[go: up one dir, main page]

DE102021107197B4 - Method for determining the position and spatial orientation of a tool - Google Patents

Method for determining the position and spatial orientation of a tool Download PDF

Info

Publication number
DE102021107197B4
DE102021107197B4 DE102021107197.6A DE102021107197A DE102021107197B4 DE 102021107197 B4 DE102021107197 B4 DE 102021107197B4 DE 102021107197 A DE102021107197 A DE 102021107197A DE 102021107197 B4 DE102021107197 B4 DE 102021107197B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
determination unit
tool
position determination
data set
attitude
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.)
Active
Application number
DE102021107197.6A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102021107197A1 (en
Inventor
gleich Patentinhaber Erfinder
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to DE102021107197.6A priority Critical patent/DE102021107197B4/en
Priority to EP22716901.8A priority patent/EP4314419A1/en
Priority to PCT/EP2022/057199 priority patent/WO2022200220A1/en
Publication of DE102021107197A1 publication Critical patent/DE102021107197A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021107197B4 publication Critical patent/DE102021107197B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/264Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20Instruments for performing navigational calculations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/14Receivers specially adapted for specific applications
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/35Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40Correcting position, velocity or attitude
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/48Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G01S19/49Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system whereby the further system is an inertial position system, e.g. loosely-coupled

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

Verfahren zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs (2) zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger (3) eines Landfahrzeugs (1), mit den Schritten:
(S1100) Bestimmen eines Positions-Datensatzes (PDS) indikativ für die Position einer Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) einer Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe (4) an dem Werkzeug (2) mit einem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8),
(S1200) Bestimmen eines Lage-Datensatzes (LDS) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit einer Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8),
(S1300) Auswerten des Positions-Datensatzes (PDS) und des Lage-Datensatzes (LDS) unter Verwendung eines Kalibrier-Datensatzes (KDS), um einen Ausgangs-Datensatz (ADS) indikativ für die Raumlage und Position des Werkzeugs (2) zu bestimmen, und
(S1400) Ausgeben des Ausgangs-Datensatzes (ADS).

Figure DE102021107197B4_0000
Method for determining the position and spatial orientation of a tool (2) for soil cultivation on an adjustable boom (3) of a land vehicle (1), comprising the steps:
(S1100) Determining a position data set (PDS) indicative of the position of a position and position determination unit (8) of a position and position determination assembly (4) on the tool (2) with a GNSS module (702) of the position and position determination unit (8),
(S1200) Determining a position data set (LDS) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8) with a position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8),
(S1300) evaluating the position data set (PDS) and the position data set (LDS) using a calibration data set (KDS) to determine an output data set (ADS) indicative of the spatial orientation and position of the tool (2), and
(S1400) Output the output data set (ADS).
Figure DE102021107197B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger eines Landfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein System zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger eines Landfahrzeugs und eine Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe für ein derartiges System.The invention relates to a method for determining the position and spatial orientation of a soil cultivation tool on an adjustable boom of a land vehicle. The invention further relates to a computer program product, a system for determining the position and spatial orientation of a soil cultivation tool on an adjustable boom of a land vehicle and an orientation and position determination assembly for such a system.

Dabei wird unter einer Positionsbestimmung die Ermittlung einer Position des Werkzeugs oder eines Abschnitts des Werkzeugs in Bezug zu einem definierten Fixpunkt verstanden, während unter der Raumlagebestimmung die Bestimmung der Ausrichtung des Werkzeugs zum umgebenden Raum verstanden wird, vor allem bezüglich der Horizontalen bzw. der Lotrichtung.In this case, position determination is understood to mean the determination of a position of the tool or a section of the tool in relation to a defined fixed point, while spatial orientation determination is understood to mean the determination of the orientation of the tool in relation to the surrounding space, especially with regard to the horizontal or the plumb line.

Auf Baustellen werden Bodenbearbeitungen nach Planvorgaben ausgeführt, welche typischerweise entweder relativ zu einem Bezugspunkt vorliegen oder als absolute geostationäre dreidimensionale Positionsdaten. Dies kann zum Beispiel das Einebnen einer Fläche auf eine absolute Höhe oder eine zu einem Bezugspunkt relative Höhe oder das Ausheben von dreidimensionalen Bodenprofilen einschließen.On construction sites, soil preparation operations are carried out according to plan specifications, which are typically either relative to a reference point or as absolute geostationary three-dimensional position data. This may include, for example, levelling a surface to an absolute height or a height relative to a reference point or excavating three-dimensional soil profiles.

Hierzu werden Baumaschinen, wie z.B. Bagger, eingesetzt. Dabei wird unter einem Bagger eine Baumaschine zum Lösen und Bewegen von Boden und Fels, insbesondere zum Ausheben und Wiederverfüllen von Erdvertiefungen, wie etwa Baugruben und Schächten, verstanden.Construction machines such as excavators are used for this purpose. An excavator is a construction machine used to loosen and move soil and rock, in particular for digging and backfilling earth depressions such as excavation pits and shafts.

Derartige Bagger sind als selbstfahrende Landfahrzeuge ausgebildet und weisen einen auf einem Fahrgestell des Baggers um seine Hochachse drehbaren Aufbau mit einem Ausleger auf, an dessen distalem Ende ein Werkzeug, wie eine Baggerschaufel, befestigt ist. Der Ausleger selbst weist eine Mehrzahl von Gelenken auf und kann mit ihnen so radial einwärts und auswärts verlagert werden. Die Verlagerung des Auslegers und des Werkzeugs wird üblicherweise per Hydraulik oder mit Elektromotoren bewirkt.Such excavators are designed as self-propelled land vehicles and have a structure on the chassis of the excavator that can rotate around its vertical axis and has a boom, to the distal end of which a tool, such as an excavator bucket, is attached. The boom itself has a number of joints and can be moved radially inwards and outwards with them. The movement of the boom and the tool is usually achieved using hydraulics or electric motors.

Bodenprofile müssen je nach Bauvorgaben oft Ausführungsgenauigkeiten von wenigen Zentimetern aufweisen. Beispielsweise wird für eine Bodenplatte eines Hauses eine plane Fläche mit einer Abweichung von maximal +/- 1,5 cm in Bezug auf die geostationäre Position und Höhe benötigt. Die Erzeugung von Bodenprofilen mit obiger Genauigkeit und absoluter Positionierung erfordert einen speziell dafür ausgerüsteten Bagger oder aufwendige Messverfahren.Depending on the building specifications, soil profiles often have to have an accuracy of a few centimeters. For example, a floor slab for a house requires a flat surface with a maximum deviation of +/- 1.5 cm in relation to the geostationary position and height. The creation of soil profiles with the above accuracy and absolute positioning requires a specially equipped excavator or complex measuring methods.

Alternativ wird insbesondere auf Kleinbaustellen ein nicht speziell dafür ausgerüsteter Bagger verwendet, wobei eine weitere Person zwischen den Erdbearbeitungsvorgängen jeweils die abzutragende Höhe mit einer Messausrüstung bestimmt. Der Maschinenführer des Baggers und die weitere Person können im Zusammenspiel ein derartiges Bodenprofil bereitstellen. Ein Baustellenmessgerät zur Unterstützung bei derartigen Arbeiten ist z.B. aus der WO 2014 / 146809 A1 bekannt. Jedoch ist dieses Vorgehen zeitaufwendig und personalintensiv.Alternatively, an excavator that is not specially equipped for this purpose is used, particularly on small construction sites, with another person determining the height to be removed using measuring equipment between earth-working operations. The excavator operator and the other person can work together to provide such a soil profile. A construction site measuring device to support such work is available, for example, from the WO 2014 / 146809 A1 However, this procedure is time-consuming and labor-intensive.

Es kann auch ein speziell ausgerüsteter Bagger, meist basierend auf GNSS (Globale Satelliten Navigationssysteme wie GPS, Galileo, GLONASS und Beidu) und/oder Laserreferenzebene, mit technisch aufwendiger Lösung, die vollständig im Bagger integriert ist, verwendet werden. Solche Systeme sind ab Werk verbaut. Diese Bagger sind mit Sensoren an allen, das Werkzeug tragenden, beweglichen Elementen des Auslegers ausgestattet und müssen entsprechend kalibriert und vermessen werden. Diese speziell ausgerüsteten Bagger nutzen oft Systeme, welche in die Maschinensteuerung eingreifen und den Erdaushubprozess teilautomatisieren.A specially equipped excavator can also be used, usually based on GNSS (Global Satellite Navigation Systems such as GPS, Galileo, GLONASS and Beidu) and/or laser reference plane, with a technically complex solution that is fully integrated into the excavator. Such systems are installed ex works. These excavators are equipped with sensors on all moving elements of the boom that carry the tool and must be calibrated and measured accordingly. These specially equipped excavators often use systems that intervene in the machine control and partially automate the excavation process.

Ein solches System ist z.B. aus der WO 2008 / 091395 A2 bekannt. Das System ist zur dreidimensionalen Führung eines Baggers, basierend auf GPS und Laserreferenz, ausgebildet und beinhaltet einen mobilen GPS-Empfänger, ein System zur Positionierung eines Werkzeugs in Relation zum Bagger, einen Laserdetektor sowie ein eingebautes Steuerungssystem. Jedoch kann eine externe Laserquelle leicht abgeschattet werden und muss bei einer größeren Änderung der Tiefe neu justiert werden. Ferner sind die Anbringung und Kalibrierung aufwendig.Such a system is e.g. from the WO 2008 / 091395 A2 The system is designed for three-dimensional guidance of an excavator based on GPS and laser reference and includes a mobile GPS receiver, a system for positioning a tool in relation to the excavator, a laser detector and a built-in control system. However, an external laser source can easily be obscured and must be readjusted if there is a major change in depth. In addition, installation and calibration are complex.

Mit einem solchen System kann der Arbeitsprozess deutlich schneller erfolgen, es sind aber speziell ausgestattete Bagger und auf das System angelernte Maschinenführer erforderlich. Diese müssen zwischen den Baustellen nach Bedarf bewegt werden. Diese Vorgehensweise ist auf Großbaustellen üblich.With such a system, the work process can be carried out much more quickly, but specially equipped excavators and machine operators trained in the system are required. These must be moved between construction sites as required. This procedure is common on large construction sites.

Es können auch nicht speziell dafür ausgerüstete Bagger verwendet werden, welche entsprechend nachgerüstet werden. Es sind Nachrüstmöglichkeiten bekannt, die aber technisch aufwendig sind. Bei der Installation solcher Systeme ist die manuelle Vermessung und Kalibrierung mindestens eines Teils der Baggergeometrie, wie des Auslegers, nötig, damit ein Steuergerät die Position des Werkzeugs ermitteln kann.Excavators that are not specifically equipped for this purpose can also be used, but are retrofitted accordingly. Retrofitting options are known, but they are technically complex. When installing such systems, manual measurement and calibration of at least part of the excavator geometry, such as the boom, is necessary so that a control unit can determine the position of the tool.

Bei GNSS basierten Systemen müssen meist mehrere dieser Drehpunkte bzw. Gelenkpunkte des Auslegers erfasst werden, da der GNSS-Empfänger typischerweise auf dem Rumpf des Baggers befestigt wird. Die Kalibrierung ist daher ein zeitlich und technisch aufwendiger Prozess.With GNSS-based systems, several of these pivot points or articulation points of the boom usually have to be recorded, since the GNSS receiver is typically attached to the hull of the excavator. Calibration is therefore a time-consuming and technically complex process.

Es gibt auch Nachrüstsysteme, welche mit weniger Drehpunkten auskommen und z.B. über optische Laserreferenzebenen arbeiten. Ein derartiges System ist z.B. aus der DE 3 875 332 T2 zur Bestimmung einer Tiefe bekannt, bis zu der ein Bagger einen Graben ausheben soll. Dieses System wirkt mit einer externen Laserquelle zusammen, um die Tiefe des Grabens auf eine festgelegte Entfernung unter der Ebene des durch den Laser erzeugten Strahls zu beziehen. Hierzu werden externe Laserquellen verwendet, welche leicht abgeschattet werden können und bei jeder größeren Änderung der Tiefe neu justiert werden müssen. Ferner sind die Anbringung und Kalibrierung aufwendig.There are also retrofit systems that require fewer pivot points and work, for example, via optical laser reference planes. One such system is, for example, from the EN 3 875 332 T2 to determine the depth to which an excavator should dig a trench. This system works with an external laser source to relate the depth of the trench to a set distance below the plane of the beam generated by the laser. This uses external laser sources that can easily be shaded and must be readjusted for each major change in depth. Furthermore, installation and calibration are complex.

Es gibt auch Systeme, welche eine Kombination der beiden vorgehend genannten Verfahren nutzen und somit entsprechend aufwendig vermessen und kalibriert werden müssen. Des Weiteren gibt es auch Lösungsvorschläge, welche das Werkzeug über andere Technologien vom Baggerrumpf aus verfolgen und somit eine aufwendige Sensorik und Vermessung am Ausleger umgehen.There are also systems that use a combination of the two methods mentioned above and therefore have to be measured and calibrated at great expense. There are also proposed solutions that track the tool from the excavator hull using other technologies, thus avoiding complex sensors and measurements on the boom.

Aus der US 2019 / 0003825 A1 ist eine integrierte Sensoreinheit zur Maschinensteuerung bekannt, welche einen Maschinenführer dabei unterstützt, die korrekte Aushubtiefe zu finden. Die integrierte Sensoreinheit umfasst einen Beschleunigungssensor, einen Laser-Distanz-Sensor (LDM) sowie einen Laserempfänger für die Detektion einer Laserreferenzebene und optional einen GPS-Empfänger. Diese Einheit wird am Ausleger des Baggers befestigt und kann über den LDM die Stellung eines Werkzeugs erfassen. Für die Kalibrierung ist eine händische Vermessung notwendig. Für die Nutzung ist die Anbringung einer geeigneten LDM-Referenz notwendig.From the US 2019 / 0003825 A1 An integrated sensor unit for machine control is known, which helps a machine operator to find the correct excavation depth. The integrated sensor unit includes an acceleration sensor, a laser distance sensor (LDM) and a laser receiver for detecting a laser reference plane and optionally a GPS receiver. This unit is attached to the boom of the excavator and can detect the position of a tool via the LDM. Manual measurement is necessary for calibration. A suitable LDM reference must be attached for use.

Aus der DE 2020 10018131 U1 ist eine Erkennung von Transportzustandsinformationen über an dem Transportobjekt angebrachte Transponder durch eine Transportvorrichtung bekannt, welche Bewegungsdaten, z.B. über ein GPS, erfasst. Transportzustandsinformationen können unter anderem auch Entfernungen zwischen der Transportvorrichtung und dem Transponder sein. Dadurch ist ein System gegeben, welches die Distanz zwischen einem RFID-Transponder, welcher z.B. an einem Werkzeug angebracht werden kann, und einer Transportvorrichtung, wie einem Bagger, ermittelbar macht. RFID (Radio-Frequency Identification) kann zwar eine gute Distanzauflösung bei freier Sichtlinie zum Transponder erzielen, jedoch ist die Messung des Winkels zwischen dem Baggerrumpf und dem Werkzeug technisch aufwendig und ungenau.From the EN 2020 10018131 U1 It is known that transport status information can be detected via transponders attached to the transport object by a transport device which records movement data, e.g. via a GPS. Transport status information can also be distances between the transport device and the transponder. This provides a system which makes it possible to determine the distance between an RFID transponder, which can be attached to a tool, for example, and a transport device such as an excavator. RFID (Radio Frequency Identification) can achieve good distance resolution with a clear line of sight to the transponder, but measuring the angle between the excavator hull and the tool is technically complex and inaccurate.

Aus der EP 1 029 306 B1 ist ein Verfahren zur optischen Erfassung von Position und Raumlage eines Werkzeugs in Relation zu einer Maschine bekannt. Dieses Verfahren nutzt Marker auf dem zu folgenden Werkzeug, welche eine vorbestimmte relative Position zueinander aufweisen. Die Erkennung basiert auf Bildverarbeitungsalgorithmen. So können z.B. die Position und Raumlage einer Baggerschaufel in Relation zum Bagger ermittelt werden. Es genügt eine Sensoreinheit zum Verfolgen des Werkzeugs, aber je nach Technologie sind Nutzungsmöglichkeiten und/oder Auflösung beschränkt. So sind z.B. optische Verfahren darauf angewiesen, immer eine ausreichende Sicht auf das Werkzeug zu haben. Ferner ist dieses Verfahren empfindlich gegenüber Verunreinigungen der Marker oder einer Kamera.From the EP 1 029 306 B1 A method for optically detecting the position and spatial orientation of a tool in relation to a machine is known. This method uses markers on the tool to be followed, which have a predetermined relative position to each other. The detection is based on image processing algorithms. For example, the position and spatial orientation of an excavator bucket in relation to the excavator can be determined. One sensor unit is sufficient to track the tool, but depending on the technology, the possible uses and/or resolution are limited. For example, optical methods rely on always having a sufficient view of the tool. Furthermore, this method is sensitive to contamination of the markers or a camera.

