschlagen, die Simulationsergebnisse durch ein Magnetfeldmodell ermitteln zu lassen, bei dem die Konfigurationen der magnetisch aktiven Komponenten basierend auf der Konfiguration des mobilen Agenten vorgegeben sind und lediglich unterschiedliche Betriebszustände, d. h. Signalisierungszustände und Betriebszustände von magnetisch aktiven Komponenten, wie beispielsweise einem Elektromotor, als variable Eingangsgrößen vorgesehen werden müssen.This approach is based on the fact that magnetic fields, in particular magnetic field strengths and their alignment, can be simulated very precisely, even if a larger number of magnetically active components and electrical or electronic components have to be taken into account. However, these simulations are very time-consuming and cannot be carried out in real time, i.e. not easily in the mobile agent. Instead, it is proposed here to have the simulation results determined by a magnetic field model in which the configurations of the magnetically active components are specified based on the configuration of the mobile agent and only different operating states, i.e. H. Signaling states and operating states of magnetically active components, such as an electric motor, must be provided as variable input variables.

Durch die Nutzung des entsprechend trainierten Magnetfeldmodells als trainierbares datenbasiertes Funktionsmodell oder als neuronales Netz ist die Berechnung von Magnetfelddaten, d.h. des die Messung des Magnetometers störenden, durch den mobilen Agenten selbst hervorgerufenen Magnetfelds in einfacher Weise und mit sehr geringem Rechenaufwand möglich.By using the appropriately trained magnetic field model as a trainable, data-based functional model or as a neural network, the calculation of magnetic field data, i.e. the magnetic field that interferes with the measurement of the magnetometer and caused by the mobile agent itself, is possible in a simple manner and with very little computational effort.

Das obige Verfahren sieht daher vor, abhängig von einem internen Betriebszustand des mobilen Agenten die Magnetfelddaten zu ermitteln. Die von dem Magnetometer gemessene Magnetfeldangabe wird dann mithilfe der modellierten Magnetfelddaten korrigiert. Die korrigierte Magnetfeldangabe kann dann in nachgelagerten Anwendungen, wie beispielsweise für die Navigation, insbesondere für die Korrektur der Pose des mobilen Agenten, verwendet werden.The above method therefore provides for the magnetic field data to be determined as a function of an internal operating state of the mobile agent. The magnetic field indication measured by the magnetometer is then corrected with the aid of the modeled magnetic field data. The corrected magnetic field information can then be used in downstream applications, such as, for example, for navigation, in particular for correcting the pose of the mobile agent.

Weiterhin können die Betriebszustandsgrößen einen oder mehrere der folgenden Größen umfassen: Zustand eines Steuersignals, eine Sensorgröße, die von einer Sensorik des mobilen Agenten erfasst wird, einen internen Zustand, wie beispielsweise einen Stromfluss durch eine elektrische Leitung, insbesondere eines Motorstroms eines Elektroantriebs.Furthermore, the operating state variables can include one or more of the following variables: state of a control signal, a sensor variable that is detected by a sensor system of the mobile agent, an internal state, such as a current flow through an electrical line, in particular a motor current of an electric drive.

Es kann vorgesehen sein, dass das Magnetfeldmodell abhängig von tatsächlichen Magnetfelddaten trainiert wird, die abhängig von einem durch die Betriebszustandsgrößen angegebenen Betriebszustand das von magnetisch aktiven und/oder elektrischen bzw. elektronischen Komponenten des mobilen Agenten bewirkte Magnetfeld angeben.It can be provided that the magnetic field model is trained as a function of actual magnetic field data which, as a function of an operating state specified by the operating state variables, indicate the magnetic field caused by magnetically active and / or electrical or electronic components of the mobile agent.

Insbesondere können die tatsächlichen Magnetfelddaten durch eine Magnetfeldsimulation bestimmt werden.In particular, the actual magnetic field data can be determined by a magnetic field simulation.

