WO2011095244A1 - Mobiles lesegerät und verfahren zum auffinden eines mit einem aktiven transponder markierten objekts - Google Patents

Mobiles lesegerät und verfahren zum auffinden eines mit einem aktiven transponder markierten objekts Download PDF

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WO2011095244A1
WO2011095244A1 PCT/EP2010/069025 EP2010069025W WO2011095244A1 WO 2011095244 A1 WO2011095244 A1 WO 2011095244A1 EP 2010069025 W EP2010069025 W EP 2010069025W WO 2011095244 A1 WO2011095244 A1 WO 2011095244A1
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WO
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transponder
orientation
reading device
reader
signal
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PCT/EP2010/069025
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French (fr)
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Andreas Bohnenberger
Daniel Evers
Martin Glänzer
Ulrike Heim
Fabian Kurz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10019—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers.
    • G06K7/10079—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves resolving collision on the communication channels between simultaneously or concurrently interrogated record carriers. the collision being resolved in the spatial domain, e.g. temporary shields for blindfolding the interrogator in specific directions

Definitions

  • the invention relates to a mobile direction finding device for finding an object marked with an active transponder.
  • the retrieval of an object eg. In industrial
  • a corresponding RFID system typically includes at least ⁇ a transponder and a reader.
  • Transponder which can also be referred to as a "tag" is attached to an object, which, for example, stored in a warehouse and later found again. To find the object or the transponder again, the reader is used. This sends out a RF request signal which is received by the transponder is modulated and either flexed or re- actively transmitted again, wherein the modu lation ⁇ those data is carried out in accordance to be transmitted to the Le ⁇ seillion.
  • the modulation is usually selected such that it is at least suitable for unambiguously identifying the transponder. If the transponder has, for example, an additional sensor, then the modulation can also take place as a function of the measured values recorded by the sensor.
  • any data may be stored in a corresponding memory of the transponder, for example. Information about the object to which the transponder is attached. Accordingly, these data would also be included in the modulation.
  • active RFID transponders are known active method to the above purpose. Used, which does not reflect the light emitted from the Lesege ⁇ advises signal after modulation but actively transmitted. This allows a higher range to be achieved, but at the cost of a more complex design of the transponder. For example. it is not ⁇ manoeuvrable in this case to provide a power supply.
  • Batte ⁇ RIE battery power to self-powered transponders countries that relate to the energy required to run from the vicinity of the transponder.
  • Transponder marked object are in read range of the reader to be found and identified. Furthermore, there must be no interfering obstacles between the reader and transponder that shield the transponder signal.
  • the problem of complex and cost-intensive positioning infrastructure is solved in that the locating function is fully integrated into a single mobile reader, which is able to indicate the direction to the searched, marked with a transponder object without the current position of
  • Transponder and / or the reader itself must be known. A warehouse operator can thus navigate with the aid of this reader to the respective active transponder and thus to the searched object.
  • a mobile reader according to the invention has:
  • an antenna device for receiving one of
  • Transponder transmittable signal S wherein the antenna device has a main beam direction
  • the reading device has an orientation detector, with which an orientation or an orientation change of the
  • Reading device with respect to an outer space associated coordinate system K R can be determined.
  • the electronic assembly is adapted to from a signal strength of the signal received with the antenna means signal and from the same time as the signal ⁇ strength determined orientation R or change in orientation to calculate AR of the reader on the display device Anlagenzei ⁇ constricting direction to the transponder.
  • the orientation detector is in particular designed to indicate an absolute orientation R in the outer space.
  • a relative sensor system can be provided which quantitatively detects a change in the orientation of the reading device in the outer space.
  • the orientation detector is designed to indicate a relative orientation with respect to a specific starting position of the reading device, in particular a change in orientation AR relative to the starting position, in the outer space.
  • the main beam direction of the antenna device is pivotable relative to the reader.
  • the main beam direction of the antenna device is pivotable relative to the reader.
  • Antenna device itself be pivotable relative to the reader.
  • Antenna device be electronically pivotable.
  • An inventive method for determining a direction from a mobile reading device to a transponder wherein the reading device comprises an antenna device with a
  • Main beam direction comprises the following steps: the antenna device receives a signal from the transponder,
  • the main beam direction is swung while receiving bezüg ⁇ Lich an external space, at the same time the measured strength of the received signal during the pivoting, and an orientation or aforementionedsände ⁇ tion of the reader with respect to the outer space is determined,
  • the main beam direction is pivoted by
  • the reading device is moved relative to the outer space
  • the antenna device is moved relative to the reader or
  • the transponder is a passive transponder and the signal S emitted by the transponder is a first from
  • the transponder is an active transponder that actively transmits the signal.
  • an absolute orientation with respect to the outer space is determined and in addition, in particular after the direction to the transponder has been determined,
  • Changes in the orientation of the reading device detected quantitatively are used to improve the Er ⁇ result of direction determination or correct.
  • a warehouse operator can navigate through an automated bearing of an active transponder to the destination. This can be supported by a corresponding display on the reader.
  • the reader fully ⁇ constantly replaced each location infrastructure such as locating base stations or GPS satellites. Even without this infrastructure, objects can be found quickly. All, for example, objects marked by active RFID tags within reach can be used as navigation targets.
  • By using an electronic compass in the reader specified boresight is inde pendent ⁇ correct the orientation of the warehouse staff or of the reader in the room. If the warehouse operator follows the directional information of the reader, it guides him on the direct route to the destination.
  • FIG. 1 shows a bearing
  • FIG. 1 shows a bearing 1, in which a user B, for example.
