DE102010008807A1

DE102010008807A1 - Method for automatic remote controlling of controllable object on predetermined arbitrary virtual path, involves determining actual position of object on predetermined virtual path by one or multiple external sensors

Info

Publication number: DE102010008807A1
Application number: DE102010008807A
Authority: DE
Inventors: Juergen Engelskirchen
Original assignee: Engelskirchen Juergen Dipl-Ing 22395
Current assignee: Engelskirchen Juergen Dipl-Ing 22395
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-08-25

Abstract

The method involves determining an actual position (6) of the object (1) on the predetermined virtual path (2) by one or multiple external sensors (3) corresponding to a selected point of time, and calculating the course deviation parameter by comparing the actual position of the object with the target position (7) of the object on the virtual path.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Fernsteuerung mindestens eines steuerbaren Objekts auf einer vorgegebenen beliebigen virtuellen Bahn dergestalt, dass es erfindungsgemäß automatisierte Steuerungen von steuerbaren Objekten von außerhalb des Objektes auch in geschlossenen, von GPS-Positionierungssignalen abgeschirmten Räumen, mit vergleichsweise geringem Aufwand an technischen Mitteln bei hoher Positioniergenauigkeit erlaubt.The invention relates to a method for the automatic remote control of at least one controllable object on a predetermined arbitrary virtual path such that it according to the invention automated controls of controllable objects from outside the object even in closed, shielded by GPS positioning signals spaces, with relatively little effort on technical means allowed with high positioning accuracy.

Stand der TechnikState of the art

Bahnführungssysteme mit einer berührungsbehafteten oder berührungslosen Fesselung sind Stand der Technik; dabei werden materielle Spurführungen ausgelegt, die entweder mechanisch oder berührungslos über Magnete oder Sensoren verfolgt werden. Eine von zahllosen typischen berührungslosen Bahnführungen über eine Spurführung ist z. B. in JP 2000242330 oder JP 7261839 beschrieben.Web guiding systems with a contact or non-contact bond are state of the art; Material track guides are designed that are tracked either mechanically or without contact via magnets or sensors. One of countless typical non-contact web guides on a tracking is z. In JP 2000242330 or JP 7261839 described.

Eine weitere Möglichkeit der automatischen Spurführung ohne Fesselung stellt das sog. „Teach in”-Verfahren dar, wie es z. B. in JP 63003315 beschrieben ist; dieses Verfahren ist jedoch für schwimmende, fliegende und schwebende Objekte aufgrund der fehlenden Korrekturmöglichkeit von nachträglichen Kursstörungen ungeeignet.Another possibility of automatic tracking without restraint is the so-called "teach-in" method, as z. In JP 63003315 is described; However, this method is unsuitable for floating, flying and hovering objects due to the lack of correction of subsequent price disturbances.

Im vorliegenden Verfahren geht es um die Beschreibung einer vorteilhaften Bahnführung zur sicheren Verfolgung und Beibehaltung einer frei programmierbaren virtuellen Bahn ohne jede Fesselung mechanischer Natur und ohne Auslegen von materiellen Spurführungselementen entlang der virtuellen Bahn.The present method is concerned with the description of an advantageous web guide for the secure tracking and maintenance of a freely programmable virtual web without any binding of a mechanical nature and without laying out physical tracking elements along the virtual web.

Ungefesselte Bahnführungssysteme bzw. Positionierungssysteme für bewegliche, schwimmende, fahrende oder fliegende Objekte sind in Form von sogenannten Autopilot- oder DPS(Dynamische Positionierungs)-Systemen Stand der Technik. Damit werden Schiffe und Flugzeuge automatisch auf vorgegebenen virtuellen Bahnen gesteuert, bzw. im Falle von DPS auf einer vorgegebenen Position wahlweise auch unter Beibehaltung einer vorgewählten Kursrichtung stationär gehalten. Dabei errechnen die Systeme Differenzen zwischen Soll- und Ist-Position, und veranlassen automatisch geeignete Korrekturmanöver an die entsprechenden Propulsions- und Steuerorgane des beweglichen Objektes.Uncuffed web guiding systems or positioning systems for moving, floating, moving or flying objects are state of the art in the form of so-called autopilot or DPS (Dynamic Positioning) systems. Thus, ships and aircraft are automatically controlled on predetermined virtual paths, or in the case of DPS at a predetermined position optionally kept stationary while maintaining a preselected heading direction. The systems calculate differences between the setpoint and actual positions, and automatically initiate appropriate correction maneuvers to the corresponding propulsion and control elements of the moving object.

