EP4305444A1 - Uwb-anker mit doppelantenne - Google Patents

Uwb-anker mit doppelantenne

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Publication number
EP4305444A1
EP4305444A1 EP22713592.8A EP22713592A EP4305444A1 EP 4305444 A1 EP4305444 A1 EP 4305444A1 EP 22713592 A EP22713592 A EP 22713592A EP 4305444 A1 EP4305444 A1 EP 4305444A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
uwb
anchor
antenna
mobile unit
antennas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22713592.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Wahl
Andreas Schumacher
Erik MADEMANN
Christoph GÖTZE
Markus Scholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Zigpos GmbH
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Zigpos GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG, Zigpos GmbH filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP4305444A1 publication Critical patent/EP4305444A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0221—Receivers
    • G01S5/02213—Receivers arranged in a network for determining the position of a transmitter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
    • G01S3/18—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic derived directly from separate directional antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems

Definitions

  • the invention relates to an ultra-wideband (UWB) anchor units for locating Mobilein, in an interior, especially in an industrial production.
  • the invention further relates to a positioning system with several such UWB anchors.
  • the invention relates to a method for locating mobile units in an interior space, in particular in an industrial production facility.
  • An interior space can be, for example, a sales room (retail) or a room in a healthcare facility, but in particular a room in industrial production.
  • industrial production particularly in the form of metal processing, preferably in the form of sheet metal processing, it is known to locate mobile units.
  • workers typically move around with mobile devices that cannot be precisely located in a simple manner. However, determining the location of these mobile end devices would significantly increase safety in industrial production. Furthermore, production would be easier to plan.
  • UWB anchor for locating various UWB mobile units, in particular in an industrial production, the UWB anchor having a first UWB antenna for communicating with a first UWB mobile unit and a second UWB antenna for communicating with a second UWB mobile unit.
  • the first and the second UWB mobile unit can be accommodated in one housing.
  • UWB is a radio standard used over short distances and for location in factories (industrial production). Ultra-wideband is particularly robust against interference from other radio sources and multiple reflections, which can occur frequently in factories in the metalworking industry in particular, and ensures precise location of materials, orders and navigation of driverless transport vehicles (AGV) and drones - even with obstacles such as metal reflections.
  • AGV driverless transport vehicles
  • UWB antennas per UWB anchor allow the location of different UWB mobile units ("tags” or “tag devices") with almost the same installation effort (in particular surveying effort) and maintenance effort "Parallel installation” of the "double antennas" power supply, data connection, local fixation and spatial facility can be used jointly.
  • Structure, localization, communication and / or data protocols via UWB can be done in particular according to the description of WO 2020/212722 A1, which is fully referenced is included in this application.
  • WO 2020/212722 A1 entitled “Ultra-Wideband Location Systems and Methods” was filed on April 19, 2019 and published on October 22, 2020.
  • the radiation angle of the first UWB antenna preferably essentially corresponds to the radiation angle of the second UWB antenna.
  • the radiation angle of the two (at least two) UWB antennas is preferably essentially the same in order to achieve good spatial coverage.
  • the UWB anchor can have a common housing and/or a common circuit board for the two UWB antennas. This further simplifies the installation of the UWB anchor.
  • the UWB anchor can have a common microcontroller and/or a common system on chip (SOC) for controlling the two UWB antennas.
  • SOC means the integration of all or a large part of the functions of a programmable electronic system on a chip, i.e. an integrated circuit on a semiconductor substrate, also known as monolithic integration.
  • the two UWB antennas are designed for communication in different frequency bands.
  • the separation of the frequency bands allows interference-free parallel operation.
  • the frequency bands can partially overlap. However, the frequency bands preferably do not overlap.
  • One UWB antenna is preferably designed for communication in a first frequency band, in particular around 8 GHz
  • the other UWB antenna is preferably designed for communication in a second frequency band, in particular around 4 GHz.
  • the frequency band around 8 GHz preferably has a center frequency of 7656 MHz. Only a few other radio signals interfere in the frequency band around 8 GHz. In a protected environment, especially in industrial production, local frequency usage can be managed by the building owner. Due to the lower attenuation, a frequency band around 4 GHz is preferably used here.
  • the frequency band around 4 GHz preferably has bands with center frequencies of 3432 MHz, 3960 MHz and/or 4488 MHz.
  • the object according to the invention is also achieved by a positioning system for determining the position of at least two UWB mobile units, in particular in an industrial production, the positioning system having a control device and several UWB anchors according to the invention connected to the control device.
  • the positioning system can be synchronized and clocked. At least one of the two UWB antennas is preferably clocked.
  • the locating system is designed in particular for locating per time difference of arrival (TDoA), reconfigured time off light (RToF) and/or GPS-like (inverse TdoA).
