WO2008034742A2 - Verfahren und system zur bestimmung der position und ausrichtung eines unbemannten fahrzeugs sowie entsprechendes fahrzeug - Google Patents

Verfahren und system zur bestimmung der position und ausrichtung eines unbemannten fahrzeugs sowie entsprechendes fahrzeug Download PDF

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WO2008034742A2
WO2008034742A2 PCT/EP2007/059536 EP2007059536W WO2008034742A2 WO 2008034742 A2 WO2008034742 A2 WO 2008034742A2 EP 2007059536 W EP2007059536 W EP 2007059536W WO 2008034742 A2 WO2008034742 A2 WO 2008034742A2
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sensor arrangement
vehicle
marking
elements
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Karsten Rupprecht
Mohammed Ali Ahmadian
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Gottwald Port Technology Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0259—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means
    • G05D1/0261—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means using magnetic plots

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the position and orientation of an unmanned vehicle, are arranged in the first passive, in particular magnetic, marking elements at predetermined locations of a surface, which are detected by the vehicle while driving by means of a first sensor arrangement such that the relative Position of the first sensor arrangement to the first marking elements and thus of the vehicle can be determined.
  • the invention further relates to a corresponding system and a suitably designed vehicle.
  • this method initially requires the constant monitoring and logging of the revolutions of the wheels, steering wheel positions, etc. of the vehicle.
  • the marking elements must be arranged as a uniform grid in the surface. This is not always possible or only with great effort. Also, the case is problematic in that, for whatever reason, an interruption in the constant monitoring of the vehicle functions or the grid occurs. The position of the vehicle can then no longer be reliably determined.
  • a method for steering an unmanned vehicle over a surface is known, are embedded in the magnetic marking elements at predetermined locations in the surface, by means of the vehicle Sensors are detected.
  • the sensors are arranged transversely to the vehicle longitudinal direction, so that the vertical components of the magnetic fields of the marking elements are measured while driving and the relative positions of the sensors and thus of the vehicle are determined on the basis of the measured intensities.
  • the respective marking element can be determined per se. Its absolute position can then be looked up in a corresponding reference table. Thus, even after a short-term failure of the monitoring of the marking elements, the position of the vehicle can be determined again.
  • the object of the invention is to provide a method and a system for determining the position and orientation of an unmanned vehicle and a corresponding vehicle, which allows a reliable determination of the current position of the vehicle without much effort and the system and the vehicle are simple in this case.
  • the basic idea of the invention is to supplement the known relative position determination by means of the first, in particular magnetic, marking elements with an absolute position determination via the second passive marking elements in such a way that the absolute position of the vehicle can be determined via the absolute position of the first marking elements determined in this way.
  • first and second marking elements are provided at the same locations.
  • the marking elements are arranged side by side or one above the other, so that the absolute position determination via the second marking element essentially also results in the absolute position of the first marking element.
  • the first and second marker elements may be formed as a common device (see below).
  • the first sensor arrangement comprises a plurality of individual sensors, which are aligned transversely to the vehicle longitudinal direction.
  • the vertical components of the magnetic fields of the first marking elements can be measured while driving and the relative position of the sensor arrangement to the marking elements can be determined on the basis of the measured intensities.
  • the known technique for relative position determination using the measured magnetic field intensities can be used and these are evaluated by the information from the transponders in absolute positions.
  • the second sensor arrangement also comprises a plurality of individual sensors, which are aligned transversely to the vehicle longitudinal direction.
  • information can then be read out from the second marking elements while the vehicle is in motion, and by means of which the absolute position of the second marking elements can be determined.
  • the position and orientation of the vehicle can be derived from the known position of the sensor arrangements in the vehicle.
  • the second marking elements are coded as information with their coordinates. This allows a simple and fast evaluation.
  • the transponders only provide an identifier, by means of which the situation can be looked up in a concordance table. This can either take place in each individual vehicle or centrally with appropriate data transmission.
  • the second sensor arrangement is arranged parallel to the first sensor arrangement.
  • the sensor arrangement for the transponders is designed as a rod antenna which "surrounds" the individual sensors of the sensor arrangement for the magnetic marking elements.
