PL240579B1

PL240579B1 - Wireless object positioning system

Info

Publication number: PL240579B1
Application number: PL432380A
Authority: PL
Inventors: Marcin Liżewski
Original assignee: Kreolink Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2022-05-02
Also published as: PL432380A1

Description

PL 240 579 B1PL 240 579 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest system precyzyjnego określania pozycji obiektu.The subject of the invention is a system for precise determination of the position of an object.

Bardzo rozpowszechnionymi systemami pozycjonowania są systemy satelitarne oraz radiowe wykorzystujące systemy oparte o GPS, RFID, UWB, BLUETOOTH, WiFi. Jednakże ich dokładności pozycjonowania nie są wystarczające do zapewnienia prawidłowego prowadzenia narzędzia po zadanej trajektorii, gdzie dokładność pozycjonowania powinna być na poziomie <= 1 mm. Dostępne na rynku rozwiązania do pozycjonowania nie zapewniają wystarczającej dokładności pozycjonowania w sposób ciągły - tak, aby możliwe było wykorzystanie tych informacji do prowadzenia narzędzia np. w postaci palnika do cięcia lub spawania.Very popular positioning systems are satellite and radio systems using systems based on GPS, RFID, UWB, BLUETOOTH, WiFi. However, their positioning accuracies are not sufficient to ensure the correct guidance of the tool along a given trajectory, where the positioning accuracy should be <= 1 mm. Positioning solutions available on the market do not provide sufficient positioning accuracy continuously - so that it is possible to use this information to guide the tool, e.g. in the form of a cutting or welding torch.

Znane rozwiązania wykazują niewystarczającą dokładność pozycjonowania dostępnych systemów pozycjonowania. Ponadto odznaczają się niewystarczającą prędkością działania (częstotliwości aktualizowania informacji o pozycji).Known solutions show insufficient positioning accuracy of the available positioning systems. In addition, they are characterized by insufficient operating speed (frequency of updating information about the position).

W literaturze opisanych jest kilka systemów pozycjonowania obiektów. Do najbardziej popularnych zalicza się systemy wykorzystujące fale radiowe bądź podczerwone, które dobrze sprawdzają się w przestrzeniach otwartych. Jednak w pomieszczeniach zamkniętych mogą występować błędne odczyty pozycji, wskutek wielokrotnych odbić fal elektromagnetycznych. Istniejące systemy pozycjonowania korzystają z różnych sposobów określania pozycji, bazując na informacji o punktach odniesienia oraz na:Several object positioning systems are described in the literature. The most popular are the systems that use radio or infrared waves, which work well in open spaces. However, in confined spaces, position readings may be incorrect due to repeated reflections of electromagnetic waves. Existing positioning systems use different ways to determine position based on information about reference points and on:

- pomiarach odległości - jest to jedna z najczęściej stosowanych technik określania pozycji obiektu, wykorzystująca metodę trilateracji, w której wymagana jest znajomość minimum trzech odległości (np. GPS);- distance measurements - it is one of the most commonly used techniques for determining the position of an object, using the trilateration method, in which it is required to know at least three distances (eg GPS);

- pomiarach kątów - gdzie do określenia pozycji obiektu wykorzystuje metodę triangulacji, w której wymagana jest znajomość minimum trzech kątów;- angle measurements - where to determine the position of the object it uses the triangulation method, in which it is required to know at least three angles;

- pomiarach jednej odległości i dwóch kątów - stosowana w systemach śledzenia wizyjnego;- measurements of one distance and two angles - used in vision tracking systems;

- pomiarze mocy sygnału - punkty bazowe (odniesienia) wysyłają sygnał (najczęściej drogą radiową lub w podczerwieni), a pozycja obiektu jest określana poprzez pomiar mocy odebranego sygnału.- signal strength measurement - base (reference) points send a signal (most often via radio or infrared), and the position of the object is determined by measuring the strength of the received signal.

Do pomiaru odległości pomiędzy obiektem a punktami odniesienia obecnie stosowane są głównie dwie techniki opierające się o pomiar czasu przelotu oraz pomiar różnicy czasu odebrania sygnału.Currently, two techniques are used to measure the distance between an object and reference points, based on the measurement of the time of flight and the measurement of the signal reception time difference.

W opisie EP0659265 został ujawniony system pozycjonowania i pomiaru przestrzennego dostarczający informacji o pozycji obiektu w trzech wymiarach przy wykorzystaniu jednej lub więcej stałych stacji bazowych oraz jednej lub kilku przenośnych systemów z czujnikiem pozycji. Przedstawiony system wykorzystując co najmniej 3 stacjonarne stacje bazowe pozwala na określenie pozycji jednego lub kilku przenośnych reflektorów pozycji. Każda z stałych stacji bazowych wytwarza zbiór wiązek laserowych obracających się ze stałą prędkością kątową. Dodatkowo każda z bazowych stacji posiada odbiornik światła. W momencie, gdy obracająca wiązka światła znajdzie się w linii z przenośnym reflektorem pozycji - zostanie odbita i odebrana przez stację bazową. Na podstawie informacji o kącie i czasie odebrania wiązki odbitej na poszczególnych stacjach bazowych wyliczana jest pozycja obiektu.EP0659265 discloses a spatial positioning and measurement system providing information about the position of an object in three dimensions using one or more fixed base stations and one or more portable position sensor systems. The presented system, using at least 3 stationary base stations, allows to determine the position of one or more portable reflectors. Each of the fixed base stations produces a set of laser beams rotating at a constant angular speed. Additionally, each of the base stations has a light receiver. As soon as the rotating light beam is in line with the portable position reflector - it will be reflected and picked up by the base station. The position of the object is calculated based on the information about the angle and time of receiving the beam reflected at individual base stations.

