WO2006097408B1 - Verfahren und system zur bestimmung von position und orientierung eines objekts - Google Patents

Verfahren und system zur bestimmung von position und orientierung eines objekts

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Abstract

In einem Lagebestimmungsverfahren zur Bestimmung von Position und Orientierung einer bewegbaren Einheit mit einem Empfänger (3') erfolgt ein Erfassen des Empfängers (3') durch eine Abtasteinheit (2'), wobei von der Abtasteinheit (2') wenigstens die Entfernung und eine Richtung zum Empfänger (3') ermittelt werden. Die von der Abtasteinheit emittierte Strahlung wird durch den Empfänger (3') erfasst und die Einfallsrichtung der Strahlung in Bezug auf eine Empfängerachse abgeleitet, wobei ein Versatz der einfallenden Strahlung gegenüber der Empfängerachse (EA) bestimmt wird. Aus wenigstens der Entfernung, der Richtung zum Empfänger (3'), dem Versatz und der Einfallsrichtung als Lageinformationen werden Position und Orientierung der Einheit abgeleitet und diese gegebenenfalls über die optische Verbindung (OV) gesteuert.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro am 07. September 2006 eingegangen
1. Lagebestitnmungsverfahren zur Bestimmung von .Position, und Orientierung, insbesondere In einer Ebene, einer bewegbaren Einheit mit einem Empfänger (3,3',3"), mit einer Abtasteinheit (2, 2', 2") zum abtastenden Erfassen des Empfängers (3,3',3" ) durch einen Laserstrahl, wobei o die Abtasteinheit (2,2',2'M auf einem Punkt definierter Position positionierbar ist, o der Empfänger (3, 3", 3") zum Empfang des
Laserstrahls, ausgebildet und auf der Einheit anbringbar ist, mit einem
- Erfassen des Empfängers (3,3' ,3") durch die Abtasteinheit (2,2',2" ), wobei von der Abtasteinheit (2,2' ,2' ' ) wenigstens die Entfernung, insbesondere nach dem Phasen- oder Laufzeitmesserprinzip, und eine Richtung zum Empfänger (3, 3', 3'') ermittelt werden,
- Erfassen des Laserstrahls durch den Empfänger
(3,3',3" ) und Bestimmung einer Einfallsrichtung des Laserstrahls in Bezug auf eine Empfängerachse (EA) ,
- Bestimmen der Position und Orientierung der Einheit aus wenigstens der Entfernung, der Richtung zum Empfänger (3, 3', 3") und der Einfallsrichtung als Lageinformationen dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen des Laserstrahls die Lage des Auftreffpunktes (AP) des Laserstrahls in der Eintrittspupille des Empfängers (3, 3',3") bestimmt wird.
2. Lagebestimmungsverfahren. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung zum Empfänger (3, 3' , 3" ) mit: einem horizontalen Empfängerwinkel und einem vertikalen Empfängerwinkel unter Berücksichtigung der Lage des Auftreffpunktes (AP) bestimmt wird.
3. Lagebestimmungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass beim Bestimmen der Position die Lage des Auftreffpunktes (AP) berücksichtigt wird.
4. Lagebestimmungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Werte der Lage des Auftreffpunktes (AP) und/oder der Einfallsrichtung eine Mittelwertbildung erfolgt.
5. Lagebestimmungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass beim Bestimmen der Position und Orientierung der Einheit eine Neigungsmessung erfolgt .
6. Lagebestimmungsverfah ren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl.mit einer Polarisationsrichtung emittiert und vom Empfänger die Eolarisationsriσhtung detektiert wird, so dass die Lage des Empfängers (3,3' ,3' ' ) relativ zur Polarisationsrichtung ableitbar ist.
7. Iagebestimmungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageveränderung des Empfängers (3, 3", 3") und/oder der Einheit so gesteuert wird, dass eine vorgegebene Ausrichtung relativ zur Einfallsrichtung eingenommen wird, insbesondere dass die Position und Orientierung der Einheit durch ein Verfolgen der Einfallsrichtung als Leitstrahl kontinuierlich verändert wird.
8. Lagebestimmungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Übertragung von wenigstens Teilen der Lageinformationen von
- der Äbtasteinheit (2, 2', 2") an den Empfänger (3, 3', 3") und/oder die Einheit,
