WO2020053215A1 - System and method for radio-wave-based locating and coordinate transformation - Google Patents

System and method for radio-wave-based locating and coordinate transformation Download PDF

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WO2020053215A1
WO2020053215A1 PCT/EP2019/074118 EP2019074118W WO2020053215A1 WO 2020053215 A1 WO2020053215 A1 WO 2020053215A1 EP 2019074118 W EP2019074118 W EP 2019074118W WO 2020053215 A1 WO2020053215 A1 WO 2020053215A1
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virtual
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local
coordinate system
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Francisco de Asís MOLINA MARTEL
Juri Sidorenko
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • the invention relates to a system and a method in which a radio wave-based location between two mobile devices generates location data that can be used for the purpose of coordinate transformation.
  • the respective local coordinate systems of the respective mobile devices can be converted into a common global coordinate system.
  • the mobile devices can, for example, create virtual local environment maps of a real environment, each mobile device having its own local coordinate system within which the respective local environment map is generated.
  • Such virtual environment maps can be generated, for example, from real environments that are initially unknown.
  • mobile robots can be used for this, which move in a real environment and thereby capture this real environment.
  • the robot can then map the captured data and create a virtual map of the real environment.
  • This automated process of capturing the real environment, creating a virtual environment map and simultaneously estimating one's own pose relative to the environment map is also referred to in robotics as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).
  • a virtual environment map can be built up. For example, the current position of the SLAM-based mobile device relative to a topographical feature (eg wall) in the real environment can be detected, and the absolute position of the topographical feature can be determined therein using a position that is already known within its own local coordinate system . The recorded topographical feature can then be entered in the virtual map of the area.
  • a topographical feature eg wall
  • Cooperative mapping or cooperative SLAM describes the use of several SLAM-based devices for creating a global map.
  • the individual SLAM devices each create their own virtual local environment map, which in turn can then be combined to form a common virtual global environment map.
  • the initial pose of the individual SLAM devices relative to one another is unknown, so it usually has to be waited until parts of the individual virtual local area maps overlap. It can therefore take valuable time before the individual SLAM devices can locate one another and a common virtual global environment map can be formed.
  • the initial relative poses of the SLAM devices are usually calculated by overlapping common features of the individual local virtual environment maps [6] [7] or by estimating the position of another SLAM device in your own local virtual environment map [8 ]
  • the initial pose of the SLAM devices can be determined by the measured relative rotations and distances to each other.
  • the most relevant method for the present invention is the estimation of the initial relative poses as described in [1] [2] [3] [4]. It contains several mathematical proofs that the initial relative pose can be estimated on the basis of a certain number of distance measurements and the corresponding point pairs in your own coordinate systems.
  • the two-dimensional case is dealt with in [1] and [2].
  • [3] and [4] the three-dimensional case with six degrees of freedom.
  • the theory was tested in [2] using two Pioneer II robots. The positions of the robots were measured by the number of revolutions of the wheels and the distance from one another by mounted cameras.
  • the cameras have determined the basic truth of the pose of both robots.
  • [5] describes a cooperative SLAM process in which two mobile robots are used.
  • Each robot is equipped with a laser-based distance measuring system and a color camera.
  • the laser-based distance measuring system measures the distance of the respective robot from topographic elements in the real environment.
  • the Color camera has a pattern recognition, a colored cylinder is arranged on each of the two robots, which can be recognized by means of the pattern recognition.
  • the distance and the orientation of the two robots to each other are estimated on the basis of the size and orientation of the cylinder recognized in the image.
  • the problem here is that the two robots have to meet and have a direct line of sight to each other, which is why this publication [5] also bears the subtitle "Robot Rendezvous Case".
  • the system according to the invention has a first mobile device and a second mobile device.
  • the first mobile device has a first environment detection and mapping device for creating a virtual first local environment map of a real environment in a first local coordinate system.
  • the real environment is therefore mapped virtually, whereby “virtual” is to be understood in the sense of “computer-generated”.
  • the second mobile device has a second environment detection and mapping device for creating a virtual second local environment map of a real environment in a second local coordinate system.
  • at least the first mobile device has a radio-based locating device for locating the second mobile device. Locations are generally methods that determine the spatial position of distant objects in relation to the observer.
  • a distance measurement between the first and the second mobile device can be carried out for this purpose in a certain direction.
  • the location can be used, for example, to determine the relative spatial pose between the first and the second mobile device.
  • the first mobile device can be designed to carry out a coordinate transformation between the first and the second local coordinate system and to create a common global coordinate system based on location data acquired by means of the radio-based location device.
  • the first mobile device can have a first local coordinate system and the second mobile device can have a second local coordinate system.
  • the first device can now use a suitable coordinate transformation to convert the two local coordinate systems into a common global coordinate system.
  • the second coordinate system can be converted into the first coordinate system serving as a reference.
  • the first coordinate system serving as a reference would be the common global coordinate system.
  • the first local coordinate system and the second local coordinate system to be converted into a third coordinate system by means of a suitable coordinate transformation.
  • this third coordinate system would be the common global coordinate system.
  • the coordinate transformation is based on the location data determined by means of the radio wave-based location. For example, one or more radio wave-based location processes (for example distance measurements) can be carried out in order to obtain a correspondingly large number of location data (for example measured distances).
  • a large number (for example five) of radio wave-based location processes can be carried out, and the corresponding large number of individual location data (for example the distances measured in each case) obtained in this way can be stored together in one data record.
  • the coordinate transformation can then be carried out on this same data record, which contains the corresponding large number of location data. Since, according to the invention, the locating method takes place by means of radio waves, there is no need for a direct line of sight between the individual mobile devices.
  • the location data can be transmitted to the first mobile device via a transmission channel of the radio-based positioning device and / or via a separate transmission channel (for example WLAN, Bluetooth, etc.).
  • the location data can optionally include a position and / or orientation associated with a location operation carried out in the space of the respective mobile device.
  • the second mobile device can transmit its local pose valid at the time of the locating process (ie within its own or second local coordinate system) to the first mobile device.
  • the radio-based locating device can have a distance measuring device, and in this case the locating data can have at least one distance measured between the first mobile device and the second mobile device. This means that the recorded location data contain at least one measured distance between the first and the second mobile device.
  • At least one distance measurement can be carried out for each location process, with one set of location data (for example a measured relative distance between the first and the second mobile device) which can be assigned to the location process, for example by means of time stamps, being recorded for each distance measurement.
  • the location data can optionally include an associated position and / or orientation in the space of the respective mobile device for a measured distance.
  • the system may be a cooperative localization and mapping (SLAM) system, the first mobile device being a first mobile SLAM device, and the second mobile device being a second mobile SLAM device .
  • SLAM cooperative localization and mapping
  • the first mobile device and the second mobile device are each designed to record and map their surroundings.
  • the environmental detection and mapping are preferably carried out approximately at the same time.
  • the radio-based locating device can be an ultra-wideband locating device that is configured to carry out a location of the second mobile device using radio waves in the ultra-wideband.
  • the radio-based locating device can have, for example, an ultra wide band or UWB (UWB) transceiver.
  • UWB ultra wide band
  • the Uitra broadband covers frequencies in the range between 3.1 GHz and 10.6 GHz.
  • UWB waves can pass through objects such as walls. The use of UWB is therefore particularly advantageous in indoor applications compared to GPS-based systems.
  • the mobile devices according to the invention can therefore also be used indoors, since they can also locate one another without any problems there, while GPS, however, is usually not (reliably) available indoors.
  • the radio-based locating device can be designed to locate the second mobile device by means of time of arrival - ToA -
  • the environment detection and mapping device can have at least one optical means, which is designed to topographically record the real environment by means of optical sensors and to virtually map optically recorded topographical environment data.
  • the optical means can have an image sensor, for example.
  • the optical means can have a camera, for example, and the real environment can be captured by means of image-based pattern recognition.
  • the optical means can have an LI DAR (Light Detection and Ranging) and / or a LADAR (Laser Detection and Ranging) by means of which the real environment can be detected.
  • LI DAR and LADAR have compared to conventional imaging methods, e.g. Cameras, the advantage that they can also be used in poor visibility or lighting conditions.
  • the environment detection and mapping device can have at least one radio-based means, which is designed to topographically record the real environment by means of radio waves and to virtually map recorded topographical environment data.
  • the radio-based means can have, for example, a RADAR (Radio Detection and Ranging).
  • Radio wave-based means have the advantage over optical means that they can be replaced even in very poor visibility conditions.
  • a radio-based means for detecting the surroundings can also be used in heavily smoky rooms during fires in order to detect the surroundings.
  • the first mobile device can be designed to determine the pose of the second mobile device relative to the first mobile device based on the coordinate transformation.
  • the first mobile device can use the coordinate transformation to transmit the respective pose of the first and the second mobile device into a common coordinate system, namely into the common global coordinate system.
  • the second mobile device can transmit its local pose valid at the time of the location (ie within its own or second coordinate system) to the first mobile device.
  • the two mobile devices can do this for pose-related data exchange with each other.
  • This pose-related data can be part of the location data itself or can be transmitted as a separate data record.
  • the first mobile device and / or the second mobile device can be designed to combine the virtual first local environment map and the virtual second local environment map to form a virtual global environment map within the common global coordinate system.
  • the second mobile device can, for example, transmit a part of its own or second virtual local area map that has already been created to the first mobile device. If, for example, the second mobile device has already created all or part of a virtual second local environment map at the time of the locating process, the part of the virtual second local environment map that has already been created can be transmitted to the first mobile device.
  • the two mobile devices can exchange area map data with one another. This already created part of the virtual second local environment map can be part of the location data itself or can be transmitted as a separate data record.
  • the first mobile device can then combine the first and the second virtual local environment map into a virtual global environment map within the global coordinate system.
  • An advantage of the concept according to the invention is that the individual local environment maps do not have to overlap in order to be able to create a global environment map.
  • the present invention advantageously combines an environmental detection device with a radio-based location device. This enables the construction of the mobile devices to be significantly simpler and less expensive than in the prior art.
  • At least the first mobile device can be augmented reality glasses that have an imaging device that is designed to display the virtual first local environment map and / or the virtual second local environment map and / or the virtual global environment map.
  • the wearer of the augmented reality glasses is shown the respective virtual environment map in the imaging device.
  • the imaging device can display the respective virtual environment map in the field of view of the wearer.
  • the imaging device can be partially transparent, for example, so that the wearer can see the real environment and, at the same time, the respective virtual one Area map sees.
  • the augmented reality glasses record the real environment and at the same time create a virtual map of the surroundings.
  • the firefighter is shown the virtual map in augmented reality glasses. The fireman can see the room through the augmented reality glasses despite the strong visual impairment caused by smoke.
  • the second mobile device can be augmented reality glasses that have an imaging device that is configured to display the virtual first local environment map and / or the virtual second local environment map and / or the virtual global environment map.
  • the first and the second mobile device can each be augmented reality glasses that can cooperatively cooperate.
  • Two augmented reality glasses can communicate with one another and, for example, exchange location data and / or position data and / or area map data and / or pose-related data and / or image data.
  • the second augmented reality glasses can transmit a part of a second virtual local area map that has already been created to the first augmented reality glasses.
  • the first augmented reality glasses can then combine this created part of the second virtual local environment map with its already created part of a first virtual local environment map to form a common virtual global environment map. If several firefighters equipped with augmented reality glasses are distributed in the building, the respective individual local virtual environment maps of the respective firefighters can be combined to form a global virtual environment map that spans the space and floor. The more virtual local environment maps are generated, the faster a virtual global environment map that is available for all augmented reality glasses can be generated.
  • the imaging device of the first and / or second augmented reality glasses can be configured around an object which is arranged in the real environment between the first and the second augmented reality glasses and which provides a visual connection between the first and the second augmented reality glasses hindered at least partially to hide in the virtual global environment map or not to show at all. If, for example, there is a wall between the two augmented reality glasses, the two augmented reality glasses do not have direct visual contact with one another. Nevertheless, every augmented reality glasses initially creates a virtual local map for itself. When the virtual local environment maps are merged into the virtual global environment map, the wall in the virtual global environment map can be hidden. This means that the available local environment maps are shown in the field of vision in the virtual global environment map, so that the wearer of the augmented reality glasses can look through the wall in the real room and recognize the space behind it.
  • the first mobile device can be configured to locate the second mobile device without an existing line of sight between the first and the second mobile device and / or around the first and the second local coordinate system without an existing line of sight between the first and the second to convert the second mobile device into the global coordinate system.
  • no direct line of sight between the first and the second mobile device is necessary in the inventive concept. This makes the system according to the invention much more versatile.
  • a mobile device for use in a system described above is proposed.
  • topographical environmental features are recorded in a real environment.
  • these can be environmental features, such as walls, tables and the like, in a room.
  • a virtual first local environment map is created based on the recorded topographical environmental features. This means that the captured real space is virtually mapped.
  • the virtual first local environment map is created in a first local coordinate system.
  • the method further comprises locating a mobile device, specifically by acquiring location data using radio waves.
  • the mobile device located by means of radio waves has its own (or second) local coordinate system, in which the located mobile device can create a virtual second local area map.
  • the second local Coordinate system can differ from the first local coordinate system.
  • the method further comprises a step of performing a coordinate transformation between the first local coordinate system and the second local coordinate system in order to generate a common global coordinate system, based on the location data acquired by means of the radio waves.
  • the invention further relates to a computer program with a program code for performing the aforementioned method when the program runs on a computer,
  • FIG. 1A shows a schematic overview of a system according to the invention in accordance with an exemplary embodiment
  • FIG. 1B is a schematic overview of a system according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic overview of a system according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of a method according to the invention according to an embodiment.
  • Some non-limiting examples of mobile devices according to the invention can be robots, for example. This can be, for example, autonomously moving vehicles of any kind, such as autonomously driving cars, drones, and the like.
  • the concept according to the invention is described below using a non-limiting example of augmented reality glasses as a mobile device.
  • Augmented Reality is also known as augmented virtuality or mixed reality.
  • virtual elements eg virtual environment maps
  • Virtual reality glasses can also be mentioned as further non-limiting examples of mobile devices. Only virtual elements are displayed here.
  • FIG. 1A shows a schematic illustration of a system 100 according to the invention.
  • the system 100 has a first mobile device 101 and a second mobile device 201.
  • the first mobile device 101 has a first environment detection and mapping device 102.
  • the environment detection and mapping device 102 is configured to topographically capture a real environment and to create a virtual first local environment map of the captured real environment in a first local coordinate system 111.
  • the second mobile device 201 has a second environment detection and mapping device 202.
  • the environment detection and mapping device 202 is configured to topographically capture a real environment and to create a virtual second local environment map of the captured real environment in a second local coordinate system 222.
  • the first and the second local coordinate system 111, 222 can have different orientations to one another.
  • a topographical recording of a real environment is understood to mean the recording of topographical environmental features in the surroundings.
  • topographical environmental features For example, walls, chairs, and a table may be present in a room, all of which are examples of topographical environmental features in that room.
  • These topographical environmental features can be captured and virtually mapped, i.e. are shown in a virtual map of the area.
  • the first mobile device 101 has a radio-based locating device 104.
  • the radio-based locating device 104 is configured to locate the second mobile device 201.
  • the first mobile device 101 can carry out a distance measurement in order to determine the relative distance D between the first mobile device 101 and the second mobile device 201.
  • Location data is generated when the second mobile device 201 is located. This location data can include, for example, the determined distance between the two mobile devices 101, 201.
  • the first mobile device 101 can be configured to carry out a coordinate transformation between the first and the second local coordinate system 111, 222 based on the location data acquired by means of the radio-based location device.
  • the first mobile device 101 can combine the local coordinate systems 111, 222 to form a common global coordinate system 333.
  • One of the two local coordinate systems 1 1 1, 222 can serve as a reference for creating the global coordinate system 333, so that in each case one of the two local coordinate systems is transferred to the other local coordinate system serving as a reference.
  • the local coordinate system serving as reference then forms the common global coordinate system 333.
  • the first local coordinate system 111 and the second local coordinate system 222 can be converted into a third coordinate system 333 by means of a suitable coordinate transformation. In this case, this third coordinate system 333 would be the common global coordinate system.
  • the coordinate transformation is based on the location data acquired by means of radio waves. As mentioned at the beginning, this can be one or more distance measurements between the first and the second mobile device 101, 201. For example, several distance measurements can be carried out at different times, the mobile devices 101, 201 having been able to move relative to one another at the respective different times, so that their relative distance to one another has changed.
  • the location for example the distance measurement, is carried out between the mobile devices 101, 201 by means of radio waves.
  • This allows highly precise location, e.g. Distance measurement, even without existing visual contact between the two mobile devices 101, 201.
