Indoor-Navigation mit USB-Sticks

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Navigation setzt immer Ortung voraus. Was im Freien dank GPS einfach funktioniert, erfordert in Gebäuden jedoch zusätzliches Equipment. Eine besonders einfache Lösung sind da neue USB-Sticks für die zentimetergenaue Orientierung in Lagerhallen und Fabrikanlagen.

Ob auf fremden Strassen, in unbekannten Städten oder auf der Suche nach dem nächsten Leihrad – GPS-Navigation bringt uns zuverlässig ans Ziel. Allerdings nur bei freier Sicht zum entsprechenden Satelliten. Schon in Autobahntunnels interpoliert die Navi ohne „himmlische“ Unterstützung auf Basis gleichbleibender Richtung und Geschwindigkeit oder aber ist mit den Radsensoren verbunden. Die messen die Umdrehungsgeschwindigkeit der Reifen und schließen daraus auf die zurückgelegte Strecke.

Wie aber navigieren Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge oder andere Objekte innerhalb von Gebäuden, Lagerhallen und Fabrikanlagen? Zum Beispiel mit „RTLSflares“ (Real Time Location System) vom Fraunhofer IOSB-AS. Die neue Lösung ersetzt GPS-Satelliten einfach durch vier USB-Sticks. Damit lassen sich Objekte im Raum zentimetergenau und in Echtzeit bei einer Reichweite von bis zu hundert Metern orten.

Zentimetergenaue Indoor-Navigation

Auf den etwa 58x25x10mm großen Sticks befinden sich Mikrocontroller, Funkchip, Inertialmesseinheit, USB-Schnittstelle sowie die Lokalisierungssoftware. Verteilt im Raum bilden jeweils vier Sticks ein drahtloses Adhoc-Netzwerk, ein fünfter Stick steckt im zu ortenden mobilen Gerät.

Die USB-Sticks versenden dazu Ultra-Breitbandsignale (UWB). Misst man nun die Laufzeitunterschiede eines ausgesandten Signals zu verschiedenen – im Raum fest installierten – Geräten, kann via Software die Position auf einer imaginären X-, Y- und Z-Achse bestimmt werden. Allerdings muss man dazu die exakte Position der Fixpunkte im Raum kennen, um davon die relative Position des mobilen Geräts ableiten zu können. Beim Verfahren der Fraunhofer-Forscher geschieht das Einmessen dieser Fixpunkte automatisch. Die einzelnen Sticks der Indoor-Navigation konfigurieren sich quasi selbstständig und lassen sich so flexibel an bestehende Anwendungen anpassen.

Betrieben werden die kostengünstigen Sticks über handelsübliche Powerbanks oder USB-Netzteile. Die Forscher sehen für die Zukunft auch einen  Einsatz in der Mensch-Maschine-Kooperation, etwa zwischen Arbeiter und Schwerlastroboter.

Für industrielle Demo-Anwendungen bietet das Fraunhofer IOSB-AST Evaluationskits mit fünf RTLSflares. Und im Rahmen der Sonderausstellung „Zeit“ im Science Center phaeno Wolfsburg sind die „Sticks“ bis zum 3. Februar 2019 in Aktion zu sehen.

 


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Indoor-Navigation (Bild: Fraunhofer IOSB)

Winzige USB-Sticks garantieren zentimetergenaue Indoor-Navigation. (Bild: Fraunhofer IOSB).