WO2022028742A1 - Radarabsorbierende handhabunsvorrichtung - Google Patents

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WO2022028742A1
WO2022028742A1 PCT/EP2021/056584 EP2021056584W WO2022028742A1 WO 2022028742 A1 WO2022028742 A1 WO 2022028742A1 EP 2021056584 W EP2021056584 W EP 2021056584W WO 2022028742 A1 WO2022028742 A1 WO 2022028742A1
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handling device
load
radar sensor
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Gabriela Jager
Stefan Traub
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.
  • the publication DE 10 2017 005 920 A1 discloses a device for calibrating an environmental sensor.
  • a calibration body and a reflector are attached to a pendulum rod with a pendulum mass.
  • the pendulum rod hangs on a framework. This is radar absorbing.
  • the object of the invention is to improve the radar-based position determination of at least one part of a handling device and/or of a load. This object is achieved by an arrangement according to claim 1. Preferred developments are contained in the dependent claims and result from the following description and the exemplary embodiments illustrated in the figures.
  • the arrangement comprises a cargo handling device, a radar transmitter, a radar sensor and a data processing device.
  • the handling device means a device for moving the load.
  • the movement of the load can in particular include lifting the load and setting it down again at another location.
  • the handling device preferably has a fixing device for moving the load.
  • the fixation device is used to fix the load.
  • the handling device preferably has a device for moving the fixing device. In particular the fixator can be moved with the charge fixed in the fixator.
  • the handling device is preferably part of a vehicle, such as a crane, an excavator or a forklift. Accordingly, the handling device is a crane boom, an excavator arm or a mast.
  • the radar transmitter, the radar sensor and/or the data processing device can also be part of the vehicle.
  • the data processing device can alternatively be designed separately from the vehicle.
  • the vehicle is connected to the data processing device in a data-conducting manner, preferably by remote data transmission.
  • the load is preferably general cargo, for example a package or a loaded pallet.
  • the radar transmitter is a means of emitting radar radiation.
  • the radar transmitter is therefore designed to emit electromagnetic waves in a range from 30 MHz to 300 GHz.
  • the waves are preferably emitted by the radar transmitter in a bundled form.
  • the radar sensor is a means of receiving radar radiation. It is designed to at least partially receive the radar radiation emitted by the radar transmitter. A frequency range of the radiation that can be received by the radar sensor preferably matches the frequency range of the radiation emitted by the radar transmitter.
  • the radar transmitter is designed to irradiate at least part of the handling device.
  • the at least one part of the handling device is irradiated with radar radiation by the radar transmitter.
  • the radar transmitter and the handling device are so aligned relative to each other so that the Handling device is at least partially in an area irradiated by the radar transmitter.
  • the radar sensor detects at least part of the handling device and/or the load. This means that the radar sensor is designed to at least partially detect radar radiation reflected by the handling device and/or the load. In order to realize this, the radar sensor must be suitably positioned and aligned relative to the handling device. Specifically, the radar sensor must be positioned and aligned so that at least part of the handling device and/or the load is within its detection range.
  • the data processing device is designed to determine the position of at least part of the handling device and/or the load.
  • the data processing device uses the signal from the radar sensor to determine the position of at least part of the handling device and/or the load, preferably relative to a reference system fixed to the sensor. In particular, it can be a vehicle-fixed reference system.
  • the determination of the location and/or the position of an object is subsumed under position determination.
  • At least part of the handling device is radar-absorbent.
  • This at least one part of the handling device absorbs the radar radiation emitted by the radar transmitter.
  • This at least one part can be provided with a radar-absorbent coating or consist of a radar-absorbent material.
  • the signal from the radar sensor becomes more distinguishable due to the radar-absorbing part of the handling device.
  • the radar-absorbing part of the handling device can thus be easily distinguished from surrounding, radar-reflecting parts and/or from the load. If at least part of the surface of the charge is radar-reflecting, that is to say if at least part of the charge consists of a radar-reflecting material, the position of the charge can be determined in a simple manner using the invention. Since the radar-absorbing at least one part of the handling device is not contained in the signal from the radar sensor, the evaluation and further processing can be limited to the data contained in the signal. It is not necessary to separate the data into data originating from a reflection of the handling device and data originating from a reflection of the charge.
  • a first part of the handling device is radar-reflecting.
  • the surface of the first part is thus designed in such a way that it at least partially reflects the radar radiation emitted by the radar transmitter when it strikes the surface.