  • the system 100 according to the invention can take on different advantageous configurations based on the creation of the global coordinate system 333, based on the coordinate transformation mentioned at the beginning.
  • the first mobile device 101 can calculate the pose of the second mobile device 201, specifically within the common global coordinate system 333.
  • the first and the second mobile devices 101, 201 can thus be related to one another in the correct orientation.
  • the location data recorded by the first mobile device 101 can optionally contain additional information on the position, location and orientation of the second mobile device 201 in real space. So can for example a mutual localization of the two mobile devices 101,
  • the respective local environment maps can, for example, be put together to form a common global environment map. This will be described below by way of example with reference to FIG. 1B.
  • FIG. 1B shows an exemplary embodiment of a system 100 according to the invention, which is able to combine a virtual first local environment map 103 and a virtual second local environment map 203 to form a virtual common global environment map 303.
  • the first mobile device 101 has its own or first, local coordinate system 111, within which the first virtual local environment map 103 is generated.
  • the second mobile device 201 has its own or second, local coordinate system 222, within which the second virtual local environment map 203 is generated.
  • a coordinate transformation between the first coordinate system 111 and the second coordinate system 222 is carried out for mutual localization or for joining the two virtual local environment maps 103, 203 into a common virtual global environment map 303.
  • the location for example by means of distance measurement, between the two mobile devices 101, 201 provides the information required for this in the form of location data.
  • the result of one or more distance measurements can be part of the location data recorded by the first mobile device 101, for example.
  • the first mobile device 101 can therefore create a common global coordinate system 333.
  • the virtual first local environment map 103 and the virtual second local environment map 203 are combined to form a virtual global environment map 303 within the common global coordinate system 333 in the correct orientation.
  • the two mobile devices 101, 201 can, for example, exchange area map data with one another. For example, they can also exchange any position data from their corresponding local coordinate system 11 1, 222 with one another.
  • the number and the accuracy of the distance measurements determine the quality of the map merging.
  • five different distance measurements can be sufficient to be able to clearly determine the coordinate transformation.
  • six different distance measurements can be sufficient to uniquely determine the coordinate transformation with four degrees of freedom (3D translation and rotation around the gravitational vector). A higher number of distance measurements reduces the standard deviation and increases the accuracy.
  • augmented reality glasses which can be worn in an unknown space when rescue workers are used.
  • This can be, for example, a heavily smoky apartment 210 in the event of a building fire, with several firefighters staying in different rooms 210i, 2102 of apartment 210.
  • FIG. 2 schematically shows an apartment 210 with a wall 211 arranged therein, which divides the apartment 210 into a first room 210i and a second room 2102.
  • a first mobile device 101 On one side of wall 211, i.e. in the first room 210i there is a first mobile device 101.
  • a second mobile device 201 On the other side of the wall 211, i.e. in the second room 2102 there is a second mobile device 201.
  • the first mobile device 101 is augmented reality glasses that are equipped with an environment detection and mapping device 102 and a radio-based location device 104.
  • the environment detection and mapping device 102 can, for example, have a camera which uses image recognition methods to detect the real environment, i.e. the first room 210i.
  • the environment detection and mapping device 102 may have an LI DAR and / or a RADAR.
  • LIDAR and RADAR are advantageous compared to a camera because with these methods the real environment, i.e. the first room 210i can also be captured if there is no unobstructed view, for example if the real environment is so heavily used up that a camera has no or only a limited view.
  • the second mobile device 201 is also augmented reality glasses, which are equipped with an environment detection and mapping device 202 and a radio-based interface 204.
  • the radio-based interface 204 can be a radio-based location device.
  • the radio-based interface 204 can be a radio-based communication device, by means of which the second mobile device 102 can communicate with the first mobile device 101 and, for example, can exchange location data and / or area map data.
  • the environment detection and mapping device 202 of the second augmented reality glasses 201 can, for example, have a camera which records the real environment, ie the second room 210 2 , by means of image recognition methods.
  • the environment detection and mapping device 202 of the second augmented reality glasses 201 can have a LIDAR and / or a RADAR. LI DAR and RADAR are advantageous compared to a camera, since with these methods the real environment, ie the second room 210 2 , can also be recorded when there is no unobstructed view, for example when the second room 210 2 is so heavily used is that a camera has no or only a limited view.
  • the two augmented reality glasses 101, 201 can be SLAM-based devices, that is to say the detection of the real environment, or the respective room 210i, 210 2 , and the virtual mapping for creating a virtual local area map 103, 203 of the respective room 210i , 210 2 , can take place simultaneously.
  • the system 100 according to the invention can in this case be a cooperative SLAM system in which the two SLAM-based augmented reality glasses 101, 201 cooperate. That is, at least one of the two augmented reality glasses 101, 201 can be the respective virtual one Assemble local environment maps 103, 203 into a common virtual global environment map 303.
  • the virtual local environment maps 103, 203 of the respective rooms 210i, 210 2 can thus be combined to form a common virtual global environment map 303 of the entire apartment 210.
  • the radio-based locating device 104 of the first augmented reality glasses 101 has a UWB transceiver.
  • Interface 204 of the second augmented reality glasses 201 can also have a UWB transceiver.
  • the UWB transceiver 104 of the first augmented reality glasses 101 can carry out radio-based location of the second augmented reality glasses 201.
  • a distance measurement between the first augmented reality glasses 101 and the second Augmented reality glasses 201 are carried out, for example by means of time of flight (ToF), time of arrival (ToA) or time distance of arrival (TDoA).
  • ToF time of flight
  • ToA time of arrival
  • TDoA time distance of arrival
  • the localization by means of UWB is particularly advantageous for applications as described here by way of example.
  • the ultra broadband waves have only a low attenuation and can spread through solid objects, among other things.
  • the second augmented reality glasses 201 can be located through the wall 211. Although there is no direct line of sight between the two mobile devices (augmented reality glasses) 101, 201, the radio-based location can still be carried out using UWB.
  • the firefighter located in the first room 210i can thus locate the firefighter wearing the second augmented reality glasses 201 in the second room 210 2 using the first augmented reality glasses 101, although both firefighters cannot see through the wall 21 1 .
  • the first augmented reality glasses 101 can carry out a coordinate transformation and the second virtual local environment map 203 created by the second augmented reality glasses 201 in the local second coordinate system 222 transfer a common global coordinate system 333.
  • the first virtual local environment map 103 created in the local first coordinate system 111 and the second virtual local environment map 203 created in the local second coordinate system 222, in correct alignment with one another, can be combined to form the common global virtual environment map 303 in the common global coordinate system 333.
  • Both augmented reality glasses 101, 201 each have an imaging device.
  • This can be, for example, a small display in which the virtual environment maps 103, 203, 303 can be shown.
  • the display can be partially transparent, so that the wearer of the augmented reality glasses 101, 201 both sees the real environment, ie the respective room 210i, 210 2 , and at least one of the virtual environment maps 103, 203, 303 is shown simultaneously.
  • An advantage of the invention is therefore that the individual augmented reality glasses 101, 201 can cooperate cooperatively and jointly create a virtual global environment map 303. Since the distances of the augmented reality glasses 101,
  • the individual virtual local environment maps 103, 203 can be put together in the correct orientation relative to one another, even without the local environment maps 103, 203 having to overlap. This considerably reduces the time required to create the global environment map 303 compared to conventional systems in which the local environment maps have to overlap in order to carry out a pattern recognition of features that are present together.
  • Another advantage of the invention is that the x-ray view can be made possible with the augmented reality glasses 101, 201.
  • the fireman in the first room 210i is shown the virtual global map 303 in his (first) augmented reality glasses 101. If the fireman now turns towards the wall 211, then the augmented reality glasses 101 show him the virtual global environment map 303, or at least the virtual local environment map 203 of the second room 210 2 located behind it.
  • the wall 211 cannot be displayed or at least partially hidden in the virtual global environment map 303.
  • the first fireman located in the first room 210i sees with his first augmented reality glasses 101 the virtual environment map 203 of the second room 210 2 , which was created using the second augmented reality glasses 201 of the second fireman located in the second room 210 2 .
  • the exemplary embodiment described with reference to FIG. 2 with emergency services and augmented reality glasses 101, 201 is only to be understood as a non-limiting example. It would also be conceivable, for example, that the mobile devices are autonomously operating robots. This would preclude rescue workers from being endangered. It would also be conceivable that the mobile devices are vehicles or airplanes. For example, it can be unmanned or remote-controlled drones that can also be used indoors. Other examples provide that the mobile devices are mobile devices, such as, for example, mobile telecommunication devices (for example smartphones, wearables, notebooks, etc.), this form of mobile devices are usually equipped with cameras and radio-based location devices ex works.
  • mobile telecommunication devices for example smartphones, wearables, notebooks, etc.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a method according to the invention, as can be carried out by the mobile devices 101, 201.
  • topographical environmental features are recorded in a real environment and a virtual first local environment map 103 is created in a first local coordinate system 111.
  • a mobile device 201 is located by detecting location data using radio waves, this mobile device 201 having a second local coordinate system 222.
  • the mobile device 201 is configured to capture topographical environmental features in a real environment and to create a virtual second local environment map 203 in the second local coordinate system 222.
  • a coordinate transformation between the first local coordinate system 1 1 1 and the second local coordinate system 222 is carried out in order to generate a common global coordinate system 333, based on the location data acquired by means of the radio waves.
  • SLAM SLAM problem
  • modern augmented reality glasses 101, 201 with integrated ultra-wideband (UWB) transceivers 104, 204 can be used for distance measurement by means of time of arrival (TOA).
  • TOA time of arrival
  • the concept according to the invention uses cooperative SLAM and the measured distances belong to at least two equivalent systems 101, 201 in order to estimate the relative pose to one another.
  • the present invention describes a system 100 that is intended to improve the use of cooperative SLAM. It can have at least one mobile device 101 with a SLAM-based optical sensor (e.g. optical camera, LIDAR, etc.) 102 and at least one integrated UWB transceiver 104.
  • the transceiver 104 carries out distance measurements (e.g. by means of time of arrival or time difference of arrival) to at least one other integrated UWB transceiver 204 of an equivalent system (second mobile device) 201.
  • Example variants are similar systems, which may have additional sensors (e.g. IMU, magnetometer, barometer, etc.). These optional additional sensors can serve to increase the accuracy and robustness of the system 100.
  • exemplary embodiments of the present invention can be “augmented reality” glasses 101 with integrated optical SLAM sensors (eg cameras) 102 and a UWB transceiver 104 coupled to them, which operate a similar application.
  • Such reality glasses 101 can, for example, have at least one camera 102 and an inertial measuring unit IMU Inertial Measurement Unit for SLAM.
  • a cooperative SLAM can also be realized if objects or walls 211 are located between the individual SLAM systems (mobile devices) 101, 201.
  • the concept according to the invention allows two SLAM-based devices 101, 201, which have at least one integrated optical sensor 102, 202 and at least one UWB transceiver 104, 204, to quickly locate one another, even if the devices 101, 201 have no extrinsic additional information feature.
  • Examples of applications of the concept according to the invention can be in the fire service, police, special operations (eg counter-terrorism) and the military in the form of “augmented reality” glasses 101, 201.
  • augmented reality glasses 101, 201 In the field of robotics, for example, a more efficient 3D measurement of interiors in buildings or Outdoor areas, e.g. by means of unmanned aerial vehicles (UAVs), will be realized.
  • UAVs unmanned aerial vehicles
  • the concept according to the invention is of great relevance for indoor use where GRS does not work well.
  • aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device.
  • Some or all of the process steps can be performed by a hardware apparatus (or using a hardware apparatus) such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
  • exemplary embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software or at least partially in hardware or at least partially in software.
  • the implementation can be carried out using a digital storage medium, for example a floppy disk, a DVD, a BluRay disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or another magnetic or optical Memory are carried out, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system or in such a way that the respective method is carried out.
  • the digital storage medium can therefore be computer-readable.
  • Some exemplary embodiments according to the invention thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are capable of using a co-programmable computer system such that one of the ⁇ be herein described methods is performed.
  • exemplary embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can, for example, also be stored on a machine-readable carrier.
  • exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable medium.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described here when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier or the digital storage medium or the computer-readable medium are typically tangible and / or non-volatile.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • a further exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a processing device for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • Another exemplary embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the receiver can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or the system can comprise, for example, a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device for example a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be a universally usable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a system (100), comprising a first and a second mobile device (101, 201). The first mobile device (101) has a first environment-sensing- and mapping device (102) for creating a virtual first local environment map (103) of a real environment (2101) in a first local coordinate system. The second mobile device (201) has a second environment-sensing- and mapping device (202) for creating a virtual second local environment map (203) of a real environment (2102) in a second local coordinate system. At least the first mobile device (101) has a radio-based locating device (104) for locating the second mobile device (201). The first mobile device (101) is also designed, on the basis of locating data captured by means of the radio-based locating device (104), to perform a coordinate transformation between the first local coordinate system and the second local coordinate system and to create a common global coordinate system.

Description

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR FUNKWELLENBASIERTEN ORTUNG UND  SYSTEM AND METHOD FOR RADIO WAVE-BASED LOCATION AND
KOORDINATENTRANSFORMATION  COORDINATE TRANSFORMATION
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren bei welchem eine funkwellenbasierte Ortung zwischen zwei mobilen Vorrichtungen Ortungsdaten erzeugt, die zum Zwecke einer Koordinatentransformation eingesetzt werden können. Bei dieser Koordinatentransformation können die jeweiligen lokalen Koordinatensysteme der jeweiligen mobilen Vorrichtungen in ein gemeinsames globales Koordinatensystem überführt werden. Die mobilen Vorrichtungen können beispielsweise virtuelle lokale Umgebungskarten einer realen Umgebung erstellen, wobei jede mobile Vorrichtung ein eigenes lokales Koordinatensystem aufweist, innerhalb dessen die jeweilige lokale Umgebungskarte generiert wird. The invention relates to a system and a method in which a radio wave-based location between two mobile devices generates location data that can be used for the purpose of coordinate transformation. With this coordinate transformation, the respective local coordinate systems of the respective mobile devices can be converted into a common global coordinate system. The mobile devices can, for example, create virtual local environment maps of a real environment, each mobile device having its own local coordinate system within which the respective local environment map is generated.
Derartige virtuelle Umgebungskarten können beispielsweise von realen Umgebungen, die zunächst unbekannt sind, erzeugt werden. Hierfür können beispielsweise mobile Roboter eingesetzt werden, die sich in einer realen Umgebung bewegen und diese reale Umgebung dabei erfassen. Der Roboter kann die erfassten Daten dann kartieren und eine virtuelle Umgebungskarte der realen Umgebung erstellen. Dieses automatisierte Verfahren des Erfassens der realen Umgebung, der Erstellung einer virtuellen Umgebungskarte und das gleichzeitige Schätzen der eigenen Pose relativ zur Umgebungskarte wird in der Robotik auch als SLAM (engl.: Simultaneous Localization and Mapping) bezeichnet. Such virtual environment maps can be generated, for example, from real environments that are initially unknown. For example, mobile robots can be used for this, which move in a real environment and thereby capture this real environment. The robot can then map the captured data and create a virtual map of the real environment. This automated process of capturing the real environment, creating a virtual environment map and simultaneously estimating one's own pose relative to the environment map is also referred to in robotics as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).
Eine der grundlegenden Fähigkeiten einer SLAM-basierten mobilen Vorrichtung besteht darin, sich orientieren zu können, also zu wissen, wie ihre Umgebung aussieht und wo sie sich befindet. Ist die absolute Position der SLAM-basierten mobilen Vorrichtung in der realen Umgebung bekannt, kann eine virtuelle Umgebungskarte aufgebaut werden. Beispielsweise kann die aktuelle Position der SLAM-basierten mobilen Vorrichtung relativ zu einem topografischen Merkmal (z.B. Wand) in der realen Umgebung erfasst werden, und es kann mit Hilfe einer bereits bekannten Position innerhalb des eigenen lokalen Koordinatensystems die absolute Position des topografischen Merkmals darin bestimmt werden. Das erfasste topographische Merkmal kann anschließend in die virtuelle Umgebungskarte eingetragen werden. One of the basic skills of a SLAM-based mobile device is to be able to orient yourself, that is, to know what its environment looks like and where it is. If the absolute position of the SLAM-based mobile device in the real environment is known, a virtual environment map can be built up. For example, the current position of the SLAM-based mobile device relative to a topographical feature (eg wall) in the real environment can be detected, and the absolute position of the topographical feature can be determined therein using a position that is already known within its own local coordinate system . The recorded topographical feature can then be entered in the virtual map of the area.
