DE202010010635U1

DE202010010635U1 - Lasersystem zur lokalen Ortsbestimmung

Info

Publication number: DE202010010635U1
Application number: DE201020010635
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-24
Filing date: 2010-07-24
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-07-25

Abstract

Vorrichtung (1) zur lokalen Ortsbestimmung eines Fahrzeuges mithilfe eines auf dem Fahrzeug montierten rotierenden Lasers und 4 stationären Laserempfängern mit Funkübertragung

Description

Stand der Technik:
Rasenplätze für Sportstätten müssen regelmäßig gemäht werden, um eine optimale Oberfläche für die Sporttreibenden zu gewährleisten. Überwiegend werden die Plätze mit Aufsitzrasenmähern gemäht. Je häufiger der Rasen gekürzt wird, um so dichter wird die Rasenfläche. Diese Arbeiten sind also zeitintensiv und damit mit hohen Kosten verbunden, sowohl in der Anschaffung als auch im laufenden Betrieb.
Der Wunsch nach einem automatischen System zu vertretbaren Kosten und sicherem Betrieb besteht schon lange.
Es soll ein Rasenmäher entwickelt werden, der mit einem automatischen Lenk- und Antriebssystem ausgestattet ist. Zusammen mit einem Positioniersystem soll der Mäher nach einem zu entwickelnden Programm automatisch eine vorgegebene Fläche abfahren und bearbeiten können.
Aufgabe dieses Gebrauchsmuster ist es, ein Positionssystem zu beschreiben, welches einfach zu handhaben ist und bei moderaten Kosten eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit gewährleistet.
Lösung: (Fig. 1)
An den 4 Ecken des zu bearbeitenden Feldes (4) werden im Winkel von 45 Grad zu den Seiten 4 Laserempfänger (2) mit Funksender aufgestellt.
Auf der Maschine (1) befindet sich ein rotierender Lasersender (3), der eine horizontale Lichtebene erzeugt und mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert. Die Rotation wird mit der Maschinenorientierung synchronisiert. Zur Verdeutlichung wird die Drehzahl so gewählt, dass der Strahl in 360 Millisekunden einmal dreht d. h. er bewegt sich in einer Millisekunde um 1 Grad. Pro Sekunde werden so knapp 3 Messwerte generiert.
Die Synchronisation ist so gewählt, dass bei exakter Vorwärtsfahrt d. h. bei Maschinenlängskante 0 Grad (5) ist.
Trifft der Laserstrahl des Fahrzeuges nun auf einen der 4 Laserempfänger, so löst er dort ein Funksignal aus, welches zusammen mit der jeweiligen Adresse des Empfängers rückübertragen wird.
Auf der Maschine wiederum befindet sich der Funkempfänger, der nacheinander die Signale der 4 Laser empfängt, zuordnet und in Zeitsignale umwandelt. Durch den Übertragungsweg sind die Funksignale zwar etwas verzögert, diese Verzögerung ist aber bekannt und konstant und kann in die Winkelberechnung einbezogen werden. Der Controller auf der Maschine speichert synchron zu seiner Orientierung die zeitlichen Abstände der Laserempfänger und kann aus diesen Werten und der bekannten Geometrie seine Position sehr genau bestimmen.
Als Lasersender wird ein einfacher Laserpointer verwendet, der jedoch eine optimierte Fokussierung hat. Dieser wird auf einer rotierenden Platte montiert und über geeignete Motoren in eine Drehbewegung versetzt. Es wird bewusst auf einen rotierenden Spiegel verzichtet, um die Kosten gering zu halten.
Die hier beschriebene Lösung verwendet einen Motor, der den gesamten Laserkopf in eine Winkelbewegung versetzt. Über geeignete Verfahren werden sowohl die Energie zum Betreiben des Lasers als auch die Synchronisierung von dem rotierenden auf den feststehenden Teil übertragen.
Als Motor kann sowohl ein Gleichstrommotor mit Getriebe als auch ein Schrittmotor verwendet werden. Der Schrittmotor ist etwas aufwendiger in der Ansteuerung, kann aber ohne Getriebe eingesetzt werden.
Bei Verwendung eines DC-Motors kommt ein Encoder zur Stellungsrückführung zum Einsatz, für die Schrittmotorvariante reicht ein Indexsignal bei Nulldurchgang (Mitte).
Als Laserempfänger sind 2 Varianten angedacht.

1) (3) Es werden eine senkrechte Reihe von Fotodioden (6) verwendet. Sie sind parallelgeschaltet und werden über einen Impulsverstärker verstärkt.
2) (4) Ein senkrecht angeordneter Plexiglaszylinder (7) von z. B. 500 mm Länge und 2 mm Durchmesser lenkt den horizontalen Laserstrahl um 90 Grad nach unten. Solche Produkte werden z. B. von der Fa. Evonik unter dem Begriff „EndLighten” angeboten, jedoch für eine andere Funktion. Dort wird Licht auf der Kopffläche eingeleitet und verteilt sich gleichmäßig entlang der runden Oberfläche. Technisch müsste das Prinzip auch umgekehrt funktionieren, dass Licht von der Rundung auf die Kopffläche umgeleitet wird und dort empfangen werden kann. Unter dem Zylinder befindet sich eine einzelne Fotodiode (8), die das Laserlicht in einen elektrischen Impuls umwandelt.

Der Auftreffimpuls wird bei beiden Varianten dem Funksender (9) zugeführt. Dieser sendet zeitsynchron ein adressiertes Signal an den Empfänger.
Die Einheiten Laserempfänger, Batterien, Impulsverstärker und Funksender sind in einem Rohr mit angespitzten unteren Ende ähnlich einem Messstab aus der Vermessungstechnik untergebracht.
1 zeigt die Anordnung der Komponenten auf dem Feld während 2 das Fahrzeug vergrößert darstellt. Beide Ansichten sind von oben dargestellt. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform für einen Laserempfänger mit einer Vielzahl von Fotodioden. 4 zeigt die Anordnung des Laserempfängers mit dem Plexiglaszylinder.

Claims

Vorrichtung (1) zur lokalen Ortsbestimmung eines Fahrzeuges mithilfe eines auf dem Fahrzeug montierten rotierenden Lasers und 4 stationären Laserempfängern mit Funkübertragung
Vorrichtung zur lokalen Ortsbestimmung eines Fahrzeuges, bei dem der rotierende Lasersender mit der Maschine synchronisiert ist und mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert.
Vorrichtung zur lokalen Ortsbetimmung eines Fahrzeuges, bei dem an den 4 Ecken des zu bearbeitenden Feldes 4 batteriebetriebene Laserempfänger mit Funksendern aufgestellt sind
Vorrichtung zur lokalen Ortsbetimmung eines Fahrzeuges, bei dem die Laserempfänger bei Auftreffen eines Laserstrahles zeitsynchron eine Funknachricht übertragen
Vorrichtung zur lokalen Ortsbetimmung eines Fahrzeuges, bei dem ein Funkempfäner auf der Maschine die „Zeitsignale” der Laserempfäner erfasst und daraus seine Position berechnet.