EP3775993A1 - Mobile apparatus and method for detecting an object space - Google Patents

Mobile apparatus and method for detecting an object space

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EP3775993A1
EP3775993A1 EP19720395.3A EP19720395A EP3775993A1 EP 3775993 A1 EP3775993 A1 EP 3775993A1 EP 19720395 A EP19720395 A EP 19720395A EP 3775993 A1 EP3775993 A1 EP 3775993A1
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EP
European Patent Office
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mobile device
emission
scanner
object space
frame
Prior art date
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Pending
Application number
EP19720395.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Mandolin MAIDT
Andreas Goebel
Stefan Romberg
Georg Schroth
Michael Jaschke
Prashant DOSHI
Sarah GODOJ
Hernando Samuel PINZON HOLGUIN
Matthias Wagner
Humberto ALVAREZ-HEREDIA
Neeti TYAGI
Paul Zeller
Christian Werner
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Navvis GmbH
Original Assignee
Navvis GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01S7/4811Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813Housing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a mobile device for detecting an object space. Furthermore, the invention relates to a device for detecting an object space with a mobile device.
  • the present invention relates to detecting an object space within a building.
  • a laser scanner is used in conjunction with multiple cameras. From the signals of the laser scanner and the images of the cameras, a point cloud is generated, from which a three-dimensional building model is created.
  • Satellite navigation plays a role in georeferencing and reducing long-term drift.
  • the fastest possible real-time position determination is required for determining the position within buildings during the mobile detection of object spaces in order to be able to provide the system operator in real time with a display of the detection process in the surroundings so that he can thus control the detection process in that the building interior is scanned as consistently as possible and in high quality.
  • systems are generally used in which a laser beam is emitted through a mirror rotating about an axis in a plane in space.
  • solid state lasers without moving parts can be used to create a rotating laser beam.
  • each data set contains for each data set (point of the point cloud) usually the respective time stamp of the respectively emitted laser pulse with the associated angular position within the axis of rotation.
  • each data record contains one or more values which are derived from one or more successively received reflection signals and which indicate the distance, calculated from the laser light propagation time, of the respectively reflecting surfaces in the direction of the emission beam and the associated reflection intensities.
  • Semitransparent or semi-reflective surfaces can in this case lead to successively receiving a plurality of reflection signals, which then belong to surfaces of different distances.
  • the image information of panoramic cameras which usually consist only of image files that are provided with a timestamp of the recording time.
  • the exact position and orientation of the respective camera in the room must be known or determined for each time stamp and image file, thereby using known or to be determined by calibration camera parameters such as lens focal length and imaging characteristics, and sensor size and resolution -
  • the image data and the point cloud data can be assigned to each other. In this way, an object space can be detected in three dimensions.
  • Panoramic images can also be used to provide a highly realistic virtual tour of the captured object space.
  • image files in the foreground which can be combined by means of so-called “stitching" with the help of 3D information (position and orientation of each camera in the room) to seamless 360-degree panoramas, the exact view at a certain point in the environment correspond to what a viewer would perceive locally.
  • the entirety of the panoramic images represents a plurality of individual discrete positions on which the underlying images were taken. The viewer can only jump from one discrete position to another discrete position and switch from panorama to panorama, unlike the above-mentioned point cloud model, which can be continuously "flown”.
  • the point cloud model available as background information can be used here to animate the transitions between the individual panoramic images as transitions of differently transformed individual subsections (for example table surfaces) in such a way that the observer has the impression of a semi-fluid movement in 3D space receives the two discrete positions.
  • the point cloud model offers even more possibilities, such as an overlay of the point cloud via the photo panorama view or an assignment of an exact 3D coordinate to each pixel of the panorama image (for example, length measurements of recorded objects by clicking the boundary points in the panorama image as well as the insertion of location-related information ("points of interest" in the panoramic images).
  • capturing the environment inside the building by simultaneously capturing point cloud data and panoramic images is also possible through stationary, tripod-mounted devices that move from position to position.
  • the positions can be aligned here, for example, at fixed reference points and marks in the room, which can also be found in already existing plans, which facilitates the assignment.
  • the continuous detection by a mobile system is advantageous.
  • stationary buildings are suitable for smaller buildings, as described above ,
  • IMU inertial measurement units
  • SLAM Simultaneous Localization and Mapping
  • the acquired data of a laser mirror rotation passage are compared with those of one or more preceding passes.
  • the two sets of points of the two measurement passes would be more or less congruent but translationally and / or rotationally displaced within measurement tolerances, thus resulting immediately and simultaneously gives a profile of the environment as a 2D cut through the 3D space (corresponding to the laser scanner level) and at the same time the movement / rotation of the detection system within that 2D cut (hence the term "Simultaneous Localization and Mapping").
  • the movement and in particular the rotation in relation to the scanning frequency must not be too fast.
  • structured light solutions in which (infrared) dot patterns are emitted by the detection system whose distortion in the camera image provides conclusions about the 3D structure of the captured scene.
  • time-of-flight cameras which emit a light flash similar to a parallel laser scanner and very precisely determine the individual time for each pixel of the camera sensor, at which the reflection signal is detected, so that over the time of light from this Distance information for the pixel in question results.
  • these systems are not suitable for detailed coverage of large buildings.
  • stereo depth cameras which, similar to the human eye, obtain depth information from the parallax information of two camera images. Again, the precision and resolution for surveying applications is insufficient.
  • laser scanners are particularly suitable.
  • the real-time visualization of the acquisition process and the movement in space on an operator screen can then be particularly simple, robust and fast if, as shown in the above example, a 2D laser scanner in one during the movement scans the constant level, the This means that the detection system is also moved in a parallel 2D plane, as is the case in buildings with flat floors in the rooms and corridors.
  • 2D-SLAM or realtime 2D-SLAM with three degrees of freedom 3 DoF, "Degrees of Freedom" (ie 2 space axes XY and one rotation axis - "GierenTyaw").
  • Trolley-based mobile mapping systems using 2D-SLAM techniques usually require termination of the current scan and start of a new scan, as soon as, for example, a larger step, a steeper ramp or even stairways have to be overcome, even if individual systems are able to process ramps with small gradients, for example by evaluating IMU data, or to compensate for disturbances due to bumpers, overrun cables, etc. by means of correction algorithms.
  • the publication describes George Vosselman, "DESIGN OF AN INDOOR MAPPING SYSTEM USING THREE 2D LASER SCANNERS AND 6 DOF SLAM", ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume 11-3, 2014. ISPRS Technical Commission III Symposium, 5.-7. September 2014, Zurich, Switzerland. 10.5194 / isprsannals-ll-3-173-2014 (https: //www.isprs-ann-photogramm-remote-sens-spatial-inf- sci.net/ll-3/173/2014/isprsannals-ll-3- 173-2014.pdf) a method for detecting an object space within a building.
  • EP 2 388 615 A1 and US 2017/0269215 A1 disclose a multiple scanner which emits fan-shaped signal beams and measures the reflections of these signal beams.
  • the invention has for its object to provide a mobile device and a method for detecting an object space with which the detection of the object space in building environments is improved so that an uninterrupted detection is possible even if the mobile device during movement height differences, for Example on steep ramps or the like, overcomes, and that also such objects can be precisely detected, which are in similar height as the mobile device during the detection process.
  • the mobile device according to the invention for detecting an object space has a frame. At least one single scanner is mounted on the frame. This individual scanner comprises a first emission unit for generating a first signal beam in a first emission direction, a first receiver for detecting a first reflection radiation, which is generated by reflection of the first signal beam on at least one object of the object space, and a first scanning device for changing the first emission direction of the first first signal beam. Furthermore, the mobile device has a multiple scanner mounted on the rack above the single scanner.
  • the multiple scanner comprises a plurality of second component integrated emission units for generating a plurality of second signal beams in second emission directions, a second receiver for detecting second reflection radiation generated by reflections of the second signal beams on one or more objects of the object space, and a second sampling means for changing the second emission directions of the second signal beams.
  • the mobile device further comprises an evaluation device which is at least coupled to the second receiver in terms of data and which is designed to generate and output in real time, at least from the second reflection radiation detected by the second receiver, a graphical representation of those regions of the object space through which the mobile device can be moved and / or moved.
  • an evaluation device which is at least coupled to the second receiver in terms of data and which is designed to generate and output in real time, at least from the second reflection radiation detected by the second receiver, a graphical representation of those regions of the object space through which the mobile device can be moved and / or moved.
  • the mobile device has a data interface, which is data-technologically coupled at least to the first receiver and which is designed to output data which was generated at least from the first reflection radiation detected by the first receiver to a memory device for post-processing.
  • the mobile device can detect and output in real time the position of the device in the object space during the detection process even in building environments, in particular within a building.
  • the device comprises the multiple scanner with the associated evaluation device.
  • the object space can be detected very accurately, whereby a three-dimensional model of the detected object space can be generated only in a post-processing.
  • the device comprises at least one high-precision single scanner.
  • the individual scanner can thus be configured such that the data generated by the individual scanner is not suitable for real-time processing for calculating and outputting the position of the device in FIG Object space must be suitable.
  • the multiple scanner is provided.
  • the individual scanner can thus be optimized to generate data with which the object space can be modeled as precisely as possible in a post-processing. Furthermore, the individual scanner is arranged on the frame of the mobile device so that it can also detect objects which are arranged below the height of the multiple scanner in the object space. Namely, the single scanner is disposed below the multiple scanner so that the signal beams generated by the emission unit of the single scanner can hit the bottom of objects located at the level of the multiple scanner or even below the multiple scanner. The detection of the underside of such objects has been insufficiently possible in known detection devices.
  • the object space can also be detected without interruption even if the vertical orientation of the device changes when the device is moved up or down, for example, via a ramp.
  • the use of the multiple scanner allows in this case the uninterrupted detection of the object space. Namely, by using the multiple scanner, a real-time 3D SLAM method with six degrees of freedom can be used. It is not necessary to divide the entry procedure into subtransactions and to reassemble these subtransactions in postprocessing.
  • the advantage of the use of the multiple scanner in the mobile device is that the device always detects not only new surface sections of the object space during movement, since the second signal beams sweep over these surface sections, but the signal beams also always strike surface sections which have already been detected, that is, those surface portions which have already been detected by previously transmitted other second signal beams.
  • This makes it possible to carry out a comparison of the second reflection radiation detected by the second receivers from previously detected second reflection radiation. From this comparison, the movement of the mobile device can then be calculated so that it is possible to determine the position of the mobile device in the object space. This makes it possible in turn to generate and output a graphical representation of those areas of the object space through which the mobile device has been moved.
  • the frame defines placement points on which the frame can stand freely on a horizontal plane.
  • three attachment points are defined, so that the frame stands in any case without shaking on a horizontal plane.
  • the single scanner is in this case mounted on the frame at a vertical distance from the plane defined by the attachment points, which is smaller than 60 cm. The distance is in particular smaller than 55 cm. The single scanner is thus mounted very low on the frame.
  • This arrangement has the advantage that an obliquely upwardly emitted first signal beam can strike the underside of an object that is at a horizontal distance from the mobile device. In this way it is possible to detect in particular the undersides of tables, chairs or the like.
  • the precision of the detection of objects of the object space by the multiple scanner is less than the precision of the detection of the objects of the object space by the individual scanner.
  • the use of the less precise multiple scanner is not a disadvantage for the real-time processing, as a so-called subsampling is performed on a so-called coarser voxel grid to reduce the computational effort. Therefore, for the real-time processing as high precision, as it is required for post-processing, not necessary.
  • the higher precision of the single scanner allows a more accurate modeling of the object space in the post-processing.
  • the data generated by the multiple scanner can be used in the post-processing, but the single scanner can be optimized for the most accurate detection of the objects of the object space, without restricting the design of the single scanner in terms of real-time processing of the data. Likewise, while it is possible to also use data generated by the single scanner in real time processing to generate the graphical representation of the object space. An optimization of the design, however, takes place for this processing of the data only for the multiple scanner.
  • the second emission directions are fan-shaped, so that an emission fan is formed with a central axis.
  • the multiple scanner is mounted to the frame so that the plane formed by the emission fan is vertically aligned.
  • the opening angle of the Emission fan can be in a range of 25 ° to 35 °. Preferably, the opening angle is 30 °.
  • the second emission units of the multiple scanner are, in particular, one or more lasers.
  • the second signal beams can be emitted by a plurality of lasers simultaneously, fan-shaped in the second emission directions.
  • successive laser pulses are emitted in the second emission directions, so that the fan-shaped emission of the second signal beams results in the second emission directions only when a particular time interval is considered.
  • the laser pulses in the second emission directions can be emitted by a laser whose emission direction is changed.
  • a plurality of lasers are used, which emit pulses one after another in different directions of emission. The distances of the pulses can be selected so that the reflection of the laser pulse is detected before the next laser pulse is emitted.
  • the time interval between the laser pulses depends on the range to be achieved by the signal beams for detecting the object space.
  • the second scanning device is designed to rotate the second emission directions of the second signal beams about a second axis of rotation.
  • the multiple scanner thus scans the volume of the rotational body of a fan.
  • the multiple scanner is mounted on the frame so that the second axis of rotation is inclined by a first angle relative to the vertical.
  • the first angle is in particular in a range of 5 ° to 12 °, advantageously in a range of 6 ° to 9 °, and this angle is preferably 7 °.
  • the fan-shaped emission is tilted upwards, so that fewer areas are irradiated below the multiple scanner. In this direction, advantageously results in a lower coverage with a person who moves the mobile device.
  • the second axis of rotation is thus tilted forward, in particular with regard to a direction of movement of the mobile device.
  • the tilting of the second rotation axis is also advantageous for the real time 3D SLAM method. Namely, in this case, not only sections running exactly horizontally to the direction of movement are delivered by the object space for real-time visualization, but sections running transversely to the direction of movement.
  • the information necessary for the SLAM process is still detected, that is, recurrent features of the environment that can be detected in successive rotational passes of the laser scanner.
  • an environmental feature detected in one rotation pass in a first scan plane of the multilevel scanner could reappear in the subsequent rotation pass in the acquisition record of the next or next level of the scanner.
  • 3D visualization it also quickly detects large areas of space for the purpose of 3D visualization for the operator, including, in particular, nearby features of the floor in front of the detection device and more distant features of the ceiling behind the detection device. Since 3D visualization does not focus on precision, the flat angle of impact on the floor or ceiling and the associated error spread - even with limited precision of the multi-level scanner - are no disadvantage.
  • the visualization of the detected environment in 3D is made possible in a representation that provides more details than a multi-slice-line-sectional representation, which is preferably used in the field of autonomous driving, which involves fast detection of large areas of space in real time, especially with high range forward in the direction of travel goes.
  • the first scanning direction is designed to rotate the first emission direction of the first signal beam about a first axis of rotation, which is perpendicular to the first emission direction, so that a first plane is scanned.
  • the first emission unit of the single scanner is in particular also a laser.
  • the signal beam may comprise laser pulses whose reflection is detected by the first receiver. The rotation of the signal beam thus scans a plane.
  • the single scanner is a one-level scanner in this case.
  • the first level includes, in particular, a second angle with the vertical, which lies in a range of 10 ° to 20 °.
  • the second angle is in particular in a range of 13 ° to 17 °. It is preferably 15 °.
  • horizontally oriented surfaces can be optimally captured.
  • vertically aligned surfaces are also scanned, at least at a flat angle of incidence, so that a transition from a horizontal to a vertically oriented surface, ie an edge, can be detected.
  • this device has at least one second individual scanner.
  • This second individual scanner comprises a third emission unit for generating a third signal beam in a third emission direction, a third receiver for detecting a third reflection radiation, which is generated by reflection of the third signal beam on an object of the object space, and in particular a third scanning device for changing the third emission direction of the third signal beam.
  • the third scanning device is designed, in particular, to rotate the third emission direction of the third signal beam about a third rotational axis, which is perpendicular to the third emission direction, so that a second plane is scanned.
  • the second plane includes, in particular, a third angle with the vertical, which lies in a range of 10 ° to 20 °, in particular in a range of 16 ° to 19 °.
  • the third angle is 18 °.
  • this has at least a third individual scanner.
  • This third individual scanner comprises a fourth emission unit for generating a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver for detecting a fourth reflection radiation, which is generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space, and in particular a fourth scanning device for changing the fourth emission direction of the fourth signal beam.
  • the fourth scanning device is in particular designed to rotate the fourth emission direction of the fourth signal beam about a fourth axis of rotation, which is perpendicular to the fourth emission direction, so that a third plane is scanned.
  • the third plane includes in particular a third angle with the vertical, which lies in a range of 10 ° to 20 °, in particular in a range of 16 ° to 19 °.
  • the third angle is 18 °.
  • the first, second and third planes of the first, second and third individual scanners are thus substantially vertically aligned, enclosing an acute angle with the vertical.
  • this alignment of the planes has the further advantage that there is little shadowing due to frequently occurring vertical surfaces. For example, an object standing on a table only hurls a very short shadow in the horizontal direction when signal beams strike due to its vertical extent. In addition, there is less scattering of the measured values on horizontally oriented surfaces.
  • the second and third individual scanners are symmetrically arranged and aligned relative to a center plane of the mobile device.
  • the plane is scanned in an angular range that is less than 360 °. In this case, a dead angle results in which the plane is not scanned.
  • the blind spot scanners are used as the second and third individual scanners, ie, when the second and third planes are scanned in an angular range smaller than 360 °, so that at the second level At a blind spot and at the third plane, a third blind spot results, the blind spots of these planes are preferably aligned as follows: In a view against a second plane normal, a first leg of the second blind spot encloses a third angle with the vertical is in a range of 5 ° to 10 ° and is outside the second blind spot.
  • the blind spot can be for example 90 °. Due to the symmetrical arrangement of the third single scanner to the second single scanner then the blind spot of the third single scanner is aligned symmetrically accordingly.
  • the above-defined selection of the third angle in a range of 5 ° to 10 ° has the advantage that a preferred detection of the object space above the mobile device is ensured. In this way, in the mobile device inexpensive single scanners, each having a blind spot, are used, the detection of the object space in particular above the mobile device is not affected thereby. In combination with the first single scanner, the object space can be completely captured in this way.
  • this has at least one second individual scanner, comprising a third emission unit for generating a third signal beam in a third emission direction, a third receiver for detecting a third reflection radiation, which is generated by reflection of the third signal beam on an object of the object space, and at least one third individual scanner, comprising a fourth emission unit for generating a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver for detecting a fourth reflection radiation, which is generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space, wherein the second individual scanner and the third individual scanners are symmetrically arranged and aligned with respect to a center plane of the mobile device.
  • the mobile device provides a trolley-based mobile mapping system.
  • this system it is important to best represent the spatial structure of the objects that are usually found in the scanned buildings by a point cloud detection.
  • the alignment of the individual scanners used for point cloud detection (usually one-level laser scanners) plays a decisive role here.
  • B ⁇ M Building Information / Wocte // 'ng
  • the laser scanner beams impinge there at a not too shallow angle, so that the scattering range of the measured values or measurement errors is not increased by stretching. Therefore, in prior art mapping systems, the point cloud detection laser scanners are typically oriented at angles oblique to the direction of movement, for example 45 °, because if they were scanning at right angles or at right angles to the direction of movement, their laser beams would hit the door and door at very shallow angles Window reveals, as these are generally perpendicular to the walking and moving direction of the detection system in building passages.
  • the detection of such structures and edges in the building which also run obliquely to the direction of movement, but are usually arranged vertically, it is recommended that the laser scanner still additionally obliquely forward or backward align relative to the direction of movement.
  • Such an arrangement is particularly good for vertical surfaces which are orthogonal to the detection direction.
  • An oblique arrangement of the individual scanners additionally reduces any occlusion by an operator or other device of the device.
  • the frame comprises a base element and a frame head.
  • the height of the frame head is in this case by a Adjustable mechanism changeable.
  • the adjusting mechanism may in particular comprise a sensor which is designed to detect the vertical distance of the frame head from the base element.
  • Several wheels can be mounted on the base element of the frame, by means of which the mobile device can be rolled over a base, so that the frame is designed to be mobile.
  • the frame and / or the wheels can in particular define a forward movement direction for detecting the object space.
  • the frame is dynamic, ie in the current scanning process, height adjustable.
  • height adjustable can be realized by a column guide or rail guide between the base member and the frame head adjustability in height.
  • the two upper single scanners must therefore be dynamically calibrated relative to the lower single scanner.
  • this calibration can take place in that the sensor of the adjustment mechanism detects the vertical distance of the frame head from the base element, resulting in the distance between the upper individual scanner and the lower individual scanner.
  • the data of this sensor are recorded and transmitted to the interface for common storage with the data of the individual scanner and possibly the multiple scanner.
  • the measurement data supplied by the sensor can then be taken into account in the calculation of the precision point cloud from the data obtained from the individual scanners and, if appropriate, the data of the multiple scanner.
  • the second axis of rotation of the multiple scanner is tilted forward in the forward movement direction.
  • the first plane can also be tilted forward in the direction of forward movement, so that the first emission direction of the first signal beam of the first single scanner is oriented obliquely upward, at least temporarily, in the forward movement direction.
  • the second and / or third plane may be aligned rearwardly with respect to the forward movement direction, so that the third and / or fourth emission direction of the third and / or fourth signal beam of the second and / or third individual scanner is oriented obliquely downward, at least temporarily, in the forward movement direction are.
  • the second and third planes may be pivoted sideways with respect to a vertical plane in the advancing direction.
  • the alignments of the individual scanners are also important for the detection of horizontal surface structures.
  • the signal beams ie in particular the laser beams of the individual scanners
  • a known trolley-based mobile mapping system with a second and third single-level laser scanners for detecting the point cloud data, both in the pitch / pitch angle and in the yaw / yaw angle with respect to the direction of movement of the mapping system are thereby improved, that these single-level laser scanners are mounted as high as possible on the system, and in addition a first single-level laser scanner, d. h is used for point cloud detection, which is mounted as far down the system and radiates obliquely up front.
  • the obliquely upward scan plane of this lower one-level laser scanner also enables good detection of those sides of perpendicularly suspended structures which are parallel or at a very shallow angle to the scan planes of the aforementioned upper one-planes Laser scanner.
  • the frame head comprises a cross member.
  • This cross member has in a horizontal plane a fixed geometric arrangement relative to the base member.
  • the multiple scanner and / or the second and third individual scanners are mechanically fastened to the frame head in a fixed geometric arrangement. This ensures that the arrangement of the scanners attached to the frame head is calibrated. After a height adjustment of the frame head, no new calibration with regard to the arrangement of the multiple scanner and the second and third individual scanner is required.
  • the pre-positioning advantageously comprises a sufficiently precise alignment for a mechanical coupling between additionally provided positioning pins in the head and corresponding positioning bushings in the cross member in a subsequent coupling process.
  • boards for the electrical coupling are prepositioned to a sufficient extent so that a secure connection between spring contact pins on the board in the head and the contact surfaces on the board in the cross member is made possible.
  • the operation of a further provided handle lever can then simultaneously ensure a secure mechanical and electrical coupling between the head and the cross member.
  • the positioning pins of the head and the positioning sockets in the cross member are firmly aligned with each other in the degrees of freedom in the direction of the height and the transverse direction.
  • the cocking lever geometry obtained by the operation of a handle lever provides for a fixed position of the positioning pins in the axial direction (forward movement direction) and a bias of the spring contact pins for the electrical connection. This high position accuracy preserves the calibration.
  • the aforementioned embodiment of a secure mechanical and electrical connection between the removable frame head and the base element would also be particularly suitable for modified types of mobile mapping systems, in which the base element, which includes, among other things, a CPU motherboard, storage media and (rechargeable) batteries can, for example in the form of a backpack-carrying frame is formed, so that in connection with the aforementioned 3D-6DoF-SLAM method despite the relatively high weight of the frame head would still allow detection of rough buildings or other environments such as caves, which So far, only with the portable systems described above can be scanned, which are usually simple panorama cameras with lower image quality are used, which serve primarily only the generation of "Colored Point Clouds".
  • the modular nature of the device according to the invention allows the removal of the head from the base element.
  • the frame head not only on backpacks but also on other base elements, such. B. on autonomous vehicles to assemble and use with them.
  • the calibration of the scanner arranged on the frame head and / or cameras and / or other sensors is maintained to each other.
  • at least one wheel is mounted on the frame by means of a quick-release device, by means of which the wheel can be locked.
  • at least two of the wheels are mounted by means of quick-clamping devices and spaced apart from one another in the transverse direction to the forward movement direction.
  • the distance of these two wheels is changeable in the transverse direction.
  • the two wheels may be mountable to the base member transversely to the forward movement direction at an outer position and an inner position.
  • the distance of the two wheels in the transverse direction is greater when the two wheels are both mounted in the outer position. This distance, however, is smaller when both wheels are mounted in the inner position.
  • the wheels can be remounted from an outer to an inner position and vice versa very quickly and without interrupting a running scan.
  • a stand device can be mounted on the frame, by means of which the frame can be raised so that at least one wheel no longer touches the ground, and can be lowered such that the frame is freely movable on the wheels.
  • the stand device is coupled with at least the quick-release device of a wheel so that when you press the stand device to lower the frame automatically the quick-release device is closed and thereby the associated wheel is locked.
  • the quick-action clamping device is inevitably closed, so that the remounted wheel is locked.
  • a plug-in and clamping axis as is known, for example, from wheelchairs.
  • the evaluation device is formed, at least from data generated by detected reflection radiation, which has been detected by the second receivers, in real time the position of the device within the object space and / or the trajectory of the mobile device calculate and output by means of a graphical representation.
  • a graphic representation of the area of the object space scanned by the mobile device can be generated and output. This way you can Detect the operator based on the graph, which areas of the object space still need to be detected.
  • this has at least one camera mounted on the frame, which is designed to receive camera images of at least part of the object space.
  • several cameras are mounted on the frame head.
  • the evaluation device can take into account the images taken by the camera or the cameras when generating the various graphical representations in real time. In this way, a very realistic representation of the passable area of the object space or the area of the object space already scanned by the mobile device can be generated in real time.
  • the device according to the invention further comprises a display device coupled to the evaluation device for displaying the graphical representations generated by the evaluation device.
  • a display device coupled to the evaluation device for displaying the graphical representations generated by the evaluation device.
  • the mobile device advantageously comprises a timer, which is coupled to the evaluation device.
  • the evaluation device can detect the time of detection together with the second emission direction of the associated signal beam as well as the detected amplitude or intensity for each detected measured value of the second receiver.
  • a corresponding timer can also be provided for the individual scanners in order to also provide the detected reflection radiation of these individual scanners with a corresponding time stamp.
  • this device comprises a control device for autonomous movement of the mobile device.
  • the base member may be an autonomous vehicle on which the frame head is mounted with the multiple scanner.
  • the single scanner or multiple individual scanners are then integrated in particular in the autonomous vehicle.
  • Autonomous locomotion means that the driving task is performed partially or completely autonomously by the device.
  • the movements of the mobile device in the transverse and longitudinal direction and the speed are controlled autonomously.
  • the invention further relates to a method for detecting an object space by means of a mobile device.
  • the mobile device has a rack for moving the device in the object space.
  • At least one individual scanner mounted on the rack emits a first signal beam in a first emission direction
  • a first receiver detects first reflection radiation generated by reflection of the first signal beam on at least one object of the object space, and becomes the first emission direction of the first signal beam changed by means of a first scanning device for detecting the object space.
  • a multiple scanner mounted on the rack above the single scanner emits a plurality of second signal beams in second emission directions.
  • a second receiver detects second reflection radiations produced by reflection of the second signal beams on one or more objects of the object space.
  • the second emission directions of the second signal beams are changed by means of a second scanning device for detecting the object space.
  • a graphic representation of those regions of the object space is generated and output in real time, by means of which the mobile device can be moved and / or moved.
  • Data generated at least from the first reflected radiation detected by the first receiver is output to a memory device for post-processing.
  • the inventive method is in particular designed to detect an object space by means of the mobile device according to the invention.
  • the method thus has the same advantages as the mobile device of the invention.
  • the first emission direction of the first signal beam is rotated about a first rotation axis, which is perpendicular to the first emission direction, so that a plane is scanned in succession.
  • the second emission directions of the second signal beams are rotated about an axis.
  • the second signal beams are emitted in particular fan-shaped.
  • the emission of the second emission directions does not have to take place simultaneously; Rather, it can also be emitted one after the other so that within a time interval signal beams, which may comprise signal pulses, are emitted fan-shaped into a plane. This emission fan can then be rotated about a second axis of rotation.
  • At least one second individual scanner emits a third signal beam in a third emission direction
  • a third receiver detects a third reflection radiation, which is detected by reflection of the third signal beam at a third Object of the object space is generated, and the third emission direction of the third signal beam is changed by means of a third scanning device for detecting the object space.
  • the third emission direction of the third signal beam can be rotated about a third axis of rotation, which is perpendicular to the third emission direction, so that a second plane is scanned.
  • At least a third individual scanner emits a fourth signal beam in a fourth emission direction
  • a fourth receiver detects a fourth reflection radiation, which is generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space, and the fourth emission direction of the fourth signal beam becomes Detecting the object space changed.
  • the fourth emission direction of the fourth signal beam can be rotated about a fourth axis of rotation, which is perpendicular to the fourth emission direction, so that a third plane is scanned.
  • the second individual scanner and the third individual scanner are symmetrically arranged and aligned relative to a center plane of the mobile device.
  • the mobile device Upon detection of the object space, the mobile device is moved in object space. Meanwhile, the object space is scanned by means of the single scanner or the several individual scanners and the multiple scanner.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the mobile device according to FIG.
  • FIG. 2 shows an exploded view of the embodiment of the mobile
  • Figure 3 shows the data structure of the embodiment of the mobile
  • FIG. 4 illustrates the alignment of the second single scanner
  • FIG. 6 further illustrates the orientation of the second single scanner
  • FIG. 7 further illustrates the orientation of the second single scanner
  • FIG. 8 illustrates the emission range of the first single scanner
  • FIG. 9 illustrates the emission directions of the scanner of the exemplary embodiment the mobile device
  • FIG. 10 shows the frame head in a state separated from the base element.
  • FIG. 11 shows an intermediate state when the frame head is placed on the frame
  • FIG. 12 shows the frame head in a state placed on the base element
  • FIG. 13 shows the handles in a first state
  • FIG. 14 shows the handles in a second state
  • FIG. 15 shows the upright device and the quick-action clamping device in an opened state with disassembled wheel
  • FIG. 16 shows the upright device and the quick-action clamping device with an attached wheel
  • Figure 17 shows the stand device in an intermediate state during lowering of the mobile device
  • FIG. 18 shows the stand device in a fully lowered state
  • the mobile device 1 comprises a frame 2.
  • the frame comprises a lower base element 3 and a frame head 4.
  • an adjusting mechanism 5 is integrated, with which adjustment columns 6 in a column guide 7 can be moved up and down.
  • the vertical adjustment path of the adjustment columns 6 in the column guide 7 is detected by a sensor 8.
  • the adjustment columns 6 are connected at their upper ends to a receiving plate 37, by means of which the frame head 4 can be fastened to the base element 3.
  • the receiving plate 37 allows not only a mechanical, but also a data-technical connection between the frame head 4 and the base member. 3
  • outer wheels 9 are detachably mounted and two center wheels 10.
  • the outer and middle wheels 9, 10 define Aufsetzmat on which the frame 2 can stand freely on a horizontal plane. In this way, a vertical direction is distinguished. It is the direction perpendicular to the plane defined by the attachment points of the wheels 9 and 10 of the mobile device 1. In this document, the vertical direction refers to "below” and "above”.
  • the wheels 9 and 10 define a forward movement direction A in which the mobile device 1 is rolled on a plane. With respect to a vertical plane aligned in the forward movement direction A, the outer wheels 9 are arranged symmetrically. This vertical plane defines a median plane of the mobile device 1 in the advancing direction A.