Allerdings ist zu Beginn eines SLAM-Verfahrens weder die virtuelle Umgebungskarte selbst noch die eigene Pose (Orientierung und Position) der SLAM-basierten mobilen Vorrichtung innerhalb dieser Umgebungskarte bekannt. Daher müssen die Umgebungs- karte und die Pose gleichzeitig geschätzt werden. SLAM ist somit ein bekanntes Henne-Ei Problem. However, at the beginning of a SLAM process, neither the virtual environment map itself nor the own pose (orientation and position) of the SLAM-based mobile is Device known within this environment map. Therefore, the environment map and pose must be estimated at the same time. SLAM is therefore a well-known chicken and egg problem.
Kooperatives Mapping oder kooperatives SLAM bezeichnet den Einsatz von mehreren SLAM basierten Geräten für das Erstellen einer globalen Karte. Die einzelnen SLAM- Geräte erstellen dabei jeweils eine eigene virtuelle lokale Umgebungskarte, die dann wie- derum zu einer gemeinsamen virtuellen globalen Umgebungskarte zusammengefügt werden können. Die initiale Pose der einzelnen SLAM-Geräte relativ zueinander ist in der Praxis jedoch unbekannt, sodass meistens gewartet werden muss, bis Teile der einzelnen virtuellen lokalen Umgebungskarten sich überlappen. Es kann somit kostbare Zeit vergehen, bis die einzelnen SLAM-Geräte sich gegenseitig lokalisieren können und eine gemeinsame virtuelle globale Umgebungskarte gebildet werden kann. Cooperative mapping or cooperative SLAM describes the use of several SLAM-based devices for creating a global map. The individual SLAM devices each create their own virtual local environment map, which in turn can then be combined to form a common virtual global environment map. In practice, however, the initial pose of the individual SLAM devices relative to one another is unknown, so it usually has to be waited until parts of the individual virtual local area maps overlap. It can therefore take valuable time before the individual SLAM devices can locate one another and a common virtual global environment map can be formed.
Der einfachste Fall erfolgt, zumindest in der Theorie, unter der Annahme, dass die initialen Posen bekannt sind [9]. In der Praxis ist diese Information jedoch in der Regel nicht gegeben. Die initialen relativen Posen der SLAM-Geräte werden in der Regel berechnet, indem gemeinsame Merkmale der einzelnen lokalen virtuellen Umgebungskarten überei- nandergelegt werden [6][7] oder die Position eines anderen SLAM-Geräts in der eigenen lokalen virtuellen Umgebungskarte geschätzt wird [8] Durch die gemessenen relativen Rotationen und Distanzen zueinander kann die initiale Pose der SLAM-Geräte bestimmt werden. The simplest case occurs, at least in theory, on the assumption that the initial poses are known [9]. In practice, however, this information is usually not available. The initial relative poses of the SLAM devices are usually calculated by overlapping common features of the individual local virtual environment maps [6] [7] or by estimating the position of another SLAM device in your own local virtual environment map [8 ] The initial pose of the SLAM devices can be determined by the measured relative rotations and distances to each other.
Die für die vorliegende Erfindung relevanteste Methode ist die Schätzung der initialen relativen Posen wie in [1][2][3][4] beschrieben. Darin finden sich mehrere mathematische Beweise, dass sich die initiale relative Pose anhand einer bestimmten Anzahl an Distanzmessungen und den entsprechenden Punktepaaren in den eigenen Koordinatensystemen schätzen lässt. In [1] und [2] wird der zweidimensionale Fall behandelt. In [3] und [4] der dreidimensionale Fall mit sechs Freiheitsgraden. Getestet wurde die Theorie in [2] mittels zwei Robotern des Typs Pioneer II. Die Positionen der Roboter wurden durch die Umdrehungszahl der Räder gemessen und die Distanz zueinander durch montierte Kameras.The most relevant method for the present invention is the estimation of the initial relative poses as described in [1] [2] [3] [4]. It contains several mathematical proofs that the initial relative pose can be estimated on the basis of a certain number of distance measurements and the corresponding point pairs in your own coordinate systems. The two-dimensional case is dealt with in [1] and [2]. In [3] and [4] the three-dimensional case with six degrees of freedom. The theory was tested in [2] using two Pioneer II robots. The positions of the robots were measured by the number of revolutions of the wheels and the distance from one another by mounted cameras.
Die Kameras haben die Grundwahrheit der Pose beider Roboter bestimmt. The cameras have determined the basic truth of the pose of both robots.
In [5] wird ein kooperatives SLAM-Verfahren beschrieben, bei dem zwei mobile Roboter eingesetzt werden. Jeder Roboter ist mit einem laserbasierten Distanzmesssystem und einer Farbkamera ausgestattet. Das laserbasierte Distanzmesssystem misst den Abstand des jeweiligen Roboters zu topografischen Elementen in der realen Umgebung. Die Farbkamera verfügt über eine Mustererkennung, Auf jedem der beiden Roboter ist jeweils ein farbiger Zylinder angeordnet, der mittels der Mustererkennung erkannt werden kann. Anhand der im Bild erkannten Größe und Orientierung des Zylinders wird der Abstand und die Orientierung der beiden Roboter zueinander geschätzt. Das Problem hierbei ist, dass die beiden Roboter sich hierfür treffen und eine direkte Sichtverbindung zueinander hersteilen müssen, weshalb diese Veröffentlichung [5] auch den Untertitel„Robot Rendezvous Case“ trägt. [5] describes a cooperative SLAM process in which two mobile robots are used. Each robot is equipped with a laser-based distance measuring system and a color camera. The laser-based distance measuring system measures the distance of the respective robot from topographic elements in the real environment. The Color camera has a pattern recognition, a colored cylinder is arranged on each of the two robots, which can be recognized by means of the pattern recognition. The distance and the orientation of the two robots to each other are estimated on the basis of the size and orientation of the cylinder recognized in the image. The problem here is that the two robots have to meet and have a direct line of sight to each other, which is why this publication [5] also bears the subtitle "Robot Rendezvous Case".
Prinzipiell funktionieren die bisher bekannten Systeme zur Durchführung von SLAM sehr zuverlässig und auch das Zusammenspiel einzelner SLAM-Komponenten bei kooperativem SLAM ist heutzutage gut beherrschbar. Allerdings sind diese bekannten Systeme sehr komplex aufgebaut und somit nur unter hohem Aufwand herstellbar, was sie teuer und bisher unwirtschaftlich für den kommerziellen Einsatz macht. In principle, the previously known systems for performing SLAM work very reliably, and the interplay of individual SLAM components with cooperative SLAM can now be mastered well. However, these known systems have a very complex structure and can therefore only be produced with great effort, which makes them expensive and previously uneconomical for commercial use.
Es wäre demnach wünschenswert, bekannte Verfahren und Systeme zum Erstellen von virtuellen Umgebungskarten einer realen Umgebung diesbezüglich zu verbessern. It would therefore be desirable to improve known methods and systems for creating virtual environment maps of a real environment in this regard.
Daher wird ein System mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Außerdem wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15 vorgeschlagen. Ausführungsformen und weitere vorteilhafte Aspekte des Systems und des Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt. A system having the features of claim 1 is therefore proposed. A method having the features of claim 15 is also proposed. Embodiments and further advantageous aspects of the system and the method are mentioned in the respective dependent claims.
Das erfindungsgemäße System weist eine erste mobile Vorrichtung und eine zweite mobile Vorrichtung auf. Die erste mobile Vorrichtung weist eine erste Umgebungserfassungsund Kartierungsvorrichtung zum Erstellen einer virtuellen ersten lokalen Umgebungskarte einer realen Umgebung in einem ersten lokalen Koordinatensystem auf. Die reale Umgebung wird also virtuell kartographiert, wobei„virtuell“ im Sinne von„computergeneriert“ zu verstehen ist. Die zweite mobile Vorrichtung weist eine zweite Umgebungserfassungsund Kartierungsvorrichtung zum Erstellen einer virtuellen zweiten lokalen Umgebungskarte einer realen Umgebung in einem zweiten lokalen Koordinatensystem auf. Erfindungsgemäß weist zumindest die erste mobile Vorrichtung eine funkbasierte Ortungsvorrichtung zum Orten der zweiten mobilen Vorrichtung auf. Als Ortung werden generell Verfahren bezeichnet, mit denen die räumliche Position entfernter Objekte im Verhältnis zum Beobachter ermittelt wird. Beispielsweise kann hierfür in einer bestimmten Richtung eine Distanzmessung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung vorgenommen werden. Im vorliegenden Fall kann mittels der Ortung beispielsweise die relative räumliche Pose zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung bestimmt werden. Erfindungsgemäß kann die erste mobile Vorrichtung ausgestaltet sein, um basierend auf mittels der funkbasierten Ortungsvorrichtung erfassten Ortungsdaten eine Koordinatentransformation zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Koordinatensystem auszuführen und ein gemeinsames globales Koordinatensystem zu erstellen. In anderen Worten kann die erste mobile Vorrichtung ein erstes lokales Koordinatensystem aufweisen, und die zweite mobile Vorrichtung kann ein zweites lokales Koordinatensystem aufweisen. Die erste Vorrichtung kann nun mittels einer geeigneten Koordinatentransformation die beiden lokalen Koordinatensysteme in ein gemeinsames globales Koordinatensystem überführen. Eines der beiden lokalen Koordinatensysteme kann dabei als Referenz dienen, d.h. beispielsweise kann das zweite Koordinatensystem in das als Referenz dienende erste Koordinatensystem überführt werden. In diesem Fall wäre das als Referenz dienende erste Koordinatensystem das gemeinsame globale Koordinatensystem. Es wäre aber auch denkbar, dass das erste lokale Koordinatensystem und das zweite lokale Koordinatensystem mittels einer geeigneten Koordinatentransformation in ein drittes Koordinatensystem überführt werden. In diesem Falle wäre ebendieses dritte Koordinatensystem das gemeinsame globale Koordinatensystem. Erfindungsgemäß basiert die Koordinatentransformation auf den mittels der funkwellenbasierten Ortung ermittelten Ortungsdaten. Beispielsweise können eine oder mehrere funkwellenbasierte Ortungsvorgänge (z.B. Dis- tanzmessungen) ausgeführt werden, um entsprechend viele Ortungsdaten (z.B. gemessene Distanzen) zu erhalten. Beispielsweise kann eine Vielzahl (zum Beispiel fünf) von funkwellenbasierten Ortungsvorgängen (z.B. Distanzmessungen) ausgeführt werden, und die dabei erhaltene entsprechende Vielzahl von einzelnen Ortungsdaten (z.B. die jeweils gemessenen Distanzen) können gemeinsam in einem Datensatz gespeichert werden. Die Koordinatentransformation kann dann auf ebendiesem Datensatz, der die entsprechende Vielzahl an Ortungsdaten enthält, ausgeführt werden. Da das Ortungsverfahren erfindungsgemäß mittels Funkwellen geschieht, muss keine direkte Sichtverbindung zwischen den einzelnen mobilen Vorrichtungen bestehen. Die Ortungsdaten können über einen Übertragungskanal der funkbasierten Ortungsvorrichtung und/oder über einen separaten Übertragungskanal (z.B. WLAN, Bluetooth, etc.) an die erste mobile Vorrichtung übertragen werden. Außerdem können die Ortungsdaten optional eine zu einem durchgeführten Ortungsvorgang zugehörige Position und/oder Orientierung im Raum der jeweiligen mobilen Vorrichtung beinhalten. Beispielsweise kann die zweite mobile Vorrichtung ihre zum Zeitpunkt des Ortungsvorgangs gültige lokale Pose (d.h. innerhalb ihres eigenen bzw. zweiten lokalen Koordinatensystems) an die erste mobile Vorrichtung übermitteln. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die funkbasierte Ortungsvorrichtung, wie eingangs erwähnt, eine Distanzmessungsvorrichtung aufweisen, und die Ortungsdaten können in diesem Falle zumindest eine zwischen der ersten mobilen Vorrichtung und der zweiten mobilen Vorrichtung gemessene Distanz aufweisen. Das heißt, die erfassten Or- tungsdaten beinhalten mindestens eine gemessene Distanz zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung. Pro Ortungsvorgang kann mindestens eine Distanzmessung ausgeführt werden, wobei pro Distanzmessung je ein Satz Ortungsdaten (z.B. eine gemessene relative Distanz zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung) erfasst werden kann, die dem Ortungsvorgang, z.B. mittels Time Stamps, zugeordnet wer- den kann. Die Ortungsdaten können optional zu einer gemessenen Distanz eine zugehö- rige Position und/oder Orientierung im Raum der jeweiligen mobilen Vorrichtung beinhal- ten. The system according to the invention has a first mobile device and a second mobile device. The first mobile device has a first environment detection and mapping device for creating a virtual first local environment map of a real environment in a first local coordinate system. The real environment is therefore mapped virtually, whereby “virtual” is to be understood in the sense of “computer-generated”. The second mobile device has a second environment detection and mapping device for creating a virtual second local environment map of a real environment in a second local coordinate system. According to the invention, at least the first mobile device has a radio-based locating device for locating the second mobile device. Locations are generally methods that determine the spatial position of distant objects in relation to the observer. For example, a distance measurement between the first and the second mobile device can be carried out for this purpose in a certain direction. In the present case, the location can be used, for example, to determine the relative spatial pose between the first and the second mobile device. According to the invention, the first mobile device can be designed to carry out a coordinate transformation between the first and the second local coordinate system and to create a common global coordinate system based on location data acquired by means of the radio-based location device. In other words, the first mobile device can have a first local coordinate system and the second mobile device can have a second local coordinate system. The first device can now use a suitable coordinate transformation to convert the two local coordinate systems into a common global coordinate system. One of the two local coordinate systems can serve as a reference, ie, for example, the second coordinate system can be converted into the first coordinate system serving as a reference. In this case, the first coordinate system serving as a reference would be the common global coordinate system. However, it would also be conceivable for the first local coordinate system and the second local coordinate system to be converted into a third coordinate system by means of a suitable coordinate transformation. In this case, this third coordinate system would be the common global coordinate system. According to the invention, the coordinate transformation is based on the location data determined by means of the radio wave-based location. For example, one or more radio wave-based location processes (for example distance measurements) can be carried out in order to obtain a correspondingly large number of location data (for example measured distances). For example, a large number (for example five) of radio wave-based location processes (for example distance measurements) can be carried out, and the corresponding large number of individual location data (for example the distances measured in each case) obtained in this way can be stored together in one data record. The coordinate transformation can then be carried out on this same data record, which contains the corresponding large number of location data. Since, according to the invention, the locating method takes place by means of radio waves, there is no need for a direct line of sight between the individual mobile devices. The location data can be transmitted to the first mobile device via a transmission channel of the radio-based positioning device and / or via a separate transmission channel (for example WLAN, Bluetooth, etc.). In addition, the location data can optionally include a position and / or orientation associated with a location operation carried out in the space of the respective mobile device. For example, the second mobile device can transmit its local pose valid at the time of the locating process (ie within its own or second local coordinate system) to the first mobile device. According to one exemplary embodiment, the radio-based locating device, as mentioned at the beginning, can have a distance measuring device, and in this case the locating data can have at least one distance measured between the first mobile device and the second mobile device. This means that the recorded location data contain at least one measured distance between the first and the second mobile device. At least one distance measurement can be carried out for each location process, with one set of location data (for example a measured relative distance between the first and the second mobile device) which can be assigned to the location process, for example by means of time stamps, being recorded for each distance measurement. The location data can optionally include an associated position and / or orientation in the space of the respective mobile device for a measured distance.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das System ein kooperatives SLAM-System (SLAM - engl.: Simultaneous Localization and Mapping) sein, wobei die erste mobile Vorrichtung eine erste mobile SLAM-Vorrichtung ist, und wobei die zweite mobile Vorrichtung eine zweite mobile SLAM-Vorrichtung ist. Demnach sind die erste mobile Vorrichtung und die zweite mobile Vorrichtung jeweils ausgestaltet, um ihre Umgebung zu erfassen und zu kartieren. Die Umgebungserfassung und die Kartierung erfolgen vorzugsweise etwa zeit- gleich. In one embodiment, the system may be a cooperative localization and mapping (SLAM) system, the first mobile device being a first mobile SLAM device, and the second mobile device being a second mobile SLAM device . Accordingly, the first mobile device and the second mobile device are each designed to record and map their surroundings. The environmental detection and mapping are preferably carried out approximately at the same time.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die funkbasierte Ortungsvorrichtung eine Ultrabreitband-Ortungsvorrichtung sein, die ausgestaltet ist, um eine Ortung der zweiten mobilen Vorrichtung unter Verwendung von Funkwellen im Ultrabreitband durchzuführen. Hierfür kann die funkbasierte Ortungsvorrichtung beispielsweise einen Ultrabreitband- bzw. UWB-Transceiver (engl.: Ultra Wide Band - UWB) aufweisen. Das Uitrabreitband deckt Frequenzen im Bereich zwischen 3,1 GHz und 10,6 GHz ab. Ein Vorteil besteht unter anderem darin, dass extrem preisgünstige und energieeffiziente Geräte mit der Möglichkeit einer Positionsbestimmung und moderaten Datenraten nutzbar sind. Außerdem können UWB-Wellen durch Gegenstände, wie beispielsweise Mauern, hindurchtreten. Die Verwendung von UWB ist daher insbesondere bei Indoor Anwendungen deutlich vorteilhaft gegenüber GPS-gestützten Systemen. Im Vergleich zu konventionellen GPS-gestützten Systemen können also die erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtungen auch in Innenräumen genutzt werden, da sie sich auch dort problemlos gegenseitig orten können, während GPS hingegen in Innenräumen meist nicht (zuverlässig) verfügbar ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die funkbasierte Ortungsvorrichtung ausgestaltet sein, um eine Ortung der zweiten mobilen Vorrichtung mittels Time of Arrival - ToA -According to one exemplary embodiment, the radio-based locating device can be an ultra-wideband locating device that is configured to carry out a location of the second mobile device using radio waves in the ultra-wideband. For this purpose, the radio-based locating device can have, for example, an ultra wide band or UWB (UWB) transceiver. The Uitra broadband covers frequencies in the range between 3.1 GHz and 10.6 GHz. One of the advantages is that extremely inexpensive and energy-efficient devices with the option of position determination and moderate data rates can be used. In addition, UWB waves can pass through objects such as walls. The use of UWB is therefore particularly advantageous in indoor applications compared to GPS-based systems. In comparison to conventional GPS-based systems, the mobile devices according to the invention can therefore also be used indoors, since they can also locate one another without any problems there, while GPS, however, is usually not (reliably) available indoors. According to one exemplary embodiment, the radio-based locating device can be designed to locate the second mobile device by means of time of arrival - ToA -