  • UWB components that comply with the IEEE 802.15.4z standard are preferably used for the UWB anchor(s) and/or the positioning system. Radio communication between the mobile units and the UWB anchors can be transmitted via existing UWB and/or Bluetooth Low Energy (BLE) and/or ZigBee.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • ZigBee is a specification for wireless networks with low data volumes and low power consumption, such as home automation, sensor networks, lighting technology.
  • ZigBee is based on the IEEE 802.15.4 standard and expands its functionality in particular with the option of routing and secure key exchange.
  • the UWB anchors may each have a common communication link between the UWB anchors and the controller.
  • the common communication path between the UWB anchors and the control device can be at least partially wired and/or at least partially wireless.
  • the communication path is particularly preferably designed for operation via WIFI and/or 4G or 5G.
  • 4G and 5G refer to the generations of the mobile communications standard, with 4G referring to the entire LTE (Long Term Evolution) standard, including 3.9G.
  • the positioning system can have a central software module for setting up and managing the UWB anchor. System maintenance and a system update can be carried out from a remote entity, in particular in the form of a cloud, of the positioning system by the central software module.
  • the locating system can have an end customer device, with at least one of the two mobile units being part of the end customer device.
  • the end customer device (consumer device) can be embodied in the form of a smartphone and/or a handheld device.
  • a handheld device means a device that is designed to be held in the hand of a worker, to output and display data and/or information to this worker, as well as to receive it, and to share data and information, particularly digitally and wirelessly, with others exchange devices and process data.
  • the UWB antennas can be embodied in different standards for communication.
  • the first UWB antenna can be designed for communication in a first standard and the second UWB antenna can be designed for communication in a second standard.
  • the UWB anchor is thus able to communicate via two standards at the same time.
  • a UWB antenna can be used for communication in a standard of the Car Connectivity Consortium (CCC) (see https://carconnectivity.org/) and/or the Fine Ranging (fira) Consortium (see https://www.firaconsortium.org /) be trained.
  • CCC Car Connectivity Consortium
  • fira Fine Ranging Consortium
  • the location system may include the second mobile unit.
  • Omlox is an open standard for a real-time, accurate indoor location system.
  • Omlox defines open interfaces for an interoperable localization system.
  • different brands can using a single infrastructure with disparate applications from different vendors. Because the same infrastructure is used, the total cost of ownership is reduced, allowing for easy integration of different applications.
  • a key feature of Omlox is that it enables cyber-physical facilitation, combining the integration of industrial software and hardware solutions into a common ecosystem.
  • Omlox-based UWB anchors various types of software such as a Manufacturing Executive System (MES), asset tracking and navigation with anti-collision, as well as hardware such as drones, AGVs and loading vehicles can be integrated into the localization domain.
  • MES Manufacturing Executive System
  • asset tracking and navigation with anti-collision as well as hardware such as drones, AGVs and loading vehicles can be integrated into the localization domain.
  • hardware such as drones, AGVs and loading vehicles
  • Omlox enables interoperability and flexibility for different trackable providers within one or more tracking zones.
  • Omlox achieves this through two core components: Olox Hub and Olox Core Zone.
  • the Omlox Hub enables interoperability and flexibility within different tracking zones, while the Omlox Core Zone provides interoperability and flexibility within a single tracking zone.
  • the Omlox Hub enables interoperability and flexibility across different complementary zones.
  • other tracking technologies such as RFID, 5G, BLE, WIFI and GPS are also used in production, delivery and storage. With Omlox it can be ensured that networks function smoothly and interoperably. This allows companies to easily connect applications such as production control systems, asset tracking and navigation across different site zones.
  • the Omlox hub is compatible with multiple tracking zones. Smart factories working with UWB localization zone, truck bed with GPS positioning and warehouse with WIFI positioning can be efficiently monitored with Om lox Hub.
  • the Omlox Hub enables the transfer, synchronization and alignment of maps from discrete local coordinates (mapping of SLAM and other techniques) to global geographic coordinates of a smart factory, i.e. a production environment in which manufacturing plants and logistics systems organize themselves to a large extent with little or no human intervention in order to produce the desired products.
  • SLAM means English: Simultaneous Localization and Mapping; German: Simultaneous positioning and mapping.
  • the Omlox Core Zone works with open interfaces and guarantees interoperability in the UWB area.
  • Omlox creates an interoperable infrastructure that is plug-and-play. Companies can quickly and easily network all UWB products with the Omlox standard, regardless of the manufacturer.
  • the UWB communication takes place within the Omlox Core Zone.
  • the Omlox Hub is one level above.
  • At least one UWB anchor is integrated into a smoke detector and/or into a lighting system of the locating system.
