Ein übliches
Verfahren zur absoluten zweidimensionalen Lokalisierung von Objekten
und Personen ist die sogenannte Triangulation, auch bezeichnet als
Trilateration, wie in [2] beschrieben. Hierbei werden drahtlos zwischen
dem zu lokalisierenden Objekt und in der Umgebung installierten
Referenzeinheiten Signallaufzeiten von Signalen bestimmt, die zwischen
dem zu lokalisierenden Objekt und den Referenzeinheiten ausgetauscht werden.
Diese Signallaufzeiten können
mit Hilfe der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale in Abstände umgerechnet
werden. Für
jede Referenzeinheit liegt nach einer Laufzeitmessung das mobile
Objekt auf einem gedachten Kreis mit dem Radius des entsprechenden
Abstandes. Werden drei solche Kreise zum Schnitt gebracht, so ergibt
sich der gesuchte Ort des mobilen Objekts.
Zur
Laufzeitmessung – auch
bezeichnet als „Time
of Flight Measurement" – von elektromagnetischen oder
akustischen Signalen zwischen zwei Objekten eines Ortungssystems
ist in der Regel eine Synchronisierung der Uhren dieser Objekte
erforderlich. Dies ist insbesondere bei sehr kleinen Signallaufzeiten,
wie sie bei der Übertragung
von elektromagnetischen Wellen auftreten, problematisch, da eine
hohe Genauigkeit der Synchronisierung notwendig wäre.
Bei
existierenden Systemen wird dieses Problem oft dadurch gelöst, dass
die Teilnehmer über
Funktransceiver zur Synchronisierung sowie Ultraschalltransducer
für die
Signallaufzeit-Messung verfügen,
wie in [4] beschrieben. Eine Referenzeinheit sendet zeitgleich ein
Funksignal und ein Ultraschallsignal an das mobile Objekt. Beim
Erhalt des Funksignals wird die interne Uhr des mobilen Objekts
zurückgesetzt.
Da sich das elektromagnetische Signal wesentlich schneller als das
Akustik-Signal ausbreitet, fällt
nur die Signallaufzeit des Akustik-Signals ins Gewicht. Die Uhr
des mobilen Objekts wird also lediglich die Zeit messen, die der
Schall von der Referenzeinheit zum Objekt benötigt hat. Anschließend wird
das Verfahren mit den anderen Referenzeinheiten wiederholt und die
Position des Objekts per Triangulation ermittelt. Die Nachteile
dieses Verfahrens sind, dass für
die Referenzeinheiten sowohl Ultraschalltransceiver als auch Funktransceiver
benötigt
werden. Ferner ist eine Sequenz von Messungen erforderlich, während der
das mobile Objekt seine Position nicht wesentlich verändern darf.
Das
satellitengestützte
Navigationssystem GPS (Global Positioning System) ermöglicht eine
weltweite satellitengestützte
Lokalisierung, wie in [3] beschrieben. Die Satelliten sind mit Atomuhren
ausgestattet und senden in einem bestimmten Zeitraster Funksignale
aus, welche mit einem Zeitstempel zur Synchronisation der Uhren
der Satelliten der der Uhr eines Objekts versehen sind. Mit einem
GPS-Empfänger
können
die Funksignale erfasst und per Triangulation ausgewertet werden.
In
einem alternativen Ansatz der Signallaufzeit-Bestimmung wird die
Synchronisation der Uhren vermieden. Bei diesem Ansatz der Signallaufzeit-Bestimmung
wird von einem ersten Teilnehmer ein Signal emittiert und die Zeit
gemessen, bis das aktiv oder passiv von einem im Empfangsbereich
des ersten Teilnehmers befindlichen, zweiten Teilnehmer reflektierte Signal
wieder eintrifft, wie in [1] beschrieben. Auch hier ist eine Sequenz
von Messungen erforderlich. Bei der aktiven Reflektion werden außerdem für jeden
Teilnehmer sowohl eine Sendeeinheit als auch eine Empfangseinheit
benötigt.
Die passive Reflektion ist jedoch wenig praktikabel, da die Teilnehmer
nicht identifiziert werden können.
Ferner hat das reflektierte Signal aufgrund der Streuung einen geringen
Pegel und ist gegebenenfalls stark verrauscht, wodurch Fehler bei
der Signalerkennung auftreten können
und somit die Verlässlichkeit
und die Genauigkeit der Positionsbestimmung für einen Teilnehmer herabgesetzt
ist.
Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein System und ein dazugehöriges Verfahren
zum Lokalisieren eines Objekts zu schaffen, wobei die Position des
Objekts bestimmt werden kann ohne dabei eine Synchronisation von
Uhren vornehmen zu müssen,
die im Objekt und in zur Lokalisierung benötigten Referenzeinheiten vorgesehen
sind.
Das
Problem wird durch ein Verfahren und ein System zum Ermitteln einer
Position eines Objekts mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Ermitteln einer Position eines Objekts wird eine zeitliche Relation,
vorzugsweise der zeitliche Abstand, von Signallaufzeiten zwischen
zwischen mindestens drei Referenzeinheiten ausgetauschten Signalen
ermittelt; wird von dem Objekt ein Signal an die Referenzeinheiten
gesendet; werden Signallaufzeitdifferenzen gebildet, welche die
Differenzen der jeweiligen Signallaufzeiten des von dem Objekt gesendeten
Signals zu den Referenzeinheiten beschreiben; und wird unter Verwendung
der Signallaufzeitdifferenzen, der zeitlichen Relation von Signallaufzeiten
sowie unter Berücksichtigung der
Positionen der Referenzeinheiten die Position des Objekts ermittelt.
Ein
erfindungsgemäßes System
zum Ermitteln einer Position eines Objekts weist auf: mindestens
drei Referenzeinheiten, welche eingerichtet sind zum Senden und
zum Empfangen von Signalen; und eine Einrichtung zum Ermitteln einer
zeitlichen Relation, vorzugsweise des zeitlichen Abstands, von Signallaufzeiten
zwischen zwischen den Referenzeinheiten ausgetauschten Signalen;
und ein Objekt, das eingerichtet ist zum Senden eines Signals an
die Referenzeinheiten; und eine Einrichtung zum Ermitteln von Signallaufzeitdifferenzen,
welche die Differenzen der jeweiligen Signallaufzeiten des von dem
Objekt gesendeten Signals zu den Referenzeinheiten beschreiben;
und eine Einrichtung zum Ermitteln der Position des Objekts unter
Verwendung der Signallaufzeitdifferenzen, der zeitlichen Relation
von Signallaufzeiten und unter Berücksichtigung der Positionen
der Referenzeinheiten.