Aus der US 6 665 465 B2 ist eine Räumschildregelung für eine als Grader ausgebildete Baumaschine bekannt, bei der mit einem Ultraschallsensor ausgehend vom Referenzpunkt die Position und Neigung eines Räumschildes erfasst und angepasst wird.From the US 6 665 465 B2 A dozer blade control system is known for a construction machine designed as a grader, in which the position and inclination of a dozer blade is detected and adjusted using an ultrasonic sensor starting from the reference point.

Aus der US 2016 / 0076228 A1 ist ein Führungssystem für einen Bagger bekannt, an dessen Ausleger ein Lasersensor angeordnet ist, aus der US 9 886 038 B2 ist ein GNSS-basiertes System zur Steuerung einer Landmaschine bekannt.From the US 2016 / 0076228 A1 A guidance system for an excavator is known, on whose boom a laser sensor is arranged, from which US 9 886 038 B2 A GNSS-based system for controlling an agricultural machine is known.

Aus der EP 2 806 248 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung einer Erfassungseinrichtung und eine Erfassungseinrichtung bekannt.From the EP 2 806 248 A1 A method for calibrating a detection device and a detection device are known.

Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie die Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs vereinfacht werden kann.There is therefore a need to show ways in which the position and spatial orientation determination of a tool can be simplified.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger eines Landfahrzeugs, mit den Schritten:

  • Bestimmen eines Positions-Datensatzes indikativ für die Position einer Lage- und Positionsbestimmungseinheit einer Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe an dem Werkzeug mit einem GNSS-Modul der Lage- und Positionsbestimmungseinheit,
  • Bestimmen eines Lage-Datensatzes indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit einer Lagesensorbaugruppe der Lage- und Positionsbestimmungseinheit,
  • Auswerten des Positions-Datensatzes und des Lage-Datensatzes unter Verwendung eines Kalibrier-Datensatzes, um einen Ausgangs-Datensatz indikativ für die Raumlage und Position des Werkzeugs zu bestimmen, und
  • Ausgeben des Ausgangs-Datensatzes.
The object of the invention is achieved by a method for determining the position and spatial orientation of a tool for soil cultivation on an adjustable boom of a land vehicle, comprising the steps:
  • Determining a position data set indicative of the position of a position and positioning unit of a position and positioning assembly on the tool with a GNSS module of the position and positioning unit,
  • Determining a position data set indicative of the spatial position of the position and position determination unit with a position sensor construction group of the attitude and position determination unit,
  • Evaluating the position data set and the attitude data set using a calibration data set to determine an output data set indicative of the spatial orientation and position of the tool, and
  • Output the initial data set.

Es werden also Positionsdaten, die von einem GNSS-System stammen, und Lagedaten, die von einer Lagesensorbaugruppe der Lage- und Positionsbestimmungseinheit der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe stammen, kombiniert, um die Raumlage und Position des Werkzeugs zu bestimmen.Position data from a GNSS system and attitude data from a position sensor assembly of the attitude and positioning unit of the attitude and positioning assembly are combined to determine the spatial attitude and position of the tool.

Die Lagesensorbaugruppe kann als Beschleunigungssensorbaugruppe mit mindestens zwei Messachsen ausgebildet sein und ist z.B. dazu ausgebildet, durch Vergleich von mindestens zwei Beschleunigungswerten, die in Richtung der zumindest zweier Messachsen erfasst werden, die aktuelle Raumlage zu bestimmen.The position sensor assembly can be designed as an acceleration sensor assembly with at least two measuring axes and is designed, for example, to determine the current spatial position by comparing at least two acceleration values that are recorded in the direction of the at least two measuring axes.

Dabei kann die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe oder eine Komponente der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe, wie z.B. die Lage- und Positionsbestimmungseinheit, mit einem GNSS-Modul, an einer im Wesentlichen frei wählbaren Position an dem Werkzeug angebracht werden. Unter einer im Wesentlichen frei wählbaren Position wird dabei eine Position verstanden, die eine ausreichende Verbindungsqualität zu Satelliten des GNSS-Systems gewährleistet.The attitude and position determination assembly or a component of the attitude and position determination assembly, such as the attitude and position determination unit with a GNSS module, can be attached to the tool at a position that can essentially be freely selected. An essentially freely selectable position is understood to mean a position that ensures sufficient connection quality to satellites of the GNSS system.

Der Kalibrier-Datensatz erlaubt es, die Positionsdaten und die Lagedaten, die indikativ für die Raumlage und Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe sind, auszuwerten, um die Lage und Position einer Referenzmarke des Werkzeugs bestimmen zu können.The calibration data set makes it possible to evaluate the position data and the orientation data that are indicative of the spatial orientation and position of the orientation and position determination unit of the orientation and position determination assembly in order to be able to determine the orientation and position of a reference mark of the tool.

Mit anderen Worten, mit dem Kalibrier-Datensatz wird eine Koordinatentransformation oder ein Basiswechsel durchgeführt, so dass aus der Raumlage und Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe auf die Raumlage und Position der Referenzmarke geschlossen werden kann.In other words, a coordinate transformation or a base change is carried out with the calibration data set, so that the spatial position and position of the reference mark can be determined from the spatial position and position of the position and position determination unit of the position and position determination assembly.

Die Referenzmarke kann sowohl ein definierter Punkt auf dem Werkzeug, eine Linie entsprechend einer Kante an dem Werkzeug oder eine Werkzeugspitze sein. Mit anderen Worten, die Referenzmarke ist ein Punkt oder eine Kante an dem Werkzeug, mit dem/der das Werkzeug in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Medium kommt.The reference mark can be a defined point on the tool, a line corresponding to an edge on the tool or a tool tip. In other words, the reference mark is a point or edge on the tool with which the tool comes into contact with the medium to be machined.

Damit wird es möglich, die Position und Raumlage des Werkzeugs direkt zu bestimmen. Es entfällt also die Notwendigkeit, ausgehend von einem Werkzeugträger, wie einem Landfahrzeug, aufwendig auf die Position und Raumlage des Werkzeugs zu schließen.This makes it possible to determine the position and spatial orientation of the tool directly. This eliminates the need to laboriously determine the position and spatial orientation of the tool based on a tool carrier, such as a land vehicle.

Somit entfällt der Bedarf z.B. an speziell ausgebildeten Baumaschinen mit z.B. GNSS-Systemen, sondern es kann im Bedarfsfall ein Landfahrzeug, wie eine Baumaschine, entsprechend schnell nachgerüstet werden. Dabei wird durch die freie Wahl der Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe und anschließende Kalibrierung mit dem Kalibrier-Datensatz die Montage vereinfacht und es sind keine aufwendigen Kalibrierungen wie bei einer derartigen speziell ausgebildeten Baumaschine ab Werk erforderlich.This eliminates the need for specially trained construction machines with GNSS systems, for example, and instead a land vehicle, such as a construction machine, can be quickly retrofitted if necessary. The free choice of the position of the attitude and position determination unit of the attitude and position determination assembly and subsequent calibration with the calibration data set simplify assembly and no complex calibrations are required ex works, as is the case with such a specially trained construction machine.

Gemäß einer Ausführungsform werden zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes folgende Schritte ausgeführt:

  • Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit an dem Werkzeug,
  • Ausrichten einer Referenzmarke des Werkzeugs durch Neigen des Werkzeugs, derart, dass sich die Referenzmarke mit der Lage- und Positionsbestimmungseinheit im Lot befindet,
  • Bestimmen einer Distanz zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit und der Referenzmarke,
  • Einlesen der Distanz von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit,
  • Bestimmen einer Lotabweichung der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit der Lagesensorbaugruppe der Lage- und Positionsbestimmungseinheit, und
  • Erzeugen des Kalibrier-Datensatzes durch Auswerten der Lotabweichung und der Distanz.
According to one embodiment, the following steps are carried out to determine the calibration data set:
  • Attaching the position and position determination unit to the tool,
  • Aligning a reference mark of the tool by tilting the tool so that the reference mark is perpendicular to the position determination unit,
  • Determining a distance between the position determination unit and the reference mark,
  • Reading the distance from the attitude and position determination unit,
  • Determining a vertical deviation of the attitude and position determination unit with the position sensor assembly of the attitude and position determination unit, and
  • Generate the calibration data set by evaluating the plumb deviation and the distance.

Hierbei handelt es sich also um ein manuelles Verfahren, bei dem die Distanz zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe und der Referenzmarke z.B. von einem Maschinenführer mit einem Meterstab oder einer ähnlichen Messeinrichtung mit einer Genauigkeit von z.B. 0,5 cm bestimmt und dann über ein HMI (Human-Machine-Interface, Benutzerschnittstelle) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit zur Verfügung gestellt wird. Die Lotabweichung hingegen wird automatisch, also ohne Eingriff des Maschinenführers bestimmt. Mit diesem Verfahren kann ein Kalibrier-Datensatz auch dann bestimmt werden, wenn keine Daten eines GNSS-Systems zur Verfügung stehen, z.B. wenn kein Empfang vorliegt.This is a manual procedure in which the distance between the position and position determination unit of the position and position determination assembly and the reference mark is determined, for example, by a machine operator using a meter stick or a similar measuring device with an accuracy of 0.5 cm and then made available to the position and position determination unit via an HMI (human-machine interface). The vertical deviation, on the other hand, is determined automatically, i.e. without intervention by the machine operator. With this procedure, a calibration data set can be determined even if no data is available. of a GNSS system, e.g. when there is no reception.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Bestimmung des Kalibrier-Datensatzes werden zusätzlich folgende Schritte ausgeführt:

  • Ausrichten des Werkzeugs, derart, dass das Werkzeug eine vorbestimmte Position mit einer vorbestimmten Neigung, insbesondere mit einer maximalen Neigung, annimmt und die Referenzmarke an der gleichen, vorbestimmten Position während des Ausrichtens verbleibt, wobei während des Ausrichtens Positionsdaten mit dem GNSS-Modul der Lage- und Positionsbestimmungseinheit erfasst werden,
  • Bestimmen von Differenzdaten durch Auswerten des bestimmten Kalibrier-Datensatzes und den bestimmten Positionsdaten, und
  • Ergänzen des Kalibrier-Datensatzes durch Auswerten der Differenzdaten.
According to a further embodiment for determining the calibration data set, the following steps are additionally carried out:
  • Aligning the tool such that the tool assumes a predetermined position with a predetermined inclination, in particular with a maximum inclination, and the reference mark remains at the same predetermined position during alignment, wherein position data are recorded with the GNSS module of the attitude and position determination unit during alignment,
  • Determining difference data by evaluating the determined calibration data set and the determined position data, and
  • Supplementing the calibration data set by evaluating the difference data.

Es handelt sich hier um ein Verfahren, das auf dem vorherigen manuellen Verfahren aufbaut und es um automatische Schritte erweitert. Mit anderen Worten, es handelt sich um ein kombiniertes manuelles/automatisches oder auch halbautomatisches Verfahren.This is a process that builds on the previous manual process and extends it with automatic steps. In other words, it is a combined manual/automatic or semi-automatic process.

Hierfür sind allerdings Daten eines GNSS-Systems Voraussetzung. Sie werden erfasst, nachdem die Referenzmarke des Werkzeugs gemäß dem vorherigen manuellen Verfahren in eine erste, vorbestimmte Position, in der sie sich mit der Lage- und Positionsbestimmungseinheit im Lot befindet, gebracht wurde, und das Werkzeug nun ausgehend von dieser ersten, vorbestimmten Position durch Ändern der Neigung des Werkzeugs in eine weitere, zweite vorbestimmte Position mit einer vorbestimmten Neigung gebracht wird, wobei die Referenzmarke während des Ausrichtens an der gleichen, vorbestimmten Position verbleibt.However, this requires data from a GNSS system. They are recorded after the reference mark of the tool has been brought into a first, predetermined position in which it is perpendicular to the attitude and position determination unit according to the previous manual method, and the tool is now brought from this first, predetermined position to a further, second predetermined position with a predetermined inclination by changing the inclination of the tool, with the reference mark remaining in the same, predetermined position during alignment.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Maschinenführer z.B. durch ein HMI aufgefordert wird, ein entsprechendes Ausrichten des Werkzeugs manuell zu bewirken. Das Ausrichten kann auch automatisch durch einen Ansteuer-Datensatz erfolgen. Bei dem Ansteuer-Datensatz kann es sich um eine vorbestimmte Folge von Steuerbefehlen handeln, mit denen das Werkzeug ohne weiteren Eingriff eines Maschinenführers in die genannte, vorbestimmte Position gebracht wird. Bei der vorbestimmten Position kann es sich um eine Position maximaler Neigung handeln, bei der ein oder mehrere Gelenke des Auslegers sich an ihrem Anschlag befinden und ein weiteres Verschwenken nicht mehr möglich ist. Der Ansteuer-Datensatz kann automatisch während des Ablaufs des Verfahrens aktiviert werden.It can be provided that a machine operator is prompted, for example by an HMI, to align the tool accordingly manually. Alignment can also be carried out automatically using a control data set. The control data set can be a predetermined sequence of control commands with which the tool is brought into the predetermined position without further intervention by a machine operator. The predetermined position can be a position of maximum inclination, where one or more joints of the boom are at their stop and further swiveling is no longer possible. The control data set can be activated automatically during the process.

Dadurch, dass die Referenzmarke an ihrer Position bleibt, also ortsfest ist, während die übrigen Abschnitte des Werkzeugs verlagert werden, beschreibt die Lage- und Positionsbestimmungseinheit der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe eine Verlagerung entlang einer kreisförmigen bzw. kreisabschnittsförmigen Trajektorie.Because the reference mark remains in its position, i.e. is stationary, while the other sections of the tool are displaced, the position determination unit of the position determination assembly describes a displacement along a circular or circular segment-shaped trajectory.

Es erfolgt dann ein Vergleich von Daten auf Basis der GNSS-Daten mit Daten, die auf Basis des Kalibrier-Datensatzes gewonnen werden, die mit dem manuellen Verfahren gewonnen wurden. Mit anderen Worten, es werden beide Verfahren miteinander verglichen und ein Fehler bzw. eine Abweichung bestimmt, der bzw. die dann in einen verbesserten, ergänzten Kalibrier-Datensatz einmündet.Data based on the GNSS data is then compared with data obtained from the calibration data set obtained using the manual method. In other words, both methods are compared and an error or deviation is determined, which is then fed into an improved, supplemented calibration data set.

So kann die Genauigkeit der Positions- und Raumlagebestimmung nochmals gesteigert werden.In this way, the accuracy of position and spatial orientation determination can be further increased.

Dieses Verfahren kann auch dann durchgeführt werden, wenn nach einem zwischenzeitlichen Ausfall eines GNSS-Systems dieses wieder zur Verfügung steht.This procedure can also be carried out if a GNSS system becomes available again after a temporary failure.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes folgende Schritte ausgeführt:

  • Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit an dem Werkzeug,
  • Verlagern des Werkzeugs, um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug anzufahren, und Erfassen von einem ersten Messwert an einem ersten Messpunkt, mit Positionsdaten indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit dem GNSS-Modul der Lage- und Positionsbestimmungseinheit, und mit Lagedaten indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit der Lagesensorbaugruppe der Lage- und Positionsbestimmungseinheit,
  • Verlagern des Werkzeugs, derart, dass eine Neigung des Werkzeugs verändert wird, wobei eine Referenzmarke des Werkzeugs an einer gleichen, vorbestimmten Position verbleibt,
  • Erfassen von mindestens zwei weiteren Messwerten an mindestens zwei weiteren Messpunkten, mit weiteren Positionsdaten indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit dem GNSS-Modul der Lage- und Positionsbestimmungseinheit durch zumindest zweimaliges Durchführen des Vorgängerschritts und dieses Schritts,
  • Auswerten der Messwerte, um eine Lotabweichung der Lage- und Positionsbestimmungseinheit und/oder eine Distanz zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit und der Referenzmarke zu bestimmen,
  • Erzeugen des Kalibrier-Datensatzes durch Auswerten der Lotabweichung und/oder der Distanz.
According to a further embodiment, the following steps are carried out to determine the calibration data set:
  • Attaching the position and orientation determination unit to the tool,
  • Moving the tool to approach a predetermined geostationary point for the tool and capturing a first measurement value at a first measurement point, with position data indicative of the position of the attitude and position determination unit with the GNSS module of the attitude and position determination unit, and with position data indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit with the position sensor assembly of the attitude and position determination unit,
  • Moving the tool in such a way that an inclination of the tool is changed, whereby a reference mark of the tool remains at a same, predetermined position,
  • Recording at least two further measured values at at least two further measuring points, with further position data indicative of the position of the attitude and position determination unit with the GNSS module of the attitude and position determination unit by performing the previous step and this step at least twice,
  • Evaluating the measured values to determine a vertical deviation of the position and attitude determination unit and/or a distance between the position and attitude determination unit and the reference mark,
  • Generate the calibration data set by evaluating the plumb deviation and/or the distance.