  • UWB anchors in particular all UWB anchors, are preferably integrated into a smoke detector and/or a lighting system of the locating system.
  • the invention also relates to industrial production, in particular in the form of metal processing, preferably in the form of sheet metal processing, with an anchor according to the invention.
  • the invention relates to industrial production, in particular in the form of metal processing, preferably in the form of sheet metal processing, with a locating system according to the invention.
  • the object according to the invention is also achieved by a method for locating mobile units, in particular in industrial production, with the locating being carried out using UWB anchors which each have two UWB antennas.
  • the communication preferably takes place via one of the two UWB antennas in a different frequency band than via the other of the two UWB antennas.
  • the communication particularly preferably takes place via one of the two UWB antennas in a frequency band around 8 GHz and via the other UWB antenna in a frequency band around 4 GHz.
  • the communication via the first of the two UWB antennas can take place in a first standard, in particular in the standard of the Car Connectivity Consortium (CCC) and/or the Fine Ranging (fira) Consortium.
  • the communication via the second UWB antenna can take place in a second standard, in particular in the Omlox standard. In particular, the communication can take place simultaneously in the first standard and in the second standard.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a locating system for locating different mobile units with different UWB antennas.
  • FIG. 3 schematically shows standardized frequency ranges for the composition of the signals transmitted in FIG.
  • Fig. 1 shows an interior, in particular an industrial production facility 10, with a locating system 12 for locating a first mobile unit 14 and a second mobile unit 16.
  • the first mobile unit 14 is part of an end customer device 18, here in the form of a smartphone.
  • the second mobile unit 16 is arranged on a self-propelled vehicle 20 (AGV) or formed on the self-propelled vehicle 20 .
  • the self-propelled vehicle 20 is used to transport materials in the interior, in particular for industrial production 10.
  • the locating system 12 has UWB anchors 22a, 22b, 22c for locating the mobile units 14, 16.
  • the UWB anchors 22a-c each have a first UWB antenna 24a, 24b, 24c and a second UWB antenna 26a, 26b, 26c.
  • the first UWB antennas 24a-c are used to communicate with the first mobile unit 14 via a first standard (shown with solid arrows), the second UWB antennas 26a-c are used for communication with the second mobile unit 16 via a second standard (shown with dash-dotted arrows).
  • the UWB anchors 22a-c are connected to a controller 28 wirelessly or by wire.
  • Figure 2 shows that signaling to and from the UWB anchors 22a-c occurs at frequencies around 4 GHz and 8 MHz. More precisely, the first UWB antennas 24a-c transmit and receive at frequencies around 8 GHz and the second UWB antennas 26a-c at frequencies around 4 GHz.
  • Figure 3 shows the frequencies used by the first UWB antennas 24a-c and second UWB antennas 26a-c. 3 shows that frequency band 9 with a center frequency of 7656 MHz is preferably used by the first UWB antennas 24a-c and frequency bands 1, 2 and 3 with a center frequency of 3432 MHz are preferably used for the second UWB antennas 26a-c , 3960 MHz and 4488 MHz can be used.
  • the invention relates in summary to a UWB anchor 22a-c having a first UWB antenna 24a-c for communicating with a first mobile unit 14 and a second UWB antenna 26a-c for communicating with a mobile unit second mobile unit 16.
  • the UWB anchor 22a-c is preferably configured to communicate in different frequency bands.
  • the UWB anchor 22a-c can be part of a location system be 12
  • the invention also relates to a method for locating two different mobile units 14, 16 using UWB anchors 22a-c with two different UWB antennas 24a-c, 26a-c. ok reference list
  • second mobile unit 18 end customer device 20 self-driving vehicle 22a-c UWB anchor 24a-c first UWB antenna 26a-c second UWB antenna 28 control device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen UWB-Anker (22a-c) mit einer ersten UWB-Antenne (24a-c) zur Kommunikation mit einer ersten Mobileinheit (14) und einer zweiten UWB-Antenne (26a-c) zur Kommunikation mit einer zweiten Mobileinheit (16). Der UWB-Anker (22a-c) ist vorzugsweise zur Kommunikation in verschiedenen Frequenzbändern ausgebildet. Der UWB-Anker (22a-c) kann Teil eines Ortungssystems (12) sein. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ortung zweier verschiedener Mobileinheiten (14, 16) durch UWB-Anker (22a-c) mit zwei verschiedenen UWB-Antennen (24a-c, 26a-c).

Description

UWB-Anker mit Donoelantenne
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ultra-wideband (UWB)-Anker zur Ortung von Mobilein heiten, in einem Innenraum, insbesondere in einer industriellen Fertigung. Die Er findung betrifft weiterhin ein Ortungssystem mit mehreren solcher UWB-Anker. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ortung von Mobileinheiten, in einem Innenraum, insbesondere in einer industriellen Fertigung.