  • the update or sensor signal rate is so high that at normal speeds in the range of 10 m / s, a resolution of the position below 10 cm, especially below 1 cm and preferably below 5 mm is achieved.
  • first marking elements are arranged in such a way that two or more marking elements can be detected simultaneously by the first sensor arrangement. Then, the orientation of the vehicle can be easily determined by comparing the relative positions of the sensor assembly to the marking elements. The same applies to the second marking elements.
  • the system according to the invention and the vehicle per se are configured in a corresponding manner, ie, in addition to the features already described, also comprise an evaluation unit which is suitable for evaluating the signals of the first sensor arrangement for determining the relative position of the first sensor arrangement to the first marking elements and Evaluate information in the second marker elements together with the relative position of the first marker elements to the absolute position and orientation of the vehicle. It does this, if necessary, taking into account the different signal propagation times of the sensor arrangements and measurement times.
  • Fig. 1 shows schematically an exemplary arrangement of marking elements on a surface
  • Fig. 2 shows schematically a sensor arrangement in the detection of two pairs of marking elements
  • Fig. 3 shows schematically an evaluation unit connected to the sensor arrangement.
  • a designated as a whole by 1 surface is shown in the approximately circular in cross-section magnetic marking elements 2 are embedded. Directly below and concentric with these marking elements 2 are transponders 3 admitted.
  • the arrangement of the marking elements 2 and transponder 3 is freely selectable and takes place in the form of an irregular grid regardless of the distances or orientation of the marking element 2 and transponder pairs 3 with each other.
  • the magnetic marking elements 2 also radiate with their magnetic field in the vertical direction, so that the corresponding component or its intensity can be detected by suitable sensors for determining the relative position of the sensors with respect to the marking elements.
  • the transponders 3 contain their coordinates as being retrievable when they are detected, so that they can be detected by suitable sensors for determining their absolute position.
  • the absolute position and orientation of the vehicle can be determined while driving.
  • the sensor arrangement 4 for the detection of the magnetic marking elements 2 and the sensor arrangement 5 for the detection of the transponder 3 are shown in FIG. 2 as a common rod-shaped antenna 6.
  • the sensor arrangement 4 for detecting the magnetic marking elements 2 consists of a plurality of juxtaposed individual sensors 7, which are arranged transversely to the vehicle longitudinal direction, wherein they are aligned approximately centrally to the vehicle, so that the same number of individual sensors 7 left and right of the center line 8 of the sensor assembly 4 is provided are.
  • the sensor arrangement 5 for detecting the transponder 3 runs parallel to the sensor arrangement 4 and surrounds it as a loop 9 such that both arrangements have the same center line 8.
  • FIG. 2 shows the case in which two magnetic marking elements 2A, B and two transponders 3A, B are detected simultaneously.
  • the relative position of the magnetic marking element relative to the center line 8 of the sensor arrangement 3 can first be determined.
  • the marking element 2B thus has a distance dXL to the left and the marking element 2A has a distance dXR to the right from the center line at the time of the direct passing over of the marking elements 2A, B; 3A, B of the sensor assemblies 4 and 5 and of the vehicle, respectively.
  • the vehicle or the sensor arrangement 3, 4 the respective marking elements 2A, B; 3A, B simultaneously, i. at the same time and over the same distance.
  • z. B time-offset measurement times and possibly different signal propagation times, which allow a correspondingly accurate determination of the position and orientation of the vehicle only when driving over the second marking elements or transponder.
  • the sensor assembly 5 takes the respective transponders from the coordinates of the detected marking elements 2A, B, since these coincide with the coordinates of the transponder 3A, B due to the arrangement at the same location.
  • an evaluation unit 10 determines the absolute position and orientation of the sensor arrangements 4, 5 or of the vehicle.
  • the evaluation unit 10 is connected to the sensor arrangements 4, 5 and receives their sensor data or signals in order to carry out the absolute position determination taking into account the possibly different measurement times and signal propagation times of the two sensor arrangements.