Messungen oder mittels Time Difference of Arrival - TDoA - Messungen auszuführen, Diese Methoden erlauben eine zuverlässige Ortung in Echtzeit. To carry out measurements or by means of Time Difference of Arrival - TDoA measurements, these methods allow reliable localization in real time.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvor- richtung mindestens ein optisches Mittel aufweisen, das ausgestaltet ist, um die reale Um- gebung mittels optischer Sensorik topografisch zu erfassen und optisch erfasste topografi- sche Umgebungsdaten virtuell zu kartieren. Das optische Mittel kann beispielsweise einen Bildsensor aufweisen. Das optische Mittel kann beispielsweise eine Kamera aufweisen, und die reale Umgebung kann mittels bildbasierter Mustererkennung erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Mittel ein LI DAR (engl.: Light Detection and Ranging) und/oder ein LADAR (Laser Detection and Ranging) aufweisen, mittels dem die reale Umgebung erfasst werden kann. LI DAR und LADAR haben gegenüber konventionellen bildgebenden Verfahren, wie z.B. Kameras, den Vorteil, dass diese auch bei schlechten Sicht- bzw. Lichtverhältnissen nutzbar sind. According to one exemplary embodiment, the environment detection and mapping device can have at least one optical means, which is designed to topographically record the real environment by means of optical sensors and to virtually map optically recorded topographical environment data. The optical means can have an image sensor, for example. The optical means can have a camera, for example, and the real environment can be captured by means of image-based pattern recognition. Alternatively or additionally, the optical means can have an LI DAR (Light Detection and Ranging) and / or a LADAR (Laser Detection and Ranging) by means of which the real environment can be detected. LI DAR and LADAR have compared to conventional imaging methods, e.g. Cameras, the advantage that they can also be used in poor visibility or lighting conditions.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung mindestens ein funkbasiertes Mittel aufweisen, das ausgestaltet ist, um die reale Umgebung mittels Funkwellen topografisch zu erfassen und erfasste topografische Umgebungsdaten virtuell zu kartieren. Das funkbasierte Mittel kann beispielsweise ein RADAR (engl.: Radio Detection and Ranging) aufweisen. Funkwellenbasierte Mittel haben gegenüber optischen Mitteln den Vorteil, dass diese auch bei sehr schlechten Sichtverhältnissen ersetzbar sind. Beispielsweise kann ein funkbasiertes Mittel zum Erfassen der Umgebung auch in stark verrauchten Räumen bei Bränden eingesetzt werden, um die Umgebung zu erfassen. According to one exemplary embodiment, the environment detection and mapping device can have at least one radio-based means, which is designed to topographically record the real environment by means of radio waves and to virtually map recorded topographical environment data. The radio-based means can have, for example, a RADAR (Radio Detection and Ranging). Radio wave-based means have the advantage over optical means that they can be replaced even in very poor visibility conditions. For example, a radio-based means for detecting the surroundings can also be used in heavily smoky rooms during fires in order to detect the surroundings.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste mobile Vorrichtung ausgestaltet sein, um basierend auf der Koordinatentransformation die Pose der zweiten mobilen Vorrichtung relativ zu der ersten mobilen Vorrichtung zu bestimmen. In anderen Worten kann die erste mobile Vorrichtung mittels der Koordinatentransformation die jeweilige Pose der ers- ten und der zweiten mobilen Vorrichtung in ein gemeinsames Koordinatensystem, und zwar in das gemeinsame globale Koordinatensystem, übertragen. Beispielsweise kann die zweite mobile Vorrichtung ihre zum Ortungszeitpunkt gültige lokale Pose (d.h. innerhalb des eigenen bzw. zweiten Koordinatensystems) an die erste mobile Vorrichtung übermitteln. Die beiden mobilen Vorrichtungen können hierfür Posen-bezogene Daten untereinander austauschen. Diese Posen-bezogenen Daten können ein Bestandteil der Ortungsdaten selbst sein, oder als ein separater Datensatz übertragen werden. According to one exemplary embodiment, the first mobile device can be designed to determine the pose of the second mobile device relative to the first mobile device based on the coordinate transformation. In other words, the first mobile device can use the coordinate transformation to transmit the respective pose of the first and the second mobile device into a common coordinate system, namely into the common global coordinate system. For example, the second mobile device can transmit its local pose valid at the time of the location (ie within its own or second coordinate system) to the first mobile device. The two mobile devices can do this for pose-related data exchange with each other. This pose-related data can be part of the location data itself or can be transmitted as a separate data record.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste mobile Vorrichtung und/oder die zweite mobile Vorrichtung ausgestaltet sein, um die virtuelle erste lokale Umgebungskarte sowie die virtuelle zweite lokale Umgebungskarte zu einer virtuellen globalen Umgebungskarte innerhalb des gemeinsamen globalen Koordinatensystems zusammenzufügen. Die zweite mobile Vorrichtung kann beispielsweise einen bereits erstellten Teil ihrer eigenen bzw. zweiten virtuellen lokalen Umgebungskarte an die erste mobile Vorrichtung übermitteln. Wenn also beispielsweise die zweite mobile Vorrichtung zum Zeitpunkt des Ortungsvorgangs bereits eine virtuelle zweite lokale Umgebungskarte ganz oder teilweise erstellt hat, so kann der bereits erstellte Teil der virtuellen zweiten lokalen Umgebungskarte an die erste mobile Vorrichtung übermittelt werden. Die beiden mobilen Vorrichtungen können hierfür Umgebungskartendaten untereinander austauschen. Dieser bereits erstellte Teil der virtuellen zweiten lokalen Umgebungskarte kann ein Bestandteil der Ortungsdaten selbst sein, oder als ein separater Datensatz übertragen werden. Basierend auf der Koor- dinatentransformation kann die erste mobile Vorrichtung die erste und die zweite virtuelle lokale Umgebungskarte dann zu einer virtuellen globalen Umgebungskarte innerhalb des globalen Koordinatensystems zusammenfügen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Konzepts liegt darin, dass sich die einzelnen lokalen Umgebungskarten dabei nicht überlappen müssen, um eine globale Umgebungskarte erstellen zu können. Die vorliegende Erfindung kombiniert dabei eine Umgebungserfassungsvorrichtung vorteilhaft mit einer funkbasierten Ortungsvorrichtung. Dies ermöglicht einen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich einfacheren und kostengünstigeren Aufbau der mobilen Vorrichtungen. According to one exemplary embodiment, the first mobile device and / or the second mobile device can be designed to combine the virtual first local environment map and the virtual second local environment map to form a virtual global environment map within the common global coordinate system. The second mobile device can, for example, transmit a part of its own or second virtual local area map that has already been created to the first mobile device. If, for example, the second mobile device has already created all or part of a virtual second local environment map at the time of the locating process, the part of the virtual second local environment map that has already been created can be transmitted to the first mobile device. For this purpose, the two mobile devices can exchange area map data with one another. This already created part of the virtual second local environment map can be part of the location data itself or can be transmitted as a separate data record. Based on the coordinate transformation, the first mobile device can then combine the first and the second virtual local environment map into a virtual global environment map within the global coordinate system. An advantage of the concept according to the invention is that the individual local environment maps do not have to overlap in order to be able to create a global environment map. The present invention advantageously combines an environmental detection device with a radio-based location device. This enables the construction of the mobile devices to be significantly simpler and less expensive than in the prior art.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest die erste mobile Vorrichtung eine Augmented Reality Brille sein, die eine bildgebende Vorrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, um die virtuelle erste lokale Umgebungskarte und/oder die virtuelle zweite lokale Umgebungskarte und/oder die virtuelle globale Umgebungskarte anzuzeigen. Das heißt, mit der Augmented Reality Brille kann zumindest eine der virtuellen ersten lokalen Umge- bungskarte, der virtuellen zweiten lokalen Umgebungskarte und der virtuellen globalen Umgebungskarte angezeigt werden. Der Träger der Augmented Reality Brille bekommt die jeweilige virtuelle Umgebungskarte in der bildgebenden Vorrichtung angezeigt. Die bildgebende Vorrichtung kann die jeweilige virtuelle Umgebungskarte in das Sichtfeld des Trägers einblenden. Hierfür kann die bildgebende Vorrichtung beispielsweise teiltransparent sein, sodass der Träger die reale Umgebung und gleichzeitig die jeweilige virtuelle Umgebungskarte sieht. Dies kann beispielsweise für Feuerwehrleute vorteilhaft sein, die ein brennendes Gebäude mit der Augmented Reality Brille betreten. Die Räume des brennenden Gebäudes werden für den Feuerwehrmann in der Regel unbekannt sein. Wenn die Räume noch dazu stark verraucht sind, so wird der Feuerwehrmann nichts sehen und muss sich auf seinen Tastsinn verlassen. Die erfindungsgemäße Augmented Reality Brille hingegen erfasst die reale Umgebung und erstellt gleichzeitig eine virtuelle Umgebungs- karte der erfassten Umgebung. Die virtuelle Karte wird dem Feuerwehrmann in der Aug- mented Reality Brille angezeigt. Der Feuerwehrmann kann den Raum somit trotz der durch Rauch verursachten starken Sichtbehinderung durch die Augmented Reality Brille hindurch sehen. According to one exemplary embodiment, at least the first mobile device can be augmented reality glasses that have an imaging device that is designed to display the virtual first local environment map and / or the virtual second local environment map and / or the virtual global environment map. This means that at least one of the virtual first local environment map, the virtual second local environment map and the virtual global environment map can be displayed with the augmented reality glasses. The wearer of the augmented reality glasses is shown the respective virtual environment map in the imaging device. The imaging device can display the respective virtual environment map in the field of view of the wearer. For this purpose, the imaging device can be partially transparent, for example, so that the wearer can see the real environment and, at the same time, the respective virtual one Area map sees. This can be advantageous for firefighters, for example, who enter a burning building with augmented reality glasses. The rooms of the burning building will usually be unknown to the firefighter. If the rooms are heavily used up, the fireman will not see anything and will have to rely on his sense of touch. The augmented reality glasses according to the invention, on the other hand, record the real environment and at the same time create a virtual map of the surroundings. The firefighter is shown the virtual map in augmented reality glasses. The fireman can see the room through the augmented reality glasses despite the strong visual impairment caused by smoke.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die zweite mobile Vorrichtung eine Augmented Reality Brille sein, die eine bildgebende Vorrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, um die virtuelle erste lokale Umgebungskarte und/oder die virtuelle zweite lokale Umgebungskarte und/oder die virtuelle globale Umgebungskarte anzuzeigen. Beispielsweise können die erste und die zweite mobile Vorrichtung jeweils eine Augmented Reality Brille sein, die kooperativ Zusammenwirken können. Zwei Augmented Reality Brillen können miteinander kommunizieren und beispielsweise Ortungsdaten und/oder Positionsdaten und/oder Um- gebungskartendaten und/oder Posen-bezogene Daten und/oder Bilddaten miteinander austauschen. Gemäß einem denkbaren Ausführungsbeispiel kann die zweite Augmented Reality Brille einen bereits erstellten Teil einer zweiten virtuellen lokalen Umgebungskarte an die erste Augmented Reality Brille übertragen. Die erste Augmented Reality Brille kann dann diesen erstellten Teil der zweiten virtuellen lokalen Umgebungskarte mit ihrem bereits erstellten Teil einer ersten virtuellen lokalen Umgebungskarte zu einer gemeinsamen virtuellen globalen Umgebungskarte zusammenfügen. Wenn mehrere mit Augmented Reality Brillen ausgestattete Feuerwehrleute im Gebäude verteilt sind, so können die jeweiligen einzelnen lokalen virtuellen Umgebungskarten der jeweiligen Feuerwehrleute raumund stockwerküberg reifend zu einer globalen virtuellen Umgebungskarte zusammengefügt werden. Je mehr virtuelle lokale Umgebungskarten erzeugt werden, desto schneller kann eine für alle Augmented Reality Brillen gemeinsam verfügbare virtuelle globale Umgebungskarte erzeugt werden. According to one exemplary embodiment, the second mobile device can be augmented reality glasses that have an imaging device that is configured to display the virtual first local environment map and / or the virtual second local environment map and / or the virtual global environment map. For example, the first and the second mobile device can each be augmented reality glasses that can cooperatively cooperate. Two augmented reality glasses can communicate with one another and, for example, exchange location data and / or position data and / or area map data and / or pose-related data and / or image data. According to a conceivable exemplary embodiment, the second augmented reality glasses can transmit a part of a second virtual local area map that has already been created to the first augmented reality glasses. The first augmented reality glasses can then combine this created part of the second virtual local environment map with its already created part of a first virtual local environment map to form a common virtual global environment map. If several firefighters equipped with augmented reality glasses are distributed in the building, the respective individual local virtual environment maps of the respective firefighters can be combined to form a global virtual environment map that spans the space and floor. The more virtual local environment maps are generated, the faster a virtual global environment map that is available for all augmented reality glasses can be generated.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die bildgebende Vorrichtung der ersten und/oder zweiten Augmented Reality Brille ausgestaltet sein, um einen in der realen Umgebung zwischen der ersten und der zweiten Augmented Reality Brille angeordneten Gegenstand, der eine Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten Augmented Reality Brille behindert, in der virtuellen globalen Umgebungskarte zumindest teilweise auszublenden oder gar nicht erst anzuzeigen. Wenn also beispielsweise eine Wand zwischen den bei- den Augmented Reality Brillen vorhanden sein sollte, dann haben die beiden Augmented Reality Brillen zwar keinen direkten Sichtkontakt zueinander. Dennoch erstellt jede Augmented Reality Brille für sich zunächst eine virtuelle lokale Umgebungskarte. Beim Zusammenfügen der virtuellen lokalen Umgebungskarten zu der virtuellen globalen Umgebungskarte kann die Wand in der virtuellen globalen Umgebungskarte ausgeblendet wer den. Das heißt, in der virtuellen globalen Umgebungskarte werden die verfügbaren lokalen Umgebungskarten in das Sichtfeld eingeblendet, sodass der Träger der Augmented Reality Brille sozusagen durch die im realen Raum befindliche Wand hindurchsehen und den dahinter befindlichen Raum erkennen kann. According to one exemplary embodiment, the imaging device of the first and / or second augmented reality glasses can be configured around an object which is arranged in the real environment between the first and the second augmented reality glasses and which provides a visual connection between the first and the second augmented reality glasses hindered at least partially to hide in the virtual global environment map or not to show at all. If, for example, there is a wall between the two augmented reality glasses, the two augmented reality glasses do not have direct visual contact with one another. Nevertheless, every augmented reality glasses initially creates a virtual local map for itself. When the virtual local environment maps are merged into the virtual global environment map, the wall in the virtual global environment map can be hidden. This means that the available local environment maps are shown in the field of vision in the virtual global environment map, so that the wearer of the augmented reality glasses can look through the wall in the real room and recognize the space behind it.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste mobile Vorrichtung ausgestaltet sein, um die zweite mobile Vorrichtung ohne eine bestehende Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung zu orten und/oder um das erste und das zweite lokale Koordinatensystem ohne eine bestehende Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung in das globale Koordinatensystem zu überfüh- ren. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen ist bei dem erfin- dungsgemäßen Konzept also keine direkte Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung nötig. Dies macht das erfindungsgemäße System deutlich vielseitiger einsetzbar. According to one embodiment, the first mobile device can be configured to locate the second mobile device without an existing line of sight between the first and the second mobile device and / or around the first and the second local coordinate system without an existing line of sight between the first and the second to convert the second mobile device into the global coordinate system. In contrast to systems known from the prior art, no direct line of sight between the first and the second mobile device is necessary in the inventive concept. This makes the system according to the invention much more versatile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine mobile Vorrichtung zur Verwendung in einem vorbeschriebenen System vorgeschlagen. According to an embodiment, a mobile device for use in a system described above is proposed.
Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren. Erfindungsgemäß werden to- pografische Umgebungsmerkmale in einer realen Umgebung erfasst. Dabei kann es sich beispielsweise um Umgebungsmerkmale, wie zum Beispiel Mauern, Tische und derglei- chen, in einem Raum handeln. Außerdem wird eine virtuelle erste lokale Umgebungskarte basierend auf den erfassten topographischen Umgebungsmerkmalen erstellt. Das heißt, der erfasste reale Raum wird virtuell kartographiert. Die virtuelle erste lokale Umgebungs- karte wird dabei in einem ersten lokalen Koordinatensystem erstellt. Ferner umfasst das Verfahren eine Ortung einer mobilen Vorrichtung, und zwar durch Erfassen von Ortungs- daten mittels Funkwellen. Die mittels Funkwellen geortete mobile Vorrichtung weist ein eigenes (bzw. zweites) lokales Koordinatensystem auf, in welchem die geortete mobile Vor- richtung eine virtuelle zweite lokale Umgebungskarte erstellen kann. Das zweite lokale Koordinatensystem kann sich von dem ersten lokalen Koordinatensystem unterscheiden. Das Verfahren weist ferner einen Schritt des Durchführens einer Koordinatentransformation zwischen dem ersten lokalen Koordinatensystem und dem zweiten lokalen Koordinatensystem auf, um ein gemeinsames globales Koordinatensystem zu erzeugen, und zwar basierend auf den mittels der Funkwellen erfassten Ortungsdaten. The invention further relates to a corresponding method. According to the invention, topographical environmental features are recorded in a real environment. For example, these can be environmental features, such as walls, tables and the like, in a room. In addition, a virtual first local environment map is created based on the recorded topographical environmental features. This means that the captured real space is virtually mapped. The virtual first local environment map is created in a first local coordinate system. The method further comprises locating a mobile device, specifically by acquiring location data using radio waves. The mobile device located by means of radio waves has its own (or second) local coordinate system, in which the located mobile device can create a virtual second local area map. The second local Coordinate system can differ from the first local coordinate system. The method further comprises a step of performing a coordinate transformation between the first local coordinate system and the second local coordinate system in order to generate a common global coordinate system, based on the location data acquired by means of the radio waves.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer abläuft, The invention further relates to a computer program with a program code for performing the aforementioned method when the program runs on a computer,
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen: Some exemplary embodiments are shown as examples in the drawing and are explained below. Show it:
Fig. 1A eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel, 1A shows a schematic overview of a system according to the invention in accordance with an exemplary embodiment,
Fig. 1 B eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, 1B is a schematic overview of a system according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment,
Fig. 2 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und 2 shows a schematic overview of a system according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment, and
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 3 is a schematic block diagram of a method according to the invention according to an embodiment.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Exemplary embodiments are described in more detail below with reference to the figures, elements with the same or similar function being provided with the same reference symbols.
Verfahrensschritte, die in einem Blockdiagramm dargestellt und mit Bezugnahme auf das selbige erläutert werden, können auch in einer anderen als der abgebildeten beziehungsweise beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem sind Verfahrensschritte, die ein bestimmtes Merkmal einer Vorrichtung betreffen mit ebendiesem Merkmal der Vorrichtung austauschbar, was ebenso anders herum gilt. Method steps, which are shown in a block diagram and explained with reference to the same, can also be carried out in a different order than the depicted or described. In addition, method steps that relate to a specific feature of a device are interchangeable with this feature of the device, which also applies the other way round.
Einige nicht limitierende Beispiele für erfindungsgemäße mobile Vorrichtungen können beispielsweise Roboter sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um autonom bewegliche Fahrzeuge jeglicher Art, wie z.B. autonom fahrende Autos, Drohnen, und dergleichen handeln. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Konzept am nicht limitierenden Beispiel einer Augmented Reality Brille als eine mobile Vorrichtung beschrieben. Augmented Reality wird auch als Augmented Virtuality oder Mixed Reality bezeichnet. Bei Augmented Reality werden dem Sichtfeld der realen Umgebung virtuelle Elemente (z.B. virtuelle Um- gebungskarten) überlagert beziehungsweise darin eingeblendet. Als weitere nicht iimitie- rende Beispiele für mobile Vorrichtungen können auch Virtual Reality Brillen genannt wer- den. Hier werden nur virtuelle Elemente angezeigt. Some non-limiting examples of mobile devices according to the invention can be robots, for example. This can be, for example, autonomously moving vehicles of any kind, such as autonomously driving cars, drones, and the like. The concept according to the invention is described below using a non-limiting example of augmented reality glasses as a mobile device. Augmented Reality is also known as augmented virtuality or mixed reality. With augmented reality, virtual elements (eg virtual environment maps) are superimposed on the field of view of the real environment or are shown therein. Virtual reality glasses can also be mentioned as further non-limiting examples of mobile devices. Only virtual elements are displayed here.
Figur 1A zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 100. Das System 100 weist eine erste mobile Vorrichtung 101 und eine zweite mobile Vorrich- tung 201 auf. FIG. 1A shows a schematic illustration of a system 100 according to the invention. The system 100 has a first mobile device 101 and a second mobile device 201.
Die erste mobile Vorrichtung 101 weist eine erste Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 102 auf. Die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 102 ist ausgestaltet, um eine reale Umgebung topografisch zu erfassen und eine virtuelle erste lokale Umgebungskarte der erfassten realen Umgebung in einem ersten lokalen Koordinatensystem 111 zu erstellen. The first mobile device 101 has a first environment detection and mapping device 102. The environment detection and mapping device 102 is configured to topographically capture a real environment and to create a virtual first local environment map of the captured real environment in a first local coordinate system 111.
Die zweite mobile Vorrichtung 201 weist eine zweite Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 202 auf. Die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 202 ist ausgestaltet, um eine reale Umgebung topografisch zu erfassen und eine virtuelle zweite lokale Umgebungskarte der erfassten realen Umgebung in einem zweiten lokalen Koordinatensystem 222 zu erstellen. Das erste und das zweite lokale Koordinatensystem 111 , 222 können unterschiedliche Orientierungen zueinander aufweisen. The second mobile device 201 has a second environment detection and mapping device 202. The environment detection and mapping device 202 is configured to topographically capture a real environment and to create a virtual second local environment map of the captured real environment in a second local coordinate system 222. The first and the second local coordinate system 111, 222 can have different orientations to one another.
Unter einer topografischen Erfassung einer realen Umgebung wird im vorliegenden Fall die Erfassung von topografischen Umgebungsmerkmalen in der Umgebung verstanden. Beispielsweise können in einem Raum Wände, Stühle und ein Tisch vorhanden sein, die allesamt Beispiele für topografische Umgebungsmerkmale in diesem Raum darstellen. Diese topografischen Umgebungsmerkmale können erfasst und virtuell kartografiert, d.h. in einer virtuellen Umgebungskarte dargestellt, werden. In the present case, a topographical recording of a real environment is understood to mean the recording of topographical environmental features in the surroundings. For example, walls, chairs, and a table may be present in a room, all of which are examples of topographical environmental features in that room. These topographical environmental features can be captured and virtually mapped, i.e. are shown in a virtual map of the area.
Zumindest die erste mobile Vorrichtung 101 weist eine funkbasierte Ortungsvorrichtung 104 auf. Die funkbasierte Ortungsvorrichtung 104 ist ausgestaltet, um die zweite mobile Vorrichtung 201 zu orten. Beispielsweise kann die erste mobile Vorrichtung 101 hierfür eine Distanzmessung ausführen, um die relative Distanz D zwischen der ersten mobilen Vorrichtung 101 und der zweiten mobilen Vorrichtung 201 zu bestimmen. Bei der Ortung der zweiten mobilen Vorrichtung 201 werden Ortungsdaten generiert. Diese Ortungsdaten können beispielsweise die ermittelte Distanz zwischen den beiden mobilen Vorrichtungen 101 , 201 beinhalten. Die erste mobile Vorrichtung 101 kann ausgestaltet sein, um basierend auf den mittels der funkbasierten Ortungsvorrichtung erfassten Ortungsdaten eine Koordinatentransformation zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Koordinatensystem 111 , 222 auszuführen. Dabei kann die erste mobile Vorrichtung 101 die lokalen Koordinatensysteme 111 , 222 zu einem gemeinsamen globalen Koordinatensystem 333 zusammenführen. Eines der bei- den lokalen Koordinatensysteme 1 1 1 , 222 kann dabei als Referenz zur Erstellung des globalen Koordinatensystems 333 dienen, sodass jeweils eines der beiden lokalen Koordinatensysteme in das jeweils andere, als Referenz dienende, lokale Koordinatensystem überführt wird. Das als Referenz dienende lokale Koordinatensystem bildet dann das ge- meinsame globale Koordinatensystem 333. Alternativ oder zusätzlich können das erste lokale Koordinatensystem 111 und das zweite lokale Koordinatensystem 222 mittels einer geeigneten Koordinatentransformation in ein drittes Koordinatensystem 333 überführt werden. In diesem Falle wäre ebendieses dritte Koordinatensystem 333 das gemeinsame globale Koordinatensystem. At least the first mobile device 101 has a radio-based locating device 104. The radio-based locating device 104 is configured to locate the second mobile device 201. For example, the first mobile device 101 can carry out a distance measurement in order to determine the relative distance D between the first mobile device 101 and the second mobile device 201. Location data is generated when the second mobile device 201 is located. This location data can include, for example, the determined distance between the two mobile devices 101, 201. The first mobile device 101 can be configured to carry out a coordinate transformation between the first and the second local coordinate system 111, 222 based on the location data acquired by means of the radio-based location device. The first mobile device 101 can combine the local coordinate systems 111, 222 to form a common global coordinate system 333. One of the two local coordinate systems 1 1 1, 222 can serve as a reference for creating the global coordinate system 333, so that in each case one of the two local coordinate systems is transferred to the other local coordinate system serving as a reference. The local coordinate system serving as reference then forms the common global coordinate system 333. Alternatively or additionally, the first local coordinate system 111 and the second local coordinate system 222 can be converted into a third coordinate system 333 by means of a suitable coordinate transformation. In this case, this third coordinate system 333 would be the common global coordinate system.
Die Koordinatentransformation basiert auf den mittels Funkwellen erfassten Ortungsdaten. Wie eingangs erwähnt, kann es sich hierbei um eine oder mehrere Distanzmessun- gen zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung 101 , 201 handeln. Beispielsweise können mehrere Distanzmessungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeführt werden, wobei sich die mobilen Vorrichtungen 101 , 201 zu den jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten relativ zueinander bewegt haben können, sodass sich ihre relative Dis- tanz zueinander verändert hat. The coordinate transformation is based on the location data acquired by means of radio waves. As mentioned at the beginning, this can be one or more distance measurements between the first and the second mobile device 101, 201. For example, several distance measurements can be carried out at different times, the mobile devices 101, 201 having been able to move relative to one another at the respective different times, so that their relative distance to one another has changed.
Erfindungsgemäß wird die Ortung, zum Beispiel die Distanzmessung, zwischen den mobi- len Vorrichtungen 101 , 201 mittels Funkwellen durchgeführt. Dies erlaubt eine hochgenaue Ortung, z.B. Distanzmessung, auch ohne bestehenden Sichtkontakt zwischen den beiden mobilen Vorrichtungen 101 , 201. According to the invention, the location, for example the distance measurement, is carried out between the mobile devices 101, 201 by means of radio waves. This allows highly precise location, e.g. Distance measurement, even without existing visual contact between the two mobile devices 101, 201.
Das erfindungsgemäße System 100 kann aufgrund der Erstellung des globalen Koordinatensystems 333, basierend auf der eingangs erwähnten Koordinatentransformation, unterschiedliche vorteilhafte Ausgestaltungen annehmen. Beispielsweise kann die erste mobile Vorrichtung 101 die Pose der zweiten mobilen Vorrichtung 201 berechnen, und zwar innerhalb des gemeinsamen globalen Koordinatensystems 333. Die erste und die zweite mobile Vorrichtung 101 , 201 können also orientierungs-richtig zueinander in Bezug gesetzt werden. Hierfür können beispielsweise die von der ersten mobilen Vorrichtung 101 erfassten Ortungsdaten optional zusätzliche Informationen zur Position, Lage und Orientierung der zweiten mobilen Vorrichtung 201 im realen Raum beinhalten. Somit kann beispielsweise eine gegenseitige Lokalisierung der beiden mobilen Vorrichtungen 101 ,The system 100 according to the invention can take on different advantageous configurations based on the creation of the global coordinate system 333, based on the coordinate transformation mentioned at the beginning. For example, the first mobile device 101 can calculate the pose of the second mobile device 201, specifically within the common global coordinate system 333. The first and the second mobile devices 101, 201 can thus be related to one another in the correct orientation. For this purpose, for example, the location data recorded by the first mobile device 101 can optionally contain additional information on the position, location and orientation of the second mobile device 201 in real space. So can for example a mutual localization of the two mobile devices 101,
201 ermöglicht werden. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise die jeweiligen lokalen Umgebungskarten zu einer gemeinsamen globalen Umgebungskarte zusammenge- setzt werden. Dies soll nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 1 B beispielhaft beschrie- ben werden. 201 are made possible. As an alternative or in addition, the respective local environment maps can, for example, be put together to form a common global environment map. This will be described below by way of example with reference to FIG. 1B.
Figur 1 B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 100, welches in der Lage ist, eine virtuelle erste lokale Umgebungskarte 103 und eine virtuelle zweite lokale Umgebungskarte 203 zu einer virtuellen gemeinsamen globalen Umgebungskarte 303 zusammenzufügen. 1B shows an exemplary embodiment of a system 100 according to the invention, which is able to combine a virtual first local environment map 103 and a virtual second local environment map 203 to form a virtual common global environment map 303.
Wie eingangs erwähnt, weist die erste mobile Vorrichtung 101 ein eigenes, bzw. erstes, lokales Koordinatensystem 111 auf, innerhalb dessen die erste virtuelle lokale Umge- bungskarte 103 erzeugt wird. Die zweite mobile Vorrichtung 201 weist ein eigenes, bzw. zweites, lokales Koordinatensystem 222 auf, innerhalb dessen die zweite virtuelle lokale Umgebungskarte 203 erzeugt wird. Zur gegenseitigen Lokalisierung oder zum Zusam- menfügen der beiden virtuellen lokalen Umgebungskarten 103, 203 zu einer gemeinsa- men virtuellen globalen Umgebungskarte 303 wird eine Koordinatentransformation zwischen dem ersten Koordinatensystem 111 und dem zweiten Koordinatensystem 222 durchgeführt. Die Ortung, zum Beispiel mittels Distanzmessung, zwischen den beiden mobilen Vorrichtungen 101 , 201 liefert die hierfür benötigten Informationen in Form von Ortungsdaten. Wie eingangs erwähnt, kann beispielsweise das Ergebnis einer oder mehrerer Distanzmessungen ein Bestandteil der von der ersten mobilen Vorrichtung 101 erfassten Ortungsdaten sein. As mentioned at the beginning, the first mobile device 101 has its own or first, local coordinate system 111, within which the first virtual local environment map 103 is generated. The second mobile device 201 has its own or second, local coordinate system 222, within which the second virtual local environment map 203 is generated. A coordinate transformation between the first coordinate system 111 and the second coordinate system 222 is carried out for mutual localization or for joining the two virtual local environment maps 103, 203 into a common virtual global environment map 303. The location, for example by means of distance measurement, between the two mobile devices 101, 201 provides the information required for this in the form of location data. As mentioned at the beginning, the result of one or more distance measurements can be part of the location data recorded by the first mobile device 101, for example.