Ein Innenraum kann zum Beispiel ein Verkaufsraum (Retail) oder Raum eines Ge sundheitseinrichtung sein, aber insbesondere ein Raum in der industriellen Ferti- gung. In einer industriellen Fertigung, insbesondere in Form einer Metallverarbei tung, vorzugsweise in Form einer Blechverarbeitung, ist es bekannt, Mobileinhei ten zu orten. In der industriellen Fertigung bewegen sich typischerweise auch Wer ker mit mobilen Endgeräten, die nicht auf einfache Art und Weise präzise geortet werden können. Eine Ortsbestimmung dieser mobilen Endgeräte würde die Sicher- heit in der industriellen Fertigung jedoch signifikant erhöhen. Weiterhin wäre die Fertigung besser planbar.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ortung, insbesondere in einer industriel- len Fertigung sicherer zu gestalten.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen UWB-Anker nach An spruch 1, ein Ortungssystem nach Anspruch 7 und ein Verfahren nach An- spruch 13. Die abhängigen Ansprüche geben bevorzugte Weiterbildungen wieder. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch einen UWB-Anker zur Or tung verschiedener UWB-Mobileinheiten, insbesondere in einer industriellen Ferti gung, wobei der UWB-Anker eine erste UWB-Antenne zur Kommunikation mit einer ersten UWB-Mobileinheit und eine zweite UWB-Antenne zur Kommunikation mit einer zweiten UWB-Mobileinheit aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung können dabei die erste und die zweite UWB- Mobileinheit in einem Gehäuse untergebracht sein. UWB ist ein Funkstandard, der über kurze Entfernungen und zur Ortung in Fabriken (industriellen Fertigungen) verwendet wird. Ultra-Breitband ist besonders robust gegen Störungen anderer Funkquellen und Mehrfachreflexionen, wie sie insbeson dere in Fabriken im metallverarbeitenden Gewerbe gehäuft auftreten können, und gewährleistet eine präzise Ortung von Materialien, Bestellungen und Navigation von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) und Drohnen - auch bei Hindernissen wie Metallreflexionen.
Der Einsatz von zumindest zwei UWB-Antennen je UWB-Anker („beacons") erlaubt die Ortung verschiedener UWB-Mobileinheiten („tags" oder „tag-devices") bei na- hezu gleichem Installationsaufwand (insbesondere Vermessungsaufwand) und Wartungsaufwand. Durch die „Parallelinstallation" der „Doppelantennen" können Stromversorgung, Datenanbindung, örtliche Fixierung und räumliche Einrichtung gemeinsam genutzt werden. Aufbau, Ortung, Kommunikation und/oder Datenprotokolle per UWB können ins besondere gemäß der Beschreibung der WO 2020/212722 Al erfolgen, die unter Verweis vollständig in diese Anmeldung mit aufgenommen wird. WO 2020/212722 Al mit dem Titel „Ultra-Wideband Location Systems and Methods" wurde am 19.04.2019 angemeldet und am 22.10.2020 veröffentlicht. Der Abstrahlwinkel der ersten UWB-Antenne entspricht vorzugsweise im Wesent lichen dem Abstrahlwinkel der zweiten UWB-Antenne. Die Abstrahlwinkel der bei den (zumindest zwei) UWB-Antennen ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich, um eine gute Raumabdeckung zu erzielen.
Der UWB-Anker kann ein gemeinsames Gehäuse und/oder eine gemeinsame Lei terplatte für die beiden UWB-Antennen aufweisen. Hierdurch wird die Installation des UWB-Ankers weiter vereinfacht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der UWB-Anker einen gemeinsamen Mikro controller und/oder ein gemeinsames System On Chip (SOC) zur Steuerung der beiden UWB-Antennen aufweisen. Unter SOC versteht man die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines programmierbaren elektronischen Systems auf einem Chip, also einem integrierten Schaltkreis auf einem Halbleiter- Substrat, auch monolithische Integration genannt.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden UWB-An tennen zur Kommunikation in verschiedenen Frequenzbändern ausgebildet. Die Trennung der Frequenzbänder erlaubt einen störungsfreien Parallelbetrieb. Die Frequenzbänder können sich teilweise überlappen. Vorzugsweise überlappen sich die Frequenzbänder jedoch nicht.
