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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer relativen Position eines Objekts oder einer Person zu einem Fahrzeug, insbesondere zu einer Arbeitsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Erfassung einer relativen Position des Objekts oder der Person zu einem Fahrzeug, ein Computerproduktprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Ein Verfahren zur Erfassung einer relativen Position eines Objekts oder einer Person zu einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2014 219 148 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Verfahren dient insbesondere der Erkennung bzw. Vermeidung von gefährlichen Situationen im Straßenverkehr durch Warnung der Verkehrsteilnehmer vor einer drohenden Gefährdung bzw. Kollision. Insbesondere ist es aus der genannten Schrift bekannt, die Ortung bzw. Lokalisierung beispielsweise einer Person mittels einer in einem Fahrzeug angeordneten RFID-Empfangseinheit und einer Radareinrichtung durchzuführen, wobei auch das Vorsehen eines Beschleunigungssensors o.ä. erwähnt ist. Wie eine derartige Auswertung der Daten der genannten Elemente bzw. Sensoren insbesondere bei Erfassung mehrerer infrage kommender Objekte bzw. Personen erfolgen soll, ist in der genannten Schrift jedoch nicht erwähnt.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung einer relativen Position eines Objekts oder einer Person zu einem Fahrzeug, insbesondere zu einer Arbeitsmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine eindeutige Bestimmung des Orts einer Person bzw. eines Objekts zu dem Fahrzeug auch dann ermöglicht wird, wenn aus einer Fusion der Daten der Sende- und/oder Empfangseinrichtung und der Radareinrichtung mehrere Objekte bzw. Personen im gleichen Abstand zum Fahrzeug erfasst werden, sodass eine eindeutige Identifikation bzw. Erfassung einer bestimmten Person bzw. eines bestimmten Objekts nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch die Auswertung zusätzlicher Daten einer IMU-Einheit bzw. einer inertialen Messeinheit, mit denen das Objekts bzw. die Person bestückt ist, auf ein spezielles Objekt bzw. eine spezielle Person schließen zu können. Insbesondere werden dabei die Daten der IMU-Einheit mit den sich zeitlich ändernden Positionsdaten der Radar-Einrichtung verglichen, um eine eindeutige Zuordnung vornehmen zu können.
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Vor diesem Hintergrund schlägt es die Lehre der Erfindung daher vor, dass zur eindeutigen Identifikation der Position des Objekts oder der Person zumindest bei mehreren von der Radareinrichtung erfassten Objekten oder Personen, denen derselbe Abstand, insbesondere zu dem Fahrzeug oder zu der Arbeitsmaschine, von der Radareinrichtung zugeordnet wird wie ein mittels der Sende- und/oder Empfangseinheit ermittelter Abstand, insbesondere zu dem Fahrzeug oder zu der Arbeitsmaschine, von der Auswerteeinrichtung zusätzlich die Daten eines Beschleunigungssensors, insbesondere einer IMU-Einheit, des Objekts oder der Person sowie Daten (insbesondere Geschwindigkeitsdaten und daraus ggf. ermittelte Beschleunigungen) des von der Radareinrichtung erfassten Objekts oder der Person berücksichtigt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lokalisierung eines Objekts oder einer Person zu einem Fahrzeug sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Durch die Auswertung der Daten des Beschleunigungssensors, insbesondere der IMU-Einheit, ergeben sich insbesondere dann Vorteile, wenn sich das Objekt bzw. die Person aus einer Empfangsreichweite der Empfangs- und/oder Sendeeinheit am Fahrzeug entfernt hat oder beispielsweise eine Ortung mittels der Radareinrichtung nicht möglich ist, weil beispielsweise sich zwischen dem Fahrzeug bzw. der Radareinrichtung und der Person bzw. dem Objekt ein Stör- bzw. Abschirmobjekt o.ä. befindet, das das zu erfassende Objekt bzw. die zu erfassende Person abschattet. Dies ist deshalb möglich, weil unabhängig von der Empfangsreichweite der Empfangs- und/oder Sendeeinheit am Fahrzeug und ggf. nicht möglicher Radarortung die Daten des Beschleunigungssensors, insbesondere der IMU-Einheit, an das Fahrzeug weiterhin übermittelt werden können.