  • energy storage 1 1 are arranged in the lower part of the base member 3 . Furthermore, further devices of the mobile device 1 can be arranged inside the base element 3, if they do not have to be adjusted in height. If these further devices are arranged in the lower part of the base element 3, this gives the mobile device 1 increased stability, since the center of gravity is displaced downwards.
  • the mobile device 1 can be rolled by an operator by means of handles 12 on a ground. Due to the arrangement of the wheels 9 and 10, although a forward movement direction A is excellent. However, the mobile device 1 can also be rotated about a vertical axis to drive curves on a ground. According to another embodiment, the mobile device 1 comprises a control device for autonomous locomotion. The mobile device is then an autonomous vehicle.
  • a first individual scanner 13 namely a single-level laser scanner, is arranged.
  • the function and orientation of this first single scanner will be explained later in detail.
  • a second and a third individual scanners 14, 15 are arranged, which can each be designed as a single-level laser scanner.
  • the second and third individual scanners 14, 15 are arranged symmetrically with respect to the vertical center plane of the mobile device 1.
  • the individual scanners 13, 14 and 15 are laser scanners for optical distance measurement (LIDAR, Light Detection and Ranging).
  • LIDAR Light Detection and Ranging
  • a one-level laser scanner from Hokuyo is used.
  • a multiple scanner 16 is arranged on the frame head 4.
  • a multi-scanner 16 a multi-level laser scanner from Velodyne, type VLP-16, is used. The function and orientation of the multiple scanner 16 will be explained later in detail.
  • a first camera 17 is housed, which is aligned in the forward movement direction A. Above and on the sides of the frame head 4 more cameras 18 are arranged.
  • a screen 19 is further attached to the base member 3 so that an operator pushing the mobile apparatus 1 in the forward movement direction A can perceive the display on the screen 19.
  • the first individual scanner 13 which is fastened to the bottom of the base element 3, comprises a first emission unit 20.
  • This is a laser which emits 21 first laser pulses in a first emission direction.
  • the first signal beam 21 can for Example to hit an object 22 of the object space to be detected.
  • the pulses of the first signal beam 21 are reflected at the object 22, so that a first reflection radiation 23 results.
  • a first receiver 24 is integrated, which detects the backscattered or reflected portion of the first reflection radiation 23. From the transit time of a signal pulse, the distance of the surface of the object 22 can be determined at which the signal pulse was scattered or reflected.
  • the received intensity of the detected reflection radiation can be measured and set in proportion to the emitted intensity.
  • the first individual scanner 13 furthermore has a first scanning device 25.
  • the first scanning device 25 may rotate the laser of the first emission unit together with the first receiver 24 about a first axis of rotation which is perpendicular to the first emission direction.
  • laser and / or receiver 24 can not be rotated by itself, but instead only the signal beams 21 and the reflection radiation 23 are deflected by means of rotatable mirrors. In this way, the first signal beam 21 sweeps over a first plane within a time interval which is perpendicular to the first axis of rotation.
  • the multiple scanner 16 includes a plurality of emission units 31. These emission units 31 are composed of a plurality of lasers, which are integrated in one component, and thus have a fixed alignment with one another. The lasers of the second emission units 31 generate a plurality of second signal beams 32 in second emission directions. The second signal beams 32 are aligned to span an emission fan 42 that defines a plane. Details on the geometry and orientation of this emission fan 42 will be explained later.
  • the second signal beams 32 may, for. B. encounter an object 33. As with the object 22, the second signal beams 32 will be scattered on a surface of the object 33. In this way, second reflection radiation 34 is generated. The backscattered or retroreflected portion of these second reflection radiation 34 is detected by a second receiver 35, which is integrated into the second emission units 31.
  • the second emission units 31 comprise 16 lasers, which emit signal pulses in succession.
  • the individual lasers of the second emission units 31 sequentially emit signal pulses.
  • the time interval between these signal pulses results from the transit time of a signal pulse to an object 33, which is arranged at the maximum range of the multiple scanner 16, is reflected there and passes back to the second receiver 35.
  • the signal pulse of the next laser is emitted.
  • the light can travel 690 m, so that even with a maximum range of 100 m there is a sufficient time interval between successive signal pulses.
  • a signal pulse is for example 6 ns long.
  • the multiple scanner 16 comprises a second scanning device 36.
  • This second scanning device changes the second emission directions of the second signal beams 32.
  • the second emission directions of the second signal beams 32 are rotated about a second axis of rotation.
  • This second axis of rotation lies in the plane formed by the emission fan 42 of the second signal beams 32.
  • the second axis of rotation is perpendicular to a central axis of the emission fan 42 of the second signal beams 32.
  • this central axis can in particular be an axis of symmetry of the emission fan 42 of the second signal beams 32.
  • the rotational body of a fan is detected in this way.
  • the first scanning device 25 and the second scanning device 36 are coupled to a control unit 26.
  • the control unit 26 is in turn connected to a timer 27.
  • the control unit 26 controls, on the one hand, the emission of the first emission unit 20 and of the second emission units 31.
  • the control unit 26 controls the first scanning device 25 and the second scanning device 36.
  • the control unit 26 thus controls the timing and alignment of the signal beams 21 and 32.
  • the control unit 26 transmits data to an evaluation device 28.
  • the time, the orientation and the intensity of each emitted signal pulse are transmitted to the evaluation device 28.
  • the evaluation device 28 detects by means of a coupling with the sensor 8 how the height, ie the vertical relative position of the frame head 4 to the base element 3, was at the respective time stamps.
  • the first individual scanner 13 and the multiple scanner 16 are connected to the evaluation device 28.
  • the reflection radiations detected by the first 24 and second receivers 35 are transmitted as signals to the evaluation device 28. This sets these signals in relation to the data transmitted by the control unit 26 to the emitted signal pulses.
  • the evaluation device 28 can calculate the direction and the distance of an object 22, 33 in the object space.
  • further features of the surfaces of the objects 22 and 33 can be calculated if necessary.
  • a three-dimensional point cloud is generated in real time, which reproduces the detected object space.
  • at least the reflection radiations 34 detected by the second receiver 35 are used in the real-time calculation.
  • the reflection beams 23 detected by the first receiver 24 can be taken into account.
  • the cameras 17 and 18 can also be coupled to the evaluation device 28 and to the control unit 26.
  • the control unit 26 may control the triggering of the cameras 17 and 18.
  • the data relating to the images taken by the cameras 17 and 18 are transmitted to the evaluation device 28, which may possibly also use this data in the real-time processing and the generation of the three-dimensional point cloud.
  • the evaluation device 28 calculates in real time a graphic representation of those regions of the object space through which the mobile device 1 can be moved and / or moved. This graph is output from the screen 19. It is continually updated as the object space is acquired.
  • the first receiver 24 is coupled to a data interface 29 via the evaluation device 28. All other devices of the mobile device 1, by which data can be detected, are also coupled to this data interface. These include the second receiver 35, the control unit 26 and the sensor 8.
  • the data transmitted to the data interface 29 are stored on a memory device 30. Alternatively, the data can also be transmitted via a wireless connection to an external data memory.
  • the data stored by the memory device 30 and the external data memory are then used for post-processing. In this post-processing a more precise point cloud of the detected object space is generated. The computational effort in the post-processing is so great that it can not be performed in real time by the evaluation device 28 through.
  • this additionally comprises the second 14 and third individual scanners 15, which are mounted above the first individual scanner 13 on the frame head 4.
  • the second 14 and the third single scanner 15 may be of the same type as the first single scanner 13. They differ from the first single scanner 13 only in terms of their arrangement in the mobile device 1 and their orientation.
  • the individual scanners 14 and 15 can be controlled in the same way by the control unit 26.
  • the reflected radiation detected by them can in the same way to the evaluation device 28, and further to the data interface 29, are transmitted.
  • the position of the second single scanner 14, i. H. of the forward direction of movement A right, upper single scanner explained. 4 shows a view of the mobile device 1 from the front, perpendicular to the center plane B of the mobile device 1.
  • the lateral distance 38 of the second single scanner 14 from the center plane B is 142 mm.
  • the height of the second individual scanner 14 with respect to a horizontal plane C on which the wheels 9, 10 of the mobile device 1 stand is in a range between about 1300 mm and about 1900 mm.
  • the height of the second individual scanner 14 can be adjusted by means of the adjusting mechanism 5.
  • the arrangement and orientation of the third single scanner 15, d. H. of the left, upper single scanner, is mirror-symmetrical with respect to the center plane B to the arrangement and orientation of the second single scanner 14th
  • Fig. 5 is a plan view of the mobile device 1 is shown. Furthermore, the second plane 39 defined by the second signal beams 32 of the second individual scanner 14 is shown. It encloses with the center plane B an angle a of 35 °.
  • Fig. 6 is a view from the direction X of Fig. 5 is shown. From this view of FIG. 6, the angle of attack ⁇ of the second individual scanner 14 results to the vertical. This angle ß is 18 °.
  • FIG. 7 shows a view from the direction Y of FIG. 6, ie a view against a normal of the second plane 39. From this view, the alignment of a so-called second blind spot s 2 of the area of the second individual scanner 14 is obtained second plane 39.
  • the individual scanners 13 to 15 used in the present embodiment namely do not capture the full angular range of 360 ° of a plane, but only an angular range of 270 °. This results in the scanned second level 39, a second dead angle s2 of 90 °.
  • the angle g formed between a leg 61 of the second blind spot s2 and the vertical is 7.5 °.
  • this angle g may be in a range of 5 ° to 10 °.
  • the angle g is outside the second dead angle s2. Due to the symmetrical arrangement of the third individual scanner 15 to the second individual scanner 14, the third dead angle of the third individual scanner 15 is aligned symmetrically accordingly. This means that the two legs of the blind spots of the second and third individual scanners 14, 15 intersect at the center plane B above the mobile device 1. This intersection is shown in FIG. 4. It lies for example at the height of 2308 mm.
  • FIG. 8 the orientation of the first blind spot sl in a view from the direction Z (see FIG. 9) is shown parallel to the first rotation axis of the first single scanner 13 for this first individual scanner 13.
  • the first dead angle sl is here aligned symmetrically to the center plane B. It extends rearwardly with respect to the forward movement direction A, so that the area of the first plane 40 of the first single scanner 13 in the forward movement direction A is completely detected.
  • Fig. 9 shows a side view of the mobile device 1.
  • the vertical distance 41 of the first single scanner 13 from the horizontal plane C, d. H. the height of the first single scanner 13, in the embodiment shown here is 513 mm.
  • the first plane 40 defined by the first signal beams 21 of the first single scanner 13 is tilted forward relative to the forward movement direction A by the angle Q relative to the vertical.
  • the angle Q is in a range of 10 ° to 20 °. He is in particular 15 °.
  • the forward facing first camera 17 is optionally provided. It may be a stereo camera having an opening angle d of 110 °, whereby this opening angle d is slightly tilted downwards relative to the horizontal.
  • the second signal beams 32 produce an emission fan 42, as discussed above.
  • This emission fan 42 is symmetrical about a central axis 43.
  • the center axis 43 is perpendicular on the second rotation axis 44 of the multiple scanner 16.
  • the center axis 43 is inclined downwards by the angle k with respect to a horizontal plane D which passes through the multiple scanner 16, more precisely through the origin of the emission fan 42.
  • the second rotation axis 44 is inclined by the same angle k with respect to a vertical plane forward in the direction of the forward movement direction A.
  • the opening angle l of the emission fan 42 is approximately 30 °, so that a smaller area above the horizontal plane D and a larger area below the horizontal plane D are detected by the emission fan 42 in the forward movement direction A. Contrary to the forward movement direction A, the situation is reversed. Below the horizontal plane D, a smaller area is detected, above the horizontal plane D, however, a larger area.
  • the frame head 4 has a cross member 45 on which the multiple scanner 16, the second 14 and third individual scanners 15, and the cameras 17 and 18 are mounted so that they have a fixed geometric arrangement to each other. Even with a change in the vertical position of the frame head 4, this geometric arrangement is maintained, so that the mobile device 1 after a height adjustment of the frame head 4 no longer needs to be calibrated.
  • the frame head 4 has support pins 46. Corresponding to these support pins 46, the receiving plate 37 guides 47, in particular plastic guides. When placing the frame head 4 on the receiving plate 37, the support pins 46 are inserted into the guides 47. In this way it is achieved that after placement of the frame head 4, a sufficiently accurate pre-positioning of the frame head 4 is achieved relative to the receiving plate 37 for the mechanical and electrical coupling.
  • a plug connection 48 is provided on the receiving plate 37 and the underside of the cross member 45 of the frame head 4.
  • the pre-positioning comprises a sufficiently precise alignment for the mechanical coupling between at least one positioning pin in the frame head 4 and associated positioning jacks in the receiving plate 37 for the subsequent coupling operation.
  • boards for the electrical coupling are sufficiently pre-positioned so that a secure connection between spring contact pins on the board in frame head 4 and the associated contact surfaces on the board of the receiving plate 37 is made possible.
  • Fig. 1 the state is shown, in which the frame head for the mechanical and electrical coupling is prepositioned.
  • the frame head 4 is placed in this case on the receiving plate 37.
  • a handle lever 49 is provided at the receiving plate 37.
  • the handle lever 49 is pivotable about a transverse axis.
  • the handle lever 49 is pivoted for the mechanical and electrical coupling of the frame head 4 to the base member 3 upwards and engages in the position shown in Fig. 12.
  • the positioning pins of the frame head 4 and the associated positioning in the receiving plate 37 are firmly aligned in the degrees of freedom Y and Z repeatable to each other.
  • a clamping lever geometry is actuated, which ensures that the positioning pins of the frame head 4 are also firmly positioned in the axial direction X.
  • the clamping lever geometry ensures that a bias of spring contact pins for the electrical connection at the connector 48 is made safe.
  • the frame head 4 and the directly or indirectly attached to the cross member 45 devices of the frame head 4 has a fixed geometric arrangement to each other. Now, if the vertical distance of the frame head 4 is changed by the base member 3 by means of the adjustment mechanism 5, a recalibration is not required.
  • Fig. 13 shows a first state of the handles 12, in which they are pivoted. In this state, the width of the central part of the base member 3 is smaller. The handles 12 can be brought into this condition to pass a constriction at mid-height. In addition, this state is advantageous when the mobile device 1 is to be disassembled and transported. At the same time, for example, the correspondingly padded handles 12 in this folded position, the surface of the screen 19 protect from damage.
  • the handles 12 can be brought into the pivoted state, they are connected via a pivot axis 50 with the base member 3.
  • a locking element 51 is pivotally mounted in the pivot axis 50.
  • the pivot axis 50 is located on one side of the locking member 51.
  • a handle member 52 is rigidly connected to the locking member 51.
  • the grip element 52 initially extends perpendicularly away from the end of the locking element 51, then runs in a bend, to then extend straight back over a particular section.
  • the bending of the gripping element 52 in conjunction with the orientation of the pivot axis 50 is designed such that in the pivoted state, as shown in FIG. 13, the gripping element 52 can be pivoted towards the base element 3, without the base element 3 or devices, which are attached to the base member 3, hinder the pivoting of the handle 12.
  • the locking member 51 is pivoted together with the handle member 52 about the pivot axis 50 in the direction of a stop surface of the base member 3.
  • the grip elements 52 move outwardly to the state shown in Fig. 14.
  • the locking element 51 bears against the abutment surface of the base element 3.
  • the base element 3 and the locking element 51 have a locking mechanism 53, via which the locking element 51 can be securely and firmly connected to the base element 3.
  • the handle 12 can not be pivoted to the operating position shown in Fig. 13.
  • an operator can thus move the mobile device 1 by means of the handles 12, in particular roll over the rollers 9 and 10 on a substrate.
  • the outer wheels 9 are each attached via a plug-in axis 56 to a longitudinal member 57 of the base member 3.
  • the longitudinal members 57 each have openings 58 into which the stub axles 56 can be inserted.
  • the stub axles 56 can each be clamped in the openings 58, so that the outer wheels 9 are held firmly on the longitudinal members 57.
  • a stand device 54 is arranged on the base element 3. As shown in Fig. 15, this stand device 54 can be pivoted downwards.
  • the stator device 54 has a length such that it is greater than the radius of the outer wheel 9.
  • the stand device 54 is further pivoted, for example by the mobile device 1 is moved further forward, while the lower end 59 of the stand device 54 touches the ground, the mobile device 1 is raised, so that the outer wheels 9 no longer touch the ground. In this way, the mobile device 1 is jacked up.
  • a coupling mechanism 60 is further arranged, which couples the stator device 54 with the quick-clamping device 55 for locking the outer wheel 9.
  • This coupling mechanism 60 causes pivoting of the stand device 54 at the same time a lever 61 of the quick-clamping device 55 is pivoted so that the quick-release device 55 opens, and the thru axle 56 of the outer wheel 9 releases.
  • the outer wheel 9 can now be disassembled, or if it was not attached to the side rail 57, it can be mounted in this state, as shown in Fig. 15.
  • the thru-axle 56 is now inserted into the opening 58 of the longitudinal member 57, as shown in Fig. 16.
  • the stand device 54 is pivoted back onto the longitudinal member 57.
  • the mobile device 1 is lowered so that it comes to rest again on the outer wheel 9.
  • the coupling mechanism 60 transmits the pivoting of the stand device 54 to the quick-action clamping device 55 so that it is automatically closed when the stand device 54 is pivoted.
  • the stand device 54 is completely folded. In this state, the quick-release device 55 is closed. It locks in this state, the outer wheel 9 fixed to the side member 57th
  • the mobile device 1 is first assembled and brought into the state shown in Fig. 1, in which the outer wheels 9 are arranged on the outside of the longitudinal member 57.
  • the mobile device 1 is then placed in the object space which is to be detected. It is in particular the interior of a building.
  • the three individual scanners 13 to 15, the multiple scanner 16 and the cameras 17 and 18 are put into operation together with the other electronic devices of the mobile device 1.
  • Controlled by the control unit 26 emit the emission of the individual scanner, d. H. the first emission device 20 of the first individual scanner and the corresponding emission units of the second and third individual scanner 14, 15 signal beams which comprise signal pulses.
  • the scanning devices rotate the emission directions of the signal beams about the respective axis of rotation of the individual scanner 13, 14, 15. In this way, the planes are detected, as explained with reference to FIGS. 4 to 9.
  • the receivers of the individual scanners 13, 14, 15 detect reflection radiations, which were generated by reflection of the signal pulses of the signal beams.
  • the signals detected by the receivers are transmitted to the evaluation device 28 together with the control signals of the control unit 26.
  • the multiple scanner 16 under the control of the control unit 26, emits a plurality of second signal beams 32 into an emission fan 42, as explained with reference to FIGS. 3 and 9.
  • the second emission units 31 are rotated about the second rotation axis 44 by means of the second scanning device 36.
  • the second reflection radiation 34 detected by the second receiver 35 is transmitted to the evaluation device 28 together with the control signals of the control unit 26.
  • graphical representations are now generated in real time, at least from the reflection radiation 34 detected by the second receiver 35, and displayed on the screen 19.
  • These graphical representations indicate, in particular, through which regions of the object space the mobile device 1 can be moved. Alternatively or additionally, it can be displayed through which regions of the object space the mobile device 1 has already been moved. In this way, the operator can very clearly determine whether the object space has already been completely captured.
  • the graphic representation in one color may include areas through which the mobile device 1 is to be moved and in another color include the areas through which the mobile device 1 has already been moved.
  • a background surface is colored on which the mobile device 1 can be driven.
  • control unit 26 controls the cameras 17 and 18 so that individual images are taken, which can be combined to form a panoramic image. These images can also be used by the evaluation device 28 in order to generate the graphical representation which is displayed on the screen 19. If real-time processing is still possible, the signals from the receivers of the three individual scanners 13 to 15 can additionally be taken into account for generating the graphical representation.
  • an operator drives the mobile device 1 on a ground through the object space to be detected. All detected signals and data are also transmitted via the data interface 29 to the memory device 30 or wirelessly to an external data memory. These data are then used in the post-processing to produce a very precise three-dimensional point cloud from the detected object space.
  • the mobile device 1 When the mobile device 1 has a bottleneck, e.g. B. a narrow door, must pass without interrupting the scanning operations, the outer wheels 9 are converted to an inner position, as explained above. Further, if necessary, the mobile device 1 may also be tilted or swung without interrupting the scans. Even height differences, for example, when ramping up ramps, can be overcome without interrupting the scans.
  • a bottleneck e.g. B. a narrow door

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Abstract

The present invention relates to a mobile apparatus (1) for detecting an object space, and to a corresponding method. The apparatus (1) has a frame and at least one single-sampling scanner (13) mounted on the frame (single-plane laser scanner) and a multi-sampling scanner (16) mounted on the frame above the single-sampling scanner (13). Said multi-sampling scanner comprises a plurality of emission units integrated into one component, a receiver for detecting reflection radiation, and a scanning device for modifying the emission directions of the signal beams from the emission units. The apparatus (1) further has an evaluation device, which is designed to generate and to output, at least from the reflection radiation detected by the receiver and in real time, a graphical representation of those areas of the object space through which the apparatus (1) can be moved and/or was moved. The apparatus (1) finally has a data interface, which is designed to output data to a memory device for post-processing. The first plane (40) defined by the signal beams of the single-sampling scanner (13) is tilted forward from the vertical by an angle of preferably 15° with respect to the forward movement direction A. A first camera (17) pointing forwards is optionally provided. The signal beams from the multi-sampling scanner (16) generate an emission fan (42). Said emission fan (42) is symmetrical with respect to a centre axis (43), which is perpendicular to the rotation axis (44) of the multi-sampling scanner (16) and is inclined downward with respect to a horizontal plane D. The mobile apparatus (1) can detect and output in real time the position of the apparatus (1) in the object space during the detection process, including in buildings, using the multi-sampling scanner (16) and the accompanying evaluation device. The object space can be detected very precisely using a high-accuracy single-sampling scanner (13), generation of a three-dimensional model of the detected object space not being possible until post-processing. A second or a third single-sampling scanner can be arranged on the top of the frame.

Description

Beschreibung  description
Mobile Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Objektraums Mobile device and method for detecting an object space
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zum Erfassen eines Objektraums. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen eines Objektraums mit einer mobilen Vorrichtung. The present invention relates to a mobile device for detecting an object space. Furthermore, the invention relates to a device for detecting an object space with a mobile device.
Es sind verschiedene Erfassungssysteme zum Erfassen von Objekträumen innerhalb von Gebäuden und im Außenbereich bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Erfassen eines Objektraums innerhalb eines Gebäudes. Ein solches System ist beispielsweise in der EP 2 913 796 A1 beschrieben. In diesem Fall wird ein Laserscanner in Verbindung mit mehreren Kameras verwendet. Aus den Signalen des Laserscanners und den Bildern der Kameras wird eine Punktwolke erzeugt, aus der ein dreidimensionales Gebäudemodell erstellt wird. Various detection systems are known for detecting object spaces within buildings and outdoors. In particular, the present invention relates to detecting an object space within a building. Such a system is described for example in EP 2 913 796 A1. In this case, a laser scanner is used in conjunction with multiple cameras. From the signals of the laser scanner and the images of the cameras, a point cloud is generated, from which a three-dimensional building model is created.
Für den Außenbereich existieren vergleichbare Erfassungssysteme, die auf Fahrzeugen und Flugzeugen montiert werden können. Die Referenzierung der erfassten Daten auf ein Koordinatensystem geschieht bei diesen Systemen in der Regel durch eine Positionsbestimmung mit Hilfe von Satellitennavigationssystemen. For outdoor use, comparable detection systems exist that can be mounted on vehicles and aircraft. The referencing of the acquired data to a coordinate system in these systems is usually done by a position determination using satellite navigation systems.
Innerhalb von Gebäuden besteht diese Möglichkeit der Positionsbestimmung nicht, da dort keine Signalverbindung zu den Navigationssatelliten verfügbar ist. Außerdem ist die Positionsbestimmung für das Erfassen eines Objektraums mittels Satellitennavigation zu ungenau. Aus diesem Grund wird auch im Außenbereich für die Positionsbestimmung ergänzend auf Radodometrie, Laserodometrie oder Trägheitsnavigation (INS) zurückgegriffen. Die Satellitennavigation spielt dabei für die Georeferenzierung und Reduktion des Langzeitdrifts eine Rolle. Within buildings, this possibility of positioning does not exist because there is no signal connection to the navigation satellites available. In addition, the position determination for the detection of an object space by means of satellite navigation is too inaccurate. For this reason, external measurements are also made using radodimetry, laser odometry or inertial navigation (INS). Satellite navigation plays a role in georeferencing and reducing long-term drift.
Für die Positionsbestimmung innerhalb von Gebäuden während der mobilen Erfassung von Objekträumen ist insbesondere eine möglichst schnelle Positionsbestimmung in Echtzeit erforderlich, um dem Bediener des Systems auf einem Bildschirm eine Darstellung des Erfassungsvorganges in der Umgebung in Echtzeit liefern zu können, damit dieser den Erfassungsvorgang so steuern kann, dass der Gebäudeinnenraum möglichst lückenlos und in hoher Qualität abgescannt wird. In particular, the fastest possible real-time position determination is required for determining the position within buildings during the mobile detection of object spaces in order to be able to provide the system operator in real time with a display of the detection process in the surroundings so that he can thus control the detection process in that the building interior is scanned as consistently as possible and in high quality.
M-59028-PCT final.doc Ferner ist es erforderlich, dass eine möglichst präzise nachgelagerte Positionsbestimmung im Zeitverlauf, das heißt die Bestimmung der Trajektorie beim Erfassen des Objektraums, in der Nachverarbeitung möglich ist. Nur in diesem Fall können die kontinuierlich erfassten Messungen der Laserscanner und die in der Regel im Abstand von jeweils wenigen Metern erfassten Panorama-Bilder zu einem präzisen, konsistenten 3D-Modell des Gebäudes zusammengefügt werden, beispielsweise durch Erstellung einer Punktwolke oder eines Polygonnetzes. M-59028-PCT final.doc Furthermore, it is necessary that as accurately as possible a subsequent position determination over time, that is, the determination of the trajectory when detecting the object space, in the post-processing is possible. Only in this case can the continuously recorded measurements of the laser scanners and the panorama images, which are usually collected at intervals of a few meters, be combined to form a precise, consistent 3D model of the building, for example by creating a point cloud or a polygon mesh.
Auf die verschiedenen Methoden zur Positions- und Trajektorienbestimmung wird weiter unten eingegangen. Im weiteren folgt zunächst eine Darstellung der Datenerfassungsmethoden und Anwendungsszenarien: The various methods for position and trajectory determination are discussed below. The following is a presentation of the data collection methods and application scenarios:
Bei der Erfassung von Punktwolken mit Hilfe von Laserscannern kommen in der Regel Systeme zum Einsatz, bei denen ein Laserstrahl durch einen um eine Achse rotierenden Spiegel in einer Ebene im Raum ausgesandt wird. Alternativ können Festkörperlaser ohne bewegliche Teile eingesetzt werden, um einen rotierenden Laserstrahl zu erzeugen. When capturing point clouds with the help of laser scanners, systems are generally used in which a laser beam is emitted through a mirror rotating about an axis in a plane in space. Alternatively, solid state lasers without moving parts can be used to create a rotating laser beam.
Die hierbei gelieferten Daten enthalten für jeden Datensatz (Punkt der Punktwolke) in der Regel den jeweiligen Zeitstempel des jeweils ausgesandten Laserimpulses mit der zugehörigen Winkelstellung innerhalb der Rotationsachse. Ferner enthält jeder Datensatz einen oder mehrere Werte, die aus einem oder mehreren nacheinander empfangenen Reflexionssignalen abgeleitet werden und die aus der Laserlicht-Laufzeit berechnete Entfernung der jeweils reflektierenden Oberflächen in Richtung des Aussendestrahls sowie die zugehörigen Reflexionsintensitäten angeben. Halbtransparente oder halbspiegelnde Oberflächen können hierbei dazu führen, dass kurz nacheinander mehrere Reflexionssignale empfangen werden, die dann zu unterschiedlich weit entfernten Oberflächen gehören. The data supplied here contain for each data set (point of the point cloud) usually the respective time stamp of the respectively emitted laser pulse with the associated angular position within the axis of rotation. Furthermore, each data record contains one or more values which are derived from one or more successively received reflection signals and which indicate the distance, calculated from the laser light propagation time, of the respectively reflecting surfaces in the direction of the emission beam and the associated reflection intensities. Semitransparent or semi-reflective surfaces can in this case lead to successively receiving a plurality of reflection signals, which then belong to surfaces of different distances.
Aus den empfangenen Reflexionssignalen werden Entfernungen berechnet. Hieraus können zusammen mit den Intensitäten der Reflexionssignale dreidimensionale Punktkoordinaten berechnet werden, welche dann die Punktwolke bilden. Um aus den Erfassungsvorgängen mittels des bewegten Laserscanners ein konsistentes dreidimensionales Modell aufbauen zu können, ist es notwendig, für jede Messung einen Zeitstempel sowie die exakte Positionenausrichtung des Laserscanners im Raum zu erfassen. Distances are calculated from the received reflection signals. From this, three-dimensional point coordinates can be calculated together with the intensities of the reflection signals, which then form the point cloud. In order to be able to build up a consistent three-dimensional model from the detection processes by means of the moving laser scanner, it is necessary to record a time stamp and the exact position alignment of the laser scanner in space for each measurement.
Ähnlich verhält es sich mit den Bildinformationen von Panoramakameras, die in der Regel nur aus Bilddateien bestehen, die mit einem Zeitstempel des Aufnahmezeitpunktes versehen sind. Auch hier muss zu jedem Zeitstempel und zu jeder Bilddatei die genaue Position und Ausrichtung der jeweiligen Kamera im Raum bekannt sein oder bestimmt werden, damit - unter Zuhilfenahme von bekannten oder durch Kalibrierung zu bestimmenden Kameraparametern wie zum Beispiel Objektivbrennweite und Abbildungscharakteristik, sowie Sensorgröße und - auflösung - die Bilddaten und die Punktwolken-Daten einander zugeordnet werden können. Auf diese Weise kann ein Objektraum dreidimensional erfasst werden. Similarly, the image information of panoramic cameras, which usually consist only of image files that are provided with a timestamp of the recording time. Here, too, the exact position and orientation of the respective camera in the room must be known or determined for each time stamp and image file, thereby using known or to be determined by calibration camera parameters such as lens focal length and imaging characteristics, and sensor size and resolution - The image data and the point cloud data can be assigned to each other. In this way, an object space can be detected in three dimensions.
