DE19939345C2 - Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung von Gegenständen sowie Anwendung einer solchen Vorrichtung auf nicht starre Gegenstände - Google Patents
Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung von Gegenständen sowie Anwendung einer solchen Vorrichtung auf nicht starre GegenständeInfo
- Publication number
- DE19939345C2 DE19939345C2 DE19939345A DE19939345A DE19939345C2 DE 19939345 C2 DE19939345 C2 DE 19939345C2 DE 19939345 A DE19939345 A DE 19939345A DE 19939345 A DE19939345 A DE 19939345A DE 19939345 C2 DE19939345 C2 DE 19939345C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- navigation
- objects
- sensors
- measurement signals
- application
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000029305 taxis Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Navigation (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Navi
gation und Bewegungssteuerung von Gegenständen, umfassend
Sensoren eines autarken Systems am Gegenstand und Antennen
eines globalen Satelliten- oder Funkavigationssystem oder
auch entsprechende optische Einrichtungen, die Messsignale
liefern, und Rechnereinrichtungen, um aus den Messsignalen
Bewegungsdaten herzuleiten.
Bei bekannten Navigationsverfahren für sich bewegende Gegen
stände, also z. B. Flugzeuge werden sowohl ständig zur Ver
fügung stehende Messsignale von einem autarken bordeigenen
System als auch über Antennen empfangene und daher
störanfällige Messsignale von einem globalen Satelliten-
Navigationssystem herangezogen, um Bewegungsdaten bzw. Orts
koordinaten mit hoher Genauigkeit und innerhalb kürzester
Zeit zu erhalten (DE-PS 196 36 425). Inertialsensoren (IMU),
und zwar nur wenige für einen gemeinsamen Messort am Rumpf
des Flugzeugs, liefern die ersten Messsignale zur Bestimmung
der Beschleunigungen und der Drehraten, und zwar hin
sichtlich der sechs Freiheitsgrade des Flugzeuges. Die
Antennen für die zweiten Messsignale befinden sich entweder
in der Nähe dieses Messortes, was aber zwangsläufig dazu
führt, dass vom Messort beabstandete Teile des Flugzeuges
bei der Navigation unberücksichtigt bleiben, wenn sie nicht
starr mit diesem verbunden sind, was nicht nur bei großen
Flugzeugen und im Taxibetrieb auf Flughäfen durchaus
kritisch wäre. Befinden sich die Antennen für die zweiten
Messsignale hingegen in größerem Abstand von dem Messort für
die ersten Messgeräte, so können elastische Verformungen des
Flugzeuges die Genauigkeit der ermittelten Ortskoordinaten
so stark herabsetzen, dass eine sichere Führung des
Flugzeuges unmöglich gemacht wird. Bei größeren Flugzeugen
treten im Flugbetrieb auch schon bei geringerer Turbulenz
merkliche elastische Verformungen auf, wenn man an
Flügelspannweiten von über 30 m denkt. Es kommt jedoch noch
hinzu, dass beim Aufsetzen eines Flugzeuges der Abstand
zwischen den Laufflächen der aufsetzenden Räder zum Rumpf
des Fahrzeuges sich kurzzeitig erheblich verringert, so dass
die ermittelten Messdaten ohne einen Ausgleich dieser Ab
standsänderung, zu unbrauchbaren Ergebnissen führen können.
Bei allen bislang bekannten und in der Praxis eingesetzten
Navigationsverfahren wird ein Flugzeug trotz seiner elasti
schen Verformungen und Gestaltsänderungen als starrer Körper
betrachtet.
Wenn es um die Steuerung von Robotern beispielsweise geht,
so ist die Annahme, dass es sich hierbei um einen starren
Gegenstand handelt, jedenfalls bei solchen Objekten, die ein
bislang übliches Navigationsbewegungssystem haben, ebenfalls
unzutreffend. Ein derartiger Roboter hat über Gelenke mit
dem Korpus verbundene Manipulatoren, und es gilt nun gerade,
diese Manipulatoren an ihren Eingriffsteilen genauestens zu
steuern. Die Annahme, dass ein solches Objekt ein starrer
Gegenstand sei, ist also schon vom prinzipiellen Ansatz her
falsch.