Alternativ können die tatsächlichen Magnetfelddaten durch Messung an der Position des Magnetometers bestimmt werden, wobei insbesondere von dem gemessenen Magnetfeld unter Berücksichtigung der aktuellen (bekannten) Ausrichtung des mobilen Agenten die Stärke und Ausrichtung des Erdmagnetfelds subtrahiert wird.Alternatively, the actual magnetic field data can be determined by measurement at the position of the magnetometer, the strength and orientation of the earth's magnetic field being subtracted in particular from the measured magnetic field, taking into account the current (known) orientation of the mobile agent.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Magnetfeldmodell ein Gaußprozessmodell oder ein künstliches neuronales Netz umfassen.According to one embodiment, the magnetic field model can comprise a Gaussian process model or an artificial neural network.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Agenten mit einer korrigierten Magnetfeldangabe vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:

  • - Messen einer Magnetfeldangabe mithilfe eines Magnetometers;
  • - Bereitstellen von Betriebszustandsgrößen, die einen Betriebszustand des mobilen Agenten angeben;
  • - Ermitteln von Magnetfelddaten, die ein störendes Magnetfeld im Bereich des Magnetometers des mobilen Agenten angeben, abhängig von einem datenbasierten trainierten Magnetfeldmodell, wobei das Magnetfeldmodell trainiert ist, um den Betriebszustandsgrößen Magnetfelddaten für die Position des Magnetometers zuzuordnen, die den Anteil des durch Komponenten des mobilen Agenten hervorgerufenen Magnetfelds angeben; und
  • - Beaufschlagen der Magnetfeldangabe mit den Magnetfelddaten, um die korrigierte Magnetfeldangabe zu erhalten.
According to a further aspect, a device for operating a mobile agent with a corrected magnetic field indication is provided, the device being designed to:
  • - Measuring a magnetic field indication with the aid of a magnetometer;
  • - Provision of operating state variables which indicate an operating state of the mobile agent;
  • - Determination of magnetic field data that indicate a disruptive magnetic field in the area of the magnetometer of the mobile agent, depending on a data-based trained magnetic field model, the magnetic field model being trained to assign the operating state variables magnetic field data for the position of the magnetometer, which is the proportion of the components of the mobile agent indicate evoked magnetic field; and
  • - Applying the magnetic field data to the magnetic field information in order to obtain the corrected magnetic field information.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein mobiler Agent mit einer Bewegungsaktuatorik und der obigen Vorrichtung vorgesehen.According to a further aspect, a mobile agent with a movement actuator and the above device is provided.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines mobilen Agenten mit einem Magnetometer; und
  • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des mobilen Agenten;
Embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a mobile agent with a magnetometer; and
  • 2 a flow chart to illustrate a method for operating the mobile agent;

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

In 1 ist ein mobiler Agent 1 mit einer Steuereinheit 2 vorgesehen. Der mobile Agent 1 weist eine Bewegungsaktuatorik 3 auf, mit der der mobile Agent 1 sich in einer Umgebung bewegen kann. Beispielsweise kann der mobile Agent 1 ein autonomer Haushaltsroboter, wie beispielsweise ein autonomer Rasenmäher, ein autonomer Reinigungsroboter oder dergleichen, oder ein autonom fahrendes Fahrzeug sein.In 1 is a mobile agent 1 with a control unit 2 intended. The mobile agent 1 has a movement actuator 3rd with which the mobile agent 1 can move in an environment. For example, the mobile agent 1 an autonomous household robot, such as an autonomous lawn mower, an autonomous cleaning robot or the like, or an autonomously driving vehicle.

Der mobile Agent 1 weist eine Umgebungssensorik 4 auf, mit der der mobile Agent 1 seine Pose bestimmen kann. Die Umgebungssensorik 4 kann beispielsweise ein Lidar, ein Radar, eine Kamera, eine Geolokationseinrichtung, wie beispielsweise ein GPS-System und dergleichen, umfassen.The mobile agent 1 has an environmental sensor system 4th with which the mobile agent 1 can determine his pose. The environmental sensors 4th may for example include a lidar, a radar, a camera, a geolocation device such as a GPS system and the like.