Sowohl bei Autopilot- als auch bei DPS-Systemen werden generell GPS-(Global Positioning Signal)Satellitensignale zur Positionserkennung (Tracking) der Ist-Position genutzt (z. B. JP 63028794 ; WO 2005070127 ); zur Erhöhung der Positionierungsgenauigkeit der derzeit für einige Positionierungsaufgaben zu ungenauen GPS-Positionierung werden gegebenenfalls zusätzliche ortsfeste Dreipunktmessungen mit akustischer, optischer oder elektromagnetischer Entfernungsmessung zu Hilfe genommen (z. B. GP 2030733). Zum frühzeitigen Erkennen von Kursabweichungen (Drehungen) und rechtzeitiger Gegenreaktion insbesondere bei schwimmenden, fliegenden und schwebenden Objekten sind ein bordeigener Rechner und die Signale eines bordfesten Kreiselkompasses (Gyro) unerlässlich, da die GPS-Signale hierzu zu ungenau sind; ohne einen bordfesten Kreiselkompass können Drehungen nur durch genaue Ortsbestimmung von 2 Punkten auf dem Objekt sicher eingemessen werden; GPS oder ein sog. digitaler Kompass (ein kleiner Sensor, der das Erdmagnetfeld misst) sind hierzu zu ungenau. Ein weiteres Hindernis bei der Nutzung von GPS stellt die Abschirmung vom Satellitensignal dar, die eine zuverlässige Nutzung des Systems in geschlossenen Räumen (Beispiel: Tunnel, Garage) verhindert.In both autopilot and DPS systems, GPS (Global Positioning Signal) satellite signals are generally used for position tracking (tracking) of the actual position (eg. JP 63028794 ; WO 2005070127 ); In order to increase the positioning accuracy of GPS positioning that is currently inaccurate for some positioning tasks, additional stationary three-point measurements with acoustic, optical or electromagnetic range finding may be used (eg GP 2030733). For early detection of course deviations (rotations) and timely backlash especially in floating, flying and floating objects, an on-board computer and the signals of a gyro onboard gyro are essential, as the GPS signals are too imprecise for this; without a fixed gyrocompass rotations can only be measured reliably by exact location of 2 points on the object; GPS or a so-called digital compass (a small sensor that measures the Earth's magnetic field) are too inaccurate for this purpose. Another obstacle when using GPS is the shielding from the satellite signal, which prevents reliable use of the system indoors (eg tunnel, garage).

Im Falle der bekannten Marschflugkörper (z. B. EP 2 080 981 ) erfolgt eine Bahnführung aufgrund kontinuierlicher dreidimensionaler bordeigener Auswertung von Ist-Bildern in Kursrichtung und deren Vergleich mit den Soll-Bildern der vorgegebenen Bahnführung; dadurch kann ganz oder teilweise auf das externe Tracking über GPS verzichtet und vollständig autark operiert werden. Die oben angeführte Patentschrift zielt auf eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten des bekannten Marschflugkörpers dergestalt, dass dem Objekt im Flug Korrekturdaten für eine modifizierte Bahnführung übermittelt werden können, die der bordeigene Rechner dann selbsttätig weiterverfolgt. Ohne bordeigenen Rechner und Kreiselkompass ist eine Bahnführung nicht möglich.In the case of the known cruise missiles (eg EP 2 080 981 ) is a web guide due to continuous three-dimensional on-board evaluation of actual images in the direction of the course and their comparison with the desired images of the given path guidance; As a result, GPS can be completely or partially dispensed with external tracking and operated completely autonomously. The patent mentioned above aims at expanding the possible uses of the known cruise missile such that correction data for a modified web guide can be transmitted to the object in flight, which the on-board computer then automatically pursues. Without on-board computer and gyrocompass a web guide is not possible.

In allen obigen Fällen ist der apparative Aufwand an Bord des beweglichen Objektes aufwendig und hoch, so dass sich eine Verwendung im Modellmaßstab verbietet. Bewegliche schwimmende oder fliegende, nicht straßen- bzw. schienengebundene Modell-Objekte werden deshalb ausschließlich über Funkfernsteuerungen manuell gesteuert; automatisierte Anlagen greifen deshalb ausschließlich auf schienengebundene bzw. anderweitig (z. B. mittels Magnetspur) gefesselte Modelle zurück.In all the above cases, the expenditure on equipment on board the moving object is complex and high, so that a use on a model scale prohibits. Mobile floating or flying, non-road or rail-bound model objects are therefore controlled manually only via radio remote controls; automated systems therefore rely exclusively on rail-bound or otherwise (eg by means of magnetic track) tied back models.

In der Patentschrift EP 1 965 222 wird ein Verfahren zur „Verfolgung” von ein oder mehreren Objekten beschrieben, vermittels welchem Soll- und Ist-Bahnen beweglicher Objekte von einer ortfesten Position (e. g. an Land) aus verglichen werden. Dabei ermittelt das Verfahren zunächst nach bestimmten Kriterien, ob ein bewegtes Objekt einer bestimmten bekannten (gespeicherten) Bahn zugeordnet werden kann, um es dann weiter zu verfolgen. Eine automatische Kurssteuerung des Objektes in Abhängigkeit der Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Kurs oder eine Übermittlung solcher Korrekturdaten vom ortsfesten Rechner an das bewegte Objekt ist in diesem Patent (im Unterschied zum hier vorgelegten Verfahren) nicht angelegt. Außerdem verweist die Patentschrift beim Tracking-Vorgang allgemein auf Multi Sensor-Tracker (MST); in der Beschreibung auf Küsten-Radar-Sensoren und sog. AIS(Automatic intendification System)-Sensoren, die die internationale Identifizierungs-Kennung des Objektes erfassen, sowie auf „alle anderen Arten von Sensorvorrichtungen”. Die dort direkt angeführten Systeme sind jedenfalls für die erfindungsgemäß im hier vorgelegten Patent verfolgten Zwecke zu aufwändig bzw. aufgrund ihres Platzbedarfes im Objekt nicht geeignet. Es ist die erfindungsgemäße Aufgabe, hierzu ein deutlich einfacheres Tracking-System vorteilhaft zum Einsatz zu bringen.In the patent EP 1 965 222 For example, a method of "tracking" one or more objects by which target and actual paths of moving objects are compared from a fixed position (eg, on land) is described. In this case, the method initially determines according to specific criteria whether a moved object can be assigned to a certain known (stored) path in order to then continue to track it. An automatic course control of the object depending on the deviations between desired and actual course or a transmission of such correction data from the stationary computer to the moving object is not created in this patent (in contrast to the method presented here). In addition, the patent generally refers to the Multi Sensor Tracker (MST) during the tracking process; in the description, coastal radar sensors and so-called AIS (Automatic Intention System) sensors which detect the object's international identification tag, as well as "all other types of sensor devices". The systems mentioned there are in any case too costly for the purposes pursued according to the invention and are not suitable for the space required in the object. It is the object of the invention to advantageously use a much simpler tracking system for this purpose.