  • a Lagerist with the aid of a reading device 100 scans the object 0, which is located in a shelf 10 of the bearing and is labeled with NEM ei ⁇ active transponders 200th
  • the bearing 1 is assigned a coordinate system K R.
  • the reader 100 is, or, more generally, a main beam direction ⁇ H an antenna (only indicated in Figure 1) of the reading device 100, pivoted in space.
  • a commercially available reading device 100 typically has at least the following components (see FIG. 1 ).
  • an antenna device 110 which receives the signal S emitted by the active transponder 200
  • a display device 120 on which the determined direction is displayed by the reading device 100 to the transponder 200
  • an electronic module 130 in which at least all processes for data processing, including the calculation of the direction to the transponder 200, take place using the received transponder signal S and the activation of the display device 120 and possibly the antenna device 110.
  • determining the direction from the reading device 100 to the transponder 200 a) The reading device 100 is pivoted in different directions, the transponder signal S being measured during the swiveling.
  • the term "panning" includes both a mere back-and-forth rotation about the vertical, as well as a full 360 ° rotation of the main beam direction about the vertical.
  • An evaluation of the signal strength of the empfange- NEN signal S depending on the pivoting direction results in the desired direction in which the transponder is 200, wherein the direction in which the maximum signal strength is measured ⁇ corresponds to the desired direction.
  • the antenna device 110 is a directional antenna 110 whose directional characteristic has a maximum that corresponds to a main beam direction of the antenna device 110 or the directional antenna 110.
  • the antenna 110 of the reader 100 may also be implemented as steu ⁇ newable directional antenna 110th
  • the main beam direction of such a directional antenna 110 can be made rotatable or pivotable relative to the reading device 100 in order to be able to dispense with manual pivoting of the antenna device 110 or the reading device 100.
  • Such a pivoting can be achieved by an internal mechanical pivoting device 140, with which the directional antenna 110 itself is pivoted relative to the reading device 100, and / or by an ne electrical, phase and amplitude correct control of a multi-element directional antenna 110 realize, such as in a so-called.
  • "Phased Array Antenna" The latter option can be referred to as electronic pivoting of the main beam direction.
  • Such a multi-element directional antenna 110 has at least two individual antennas (not shown). The control of the multi-element directional antenna and / or the pivot mechanism would take place via the electronics assembly 130.
  • a SAR algorithm synthetic aperture radar
  • a pan is performed while measuring the signal strength.
  • the SAR algorithm it is necessary to know very accurately the course of the panning with respect to speed and direction, i. the reader 100 must still have a corresponding sensor 150. From the data recorded in this way, the direction in which the transponder is located can be reconstructed.
  • the approaches a) and b) has in common that the antenna device 110 must be formed as a directional antenna whose main ⁇ beam direction is mechanically or electronically pivoted. At the same time, the dependence of the signal strength on the current direction is measured. In addition to the signal strength of the incident transponder signal S depending on the mo ⁇ mentanen orientation of the main direction of the beam, and a phase measurement allows conclusions as to the direction to the
  • the antenna device 110 has, for example, two (or more) individual antennas which receive the transponder signal S, then the two phases of the signals received at the individual antennas are dependent on the direction to the transponder 200:
  • the phase difference is zero if the distances of the two antennas to the transponder are the same. This applies to a uniqueness range of 2 ⁇ . If the antenna arrangement were to be rotated, the phase position would also change, the change depending on the wavelength of the signal and on the antenna arrangement. So it turns out determine the direction by comparing the phases at the individual antennas.
  • the phase measurement method can be combined with the Mes ⁇ solution of signal strength to increase the accuracy of the direction determination.
  • approach c) in contrast to a) and b) does not require Richtan ⁇ antenna, that is, the antenna device 110 is here WE niger consuming. In return, in the approach c) higher processing power or signal processing in the electronic assembly 130 is needed.
  • the reader 100 has, in addition to the above-mentioned typical components, an orientation device 160 which serves to simplify the determination of the direction to the transponder 200.
  • Orientation detector 160 in a first embodiment, permits the absolute determination of the orientation of reading device 100 in space.
  • the orientation detector 160 may be formed, for example, as an electronic compass 160.
  • the compass 160 is integrated in the reading device 100 and connected to the electric ⁇ nikbauuite 130th While the main beam direction of the antenna device 110 is pivoted in space, as explained in connection with the method a) or b), and the signal strength received by the transponder 200 is measured, the orientation R of the reading device 100 in the space is determined simultaneously with the compass.
  • These two data sets are supplied to the electronic module 130, where they are matched with one another or assigned to one another.
  • This adjustment can, for example, consist in that the signal strength S (tl) measured at a time t 1 corresponds to the same Time tl determined orientation R (tl) is assigned.
  • R (tl) Time tl determined orientation
  • Transponder points, so the direction to the transponder can be determined.
  • an orientation detector 160 can be used, which only allows the determination of a relative orientation or the determination of an orientation change.
  • This relative orientation refers to a specific starting position of the reading device.
  • the initial position can, for example, the orientation of the reader at the time of turning on the Lesegerä ⁇ tes or at the time of activating a search mode or similar. be.
  • a switch may be provided (not ones shown, asserted), the starting position Festge than the current orientation of the reader when actuated ⁇ is inserted.
  • Such an orientation detector 160 for determining a relative orientation relative to a starting position may be a relative sensor system, such as a gyro 160.
  • the orientation detector 160 of the reader 100 does not allow an absolute determination of the orientation, but only the detection of a change in orientation. However, this is completely sufficient for the purpose of determining the direction to the transponder 200. Also in the second embodiment, the main beam direction of the antenna device 110 of the reader 100 is pivoted in space and in this case measured from the received transponder 200 Sig ⁇ nalgo. At the same time, the gyro 160 determines the change in the orientation R of the reading device 100 in the room. These two records will be electronic Subassembly 130 is supplied, where they are compared with each other ⁇ .