Mit
anderen Worten verfügt
jede der mindestens drei Referenzeinheiten sowohl über eine
Sendeeinheit als auch über
eine Empfangseinheit. Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit können beispielsweise mittels
eines Transceivers realisiert sein.
Anschaulich
wird erfindungsgemäß aufgrund
der Verwendung von Signallaufzeitdifferenzen anstelle von Signallaufzeiten
wie gemäß dem Stand
der Technik im Rahmen der Ermittlung der Objektposition erreicht, dass
eine Synchronisation der Uhren, die im Objekt und in zur Lokalisierung
benötigten
Referenzeinheiten vorgesehen sind, nicht mehr erforderlich ist.
Ferner
wird erfindungsgemäß auch in
dem zu lokalisierenden Objekt kein Empfänger benötigt, womit das System und
insbesondere die Ausgestaltung des Objekts erheblich vereinfacht
und kostengünstiger
gestaltet werden kann.
Außerdem können erfindungsgemäß Steuerbefehle
sowie Messdaten des Lokalisierungssystems über dieselbe Sende- und Empfangsvorrichtung übermittelt
werden, mit der die Signallaufzeitsignale erfasst werden, womit
das System noch einfacher und kostengünstiger realisiert werden kann.
Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die
im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen betreffen das Verfahren
und das System zum Ermitteln der Position eines Objekts.
Bevorzugt
ist, dass die Referenzeinheiten und das Objekt jeweils gleich schnell
laufende Uhren aufweisen.
In
diesem Zusammenhang ist darauf aufmerksam zu machen, dass die Uhren
zwar gleich schnell laufen, jedoch nicht synchronisiert werden müssen.
Bevorzugt
werden elektromagnetische Signale als Signale verwendet, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit
in Luft die Lichtgeschwindigkeit ist.
Bevorzugt
ist ferner, dass der zeitliche Abstand der Signallaufzeiten ermittelt
wird, indem zumindest zwei Referenzmessungen durchgeführt werden,
wobei in einer ersten Referenzmessung eine erste der zumindest drei
Referenzeinheiten ein erstes Referenzsignal an die anderen Referenzeinheiten
sendet, wobei in einer zweiten Referenzmessung eine zweite der zumindest
drei Referenzeinheiten ein zweites Referenzsignal an die anderen
Referenzeinheiten sendet, wobei in beiden Referenzmessungen jeweils
die Referenzsignal-Empfangszeitpunkte erfasst werden, und wobei
unter Berücksichtigung
der Position der Referenzeinheiten die jeweiligen Referenzsignal-Laufzeiten
ermittelt werden.
Somit
wird aufgrund der Verwendung von Signallaufzeitunterschieden anstelle
von Signallaufzeiten wie gemäß dem Stand
der Technik im Rahmen der Ermittlung der Objektposition erreicht,
dass eine Synchronisation der Uhren, die im Objekt und in zur Lokalisierung
benötigten
Referenzeinheiten vorgesehen sind, nicht mehr erforderlich ist.
Ferner
ist bevorzugt, dass die zeitliche Relation der Signallaufzeiten
ermittelt wird unter Verwendung der folgenden Vorschriften, wobei
unter Berücksichtigung
der ersten Referenzmessung folgende Vorschriften verwendet werden: tab + ts,b + Δtb = tr,ba + Δta, tbc +
ts,b + Δtb = tr,bc + Δtc, Δta – Δtc = tab – tbc – tr,ba + tr,bc,wobei
mit
- • tab eine Signallaufzeit zwischen einer Referenzeinheit
a und einer Referenzeinheit b,
- • ts,b ein lokaler Signalsendezeitpunkt an der
Referenzeinheit b,
- • Δtb ein Uhrenversatz zwischen einer lokalen
Uhrzeit der Referenzeinheit b und einer fiktiven globalen Uhrzeit,
- • tr,ba ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit a für
ein von der Referenzeinheit b zur Referenzeinheit a gesendetes Signal,
- • Δta ein Uhrenversatz zwischen einer lokalen
Uhrzeit der Referenzeinheit a und der fiktiven globalen Uhrzeit,
- • tbc eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
b und einer Referenzeinheit c,
- • tr,bc ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit c für
ein von der Referenzeinheit b zur Referenzeinheit c gesendetes Signal,
und
- • Δtc ein Uhrenversatz zwischen einer lokalen
Uhrzeit der Referenzeinheit c und der fiktiven globalen Uhrzeit
bezeichnet
wird,
wobei unter Berücksichtigung
der zweiten Referenzmessung folgende Vorschriften verwendet werden: tac + ts,c + Δtc = tr,ca + Δta tbc +
ts,c + Δtc = tr,cb + Δtb Δta – Δtb = tac – tbc – tr,ca + tr,cb,wobei
mit - • tac eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
a und der Referenzeinheit c,
- • ts,c ein lokaler Signalsendezeitpunkt an der
Referenzeinheit c,
- • tr,ca ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit a für
ein von der Referenzeinheit c zur Referenzeinheit a gesendetes Signal,
und
- • tr,cb ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit b für
ein von der Referenzeinheit c zur Referenzeinheit b gesendetes Signal
bezeichnet wird.
Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung werden die Signallaufzeitdifferenzen
des von dem Objekt zu den Referenzeinheiten gesendeten Signals unter
Verwendung der Referenzsignal-Empfangszeitpunkte und der Referenzsignal-Laufzeiten gebildet.
Ferner werden zum Ermitteln der Position des Objekts Laufwegeunterschiede
des von dem Objekt zu den Referenzeinheiten gesendeten Signals berücksichtigt.
Bevorzugt
werden die Laufwegeunterschiede unter Verwendung folgender Vorschriften
ermittelt: d1 = (tr,ma – tr,mb + tac – tbc – tr,ca + tr,cb)·vp d2 =
(tr,ma – tr,mc + tab – tbc – tr,ba + tr,bc)·vp wobei mit
- • d1 ein zwischen den Referenzeinheiten a und
b vorhandener Laufwegeunterschied des vom Objekt an die Referenzeinheiten
gesendeten Signals,
- • d2 ein zwischen den Referenzeinheiten a und
c vorhandener Laufwegeunterschied des vom Objekt an die Referenzeinheiten
gesendeten Signals,
- • tr,ma ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit a für
das vom Objekt an die Referenzeinheiten gesendete Signal,
- • tr,mb ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit b für
das vom Objekt an die Referenzeinheiten gesendete Signal, und
- • tr,mc ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit c für
das vom Objekt an die Referenzeinheiten gesendete Signal bezeichnet
wird.