In der Patentschrift EP 1365301 wird ein Verfahren insbesondere für die Bahnführung von Schiffen und Flugzeugen beschrieben, bei welchem die Propulsions-Manöver zur Erreichung des jeweils nächsten neuen virtuellen Bahnpunktes über eine rechnerische Simulation des dynamischen Bewegungsverhaltens des Objektes errechnet und zur Ausführung gebracht werden. ein solches Verfahren wird auch auf der Katamaranfähre Stena HSS 1500 eingesetzt („Autopilot and track-keeping algorithms for high-speed craft”, Claes G. Källström, SSPA Maritime Consulting, PO Box 24001, SE-400 22 Göteborg, Sweden). Im letzteren Verfahren erfolgt die Annäherung an die Kai mit Radar- und Kameraunterstützung. Der rechnerische Aufwand und damit der Aufwand an Hardware erfolgt an Bord und ist hoch; eine Fernsteuerung von Land aus, sowie eine präzise Erfassung des Objektortes und der Objektbewegung über die GPS-Methode hinaus (z. B. relativ zu einer Kaimauer) ist in der Beschreibung nicht angelegt. Für die hier beschriebene Verwendung ist deshalb eine solche Einrichtung generell ungeeignet.In the patent EP 1365301 a method is described in particular for the web guidance of ships and aircraft, in which the propulsion maneuvers are calculated to achieve the next new virtual path point via a computational simulation of the dynamic movement behavior of the object and brought to execution. Such a method is also used on the catamaran ferry Stena HSS 1500 ("Autopilot and track-keeping algorithms for high-speed craft", Claes G. Källström, SSPA Maritime Consulting, PO Box 24001, SE-40022 Gothenburg, Sweden). In the latter method, the approach to the quay is done with radar and camera support. The computational effort and thus the amount of hardware on board and is high; a remote control from land, as well as a precise detection of the object location and the object movement over the GPS method addition (eg relative to a quay wall) is not created in the description. Therefore, such a device is generally unsuitable for the use described here.

In der Patentschrift DE 3927851 wird ein Verfahren vornehmlich für fliegende Objekte für die fernkontrollierte Start- und Landephase beschrieben, welches auf die in dieser Phase zu ungenauen Messungen des momentanen Ortes und der Objektlage (wie z. B. GPS-Messungen) verzichtet, und eine Opto-elektronische Dreipunktmessung von 3 Leuchtpunkten beschreibt, die in einer festen Dreiecksform entweder am Objekt oder an der Bodenstation befestigt sind, und entweder von einer festen Bodenstation gegen das fliegende Objekt oder umgekehrt eingemessen werden. Dieses System findet bei jeder Überschneidung von wenigstens 2 der 3 Leuchtpunkte bzw. schon kurz davor seine Grenzen, und erlaubt damit nicht die hier erfindungsgemäß verfolgte beliebige Bahnsteuerung auch von Kreismanövern und revolvierenden Manövern wie Hin- und Rückfahrt, da bei solchen Manövern sich die Leuchtpunkte jedesmal stark annähern und zeitweise überdecken, und damit nicht mehr einmessbar sind. Im Falle einer bordgestützten Sensoranlage der zitierten Beschreibung ist zusätzlich der apparative Aufwand an Bord des beweglichen Objektes so hoch, dass sich die hier erfindungsgemäß unter Anderem verfolgte Verwendung im Modellmaßstab verbietet. Für die hier beschriebene Verwendung ist also eine solche Einrichtung generell ungeeignet.In the patent DE 3927851 A method is described primarily for flying objects for the remote controlled take-off and landing phase, which dispenses with inaccurate measurements of the current location and the object position (such as GPS measurements) in this phase, and an opto-electronic three-point measurement of Describes three luminous points, which are fixed in a fixed triangular shape either at the object or at the ground station, and are measured either by a fixed ground station against the flying object or vice versa. This system finds at each intersection of at least 2 of the 3 luminous points or shortly before its limits, and thus does not allow here pursued inventively arbitrary path control also of circular maneuvers and revolving maneuvers such as round trip, since in such maneuvers, the luminous points each time strongly approximate and cover at times, and thus are no longer einmessbar. In the case of a board-based sensor system of the cited description, in addition the expenditure on equipment on board the moving object is so high that the use according to the invention, which is pursued here according to the invention, on a model scale, is prohibited. For the use described here, such a device is therefore generally unsuitable.