  • Both embodiments have in common that automatically can be displayed in the direction in which the transponder is based on the simultaneous determination of the signal strength and the absolute or relative orientation.
  • the determination of the direction is significantly simplified because the user of the reader no longer has to manually search for the maximum signal.
  • an additional relative sensors 170 for example.
  • Transponder 200 are using the relative sensor 170 at least changes in the orientation of the reading device 100 quantitatively ⁇ tively detected, ie in particular rotations about the vertical. In addition, changes in position could also be detected. These data are supplied to the electronic module 130. There they are used, for example, to improve the result of the directional estimation described above or, for example, during or after a movement of the reading device 100 in the room to verify or correct. Alternatively or additionally, with the aid of the output data of the relative sensor system 170, for example in the case that the
  • the various assemblies of the reader 100 i. the antenna device 110, the display 120, the pivot 140, the sensor 150, the electronic compass 160, and the optional relative sensor 170 are all connected to the electronics assembly 130 (not shown).
  • the distance from the reading device 100 to the transponder 200 can also be estimated on the basis of the measured signal strength and displayed on the display device 120.
  • Relative sensor system 170 can also be used to determine the distance between reader 100 and transponder 200: Relative sensor system 170 determines a distance traveled or a change in position of reader 100, while at the same time the signal strength of transponder signal S is measured. These data are supplied to the electronic module 130. Since the signal strength weakens with the distance to the transponder 200, it is possible to deduce the course of the signal strength in the direction in which the transponder 200 is located. For example. If the signal strength decreases, it can be assumed that you are moving away from the transponder 200 and vice versa.
  • the transponder 200 is in the direction in which the Signal strength increases or decreases fastest.
  • a directional antenna is not required for this purpose.
  • Transponder described. In principle, however, it is not absolutely necessary for the functionality that it is an active transponder, ie, in principle, passive transponders can also be used, which can be used, for example. received signal from the reader, modulate if necessary and send out again.
  • the reading device can be designed, for example, in the manner of a PDA (Personal Digital Assistant).
  • PDA Personal Digital Assistant

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mobiles Lesegerät zum Auffinden eines mit einem Transponder markierten Objekts. Das Lesegerät weist eine Antenneneinrichtung (110) zum Empfangen eines vom Transponder ausgesendeten Signals auf, wobei die Antenneneinrichtung eine Hauptstrahlrichtung aufweist. Weiterhin ist eine Elektronikbaugruppe zum Berechnen einer Richtung vom Lesegerät zum Transponder anhand des empfangenen Signals vorgesehen. Das Lesegerät weist darüber hinaus einen Orientierungsdetektor auf, bspw. einen elektronischen Kompass, mit dem eine absolute Orientierung des Lesegerätes bezüglich eines äußeren Raumes ermittelbar ist. Während die Haupstrahlrichtung der Antenne im Raum geschwenkt und die Signalstärke gemessen wird, wird gleichzeitig die Orientierung im Raum ermittelt. Eine Zuordnung der zu einem Zeitpunkt t ermittelten Orientierung zur zum gleichen Zeitpunkt gemessenen Signalstärke erlaubt die Bestimmung der Richtung zum Transponder, da davon auszugehen ist, dass das Signal ein Maximum aufweist, wenn die Hauptstrahlrichtung in Richtung des Transponders weist.

Description

Beschreibung
Mobiles Lesegerät und Verfahren zum Auffinden eines mit einem aktiven Transponder markierten Objekts
Die Erfindung betrifft eine mobile Peileinrichtung zum Auffinden eines mit einem aktiven Transponder markierten Objekts. Das Wiederauffinden eines Objekts bspw. in industriellen
Großlagern stellt einen deutlichen Kostenfaktor dar, da die Suche nach dem Objekt oftmals einen enormen Zeitaufwand er¬ fordert. Die Verwendung der an sich bekannten RFID- Technologie ("radio frequency identification" bzw. Radiofre- quenz Identifikation; sinngemäß: Identifizierung mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen) kann das Auffinden beschleunigen. Ein entsprechendes RFID-System weist in der Regel zu¬ mindest einen Transponder und ein Lesegerät auf. Der
Transponder, der auch als "Tag" bezeichnet werden kann, wird an einem Objekt befestigt, welches bspw. in einem Lager zwischengelagert und später wieder aufgefunden werden soll. Um das Objekt bzw. den Transponder wieder zu finden, wird das Lesegerät verwendet. Dieses sendet ein RF-Anfragesignal aus, welches vom Transponder empfangen, moduliert und entweder re- flektiert oder aktiv wieder ausgesendet wird, wobei die Modu¬ lation entsprechend denjenigen Daten erfolgt, die an das Le¬ segerät übermittelt werden sollen. Die Modulation wird in der Regel derart gewählt, dass sie zumindest geeignet ist, um den Transponder eindeutig zu identifizieren. Weist der Transpon- der bspw. einen zusätzlichen Sensor auf, so kann die Modulation auch abhängig von den vom Sensor aufgenommenen Messwerten erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können in einem entsprechenden Speicher des Transponders auch beliebige Daten gespeichert sein, bspw. Informationen über das Objekt, an dem der Transponder befestigt ist. Entsprechend würden auch diese Daten in die Modulation mit eingehen. Speziell beim aktiven RFID-Verfahren werden zu obigem Zweck sog. aktive Transponder verwendet, bei denen das vom Lesege¬ rät ausgesendete Signal nach der Modulation nicht reflektiert sondern aktiv ausgesendet wird. Damit ist eine höhere Reich- weite erzielbar, allerdings auf Kosten einer aufwändigeren Bauweise des Transponders. Bspw. ist es in diesem Fall not¬ wendig, eine Energieversorgung vorzusehen. Auch hier sind unterschiedliche Möglichkeiten bekannt, angefangen beim Batte¬ rie- oder Akkubetrieb bis hin zu energieautarken Transpon- dern, die die zum Betrieb benötigte Energie aus der Umgebung des Transponders beziehen.
