DE20000243U1 - Anordnung zum automatischen, kamerageführten Andocken mittels kooperativer Zielmarken insbesondere bei Sonnenlicht im Freien - Google Patents
Anordnung zum automatischen, kamerageführten Andocken mittels kooperativer Zielmarken insbesondere bei Sonnenlicht im FreienInfo
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Description
OptiMaster - Inspektionssysteme zur Qualitätssicherung
Gebrauchsmusteranmeldung vom 11.01.2000
Anordnung zum automatischen, kamerageführten Andocken mittels kooperativer Zielmarken insbesondere bei Sonnenlicht im Freien.
Die erfindungsgemäße Anordnung dient dazu, dynamische Andockvorgänge, die durch eine Kamera geführt, die im Freien, also bei jeder Witterung insbesondere bei Sonnenlicht und Niederschlägen, Tag und Nacht stattfinden müssen, dadurch betriebssicher und zugestalten, dass die Kamera bei allen äußeren Beleuchtungszuständen als einziges die kooperativen Zielmarken sieht und dadurch der reduzierte Bildverarbeitungsrechenaufwand höhere Zielerfassungsraten erlaubt. Dies ist eine Notwendigkeit zur Erfassung von Zielen, wenn sich der Manipulator und das Ziel relativ zueinander gesteuert werden sollen.
Die beschriebene Anordnung löst insbesondere das Problem, dass das Sonnenlicht mit ca. 1 KW Lichtleistung/m durch Schlagschatten ein bekanntes Ziel für die Bildverarbeitung jeweils anders aussehen läßt, was die Zielidentifizierung äußerst schwierig und rechenintensiv macht.
Die Lösung liegt darin, dass in Verbindung mit schmalspektraler und ultrakurzer Blitzbeleuchtung mit niedrigen, mittleren Lichtleistungen, synchron mit ultrakurzen Kameraverschlußzeiten gearbeitet wird, wobei die Kamera durch Interferenzfilter nur im Lichtband der schmalspektralen Blitzbeleuchtung empfindlich ist.
Durch Reflektoren mit vorgeschalteten, optischen Schmalbandfiltern entstehen kooperative, passive Ziele, die die Objektfindung bis zum Andockvorgang betriebssicher machen, da die Kamera anschließend diese Ziele detektiert.
Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Aufgabe einen Manipulatorarm (1) mit beweglichem Andockkopf (2) und frontseitiger Kupplungsöffnung (7) an das Kupplungselement (6) des anzudockenden Gegenstandes (4) heranzuführen. Dies geschieht wie in Fig. 2 gezeigt, erfindungsgemäß mit einer Kamera (15), die durch die Andocköffnung (7) konzentrisch hindurch schaut und im Fernbereich primär die kooperativen Zielmarken (5) erfaßt.
Fig. 2 zeigt, dass Im Nahbereich, kurz vor dem Andocken die Kamera (15) nur noch die Zielmarke (18) im Andockelement (6) erfaßt und ermöglicht so die Feinansteuerung des Andockelementes in die Kupplungsöffnung (7). Die Zangenelemente (14) verriegeln den eingekuppelten Zustand.
Die Zielmarke (5) wie auch die zentrische Zielmarke (18) sind kooperativ d.h. sie arbeiten durch vorgeschaltete Interferenzfilter vor den Reflektorelementen auf der gleichen schmalspektralen, optischen Wellenlänge, wie die Ultrakurz-Blitzbeleuchtungen in Form der Blitze (10) für den weiteren Bereich. Auf der gleichen Wellenlänge arbeitet auch die Blitzbeleuchtung (9), die über den halbdurchlässigen Spiegel (8) konzentrisch zur Objektivachse (12) der Kamera (15) wirkt.
Anwendungen für diese Anordnungen sind: Automatisches Andocken von Manipulatoren und Kränen an Lasten, Andocken an die Radachsen für Hubschrauber-Verbringungsmanipulatoren auf Schiffen, automatische Betankung in der Luft, automatische Andockvorgänge an Satelliten- und Raumstationen.