Es handelt sich hier um ein automatisches Verfahren, ohne dass ein manuelles Messen durch den Maschinenführer erforderlich ist.This is an automatic process and does not require manual measurement by the machine operator.

Auch für dieses Verfahren sind Daten eines GNSS-Systems Voraussetzung. Die Lagedaten können nur beim Erfassen von dem ersten Messwert an dem ersten Messpunkt erfasst werden. Es kann aber zusätzlich vorgesehen sein, auch an den weiteren Messpunkten zusätzlich die Lagedaten zu erfassen.Data from a GNSS system is also required for this method. The position data can only be recorded when the first measured value is recorded at the first measuring point. However, it can also be planned to record the position data at the other measuring points.

Zur Auswertung kann vorgesehen sein, dass eine Sollkurve durch einen Kreis oder einen Kreisabschnitt unter Berücksichtigung von Messpunkten gemäß den Positionsdaten angenähert wird, z.B. durch Least SquareFit oder Taubinfit, um den Radius des angenäherten Kreises oder Kreisabschnitts zu bestimmen, der repräsentativ für die Distanz ist.For evaluation purposes, a target curve may be approximated by a circle or a circular segment taking into account measurement points according to the position data, e.g. by Least SquareFit or Taubinfit, in order to determine the radius of the approximated circle or circular segment, which is representative of the distance.

Insgesamt werden zumindest drei Messpunkte durch Verlagern des Werkzeugs angesteuert und dann Messwerte erfasst und ausgewertet. Die Genauigkeit kann gesteigert werden, wenn die Anzahl der angesteuerten Messpunkte erhöht wird.In total, at least three measuring points are controlled by moving the tool and then measured values are recorded and evaluated. The accuracy can be increased if the number of controlled measuring points is increased.

Auch bei diesem Verfahren bleibt die Referenzmarke an ihrer Position, während die übrigen Abschnitte des Werkzeugs verlagert werden. Dies vereinfacht auch bei diesem Verfahren die Auswertung.In this method, the reference mark remains in its position while the other sections of the tool are moved. This also simplifies the evaluation in this method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes folgende Schritte ausgeführt:

  • Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit an dem Werkzeug,
  • Verlagern des Werkzeugs, um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug anzufahren, und Erfassen von einem ersten Messwert an einem ersten Messpunkt, mit Positionsdaten indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit dem GNSS-Modul der Lage- und Positionsbestimmungseinheit, und mit Lagedaten indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit der Lagesensorbaugruppe der Lage- und Positionsbestimmungseinheit,
  • Verlagern des Werkzeugs, derart, dass eine Neigung des Werkzeugs verändert wird, wobei eine Referenzmarke des Werkzeugs an einer gleichen, vorbestimmten Position verbleibt,
  • Erfassen von einem zweiten Messwert an einem zweiten Messpunkt, mit weiteren Positionsdaten indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit dem GNSS-Modul der Lage- und Positionsbestimmungseinheit, und mit weiteren Lagedaten indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit mit der Lagesensorbaugruppe der Lage- und Positionsbestimmungseinheit,
  • Auswerten der Messwerte, um eine Lotabweichung der Lage- und Positionsbestimmungseinheit und/oder eine Distanz zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit und der Referenzmarke zu bestimmen, und
  • Erzeugen des Kalibrier-Datensatzes durch Auswerten der Lotabweichung und/oder der Distanz.
According to a further embodiment, the following steps are carried out to determine the calibration data set:
  • Attaching the position and orientation determination unit to the tool,
  • Moving the tool to approach a predetermined geostationary point for the tool and capturing a first measurement value at a first measurement point, with position data indicative of the position of the attitude and position determination unit with the GNSS module of the attitude and position determination unit, and with position data indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit with the position sensor assembly of the attitude and position determination unit,
  • Moving the tool in such a way that an inclination of the tool is changed, whereby a reference mark of the tool remains at a same, predetermined position,
  • Recording a second measured value at a second measuring point, with further position data indicative of the position of the attitude and position determination unit with the GNSS module of the attitude and position determination unit, and with further position data indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit with the position sensor assembly of the attitude and position determination unit,
  • Evaluating the measured values to determine a vertical deviation of the position and attitude determination unit and/or a distance between the position and attitude determination unit and the reference mark, and
  • Generate the calibration data set by evaluating the plumb deviation and/or the distance.

Auch hier handelt es sich um ein automatisches Verfahren, ohne dass ein manuelles Messen durch den Maschinenführer erforderlich ist.This is also an automatic process, without the need for manual measurements by the machine operator.

Ebenfalls sind für dieses Verfahren Daten eines GNSS-Systems Voraussetzung. Die Lagedaten werden hier beim Erfassen von dem ersten Messwert an dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messwert an dem zweiten Messpunkt erfasst. Es kann aber zusätzlich vorgesehen sein, an weiteren Messpunkten weitere Messwerte einschließlich der Lagedaten zu erfassen.Data from a GNSS system is also a prerequisite for this method. The position data is recorded when the first measured value is recorded at the first measuring point and the second measured value is recorded at the second measuring point. However, it can also be planned to record further measured values including the position data at other measuring points.

Auch hier kann zur Auswertung vorgesehen sein, dass eine Sollkurve durch einen Kreis oder einen Kreisabschnitt unter Berücksichtigung von Messpunkten gemäß den Positionsdaten angenähert wird, z.B. durch Least SquareFit oder Taubinfit, um den Radius des angenäherten Kreises oder Kreisabschnitts zu bestimmen, der repräsentativ für die Distanz ist.Here too, for the evaluation, it can be provided that a target curve is approximated by a circle or a circular segment taking into account measuring points according to the position data, e.g. by Least SquareFit or Taubinfit, in order to determine the radius of the approximated circle or circular segment, which is representative of the distance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Trägheitsnavigationssystem der Lage- und Positionsbestimmungseinheit verwendet, das zusätzlich Daten für den Lage-Datensatz bereitstellt. Durch die Kombination des GNSS-Systems mit dem Trägheitsnavigationssystem kann das kurzzeitig genaue, aber driftende Trägheitssystem mit den langzeitstabilen, aber kurzzeitig variablen schwankenden Daten des GNSS-Systems fusioniert werden. Dies ermöglicht eine genauere Positionsermittlung sowie eine kurzzeitig ausreichend genaue Positionsermittlung bei kurzzeitiger Unterbrechung einer Verbindung zu dem GNSS-System. Eine kurzzeitige Unterbrechung einer Verbindung zu dem GNSS-System kann z.B. bei einem Aushubprozess erfolgen, wenn der Erdaushub in einem als Baggerschaufel ausgebildeten Werkzeug bewegt wird und die GNSS-Antenne dabei kein freies Sichtfeld zu den Satelliten des GNSS-Systems hat.According to a further embodiment, an inertial navigation system of the attitude and position determination unit is used, which additionally provides data for the attitude data set. By combining the GNSS system with the inertial navigation system, the short-term accurate but drifting inertial system can be fused with the long-term stable but short-term variable fluctuating data of the GNSS system. This enables more precise position determination and short-term sufficiently accurate position determination in the event of a short-term interruption of a connection to the GNSS system. A short-term interruption of a connection to the GNSS system can occur, for example, during an excavation process when the excavated earth is moved in a tool designed as an excavator bucket and the GNSS antenna does not have a clear field of view of the satellites of the GNSS system.

Ferner gehören zur Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein System zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger eines Landfahrzeugs und eine Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe für ein derartiges System. Die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe kann eine Anzeigevorrichtung und/oder ein Endgerät und/oder Steuerausgabegerät aufweisen, wobei die Anzeigevorrichtung und/oder das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät als Mobilgerät ausgebildet sind.The invention also includes a computer program product, a system for position and Spatial position determination of a tool for soil cultivation on an adjustable boom of a land vehicle and a position and position determination assembly for such a system. The position and position determination assembly can have a display device and/or a terminal and/or control output device, wherein the display device and/or the terminal and/or control output device are designed as a mobile device.

Es wird nun die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 in schematischer Darstellung ein Landfahrzeug mit einem System zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs des Landfahrzeugs.
  • 2 in schematischer Darstellung weitere Details des in 1 gezeigten Auslegers mit dem Werkzeug.
  • 3 in schematischer Darstellung weitere Details des in 1 gezeigten Werkzeugs.
  • 4 in schematischer Darstellung Komponenten des in 1 gezeigten Systems.
  • 5 in schematischer Darstellung weitere Details der in 4 gezeigten Referenzstation.
  • 6 in schematischer Darstellung weitere Details einer der Komponenten des in 1 gezeigten Systems.
  • 7 in schematischer Darstellung ein Werkzeug während eines Kalibriervorgangs.
  • 8 in schematischer Darstellung ein Werkzeug während eines weiteren Kalibriervorgangs.
  • 9 in schematischer Darstellung einen weiteren Kalibriervorgang.
  • 10 in schematischer Darstellung einen weiteren Kalibriervorgang.
  • 11 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zur Kalibrierung des in 1 gezeigten Systems.
  • 12 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zur Kalibrierung des in 1 gezeigten Systems.
  • 13 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zur Kalibrierung des in 1 gezeigten Systems.
  • 14 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zur Kalibrierung des in 1 gezeigten Systems.
  • 15 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf zum Betrieb des in 1 gezeigten Systems.
The invention will now be explained using the figures. They show:
  • 1 A schematic representation of a land vehicle with a system for determining the position and spatial orientation of a tool of the land vehicle.
  • 2 in schematic representation further details of the 1 shown boom with the tool.
  • 3 in schematic representation further details of the 1 shown tool.
  • 4 Schematic representation of components of the 1 shown system.
  • 5 in schematic representation further details of the 4 shown reference station.
  • 6 in schematic representation further details of one of the components of the 1 shown system.
  • 7 A schematic representation of a tool during a calibration process.
  • 8th A schematic representation of a tool during another calibration process.
  • 9 A schematic representation of another calibration process.
  • 10 A schematic representation of another calibration process.
  • 11 in schematic representation a process sequence according to a first embodiment for the calibration of the 1 shown system.
  • 12 in schematic representation a process sequence according to a second embodiment for the calibration of the 1 shown system.
  • 13 in schematic representation a process sequence according to a third embodiment for the calibration of the 1 shown system.
  • 14 in schematic representation a process sequence according to a fourth embodiment for the calibration of the 1 shown system.
  • 15 in schematic representation a process flow for the operation of the 1 shown system.

Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.It will initially focus on 1 reference is made.

Dargestellt ist ein Landfahrzeug 1 mit einem System 21 zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs 2 des Landfahrzeugs 1.Shown is a land vehicle 1 with a system 21 for determining the position and spatial orientation of a tool 2 of the land vehicle 1.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Landfahrzeug 1 als Bagger mit einem verstellbaren Ausleger 3 ausgebildet, an dessen Ende das Werkzeug 2 befestigt ist, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Baggerschaufel ausgebildet ist. Mit einem derartigen Landfahrzeug 1 können z.B. Bodenbearbeitungen nach Planvorgaben ausgeführt werden, wobei hier lediglich mit einer Referenzmarke 11 des Werkzeugs 2 eine Erdoberfläche bearbeitet wird. Bei der Referenzmarke 11 handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine Werkzeugspitze des Werkzeugs 2, mit der die Erdoberfläche bearbeitet wird. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Referenzmarke 11 um einen definierten Punkt auf dem Werkzeug 2 oder eine Linie entsprechend einer Kante an dem Werkzeug 2 handeln. Ferner kann abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel das Landfahrzeug 1 auch als eine andere Baumaschine mit einem anderen Werkzeug oder auch als Landmaschine mit einem entsprechenden Werkzeug ausgebildet sein.In the present exemplary embodiment, the land vehicle 1 is designed as an excavator with an adjustable boom 3, to the end of which the tool 2 is attached, which in the present exemplary embodiment is designed as an excavator bucket. With such a land vehicle 1, for example, soil cultivation can be carried out according to plan specifications, whereby here an earth's surface is only worked with a reference mark 11 of the tool 2. In the present exemplary embodiment, the reference mark 11 is a tool tip of the tool 2 with which the earth's surface is worked. Deviating from the present exemplary embodiment, the reference mark 11 can be a defined point on the tool 2 or a line corresponding to an edge on the tool 2. Furthermore, deviating from the present exemplary embodiment, the land vehicle 1 can also be designed as another construction machine with a different tool or as an agricultural machine with a corresponding tool.

Von den Komponenten des Systems 21 zur Positions- und Raumlagebestimmung sind in der 1 eine Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 und ein Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 dargestellt.Of the components of system 21 for position and spatial orientation determination, 1 a position and location determination module 4 and a terminal and/or control output device 6 are shown.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 eine Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und eine Anzeigevorrichtung 5 auf. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 auch nur die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 aufweisen.In the present embodiment, the position and location determination assembly 4 has a position and location determination unit 8 and a display device 5. Deviating from the present embodiment, the position and location determination assembly 4 can also have only the position and location determination unit 8.

Während die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 am Werkzeug 2 und die Anzeigevorrichtung 5 am Ausleger 3 befestigt sind, ist das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 im Führerstand des Landfahrzeugs 1 angeordnet.While the attitude and position determination unit 8 is attached to the tool 2 and the display device 5 is attached to the boom 3, the terminal and/or control output device 6 is arranged in the driver's cab of the land vehicle 1.

Das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 kann auch als Mobilgerät ausgebildet sein. Dabei wird unter einem Mobilgerät ein Endgerät verstanden, das aufgrund seiner Größe und seines Gewichts ohne größere körperliche Anstrengung tragbar und somit mobil einsetzbar ist. Beispiel für Mobilgeräte sind Smartphones oder auch Tablet-Computer sowie Notebooks.The terminal and/or control output device 6 can also be designed as a mobile device. A mobile device is understood to be a terminal which, due to its size and weight, can be moved without major physical effort portable and therefore suitable for mobile use. Examples of mobile devices include smartphones, tablet computers and notebooks.

Es wird nun zusätzlich auf 2 Bezug genommen.It is now additionally 2 reference is made.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und die Anzeigevorrichtung 5 sind jeweils werkzeuglos an dem Werkzeug 2 bzw. dem Ausleger 3 befestigt und können im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch werkzeuglos von dem Werkzeug 2 bzw. dem Ausleger 3 gelöst werden. Hierzu sind zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und dem Werkzeug 2 sowie zwischen der Anzeigevorrichtung 5 und dem Ausleger 3 jeweils Magnete 9 vorgesehen. Es können starke Permanentmagnete, wie z.B. NdFeB-Magnete, sein.The position determination unit 8 and the display device 5 are each attached to the tool 2 or the boom 3 without tools and can also be detached from the tool 2 or the boom 3 without tools in the present embodiment. For this purpose, magnets 9 are provided between the position determination unit 8 and the tool 2 and between the display device 5 and the boom 3. They can be strong permanent magnets, such as NdFeB magnets.

Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auch eine rahmenförmige Halterung 10 verwendet werden, um die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 am Werkzeug 2 und/oder die Anzeigevorrichtung 5 am Ausleger 3 zu befestigen. Durch die Verwendung der rahmenförmigen Halterung 10, die fest mit dem Werkzeug 2 bzw. dem Ausleger 3 verbunden ist, wird sichergestellt, dass die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und/oder die Anzeigevorrichtung 5 jeweils definierte Positionen und Raumlagen haben, die auch nach einer Trennung bzw. Demontage und einer erneuten Montage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und/oder der Anzeigevorrichtung 5 erhalten bleiben. Dies reduziert auch den Aufwand für Kalibrierungen.Deviating from the present embodiment, a frame-shaped holder 10 can also be used to fasten the position and location determination unit 8 to the tool 2 and/or the display device 5 to the boom 3. By using the frame-shaped holder 10, which is firmly connected to the tool 2 or the boom 3, it is ensured that the position and location determination unit 8 and/or the display device 5 each have defined positions and spatial locations that are retained even after separation or disassembly and reassembly of the position and location determination unit 8 and/or the display device 5. This also reduces the effort required for calibrations.