  • the evaluation unit 10 comprises a microcontroller 1 1, which tracks the timings of the sensor signals with a high update rate by a timer 12 and corresponding A / D and D / A converters 13, and processes them into a relative and absolute position.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines unbemannten Fahrzeugs, bei dem erste passive, insbesondere magnetische, Markierungselemente (2) an vorbestimmten Stellen einer Oberfläche (1) angeordnet werden, die von dem Fahrzeug während der Fahrt mittels einer Sensoranordnung (4) derart detektiert werden, dass die relative Position der ersten Sensoranordnung (4) zu den ersten Markierungselementen (2) und somit des Fahrzeugs bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass weitere passive Markierungselemente (3) an vorbestimmten Stellen in der Oberfläche (1) vorgesehen werden, die von dem Fahrzeug während der Fahrt mittels einer zweiten Sensoranordnung (5) derart detektiert werden, dass die absolute Position der zweiten Markierungselemente (3) bestimmbar ist, so dass aus der absoluten Position der zweiten Markierungselemente (3) zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente (2) auf die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs geschlossen werden kann, entsprechendes System und geeignetes Fahrzeug.

Description

Verfahren und System zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines unbemannten Fahrzeugs sowie entsprechendes Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines unbemannten Fahrzeugs, bei dem erste passive, insbesondere magnetische, Markierungselemente an vorbestimmten Stellen einer Oberfläche angeordnet werden, die von dem Fahrzeug während der Fahrt mittels einer ersten Sensoranordnung derart detektiert werden, dass die relative Position der ersten Sensoranordnung zu den ersten Markierungselementen und somit des Fahrzeugs bestimmbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.
Allgemein bekannt ist die Anordnung von magnetischen Markierungselementen in Form eines gleichmäßigen Rasters auf oder unterhalb einer Oberfläche, so dass die Position und Ausrichtung eines fahrerlosen oder unbemannten Fahrzeugs bestimmt werden kann, in dem ständig die überfahrenen Markierungselemente des Rasters überwacht werden. Somit kann ausgehend von der ursprünglichen Position und Ausrichtung zusammen mit weiteren Informationen über Umdrehungen der Räder, Lenkradstellungen usw. die jeweils momentane Position und Ausrichtung des Fahrzeugs bestimmt werden.
Allerdings setzt dieses Verfahren zunächst die ständige Überwachung und Protokollierung der Umdrehungen der Räder, Lenkradstellungen usw. des Fahrzeugs voraus. Ferner müssen die Markierungselemente als gleichmäßiges Raster in der Oberfläche angeordnet werden. Dies ist nicht immer oder nur mit großen Aufwand möglich. Auch ist der Fall problematisch, in dem, aus welchem Grund auch immer, eine Unterbrechung in der ständigen Überwachung der Fahrzeugfunktionen oder des Rasters auftritt. Die Position des Fahrzeugs ist dann nicht mehr sicher ermittelbar.
Aus der DE 698 15 863 T2 ist ein entsprechendes Verfahren und System zum Navigieren von zwei oder mehr Fahrzeugen bekannt. Bei dem beschriebenen System sind passive Markerelemente in oder auf der Oberfläche vorgesehen, die eine relative Position zur Oberfläche markieren. Diese sind in regelmäßigen Abständen linear auf oder in der Oberfläche angeordnet (vgl. Abs. [0012]).
Aus der WO 03/033330 A1 ist ein Verfahren zum Lenken eines unbemannten Fahrzeugs über eine Oberfläche bekannt, bei dem magnetische Markierungselemente an vorbestimmten Stellen in der Oberfläche eingelassen sind, die von dem Fahrzeug mittels Sensoren erkannt werden. Die Sensoren sind dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, so dass die vertikalen Komponenten der Magnetfelder der Markierungselemente während der Fahrt gemessen werden und anhand der gemessenen Intensitäten die relative Position des Sensoren und somit des Fahrzeugs bestimmt wird. Um nicht nur eine relative Ausrichtung des Fahrzeugs zu den magnetischen Markierungselementen, sondern auch dessen absolute Position zu bestimmen, ist es dabei ebenfalls aus der Schrift bekannt, die Markierungselemente so anzuordnen, dass jedes Markierungselement zu den jeweils anderen Markierungselementen eine zueinander einzigartige Beziehung bezüglich der Abstände aufweist. Somit kann anhand der Einbeziehung der Messung der benachbarten Markierungselemente das jeweilige Markierungselement an sich bestimmt werden. Seine absolute Position kann dann in einer entsprechenden Referenztabelle nachgeschlagen werden. Somit kann auch nach einem kurzfristigen Ausfall der Überwachung der Markierungselemente die Position des Fahrzeugs erneut bestimmt werden.