Die Pose wird als Posenangabe in der Steuereinheit 2 bereitgestellt und gibt die Position des mobilen Agenten 1 und seine Ausrichtung bezüglich eines Umgebungskoordinatensystems U an, das insbesondere an einem Erdmagnetfeld orientiert sein kann bzw. zu diesem in einer festen Beziehung steht.The pose is given as a pose information in the control unit 2 provided and gives the position of the mobile agent 1 and its alignment with respect to an environmental coordinate system U, which can in particular be oriented to an earth's magnetic field or has a fixed relationship to it.

Ferner weist der mobile Agent 1 ein Magnetometer 5 auf, mit dem Magnetfelder gemessen werden können, die Empfindlichkeit des Magnetometers ist ausreichend gewählt, um eine Stärke und Richtung eines Erdmagnetfelds zu messen. Die Richtung des Erdmagnetfelds kann dann zur Korrektur der ermittelten Pose des mobilen Agenten 1 verwendet werden.Furthermore, the mobile agent 1 a magnetometer 5 on, with which magnetic fields can be measured, the sensitivity of the magnetometer is selected sufficiently to measure a strength and direction of an earth's magnetic field. The direction of the earth's magnetic field can then be used to correct the determined pose of the mobile agent 1 be used.

Das Magnetometer 5 kann beispielsweise als diamantbasierter Magnetometer mit Stickstoffstörstellen ausgebildet sein, das in der Lage ist, Magnetfelder in drei Raumdimensionen zu messen. Auch andere Arten von Magnetometern zur Messung der Magnetfeldrichtung und Magnetfeldstärke sind einsetzbar.The magnetometer 5 can for example be designed as a diamond-based magnetometer with nitrogen impurities, which is able to measure magnetic fields in three spatial dimensions. Other types of magnetometers for measuring the direction and strength of the magnetic field can also be used.

Durch magnetisch aktive Komponenten, d.h. Komponenten des mobilen Agenten 1, die eine weichmagnetische oder hartmagnetische Eigenschaft aufweisen, und/oder elektrisch bzw. elektronische Komponenten, d.h. Komponenten, in denen durch Stromflüsse signifikante Magnetfelder bewirkt werden können, kann die Messung des Magnetfelds durch das Magnetometer 5 gestört werden. Dies kann beispielsweise durch die Bewegungsaktuatorik 3 hervorgerufen werden, die einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen kann. Die Elektromotoren erzeugen im Betrieb wechselnde Magnetfelder, die in erheblichem Maße eine Störung des durch das Magnetometer 5 gemessenen Magnetfelds hervorrufen können. Zudem benötigen derartige Elektromotoren hohe elektrische Leistungen, die zu hohen Stromflüssen in den Zuleitungen führen, wodurch ebenfalls starke magnetische Störfelder bewirkt werden.Through magnetically active components, ie components of the mobile agent 1 that have a soft magnetic or hard magnetic property, and / or electrical or electronic components, ie components in which significant magnetic fields can be caused by current flows, the measurement of the magnetic field by the magnetometer 5 be disturbed. This can be done, for example, by the movement actuators 3rd caused, which may have one or more electric motors. The electric motors generate alternating magnetic fields during operation, which to a considerable extent disrupt the caused by the magnetometer 5 measured magnetic field. In addition, such electric motors require high electrical powers, which lead to high current flows in the supply lines, which also causes strong magnetic interference fields.