Bevorzugt
wird ferner die Position des Objekts gemäß folgenden Vorschriften ermittelt:
xm = c1·ym + c2,mit
und
wobei
mit
- • xa eine erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
a bezogen auf eine erste Koordinatenrichtung,
- • ya eine zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
a bezogen auf eine zweite Koordinatenrichtung,
- • xb eine erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
b bezogen auf die erste Koordinatenrichtung,
- • yb eine zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
b bezogen auf die zweite Koordinatenrichtung,
- • xc eine erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
c bezogen auf die erste Koordinatenrichtung,
- • yc eine zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
c bezogen auf die zweite Koordinatenrichtung,
- • xm eine erste Teil-Positionsangabe des Objekts
bezogen auf die erste Koordinatenrichtung, und
- • ym eine zweite Teil-Positionsangabe des Objekts
bezogen auf die zweite Koordinatenrichtung bezeichnet wird.
Auf
Grund des oben angegebenen quadratischen Zusammenhangs gibt es zwei
potenzielle Positionen für
das Objekt, nämlich
xm1, ym1 und xm2, ym2.
Die
richtige Position kann erfindungsgemäß eindeutig bestimmt werden,
indem für
beide Positionen mit Hilfe folgender Vorschriften die Laufwegeunterschiede
d
1, d
2 (Deltadistanzen)
zurückrechnet
und anschließend
mit dem gegebenen Wertepaar d
1, d
2 verglichen werden:
Wenn
das gegebene Wertpaar d1, d2 mit
dem rückgerechneten
Wertepaar d1, d2 übereinstimmt,
ist die richtige Positionsangabe ermittelt.
Es
kann auch Positionen geben, für
die die Gegenrechnung in beiden Fällen dasselbe rückgerechnete Wertepaar
d1, d2 liefert.
In einem solchen Fall kann die richtige Positionsangabe durch eine
Plausibilitätsanalyse
aus den beiden möglichen
Positionsangaben ausgewählt
werden.
Bevorzugt
wird die Position des Objekts im Objekt ermittelt.
Ferner
ist bevorzugt, dass als Objekt ein autonomes System verwendet wird,
welches in Abhängigkeit von
der ermittelten Position gesteuert wird.
Das
autonome System kann beispielsweise ein Heim-Roboter (z.B. ein autonomer
Staubsauger-Roboter oder dgl.), ein Industrieroboter, der z.B. Teile
von einer Maschine zu einer anderen Maschine transportiert, oder
ein Personal Digital Assistant (PDA) sein, mit dessen Hilfe ein
Nutzer navigieren kann.
Außerdem ist
bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einem der folgenden
Bereiche eingesetzt wird: Roboterlokalisierung, Lagerautomatisierung,
Inhouse-Lokalisierung,
Warehouse-Tracking oder E-Commerce.
Beispielsweise
können
im Bereich der Roboterlokalisierung das erfindungsgemäße Verfahren
und System dazu verwendet werden, die Position eines Heim-Roboters,
wie beispielsweise eines autonomen Staubsauger-Roboters, oder die
Position eines Industrieroboters zu ermitteln, der beispielsweise
zum Transportieren von Teilen verwendet wird, um ein Navigieren
des Roboters zu ermöglichen.
Im
Anwendungsfall der Inhouse-Lokalisierung kann beispielsweise die
Position eines gesuchten Objekts, wie beispielsweise eines bestimmten
Produkts in einem Kaufhaus oder eines Autoschlüssels oder eines Mobiltelefons,
in einem Wohnraum, ermittelt werden.
Ein
weiteres Beispiel ist die Positionsbestimmung einer Person, die
ein Objekt mit zumindest einer Sendeeinheit mit sich führt. Das
Objekt kann beispielsweise ein PDA mit einer Funk-Sendeeinheit,
ein Mobiltelefon oder ein separater Mini-Funksender sein. Mit der Positionsbestimmung
der Person können
der Person, die sich beispielsweise in einer Ausstellung oder in
einem Kaufhaus befindet, von einem Zentralrechner gezielt Informationen übermittelt
werden, wie beispielsweise geschichtliche Informationen zu den jeweiligen
Exponaten der Ausstellung oder Zusatzinformation über eine bestimmte
Ware in dem Kaufhaus. Die Ausgabe der Informationen erfolgt beispielsweise über Lautsprecher
oder über
eine Bildschirmanzeige.
Bevorzugt
weist das Objekt einen Empfänger
zum Empfangen eines Signals auf.
Damit
können
von dem Objekt die zur Positionsbestimmung eines Objekts notwendigen
Daten empfangen werden, so dass die Ermittlung der Position des
Objekts oder die Ermittlung der Position des Objekts relativ zu
einem Suchobjekt im Objekt durchgeführt werden kann.
Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Referenzeinheiten
und das Objekt jeweils gleich schnell laufende Uhren auf.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden
näher erläutert. Die
Erfindung kann in Software, d.h. mittels eines Computerprogramms,
in Hardware, d.h. mittels einer speziellen elektronischen Schaltung,
oder in beliebig hybrider Form, d.h. in beliebiger Kombination in
Software und Hardware, realisiert sein.
Es
zeigen:
1 eine Darstellung des geometrischen
Zusammenhangs bei der Lokalisierung eines Objekts, der im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und des erfindungsgemäßen Systems
ausgenutzt wird;
2 eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems;
3 eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems.
Erste Ausführungsform
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 eine erste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
Gemäß der ersten
Ausführungsform
sind mindestens drei Referenzeinheiten, und wie in 2 gezeigt, drei Referenzeinheiten a,
b, c vorgesehen, welche eingerichtet sind zum Senden und zum Empfangen von
Funksignalen. Mit anderen Worten verfügt jede Referenzeinheit a,
b, c sowohl über
eine Funk-Sendeeinheit als auch über
eine Funk-Empfangseinheit,
welche gemäß den Ausführungsbeispielen
gemäß dem Bluetooth-Standard
eingerichtet sind. Die Funk-Sendeeinheit
und die Funk-Empfangseinheit können
beispielsweise mittels eines Transceivers realisiert sein.
Die
drei Referenzeinheiten a, b, c sind in einem Wohnraum W installiert,
wobei ihre jeweiligen Positionen (xa, ya); (xb, yb); (xc, yc) (siehe 1)
als Positionsangaben bezogen auf eine erste und eine zweite, zu der
ersten orthogonale, Koordinatenrichtung in einem vorgegebenen kartesischen
Koordinatensystem bekannt sind.
