用于确定安全距离的方法和设备技术

用于根据双向测距方法在无线通信对象应答器（T）与至少一个锚点网关（G1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定安全距离的方法和设备


[0001]本专利技术涉及用于在无线通信对象应答器和至少一个锚点网关之间根据双向测距方法确定安全距离的方法和设备，所述对象应答器和所述至少一个锚点网关分别具有用于检测时间戳的装置。

技术介绍

[0002]在生产系统中经常将防护围栏用于人员保护，以便例如保护操作人员或移动对象免受处于运行中的移动装配机器人臂影响。
[0003]不过，防护围栏在生产设备中需要空间并且可能使接近设备变得困难。间接地与此相联系的是生产成本，所述生产成本不期望地妨碍生产系统的经济运行。
[0004]例如，可以利用激光距离测量或使用摄像机的视觉识别来实现用于危险生产机器的虚拟防护围栏，然而这通常非常复杂、不灵活和昂贵。
[0005]不过，在现有技术中，无线通信对象应答器的定位、即通过具有标准组件的基于无线电的定位系统对空间（2D或3D）中的绝对位置的计算被认为是不安全的。
[0006]所计算出的位置可能由于所使用的组件的硬件和/或软件差错或者由于例如可能由无线电信道引起的物理效应而被掺假。
[0007]这种效应可能由不基于直接视线连接的无线电信道引起。通过信号反射可能发生多径传播并且作为进一步结果发生同一发送信号的、然而具有不同渡越时间的多次接收。
[0008]可以通过已知的TWR方法（英语“Two Way Ranging”，双向测距法）实现渡越时间测量的改进。双向测距法确定UWB
‑
HF信号的信号渡越时间（飞行时间），并且然后通过将时间乘以光速计算节点之间的距离。TWR过程在应答器和所请求的锚点（也被称为锚点网关或锚点应答器）之间被应用，在确定的时刻仅仅一个锚点应参与TWR。
[0009]锚点被理解为具有已知位置的固定无线电单元。
[0010]在出版物US 2009/310585 A1中描述了一种用于确定围绕无线通信收发器的保护区的方法，该方法基于已知的TOA方法。
[0011]文件US 2014/038637 A1示出一种用于确定围绕无线通信收发器的保护区的方法。
[0012]然而，在所提到的两种方法中，收发器的所确定的位置数据并不能用于安全相关系统，因为所使用的传统计算设备不满足对数据安全性的高要求。
[0013]在出版物“Information technology
‑
Real time locating systems (RTLS)
‑ꢀ
Part 62：High rate pulse repetition frequency Ultra Wide Band (UWB) air interface”（ISO/IEC 24730
‑
62:2013，IEC，3，RUE DE VAREMBE，PO BOX 131，CH
‑
1211 GENEVA 20，SWITZERLAND，2013年8月26日（2013
‑
08
‑
26），第1
‑
57页，XP082006036）中描述了一种方法，其中通过距离测量设备根据TWR原理确定无线通信应答器和具有已知位置的基础设施节点之间的至少一个锚点对象距离，该锚点对象距离仅保护数据传输免受差错影响。
[0014]然而，通过这种方法只能识别时间戳的传输中的差错（Fehler），而且不以适合于安全应用的故障安全的方式确定安全位置。
[0015]然而，目前借助于无线电系统的定位方法是未知的，利用该方法可以实现安全相关任务，诸如放弃在生产设备中的防护围栏，因为尤其无线电信道的传输参数的确定不足够可靠，以便例如被使用在生产系统中并且在不期望的侵入的情况下关断生产系统并由此保证人员或对象安全。