Es wird nun zusätzlich auf 3 Bezug genommen.It is now additionally 3 reference is made.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 ist derart an dem Werkzeug 2 platziert, dass zumindest in bestimmten Lagen des Werkzeugs 2 ein freies Sichtfeld auf Satelliten 701 (siehe 4) eines GNSS-Systems besteht. Hierzu ist die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf einer Oberseite des als Baggerschaufel ausgebildeten Werkzeugs 2 angeordnet.The position and location determination unit 8 is placed on the tool 2 in such a way that at least in certain positions of the tool 2 a clear field of view of satellites 701 (see 4 ) of a GNSS system. For this purpose, the attitude and position determination unit 8 is arranged on an upper side of the tool 2 designed as an excavator bucket.

Unter einem GNSS-System (globales Satelliten Navigationssystem) wird dabei ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und auch in der Luft durch den Empfang von Signalen von Satelliten 701 verstanden. Bei dem GNSS-System kann es sich um ein System wie z.B. GPS, Galileo, GLONASS oder Beidu handeln.A GNSS system (global navigation satellite system) is a system for determining positions and navigation on earth and in the air by receiving signals from satellites 701. The GNSS system can be a system such as GPS, Galileo, GLONASS or Beidu.

Durch den Empfang und die Anwendung von GNSS-Korrekturdaten, beispielsweise RTCM-Daten (Radio Technical Commission for Maritime Services) für RTK (Real Time Kinematic) können Laufzeitfehler durch die Atmosphäre und Ionosphäre korrigiert werden und somit präzise Werte für die Position ermittelt werden. Auch kann das GNSS-System als DGPS-System (Differential Global Positioning System) ausgebildet sein, bei dem durch Ausstrahlen von Korrekturdaten (Bahn- und Zeitsystem) die Genauigkeit der GNSS-Navigation gesteigert wird.By receiving and applying GNSS correction data, such as RTCM data (Radio Technical Commission for Maritime Services) for RTK (Real Time Kinematic), runtime errors caused by the atmosphere and ionosphere can be corrected and precise values for the position can be determined. The GNSS system can also be designed as a DGPS system (Differential Global Positioning System), in which the accuracy of GNSS navigation is increased by transmitting correction data (orbit and time system).

Das System 21 und seine Komponenten sind dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum drahtlosen, bidirektionalen Datenaustausch ausgebildet und weisen jeweils eine eigene Betriebsenergieversorgung auf. Dabei können für die nachfolgend beschriebenen Aufgaben und Funktionen das System 21 und seine Komponenten jeweils Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen. Somit können z.B. die Anzeigevorrichtung 5 und/oder das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 und/oder die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 Software-Komponenten eines Computerprogrammprodukts zum Betrieb des Systems 21 aufweisen, wobei die Software-Komponenten insbesondere als Module ausgebildet sind.In the present embodiment, the system 21 and its components are designed for wireless, bidirectional data exchange and each have their own operating power supply. The system 21 and its components can each have hardware and/or software components for the tasks and functions described below. Thus, for example, the display device 5 and/or the terminal and/or control output device 6 and/or the location and position determination unit 8 can have software components of a computer program product for operating the system 21, wherein the software components are designed in particular as modules.

Es wird nun zusätzlich auf 4 Bezug genommen, um weitere Details der in 1 dargestellten Komponenten sowie einer Referenzstation 7 zu erläutern.It is now additionally 4 Reference is made to further details of the 1 components shown and a reference station 7.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel folgende Unterkomponenten auf:

  • Ein GNSS-Modul 702 für den Empfang von Positionsdaten PD des GNSS-Systems, eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Beschleunigungssensorbaugruppe (IMU - Inertial Measuring Unit) ausgebildete Lagesensorbaugruppe 703 mit mindestens zwei Messachsen zur Lageerfassung der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8, ein Sende- und Empfangs-Modul 706a zum drahtlosen Datenaustausch mit den anderen Komponenten des Systems 21 zur Positions- und Raumlagebestimmung, eine Anzeigeeinheit 704a, ein Eingabegerät 705, einen Mikrocontroller als Recheneinheit zur Lage- und Positionsberechnung und einen Akkumulator 707a zur Betriebsenergieversorgung.
In the present embodiment, the attitude and position determination unit 8 has the following subcomponents:
  • A GNSS module 702 for receiving position data PD of the GNSS system, a position sensor assembly 703, designed in the present embodiment as an acceleration sensor assembly (IMU - Inertial Measuring Unit) with at least two measuring axes for detecting the position of the position and position determination unit 8, a transmitting and receiving module 706a for wireless data exchange with the other components of the system 21 for position and spatial orientation determination, a display unit 704a, an input device 705, a microcontroller as a computing unit for position and position calculation and an accumulator 707a for operating energy supply.

Die Lagesensorbaugruppe 703 ist dazu ausgebildet, durch Vergleich von mindestens zwei Beschleunigungswerten, die in Richtung zumindest zweier Messachsen erfasst werden, die aktuelle Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 in Relation zur Schwerkraft bzw. zum Lot L (siehe z.B. 7) zu bestimmen.The position sensor assembly 703 is designed to determine the current spatial position of the position and attitude determination assembly 4 in relation to gravity or to the plumb line L (see e.g. 7 ) to determine.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Messachsen der jeweiligen Beschleunigungssensoren der Lagesensorbaugruppe 703 orthogonal zueinander angeordnet, um die Raumlage beziehungsweise eine Neigung des Werkzeugs 2 zu bestimmen. Mithilfe des Mikrocontrollers werden aus den Positionsdaten PD sowie den Lagedaten LD der Lagesensorbaugruppe 703 sowie einem Kalibrier-Datensatz KDS die Position und Lage der Referenzmarke 11 bestimmt, wie dies später noch detailliert erläutert wird. In the present embodiment, the at least two measuring axes of the respective acceleration sensors of the position sensor assembly 703 are arranged orthogonally to each other in order to to determine the spatial position or an inclination of the tool 2. With the help of the microcontroller, the position and location of the reference mark 11 are determined from the position data PD and the location data LD of the position sensor assembly 703 as well as a calibration data set KDS, as will be explained in detail later.

Die Lagesensorbaugruppe 703 kann auch ein Trägheitsnavigationssystem aufweisen. Es kann das kurzzeitig genaue, aber driftende Trägheitssystem mit den langzeitstabilen, aber kurzzeitig variablen schwankenden Daten des GNSS-Systems fusioniert werden. Dies ermöglicht eine genauere Positionsermittlung sowie eine kurzzeitig ausreichend genaue Positionsermittlung bei kurzzeitiger Unterbrechung einer Verbindung zu dem GNSS-System. Eine kurzzeitige Unterbrechung einer Verbindung zu dem GNSS-System kann z.B. bei einem Aushubprozess erfolgen, wenn der Erdaushub in einem als Baggerschaufel ausgebildeten Werkzeug 2 bewegt wird und die GNSS-Antenne 13 (siehe 6) dabei kein freies Sichtfeld zu den Satelliten 701 hat.The position sensor assembly 703 can also have an inertial navigation system. The short-term accurate but drifting inertial system can be fused with the long-term stable but short-term variable fluctuating data of the GNSS system. This enables a more precise position determination as well as a short-term sufficiently accurate position determination in the event of a short-term interruption of a connection to the GNSS system. A short-term interruption of a connection to the GNSS system can occur, for example, during an excavation process when the excavated earth is moved in a tool 2 designed as an excavator bucket and the GNSS antenna 13 (see 6 ) does not have a clear view of the satellites 701.

Auf Basis dieser Daten wird im Betrieb durch den Mikrocontroller die Differenz zwischen einer Ist-Position und einer Soll-Position des Werkzeugs 2 berechnet und durch diesen z.B. auf der Anzeigeeinheit 704a angezeigt oder an eine externe Vorrichtung übermittelt.On the basis of these data, the difference between an actual position and a target position of the tool 2 is calculated by the microcontroller during operation and is displayed by the microcontroller, for example, on the display unit 704a or transmitted to an external device.

Die Anzeigevorrichtung 5 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Anzeigeeinheit 704b, ein Sende- und Empfangs-Modul 706b und einen Akkumulator 707b auf.In the present embodiment, the display device 5 has a display unit 704b, a transmitting and receiving module 706b and an accumulator 707b.

Das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Anzeigeeinheit 704c und ein Sende- und Empfangs-Modul 706c auf. Zur Betriebsenergieversorgung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Verbindung mit einem Bordnetz des Landfahrzeugs 1 vorgesehen. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auch ein Akkumulator zur Betriebsenergieversorgung vorgesehen sein.In the present embodiment, the terminal and/or control output device 6 has a display unit 704c and a transmitting and receiving module 706c. In the present embodiment, a connection to an on-board network of the land vehicle 1 is provided for the operating energy supply. In contrast to the present embodiment, an accumulator can also be provided for the operating energy supply.

Das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 kann dazu ausgebildet sein, eine dreidimensionale Positionsdatenkarte einzulesen. Danach wird beispielsweise über die Anzeigeeinheit 5 eine Absoluthöhe und/oder eine Absolutposition des Werkzeugs 2 oder der Referenzmarke 11 angezeigt. Es kann auch ein Fehler oder eine Abweichung zu einer Sollhöhe des Werkzeugs 2 oder der Referenzmarke 11 angezeigt werden. Des Weiteren kann beispielsweise über das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 eine zwei- oder dreidimensionale Ansicht der Positionsdatenkarte mit der aktuellen Position des Werkzeugs 2 dargestellt werden.The terminal and/or control output device 6 can be designed to read in a three-dimensional position data map. An absolute height and/or an absolute position of the tool 2 or the reference mark 11 is then displayed, for example, via the display unit 5. An error or a deviation from a target height of the tool 2 or the reference mark 11 can also be displayed. Furthermore, a two- or three-dimensional view of the position data map with the current position of the tool 2 can be displayed, for example, via the terminal and/or control output device 6.

Die Referenzstation 7 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Anzeigeeinheit 704d, ein Sende- und Empfangs-Modul 706d und einen Akkumulator 707d auf.In the present embodiment, the reference station 7 has a display unit 704d, a transmitting and receiving module 706d and an accumulator 707d.

Es wird nun zusätzlich auf 5 Bezug genommen.It is now additionally 5 reference is made.

Dargestellt ist die GNSS-Referenzstation 7, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einem Tripod 12 angeordnet ist.Shown is the GNSS reference station 7, which in the present embodiment is arranged on a tripod 12.

Die Referenzstation 7 sollte, wenn absolute Positionsdaten benötigt werden, auf einem Punkt mit bekannter geostationärer Position und freiem Sichtfeld zu den Satelliten 701 positioniert werden. Werden nur relative Positionsdaten benötigt, so ist jede beliebige Stelle geeignet, welche ein freies Sichtfeld auf Satelliten 701 des GNSS-Systems bietet. Abhängig von der Netzverfügbarkeit und Übertragungsqualität der Funkverbindungstypen verbindet sich die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 mit der Referenzstation 7 automatisch, beispielsweise über ein Mobilnetz (LTE, 3G, 5G, EDGE, ...) oder mithilfe der Anzeigevorrichtung 5 als Relaisstation, z.B. über Langdistanzfunk. Als Übertragungsstandards können z.B. WLAN, Bluetooth, 868MHz, LoRa, UWB-Funk oder Mobilfunkstandards verwendet werden.If absolute position data is required, the reference station 7 should be positioned at a point with a known geostationary position and a clear field of view of the satellites 701. If only relative position data is required, any location that offers a clear field of view of satellites 701 of the GNSS system is suitable. Depending on the network availability and transmission quality of the radio connection types, the attitude and position determination module 4 connects to the reference station 7 automatically, for example via a mobile network (LTE, 3G, 5G, EDGE, ...) or with the help of the display device 5 as a relay station, e.g. via long-distance radio. Transmission standards that can be used include WLAN, Bluetooth, 868MHz, LoRa, UWB radio or mobile radio standards.

Es wird nun zusätzlich auf 6 Bezug genommen, um weitere Details der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 zu erläutern.It is now additionally 6 Reference is made to explain further details of the attitude and position determination unit 8.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine optionale Anzeige 16 mit z.B. LEDs als Leuchtmittel 15 auf, die über eine Leitungsverbindung (Anzeigeverbinder 17) daten- und betriebsenergieübertragend mit den anderen Komponenten der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 verbunden ist.In the present embodiment, the attitude and position determination unit 8 has an optional display 16 with, for example, LEDs as lighting means 15, which is connected to the other components of the attitude and position determination assembly 4 via a cable connection (display connector 17) for transmitting data and operating energy.

Ferner weist die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 im vorliegenden Ausführungsbeispiel Tasten 18, 19, 20 oder andere Schaltelemente zur Konfiguration der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 auf.Furthermore, the attitude and position determination unit 8 in the present embodiment has buttons 18, 19, 20 or other switching elements for configuring the attitude and position determination assembly 4.

Des Weiteren ist dargestellt, dass die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 eine GNSS-Antenne 13 mit einem GNSS-Antennenzentrum 14 aufweist.Furthermore, it is shown that the attitude and position determination unit 8 has a GNSS antenna 13 with a GNSS antenna center 14.

Eine Inbetriebnahme der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 kann z.B. automatisch ohne Schalter- oder Tasterbetätigung allein durch Entnahme aus einem Transportbehältnis oder z.B. mit dem Taster 18 erfolgen. Nach Entnahme verbindet sich z.B. die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 drahtlos selbstständig mit der geeigneten GNSS-Referenzstation 7 oder mit einem GNSS-Korrekturdatennetzwerkdienst.The position determination module 4 can be put into operation automatically, for example, without the need to operate a switch or button, simply by removing it from a transport container or, for example, using the button 18. After removal, the position determination unit 8 connects itself wirelessly to the appropriate networked GNSS reference station 7 or with a GNSS correction data network service.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 ist dazu ausgebildet, nachdem sie an dem Werkzeug 2 befestigt wurde, einen Positions-Datensatz PDS indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 mit dem GNSS-Modul 702 zu bestimmen.The attitude and position determination unit 8 is designed, after it has been attached to the tool 2, to determine a position data set PDS indicative of the position of the attitude and position determination assembly 4 with the GNSS module 702.

Des Weiteren ist die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 dazu ausgebildet, einen Lage-Datensatz LDS indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 mit der Lagesensorbaugruppe 703 zu bestimmen.Furthermore, the attitude and position determination unit 8 is designed to determine a position data set LDS indicative of the spatial position of the attitude and position determination assembly 4 with the position sensor assembly 703.

Ferner ist die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 dazu ausgebildet, den Positions-Datensatz PDS und den Lage-Datensatz LDS unter Verwendung eines Kalibrier-Datensatzes KDS auszuwerten, um einen Ausgangs-Datensatz ADS indikativ für die Raumlage und Position des Werkzeugs 2 zu bestimmen, und den Ausgangs-Datensatz ADS auszugeben.Furthermore, the position and location determination unit 8 is designed to evaluate the position data set PDS and the position data set LDS using a calibration data set KDS in order to determine an output data set ADS indicative of the spatial location and position of the tool 2, and to output the output data set ADS.

Es kann z.B. mit der Referenzmarke 11 des Werkzeugs 2 ein Punkt auf einer gewünschten Höhe angefahren werden und durch Betätigen des Tasters 19 in eine Konfiguration übernommen werden. Da durch den Kalibrier-Datensatz KDS die Lage sowie die Höhe h zwischen der Referenzmarke 11 und z.B. der GNSS-Empfangsantenne 13 bekannt ist, kann nun ausgehend von der Position und Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 die Position und Raumlage der Referenzmarke 11 bestimmt werden.For example, a point at a desired height can be approached using the reference mark 11 of the tool 2 and transferred to a configuration by pressing the button 19. Since the position and the height h between the reference mark 11 and, for example, the GNSS receiving antenna 13 are known from the calibration data set KDS, the position and spatial orientation of the reference mark 11 can now be determined based on the position and spatial orientation of the attitude and position determination unit 8.

Der Kalibrier-Datensatz KDS wird zumindest einmal nach dem Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 an dem Werkzeug 2 bestimmt, wie dies später noch detailliert erläutert wird.The calibration data set KDS is determined at least once after the orientation and position determination unit 8 has been attached to the tool 2, as will be explained in detail later.

Es wird nun zusätzlich auf 7 und 8 Bezug genommen.It is now additionally 7 and 8th reference is made.

In 7 ist ein Szenario dargestellt, bei dem das Werkzeug 2 im Lot L ausgerichtet ist. Ferner ist zu erkennen, dass die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 in dieser Position und Raumlage einen Winkelversatz mit einem Winkelwert α zu der Raumlage B der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 hat. Der mit der Lagesensorbaugruppe 703 gemessene Winkelwert ist der des Winkels δ in Bezug zum Lot L. In dieser Position sind die jeweiligen Winkelwerte der Winkel α und δ gleich. Durch Berücksichtigen des Winkels α kann der Winkelversatz ausgeglichen werden.In 7 a scenario is shown in which the tool 2 is aligned in the plumb line L. It can also be seen that the position and location determination unit 8 in this position and spatial orientation has an angular offset with an angular value α to the spatial orientation B of the position and location determination unit 8. The angular value measured with the position sensor assembly 703 is that of the angle δ in relation to the plumb line L. In this position, the respective angular values of the angles α and δ are equal. By taking the angle α into account, the angular offset can be compensated.