Die von dem mobilen Agenten 1 bewirkten störenden Magnetfelder hängen im Wesentlichen von dem Betriebszustand des mobilen Agenten 1 ab. So kann je nach Betriebszustand, d. h. je nach Stromflüssen auf Signal- und/ oder Versorgungsleitungen, und je nach Positionen von beweglichen, magnetisch aktiven Komponenten, wie beispielsweise ein Rotor eines Elektromotors, das störende Magnetfeld, das an der Position des Magnetometers auftritt, unterschiedlich sein. Dadurch wird die Messung des Magnetfelds durch das Magnetometer beeinträchtig, da das störende Magnetfeld das Erdmagnetfeld überlagert.The one from the mobile agent 1 The disturbing magnetic fields caused depend essentially on the operating status of the mobile agent 1 from. Depending on the operating status, i.e. depending on the current flows on signal and / or supply lines, and depending on the positions of movable, magnetically active components, such as a rotor of an electric motor, the disruptive magnetic field that occurs at the position of the magnetometer can be different . This affects the measurement of the magnetic field by the magnetometer, since the interfering magnetic field is superimposed on the earth's magnetic field.

Zur Kompensation des Störmagnetfelds wird in der Steuereinheit 2 ein Verfahren ausgeführt, um Magnetfelddaten zur Korrektur einer durch das Magnetometer gemessenen Magnetfeldangabe zu ermitteln.To compensate for the interference magnetic field, in the control unit 2 a method is carried out to determine magnetic field data for correcting a magnetic field indication measured by the magnetometer.

In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des mobilen Agenten 1 basierend auf Magnetfelddaten, die das störende Magnetfeld in Stärke und Richtung angeben, für eine Korrektur einer Magnetfeldangabe, die von dem Magnetometer 5 gemessen wird. Das Verfahren kann als Software und/oder als Hardware in der Steuereinheit 2 implementiert sein.In 2 Figure 3 is a flow diagram illustrating a method of operating the mobile agent 1 based on magnetic field data, which indicate the strength and direction of the interfering magnetic field, for a correction of a magnetic field information provided by the magnetometer 5 is measured. The method can take the form of software and / or hardware in the control unit 2 be implemented.

In Schritt S1 wird beim Betrieb des mobilen Agenten 1 das Magnetometer 5 ausgelesen, um eine Magnetfeldangabe über eine aktuelle Stärke eines Magnetfelds in drei Raumrichtungen zu erhalten.In step S1 is used when operating the mobile agent 1 the magnetometer 5 read out in order to obtain a magnetic field information about the current strength of a magnetic field in three spatial directions.

In Schritt S2 werden Betriebszustandsgrößen bereitgestellt, die beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen kann: interne Betriebszustandsgrößen, wie beispielsweise Zustände von Steuersignalen, Sensorgrößen, die von einer Sensorik erfasst werden, interne Zustände, wie beispielsweise einen Stromfluss durch elektrische Leitungen, insbesondere eines Motorstroms eines Elektroantriebs oder dergleichen. So können diese Betriebszustandsgrößen einen aktuellen Motorstrom, eine Rotorlage eines Elektromotors, relative Positionen von beweglichen hartmagnetischen und/oder weichmagnetischen Komponenten angeben.In step S2 operating state variables are provided, which can include, for example, one or more of the following variables: internal operating state variables, such as states of control signals, sensor variables that are detected by a sensor system, internal states, such as a current flow through electrical lines, in particular a motor current of an electric drive or like that. These operating state variables can thus indicate a current motor current, a rotor position of an electric motor, and relative positions of movable hard magnetic and / or soft magnetic components.

In Schritt S3 wird basierend auf den Betriebszustandsgrößen ein durch den mobilen Agenten 1 hervorgerufenes störendes Magnetfeld als Magnetfelddaten mithilfe eines datenbasierten Magnetfeldmodells ermittelt. Das Magnetfeldmodell kann beispielsweise als Gauß-Prozess-Modell oder als künstliches neuronales Netz bereitgestellt werden und basierend auf Simulationsdaten trainiert sein.In step S3 is activated by the mobile agent based on the operating state variables 1 generated disturbing magnetic field determined as magnetic field data with the help of a data-based magnetic field model. The magnetic field model can be provided, for example, as a Gaussian process model or as an artificial neural network and trained based on simulation data.