Z opisu patentowego US20190141470 znany jest system łączący urządzenie do pozycjonowania obiektów w czasie rzeczywistym (ang. real-time location system - RTLS) oraz stanowisko do pozycjonowania geodezyjnego (ang. robotic total station - RTS) w postaci teodolitu oraz elektronicznego czujnikiem odległości. Pomiar pozycji śledzonego obiektu w przedstawionym rozwiązaniu dokonuję się poprzez śledzenie pozycji operatora zbliżającego się do docelowego miejsca poprzez układ RTLS lub RTS w zależności w jakiej odległości jest operator od docelowego miejsca. Rozwiązanie to ma tę niedogodność, że do pozycjonowania obiektu przewiduje użycie operatora przez co przedstawione rozwiązanie nie jest w pełni autonomiczne.The patent description US20190141470 describes a system that combines a real-time location system (RTLS) and a robotic total station (RTS) in the form of a theodolite and an electronic distance sensor. The measurement of the position of the tracked object in the presented solution is made by tracking the position of the operator approaching the target place through the RTLS or RTS system, depending on the distance of the operator from the target place. This solution has the disadvantage that the positioning of the object requires the use of an operator, so that the presented solution is not fully autonomous.

Istotą rozwiązania jest system precyzyjnego określania pozycji obiektu przy wykorzystaniu jednej lub więcej stałych stacji bazowych z nadajnikami wiązek światła, jednego lub kilku przenośnych systemów z czujnikiem pozycji oraz odbiornika światła, umieszczonego na obiekcie, zmieniającym pozycję w przestrzeni, w którym każdy z nadajników wiązek światła posiada co najmniej jeden bezluzowy układ napędowy oraz kontroler charakteryzujący się tym, że odbiornik światła posiada siatkę czujników optycznych tworzącą zbiór czujników światła rozmieszczonych cylindrycznie oraz kontroler i bezprzewodową dwukierunkową wymianę informacji z nadajnikami za pomocą modułu komunikacji.The essence of the solution is a system for precise determination of the position of the object using one or more fixed base stations with light beam transmitters, one or more portable systems with a position sensor and a light receiver located on the object, changing its position in space, in which each of the light beam transmitters has at least one backlash-free drive system and controller, characterized in that the light receiver has an optical sensor grid forming a plurality of cylindrically arranged light sensors, and a controller and wireless two-way information exchange with transmitters by means of a communication module.

System według wynalazku zapewnia ciągłą (aktualizowaną w sposób ciągły) oraz precyzyjną (na poziomie poniżej 1 mm) informację o pozycji obiektu w przestrzeni. Eliminuje konieczność stosowaniaThe system according to the invention provides continuous (continuously updated) and precise (less than 1 mm) information about the position of the object in space. Eliminates the need for use

Claims

Expensive rails / tracks in machines and devices guiding the tool in the form of e.g. a cutting or welding torch.

In addition, it ensures the mobility of the system allowing to increase the accuracy of robots and small self-propelled machines.

The system for precise determination of the object position is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a set of three fixed light beam transmitters positioned in the corners and a light receiver positioned on the object, and Fig. 2 shows a side view of the transmitter with the receiver and the object.

The system of precise determination of the position of the object 3, i.e. the tool of the device or machine, e.g. in the form of a torch or a gripper, is equipped with a set of three stationary transmitters of light beams 1, 2, 3 located in the corners and a light receiver 4, placed on the tracked object 5, which can change your position in space. Each of the light beam transmitters 1, 2, 3 is equipped with a backlash-free drive system 6 allowing for angular vertical and horizontal positioning of the light beam in relation to the light receiver 4 and a dedicated controller 7 with special software ensuring control of the drive systems 6 and wireless two-way information exchange with the receiver 4 by means of a communication module 8. Light receiver 4 is equipped with a characteristic grid of 9 optical sensors forming a set of light sensors 10 arranged in a cylindrical manner and a dedicated controller 11 with special software ensuring the reading of information about the position and intensity of light beams and wireless two-way exchange of information with transmitters 1, 2, 3 by means of a communication module 12. Transmitters 1, 2, 3 emit light beams towards the receiver 4 at the set points located in the space of the receiver grid 4. When the position of the receiver 4 changes, they track these points by correcting the appropriate o the light beams according to the information given by the receiver 4, so as to maintain the reference light values at the reference points 13 of the grid 9 of the optical sensors. To ensure the correct operation of the system, it is required to perform a one-time calibration of the transmitters 1,2, 3 after each change of the position of any of the transmitters using a special template or set in the tool system - 3 non-collinear points in space - in order to determine the coordinates of the location of individual transmitters 1, 2 , 3 in the reference frame of the object 5. The parameters of the position of the object 5 in the x, y, z space are calculated by the controller of the light receiver 11 based on the knowledge of the coordinates of the position of individual transmitters 1,2, 3 determined during calibration and the angle of light beams in individual transmitters 1 , 2, 3.

Patent claim

1. A system for precise determination of the position of an object using one or more fixed base stations with light beam transmitters, one or more portable systems with a position sensor and a light receiver located on the object, changing its position in space, each of the light beam transmitters (1 , 2, 3) has at least one backlash-free drive system (6) with a controller (7) characterized in that the light receiver (4) has a grid (9) of optical sensors forming a set of light sensors (10) arranged cylindrically and a controller (11) and wireless two-way information exchange with transmitters (1, 2, 3) by means of a communication module (12).