Bei einer Messanordnung zur Regelung von Robotern, Werk
zeugmaschinen und dergleichen (DE 199 18 140 A1,
veröffentlicht am 12.10.00) sind wenigstens ein inertialer
Sensor an einem bewegten Teil und wenigstens zwei Signal
empfänger an einem anderen Teil längs von Bewegungslinien
angeordnet. Außerdem ist wenigstens ein Signalgeber (32) an
dem anderen der Teile längs der gleichen Bewegungslinie
angeordnet, eine Auswerteinheit (50) wird eingesetzt, welche
die Messwerte der inertialen Sensoren und der Signal
empfänger enthält, um Orts- und Bewegungskoordinaten und
daraus Werte für die Regelung der Bewegung des Roboters zu
ermitteln. Die Sensoren sind jedoch nicht Bestandteil eines
autarken Systems.
Durch die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art, so ausgebildet werden, dass sie auf
nicht starre Gegenstände angewendet werden kann.
Erreicht wird dies dadurch, dass Vergleichseinrichtungen, um
Bewegungsdaten miteinander zu vergleichen, sowie eine Reg
lereinrichtung vorgesehen sind, um Vergleichsdifferenzen zu
minimieren, und dass für die Anwendung der Navigation und
der Bewegungssteuerung auf nicht starre Gegenstände eine
Mehrzahl von Sensoren und Antennen über den Gegenstand
verteilt sind.
Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Regelung der Abstände
zwischen mehreren in Kolonne fahrenden spurgeführten Fahr
zeugen bekannt (DE-PS 24 04 884 C2), denen jeweils Regel
schaltungen zugeordnet sind, welche durch Beeinflussung der
Fahrzeuggeschwindigkeiten die Fahrzeuge vorgegebenen Soll
positionen nachführen. Die Regelschaltungen sind mit einer
zentralen Steuerung verbunden, welche die Sollpositionen und
Sollgeschwindigkeiten der
einzelnen Fahrzeuge in Abhängigkeit von deren Abständen
untereinander errechnet und an die den Fahrzeugen zugeordneten
Regelschaltungen übermittelt. Die Regelschaltungen der Fahrzeuge
vergleichen die Positionen der ihnen zugeordneten Fahrzeuge mit
den übermittelten Sollpositionen und nehmen eine Korrektur der
Sollgeschwindigkeit vor, wenn die Differenz zwischen
Sollposition und Fahrzeugposition einen vorgegebenen Toleranz
wert überschreitet.
Eine solche einfache Regelschaltung lässt sich jedoch nicht an
einem nicht starren Körper einsetzen, weil dessen Verformungen
und Gestaltsänderungen sich wechselseitig beeinflussen und nicht
völlig vermeidbar sind und daher nicht nur punktuell ausgeregelt
werden sollen und können.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung
beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt das Integrationsprinzip eines bekannten
Navigationssystems, das auch für die vorliegende Erfindung
eingesetzt werden könnte.
Fig. 2 zeigt eine schaubildliche Darstellung der relativen Lage
von GPS-Antenne und inertialer Messeinheit (IMU).
Die derzeit leistungsfähigsten Navigationssysteme für starre
Luft-, Wasser- und Landfahrzeuge bestehen aus einer Kombination
von Sensoren hoher Verfügbarkeit (insbes. Inertialsensoren, d. h.
Kreisel und Beschleunigungsmesser) und Sensoren hoher
Langzeitgenauigkeit (sog. Stützsensoren) wie Satelliten-
Navigationsempfänger (z. B. für GPS und/oder GLONASS), die nach
bekannten Prinzipien zu Gesamtsystemen integriert werden. Eine
Variante ist in Fig. 1 dargestellt. Ihre Funktionsweise wird
nachfolgend am Beispiel der Kombination von Inertialsensoren mit
Satellitennavigationsempfängern kurz beschrieben, wobei es sich
bei allen verwendeten Symbolen (x, . . .) um Vektoren handelt.