- dem Empfänger (3, 3', 3") und/oder der Einheit an die Äbtasteinheit (2, 2' , 2" ) ,
- der Abtasteinheit (2,2',2") an eine Steuereinheit (4,4',4") und/oder
- dem Empfänger (3, 3', 3") und/oder der Einheit an die Steuereinheit (4,4' ,4"), insbesondere über eine o Punk-, o Infrarot-, o Ultraschall- oder o Kabel-Verbindung .
9. Bewegbare Einheit zur Durchführung eines LagebestirnmungsVerfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit
- einer Tragerkomponente (1,1',1"), insbesondere mit einem Antrieb,, und
- einem Empfanger (3, 3' ,3") zum Empfang des Laserstrahls, wobei
- der Empfänger (3,3',3") gegenüber der Trägerkomponente (1, 1' , 1" ) verstellbar, insbesondere um ein oder zwei Achsen verdrehbar, angeordnet ist, und
- der Empfänger (3,3',3" ) und die Trägerkomponente (1,1',1") so ausgebildet und angeordnet sind, dass o die Einfallsrichtung des Laserstrahls in Bezug auf eine Empfängerachse und o die Stellung des Empfängers (3,3',3") relativ zur Trägerkomponente (1, 1" , 1' ' ) , insbesondere durch wenigstens einen Winkelsensor, detektierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (3,3' ,3") so ausgebildet ist, dass die Lage des Auftreffpunktes (AP) des Laserstrahls in der Eintrittspupille des Empfängers (3, 3', 3'') bestimmbar ist.
10. Bewegbare Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass der Empfänger (3, 3', 3") so ausgebildet ist, dasss die Lage des Auftreffpunkts (AP) gemeinsam mit einem Einfallswinkel des Laserstrahls detaktiert wird.
11. Bewegbare Einheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (3,3',3" ) eine Objektivlinse mit wenigatens einer strahlungseinpfindlichen und bezüglich des Laserstrahls positionssensitiven Detektorkomponente aufweist, wobei die Detektorkomponente in der Fokusebene angeordnet ist.
12. Bewegbare Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektivlinse (6) ein Strahlteuer mit wenigstens zwei strahlungaempfindlichen und bezüglich des Laserstrahls positionssensitiven Detektorkomponenten (8a, 8b) nachgeordnet sind, wobei die Detektorkomponenten (8a, 8b) entgegengesetzt defokussiert angeordnet sind.
13. Bewegbare Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch einen Neigungsmesser (5, 5') insbesondere einen, biaxialen Neigungsmesser.
14. Bewegbare Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch ein den Laserstrahl reflektierendes Element, insbesondere einen reflektierend ausgebildeten Bereich des Empfängers (3, 3', 3"), vorzugsweise einen reflektierend ausgebildeten Bereich einer Empfängeroptik.
15. Bewegbare Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (3, 3', 3'') polarisationssensitiv ausgebildet ist, so dass die Lage des Empfängers (3, 3' ,3") relativ sur Polarisationsrichtung ableitbar ist.
16. Bewegbare Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch eine Bearbeitungseinheit zur Veränderung einer Oberfläche, insbesondere zur Erzeugung bodengebundener Markierungen.
17. Lagebestimimungssystem zur Durchführung eines Lagebestimmungsverfahrens nach einem der Anspruche 1 bis 8, mit einer bewegbaren Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 16 und einer Abtasteinheit (2,2',2") mit
- einer Strahlungsquelle zur Emission eines Laserstrahls,
- einer Steuerkomponente zum Führen des Laserstrahls in einer Abtastbewegung über einen Raumwinkelbereich
- einer Messkomponente zum Empfangen des reflektierten Laserstrahls und Bestimmen von Richtung und Entfernung zu einem Reflexionsort des Laserstrahls, insbesondere nach dem Laufzeit- oder Phasenmessprinzipr und
- Kommunikationsmitteln zur Übertragung von Richtung und Entfernung, wobei die Steuerkomponente so ausgebildet ist, dass die Abtastbewegung frei vorgebbar ist.
18. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert oder durch eine elektromagnetische Welle verkörpert ist, nur Durchführung des Verfahrens nach .einem der- Ansprüche 1 bis 6, insbesondere wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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