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Vor diesem Hintergrund ist es in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens deshalb vorgesehen, dass bei einem Entfernen des Objekts oder der Person aus einer Empfangsreichweite der Empfangs- und/oder Sendeeinheit am Fahrzeug die Position des Objekts oder der Person außerhalb der Empfangsreichweite der Empfangs- und/oder Sendeeinheit am Fahrzeug aufgrund der Daten des Beschleunigungssensors, insbesondere der IMU-Einheit, ermittelt wird. Voraussetzung für ein derartiges Verfahren ist, dass das Objekt bzw. die Person sich zunächst innerhalb der Empfangsreichweite der Empfangs- und/oder Sendeeinheit befunden hat.
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Alternativ bzw. in Kombination mit dem zuletzt vorgeschlagenen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass bei einem Entfernen des Objekts oder der Person aus einer Reichweite der Radareinrichtung die Position des Objekts oder der Person außerhalb der Reichweite der Radareinrichtung aufgrund der Daten des Beschleunigungssensors, insbesondere der IMU-Einheit, ermittelt wird. Unter Reichweite der Radareinrichtung wird dabei nicht nur die (maximale) Reichweite im wörtlichen Sinn verstanden, sondern, wie oben erläutert, insbesondere auch das Abdecken bzw. Abschatten eines Objekts oder einer Person innerhalb der Reichweite der Radareinrichtung, sodass das relevante Objekt bzw. die relevante Person von der Radareinrichtung nicht mehr erfasst werden kann.
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Die genannten Verfahren dienen insbesondere der Vermeidung von drohenden Kollisionen zwischen dem Fahrzeug, insbesondere einer Arbeitsmaschine, und der Person bzw. dem Objekt. Typischerweise weist eine derartige Arbeitsmaschine darüber hinaus bewegliche Elemente auf, die mit Blick auf die Person oder das Objekt ein Gefährdungspotential darstellen. Beispielsweise ist die Arbeitsmaschine als Bagger ausgebildet, und das bewegliche Element der Arbeitsmaschine ist die Baggerschaufel. In diesem Fall soll vermieden werden, dass eine Kollision beispielsweise der während des Betriebs bewegten Baggerschaufel mit einer Person stattfindet. Vor diesem Hintergrund schlägt es ein weiteres bevorzugtes Verfahren vor, dass zusätzlich die Position eines an dem als Arbeitsmaschine ausgebildeten Fahrzeug angeordneten beweglichen Elements berücksichtigt wird, und dass bei Unterschreitung eines Mindestabstands zwischen dem beweglichen Element und dem Objekt oder der Person ein Alarm ausgelöst und/oder die Arbeitsmaschine in einen sicheren Betrieb überführt wird. Ein derartiger sicherer Betrieb kann beispielsweise in einem Stoppen der Bewegung des beweglichen Elements bestehen, oder dadurch, dass das Element in eine zurückgezogene bzw. einen größeren Abstand zu der Person oder zu dem Objekt aufweisenden Position bewegt wird.
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Zur Verbesserung der Datenanalyse kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Daten der Auswerteeinrichtung zugeführten oder mittels der Auswerteeinrichtung ausgewerteten Daten mittels eines Kalman-Filters bearbeitet werden.
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Darüber hinaus lässt sich die Erfassung des Objekts bzw. der Person besonders sicher gestalten bzw. durch Redundanz überprüfen, wenn die Lokalisierung des Objekts oder der Person mittels mehreren an dem Fahrzeug angeordneter Empfangs- und/oder Sendeeinheiten und/oder Radareinrichtungen erfolgt.