Basierend auf den von der ersten mobilen Vorrichtung 101 erfassten Ortungsdaten kann also die erste mobile Vorrichtung 101 ein gemeinsames globales Koordinatensystem 333 erstellen. Die virtuelle erste lokale Umgebungskarte 103 sowie die virtuelle zweite lokale Umgebungskarte 203 werden zu einer virtuellen globalen Umgebungskarte 303 innerhalb des gemeinsamen globalen Koordinatensystems 333 in der korrekten Ausrichtung zuei- nander zusammengefügt. Die beiden mobilen Vorrichtungen 101 , 201 können hierfür beispielsweise Umgebungskartendaten untereinander austauschen. Sie können beispielsweise auch jegliche Positionsdaten aus ihrem entsprechenden eigenen lokalen Koordinatensystem 11 1 , 222 untereinander austauschen. Based on the location data acquired by the first mobile device 101, the first mobile device 101 can therefore create a common global coordinate system 333. The virtual first local environment map 103 and the virtual second local environment map 203 are combined to form a virtual global environment map 303 within the common global coordinate system 333 in the correct orientation. For this purpose, the two mobile devices 101, 201 can, for example, exchange area map data with one another. For example, they can also exchange any position data from their corresponding local coordinate system 11 1, 222 with one another.
Die Anzahl und die Genauigkeit der Distanzmessungen bestimmt die Qualität der Karten- zusammenführung. Je mehr Distanzmessungsergebnisse vorliegen, desto genauer wird die Koordinatentransformation und das Zusammenfügen der beiden virtuellen lokalen Umgebungskarten 103, 203 zu der virtuellen globalen Umgebungskarte 303. Im zweidimensi- onalen Raum können fünf unterschiedliche Distanzmessungen ausreichend sein, um die Koordinatentransformation eindeutig bestimmen zu können. Im dreidimensionalen Raum können sechs unterschiedliche Distanzmessungen ausreichend sein, um die Koordinaten- transformation mit vier Freiheitsgraden (3D Translation und Rotation um den Gravitations- vektor) eindeutig zu bestimmen. Eine höhere Anzahl an Distanzmessungen verkleinert die Standardabweichung und erhöht die Genauigkeit. The number and the accuracy of the distance measurements determine the quality of the map merging. The more distance measurement results are available, the more precise it becomes the coordinate transformation and the joining of the two virtual local environment maps 103, 203 to the virtual global environment map 303. In two-dimensional space, five different distance measurements can be sufficient to be able to clearly determine the coordinate transformation. In three-dimensional space, six different distance measurements can be sufficient to uniquely determine the coordinate transformation with four degrees of freedom (3D translation and rotation around the gravitational vector). A higher number of distance measurements reduces the standard deviation and increases the accuracy.
Das erfindungsgemäße Konzept soll nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 an einem nicht limitierenden Beispiel von Augmented Reality Brillen beschrieben werden, die beim Einsatz von Rettungskräften in einem unbekannten Raum getragen werden können. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine stark verrauchte Wohnung 210 bei einem Gebäudebrand handeln, wobei sich mehrere Feuerwehrleute in unterschiedlichen Räumen 210i , 2102 der Wohnung 210 aufhalten. The concept according to the invention is to be described below with reference to FIG. 2 using a non-limiting example of augmented reality glasses which can be worn in an unknown space when rescue workers are used. This can be, for example, a heavily smoky apartment 210 in the event of a building fire, with several firefighters staying in different rooms 210i, 2102 of apartment 210.
Figur 2 zeigt schematisch eine Wohnung 210 mit einer darin angeordneten Wand 211 , die die Wohnung 210 in ein erstes Zimmer 210i und in ein zweites Zimmer 2102 unterteilt. Auf der einen Seite der Wand 211 , d.h. in dem ersten Zimmer 210i, befindet sich eine erste mobile Vorrichtung 101. Auf der anderen Seite der Wand 211 , d.h. in dem zweiten Zimmer 2102, befindet sich eine zweite mobile Vorrichtung 201. FIG. 2 schematically shows an apartment 210 with a wall 211 arranged therein, which divides the apartment 210 into a first room 210i and a second room 2102. On one side of wall 211, i.e. in the first room 210i there is a first mobile device 101. On the other side of the wall 211, i.e. in the second room 2102 there is a second mobile device 201.
Die erste mobile Vorrichtung 101 ist eine Augmented Reality Brille, die mit einer Umge- bungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 102 und einer funkbasierten Ortungsvorrichtung 104 ausgestattet ist. The first mobile device 101 is augmented reality glasses that are equipped with an environment detection and mapping device 102 and a radio-based location device 104.
Die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 102 kann beispielsweise eine Kamera aufweisen, die mittels Bilderkennungsverfahren die reale Umgebung, d.h. das erste Zimmer 210i , erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 102 ein LI DAR und/oder ein RADAR aufweisen. LIDAR und RADAR sind im Vergleich zu einer Kamera vorteilhaft, da mit diesen Verfahren die reale Umgebung, d.h. das erste Zimmer 210i, auch dann erfasst werden kann, wenn keine freie Sicht herrscht, zum Beispiel wenn die reale Umgebung so stark verraucht ist, dass eine Kamera keine oder nur noch eine eingeschränkte Sicht hat. The environment detection and mapping device 102 can, for example, have a camera which uses image recognition methods to detect the real environment, i.e. the first room 210i. Alternatively or additionally, the environment detection and mapping device 102 may have an LI DAR and / or a RADAR. LIDAR and RADAR are advantageous compared to a camera because with these methods the real environment, i.e. the first room 210i can also be captured if there is no unobstructed view, for example if the real environment is so heavily used up that a camera has no or only a limited view.
Die zweite mobile Vorrichtung 201 ist in diesem Beispiel ebenfalls eine Augmented Reality Brille, die mit einer Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 202 und einer funkbasierten Schnittstelle 204 ausgestattet ist. Die funkbasierte Schnittstelle 204 kann eine funkbasierte Ortungsvorrichtung sein. Alternativ oder zusätzlich kann die funkbasierte Schnittstelle 204 eine funkbasierte Kommunikationsvorrichtung sein, mittels derer die zweite mobile Vorrichtung 102 mit der ersten mobilen Vorrichtung 101 kommunizieren kann, und beispielsweise Ortungsdaten und/oder Umgebungskartendaten, austauschen kann. In this example, the second mobile device 201 is also augmented reality glasses, which are equipped with an environment detection and mapping device 202 and a radio-based interface 204. The radio-based interface 204 can be a radio-based location device. Alternatively or additionally, the radio-based interface 204 can be a radio-based communication device, by means of which the second mobile device 102 can communicate with the first mobile device 101 and, for example, can exchange location data and / or area map data.
Die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 202 der zweiten Augmented Rea- lity Brille 201 kann beispielsweise eine Kamera aufweisen, die mittels Bilderkennungsverfahren die reale Umgebung, d.h. das zweite Zimmer 2102, erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann die Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung 202 der zweiten Augmented Reality Brille 201 ein LIDAR und/oder ein RADAR aufweisen. LI DAR und RADAR sind im Vergleich zu einer Kamera vorteilhaft, da mit diesen Verfahren die reale Umgebung, d.h. das zweite Zimmer 2102, auch dann erfasst werden kann, wenn keine freie Sicht herrscht, zum Beispiel wenn das zweite Zimmer 2102 so stark verraucht ist, dass eine Kamera keine oder nur noch eine eingeschränkte Sicht hat. The environment detection and mapping device 202 of the second augmented reality glasses 201 can, for example, have a camera which records the real environment, ie the second room 210 2 , by means of image recognition methods. Alternatively or additionally, the environment detection and mapping device 202 of the second augmented reality glasses 201 can have a LIDAR and / or a RADAR. LI DAR and RADAR are advantageous compared to a camera, since with these methods the real environment, ie the second room 210 2 , can also be recorded when there is no unobstructed view, for example when the second room 210 2 is so heavily used is that a camera has no or only a limited view.
Die beiden Augmented Reality Brillen 101 , 201 können SLAM-basierte Geräte sein, das heißt das Erfassen der realen Umgebung, bzw. des jeweiligen Zimmers 210i, 2102, sowie das virtuelle Kartografieren zum Erstellen einer virtuellen lokalen Umgebungskarte 103, 203 des jeweiligen Zimmers 210i, 2102, können gleichzeitig erfolgen. Das erfindungsgemäße System 100 kann in diesem Fall ein kooperatives SLAM-System sein, bei dem die beiden SLAM-basierten Augmented Reality Brillen 101 , 201 kooperativ zusammenarbei- ten. Das heißt, mindestens eine der beiden Augmented Reality Brillen 101 , 201 kann die jeweiligen virtuellen lokalen Umgebungskarten 103, 203 zu einer gemeinsamen virtuellen globalen Umgebungskarte 303 zusammensetzen. Die virtuellen lokalen Umgebungskarten 103, 203 der jeweiligen Zimmer 210i, 2102 können also zu einer gemeinsamen virtuellen globalen Umgebungskarte 303 der gesamten Wohnung 210 zusammengefügt werden. The two augmented reality glasses 101, 201 can be SLAM-based devices, that is to say the detection of the real environment, or the respective room 210i, 210 2 , and the virtual mapping for creating a virtual local area map 103, 203 of the respective room 210i , 210 2 , can take place simultaneously. The system 100 according to the invention can in this case be a cooperative SLAM system in which the two SLAM-based augmented reality glasses 101, 201 cooperate. That is, at least one of the two augmented reality glasses 101, 201 can be the respective virtual one Assemble local environment maps 103, 203 into a common virtual global environment map 303. The virtual local environment maps 103, 203 of the respective rooms 210i, 210 2 can thus be combined to form a common virtual global environment map 303 of the entire apartment 210.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die funkbasierte Ortungsvorrichtung 104 der ersten Augmented Reality Brille 101 einen UWB-Transceiver auf. Die funkbasierte In the present exemplary embodiment, the radio-based locating device 104 of the first augmented reality glasses 101 has a UWB transceiver. The radio-based
Schnittstelle 204 der zweiten Augmented Reality Brille 201 kann ebenfalls einen UWB- Transceiver aufweisen. Interface 204 of the second augmented reality glasses 201 can also have a UWB transceiver.
Der UWB-Transceiver 104 der ersten Augmented Reality Brille 101 kann eine funkbasierte Ortung der zweiten Augmented Reality Brille 201 durchführen. Hierfür kann eine Distanzmessung zwischen der ersten Augmented Reality Brille 101 und der zweiten Augmented Reality Brille 201 durchgeführt werden, beispielsweise mittels Time of Flight (ToF), Time of Arrival (ToA) oder Time Distance of Arrival (TDoA). The UWB transceiver 104 of the first augmented reality glasses 101 can carry out radio-based location of the second augmented reality glasses 201. For this purpose, a distance measurement between the first augmented reality glasses 101 and the second Augmented reality glasses 201 are carried out, for example by means of time of flight (ToF), time of arrival (ToA) or time distance of arrival (TDoA).
Die Ortung mittels UWB ist insbesondere für Anwendungsfälle vorteilhaft, wie sie hier beispielhaft beschrieben sind. Die Ultrabreitbandwellen weisen nur eine geringe Dämpfung auf und können sich unter anderem durch feste Gegenstände hindurch ausbreiten. So kann die Ortung der zweiten Augmented Reality Brille 201 beispielsweise durch die Wand 211 hindurch erfolgen. Obwohl also keine direkte Sichtverbindung zwischen den beiden mobilen Vorrichtungen (Augmented Reality Brillen) 101 , 201 besteht, kann die funkba- sierte Ortung mittels UWB dennoch durchgeführt werden. The localization by means of UWB is particularly advantageous for applications as described here by way of example. The ultra broadband waves have only a low attenuation and can spread through solid objects, among other things. For example, the second augmented reality glasses 201 can be located through the wall 211. Although there is no direct line of sight between the two mobile devices (augmented reality glasses) 101, 201, the radio-based location can still be carried out using UWB.
Der in dem ersten Zimmer 210i befindliche Feuerwehrmann kann also mittels der ersten Augmented Reality Brille 101 den in dem zweiten Zimmer 2102 befindlichen Feuerwehrmann, der die zweite Augmented Reality Brille 201 trägt, orten obwohl sich beide Feuerwehrmänner durch die Wand 21 1 hindurch nicht sehen können. The firefighter located in the first room 210i can thus locate the firefighter wearing the second augmented reality glasses 201 in the second room 210 2 using the first augmented reality glasses 101, although both firefighters cannot see through the wall 21 1 .
Das erfindungsgemäße Konzept ist also deutlich vorteilhaft gegenüber konventionellen Systemen, bei denen die mobilen Vorrichtungen Sichtkontakt hersteilen müssen [5], The concept according to the invention is therefore clearly advantageous over conventional systems in which the mobile devices have to make visual contact [5],
Basierend auf den bei der funkbasierten Ortung (z.B. Distanzmessung) ermittelten Or- tungsdaten (z.B. Distanz) kann die erste Augmented Reality Brille 101 eine Koordinatentransformation ausführen und die von der zweiten Augmented Reality Brille 201 im lokalen zweiten Koordinatensystem 222 erstellte zweite virtuelle lokale Umgebungskarte 203 in ein gemeinsames globales Koordinatensystem 333 überführen. Hierbei können die im lokalen ersten Koordinatensystem 111 erstellte erste virtuelle lokale Umgebungskarte 103 und die im lokalen zweiten Koordinatensystem 222 erstellte zweite virtuelle lokale Umgebungskarte 203, in korrekter Ausrichtung zueinander, zu der gemeinsamen globalen virtuellen Umgebungskarte 303 im gemeinsamen globalen Koordinatensystem 333 zusammengeführt werden. Based on the location data (eg distance) determined in the radio-based location (eg distance measurement), the first augmented reality glasses 101 can carry out a coordinate transformation and the second virtual local environment map 203 created by the second augmented reality glasses 201 in the local second coordinate system 222 transfer a common global coordinate system 333. Here, the first virtual local environment map 103 created in the local first coordinate system 111 and the second virtual local environment map 203 created in the local second coordinate system 222, in correct alignment with one another, can be combined to form the common global virtual environment map 303 in the common global coordinate system 333.
Beide Augmented Reality Brillen 101 , 201 weisen jeweils eine bildgebende Vorrichtung auf. Dies kann beispielsweise ein kleines Display sein, in das die virtuellen Umgebungskarten 103, 203, 303 eingeblendet werden können. Das Display kann teiltransparent sein, sodass der Träger der Augmented Reality Brille 101 , 201 sowohl die reale Umgebung, d.h. den jeweiligen Raum 210i, 2102, sieht, als auch zumindest eine der virtuellen Umgebungskarten 103, 203, 303 gleichzeitig eingeblendet bekommt. Ein Vorteil der Erfindung besteht also darin, dass die einzelnen Augmented Reality Brillen 101 , 201 kooperativ Zusammenarbeiten und gemeinsam eine virtuelle globale Umgebungskarte 303 erstellen können. Da die Distanzen der Augmented Reality Brillen 101 ,Both augmented reality glasses 101, 201 each have an imaging device. This can be, for example, a small display in which the virtual environment maps 103, 203, 303 can be shown. The display can be partially transparent, so that the wearer of the augmented reality glasses 101, 201 both sees the real environment, ie the respective room 210i, 210 2 , and at least one of the virtual environment maps 103, 203, 303 is shown simultaneously. An advantage of the invention is therefore that the individual augmented reality glasses 101, 201 can cooperate cooperatively and jointly create a virtual global environment map 303. Since the distances of the augmented reality glasses 101,
201 zueinander ermittelt werden, können die einzelnen virtuellen lokalen Umgebungskar- ten 103, 203 in korrekter Ausrichtung zueinander zusammengefügt werden, sogar ohne dass ein Überlapp der lokalen Umgebungskarten 103, 203 vorhanden sein muss. Dies re- duziert die zum Erstellen der globalen Umgebungskarte 303 benötigte Zeit erheblich gegenüber konventionellen Systemen, bei denen die lokalen Umgebungskarten überlappen müssen, um eine Mustererkennung von gemeinsam vorhandenen Merkmalen durchzuführen. 201 are determined with respect to one another, the individual virtual local environment maps 103, 203 can be put together in the correct orientation relative to one another, even without the local environment maps 103, 203 having to overlap. This considerably reduces the time required to create the global environment map 303 compared to conventional systems in which the local environment maps have to overlap in order to carry out a pattern recognition of features that are present together.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit den Augmented Reality Brillen 101 , 201 sozusagen ein Röntgenblick ermöglicht werden kann. Der in dem ersten Zimmer 210i befindliche Feuerwehrmann bekommt in seiner (ersten) Augmented Reality Brille 101 die virtuelle globale Umgebungskarte 303 eingeblendet. Wenn sich der Feuerwehrmann nun zu der Wand 211 hin dreht, dann wird ihm in seiner Augmented Reality Brille 101 die virtuelle globale Umgebungskarte 303, oder zumindest die virtuelle lokale Umgebungskarte 203 des dahinter liegenden zweiten Zimmers 2102 eingeblendet. Die Wand 211 kann dabei in der virtuellen globalen Umgebungskarte 303 nicht angezeigt, bzw. zumindest teilweise ausgeblendet werden. Another advantage of the invention is that the x-ray view can be made possible with the augmented reality glasses 101, 201. The fireman in the first room 210i is shown the virtual global map 303 in his (first) augmented reality glasses 101. If the fireman now turns towards the wall 211, then the augmented reality glasses 101 show him the virtual global environment map 303, or at least the virtual local environment map 203 of the second room 210 2 located behind it. The wall 211 cannot be displayed or at least partially hidden in the virtual global environment map 303.