Panoramabilder können außerdem dazu verwendet werden, einen sehr realitätsgetreuen virtuellen Rundgang durch den erfassten Objektraum zu ermöglichen. Hier stehen die Bilddateien im Vordergrund, die mittels sogenanntem„Stitching“ unter Zuhilfenahme der 3D- Information (Position und Ausrichtung der jeweiligen Kamera im Raum) zu lückenlosen 360- Grad-Panoramen zusammengefügt werden können, die der genauen Ansicht an einem bestimmten Punkt der Umgebung entsprechen, wie sie ein Betrachter vor Ort wahrnehmen würde. Die Gesamtheit der Panoramabilder repräsentiert hierbei eine Vielzahl einzelner diskreter Positionen, an denen die zugrundeliegenden Bilder aufgenommen wurden. Der Betrachter kann lediglich von einer diskreten Position zu einer anderen diskreten Position springen und von Panoramabild zu Panoramabild wechseln, im Gegensatz zum oben angeführten Punktwolkenmodell, das kontinuierlich „durchflogen“ werden kann. Das als Hintergrundinformation vorhandene Punktwolken-Modell kann hierbei dazu verwendet werden, um die Übergänge zwischen den einzelnen Panoramabildern als Überblendungen von unterschiedlich transformierten individuellen Teilausschnitten (zum Beispiel Tischoberflächen) so zu animieren, dass der Betrachter den Eindruck einer halbwegs flüssigen Bewegung im 3D- Raum zwischen den zwei diskreten Positionen erhält. Durch das Punktwolkenmodell ergeben sich noch weitere Möglichkeiten, wie zum Beispiel eine Einblendung der Punktwolke über die Foto-Panorama-Ansicht oder eine Zuordnung einer genauen 3D-Koordinate zu jedem Pixel des Panoramabildes (was zum Beispiel Längenmessungen von aufgenommen Objekten durch Anklicken der Begrenzungspunkte im Panoramabild sowie die Einblendung von ortsbezogenen Informationen („Points of Interest) in die Panoramabilder ermöglicht). Panoramic images can also be used to provide a highly realistic virtual tour of the captured object space. Here are the image files in the foreground, which can be combined by means of so-called "stitching" with the help of 3D information (position and orientation of each camera in the room) to seamless 360-degree panoramas, the exact view at a certain point in the environment correspond to what a viewer would perceive locally. The entirety of the panoramic images represents a plurality of individual discrete positions on which the underlying images were taken. The viewer can only jump from one discrete position to another discrete position and switch from panorama to panorama, unlike the above-mentioned point cloud model, which can be continuously "flown". The point cloud model available as background information can be used here to animate the transitions between the individual panoramic images as transitions of differently transformed individual subsections (for example table surfaces) in such a way that the observer has the impression of a semi-fluid movement in 3D space receives the two discrete positions. The point cloud model offers even more possibilities, such as an overlay of the point cloud via the photo panorama view or an assignment of an exact 3D coordinate to each pixel of the panorama image (for example, length measurements of recorded objects by clicking the boundary points in the panorama image as well as the insertion of location-related information ("points of interest" in the panoramic images).
Für kleinere Gebäude ist die Erfassung der Umgebung im Innenraum des Gebäudes durch gleichzeitige Aufnahme von Punktwolkendaten und Panoramabildern auch durch stationäre, stativgebundene Geräte möglich, die von Position zu Position bewegt werden. Die Positionen können hierbei zum Beispiel an festen Bezugspunkten und Marken im Raum ausgerichtet werden, die sich auch in bereits vorab existierenden Plänen wiederfinden, was die Zuordnung erleichtert. Für die schnelle Erfassung großer Gebäude, insbesondere des Innenraums des Gebäudes, ist aber die kontinuierliche Erfassung durch ein mobiles System vorteilhaft. For smaller buildings, capturing the environment inside the building by simultaneously capturing point cloud data and panoramic images is also possible through stationary, tripod-mounted devices that move from position to position. The positions can be aligned here, for example, at fixed reference points and marks in the room, which can also be found in already existing plans, which facilitates the assignment. For the rapid detection of large buildings, in particular the interior of the building, but the continuous detection by a mobile system is advantageous.
Hierfür existieren zum einem tragbare Systeme in Rucksackform oder in der Hand gehaltene Systeme in unterschiedlichen Bauformen. Diese tragbaren Systeme haben den Nachteil, dass aufgrund von Gewichtsrestriktionen nur leichtgewichtige Kamerasysteme zum Einsatz kommen können, deren Objektive keine qualitativ hochwertigen Aufnahmen erlauben. Außerdem ist es durch die ruckartigen Bewegungen beim Umhertragen aufgrund von Bewegungsunschärfe, insbesondere durch Rotationsbewegungen und in schwierigen Beleuchtungssituationen, schwierig, verwacklungsfreie scharfe Aufnahmen zu erstellen. Aus diesem Grund liegt der Hauptzweck dieser Geräte meist in der Erfassung einer (kolorierten) Punktwolke, da hierfür die Bildqualität der Kameraufnahmen nicht kritisch ist. For this exist for a portable systems in backpack or held in hand systems in different designs. These portable systems have the disadvantage that due to weight restrictions only lightweight camera systems can be used whose lenses do not allow high quality recordings. In addition, it is difficult to make shake-free sharp shots by the jerky movements when moving due to motion blur, especially by rotational movements and in difficult lighting situations. For this reason, the main purpose of these devices is usually in the detection of a (colored) point cloud, as this is the image quality of the camera recordings is not critical.
Bei Anwendungen, deren Ziel die Erfassung hochqualitativer und hochauflösender Panoramabilder ist, insbesondere die Aufnahme von HDR-(„/-//g/7 Dynamic Range“)- Bildern unter schwierigen Beleuchtungsbedingungen, eignen sich wie oben beschrieben für kleinere Gebäude stationäre, stativgebundene Geräte. For applications aimed at capturing high-quality, high-resolution panoramic images, especially HDR ("- / g / 7 Dynamic Range") images under difficult lighting conditions, stationary buildings are suitable for smaller buildings, as described above ,
Für größere Gebäude eignen sich jedoch besonders gut fahrbare Geräte in„Trolley“-Bauform, die durch einen Bediener geschoben werden. Ein fahrbares Gestell liefert in diesem Fall eine höhere Stabilität. In Ruheposition können daher verwacklungsfreie Bilder aufgenommen werden. Des Weiteren können größere und schwerere, Kameraobjektive mit höherer Qualität, Laserscanner, Elektronikbauteile und Energiespeicher an dem fahrbaren Gerät befestigt und auf diese Weise sehr komfortabel bewegt werden. Bei allen genannten mobilen Erfassungssystemen besteht - wie oben erläutert - das Problem, dass die Trajektorie, und für Systeme, die eine visuelle Überwachung des Erfassungsvorgangs auf einem Bildschirm ermöglichen sollen, auch die Momentanposition in Echtzeit effizient und präzise bestimmt werden muss. For larger buildings, however, are particularly well-mobile devices in "trolley" design, which are pushed by an operator. A mobile frame provides a higher stability in this case. In rest position, therefore, shake-free images can be recorded. Furthermore, larger and heavier camera lenses with higher quality, laser scanners, electronic components and energy storage can be attached to the mobile device and moved in this way very comfortable. As mentioned above, all of these mobile detection systems have the problem that the trajectory, and for systems that are to enable visual monitoring of the detection process on a screen, also the instantaneous position must be determined in real time efficiently and accurately.
Hierfür können unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen, die auch kombiniert werden können. Zum einen kommen inertiale Messeinheiten (IMU, „Inertial Measurement Unit) in Frage, die einen oder mehrere Inertialsensoren wie Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren kombinieren. Ein Problem hierbei ist jedoch der Umstand, dass sich Messfehler aufsummieren, was zu einer starken„Drift“ führen kann. Aus diesem Grund werden IMUs oft nur unterstützend eingesetzt. Gleiches gilt für Odometer. ln der Praxis kommen daher für mobile Systeme in der Regel sogenannte SLAM-Verfahren zum Einsatz („ Simultaneous Localization and Mapping“). Diese basieren auf der Annahme, dass die erfasste Umgebung statisch ist und sich nur das Erfassungssystem selbst bewegt. Im Falle eines Laserscanners werden hierbei zum Beispiel die erfassten Daten eines Laserspiegel- Rotationsdurchganges mit denen eines oder mehrerer vorangegangener Durchgänge verglichen. Unter der Annahme, dass die Umgebung statisch ist und sich das Erfassungssystem linear parallel zur Laserscan-Ebene bewegt hat, würden die beiden Punktmengen der beiden Messdurchgänge innerhalb von Messtoleranzen mehr oder weniger deckungsgleich, aber translatorisch und/oder rotatorisch verschoben sein, so dass sich hieraus unmittelbar und gleichzeitig ein Profil der Umgebung als 2D-Schnitt durch den 3D-Raum (entsprechend der Laserscanner-Ebene) und gleichzeitig der Bewegung/Drehung des Erfassungssystems innerhalb dieses 2D-Schnittes ergibt (daher der Begriff „Simultaneous Localization and Mapping“). In der Praxis darf hierbei die Bewegung und insbesondere die Drehung in Relation zur Scanfrequenz jedoch nicht zu schnell erfolgen. For this purpose, different methods can be used, which can also be combined. On the one hand, inertial measurement units (IMU), which combine one or more inertial sensors, such as acceleration sensors and yaw rate sensors, come into question. However, one problem here is the fact that measurement errors accumulate, which can lead to a strong "drift". For this reason, IMUs are often used only supportive. The same applies to odometer. In practice, so-called SLAM methods are generally used for mobile systems ("Simultaneous Localization and Mapping"). These are based on the assumption that the detected environment is static and only the acquisition system itself moves. In the case of a laser scanner, in this case, for example, the acquired data of a laser mirror rotation passage are compared with those of one or more preceding passes. Assuming that the environment is static and the acquisition system has moved linearly parallel to the laser scan plane, the two sets of points of the two measurement passes would be more or less congruent but translationally and / or rotationally displaced within measurement tolerances, thus resulting immediately and simultaneously gives a profile of the environment as a 2D cut through the 3D space (corresponding to the laser scanner level) and at the same time the movement / rotation of the detection system within that 2D cut (hence the term "Simultaneous Localization and Mapping"). In practice, however, the movement and in particular the rotation in relation to the scanning frequency must not be too fast.
Die algorithmische Zuordnung von zeitlich auseinanderliegenden Messpunkten zu identischen, mehrfach gescannten Umgebungsmerkmalen und daraus die Bestimmung der Trajektorie des Erfassungssystems und die Erstellung eines Gesamtmodells der Umgebung ist bei ausreichender Menge und Redundanz an Messpunkten zwar auch möglich, wenn sich die Laserscanner-Erfassungsrichtung im Zeitverlauf ändert und beliebig zur Bewegung des Erfassungssystems angeordnet ist, je nach Größe und Verteilung der Punktwolke und Merkmalen im Raum kann dies jedoch sehr lange Rechenzeiten erfordern, so dass diese Verfahren in der Regel bei hohem Detaillierungsgrad nur in der Nachverarbeitung {„Post- Processing“) eingesetzt werden können, aber nicht zur Echtzeit-Darstellung der Bewegung im Raum während des Erfassungsvorgangs. So ist es beispielsweise bei den oben erwähnten stationären, stativgebundenen Lösungen üblich, die erfassten Daten der einzelnen Scan- Positionen in ein cloud-basiertes Rechenzentrum hochzuladen und dort in einer Nachverarbeitung zu einem konsistenten Modell zusammenfügen zu lassen. The algorithmic assignment of temporally spaced measuring points to identical, multi-scanned environmental features and the determination of the trajectory of the detection system and the creation of an overall model of the environment is also possible with sufficient quantity and redundancy at measurement points, if the laser scanner detection direction changes over time and However, depending on the size and distribution of the point cloud and features in space, this may require very long computation times, so that these methods are usually used with high level of detail only in the post-processing {"post-processing") can, but not for the real-time representation of the movement in space during the acquisition process. For example, in the case of the above-mentioned stationary, tripod-based solutions, it is customary to upload the acquired data of the individual scan positions to a cloud-based data center and to have them combined in a post-processing into a consistent model.
Vergleichbar hiermit sind photogrammetrische Verfahren, bei denen aus einer Vielzahl von Bildern, die von ein und demselben Objekt oder derselben Umgebung aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wurden, ein texturiertes 3D-Modell erstellt werden kann, indem zum Beispiel das sogenannte Bundle-Adjustment-Verfa ren zum Einsatz kommt, bei dem in einem Optimierungsprozess gleichzeitig die Positionen der Punkte im 3D-Raum, die Positionen und Orientierungen der beobachtenden Kameras sowie deren interne Kalibrierparameter an die Messbilder angepasst werden. Diese Verfahren liefern für gut texturierte Oberflächen gute Ergebnisse, scheitern aber bei gleichfarbigen, merkmalsarmen Oberflächen sowie bei komplizierteren Verschneidungen und spiegelnden Objekten. Comparable with this are photogrammetric methods in which a textured 3D model can be created from a plurality of images taken from the same object or the same environment from different angles, for example by using the so-called bundle adjustment method Use is made in an optimization process at the same time the positions of the points in the 3D space, the positions and orientations of the observing cameras and their internal calibration parameters are adapted to the measurement images. These methods provide good for well-textured surfaces Results, but fail with same-colored, low-feature surfaces and more complicated intersections and reflective objects.
Bei sogenannten Virtual-Reality- bzw. Augmented-Reality-Anwendungen, die auch von Mobiltelefonen (Smartphones) ausgeführt werden können, existieren darüber hinaus Lösungen, die ähnlich zum SLAM-Verfahren bzw. photogrammetrischen Verfahren funktionieren. Hierbei werden in Echtzeit erfasste Bildfolgen der Smartphone-Kameras analysiert, um darin Umgebungsmerkmale im Zeitverlauf zu verfolgen, in der Regel unterstützt durch Messdaten der ebenfalls in Smartphones verbauten IMUs, so dass hieraus eine grobe Erfassung der Umgebung sowie der Bewegung des Smartphones im Raum in Echtzeit abgeleitet werden kann, was dann zum Beispiel die passgenaue Einblendung virtueller Objekte in das Kamerasucherbild ermöglicht. In the case of so-called virtual reality or augmented reality applications, which can also be performed by mobile phones (smartphones), there are also solutions that function similarly to the SLAM method or photogrammetric method. Here, in real time captured image sequences of the smartphone cameras are analyzed to track environmental features over time, usually supported by measurement data of the built-in smartphones IMUs, so that from a rough coverage of the environment and the movement of the smartphone in space in real time can be derived, which then allows, for example, the perfect insertion of virtual objects in the camera viewfinder image.
Für kleinere Räume und kurze Entfernungen eignen sich auch sogenannte„Structured Lighf- Lösungen, bei denen vom Erfassungssystem aus (Infrarot-)Punktmuster abgestrahlt werden, deren Verzerrung im Kamerabild Rückschlüsse auf die 3D-Struktur der erfassten Szene liefert. For smaller spaces and short distances, so-called "structured light" solutions are also used, in which (infrared) dot patterns are emitted by the detection system whose distortion in the camera image provides conclusions about the 3D structure of the captured scene.
Ferner sind sogenannte Time-of-Flight-Kameras bekannt, die ähnlich wie ein parallel arbeitender Laserscanner einen Lichtblitz aussenden und für jedes Pixel des Kamerasensors sehr präzise den individuellen Zeitpunkt bestimmen, an dem das Reflexionssignal erfasst wird, so dass sich über die Lichtlaufzeit hieraus eine Entfernungsinformation für das betreffende Pixel ergibt. Aufgrund der geringen Auflösung und der begrenzten Reichweite und Präzision eignen sich diese Systeme jedoch nicht für die detaillierte Erfassung großer Gebäude. Furthermore, so-called time-of-flight cameras are known, which emit a light flash similar to a parallel laser scanner and very precisely determine the individual time for each pixel of the camera sensor, at which the reflection signal is detected, so that over the time of light from this Distance information for the pixel in question results. However, due to their low resolution and limited range and precision, these systems are not suitable for detailed coverage of large buildings.
Gleiches gilt für Stereo-Tiefenkameras, die ähnlich dem menschlichen Auge aus der Parallaxeninformation zweier Kamerabilder Tiefeninformationen gewinnen. Auch hier ist die Präzision und Auflösung für Vermessungs-Anwendungen ungenügend. The same applies to stereo depth cameras which, similar to the human eye, obtain depth information from the parallax information of two camera images. Again, the precision and resolution for surveying applications is insufficient.
Für hochpräzise Erfassungssysteme, mit denen größere Gebäude bis auf wenige Millimeter genau gescannt werden sollen (z.B. trolley-basierten Mobile-Mapping-Systemen), eignen sich daher insbesondere Laserscanner. For high-precision acquisition systems, which are used to scan larger buildings to within a few millimeters (for example, trolley-based mobile mapping systems), laser scanners are particularly suitable.
Bei diesen Mobile-Mapping-Systemen kann die Echtzeit-Visualisierung des Erfassungsvorgangsvorgangs und der Bewegung im Raum auf einem Bediener-Bildschirm dann besonders einfach, robust und schnell erfolgen, wenn - wie im obigen Beispiel dargestellt - ein 2D-Laserscanner in einer während der Bewegung konstant bleibenden Ebene scannt, das heißt sich das Erfassungssystem auch in einer hierzu parallelen 2D-Ebene bewegt, wie dies in Gebäuden mit ebenen Böden in den Räumen und Gängen der Fall ist. In diesem Fall spricht man auch von 2D-SLAM bzw. Realtime-2D-SLAM mit drei Freiheitsgraden (3 DoF,„ Degrees of Freedom“) (das heißt 2 Raumachsen X-Y und eine Drehachse -„GierenTyaw“). In these mobile mapping systems, the real-time visualization of the acquisition process and the movement in space on an operator screen can then be particularly simple, robust and fast if, as shown in the above example, a 2D laser scanner in one during the movement scans the constant level, the This means that the detection system is also moved in a parallel 2D plane, as is the case in buildings with flat floors in the rooms and corridors. In this case we also speak of 2D-SLAM or realtime 2D-SLAM with three degrees of freedom (3 DoF, "Degrees of Freedom") (ie 2 space axes XY and one rotation axis - "GierenTyaw").
Da der vorgenannte für das 2D-SLAM-Verfahren ausgerichtete Laserscanner während der Bewegung durch den Raum horizontal ausgerichtet ist und immer dieselbe konstante Ebene scannt und den Raum selbst nicht flächendeckend erfasst, kommen für die Erfassung der eigentlichen Punktwolke daher weitere 2D-Laserscanner zum Einsatz, die in anderen Ebenen angeordnet sind, so dass durch die Fortbewegung des Erfassungssystems diese Scan-Ebenen den Raum gleichmäßig überstreichen, damit die Umgebung möglichst gleichmäßig und vollständig gescannt und erfasst wird. Since the aforementioned laser scanner aligned for the 2D SLAM method is aligned horizontally during the movement through the room and always scans the same constant plane and does not cover the room itself, therefore, further 2D laser scanners are used to acquire the actual point cloud. which are arranged in other planes, so that the movement of the detection system, these scan levels evenly sweep the room, so that the environment as evenly and completely scanned and captured.
Bei der Erfassung großer Gebäude ist es wünschenswert, möglichst große Flächen in einem durchgehenden Scan-Vorgang ohne Unterbrechung zu erfassen, um den Aufwand für die sogenannte Registrierung, das heißt das Zusammenfügen von Teil-Punktwolkenmodellen aus einzelnen Teil-Scanvorgängen zu einem Gesamt-Punktwolkenmodel durch exaktes Ausrichten und Abgleichen der Überlappungsbereiche der Teil-Punktwolken, möglichst gering zu halten. Dieser Registrierungsvorgang ist zwar prinzipiell algorithmisch möglich, kann aber je nach Größe der Teilmodelle rechenintensiv sein und trotzdem manuelle Vor- oder Nachjustierung erfordern. In the detection of large buildings, it is desirable to detect the largest possible areas in a continuous scan without interruption, the effort for the so-called registration, that is, the joining of partial point cloud models from individual partial scans to a total point cloud model by Precise alignment and alignment of the overlapping areas of the sub-point clouds to minimize. Although this registration process is theoretically possible in principle, depending on the size of the submodels, it can be computationally intensive and still require manual pre-adjustment or readjustment.
Trolley-basierte Mobile-Mapping-Systeme, die mit 2D-SLAM-Verfahren arbeiten, erfordern hierbei bislang in der Regel ein Beenden des aktuellen Scan-Vorgangs und das Starten eines neuen Scan-Vorgangs, sobald zum Beispiel eine größere Stufe, steilere Rampe oder gar Treppe zu überwinden ist, auch wenn einzelne Systeme zum Beispiel durch Auswertung von IMU-Daten in der Lage sind, Rampen mit geringen Steigungen zu verarbeiten oder Störungen durch Holperschwellen, überfahrene Kabel etc. durch Korrektur-Algorithmen auszugleichen. Trolley-based mobile mapping systems using 2D-SLAM techniques usually require termination of the current scan and start of a new scan, as soon as, for example, a larger step, a steeper ramp or even stairways have to be overcome, even if individual systems are able to process ramps with small gradients, for example by evaluating IMU data, or to compensate for disturbances due to bumpers, overrun cables, etc. by means of correction algorithms.
Des Weiteren sind Erfassungssysteme mit sechs Freiheitsgraden (6 DoF, Degrees of Freedom) (das heißt drei Raumrichtungen X-Y-Z und drei Drehrichtungen („Rollen-Nicken-Gieren“ /„roll- pitch-yaw“ / 6DoF-SLAM-Verfahren) bekannt. Furthermore, six degrees of freedom (6 DoF, Degrees of Freedom) acquisition systems (ie, three spatial directions X-Y-Z and three rotational directions ("roll pitch yaw" / 6DoF SLAM methods) are known.
Beispielsweise beschreibt die Veröffentlichung George Vosselman,„DESIGN OF AN INDOOR MAPPING SYSTEM USING THREE 2D LASER SCANNERS AND 6 DOF SLAM", ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume 11-3, 2014. ISPRS Technical Commission III Symposium, 5.-7. September 2014, Zürich, Switzerland. 10.5194/isprsannals-ll-3-173-2014 (https://www.isprs-ann-photogramm-remote-sens-spatial-inf- sci.net/ll-3/173/2014/isprsannals-ll-3-173-2014.pdf) ein Verfahren zum Erfassen eines Objektraums innerhalb eines Gebäudes. Dabei werden mehrere Ein-Ebenen-Scanner eingesetzt, deren Scanebenen nicht parallel zueinander angeordnet sind. Die Verarbeitung der bei diesem System erfassten Daten ist jedoch algorithmisch sehr aufwendig, so dass sich dieses Verfahren nicht zur Echtzeitvisualisierung des Scanvorgangs, sondern nur für eine Berechnung eines Punktwolkenmodells in der Nachverarbeitung eignet. Außerdem ist aus der EP 3 228 985 A1 ein Erfassungssystem in sechs Freiheitsgraden mit 3D-SLAM-Verfahren bekannt. For example, the publication describes George Vosselman, "DESIGN OF AN INDOOR MAPPING SYSTEM USING THREE 2D LASER SCANNERS AND 6 DOF SLAM", ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume 11-3, 2014. ISPRS Technical Commission III Symposium, 5.-7. September 2014, Zurich, Switzerland. 10.5194 / isprsannals-ll-3-173-2014 (https: //www.isprs-ann-photogramm-remote-sens-spatial-inf- sci.net/ll-3/173/2014/isprsannals-ll-3- 173-2014.pdf) a method for detecting an object space within a building. Several single-level scanners are used whose scan lines are not arranged parallel to each other. However, the processing of the data acquired in this system is very complicated in terms of algorithm, so that this method is not suitable for real-time visualization of the scanning process, but only for calculating a point cloud model in the post-processing. In addition, from EP 3 228 985 A1 a detection system in six degrees of freedom with 3D-SLAM method is known.
Verschiedene Laserscanner sind aus der DE 10 2011 121 115 B4 oder der DE 10 2004 050 682 A1 bekannt. Ferner ist aus der EP 2 388 615 A1 und der US 2017/0269215 A1 ein Mehrfachscanner bekannt, welcher Signalstrahlen fächerförmig emittiert und die Reflexionen dieser Signalstrahlen misst. Various laser scanners are known from DE 10 2011 121 115 B4 or DE 10 2004 050 682 A1. Furthermore, EP 2 388 615 A1 and US 2017/0269215 A1 disclose a multiple scanner which emits fan-shaped signal beams and measures the reflections of these signal beams.
Beim Erfassen eines Objektraums innerhalb eines Gebäudes ergibt sich ferner das Problem, dass nicht nur die Wände und Decken des Objektraums sehr präzise erfasst werden sollen, sondern auch Gegenstände und Einbauten in dem Objektraum. Bei bekannten mobilen Erfassungsvorrichtungen hat sich das Problem ergeben, dass verschiedene Objekte, die sich während der Scanvorgänge in etwa in der Höhe der Erfassungsvorrichtung befinden, nur unzureichend erfasst wurden. When detecting an object space within a building, there is also the problem that not only the walls and ceilings of the object space should be detected very precisely, but also objects and installations in the object space. In the case of known mobile detection devices, the problem has arisen that various objects which are located approximately at the level of the detection device during the scanning processes have been detected insufficiently.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mobile Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Objektraums anzugeben, mit denen die Erfassung des Objektraums in Gebäudeumgebungen so verbessert wird, dass auch dann eine unterbrechungsfreie Erfassung möglich ist, wenn die mobile Vorrichtung bei der Bewegung Höhenunterschiede, zum Beispiel auf steilen Rampen oder dergleichen, überwindet, und dass auch solche Objekte präzise erfasst werden können, die sich in ähnlicher Höhe wie die mobile Vorrichtung während des Erfassungsvorgangs befinden. The invention has for its object to provide a mobile device and a method for detecting an object space with which the detection of the object space in building environments is improved so that an uninterrupted detection is possible even if the mobile device during movement height differences, for Example on steep ramps or the like, overcomes, and that also such objects can be precisely detected, which are in similar height as the mobile device during the detection process.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine mobile Vorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 38 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung zum Erfassen eines Objektraums weist ein Gestell auf. An dem Gestell ist zumindest ein Einzelscanner montiert. Dieser Einzelscanner umfasst eine erste Emissionseinheit zum Erzeugen eines ersten Signalstrahls in einer ersten Emissionsrichtung, einen ersten Empfänger zum Detektieren einer ersten Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des ersten Signalstrahls an zumindest einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und eine erste Abtasteinrichtung zum Verändern der ersten Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls. Des Weiteren weist die mobile Vorrichtung einen oberhalb von dem Einzelscanner an dem Gestell montierten Mehrfachscanner auf. Der Mehrfachscanner umfasst eine Vielzahl von zweiten, in einem Bauteil integrierten Emissionseinheiten zum Erzeugen einer Vielzahl von zweiten Signalstrahlen in zweiten Emissionsrichtungen, einen zweiten Empfänger zum Detektieren von zweiten Reflexionsstrahlungen, die durch Reflexionen der zweiten Signalstrahlen an einem oder mehreren Objekten des Objektraums erzeugt werden, und eine zweite Abtasteinrichtung zum Verändern der zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen. According to the invention, this object is achieved by a mobile device having the feature of claim 1 and a method having the feature of claim 38. Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims. The mobile device according to the invention for detecting an object space has a frame. At least one single scanner is mounted on the frame. This individual scanner comprises a first emission unit for generating a first signal beam in a first emission direction, a first receiver for detecting a first reflection radiation, which is generated by reflection of the first signal beam on at least one object of the object space, and a first scanning device for changing the first emission direction of the first first signal beam. Furthermore, the mobile device has a multiple scanner mounted on the rack above the single scanner. The multiple scanner comprises a plurality of second component integrated emission units for generating a plurality of second signal beams in second emission directions, a second receiver for detecting second reflection radiation generated by reflections of the second signal beams on one or more objects of the object space, and a second sampling means for changing the second emission directions of the second signal beams.
Die mobile Vorrichtung weist ferner eine Auswerteeinrichtung auf, die zumindest mit dem zweiten Empfänger datentechnisch gekoppelt ist und die ausgebildet ist, zumindest aus den von dem zweiten Empfänger detektierten zweiten Reflexionsstrahlungen in Echtzeit eine graphische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums zu erzeugen und auszugeben, durch die die mobile Vorrichtung bewegt werden kann und/oder bewegt wurde. The mobile device further comprises an evaluation device which is at least coupled to the second receiver in terms of data and which is designed to generate and output in real time, at least from the second reflection radiation detected by the second receiver, a graphical representation of those regions of the object space through which the mobile device can be moved and / or moved.
Schließlich weist die mobile Vorrichtung eine Datenschnittstelle auf, die zumindest mit dem ersten Empfänger datentechnisch gekoppelt ist und die ausgebildet ist, Daten, die zumindest aus der von dem ersten Empfänger detektierten ersten Reflexionsstrahlung erzeugt wurden, an eine Speichereinrichtung zur Nachverarbeitung auszugeben. Finally, the mobile device has a data interface, which is data-technologically coupled at least to the first receiver and which is designed to output data which was generated at least from the first reflection radiation detected by the first receiver to a memory device for post-processing.
Durch die mobile Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können einander gegenläufige Erfordernisse gleichzeitig erfüllt werden: Zum einen kann die mobile Vorrichtung in Echtzeit die Position der Vorrichtung im Objektraum während des Erfassungsvorgangs auch in Gebäudeumgebungen, insbesondere innerhalb eines Gebäudes, erfassen und ausgeben. Hierfür umfasst die Vorrichtung den Mehrfachscanner mit der zugehörigen Auswerteeinrichtung. Zum anderen kann der Objektraum sehr exakt erfasst werden, wobei ein dreidimensionales Modell des erfassten Objektraums erst in einer Nachverarbeitung erzeugt werden kann. Hierfür umfasst die Vorrichtung zumindest einen hochpräzisen Einzelscanner. Der Einzelscanner kann somit so ausgebildet sein, dass die von dem Einzelscanner erzeugten Daten nicht für eine Echtzeitverarbeitung zum Berechnen und Ausgeben der Position der Vorrichtung im Objektraum geeignet sein müssen. Zu diesem Zweck ist nämlich der Mehrfachscanner vorgesehen. Der Einzelscanner kann somit daraufhin optimiert sein, Daten zu erzeugen, mit denen der Objektraum so präzise wie möglich in einer Nachverarbeitung modelliert werden kann. Ferner ist der Einzelscanner so am Gestell der mobilen Vorrichtung angeordnet, dass er auch Gegenstände, die unterhalb der Höhe des Mehrfachscanners im Objektraum angeordnet sind, erfassen kann. Der Einzelscanner ist nämlich unterhalb des Mehrfachscanners angeordnet, so dass die von der Emissionseinheit des Einzelscanners erzeugten Signalstrahlen auf die Unterseite von Objekten treffen können, die auf der Höhe des Mehrfachscanners oder sogar unterhalb des Mehrfachscanners angeordnet sind. Das Erfassen der Unterseite solcher Objekte ist bei bekannten Erfassungsvorrichtungen nur unzureichend möglich gewesen. On the one hand, the mobile device can detect and output in real time the position of the device in the object space during the detection process even in building environments, in particular within a building. For this purpose, the device comprises the multiple scanner with the associated evaluation device. On the other hand, the object space can be detected very accurately, whereby a three-dimensional model of the detected object space can be generated only in a post-processing. For this purpose, the device comprises at least one high-precision single scanner. The individual scanner can thus be configured such that the data generated by the individual scanner is not suitable for real-time processing for calculating and outputting the position of the device in FIG Object space must be suitable. For this purpose, namely, the multiple scanner is provided. The individual scanner can thus be optimized to generate data with which the object space can be modeled as precisely as possible in a post-processing. Furthermore, the individual scanner is arranged on the frame of the mobile device so that it can also detect objects which are arranged below the height of the multiple scanner in the object space. Namely, the single scanner is disposed below the multiple scanner so that the signal beams generated by the emission unit of the single scanner can hit the bottom of objects located at the level of the multiple scanner or even below the multiple scanner. The detection of the underside of such objects has been insufficiently possible in known detection devices.
Des Weiteren ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, dass der Objektraum auch dann unterbrechungsfrei erfasst werden kann, wenn sich die vertikale Ausrichtung der Vorrichtung ändert, wenn die Vorrichtung beispielsweise über eine Rampe hoch- oder herunterbewegt wird. Der Einsatz des Mehrfachscanners ermöglicht in diesem Fall das unterbrechungsfreie Erfassen des Objektraums. Durch die Verwendung des Mehrfachscanners kann nämlich ein Echtzeit-3D-SLAM-Verfahren mit sechs Freiheitsgraden eingesetzt werden. Es ist nicht erforderlich, den Erfassungsvorgang in Teilvorgänge zu unterteilen und diese Teilvorgänge in der Nachverarbeitung wieder zusammenzusetzen. Furthermore, it is possible with the device according to the invention that the object space can also be detected without interruption even if the vertical orientation of the device changes when the device is moved up or down, for example, via a ramp. The use of the multiple scanner allows in this case the uninterrupted detection of the object space. Namely, by using the multiple scanner, a real-time 3D SLAM method with six degrees of freedom can be used. It is not necessary to divide the entry procedure into subtransactions and to reassemble these subtransactions in postprocessing.