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Eine weitere, in dieselbe Richtung gehender Vorschlag zur besonders sicheren Verifikation der Erfassung sieht vor, dass die Erfassung zusätzlich mittels einer an der Person oder dem Objekt und dem Fahrzeug angeordneten satellitengeschützten Positionserfassung erfolgt.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein System zur Erfassung einer relativen Position eines Objekts oder einer Person zu einem Fahrzeug, insbesondere einer Arbeitsmaschine, wobei das System eine Sende- und/oder Empfangseinheit sowie einen mit einer Sendeeinrichtung versehenen Beschleunigungssensor, insbesondere eine mit einer Sendeeinrichtung versehene IMU-Einheit, für das Objekt oder die Person, eine Empfangs- und/oder Sendeeinheit, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von von der Sendeeinrichtung ausgegebenen Daten des Beschleunigungssensors, insbesondere der IMU-Einheit (28), und eine Radareinrichtung an dem Fahrzeug sowie eine Auswerteeinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerproduktprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf abgespeicherten entsprechenden Computerprogramm.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Lokalisierung eines Objekts oder einer Person zu einem Fahrzeug,
- 2 eine schematische Darstellung des Systems gemäß 1 zur Erläuterung einer speziellen Funktionalität,
- 3 das System gemäß 1 und 2 zur Erläuterung einer weiteren Funktionalität in schematischer Darstellung,
- 4 und 5 Darstellungen zur Erläuterung der Identifikation der Position von zwei mit RTLS-Tags ausgestatteten Objekten, die von einer Radareinrichtung als gemeinsames Objekt erfasst werden und
- 6 und 7 eine Variation der 4 und 5 bei einer anderen Anordnung der beiden Objekte innerhalb der Reichweite einer Radareinrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 sind die wesentlichen Bestandteile eines Systems 100 zur Erfassung der relativen Positionen beispielhaft mehrerer Objekte 1 und einer Person 2 zu einem Fahrzeug 10 dargestellt. Bei dem Fahrzeug 10 handelt es sich insbesondere um eine Arbeitsmaschine 12, beispielsweise um einen Bagger. Die Arbeitsmaschine 12 ist in den 1 bis 7 lediglich bereichsweise und symbolisch dargestellt und kann beispielsweise ein Arbeitsgerät 14, wie eine Baggerschaufel aufweisen, deren exakte Position an bzw. zur Arbeitsmaschine 12 erfassbar und an eine Auswerteeinrichtung 20 als Eingangsgröße zugeführt wird.
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Das Fahrzeug 10 weist darüber hinaus eine Radareinrichtung 22 auf, die dazu ausgebildet ist, Objekte 1 sowie Personen 2 zu erfassen. Die Erfassung der Positionsdaten von Objekten 1 und Personen 2 erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die von der Radareinrichtung 22 an die Auswerteeinrichtung 20 übermittelten Daten eine Positionsverfolgung der erfassten Objekte 1 und Personen 2 sowie aus der Positionsverfolgung auch eine Berechnung der während der Erfassung durch die Radareinrichtung 22 von den Objekten 1 bzw. Personen 2 vorhandenen Geschwindigkeiten und Richtungen der Objekte 1 bzw. Personen 2 ermöglicht. Weiterhin ist an dem Fahrzeug 10 eine Empfangs- und/oder Sendeeinheit in Form beispielhaft eines RTLS-Empfangsgeräts 24 vorgesehen. Das RTLS-Empfangsgerät 24 dient der Erfassung einer beispielhaft von der Person 2 getragenen Sende- und/oder Empfangseinheit in Form beispielhaft eines RTLS-Tags 26. Das RTLS-Tag 26 kann beispielsweise Bestandteil einer Arbeitsschutzkleidung der Person 2 o.ä. sein. Vorzugsweise ist über eine Tag-ID des RTLS-Tags 26 auch eine eindeutige Identifikation mit der Person 2 möglich. Bei dem RTLS-Tag 26 handelt es sich beispielsweise um einen aktiven UWB-Tag.
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Ergänzend wird erwähnt, dass es sich bei der Empfangs- und/oder Sendeeinheit bzw. der Sende- und/oder Empfangseinheit um baugleiche Einheiten handeln kann, die sowohl eine Sende- als auch eine Empfangsfunktion aufweisen, und dass die jeweilige Funktionalität beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung der jeweiligen Software erfolgt.
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Die Person 2 bzw. beispielsweise deren Arbeitskleidung weist neben dem RTLS-Tag 26 zusätzlich eine IMU-Einheit 28 auf. Die von der IMU-Einheit 28 ermittelten Daten, insbesondere Beschleunigungen, werden von der IMU-Einheit 28 mittels einer nicht gezeigten Sendeeinheit gesendet und mittels eines Empfängers 29 empfangen und der Auswerteeinrichtung 20 zugeführt.