In der Patentschrift JP 59011412 wird ein Verfahren zur Führung eines beweglichen Objektes auf Basis der bekannten Laser-Tracker vorgetragen. Dabei befindet sich auf dem Objekt das Messprisma (die sog. „Probe”), die vom ortsfest installierten Lasermessgerät angepeilt wird; ein Rechner errechnet aus Azimuth-Winkel und Distanz zwischen Laser-Standort und Objekt die jeweilige genaue Lage des Objektes im Raum, vergleicht mit der Soll-Lage und korrigiert die Lage über Radio-Transmitter (Funkfernsteuerung) gegebenenfalls. Die praktische Schwierigkeit einer solchen Anlage liegt in dem Problem, dass der Laserstrahl immer genau auf das Zielprisma treffen muss und entsprechend unabhängig von den Bewegungen des Objektes das Ziel niemals verlieren darf, da dann die Messung und damit die Ortsbestimmung sofort unterbrochen ist. Des weiteren ist bei dieser Methode das Problem zunächst ungelöst, mehrere Objekte im gleichen Manöverraum sicher zu unterscheiden und zu führen in dem Moment, wo sich ein Messprisma eines Objektes sich durch den Messstrahl eines anderen Objektes hindurch bewegt. Für die praktische Anwendung in der Öffentlichkeit bzw. für Anlagen mit Publikumsverkehr setzt auch der Schutz vor dem Augenkontakt mit dem Laserstrahl der Methode Grenzen. Die Methode kann auch zunächst nicht den Kurswinkel des Objektes ermitteln; ein schwimmendes, schwebendes oder fliegendes Objekt müsste also an 2 Punkten von 2 unabhängigen Laser-Entfernungsmessern angemessen werden, was den Aufwand erheblich erhöht. Eine solche Messanlage ist sehr aufwendig und teuer. Für die erfindungsgemäß hier beschriebene Anwendung ist diese Methode daher nicht geeignet.In the patent JP 59011412 a method for guiding a moving object based on the known laser trackers is presented. In this case, the measuring prism (the so-called "sample"), which is aimed at by the stationary installed laser measuring device, is located on the object; a computer calculates from azimuth angle and distance between laser location and object the respective exact position of the object in the room, compares with the desired position and corrects the situation via radio transmitter (radio remote control) if necessary. The practical difficulty of such a system lies in the problem that the laser beam must always meet exactly on the target prism and accordingly regardless of the movements of the object may never lose the target, since then the measurement and thus the location determination is immediately interrupted. Furthermore, in this method, the problem initially unresolved, safe to distinguish several objects in the same maneuver space and lead at the moment when a measuring prism of an object moves through the measuring beam of another object. For the practical application in the public or for systems with public traffic also the protection against the eye contact with the laser beam limits the method. The method can not first determine the course angle of the object; a floating, floating or flying object would therefore have to be appropriate at 2 points of 2 independent laser rangefinders, which increases the effort considerably. Such a measuring system is very complicated and expensive. Therefore, this method is not suitable for the application described here according to the invention.

Einen Sonderfall bilden die Schiffbauversuchsanstalten, bei denen Schiffe im Modellmaßstab in Wasserbecken möglichst naturgetreu gefahren und hinsichtlich ihrer Eigenschaften hochgenau zwecks späterer Umrechnung und Prognose der Großausführung vermessen werden. Bei den Manövrierversuchen fahren solche Modellschiffe ebenfalls fesselungsfrei mit eigenem Antrieb und Rudereinfluss, allerdings nicht zwangsweise auf einer festen vorgegebenen virtuellen Bahn, sondern mit vorgegebenen Rudermanövern. Komplexe Fahrsimulationen werden manuell über Funkfernsteuerung kontrolliert. Aufgrund der nicht-Nutzbarkeit der GPS-Signale (geschlossene Räume, Genauigkeit) werden eigene Tracking-Systeme mit optischer, elektromagnetischer oder akustischer Dreipunktmessung genutzt; in einem Falle auch berührungsbehaftete Messungen über einen auf Schienen mitfahrenden Messwagen über dem Objekt. Für die hier beschriebene automatische Bahnverfolgung eignen sich all diese Verfahren nicht.A special case is formed by the shipbuilding research institutes, in which ships are driven as realistically as possible on a model scale in water basins and precisely measured with regard to their properties for later conversion and prognosis of the major design. In the maneuvering trials such model ships also ride without restraint with their own drive and rudder influence, but not necessarily on a fixed predetermined virtual path, but with predetermined rudder maneuvers. Complex driving simulations are controlled manually via radio remote control. Due to the non-usability of the GPS signals (closed spaces, accuracy) own tracking systems with optical, electromagnetic or acoustic three-point measurement used; in one case also touch-sensitive measurements via a measuring carriage traveling over rails over the object. For the automatic tracking described here, all these methods are not suitable.

Einen weiteren Sonderfall stellen bewegliche Objekte dar, die über ein mitgeschlepptes Datenkabel ferngesteuert werden. Diese Technik findet bei sogenannten ROV's (Remote Operated Vehicle) Anwendung, z. B. bei Tauchrobotern. In neuesten Anwendungen werden geschleppte Glasfaser-Datenkabel auch zur Zielsteuerung von Raketen genutzt, vorzugsweise unter zusätzlicher Übermittlung eines vorausschauenden Videobildes aus dem Objekt wie beim ROV (z. B. EP 0355311 ). Hierbei handelt es sich aber lediglich um eine kabelgebundene, manuelle Fernsteuerung, und nicht um eine automatisierte Bahnsteuerung. Für die erfindungsgemäße Aufgabe ist diese Technik ohnehin ungeeignet, da sich geschleppte Kabel bei mehreren Objekten mit beliebigen, wiederholt befahrenen Bahnen verknoten, und zusätzlich der apparative Spulaufwand und/oder Schleppwiderstand des Kabels eine Verwendung der erfindungsgemäßen Art nicht erlauben.Another special case is moving objects, which are remotely controlled via a data cable. This technique is used in so-called ROV's (Remote Operated Vehicle) application, e.g. B. in diving robots. In recent applications, towed fiber optic data cables are also used to target missiles, preferably with additional transmission of a predictive video image from the object as in the ROV (e.g. EP 0355311 ). However, this is just a wired, manual remote control, not an automated path control. For the object of the invention, this technique is in any case unsuitable, since towed cables knot at several objects with any, repeatedly traveled lanes, and in addition the apparatus Spulaufwand and / or drag resistance of the cable does not allow use of the type according to the invention.