Dazu werden die Betriebszustandsgrößen des mobilen Agenten 1 für eine Magnetfeldsimulation genutzt, um ein resultierendes Störmagnetfeld an der Position des Magnetometers 5 zu ermitteln. Da sich Magnetfelder überlagern, kann durch Subtraktion des Störmagnetfelds von dem in dem Magnetometer 5 gemessenen Magnetfeld die Stärke und Ausrichtung des Erdmagnetfelds bestimmt werden.For this purpose, the operating state variables of the mobile agent 1 used for a magnetic field simulation to determine a resulting interference magnetic field at the position of the magnetometer 5 to determine. Since magnetic fields are superimposed, by subtracting the interfering magnetic field from that in the magnetometer 5 measured magnetic field the strength and orientation of the earth's magnetic field can be determined.

In Schritt S4 wird überprüft, ob eine Anomalie in der gemessenen Magnetfeldangabe vorliegt. Wird eine Anomalie festgestellt (Alternative: Ja), wird im Schritt S5 der Ursprung der Anomalie detektiert. In Schritt S6 wird die Bewegung des mobilen Agenten 1 und/oder der Betrieb des mobilen Agenten 1 beendet, wenn festgestellt wird, dass die Ursache der Anomalie sich in Nähe des mobilen Agenten 1 befindet.In step S4 it is checked whether there is an anomaly in the measured magnetic field indication. If an anomaly is detected (alternative: yes), step S5 the origin of the anomaly is detected. In step S6 becomes the movement of the mobile agent 1 and / or the operation of the mobile agent 1 terminates when it is determined that the cause of the abnormality is in the vicinity of the mobile agent 1 is located.

Eine Anomalie kann beispielsweise durch Plausibilisieren der gemessenen Magnetfeldangabe durchgeführt werden. Ändert sich die Stärke oder Richtung des gemessenen Magenetfeldangabe zu einem Wert, der außerhalb eines möglichen vorgegebenen Bereichs liegt, so wird eine Anomalie erkannt.An anomaly can be carried out, for example, by checking the plausibility of the measured magnetic field information. If the strength or direction of the measured magnetic field information changes to a value that lies outside a possible predetermined range, an anomaly is recognized.

Wird in Schritt S4 keine Anomalie festgestellt (Alternative: Nein), wird in Schritt S7 die gemessene Magnetfeldangabe mit den durch das Magnetfeldmodell ermittelten Magnetfelddaten korrigiert.Will in step S4 no anomaly is found (alternative: no) in step S7 corrects the measured magnetic field information with the magnetic field data determined by the magnetic field model.

In einem nachfolgenden Schritt S8 wird die Richtung der korrigierten Magnetfeldangabe als die Richtung des Erdmagnetfelds angenommen und zur Korrektur einer Ausrichtung des mobilen Agenten 1 bezüglich seiner Pose verwendet.In a subsequent step S8 the direction of the corrected magnetic field indication is assumed to be the direction of the earth's magnetic field and for correcting an orientation of the mobile agent 1 used regarding his pose.