Der Eingang u des gezeigten Schemas repräsentiert
Beschleunigungen und Drehraten, die auf das jeweils betrachtete
Fahrzeug einwirken und gleichzeitig durch die Inertialsensoren
gemessen werden. Die durch u verursachte Bewegung
(Geschwindigkeit, Ort, Winkellage) wird mittels des zunächst
einmal unbekannten Zustands x beschrieben. Ein Messsystem in
Form eines Satellitennavigationsempfängers ermittelt aus x
abgeleitete Messgrößen y (z. B. Schrägentfernungen ϑ zwischen dem
Fahrzeug und den Navigationssatelliten, vgl. Fig. 2). Parallel
zu diesem Vorgang, der im oberen Teil von Fig. 1 dargestellt
ist, wird aufbauend auf u im unteren Teil im Navigationsrechner
eine Simulation der Fahrzeugbewegung (Block "Fahrzeug-
Simulation") vorgenommen, die zu einer Schätzung (∧) von x
führt. In einer zweiten Simulation werden basierend auf dieser
Schätzung mit Hilfe eines Messmodells (Block "Mess-Simulation")
auch Schätzungen für die Messwerte y erzeugt. Die geschätzten
und die tatsächlichen Messwerte werden anschließend miteinander
verglichen und ihre Differenz einem "Regler" zugeführt, der die
Aufgabe hat, den Unterschied zwischen den simulierten, bekannten
und den tatsächlichen, unbekannten Größen von x möglichst
gering zu halten.
Betrachtet man eine Konfiguration wie in Fig. 2 dargestellt, so
ist zu erkennen, dass die relative Lage der Inertialsensoren und
der Satellitennavigationsantenne beispielsweise durch Struktur
schwingungen des Fahrzeuges beeinflusst wird. Für die oben
dargestellte Simulation der Messwerte (hier Schrängentfernungen
ϑ) sollten diese zusätzlichen Bewegungen bei der heutzutage
möglichen Messauflösung der Satellitennavigationstgeräte (cm-
Bereich) auch nicht vernachlässigt werden. Dabei ist zu
beachten, dass für die Navigation nicht primär das gemessene ϑ,
sondern das daraus mittels 1 bestimmte s maßgeblich ist.
Prinzip der vorliegenden Erfindung ist nun die Aufhebung von
Einschränkungen auf starre Körper. Dies erfolgt im wesentlichen
durch zwei Merkmale:
Die Sensoren zur Ermittlung von u und y sind nicht mehr an
wenigen Stellen konzentriert, sondern viele Sensoren werden
räumlich über dessen Gegenstand verteilt und liefern
entsprechend Sätze von Messwerten.
Das mechanische Modell des sich bewegenden, nicht starren
Gegenstandes oder Fahrzeuges für die Fahrzeug-Simulation erhält
zusätzliche elastische Freiheitsgrade, Gelenkfreiheitsgrade oder
dgl. und stellt damit keinen starren Körper mehr dar. Damit
erhöht sich die Zahl der Differentialgleichungen und der
Komponenten von x, die gemeinsam die Fahrzeugbewegung
beschreiben.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung
von Gegenständen, umfassend Sensoren eines autarken Systems
am Gegenstand und Antennen eines globalen Satelliten- oder
Funknavigationssystems oder auch entsprechende optische
Einrichtungen, die Messsignale liefern, und Rechnereinrich
tungen, um aus den Messsignalen Bewegungsdaten herzuleiten,
dadurch gekennzeichnet, dass Vergleichseinrichtungen, um
Bewegungsdaten miteinander zu vergleichen, sowie eine
Reglereinrichtung vorgesehen sind, um Vergleichsdifferenzen
zu minimieren, und dass für die Anwendung der Navigation und
der Bewegungssteuerung auf nicht starre Gegenstände eine
Mehrzahl von Sensoren und Antennen über den Gegenstand
verteilt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass Abstandsänderungen, Verformungen oder Gestalts
änderungen erfassende Messsonden (Dehnungsmessstreifen) über
den Gegenstand verteilt sind und weitere Messsignale zur
Berechnung der Bewegungsdaten und der Ortskoordinaten
liefern.
3. Anwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1
oder 2 auf die Navigation und die Bewegungssteuerung von
nicht starren Gegenständen wie Flugzeuge und Gelenkroboter.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19939345A DE19939345C2 (de) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung von Gegenständen sowie Anwendung einer solchen Vorrichtung auf nicht starre Gegenstände |
PCT/EP2000/007951 WO2001014942A1 (de) | 1999-08-19 | 2000-08-16 | Verfahren und vorrichtung zur navigation und bewegungssteuerung von nicht starren gegenständen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19939345A DE19939345C2 (de) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung von Gegenständen sowie Anwendung einer solchen Vorrichtung auf nicht starre Gegenstände |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19939345A1 DE19939345A1 (de) | 2001-03-29 |
DE19939345C2 true DE19939345C2 (de) | 2001-10-18 |
Family
ID=7918908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19939345A Expired - Lifetime DE19939345C2 (de) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung von Gegenständen sowie Anwendung einer solchen Vorrichtung auf nicht starre Gegenstände |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19939345C2 (de) |
WO (1) | WO2001014942A1 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8373110B2 (en) | 2009-05-26 | 2013-02-12 | Honeywell International Inc. | System and method for linear and angular measurements of a moving object |
CN113203413B (zh) * | 2021-05-07 | 2024-02-27 | 上海伯镭智能科技有限公司 | 一种位姿融合估计方法、装置及存储介质 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2404884C2 (de) * | 1974-02-01 | 1983-12-15 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Vorrichtung zur Regelung eines konstanten Abstandes mehrerer in Kolonne fahrender Fahrzeuge |
DE4415419A1 (de) * | 1994-05-02 | 1995-11-09 | Horn Wolfgang | Positionsmesseinrichtung |
DE19636425C1 (de) * | 1996-09-07 | 1997-11-13 | Aero Data Flugmestechnik Gmbh | Verfahren zur Navigation unter Verwendung unterschiedlicher Meßmethoden |
DE19823756A1 (de) * | 1998-05-27 | 1999-12-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Eigenbewegliches Robotersystem zum Fräsen und Bohren von Vertiefungen in Wänden, vorzugsweise Rohbauwänden von Gebäuden |
DE19830359A1 (de) * | 1998-07-07 | 2000-01-20 | Helge Zwosta | Räumliche Lage- und Bewegungsbestimmung von Körperteilen und Körpern, mittels einer Kombination von inertialen Orientierungs-Meßaufnehmern und Positionserfassungssensoriken |
DE19918140A1 (de) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Meßanordnung zur Regelung von Robotern, Werkzeugmaschinen und dergleichen sowie ein mit dieser Meßanordnung durchgeführtes Meßverfahren |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5050087A (en) * | 1989-11-29 | 1991-09-17 | Westinghouse Electric Corp. | System and method for providing accurate attitude measurements at remote locations within an aircraft |
FR2683336B1 (fr) * | 1991-11-06 | 1996-10-31 | Laserdot | Dispositif de guidage asservi sur faisceau laser pour une machine de travaux publics. |
JPH0947413A (ja) * | 1995-08-08 | 1997-02-18 | Minolta Co Ltd | 清掃ロボット |
-
1999
- 1999-08-19 DE DE19939345A patent/DE19939345C2/de not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-08-16 WO PCT/EP2000/007951 patent/WO2001014942A1/de active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2404884C2 (de) * | 1974-02-01 | 1983-12-15 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Vorrichtung zur Regelung eines konstanten Abstandes mehrerer in Kolonne fahrender Fahrzeuge |