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Ergänzend wird erwähnt, dass die Kommunikation bzw. Datenaustausch zwischen der IMU-Einheit 28 und der Auswerteeinrichtung 20 sowie zwischen dem RTLS-Empfangsgerät 24 und dem RTLS-Tag 26 ggf. auf demselben Kanal erfolgen kann, sodass für die IMU-Einheit 28 dann keine extra Sendeeinheit erforderlich ist. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung 20 nicht der Ermittlung des Abstandes zwischen dem RTLS-Empfangsgerät 24 und dem RTLS-Tag 26 dient, da dieser Abstand intern von den Einheiten ermittelt wird, sondern der Auswerteeinrichtung 20 lediglich der ermittelte Abstand als Eingangsgröße zugeführt wird.
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In der 1 ist der Fall dargestellt, dass die beiden Objekte 1 und die Person 2, die mittels der Radareinrichtung 22 erfasst werden, jeweils denselben Abstand d zur Radareinrichtung 22 am Fahrzeug 10 aufweisen. Empfängt in dem Abstand d die RTLS-Leseeinrichtung 24 das Signal des RTLS-Tags 26, so ist es bei dieser Konfiguration nicht möglich zu unterscheiden, welches der drei von der Radareinrichtung 22 erfassten Elemente (Person 2 bzw. die beiden Objekte 1) das RTLS-Tag 26 trägt, da das RTLS-Tag 26 lediglich eine Abstandsbestimmung ermöglicht, nicht jedoch eine Bestimmung der Richtung bzw. des Winkels zum Fahrzeug 10. Um eine eindeutige Identifikation bzw. Zuordnung des RTLS-Tags 26 zu ermöglichen, werden daher von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 20 zusätzlich die von der Radareinrichtung 22 über den Zeitverlauf erfassten Geschwindigkeitsdaten hinsichtlich des Betrags und der Richtung der Geschwindigkeiten der drei Elemente (die beiden Objekte 1 sowie die Person 2) ausgewertet und mit den Beschleunigungsdaten der IMU-Einheit 28 verglichen. Dabei lassen sich aus den Geschwindigkeitsdaten der Radareinrichtung 22 durch entsprechende mathematische Ableitungen die Beschleunigungen ermitteln. Bei einer Ähnlichkeit bzw. Übereinstimmung der entsprechenden Daten kann somit daraus geschlossen werden, welches der drei Elemente, die von der Radareinrichtung 22 erfasst worden sind, Träger des RTLS-Tags 26 und somit die Person 2 ist. Dies ist für den Fall relevant, wenn beispielsweise vermieden werden muss, dass eine Kollision bzw. eine kritische Annäherung zwischen der Person 2 und dem Arbeitsgerät 14 (Baggerschaufel) auftritt. Für diesen Fall, d.h., wenn der entsprechende Abstand d ein Mindestmaß unterschreitet, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung 20 mittels einer Steuereinrichtung das Arbeitsgerät 14 derart ansteuert, dass dieses beispielsweise in einen sicheren Betrieb oder in eine zurückgezogene Position o.ä. gelangt.
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In der 2 ist der Fall dargestellt, dass sich die Person 2, die das RTLS-Tag 26 trägt, von der Position A in die Position B bewegt hat. Wesentlich dabei ist, dass sich die Person 2, die in der Position A noch innerhalb der Empfangsreichweite der der RTLS-Leseeinrichtung 24, die in der 2 mit r1 bezeichnet ist, befunden hat, während sich in der Position B die Person 2 außerhalb der Empfangsreichweite r1 befindet. Die Person 2 befindet sich dabei jedoch weiterhin innerhalb der Reichweite r2 der Radareinrichtung 22, d.h., dass die Person 2 in der Position B mittels der Radareinrichtung 22 erfasst werden kann. Um in der Position B eine eindeutige Identifikation zu ermöglichen, muss sich die Person 2 zunächst innerhalb der Empfangsreichweite der der RTLS-Leseeinrichtung 24 befunden haben und die Radareinrichtung 22 die Person 2 innerhalb seiner eigenen Reichweite stets erfasst bzw. weiterverfolgt haben. Kreuzen sich außerhalb der Empfangsreichweite der der RTLS-Leseeinrichtung 24 zwei von der Radareinrichtung 22 getrackte Personen 2 bzw. Objekte 1, so kann mittels sogenannter Multiobjekttracking-Verfahren das Unterscheiden der erfassten Personen 2 bzw. Objekte 1 gewährleitet werden.