Das datenbasierte Magnetfeldmodell kann basierend auf Messdaten oder Simulationsdaten trainiert sein. Zur Simulation des an der Position des Magnetometers 5 resultierenden störenden Magnetfelds wird zunächst ein räumliches Modell des mobilen Agenten 1 erstellt, das die relevanten magnetisch aktiven Komponenten berücksichtigt. Nun können die Magnetfeldstärken in allen erwartbaren durch die Betriebszustandsgrößen angegebenen Betriebszustände simuliert oder durch gesonderte Messung aufgezeichnet werden. Zum Beispiel können alle Bewegungsgeschwindigkeiten des einen oder der mehreren Elektromotoren oder andere erwartbare Einflüsse auf das magnetische Feld eingestellt werden und die entsprechende resultierende Magnetfeldangabe durch Simulation ermittelt werden. Durch Trainieren des trainierbaren Magnetfeldmodells abhängig von den Betriebszuständen des mobilen Agenten kann das zu erwartende störende Magnetfeld an der Position des Magnetometers des mobilen Agenten ermittelt werden.The data-based magnetic field model can be trained based on measurement data or simulation data. To simulate the at the position of the magnetometer 5 The resulting disruptive magnetic field is initially a spatial model of the mobile agent 1 created that takes the relevant magnetically active components into account. The magnetic field strengths can now be simulated in all expected operating states specified by the operating state variables or recorded by separate measurements. For example, all movement speeds of the one or more electric motors or other expected influences on the magnetic field can be set and the corresponding resulting magnetic field information can be determined by simulation. By training the trainable magnetic field model as a function of the operating states of the mobile agent, the expected disruptive magnetic field at the position of the magnetometer of the mobile agent can be determined.