Ferner
ist ein Objekt m vorgesehen, das eingerichtet ist zum Senden eines
Funksignals an die Referenzeinheiten a, b, c. Mit anderen Worten
weist das Objekt m zumindest eine Funk-Sendeeinheit auf, es kann jedoch, wie
bei dieser Ausführungsform,
zusätzlich
eine Funk-Empfangseinheit aufweisen. Das Objekt m befindet sich
ebenfalls im Wohnraum W an einer aktuellen Position (xm,
ym) (siehe 1)
als Positionsangaben des Objekts m bezogen auf die erste und die
zweite Koordinatenrichtung.
Zusätzlich können Sensoren
S vorgesehen sein zum Erfassen von Parametern, wie beispielsweise der
Temperatur, der Luftfeuchtigkeit oder anderen physikalischen Parametern.
Diese
Sensoren S können
beispielsweise separat im Wohnraum W oder in den Referenzeinheiten
a, b, c installiert sein.
Bei
dieser Ausführungsform
sind die Sensoren S in den Referenzeinheiten a, b, c installiert.
Ferner
ist bei dieser Ausführungsform
der Erfindung das Objekt m ein autonomer Staubsauger-Roboter 1,
welcher eingerichtet ist zur selbständigen Orientierung und Bewegung
innerhalb einer von dem Staubsauger-Roboter 1 zu reinigenden
Umgebung. Der Staubsauger-Roboter 1 weist eine Saugeinheit 15,
eine Antriebseinheit 12, eine Funk-Empfangseinheit 13,
eine Funk-Sendeeinheit 14 und einen Mikroprozessor 11 auf, der
die einzelnen Staubsaugerkomponenten steuern kann.
Um
die Reinigung durchzuführen
ist es für
den Staubsauger-Roboter 1 erforderlich,
dass er sich in der Umgebung orientieren kann, was wiederum zur
Voraussetzung hat, dass er seine eigene Position innerhalb der Umgebung
ermitteln kann, um daraus abhängig
von beispielsweise einer in seinem Speicher gespeicherten Route
seine Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit zu berechnen.
Die
in den Referenzeinheiten a, b, c vorgesehenen Sensoren S können ferner
dem Staubsauger-Roboter 1 Informationen liefern, die er
zur Erledigung seiner Aufgabe benötigt. Bei dieser Ausführungsform
sind die Sensoren S beispielsweise Sensoren zur Ermittlung von Hindernissen,
die in der zu reinigenden Umgebung enthalten sind und somit dem
Staubsauger-Roboter 1 auf seiner zuvor gespeicherten Route,
in der das Hindernis noch nicht berücksichtigt ist, im Weg sind.
Zusätzlich oder
alternativ weist der Staubsauger-Roboter 1 Bewegungssensoren
(nicht dargestellt) auf, die ein Anstoßen des Staubsauger-Roboters 1 an
anderen Objekten, wie beispielsweise Tischen und Stühlen, oder
den oben beschriebenen neu, d.h. nach Erstellen und Speichern der
Routenkarte, hinzugekommenen sind, verhindern.
Bei
dieser Ausführungsform
sind die Funksignale, die von den Referenzeinheiten a, b, c bzw.
dem Staubsauger-Roboter 1 ausgesendet werden, Funksignale,
deren Ausbreitungsgeschwindigkeit vp bekannt
ist, wie beispielsweise für
ein Funksignal in Luft die Lichtgeschwindigkeit.
Der
Staubsauger-Roboter 1 und die drei Referenzeinheiten a,
b, c werden im Folgenden auch als Teilnehmer bezeichnet.
Alle
Teilnehmer weisen gleich schnell laufende Uhren auf, die nicht synchronisiert
sein müssen,
d.h. die aktuelle lokale Uhrzeit eines Teilnehmers ist den anderen
Teilnehmern nicht bekannt.
Mittels
des im Staubsauger-Roboter 1 vorgesehenen Mikroprozessors 11 sind
die im Folgenden beschriebenen Einrichtungen in Form eines Computerprogramms
realisiert, welches bei Ausführung
die im folgenden Verfahren beschriebenen Verfahrensschritte aufweist.
Der
Staubsauger-Roboter 1 ist mit einer ersten Einrichtung
versehen zum Ermitteln einer zeitlichen Relation, vorzugsweise des
Abstands, von Signallaufzeiten zwischen zwischen den Referenzeinheiten
a, b, c ausgetauschten Signalen. Die erste Einrichtung kann aber
auch in einer der Referenzeinheiten a, b, c vorgesehen sein.
Ferner
ist der Staubsauger-Roboter 1 mit einer zweiten Einrichtung
versehen zum Ermitteln von Signallaufzeitdifferenzen, welche die
Differenzen der jeweiligen Signallaufzeiten des von dem Staubsauger-Roboter 1 gesendeten
Signals zu den Referenzeinheiten a, b, c beschreiben. Auch diese
zweite Einrichtung kann, wenn es erwünscht ist, in einer der Referenzeinheiten
a, b, c angeordnet sein.
Außerdem ist
der Staubsauger-Roboter 1 mit einer dritten Einrichtung
versehen zum Ermitteln der Position des Staubsauger-Roboters 1 unter
Verwendung der Signallaufzeitdifferenzen, der zeitlichen Relation
von Signallaufzeiten und unter Berücksichtigung der Positionen
xa, ya; xb, yb; xc,
yc der Referenzeinheiten a, b, c.
Es
ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass die Einrichtung in einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung gemäß allen Ausführungsformen
in einer eigenständigen
Einheit, welche einen entsprechend programmierten Mikroprozessor
aufweist, realisiert sein kann.
Nun
wird detailliert und unter Bezugnahme auf 1 und 2 der
Vorgang des Lokalisierens des Staubsauger-Roboters 1 beschrieben.
Der
autonome Staubsauger-Roboter 1 kann sich im Wohnraum W
frei fortbewegen und reinigt, je nach Voreinstellung durch einen
Benutzer, den Wohnraum W automatisch. Dazu empfängt der Staubsauger-Roboter 1 von
den Sensoren S Informationen über
Hindernisse, um somit die gespeicherte und somit voreingestellte Route
gegebenenfalls abhängig
von der Existenz von neuen Hindernissen auf der voreingestellten
Route, anzupassen.
Um
zu ermöglichen,
dass der Staubsauger-Roboter 1 das zu reinigende Zimmer
auffinden kann und in diesem Zimmer die vorgegebene Reinigungsroute
abfahren kann, wird die aktuelle Position (xm,
ym) (siehe 1)
des Staubsauger-Roboters 1 ermittelt.