Grundsätzlich muss sich das gesuchte, mit einem aktiven
Transponder markierte Objekt in Lesereichweite des Lesegeräts befinden, um gefunden und identifiziert werden zu können. Weiterhin dürfen sich keine störenden Hindernisse zwischen Lesegerät und Transponder befinden, die das Transpondersignal abschirmen . Je nach benötigter Ortungsgenauigkeit können unterschiedlich aufwändige Ortungsverfahren eingesetzt werden, bspw. laufzeitbasierte oder feldstärkebasierte Ortung kombiniert mit entsprechender Algorithmik. Mit solchen Verfahren sind Genauigkeiten von l-5m erreichbar. All diesen Verfahren ist aller- dings gemein, dass für ihre Realisierung eine vergleichsweise komplexe Infrastruktur aus Ortungsstationen (=Lesegeräten) erforderlich ist, die gegebenenfalls sogar noch aufwändig po¬ sitioniert, eingemessen oder evtl. zeitlich synchronisiert werden müssen. Aus diesem Grund ist eine solche Ortung mit hoher Genauigkeit speziell für dynamische Lager ungeeignet, da bspw. unter Umständen keine Stromversorgung vorhanden ist (z.B. Baustellenlager im Freien) und/oder da der dauerhafte Aufbau einer Infrastruktur oft nicht gewährleistet werden kann. Zudem ist eine dichte Infrastruktur, wie sie für eine genaue Ortung erforderlich ist, so kostenintensiv, dass der ökonomische Vorteil des beschleunigten Wiederauffindens von Objekten relativiert bzw. eliminiert wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, allein aufgrund einer feldstärkebasierten Messung den aktiven Transponder zu orten, indem angenommen wird, dass der Transponder sich in derjenigen Richtung befinden muss, in der das stärkste Signal gemes- sen wird. Hierzu wird mit dem Lesegerät, während es im Raum geschwenkt wird, eine Messung der Feldstärke durchgeführt. Das Lesegerät bzw. die Antenne wird zumindest so lange ge¬ schwenkt, bis man einen maximalen Signalpegel detektiert. In der entsprechenden Richtung müsste sich dann der gesuchte Transponder befinden. Dieses Verfahren erfordert jedoch ein geschultes Personal.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobiles Lesegerät und ein Verfahren zur Ortung eines Transponders an- zugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Problematik der aufwändigen und kostenintensiven Ortungsinfrastruktur dadurch gelöst, dass die Ortungsfunktion vollständig in ein einzelnes mobiles Lesegerät integriert wird, welches in der Lage ist, die Richtung zum gesuchten, mit einem Transponder markierten Objekt anzugeben, ohne dass die aktuelle Position des
Transponders und/oder des Lesegeräts selbst bekannt sein muss. Ein Lagerist kann so mit Hilfe dieses Lesegerätes zum jeweiligen aktiven Transponder und damit zum gesuchten Objekt navigieren.
Ein erfindungsgemäßes mobiles Lesegerät weist auf:
- eine Antenneneinrichtung zum Empfangen eines von einem
Transponder aussendbaren Signals S, wobei die Antennenein- richtung eine Hauptstrahlrichtung aufweist,
- eine Elektronikbaugruppe zum Berechnen einer Richtung vom Lesegerät zum Transponder anhand des empfangenen Signals S, - einer Anzeigeeinrichtung, auf der die berechnete Richtung anzeigbar ist,
wobei
- das Lesegerät einen Orientierungsdetektor, aufweist, mit dem eine Orientierung oder eine Orientierungsänderung des
Lesegerätes bezüglich eines einem äußeren Raum zugeordneten Koordinatensystems KR ermittelbar ist.
Vorteilhafterweise ist die Elektronikbaugruppe ausgebildet, um aus einer Signalstärke des mit der Antenneneinrichtung empfangenen Signals und aus der gleichzeitig mit der Signal¬ stärke ermittelten Orientierung R oder Orientierungsänderung AR des Lesegerätes die auf der Anzeigeeinrichtung anzuzei¬ gende Richtung zum Transponder zu berechnen.
Der Orientierungsdetektor ist insbesondere ausgebildet, um eine absolute Orientierung R im äußeren Raum anzugeben.
Zusätzlich kann eine Relativsensorik vorgesehen sein, die eine Änderung der Orientierung des Lesegerätes im äußeren Raum quantitativ detektiert.
Alternativ ist der Orientierungsdetektor ausgebildet, um eine relative Orientierung bezüglich einer bestimmten Ausgangslage des Lesegerätes, insbesondere eine Orientierungsänderung AR gegenüber der Ausgangslage, im äußeren Raum anzugeben.