Eine UWB-Antenne ist dabei vorzugsweise zur Kommunikation in einem ersten Frequenzband, insbesondere um 8 GHz, ausgebildet, die andere UWB-Antenne ist vorzugsweise zur Kommunikation in einem zweiten Frequenzband, insbesondere um 4 GHz, ausgebildet. Das Frequenzband um 8 GHz weist vorzugsweise eine Mittenfrequenz von 7656 MHz auf. Im Frequenzband um 8 GHz stören nur wenige andere Funksignale. In einem geschützten Umfeld, insbesondere in einer industri ellen Fertigung, können lokale Frequenznutzungen durch den Gebäudeeigner ver- waltet werden. Aufgrund der geringeren Dämpfung wird hier vorzugsweise ein Fre quenzband um 4 GHz eingesetzt. Das Frequenzband um 4 GHz weist vorzugsweise Bänder mit Mittenfrequenzen von 3432 MHz, 3960 MHz und/oder 4488 MHz auf. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Ortungssystem zur Positionsbestimmung von zumindest zwei UWB-Mobileinheiten, insbesondere in ei ner industriellen Fertigung, wobei das Ortungssystem eine Steuervorrichtung und mehrere mit der Steuervorrichtung verbundene erfindungsgemäße UWB-Anker aufweist.
Das Ortungssystem kann synchronisiert und getaktet sein. Vorzugsweise ist zu mindest eine der beiden UWB-Antennen getaktet. Das Ortungssystem ist insbe sondere zur Ortung per time difference of arrival (TDoA), reconfigured time off light (RToF) und/oder GPS-like (inverse TdoA) ausgebildet.
Vorzugsweise werden UWB-Komponenten für den/die UWB-Anker und/oder das Ortungssystem eingesetzt, die der Norm IEEE 802.15.4z entsprechen. Eine Funkkommunikation zwischen den Mobileinheiten und den UWB-Ankern kann per vorhandenem UWB und/oder Bluetooth Low Energy (BLE) und/oder ZigBee übertragen werden. ZigBee ist eine Spezifikation für drahtlose Netzwerke mit ge ringem Datenaufkommen und geringem Stromverbrauch wie beispielsweise Haus automation, Sensornetzwerke, Lichttechnik. ZigBee baut auf dem Standard IEEE 802.15.4 auf und erweitert dessen Funktionalität insbesondere um die Möglichkeit des Routings und des sicheren Schlüsselaustausches.
Die UWB-Anker können jeweils eine gemeinsame Kommunikationsstrecke zwi schen den UWB-Ankern und der Steuervorrichtung aufweisen. Die gemeinsame Kommunikationsstrecke zwischen den UWB-Ankern und der Steuervorrichtung kann zumindest teilweise drahtgebunden und/oder zumindest teilweise drahtlos ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die Kommunikationsstrecke zum Betrieb per WIFI und/oder 4G bzw. 5G ausgebildet. Mit 4G und 5G sind die Generationen des Mobilfunkstandards gemeint, wobei mit 4G der gesamte LTE (Long Term Evo- lution) Standard gemeint ist, also auch 3.9G. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Ortungssystem ein zentrales Software modul zur Einrichtung und Verwaltung der UWB-Anker aufweisen. Eine System wartung und ein Systemupdate können aus einer entfernt liegenden Instanz, ins besondere in Form einer Cloud, des Ortungssystems durch das zentrale Software- modul erfolgen.
Das Ortungssystem kann ein Endkundengerät aufweisen, wobei zumindest eine der beiden Mobileinheiten Teil des Endkundengeräts ist. Das Endkundengerät (Consumer Device) kann in Form eines Smartphones und/oder eines Handheld Device ausgebildet sein. Mit Handheld Device ist ein Gerät gemeint, das eingerich tet ist, von einem Werker in der Hand gehalten zu werden, dabei diesem Werker Daten und/oder Informationen auszugeben und anzuzeigen, sowie aufzunehmen, und Daten und Informationen, insbesondere digital und kabellos, mit anderen Ge räten auszutauschen und Daten zu verarbeiten.
Die UWB-Antennen können zur Kommunikation in unterschiedlichen Standards ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste UWB-Antenne zur Kommunikation in einem ersten Standard und die zweite UWB-Antenne zur Kommunikation in ei nem zweiten Standard ausgebildet sein. Der UWB-Anker ist dadurch in der Lage über zwei Standards gleichzeitig zu kommunizieren.
Eine UWB-Antenne kann zur Kommunikation in einem Standard des Car Connecti vity Consortiums (CCC) (siehe https://carconnectivity.org/) und/oder des Fine Ranging (fira) Consortiums (siehe https://www.firaconsortium.org/) ausgebildet sein.
Das Ortungssystem kann die zweite Mobileinheit umfassen.