Bevor
der Staubsauger-Roboter 1 lokalisiert werden kann ist es
notwendig eine zeitliche Relation von Signallaufzeiten zwischen
zwischen den Referenzeinheiten a, b, c ausgetauschten Signalen zu
ermitteln. Mit anderen Worten wird ein zeitlicher Bezug zwischen
den Referenzeinheiten a, b, c hergestellt, wobei deren geometrische
Anordnung herangezogen wird. Dies erfolgt mittels zweier Referenzmessungen
die im Folgenden noch näher
beschrieben werden.
Zur
eigentlichen Positionsbestimmung des Staubsauger-Roboters 1 ist
nur eine einzige Messung erforderlich, wobei der genaue Kommunikationsvorgang
und der Steuervorgang der einzelnen Teilnehmer aus Gründen der
besseren Verständlichkeit
der Darstellung der Erfindung nicht näher beschrieben werden. Bei
Beginn des Lokalisierungsvorgangs sendet der Staubsauger-Roboter 1 über seine
Funk-Sendeeinheit 14 ein Lokalisierungs-Funksignal aus, welches von den Referenzeinheiten
a, b, c empfangen wird. Aus den lokalen Empfangszeitpunkten können anschließend die
Laufzeitunterschiede und damit Laufwegeunterschiede (Deltadistanzen)
des Lokalisierungs-Funksignals
zu den einzelnen Referenzeinheiten a, b, c ermittelt werden.
Vor
einer weiteren Erläuterung
werden zunächst
einige Größen eingeführt, wobei
gilt p, q ∊ {a, b, c, m}
- • lpq: räumlich
kürzeste
Entfernung zwischen Teilnehmern p und q;
- • tpq: Funksignallaufzeit zwischen Teilnehmern
p und q;
- • tp: Lokale Uhrzeit von Teilnehmer p;
- • Δtp: Uhrenversatz zwischen globaler Uhrzeit
und lokaler Uhrzeit in Teilnehmer p;
- • ts,p: Lokaler Signalsendezeitpunkt in Teilnehmer
p;
- • tr,pq: Lokaler Signalempfangszeitpunkt in
Teilnehmer q für
ein von Teilnehmer p an den Teilnehmer q gesendetes Funksignal.
Die
lokalen Uhrzeiten ta, tb,
tc, tm der einzelnen
Teilnehmer werden über
Offsets in Relation zu einer fiktiven globalen Uhrzeit tg gesetzt, was folgende Vorschrift ergibt; tg =
ta + Δta = tb + Δtb = tc + Δtc = tm + Δtm . (1)
Die
Signallaufzeiten zwischen den einzelnen Teilnehmern können über folgende
Vorschriften bestimmt werden:
wobei
mit
- • tam eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
a und dem Staubsauger-Roboter 1 (Objekt m),
- • tbm eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
b und dem Staubsauger-Roboter 1,
- • tcm eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
c und dem Staubsauger-Roboter 1,
- tab eine Signallaufzeit zwischen der
Referenzeinheit a und der Referenzeinheit b,
- • tac eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
a und der Referenzeinheit c, und
- • tbc eine Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
b und der Referenzeinheit c bezeichnet wird.
Im
Folgenden werden die drei Messungen beschrieben, die zur Lokalisierung
durchgeführt
werden, d.h. die eigentliche Lokalisierungsmessung sowie die beiden
bereits erwähnten
Referenzmessungen.
Um
die Beziehungen (Offsets) der Referenzeinheiten Δta, Δtb, Δtc zur globalen Uhrzeit tg zu
eliminieren, werden zwei Referenzmessungen durchgeführt. Hierbei
sendet die zweite Referenzeinheit b über ihre Funk-Sendeeinheit
ein erstes Referenz-Funksignal, welches von der ersten Referenzeinheit
a und der dritten Referenzeinheit c mittels ihrer jeweiligen Funk-Empfangseinheiten
empfangen wird.
In
der zweiten Referenzmessung sendet die dritte Referenzeinheit c über ihre
Funk-Sendeeinheit ein zweites Referenz-Funksignal, welches von der
ersten Referenzeinheit a und der zweiten Referenzeinheit b mittels
ihrer jeweiligen Funk-Empfangseinheiten empfangen wird.
Mit
Hilfe der in 1 gezeigten
geometrischen Beziehungen werden die lokalen Uhrzeiten der Referenzeinheiten
a, b, c untereinander implizit synchronisiert.
Mit
anderen Worten sendet in der ersten Referenzmessung die zweite Referenzeinheit
b der drei Referenzeinheiten a, b, c ein erstes Referenz-Funksignal
an die anderen Referenzeinheiten a und c. In der zweiten Referenzmessung
sendet die dritte Referenzeinheit c der drei Referenzeinheiten a,
b, c ein zweites Referenz-Funksignal an die anderen Referenzeinheiten
a und b. In beiden Referenzmessungen werden jeweils die Referenz-Funksignal-Empfangszeitpunkte
des jeweiligen Funksignals in der dieses Funksignal empfangenden
Referenzeinheit erfasst. Unter Berücksichtigung der bekannten
Positionen der Referenzeinheiten a, b, c (xa,
ya), (xb, yb), (xc, yc) werden die jeweiligen Referenzsignal-Laufzeiten
ermittelt.
In
einem nächsten
Schritt wird die zeitliche Relation der Referenzsignal-Laufzeiten
ermittelt, wobei unter Berücksichtigung
der ersten Referenzmessung folgende Vorschriften verwendet werden: tab +
ts,b + Δtb = tr,ba + Δta , (8) tbc +
ts,b + Δtb = tr,bc + Δtc, (9) Δta – Δtc = tab – tbc – tr,ba + tr,bc, (10)wobei mit
- • tab die Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
a und der Referenzeinheit b,
- • ts,b ein lokaler Signalsendezeitpunkt an der
Referenzeinheit b,
- • Δtb ein Uhrenversatz zwischen einer lokalen
Uhrzeit der Referenzeinheit b und der fiktiven globalen Uhrzeit
tg,
- • tr,ba ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit a für
ein von der Referenzeinheit b zur Referenzeinheit a gesendetes Signal,
- • Δta ein Uhrenversatz zwischen der lokalen Uhrzeit
der Referenzeinheit a und der fiktiven globalen Uhrzeit tg,
- • tbc die Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
b und der Referenzeinheit c,
- • tr,bc ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit c für
ein von der Referenzeinheit b zur Referenzeinheit c gesendetes Signal,
und
- • Δtc ein Uhrenversatz zwischen einer lokalen
Uhrzeit der Referenzeinheit c und der fiktiven globalen Uhrzeit
tg bezeichnet wird.