  • a second part of the handling device is further developed to be radar-absorbent. This part absorbs the radar radiation emitted by the radar transmitter when it hits the surface
  • the second part or its surface is at least partially, preferably completely, surrounded by the first part or its surface.
  • the data processing device is further developed to determine the position of the second part. This can be implemented advantageously since the second part can be determined indirectly.
  • the second part appears in the signal picked up by the radar sensor as a "hole” within the reflections of the first part. Determining the position of the second part is therefore limited to determining the position of this "hole”.
  • all parts of the handling device that can be brought into the detection range of the radar sensor are radar-absorbent. Parts of the handling device can be brought into the detection area in particular by displacement movements of the handling device.
  • a handling device designed to be completely radar-absorbent is in Advantageous with regard to determining the position of the charge, since no reflections from the handling device interfere with the determination of the position.
  • the handling device is preferably developed as a crane boom.
  • the crane boom has a rope with a hook or eye for securing the load.
  • the radar sensor is positioned and oriented to detect the cargo attached to the hook or eye.
  • At least two signals from the radar sensor are forwarded to the data processing device at different times. This is designed to fuse the signals.
  • FIG. 1 shows a forklift truck with a crane attachment
  • FIG. 4 shows a hydraulic cylinder with a radar-absorbing coating.
  • the fork lift truck 101 shown in FIG. 1 is equipped with a crane boom 103 .
  • a package 105 is hanging on the crane arm 103.
  • a lifting mast of the forklift truck 101 has a radar transmitter 107 . This is oriented to irradiate the package 105. Corresponding reflections 109 are detected by a radar sensor 111 which is also attached to the lifting mast.
  • the radar sensor 111 Since not only the package 105, but also the crane boom 103 is irradiated by the radar transmitter 107 and are in the detection range of the radar sensor 111, the radar sensor 111 detects reflections 109 of the package 105 and 109 of the crane boom 103. This can be how shown in Fig. 2, prevent by a radar-absorbing coating of the crane boom 103.
  • FIG. 3 illustrates how the package 105 is shadowed by the crane boom 103.
  • the shading is not static.
  • different areas of the package 105 are shaded.
  • a complete, unshaded image of the package 105 can be generated from individual recordings of the radar sensor 111 obtained at different points in time. This is shown in Fig. 3 on the right side.
  • FIG. 4 shows a hydraulic cylinder 401 of a mast of a wheel loader.
  • the surface of the hydraulic cylinder 401 is divided into a first area 403 and a second area 405.
  • the first area 403 reflects radar radiation.
  • the second area 405 is provided with a radar-absorbing coating.
  • the second area 405 can be identified very easily in an image of a radar sensor. Based on the shape and the position of the second area 405 in the image, conclusions about the location and position of the hydraulic cylinder 401 are possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Handhabungsvorrichtung (103) für Ladung (105), einem Radarsender (107), einem Radarsensor (111), und einer Datenverarbeitungsvorrichtung; wobei der Radarsender (107) ausgebildet ist, mindestens einen Teil der Handhabungsvorrichtung (103) und/oder die Ladung (105) zu bestrahlen; wobei der Radarsensor (111) mindestens einen Teil der Handhabungsvorrichtung (103) und/oder die Ladung (105) erfasst; und wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines Teils der Handhabungsvorrichtung (103) und/oder der Ladung (105) anhand eines Signals des Radarsensors (111) ausgebildet ist. Mindestens ein Teil (405) der Handhabungsvorrichtung (103) ist radarabsorbierend.

Description

Radarabsorbierende Handhabunsvorrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Position des Auslegers eines Krans mittels Radarmessungen zu bestimmen. Die Position der angehängten Ladung kann auf gleiche Weise bestimmt werden. In jedem Radarbild befinden sich dabei sowohl Messpunkte des Auslegers als auch der Ladung. Zur Weiterverarbeitung müssen die Messpunkte des Auslegers und die Messpunkte der Ladung voneinander getrennt werden. Bekannte Algorithmen hierfür sind aufwändig und fehlerbehaftet.