Besonders bevorzugt ist eine der beiden UWB-Antennen zur Kommunikation im Omlox-Standard ausgebildet. Omlox ist ein offener Standard für ein präzises Echt zeit-Lokalisierungssystem für Innenräume. Omlox definiert offene Schnittstellen für ein interoperables Lokalisierungssystem. Mit Omlox können verschiedene Bran- chen eine einzige Infrastruktur mit unterschiedlichen Anwendungen von verschie denen Anbietern verwenden. Da dieselbe Infrastruktur verwendet wird, werden die Gesamtbetriebskosten gesenkt, was die einfache Integration verschiedener An wendungen ermöglicht. Ein wesentliches Merkmal von Omlox ist, dass es eine cy- ber-physische Erleichterung ermöglicht und die Integration industrieller Software- und Hardwarelösungen in ein gemeinsames Ökosystem kombiniert.
Mit Omlox-basierten UWB-Ankern können verschiedene Arten von Software wie ein Manufacturing Executive System (MES), Asset Tracking und Navigation mit Antikollision sowie Hardware wie Drohnen, FTF und Ladefahrzeuge in den Bereich der Lokalisierung integriert werden.
Omlox ermöglicht Interoperabilität und Flexibilität für verschiedene verfolgbare Anbieter innerhalb einer oder mehrerer Verfolgungszonen. Omlox erreicht dies durch zwei Kernkomponenten: Omlox Hub und Omlox Core Zone. Der Omlox Hub ermöglicht Interoperabilität und Flexibilität innerhalb verschiedener Verfolgungs zonen, während die Omlox Core Zone Interoperabilität und Flexibilität innerhalb einer einzelnen Verfolgungszone bietet. Der Omlox Hub ermöglicht Interoperabilität und Flexibilität über verschiedene komplementäre Zonen hinweg. Neben UWB werden bei der Produktion, Lieferung und Lagerung auch andere Ortungstechnologien wie RFID, 5G, BLE, WIFI und GPS eingesetzt. Mit Omlox kann sichergestellt werden, dass Netzwerke reibungslos und interoperabel funktionieren. Auf diese Weise können Unternehmen auf einfache Weise Anwendungen wie Produktionssteuerungssysteme, Anlagenverfolgung und Navigation über verschiedene Standortzonen hinweg vernetzen.
Der Omlox-Hub ist mit mehreren Tracking-Zonen kompatibel. Intelligente Fabri ken, die mit einer UWB-Lokalisierungszone, einer LKW-Ladefläche mit GPS-Positi- onierung und einem Lager mit WIFI-Positionierung arbeiten, können mit dem Om lox Hub effizient überwacht werden. Der Omlox Hub ermöglicht die Übertragung, Synchronisierung und Ausrichtung von Karten von diskreten lokalen Koordinaten (Zuordnung von SLAM und anderen Techniken) zu globalen geografischen Koordi naten einer Smart Factory, also einer Produktionsumgebung, in der sich Ferti gungsanlagen und Logistiksysteme mit wenig oder ohne menschliche Eingriffe weitgehend selbst organisieren, um die gewünschten Produkte herzustellen. SLAM bedeutet englisch: Simultaneous Localization and Mapping; deutsch: Simultane Positionsbestimmung und Kartierung.
Die Omlox Core Zone arbeitet mit offenen Schnittstellen zusammen und garantiert Interoperabilität im UWB-Bereich. Omlox erstellt eine interoperable Infrastruktur, die per Plug-and-Play funktioniert. Unternehmen können alle UWB-Produkte un abhängig vom Hersteller schnell und einfach mit dem Omlox-Standard vernetzen.
Die UWB Kommunikation findet innerhalb der Omlox Core Zone statt. Der Omlox Hub ist eine Ebene darüber.
Die Eigenschaften der Omlox-Anker sind ausführlicher in der Omlox-Spezifikation beschrieben, die auf https://omlox.com veröffentlicht ist.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein UWB-Anker in einen Rauchmelder und/oder in eine Beleuchtung des Ortungssystems inte griert. Vorzugsweise sind mehrere UWB-Anker, insbesondere alle UWB-Anker, je weils in einen Rauchmelder und/oder eine Beleuchtung des Ortungssystems inte griert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine industrielle Fertigung, insbesondere in Form einer Metallverarbeitung, vorzugsweise in Form einer Blechverarbeitung, mit ei nem erfindungsgemäßen Anker. Weiterhin betrifft die Erfindung eine industrielle Fertigung, insbesondere in Form einer Metallverarbeitung, vorzugsweise in Form einer Blechverarbeitung, mit einem erfindungsgemäßen Ortungssystem.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Or tung von Mobileinheiten, insbesondere in einer industriellen Fertigung, wobei die Ortung mit UWB-Ankern erfolgt, die jeweils zwei UWB-Antennen aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation über eine der beiden UWB-Antennen in einem anderen Frequenzband als über die andere der beiden UWB-Antennen. Besonders bevorzugt erfolgt die Kommunikation über eine der beiden UWB-Anten nen in einem Frequenzband um 8 GHz und über die andere UWB-Antenne in einem Frequenzband um 4 GHz.