Die Hauptstrahlrichtung der Antenneneinrichtung ist relativ zum Lesegerät schwenkbar. Insbesondere kann die
Antenneneinrichtung selbst relativ zum Lesegerät schwenkbar sein. Alternativ kann die Hauptstrahlrichtung der
Antenneneinrichtung elektronisch schwenkbar sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer Richtung von einem mobilen Lesegerät zu einem Transponder, wobei das Lesegerät eine Antenneneinrichtung mit einer
Hauptstrahlrichtung aufweist, weist die folgenden Schritte auf : die Antenneneinrichtung empfängt ein Signal vom Transponder empfängt,
die Hauptstrahlrichtung wird während des Empfangens bezüg¬ lich eines äußeren Raumes geschwenkt, wobei während des Schwenkens gleichzeitig die Stärke des empfangenen Signals gemessen und eine Orientierung oder eine Orientierungsände¬ rung des Lesegerätes bezüglich des äußeren Raumes ermittelt wird,
diese Datensätze umfassend die während des Schwenkens ge¬ messene Signalstärke und die gleichzeitig ermittelte Orien¬ tierung oder Orientierungsänderung werden einander zugeordnet, wobei diejenige Orientierung oder Orientierungsände¬ rung, die bei maximaler gemessener Signalstärke ermittelt wurde, als die gesuchte Richtung zum Transponder identifi¬ ziert wird.
Die Hauptstrahlrichtung wird geschwenkt, indem
- das Lesegerät relativ zum äußeren Raum bewegt wird,
- die Antenneneinrichtung relativ zum Lesegerät bewegt wird oder
- ein elektronisches Schwenken verwendet wird.
Der Transponder ist ein passiver Transponder und das vom Transponder ausgesendete Signal S ist ein zunächst vom
Lesegerät ausgesendetes und am Transponder reflektiertes Signal .
Alternativ ist der Transponder ein aktiver Transponder, der das Signal aktiv aussendet.
Vorzugsweise wird eine absolute Orientierung bezüglich des äußeren Raumes ermittelt und zusätzlich werden, insbesondere nachdem die Richtung zum Transponder bestimmt wurde,
Änderungen der Orientierung des Lesegerätes quantitativ detektiert, wobei diese Änderungen genutzt werden, um das Er¬ gebnis der Richtungsbestimmung zu verbessern oder zu korrigieren . Mit Hilfe des erfindungsgemäßen mobilen Lesegerätes und des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bspw. ein Lagerist durch eine automatisierte Peilung eines aktiven Transponders zum Ziel navigieren. Dies kann durch eine entsprechende Anzeige am Lesegerät unterstützt werden. Das Lesegerät ersetzt voll¬ ständig jede Ortungsinfrastruktur wie Ortungsbasisstationen oder GPS-Satelliten . Auch ohne diese Infrastruktur können Objekte zügig aufgefunden werden. Alle bspw. durch aktive RFID Tags markierten Objekte in Reichweite können als Navigations- ziel verwendet werden. Durch Verwendung eines elektronischen Kompasses im Lesegerät ist die angegebene Peilrichtung unab¬ hängig von der Ausrichtung des Lageristen bzw. des Lesegeräts im Raum korrekt. Folgt der Lagerist den Richtungsangaben des Lesegerätes, führt es ihn auf dem direkten Weg zum Ziel.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
Figur 1 ein Lager,
Figur 2 ein Lesegerät in schematischer Darstellung. Die Figur 1 zeigt ein Lager 1, in dem ein Benutzer B, bspw. ein Lagerist, mit Hilfe eines Lesegerätes 100 ein Objekt 0 sucht, welches in einem Regal 10 des Lagers liegt und mit ei¬ nem aktiven Transponder 200 markiert ist. Dem Lager 1 ist ein Koordinatensystem KR zugeordnet. Zum Auffinden des Transpon- ders 200 wird das Lesegerät 100, bzw. allgemeiner eine Haupt¬ strahlrichtung H einer Antenne (in Figur 1 lediglich angedeutet) des Lesegerätes 100, im Raum geschwenkt.
Ein handelsübliches Lesegerät 100 weist typischerweise zumin- dest die folgenden Komponenten auf (vgl. Figur 2) :
- eine Antenneneinrichtung 110, die das vom aktiven Transponder 200 ausgesendete Signal S empfängt, - eine Anzeigeeinrichtung 120, auf der die ermittelte Richtung vom Lesegerät 100 zum Transponder 200 angezeigt wird, und
- eine Elektronikbaugruppe 130, in der zumindest sämtliche Prozesse zur Datenverarbeitung einschließlich der Berechnung der Richtung zum Transponder 200 unter Verwendung des empfangenen Transpondersignals S sowie der Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung 120 und evtl. der Antenneneinrichtung 110 ablaufen.
Zur Ermittlung der Richtung vom Lesegerät 100 zum Transponder 200 sind verschiedene Ansätze möglich: a) Das Lesegerät 100 wird in verschiedene Richtungen ge- schwenkt, wobei während des Schwenkens das Transpondersignal S gemessen wird. Der Begriff "schwenken" beinhaltet sowohl ein ledigliches hin-und-her Drehen um die Vertikale, als auch eine vollständige 360 ° -Rotation der Hauptstrahlrichtung um die Vertikale. Eine Auswertung der Signalstärke des empfange- nen Signals S in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung ergibt die gesuchte Richtung, in der sich der Transponder 200 befindet, wobei diejenige Richtung, in der die maximale Signal¬ stärke gemessen wird, der gesuchten Richtung entspricht.
Idealerweise ist die Antenneneinrichtung 110 eine Richtanten- ne 110, deren Richtcharakteristik ein Maximum aufweist, das einer Hauptstrahlrichtung der Antenneneinrichtung 110 bzw. der Richtantenne 110 entspricht. b) Zur Vereinfachung des Umgangs mit dem Lesegerät 100 kann die Antenneneinrichtung 110 des Lesegeräts 100 auch als steu¬ erbare Richtantenne 110 ausgeführt werden. Die Hauptstrahl¬ richtung einer solchen Richtantenne 110 kann relativ zum Lesegerät 100 rotierbar oder schwenkbar ausgeführt werden, um auf einen manuellen Schwenk der Antenneneinrichtung 110 bzw. des Lesegerätes 100 verzichten zu können.