Allerdings weist dieses Verfahren einige Nachteile auf. So ist der Aufwand für die Platzierung der magnetischen Markierungselemente erheblich, da diese eine einzigartige Beziehung bezüglich der Abstände zueinander aufweisen müssen. Auch ist der rechnerische Aufwand zur Ermittlung des jeweiligen Markierungselementes über dessen Beziehung zu den benachbarten Markierungselementen nicht unerheblich. Zudem müssen die Fahrzeuge eine relativ große Strecke in einem bis dahin unbekannten Umfeld zurücklegen, bevor die absolute Position ermittelbar ist, da benachbarte Markierungselemente zwingend erforderlich sind, um die Position des Fahrzeugs zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines unbemannten Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Fahrzeug bereitzustellen, die eine sichere Ermittlung der momentanen Position des Fahrzeugs ohne großen Aufwand ermöglicht und das System sowie das Fahrzeug dabei einfach aufgebaut sind.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren, das im Anspruch 15 angegebene System sowie das im Anspruch 29 angegebene Fahrzeug gelöst.
Dadurch, dass weitere passive Markierungselemente an vorbestimmten frei wählbaren Stellen in der Oberfläche vorgesehen werden, die von dem Fahrzeug während der Fahrt mittels einer zweiten Sensoranordnung derart detektiert werden, dass die absolute Position der zweiten Markierungselemente bestimmbar ist, so dass aus der absoluten Position der zweiten Markierungselemente zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente auf die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs während der Fahrt geschlossen werden kann, ist jederzeit eine direkte Positions- und Ausrichtungsbestimmung möglich. Zudem ist das Verfahren besonders einfach durchzuführen, da keine Besonderheiten bei der Anordnung der Markierungselemente berücksichtigt werden müssen. Diese können als regelmäßiges Raster (grid) angeordnet werden. Insbesondere ist aber ein großer Vorteil der Erfindung, dass die Markierungselemente nun unregelmäßig, also frei wählbar nach den Gegebenheiten angeordnet werden können. Mit anderen Worten Gebäude etc. stören nicht.
Als unbemannte Fahrzeuge kommen insbesondere mobile Krane, Roboter und sogenannte AGVs (automatically guided vehicles) zum Lasttransport in Frage. Insbesondere dienen die vorgenanten Fahrzeuge zum Containertransport.
Grundgedanke der Erfindung ist die bekannte relative Positionsbestimmung mittels der ersten, insbesondere magnetischen Markierungselemente mit einer absoluten Positionsbestimmung über die zweiten passiven Markierungselemente so zu ergänzen, dass die absolute Position des Fahrzeugs über die so bestimmte absolute Position der ersten Markierungselemente bestimmbar ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die ersten und zweiten Markierungselemente an gleichen Stellen vorgesehen werden. Mit anderen Worten, die Markierungselemente sind nebeneinander oder übereinander angeordnet, so dass die absolute Positionsbestimmung über das zweite Markierungselement im Wesentlichen auch die absolute Position des ersten Markierungselements ergibt. Auch können die ersten und zweiten Markierungselemente als eine gemeinsame Vorrichtung ausgebildet sein (vgl. unten).
Sinnvoll ist es, wenn als erste Markierungselemente magnetische Markierungselemente verwendet werden und wenn als zweite Markierungselemente Transponder verwendet werden. Es ist auch möglich, den eisenhaltigen Kern, insbesondere Ferrit-Kern, bestimmter Transponder Arten als magnetische Markierungselemente zu verwenden. Dies erspart Kosten und Aufwand bei der Installation. In einer Ausführungsform umfasst die erste Sensoranordnung eine Mehrzahl einzelner Sensoren, die dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet werden.