Aus der Verwendung des Mehrfachscanners in der mobilen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung in der Bewegung immer nicht nur neue Oberflächenabschnitte des Objektraums erfasst, indem die zweiten Signalstrahlen diese Oberflächenabschnitte überstreichen, sondern dass die Signalstrahlen immer auch auf bereits zuvor erfasste Oberflächenabschnitte treffen, das heißt solche Oberflächenabschnitte, die bereits von zuvor ausgesandten anderen zweiten Signalstrahlen erfasst wurden. Hierdurch wird es möglich, einen Abgleich der von den zweiten Empfängern detektierten zweiten Reflexionsstrahlungen aus bereits zuvor detektierten zweiten Reflexionsstrahlungen durchzuführen. Aus diesem Abgleich kann dann die Bewegung der mobilen Vorrichtung berechnet werden, so dass es möglich ist, die Position der mobilen Vorrichtung im Objektraum zu bestimmen. Hierdurch ist es wiederum möglich, eine graphische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums zu erzeugen und auszugeben, durch welche die mobile Vorrichtung bewegt wurde. Hieraus wiederum lässt sich anhand einer vorläufigen Modellierung des Objektraums anhand der Daten, die zumindest aus den zweiten Reflexionsstrahlungen gewonnen werden können, bestimmen, durch welche Bereiche im Objektraum die mobile Vorrichtung bewegt werden kann. Auch diese möglichen Bewegungen der mobilen Vorrichtung im Objektraum können mittels der Auswerteeinrichtung graphisch dargestellt und ausgegeben werden. The advantage of the use of the multiple scanner in the mobile device is that the device always detects not only new surface sections of the object space during movement, since the second signal beams sweep over these surface sections, but the signal beams also always strike surface sections which have already been detected, that is, those surface portions which have already been detected by previously transmitted other second signal beams. This makes it possible to carry out a comparison of the second reflection radiation detected by the second receivers from previously detected second reflection radiation. From this comparison, the movement of the mobile device can then be calculated so that it is possible to determine the position of the mobile device in the object space. This makes it possible in turn to generate and output a graphical representation of those areas of the object space through which the mobile device has been moved. From this, on the basis of a preliminary modeling of the object space on the basis of the data that can be obtained at least from the second reflection radiation, it is possible to determine through which regions in the object space the mobile device can be moved. Also these possible Movements of the mobile device in the object space can be graphically displayed and output by means of the evaluation device.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung definiert das Gestell Aufsetzpunkte, auf welchen das Gestell auf einer Horizontalebene frei stehen kann. Es sind insbesondere drei Aufsetzpunkte definiert, so dass das Gestell in jedem Fall verwacklungsfrei auf einer Horizontalebene steht. Der Einzelscanner ist in diesem Fall an dem Gestell in einem vertikalen Abstand von der von den Aufsetzpunkten definierten Ebene montiert, der kleiner als 60 cm ist. Der Abstand ist insbesondere kleiner als 55 cm. Der Einzelscanner ist somit sehr weit unten an dem Gestell montiert. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass ein schräg nach oben emittierter erster Signalstrahl auf die Unterseite eines Objekts treffen kann, das sich in einem horizontalen Abstand von der mobilen Vorrichtung befindet. Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere die Unterseiten von Tischen, Stühlen oder dergleichen zu erfassen. According to one embodiment of the device according to the invention, the frame defines placement points on which the frame can stand freely on a horizontal plane. In particular, three attachment points are defined, so that the frame stands in any case without shaking on a horizontal plane. The single scanner is in this case mounted on the frame at a vertical distance from the plane defined by the attachment points, which is smaller than 60 cm. The distance is in particular smaller than 55 cm. The single scanner is thus mounted very low on the frame. This arrangement has the advantage that an obliquely upwardly emitted first signal beam can strike the underside of an object that is at a horizontal distance from the mobile device. In this way it is possible to detect in particular the undersides of tables, chairs or the like.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Präzision des Erfassens von Objekten des Objektraums durch den Mehrfachscanner geringer als die Präzision des Erfassens der Objekte des Objektraums durch den Einzelscanner. Der Einsatz des weniger präzisen Mehrfachscanners ist für die Echtzeitverarbeitung nicht von Nachteil, da zur Reduktion des Rechenaufwandes ein sogenanntes Subsampling auf ein sogenanntes gröberes Voxel-Grid vorgenommen wird. Daher ist für die Echtzeitverarbeitung eine so hohe Präzision, wie sie für die Nachverarbeitung erforderlich ist, nicht nötig. Die höhere Präzision des Einzelscanners ermöglicht hingegen eine genauere Modellierung des Objektraums in der Nachverarbeitung. Zwar können auch die von dem Mehrfachscanner erzeugten Daten bei der Nachverarbeitung verwendet werden, jedoch kann der Einzelscanner auf das möglichst präzise Erfassen der Objekte des Objektraums optimiert werden, ohne die Ausgestaltung des Einzelscanners im Hinblick auf eine Echtzeitverarbeitung der Daten zu beschränken. Gleichermaßen ist es zwar möglich, auch Daten, die von dem Einzelscanner erzeugt worden sind, bei der Echtzeitverarbeitung zum Erzeugen der graphischen Darstellung des Objektraums zu verwenden. Eine Optimierung der Ausgestaltung erfolgt für diese Verarbeitung der Daten jedoch nur für den Mehrfachscanner. According to a further embodiment of the device according to the invention, the precision of the detection of objects of the object space by the multiple scanner is less than the precision of the detection of the objects of the object space by the individual scanner. The use of the less precise multiple scanner is not a disadvantage for the real-time processing, as a so-called subsampling is performed on a so-called coarser voxel grid to reduce the computational effort. Therefore, for the real-time processing as high precision, as it is required for post-processing, not necessary. The higher precision of the single scanner, however, allows a more accurate modeling of the object space in the post-processing. Although the data generated by the multiple scanner can be used in the post-processing, but the single scanner can be optimized for the most accurate detection of the objects of the object space, without restricting the design of the single scanner in terms of real-time processing of the data. Likewise, while it is possible to also use data generated by the single scanner in real time processing to generate the graphical representation of the object space. An optimization of the design, however, takes place for this processing of the data only for the multiple scanner.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die zweiten Emissionsrichtungen fächerförmig, so dass ein Emissionsfächer mit einer Mittelachse gebildet ist. Der Mehrfachscanner ist insbesondere so an dem Gestell montiert, dass die von dem Emissionsfächer gebildete Ebene vertikal ausgerichtet ist. Der Öffnungswinkel des Emissionsfächers kann dabei in einem Bereich von 25° bis 35° liegen. Bevorzugt ist der Öffnungswinkel 30°. According to a further embodiment of the device according to the invention, the second emission directions are fan-shaped, so that an emission fan is formed with a central axis. In particular, the multiple scanner is mounted to the frame so that the plane formed by the emission fan is vertically aligned. The opening angle of the Emission fan can be in a range of 25 ° to 35 °. Preferably, the opening angle is 30 °.
Bei den zweiten Emissionseinheiten des Mehrfachscanners handelt es sich insbesondere um einen oder mehrere Laser. Die zweiten Signalstrahlen können dabei durch mehrere Laser simultan, fächerförmig in die zweiten Emissionsrichtungen emittiert werden. Bevorzugt werden jedoch nacheinander Laserpulse (Signalpulse) in die zweiten Emissionsrichtungen emittiert, so dass sich nur bei einer Betrachtung eines bestimmten Zeitintervalls die fächerförmige Emission der zweiten Signalstrahlen in den zweiten Emissionsrichtungen ergibt. Die Laserpulse in den zweiten Emissionsrichtungen können dabei von einem Laser emittiert werden, dessen Emissionsrichtung verändert wird. Bevorzugt werden jedoch mehrere Laser verwendet, die nacheinander Pulse in verschiedene Emissionsrichtungen emittieren. Die Abstände der Pulse können dabei so gewählt werden, dass die Reflexion des Laserpulses erfasst wird, bevor der nächste Laserpuls ausgesendet wird. Somit hängt der Zeitabstand zwischen den Laserpulsen von der Reichweite ab, die von den Signalstrahlen zur Erfassung des Objektraums erreicht werden soll. The second emission units of the multiple scanner are, in particular, one or more lasers. The second signal beams can be emitted by a plurality of lasers simultaneously, fan-shaped in the second emission directions. Preferably, however, successive laser pulses (signal pulses) are emitted in the second emission directions, so that the fan-shaped emission of the second signal beams results in the second emission directions only when a particular time interval is considered. The laser pulses in the second emission directions can be emitted by a laser whose emission direction is changed. Preferably, however, a plurality of lasers are used, which emit pulses one after another in different directions of emission. The distances of the pulses can be selected so that the reflection of the laser pulse is detected before the next laser pulse is emitted. Thus, the time interval between the laser pulses depends on the range to be achieved by the signal beams for detecting the object space.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Abtasteinrichtung ausgebildet, die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen um eine zweite Rotationsachse zu drehen. Der Mehrfachscanner tastet somit das Volumen des Rotationskörpers eines Fächers ab. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Mehrfachscanner dabei so an dem Gestell montiert, dass die zweite Rotationsachse um einen ersten Winkel gegenüber der Vertikalen geneigt ist. Der erste Winkel liegt insbesondere in einem Bereich von 5° bis 12°, vorteilhafterweise in einem Bereich von 6° bis 9° und bevorzugt ist dieser Winkel 7°. Hierdurch wird erreicht, dass in der Richtung, in welcher die Rotationsachse gekippt ist, nähere Oberflächenabschnitte des Bodens, auf welchem sich die mobile Vorrichtung bewegt, erfasst werden können. In der entgegengesetzten Richtung wird die fächerförmige Emission hingegen nach oben gekippt, so dass weniger Bereiche unterhalb des Mehrfachscanners bestrahlt werden. In dieser Richtung ergibt sich vorteilhafterweise eine geringere Überdeckung mit einer Person, welche die mobile Vorrichtung bewegt. According to a further embodiment of the device according to the invention, the second scanning device is designed to rotate the second emission directions of the second signal beams about a second axis of rotation. The multiple scanner thus scans the volume of the rotational body of a fan. According to a preferred embodiment of the multiple scanner is mounted on the frame so that the second axis of rotation is inclined by a first angle relative to the vertical. The first angle is in particular in a range of 5 ° to 12 °, advantageously in a range of 6 ° to 9 °, and this angle is preferably 7 °. This ensures that in the direction in which the axis of rotation is tilted, closer surface portions of the floor on which the mobile device moves, can be detected. In the opposite direction, however, the fan-shaped emission is tilted upwards, so that fewer areas are irradiated below the multiple scanner. In this direction, advantageously results in a lower coverage with a person who moves the mobile device.
Die zweite Rotationsachse ist somit insbesondere hinsichtlich einer Bewegungsrichtung der mobilen Vorrichtung nach vorne gekippt. Das Kippen der zweiten Rotationsachse ist ferner vorteilhaft für das Echtzeit-3D-SLAM-Verfahren. Es werden in diesem Fall nämlich nicht nur exakt horizontal zur Bewegungsrichtung verlaufende Schnitte durch den Objektraum zur Echtzeitvisualisierung geliefert, sondern quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Schnitte. Hierdurch werden einerseits die für das SLAM-Verfahren notwendigen Informationen noch erfasst, das heißt wiederkehrende Merkmale der Umgebung, die in aufeinanderfolgenden Rotationsdurchgängen des Laserscanners erkannt werden können. So könnte z.B. ein Umgebungsmerkmal, das in einem Rotationsdurchgang in einer ersten Scanebene des Mehrebenen-Scanners erfasst wurde, im darauffolgenden Rotationsdurchgang im Erfassungs- Datensatz der nächsten oder übernächsten Ebene des Scanners wieder auftauchen. The second axis of rotation is thus tilted forward, in particular with regard to a direction of movement of the mobile device. The tilting of the second rotation axis is also advantageous for the real time 3D SLAM method. Namely, in this case, not only sections running exactly horizontally to the direction of movement are delivered by the object space for real-time visualization, but sections running transversely to the direction of movement. As a result, on the one hand, the information necessary for the SLAM process is still detected, that is, recurrent features of the environment that can be detected in successive rotational passes of the laser scanner. Thus, for example, an environmental feature detected in one rotation pass in a first scan plane of the multilevel scanner could reappear in the subsequent rotation pass in the acquisition record of the next or next level of the scanner.
Andererseits werden so auch schnell große Raumbereiche zum Zweck der 3D-Visualisierung für den Bediener erfasst, darunter vor allem nahegelegene Merkmale des Bodens vor der Erfassungsvorrichtung und weiter entfernte Merkmale der Decke hinter der Erfassungsvorrichtung. Da für die 3D-Visualisierung nicht die Präzision im Vordergrund steht, sind auch der flache Auftreffwinkel auf den Boden bzw. die Decke und die damit verbundene Fehlerstreuung - bei ohnehin eingeschränkter Präzision des Mehrebenen-Scanners - kein Nachteil. Ermöglicht wird jedoch die Visualisierung der erfassten Umgebung in 3D und zwar in einer Darstellung, die mehr Details liefert als eine Mehrfach-Scheiben-Linien-Schnitt- Darstellung, welche bevorzugt im Bereich autonomen Fahrens zur Anwendung kommt, bei dem es um schnelle Erfassung großer Raumbereiche in Echtzeit, insbesondere mit hoher Reichweite nach vorne in Fahrtrichtung geht. On the other hand, it also quickly detects large areas of space for the purpose of 3D visualization for the operator, including, in particular, nearby features of the floor in front of the detection device and more distant features of the ceiling behind the detection device. Since 3D visualization does not focus on precision, the flat angle of impact on the floor or ceiling and the associated error spread - even with limited precision of the multi-level scanner - are no disadvantage. However, the visualization of the detected environment in 3D is made possible in a representation that provides more details than a multi-slice-line-sectional representation, which is preferably used in the field of autonomous driving, which involves fast detection of large areas of space in real time, especially with high range forward in the direction of travel goes.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Abtastrichtung ausgebildet, die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls um eine erste Rotationsachse zu drehen, die senkrecht auf der ersten Emissionsrichtung steht, so dass eine erste Ebene abgetastet wird. Die erste Emissionseinheit des Einzelscanners ist insbesondere auch ein Laser. Auch in diesem Fall kann der Signalstrahl Laserpulse umfassen, deren Reflektion von dem ersten Empfänger erfasst wird. Durch die Rotation des Signalstrahls wird somit eine Ebene abgetastet. Der Einzelscanner ist in diesem Fall ein Ein-Ebenen-Scanner. According to a further embodiment of the device according to the invention, the first scanning direction is designed to rotate the first emission direction of the first signal beam about a first axis of rotation, which is perpendicular to the first emission direction, so that a first plane is scanned. The first emission unit of the single scanner is in particular also a laser. Also in this case, the signal beam may comprise laser pulses whose reflection is detected by the first receiver. The rotation of the signal beam thus scans a plane. The single scanner is a one-level scanner in this case.
Die erste Ebene schließt mit der Vertikalen insbesondere einen zweiten Winkel ein, der in einem Bereich von 10° bis 20° liegt. Der zweite Winkel liegt insbesondere in einem Bereich von 13° bis 17°. Bevorzugt ist er 15°. Bei dieser Ausrichtung der ersten Ebene können horizontal ausgerichtete Oberflächen optimal erfasst werden. Gleichzeitig werden jedoch auch vertikal ausgerichtete Oberflächen zumindest mit einem flachen Auftreffwinkel gescannt, sodass ein Übergang von einer horizontal zu einer vertikal ausgerichteten Oberfläche, d. h. eine Kante, erfasst werden kann. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese zumindest einen zweiten Einzelscanner auf. Dieser zweite Einzelscanner umfasst eine dritte Emissionseinheit zum Erzeugen eines dritten Signalstrahls in einer dritten Emissionsrichtung, einen dritten Empfänger zum Detektieren einer dritten Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des dritten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und insbesondere eine dritte Abtasteinrichtung zum Verändern der dritten Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls. Die dritte Abtasteinrichtung ist dabei insbesondere ausgebildet, die dritte Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls um eine dritte Rotationsachse zu drehen, die senkrecht auf der dritten Emissionsrichtung steht, so dass eine zweite Ebene abgetastet wird. Die zweite Ebene schließt mit der Vertikalen insbesondere einen dritten Winkel ein, der in einem Bereich von 10° bis 20°, insbesondere in einem Bereich von 16° bis 19°, liegt. Bevorzugt ist der dritte Winkel 18°. The first level includes, in particular, a second angle with the vertical, which lies in a range of 10 ° to 20 °. The second angle is in particular in a range of 13 ° to 17 °. It is preferably 15 °. In this first-level orientation, horizontally oriented surfaces can be optimally captured. At the same time, however, vertically aligned surfaces are also scanned, at least at a flat angle of incidence, so that a transition from a horizontal to a vertically oriented surface, ie an edge, can be detected. According to a further embodiment of the device according to the invention, this device has at least one second individual scanner. This second individual scanner comprises a third emission unit for generating a third signal beam in a third emission direction, a third receiver for detecting a third reflection radiation, which is generated by reflection of the third signal beam on an object of the object space, and in particular a third scanning device for changing the third emission direction of the third signal beam. In this case, the third scanning device is designed, in particular, to rotate the third emission direction of the third signal beam about a third rotational axis, which is perpendicular to the third emission direction, so that a second plane is scanned. The second plane includes, in particular, a third angle with the vertical, which lies in a range of 10 ° to 20 °, in particular in a range of 16 ° to 19 °. Preferably, the third angle is 18 °.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der mobilen Vorrichtung weist diese zumindest einen dritten Einzelscanner auf. Dieser dritte Einzelscanner umfasst eine vierte Emissionseinheit zum Erzeugen eines vierten Signalstrahls in einer vierten Emissionsrichtung, einen vierten Empfänger zum Detektieren einer vierten Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des vierten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und insbesondere eine vierte Abtasteinrichtung zum Verändern der vierten Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls. Dabei ist die vierte Abtasteinrichtung insbesondere ausgebildet, die vierte Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls um eine vierte Rotationsachse zu drehen, die senkrecht auf der vierten Emissionsrichtung steht, so dass eine dritte Ebene abgetastet wird. Die dritte Ebene schließt mit der Vertikalen insbesondere einen dritten Winkel ein, der in einem Bereich von 10° bis 20°, insbesondere in einem Bereich von 16° bis 19° liegt. Bevorzugt ist der dritte Winkel 18°. According to a further embodiment of the mobile device, this has at least a third individual scanner. This third individual scanner comprises a fourth emission unit for generating a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver for detecting a fourth reflection radiation, which is generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space, and in particular a fourth scanning device for changing the fourth emission direction of the fourth signal beam. In this case, the fourth scanning device is in particular designed to rotate the fourth emission direction of the fourth signal beam about a fourth axis of rotation, which is perpendicular to the fourth emission direction, so that a third plane is scanned. The third plane includes in particular a third angle with the vertical, which lies in a range of 10 ° to 20 °, in particular in a range of 16 ° to 19 °. Preferably, the third angle is 18 °.
Die erste, zweite und dritte Ebene des ersten, zweiten und dritten Einzelscanners sind somit im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, wobei sie einen spitzen Winkel mit der Vertikalen einschließen. Diese Ausrichtung der Ebenen hat zusätzlich zu den vorstehend bereits genannten Vorteilen den weiteren Vorteil, dass sich eine geringe Abschattung durch häufig auftretende vertikale Oberflächen ergibt. Beispielsweise wirft ein Gegenstand, der auf einem Tisch steht, beim Auftreffen von Signalstrahlen aufgrund seiner vertikalen Erstreckung nur einen sehr kurzen Schatten in horizontaler Richtung. Zudem ergibt sich an horizontal ausgerichteten Oberflächen eine geringere Streuung der Messwerte. The first, second and third planes of the first, second and third individual scanners are thus substantially vertically aligned, enclosing an acute angle with the vertical. In addition to the advantages already mentioned above, this alignment of the planes has the further advantage that there is little shadowing due to frequently occurring vertical surfaces. For example, an object standing on a table only hurls a very short shadow in the horizontal direction when signal beams strike due to its vertical extent. In addition, there is less scattering of the measured values on horizontally oriented surfaces.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der mobilen Vorrichtung sind der zweite und dritte Einzelscanner bezüglich einer Mittelebene der mobilen Vorrichtung symmetrisch angeordnet und ausgerichtet. Bei einigen Einzelscannern wird die Ebene in einem Winkelbereich abgetastet, der kleiner als 360° ist. In diesem Fall ergibt sich ein toter Winkel, in dem die Ebene nicht abgetastet wird. Wenn die mobile Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als zweiten und dritten Einzelscanner derartige Einzelscanner mit einem toten Winkel verwendet, d. h. wenn die zweite und die dritte Ebene in einem Winkelbereich abgetastet werden, der kleiner als 360° ist, so dass sich bei der zweiten Ebene ein zweiter toter Winkel und bei der dritten Ebene ein dritter toter Winkel ergibt, sind die toten Winkel dieser Ebenen bevorzugt wie folgt ausgerichtet: Bei einer Ansicht entgegen einer Normalen der zweiten Ebene schließt ein erster Schenkel des zweiten toten Winkels einen dritten Winkel mit der Vertikalen ein, der in einem Bereich von 5° bis 10° liegt und der außerhalb des zweiten toten Winkels ist. Der tote Winkel kann beispielsweise 90° betragen. Aufgrund der symmetrischen Anordnung des dritten Einzelscanners zu dem zweiten Einzelscanner ist dann der tote Winkel des dritten Einzelscanners entsprechend symmetrisch ausgerichtet. Dies bedeutet, dass sich die beiden Schenkel der toten Winkel des zweiten und dritten Einzelscanners bei der Mittelebene oberhalb der mobilen Vorrichtung schneiden. Die vorstehend definierte Auswahl des dritten Winkels in einem Bereich von 5° bis 10° hat den Vorteil, dass eine bevorzugte Erfassung des Objektraums oberhalb der mobilen Vorrichtung gewährleistet ist. Auf diese Weise können bei der mobilen Vorrichtung kostengünstige Einzelscanner, die jeweils einen toten Winkel aufweisen, verwendet werden, das Erfassen des Objektraums insbesondere oberhalb der mobilen Vorrichtung ist hiervon jedoch nicht beeinträchtigt. In Kombination mit dem ersten Einzelscanner kann der Objektraum auf diese Weise vollständig erfasst werden. According to a further embodiment of the mobile device, the second and third individual scanners are symmetrically arranged and aligned relative to a center plane of the mobile device. For some individual scanners, the plane is scanned in an angular range that is less than 360 °. In this case, a dead angle results in which the plane is not scanned. When the mobile device of the present invention uses such blind spot scanners as the second and third individual scanners, ie, when the second and third planes are scanned in an angular range smaller than 360 °, so that at the second level At a blind spot and at the third plane, a third blind spot results, the blind spots of these planes are preferably aligned as follows: In a view against a second plane normal, a first leg of the second blind spot encloses a third angle with the vertical is in a range of 5 ° to 10 ° and is outside the second blind spot. The blind spot can be for example 90 °. Due to the symmetrical arrangement of the third single scanner to the second single scanner then the blind spot of the third single scanner is aligned symmetrically accordingly. This means that the two legs of the blind spots of the second and third individual scanners intersect at the midplane above the mobile device. The above-defined selection of the third angle in a range of 5 ° to 10 ° has the advantage that a preferred detection of the object space above the mobile device is ensured. In this way, in the mobile device inexpensive single scanners, each having a blind spot, are used, the detection of the object space in particular above the mobile device is not affected thereby. In combination with the first single scanner, the object space can be completely captured in this way.
Gemäß einer Ausgestaltung der mobilen Vorrichtung weist diese zumindest einen zweiten Einzelscanner, umfassend eine dritte Emissionseinheit zum Erzeugen eines dritten Signalstrahls in einer dritten Emissionsrichtung, einen dritten Empfänger zum Detektieren einer dritten Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des dritten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und zumindest einen dritten Einzelscanner auf, umfassend eine vierte Emissionseinheit zum Erzeugen eines vierten Signalstrahls in einer vierten Emissionsrichtung, einen vierten Empfänger zum Detektieren einer vierten Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des vierten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, wobei der zweite Einzelscanner und der dritte Einzelscanner bezüglich einer Mittelebene der mobilen Vorrichtung symmetrisch angeordnet und ausgerichtet sind. According to one embodiment of the mobile device, this has at least one second individual scanner, comprising a third emission unit for generating a third signal beam in a third emission direction, a third receiver for detecting a third reflection radiation, which is generated by reflection of the third signal beam on an object of the object space, and at least one third individual scanner, comprising a fourth emission unit for generating a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver for detecting a fourth reflection radiation, which is generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space, wherein the second individual scanner and the third individual scanners are symmetrically arranged and aligned with respect to a center plane of the mobile device.
Für die bestmögliche Erfassung der Präzisions-Punktwolke, die ja erst nach der Nachverarbeitung vorliegen muss und nicht zeitkritisch ist, kommen erfindungsgemäß insbesondere mehrere, bevorzugt drei, präzise Ein-Ebenen-Scanner als Einzelscanner zum Einsatz. For the best possible detection of the precision point cloud, which must be present only after the post-processing and is not time-critical, come according to the invention in particular, several, preferably three, precise one-level scanner as a single scanner used.
Die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung stellt ein trolley-basiertes Mobile-Mapping-System bereit. Im praktischen Einsatz dieses Systems kommt es darauf an, die räumliche Struktur der Objekte, die sich in den gescannten Gebäuden üblicherweise befinden, bestmöglich durch eine Punktwolkenerfassung abzubilden. Hierbei kommt der Ausrichtung der zur Punktwolkenerfassung benutzten Einzelscanner (in der Regel Ein-Ebenen-Laserscanner) eine entscheidende Rolle zu. The mobile device according to the invention provides a trolley-based mobile mapping system. In practical use of this system, it is important to best represent the spatial structure of the objects that are usually found in the scanned buildings by a point cloud detection. The alignment of the individual scanners used for point cloud detection (usually one-level laser scanners) plays a decisive role here.
Von besonderer Bedeutung für B\M-(Building Information /Wocte//'ng)-Anwendungen ist es beispielweise, die Deckenstruktur und dort angebrachte Objekte (zum Beispiel Lüftungsrohre, Verkofferungen, Rauchmelder etc.) in den Punktwolkendaten mit hohem Detaillierungsgrad zu erfassen. Gleiches gilt für die exakte Erfassung von Wandstrukturen wie zum Beispiel Tür- und Fensterlaibungen. In Büro- und Werkstatt-Umgebungen ist es auch wichtig, Tische und Werkbänke gut zu erfassen. Of particular importance for B \ M (Building Information / Wocte // 'ng) applications, it is, for example, to capture the ceiling structure and mounted there objects (such as ventilation pipes, Verkofferungen, smoke detectors, etc.) in the point cloud data with a high degree of detail. The same applies to the exact detection of wall structures such as door and window reveals. In office and workshop environments, it is also important to understand tables and workbenches.
Für eine gute Abbildung von Kanten und Teilflächen ist es vorteilhaft, wenn die Laserscanner- Strahlen dort in nicht allzu flachem Winkel auftreffen, damit der Streuungsbereich der Messwerte beziehungsweise Messfehler nicht durch Streckung vergrößert wird. Daher sind bei bekannten Mapping Systemen die Punktwolken-Erfassungs-Laserscanner in der Regel in Winkeln schräg zur Bewegungsrichtung, zum Beispiel 45° ausgerichtet, denn wenn diese rechtwinklig oder fast rechtwinklig zur Bewegungsrichtung scannen würden, träfen deren Laserstrahlen in sehr flachen Winkeln auf Tür- und Fensterlaibungen auf, da diese in Gebäudegängen in der Regel rechtwinklig zur Geh- und Bewegungsrichtung des Erfassungssystems verlaufen. Um bei entsprechend schräg zur Bewegungsrichtung des Erfassungssystems angeordneten Laserscannern die Erfassung auch solcher Strukturen und Kanten im Gebäude zu optimieren, die ebenfalls schräg zur Bewegungsrichtung verlaufen, aber in der Regel lotrecht angeordnet sind, empfiehlt es sich, die Laserscanner noch zusätzlich schräg nach vorne oder hinten relativ zur Bewegungsrichtung auszurichten. Eine solche Anordnung ist besonders gut für vertikale Flächen, die orthogonal zur Erfassungsrichtung stehen. Eine schräge Anordnung der Einzelscanner verringert zusätzlich eine etwaige Verdeckung durch einen Bediener oder andere Einrichtungen der Vorrichtung. For a good imaging of edges and partial surfaces, it is advantageous if the laser scanner beams impinge there at a not too shallow angle, so that the scattering range of the measured values or measurement errors is not increased by stretching. Therefore, in prior art mapping systems, the point cloud detection laser scanners are typically oriented at angles oblique to the direction of movement, for example 45 °, because if they were scanning at right angles or at right angles to the direction of movement, their laser beams would hit the door and door at very shallow angles Window reveals, as these are generally perpendicular to the walking and moving direction of the detection system in building passages. In order to optimize in accordance with obliquely to the direction of movement of the detection system laser scanners, the detection of such structures and edges in the building, which also run obliquely to the direction of movement, but are usually arranged vertically, it is recommended that the laser scanner still additionally obliquely forward or backward align relative to the direction of movement. Such an arrangement is particularly good for vertical surfaces which are orthogonal to the detection direction. An oblique arrangement of the individual scanners additionally reduces any occlusion by an operator or other device of the device.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der mobilen Vorrichtung umfasst das Gestell ein Basiselement und einen Gestellkopf. Die Höhe des Gestellkopfs ist in diesem Fall durch einen Verstellmechanismus veränderbar. Der Verstellmechanismus kann insbesondere einen Sensor umfassen, welcher ausgebildet ist, den vertikalen Abstand des Gestellkopfs vom Basiselement zu erfassen. An dem Basiselement des Gestells können mehrere Räder montiert sein, mittels welchen die mobile Vorrichtung über einen Untergrund gerollt werden kann, so dass das Gestell fahrbar ausgebildet ist. Das Gestell und/oder die Räder können dabei insbesondere eine Vorwärtsbewegungsrichtung zum Erfassen des Objektraums definieren. According to a further embodiment of the mobile device, the frame comprises a base element and a frame head. The height of the frame head is in this case by a Adjustable mechanism changeable. The adjusting mechanism may in particular comprise a sensor which is designed to detect the vertical distance of the frame head from the base element. Several wheels can be mounted on the base element of the frame, by means of which the mobile device can be rolled over a base, so that the frame is designed to be mobile. The frame and / or the wheels can in particular define a forward movement direction for detecting the object space.
