Projektinformation/ Terrestisches Navigationssystem

Patent 101 20 895.2-35: "Terrestisches Navigationssystem"

Bodenbearbeitungs-Roboter für kleinere oder mittelgroße Flächen verlangen eine Navigationsgenauigkeit von mindestens +/-5 cm. Die Navigation über Satelliten (GPS-Navigation) für diese Art Bodenbearbeitungsgeräte scheidet aus nachstehend genannten Gründen aus:
Die geforderte Genauigkeit (< 5 cm) kann nur durch zwei gleichzeitig betriebene GPS-Empfänger-Systeme (Differentielles GPS) und der Verbindung zu GPS-Referenzstationen erfüllt werden (z. B. SAPOS-HEPS-System). Die Kosten für den GPS-Empfänger beginnen bei 25.000 DM, zusätzliche Gerätekosten (ab 2.000 DM) für die Anwahl der Referenzstation, zuzüglich der Kosten für die Verbindungszeit zur Referenzstation (0,15 - 0,40 DM/min). Hinzu kommt, daß man die angegebene Genauigkeit nicht für alle Positionen (Gelände- und Baumabschattungen) und Situationen (Satellitenkonstellation und Zustand der Ionosphäre) garantieren kann. Garantierte Genauigkeit ist nur mit weiterem technischen Aufwand und Kosten erreichbar.
Auch das ab dem Jahre 2008 vorgesehene Europa-GPS-Navigationssystem "Galilei" wird keine wesentlichen Änderungen bringen. Siehe hierzu:
[http://www.sapos.de] und [http://gibs.leipzig.ifag.de]


Aus diesen vereinfacht dargestellten Beziehungen wird ersichtlich, daß für die geplante Bodenbearbeitungs-Robotertechnik dieser Größenordnung die GPS-Navigationstechnik derzeit nicht realisierbar ist. Die Navigation für Roboter dieser Größenordnung ist auf ein territoriales Bereich zu beschränken.

Das Grundprinzip der terrestischen Navigation, wie es in dieser Form patentrechtlich geschützt ist, beruht auf nachstehend genannten Sachverhalten: Die von den Signalgebern (SG1) abgestrahlten oder reflektierten elektromagnetischen Wellen im sichtbaren oder nichtsichtbarem Lichtspektrum treffen auf den geschlitzten Rasterring (siehe Anlage 1 ). Nur die Strahlen, die zwischen Signalgeber und Rasterschlitz eine Senkrechte bilden, können die in der optischen Achse liegenden optoelektronischen Sensoren erreichen. Durch die Strahlung wird ein Sensor der Gruppe aktiviert und es ergibt sich am Ausgang ein Signal. Die übrigen zwei Sensoren dieser Gruppe sind für die Kennung dieses Signalgebers nicht empfindlich und bleiben ohne Reaktion. Die anderen Signalgeber (SG2 und SG3), die an anderen Positionen aufgestellt sind und ein anderes Lichtspektrum oder eine andere Kennung abstrahlen, aktivieren Sensoren der zweiten oder dritten Sensorreihe auf der Platine. Somit werden bei drei aufgestellten Signalgebern drei unterschiedliche Sensoren aktiviert die drei verschiedene Winkel zur Längsachse des Arbeitsgerätes bilden. Damit kann über geometrische Beziehungen ein nur für diese Position gültiger Koordinatenpunkt bezogen auf die Längsachse der Arbeitsmaschine und der Arbeitsfläche bestimmt werden. Bei der Bewegung der Arbeitsmaschine über die Arbeitsfläche (Lernphase) ergibt sich eine Schar von Koordinatenpunkten, die in einem elektronischen Speicher in der Reihe der Aufnahme abgelegt werden. Selbst wenn durch Abschattungen vorübergehend Einzelsignale ausfallen, können trotzdem Koordinatenpunkte durch Interpolation bestimmt werden.

In der Reproduktionsphase (Arbeitsphase), also der Robotertätigkeit, werden die Standortkoordinaten in der Reihe dem Speicher entnommen und die für diese Position zuständigen optoelektronischen Sensoren aktiviert. Durch die Steuerelektronik und das Antriebssystem (Anlage 2) wird der Roboter in die Position gefahren, daß die über die Signalgeber (SG1 bis SG3) einfallenden Lichtsignale mit den aktivierten Sensoren übereinstimmen. Danach wird die nächste Sensoreinheit aktiviert und die Position des Roboters durch die Steuereinheit korrigiert. In der Folge werden Fahrachse und Längsachse des Roboters ständig angeglichen, so daß die vorprogrammierte Fahrtstrecke auch an Hanglagen präzise eingehalten werden kann. Wenn an anderen Arbeitsflächen Signalgeber vorhanden sind oder umgesetzt werden (markierte Umsatzpunkte), können über weitere eingegebene oder aufgerufene Programme auch diese Flächen mit geringem Aufwand bearbeitet werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit oder zur Vergrößerung der Arbeitsfläche kann auch die Zahl der Signalgeber und damit die Zahl der optoelektronischen Sensoren pro Sensorgruppe vergrößert werden.

Das vorgestellte Navigationssystem ist für alle mechanisch, hydraulisch oder elektrisch angetriebenen Geräte geeignet, wenn die Steuerelektronik entsprechend angepaßt wird.