Die Druckschrift DE 10 2017 005 920 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Umgebungssensors. Ein Kalibrierkörper und ein Reflektor werden dazu an einem Pendelstab mit einer Pendelmasse angebracht Der Pendelstab hängt an einem Gerüst. Dieses ist radarabsorbierend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die radarbasierte Positionsbestimmung mindestens eines Teils einer Handhabungsvorrichtung und/oder von Ladung zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung sowie den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Anordnung umfasst eine Handhabungsvorrichtung für Ladung, einen Radarsender, einen Radarsensor und eine Datenverarbeitungsvorrichtung.
Unter der Handhabungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Bewegen der Ladung zu verstehen. Die Bewegung der Ladung kann insbesondere einschließen, die Ladung anzuheben und an einem anderen Ort wieder abzusetzen. Zum Bewegen der Ladung weist die Handhabungsvorrichtung bevorzugt eine Fixiervorrichtung auf. Die Fixiervorrichtung dient zum Fixieren der Ladung. Weiterhin weist die Handhabungsvorrichtung bevorzugt eine Vorrichtung zu Bewegen der Fixiervorrichtung. Insbesondere lässt sich die Fixiervorrichtung mit der in der Fixiervorrichtung fixierten Ladung bewegen.
Die Handhabungsvorrichtung ist vorzugsweise Teil eines Fahrzeugs, etwa eines Krans, eines Baggers oder eines Gabelstaplers. Entsprechend handelt es sich bei der Handhabungsvorrichtung etwa um einen Kranausleger, einen Baggerarm oder ein Hubgerüst.
Neben der Handhabungsvorrichtung können auch der Radarsender, der Radarsensor und/oder die Datenverarbeitungsvorrichtung Teil des Fahrzeugs sein. Insbesondere die Datenverarbeitungsvorrichtung kann alternativ separat von dem Fahrzeug ausgeführt sein. In diesem Fall ist das Fahrzeug datenleitend, vorzugsweise per Datenfernübertragung, mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden.
Bei der Ladung handelt es sich vorzugsweise um Stückgut, zum Beispiel ein Paket oder eine beladene Palette.
Der Radarsender ist ein Mittel zum Aussenden von Radarstrahlung. Der Radarsender ist also ausgebildet, elektromagnetische Wellen in einem Bereich von 30 MHz bis 300 GHz auszusenden. Bevorzugt werden die Wellen von dem Radarsender in gebündelter Form ausgesendet.
Der Radarsensor ist ein Mittel zum Empfangen von Radarstrahlung. Er ist ausgebildet, die von dem Radarsender ausgesendeten Radarstrahlung mindestens teilweise zu empfangen. Bevorzugt stimmt ein Frequenzbereich der von dem Radarsensor empfangbaren Strahlung mit dem Frequenzbereich der von dem Radarsender ausgesendeten Strahlung überein.
Der Radarsender ist ausgebildet, mindestens einen Teil der Handhabungsvorrichtung zu bestrahlen. Der mindestens eine Teil der Handhabungsvorrichtung wird von dem Radarsender mit Radarstrahlung bestrahlt. Der Radarsender und die Handhabungsvorrichtung sind also relativ zueinander so ausgerichtet, dass sich die Handhabungsvorrichtung mindestens teilweise in einem von dem Radarsender bestrahlten Bereich befindet.
Der Radarsensor erfasst mindestens einen Teil der Handhabungsvorrichtung und/oder die Ladung. Dies bedeutet, dass der Radarsensor ausgebildet ist, von der Handhabungsvorrichtung und/oder der Ladung reflektierte Radarstrahlung mindestens teilweise zu erfassen. Um dies zu realisieren, muss der Radarsensor relativ zu der Handhabungsvorrichtung geeignet positioniert und ausgerichtet sein. Im Einzelnen muss der Radarsensor so positioniert und ausgerichtet sein, dass mindestens in Teil der Handhabungsvorrichtung und/oder die Ladung sich in seinem Erfassungsbereich befindet.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist zur Positionsbestimmung mindestens eines Teils der Handhabungsvorrichtung und/oder der Ladung ausgebildet. Anhand des Signals des Radarsensors bestimmt die Datenverarbeitungsvorrichtung die Position des mindestens einen Teils der Handhabungsvorrichtung und/oder der Ladung bevorzugt relativ zu einem sensorfesten Bezugssystem. Insbesondere kann es sich um ein fahrzeugfestes Bezugssystem handeln.