Im praktischen Einsatz ist es auch oft erforderlich, ein trolley-basiertes Mobile-Mapping-System durch Engstellen (zum Beispiel Türen oder Tore) zu manövrieren, die in der Höhe oder in der Breite ein ungehindertes Durchfahren verhindern. Bei den bekannten Trolley-Systemen ist es daher oft nötig, das System um die Nick/Pitch- oder Roll/Roll-Achse zu kippen, um die Engstelle passieren zu können. Bei besonders engen Stellen ist gegebenenfalls auch eine Demontage von Teilen des Trolley-Systems nötig. In diesen Fällen ist bislang in der Regel ein Beenden des aktuellen Scan-Vorgangs erforderlich, unter anderem weil der SLAM-Vorgang durch den Verlust der Bezugspunkte in der konstant gescannten Linienebene abbricht. Nach dem Passieren der Engstelle ist dann das Starten eines neuen Scanvorganges nötig. In der Nachverarbeitung müssen dann die Teilpunktwolken mit entsprechendem Aufwand zu einer Gesamtpunktwolke zusammengefügt und dazu genau ausgerichtet werden. In practice, it is also often necessary to maneuver a trolley-based mobile mapping system through bottlenecks (eg doors or gates) that prevent unimpeded passage in height or width. In the known trolley systems, it is therefore often necessary to tilt the system by the pitch / pitch or roll / roll axis in order to pass through the bottleneck. In particularly tight places, disassembly of parts of the trolley system may also be necessary. In these cases, the completion of the current scan process is usually required, inter alia because the SLAM process breaks off due to the loss of the reference points in the constantly scanned line plane. After passing the bottleneck, it is then necessary to start a new scan. In the post-processing then the sub-point clouds must be joined together with the appropriate effort to an overall cloud point and precisely aligned.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwar durch das oben beschriebene 3D-6DoF- SLAM-Verfahren ein temporäres Kippen um eine der beschriebenen Achsen unschädlich. Allerdings besteht bei dem Kippen weiterhin ein Risiko, dass sich bei der Nachverarbeitung Probleme ergeben. Für den praktischen Einsatz ist es daher wünschenswert, solche Engstellen passieren zu können, ohne dass der Trolley gekippt werden muss und ohne dass der Scan- Vorgang unterbrochen und neu gestartet werden muss. Durch den Verstellmechanismus ist das Gestell dynamisch, das heißt im laufenden Scan-Vorgang, höhenverstellbar. Beispielsweise kann durch eine Säulenführung oder Schienenführung zwischen dem Basiselement und dem Gestellkopf die Verstellbarkeit in der Höhe realisiert sein. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass die am Gestellkopf befestigten Einzelscanner ihre relative Lage zu dem am Basiselement montierten unteren Einzelscanner verändern. Die beiden oberen Einzelscanner müssen daher dynamisch relativ zu dem unteren Einzelscanner kalibriert werden. Erfindungsgemäß kann diese Kalibrierung dadurch erfolgen, dass der Sensor des Verstellmechanismus den vertikalen Abstand des Gestellkopfs vom Basiselement erfasst, woraus sich der Abstand der oberen Einzelscanner zu dem unteren Einzelscanner ergibt. Die Daten dieses Sensors werden erfasst und an die Schnittstelle zur gemeinsamen Speicherung mit den Daten der Einzelscanner sowie gegebenenfalls des Mehrfachscanners übertragen. Die von dem Sensor gelieferten Messdaten können dann bei der Berechnung der Präzisions- Punktwolke aus den von den Einzelscannern gewonnenen Daten und gegebenenfalls den Daten des Mehrfachscanners berücksichtigt werden. In the device according to the invention, although a temporary tilting about one of the described axes is harmless by the 3D-6DoF-SLAM method described above. However, tilting continues to present a risk of problems with post-processing. For practical use, it is therefore desirable to be able to pass such bottlenecks without the trolley having to be tilted and without having to interrupt and restart the scanning process. Due to the adjustment mechanism, the frame is dynamic, ie in the current scanning process, height adjustable. For example, can be realized by a column guide or rail guide between the base member and the frame head adjustability in height. However, the problem arises here that the individual scanners attached to the frame head change their relative position to the lower individual scanner mounted on the base element. The two upper single scanners must therefore be dynamically calibrated relative to the lower single scanner. According to the invention, this calibration can take place in that the sensor of the adjustment mechanism detects the vertical distance of the frame head from the base element, resulting in the distance between the upper individual scanner and the lower individual scanner. The data of this sensor are recorded and transmitted to the interface for common storage with the data of the individual scanner and possibly the multiple scanner. The The measurement data supplied by the sensor can then be taken into account in the calculation of the precision point cloud from the data obtained from the individual scanners and, if appropriate, the data of the multiple scanner.
Gemäß einer Ausgestaltung der mobilen Vorrichtung ist die zweite Rotationsachse des Mehrfachscanners in Vorwärtsbewegungsrichtung nach vorne gekippt ausgerichtet. Des Weiteren kann auch die erste Ebene in Vorwärtsbewegungsrichtung nach vorne gekippt ausgerichtet sein, so dass die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls des ersten Einzelscanners zumindest zeitweise in Vorwärtsbewegungsrichtung nach schräg oben ausgerichtet ist. Die zweite und/oder dritte Ebene kann hingegen bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung nach hinten ausgerichtet sein, so dass die dritte und/oder vierte Emissionsrichtung des dritten und/oder vierten Signalstrahls des zweiten und/oder dritten Einzelscanners zumindest zeitweise in Vorwärtsbewegungsrichtung nach schräg unten ausgerichtet ist beziehungsweise sind. Außerdem kann die zweite und auch die dritte Ebene bezüglich einer Vertikalebene in Vorwärtsbewegungsrichtung zur Seite geschwenkt ausgerichtet sein. According to one embodiment of the mobile device, the second axis of rotation of the multiple scanner is tilted forward in the forward movement direction. Furthermore, the first plane can also be tilted forward in the direction of forward movement, so that the first emission direction of the first signal beam of the first single scanner is oriented obliquely upward, at least temporarily, in the forward movement direction. On the other hand, the second and / or third plane may be aligned rearwardly with respect to the forward movement direction, so that the third and / or fourth emission direction of the third and / or fourth signal beam of the second and / or third individual scanner is oriented obliquely downward, at least temporarily, in the forward movement direction are. In addition, the second and third planes may be pivoted sideways with respect to a vertical plane in the advancing direction.
Die Ausrichtungen der Einzelscanner sind auch für die Erfassung von horizontalen Oberflächenstrukturen von Bedeutung. Beispielsweise sollten die Signalstrahlen, das heißt insbesondere die Laserstrahlen der Einzelscanner, auf die Ober- und Unterseite von Tischen und Werkbänken in einem günstigen, das heißt nicht zu flachen, Auftreffwinkel auftreffen. Erfindungsgemäß wird daher ein bekanntes trolley-basiertes Mobile-Mapping-System mit einem zweiten und dritten Ein-Ebenen-Laserscannern zur Erfassung der Punktwolkendaten, die sowohl im Nick/Pitch-Winkel als auch im Gier/Yaw-Winkel gegenüber der Bewegungsrichtung des Mapping Systems gekippt sind, dadurch verbessert, dass diese Ein-Ebenen-Laserscanner möglichst weit oben am System angebracht sind, und ergänzend ein erster Ein-Ebenen- Laserscanner, d. h zur Punktwolkenerfassung eingesetzt wird, der möglichst weit unten am System angebracht ist und nach schräg vorne oben abstrahlt. The alignments of the individual scanners are also important for the detection of horizontal surface structures. For example, the signal beams, ie in particular the laser beams of the individual scanners, should impinge on the top and bottom of tables and workbenches in a favorable, that is not too flat, angle of incidence. According to the invention, therefore, a known trolley-based mobile mapping system with a second and third single-level laser scanners for detecting the point cloud data, both in the pitch / pitch angle and in the yaw / yaw angle with respect to the direction of movement of the mapping system are thereby improved, that these single-level laser scanners are mounted as high as possible on the system, and in addition a first single-level laser scanner, d. h is used for point cloud detection, which is mounted as far down the system and radiates obliquely up front.
Durch die schräg nach oben gerichtete Scan-Ebene dieses unteren Ein-Ebenen-Laserscanners wird auch eine gute Erfassung derjenigen Seiten von lotrecht von der Decke herabhängenden Strukturen ermöglicht, die parallel oder in sehr flachem Winkel zu den Scan-Ebenen der vorgenannten oberen Ein-Ebenen-Laserscanner verlaufen. The obliquely upward scan plane of this lower one-level laser scanner also enables good detection of those sides of perpendicularly suspended structures which are parallel or at a very shallow angle to the scan planes of the aforementioned upper one-planes Laser scanner.
Durch den möglichst großen Höhenabstand zwischen den beiden oberen Einzelscannern einerseits und dem unteren Einzelscanner andererseits wird die Erfassung von in mittlerer Höhe angeordneten Strukturen wie zum Beispiel Tischen und Werkbänken etc. in einem günstigen, das heißt steilen Winkel ermöglicht, und zwar sowohl von der Ober- als auch der Unterseite. Diese Höhenabstand der Einzelscanner hat zusätzlich den Vorteil, dass sich eine geringe Abschattung durch sich vertikal erstreckende Gegenstände ergibt, die z. B. auf Tischen oder Werkbänken stehen oder von diesen Objekten herabhängen. Diese Gegenstände werfen somit beim Auftreffen von Signalstrahlen nur kurze Schatten. Due to the greatest possible vertical distance between the two upper individual scanners on the one hand and the lower single scanner on the other hand, the detection of mid-height arranged structures such as tables and workbenches etc. in a favorable, that is steep angle allows, both from the top and the bottom. This height distance of the individual scanner has the additional advantage that there is a small shading by vertically extending objects that z. B. on tables or workbenches or hang from these objects. These objects thus throw only brief shadows when signal beams hit.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Gestellkopf einen Querträger. Dieser Querträger hat in einer Horizontalebene eine feste geometrische Anordnung relativ zu dem Basiselement. Auf diese Weise wird der Mehrfachscanner und/oder der zweite und dritte Einzelscanner in einer festen geometrischen Anordnung mechanisch an dem Gestellkopf befestigt. Hierdurch wird erreicht, dass die Anordnung der am Gestellkopf befestigten Scanner kalibrierungsfest ist. Nach einer Höhenverstellung des Gestellkopfs ist keine neue Kalibrierung hinsichtlich der Anordnung des Mehrfachscanners und des zweiten und dritten Einzelscanners erforderlich. Im praktischen Einsatz eines trolley-basierten Mobile-Mapping-Systems kommt es auch darauf an, die Komponenten des Systems einerseits so modular zu gestalten, dass diese in möglichst kleine Teilsysteme mit kompakten Packmaßen demontiert werden können, andererseits aber die Verbindungen dieser Teilsysteme so präzise zu konstruieren, dass nicht nach jedem Zusammenbau eine neue Kalibrierung nötig ist. Das Problem der Neukalibrierung nach jeder Ummontage ist zum Beispiel in der EP 2 199 828 B1 beschrieben, in der ein algorithmisches Verfahren zur Kompensation einer solchen Fehljustierung vorgeschlagen wird. Unabhängig von solchen Korrekturmöglichkeiten ist es jedoch wünschenswert, eine möglichst präzise mechanische Verbindung zwischen den demontierbaren Teilmodulen eines trolley-basierten Mobile-Mapping-Systems zu erzielen, wobei die Anzahl und Komplexität der nötigen Montageschritte möglichst gering sein sollte und auch keine speziellen Werkzeuge oder verlierbaren Kleinteile wie Schrauben, Muttern oder Beilagscheiben etc. zum Einsatz kommen sollten. Ein weiteres Erfordernis ist hierbei, dass elektrische Steckverbindungen zum Beispiel zur Energieversorgung und kabelgebundenen Datenübertragung möglichst einfach und sicher arretiert werden können. According to a further embodiment of the device according to the invention, the frame head comprises a cross member. This cross member has in a horizontal plane a fixed geometric arrangement relative to the base member. In this way, the multiple scanner and / or the second and third individual scanners are mechanically fastened to the frame head in a fixed geometric arrangement. This ensures that the arrangement of the scanners attached to the frame head is calibrated. After a height adjustment of the frame head, no new calibration with regard to the arrangement of the multiple scanner and the second and third individual scanner is required. In the practical use of a trolley-based mobile mapping system, it is also important to design the components of the system on the one hand so modular that they can be disassembled into the smallest possible subsystems with compact packaging dimensions, but on the other hand, the connections of these subsystems so precise Construct that a new calibration is not required after each assembly. The problem of recalibration after each conversion is described, for example, in EP 2 199 828 B1, in which an algorithmic method for compensating for such misalignment is proposed. Regardless of such correction options, however, it is desirable to achieve a precise mechanical connection between the removable submodules of a trolley-based mobile mapping system, the number and complexity of the necessary assembly steps should be as low as possible and no special tools or small parts how screws, nuts or washers etc. should be used. Another requirement here is that electrical connectors can be locked as simple and secure as possible, for example, for power and wired data transmission.
Über den Querträger und gegebenenfalls weiterer starr mit dem Querträger verbundener Elemente sind alle Einrichtungen, die an dem Gestellkopf montiert sind, in einer festen geometrischen Anordnung zueinander. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn Kunststoffführungen in dem Querträger einer Trägerplatte zusammen mit Auflage-Pins im Kopf zunächst ein einfaches Aufsetzen des Kopfes auf die Trägerplatte ermöglichen und durch die Anordnungen und Form der Kunststoffführungen nach dem Aufsetzen eine ausreichend genaue Vorpositionierung für die mechanische und elektrische Kopplung erreicht wird. Die Vorpositionierung umfasst hierbei vorteilhafterweise eine ausreichend präzise Flucht für eine mechanische Kopplung zwischen zusätzlich vorgesehen Positionier-Pins im Kopf und dazu korrespondierenden Positionier-Buchsen im Querträger in einem nachfolgenden Kopplungsvorgang. Hierbei werden zugleich Platinen für die elektrische Kopplung in ausreichendem Maße vorpositioniert, damit eine sichere Verbindung zwischen Federkontaktstiften auf der Platine im Kopf und den Kontaktflächen auf der Platine im Querträger ermöglicht wird. Das Betätigen eines weiterhin vorgesehen Griffhebels kann dann gleichzeitig für eine sichere mechanische und elektrische Kopplung zwischen dem Kopf und dem Querträger sorgen. Im gekoppelten Zustand sind die Positionier-Pins des Kopfes und der Positionier-Buchsen im Querträger fest in den Freiheitsgraden in Richtung der Höhe und der Querrichtung wiederholgenau zueinander ausgerichtet. Die durch die Betätigung eines Griffhebels erzielte Spannhebelgeometrie sorgt für eine feste Position der Positionier-Pins in axialer Richtung (Vorwärtsbewegungsrichtung) sowie eine Vorspannung der Federkontaktstifte für die elektrische Verbindung. Durch diese hohe Positionsgenauigkeit bleibt die Kalibrierung erhalten. About the cross member and optionally further rigidly connected to the cross member elements all devices that are mounted on the frame head, in a fixed geometric arrangement to each other. A particularly advantageous embodiment is obtained when plastic guides in the cross member of a support plate together with support pins in the head initially allow easy placement of the head on the support plate and by the arrangements and shape of the plastic guides after placement a sufficiently accurate pre-positioning for the mechanical and electrical coupling is achieved. The pre-positioning advantageously comprises a sufficiently precise alignment for a mechanical coupling between additionally provided positioning pins in the head and corresponding positioning bushings in the cross member in a subsequent coupling process. At the same time boards for the electrical coupling are prepositioned to a sufficient extent so that a secure connection between spring contact pins on the board in the head and the contact surfaces on the board in the cross member is made possible. The operation of a further provided handle lever can then simultaneously ensure a secure mechanical and electrical coupling between the head and the cross member. In the coupled state, the positioning pins of the head and the positioning sockets in the cross member are firmly aligned with each other in the degrees of freedom in the direction of the height and the transverse direction. The cocking lever geometry obtained by the operation of a handle lever provides for a fixed position of the positioning pins in the axial direction (forward movement direction) and a bias of the spring contact pins for the electrical connection. This high position accuracy preserves the calibration.
Die vorgenannte Ausgestaltung einer sicheren mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen dem abnehmbaren Gestellkopf und dem Basiselement wäre insbesondere auch für abgewandelte Bauformen von Mobile-Mapping-Systemen geeignet, bei denen das Basiselement, welches unter anderem ein CPU-Motherboard, Speichermedien und (wiederaufladbare) Batterien umfassen kann, zum Beispiel in Form eines Rucksack- Tragegestells ausgebildet ist, so dass in Verbindung mit dem vorgenannten 3D-6DoF-SLAM- Verfahren trotz des relativ hohen Gewichtes des Gestellkopfes dennoch ein Erfassen unwegsamer Gebäude oder anderer Umgebungen wie zum Beispiel Höhlen ermöglicht würde, welche bislang nur mit den oben beschriebenen tragbaren Systemen gescannt werden können, bei denen in der Regel einfache Panoramakameras mit geringerer Bildqualität zum Einsatz kommen, die vorranging lediglich der Erzeugung von „Colored Point Clouds“ dienen. Die modulare Eigenschaft der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt das Abnehmen des Kopfes vom Basiselement. Dadurch ist es möglich, den Gestellkopf nicht nur auf Rucksäcke sondern auch auf andere Basiselemente, z. B. auf autonome Vehikel, zu montieren und mit diesen zu nutzen. Dabei bleibt die Kalibrierung der am Gestellkopf angeordneten Scanner und/oder Kameras und/oder sonstigen Sensoren zueinander erhalten. Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest ein Rad an dem Gestell mittels einer Schnellspanneinrichtung montiert, mittels welcher das Rad arretierbar ist. Zumindest zwei der Räder sind insbesondere mittels Schnellspanneinrichtungen montiert und in Querrichtung zur Vorwärtsbewegungsrichtung beabstandet voneinander angeordnet. Vorteilhafterweise ist der Abstand dieser zwei Räder in Querrichtung veränderbar. Beispielsweise können die zwei Räder an dem Basiselement in Querrichtung zur Vorwärtsbewegungsrichtung an einer äußeren Position und einer inneren Position montierbar sein. Der Abstand der beiden Räder in Querrichtung ist dann größer, wenn die beiden Räder beide in der äußeren Position montiert sind. Dieser Abstand ist hingegen kleiner, wenn beide Räder in der inneren Position montiert sind. Durch die Veränderung des Abstands der Räder in Querrichtung wird erreicht, dass ein Durchfahren von Engstellen ermöglicht wird, ohne dass der Scanvorgang beeinträchtigt wird. The aforementioned embodiment of a secure mechanical and electrical connection between the removable frame head and the base element would also be particularly suitable for modified types of mobile mapping systems, in which the base element, which includes, among other things, a CPU motherboard, storage media and (rechargeable) batteries can, for example in the form of a backpack-carrying frame is formed, so that in connection with the aforementioned 3D-6DoF-SLAM method despite the relatively high weight of the frame head would still allow detection of rough buildings or other environments such as caves, which So far, only with the portable systems described above can be scanned, which are usually simple panorama cameras with lower image quality are used, which serve primarily only the generation of "Colored Point Clouds". The modular nature of the device according to the invention allows the removal of the head from the base element. This makes it possible, the frame head not only on backpacks but also on other base elements, such. B. on autonomous vehicles to assemble and use with them. In this case, the calibration of the scanner arranged on the frame head and / or cameras and / or other sensors is maintained to each other. According to one embodiment of the device according to the invention, at least one wheel is mounted on the frame by means of a quick-release device, by means of which the wheel can be locked. In particular, at least two of the wheels are mounted by means of quick-clamping devices and spaced apart from one another in the transverse direction to the forward movement direction. Advantageously, the distance of these two wheels is changeable in the transverse direction. For example, the two wheels may be mountable to the base member transversely to the forward movement direction at an outer position and an inner position. The distance of the two wheels in the transverse direction is greater when the two wheels are both mounted in the outer position. This distance, however, is smaller when both wheels are mounted in the inner position. By changing the distance of the wheels in the transverse direction is achieved that a passage through bottlenecks is made possible, without affecting the scanning process.
Durch die Schnellspanneinrichtungen ist das Ummontieren der Räder von einer äußeren in eine innere Position und umgekehrt sehr schnell und ohne Unterbrechung eines laufenden Scanvorgangs möglich. Due to the quick-release devices, the wheels can be remounted from an outer to an inner position and vice versa very quickly and without interrupting a running scan.
Des Weiteren kann an dem Gestell eine Ständervorrichtung montiert sein, mittels welcher das Gestell so anhebbar ist, dass zumindest ein Rad den Untergrund nicht mehr berührt, und so absenkbar ist, dass das Gestell auf den Rädern frei verfahrbar ist. Vorteilhafterweise ist die Ständervorrichtung dabei so mit zumindest der Schnellspanneinrichtung eines Rades gekoppelt, dass beim Betätigen der Ständervorrichtung zum Absenken des Gestells automatisch die Schnellspanneinrichtung geschlossen wird und hierdurch das zugehörige Rad arretiert wird. Beispielsweise kann beim Betätigen der Ständervorrichtung zum Absenken des Gestells zwangsläufig die Schnellspanneinrichtung zugeklappt werden, so dass das ummontierte Rad arretiert wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Verwendung einer Steck- und Klemmachse, wie sie zum Beispiel von Rollstühlen bekannt ist. Furthermore, a stand device can be mounted on the frame, by means of which the frame can be raised so that at least one wheel no longer touches the ground, and can be lowered such that the frame is freely movable on the wheels. Advantageously, the stand device is coupled with at least the quick-release device of a wheel so that when you press the stand device to lower the frame automatically the quick-release device is closed and thereby the associated wheel is locked. For example, upon actuation of the stand device for lowering the frame, the quick-action clamping device is inevitably closed, so that the remounted wheel is locked. Particularly advantageous in this case is the use of a plug-in and clamping axis, as is known, for example, from wheelchairs.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, zumindest aus Daten, die durch detektierte Reflexionsstrahlungen erzeugt werden, die von den zweiten Empfängern erfasst worden sind, in Echtzeit die Position der Vorrichtung innerhalb des Objektraums und/oder die Trajektorie der mobilen Vorrichtung zu berechnen und mittels einer graphischen Darstellung auszugeben. Dabei kann eine graphische Darstellung des von der mobilen Vorrichtung abgetasteten Bereichs des Objektraums erzeugt und ausgegeben werden. Auf diese Weise kann ein Bediener anhand der graphischen Darstellung erkennen, welche Bereiche des Objektraums noch erfasst werden müssen. According to a further embodiment of the device according to the invention, the evaluation device is formed, at least from data generated by detected reflection radiation, which has been detected by the second receivers, in real time the position of the device within the object space and / or the trajectory of the mobile device calculate and output by means of a graphical representation. In this case, a graphic representation of the area of the object space scanned by the mobile device can be generated and output. This way you can Detect the operator based on the graph, which areas of the object space still need to be detected.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese zumindest eine an dem Gestell montierte Kamera auf, die ausgebildet ist, Kamerabilder zumindest eines Teils des Objektraums aufzunehmen. Vorteilhafterweise sind mehrere Kameras an dem Gestellkopf montiert. Die Auswerteeinrichtung kann die von der Kamera oder den Kameras aufgenommenen Bilder beim Erzeugen der verschiedenen graphischen Darstellungen in Echtzeit berücksichtigen. Auf diese Weise kann eine sehr realitätsnahe Darstellung des befahrbaren Bereichs des Objektraums oder des von der mobilen Vorrichtung bereits abgetasteten Bereichs des Objektraums in Echtzeit erzeugt werden. According to a further embodiment of the device according to the invention, this has at least one camera mounted on the frame, which is designed to receive camera images of at least part of the object space. Advantageously, several cameras are mounted on the frame head. The evaluation device can take into account the images taken by the camera or the cameras when generating the various graphical representations in real time. In this way, a very realistic representation of the passable area of the object space or the area of the object space already scanned by the mobile device can be generated in real time.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine mit der Auswerteeinrichtung gekoppelte Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der von der Auswerteeinrichtung erzeugten graphischen Darstellungen auf. Auf diese Weise kann der befahrbare Bereich des Objektraums, der bereits abgetastete Bereich des Objektraums oder der noch nicht abgetastete Bereich des Objektraums in einer Gesamtdarstellung des Objektraums auf Basis der bereits erfassten Daten erzeugt werden. Advantageously, the device according to the invention further comprises a display device coupled to the evaluation device for displaying the graphical representations generated by the evaluation device. In this way, the passable area of the object space, the already scanned area of the object space or the not yet scanned area of the object space can be generated in an overall representation of the object space on the basis of the already acquired data.
Des Weiteren umfasst die mobile Vorrichtung vorteilhafterweise einen Zeitgeber, der mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist. Die Auswerteeinrichtung kann auf diese Weise für jeden detektierten Messwert der zweiten Empfänger den Zeitpunkt der Detektion gemeinsam mit der zweiten Emissionsrichtung des zugehörigen Signalstrahls sowie der detektierten Amplitude bzw. Intensität erfassen. Ein entsprechender Zeitgeber kann auch für die Einzelscanner vorgesehen sein, um auch die detektierten Reflexionsstrahlungen dieser Einzelscanner mit einem entsprechenden Zeitstempel zu versehen. Furthermore, the mobile device advantageously comprises a timer, which is coupled to the evaluation device. In this way, the evaluation device can detect the time of detection together with the second emission direction of the associated signal beam as well as the detected amplitude or intensity for each detected measured value of the second receiver. A corresponding timer can also be provided for the individual scanners in order to also provide the detected reflection radiation of these individual scanners with a corresponding time stamp.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese eine Steuervorrichtung für eine autonome Fortbewegung der mobilen Vorrichtung. Beispielsweise kann das Basiselement ein autonomes Vehikel sein, auf dem der Gestellkopf mit dem Mehrfachscanner montiert ist. Der Einzelscanner oder mehrere Einzelscanner sind dann insbesondere in das autonome Vehikel integriert. Unter einer autonomen Fortbewegung wird verstanden, dass die Fahraufgabe teilweise oder vollständig autonom von der Vorrichtung durchgeführt wird. Insbesondere die Bewegungen der mobilen Vorrichtung in Quer- und Längsrichtung sowie die Geschwindigkeit werden autonom gesteuert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erfassen eines Objektraums mittels einer mobilen Vorrichtung. Die mobile Vorrichtung weist ein Gestell zum Bewegen der Vorrichtung in dem Objektraum auf. Bei dem Verfahren emittiert zumindest ein an dem Gestell montierter Einzelscanner einen ersten Signalstrahl in einer ersten Emissionsrichtung, ein erster Empfänger detektiert eine erste Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des ersten Signalstrahls an zumindest einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls wird mittels einer ersten Abtasteinrichtung zum Erfassen des Objektraums verändert. Ferner emittiert ein oberhalb von dem Einzelscanner an dem Gestell montierter Mehrfachscanner eine Vielzahl von zweiten Signalstrahlen in zweiten Emissionsrichtungen. Ein zweiter Empfänger detektiert zweite Reflexionsstrahlungen, die durch Reflexion der zweiten Signalstrahlen an einem oder mehreren Objekten des Objektraums erzeugt werden. Ferner werden die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen mittels einer zweiten Abtasteinrichtung zum Erfassen des Objektraums verändert. Des Weiteren wird zumindest aus den von dem zweiten Empfänger detektierten zweiten Reflexionsstrahlungen in Echtzeit eine graphische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums erzeugt und ausgegeben, durch die die mobile Vorrichtung bewegt werden kann und/oder bewegt wurde. Daten, die zumindest aus der von dem ersten Empfänger detektierten ersten Reflexionsstrahlung erzeugt werden, werden an eine Speichereinrichtung zur Nachverarbeitung ausgegeben. According to one embodiment of the device according to the invention, this device comprises a control device for autonomous movement of the mobile device. For example, the base member may be an autonomous vehicle on which the frame head is mounted with the multiple scanner. The single scanner or multiple individual scanners are then integrated in particular in the autonomous vehicle. Autonomous locomotion means that the driving task is performed partially or completely autonomously by the device. In particular, the movements of the mobile device in the transverse and longitudinal direction and the speed are controlled autonomously. The invention further relates to a method for detecting an object space by means of a mobile device. The mobile device has a rack for moving the device in the object space. In the method, at least one individual scanner mounted on the rack emits a first signal beam in a first emission direction, a first receiver detects first reflection radiation generated by reflection of the first signal beam on at least one object of the object space, and becomes the first emission direction of the first signal beam changed by means of a first scanning device for detecting the object space. Further, a multiple scanner mounted on the rack above the single scanner emits a plurality of second signal beams in second emission directions. A second receiver detects second reflection radiations produced by reflection of the second signal beams on one or more objects of the object space. Furthermore, the second emission directions of the second signal beams are changed by means of a second scanning device for detecting the object space. Furthermore, at least from the second reflection radiation detected by the second receiver, a graphic representation of those regions of the object space is generated and output in real time, by means of which the mobile device can be moved and / or moved. Data generated at least from the first reflected radiation detected by the first receiver is output to a memory device for post-processing.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ausgebildet, mittels der erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtung einen Objektraum zu erfassen. Das Verfahren weist somit dieselben Vorteile wie die mobile Vorrichtung der Erfindung auf. The inventive method is in particular designed to detect an object space by means of the mobile device according to the invention. The method thus has the same advantages as the mobile device of the invention.
Insbesondere wird zum Abtasten des Objektraums die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls um eine erste Rotationsachse gedreht, die senkrecht auf der ersten Emissionsrichtung steht, so dass eine Ebene aufeinanderfolgend abgetastet wird. Außerdem werden auch die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen um eine Achse gedreht. Die zweiten Signalstrahlen werden dabei insbesondere fächerförmig abgestrahlt. Dabei muss die Emission der zweiten Emissionsrichtungen nicht simultan erfolgen; sie kann vielmehr auch nacheinander emittiert werden, so dass innerhalb eines Zeitintervalls Signalstrahlen, welche Signalpulse umfassen können, fächerförmig in eine Ebene abgestrahlt werden. Dieser Emissionsfächer kann dann um eine zweite Rotationsachse gedreht werden. In particular, for scanning the object space, the first emission direction of the first signal beam is rotated about a first rotation axis, which is perpendicular to the first emission direction, so that a plane is scanned in succession. In addition, the second emission directions of the second signal beams are rotated about an axis. The second signal beams are emitted in particular fan-shaped. The emission of the second emission directions does not have to take place simultaneously; Rather, it can also be emitted one after the other so that within a time interval signal beams, which may comprise signal pulses, are emitted fan-shaped into a plane. This emission fan can then be rotated about a second axis of rotation.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens emittiert zumindest ein zweiter Einzelscanner einen dritten Signalstrahl in einer dritten Emissionsrichtung, ein dritter Empfänger detektiert eine dritte Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des dritten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und die dritte Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls wird mittels einer dritten Abtasteinrichtung zum Erfassen des Objektraums verändert. According to one embodiment of the method according to the invention, at least one second individual scanner emits a third signal beam in a third emission direction, a third receiver detects a third reflection radiation, which is detected by reflection of the third signal beam at a third Object of the object space is generated, and the third emission direction of the third signal beam is changed by means of a third scanning device for detecting the object space.
Die dritte Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls kann um eine dritte Rotationsachse gedreht werden, die senkrecht auf der dritten Emissionsrichtung steht, so dass eine zweite Ebene abgetastet wird. The third emission direction of the third signal beam can be rotated about a third axis of rotation, which is perpendicular to the third emission direction, so that a second plane is scanned.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens emittiert zumindest ein dritten Einzelscanner einen vierten Signalstrahl in einer vierten Emissionsrichtung, ein vierter Empfänger detektiert eine vierte Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des vierten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und die vierte Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls wird zum Erfassen des Objektraums verändert. According to one embodiment of the inventive method, at least a third individual scanner emits a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver detects a fourth reflection radiation, which is generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space, and the fourth emission direction of the fourth signal beam becomes Detecting the object space changed.