Der Winkel δ kann auch als Stabachsenfehler oder Stabachsfehler aufgefasst werden, d.h. als Abweichung vom Lot L, während der Winkel α als Kippachsenfehler in Bezug zu der Raumlage B der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 aufgefasst werden kann.The angle δ can also be understood as a rod axis error or rod axis error, i.e. as a deviation from the plumb line L, while the angle α can be understood as a tilt axis error in relation to the spatial position B of the attitude and position determination unit 8.

In 8 hingegen ist ein Szenario dargestellt, bei dem das Werkzeug 2 durch eine Drehung einen weiteren Winkelversatz mit dem Winkelwert δ hat. Das Werkzeug 2 wurde also außer Lot L gebracht durch eine Drehung um die y-Achse. Der Winkel α des Winkelversatzes hat sich hingegen nicht verändert und mit ihm kann der Winkelversatz herausgerechnet werden.In 8th In contrast, a scenario is shown in which tool 2 has a further angular offset with the angle value δ due to a rotation. Tool 2 was therefore brought out of perpendicular L by a rotation around the y-axis. The angle α of the angular offset, however, has not changed and can be used to calculate the angular offset.

Um auf die aktuelle Raumlage und Position der Referenzmarke 11 schließen zu können, ist also der Winkel α des Winkelversatzes und ein Wert für die Distanz R von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bis zur Referenzmarke 11 erforderlich.In order to be able to determine the current spatial position and position of the reference mark 11, the angle α of the angular offset and a value for the distance R from the orientation and position determination unit 8 to the reference mark 11 are required.

Der Kalibrier-Datensatz KDS kann zumindest einen Winkelwert α, indikativ für den Winkelversatz, und eine Distanz R, indikativ für eine Distanz von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bis zur Referenzmarke 11, enthalten, die beide als Offsetgrößen aufgefasst werden können, um aus der Raumlage und Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf die Raumlage und Position der Referenzmarke 11 schließen zu können.The calibration data set KDS can contain at least one angle value α, indicative of the angular offset, and a distance R, indicative of a distance from the attitude and position determination unit 8 to the reference mark 11, both of which can be understood as offset values in order to be able to draw conclusions about the spatial position and position of the reference mark 11 from the spatial position and position of the attitude and position determination unit 8.

Mit anderen Worten, mit dem Kalibrier-Datensatz KDS wird eine Koordinatentransformation oder ein Basiswechsel durchgeführt, so dass aus der Raumlage und Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf die Raumlage und Position der Referenzmarke 11 geschlossen werden kann.In other words, a coordinate transformation or a base change is carried out with the calibration data set KDS, so that the spatial position and position of the reference mark 11 can be deduced from the spatial position and position of the attitude and position determination unit 8.

Mit dem Höhenwert hGNSS gemäß dem GNSS-Modul 702 kann dann die Höhe hRef der Referenzmarke 11 wie folgt bestimmt werden: h R e f = h G N S S h

Figure DE102021107197B4_0001
Using the altitude value h GNSS according to the GNSS module 702, the altitude h Ref of the reference mark 11 can then be determined as follows: H R e e = H G N S S H
Figure DE102021107197B4_0001

Der Höhenwert h kann dabei in z.B. einem zweidimensionalen Koordinatensystem wie folgt bestimmt werden: h = R cos  ( β )   m i t   β = δ α

Figure DE102021107197B4_0002
The height value h can be determined in a two-dimensional coordinate system as follows: H = R cos ( β ) m i t β = δ α
Figure DE102021107197B4_0002

Dabei bezeichnet der Winkelwert δ die aktuelle Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8, bezogen auf das Lot L und eine Senkrechte S durch die Lagesensorbaugruppe 703 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8. Der Winkelwert β bezeichnet die um den Offsetwinkel α korrigierte Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8, bezogen auf das Lot L und eine Senkrechte S durch die Lagesensorbaugruppe 703 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8. In dem in 7 gezeigten Szenario ist der Winkelwert β = δ - α = 0, in dem in 8 gezeigten Szenario β ≠ 0.The angle value δ denotes the current spatial position of the position and position determination unit 8, relative to the plumb line L and a perpendicular S through the position sensor assembly 703 of the position and position determination unit 8. The angle value β denotes the spatial position of the position and position determination unit 8, corrected by the offset angle α, relative to the plumb line L and a Vertical S through the position sensor assembly 703 of the position and position determination unit 8. In the 7 In the scenario shown, the angle value β = δ - α = 0, in which 8th shown scenario β ≠ 0.

Mit der Anzeigevorrichtung 5 und/oder dem Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 kann dann basierend auf dem Ausgangs-Datensatz ADS die Höhe h oder eine Abweichung hiervon angezeigt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Anzeigevorrichtung 5 durch ihre Anordnung am Ausleger 3 gleichzeitig mit dem Werkzeug 2 im Sichtfeld des Maschinenführers liegt.The display device 5 and/or the terminal and/or control output device 6 can then be used to display the height h or a deviation from it based on the output data set ADS. The advantage here is that the display device 5 is in the field of vision of the machine operator at the same time as the tool 2 due to its arrangement on the boom 3.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 7 ein erstes Ausführungsbeispiel eines manuellen Kalibrierverfahrens zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes KDS erläutert.It will now be discussed with reference to 7 a first embodiment of a manual calibration method for determining the calibration data set KDS is explained.

Nachdem die Referenzmarke 11 des Werkzeugs 2 durch Neigen des Werkzeugs 2 um die y-Achse derart ausgerichtet wurde, dass sich die Referenzmarke 11 mit der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 im Lot L befindet, wird mit einem Meterstab oder einer ähnlichen Messeinrichtung mit einer Genauigkeit von z.B. 0,5 cm die Distanz R zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und der Referenzmarke 11 manuell bestimmt.After the reference mark 11 of the tool 2 has been aligned by tilting the tool 2 about the y-axis such that the reference mark 11 is in line L with the orientation and position determination unit 8, the distance R between the orientation and position determination unit 8 and the reference mark 11 is determined manually with a meter stick or a similar measuring device with an accuracy of e.g. 0.5 cm.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 ist dazu ausgebildet, diesen Wert einzulesen, nachdem er manuell über z.B. ein HMI der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 eingegeben wurde.The attitude and position determination unit 8 is designed to read in this value after it has been manually entered via, for example, an HMI of the attitude and position determination assembly 4.

Ferner ist die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 dazu ausgebildet, eine Lotabweichung LAB der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 mit der Lagesensorbaugruppe 703 zu bestimmen, d.h. z.B. den Winkelwert α für den Winkelversatz.Furthermore, the attitude and position determination unit 8 is designed to determine a vertical deviation LAB of the attitude and position determination unit 8 with the position sensor assembly 703, i.e., for example, the angle value α for the angular offset.

Z.B. aus der Distanz R und dem Winkelwert α erzeugt dann die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 den Kalibrier-Datensatz KDS.For example, from the distance R and the angle value α, the attitude and position determination unit 8 of the attitude and position determination assembly 4 then generates the calibration data set KDS.

Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Bestimmung des Kalibrier-Datensatzes KDS in der Anzeigevorrichtung 5 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 erfolgen.Deviating from the present embodiment, the determination of the calibration data set KDS can take place in the display device 5 of the attitude and position determination assembly 4.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 8 ein zweites Ausführungsbeispiel eines kombinierten manuellen/automatischen oder auch halbautomatischen Kalibrierverfahrens zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes KDS erläutert.It will now be discussed with reference to 8th a second embodiment of a combined manual/automatic or semi-automatic calibration method for determining the calibration data set KDS is explained.

Das Kalibrierverfahren gemäß dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel baut auf dem anhand der 7 beschriebenen Kalibrierverfahren auf und erlaubt eine Steigerung der Genauigkeit.The calibration method according to the present second embodiment is based on the 7 described calibration procedures and allows an increase in accuracy.

Hierzu ist die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 dazu ausgebildet, ein Ausrichten des Werkzeugs 2 zu bewirken, derart, dass das Werkzeug 2 eine vorbestimmte Position, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Position mit maximaler Neigung in Bezug zur y-Achse annimmt. Hierzu kann der Ausleger 3 z.B. manuell oder mittels eines Ansteuer-Datensatzes angesteuert werden. Dabei wird das Werkzeug 2 derart um die y-Achse verlagert bzw. ausgerichtet, dass die Referenzmarke 11 an der gleichen Position I verbleibt. Während dieses Ausrichtungsvorgangs werden mit dem GNSS-Modul 702 Positionsdaten PD erfasst. Dies kann kontinuierlich, also in Intervallen mit einer vorbestimmten Zeitdauer, oder diskret an vorbestimmten Positionen erfolgen.For this purpose, the position and location determination unit 8 is designed to align the tool 2 in such a way that the tool 2 assumes a predetermined position, in the present embodiment a position with maximum inclination in relation to the y-axis. For this purpose, the boom 3 can be controlled manually or by means of a control data set. The tool 2 is displaced or aligned around the y-axis in such a way that the reference mark 11 remains at the same position I. During this alignment process, position data PD are recorded using the GNSS module 702. This can take place continuously, i.e. at intervals of a predetermined time period, or discretely at predetermined positions.

Durch einen Vergleich mit Positionen, die mit Hilfe des Kalibrier-Datensatzes KDS bestimmt werden, können nun Differenzdaten DD bestimmt werden.By comparing positions determined using the calibration data set KDS, difference data DD can now be determined.

Die Differenzdaten DD werden bestimmt durch einen Vergleich eines idealen Kreises bzw. Kreisabschnitts, definiert durch die vorher manuell bestimmte Distanz R und den vorher bestimmten Winkelwert α, mit den Positionsdaten PD.The difference data DD are determined by comparing an ideal circle or circular segment, defined by the previously manually determined distance R and the previously determined angle value α, with the position data PD.

Die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 ergänzt dann den Kalibrier-Datensatz KDS durch entsprechende Korrekturdaten.The attitude and position determination unit 8 then supplements the calibration data set KDS with corresponding correction data.

Der Kalibrier-Datensatz KDS enthält dann die Differenzdaten DD, die einem Winkelwert jeweils einen Korrekturwert zuordnen und auf einen aktuellen Wert angewendet werden können.The calibration data set KDS then contains the difference data DD, which assign a correction value to each angle value and can be applied to a current value.

Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Bestimmung des Kalibrier-Datensatzes KDS in der Anzeigevorrichtung 5 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 erfolgen.Deviating from the present embodiment, the determination of the calibration data set KDS can take place in the display device 5 of the attitude and position determination assembly 4.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 9 ein weiteres, drittes Ausführungsbeispiel eines automatischen Kalibrierverfahrens zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes KDS erläutert.It will now be discussed with reference to 9 a further, third embodiment of an automatic calibration method for determining the calibration data set KDS is explained.

Es wird das Werkzeug 2 z.B. manuell oder durch einen Ansteuer-Datensatz verlagert, derart, dass die Referenzmarke 11 an der gleichen, vorbestimmten Position I verbleibt, wobei während des Ausrichtens Positionsdaten PD mit dem GNSS-Modul 702 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 erfasst werden.The tool 2 is moved, e.g. manually or by means of a control data set, such that the reference mark 11 remains at the same predetermined position I, wherein during the alignment position data PD are recorded with the GNSS module 702 of the attitude and position determination assembly 4.

Die so erfassten Positionsdaten PD sind indikativ für eine Sollkurve, entlang der das Werkzeug 2 verlagert bzw. ausgerichtet wird.The position data PD thus recorded are indicative of a target curve along which the tool 2 is displaced or aligned.

Zur Auswertung kann vorgesehen sein, dass eine Sollkurve durch einen Kreis SK oder einen Kreisabschnitt unter Berücksichtigung von zumindest drei Messpunkten MP1, MP2, ... MPx gemäß den Positionsdaten PD angenähert wird, z.B. durch Least Square Fit oder Taubin Fit, um den Radius des angenäherten Kreises SK oder Kreisabschnitts zu bestimmen, der repräsentativ für die Distanz R ist.For evaluation purposes, a target curve may be approximated by a circle SK or a circular segment taking into account at least three measuring points MP1, MP2, ... MPx according to the position data PD, e.g. by Least Square Fit or Taubin Fit, in order to determine the radius of the approximated circle SK or circular segment, which is representative of the distance R.

Es wird dann ein Winkel γ zwischen einer Geraden G, die den Mittelpunkt des bestimmten Kreises SK und den ersten Messpunkt MP1 verbindet, und einem Horizont HO, bestimmt. Ferner wird der Winkelwert des Winkels δ bestimmt. Der Abstand e ist dabei der Abstand vom Mittelpunkt des bestimmten Kreises SK bis zur Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bezogen auf den Horizont HO: e = R cos  ( γ )

Figure DE102021107197B4_0003
An angle γ is then determined between a straight line G, which connects the center of the specific circle SK and the first measuring point MP1, and a horizon HO. Furthermore, the angle value of the angle δ is determined. The distance e is the distance from the center of the specific circle SK to the position of the attitude and position determination unit 8 in relation to the horizon HO: e = R cos ( γ )
Figure DE102021107197B4_0003

Der Winkelwert des Winkels α ergibt sich dann zu: = γ δ

Figure DE102021107197B4_0004
The angle value of the angle α is then: = γ δ
Figure DE102021107197B4_0004

Dabei ist die Distanz R von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bis zur Referenzmarke 11 gleich dem Radius R des Kreises SK.The distance R from the attitude and position determination unit 8 to the reference mark 11 is equal to the radius R of the circle SK.

Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Bestimmung des Kalibrier-Datensatzes KDS in der Anzeigevorrichtung 5 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 erfolgen.Deviating from the present embodiment, the determination of the calibration data set KDS can take place in the display device 5 of the attitude and position determination assembly 4.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 10 ein weiteres, viertes Ausführungsbeispiel eines ebenfalls automatischen Kalibrierverfahrens zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes KDS erläutert.It will now be discussed with reference to 10 a further, fourth embodiment of a likewise automatic calibration method for determining the calibration data set KDS is explained.

Es werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur zwei Messpunkte MP1, MP2 durch Verschwenken des Werkzeugs 2 um die y-Achse angefahren und ausgewertet.According to this embodiment, only two measuring points MP1, MP2 are approached and evaluated by pivoting the tool 2 about the y-axis.

Zur Auswertung wird auch hier eine Sollkurve durch einen Kreis SK oder einen Kreisabschnitt unter Berücksichtigung von den beiden Messpunkten MP1, MP2 bestimmt.For evaluation, a target curve is determined by a circle SK or a circular segment taking into account the two measuring points MP1, MP2.

An beiden Messpunkten MP1, MP2 werden Messwerte MW erfasst. Die Messwerte MW weisen Positionsdaten PD indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und Lagedaten LD indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf. Die Positionsdaten PD werden mit dem GNSS-Modul 702 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bestimmt, während die Lagedaten LD mit der Lagesensorbaugruppe 703 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bestimmt werden. Die Positionsdaten PD können ein dreidimensionaler Datensatz sein.Measured values MW are recorded at both measuring points MP1, MP2. The measured values MW have position data PD indicative of the position of the attitude and position determination unit 8 and position data LD indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit 8. The position data PD are determined with the GNSS module 702 of the attitude and position determination unit 8, while the position data LD are determined with the position sensor assembly 703 of the attitude and position determination unit 8. The position data PD can be a three-dimensional data set.

Mit Hilfe des bestimmten Kreises SK können dann Werte für den Winkel ε und eine Kreissehne d bestimmt werden. Der Wert für den Winkel ε ist ein Maß für den Kreisbogenabschnitt des bestimmten Kreises SK zwischen den beiden Messpunkten MP1, MP2, während die Kreissehne d die beiden Messpunkte MP1, MP2 verbindet. Ferner können der Radius des bestimmten Kreises SK, der der Distanz R entspricht, und der Winkelwert des Winkels α bestimmt werden.Using the specific circle SK, values for the angle ε and a chord d can then be determined. The value for the angle ε is a measure of the arc section of the specific circle SK between the two measuring points MP1, MP2, while the chord d connects the two measuring points MP1, MP2. Furthermore, the radius of the specific circle SK, which corresponds to the distance R, and the angular value of the angle α can be determined.