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Weiterhin kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zusätzlich die Daten der IMU-Einheit 28 ausgewertet werden, um aus deren Auswertung auf die Bewegung der Person 2 von der Position A in die Position B zu schließen, d.h., dass es somit möglich ist, die von der Radareinrichtung 22 erfasste Position des Elements der Person 2 zuzuordnen, obwohl in der Position B kein Empfang des RTLS-Tags 26 durch die RTLS-Leseeinrichtung 24 möglich ist.
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In der 3 ist der Fall dargestellt, dass eine von der Auswerteeinrichtung 20 erfasste Person 2, die Träger des RTLS-Tags 26 ist, sich von einer Position A zu einer Position B bewegt hat. Die Position B ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Position B zwischen der Person 2 und der Radareinrichtung 22 ein Abschirmobjekt 30 angeordnet ist, das Radarsignale blockiert und somit nicht möglich ist, die Person 2 in der Position B mittels der Radareinrichtung 22 zu erfassen. Es ist jedoch möglich, aufgrund der gesendeten Daten der IMU-Einheit 28, die von der Auswerteeinrichtung 20 erfasst und ausgewertet werden können, den Bewegungsweg der Person 2 von der Position A in die Position B nachzuvollziehen bzw. die Position B aufgrund der Bewegungsdaten der IMU-Einheit 28 zu berechnen.
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Alternativ ist es auch denkbar, dass mindestens drei RTLS-Leseeinrichtungen 24 an dem Fahrzeug 10 vorhanden sind, die in Reichweite der RTLS-Tags 26 sind, um die Personen 2 zu lokalisieren (nicht dargestellt).
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In der 4 ist dargestellt, dass beispielhaft bei zwei nebeneinander angeordneten Objekten 1a, 1b eine Unterscheidung zwischen den Objekten 1a und1b durch die Radareinrichtung 22 aufgrund des geringen Abstands zwischen den beiden Objekten 1a, 1b nicht möglich ist. Vielmehr erkennt die Radareinrichtung 22 lediglich ein einziges Objekt 1, was durch die, die beiden Objekten 1a, 1b umgebende und gestrichelt dargestellte Ellipse verdeutlicht sein soll.
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In der 5 ist der zeitliche Verlauf der Bewegung der beiden Objekte 1a, 1b aus Positionen C, D in die Position dargestellt, die auch in der 4 dargestellt sind. Aufgrund der von der Auswerteeinrichtung 20 erfassten Daten der beiden IMU-Einheiten 28 der Objekte 1a, 1b ist es somit möglich, trotz der Erkennung lediglich eines Objekts 1 in der 4 auf die beiden Objekte 1a, 1b bzw. deren Position zu schließen. Dies geschieht dadurch, dass während der Bewegung der Objekte 1a und 1b aus den voneinander beabstandeten Positionen C, D in zu der nahen Position der Objekte 1a, 1b die Positionen erfasst und verfolgt wurden. Dies kann durch die Radardaten und die RTLS-Daten erfolgen, optional mit den IMU-Daten und/oder GNSS-Daten. Dadurch, dass die beiden Objekte 1a, 1b verfolgt werden, ist es auch bekannt, dass in der Position, in der die Radareinrichtung lediglich ein Objekt 1 erkennt bzw. unterscheiden kann, zwei Objekte 1a, 1b vorhanden sind.
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In ähnlicher Weise ist in der 6 dargestellt, dass sich die beiden Objekte 1a, 1b in Bezug zur Radareinrichtung 22 hintereinander befinden. Auch in diesem Fall wird mittels der Radareinrichtung 22 lediglich ein Objekt 1 erkannt. In Analogie zur Darstellung der 5 ist es somit entsprechend der Darstellung der 7 möglich, aufgrund der Bewegungsdaten (Radar, IMU, RTLS, GNSS), die der Auswerteeinrichtung 20 zugeführt werden, den Bewegungsweg der beiden Objekte 1a, 1b von den Positionen C, D in die in der 6 dargestellte Position nachzuvollziehen.
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Die soweit beschriebenen Verfahren können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014219148 A1 [0002]