Die vierte Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls kann um eine vierte Rotationsachse gedreht werden, die senkrecht auf der vierten Emissionsrichtung steht, so dass eine dritte Ebene abgetastet wird. The fourth emission direction of the fourth signal beam can be rotated about a fourth axis of rotation, which is perpendicular to the fourth emission direction, so that a third plane is scanned.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der zweite Einzelscanner und der dritte Einzelscanner bezüglich einer Mittelebene der mobilen Vorrichtung symmetrisch angeordnet und ausgerichtet. According to one embodiment of the method according to the invention, the second individual scanner and the third individual scanner are symmetrically arranged and aligned relative to a center plane of the mobile device.
Beim Erfassen des Objektraums wird die mobile Vorrichtung im Objektraum bewegt. Währenddessen wird der Objektraum mittels des Einzelscanners oder der mehreren Einzelscanner und des Mehrfachscanners abgetastet. Upon detection of the object space, the mobile device is moved in object space. Meanwhile, the object space is scanned by means of the single scanner or the several individual scanners and the multiple scanner.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert. The invention will now be explained with reference to an embodiment with reference to the drawings.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der mobilen Vorrichtung gemäß einem FIG. 1 shows a perspective view of the mobile device according to FIG
Ausführungsbeispiel der Erfindung,  Embodiment of the invention,
Figur 2 zeigt eine Exposionsdarstellung des Ausführungsbeispiels der mobilen FIG. 2 shows an exploded view of the embodiment of the mobile
Vorrichtung,  Contraption,
Figur 3 zeigt den datentechnischen Aufbau des Ausführungsbeispiels der mobilen Figure 3 shows the data structure of the embodiment of the mobile
Vorrichtung, Figur 4 veranschaulicht die Ausrichtung des zweiten Einzelscanners, Contraption, FIG. 4 illustrates the alignment of the second single scanner,
Figur 5 veranschaulicht weiter die Ausrichtung des zweiten Einzelscanners, Figur 6 veranschaulicht noch weiter die Ausrichtung des zweiten Einzelscanners, Figur 7 veranschaulicht noch weiter die Ausrichtung des zweiten Einzelscanners, Figur 8 veranschaulicht den Emissionsbereich des ersten Einzelscanners, Figur 9 veranschaulicht die Emissionsrichtungen der Scanner des Ausführungsbeispiels der mobilen Vorrichtung, FIG. 6 further illustrates the orientation of the second single scanner, FIG. 7 further illustrates the orientation of the second single scanner, FIG. 8 illustrates the emission range of the first single scanner, FIG. 9 illustrates the emission directions of the scanner of the exemplary embodiment the mobile device,
Figur 10 zeigt den Gestellkopf in einem von dem Basiselement getrennten Zustand, Figur 1 1 zeigt einen Zwischenzustand beim Aufsetzen des Gestellkopfs auf das FIG. 10 shows the frame head in a state separated from the base element. FIG. 11 shows an intermediate state when the frame head is placed on the frame
Basiselement,  Base member,
Figur 12 zeigt den Gestellkopf in einem auf das Basiselement aufgesetzten Zustand, Figur 13 zeigt die Griffe in einem ersten Zustand, Figur 14 zeigt die Griffe in einem zweiten Zustand, Figur 15 zeigt die Ständervorrichtung und die Schnellspanneinrichtung in einem geöffneten Zustand mit demontiertem Rad, FIG. 12 shows the frame head in a state placed on the base element, FIG. 13 shows the handles in a first state, FIG. 14 shows the handles in a second state, FIG. 15 shows the upright device and the quick-action clamping device in an opened state with disassembled wheel, FIG.
Figur 16 zeigt die Ständervorrichtung und die Schnellspanneinrichtung mit einem aufgesteckten Rad, FIG. 16 shows the upright device and the quick-action clamping device with an attached wheel,
Figur 17 zeigt die Ständervorrichtung in einem Zwischenzustand während des Absenkens der mobilen Vorrichtung und Figure 17 shows the stand device in an intermediate state during lowering of the mobile device and
Figur 18 zeigt die Ständervorrichtung in einem vollständig abgesenkten Zustand der FIG. 18 shows the stand device in a fully lowered state
Vorrichtung mit geschlossener Schnellspanneinrichtung. Zunächst wird der grundsätzliche Aufbau der mobilen Vorrichtung 1 mit Bezug zu den Figuren 1 und 2 erläutert: Device with closed quick-release device. First, the basic structure of the mobile device 1 will be explained with reference to Figs. 1 and 2:
Die mobile Vorrichtung 1 umfasst ein Gestell 2. Das Gestell umfasst ein unteres Basiselement 3 sowie einen Gestellkopf 4. In das Basiselement 3 ist ein Verstellmechanismus 5 integriert, mit welchem Verstellsäulen 6 in einer Säulenführung 7 herauf- und herunterbewegt werden können. Den vertikalen Verstellweg der Verstellsäulen 6 in der Säulenführung 7 erfasst ein Sensor 8. Die Verstellsäulen 6 sind an ihren oberen Enden mit einer Aufnahmeplatte 37 verbunden, über welche der Gestellkopf 4 an dem Basiselement 3 befestigt werden kann. Die Aufnahmeplatte 37 ermöglicht nicht nur eine mechanische, sondern auch eine datentechnische Verbindung zwischen dem Gestellkopf 4 und dem Basiselement 3. The mobile device 1 comprises a frame 2. The frame comprises a lower base element 3 and a frame head 4. In the base member 3, an adjusting mechanism 5 is integrated, with which adjustment columns 6 in a column guide 7 can be moved up and down. The vertical adjustment path of the adjustment columns 6 in the column guide 7 is detected by a sensor 8. The adjustment columns 6 are connected at their upper ends to a receiving plate 37, by means of which the frame head 4 can be fastened to the base element 3. The receiving plate 37 allows not only a mechanical, but also a data-technical connection between the frame head 4 and the base member. 3
Unten an dem Basiselement 3 sind zwei Außenräder 9 lösbar montiert sowie zwei Mittelräder 10. Die Außen- und Mittelräder 9, 10 definieren Aufsetzpunkte, auf welchen das Gestell 2 auf einer Horizontalebene frei stehen kann. Auf diese Weise wird eine Vertikalrichtung ausgezeichnet. Es ist die Richtung, die senkrecht auf der Ebene steht, welche von den Aufsetzpunkten der Räder 9 und 10 der mobilen Vorrichtung 1 definiert ist. Auf diese Vertikalrichtung beziehen sich in dieser Schrift die Angaben "unten" und "oben". At the bottom of the base member 3, two outer wheels 9 are detachably mounted and two center wheels 10. The outer and middle wheels 9, 10 define Aufsetzpunkte on which the frame 2 can stand freely on a horizontal plane. In this way, a vertical direction is distinguished. It is the direction perpendicular to the plane defined by the attachment points of the wheels 9 and 10 of the mobile device 1. In this document, the vertical direction refers to "below" and "above".
Außerdem definieren die Räder 9 und 10 eine Vorwärtsbewegungsrichtung A, in welcher die mobile Vorrichtung 1 auf einer Ebene gerollt wird. Bezüglich einer vertikalen Ebene, die in der Vorwärtsbewegungsrichtung A ausgerichtet ist, sind die Außenräder 9 symmetrisch angeordnet. Diese vertikale Ebene definiert eine Mittelebene der mobilen Vorrichtung 1 in Vorwärtsbewegungsrichtung A. In addition, the wheels 9 and 10 define a forward movement direction A in which the mobile device 1 is rolled on a plane. With respect to a vertical plane aligned in the forward movement direction A, the outer wheels 9 are arranged symmetrically. This vertical plane defines a median plane of the mobile device 1 in the advancing direction A.
Im unteren Teil des Basiselements 3 sind Energiespeicher 1 1 angeordnet. Ferner können weitere Einrichtungen der mobilen Vorrichtung 1 innerhalb des Basiselements 3 angeordnet sein, wenn sie nicht in der Höhe verstellt werden müssen. Werden diese weiteren Einrichtungen im unteren Teil des Basiselements 3 angeordnet, verleiht dies der mobilen Vorrichtung 1 eine erhöhte Stabilität, da der Schwerpunkt nach unten verlagert wird. In the lower part of the base member 3 energy storage 1 1 are arranged. Furthermore, further devices of the mobile device 1 can be arranged inside the base element 3, if they do not have to be adjusted in height. If these further devices are arranged in the lower part of the base element 3, this gives the mobile device 1 increased stability, since the center of gravity is displaced downwards.
Die mobile Vorrichtung 1 kann von einem Bediener mittels Griffen 12 über einen Untergrund gerollt werden. Aufgrund der Anordnung der Räder 9 und 10 ist zwar eine Vorwärtsbewegungsrichtung A ausgezeichnet. Die mobile Vorrichtung 1 kann jedoch auch um eine vertikale Achse gedreht werden, um Kurven auf einem Untergrund zu fahren. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die mobile Vorrichtung 1 eine Steuervorrichtung für eine autonome Fortbewegung. Bei der mobilen Vorrichtung handelt es sich dann um ein autonomes Vehikel. The mobile device 1 can be rolled by an operator by means of handles 12 on a ground. Due to the arrangement of the wheels 9 and 10, although a forward movement direction A is excellent. However, the mobile device 1 can also be rotated about a vertical axis to drive curves on a ground. According to another embodiment, the mobile device 1 comprises a control device for autonomous locomotion. The mobile device is then an autonomous vehicle.
Im unteren Bereich des Basiselements 3 ist ein erster Einzelscanner 13, nämlich ein Ein- Ebenen-Laserscanner, angeordnet. Die Funktion und Ausrichtung dieses ersten Einzelscanners wird später im Detail erläutert. In the lower region of the base element 3, a first individual scanner 13, namely a single-level laser scanner, is arranged. The function and orientation of this first single scanner will be explained later in detail.
Am Gestellkopf 4 ist ein zweiter und ein dritter Einzelscanner 14, 15 angeordnet, welche jeweils auch als Ein-Ebenen-Laserscanner ausgebildet sein können. Der zweite und dritte Einzelscanner 14, 15 sind hinsichtlich der vertikalen Mittelebene der mobilen Vorrichtung 1 symmetrisch zueinander angeordnet. On the frame head 4, a second and a third individual scanners 14, 15 are arranged, which can each be designed as a single-level laser scanner. The second and third individual scanners 14, 15 are arranged symmetrically with respect to the vertical center plane of the mobile device 1.
Bei den Einzelscannern 13, 14 und 15 handelt es sich um Laserscanner zur optischen Abstandsmessung (LIDAR, Light Detection and Ranging). Es wird ein Ein-Ebenen- Laserscanner der Firma Hokuyo verwendet. The individual scanners 13, 14 and 15 are laser scanners for optical distance measurement (LIDAR, Light Detection and Ranging). A one-level laser scanner from Hokuyo is used.
Ferner ist am Gestellkopf 4 ein Mehrfachscanner 16 angeordnet. Als Mehrfachscanner 16 wird ein Mehrebenen-Laserscanner der Firma Velodyne, Typ VLP-16, verwendet. Die Funktion und Ausrichtung des Mehrfachscanners 16 wird später im Detail erläutert. Further, a multiple scanner 16 is arranged on the frame head 4. As a multi-scanner 16, a multi-level laser scanner from Velodyne, type VLP-16, is used. The function and orientation of the multiple scanner 16 will be explained later in detail.
In der Mitte des Gestellkopfs 4 ist eine erste Kamera 17 untergebracht, die in Vorwärtsbewegungsrichtung A ausgerichtet ist. Oben und an den Seiten des Gestellkopfs 4 sind weitere Kameras 18 angeordnet. In the center of the frame head 4, a first camera 17 is housed, which is aligned in the forward movement direction A. Above and on the sides of the frame head 4 more cameras 18 are arranged.
Im Bereich der Griffe 12 ist an dem Basiselement 3 ferner ein Bildschirm 19 so befestigt, dass ein Bediener, welcher die mobile Vorrichtung 1 in Vorwärtsbewegungsrichtung A schiebt, die Anzeige auf dem Bildschirm 19 wahrnehmen kann. In the area of the handles 12, a screen 19 is further attached to the base member 3 so that an operator pushing the mobile apparatus 1 in the forward movement direction A can perceive the display on the screen 19.
Mit Bezug zu Figur 3 wird der datentechnische Aufbau der mobilen Vorrichtung 1 sowie Details zu der Emission des Einzelscanners 13 und des Mehrfachscanners 16 erläutert: With reference to FIG. 3, the data structure of the mobile device 1 as well as details of the emission of the single scanner 13 and the multiple scanner 16 are explained:
Der erste Einzelscanner 13, der unten am Basiselement 3 befestigt ist, umfasst eine erste Emissionseinheit 20. Es handelt sich dabei um einen Laser, der als ersten Signalstrahl 21 Laserpulse in eine erste Emissionsrichtung emittiert. Der erste Signalstrahl 21 kann zum Beispiel auf ein Objekt 22 des zu erfassenden Objektraums treffen. Die Pulse des ersten Signalstrahls 21 werden an dem Objekt 22 reflektiert, so dass sich eine erste Reflexionsstrahlung 23 ergibt. In die erste Emissionseinheit 20 ist ein erster Empfänger 24 integriert, welcher den zurückgestreuten beziehungsweise reflektierten Anteil der ersten Reflexionsstrahlung 23 erfasst. Aus der Laufzeit eines Signalpulses kann die Entfernung der Oberfläche des Objekts 22 bestimmt werden, an der der Signalpuls gestreut beziehungsweise reflektiert wurde. Außerdem kann die empfangene Intensität der detektierten Reflexionsstrahlung gemessen und im Verhältnis zu der emittierten Intensität gesetzt werden. The first individual scanner 13, which is fastened to the bottom of the base element 3, comprises a first emission unit 20. This is a laser which emits 21 first laser pulses in a first emission direction. The first signal beam 21 can for Example to hit an object 22 of the object space to be detected. The pulses of the first signal beam 21 are reflected at the object 22, so that a first reflection radiation 23 results. In the first emission unit 20, a first receiver 24 is integrated, which detects the backscattered or reflected portion of the first reflection radiation 23. From the transit time of a signal pulse, the distance of the surface of the object 22 can be determined at which the signal pulse was scattered or reflected. In addition, the received intensity of the detected reflection radiation can be measured and set in proportion to the emitted intensity.
Der erste Einzelscanner 13 weist des Weiteren eine erste Abtasteinrichtung 25 auf. Mittels der ersten Abtasteinrichtung 25 kann die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls 21 verändert werden. Die erste Abtasteinrichtung 25 kann den Laser der ersten Emissionseinheit zusammen mit dem ersten Empfänger 24 um eine erste Rotationsachse drehen, welche senkrecht auf der ersten Emissionsrichtung steht. Alternativ können Laser und/oder Empfänger 24 nicht selbst gedreht werden, sondern stattdessen nur die Signalstrahlen 21 bzw. die Reflexionsstrahlung 23 mittels drehbarer Spiegel umgelenkt werden. Auf diese Weise überstreicht der erste Signalstrahl 21 innerhalb eines Zeitintervalls eine erste Ebene, welche senkrecht auf der ersten Rotationsachse steht. The first individual scanner 13 furthermore has a first scanning device 25. By means of the first scanning device 25, the first emission direction of the first signal beam 21 can be changed. The first scanning device 25 may rotate the laser of the first emission unit together with the first receiver 24 about a first axis of rotation which is perpendicular to the first emission direction. Alternatively, laser and / or receiver 24 can not be rotated by itself, but instead only the signal beams 21 and the reflection radiation 23 are deflected by means of rotatable mirrors. In this way, the first signal beam 21 sweeps over a first plane within a time interval which is perpendicular to the first axis of rotation.
Der Mehrfachscanner 16 umfasst mehrere Emissionseinheiten 31. Diese Emissionseinheiten 31 setzen sich aus einer Vielzahl von Lasern zusammen, welche in einem Bauteil integriert sind, und die auf diese Weise eine feste Ausrichtung zueinander haben. Die Laser der zweiten Emissionseinheiten 31 erzeugen eine Vielzahl von zweiten Signalstrahlen 32 in zweiten Emissionsrichtungen. Die zweiten Signalstrahlen 32 sind so ausgerichtet, dass sie einen Emissionsfächer 42 aufspannen, der eine Ebene definiert. Details zu Geometrie und Ausrichtung dieses Emissionsfächers 42 werden später erläutert. Die zweiten Signalstrahlen 32 können z. B. auf ein Objekt 33 treffen. Wie bei dem Objekt 22 werden die zweiten Signalstrahlen 32 an einer Oberfläche des Objekts 33 gestreut bzw. reflektiert werden. Auf diese Weise werden zweite Reflektionsstrahlungen 34 erzeugt. Der rückgestreute bzw. rückreflektierte Anteil dieser zweiten Reflektionsstrahlungen 34 wird von einem zweiten Empfänger 35 detektiert, der in die zweiten Emissionseinheiten 31 integriert ist. The multiple scanner 16 includes a plurality of emission units 31. These emission units 31 are composed of a plurality of lasers, which are integrated in one component, and thus have a fixed alignment with one another. The lasers of the second emission units 31 generate a plurality of second signal beams 32 in second emission directions. The second signal beams 32 are aligned to span an emission fan 42 that defines a plane. Details on the geometry and orientation of this emission fan 42 will be explained later. The second signal beams 32 may, for. B. encounter an object 33. As with the object 22, the second signal beams 32 will be scattered on a surface of the object 33. In this way, second reflection radiation 34 is generated. The backscattered or retroreflected portion of these second reflection radiation 34 is detected by a second receiver 35, which is integrated into the second emission units 31.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die zweiten Emissionseinheiten 31 16 Laser, die aufeinanderfolgend Signalpulse emittieren. Beispielsweise emittieren die einzelnen Laser der zweiten Emissionseinheiten 31 aufeinanderfolgend Signalpulse. Der zeitliche Abstand zwischen diesen Signalpulsen ergibt sich aus der Laufzeit eines Signalpulses zu einem Objekt 33, welches bei der maximalen Reichweite des Mehrfachscanners 16 angeordnet ist, dort reflektiert wird und wieder zurück zum zweiten Empfänger 35 gelangt. Wenn der zweite Empfänger 35 diesen Signalpuls detektiert hat, wird der Signalpuls des nächsten Lasers emittiert. Beispielsweise kann zwischen den Signalpulsen ein Zeitintervall von 2,3 ps liegen. In dieser Zeit kann das Licht 690 m zurücklegen, so dass auch bei einer maximalen Reichweite von 100 m ein ausreichender Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Signalpulsen liegt. Ein Signalpuls ist dabei beispielsweise 6 ns lang. In the present embodiment, the second emission units 31 comprise 16 lasers, which emit signal pulses in succession. For example, the individual lasers of the second emission units 31 sequentially emit signal pulses. The time interval between these signal pulses results from the transit time of a signal pulse to an object 33, which is arranged at the maximum range of the multiple scanner 16, is reflected there and passes back to the second receiver 35. When the second receiver 35 has detected this signal pulse, the signal pulse of the next laser is emitted. For example, there may be a time interval of 2.3 ps between the signal pulses. During this time, the light can travel 690 m, so that even with a maximum range of 100 m there is a sufficient time interval between successive signal pulses. A signal pulse is for example 6 ns long.
Ferner umfasst der Mehrfachscanner 16 eine zweite Abtasteinrichtung 36. Diese zweite Abtasteinrichtung verändert die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen 32. Dabei werden die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen 32 um eine zweite Rotationsachse gedreht. Diese zweite Rotationsachse liegt in der von dem Emissionsfächer 42 der zweiten Signalstrahlen 32 gebildeten Ebene. Ferner steht die zweite Rotationsachse senkrecht auf einer Mittelachse des Emissionsfächers 42 der zweiten Signalstrahlen 32. Diese Mittelachse kann dabei insbesondere eine Symmetrieachse des Emissionsfächers 42 der zweiten Signalstrahlen 32 sein. Von dem Mehrfachscanner 16 wird auf diese Weise der Rotationskörper eines Fächers erfasst. Furthermore, the multiple scanner 16 comprises a second scanning device 36. This second scanning device changes the second emission directions of the second signal beams 32. The second emission directions of the second signal beams 32 are rotated about a second axis of rotation. This second axis of rotation lies in the plane formed by the emission fan 42 of the second signal beams 32. Furthermore, the second axis of rotation is perpendicular to a central axis of the emission fan 42 of the second signal beams 32. In this case, this central axis can in particular be an axis of symmetry of the emission fan 42 of the second signal beams 32. Of the multiple scanner 16, the rotational body of a fan is detected in this way.
Die erste Abtasteinrichtung 25 und die zweite Abtasteinrichtung 36 sind mit einer Steuereinheit 26 gekoppelt. Die Steuereinheit 26 ist wiederum mit einem Zeitgeber 27 verbunden. Die Steuereinheit 26 steuert zum einen die Emission der ersten Emissionseinheit 20, sowie der zweiten Emissionseinheiten 31. Ferner steuert die Steuereinheit 26 die erste Abtasteinrichtung 25 und die zweite Abtasteinrichtung 36. Von der Steuereinheit 26 werden somit Zeitpunkt und Ausrichtung der Signalstrahlen 21 und 32 gesteuert. Ferner überträgt die Steuereinheit 26 Daten an eine Auswerteeinrichtung 28. Insbesondere wird der Zeitpunkt, die Ausrichtung und die Intensität jedes emittierten Signalpulses an die Auswerteeinrichtung 28 übertragen. Außerdem erfasst die Auswerteeinrichtung 28 durch eine Kopplung mit dem Sensor 8, wie zu den jeweiligen Zeitstempeln die Höhe, d. h. die vertikale Relativlage des Gestellkopfes 4 zum Basiselement 3, war. Des Weiteren sind der erste Einzelscanner 13 und der Mehrfachscanner 16 mit der Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Die von dem ersten 24 und zweiten Empfänger 35 detektierten Reflektionsstrahlungen werden als Signale an die Auswerteeinrichtung 28 übertragen. Diese setzt diese Signale in Bezug zu den von der Steuereinheit 26 übertragenen Daten zu den emittierten Signalpulsen. Auf diese Weise kann von der Auswerteeinrichtung 28 die Richtung und der Abstand eines Objekts 22, 33 im Objektraum berechnet werden. Außerdem können ggf. weitere Merkmale der Oberflächen der Objekte 22 und 33 berechnet werden. Von der Auswerteeinrichtung 28 wird in Echtzeit eine dreidimensionale Punktwolke erzeugt, welche den erfassten Objektraum wiedergibt. Hierfür werden bei der Echtzeitberechnung zumindest die von dem zweiten Empfänger 35 detektierten Reflexionsstrahlungen 34 verwendet. Sofern dies bei der Echtzeitberechnung möglich ist, können des Weiteren die von dem ersten Empfänger 24 detektierten Reflexionsstrahlen 23 berücksichtigt werden. Des Weiteren können auch die Kameras 17 und 18 mit der Auswerteeinrichtung 28 sowie der Steuereinheit 26 gekoppelt sein. Die Steuereinheit 26 kann das Auslösen der Kameras 17 und 18 steuern. Die Daten zu den von den Kameras 17 und 18 aufgenommenen Bildern werden an die Auswerteeinrichtung 28 übertragen, welche diese Daten ggf. auch bei der Echtzeitverarbeitung und dem Erzeugen der dreidimensionalen Punktwolke verwenden kann. Auf diese Weise berechnet die Auswerteeinrichtung 28 in Echtzeit eine grafische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums, durch die die mobile Vorrichtung 1 bewegt werden kann und/oder bewegt wurde. Diese grafische Darstellung wird von dem Bildschirm 19 ausgegeben. Sie wird fortwährend beim Erfassen des Objektraums aktualisiert. The first scanning device 25 and the second scanning device 36 are coupled to a control unit 26. The control unit 26 is in turn connected to a timer 27. The control unit 26 controls, on the one hand, the emission of the first emission unit 20 and of the second emission units 31. Furthermore, the control unit 26 controls the first scanning device 25 and the second scanning device 36. The control unit 26 thus controls the timing and alignment of the signal beams 21 and 32. In addition, the control unit 26 transmits data to an evaluation device 28. In particular, the time, the orientation and the intensity of each emitted signal pulse are transmitted to the evaluation device 28. In addition, the evaluation device 28 detects by means of a coupling with the sensor 8 how the height, ie the vertical relative position of the frame head 4 to the base element 3, was at the respective time stamps. Furthermore, the first individual scanner 13 and the multiple scanner 16 are connected to the evaluation device 28. The reflection radiations detected by the first 24 and second receivers 35 are transmitted as signals to the evaluation device 28. This sets these signals in relation to the data transmitted by the control unit 26 to the emitted signal pulses. In this way, the evaluation device 28 can calculate the direction and the distance of an object 22, 33 in the object space. In addition, further features of the surfaces of the objects 22 and 33 can be calculated if necessary. From the evaluation device 28, a three-dimensional point cloud is generated in real time, which reproduces the detected object space. For this purpose, at least the reflection radiations 34 detected by the second receiver 35 are used in the real-time calculation. If this is possible in the real-time calculation, furthermore, the reflection beams 23 detected by the first receiver 24 can be taken into account. Furthermore, the cameras 17 and 18 can also be coupled to the evaluation device 28 and to the control unit 26. The control unit 26 may control the triggering of the cameras 17 and 18. The data relating to the images taken by the cameras 17 and 18 are transmitted to the evaluation device 28, which may possibly also use this data in the real-time processing and the generation of the three-dimensional point cloud. In this way, the evaluation device 28 calculates in real time a graphic representation of those regions of the object space through which the mobile device 1 can be moved and / or moved. This graph is output from the screen 19. It is continually updated as the object space is acquired.
Der erste Empfänger 24 ist über die Auswerteeinrichtung 28 mit einer Datenschnittstelle 29 gekoppelt. Alle weiteren Einrichtungen der mobilen Vorrichtung 1 , durch welche Daten erfasst werden können, sind auch mit dieser Datenschnittstelle gekoppelt. Hierzu zählen der zweite Empfänger 35, die Steuereinheit 26 und der Sensor 8. Die an die Datenschnittstelle 29 übertragenen Daten werden auf einer Speichereinrichtung 30 gespeichert. Alternativ können die Daten auch über eine Drahlosverbindung an einen externen Datenspeicher übertragen werden. Die von der Speichereinrichtung 30 bzw. dem externen Datenspeicher gespeicherten Daten werden dann für eine Nachverarbeitung verwendet. Bei dieser Nachverarbeitung wird eine präzisere Punktwolke des erfassten Objektraums erzeugt. Der Rechenaufwand bei der Nachverarbeitung ist dabei so groß, dass er nicht in Echtzeit von der Auswerteeinrichtung 28 durch geführt werden kann. The first receiver 24 is coupled to a data interface 29 via the evaluation device 28. All other devices of the mobile device 1, by which data can be detected, are also coupled to this data interface. These include the second receiver 35, the control unit 26 and the sensor 8. The data transmitted to the data interface 29 are stored on a memory device 30. Alternatively, the data can also be transmitted via a wireless connection to an external data memory. The data stored by the memory device 30 and the external data memory are then used for post-processing. In this post-processing a more precise point cloud of the detected object space is generated. The computational effort in the post-processing is so great that it can not be performed in real time by the evaluation device 28 through.
Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der mobilen Vorrichtung 1 umfasst diese zusätzlich den zweiten 14 und dritten Einzelscanner 15, die oberhalb des ersten Einzelscanners 13 am Gestellkopf 4 montiert sind. Der zweite 14 und der dritte Einzelscanner 15 können dabei vom selben Typ sein, wie der erste Einzelscanner 13. Sie unterscheiden sich von dem ersten Einzelscanner 13 nur hinsichtlich ihrer Anordnung in der mobilen Vorrichtung 1 und ihrer Ausrichtung. Die Einzelscanner 14 und 15 können auf gleiche Weise von der Steuereinheit 26 gesteuert werden. Die von ihnen detektierten Reflektionsstrahlungen können auf gleiche Weise an die Auswerteeinrichtung 28, und weiter an die Datenschnittstelle 29, übertragen werden. In the embodiment of the mobile device 1 shown in FIGS. 1 and 2, this additionally comprises the second 14 and third individual scanners 15, which are mounted above the first individual scanner 13 on the frame head 4. The second 14 and the third single scanner 15 may be of the same type as the first single scanner 13. They differ from the first single scanner 13 only in terms of their arrangement in the mobile device 1 and their orientation. The individual scanners 14 and 15 can be controlled in the same way by the control unit 26. The reflected radiation detected by them can in the same way to the evaluation device 28, and further to the data interface 29, are transmitted.
Mit Bezug zu Fig. 4 wird die Position des zweiten Einzelscanners 14, d. h. des bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung A rechten, oberen Einzelscanners, erläutert. Dabei zeigt Fig. 4 eine Ansicht der mobilen Vorrichtung 1 von vorne, und zwar senkrecht zur Mittelebene B der mobilen Vorrichtung 1. Der seitliche Abstand 38 des zweiten Einzelscanners 14 von der Mittelebene B beträgt 142 mm. Die Höhe des zweiten Einzelscanners 14 in Bezug auf eine Horizontalebene C, auf der die Räder 9, 10 der mobilen Vorrichtung 1 stehen, liegt in einem Bereich zwischen etwa 1300 mm und etwa 1900 mm. Die Höhe des zweiten Einzelscanners 14 kann dabei mittels des Verstellmechanismus 5 verstellt werden. With reference to FIG. 4, the position of the second single scanner 14, i. H. of the forward direction of movement A right, upper single scanner explained. 4 shows a view of the mobile device 1 from the front, perpendicular to the center plane B of the mobile device 1. The lateral distance 38 of the second single scanner 14 from the center plane B is 142 mm. The height of the second individual scanner 14 with respect to a horizontal plane C on which the wheels 9, 10 of the mobile device 1 stand is in a range between about 1300 mm and about 1900 mm. The height of the second individual scanner 14 can be adjusted by means of the adjusting mechanism 5.
Die Anordnung und Ausrichtung des dritten Einzelscanners 15, d. h. des linken, oberen Einzelscanners, ist bezüglich der Mittelebene B spiegelsymmetrisch zu der Anordnung und Ausrichtung des zweiten Einzelscanners 14. The arrangement and orientation of the third single scanner 15, d. H. of the left, upper single scanner, is mirror-symmetrical with respect to the center plane B to the arrangement and orientation of the second single scanner 14th
In Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die mobile Vorrichtung 1 gezeigt. Ferner ist die von den zweiten Signalstrahlen 32 des zweiten Einzelscanners 14 definierte zweite Ebene 39 gezeigt. Sie schließt mit der Mittelebene B einen Winkel a von 35° ein. In Fig. 5 is a plan view of the mobile device 1 is shown. Furthermore, the second plane 39 defined by the second signal beams 32 of the second individual scanner 14 is shown. It encloses with the center plane B an angle a of 35 °.
In Fig. 6 ist eine Ansicht aus der Richtung X der Fig. 5 gezeigt. Aus dieser Ansicht der Fig. 6 ergibt sich der Anstellwinkel ß des zweiten Einzelscanners 14 zur Senkrechten. Dieser Anstellwinkel ß beträgt 18°. In Fig. 6 is a view from the direction X of Fig. 5 is shown. From this view of FIG. 6, the angle of attack β of the second individual scanner 14 results to the vertical. This angle ß is 18 °.