Alternativ kann das Magnetfeldmodell auch basierend auf Messdaten bestimmt werden. Dabei wird ein an der Position des Magnetometers erfasstes Magnetfeld den jeweiligen Betriebszustand zugeordnet. Um den Einfluss des Erdmagnetfelds zu eliminieren, wird bei bekannter Ausrichtung des mobilen Agenten 1 die bekannte Stärke des Erdmagnetfelds und die durch die bekannte Ausrichtung ermittelbare Richtung des Erdmagnetfelds aus den gemessenen Magnetfeld subtrahiert, um die für das Trainieren des Magnetfeldmodells relevanten Magnetfelddaten zu erhalten.Alternatively, the magnetic field model can also be determined based on measurement data. A magnetic field detected at the position of the magnetometer is assigned to the respective operating status. In order to eliminate the influence of the earth's magnetic field, if the orientation of the mobile agent is known 1 the known strength of the earth's magnetic field and the direction of the earth's magnetic field that can be determined by the known orientation are subtracted from the measured magnetic field in order to obtain the magnetic field data relevant for training the magnetic field model.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines mobilen Agenten (1) mit einer korrigierten Magnetfeldangabe, mit folgenden Schritten: - Messen (S1) einer Magnetfeldangabe mithilfe eines Magnetometers (5); - Bereitstellen (S2) von Betriebszustandsgrößen, die einen Betriebszustand des mobilen Agenten (1) angeben; - Ermitteln (S3) von Magnetfelddaten, die ein störendes Magnetfeld im Bereich des Magnetometers (5) des mobilen Agenten (1) angeben, abhängig von einem datenbasierten trainierten Magnetfeldmodell, wobei das Magnetfeldmodell trainiert ist, um den Betriebszustandsgrößen Magnetfelddaten für die Position des Magnetometers zuzuordnen, die den Anteil des durch Komponenten des mobilen Agenten (1) hervorgerufenen Magnetfelds angeben; - Beaufschlagen (S7) der Magnetfeldangabe mit den Magnetfelddaten, um die korrigierte Magnetfeldangabe zu erhalten.Method for operating a mobile agent (1) with a corrected magnetic field indication, comprising the following steps: - measuring (S1) a magnetic field indication with the aid of a magnetometer (5); - Provision (S2) of operating state variables which indicate an operating state of the mobile agent (1); - Determination (S3) of magnetic field data which indicate an interfering magnetic field in the area of the magnetometer (5) of the mobile agent (1), depending on a data-based trained magnetic field model, the magnetic field model being trained to assign magnetic field data for the position of the magnetometer to the operating state variables which indicate the proportion of the magnetic field caused by components of the mobile agent (1); - Applying (S7) the magnetic field data to the magnetic field data in order to obtain the corrected magnetic field data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebszustandsgrößen einen oder mehrere der folgenden Größen umfassen: Zustand eines Steuersignals, eine Sensorgröße, die von einer Sensorik des mobilen Agenten (1) erfasst wird, einen internen Zustand, wie beispielsweise einen Stromfluss durch eine elektrische Leitung, insbesondere eines Motorstroms eines Elektroantriebs.Procedure according to Claim 1 , wherein the operating state variables include one or more of the following variables: state of a control signal, a sensor variable that is detected by a sensor system of the mobile agent (1), an internal state, such as a current flow through an electrical line, in particular a motor current of an electric drive . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Magnetfeldmodell abhängig von tatsächlichen Magnetfelddaten trainiert wird, die abhängig von einem durch die Betriebszustandsgrößen angegebenen Betriebszustand das von magnetisch aktiven und/oder elektrischen bzw. elektronischen Komponenten des mobilen Agenten (1) bewirkte Magnetfeld angeben.Procedure according to Claim 1 or 2 , the magnetic field model being trained as a function of actual magnetic field data which, depending on an operating state specified by the operating state variables, indicate the magnetic field caused by magnetically active and / or electrical or electronic components of the mobile agent (1). Verfahren nach Anspruch 3, wobei die tatsächlichen Magnetfelddaten durch eine Magnetfeldsimulation bestimmt werden.Procedure according to Claim 3 , the actual magnetic field data being determined by a magnetic field simulation. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die tatsächlichen Magnetfelddaten durch Messung an der Position des Magnetometers (5) bestimmt werden, wobei insbesondere von dem gemessenen Magnetfeld unter Berücksichtigung der aktuellen Ausrichtung des mobilen Agenten (1) die Stärke und Ausrichtung des Erdmagnetfelds subtrahiert wird.Procedure according to Claim 3 , the actual magnetic field data being determined by measurement at the position of the magnetometer (5), the strength and orientation of the earth's magnetic field being subtracted from the measured magnetic field, taking into account the current orientation of the mobile agent (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Magnetfeldmodell ein Gaußprozessmodell oder ein künstliches neuronales Netz umfasst.Method according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the magnetic field model comprises a Gaussian process model or an artificial neural network. Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Agenten (1) mit einer korrigierten Magnetfeldangabe, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: - Messen einer Magnetfeldangabe mithilfe eines Magnetometers (5); - Bereitstellen von Betriebszustandsgrößen, die eine Betriebszustand des mobilen Agenten (1) angeben; - Ermitteln von Magnetfelddaten, die ein störendes Magnetfeld im Bereich des Magnetometers des mobilen Agenten (1) angeben, abhängig von einem datenbasierten trainierten Magnetfeldmodell, wobei das Magnetfeldmodell trainiert ist, um den Betriebszustandsgrößen Magnetfelddaten für die Position des Magnetometers zuzuordnen, die den Anteil des durch Komponenten des mobilen Agenten hervorgerufenen Magnetfelds angeben; und - Beaufschlagen der Magnetfeldangabe mit den Magnetfelddaten, um die korrigierte Magnetfeldangabe zu erhalten.Device for operating a mobile agent (1) with a corrected magnetic field indication, the device being designed to: - Measuring a magnetic field indication with the aid of a magnetometer (5); - Provision of operating state variables which indicate an operating state of the mobile agent (1); - Determination of magnetic field data that indicate a disruptive magnetic field in the area of the magnetometer of the mobile agent (1), depending on a data-based trained magnetic field model, the magnetic field model being trained to assign the operating state variables magnetic field data for the position of the magnetometer, which the proportion of the Indicating components of the mobile agent evoked magnetic field; and - Applying the magnetic field data to the magnetic field information in order to obtain the corrected magnetic field information. Mobiler Agent (1) mit einer Bewegungsaktuatorik (3) und der Vorrichtung nach Anspruch 7.Mobile agent (1) with a movement actuator (3) and the device according to Claim 7 . Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program with program code means which is set up to implement a method according to one of the Claims 1 to 7th execute when the computer program is executed on a computing unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 9 .
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