DE4415419A1 (de) * | 1994-05-02 | 1995-11-09 | Horn Wolfgang | Positionsmesseinrichtung |
DE19636425C1 (de) * | 1996-09-07 | 1997-11-13 | Aero Data Flugmestechnik Gmbh | Verfahren zur Navigation unter Verwendung unterschiedlicher Meßmethoden |
DE19823756A1 (de) * | 1998-05-27 | 1999-12-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Eigenbewegliches Robotersystem zum Fräsen und Bohren von Vertiefungen in Wänden, vorzugsweise Rohbauwänden von Gebäuden |
DE19830359A1 (de) * | 1998-07-07 | 2000-01-20 | Helge Zwosta | Räumliche Lage- und Bewegungsbestimmung von Körperteilen und Körpern, mittels einer Kombination von inertialen Orientierungs-Meßaufnehmern und Positionserfassungssensoriken |
DE19918140A1 (de) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Meßanordnung zur Regelung von Robotern, Werkzeugmaschinen und dergleichen sowie ein mit dieser Meßanordnung durchgeführtes Meßverfahren |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19939345A1 (de) | 2001-03-29 |
WO2001014942A1 (de) | 2001-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60205851T2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Navigation eines Flugzeugs | |
DE69216766T2 (de) | Flugzeugvorrichtungen zur Gelände - und Hindernisvermeidung | |
DE69204575T2 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung eines Ortes. | |
DE69211766T2 (de) | Fehlertolerantes Inertialnavigationssystem | |
DE69308814T2 (de) | Kalibrierungsverfahren von Navigationssystemen für Luftfahrzeuge | |
DE112006002723T5 (de) | Winkel- und Winkelgeschwindigkeitssensor einer Lenkanordnung auf Fahrzeuggyroskopbasis | |
DE102019114511A1 (de) | Radar-odometrie für ein fahrzeug | |
EP2755869A1 (de) | Ausrichtungsmodell für ein sensorsystem | |
DE3043055A1 (de) | Gewichtsmess- und -ausgleichs- sowie reifenunterdruckerfassungs-systeme | |
DE19536601A1 (de) | Navigationssystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Landfahrzeug | |
EP0557591A1 (de) | Einrichtung zur Bestimmung der relativen Orientierung eines Körpers | |
DE112015005691T5 (de) | Flugsteuerrechner für ein Luftfahrzeug welcher einen darin integrierten Trägheitssensor enthält | |
EP2874788A1 (de) | Robotergeführte messanordnung | |
EP4021778B1 (de) | Verfahren und messfahrzeug zur ermittlung einer ist-lage eines gleises | |
DE3436839A1 (de) | Lenkprozessor | |
DE69513364T2 (de) | Optoelektronische Vorrichtung zur Unterstützung der Führung eines Flugzeuges | |
DE3229819A1 (de) | Integriertes navigations- und feuerleitsystem fuer kampfpanzer | |
DE102016114366B4 (de) | Ausfallsicheres inertiales messeinheitssystem reduzierter ordnung | |
DE102019132150A1 (de) | Verfahren zum automatischen Kalibrieren eines Umfeldsensors, insbesondere eines Lidar-Sensors, eines Fahrzeugs auf Grundlage von Belegungskarten sowie Recheneinrichtung | |
DE19939345C2 (de) | Vorrichtung zur Navigation und zur Bewegungssteuerung von Gegenständen sowie Anwendung einer solchen Vorrichtung auf nicht starre Gegenstände | |
DE60100168T2 (de) | Verfahren für die Ausrichtung einer Inertialmesseinheit in Anwesenheit unbekannter Flugzeugmessverzögerungen | |
DE19636425C1 (de) | Verfahren zur Navigation unter Verwendung unterschiedlicher Meßmethoden | |
EP0474105B1 (de) | Inertiales Navigationssystem mit Kompensationsfilter zu seiner Ausrichtung im Fluge | |
DE3019743A1 (de) | System mit einer plattform mit kardanischer aufhaengung als geraetetraeger in verbindung mit einem fahrzeug und einem inertialsystem | |
WO2009003451A1 (de) | Regelung von master/slave-satelliten-konstellationen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right |