Es ist die erfindungsgemäße Aufgabe, ein vergleichbar einfaches und unaufwendiges Verfahren bereitzustellen, welches die wünschenswerten automatischen, beliebig oft wiederholbaren Bahnabläufe und Bahnsteuerungen von beweglichen, steuerbaren Objekten, auch und gerade im Modellmaßstab oder in einem Maßstab geeignet für Funparks, ohne Fesselung und menschlichen Eingriff, vermittels Fernsteuerung von einem ortsfesten, objektfernen Rechner ohne die oben ersichtlichen Zwänge und Aufwende erlaubt.It is the object of the present invention to provide a comparatively simple and inexpensive method which makes the desirable automatic, as often repeatable path sequences and path control of movable, controllable objects, also and especially on a model scale or on a scale suitable for fun parks, without restraint and human intervention, by means of remote control of a stationary, distant object computer without the above-mentioned constraints and expenditure allowed.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine automatisierte Bahnführung von beweglichen Objekten mit eigenem Antrieb und eigener Steuerung auf beliebigen, virtuellen, vorprogrammierten Bahnen ohne großen apparativem Aufwand auch für Objekte im Modellmaßstab zu ermöglichen, ohne manuelle Eingriffe. Ein solches Verfahren ist bisher nicht verwirklicht.The invention solves the problem of enabling an automated path guidance of moving objects with their own drive and own control on any, virtual, preprogrammed tracks without great expenditure on equipment for objects on a model scale, without manual intervention. Such a method has not been realized.

Dabei nutzt die Erfindung die vorhandene fahrtechnische Manöveraustattung der beweglichen Objekte, sowie erfindungsgemäß einfache, vorhandene Sensortechnik zum Tracking der Ist-Position der Objekte, handelsübliche ortsfeste Computer, auf denen das digitale Bilderkennungs- und Bahnführungsprogramm programmiert ist, und die mit einem handelsüblichen Interface die Steuerungsdaten über eine handelsübliche RC-Fernsteuerung die Kurskorrekturbefehle vom Rechner zum beweglichen Objekt übertragen.In this case, the invention uses the existing driving technique maneuvering the moving objects, and inventively simple, existing sensor technology for tracking the actual position of the objects, commercially available stationary computer on which the digital image recognition and trajectory program is programmed, and with a standard interface the control data Use a commercially available RC remote control to transmit the course correction commands from the computer to the moving object.

In einer typischen, erfindungsmäßigen Ausgestaltung am Beispiel eines schwimmenden Objektes (Modellschiff) (1 bzw. 12) läuft ein solches Verfahren wie folgt ab (1):
Das Schwimmende Objekt ist wie für solche Zwecke üblich standardmäßig mit einem oder mehreren Propellern zur Vorwärts- und Rückwärtsfahrt (9), mit einem oder mehreren Rudern zur Kurskorrektur in Fahrt nach Backbord oder Steuerbord (9), sowie mit ein- oder mehreren Manövriereinrichtungen wie z. B. Bug und/oder Heckstrahlruder (Querstrahl-Propeller) zur Durchführung einer Drehung ohne Fahrt (9) ausgerüstet. Diese Propulsionsorgane werden über eine handelsübliche Mehrkanal-RC(Remote Control)-Anlage mit Sender (4) und Empfänger/Servos (5) ferngesteuert. Zur Verdeutlichung sind diese Propulsionsorgane in 2 nochmals einzeln am schwimmenden Objekt (12) dargestellt als Propeller und Ruder (17) und Querstrahler (18).In a typical, inventive embodiment using the example of a floating object (model ship) ( 1 respectively. 12 ), such a procedure is as follows ( 1 ):
The floating object is standard for such purposes as standard with one or more propellers for forward and reverse ( 9 ), with one or more oars for heading correction to port or starboard ( 9 ), as well as with one or more maneuvering devices such. B. bow and / or stern thruster (cross-jet propeller) to perform a turn without drive ( 9 ) equipped. These Propulsionsorgane be over a commercially available multi-channel RC (Remote Control) system with transmitter ( 4 ) and receivers / servos ( 5 ) remotely controlled. For clarity, these propulsion devices are in 2 again individually at the floating object ( 12 ) shown as a propeller and rudder ( 17 ) and transverse radiators ( 18 ).

In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird diese RC-Anlage über ein handelsübliches Interface (13) mit einem ortsfesten Rechner (14) gekoppelt, so dass Steuerbefehle vom Rechner über das erfindungsgemäße Verfahren generiert und über die RC-Anlage mit Sender (4) und Empfänger (5) unverzüglich zum schwimmenden Objekt übertragen und zur Ausführung gebracht werden.In the embodiment of the invention, this RC system via a commercially available interface ( 13 ) with a stationary computer ( 14 ), so that control commands generated by the computer via the inventive method and the RC system with transmitter ( 4 ) and receiver ( 5 ) are promptly transferred to the floating object and brought to execution.