Dann können die vertikalen Komponenten der Magnetfelder der ersten Markierungselemente während der Fahrt gemessen werden und anhand der gemessenen Intensitäten die relative Position der Sensoranordnung zu den Markierungselementen bestimmt werden. Somit kann die bekannte Technik zur relativen Positionsbestimmung mittels der gemessenen Magnetfeldintensitäten verwendet werden und diese durch die Informationen aus den Transpondern in absolute Positionen ausgewertet werden.
Daher ist es bevorzugt, wenn die zweite Sensoranordnung ebenfalls eine Mehrzahl einzelner Sensoren umfasst, die dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet werden.
In einer weiteren Ausführungsform können dann nämlich aus den zweiten Markierungselementen Informationen während der Fahrt ausgelesen werden und anhand derer die absolute Position der zweiten Markierungselemente bestimmt werden. Somit lässt sich die Position und Ausrichtung des Fahrzeugs aus der bekannten Lage der Sensoranordnungen im Fahrzeug herleiten.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die zweiten Markierungselemente als Information mit ihren Koordinaten codiert sind. Dies erlaubt eine einfache und schnelle Auswertung. Es ist jedoch auch möglich, dass die Transponder lediglich eine Kennung abgeben, mittels derer in einer Konkordanztabelle deren Lage nachgeschlagen werden kann. Dies kann entweder in jedem einzelnen Fahrzeug stattfinden oder zentral mit entsprechender Datenübertragung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Sensoranordnung parallel zur ersten Sensoranordnung angeordnet wird. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Sensoranordnung für die Transponder als Stabantenne ausgebildet ist, die die einzelnen Sensoren der Sensoranordnung für die magnetischen Markierungselemente "umgibt".
Um eine besonders hohe Genauigkeit des Verfahrens zu erreichen, werden unterschiedliche Signallaufzeiten von den Sensoranordnungen sowie Messzeitpunkte bei der Auswertung berücksichtigt. Auch ist die Aktualisierungs- bzw. Sensorsignalrate so hoch, dass bei üblichen Geschwindigkeiten im Bereich um 10 m/s eine Auflösung der Position unterhalb von 10 cm, insbesondere unterhalb 1 cm und bevorzugt unterhalb 5 mm erreicht wird.
Besonders günstig ist es, wenn die ersten Markierungselemente so angeordnet werden, dass zwei oder mehrere Markierungselemente von der ersten Sensoranordnung gleichzeitig detektierbar sind. Dann kann auch die Ausrichtung des Fahrzeugs ohne weiteres durch den Vergleich der relativen Lagen der Sensoranordnung zu den Markierungselementen bestimmt werden. Entsprechendes gilt für die zweiten Markierungselemente.
Das erfindungsgemäße System und das Fahrzeug an sich sind in entsprechender weise ausgestaltet, umfassen also zusätzlich zu den bereits beschriebenen Merkmalen noch eine Auswerteinheit, die geeignet ist, die Signale der ersten Sensoranordnung zur Bestimmung der relativen Position der ersten Sensoranordnung zu den ersten Markierungselementen auszuwerten und die Informationen in den zweiten Markierungselementen zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente zur absoluten Position und Ausrichtung des Fahrzeugs auszuwerten. Sie tut dies ggf. unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Signallaufzeiten von den Sensoranordnungen sowie Messzeitpunkten.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine beispielhafte Anordnung von Markierungselementen auf einer Oberfläche;
Fig. 2 schematisch eine Sensoranordnung bei der Detektion zweier Paare von Markierungselementen und
Fig. 3 schematisch eine mit der Sensoranordnung verbundene Auswerteinheit.