In anderen Worten sieht der in dem ersten Zimmer 210i befindliche erste Feuerwehrmann mit seiner ersten Augmented Reality Brille 101 die virtuelle Umgebungskarte 203 des zweiten Zimmers 2102, die mittels der zweiten Augmented Reality Brille 201 des in dem zweiten Zimmers 2102 befindlichen zweiten Feuerwehrmanns erstellt wurde. Auch hierbei muss keine direkte Sichtverbindung zwischen den beiden mobilen Vorrichtungen (Augmented Reality Brillen) 101 , 201 bestehen. In other words, the first fireman located in the first room 210i sees with his first augmented reality glasses 101 the virtual environment map 203 of the second room 210 2 , which was created using the second augmented reality glasses 201 of the second fireman located in the second room 210 2 . Here, too, there must be no direct line of sight between the two mobile devices (augmented reality glasses) 101, 201.
Das unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebene Ausführungsbeispiel mit Einsatzkräften und Augmented Reality Brillen 101 , 201 ist lediglich als ein nicht limitierendes Beispiel zu verstehen. Es wäre beispielsweise ebenso denkbar, dass die mobilen Vorrichtungen autonom agierende Roboter sind. Dies würde eine Gefährdung von Rettungskräften ausschließen. Es wäre auch denkbar, dass die mobilen Vorrichtungen Fahrzeuge oder Flugzeuge sind. Beispielsweise kann es sich um unbemannte bzw. fernsteuerbare Drohnen handeln, die auch in Innenräumen einsetzbar sind. Andere Beispiele sehen vor, dass es sich bei den mobilen Vorrichtungen um Mobilgeräte, wie beispielsweise mobile Telekommunikationsgeräte (z.B. Smartphones, Wearables, Notebooks, etc.) handelt, wobei diese Form von Mobilgeräten meist ab Werk mit Kameras und funkbasierten Ortungsvorrichtungen ausgestattet sind. The exemplary embodiment described with reference to FIG. 2 with emergency services and augmented reality glasses 101, 201 is only to be understood as a non-limiting example. It would also be conceivable, for example, that the mobile devices are autonomously operating robots. This would preclude rescue workers from being endangered. It would also be conceivable that the mobile devices are vehicles or airplanes. For example, it can be unmanned or remote-controlled drones that can also be used indoors. Other examples provide that the mobile devices are mobile devices, such as, for example, mobile telecommunication devices (for example smartphones, wearables, notebooks, etc.), this form of mobile devices are usually equipped with cameras and radio-based location devices ex works.
Außerdem wurde das erfindungsgemäße Konzept am nicht limitierenden Beispiel von zwei mobilen Vorrichtungen 101 , 201 beschrieben. Es ist natürlich denkbar, dass beliebig viele mobile Vorrichtungen 101 , 201 eingesetzt werden können, die in der hierin beschrie- benen Art und Weise kooperativ miteinander interagieren können. Vorteilhafter Weise kann jede dieser mobilen Vorrichtungen 101 , 201 ausgestaltet sein, um eine virtuelle globale Umgebungskarte 303 unter Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts zu erstellen bzw. anzuzeigen. In addition, the concept according to the invention was described using the non-limiting example of two mobile devices 101, 201. It is of course conceivable that any number of mobile devices 101, 201 can be used which can cooperatively interact with one another in the manner described here. Each of these mobile devices 101, 201 can advantageously be configured to create or display a virtual global environment map 303 using the concept according to the invention.
Figur 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es von den mobilen Vorrichtungen 101 , 201 ausführbar sein kann. FIG. 3 shows a schematic block diagram of a method according to the invention, as can be carried out by the mobile devices 101, 201.
In Block 301 werden topografische Umgebungsmerkmale in einer realen Umgebung erfasst und es wird eine virtuelle erste lokale Umgebungskarte 103 in einem ersten lokalen Koordinatensystem 111 erstellt. In block 301, topographical environmental features are recorded in a real environment and a virtual first local environment map 103 is created in a first local coordinate system 111.
In Block 302 wird eine mobile Vorrichtung 201 durch Erfassen von Ortungsdaten mittels Funkwellen geortet, wobei diese mobile Vorrichtung 201 ein zweites lokales Koordinatensystem 222 aufweist. Die mobile Vorrichtung 201 ist ausgestaltet, um topografische Umgebungsmerkmale in einer realen Umgebung zu erfassen und eine virtuelle zweite lokale Umgebungskarte 203 in dem zweiten lokalen Koordinatensystem 222 zu erstellen. In block 302, a mobile device 201 is located by detecting location data using radio waves, this mobile device 201 having a second local coordinate system 222. The mobile device 201 is configured to capture topographical environmental features in a real environment and to create a virtual second local environment map 203 in the second local coordinate system 222.
In Block 303 wird eine Koordinatentransformation zwischen dem ersten lokalen Koordina- tensystem 1 1 1 und dem zweiten lokalen Koordinatensystem 222 durchgeführt, um ein gemeinsames globales Koordinatensystem 333 zu erzeugen, und zwar basierend auf den mittels der Funkwellen erfassten Ortungsdaten. In block 303, a coordinate transformation between the first local coordinate system 1 1 1 and the second local coordinate system 222 is carried out in order to generate a common global coordinate system 333, based on the location data acquired by means of the radio waves.
Die Erfindung soll nachfolgend nochmals in anderen Worten zusammengefasst, und deren Vorteile kurz erläutert werden. The invention is to be summarized again in other words below, and the advantages thereof are briefly explained.
Bisherige Forschung im Bereich Robotik hat gezeigt, dass sich das bekannte SLAM- Problem durch Distanzmessungen zwischen zwei SLAM-Geräten lösen lässt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können moderne Augmented Reality Brillen 101 , 201 mit integrierten Ultra-Wideband (UWB) Transceivern 104, 204 für die Distanzmessung mittels Time of Arrival (TOA) eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Konzept verwendet kooperatives SLAM und die gemessenen Distanzen gehören zu mindestens zwei gleichwertigen Systemen 101 , 201 , um die relative Pose zueinander zu schätzen. Previous research in the field of robotics has shown that the known SLAM problem can be solved by measuring the distance between two SLAM devices. In one exemplary embodiment of the invention, modern augmented reality glasses 101, 201 with integrated ultra-wideband (UWB) transceivers 104, 204 can be used for distance measurement by means of time of arrival (TOA). The concept according to the invention uses cooperative SLAM and the measured distances belong to at least two equivalent systems 101, 201 in order to estimate the relative pose to one another.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System 100, das den Einsatz von kooperativem SLAM verbessern soll. Es kann mindestens eine mobile Vorrichtung 101 mit einem SLAM basierten optischen Sensor (z.B. optische Kamera, LIDAR, etc.) 102 und mindestens einem integrierten UWB Transceiver 104 aufweisen. Der Transceiver 104 führt Distanzmessungen (z.B. mittels Time of Arrival oder Time Difference of Arrival) zu mindestens einem anderen integrierten UWB Transceiver 204 eines gleichwertigen Systems (zweite mobile Vorrichtung) 201 durch. The present invention describes a system 100 that is intended to improve the use of cooperative SLAM. It can have at least one mobile device 101 with a SLAM-based optical sensor (e.g. optical camera, LIDAR, etc.) 102 and at least one integrated UWB transceiver 104. The transceiver 104 carries out distance measurements (e.g. by means of time of arrival or time difference of arrival) to at least one other integrated UWB transceiver 204 of an equivalent system (second mobile device) 201.
Beispielvarianten sind ähnliche Systeme, die beispielsweise über zusätzliche Sensoren (z.B. IMU, Magnetometer, Barometer, etc.) verfügen können. Diese optionalen zusätzli- chen Sensoren können dazu dienen, die Genauigkeit und Robustheit des Systems 100 zu erhöhen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können„Augmented Reality" Brillen 101 mit integrierter optischer SLAM Sensorik (z.B. Kameras) 102 und damit gekoppeltem UWB Transceiver 104 sein, die eine gleichartige Anwendung betreiben. Derartige Reality Brillen 101 können beispielsweise mindestens eine Kamera 102 und eine inertiale Messeinheit IMU (engl. Inertial Measurement Unit) für SLAM verfügen. Example variants are similar systems, which may have additional sensors (e.g. IMU, magnetometer, barometer, etc.). These optional additional sensors can serve to increase the accuracy and robustness of the system 100. Exemplary embodiments of the present invention can be “augmented reality” glasses 101 with integrated optical SLAM sensors (eg cameras) 102 and a UWB transceiver 104 coupled to them, which operate a similar application. Such reality glasses 101 can, for example, have at least one camera 102 and an inertial measuring unit IMU Inertial Measurement Unit for SLAM.
Mit dem erfindungsgemäßen Konzept lässt sich die Zeiteffizienz und die Verlässlichkeit von kooperativen SLAM-Systemen steigern, denn die sofortige gegenseitige Lokalisierung und globale Kartierung ist mit dieser Methode möglich. Dies ist insbesondere bei zeitkritischen Applikationen relevant. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept lässt sich ein kooperatives SLAM auch dann realisieren, wenn sich Objekte oder Wände 211 zwischen den einzelnen SLAM-Systemen (mobilen Vorrichtungen) 101 , 201 befinden. With the concept according to the invention, the time efficiency and the reliability of cooperative SLAM systems can be increased, because immediate mutual localization and global mapping is possible with this method. This is particularly relevant for time-critical applications. With the concept according to the invention, a cooperative SLAM can also be realized if objects or walls 211 are located between the individual SLAM systems (mobile devices) 101, 201.
Das erfindungsgemäße Konzept erlaubt es zwei SLAM basierten Geräten 101 , 201 , die mindestens einen integrierten optischen Sensor 102, 202 und mindestens einen UWB Transceiver 104, 204 aufweisen, sich schnell gegenseitig zu lokalisieren, auch wenn die Geräte 101 , 201 über keine extrinsischen zusätzlichen Informationen verfügen. The concept according to the invention allows two SLAM-based devices 101, 201, which have at least one integrated optical sensor 102, 202 and at least one UWB transceiver 104, 204, to quickly locate one another, even if the devices 101, 201 have no extrinsic additional information feature.
Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konzepts können beispielsweise in der Feuerwehr, Polizei, Spezialeinsätze (z.B. Terrorismusbekämpfung) und Militär in Form von„Augmented Reality" Brillen 101 , 201 sein. Im Bereich Robotik kann damit beispiels- weise eine effizientere 3D-Vermessung von Innenräumen in Gebäuden oder Außenbereichen, z.B. mittels unbemannten Luftfahrzeugen UAVs (engl.: Unmanned Aerial Vehicles), realisiert werden. Eine hohe Relevanz hat das erfindungsgemäße Konzept für Einsätze im Innenraum, dort wo GRS nicht gut funktioniert. Examples of applications of the concept according to the invention can be in the fire service, police, special operations (eg counter-terrorism) and the military in the form of “augmented reality” glasses 101, 201. In the field of robotics, for example, a more efficient 3D measurement of interiors in buildings or Outdoor areas, e.g. by means of unmanned aerial vehicles (UAVs), will be realized. The concept according to the invention is of great relevance for indoor use where GRS does not work well.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The above-described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. It is to be understood that modifications and variations in the arrangements and details described herein will be apparent to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented based on the description and explanation of the exemplary embodiments herein.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Although some aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device.
Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Some or all of the process steps can be performed by a hardware apparatus (or using a hardware apparatus) such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Des- halb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Depending on the specific implementation requirements, exemplary embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software or at least partially in hardware or at least partially in software. The implementation can be carried out using a digital storage medium, for example a floppy disk, a DVD, a BluRay disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or another magnetic or optical Memory are carried out, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system or in such a way that the respective method is carried out. The digital storage medium can therefore be computer-readable.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin be¬ schriebenen Verfahren durchgeführt wird. Some exemplary embodiments according to the invention thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are capable of using a co-programmable computer system such that one of the ¬ be herein described methods is performed.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerpro- grammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerpro- grammprodukt auf einem Computer abläuft. In general, exemplary embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. The program code can, for example, also be stored on a machine-readable carrier.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschi- nen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Other exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable medium. In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described here when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren auf- gezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerles- bare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded. The data carrier or the digital storage medium or the computer-readable medium are typically tangible and / or non-volatile.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Daten- strom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durch- führen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. A further exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro- gramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. Another exemplary embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed. A further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver. The transmission can take place electronically or optically, for example. The receiver can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device. The device or the system can comprise, for example, a file server for transmitting the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (bei- spielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. In some embodiments, a programmable logic device (for example a field programmable gate array, an FPGA) can be used to perform some or all of the functionalities of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be a universally usable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.
Quellen: Swell:
[1] Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1 2007. Determining the Robot-to-[1] Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1 2007. Determining the Robot-to-
Robot Relative Pose Using Range-only Measurements, IEEE International Conference on Robotics and Automation. Robot Relative Pose Using Range-only Measurements, IEEE International Conference on Robotics and Automation.
[2] Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1 2008. Robot-to-Robot Relative  [2] Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1 2008. Robot-to-Robot Relative
Pose Estimation From Range Measurements, IEEE Transactions  Pose Estimation From Range Measurements, IEEE Transactions
on Robotics, Val. 24, No. 6.  on Robotics, Val. 24, No. 6.
[3] Trawny, IM., Zhou, X. S., Zhou, K. X., Roumeliotis, S. 1 ., 2007.  [3] Trawny, IM., Zhou, X. S., Zhou, K. X., Roumeliotis, S. 1., 2007.
30 Relative Pose Estimation from Distance-Only Measurements, Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.  30 Relative Pose Estimation from Distance-Only Measurements, Proceedings of the 2007 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.
[4] Trawny, N., Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1 ., 2010. 30 Relative  [4] Trawny, N., Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1., 2010. 30 Relative
Pose Estimation from Six Distances, Robotics: Science and  Pose Estimation from Six Distances, Robotics: Science and
Systems V, Vol. 5, pp. 233-240.  Systems V, Vol. 5, pp. 233-240.
[5] Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1., 2006. Multi-robot SLAM with Un- known Initial Correspondence: The Robot Rendezvous Case,  [5] Zhou, X. S., Roumeliotis, S. 1., 2006. Multi-robot SLAM with Unknown Initial Correspondence: The Robot Rendezvous Case,
Proceedings of the 2006 IEEE/RSJ International Conference on  Proceedings of the 2006 IEEE / RSJ International Conference on
Intelligent Robots and Systems.  Intelligent robots and systems.
[6] Saeedi, S. et al, 2014. Map merging for multiple robots using Hough peak matching.  [6] Saeedi, S. et al, 2014. Map merging for multiple robots using Hough peak matching.
Robotics and Autonomous Systems, Val. 62, pp. 1408-1424.  Robotics and Autonomous Systems, Val. 62, pp. 1408-1424.
[7] Birk, A., Carpin, S., 2006. Merging Occupancy Grid Maps From Multiple Robots.  [7] Birk, A., Carpin, S., 2006. Merging Occupancy Grid Maps From Multiple Robots.
Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 7, pp. 1384-1397.  Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 7, pp. 1384-1397.
[8] Ko, J., Stewart, B., Fox, D, Konolige, K., Limketkai, B., 2003. A  [8] Ko, J., Stewart, B., Fox, D, Konolige, K., Limketkai, B., 2003. A
Practical, Decision-theoretic Approach to Multi-robot Mapping  Practical, decision-theoretical approach to multi-robot mapping
and Exploration, Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ International  and Exploration, Proceedings of the 2003 IEEE / RSJ International
Conference on Intelligent Robots and Systems.  Conference on Intelligent Robots and Systems.
[9] Thrun, S., 2001 . A probabilistic on-line mapping algorithm for teams of mobile robots, The International Journal of Robotics Research, Vol. 20, No. 5, pp. 335-363.  [9] Thrun, S., 2001. A probabilistic on-line mapping algorithm for teams of mobile robots, The International Journal of Robotics Research, Vol. 20, No. 5, pp. 335-363.