In Fig. 7 ist eine Ansicht aus der Richtung Y der Fig. 6 gezeigt, d. h. eine Ansicht entgegen einer Normalen der zweiten Ebene 39. Aus dieser Ansicht ergibt sich die Ausrichtung eines sogenannten zweiten toten Winkels s2 des von dem zweiten Einzelscanner 14 erfassten Bereichs der zweiten Ebene 39. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Einzelscanner 13 bis 15 erfassen nämlich nicht den vollen Winkelbereich von 360° einer Ebene, sondern nur einen Winkelbereich von 270°. Es ergibt sich somit in der gescannten zweiten Ebene 39 ein zweiter toter Winkel s2 von 90°. Bei der in Fig. 7 gezeigten Ansicht ist erkennbar, dass der Winkel g, der zwischen einem Schenkel 61 des zweiten toten Winkels s2 und der Vertikalen gebildet ist, 7,5° ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann dieser Winkel g in einem Bereich von 5° bis 10° liegen. Der Winkel g liegt dabei außerhalb des zweiten toten Winkels s2. Aufgrund der symmetrischen Anordnung des dritten Einzelscanners 15 zu dem zweiten Einzelscanner 14 ist der dritte tote Winkel des dritten Einzelscanners 15 entsprechend symmetrisch ausgerichtet. Dies bedeutet, dass sich die beiden Schenkel der toten Winkel des zweiten und dritten Einzelscanners 14, 15 bei der Mittelebene B oberhalb der mobilen Vorrichtung 1 schneiden. Dieser Schnittpunkt ist in Fig. 4 gezeigt. Er liegt beispielsweise bei der Höhe von 2308 mm. FIG. 7 shows a view from the direction Y of FIG. 6, ie a view against a normal of the second plane 39. From this view, the alignment of a so-called second blind spot s 2 of the area of the second individual scanner 14 is obtained second plane 39. The individual scanners 13 to 15 used in the present embodiment namely do not capture the full angular range of 360 ° of a plane, but only an angular range of 270 °. This results in the scanned second level 39, a second dead angle s2 of 90 °. In the view shown in Fig. 7 it can be seen that the angle g formed between a leg 61 of the second blind spot s2 and the vertical is 7.5 °. In other embodiments, this angle g may be in a range of 5 ° to 10 °. The angle g is outside the second dead angle s2. Due to the symmetrical arrangement of the third individual scanner 15 to the second individual scanner 14, the third dead angle of the third individual scanner 15 is aligned symmetrically accordingly. This means that the two legs of the blind spots of the second and third individual scanners 14, 15 intersect at the center plane B above the mobile device 1. This intersection is shown in FIG. 4. It lies for example at the height of 2308 mm.
In Fig. 8 ist die Ausrichtung des ersten toten Winkels sl bei einer Ansicht aus der Richtung Z (siehe Fig. 9) parallel zur ersten Rotationsachse des ersten Einzelscanners 13 für diesen ersten Einzelscanner 13 gezeigt. Der erste tote Winkel sl ist hier symmetrisch zur Mittelebene B ausgerichtet. Er erstreckt sich bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung A nach hinten, so dass der Bereich der ersten Ebene 40 des ersten Einzelscanners 13 in Vorwärtsbewegungsrichtung A vollständig erfasst wird. In FIG. 8, the orientation of the first blind spot sl in a view from the direction Z (see FIG. 9) is shown parallel to the first rotation axis of the first single scanner 13 for this first individual scanner 13. The first dead angle sl is here aligned symmetrically to the center plane B. It extends rearwardly with respect to the forward movement direction A, so that the area of the first plane 40 of the first single scanner 13 in the forward movement direction A is completely detected.
Mit Bezug zur Fig. 9 werden weitere Details zur Ausrichtung der verschiedenen Einrichtungen der mobilen Vorrichtung erläutert. Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht der mobilen Vorrichtung 1. Der vertikale Abstand 41 des ersten Einzelscanners 13 von der Horizontalebene C, d. h. die Höhe des ersten Einzelscanners 13, beträgt im hier gezeigten Ausführungsbeispiel 513 mm. Die von den ersten Signalstrahlen 21 des ersten Einzelscanners 13 definierte erste Ebene 40 ist bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung A nach vorne gegenüber der Vertikalen um den Winkel Q gekippt. Der Winkel Q liegt in einem Bereich von 10° bis 20°. Er ist insbesondere 15°. Die nach vorne gerichtete erste Kamera 17 ist optional vorgesehen. Es kann sich um eine Stereokamera handeln, die einen Öffnungswinkel d von 110° aufweist, wobei auch dieser Öffnungswinkel d gegenüber der Horizontalen leicht nach unten gekippt ist. With reference to Fig. 9, further details for aligning the various devices of the mobile device will be explained. Fig. 9 shows a side view of the mobile device 1. The vertical distance 41 of the first single scanner 13 from the horizontal plane C, d. H. the height of the first single scanner 13, in the embodiment shown here is 513 mm. The first plane 40 defined by the first signal beams 21 of the first single scanner 13 is tilted forward relative to the forward movement direction A by the angle Q relative to the vertical. The angle Q is in a range of 10 ° to 20 °. He is in particular 15 °. The forward facing first camera 17 is optionally provided. It may be a stereo camera having an opening angle d of 110 °, whereby this opening angle d is slightly tilted downwards relative to the horizontal.
Des Weiteren ist die Ausrichtung und die Geometrie der zweiten Signalstrahlen 32 des Mehrfachscanners 16 in Fig. 9 gezeigt: Die zweiten Signalstrahlen 32 erzeugen, wie oben erläutert, einen Emissionsfächer 42. Dieser Emissionsfächer 42 ist symmetrisch bezüglich einer Mittelachse 43. Die Mittelachse 43 steht senkrecht auf der zweiten Rotationsachse 44 des Mehrfachscanners 16. Die Mittelachse 43 ist gegenüber einer Horizontalebene D, welche durch den Mehrfachscanner 16, genauer durch den Ausgangspunkt des Emissionsfächers 42, verläuft, um den Winkel k nach unten geneigt. Damit ist auch die zweite Rotationsachse 44 um denselben Winkel k gegenüber einer Vertikalebene nach vorne in Richtung der Vorwärtsbewegungsrichtung A geneigt. Der Öffnungswinkel l des Emissionsfächers 42 beträgt etwa 30°, so dass von dem Emissionsfächer 42 in Vorwärtsbewegungsrichtung A ein kleinerer Bereich oberhalb der Horizontalebene D und ein größerer Bereich unterhalb der Horizontalebene D erfasst wird. Entgegen der Vorwärtsbewegungsrichtung A ist die Situation umgekehrt. Unterhalb der Horizontalebene D wird ein kleinerer Bereich erfasst, oberhalb der Horizontalebene D hingegen ein größerer Bereich. Further, the orientation and geometry of the second signal beams 32 of the multiple scanner 16 are shown in Figure 9: The second signal beams 32 produce an emission fan 42, as discussed above. This emission fan 42 is symmetrical about a central axis 43. The center axis 43 is perpendicular on the second rotation axis 44 of the multiple scanner 16. The center axis 43 is inclined downwards by the angle k with respect to a horizontal plane D which passes through the multiple scanner 16, more precisely through the origin of the emission fan 42. Thus, the second rotation axis 44 is inclined by the same angle k with respect to a vertical plane forward in the direction of the forward movement direction A. The opening angle ℓ of the emission fan 42 is approximately 30 °, so that a smaller area above the horizontal plane D and a larger area below the horizontal plane D are detected by the emission fan 42 in the forward movement direction A. Contrary to the forward movement direction A, the situation is reversed. Below the horizontal plane D, a smaller area is detected, above the horizontal plane D, however, a larger area.
Mit Bezug zu den Figuren 10 bis 12 wird die Kopplung des Gestellkopfs 4 an die Aufnahmeplatte 37 des Basiselements 3 erläutert. Der Gestellkopf 4 weist einen Querträger 45 auf, an dem der Mehrfachscanner 16, der zweite 14 und dritte Einzelscanner 15, sowie die Kameras 17 und 18 so befestigt sind, dass sie eine feste geometrische Anordnung zueinander besitzen. Auch bei einer Veränderung der vertikalen Lage des Gestellkopfs 4 bleibt diese geometrische Anordnung erhalten, so dass die mobile Vorrichtung 1 nach einer Höhenverstellung des Gestellkopfs 4 nicht mehr kalibriert werden muss. With reference to FIGS. 10 to 12, the coupling of the frame head 4 to the receiving plate 37 of the base element 3 will be explained. The frame head 4 has a cross member 45 on which the multiple scanner 16, the second 14 and third individual scanners 15, and the cameras 17 and 18 are mounted so that they have a fixed geometric arrangement to each other. Even with a change in the vertical position of the frame head 4, this geometric arrangement is maintained, so that the mobile device 1 after a height adjustment of the frame head 4 no longer needs to be calibrated.
Der Gestellkopf 4 weist Auflagepins 46 auf. Korrespondierend zu diesen Auflagepins 46 umfasst die Aufnahmeplatte 37 Führungen 47, insbesondere Kunststoffführungen. Beim Aufsetzen des Gestellkopfs 4 auf die Aufnahmeplatte 37 werden die Auflagepins 46 in die Führungen 47 eingeführt. Auf diese Weise wird erreicht, dass nach dem Aufsetzen des Gestellkopfs 4 eine ausreichend genaue Vorpositionierung des Gestellkopfs 4 relativ zu der Aufnahmeplatte 37 für die mechanische und elektrische Kopplung erreicht wird. Für die elektrische Kopplung des Gestellkopfs 4 mit der Aufnahmeplatte 37 ist auf der Aufnahmeplatte 37 und der Unterseite des Querträgers 45 des Gestellkopfs 4 eine Steckverbindung 48 vorgesehen. Die Vorpositonierung umfasst eine ausreichend präzise Flucht für die mechanische Kopplung zwischen zumindest einem Positionierpin im Gestellkopf 4 und zugeordneten Positionierbuchsen in der Aufnahmeplatte 37 für den nachfolgenden Kopplungsvorgang. Zusätzlich werden Platinen für die elektrische Kopplung in ausreichendem Maße vorpositioniert, damit eine sichere Verbindung zwischen Federkontaktstiften auf der Platine in Gestellkopf 4 und den zugeordneten Kontaktflächen auf der Platine der Aufnahmeplatte 37 ermöglicht wird. The frame head 4 has support pins 46. Corresponding to these support pins 46, the receiving plate 37 guides 47, in particular plastic guides. When placing the frame head 4 on the receiving plate 37, the support pins 46 are inserted into the guides 47. In this way it is achieved that after placement of the frame head 4, a sufficiently accurate pre-positioning of the frame head 4 is achieved relative to the receiving plate 37 for the mechanical and electrical coupling. For the electrical coupling of the frame head 4 with the receiving plate 37, a plug connection 48 is provided on the receiving plate 37 and the underside of the cross member 45 of the frame head 4. The pre-positioning comprises a sufficiently precise alignment for the mechanical coupling between at least one positioning pin in the frame head 4 and associated positioning jacks in the receiving plate 37 for the subsequent coupling operation. In addition, boards for the electrical coupling are sufficiently pre-positioned so that a secure connection between spring contact pins on the board in frame head 4 and the associated contact surfaces on the board of the receiving plate 37 is made possible.
In Fig. 1 1 ist der Zustand gezeigt, bei dem der Gestellkopf für die mechanische und elektrische Kopplung vorpositioniert ist. Der Gestellkopf 4 ist in diesem Fall auf die Aufnahmeplatte 37 aufgesetzt. Für die weitere Fixierung des Gestellkopfs 4 auf der Aufnahmeplatte 37 ist ein Griffhebel 49 bei der Aufnahmeplatte 37 vorgesehen. Der Griffhebel 49 ist um eine Querachse schwenkbar. Ausgehend von der in Fig. 11 gezeigten Anordnung wird der Griffhebel 49 für die mechanische und elektrische Kopplung des Gestellkopfs 4 an dem Basiselement 3 nach oben geschwenkt und rastet in der in Fig. 12 gezeigten Position ein. In diesem Zustand besteht eine sichere mechanische und elektrische Kopplung zwischen dem Gestellkopf 4 und der Aufnahmeplatte 37. Im gekoppelten Zustand sind die Positionierpins des Gestellkopfs 4 und die zugeordneten Positionierbuchsen in der Aufnahmeplatte 37 fest in den Freiheitsgraden Y und Z wiederholgenau zueinander ausgerichtet. Beim Schwenken des Griffhebels 49 von dem in Fig. 1 1 gezeigten Zustand in den in Fig. 12 gezeigten Zustand wird eine Spannhebelgeometrie betätigt, die dafür sorgt, dass die Positionierpins des Gestellkopfs 4 auch in axialer Richtung X fest positioniert sind. Gleichzeitig sorgt die Spannhebelgeometrie dafür, dass eine Vorspannung von Federkontaktstiften für die elektrische Verbindung bei der Steckverbindung 48 sicher hergestellt wird. In diesem Zustand hat der Gestellkopf 4 und die direkt oder indirekt an dem Querträger 45 befestigten Einrichtungen des Gestellkopfes 4 eine feste geometrische Anordnung zueinander. Wenn nun mittels des Verstellmechanismus 5 der vertikale Abstand des Gestellkopfs 4 von dem Basiselement 3 verändert wird, ist eine erneute Kalibrierung nicht erforderlich. In Fig. 1 1, the state is shown, in which the frame head for the mechanical and electrical coupling is prepositioned. The frame head 4 is placed in this case on the receiving plate 37. For further fixing of the frame head 4 on the receiving plate 37, a handle lever 49 is provided at the receiving plate 37. The handle lever 49 is pivotable about a transverse axis. Starting from the arrangement shown in Fig. 11, the handle lever 49 is pivoted for the mechanical and electrical coupling of the frame head 4 to the base member 3 upwards and engages in the position shown in Fig. 12. In this state, there is a secure mechanical and electrical coupling between the frame head 4 and the receiving plate 37. In the coupled state, the positioning pins of the frame head 4 and the associated positioning in the receiving plate 37 are firmly aligned in the degrees of freedom Y and Z repeatable to each other. When pivoting the handle lever 49 from the state shown in Fig. 1 1 in the state shown in Fig. 12, a clamping lever geometry is actuated, which ensures that the positioning pins of the frame head 4 are also firmly positioned in the axial direction X. At the same time the clamping lever geometry ensures that a bias of spring contact pins for the electrical connection at the connector 48 is made safe. In this state, the frame head 4 and the directly or indirectly attached to the cross member 45 devices of the frame head 4 has a fixed geometric arrangement to each other. Now, if the vertical distance of the frame head 4 is changed by the base member 3 by means of the adjustment mechanism 5, a recalibration is not required.
Mit Bezug zu den Figuren 13 und 14 wird die Anordnung der Griffe 12 an dem Basiselement 3 im Detail erläutert. With reference to FIGS. 13 and 14, the arrangement of the handles 12 on the base member 3 will be explained in detail.
Fig. 13 zeigt einen ersten Zustand der Griffe 12, bei dem sie eingeschwenkt sind. In diesem Zustand ist die Breite des Mittelteils des Basiselements 3 geringer. Die Griffe 12 können in diesen Zustand gebracht werden, um eine Engstelle auf mittlerer Höhe zu passieren. Außerdem ist dieser Zustand vorteilhaft, wenn die mobile Vorrichtung 1 auseinandergebaut und transportiert werden soll. Gleichzeitig können die beispielsweise entsprechend gepolsterten Griffe 12 in dieser eingeklappten Position die Oberfläche des Bildschirms 19 vor Beschädigungen schützen. Fig. 13 shows a first state of the handles 12, in which they are pivoted. In this state, the width of the central part of the base member 3 is smaller. The handles 12 can be brought into this condition to pass a constriction at mid-height. In addition, this state is advantageous when the mobile device 1 is to be disassembled and transported. At the same time, for example, the correspondingly padded handles 12 in this folded position, the surface of the screen 19 protect from damage.
Damit die Griffe 12 in den eingeschwenkten Zustand gebracht werden können, sind sie über eine Schwenkachse 50 mit dem Basiselement 3 verbunden. Bei der Schwenkachse 50 ist ein Arretierelement 51 schwenkbar angeordnet. Die Schwenkachse 50 befindet sich dabei auf der einen Seite des Arretierelements 51. Auf der anderen Seite des Arretierelements 51 ist ein Griffelement 52 starr mit dem Arretierelement 51 verbunden. Das Griffelement 52 erstreckt sich zunächst senkrecht von dem Ende des Arretierelements 51 weg, verläuft dann in einer Biegung, um sich danach wieder über einen bestimmten Abschnitt gerade zu erstrecken. Die Biegung des Griffelements 52 in Verbindung mit der Ausrichtung der Schwenkachse 50 ist so ausgebildet, dass im eingeschwenkten Zustand, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, das Griffelement 52 zum Basiselement 3 hin geschwenkt werden kann, ohne dass das Basiselement 3 oder Einrichtungen, die an dem Basiselement 3 befestigt sind, das Einschwenken des Griffs 12 behindern. Thus, the handles 12 can be brought into the pivoted state, they are connected via a pivot axis 50 with the base member 3. In the pivot axis 50, a locking element 51 is pivotally mounted. The pivot axis 50 is located on one side of the locking member 51. On the other side of the locking member 51, a handle member 52 is rigidly connected to the locking member 51. The grip element 52 initially extends perpendicularly away from the end of the locking element 51, then runs in a bend, to then extend straight back over a particular section. The bending of the gripping element 52 in conjunction with the orientation of the pivot axis 50 is designed such that in the pivoted state, as shown in FIG. 13, the gripping element 52 can be pivoted towards the base element 3, without the base element 3 or devices, which are attached to the base member 3, hinder the pivoting of the handle 12.
Um die Griffe 12 in die in Fig. 14 gezeigte Betriebsposition zu bringen, wird das Arretierelement 51 gemeinsam mit dem Griffelement 52 um die Schwenkachse 50 in Richtung einer Anschlagfläche des Basiselements 3 geschwenkt. Dabei bewegen sich die Griffelemente 52 nach außen bis zu dem in Fig. 14 gezeigten Zustand. In diesem Zustand liegt das Arretierelement 51 an der Anschlagfläche des Basiselements 3 an. Das Basiselement 3 und das Arretierelement 51 weisen einen Verriegelungsmechanismus 53 auf, über den das Arretierelement 51 sicher und fest mit dem Basiselement 3 verbunden werden kann. Im arretierten Zustand kann der Griff 12 nicht in die in Fig. 13 gezeigte Betriebsposition geschwenkt werden. In dem in Fig. 14 gezeigten Zustand kann ein Bediener somit die mobile Vorrichtung 1 mittels der Griffe 12 bewegen, insbesondere über die Rollen 9 und 10 auf einem Untergrund rollen. In order to bring the handles 12 into the operating position shown in Fig. 14, the locking member 51 is pivoted together with the handle member 52 about the pivot axis 50 in the direction of a stop surface of the base member 3. In this case, the grip elements 52 move outwardly to the state shown in Fig. 14. In this state, the locking element 51 bears against the abutment surface of the base element 3. The base element 3 and the locking element 51 have a locking mechanism 53, via which the locking element 51 can be securely and firmly connected to the base element 3. In the locked state, the handle 12 can not be pivoted to the operating position shown in Fig. 13. In the state shown in FIG. 14, an operator can thus move the mobile device 1 by means of the handles 12, in particular roll over the rollers 9 and 10 on a substrate.
Mit Bezug zu den Figuren 15 bis 18 in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 wird die Montage der Außenräder 9 an dem Basiselement 3 in Verbindung mit einer Ständervorrichtung 54 erläutert: With reference to Figures 15 to 18 in conjunction with Figures 1 and 2, the assembly of the outer wheels 9 is explained on the base member 3 in conjunction with a stand device 54:
Die Außenräder 9 sind jeweils über eine Steckachse 56 jeweils an einem Längsträger 57 des Basiselements 3 befestigt. Die Längsträger 57 weisen jeweils Öffnungen 58 auf, in welche die Steckachsen 56 eingeführt werden können. Mittels Schnellspanneinrichtungen 55 können die Steckachsen 56 jeweils in den Öffnungen 58 eingeklemmt werden, so dass die Außenräder 9 fest an den Längsträgern 57 gehalten werden. Es ist dabei möglich, die Außenräder 9 mit der jeweiligen Steckachse 56 von außen oder von innen in die jeweilige Öffnung 58 einzustecken. Auf diese Weise kann der Abstand der Außenräder 9 in Querrichtung verändert werden. Wenn die Außenräder 9 innen an den Längsträgern 57 befestigt sind, ist dabei die gesamte Quererstreckung der mobilen Vorrichtung 1 geringer, so dass Engstellen passiert werden können. The outer wheels 9 are each attached via a plug-in axis 56 to a longitudinal member 57 of the base member 3. The longitudinal members 57 each have openings 58 into which the stub axles 56 can be inserted. By means of quick-clamping devices 55, the stub axles 56 can each be clamped in the openings 58, so that the outer wheels 9 are held firmly on the longitudinal members 57. It is possible to insert the outer wheels 9 with the respective thru-axle 56 from the outside or from the inside into the respective opening 58. In this way, the distance of the outer wheels 9 can be changed in the transverse direction. When the outer wheels 9 are fastened to the inner side of the longitudinal members 57, the entire transverse extent of the mobile device 1 is less, so that bottlenecks can be passed.
Mit Bezug zu den Figuren 15 bis 18 wird nun erläutert, wie ein Außenrad 9 an dem Längsträger 57 befestigt wird. An dem Basiselement 3 ist eine Ständervorrichtung 54 angeordnet. Wie in Fig. 15 gezeigt, kann diese Ständervorrichtung 54 nach unten geschwenkt werden. Die Ständervorrichtung 54 weist dabei eine solche Länge auf, dass sie größer als der Radius des Außenrades 9 ist. Wenn die mobile Vorrichtung 1 somit auf einer Horizontalebene C steht, und die Ständervorrichtung 54 nach unten geschwenkt wird, trifft diese mit dem unteren Ende 59 auf die Horizontalebene C auf, d. h. auf den Untergrund, auf dem die mobile Vorrichtung 1 steht. Wird die Ständervorrichtung 54 weiter geschwenkt, indem beispielsweise die mobile Vorrichtung 1 weiter vorwärtsbewegt wird, während das untere Ende 59 der Ständervorrichtung 54 den Untergrund berührt, wird die mobile Vorrichtung 1 angehoben, so dass die Außenräder 9 den Untergrund nicht mehr berühren. Auf diese Weise wird die mobile Vorrichtung 1 aufgebockt. With reference to Figures 15 to 18 will now be explained how an outer wheel 9 is fixed to the side member 57. On the base element 3, a stand device 54 is arranged. As shown in Fig. 15, this stand device 54 can be pivoted downwards. The stator device 54 has a length such that it is greater than the radius of the outer wheel 9. Thus, when the mobile device 1 stands on a horizontal plane C and the stand device 54 is pivoted downwards, it meets with the lower end 59 on the horizontal plane C, ie on the ground on which the mobile device 1 stands. If the stand device 54 is further pivoted, for example by the mobile device 1 is moved further forward, while the lower end 59 of the stand device 54 touches the ground, the mobile device 1 is raised, so that the outer wheels 9 no longer touch the ground. In this way, the mobile device 1 is jacked up.
Bei der Ständervorrichtung 54 ist des Weiteren ein Koppelmechanismus 60 angeordnet, welcher die Ständervorrichtung 54 mit der Schnellspanneinrichtung 55 zum Arretieren des Außenrades 9 koppelt. Dieser Koppelmechanismus 60 bewirkt, dass beim Herausschwenken der Ständervorrichtung 54 gleichzeitig ein Hebel 61 der Schnellspanneinrichtung 55 geschwenkt wird, so dass die Schnellspanneinrichtung 55 öffnet, und die Steckachse 56 des Außenrades 9 freigibt. Das Außenrad 9 kann nun demontiert werden, oder, wenn es nicht an den Längsträger 57 befestigt war, kann es in diesem Zustand montiert werden, wie es in Fig. 15 gezeigt ist. In the stator device 54, a coupling mechanism 60 is further arranged, which couples the stator device 54 with the quick-clamping device 55 for locking the outer wheel 9. This coupling mechanism 60 causes pivoting of the stand device 54 at the same time a lever 61 of the quick-clamping device 55 is pivoted so that the quick-release device 55 opens, and the thru axle 56 of the outer wheel 9 releases. The outer wheel 9 can now be disassembled, or if it was not attached to the side rail 57, it can be mounted in this state, as shown in Fig. 15.
Die Steckachse 56 wird nun in die Öffnung 58 des Längsträgers 57 eingeführt, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Nun wird die Ständervorrichtung 54 wieder auf den Längsträger 57 zugeschwenkt. Auf diese Weise wird die mobile Vorrichtung 1 abgesenkt, so dass sie wieder auf dem Außenrad 9 zum Stehen kommt. Wie es in den Figuren 16 bis 18 gezeigt ist, wird durch den Koppelmechanismus 60 das Schwenken der Ständervorrichtung 54 auf die Schnellspanneinrichtung 55 übertragen, so dass diese beim Schwenken der Ständervorrichtung 54 automatisch geschlossen wird. In dem in Fig. 18 gezeigten Zustand ist die Ständervorrichtung 54 vollständig eingeklappt. In diesem Zustand ist auch die Schnellspanneinrichtung 55 geschlossen. Sie arretiert in diesem Zustand das Außenrad 9 fest an dem Längsträger 57. The thru-axle 56 is now inserted into the opening 58 of the longitudinal member 57, as shown in Fig. 16. Now the stand device 54 is pivoted back onto the longitudinal member 57. In this way, the mobile device 1 is lowered so that it comes to rest again on the outer wheel 9. As shown in FIGS. 16 to 18, the coupling mechanism 60 transmits the pivoting of the stand device 54 to the quick-action clamping device 55 so that it is automatically closed when the stand device 54 is pivoted. In the state shown in Fig. 18, the stand device 54 is completely folded. In this state, the quick-release device 55 is closed. It locks in this state, the outer wheel 9 fixed to the side member 57th
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert: An embodiment of the method according to the invention is explained below:
Die mobile Vorrichtung 1 wird zunächst zusammengebaut und in den in Fig. 1 gezeigten Zustand gebracht, bei dem die Außenräder 9 außen an dem Längsträger 57 angeordnet sind. Die mobile Vorrichtung 1 wird dann in den Objektraum gebracht, welcher erfasst werden soll. Es handelt sich dabei insbesondere um das Innere eines Gebäudes. Die drei Einzelscanner 13 bis 15, der Mehrfachscanner 16 und die Kameras 17 und 18 werden gemeinsam mit den weiteren elektronischen Einrichtungen der mobilen Vorrichtung 1 in Betrieb genommen. The mobile device 1 is first assembled and brought into the state shown in Fig. 1, in which the outer wheels 9 are arranged on the outside of the longitudinal member 57. The mobile device 1 is then placed in the object space which is to be detected. It is in particular the interior of a building. The three individual scanners 13 to 15, the multiple scanner 16 and the cameras 17 and 18 are put into operation together with the other electronic devices of the mobile device 1.
Gesteuert von der Steuereinheit 26 emittieren die Emissionseinrichtungen der Einzelscanner, d. h. die erste Emissionseinrichtung 20 des ersten Einzelscanners sowie die entsprechenden Emissionseinheiten des zweiten und dritten Einzelscanners 14, 15 Signalstrahlen, welche Signalpulse umfassen. Gleichzeitig drehen die Abtasteinrichtungen die Emissionsrichtungen der Signalstrahlen um die jeweilige Rotationsachse des Einzelscanners 13, 14, 15. Auf diese Weise werden die Ebenen erfasst, wie es mit Bezug zu den Figuren 4 bis 9 erläutert wurde. Die Empfänger der Einzelscanner 13, 14, 15 detektieren Reflektionsstrahlungen, die durch Reflektion der Signalpulse der Signalstrahlen erzeugt wurden. Die von den Empfängern detektierten Signale werden gemeinsam mit den Steuersignalen der Steuereinheit 26 an die Auswerteeinrichtung 28 übertragen. Controlled by the control unit 26 emit the emission of the individual scanner, d. H. the first emission device 20 of the first individual scanner and the corresponding emission units of the second and third individual scanner 14, 15 signal beams which comprise signal pulses. At the same time, the scanning devices rotate the emission directions of the signal beams about the respective axis of rotation of the individual scanner 13, 14, 15. In this way, the planes are detected, as explained with reference to FIGS. 4 to 9. The receivers of the individual scanners 13, 14, 15 detect reflection radiations, which were generated by reflection of the signal pulses of the signal beams. The signals detected by the receivers are transmitted to the evaluation device 28 together with the control signals of the control unit 26.
Des Weiteren emittiert der Mehrfachscanner 16 gesteuert von der Steuereinheit 26 eine Vielzahl von zweiten Signalstrahlen 32 in einen Emissionsfächer 42, wie es mit Bezug zu den Figuren 3 und 9 erläutert wurde. Dabei werden die zweiten Emissionseinheiten 31 mittels der zweiten Abtasteinrichtung 36 um die zweite Rotationsachse 44 gedreht. Die von dem zweiten Empfänger 35 detektierten zweiten Reflektionsstrahlungen 34 werden gemeinsam mit den Steuersignalen der Steuereinheit 26 an die Auswerteeinrichtung 28 übertragen. Further, the multiple scanner 16, under the control of the control unit 26, emits a plurality of second signal beams 32 into an emission fan 42, as explained with reference to FIGS. 3 and 9. In this case, the second emission units 31 are rotated about the second rotation axis 44 by means of the second scanning device 36. The second reflection radiation 34 detected by the second receiver 35 is transmitted to the evaluation device 28 together with the control signals of the control unit 26.
Währenddessen wird die mobile Vorrichtung 1 z. B. von einem Bediener über einen Untergrund gerollt. Von der Auswerteeinrichtung 28 werden nun fortwährend zumindest aus dem von dem zweiten Empfänger 35 detektierten Reflektionsstrahlungen 34 in Echtzeit grafische Darstellungen erzeugt und auf dem Bildschirm 19 angezeigt. Diese grafischen Darstellungen zeigen insbesondere an, durch welche Bereiche des Objektraums die mobile Vorrichtung 1 bewegt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann angezeigt werden, durch welche Bereiche des Objektraums die mobile Vorrichtung 1 bereits bewegt wurde. Der Bediener kann auf diese Weise sehr anschaulich feststellen, ob der Objektraum bereits vollständig erfasst wurde. Beispielsweise kann die grafische Darstellung in einer Farbe Bereiche enthalten, durch welche die mobile Vorrichtung 1 zu bewegen ist, und in einer anderen Farbe die Bereiche enthalten, durch welche die mobile Vorrichtung 1 bereits bewegt wurde. Dabei wird insbesondere eine Untergrundfläche eingefärbt, auf welcher die mobile Vorrichtung 1 gefahren werden kann. Des Weiteren steuert die Steuereinheit 26 die Kameras 17 und 18 so an, dass Einzelbilder aufgenommen werden, die zu einem Panoramabild zusammengesetzt werden können. Auch diese Bilder kann die Auswerteeinrichtung 28 ergänzend verwenden, um die grafische Darstellung zu erzeugen, welche auf dem Bildschirm 19 angezeigt wird. Sofern eine Echtzeitverarbeitung noch möglich ist, können außerdem die Signale von den Empfängern der drei Einzelscanner 13 bis 15 auch für die Erzeugung der grafischen Darstellung ergänzend berücksichtigt werden. Meanwhile, the mobile device 1 z. B. rolled by an operator on a ground. From the evaluation device 28, graphical representations are now generated in real time, at least from the reflection radiation 34 detected by the second receiver 35, and displayed on the screen 19. These graphical representations indicate, in particular, through which regions of the object space the mobile device 1 can be moved. Alternatively or additionally, it can be displayed through which regions of the object space the mobile device 1 has already been moved. In this way, the operator can very clearly determine whether the object space has already been completely captured. For example, the graphic representation in one color may include areas through which the mobile device 1 is to be moved and in another color include the areas through which the mobile device 1 has already been moved. In particular, a background surface is colored on which the mobile device 1 can be driven. Furthermore, the control unit 26 controls the cameras 17 and 18 so that individual images are taken, which can be combined to form a panoramic image. These images can also be used by the evaluation device 28 in order to generate the graphical representation which is displayed on the screen 19. If real-time processing is still possible, the signals from the receivers of the three individual scanners 13 to 15 can additionally be taken into account for generating the graphical representation.
