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1. (WO2020011298) VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR 3D-ORIENTIERUNGS- UND 3D-POSITIONSBESTIMMUNG AUF BASIS EINER EINACHSIGEN SPULE UND EINES MARG-SENSORS
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Veröff.-Nr.: WO/2020/011298 Internationale Veröffentlichungsnummer: PCT/DE2019/000187
Veröffentlichungsdatum: 16.01.2020 Internationales Anmeldedatum: 12.07.2019
IPC:
G01C 21/16 (2006.01) ,A61B 5/11 (2006.01) ,G01B 7/00 (2006.01)
G Physik
01
Messen; Prüfen
C
Messen von Entfernungen, Höhen, Neigungen oder Richtungen; Geodäsie; Navigation; Kreiselgeräte; Fotogrammmetrie oder Videogrammmetrie
21
Navigation; Navigationsinstrumente, soweit sie nicht in den Gruppen G01C1/-G01C19/107
10
durch Messung der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung
12
ausgeführt an Bord des zu navigierenden Objektes; Koppeln
16
durch Integrieren der Beschleunigung oder der Geschwindigkeit, d.h. Trägheitsnavigation
A Täglicher Lebensbedarf
61
Medizin oder Tiermedizin; Hygiene
B
Diagnostik; Chirurgie; Identifizierung
5
Messen zu diagnostischen Zwecken; Identifizieren von Personen
103
Vorrichtungen zum Messen von Form, Lage, Größe oder Bewegung des Körpers oder von Körperteilen für diagnostische Zwecke
11
Messen von Bewegungen des ganzen Körpers oder von Körperteilen, z.B. Kopfwackeln oder Handzittern oder Beweglichkeit eines Gliedes
G Physik
01
Messen; Prüfen
B
Messen der Länge, der Dicke oder ähnlicher linearer Abmessungen; Messen von Winkeln; Messen von Flächen; Messen von Unregelmäßigkeiten an Oberflächen oder Umrissen
7
Messanordnungen gekennzeichnet durch die Verwendung von elektrischen oder magnetischen Messmitteln
Anmelder:
FACHHOCHSCHULE DORTMUND [DE/DE]; Sonnenstraße 96 44139 Dortmund, DE
Erfinder:
TADAYON, Puian; DE
FELDERHOFF, Thomas; DE
STAUDE, Gerhard; DE
Vertreter:
SCHNEIDER, Uwe; Holbeinstr. 27 59423 Unna, DE
Prioritätsdaten:
10 2018 005 649.013.07.2018DE
Titel (DE) VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR 3D-ORIENTIERUNGS- UND 3D-POSITIONSBESTIMMUNG AUF BASIS EINER EINACHSIGEN SPULE UND EINES MARG-SENSORS
(EN) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A 3D ORIENTATION AND A 3D POSITION ON THE BASIS OF A SINGLE-AXIS COIL AND AN MARG SENSOR
(FR) PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DÉTERMINATION D'UNE ORIENTATION 3D ET D'UNE POSITION 3D SUR LA BASE D'UNE BOBINE À UN AXE D'UN CAPTEUR MARG
Zusammenfassung:
(DE) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 3D-Orientierungs- und 3D-Positionsbestimmung von Objekten, mit Hilfe einer Einrichtung, aufweisend ein Referenzmodul mit einer einachsigen Spule und einem MARG-Sensor, wobei die Spule zur Generierung eines harmonischen Magnetfeldsignals konstanter Frequenz mit einem sinusförmig modulierten Erregerstrom beaufschlagt wird, ein Sensormodul mit einem MARG-Sensor, wobei das Referenzmodul als räumliche Referenz für die Orientierungs- und Positionsbestimmung des Sensormoduls dient und aus den Daten der MARG-Sensoren in Referenzmodul und Sensormodul zyklisch algorithmisch die 3D-Orientierung des jeweiligen Moduls bestimmt wird, der MARG-Sensor des Sensormoduls ein Mischsignal erfasst, welches sich aus dem von der Spule des Referenzmoduls generierten harmonischen Magnetfeld und allen anderen Magnetfeldern im Umfeld der Einrichtung zusammensetzt. Hierbei wird aus dem von dem MARG-Sensor des Sensormoduls ermittelten Mischsignal nicht nur die Betragsinformation, sondern auch die Phaseninformation des Spulensignals zur Extraktion des Spulensignals genutzt, wodurch die Amplituden der Magnetfeldkomponenten des Spulensignals vorzeichenrichtig ermittelt werden, und aus den ermittelten Amplituden zyklisch die eindeutige räumliche Position des Sensormoduls relativ zu dem Referenzmodul auf Basis der Messdaten allein des MARG-Sensors auf dem Sensormodul bestimmt wird.
(EN) The invention relates to a method for determining the 3D orientation and 3D position of objects using a device, having a reference module with a single-axis coil and an MARG sensor. The coil is supplied with a sinusoidally modulated excitation current in order to generate a harmonic magnetic field signal with a constant frequency. The device also has a sensor module with an MARG sensor. The reference module is used as a spatial reference for determining the orientation and position of the sensor module. The 3D orientation of each module is determined algorithmically in a cyclical manner from the data of the MARG sensors in the reference module and the sensor module. The MARG sensor of the sensor module detects a mixed signal which is composed of the harmonic magnetic field generated by the coil of the reference module and all of the other magnetic fields in the surroundings of the device. Thus, not just the value information but also the phase information of the coil signal is used to extract the coil signal from the mixed signal ascertained by the MARG sensor of the sensor module, whereby the amplitudes of the magnetic field components of the coil signal are ascertained complete with sign, and the unique spatial position of the sensor module relative to the reference module is determined from the ascertained amplitudes in a cyclical manner on the basis of the measurement data solely of the MARG sensor on the sensor module.
(FR) L'invention concerne un procédé de détermination d'une orientation 3D et d'une position 3D d'objets, au moyen d'un dispositif présentant un module de référence muni d'une bobine à un axe et d'un capteur MARG, la bobine étant soumise à un courant d'excitation modulé par modulation sinusoïdale pour la génération d'un signal harmonique de champ magnétique présentant une fréquence constante, et un module de détection muni d'un capteur MARG, le module de référence servant de référence spatiale pour la détermination de l'orientation et de la position du module de détection, et l'orientation 3D de chaque module étant déterminée cycliquement par algorithme à partir des données des capteurs MARG du module de référence et du module de détection. Le capteur MARG du module de détection détecte un signal mélangé qui est composé du champ magnétique harmonique généré par la bobine du module de référence et de tous les autres champs magnétiques présents dans l'environnement du dispositif. On utilise pour extraire le signal de bobine à partir du signal mélangé déterminé par le capteur MARG du module de détection non seulement l'information relative à la valeur mais également l'information relative à la phase du signal de bobine, de sorte que les amplitudes des composantes de champ magnétique du signal de bobine sont déterminées de manière appropriée au signe, et la position univoque dans l'espace du module de détection par rapport au module de référence est déterminée cycliquement à partir des amplitudes déterminées sur la base des seules données de mesure du capteur MARG du module de détection.
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