Unter
Berücksichtigung
der zweiten Referenzmessung werden folgende Vorschriften verwendet: tac +
ts,c + Δtc = tr,ca + Δta, (11) tbc +
ts,c + Δtc = tr,cb + Δtb, (12) Δta – Δtb = tac – tbc – tr,ca + tr,cb, (13)wobei mit
- • tac die Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
a und der Referenzeinheit c,
- • ts,c ein lokaler Signalsendezeitpunkt an der
Referenzeinheit c,
- • tr,ca ein lokaler
Signalempfangszeitpunkt in der Referenzeinheit a für ein von
der Referenzeinheit c zur Referenzeinheit a gesendetes Signal, und
- • tr,cb ein lokaler
Signalempfangszeitpunkt in der Referenzeinheit b für ein von
der Referenzeinheit c zur Referenzeinheit b gesendetes Signal bezeichnet
wird.
Die
Referenzsignal-Laufzeiten tab, tac, tbc können aus
der geometrischen Anordnung der Referenzeinheiten a, b, c ermittelt
werden (siehe 1). Die
Größen tr,ba, tr,bc tr,ca, tr,cb ergeben sich aus den beiden Referenzmessungen
und müssen
gegebenenfalls nur einmal ermittelt werden. Je nach Anforderung
können
die beiden Referenzmessungen jedoch in bestimmten Zeitabständen wiederholt
werden, um ein zeitliches Auseinanderdriften der Uhren der Referenzeinheiten
a, b, c zu kompensieren.
In
einem nächsten
Schritt werden die Signallaufzeitdifferenzen des von dem Staubsauger-Roboter 1 an
die Referenzeinheiten a, b, c gesendeten Lokalisierungs- Funksignals unter
Verwendung der Referenzsignal-Empfangszeitpunkte
und der Referenzsignal-Laufzeiten gebildet. Der Staubsauger-Roboter 1 sendet
das Lokalisierungs-Funksignal zu seiner lokalen Uhrzeit ts,m aus. Das Lokalisierungs-Funksignal wird
von den Referenzeinheiten a, b, c zu ihrer jeweiligen lokalen Uhrzeit
tr,ma, tr,mb, tr,mc empfangen. Unter Berücksichtigung der einzelnen
Uhrenversätze Δta, Δtb, Δtc der Referenzeinheiten a, b, c zur globalen
Uhrzeit tg (welche nicht bekannt sein müssen) werden
die folgenden drei Vorschriften verwendet, wobei die Latenzzeiten
der Funk-Sendeeinheiten und der Funk-Empfangseinheiten hier je Teilnehmer
als konstant angenommen werden und implizit im Uhrenversatz enthalten
sind: tam +
ts,m + Δtm = tr,ma + Δta, (14) tbm +
ts,m + Δtm = tr,mb + Δtb, (15) tcm +
ts,m + Δtm = tr,mc + Δtc. (16)
Ferner
werden zum Ermitteln der Position des Staubsauger-Roboters 1 Laufwegeunterschiede
d1, d2 (Deltadistanzen)
des von dem Staubsauger-Roboter 1 an die Referenzeinheiten
a, b, c gesendeten Lokalisierungs-Funksignals berücksichtigt,
wobei die Laufwegeunterschiede d1, d2 unter Verwendung folgender Vorschriften
ermittelt werden: d1 = (tam – tbm)·vp = (tr,ma + Δta – tr,mb – Δtb)·vp, (17) d2 =
(tam – tcm)·vp – (tr,ma + Δta – tr,mc – Δtc)·vp, (18)wobei
mit
- • d1 ein zwischen den Referenzeinheiten a und
b vorhandener Laufwegeunterschied des vom Staubsauger-Roboter 1 (Objekt
m) an die Referenzeinheiten gesendeten Signals,
- • d2 ein zwischen den Referenzeinheiten a und
c vorhandener Laufwegeunterschied des vom Staubsauger-Roboter 1 an
die Referenzeinheiten gesendeten Signals,
- • Δtm der Uhrenversatz zwischen der lokalen Uhrzeit
des Staubsauger-Roboters 1 (Objekt m) und der fiktiven
globalen Uhrzeit tg,
- • Δta der Uhrenversatz zwischen der lokalen Uhrzeit
der Referenzeinheit a und der fiktiven globalen Uhrzeit tg,
- • Δtb der Uhrenversatz zwischen der lokalen Uhrzeit
der Referenzeinheit b und der fiktiven globalen Uhrzeit tg,
- • Δtc der Uhrenversatz zwischen der lokalen Uhrzeit
der Referenzeinheit c und der fiktiven globalen Uhrzeit tg,
- • tam die Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
a und dem Staubsauger-Roboter 1 (Objekt m),
- • tbm die Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
b und dem Staubsauger-Roboter 1,
- • tcm die Signallaufzeit zwischen der Referenzeinheit
c und dem Staubsauger-Roboter 1,
- • tr,ma ein lokaler
Signalempfangszeitpunkt in der Referenzeinheit a für das vom
Staubsauger-Roboter 1 an die Referenzeinheiten gesendete
Signal,
- • tr,mb ein lokaler Signalempfangszeitpunkt
in der Referenzeinheit b für
das vom Staubsauger-Roboter 1 an die Referenzeinheiten
gesendete Signal,
- • tr,mc ein lokaler
Signalempfangszeitpunkt in der Referenzeinheit c für das vom
Staubsauger-Roboter 1 an die Referenzeinheiten gesendete
Signal, und
- • ts,m ein lokaler Signalsendezeitpunkt im Staubsauger-Roboter 1 bezeichnet
wird.