Zudem kann aus den Messwerten MW die Position bestimmt werden, an der sich die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 mit ihrem GNSS-Antennenzentrum 14 theoretisch mit der Referenzmarke 11 im Lot L befindet. An dieser Position kann eine Lageabweichung der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 zum Lot L bestimmt werden. Hierfür müssen keine Daten vorliegen, bei dem sich die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 mit ihrem GNSS-Antennenzentrum 14 und die Referenzmarke 11 tatsächlich im Lot L befinden. Die ermittelte Lageabweichung zum Lot L und die Distanz R können dem Kalibrier-Datensatz KDS hinzugefügt werden.In addition, the position at which the attitude and position determination unit 8 with its GNSS antenna center 14 is theoretically located with the reference mark 11 in the perpendicular L can be determined from the measured values MW. At this position, a position deviation of the attitude and position determination unit 8 with respect to the perpendicular L can be determined. For this, no data is required for which the attitude and position determination unit 8 with its GNSS antenna center 14 and the reference mark 11 are actually located in the perpendicular L. The determined position deviation with respect to the perpendicular L and the distance R can be added to the calibration data set KDS.

Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Bestimmung des Kalibrier-Datensatzes KDS in der Anzeigevorrichtung 5 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 erfolgen.Deviating from the present embodiment, the determination of the calibration data set KDS can take place in the display device 5 of the attitude and position determination assembly 4.

Nach Beendigung von z.B. einer Bodenbearbeitung nach Planvorgaben kann die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 durch einfaches Demontieren von dem Werkzeug 2 getrennt und in das Transportbehältnis zurückgelegt werden, wobei es dann selbsttätig deaktiviert wird. Ein Erfassen einer Entnahme bzw. eines Zurücklegens der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 in ihr Transportbehältnis kann beispielsweise durch eine in dem Transportbehältnis integrierte Ladevorrichtung erfolgen.After completion of, for example, soil cultivation according to plan, the position determination assembly 4 can be separated from the tool 2 by simply dismantling it and placed back in the transport container, where it is then automatically deactivated. The removal or placement of the position determination assembly 4 in its transport container can be detected, for example, by a loading device integrated in the transport container.

Der Kalibrier-Datensatz KDS kann dem Werkzeug 2 und einer Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 am Werkzeug 2 zugeordnet und gespeichert sein, sodass für dieses Werkzeug 2 und diese Position der Kalibriervorgang nur einmal durchgeführt werden muss. Der Kalibrier-Datensatz KDS kann zusammen mit Daten, die eine Identifikation des Werkzeugs 2 erlauben, und mit Daten indikativ für die Position am Werkzeug 2, z.B. in der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 und/oder dem Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 gespeichert werden und von dort kann später die Konfiguration gemäß dem Kalibrier-Datensatz KDS vorgenommen werden.The calibration data set KDS can be assigned and stored to the tool 2 and a position of the position and orientation determination unit 8 on the tool 2, so that the calibration process only has to be carried out once for this tool 2 and this position. The calibration data set KDS can be stored together with data that allow identification of the tool 2 and with data indicative of the position on the tool 2, e.g. in the position and orientation determination assembly 4 and/or the terminal and/or control output device 6 and from there the configuration can later be carried out according to the calibration data set KDS.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 11 ein Verfahren zum Kalibrieren, insbesondere zum manuellen Kalibrieren, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.It will now be discussed with reference to 11 a method for calibration, in particular for manual calibration, according to the first embodiment is explained.

In einem ersten Schritt S100a wird die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 an dem Werkzeug 2 befestigt.In a first step S100a, the orientation and position determination unit 8 of the orientation and position determination assembly 4 is attached to the tool 2.

In einem weiteren Schritt S200a wird die Referenzmarke 11 des Werkzeugs 2 durch Neigen des Werkzeugs 2 ausgerichtet, derart, dass sich die Referenzmarke 11 mit der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 im Lot L befindet.In a further step S200a, the reference mark 11 of the tool 2 is aligned by tilting the tool 2 such that the reference mark 11 is in line L with the orientation and position determination unit 8.

In einem weiteren Schritt S300a wird die Distanz R zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und der Referenzmarke 11 manuell bestimmt.In a further step S300a, the distance R between the attitude and position determination unit 8 and the reference mark 11 is determined manually.

In einem weiteren Schritt S400a wird die manuell bestimmte Distanz R von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 eingelesen.In a further step S400a, the manually determined distance R is read in by the attitude and position determination unit 8.

In einem weiteren Schritt S500a wird die Lotabweichung LAB der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 mit der Lagesensorbaugruppe 703 bestimmt. In a further step S500a, the vertical deviation LAB of the attitude and position determination unit 8 is determined with the position sensor assembly 703.

In einem weiteren Schritt S600a wird der Kalibrier-Datensatz KDS durch Auswerten der Lotabweichung LAB und der Distanz R bestimmt.In a further step S600a, the calibration data set KDS is determined by evaluating the plumb deviation LAB and the distance R.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 12 ein weiteres Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zur Steigerung der Genauigkeit der Kalibrierung aus dem ersten Ausführungsbeispiel, insbesondere zum kombinierten manuellen/automatischen Kalibrieren, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert.It will now be discussed with reference to 12 a further method according to the second embodiment for increasing the accuracy of the calibration from the first embodiment, in particular for combined manual/automatic calibration, according to the second embodiment is explained.

Nachdem die Schritte S100a bis S600a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wurden, wird in einem weiteren Schritt S700a das Werkzeug 2 ausgerichtet, derart, dass das Werkzeug 2 eine vorbestimmte Position I, insbesondere mit maximaler Neigung, annimmt und die Referenzmarke 11 an der gleichen, vorbestimmten Position I während des Ausrichtens verbleibt. Nun werden während des Ausrichtens des Werkzeugs 2 Positionsdaten PD mit dem GNSS-Modul 702 erfasst.After steps S100a to S600a have been carried out according to the first embodiment, the tool 2 is aligned in a further step S700a such that the tool 2 assumes a predetermined position I, in particular with maximum inclination, and the reference mark 11 remains at the same predetermined position I during the alignment. Now, during the alignment of the tool 2, position data PD are recorded with the GNSS module 702.

In einem weiteren Schritt S800a werden die Differenzdaten DD durch Auswerten des im Schritt S600a bestimmten Kalibrier-Datensatzes KDS und den im Schritt S700a bestimmten Positionsdaten PD bestimmt.In a further step S800a, the difference data DD are determined by evaluating the calibration data set KDS determined in step S600a and the position data PD determined in step S700a.

In einem weiteren Schritt S900a wird der Kalibrier-Datensatz KDS durch Auswerten der Differenzdaten DD ergänzt.In a further step S900a, the calibration data set KDS is supplemented by evaluating the difference data DD.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 13 ein Verfahren zum Kalibrieren, insbesondere zum automatischen Kalibrieren, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erläutert.It will now be discussed with reference to 13 a method for calibration, in particular for automatic calibration, according to the third embodiment is explained.

In einem ersten Schritt S100b wird die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 an dem Werkzeug 2 befestigt.In a first step S100b, the orientation and position determination unit 8 of the orientation and position determination assembly 4 is attached to the tool 2.

In einem weiteren Schritt S200b wird ein vorbestimmter geostationärer Punkt für das Werkzeug 2 angefahren. Der erste Messwert MW am ersten Messpunkt MP1 umfasst Positionsdaten PD indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und Lagedaten LD indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8.In a further step S200b, a predetermined geostationary point is approached for the tool 2. The first measured value MW at the first measuring point MP1 includes position data PD indicative of the position of the attitude and position determination unit 8 and position data LD indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit 8.

In einem weiteren Schritt S300b wird das Werkzeug 2 erneut verlagert, derart, dass eine Neigung des Werkzeugs 2 verändert wird, wobei die Referenzmarke 11 aber an einer gleichen, vorbestimmten Position I verbleibt.In a further step S300b, the tool 2 is displaced again such that an inclination of the tool 2 is changed, but the reference mark 11 remains at a same, predetermined position I.

In einem weiteren Schritt S400b wird mindestens ein weiterer Messwert MW an einem weiteren Messpunkt MP2 erfasst, der weitere Positionsdaten PD indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 enthält.In a further step S400b, at least one further measured value MW is recorded at a further measuring point MP2, which contains further position data PD indicative of the position of the attitude and position determination unit 8.

Dabei können die Schritte S300b und S400b zumindest einmal wiederholt werden, um zumindest zwei weitere Messwerte MW an weiteren Messpunkten MP2, ... MPx zu bestimmen und damit die Genauigkeit zu steigern. Die Wiederholung der Schritte S300b und S400b kann entweder kontinuierlich während des Verlagerns des Werkzeugs 2 oder an vorbestimmten Punkten durchgeführt werden.In this case, steps S300b and S400b can be repeated at least once in order to determine at least two further measured values MW at further measuring points MP2, ... MPx and thus increase the accuracy. The repetition of steps S300b and S400b can be carried out either continuously during the displacement of the tool 2 or at predetermined points.

In einem weiteren Schritt S500b werden die Messwerte MW ausgewertet, um die Lotabweichung LAB der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und/oder die Distanz R zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und der Referenzmarke 11 zu bestimmen.In a further step S500b, the measured values MW are evaluated in order to determine the vertical deviation LAB of the attitude and position determination unit 8 and/or the distance R between the attitude and position determination unit 8 and the reference mark 11.

In einem weiteren Schritt S600b wird der Kalibrier-Datensatz KDS durch Auswerten der Lotabweichung LAB und/oder der Distanz R bestimmt.In a further step S600b, the calibration data set KDS is determined by evaluating the plumb deviation LAB and/or the distance R.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 14 ein Verfahren zum Kalibrieren, insbesondere zum automatischen Kalibrieren, gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel erläutert.It will now be discussed with reference to 14 a method for calibration, in particular for automatic calibration, according to the fourth embodiment is explained.

In einem ersten Schritt 100c wird die Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 an dem Werkzeug 2 befestigt.In a first step 100c, the orientation and position determination unit 8 of the orientation and position determination assembly 4 is attached to the tool 2.

In einem weiteren Schritt 200c wird das Werkzeug 2 verlagert, um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug 2 anzufahren. Es wird dann der erste Messwert MW am ersten Messpunkt MP1 erfasst. Der erste Messwert MW weist die Positionsdaten PD indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf, die mit dem GNSS-Modul 702 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 erfasst werden. Ferner weist der erste Messwert MW die Lagedaten LD indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf, die mit der Lagesensorbaugruppe 703 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 erfasst werden.In a further step 200c, the tool 2 is moved in order to approach a predetermined geostationary point for the tool 2. The first measured value MW is then recorded at the first measuring point MP1. The first measured value MW has the position data PD indicative of the position of the attitude and position determination unit 8, which are recorded with the GNSS module 702 of the attitude and position determination unit 8. Furthermore, the first measured value MW has the position data LD indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit 8, which are recorded with the position sensor assembly 703 of the attitude and position determination unit 8.

In einem weiteren Schritt S300c wird das Werkzeug 2 derart verlagert, dass eine Neigung des Werkzeugs 2 verändert wird, wobei die Referenzmarke 11 des Werkzeugs 2 an einer gleichen, vorbestimmten Position I verbleibt.In a further step S300c, the tool 2 is displaced such that an inclination of the tool 2 is changed, wherein the reference mark 11 of the tool 2 remains at a same, predetermined position I.

In einem weiteren Schritt S400c wird der zweite Messwert MW an dem zweiten Messpunkt MP2 erfasst. Der zweite Messwert MW weist die weiteren Positionsdaten PD indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf, die mit dem GNSS-Modul 702 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 erfasst werden. Ferner weist der zweite Messwert MW die weiteren Lagedaten LD indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 auf, die mit der Lagesensorbaugruppe 703 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 erfasst werden.In a further step S400c, the second measured value MW is recorded at the second measuring point MP2. The second measured value MW has the further position data PD indicative of the position of the attitude and position determination unit 8, which are recorded with the GNSS module 702 of the attitude and position determination unit 8. Furthermore, the second measured value MW has the further position data LD indicative of the spatial position of the attitude and position determination unit 8, which are recorded with the position sensor assembly 703 of the attitude and position determination unit 8.

In einem weiteren Schritt S500c werden die Messwerte MW ausgewertet, um die Lotabweichung LAB der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und/oder die Distanz R zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 und der Referenzmarke 11 zu bestimmen.In a further step S500c, the measured values MW are evaluated in order to determine the vertical deviation LAB of the attitude and position determination unit 8 and/or the distance R between the attitude and position determination unit 8 and the reference mark 11.

In einem weiteren Schritt S600c wird der Kalibrier-Datensatz KDS durch Auswerten der Lotabweichung LAB und/oder der Distanz R bestimmt.In a further step S600c, the calibration data set KDS is determined by evaluating the plumb deviation LAB and/or the distance R.

Bei allen beschriebenen Verfahren zum Kalibrieren kann vorgesehen sein, dass einzelne Messpunkte MP1, MP2, ... MPx mehrfach angefahren werden, um Messwerte MW aufzunehmen, um so durch Mehrfachmessungen die Genauigkeit zu erhöhen.In all described calibration procedures, it can be provided that individual measuring points MP1, MP2, ... MPx are approached several times in order to record measured values MW in order to increase the accuracy through multiple measurements.

Ferner kann bei allen beschriebenen Verfahren zum Kalibrieren vorgesehen sein, dass der Kalibrier-Datensatz KDS dem Werkzeug 2 und die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 oder einer Komponente der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 am Werkzeug 2 zugeordnet und gespeichert wird, sodass für dieses Werkzeug 2 und diese Position der Kalibrierungsvorgang nur einmal durchgeführt werden muss. Der Kalibrier-Datensatz KDS zusammen mit Daten eines Identifikation-Datensatzes ID (siehe 15), die eine Identifikation des Werkzeugs 2 erlauben, und mit Positions- und Lage-Daten PLD (siehe ebenfalls 15) indikativ für die Position und Lage am Werkzeug 2 können z.B. in einer Komponente der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 und/oder dem Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 gespeichert werden und von dort bei einer erneuten Inbetriebnahme geladen werden, um eine Konfiguration gemäß dem Kalibrier-Datensatz KDS ohne erneute Kalibrierung durchzuführen. Wenn hingegen statt der Magnete 9 die rahmenförmige Halterung 10 zur Befestigung verwendet wird, kann auf die Positions- und Lage-Daten PLD verzichtet werden, da durch die rahmenförmige Halterung 10 die Position und Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 festgelegt ist.Furthermore, in all described methods for calibration, it can be provided that the calibration data set KDS is assigned to the tool 2 and the position of the position and position determination unit 8 or a component of the position and position determination unit 8 on the tool 2 and stored so that the calibration process only has to be carried out once for this tool 2 and this position. The calibration data set KDS together with data from an identification data set ID (see 15 ), which allow identification of the tool 2, and with position and orientation data PLD (see also 15 ) indicative of the position and location on the tool 2 can be stored, for example, in a component of the position and positioning determination assembly 4 and/or the terminal and/or control output device 6 and loaded from there when the device is put into operation again in order to carry out a configuration according to the calibration data set KDS without recalibration. If, however, the frame-shaped holder 10 is used for fastening instead of the magnets 9, the position and location data PLD can be dispensed with, since the position and spatial location of the position and positioning determination unit 8 is determined by the frame-shaped holder 10.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Werkzeug 2 und z.B. eine Komponente der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 eine Einheit bilden, die nicht voneinander getrennt werden und denen der Identifikations-Datensatz ID zugeordnet wird. So kann ein zwischenzeitlicher Werkzeugwechsel des Werkzeugs 2 erfolgen, ohne dass eine erneute Kalibrierung nötig ist.It can also be provided that the tool 2 and, for example, a component of the position and location determination assembly 4 form a unit that cannot be separated from one another and to which the identification data set ID is assigned. In this way, an interim tool change of the tool 2 can take place without recalibration being necessary.

Es wird nun unter Bezugnahme auf 15 ein Verfahren zur Positions- und Raumlagebestimmung des Werkzeugs 2 erläutert.It will now be discussed with reference to 15 a method for determining the position and spatial orientation of tool 2 is explained.

Das Verfahren zur Positions- und Raumlagebestimmung des Werkzeugs 2 kann nach einer Kalibrierung mit den Schritten S100a bis S600a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, nach einer Kalibrierung mit den Schritten S100a bis S900a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, nach einer Kalibrierung mit den Schritten S100b bis S600b gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel oder nach einer Kalibrierung mit den Schritten S100c bis S600c gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden.The method for determining the position and spatial orientation of the tool 2 can be carried out after a calibration with the steps S100a to S600a according to the first embodiment, after a calibration with the steps S100a to S900a according to the second embodiment, after a calibration with the steps S100b to S600b according to the third embodiment or after a calibration with the steps S100c to S600c according to the fourth embodiment.

In einem ersten Schritt S1100 wird ein Positions-Datensatz PDS indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 mit dem GNSS-Modul 702 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bestimmt.In a first step S1100, a position data record PDS indicative of the position of the position and position determination unit 8 of the position and position determination assembly 4 is the GNSS module 702 of the attitude and position determination unit 8.