Ferner ist das Objekt im vorderen und hinteren Bereich mit geeigneten Identifikationsmerkmalen (15) ausgestattet, die zum einen dem eingesetzten Tracking-Sensor (3) die Unterscheidung des Objektes von anderen zu steuernden Objekten erlaubt, zum anderen die Unterscheidung von Vorn und Hinten zur Identifikation der Kursausrichtung. Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Auswahl einer optischen Tracking-Methode sind dies typischerweise Farbflächen oder farbige Positionslampen (15).Furthermore, the object is in the front and rear area with suitable identification features ( 15 ), on the one hand the tracking sensor used ( 3 ) allows the distinction of the object from other objects to be controlled, on the other hand the distinction between front and back for the identification of the course orientation. In the preferred selection of an optical tracking method according to the invention, these are typically colored surfaces or colored position lamps (US Pat. 15 ).

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Anlage wird dann mit diesen ein- oder mehreren Tracking-Sensoren (3) so ausgestattet, dass diese ein oder mehrere Objekte entweder alleine oder mit mehreren Sensoren überlappend im gesamten Gebiet, in dem die Objekte gesteuert werden sollen, abschattungsfrei erfassen können, und die Positionsdaten und der Kurs des Objektes aus den x- und y-Koordinaten XR, YR und XW, YW (6) der einzelnen Identifikationsmerkmale (15) über eine Bilderkennungs- und Bildauswertungs-Software (16) der individuellen Objekte im Rechner (14) zu beliebigen Zeitpunkten ausgewertet werden können (3).The inventively configured system is then with this one or more tracking sensors ( 3 ) are equipped so that these one or more objects, either alone or with multiple sensors overlapping in the entire area in which the objects are to be controlled, can detect shading, and the position data and the course of the object from the x and y coordinates XR , YR and XW, YW ( 6 ) of the individual identifiers ( 15 ) via an image recognition and image evaluation software ( 16 ) of the individual objects in the computer ( 14 ) can be evaluated at any time ( 3 ).

In dem erfindungsgemäß ausgestalteten Verfahren werden dem Rechner die Ausgangsdaten (17) der Bahnführung (2) für jedes Objekt (1) übergeben und dort gespeichert. Dies sind im Wesentlichen die charakteristischen Daten der beweglichen Objekte, insbesondere deren Propulsionsausrüstung- und -Charakteristika, so wie die Bahndaten mit typischerweise Start- und Zielpunkt, Start- und Ziel-Kursausrichtung, Soll-Punkten auf der Strecke, Wartezeiten bei Start und Ziel bzw. beim Wiederholen von Bahnen, besondere Manöver und Manöverbereiche auf der Strecke, und Geschwindigkeiten auf der Strecke.In the method designed according to the invention, the output data ( 17 ) of the web guide ( 2 ) for each object ( 1 ) and stored there. These are essentially the characteristic data of the moving objects, in particular their propulsion equipment and Characteristics, such as the trajectory data with typically start and end points, start and finish heading, target points on the track, waiting times at start and finish or when repeating tracks, special maneuvers and maneuvers on the track, and speeds the way.

Im Verfahren fragt der Rechner (14) zu geeigneten Zeitpunkten die Ist-Position des zu führenden Objektes (1 bzw. 12) beim Sensor (3) über das Bilderkennungsprogramm (16) ab und errechnet über die vorderen und hinteren Identifikationsmerkmale (15) die Kursausrichtung des Objektes (1 bzw. 12). Über die Verrechnung mit Position und Kurs des gleichen Objektes zum vorhergehenden Zeitschritt (Delta t) ermittelt der Rechner (14) dann noch die lateralen und rotatorischen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen des Objektes (im Falle eines Schiffes Schiffs-Geschwindigkeit und -Beschleunigung, Gier-Geschwindigkeit und -Beschleunigung).In the procedure, the computer asks ( 14 ) at appropriate times the actual position of the object to be guided ( 1 respectively. 12 ) at the sensor ( 3 ) via the image recognition program ( 16 ) and calculates over the front and rear identification features ( 15 ) the course orientation of the object ( 1 respectively. 12 ). The calculator determines the position and price of the same object at the previous time step (delta t). 14 ) then the lateral and rotational velocities and accelerations of the object (in the case of a ship, ship's speed and acceleration, yaw rate and acceleration).

Diese Daten werden nun mit den Soll-Daten (17) der Soll-Bahnführung (2) dergestalt verglichen, dass die Abweichungen (8) zwischen Soll- und Ist-Zustand des Objektes zeitlich und/oder örtlich ausgewertet werden.This data will now be updated with the target data ( 17 ) of the desired web guide ( 2 ) are compared in such a way that the deviations ( 8th ) between target and actual state of the object are evaluated temporally and / or locally.

In Abhängigkeit von Größe und Richtung dieser Abweichungen (8) ermittelt der Rechner (14) anschließend geeignete Korrekturbefehle zur Beaufschlagung der Steuereinrichtungen (9, 17, 18) des Objektes (1 bzw. 12), die über die Fernsteuerung (4) unverzüglich zur Ausführung auf dem Objekt (1 bzw. 12) übermittelt werden.Depending on the size and direction of these deviations ( 8th ) calculates the computer ( 14 ) then appropriate correction commands for loading the control devices ( 9 . 17 . 18 ) of the object ( 1 respectively. 12 ), via the remote control ( 4 ) immediately for execution on the object ( 1 respectively. 12 ).