Ein solcher Schwenk lässt sich durch eine interne mechanische Schwenkeinrichtung 140, mit der die Richtantenne 110 selbst relativ zum Lesegerät 100 geschwenkt wird, und/oder durch ei- ne elektrische, phasen- und amplitudenrichtige Ansteuerung einer Mehrelement-Richtantenne 110 realisieren, wie bspw. bei einer sog. "Phased Array Antenne". Letztere Option kann als elektronisches Schwenken der Hauptstrahlrichtung bezeichnet werden.
Eine derartige Mehrelement-Richtantenne 110 weist zumindest zwei Einzelantennen auf (nicht dargestellt) . Die Ansteuerung der Mehrelement-Richtantenne und/oder des Schwenkmechanismus würde über die Elektronikbaugruppe 130 erfolgen. c) Alternativ kann eine SAR-Algorithmik ("synthetic aperture radar") eingesetzt werden. Auch hier wird ein Schwenk durchgeführt und gleichzeitig die Signalstärke gemessen. Bei der SAR-Algorithmik ist es erforderlich, den Verlauf des Schwenks bezüglich Geschwindigkeit und Richtung sehr exakt zu kennen, d.h. das Lesegerät 100 muss noch eine entsprechende Sensorik 150 aufweisen. Aus den so aufgenommenen Daten lässt sich die Richtung rekonstruieren, in der sich der Transponder befindet .
Den Ansätzen a) und b) ist gemein, dass die Antenneneinrichtung 110 als Richtantenne ausgebildet sein muss, deren Haupt¬ strahlrichtung mechanisch oder elektronisch geschwenkt wird. Es wird gleichzeitig die Abhängigkeit der Signalstärke von der momentanen Richtung gemessen. Neben der Signalstärke des einfallenden Transpondersignals S in Abhängigkeit von der mo¬ mentanen Ausrichtung der Hauptstrahlrichtung, erlaubt auch eine Phasenmessung Rückschlüsse auf die Richtung zum
Transponder 200. Wenn die Antenneneinrichtung 110 bspw. zwei (oder mehr) Einzelantennen aufweist, welche das Transponder- signal S empfangen, so sind die beiden Phasen der an den Einzelantennen empfangenen Signale abhängig von der Richtung zum Transponder 200: Die Phasendifferenz ist Null, wenn die Abstände der beiden Antennen zum Transponder gleich sind. Dies gilt für einen Eindeutigkeitsbereich von 2π. Würde man die Antennenanordnung drehen, so würde sich auch die Phasenlage verändern, wobei die Änderung von der Wellenlänge des Signals und von der Antennenanordnung abhängt. Es lässt sich also aus dem Vergleich der Phasen an den Einzelantennen die Richtung bestimmen. Natürlich kann die Phasenmessmethode mit der Mes¬ sung der Signalstärke zur Erhöhung der Genauigkeit der Richtungsbestimmung kombiniert werden.
Bei den bekannten Verfahren gemäß a) und b) beobachtet der Benutzer B während des Schwenkens eine Anzeige der empfange¬ nen Signalstärke am Lesegerät und stellt so fest, in welcher Richtung sich der Transponder ungefähr befindet. Dieses Ver- fahren ist jedoch ungenau und setzt eine gewisse Geschick¬ lichkeit bzw. Erfahrung im Umgang mit dem Lesegerät voraus.
Im Ansatz c) wird im Unterschied zu a) und b) keine Richtan¬ tenne benötigt, d.h. die Antenneneinrichtung 110 ist hier we- niger aufwändig. Im Gegenzug ist beim Ansatz c) eine höhere Rechenleistung bzw. Signalverarbeitung in der Elektronikbaugruppe 130 vonnöten.
Das erfindungsgemäße Lesegerät 100 weist neben den oben ge- nannten typischen Komponenten eine Orientierungseinrichtung 160 auf, die dazu dient, die Feststellung der Richtung zum Transponder 200 zu vereinfachen.
Der Orientierungsdetektor 160 erlaubt in einer ersten Ausfüh- rungsform die absolute Bestimmung der Orientierung des Lesegerätes 100 im Raum. Der Orientierungsdetektor 160 kann bspw. als elektronischer Kompass 160 ausgebildet sein. Der Kompass 160 ist in das Lesegerät 100 integriert und mit der Elektro¬ nikbaugruppe 130 verbunden. Während die Hauptstrahlrichtung der Antenneneinrichtung 110 bspw. wie im Zusammenhang mit den Verfahren a) oder b) erläutert im Raum geschwenkt und dabei die vom Transponder 200 empfangene Signalstärke gemessen wird, wird gleichzeitig mit dem Kompass die Orientierung R des Lesegerätes 100 im Raum ermittelt. Diese beiden Datensät- ze werden der elektronischen Baugruppe 130 zugeführt, wo sie miteinander abgeglichen bzw. einander zugeordnet werden. Dieser Abgleich kann bspw. darin bestehen, dass die zu einem Zeitpunkt tl gemessene Signalstärke S(tl) der zu demselben Zeitpunkt tl ermittelten Orientierung R(tl) zugeordnet wird. Somit ist es möglich, automatisch festzustellen, in welcher Richtung die größte Feldstärke gemessen wurde. Da davon aus¬ zugehen ist, dass das empfangene Signal einen maximalen Pegel aufweist, wenn die Hauptstrahlrichtung in Richtung des
Transponders weist, kann so die Richtung zum Transponder ermittelt werden.