Claims

Patentansprüche Claims
1 System (100) aufweisend: eine erste mobile Vorrichtung (101 ) mit einer ersten Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung (102) zum Erstellen einer virtuellen ersten lokalen Umgebungskarte (103) einer realen Umgebung (210i) in einem ersten lokalen Koordi- natensystem (111), eine zweite mobile Vorrichtung (201) mit einer zweiten Umgebungserfas- sungs- und Kartierungsvorrichtung (202) zum Erstellen einer virtuellen zweiten lokalen Umgebungskarte (203) einer realen Umgebung (2102) in einem zweiten lokalen Koordinatensystem (222), wobei zumindest die erste mobile Vorrichtung (101) eine funkbasierte Ortungsvorrichtung (104) zum Orten der zweiten mobilen Vorrichtung (201) aufweist, und wobei die erste mobile Vorrichtung (101) ausgestaltet ist, um basierend auf mittels der funkbasierten Ortungsvorrichtung (104) erfassten Ortungsdaten eine Koordinatentransformation zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Koordinatensystem (1 11 , 222) auszuführen und ein gemeinsames globales Koordinatensystem (333) zu erstellen. 1 system (100) comprising: a first mobile device (101) with a first environment detection and mapping device (102) for creating a virtual first local environment map (103) of a real environment (210i) in a first local coordinate system (111) , a second mobile device (201) with a second environment detection and mapping device (202) for creating a virtual second local environment map (203) of a real environment (210 2 ) in a second local coordinate system (222), at least the first Mobile device (101) has a radio-based locating device (104) for locating the second mobile device (201), and wherein the first mobile device (101) is configured to perform a coordinate transformation between the location based on location data acquired by means of the radio-based locating device (104) first and second local coordinate system (1 11, 222) and a common global coor to create the dinate system (333).
2. System (100) nach Anspruch 1 , wobei die funkbasierte Ortungsvorrichtung (104) eine Distanzmessungsvorrichtung aufweist, und wobei die Ortungsdaten zumindest eine zwischen der ersten mobilen Vorrichtung (101) und der zweiten mobilen Vorrichtung (201) gemessene Distanz aufweisen. 2. The system (100) according to claim 1, wherein the radio-based locating device (104) has a distance measuring device, and wherein the locating data has at least one distance measured between the first mobile device (101) and the second mobile device (201).
3. System (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System (100) ein kooperatives SLAM-System (SLAM - engl.: Simultaneous Localization and Mapping) ist, wobei die erste mobile Vorrichtung (101) eine erste mobile SLAM-Vorrichtung ist, und wobei die zweite mobile Vorrichtung (201) eine zweite mobile SLAM-Vorrichtung ist. 3. System (100) according to claim 1 or 2, wherein the system (100) is a cooperative SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) system, wherein the first mobile device (101) is a first mobile SLAM device and wherein the second mobile device (201) is a second mobile SLAM device.
4. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die funkbasierte Ortungsvorrichtung (104) eine Ultrabreitband-Ortungsvorrichtung ist, die ausgestaltet ist, um eine Ortung der zweiten mobilen Vorrichtung (201) unter Verwendung von Funkwel- len im Ultrabreitband durchzuführen. 4. The system (100) according to one of claims 1 to 3, wherein the radio-based locating device (104) is an ultra-wideband locating device that is configured to to locate the second mobile device (201) using radio waves in the ultra-wideband.
5. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die funkbasierte Ortungs- vorrichtung (104) ausgestaltet ist, um eine Ortung der zweiten mobilen Vorrichtung (201) mittels Time of Arrival - ToA - Messungen oder mittels Time Difference of Arrival - TDoA - Messungen auszuführen. 5. System (100) according to one of claims 1 to 4, wherein the radio-based locating device (104) is designed to locate the second mobile device (201) by means of time of arrival - ToA measurements or by means of time difference of arrival - Perform TDoA measurements.
6. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste und/oder zweite Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung (102, 202) mindestens ein op- tisches Mittel aufweist, das ausgestaltet ist, um die reale Umgebung (210i, 2102) mittels optischer Sensorik topografisch zu erfassen, und wobei die erste und/oder zweite Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung (102, 202) ausgestaltet ist, um optisch erfasste topografische Umgebungsdaten in der virtuellen ersten und/oder zweiten Umgebungskarte (103, 203) zu kartieren. 6. System (100) according to one of claims 1 to 5, wherein the first and / or second environment detection and mapping device (102, 202) comprises at least one optical means, which is configured to the real environment (210i, 210 2 ) to be recorded topographically by means of optical sensors, and the first and / or second environment detection and mapping device (102, 202) is designed to map optically recorded topographical environment data in the virtual first and / or second map (103, 203) .
7. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste und/oder zweite Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung (102, 202) mindestens ein funkbasiertes Mittel aufweist, das ausgestaltet ist, um die reale Umgebung (210i, 2102) mittels Funkwellen topografisch zu erfassen, und wobei die erste und/oder zweite Umgebungserfassungs- und Kartierungsvorrichtung (102, 202) ausgestaltet ist, um erfasste topografische Umgebungsdaten in der virtuellen ersten und/oder zweiten Umgebungskarte (103, 203) zu kartieren. 7. System (100) according to any one of claims 1 to 6, wherein the first and / or second environment detection and mapping device (102, 202) comprises at least one radio-based means, which is configured to the real environment (210i, 210 2 ) topographically using radio waves, and wherein the first and / or second environment detection and mapping device (102, 202) is designed to map acquired topographical environment data in the virtual first and / or second environment map (103, 203).
8. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste mobile Vorrichtung (101) ausgestaltet ist, um basierend auf der Koordinatentransformation die Pose der zweiten mobilen Vorrichtung (201) relativ zu der ersten mobilen Vorrichtung (101) zu bestimmen. 8. System (100) according to one of claims 1 to 7, wherein the first mobile device (101) is configured to determine the pose of the second mobile device (201) relative to the first mobile device (101) based on the coordinate transformation .
9. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest eine der ersten und zweiten mobilen Vorrichtungen (101 , 201) ausgestaltet ist, um die virtuelle erste lokale Umgebungskarte (103) sowie die virtuelle zweite lokale Umgebungskarte (203) basierend auf der Koordinatentransformation zu einer virtuellen globalen Umgebungskarte (303) innerhalb des gemeinsamen globalen Koordinatensystems (333) zusammenzufügen. 9. System (100) according to one of claims 1 to 8, wherein at least one of the first and second mobile devices (101, 201) is configured to base the virtual first local environment map (103) and the virtual second local environment map (203) on the coordinate transformation to a virtual global environment map (303) within the common global coordinate system (333).
10. System (100) nach Anspruch 9, wobei zumindest die erste mobile Vorrichtung (101) eine Augmented Reality Brille aufweist, die eine bildgebende Vorrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, um die virtuelle erste lokale Umgebungskarte (103) und/oder die virtuelle globale Umgebungskarte (303) anzuzeigen. 10. The system (100) according to claim 9, wherein at least the first mobile device (101) comprises augmented reality glasses that have an imaging device that is configured to display the virtual first local environment map (103) and / or the virtual global one Show surrounding map (303).
1 1. System (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die zweite mobile Vorrichtung (201) eine Augmented Reality Brille aufweist, die eine bildgebende Vorrich- tung aufweist, die ausgestaltet ist, um die virtuelle zweite lokale Umgebungskarte (203) und/oder die virtuelle globale Umgebungskarte (303) anzuzeigen. 1 1. System (100) according to one of claims 9 or 10, wherein the second mobile device (201) comprises augmented reality glasses that have an imaging device that is configured to the virtual second local environment map (203) and / or to display the virtual global environment map (303).
12. System (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , wobei die bildgebende Vor- richtung ausgestaltet ist, um einen in der realen Umgebung (210i, 2102) zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung (101 , 201) angeordneten Gegenstand (211 ), der eine Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung (101 , 201) behindert, in der virtuellen globalen Umgebungskarte (303) zumindest teilweise nicht anzuzeigen. 12. System (100) according to one of claims 10 or 11, wherein the imaging device is configured to an object arranged in the real environment (210i, 210 2 ) between the first and the second mobile device (101, 201) (211), which impedes a line of sight between the first and the second mobile device (101, 201), at least partially not to be displayed in the virtual global environment map (303).
13. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste mobile Vorrich- tung (101) ausgestaltet ist, um die zweite mobile Vorrichtung (201) ohne eine beste- hende Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung (101 , 201) zu orten und/oder um das erste und das zweite lokale Koordinatensystem (11 1 , 222) ohne eine bestehende Sichtverbindung zwischen der ersten und der zweiten mobilen Vorrichtung (101 , 201) in das globale Koordinatensystem (333) zu überführen. 13. System (100) according to any one of claims 1 to 12, wherein the first mobile device (101) is configured to the second mobile device (201) without an existing line of sight between the first and the second mobile device ( 101, 201) to locate and / or to transfer the first and the second local coordinate system (11 1, 222) into the global coordinate system (333) without an existing line of sight between the first and the second mobile device (101, 201).
14. Mobile Vorrichtung (101 , 201 ) zur Verwendung in einem System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13. 14. Mobile device (101, 201) for use in a system (100) according to one of claims 1 to 13.
15. Verfahren mit den folgenden Schritten: 15. Procedure with the following steps:
Erfassen von topografischen Umgebungsmerkmalen einer realen Umge- bung (210i) und Erstellen einer virtuellen ersten lokalen Umgebungskarte (103) in einem ersten lokalen Koordinatensystem (111), Orten einer mobilen Vorrichtung (201) durch Erfassen von Ortungsdaten mittels Funkwellen, wobei die mobile Vorrichtung (201) ein zweites lokales Koordina- tensystem (222) aufweist, und Acquisition of topographical environmental features of a real environment (210i) and creation of a virtual first local environment map (103) in a first local coordinate system (111), Locating a mobile device (201) by acquiring location data using radio waves, the mobile device (201) having a second local coordinate system (222), and
Durchführen einer Koordinatentransformation zwischen dem ersten lokalen Koordinatensystem (111) und dem zweiten lokalen Koordinatensystem (222) zum Erzeugen eines gemeinsamen globalen Koordinatensystems (333) basierend auf den mittels der Funkwellen erfassten Ortungsdaten. Performing a coordinate transformation between the first local coordinate system (111) and the second local coordinate system (222) to generate a common global coordinate system (333) based on the location data acquired by means of the radio waves.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Orten der zweiten mobilen Vorrichtung (201) das Bestimmen einer Distanz zu dieser zweiten mobilen Vorrichtung (201) beinhaltet, und wobei die Ortungsdaten zumindest eine derartige gemessene Distanz aufweisen. 16. The method of claim 15, wherein the location of the second mobile device (201) includes determining a distance to this second mobile device (201), and wherein the location data have at least one such measured distance.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Erfassen von topographischen Umgebungsmerkmalen unter Anwendung einer optischen Bilderfassung geschieht. 17. The method of claim 15 or 16, wherein the detection of topographical environmental features is done using an optical image capture.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die funkbasierte Ortung unter Verwendung von Funkwellen im Ultrabreitband geschieht. 18. The method according to any one of claims 15 to 17, wherein the radio-based location is done using radio waves in the ultra-wideband.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: 19. The method according to any one of claims 15 to 18, wherein the method further comprises the following step:
Erstellen einer virtuellen globalen Umgebungskarte (303) in dem gemeinsa- men globalen Koordinatensystem (333) durch Zusammenfügen von der in dem ersten lokalen Koordinatensystem (1 1 1) erstellten virtuellen ersten lokalen Umgebungskarte (103) mit einer von der georteten mobilen Vorrichtung (201) in dem zweiten lokalen Koordinatensystem (222) erstellten virtuellen zweiten lokalen Umgebungskarte (203). Creating a virtual global environment map (303) in the common global coordinate system (333) by combining the virtual first local environment map (103) created in the first local coordinate system (1 1 1) with a mobile device (201) located by the virtual second local environment map (203) created in the second local coordinate system (222).
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: bildliches Darstellen der virtuellen ersten lokalen Umgebungskarte (103) und/oder der virtuellen globalen Umgebungskarte (303), und/oder zumindest teilweises Ausblenden eines in der realen Umgebung (21 Oi, 2102) befindlichen Gegenstands (211) in der virtuellen globalen Umgebungskarte (303). 20. The method according to claim 19, the method further comprising the step of: displaying the virtual first local environment map (103) and / or the virtual global environment map (303), and / or at least partially hiding an object (211) located in the real environment (21 Oi, 210 2 ) in the virtual global environment map (303).
21. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. 21. Computer program with a program code for performing the method according to one of claims 15 to 20, when the program runs on a computer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113075686A (en) * 2021-03-19 2021-07-06 长沙理工大学 Cable trench intelligent inspection robot mapping method based on multi-sensor fusion
CN114022519A (en) * 2020-07-28 2022-02-08 清华大学 Coordinate system conversion method and device and multi-source fusion SLAM system comprising device
AT525733B1 (en) * 2022-03-17 2023-07-15 Dirfind Og Method for determining a relative position of at least two moving objects to one another

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117590858B (en) * 2024-01-19 2024-04-16 潍坊现代农业山东省实验室 Greenhouse unmanned vehicle navigation method and greenhouse unmanned vehicle navigation system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5960796B2 (en) * 2011-03-29 2016-08-02 クアルコム,インコーポレイテッド Modular mobile connected pico projector for local multi-user collaboration
US9668146B2 (en) * 2014-04-25 2017-05-30 The Hong Kong University Of Science And Technology Autonomous robot-assisted indoor wireless coverage characterization platform
CN107980100B (en) * 2015-03-07 2022-05-27 维里蒂工作室股份公司 Distributed positioning system and method and self-positioning equipment

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIRK, A.CARPIN, S.: "Merging Occupancy Grid Maps From Multiple Robots", PROCEEDINGS OF THE IEEE, vol. 94, no. 7, 2006, pages 1384 - 1397, XP011442767, doi:10.1109/JPROC.2006.876965
KO, J.STEWART, B.FOX, DKONOLIGE, K.LIMKETKAI, B.: "A Practical, Decision-theoretic Approach to Multi-robot Mapping and Exploration", PROCEEDINGS OFTHE 2003 IEEE/RSJ INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT ROBOTS AND SYSTEMS, 2003
SAEEDI, S. ET AL.: "Map merging for multiple robots using Hough peak matching", ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS, vol. 62, 2014, pages 1408 - 1424, XP029043451, doi:10.1016/j.robot.2014.06.002
THRUN, S.: "A probabilistic on-line mapping algorithm for teams of mobile robots", THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ROBOTICS RESEARCH, vol. 20, no. 5, 2001, pages 335 - 363
TRAWNY, N.ZHOU, X. S.ROUMELIOTIS, S. 1.: "30 Relative Pose Estimation from Six Distances", ROBOTICS: SCIENCE AND SYSTEMS V, vol. 5, 2010, pages 233 - 240
TRAWNY, N.ZHOU, X. S.ZHOU, K. X.ROUMELIOTIS, S. 1.: "Relative Pose Estimation from Distance-Only Measurements", PROCEEDINGS OFTHE 2007 IEEE/RSJ INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT ROBOTS AND SYSTEMS, vol. 30, 2007
ZHOU X S ET AL: "Robot-to-Robot Relative Pose Estimation From Range Measurements", IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 24, no. 6, 1 December 2008 (2008-12-01), pages 1379 - 1393, XP011332793, ISSN: 1552-3098, DOI: 10.1109/TRO.2008.2006251 *
ZHOU, X. S.ROUMELIOTIS, S. 1 .: "Robot-to-Robot Relative Pose Estimation From Range Measurements", IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, vol. 24, no. 6, 2008, XP011332793, doi:10.1109/TRO.2008.2006251
ZHOU, X. S.ROUMELIOTIS, S. 1.: "Determining the Robot-to-Robot Relative Pose Using Range-only Measurements", IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION, 2007
ZHOU, X. S.ROUMELIOTIS, S. 1.: "Multi-robot SLAM with Unknown Initial Correspondence: The Robot Rendezvous Case", PROCEEDINGS OFTHE 2006 IEEE/RSJ INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT ROBOTS AND SYSTEMS, 2006

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114022519A (en) * 2020-07-28 2022-02-08 清华大学 Coordinate system conversion method and device and multi-source fusion SLAM system comprising device
CN113075686A (en) * 2021-03-19 2021-07-06 长沙理工大学 Cable trench intelligent inspection robot mapping method based on multi-sensor fusion
CN113075686B (en) * 2021-03-19 2024-01-12 长沙理工大学 Cable trench intelligent inspection robot graph building method based on multi-sensor fusion
AT525733B1 (en) * 2022-03-17 2023-07-15 Dirfind Og Method for determining a relative position of at least two moving objects to one another
AT525733A4 (en) * 2022-03-17 2023-07-15 Dirfind Og Method for determining a relative position of at least two moving objects to one another

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