Wird
die Vorschrift (13) in die Vorschrift (17) eingesetzt,
wobei der Ausdruck Δta – Δtb in Vorschrift (17) durch die Vorschrift
(13) ersetzt wird, so lässt
sich folgende Vorschrift bilden: d1 = (tr,ma – tr,mb + tac – tbc – tr,ca + tr,cb)·vp (19)
Wird
die Vorschrift (10) in die Vorschrift (18) eingesetzt,
wobei der Ausdruck Δta – Δtc in Vorschrift (18) durch die Vorschrift
(10) ersetzt wird, so lässt
sich folgende Vorschrift bilden: d2 = (tr,ma – tr,mc + tab – tbc – tr,ba + tr,bc)·vp (20)
Nachdem
die Laufwegeunterschiede d
1, d
2 (Deltadistanzen)
ermittelt wurden, kann nun die aktuelle Position (x
m,
y
m) des Staubsauger-Roboters
1 ermittelt
werden. Dabei werden die folgenden Vorschriften verwendet, die sich
aus den in
1 gezeigten
geometrischen Beziehungen ergeben:
d1 = lam – lbm, (21) d2 =
lam – lcm, (22)mit
(xm – xa)2 + (ym – ya)2 = l2am , (23) (xm – xb)2 + (ym – yb)2 = l2bm , (24) (xm – xc)2 + (ym – yc)2 = l2cm , (25) (xm – x'b )2 + (ym – y'b )2 = l2bm , (26) (xm – x'b )2 + (ym – y'b )2 = l2bm , (27) (x'b – xa)2 + (y'b – ya)2 = d21 , (28)und
(x'c – xa)2 + (y'c – ya)2 = d22 , (29) mit
Aus
den Vorschriften (21) bis (33) lassen sich die folgenden Vorschriften
bilden:
xm = c1·ym + c2, (34)mit
wobei
x
a, y
a, x
b, y
b, x
c und
y
c bekannt sind und d
1 und
d
2 bereits ermittelt wurden, und mit
k3 =
4(–d21 (1
+ 21 ) + (c1(xa – xb) + ya – yb)2), (40)wobei mit
- • x ' / b eine
erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit b bezogen die erste
Koordinatenrichtung auf einem Kreis mit dem Radius des Abstands
der Referenzeinheit b zum Staubsauger-Roboter 1 (Objekt
m) und auf einer Verlängerung
einer geraden Linie zwischen dem Staubsauger-Roboter 1 und
der Referenzeinheit a (lam),
- • y ' / b eine
zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit b bezogen auf die
zweite Koordinatenrichtung auf einem Kreis mit dem Radius des Abstands
der Referenzeinheit b zum Staubsauger-Roboter 1 und auf
der Verlängerung
der geraden Linie zwischen dem Staubsauger-Roboter 1 und
der Referenzeinheit a (lam),
- • x ' / c eine
erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit c bezogen auf die
erste Koordinatenrichtung auf einem Kreis mit dem Radius des Abstands
der Referenzeinheit c zum Staubsauger-Roboter 1 und auf
der Verlängerung
der geraden Linie zwischen dem Staubsauger-Roboter 1 und
der Referenzeinheit a (lam),
- • y ' / c eine
zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit c bezogen auf die
zweite Koordinatenrichtung auf einem Kreis mit dem Radius des Abstands
der Referenzeinheit c zum Staubsauger-Roboter 1 und auf
der Verlängerung
der geraden Linie zwischen dem Staubsauger-Roboter 1 und
der Referenzeinheit a (lam),
- • xa die erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
a bezogen auf die erste Koordinatenrichtung,
- • ya die zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
a bezogen auf eine zweite Koordinatenrichtung,
- • xb die erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
b bezogen auf die erste Koordinatenrichtung,
- • yb die zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
b bezogen auf die zweite Koordinatenrichtung,
- • xc die erste Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
c bezogen auf die erste Koordinatenrichtung,
- • yc die zweite Teil-Positionsangabe der Referenzeinheit
c bezogen auf die zweite Koordinatenrichtung,
- • xm die erste Teil-Positionsangabe des Staubsauger-Roboters 1 bezogen
auf die erste Koordinatenrichtung, und
- • ym die zweite Teil-Positionsangabe des Staubsauger-Roboters 1 bezogen
auf die zweite Koordinatenrichtung bezeichnet wird.
Auf
Grund des oben angegebenen quadratischen Zusammenhangs gibt es zwei
potenzielle Positionen für
den Staubsauger-Roboter
1 (Objekt
m), nämlich
x
m1, y
m1 und x
m2, y
m2. Die richtige
Position kann eindeutig bestimmt werden, indem für beide Positionen mit Hilfe
folgender Vorschriften die Laufwegeunterschiede d
1,
d
2 (Deltadistanzen) zurückrechnet und anschließend mit
dem mittels der oben genannten Vorschriften ermittelten Wertepaar
d
1, d
2 verglichen
werden:
Wenn
das mittels der oben genannten Vorschriften ermittelte Wertpaar
d1, d2 mit dem rückgerechneten Wertepaar
d1, d2 übereinstimmt,
ist die richtige Positionsangabe ermittelt.
Es
gibt auch Positionen, für
die die Gegenrechnung in beiden Fällen dasselbe rückgerechnete
Wertepaar d1, d2 liefert.
In einem solchen Fall wird durch eine Plausibilitätsanalyse
die richtige Positionsangabe aus den beiden möglichen Positionsangaben ausgewählt.
Zweite Ausführungsform
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 und 3 eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
beschrieben. Das System gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung ist im Wesentlichen genauso aufgebaut wie das System
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, mit der Ausnahme, dass ein Objekt m, bei dieser Ausführungsform
ein PDA 2 (Personal Digital Assistant) und ein Suchobjekt,
wie bei dieser Ausführungsform
eine Ware bzw. ein Produkt P, das in einem Warenhaus bzw. Kaufhaus
K gelagert ist, vorgesehen sind.
Der
PDA 2 weist eine Funk-Empfangseinheit 22, eine
Funk-Sendeeinheit 23 und
einen Mikroprozessor 21 zum Steuern des PDAs 2 auf.
Der Mikroprozessor 21 weist die bei der ersten Ausführungsform
beschriebenen, in Form eines Computerprogramms realisierten drei
Einrichtungen auf.
Der
PDA 2 ist so eingerichtet, dass er ein System zum Navigieren
aufweist. Dieses System kann einem Nutzer auf der Basis von Richtung
und Abstand die Position des gesuchten Produkts P angeben.
Dazu
wählt der
Nutzer eine im PDA 2 gespeicherte Programmroutine aus,
bei der der PDA 2 über
seine Funk-Sendeeinheit 23 ein
Suchsignal aussendet, welches von den im Kaufhaus K verteilten Referenzeinheiten
a, b, c über
ihre jeweilige Funk-Empfangseinheit empfangen wird. Dieses Suchsignal
enthält
einen Code, der dem gesuchten Produkt P zugeordnet ist, und wird
gleichzeitig als Lokalisierungs-Funksignal
zur Lokalisierung des PDAs 2 verwendet, wobei der Vorgang
des Lokalisierens des PDAs 2 nach dem bei der ersten Ausführungsform
beschriebenen Lokalisierungsverfahren abläuft.