In Fig. 1 ist eine als Ganzes mit 1 bezeichnete Oberfläche dargestellt, in der im Querschnitt etwa kreisrunde magnetische Markierungselemente 2 eingelassen sind. Direkt unterhalb und konzentrisch zu diesen Markierungselementen 2 sind Transponder 3 eingelassen. Die Anordnung der Markierungselemente 2 und Transponder 3 ist dabei frei wählbar und erfolgt in Form eines unregelmäßigen Rasters ohne Rücksicht auf die Abstände oder Ausrichtung der Markierungselement- 2 und Transponderpaare 3 untereinander.
Die magnetischen Markierungselemente 2 strahlen mit ihrem Magnetfeld auch in vertikaler Richtung ab, so dass die entsprechende Komponente bzw. deren Intensität von geeigneten Sensoren zur Bestimmung der relativen Position der Sensoren bezüglich der Markierungselemente detektierbar ist.
Die Transponder 3 beinhalten dagegen als bei ihrer Detektion abrufbare Information ihre Koordinaten, so dass sie von geeigneten Sensoren zur Bestimmung ihrer absoluten Position detektierbar sind.
Somit kann aus der absoluten Position der Transponder 3 zusammen mit der relativen Position der magnetischen Markierungselemente 2 auf die absolute Position und Ausrichtung des (nicht dargestellten) Fahrzeugs geschlossen werden, da durch die Anordnung der Transponder 3 an der gleichen Stelle wie die magnetischen Markierungselemente 2, deren Position bekannt ist, erfolgt.
Mit den üblichen Rechenverfahren und unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Signallaufzeiten von den Sensoranordnungen sowie unterschiedlichen Messzeitpunkten (aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs) bei der Auswertung kann so die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs während der Fahrt bestimmt werden.
Die Sensoranordnung 4 zur Detektion der magnetischen Markierungselemente 2 und die Sensoranordnung 5 zur Detektion der Transponder 3 sind in Fig. 2 als gemeinsame stabförmige Antenne 6 dargestellt.
Die Sensoranordnung 4 zur Detektion der magnetischen Markierungselemente 2 besteht aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Einzelsensoren 7, die quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind, wobei sie etwa mittig zum Fahrzeug ausgerichtet sind, so dass gleich viele Einzelsensoren 7 links und rechts der Mittellinie 8 der Sensoranordnung 4 vorgesehen sind. Die Sensoranordnung 5 zur Detektion der Transponder 3 verläuft parallel zu der Sensoranordnung 4 und umgibt diese als Schleife 9 derart, dass beide Anordnungen dieselbe Mittellinie 8 aufweisen.
In Fig. 2 ist der Fall dargestellt, in dem gleichzeitig jeweils zwei magnetische Markierungselemente 2A, B und zwei Transponder 3A, B detektiert werden.
Anhand der von den unterschiedlichen Einzelsensoren gemessenen Intensität der vertikalen Komponente des jeweiligen Magnetfeldes kann zunächst die relative Position des magnetischen Markierungselements zur Mittellinie 8 der Sensoranordnung 3 bestimmt werden.
Im vorliegenden Fall besitzt so das Markierungselement 2B einen Abstand dXL nach links und das Markierungselement 2A einen Abstand dXR nach rechts von der Mittellinie zum Zeitpunkt des direkten Überfahrens der Markierungselemente 2A, B; 3A, B von den Sensoranordnungen 4 und 5 bzw. des Fahrzeugs.
Hierbei ist zum einfacheren Verständnis der Fall dargestellt, in dem das Fahrzeug bzw. die Sensoranordnung 3, 4 die jeweiligen Markierungselemente 2A, B; 3A, B gleichzeitig, d.h. zum gleichen Zeitpunkt und mit gleichem Abstand überfährt. Bei einer Schrägfahrt bzgl. der Markierungselemente 2 bzw. Transponder 3 ergeben sich z. B. zeitlich versetzte Messzeitpunkte und ggf. differierende Signallaufzeiten, die eine entsprechend genaue Bestimmung der Position und der Ausrichtung des Fahrzeugs erst beim Überfahren der zweiten Markierungselemente bzw. Transponder erlauben.
Gegebenenfalls werden auch Unterschiede in den Signallaufzeiten und Messzeitpunkten der beiden Sensoranordnungen 4, 5 zueinander, die aufgrund unterschiedlicher Empfindlichkeit bzw. Reichweite entstehen können, berücksichtigt.