Zum Beispiel wird der Rechner (14) bei Ermittlung einer Kursabweichung zwischen Soll- und Ist-Position nach Backbord zum Zeitpunkt t eine Ruderkorrektur mit Ruderlage nach Steuerbord veranlassen; bei zu niedriger Geschwindigkeit eine Erhöhung der Propellerdrehzahl voraus, usw..For example, the calculator ( 14 ) if a deviation in the course between the desired and the actual position to port is determined at time t, a rudder correction with rudder position to starboard is initiated; if the speed is too low, the propeller speed will increase, etc.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorhaltung und Anwendung eines getrennten Fahr- (10) und Manöverprogrammes (11) zur Bahnführung des Objektes (4). Bewegliche Objekte, wie insbesondere fliegende oder schwimmende Objekte, haben sehr unterschiedliches Kursverhalten in Fahrt- und Manöverbedingungen, und damit unterschiedliche Anforderungen an die Kurskontrolle und damit an die Bahnführung. Ein Schiff wird im Manöver z. B. die Querstrahl-Einrichtungen (z. B. Bug/Heckstrahler) nutzen, die es in Fahrt nicht nutzen kann. Es kann quer zur Fahrtrichtung bewegt werden (traversieren), was in freier Fahrt weder sinnvoll noch physikalisch möglich ist. Ein Flugzeug hat bei Start und Landung, beim Steig- und Sinkflug andere Eigenschaften und nutzt andere Flügel- und Ruderelemente als im freien Streckenflug.A special feature of the method according to the invention is the provision and application of a separate driving ( 10 ) and maneuver program ( 11 ) to the web guide of the object ( 4 ). Moving objects, such as in particular flying or floating objects, have very different course behavior in driving and maneuvering conditions, and thus different demands on the course control and thus on the web guide. A ship is in maneuver z. B. the cross-beam facilities (eg., Bug / tail lamps) use that it can not use in driving. It can be moved transversely to the direction of travel (traversing), which is neither sensible nor physically possible in free travel. An aircraft has different characteristics during take-off and landing, during ascent and descent and uses different wing and rudder elements than in free cross-country flight.

In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens wird zum einen über den Soll/Ist-Abgleich der Position des Objektes erkannt, ob es sich aus einem typischen Bereich mit freier Fahrt in einen Manöverbereich hinein oder umgekehrt heraus bewegt; in diesem Fall schaltet das Verfahren vom Fahrprogramm (10) auf das Manöverprogramm (11) und umgekehrt automatisch um. Dabei werden dann die bekannten Ausgangsdaten (17) des Objektes berücksichtigt, z. B. ob das Objekt im Falle eines Schiffes über einen Querstrahler im Heck verfügt oder nicht, um ihn gegebenenfalls für Korrekturmanöver einzusetzen und zu beaufschlagen.In the embodiment of the method according to the invention, on the one hand, the target / actual balance of the position of the object is detected, as to whether it moves out of a typical area with free travel into a maneuver area or vice versa; In this case, the procedure switches from the driving program ( 10 ) on the maneuver program ( 11 ) and vice versa automatically. The known output data ( 17 ) of the object considered, for. B. whether the object in the case of a ship has a transverse radiator in the rear or not, if necessary, to use it for correction maneuvers and act upon.

Zum anderen (5) fragt das Verfahren zu jedem Zeitschritt ab, ob es zu Kursinstabilitäten (21) gekommen ist; diese werden dadurch erkannt, dass die Kursabweichungen vom Sollkurs in mehreren aufeinander folgenden Zeitschritten divergieren (größer werden) und trotz Korrekturmanöver nicht konvergieren (kleiner werden). In einem solchen Fall wird das Verfahren z. B. im Falle eines Schiffes das Schiff aufstoppen, und nachfolgend im Manöverprogramm das Schiff auf den Sollkurs der Sollposition drehen, und dann zur Soll-Position traversieren lassen, um es danach wieder an das Fahrprogramm zur weiteren Bahnführung zu übergeben. Diese Rückgabe an das Fahrprogramm erfolgt dann, wenn der Unterschied zwischen Soll- und Ist-Position in x-und y-Richtung, sowie der Kurswinkel jeweils kleiner als eine vorgegebene Genauigkeitsgrenze Epsilon (22) sind.On the other hand ( 5 ) the process asks at each time step whether it is at price instabilities ( 21 ) has come; These are recognized by the fact that the price deviations from the target rate in several successive time steps diverge (get bigger) and despite convergence maneuvers do not converge (get smaller). In such a case, the method z. B. in the case of a ship to stop the ship, and subsequently turn the ship in the maneuver program to the desired course of the target position, and then traversed to the desired position to then pass it back to the driving program for further web guidance. This return to the driving program takes place when the difference between the desired and actual position in the x and y direction, and the course angle in each case smaller than a predetermined accuracy limit Epsilon ( 22 ) are.