Ferner
weist das Produkt P eine Funk-Sendeeinheit auf, mittels welcher
das Produkt P in vorbestimmten Zeitabständen ein Lokalisierungs-Funksignal
aussendet, das den dem Produkt zugeordneten Code enthält und welches
von den Referenzeinheiten a, b, c über ihre jeweilige Funk-Empfangseinheit empfangen
wird. Auf Basis des vom Produkt P ausgesendeten Lokalisierungs-Funksignals
kann die Position des Produkts P auf gleiche Weise wie beim PDA 2 bestimmt
werden kann. Alternativ können
auch mehrere Produkte P gleicher Art in einem Regalfach oder dergleichen
gelagert sein, wobei über
eine an diesem Regalfach vorgesehene Funk-Sendeeinheit in vorbestimmten Zeitabständen ein
Lokalisierungs-Funksignal ausgesendet wird, das einen den in diesem
Regalfach gelagerten Produkten zugeordneten Code enthält.
Bei
dieser Ausführungsform
können,
da der PDA 2 auch mit einer Funk-Empfangseinheit 22 versehen ist,
alle bei der Lokalisierung des PDAs 2 und des Produkts
P erforderlichen Daten von den Referenzeinheiten a, b, c über deren
jeweilige Funk-Sendeeinheit an den PDA 2 übertragen
werden. Die Ermittlung der jeweiligen Position des PDAs 2 und
des Produkts P findet dann im PDA 2 statt.
Nachdem
die Position des PDAs 2 und die Position des Produkts P
ermittelt wurden, wird dem Nutzer ausgehend von der Position des
PDAs 2 die Richtung, in der sich das gesuchte Produkt P
befindet, und der Abstand des Produkts zum PDA 2 angezeigt.
Wenn notwendig kann die zuvor beschriebene Suchprozedur wiederholt
werden, bis der Nutzer das Produkt P aufgefunden hat.
Dritte Ausführungsform
Im
Folgenden wird eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
beschrieben. Das System gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung ist im Wesentlichen genauso aufgebaut wie das System
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, mit der Ausnahme, dass das Objekt m bei dieser Ausführungsform
eine Person ist, die eine Funk-Sendeeinheit mit sich führt und
sich in einer Ausstellung bzw. einem Museum befindet.
Die
Funk-Sendeeinheit kann beispielsweise eine in einen PDA integrierte
Funk-Sendeeinheit, eine Funk-Sendeeinheit eines Mobiltelefons oder
ein separater Mini-Funksender sein. Bei dieser Ausführungsform ist
die Funk-Sendeeinheit ein separater Mini-Funksender, der der Person
beim Betreten des Museums ausgehändigt
wird.
Der
Mini-Funksender sendet in vorbestimmten Zeitabständen ein Lokalisierungs-Funksignal
aus, das einen spezifischen, dem Mini-Funksender zugeordneten Code
enthält
und welches von den Referenzeinheiten a, b, c über ihre jeweilige Funk-Empfangseinheit empfangen
wird. Auf Basis des vom Mini-Funksender
ausgesendeten spezifischen Lokalisierungs-Funksignals kann die aktuelle Position
des Mini-Funksenders und somit die aktuelle Position der den Mini-Funksender
mit sich führenden
Person ermittelt werden, wobei der Vorgang des Lokalisierens des
Mini-Funksenders nach dem bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Lokalisierungsverfahren
abläuft.
Bei
dieser Ausführungsform
wird, da der Mini-Funksender über
keine Funk-Empfangseinheit verfügt, die
Position des Mini-Funksenders
in den Referenzeinheiten a, b, c ermittelt. Die ermittelte Position
des Mini-Funksenders bzw. der den Mini-Funksender mit sich führenden
Person wird von den Referenzeinheiten a, b, c über ihre Funk-Sendeeinheit
an einen Zentralrechner übermittelt.
Alternativ kann die Übermittlung
der Position des Mini-Funksenders auch über ein Datenkabel erfolgen,
das die Referenzeinheiten a, b, c und den Zentralrechner miteinander
zum Datenaustausch verbindet.
Der
Zentralrechner hat in einer Speichereinheit eine Karte des Museums
mit den Austellungsobjekten gespeichert, die sich im Museum befinden.
Der Zentralrechner vergleicht die aktuelle Position des Mini-Funksenders
mit den gespeicherten Positionen der Austellungsobjekte.
Wenn
sich der Mini-Funksender in der Nähe eines bestimmten Austellungsobjekts
befindet, sendet der Zentralrechner über ein Datenkabel oder über Funk
ein Steuersignal an eine Audioeinheit, welche bei diesem bestimmten
Austellungsobjekt installiert ist. Die Audioeinheit spielt dann
eine dem bestimmten Austellungsobjekt zugeordnete Audio-Information
ab, die zuvor in der Audioeinheit gespeichert wurde. Die Audio-Information wird über einen
Lautsprecher ausgegeben, der bei dem bestimmten Austellungsobjekt
installiert ist.
Alternativ
kann der Lautsprecher in eine Kopfhörer-Einheit integriert sein,
die eine Funk-Empfängereinheit
aufweist, wobei die Audio-Information über eine in der Audioeinheit
vorgesehene Funk-Sendeeinheit an die Funk-Empfängereinheit der Kopfhörer-Einheit
gesendet wird und dann über
den Lautsprecher, d.h. den Kopfhörer,
ausgegeben wird.
Alternativ
kann die Ausgabe der Informationen auch über eine Bildschirmanzeige
erfolgen, die bei dem bestimmten Ausstellungsobjekt vorgesehen ist.
Mit
der Positionsbestimmung der Person können der Person, gezielt Informationen übermittelt
werden, wie beispielsweise geschichtliche Informationen zu den jeweiligen
Austellungsobjekten des Museums.
Es
ist anzumerken, dass das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren
bevorzugt in den Bereichen Roboterlokalisierung, Lagerautomatisierung,
Inhouse-Lokalisierung,
Warehouse-Tracking und E-Commerce eingesetzt werden kann.
In
diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert:
- [1] J. Borenstein, H. R. Everett, and L. Feng. „Where
am I?" Sensors and
methods for mobile robot positioning. Technical report, University
of Michigan, Apr. 1996.
- [2] J. Hightower and G. Borriello. "Location Systems for Ubiquitous Computing" Computer, 34(8):
57-66, August 2001.
- [3] P.-H. Dana "Global
positioning system overview" http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps.html,
2000.
- [4] N. B. Priyantha, A. Chakraborty, and H. Balakrishnan. "The Cricket location-support
system", Mobile
Computing and Networking, Seiten 32-43, 2000.
wobei mit