In einem weiteren Schritt S1200 wird ein Lage-Datensatz LDS indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 mit der Lagesensorbaugruppe 703 der Lage- und Positionsbestimmungseinheit 8 bestimmt.In a further step S1200, a position data set LDS indicative of the spatial position of the position and position determination unit 8 is determined using the position sensor assembly 703 of the position and position determination unit 8.

Zusätzlich können Daten des Trägheitsnavigationssystem verwendet werden, um durch die Kombination des GNSS-Modul 702 mit dem Trägheitsnavigationssystem das kurzzeitig genaue, aber driftende Trägheitssystem mit den langzeitstabilen, aber kurzzeitig variablen schwankenden Daten des GNSS-Moduls 702 zu fusionieren.In addition, data from the inertial navigation system can be used to fuse the short-term accurate but drifting inertial system with the long-term stable but short-term variable fluctuating data from the GNSS module 702 by combining the GNSS module 702 with the inertial navigation system.

In einem weiteren Schritt S1300 wird der Positions-Datensatz PDS und der Lage-Datensatz LDS unter Verwendung des Kalibrier-Datensatzes KDS ausgewertet, um einen Ausgangs-Datensatz ADS indikativ für die Raumlage und Position des Werkzeugs 2 zu bestimmen.In a further step S1300, the position data set PDS and the location data set LDS are evaluated using the calibration data set KDS in order to determine an output data set ADS indicative of the spatial orientation and position of the tool 2.

In einem weiteren Schritt S1400 wird der Ausgangs-Datensatz ADS ausgegeben.In a further step S1400, the output data set ADS is output.

Es kann vorgesehen sein, dass z.B. das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät 6 der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 dazu ausgebildet ist, auf der Basis des Ausgangs-Datensatzes ADS einen Steuer-Datensatz SDS zur Ansteuerung des Landfahrzeugs 1, z.B. zur Ansteuerung des Auslegers 3 des als Bagger ausgebildeten Landfahrzeugs 1, zu erzeugen, um so einen direkten Eingriff in die Maschinensteuerung des Landfahrzeugs 1 zu bewirken.It can be provided that, for example, the terminal and/or control output device 6 of the attitude and position determination module 4 is designed to generate a control data set SDS on the basis of the output data set ADS for controlling the land vehicle 1, e.g. for controlling the boom 3 of the land vehicle 1 designed as an excavator, in order to thereby effect a direct intervention in the machine control of the land vehicle 1.

In einem weiteren Schritt S1500 wird z.B. nach Beendigung von z.B. einer Bodenbearbeitung nach Planvorgaben die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 durch einfaches Demontieren von dem Werkzeug 2 getrennt und in das Transportbehältnis zurückgelegt, wobei es dann selbsttätig deaktiviert wird. Ein Erfassen eines Zurücklegens der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 in ihr Transportbehältnis kann beispielsweise durch eine in dem Transportbehältnis integrierte Ladevorrichtung erfolgen.In a further step S1500, for example after completion of soil cultivation according to plan specifications, the position and location determination assembly 4 is separated from the tool 2 by simply dismantling it and placed back in the transport container, where it is then automatically deactivated. The detection of the placement of the position and location determination assembly 4 in its transport container can be carried out, for example, by a loading device integrated in the transport container.

Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Reihenfolge der Schritte auch eine andere sein. Ferner können mehrere Schritte auch zeitgleich bzw. simultan ausgeführt werden. Des Weiteren können auch abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel einzelne Schritte übersprungen oder ausgelassen werden.Deviating from the present embodiment, the order of the steps may also be different. Furthermore, several steps may be carried out at the same time or simultaneously. Furthermore, deviating from the present embodiment, individual steps may be skipped or omitted.

So kann im Bedarfsfall ein Landfahrzeug 1, wie eine Baumaschine, entsprechend schnell nachgerüstet werden. Dabei wird durch die freie Wahl der Position der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 oder einer Komponente der Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe 4 und anschließende Kalibrierung mit dem Kalibrier-Datensatz KDS die Montage vereinfacht und es sind keine aufwendigen Kalibrierungen einer speziell ausgebildeten Baumaschine ab Werk erforderlich.If necessary, a land vehicle 1, such as a construction machine, can be retrofitted quickly. The free choice of the position of the attitude and position determination assembly 4 or a component of the attitude and position determination assembly 4 and subsequent calibration with the calibration data set KDS simplifies assembly and no complex calibration of a specially trained construction machine is required at the factory.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LandfahrzeugLand vehicle
22
WerkzeugTool
33
Auslegerboom
44
Lage- und Positionsbestimmungs-BaugruppePosition and position determination assembly
55
AnzeigevorrichtungDisplay device
66
Endgerät und/oder SteuerausgabegerätTerminal and/or control output device
77
ReferenzstationReference station
88th
Lage- und PositionsbestimmungseinheitAttitude and position determination unit
99
Magnetmagnet
1010
Halterungbracket
1111
ReferenzmarkeReference mark
1212
TripodTripod
1313
GNSS-AntenneGNSS antenna
1414
GNSS-AntennenzentrumGNSS Antenna Center
1515
LeuchtmittelLamps
1616
AnzeigeAdvertisement
1717
AnzeigeverbinderDisplay connector
1818
Tastebutton
1919
Tastebutton
2020
Tastebutton
2121
System System
701701
Satellitsatellite
702702
GNSS-ModulGNSS module
703703
LagesensorbaugruppePosition sensor assembly
704a704a
AnzeigeeinheitDisplay unit
704b704b
AnzeigeeinheitDisplay unit
704c704c
AnzeigeeinheitDisplay unit
704d704d
AnzeigeeinheitDisplay unit
705705
EingabegerätInput device
706a706a
Sende- und Empfangs-ModulTransmitting and receiving module
706b706b
Sende- und Empfangs-ModulTransmitting and receiving module
706c706c
Sende- und Empfangs-ModulTransmitting and receiving module
706d706d
Sende- und Empfangs-ModulTransmitting and receiving module
707a707a
Akkumulatoraccumulator
707b707b
Akkumulatoraccumulator
707d707d
Akkumulator Accumulator
ADSADS
Ausgangs-DatensatzOutput data set
BB
RaumlageSpatial location
dd
KreissehneChord
ee
AbstandDistance
DDDD
DifferenzdatenDifference data
GG
GeradeStraight
hH
HöheHeight
hGNSShGNSS
HöhenwertAltitude value
hRefhRef
Höhe der ReferenzmarkeHeight of reference mark
HOHO
Horizonthorizon
KDSKDS
Kalibrier-DatensatzCalibration data set
LL
LotLot
LDSLDS
Lage-DatensatzLocation dataset
LABLAB
LotabweichungPlumb deviation
MP1MP1
MesspunktMeasuring point
MP2MP2
MesspunktMeasuring point
MPxMPx
MesspunktMeasuring point
MWMW
MesswerteMeasured values
II
Positionposition
IDID
Identifikations-DatensatzIdentification record
PDPD
PositionsdatenPosition data
PDSPDS
Positions-DatensatzPosition record
PLDPLD
Positions- und Lage-DatenPosition and location data
RR
Distanzdistance
SS
Senkrechte durch die SensorbaugruppeVertical through the sensor assembly
SDSSDS
Steuer-DatensatzTax record
SKss
KreisCircle
TT
Tangente Tangent
αα
Winkelangle
ββ
Winkelangle
γγ
Winkelangle
δδ
Winkelangle
εε
Winkel Angle
S100aS100a
SchrittStep
S100bS100b
SchrittStep
S100cS100c
SchrittStep
S200aS200a
SchrittStep
S200bS200b
SchrittStep
S200cS200c
SchrittStep
S300aS300a
SchrittStep
S300bS300b
SchrittStep
S300cS300c
SchrittStep
S400aS400a
SchrittStep
S400bS400b
SchrittStep
S400cS400c
SchrittStep
S500aS500a
SchrittStep
S500bS500b
SchrittStep
S500cS500c
SchrittStep
S600aS600a
SchrittStep
S600bS600b
SchrittStep
S600cS600c
SchrittStep
S700aS700a
SchrittStep
S800aS800a
SchrittStep
S900aS900a
SchrittStep
S1100S1100
SchrittStep
S1200S1200
SchrittStep
S1300S1300
SchrittStep
S1400S1400
SchrittStep
S1500S1500
SchrittStep
S1600S1600
SchrittStep

Claims (15)