Alternativ zur Verwendung des elektronischen Kompasses, mit dem eine Bestimmung der absoluten Orientierung des Lesegerätes im Raum möglich ist, kann in einer zweiten Ausführungsform ein Orientierungsdetektor 160 verwendet werden, die lediglich die Bestimmung einer relativen Orientierung bzw. die Bestimmung einer Orientierungsänderung erlaubt. Diese relati- ve Orientierung bezieht sich auf eine bestimmte Ausgangslage des Lesegerätes. Die Ausgangslage kann bspw. die Orientierung des Lesegerätes zum Zeitpunkt des Einschaltens des Lesegerä¬ tes oder zum Zeitpunkt des Aktivierens eines Suchmodus o.ä. sein. Bspw. könnte am Lesegerät ein Schalter (nicht darge- stellt) vorgesehen sein, bei dessen Betätigung die Ausgangslage als die momentane Orientierung des Lesegerätes festge¬ legt wird.
Ein derartiger Orientierungsdetektor 160 zur Ermittlung einer relativen Orientierung bezogen auf eine Ausgangslage kann eine Relativsensorik wie bspw. ein Gyro 160 sein.
In der zweiten Ausführungsform erlaubt der Orientierungsdetektor 160 des Lesegerätes 100 demnach keine absolute Bestim- mung der Orientierung, sondern lediglich die Detektion einer Orientierungsänderung. Dies ist aber für den Zweck der Bestimmung der Richtung zum Transponder 200 völlig ausreichend. Auch in der zweiten Ausführungsform wird die Hauptstrahlrichtung der Antenneneinrichtung 110 des Lesegerätes 100 im Raum geschwenkt und dabei die vom Transponder 200 empfangene Sig¬ nalstärke gemessen. Gleichzeitig wird mit dem Gyro 160 die Änderung der Orientierung R des Lesegerätes 100 im Raum ermittelt. Diese beiden Datensätze werden der elektronischen Baugruppe 130 zugeführt, wo sie miteinander abgeglichen wer¬ den .
Beiden Ausführungsformen ist gemein, dass automatisch anhand der gleichzeitigen Ermittlung der Signalstärke und der absoluten oder relativen Orientierung automatisch angezeigt werden kann, in welcher Richtung sich der Transponder befindet. Somit ist das Bestimmen der Richtung wesentlich vereinfacht, da der Benutzer des Lesegerätes nicht mehr manuell nach dem maximalen Signal suchen muss.
Hinsichtlich der ersten Ausführungsform wäre es denkbar, eine zusätzliche Relativsensorik 170, bspw. einen Beschleunigungs¬ sensor, vorzusehen. Nach Ermittlung der Richtung zum
Transponder 200 werden mit Hilfe der Relativsensorik 170 zumindest Ausrichtungsänderungen des Lesegerätes 100 quantita¬ tiv detektiert, d.h. insbesondere Drehungen um die Vertikale. Zusätzlich könnten auch Positionsänderungen detektiert werden. Diese Daten werden der Elektronikbaugruppe 130 zuge- führt. Dort werden sie bspw. dazu genutzt, um das Ergebnis der oben beschriebenen Richtungsschätzung zu verbessern oder bspw. während oder nach einer Bewegung des Lesegerätes 100 im Raum zu verifizieren bzw. zu korrigieren. Alternativ oder zusätzlich kann mit Hilfe der Ausgangsdaten der Relativsensorik 170 bspw. für den Fall, dass das
Transpondersignal S durch ein Hindernis abgeschirmt und daher nicht mehr empfangen wird, die bereits ermittelte und an der Anzeigeeinrichtung 120 dargestellte Richtung zum Transponder 200 korrigiert und entsprechend neu angezeigt werden. Würde bspw. vor einer Änderung der Orientierung des Lesegerätes ermittelt, dass die relative Richtung vom Lesegerät 100 zum Transponder 200 unter einem Winkel von w=+30° zur Längsrichtung des Lesegerätes steht, und würde dann, nachdem kein Transpondersignal S mehr empfangen wird, mit der Relativsen¬ sorik 170 ermittelt, dass sich die Ausrichtung um Aw=+10° geändert, so würde die Elektronikbaugruppe 130 berechnen, dass die korrigierte relative Richtung w' zum Transponder 200 nunmehr unter einem Winkel von w'=w-Aw=+20° zur Längsrichtung des Lesegerätes 100 stehen muss. Entsprechende Berech¬ nungen könnten angestellt werden, wenn sich die Position des Lesegerätes 100 ändert.
Die verschiedenen Baugruppen des Lesegerätes 100, d.h. die Antenneneinrichtung 110, die Anzeige 120, die Schwenkeinrichtung 140, die Sensorik 150, der elektronische Kompass 160 und die optionale Relativsensorik 170, sind sämtlich mit der Elektronikbaugruppe 130 verbunden (nicht dargestellt) .