SensorDeutsches PatentamtiMufiehen
Claims (15)
1. Anordnung nach Fig. 1 und Fig. 2 zum automatischen Heranführen und Andocken von zwei kuppelbaren Gegenständen (2, 4) oder Elementen mit Zielfindung und Zielverfolgung mittels einer Kamera (15) und nachgeschalteter Bildverarbeitung insbesondere im Freien bei wechselnden Licht- und Witterungsverhältnissen, dadurch gekennzeichnet, dass durch schmalspektrale, ultrakurze Blitzbeleuchtung (9, 10) auf reflektierende, eindeutige Zielmarken (5, 18) in Verbindung mit ultrakurzen, synchronen Kameraverschlußzeiten und schmalspektralem Filter (11) vor der Kamera die Wirkung von wechselnden Lichtverhältnissen dadurch ausgeschaltet wird, dass das hochenergetische Sonnenlicht für die ultrakurze Verschluß- und Blitzzeit in einem schmalen Frequenzband mehrfach überstrahlt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (15) eine für Bildverarbeitung geeignete, elektronische Video- oder Einzelbildkamera mit ultrakurzem, elektronischen Schlußzeiten bevorzugt zwischen 100. . .1 µs arbeitet, wobei der Verschluß synchron zum Blitz (10, 9) geöffnet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (15) durch einen schmalspektralen Filter (11) insbesondere einen Interferenzfilter auf das Lichtband einer schmalspektralen Ultra-Kurzblitzbeleuchtung (9 und 10) abgestimmt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Ultrakurz-Blitzbeleuchtung (9 und 10) Laserdioden oder Ultrahell-Leuchtdioden LED verwendet werden, die im sichtbaren oder im Nah-Infrarotbereich arbeiten.
5. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektorzielmarken (5, 18) Tripelprismen, Mikroprismen oder auf Glasperlen beruhende Reflektormarken verwendet werden.
6. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass vor die Reflektormarken (5, 18) vor die lichtreflektierende Fläche (17) ein Schmalbandfilter oder ein Interferenzfilter (16) montiert ist, das auf der Wellenlänge von Schmalbandblitzbeleuchtung und Schmalbandfilter vor der Kamera abgestimmt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Zielmarke (18) sich in der Wellenlänge geringfügig zur Orientierung der Zielmarke (5) unterscheidet, so dass diese durch Helligkeitsunterschied von der Kamera (15) eindeutig unterschieden werden kann.
8. Anordnung nach Anspruch 1, 6, 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzbeleuchtung mit zwei unterschiedlich schaltbaren Wellenlängen z. B. 880 und 950 nm arbeitet, so dass die Zielmarken (5) und (18) durch Bildhelligkeitsvergleich unterscheidbar sind.
9. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungszielmarke 5 durch ihren Abstand und ihre Anordnung zueinander eine grobe Entfernungs- und Lageberechnung des Andockzieles ermöglicht. Z. B. bietet eine Kreisanordnung über Durchmesser und Aspektwinkel der Zielmarken diese Information.
10. Anordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Reflektorzielmarken (5) nicht in einer Ebene sondern in definierter, gesetzmäßiger Neigung angeordnet sind z. B. auf einem Konus, wie in Fig. 1 gezeigt, so dass stets einige Zielmarken der Kamera zugeneigt sind und die Zielsuche in einem größeren Winkel möglich ist.
11. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorzielmarke (18) für den Nahbereich anders geformt ist als die Ortungszielmarke (5).
12. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für das Andocken im Nahbereich eine konzentrische Blitzbeleuchtung (9) über einen halbdurchlässigen Spiegel (8) konzentrisch zum Kameraobjektiv (12) arbeitet und diese Kamera konzentrisch durch die Öffnung des Kupplungselementes hindurch auf die Andockzielmarke (18) sieht.
13. Anordnung nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Interferenzfilter vor den Reflektorzielmarken diese für Geräte, die auf andere Wellenlängen arbeiten, unsichtbar machen.
14. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrakurzblitzbeleuchtung (9, 10) in Verbindung mit synchroner Verschlußsteuerung und kooperativen Reflektorzielmarken die Zielinformation auf wenige Bildelemente reduziert, was hohe Bildverarbeitungsraten ermöglicht.
15. Anordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet, durch die Anwendung zum Andocken eines Manipulators an einen auf Schiff gelandeten Hubschrauber zur Verbringung in den Hangar.
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| DE (1) | DE20000243U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2572039B (en) * | 2018-01-19 | 2020-08-05 | Ocado Innovation Ltd | A grasping affordance for use in a robot system |
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2000
- 2000-01-11 DE DE20000243U patent/DE20000243U1/de not_active Expired - Lifetime
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