技术实现思路

[0016]本专利技术的任务是在系统的同时高的可用性的情况下提供用于确定无线通信对象应答器和锚点网关之间的故障安全的距离的方法和设备。
[0017]在这种情况下，无线通信对象应答器例如可以由人员、也就是说操作人员携带。当然，对象、如自动驾驶车辆也可以装备有对象应答器，以便保护所述车辆例如免受碰撞。
[0018]保护区是一个虚拟区域，通过该虚拟区域可以确保在侵入该区域中的情况下激活保护机制，例如其方式是，侵入的对象、如机器人臂直接被停止。换言之，保护区的保护半径描述最小半径，应答器安全地处于该最小半径中，也就是说，可靠地不处于外面。
[0019]由此例如可以实现没有防护围栏的大型设备，在所述设备中如果装备有对象应答器的工人接近危险机器到保护半径与危险区域相交的程度，则自动关断所述机器。这是有利的，因为仅设备的具有所涉及机器的那个部分而不是整个设备被安全措施所涉及。
[0020]作为经安全认证的组件的以故障安全的方式工作的计算单元（F
‑
CPU）例如借助两个独立的计算设备分别执行相同的计算操作，将其结果相互比较并且在一致的情况下提供被认为是安全的结果。以故障安全的方式工作的计算单元可以执行安全相关的和非安全相关的应用程序并且被认证直至根据 IEC 61508的SIL3和根据ISO 13849
‑
1的Cat4 PLd。
[0021]IEC 61508是用于开发执行安全功能的电气、电子和可编程电子系统的国际标准系列。所述国际标准系列由国际电工委员会（IEC）发布并且标题为与安全有关的电气/电子/可编程电子系统的功能安全。
[0022]标准EN ISO 13849是安全特定标准，其涉及针对控制装置的与安全有关的部分的设计原则。
[0023]根据本专利技术的任务通过开头所提到的类型的方法来解决，其中执行如下步骤：a）在应答器和一个锚点网关侧检测相应的通信消息的发送和接收时间戳，b）从所述应答器和所述一个锚点网关将相应的时间戳与至少一个相应的时间戳检查信息一起传输给故障安全的计算设备，其中时间戳检查信息优选地是奇偶校验信息，c）通过故障安全的计算设备执行至少一个检验，所述检验选自：cl）根据至少一个时间戳检查信息检验相应的时间戳的正确性，c2）根据已知的经验值检验所述应答器的处理时间和所述一个锚点网关的处理时间的所计算出的持续时间，d）通过故障安全的计算设备借助经检验的时间戳确定安全距离，其中在检测时间戳期间，时间戳差错仅由应答器或替代地仅由所述一个锚点网关引起。
[0024]由此实现，要确定的距离以故障安全的方式被计算，因为用于确定距离的每个计
算操作在以故障安全的方式工作的计算设备中执行。基本数据、即时间戳的检测通过应答器或锚点网关进行并且时间戳的传输通过相应的时间戳检查信息来保护。因此例如可以确定在产生、传输和计算期间的差错并输出警告：当前不确保所执行的计算的安全性。
[0025]只有故障安全的计算设备的使用和在系统中哪个部位处应该应用这种故障安全的计算设备的对应选择、以及使用在此上下中合适的时间戳的组合允许针对在人员保护系统中的使用的可靠位置确定。
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于根据双向测距方法在无线通信对象应答器（T）与至少一个锚点网关（G1
‑
G3）之间确定安全距离（d
TWR
）的方法，所述对象应答器和所述锚点网关分别具有用于检测时间戳的装置，其特征在于，执行如下步骤：a）在所述应答器（T）和所述至少一个锚点网关（G1
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G3）侧检测相应的通信消息的发送和接收时间戳（TS
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），b）从所述应答器（T）和所述至少一个锚点网关（G1
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G3）将相应的时间戳（TS
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）与至少一个相应的时间戳检查信息（CRC1、CRC2）一起传输给故障安全的计算设备（F
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CPU），c）通过所述故障安全的计算设备（F
‑
CPU）执行至少一个检验，所述检验选自：c1）根据所述至少一个时间戳检查信息（CRC1、CRC2）检验相应的时间戳（TS
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）的正确性，c2）根据已知的经验值，检验所述应答器（T）的处理时间和所述至少一个锚点网关（G1
‑
G3）的处理时间的计算出的持续时间，d）通过所述故障安全的计算设备（F
‑
CPU）借助经检验的时间戳（TS
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【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：