Die Kommunikation über die erste der beiden UWB-Antennen kann in einem ersten Standard, insbesondere im Standard des Car Connectivity Consortiums (CCC) und/oder des Fine Ranging (fira) Consortiums, erfolgen. Die Kommunikation über die zweite UWB-Antenne kann in einem zweiten Standard, insbesondere im Omlox- Standard, erfolgen. Die Kommunikation kann insbesondere gleichzeitig im ersten Standard und im zweiten Standard erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausfüh- rungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ortungssystems zur Ortung ver- schiedener Mobileinheiten mit verschiedenen UWB-Antennen.
Fig. 2 zeigt schematisch die mit den verschiedenen UWB-Antennen gesendeten Signale.
Fig. 3 zeigt schematisch standardisierte Frequenzbereiche zur Zusammenset zung der in Fig. 2 gesendeten Signale.
Fig. 1 zeigt einen Innenraum, insbesondere eine industrielle Fertigung 10, mit einem Ortungssystem 12 zur Ortung einer ersten Mobileinheit 14 und einer zwei ten Mobileinheit 16. Die erste Mobileinheit 14 ist Teil eines Endkundengeräts 18, hier in Form eines Smartphones. Die zweite Mobileinheit 16 ist auf einem selbst- fahrenden Fahrzeug 20 (FTF) angeordnet oder an dem selbstfahrenden Fahrzeug 20 ausgebildet. Das selbstfahrende Fahrzeug 20 dient dem Transport von Materi alien in dem Innenraum, insbesondere der industriellen Fertigung 10.
Das Ortungssystem 12 weist UWB-Anker 22a, 22b, 22c zur Ortung der Mobilein heiten 14, 16 auf. Die UWB-Anker 22a-c weisen jeweils eine erste UWB-Antenne 24a, 24b, 24c und eine zweite UWB-Antenne 26a, 26b, 26c auf. Die ersten UWB- Antennen 24a-c dienen der Kommunikation mit der ersten Mobileinheit 14 über einen ersten Standard (dargestellt mit durchgezogenen Pfeilen), die zweiten UWB- Antennen 26a-c dienen der Kommunikation mit der zweiten Mobileinheit 16 über einen zweiten Standard (dargestellt mit strichpunktierten Pfeilen). Die UWB-Anker 22a-c sind drahtlos oder drahtgebunden mit einer Steuervorrichtung 28 verbun den.
Fig. 2 zeigt, dass die Signalübermittlung von und zu den UWB-Ankern 22a-c bei Frequenzen um 4 GHz und 8 MHz erfolgt. Genauer gesagt senden und empfangen die ersten UWB-Antennen 24a-c bei Frequenzen um 8 GHz und die zweiten UWB- Antennen 26a-c bei Frequenzen um 4 GHz.
Fig. 3 zeigt die von den ersten UWB-Antennen 24a-c und zweiten UWB-Antennen 26a-c eingesetzten Frequenzen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass von den ersten UWB-Antennen 24a-c vorzugsweise Frequenzband 9 mit der Mittenfrequenz 7656 MHz eingesetzt wird und für die zweiten UWB-Antennen 26a-c vorzugsweise die Frequenzbänder 1, 2 und 3 mit den Mittenfrequenzen 3432 MHz, 3960 MHz und 4488 MHz eingesetzt werden.
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend einen UWB-Anker 22a-c mit einer ersten UWB-An- tenne 24a-c zur Kommunikation mit einer ersten Mobileinheit 14 und einer zweiten UWB-Antenne 26a-c zur Kommunikation mit einer zweiten Mobileinheit 16. Der UWB-Anker 22a-c ist vorzugsweise zur Kommunikation in verschiedenen Fre quenzbändern ausgebildet. Der UWB-Anker 22a-c kann Teil eines Ortungssystems 12 sein. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ortung zweier verschie dener Mobileinheiten 14, 16 durch UWB-Anker 22a-c mit zwei verschiedenen UWB- Antennen 24a-c, 26a-c. io Bezuaszeichenliste
10 industrielle Fertigung 12 Ortungssystem 14 erste Mobileinheit
16 zweite Mobileinheit 18 Endkundengerät 20 selbstfahrendes Fahrzeug 22a-c UWB-Anker 24a-c erste UWB-Antenne 26a-c zweite UWB-Antenne 28 Steuervorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Ultra-wideband (UWB)-Anker (22a-c) zur Ortung einer ersten UWB-Mobi- leinheit (14) und einer zweiten UWB-Mobileinheit (16) in einem Innen- raum, insbesondere in einer industriellen Fertigung (10), wobei der UWB-
Anker (22a-c) Folgendes aufweist: a) Eine erste UWB-Antenne (24a-c) zur Kommunikation mit der ersten UWB-Mobileinheit (14) und eine zweite UWB-Antenne (26a-c) zur Kommunikation mit der zweiten UWB-Mobileinheit (16).