Gleichzeitig entnimmt die Sensoranordnung 5 den jeweiligen Transpondern die Koordinaten der detektierten Markierungselementen 2A, B, da diese mit den Koordinaten der Transponder 3A, B aufgrund der Anordnung an der gleichen Stelle übereinstimmen.
Aus diesen Daten ermittelt dann eine Auswerteinheit 10 die absolute Position und Ausrichtung der Sensoranordnungen 4, 5 bzw. des Fahrzeugs. Die Auswerteinheit 10 ist mit den Sensoranordnungen 4, 5 verbunden und nimmt deren Sensordaten bzw. -Signale entgegen, um unter Berücksichtigung der eventuell unterschiedlichen Messzeitpunkte und Signallaufzeiten der beiden Sensoranordnungen die absolute Positionsbestimmung vorzunehmen.
Die Auswerteinheit 10 umfasst einen Mikrokontroller 1 1 , der durch einen Timer 12 und entsprechende A/D- und D/A-Wandler 13 die zeitlichen Abläufe der Sensorsignale mit hoher Aktualisierungsrate verfolgt, sammelt und zu einer relativen und absoluten Position verarbeitet.
Bezugszeichenliste
1 Oberfläche
2 magnetische Markierungselemente
3 Transponder
4 Sensoranordnung
5 Sensoranordnung
6 Antenne
7 Einzelsensoren
8 Mittellinie
9 Schleife
10 Auswerteinheit
1 1 Mikrokontroller
12 Timer
13 A/D- und D/A-Wandler
dXL Abstand dXR Abstand

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines unbemannten Fahrzeugs, bei dem erste passive, insbesondere magnetische, Markierungselemente (2) an vorbestimmten frei wählbaren Stellen einer Oberfläche (1 ) angeordnet werden, die von dem Fahrzeug während der Fahrt mittels einer Sensoranordnung (4) derart detektiert werden, dass die relative Position der ersten Sensoranordnung (4) zu den ersten Markierungselementen (2) und somit des Fahrzeugs bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass weitere passive Markierungselemente (3) an vorbestimmten frei wählbaren Stellen in der Oberfläche (1 ) vorgesehen werden, die von dem Fahrzeug während der Fahrt mittels einer zweiten Sensoranordnung (5) derart detektiert werden, dass die absolute Position der zweiten Markierungselemente (3) bestimmbar ist, so dass aus der absoluten Position der zweiten Markierungselemente (3) zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente (2) auf die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs während der Fahrt geschlossen werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Markierungselemente (2, 3) an gleichen Stellen vorgesehen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Markierungselemente magnetische Markierungselemente (2) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoranordnung (4) eine Mehrzahl einzelner Sensoren (7) umfasst, die dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Komponenten der Magnetfelder der ersten Markierungselemente (2) während der Fahrt gemessen werden und anhand der gemessenen Intensitäten die relative Position der Sensoranordnung (4) zu den Markierungselementen (2) bestimmbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Markierungselemente Transponder (3) verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Markierungselemente (2) der eisenhaltige Kern, insbesondere Ferrit-Kern, bestimmter Transponder (3) verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoranordnung (5) eine Mehrzahl einzelner Sensoren umfasst, die dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus den zweiten Markierungselementen (3) Informationen während der Fahrt ausgelesen werden und anhand derer die absolute Position der zweiten Markierungselemente (3) bestimmbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Markierungselemente (3) als Information mit ihren Koordinaten codiert sind.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoranordnung (5) parallel zur ersten Sensoranordnung (4) angeordnet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Signallaufzeiten von den Sensoranordnungen (4, 5) sowie Messzeitpunkte bei der Auswertung berücksichtigt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Markierungselemente (2) so angeordnet werden, dass zwei oder mehrere Markierungselemente (2) von der ersten Sensoranordnung (4) gleichzeitig detektierbar sind.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Markierungselemente (3) so angeordnet werden, dass zwei oder mehrere Markierungselemente (3) von der zweiten Sensoranordnung (5) gleichzeitig detektierbar sind.