Die Vorhaltung dieser Verfahren mit Manöver- und Fahrprogramm erlauben in vorteilhafter Weise die fehlersichere Nutzung von überlappenden, preisgünstigen Sensoren (3), um ein beliebig großes und beliebig gestaltetes Fahrtgebiet lückenlos zur Kontrolle der Bahnführung des Objektes abzudecken. Dabei werden jeweils im Überschneidungsbereich des Erfassungsgebietes der Sensoren (3) Start- und Zielgebiete für das Objekt auf dessen Soll-Bahn definiert und als Ausgangsdaten (17) im Rechner (14) gespeichert. Erreicht das Objekt das solchermaßen definierte Start- oder Zielgebiet, kann der Rechner die Führung des Objektes auf den nächsten geeigneten Sensor (3) übergeben, und die Bahnführung unterbrechungsfrei fortsetzen, und so fort.The provision of these methods with maneuvering and driving program advantageously allow the failsafe use of overlapping, low-cost sensors ( 3 ) to cover an arbitrarily large and arbitrarily designed travel area without gaps to control the web guide of the object. In each case, in the overlapping area of the detection area of the sensors ( 3 ) Defined starting and destination areas for the object on its target path and as output data ( 17 ) in the computer ( 14 ) saved. If the object reaches the thus defined starting or target area, the computer can move the guidance of the object to the next suitable sensor (FIG. 3 ), and continue the course without interruption, and so on.

Über eine kontinuierliche Wiederholung dieser Verfahrensschritte wird erreicht, dass die Objekte auf ihren vorgegebenen Bahnen im vorgegebenen Rhythmus automatisch gesteuert werden, und auch Störungen (Kursinstabilitäten) über eine automatische Rückkehr auf den Sollkurs automatisch ausgeglichen werden.A continuous repetition of these procedural steps ensures that the objects are automatically controlled in their predetermined orbits in the predetermined rhythm, and also disturbances (price instabilities) are automatically compensated for by an automatic return to the target rate.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2000242330 [0002]
JP 7261839 [0002]
JP 63003315 [0003]
JP 63028794 [0006]
WO 2005070127 [0006]
EP 2080981 [0007]
EP 1965222 [0009]
EP 1365301 [0010]
DE 3927851 [0011]
JP 59011412 [0012]
EP 0355311 [0014]

Claims

Method for the automatic remote control of at least one controllable object ( 1 ) on a given arbitrary virtual path ( 2 ) by computer-aided continuous comparison of at least one simple external sensor ( 3 ), which need not be a laser sensor, determined actual position of the object ( 1 ) with the desired position ( 7 ) on the given path ( 2 ) at a selected time t, and subsequent automatic calculation and transmission of suitable course correction control commands to the object ( 1 ) by a suitable external remote control ( 4 ) for influencing the internal control ( 5 ) of the object ( 1 ), which method comprises the following steps: A) at suitable times t is set via one or more external sensors ( 3 ) the actual position ( 6 ) of the object ( 1 ) and with the desired position ( 7 ) of the object ( 1 ) on the given path ( 2 ) and the course deviation parameters ( 8th ) calculates B) as a function of the known control devices ( 9 ) and control properties of the object ( 1 ), as well as the calculated course deviation ( 8th ), suitable course correction maneuvers are calculated and transmitted via the external remote control ( 4 ) for execution to the object ( 1 C) continuously repeats steps A) and B) for the controlled guidance of the object ( 1 ) on the given path ( 2 ) D) computer-aided recognition of price instabilities, start and finish conditions with computer-aided switching between a driving program ( 10 ) and a maneuver program ( 11 ) to the web guide.

Method according to Claim 1, according to which the driving program ( 10 ) the propulsion and control devices ( 17 ) of the object ( 12 ), and the maneuver program ( 11 ) additionally additional maneuvering devices ( 18 ) of the object ( 12 )

Method according to Claims 1 to 2, according to which the method is also used with the maneuver program ( 11 ) from a starting position to a suitable free driving position ( 19 ), and there to the driving program ( 10 ) or, conversely, when a target corridor has been reached ( 20 ) in free space from there to a fixed target position in a limited space by means of the maneuver program ( 11 ) to recover

The method of claim 1 to 3, after which the individual process steps are repeated and reversed as often as desired, so that automatic operations are possible

The method of claim 1 to 4, according to which the automatic processes are used for preferably model systems or fun parks

Method according to claims 1 to 5, wherein preferably floating and floating objects ( 12 ) to be controlled

Method according to Claims 1 to 6, according to which, according to certain criteria, in the driving program ( 10 ) any loss of control with price instability ( 21 ) and the maneuver program ( 11 ) is switched in such a way that the object ( 12 ) is first stopped at a local standstill, then aligned by means of suitable maneuvering commands (rotated), and then transversely or longitudinally traversed by means of suitable maneuver commands to the desired location (traversed), preferably while maintaining the desired course (Autoheading) until the target Place with a given accuracy Epsilon ( 22 ) and then the object ( 12 ) back to the driving program ( 10 ), and the driving program continues the controlled lane guidance

Method according to claims 1 to 7, wherein preferably the one or more sensors are used as optical camera sensors ( 3 ) are formed

Method according to claims 1 to 8, wherein the one or more objects ( 1 ) by color different front and rear identifiers, such as color areas or bulbs ( 15 ), by means of which the method can be calculated using the optical sensors ( 3 ) the objects ( 1 ) and their course direction, and the objects on their respective individual tracks ( 2 ) leads

Method according to claim 1 to 9, wherein preferably the one or more sensors are used as ultrasonic sensors or laser rangefinder sensors ( 3 ) and suitable transmitters or transponders ( 15 ) are arranged, which the sensors ( 3 ) allow the distinction of objects and their course direction.