2. UWB-Anker nach Anspruch 1, bei dem der Abstrahlwinkel der ersten UWB- Antenne (24a-c) und der zweiten UWB-Antenne (26a-c) gleich ist.
3. UWB-Anker nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der UWB-Anker (22a-c) Fol- gendes aufweist: b) Ein gemeinsames Gehäuse für die erste UWB-Antenne (24a-c) und die zweite UWB-Antenne (26a-c); und/oder c) eine gemeinsame Leiterplatte, die sowohl mit der ersten UWB-An tenne (24a-c) als auch mit der zweiten UWB-Antenne (26a-c) ver- bunden ist.
4. UWB-Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der UWB-Anker (22a-c) Folgendes aufweist: d) einen gemeinsamen Mikrocontroller und/oder ein gemeinsames Sys- tem On Chip (SOC) zur Steuerung der ersten UWB-Antenne (24a-c) und der zweiten UWB-Antenne (26a-c).
5. UWB-Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste UWB-Antenne (24a-c) und die zweite UWB-Antenne (26a-c) zur Kommuni- kation in verschiedenen Frequenzbändern ausgebildet sind.
6. UWB-Anker nach Anspruch 5, bei dem die erste UWB-Antenne (24a-c) zur Kommunikation in einem ersten Frequenzband um 8 GHz ausgebildet ist und die zweite UWB-Antenne (26a-c) zur Kommunikation in einem zweiten Frequenzband um 4 GHz ausgebildet ist.
7. Ortungssystem (12) zur Positionsbestimmung einer ersten UWB-Mobilein- heit (14) und einer zweiten UWB-Mobileinheit (16) in einer industriellen Fertigung (10), wobei das Ortungssystem (12) eine Steuervorrichtung (28) und mehrere mit der Steuervorrichtung (28) drahtlos und/oder drahtge bunden verbundene UWB-Anker (22a-c) zur Ortung der ersten UWB-Mobi leinheit (14) und der zweiten UWB-Mobileinheit (16) aufweist, wobei die UWB-Anker (22a-c) jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
8. Ortungssystem nach Anspruch 7, bei dem die UWB-Anker (22a-c) jeweils Folgendes aufweisen: e) eine gemeinsame Kommunikationsstrecke zwischen den UWB-An- kern (22a-c) und der Steuervorrichtung (28).
9. Ortungssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Ortungssystem (12) ein zentrales Softwaremodul zur Einrichtung und Verwaltung der UWB-An ker (22a-c) aufweist.
10. Ortungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Ortungs system (12) ein Endkundengerät aufweist, wobei die erste Mobileinheit (14) Teil des Endkundengeräts ist.
11. Ortungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die ersten UWB-Antennen (24a-c) und die zweiten UWB-Antennen (26a-c) zur Kom munikation in unterschiedlichen Kommunikationsstandards ausgebildet sind, wobei insbesondere eine der beiden UWB-Antennen (24a-c, 26a-c) zur Kommunikation im Omlox-Standard ausgebildet ist.
12. Ortungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem zumindest ein UWB-Anker (22a-c) in einen Rauchmelder und/oder in eine Beleuchtung des Ortungssystems (12) integriert ist.
13. Verfahren zur Ortung von Mobileinheiten (14, 16) in einer industriellen
Fertigung (10), insbesondere mit einem Ortungssystem (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Ortung mit UWB-Ankern (22a-c) erfolgt, die jeweils zwei UWB-Antennen (24a-c, 26a-c) aufweisen, wobei die Kom munikation mit einer ersten Mobileinheit (14) mit ersten UWB-Antennen (24a-c) der UWB-Anker (22a-c) erfolgt und die Kommunikation mit einer zweiten Mobileinheit (16) mit zweiten UWB-Antennen (26a-c) der UWB- Anker (22a-c) erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Kommunikation über die ersten UWB-Antennen (24a-c) in einem anderen Frequenzband erfolgt als die
Kommunikation über die zweiten UWB-Antennen (26a-c).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem die Kommunikation über die ersten UWB-Antennen (24a-c) in einem ersten Standard erfolgt, insbesondere im Standard des Car Connectivity
Consortiums (CCC) und/oder des Fine Ranging (fira) Consortiums und die Kommunikation über die zweiten UWB-Antennen (26a-c) in ei nem zweiten Standard, insbesondere im Omlox-Standard, erfolgt.
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