Verfahren zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs (2) zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger (3) eines Landfahrzeugs (1), mit den Schritten: (S1100) Bestimmen eines Positions-Datensatzes (PDS) indikativ für die Position einer Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) einer Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe (4) an dem Werkzeug (2) mit einem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), (S1200) Bestimmen eines Lage-Datensatzes (LDS) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit einer Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), (S1300) Auswerten des Positions-Datensatzes (PDS) und des Lage-Datensatzes (LDS) unter Verwendung eines Kalibrier-Datensatzes (KDS), um einen Ausgangs-Datensatz (ADS) indikativ für die Raumlage und Position des Werkzeugs (2) zu bestimmen, und (S1400) Ausgeben des Ausgangs-Datensatzes (ADS).Method for determining the position and spatial orientation of a tool (2) for soil cultivation on an adjustable boom (3) of a land vehicle (1), comprising the steps: (S1100) determining a position data set (PDS) indicative of the position of a position and position determination unit (8) of a position and position determination assembly (4) on the tool (2) with a GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), (S1200) determining a position data set (LDS) indicative of the spatial orientation of the position and position determination unit (8) with a position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), (S1300) evaluating the position data set (PDS) and the position data set (LDS) using a calibration data set (KDS) to generate an output data set (ADS) indicative of the spatial orientation and position of the tool (2) to and (S1400) output the output data set (ADS). Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) folgende Schritte ausgeführt werden: (S100a) Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) an dem Werkzeug (2), (S200a) Ausrichten einer Referenzmarke (11) des Werkzeugs (2) durch Neigen des Werkzeugs (2), derart, dass sich die Referenzmarke (11) mit der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) im Lot (L) befindet, (S300a) Bestimmen einer Distanz (R) zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und der Referenzmarke (11), (S400a) Einlesen der Distanz (R) von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), (S500a) Bestimmen einer Lotabweichung (LAB) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), und (S600a) Erzeugen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) durch Auswerten der Lotabweichung (LAB) und der Distanz (R).Procedure according to Claim 1 , wherein the following steps are carried out to determine the calibration data set (KDS): (S100a) fastening the position and position determination unit (8) to the tool (2), (S200a) aligning a reference mark (11) of the tool (2) by tilting the tool (2) such that the reference mark (11) is perpendicular (L) to the position and position determination unit (8), (S300a) determining a distance (R) between the position and position determination unit (8) and the reference mark (11), (S400a) reading in the distance (R) from the position and position determination unit (8), (S500a) determining a perpendicular deviation (LAB) of the position and position determination unit (8) with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), and (S600a) generating the calibration data set (KDS) by evaluating the plumb deviation (LAB) and the distance (R). Verfahren nach Anspruch 2, wobei zusätzlich zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) folgende Schritte ausgeführt werden: (S700a) Ausrichten des Werkzeugs (2), derart, dass das Werkzeug (2) eine vorbestimmte Position (I) mit einer vorbestimmten Neigung, insbesondere mit einer maximalen Neigung, annimmt und die Referenzmarke (11) an der gleichen, vorbestimmten Position (I) während des Ausrichtens verbleibt, wobei während des Ausrichtens Positionsdaten (PD) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, (S800a) Bestimmen von Differenzdaten (DD) durch Auswerten des im Schritt (S600a) bestimmten Kalibrier-Datensatzes (KDS) und den im Schritt (S700a) bestimmten Positionsdaten (PD), und (S900a) Ergänzen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) durch Auswerten der Differenzdaten (DD).Procedure according to Claim 2 , wherein in addition to determining the calibration data set (KDS), the following steps are carried out: (S700a) aligning the tool (2) such that the tool (2) assumes a predetermined position (I) with a predetermined inclination, in particular with a maximum inclination, and the reference mark (11) remains at the same, predetermined position (I) during the alignment, wherein during the alignment position data (PD) are recorded with the GNSS module (702) of the attitude and position determination unit (8), (S800a) determining difference data (DD) by evaluating the calibration data set (KDS) determined in step (S600a) and the position data (PD) determined in step (S700a), and (S900a) supplementing the calibration data set (KDS) by evaluating the difference data (DD). Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) folgende Schritte ausgeführt werden: (S100b) Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) an dem Werkzeug (2), (S200b) Verlagern des Werkzeugs (2), um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug (2) anzufahren, und Erfassen von einem ersten Messwert (MW) an einem ersten Messpunkt (MP1), mit Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), und mit Lagedaten (LD) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), (S300b) Verlagern des Werkzeugs (2), derart, dass eine Neigung des Werkzeugs (2) verändert wird, wobei eine Referenzmarke (11) des Werkzeugs (2) an einer gleichen, vorbestimmten Position (I) verbleibt, (S400b) Erfassen von mindestens zwei weiteren Messwerten (MW) an mindestens zwei weiteren Messpunkten (MP2, ... MPx), mit weiteren Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) durch zumindest zweimaliges Durchführen der Schritte (S300b) und (S400b), (S500b) Auswerten der Messwerte (MW), um eine Lotabweichung (LAB) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und/oder eine Distanz (R) zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und der Referenzmarke (11) zu bestimmen, und (S600b) Erzeugen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) durch Auswerten der Lotabweichung (LAB) und/oder der Distanz (R).Procedure according to Claim 1 , wherein the following steps are carried out to determine the calibration data set (KDS): (S100b) fastening the position and position determination unit (8) to the tool (2), (S200b) moving the tool (2) to approach a predetermined geostationary point for the tool (2), and recording a first measured value (MW) at a first measuring point (MP1), with position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8) with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), and with position data (LD) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8) with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), (S300b) moving the tool (2) in such a way that an inclination of the tool (2) is changed, wherein a reference mark (11) of the tool (2) is at a remains in the same, predetermined position (I), (S400b) recording at least two further measured values (MW) at at least two further measuring points (MP2, ... MPx), with further position data (PD) indicative of the position of the attitude and position determination unit (8) with the GNSS module (702) of the attitude and position determination unit (8) by carrying out steps (S300b) and (S400b) at least twice, (S500b) evaluating the measured values (MW) in order to determine a vertical deviation (LAB) of the attitude and position determination unit (8) and/or a distance (R) between the attitude and position determination unit (8) and the reference mark (11), and (S600b) generating the calibration data set (KDS) by evaluating the vertical deviation (LAB) and/or the distance (R). Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) folgende Schritte ausgeführt werden: (S100c) Befestigen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) an dem Werkzeug (2), (S200c) Verlagern des Werkzeugs (2), um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug (2) anzufahren, und Erfassen von einem ersten Messwert (MW) an einem ersten Messpunkt (MP1), mit Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), und mit Lagedaten (LD) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), (S300c) Verlagern des Werkzeugs (2), derart, dass eine Neigung des Werkzeugs (2) verändert wird, wobei eine Referenzmarke (11) des Werkzeugs (2) an einer gleichen, vorbestimmten Position (I) verbleibt, (S400c) Erfassen von einem zweiten Messwert (MW) an einem zweiten Messpunkt (MP2), mit weiteren Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), und mit weiteren Lagedaten (LD) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), (S500c) Auswerten der Messwerte (MW), um eine Lotabweichung (LAB) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und/oder eine Distanz (R) zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und der Referenzmarke (11) zu bestimmen, und (S600c) Erzeugen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) durch Auswerten der Lotabweichung (LAB) und/oder der Distanz (R).Procedure according to Claim 1 , wherein the following steps are carried out to determine the calibration data set (KDS): (S100c) fastening the position and position determination unit (8) to the tool (2), (S200c) moving the tool (2) to approach a predetermined geostationary point for the tool (2), and recording a first measured value (MW) at a first measuring point (MP1), with position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8) with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), and with position data (LD) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8) with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), (S300c) moving the tool (2) in such a way that an inclination of the tool (2) is changed, wherein a reference mark (11) of the tool (2) is at a the same, predetermined position (I), (S400c) detecting a second measured value (MW) at a second measuring point (MP2), with further position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8) with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), and with further position data (LD) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8) with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), (S500c) evaluating the measured values (MW) in order to determine a vertical deviation (LAB) of the position and position determination unit (8) and/or a distance (R) between between the attitude and position determination unit (8) and the reference mark (11), and (S600c) generating the calibration data set (KDS) by evaluating the plumb deviation (LAB) and/or the distance (R). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Trägheitsnavigationssystem der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) zusätzlich Daten für den Lage-Datensatz (LDS) bereitstellt.Method according to one of the Claims 1 until 5 , wherein an inertial navigation system of the attitude and position determination unit (8) additionally provides data for the attitude data set (LDS). Computerprogrammprodukt, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Computer program product designed to carry out a method according to one of the Claims 1 until 6 . System (21) zur Positions- und Raumlagebestimmung eines Werkzeugs (2) zur Bodenbearbeitung an einem verstellbaren Ausleger (3) eines Landfahrzeugs (1), wobei eine Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) einer Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe (4) des Systems (21) an dem Werkzeug (2) dazu ausgebildet ist, einen Positions-Datensatz (PDS) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit einem GNSS-Modul (702) zu bestimmen, einen Lage-Datensatz (LDS) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit einer Lagesensorbaugruppe (703) zu bestimmen, den Positions-Datensatz (PDS) und den Lage-Datensatz (LDS) unter Verwendung eines Kalibrier-Datensatzes (KDS) auszuwerten, um einen Ausgangs-Datensatz (ADS) indikativ für die Raumlage und Position des Werkzeugs (2) zu bestimmen, und den Ausgangs-Datensatz (ADS) auszugeben.System (21) for determining the position and spatial orientation of a tool (2) for soil cultivation on an adjustable boom (3) of a land vehicle (1), wherein a position and position determination unit (8) of a position and position determination assembly (4) of the system (21) on the tool (2) is designed to determine a position data set (PDS) indicative of the position of the position and position determination unit (8) with a GNSS module (702), to determine a position data set (LDS) indicative of the spatial orientation of the position and position determination unit (8) with a position sensor assembly (703), to evaluate the position data set (PDS) and the position data set (LDS) using a calibration data set (KDS) in order to determine an output data set (ADS) indicative of the spatial orientation and position of the tool (2), and to output the output data set (ADS). System (21) nach Anspruch 8, wobei die Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) an dem Werkzeug (2) befestigbar ist, wobei das System (21) zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) dazu ausgebildet ist, nach einem Ausrichten einer Referenzmarke (11) des Werkzeugs (2) durch Neigen des Werkzeugs (2), derart, dass sich die Referenzmarke (11) mit der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) im Lot (L) befindet, eine Distanz (R) zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und der Referenzmarke (11) zu bestimmen, die Distanz (R) von der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) einzulesen, eine Lotabweichung (LAB) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) zu bestimmen und den Kalibrier-Datensatz (KDS) durch Auswerten der Lotabweichung (LAB) und der Distanz (R) zu erzeugen.System (21) according to Claim 8 , wherein the attitude and position determination unit (8) is attachable to the tool (2), wherein the system (21) for determining the calibration data set (KDS) is designed, after aligning a reference mark (11) of the tool (2) by tilting the tool (2) such that the reference mark (11) is perpendicular (L) to the attitude and position determination unit (8), to determine a distance (R) between the attitude and position determination unit (8) and the reference mark (11), to read in the distance (R) from the attitude and position determination unit (8), to determine a perpendicular deviation (LAB) of the attitude and position determination unit (8) with the position sensor assembly (703) of the attitude and position determination unit (8), and to generate the calibration data set (KDS) by evaluating the perpendicular deviation (LAB) and the distance (R). System (21) nach Anspruch 9, wobei das System (21) zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) zusätzlich dazu ausgebildet ist, ein Ausrichten des Werkzeugs (2) zu bewirken, derart, dass das Werkzeug (2) eine vorbestimmte Position (I) mit einer vorbestimmten Neigung, insbesondere mit einer maximalen Neigung, annimmt und die Referenzmarke (11) während des Ausrichtens des Werkzeugs (2) an der gleichen, vorbestimmten Position (I) verbleibt, wobei das System (21) dazu ausgebildet ist, während des Ausrichtens Positionsdaten (PD) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) zu erfassen, Differenzdaten (DD) durch Auswerten des bestimmten Kalibrier-Datensatzes (KDS) und den bestimmten Positionsdaten (PD) zu bestimmen, und den Kalibrier-Datensatz (KDS) durch Auswerten der Differenzdaten (DD) zu ergänzen.System (21) according to Claim 9 , wherein the system (21) for determining the calibration data set (KDS) is additionally designed to cause an alignment of the tool (2) such that the tool (2) assumes a predetermined position (I) with a predetermined inclination, in particular with a maximum inclination, and the reference mark (11) remains in the same, predetermined position (I) during the alignment of the tool (2), wherein the system (21) is designed to acquire position data (PD) with the GNSS module (702) of the attitude and position determination unit (8) during the alignment, to determine difference data (DD) by evaluating the determined calibration data set (KDS) and the determined position data (PD), and to supplement the calibration data set (KDS) by evaluating the difference data (DD). System (21) nach Anspruch 8, wobei die Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) an dem Werkzeug (2) befestigbar ist, wobei das System (21) zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) dazu ausgebildet ist, ein Verlagern des Werkzeugs (2) zu bewirken, um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug (2) anzufahren, und mindestens einen ersten Messwert (MW) an einem ersten Messpunkt (MP1) zu erfassen, wobei der erste Messwert (MW) Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) aufweist, die mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, und wobei der erste Messwert (MW) Lagedaten (LD) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) aufweist, die mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, wobei das System (21) zum Verlagern des Werkzeugs (2) ausgebildet ist, derart, dass eine Neigung des Werkzeugs (2) verändert wird, wobei eine Referenzmarke (11) des Werkzeugs (2) an einer gleichen, vorbestimmten Position (I) verbleibt, wobei das System (21) zum Erfassen von mindestens zwei weiteren Messwerten (MW) an mindestens zwei weiteren Messpunkten (MP2, ... MPx) ausgebildet ist, wobei die weiteren Messwerte (MW) an den mindestens zwei weiteren Messpunkten (MP2, ... MPx) jeweils weitere Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) aufweisen, die mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, wobei das System (21) zum Auswerten der Messwerte (MW) ausgebildet ist, um eine Lotabweichung (LAB) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und/oder eine Distanz (R) zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und der Referenzmarke (11) zu bestimmen, und wobei das System (21) dazu ausgebildet ist, den Kalibrier-Datensatz (KDS) durch Auswerten der Lotabweichung (LAB) und/oder der Distanz (R) zu erzeugen.System (21) according to Claim 8 , wherein the position and position determination unit (8) can be fastened to the tool (2), wherein the system (21) for determining the calibration data set (KDS) is designed to cause a displacement of the tool (2) in order to approach a predetermined geostationary point for the tool (2) and to record at least a first measured value (MW) at a first measuring point (MP1), wherein the first measured value (MW) has position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8), which are recorded with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), and wherein the first measured value (MW) has position data (LD) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8), which are recorded with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), wherein the system (21) is designed to displace the tool (2), such that an inclination of the tool (2) is changed, wherein a reference mark (11) of the tool (2) remains at a same, predetermined position (I), wherein the system (21) is designed to record at least two further measured values (MW) at at least two further measuring points (MP2, ... MPx), wherein the further measured values (MW) at the at least two further measuring points (MP2, ... MPx) each have further position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8), which are recorded with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), wherein the system (21) is designed to evaluate the measured values (MW) in order to determine a vertical deviation (LAB) of the position and position determination unit (8) and/or a distance (R) between the position and position determination unit (8) and the reference mark (11), and wherein the system (21) is designed to calculate the calibration data set (KDS) by evaluating the vertical deviation (LAB) and/or the distance (R). System (21) nach Anspruch 8, wobei die Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) an dem Werkzeug (2) befestigbar ist, wobei das System (21) zum Bestimmen des Kalibrier-Datensatzes (KDS) dazu ausgebildet ist, ein Verlagern des Werkzeugs (2) zu bewirken, um einen vorbestimmten geostationären Punkt für das Werkzeug (2) anzufahren, zum Erfassen von einem ersten Messwert (MW) an einem ersten Messpunkt (MP1) mit Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), wobei die Positionsdaten (PD) mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, und wobei der erste Messwert (MW) an dem ersten Messpunkt (MP1) Lagedaten (LD) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) aufweist, die mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, zum Verlagern des Werkzeugs (2), derart, dass eine Neigung des Werkzeugs (2) verändert wird, wobei eine Referenzmarke (11) des Werkzeugs (2) an einer gleichen, vorbestimmten Position (I) verbleibt, zum Erfassen von einem zweiten Messwert (MW) an einem zweiten Messpunkt (MP2) mit weiteren Positionsdaten (PD) indikativ für die Position der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8), die mit dem GNSS-Modul (702) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, und wobei der zweite Messwert (MW) an dem zweiten Messpunkt (MP2) weitere Lagedaten (LD) indikativ für die Raumlage der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) aufweist, die mit der Lagesensorbaugruppe (703) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) erfasst werden, wobei das System (21) zum Auswerten der Messwerte (MW) ausgebildet ist, um eine Lotabweichung (LAB) der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und/oder eine Distanz (R) zwischen der Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) und der Referenzmarke (11) zu bestimmen, und wobei das System (21) dazu ausgebildet ist, den Kalibrier-Datensatz (KDS) durch Auswerten der Lotabweichung (LAB) und/oder der Distanz (R) zu erzeugen.System (21) according to Claim 8 , wherein the position determination unit (8) can be attached to the tool (2), wherein the system system (21) for determining the calibration data set (KDS) is designed to cause a displacement of the tool (2) in order to approach a predetermined geostationary point for the tool (2), for detecting a first measured value (MW) at a first measuring point (MP1) with position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8), wherein the position data (PD) are detected with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), and wherein the first measured value (MW) at the first measuring point (MP1) has position data (LD) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8), which are detected with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), for displacing the tool (2) in such a way that an inclination of the tool (2) is changed, wherein a reference mark (11) of the tool (2) is at a same, predetermined position (I), for detecting a second measured value (MW) at a second measuring point (MP2) with further position data (PD) indicative of the position of the position and position determination unit (8), which are detected with the GNSS module (702) of the position and position determination unit (8), and wherein the second measured value (MW) at the second measuring point (MP2) has further position data (LD) indicative of the spatial position of the position and position determination unit (8), which are detected with the position sensor assembly (703) of the position and position determination unit (8), wherein the system (21) is designed to evaluate the measured values (MW) in order to determine a vertical deviation (LAB) of the position and position determination unit (8) and/or a distance (R) between the position and position determination unit (8) and the reference mark (11), and wherein the system (21) is designed to generate the calibration data set (KDS) by evaluating the plumb deviation (LAB) and/or the distance (R). System (21) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Lage- und Positionsbestimmungseinheit (8) ein Trägheitsnavigationssystem aufweist, das zusätzlich Daten für den Lage-Datensatz (LDS) bereitstellt.System (21) according to one of the Claims 8 until 12 , wherein the attitude and position determination unit (8) has an inertial navigation system which additionally provides data for the attitude data set (LDS). Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe (4) für ein System (21) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.Attitude and position determination assembly (4) for a system (21) according to one of the Claims 8 until 13 . Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe (4) nach Anspruch 14, wobei die Lage- und Positionsbestimmungs-Baugruppe (4) eine Anzeigevorrichtung (5) und/oder ein Endgerät und/oder Steuerausgabegerät (6) aufweist, wobei die Anzeigevorrichtung (5) und/oder das Endgerät und/oder Steuerausgabegerät (6) als Mobilgerät ausgebildet sind.Position and position determination assembly (4) according to Claim 14 , wherein the attitude and position determination assembly (4) has a display device (5) and/or a terminal and/or control output device (6), wherein the display device (5) and/or the terminal and/or control output device (6) are designed as a mobile device.
DE102021107197.6A 2021-03-23 2021-03-23 Method for determining the position and spatial orientation of a tool Active DE102021107197B4 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021107197.6A DE102021107197B4 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Method for determining the position and spatial orientation of a tool
EP22716901.8A EP4314419A1 (en) 2021-03-23 2022-03-18 Method for determining the position and spatial orientation of a tool of an agricultural vehicle
PCT/EP2022/057199 WO2022200220A1 (en) 2021-03-23 2022-03-18 Method for determining the position and spatial orientation of a tool of an agricultural vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021107197.6A DE102021107197B4 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Method for determining the position and spatial orientation of a tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021107197A1 DE102021107197A1 (en) 2022-09-29
DE102021107197B4 true DE102021107197B4 (en) 2024-05-23

Family

ID=81328030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021107197.6A Active DE102021107197B4 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Method for determining the position and spatial orientation of a tool

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4314419A1 (en)
DE (1) DE102021107197B4 (en)
WO (1) WO2022200220A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7813174B2 (en) * 2022-04-08 2026-02-12 日立建機株式会社 Construction machinery

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3875332T2 (en) 1987-12-28 1993-02-25 Laser Alignment DEPTH SENSOR FOR EXCAVATORS.
EP1029306B1 (en) 1997-10-22 2002-03-06 Trimble AB Contactless measuring of position and orientation
US6665465B2 (en) 2001-12-05 2003-12-16 Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. Optical switch
WO2008091395A2 (en) 2006-08-24 2008-07-31 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavator 3d integrated laser and radio positioning guidance system
DE202010018131U1 (en) 2010-12-13 2014-04-11 Robert Miesen monitoring device
WO2014146809A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Mts Maschinentechnik Schrode Ag Mobile construction site surveying device, and device for providing information, particularly for generating handling instructions, for a construction machine operator
EP2806248A1 (en) 2013-04-12 2014-11-26 p3d systems GmbH Method for calibrating a detection device and detection device
US20160076228A1 (en) 2014-09-15 2016-03-17 Trimble Navigation Limited Guidance system for earthmoving machinery
US9886038B2 (en) 2003-03-20 2018-02-06 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
US20190003825A1 (en) 2014-08-25 2019-01-03 Trimble Navigation Limited All-in-one integrated sensing device for machine control

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013221301A1 (en) * 2013-10-21 2015-04-23 Mts Maschinentechnik Schrode Ag Method for calibrating the position of a construction machine in a construction site plan
FI125464B (en) * 2014-03-18 2015-10-15 Novatron Oy System and method for locating a construction machine
US10066346B2 (en) * 2015-08-12 2018-09-04 Topcon Positioning Systems, Inc. Point cloud based surface construction

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3875332T2 (en) 1987-12-28 1993-02-25 Laser Alignment DEPTH SENSOR FOR EXCAVATORS.
EP1029306B1 (en) 1997-10-22 2002-03-06 Trimble AB Contactless measuring of position and orientation
US6665465B2 (en) 2001-12-05 2003-12-16 Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. Optical switch
US9886038B2 (en) 2003-03-20 2018-02-06 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
WO2008091395A2 (en) 2006-08-24 2008-07-31 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavator 3d integrated laser and radio positioning guidance system
DE202010018131U1 (en) 2010-12-13 2014-04-11 Robert Miesen monitoring device
WO2014146809A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Mts Maschinentechnik Schrode Ag Mobile construction site surveying device, and device for providing information, particularly for generating handling instructions, for a construction machine operator
EP2806248A1 (en) 2013-04-12 2014-11-26 p3d systems GmbH Method for calibrating a detection device and detection device
US20190003825A1 (en) 2014-08-25 2019-01-03 Trimble Navigation Limited All-in-one integrated sensing device for machine control
US20160076228A1 (en) 2014-09-15 2016-03-17 Trimble Navigation Limited Guidance system for earthmoving machinery

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021107197A1 (en) 2022-09-29
EP4314419A1 (en) 2024-02-07
WO2022200220A1 (en) 2022-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007051198B4 (en) System and method for automatic adjustment of a working device
DE69815063T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF A CONTROL PANEL
DE19581454B3 (en) Method and device for determining the location and orientation of a work machine
EP2697605B1 (en) Measuring system and method for determining new points
DE112007002393B4 (en) Navigation system with GPS and laser reference
EP2193333B1 (en) Positioning method
EP3129807B1 (en) Position correction of a vehicle by referencing to objects in the surroundings
EP2638358B1 (en) Device for measuring and marking of points along horizontal contour lines
EP3106899B1 (en) Referenced vehicle control system
EP3502821B1 (en) Self-propelled construction machine and method for controlling the same
DE69716671T2 (en) Control device for construction machines
EP2208019B1 (en) Method and device for determining an object from hybrid measurements
DE112016003502B4 (en) Construction management system and form measurement method
DE112016003771T5 (en) Construction management system, construction management method and management device
DE112013005525B4 (en) measuring device
EP1475609B1 (en) GPS / INS compensation system of a land vehicle
DE102013205486A1 (en) Arrangement and method for position detection with a hand-held device
EP2976284B1 (en) Mobile construction site surveying device
DE112017000124T5 (en) Measuring device and method for calibrating a hydraulic excavator
DE102016221284A1 (en) A method of guiding an off-road vehicle along a curved path
DE102021107197B4 (en) Method for determining the position and spatial orientation of a tool
DE112017000076T5 (en) Method for calibrating a work machine, calibration device and system for calibrating a work machine
EP2866053B1 (en) Method for calibrating the position of a construction machine in a construction site plan
DE102022207943A1 (en) Laser reference tracking and target corrections for work machines
DE112016003697T5 (en) Construction method, work machine control system and work machine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final