Auf diese Weise fährt ein Bediener die mobile Vorrichtung 1 auf einem Untergrund durch den zu erfassenden Objektraum. Alle erfassten Signale und Daten werden dabei auch über die Datenschnittstelle 29 an die Speichereinrichtung 30 oder drahtlos an einen externen Datenspeicher übertragen. Diese Daten werden dann bei der Nachverarbeitung verwendet, um eine sehr präzise dreidimensionale Punktwolke von dem erfassten Objektraum zu erzeugen. In this way, an operator drives the mobile device 1 on a ground through the object space to be detected. All detected signals and data are also transmitted via the data interface 29 to the memory device 30 or wirelessly to an external data memory. These data are then used in the post-processing to produce a very precise three-dimensional point cloud from the detected object space.
Wenn die mobile Vorrichtung 1 eine Engstelle, z. B. eine enge Tür, passieren muss, können ohne Unterbrechung der Scanvorgänge die Außenräder 9 in eine innere Position ummontiert werden, wie es oben erläutert wurde. Ferner kann die mobile Vorrichtung 1 , falls erforderlich, auch gekippt oder geschwenkt werden, ohne die Scanvorgänge zu unterbrechen. Auch Höhenunterschiede, beispielsweise beim Hinauffahren von Rampen, können ohne Unterbrechung der Scanvorgänge überwunden werden. When the mobile device 1 has a bottleneck, e.g. B. a narrow door, must pass without interrupting the scanning operations, the outer wheels 9 are converted to an inner position, as explained above. Further, if necessary, the mobile device 1 may also be tilted or swung without interrupting the scans. Even height differences, for example, when ramping up ramps, can be overcome without interrupting the scans.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Mobile Vorrichtung Mobile device
Gestell  frame
Basiselement  base element
Gestellkopf  frame head
Verstellmechanismus  adjustment
Verstellsäulen  Verstellsäulen
Säulenführung  pillar guide
Sensor  sensor
Außenräder  outer wheels
Mittelräder  means wheels
Energiespeicher  energy storage
Griffe  handles
erster Einzelscanner first single scanner
zweite Einzelscanner second single scanner
dritter Einzelscanner third single scanner
Mehrfachscanner Multiple Scanner
erste Kamera first camera
weitere Kameras more cameras
Bildschirm screen
erste Emissionseinheit first emission unit
erster Signalstrahl first signal beam
Objekt object
erste Reflexionsstrahlung first reflection radiation
erster Empfänger first recipient
erste Abtasteinrichtung first scanning device
Steuereinheit control unit
Zeitgeber timer
Auswerteeinrichtung  evaluation
Datenschnittstelle Data Interface
Speichereinrichtung memory device
zweite Emissionseinheiten second emission units
zweite Signalstrahlen 33 Objekt second signal beams 33 object
34 zweite Reflexionsstrahlung 34 second reflection radiation
35 zweiter Empfänger 35 second receiver
36 zweite Abtasteinrichtung 36 second scanning device
37 Aufnahmeplatte 37 receiving plate
38 seitlicher Abstand  38 lateral distance
39 zweite Ebene  39 second level
40 erste Ebene  40 first level
41 vertikaler Abstand  41 vertical distance
42 Emissionsfächer  42 emission subjects
43 Mittelchachse  43 Middle-Axis
44 zweite Rotationsachse 44 second axis of rotation
45 Querträger 45 cross member
46 Auflagepins  46 support pins
47 Führungen  47 tours
48 Steckverbindung  48 plug connection
49 Griffhebel  49 handle lever
50 Schwenkachse  50 pivot axis
51 Arretierelement  51 locking element
52 Griffelement  52 handle element
53 Verriegelungsmechanismus 53 locking mechanism
54 Ständervorrichtung 54 stand device
55 Schnellspanneinrichtungen 55 quick release devices
56 Steckachse 56 thru axle
57 Längsträger  57 side members
58 Öffnungen  58 openings
59 unteres Ende  59 lower end
60 Koppelmechanismus 60 coupling mechanism
61 erster Schenkel 61 first leg
A VorwärtsbewegungsrichtungA forward direction of movement
B Mittelebene B midplane
C Horizontalebene  C horizontal plane
D Horizontalebene  D horizontal plane

Claims

Patentansprüche claims
1. Mobile Vorrichtung (1 ) zum Erfassen eines Objektraums mit 1. Mobile device (1) for detecting an object space with
einem Gestell (2),  a frame (2),
zumindest einem an dem Gestell (2) montierten Einzelscanner (13) umfassend: eine erste Emissionseinheit (20) zum Erzeugen eines ersten Signalstrahls (21 ) in einer ersten Emissionsrichtung,  at least one individual scanner (13) mounted on the frame (2) comprising: a first emission unit (20) for generating a first signal beam (21) in a first emission direction,
einen ersten Empfänger (24) zum Detektieren einer ersten  a first receiver (24) for detecting a first one
Reflexionsstrahlung (23), die durch Reflexion des ersten Signalstrahls (21 ) an zumindest einem Objekt (22) des Objektraums erzeugt wird, und  Reflection radiation (23), which is generated by reflection of the first signal beam (21) on at least one object (22) of the object space, and
eine erste Abtasteinrichtung (25) zum Verändern der ersten Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls (21 ),  a first scanning device (25) for changing the first emission direction of the first signal beam (21),
einem oberhalb von dem Einzelscanner (13) an dem Gestell (2) montierten Mehrfachscanner (16) umfassend:  a multiple scanner (16) mounted above the single scanner (13) on the frame (2), comprising:
eine Vielzahl von zweiten, in einem Bauteil integrierten Emissionseinheiten a plurality of second, integrated in a component emission units
(31 ) zum Erzeugen einer Vielzahl von zweiten Signalstrahlen (32) in zweiten Emissionsrichtungen, (31) for generating a plurality of second signal beams (32) in second emission directions,
einen zweiten Empfänger (35) zum Detektieren von zweiten Reflexionsstrahlungen (34), die durch Reflexionen der zweiten Signalstrahlen a second receiver (35) for detecting second reflected radiation (34) caused by reflections of the second signal beams
(32) an einem oder mehreren Objekten (33) des Objektraums erzeugt werden, und (32) are generated on one or more objects (33) of the object space, and
eine zweite Abtasteinrichtung (36) zum Verändern der zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen (32),  a second scanning device (36) for changing the second emission directions of the second signal beams (32),
einer Auswerteeinrichtung (28), die zumindest mit dem zweiten Empfänger (35) datentechnisch gekoppelt ist und die ausgebildet ist, zumindest aus den von dem zweiten Empfänger (35) detektierten zweiten Reflexionsstrahlungen (34) in Echtzeit eine graphische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums zu erzeugen und auszugeben, durch die die mobile Vorrichtung (1 ) bewegt werden kann und/oder bewegt wurde, und  an evaluation device (28), which is at least coupled to the second receiver (35) data technically and which is designed to generate at least from the second receiver (35) detected second reflection radiation (34) in real time a graphical representation of those areas of the object space and output, by which the mobile device (1) can be moved and / or moved, and
einer Datenschnittstelle (29), die zumindest mit dem ersten Empfänger (24) datentechnisch gekoppelt ist und die ausgebildet ist, Daten, die zumindest aus der von dem ersten Empfänger detektierten ersten Reflexionsstrahlung (23) erzeugt wurden, an eine Speichereinrichtung (30) zur Nachverarbeitung auszugeben.  a data interface (29), which is data-technologically coupled at least to the first receiver (24) and which is designed to transmit data, which was generated at least from the first reflection radiation (23) detected by the first receiver, to a memory device (30) for post-processing issue.
2. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass 2. Mobile device (1) according to claim 1, characterized in that
das Gestell (2) Aufsetzpunkte definiert, auf welchen das Gestell (2) auf einer Horizontalebene (C) frei stehen kann, und der Einzelscanner (13) an dem Gestell (2) in einem vertikalen Abstand von der von den Aufsetzpunkten definierten Ebene montiert ist, der kleiner als 60 cm ist.  the frame (2) defines abutment points on which the frame (2) can stand free on a horizontal plane (C), and the single scanner (13) is mounted on the frame (2) at a vertical distance from the plane defined by the abutment points which is less than 60 cm.
3. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Mobile device (1) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Präzision des Erfassens von Objekten (33) des Objektraums durch den Mehrfachscanner (16) geringer als die Präzision des Erfassens der Objekte (33) des Objektraums durch den Einzelscanner (13).  the precision of capturing objects (33) of the object space by the multiple scanner (16) less than the precision of capturing the objects (33) of the object space by the single scanner (13).
4. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweiten Emissionsrichtungen fächerförmig ausgerichtet sind, so dass ein Emissionsfächer (42) mit einer Mittelachse (43) gebildet ist.  the second emission directions are aligned fan-shaped so that an emission fan (42) is formed with a central axis (43).
5. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, 5. Mobile device (1) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Mehrfachscanner (16) so an dem Gestell (2) montiert ist, dass die von dem Emissionsfächer (42) gebildete Ebene vertikal ausgerichtet ist.  the multiple scanner (16) is mounted on the frame (2) such that the plane formed by the emission fan (42) is vertically aligned.
6. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, 6. Mobile device (1) according to claim 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das der Öffnungswinkel des Emissionsfächers (42) in einem Bereich von 25° bis 35° liegt.  the opening angle of the emission fan (42) is in a range of 25 ° to 35 °.
7. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweiten Emissionseinheiten (31 ) des Mehrfachscanners (16) von einem Laser oder von mehreren Lasern gebildet sind.  the second emission units (31) of the multiple scanner (16) are formed by one or more lasers.
8. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, 8. Mobile device (1) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
mittels der zweiten Emissionseinheiten (31 ) nacheinander Laserpulse in die zweiten Emissionsrichtungen emittierbar sind, so dass sich nur bei einer Betrachtung eines bestimmten Zeitintervalls die fächerförmige Emission der zweiten Signalstrahlen (32) in den zweiten Emissionsrichtungen ergibt. by means of the second emission units (31) one after the other laser pulses in the second emission directions can be emitted, so that only in a consideration of a certain time interval results in the fan-shaped emission of the second signal beams (32) in the second emission directions.
9. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, 9. Mobile device (1) according to claim 7 or 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweiten Emissionseinheiten (31 ) des Mehrfachscanners (16) von mehreren Lasern gebildet sind, die nacheinander Pulse in verschiedene Emissionsrichtungen emittieren.  the second emission units (31) of the multiple scanner (16) are formed by a plurality of lasers which sequentially emit pulses in different emission directions.
10. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweite Abtasteinrichtung (36) ausgebildet ist, die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen (32) um eine zweite Rotationsachse (44) zu drehen, und der Mehrfachscanner (16) so an dem Gestell (2) montiert ist, dass die zweite Rotationsachse (44) um einen ersten Winkel (K) gegenüber der Vertikalen geneigt ist, wobei der erste Winkel in einem Bereich von 5° bis 12° liegt.  the second scanning device (36) is designed to rotate the second emission directions of the second signal beams (32) about a second rotation axis (44), and the multiple scanner (16) is mounted on the frame (2) such that the second rotation axis (44 ) is inclined by a first angle (K) from the vertical, the first angle being in a range of 5 ° to 12 °.
1 1. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 1 1. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die erste Abtasteinrichtung (25) ausgebildet ist, die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls (21 ) um eine erste Rotationsachse zu drehen, die senkrecht auf der erste Emissionsrichtung steht, so dass eine erste Ebene (40) abgetastet wird, wobei die erste Ebene (40) mit der Vertikalen einen zweiten Winkel (Q) einschließt, der in einem Bereich von 10° bis 20° liegt.  the first scanning device (25) is arranged to rotate the first emission direction of the first signal beam (21) about a first axis of rotation which is perpendicular to the first emission direction, so that a first plane (40) is scanned, the first plane (40 ) includes a second angle (Q) with the vertical, which is in a range of 10 ° to 20 °.
12. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die mobile Vorrichtung (1 ) zumindest einen zweiten Einzelscanner (14) aufweist, umfassend eine dritte Emissionseinheit zum Erzeugen eines dritten Signalstrahls in einer dritten Emissionsrichtung, einen dritten Empfänger zum Detektieren einer dritten  the mobile device (1) has at least one second individual scanner (14), comprising a third emission unit for generating a third signal beam in a third emission direction, a third receiver for detecting a third one
Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des dritten Signalstrahls an einem Objekt (22, 33) des Objektraums erzeugt wird, und eine dritte Abtasteinrichtung zum Verändern der dritten Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls.  Reflection radiation, which is generated by reflection of the third signal beam at an object (22, 33) of the object space, and a third scanning device for changing the third emission direction of the third signal beam.
13. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 12, 13. Mobile device (1) according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Abtasteinrichtung ausgebildet ist, die dritte Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls um eine dritte Rotationsachse zu drehen, die senkrecht auf der dritten Emissionsrichtung steht, so dass eine zweite Ebene (39) abgetastet wird. characterized in that the third sampling device is configured to rotate the third emission direction of the third signal beam about a third rotation axis, which is perpendicular to the third emission direction, so that a second plane (39) is scanned.
14. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die mobile Vorrichtung (1 ) zumindest einen dritten Einzelscanner (15) aufweist, umfassend eine vierte Emissionseinheit zum Erzeugen eines vierten Signalstrahls in einer vierten Emissionsrichtung, einen vierten Empfänger zum Detektieren einer vierten Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des vierten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird, und eine vierte Abtasteinrichtung zum Verändern der vierten Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls.  the mobile device (1) has at least one third individual scanner (15), comprising a fourth emission unit for generating a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver for detecting a fourth reflection radiation, which generates by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space and fourth scanning means for changing the fourth emission direction of the fourth signal beam.
15. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 14, 15. Mobile device (1) according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die vierte Abtasteinrichtung ausgebildet ist, die vierte Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls um eine vierte Rotationsachse zu drehen, die senkrecht auf der vierten Emissionsrichtung steht, so dass eine dritte Ebene abgetastet wird.  the fourth sampling means is arranged to rotate the fourth emission direction of the fourth signal beam about a fourth axis of rotation which is perpendicular to the fourth emission direction, so that a third plane is scanned.
16. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 15, 16. Mobile device (1) according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die erste, zweite und dritte Ebene des ersten, zweiten und dritten Einzelscanners (13, 14, 15) im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind, wobei sie einen spitzen Winkel mit der Vertikalen einschließen.  the first, second and third planes of the first, second and third individual scanners (13, 14, 15) are substantially vertically aligned, enclosing an acute angle with the vertical.
17. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 14 bis 16 soweit diese auf Anspruch 12 oder 13 bezogen sind, 17. Mobile device (1) according to any one of claims 14 to 16 as far as they are based on claim 12 or 13,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der zweite Einzelscanner (14) und der dritte Einzelscanner (15) bezüglich einer Mittelebene (B) der mobilen Vorrichtung (1 ) symmetrisch angeordnet und ausgerichtet sind.  the second single scanner (14) and the third single scanner (15) are symmetrically arranged and aligned with respect to a median plane (B) of the mobile device (1).
18. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 17, 18. Mobile device (1) according to claim 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite (39) und die dritte Ebene in einem Winkelbereich abgetastet werden, der kleiner als 360° ist, so dass sich bei der zweiten Ebene (39) ein zweiter toter Winkel (s2) und bei der dritten Ebene ein dritter toter Winkel ergibt, und characterized in that the second (39) and the third plane are scanned in an angular range which is smaller than 360 °, so that a second dead angle (s2) results for the second plane (39) and a third blind spot for the third plane, and
bei einer Ansicht entgegen einer Normalen der zweiten Ebene (39) ein erster Schenkel (61 ) des zweiten toten Winkels (s2) einen dritten Winkel (g) mit der Vertikalen einschließt, der in einem Bereich von 5° bis 10° liegt und der außerhalb des zweiten toten Winkels (s2) ist.  in a view against a normal of the second plane (39), a first leg (61) of the second blind spot (s2) includes a third angle (g) with the vertical being in a range of 5 ° to 10 ° and the outside of the second dead angle (s2).
19. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , 19. Mobile device (1) according to one of claims 1 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die mobile Vorrichtung (1 )  the mobile device (1)
zumindest einen zweiten Einzelscanner (14), umfassend eine dritte  at least one second individual scanner (14), comprising a third one
Emissionseinheit zum Erzeugen eines dritten Signalstrahls in einer dritten  Emission unit for generating a third signal beam in a third
Emissionsrichtung, einen dritten Empfänger zum Detektieren einer dritten  Emission direction, a third receiver for detecting a third
Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des dritten Signalstrahls an einem Objekt (22, 33) des Objektraums erzeugt wird, und  Reflection radiation, which is generated by reflection of the third signal beam to an object (22, 33) of the object space, and
zumindest einen dritten Einzelscanner (15) aufweist, umfassend eine vierte Emissionseinheit zum Erzeugen eines vierten Signalstrahls in einer vierten  at least one third individual scanner (15), comprising a fourth emission unit for generating a fourth signal beam in a fourth
Emissionsrichtung, einen vierten Empfänger zum Detektieren einer vierten  Emission direction, a fourth receiver for detecting a fourth
Reflexionsstrahlung, die durch Reflexion des vierten Signalstrahls an einem Objekt des Objektraums erzeugt wird,  Reflection radiation generated by reflection of the fourth signal beam on an object of the object space,
wobei der zweite Einzelscanner (14) und der dritte Einzelscanner (15) bezüglich einer Mittelebene (B) der mobilen Vorrichtung (1 ) symmetrisch angeordnet und ausgerichtet sind.  wherein the second single scanner (14) and the third single scanner (15) are symmetrically arranged and aligned with respect to a median plane (B) of the mobile device (1).
20. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 20. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Gestell (2) ein Basiselement (3) und einen Gestellkopf (4) umfasst, wobei die Höhe des Gestellkopfs (4) durch einen Verstellmechanismus (5) veränderbar ist.  the frame (2) comprises a base element (3) and a frame head (4), wherein the height of the frame head (4) by an adjusting mechanism (5) is variable.
21. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 20, 21. Mobile device (1) according to claim 20,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Verstellmechanismus (5) einen Sensor umfasst, welcher ausgebildet ist, den vertikalen Abstand des Gestellkopfs (4) vom Basiselement (3) zu erfassen.  the adjusting mechanism (5) comprises a sensor which is designed to detect the vertical distance of the frame head (4) from the base element (3).
22. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass 22. Mobile device (1) according to claim 20 or 21, characterized in that
an dem Basiselement (3) des Gestells (2) mehrere Räder (9, 10) montiert sind, mittels welchen die mobile Vorrichtung (1 ) über einen Untergrund gerollt werden kann, so dass das Gestell (2) fahrbar ausgebildet ist.  on the base element (3) of the frame (2) a plurality of wheels (9, 10) are mounted, by means of which the mobile device (1) can be rolled over a substrate, so that the frame (2) is designed to be mobile.
23. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , 23. Mobile device (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Gestell (2) und/oder die Räder (9, 10) eine Vorwärtsbewegungsrichtung (A) zum Erfassen des Objektraums definieren.  the frame (2) and / or the wheels (9, 10) define a forward movement direction (A) for detecting the object space.
24. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 23, 24. Mobile device (1) according to claim 23,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweite Rotationsachse (44) des Mehrfachscanners (16) in  the second axis of rotation (44) of the multiple scanner (16) in
Vorwärtsbewegungsrichtung (A) nach vorne gekippt ausgerichtet ist.  Forward movement direction (A) is tilted forward tilted.
25. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 23 oder 24, 25. Mobile device (1) according to claim 23 or 24,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die erste Ebene in Vorwärtsbewegungsrichtung (A) nach vorne gekippt ausgerichtet ist, so dass die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls (21 ) des ersten  the first plane is tilted forwardly tilted in the forward movement direction (A), so that the first emission direction of the first signal beam (21) of the first
Einzelscanners (13) zumindest zeitweise in Vorwärtsbewegungsrichtung (A) nach schräg oben ausgerichtet ist.  Single scanner (13) at least temporarily in the forward direction of movement (A) is aligned obliquely above.
26. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, 26. Mobile device (1) according to one of claims 23 to 25,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweite und/oder dritte Ebene bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung (A) nach hinten ausgerichtet ist, so dass die dritte und/oder vierte Emissionsrichtung des dritten und/oder vierten Signalstrahls des zweiten und/oder dritten Einzelscanners (14, 15) zumindest zeitweise in Vorwärtsbewegungsrichtung (A) nach schräg unten ausgerichtet ist beziehungsweise sind.  the second and / or third plane is aligned rearwardly with respect to the forward movement direction (A), so that the third and / or fourth emission direction of the third and / or fourth signal beam of the second and / or third individual scanner (14, 15) at least temporarily in the forward movement direction (A) is oriented obliquely downwards or are.
27. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 26, 27. Mobile device (1) according to claim 26,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweite und die dritte Ebene bezüglich einer Vertikalebene in  the second and the third plane with respect to a vertical plane in
Vorwärtsbewegungsrichtung (A) zur Seite geschwenkt ausgerichtet ist.  Forward movement direction (A) is pivoted to the side.
28. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass 28. Mobile device (1) according to one of claims 20 to 27, characterized in that
der Gestellkopf (4) einen Querträger (45) umfasst und dieser Querträger (45) in einer Horizontalebene eine feste geometrische Anordnung relativ zu dem Basiselement (3) besitzt.  the frame head (4) comprises a cross member (45) and this cross member (45) in a horizontal plane has a fixed geometric arrangement relative to the base member (3).
29. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 22 bis 28, 29. Mobile device (1) according to one of claims 22 to 28,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zumindest ein Rad (9) an dem Gestell (2) mittels einer Schnellspanneinrichtung (55) montiert sind, mittels welcher das Rad (9) arretierbar ist.  at least one wheel (9) are mounted on the frame (2) by means of a quick-release device (55) by means of which the wheel (9) can be locked.
30. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 22 bis 29, 30. Mobile device (1) according to one of claims 22 to 29,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zumindest zwei Räder (9) an dem Gestell (2) mittels einer Schnellspanneinrichtung (55) montiert und in Querrichtung zur Vorwärtsbewegungsrichtung (A) beabstandet voneinander angeordnet sind.  at least two wheels (9) are mounted on the frame (2) by means of a quick-clamping device (55) and are arranged at a distance from one another in the transverse direction to the forward movement direction (A).
31. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 30, 31. Mobile device (1) according to claim 30,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Abstand der zwei Räder (9) in Querrichtung veränderbar ist.  the distance between the two wheels (9) is changeable in the transverse direction.
32. Mobile Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 22 bis 31 , 32. Mobile device (1) according to one of claims 22 to 31,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
an dem Gestell (2) zumindest eine Ständervorrichtung (54) montiert ist, mittels welcher das Gestell (2) so anhebbar ist, dass zumindest ein Rad (9) den Untergrund nicht mehr berührt, und so absenkbar ist, dass das Gestell (2) auf den Rädern (9, 10) frei verfahrbar ist.  at least one stand device (54) is mounted on the frame (2), by means of which the frame (2) can be raised such that at least one wheel (9) no longer touches the ground, and can be lowered such that the frame (2) on the wheels (9, 10) is freely movable.
33. Mobile Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 32, 33. Mobile device (1) according to claim 32,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Ständervorrichtung (54) so mit zumindest der Schnellspanneinrichtung (55) eines Rades (9) gekoppelt ist, dass beim Betätigen der Ständervorrichtung (54) zum Absenken des Gestells (2) automatisch die Schnellspanneinrichtung (55) geschlossen wird und hierdurch das zugehörige Rad (9) arretiert wird.  the stand device (54) is coupled to at least the quick-action clamping device (55) of a wheel (9) so that the quick-action clamping device (55) is automatically closed when the stand device (54) is lowered to lower the frame (2) and thereby the associated wheel ( 9) is locked.
34. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis19, 34. Mobile device according to one of claims 1 or 3 to 19,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (2) ein Basiselement (3) und einen abnehmbaren Gestellkopf (4) umfasst. characterized in that the frame (2) comprises a base element (3) and a removable frame head (4).
35. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 34, 35. Mobile device according to claim 34,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Basiselement (3) und dem abnehmbaren Gestellkopf (4) besteht.  a secure electrical connection between the base member (3) and the removable frame head (4).
36. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 oder 35, 36. Mobile device according to one of claims 34 or 35,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Basiselement (3) in Form eines Rucksack-Tragegestells ausgebildet ist.  the base element (3) is designed in the form of a backpack carrying frame.
37. Mobile Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 37. Mobile device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die mobile Vorrichtung eine Steuervorrichtung für eine autonome Fortbewegung der mobilen Vorrichtung umfasst.  the mobile device comprises a control device for autonomous movement of the mobile device.
38. Verfahren zum Erfassen eines Objektraums mittels einer mobilen Vorrichtung (1 ), die ein Gestell (2) zum Bewegen der Vorrichtung (1 ) in dem Objektraum aufweist, bei dem 38. A method for detecting an object space by means of a mobile device (1), which has a frame (2) for moving the device (1) in the object space, in which
zumindest ein an dem Gestell (2) montierter Einzelscanner (13) einen ersten Signalstrahl (21 ) in einer ersten Emissionsrichtung emittiert, ein erster Empfänger (24) eine erste Reflexionsstrahlung (23) detektiert, die durch Reflexion des ersten Signalstrahls (21 ) an zumindest einem Objekt (22) des Objektraums erzeugt wird, und die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls (21 ) mittels einer ersten Abtasteinrichtung (25) zum Erfassen des Objektraums verändert wird, ein oberhalb von dem Einzelscanner (13) an dem Gestell (2) montierter Mehrfachscanner (16) eine Vielzahl von zweiten Signalstrahlen (32) in zweiten Emissionsrichtungen emittiert, ein zweiter Empfänger (35) zweite  at least one on the frame (2) mounted single scanner (13) emits a first signal beam (21) in a first emission direction, a first receiver (24) detects a first reflection radiation (23) by reflection of the first signal beam (21) at least an object (22) of the object space is generated, and the first emission direction of the first signal beam (21) is changed by means of a first scanning device (25) for detecting the object space, a multiple scanner mounted above the individual scanner (13) on the frame (2) (16) emits a plurality of second signal beams (32) in second emission directions, a second receiver (35) second
Reflexionsstrahlungen (34) detektiert, die durch Reflexion der zweiten  Reflection radiation (34) detected by reflection of the second
Signalstrahlen (32) an einem oder mehreren Objekten (33) des Objektraums erzeugt werden, und die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen (32) mittels einer zweiten Abtasteinrichtung (36) zum Erfassen des Objektraums verändert werden,  Signal beams (32) are generated at one or more objects (33) of the object space, and the second emission directions of the second signal beams (32) are changed by means of a second scanning device (36) for detecting the object space,
zumindest aus den von dem zweiten Empfänger (35) detektierten zweite Reflexionsstrahlungen (34) in Echtzeit eine graphische Darstellung derjenigen Bereiche des Objektraums zu erzeugt und ausgegeben wird, durch die die mobile Vorrichtung (1 ) bewegt werden kann und/oder bewegt wurde, und at least from the second reflection radiation (34) detected by the second receiver (35) in real time, a graphical representation of those Areas of the object space is generated and output, by which the mobile device (1) can be moved and / or moved, and
Daten, die zumindest aus der von dem ersten Empfänger (13) detektierten ersten Reflexionsstrahlung (23) erzeugt werden, an eine Speichereinrichtung (30) zur Nachverarbeitung ausgegeben werden.  Data generated at least from the first reflection radiation (23) detected by the first receiver (13) is output to a memory device (30) for post-processing.
39. Verfahren nach Anspruch 38, 39. The method according to claim 38,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zum Abtasten des Objektraums die erste Emissionsrichtung des ersten Signalstrahls um eine erste Rotationsachse gedreht wird, die senkrecht auf der ersten Emissionsrichtung steht, so dass eine Ebene aufeinanderfolgend abgetastet wird.  for scanning the object space, the first emission direction of the first signal beam is rotated about a first axis of rotation which is perpendicular to the first emission direction, so that a plane is scanned in succession.
40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, 40. The method according to claim 38 or 39,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweiten Emissionsrichtungen der zweiten Signalstrahlen um eine Achse gedreht werden.  the second emission directions of the second signal beams are rotated about an axis.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 40, 41. The method according to any one of claims 38 to 40,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zweiten Signalstrahlen fächerförmig abgestrahlt werden.  the second signal beams are radiated fan-shaped.
42. Verfahren nach Anspruch 41 , 42. The method according to claim 41,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Emission der zweiten Emissionsrichtungen nacheinander emittiert werden, so dass innerhalb eines Zeitintervalls Signalstrahlen, welche Signalpulse umfassen, fächerförmig in eine Ebene abgestrahlt werden.  the emission of the second emission directions are emitted successively, so that within a time interval signal beams, which comprise signal pulses, are radiated fan-shaped into a plane.
43. Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, 43. The method according to claim 41 or 42,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Emissionsfächer um eine zweite Rotationsachse (44) gedreht werden.  the emission compartments are rotated about a second axis of rotation (44).
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 43, 44. The method according to any one of claims 38 to 43,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zumindest ein zweiter Einzelscanner (14) einen dritten Signalstrahl in einer dritten Emissionsrichtung emittiert, ein dritter Empfänger eine dritte Reflexionsstrahlung detektiert, die durch Reflexion des dritten Signalstrahls an einem Objekt (22, 33) des Objektraums erzeugt wird, und die dritte Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls mittels einer dritten Abtasteinrichtung zum Erfassen des Objektraums verändert wird. at least a second individual scanner (14) emits a third signal beam in a third emission direction, a third receiver detects a third reflection radiation which is generated by reflection of the third signal beam on an object (22, 33) of the Object space is generated, and the third emission direction of the third signal beam is changed by means of a third scanning device for detecting the object space.
45. Verfahren nach Anspruch 44, 45. The method according to claim 44,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die dritte Emissionsrichtung des dritten Signalstrahls um eine dritte Rotationsachse gedreht wird, die senkrecht auf der dritten Emissionsrichtung steht, so dass eine zweite Ebene (39) abgetastet wird.  the third emission direction of the third signal beam is rotated about a third axis of rotation which is perpendicular to the third emission direction, so that a second plane (39) is scanned.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 45, 46. The method according to any one of claims 38 to 45,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
zumindest ein dritten Einzelscanner (15) einen vierten Signalstrahl in einer vierten Emissionsrichtung emittiert, ein vierter Empfänger eine vierte Reflexionsstrahlung detektiert, die durch Reflexion des vierten Signalstrahls an einem Objekt (22, 33) des Objektraums erzeugt wird, und die vierte Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls zum Erfassen des Objektraums verändert wird.  at least a third individual scanner (15) emits a fourth signal beam in a fourth emission direction, a fourth receiver detects a fourth reflection radiation generated by reflection of the fourth signal beam on an object (22, 33) of the object space, and the fourth emission direction of the fourth signal beam to capture the object space is changed.
47. Verfahren nach Anspruch 46, 47. The method according to claim 46,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die vierte Emissionsrichtung des vierten Signalstrahls um eine vierte Rotationsachse gedreht, die senkrecht auf der vierten Emissionsrichtung steht, so dass eine dritte Ebene abgetastet wird.  the fourth emission direction of the fourth signal beam is rotated about a fourth axis of rotation which is perpendicular to the fourth emission direction, so that a third plane is scanned.
48. Verfahren nach Anspruch 46 oder 47 soweit diese auf Anspruch 44 oder 45 bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass 48. The method of claim 46 or 47 as far as they are based on claim 44 or 45, characterized in that
der zweite Einzelscanner (14) und der dritte Einzelscanner (15) bezüglich einer Mittelebene (B) der mobilen Vorrichtung (1 ) symmetrisch angeordnet und ausgerichtet sind.  the second single scanner (14) and the third single scanner (15) are symmetrically arranged and aligned with respect to a median plane (B) of the mobile device (1).
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