Unter Positionsbestimmung wird vorliegend die Bestimmung des Orts und/oder der Lage eines Objekts subsumiert.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Teil der Handhabungsvorrichtung radarabsorbierend. Dieser mindestens eine Teil der Handhabungsvorrichtung absorbiert die von dem Radarsender ausgesendete Radarstrahlung. Dieser mindestens eine Teil kann etwa mit einer radarabsorbierenden Beschichtung versehen sein oder aus einem radarabsorbierenden Material bestehen.
Durch den radarabsorbierenden Teil der Handhabungsvorrichtung gewinnt das Signal des Radarsensors an Unterscheidbarkeit. So lässt sich der radarabsorbierende Teil der Handhabungsvorrichtung ohne Weiteres von umgebenden, radarreflektierenden Teilen und/oder von der Ladung unterscheiden. Ist mindestens ein Teil der Oberfläche der Ladung radarreflektierend, das heißt, besteht mindestens ein Teil der Ladung aus einem radarreflektierenden Material, kann die Position der Ladung mithilfe der Erfindung auf einfache Weise bestimmt werden. Da der radarabsorbierende mindestens eine Teil der Handhabungsvorrichtung nicht in dem Signal des Radarsensors enthalten ist, kann sich die Auswertung und Weiterverarbeitung auf die in dem Signal enthaltenen Daten beschränken. Eine Trennung der Daten in Daten, die von einer Reflexion der Handhabungsvorrichtung und Daten, die von einer Reflexion der Ladung herrühren, ist nicht erforderlich.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein erster Teil der Handhabungsvorrichtung radarreflektierend. Die Oberfläche des ersten Teils ist also so ausgebildet, dass sie die von dem Radarsender ausgesendete Radarstrahlung beim Auftreffen auf die Oberfläche mindestens teilweise reflektiert.
Ein zweiter Teil der Handhabungsvorrichtung ist radarabsorbierend weitergebildet. Dieser Teil absorbiert die von dem Radarsender ausgesendete Radarstrahlung beim Auftreffen auf die Oberfläche
Der zweite Teil bzw. dessen Oberfläche ist mindestens teilweise, bevorzugt vollständig, von dem ersten Teil bzw. von dessen Oberfläche umgeben.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist zur Positionsbestimmung des zweiten Teils weitergebildet. Dies lässt sich vorteilhaft realisieren, da sich der zweite Teil indirekt bestimmen lässt. Der zweite Teil stellt sich in dem von dem Radarsensor aufgenommenen Signal als ein „Loch“ innerhalb der Reflexionen des ersten Teils dar. Die Positionsbestimmung des zweiten Teils beschränkt sich daher auf die Bestimmung der Position dieses „Lochs“.
In einer alternativ bevorzugten Weiterbildung sind sämtliche Teile der Handhabungsvorrichtung, die sich in den Erfassungsbereich des Radarsensors bringen lassen, radarabsorbierend. Teile der Handhabungsvorrichtung lassen sich insbesondere durch Verfahrbewegungen der Handhabungsvorrichtung in den Erfassungsbereich bringen. Eine vollständig radarabsorbierend ausgestaltete Handhabungsvorrichtung ist im Hinblick auf eine Positionsbestimmung der Ladung von Vorteil, da keine Reflexionen der Handhabungsvorrichtung die Bestimmung der Position stören.
Bevorzugt ist die Handhabungsvorrichtung als Kranausleger weitergebildet. Der Kranausleger weist ein Seil mit einem Haken oder einer Öse zur Befestigung der Ladung auf. Der Radarsensor ist so positioniert und ausgerichtet, dass er die an dem Haken oder der Öse befestigte Ladung erfasst.
Weiterbildungsgemäß werden zeitlich versetzt zueinander mindestens zwei Signale des Radarsensors an die Datenverarbeitungsvorrichtung weitergeleitet. Diese ist ausgebildet, die Signale zu fusionieren. Das bedeutet im Einzelnen, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung aus den in den Signalen enthaltenen Reflexionen der Ladung ein vervollständigtes Abbild der Ladung erstellt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Reflexionen auf dem Weg zu dem Radarsensor von dem Kranausleger abgeschattet werden. Ein von dem Kranausleger abgeschatteter Teil der Ladung fehlt also jeweils in den von dem Radarsensor erfassten Reflexionen. Allerdings ist zu erwarten, dass die Ladung pendelt. Dies hat zur Folge, dass in den beiden Signalen jeweils ein anderer Teil durch den Kranausleger verschattet ist. Durch die Fusion lassen sich die verschatteten Teile rekonstruieren, sodass die Datenverarbeitungsvorrichtung ein vollständiges Abbild der Ladung erhält.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 einen Gabelstapler mit Kranaufsatz; und
Fig. 2 denselben Gabelstapler mit einem radarabsorbierenden Kranaufsatz;
Fig. 3 die Fusion von Radardaten; und
Fig. 4 einen radarabsorbierend beschichteten Hydraulikzylinder. Der in Fig. 1 abgebildete Gabelstapler 101 ist mit einem Kranausleger 103 bestückt.