15. System zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines unbemannten Fahrzeugs auf einer Oberfläche (1 ), in der erste passive, insbesondere magnetische, Markierungselemente (2) an vorbestimmten Stellen angeordnet sind, wobei das Fahrzeug eine erste Sensoranordnung (4) zur Detektion der ersten Markierungselemente (2) während der Fahrt und eine Auswerteinheit (10) für die Signale der Sensoranordnung (4) aufweist, die zur Bestimmung der relativen Position der ersten Sensoranordnung (4) zu den ersten Markierungselementen (2) und somit des Fahrzeugs geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass weitere passive Markierungselemente (3) an vorbestimmten Stellen in der Oberfläche (1 ) angeordnet sind und das Fahrzeug mit einer zweiten Sensoranordnung (5) zur Detektion der zweiten Markierungselemente (3) während der Fahrt versehen ist und dass die Auswerteinheit (10) zur Bestimmung der absoluten Position der zweiten Markierungselemente (3) geeignet ist, und dass die zweiten Markierungselementen (3) Informationen enthalten, die während der Fahrt von der zweiten Sensoranordnung (5) auslesbar sind, und anhand deren zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente (2) auf die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs geschlossen wird.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Markierungselemente (2, 3) an gleichen Stellen vorgesehen sind.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Markierungselemente magnetische Markierungselemente (2) sind.
18. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoranordnung (4) eine Mehrzahl einzelner Sensoren (7) umfasst, die dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind.
19. System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoranordnung (4) die vertikalen Komponenten der Magnetfelder der ersten Markierungselemente (2) während der Fahrt misst und die Auswerteinheit (10) ausgestaltet ist, um anhand der gemessenen Intensitäten die relative Position der Sensoranordnung (4) zu den Markierungselementen (2) zu bestimmen.
20. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Markierungselemente Transponder (3) sind.
21. System nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Markierungselemente (2) eisenhaltige Kerne, insbesondere Ferrit-Kerne, bestimmter Transponder (3) sind.
22. System nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoranordnung (5) eine Mehrzahl einzelner Sensoren umfasst, die dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind.
23. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Markierungselemente (3) als Information ihre Koordinaten enthalten.
24. System nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoranordnung (5) parallel zur ersten Sensoranordnung (4) angeordnet ist.
25. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (10) ausgestaltet ist, um aus der absoluten Position der zweiten Markierungselemente (3) zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente (2) auf die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs zu schließen.
26. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (10) ausgestaltet ist, um unterschiedliche Signallaufzeiten von den Sensoranordnungen sowie Messzeitpunkte bei der Auswertung zu berücksichtigen.
27. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Markierungselemente (2) so angeordnet sind, dass zwei oder mehrere erste Markierungselemente (2) von der ersten Sensoranordnung (4) gleichzeitig detektiert werden.
28. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Markierungselemente (3) so angeordnet sind, dass zwei oder mehrere zweite Markierungselemente (3) von der zweiten Sensoranordnung (5) gleichzeitig detektiert werden.
29. Unbemanntes Fahrzeug, insbesondere zur Verwendung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder in einem System nach einem der Ansprüche 15 bis 28, mit einer ersten Sensoranordnung (4), um erste Markierungselemente (2) während der Fahrt zu detektieren, und mit einer Auswerteinheit (10), die zur Bestimmung der relativen Position der ersten Sensoranordnung (4) zu den ersten Markierungselementen (2) und somit des Fahrzeugs ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Sensoranordnung (5) umfasst, um weitere passive Markierungselemente (3) während der Fahrt zu detektieren, und dass die Auswerteinheit (10) zur Bestimmung der absoluten Position der zweiten Markierungselemente (3) geeignet ist und dass die zweiten Markierungselementen (3) Informationen enthalten, die während der Fahrt von der zweiten Sensoranordnung (5) ausgelesen werden, und anhand deren zusammen mit der relativen Position der ersten Markierungselemente (2) auf die absolute Position und Ausrichtung des Fahrzeugs geschlossen wird.
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