Zusätzlich zur Richtungsbestimmung kann bspw. anhand der gemessenen Signalstärke auch die Entfernung vom Lesegerät 100 zum Transponder 200 abgeschätzt und an der Anzeigeeinrichtung 120 dargestellt werden. Auch die Relativsensorik 170 kann dazu genutzt werden, die Entfernung zwischen Lesegerät 100 und Transponder 200 zu bestimmen: Die Relativsensorik 170 bestimmt einen zurückgelegten Weg bzw. eine Positionsänderung des Lesegeräts 100, während gleichzeitig die Signalstärke des Transpondersignals S gemessen wird. Diese Daten werden der Elektronikbaugruppe 130 zugeführt. Da sich die Signalstärke mit der Entfernung zum Transponder 200 abschwächt, kann mit dem Verlauf der Signalstärke auf die Richtung geschlossen werden, in der sich der Transponder 200 befindet. Bspw. ist bei sinkender Signalstärke davon auszugehen, dass man sich vom Transponder 200 weg bewegt und umgekehrt. Anhand der Ge¬ schwindigkeit, mit der sich die gemessene Signalstärke verän¬ dert, kann man die Richtung genauer schätzen und nicht nur, ob man sich bspw. vom Transponder 200 entfernt: Der Transpon- der 200 befindet sich in der Richtung, in der die Signalstärke am schnellsten steigt oder fällt. Eine Richtantenne ist hierzu nicht erforderlich.
Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem aktiven
Transponder beschrieben. Grundsätzlich ist es für die Funktionalität jedoch nicht unbedingt notwendig, dass es sich um einen aktiven Transponder handelt, d.h. es können prinzipiell auch passive Transponder zum Einsatz kommen, die ein bspw. vom Lesegerät ausgesendetes Signal empfangen, ggf. modulieren und wieder aussenden.
Das Lesegerät kann bspw. in der Art eines PDAs ("Personal Di- gital Assistant") ausgestaltet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Mobiles Lesegerät (100) mit
- einer Antenneneinrichtung (110) zum Empfangen eines von ei- nem Transponder (200) aussendbaren Signals S, wobei die Antenneneinrichtung (110) eine Hauptstrahlrichtung aufweist,
- einer Elektronikbaugruppe (130) zum Berechnen einer Richtung vom Lesegerät (100) zum Transponder (200) anhand des empfangenen Signals S,
- einer Anzeigeeinrichtung (120), auf der die berechnete
Richtung anzeigbar ist,
wobei
- das Lesegerät (100) einen Orientierungsdetektor (160), auf¬ weist, mit dem eine Orientierung oder eine Orientierungsän- derung des Lesegerätes (100) bezüglich eines einem äußeren Raum (1) zugeordneten Koordinatensystems KR ermittelbar ist .
2. Mobiles Lesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikbaugruppe (130) ausgebildet ist, um aus einer Signalstärke des mit der Antenneneinrichtung (110) empfangenen Signals und aus der gleichzeitig mit der Signalstär¬ ke ermittelten Orientierung R oder Orientierungsänderung AR des Lesegerätes (100) die auf der Anzeigeeinrichtung (120) anzuzeigende Richtung zum Transponder (200) zu berechnen.
3. Mobiles Lesegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Orientierungsdetektor (160)
ausgebildet ist, um eine absolute Orientierung R im äußeren Raum (1) anzugeben.
4. Mobiles Lesegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Relativsensorik (170) vorgesehen ist, die eine Änderung der Orientierung des Lesegerätes (100) im äußeren Raum (1) quantitativ detektiert.
5. Mobiles Lesegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Orientierungsdetektor (160) ausgebildet ist, um eine relative Orientierung bezüglich einer bestimmten Ausgangslage des Lesegerätes (100),
insbesondere eine Orientierungsänderung AR gegenüber der Ausgangslage, im äußeren Raum (1) anzugeben.
6. Mobiles Lesegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstrahlrichtung der Antenneneinrichtung (110) relativ zum Lesegerät (100)
schwenkbar ist.
7. Mobiles Lesegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenneneinrichtung (110) relativ zum Lesegerät (100) schwenkbar ist.
8. Mobiles Lesegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstrahlrichtung der Antenneneinrichtung (110) elektronisch schwenkbar ist.
9. Verfahren zur Ermittlung einer Richtung von einem mobilen Lesegerät (100) zu einem Transponder (200), wobei das
Lesegerät (100) eine Antenneneinrichtung (110) mit einer Hauptstrahlrichtung aufweist, wobei bei dem Verfahren
- die Antenneneinrichtung (110) ein Signal vom Transponder (200) empfängt,
- die Hauptstrahlrichtung während des Empfangens bezüglich eines äußeren Raumes (1) geschwenkt wird, wobei während des Schwenkens gleichzeitig die Stärke des empfangenen Signals gemessen und eine Orientierung oder eine Orientierungsände¬ rung des Lesegerätes (100) bezüglich des äußeren Raumes er- mittelt wird,
- diese Datensätze umfassend die während des Schwenkens ge¬ messene Signalstärke und die gleichzeitig ermittelte Orien¬ tierung oder Orientierungsänderung einander zugeordnet werden, wobei diejenige Orientierung oder Orientierungsände- rung, die bei maximaler gemessener Signalstärke ermittelt wurde, als die gesuchte Richtung zum Transponder (200) identifiziert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstrahlrichtung geschwenkt wird, indem
- das Lesegerät relativ zum äußeren Raum bewegt wird,
- die Antenneneinrichtung relativ zum Lesegerät bewegt wird oder
- ein elektronisches Schwenken verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Transponder ein passiver Transponder ist und das vom Transponder ausgesendete Signal S ein
zunächst vom Lesegerät ausgesendetes und am Transponder reflektiertes Signal ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Transponder ein aktiver Transponder ist und das Signal aktiv aussendet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine absolute Orientierung bezüglich des äußeren Raumes ermittelt wird und zusätzlich, insbesondere nachdem die Richtung zum Transponder bestimmt wurde,
Änderungen der Orientierung des Lesegerätes quantitativ detektiert werden, wobei diese Änderungen genutzt werden, um das Ergebnis der Richtungsbestimmung zu verbessern oder zu korrigieren.
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