An dem Kranausleger 103 hängt ein Paket 105.
Ein Hubmast des Gabelstaplers 101 weist einen Radarsender 107 auf. Dieser ist so ausgerichtet, dass er das Paket 105 bestrahlt. Entsprechende Reflexionen 109 werden von einem ebenfalls an dem Hubmast angebrachten Radarsensor 1 11 erfasst.
Da nicht nur das Paket 105, sondern auch der Kranausleger 103 von dem Radarsender 107 bestrahlt wird und sich im Erfassungsbereich des Radarsensors 111 befinden, erfasst der Radarsensor 111 neben den Reflexionen 109 des Pakets 105 auch Reflexionen 109 des Kranauslegers 103. Dies lässt sich, wie in Fig. 2 dargestellt, durch eine radarabsorbierende Beschichtung des Kranauslegers 103 verhindern.
Fig. 3 veranschaulicht, wie das Paket 105 durch den Kranausleger 103 verschattet wird. Da das Paket 105 pendelt, ist die Verschattung allerdings nicht statisch. So werden je nach Aufnahmezeitpunkt verschiedene Bereiche des Pakets 105 verschattet. Dadurch lässt sich aus einzelnen, zu verschiedenen Zeitpunkten gewonnenen Aufnahmen des Radarsensors 111 ein vollständiges, unverschattetes Abbild des Pakets 105 generieren. Dieses ist in Fig. 3 auf der rechten Seite dargestellt.
Fig. 4 zeigt einen Hydraulikzylinder 401 eines Hubgerüsts eines Radladers. Die Oberfläche des Hydraulikzylinders 401 gliedert sich in einen ersten Bereich 403 und einen zweiten Bereich 405. Der erste Bereich 403 reflektiert Radarstrahlung. Der zweite Bereich 405 ist mit einer radarabsorbierenden Beschichtung versehen. Dadurch lässt sich der zweite Bereich 405 sehr einfach in einem Bild eines Radarsensors identifizieren. Anhand der Form und der Lage des zweiten Bereichs 405 in dem Bild sind Rückschlüsse auf den Ort und die Lage des Hydraulikzylinders 401 möglich. Bezuqszeichen Gabelstapler Kranausleger Paket Radarsender Reflexion Radarsensor Hydraulikzylinder erster Bereich zweiter Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einer Handhabungsvorrichtung (103) für Ladung (105), einem Radarsender (107), einem Radarsensor (1 11 ), und einer Datenverarbeitungsvorrichtung; wobei der Radarsender (107) ausgebildet ist, mindestens einen Teil der Handhabungsvorrichtung (103) und/oder die Ladung (105) zu bestrahlen; wobei der Radarsensor (111 ) mindestens einen Teil der Handhabungsvorrichtung (103) und/oder die Ladung (105) erfasst; und wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines Teils der Handhabungsvorrichtung (103) und/oder der Ladung (105) anhand eines Signals des Radarsensors (1 11 ) ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (405) der Handhabungsvorrichtung (103) radarabsorbierend ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (403) der Handhabungsvorrichtung (103) radarreflektierend ist; wobei ein zweiter Teil (405) der Handhabungsvorrichtung (103) radarabsorbierend ist; wobei der zweite Teil (405) mindestens teilweise von dem ersten Teil (403) umgeben ist; wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung zur Positionsbestimmung des zweiten Teils (405) ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Teile der Handhabungsvorrichtung (103), die sich in einen Erfassungsbereich des Radarsensors (1 11 ) bringen lassen, radarabsorbierend sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch einen Kranausleger (103) als Handhabungsvorrichtung; wobei der Radarsensor (111 ) die Ladung (105) erfasst; wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung ausgebildet ist, zeitlich versetzt voneinander erfasste Signale des Radarsensors (1 11 ) zu fusionieren.
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