CH705178A2 - Fahrwegermittlung eines mobilen Mehrzweckgeräts mit Antriebssystem. - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein autonomes mobiles Mehrzweckgerät bestehend aus einer Empfangseinheit (2) zum Empfang von Global-Positioning-Satellite-Daten (5), einem oder mehreren Modulen zum Empfang von weiteren Daten und einem oder mehreren Arbeitsgeräten sowie einer Verarbeitungs- und Steuereinheit, welche aus den empfangenen Satellitendaten und den weiteren Daten eine Position des Mehrzweckgeräts (1) ermittelt. Daraus wird ein optimaler Bewegungsablauf und Fahrroute für den Einsatz des Arbeitsgeräts bestimmt. Das mobile Mehrzweckgerät (1) ist mit einem oder mehreren Daten-Sendern (4) zu einem System kombiniert.

Description

Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ortsbestimmung und die Fahrwegbestimmung autonomer mobiler Mehrzweckgeräte mit Antriebssystem und bewegten Teilen; dabei werden die mobilen Mehrzweckgeräte mit einer Vorrichtung ausgestattet, welche zwei- bzw. dreidimensionale Ortsbestimmungen mit ausreichender Genauigkeit zulässt, damit sich die mobilen autonomen Mehrzweckgeräte selbständig im Gelände oder im Gebäude mit ausreichender Genauigkeit orientieren können und für sie ausreichend genaue Wiederholungsbewegungen möglich sind.
Stand der Technik
[0002] Autonome mobile Mehrzweckgeräte mit Antriebssystemen sind bekannt in der Industrie und im Privatbereich im Einsatz, zum Beispiel autonome Maschinen zum Verwalten von Industrielagern, Reinigungsmaschinen in Krankenhäusern und Schulen oder autonome Maschinen zum Staubsaugen oder Rasenmähen.
[0003] Diesen autonomen mobilen Geräten ist gemeinsam, dass sie ihre eigene Position absolut im Raum weder zwei- noch dreidimensional ermitteln können bzw. mit grossem Aufwand, z.B. Reflektorklebern oder Markierungen und damit in ihrer Fahrwegermittlung eingeschränkt sind; das heisst, dass die Ermittlung der momentanen Position mit ausreichender Genauigkeit für diese Geräte nicht selbständig möglich ist und damit die Berechnung der optimalen Bewegungsroute sowie des jeweiligen absoluten oder relativen Zielpunkts im Raum für sie autonom nicht möglich ist.
[0004] Bekannt sind autonome Rasenmäher, welche durch Induktionsschleifen auf Ihrer Rasenfläche gehalten werden, wobei das Verlegen von Induktionskabeln ein erheblicher Aufwand und bei grösseren Flächen oft nicht möglich ist. Ausserdem sind bei dieser Technologie eindeutige Positionsbestimmungen im Raum nicht möglich.
[0005] Ebenso sind Lösungen bekannt, welche sensorgetriebene Daten aufnehmen und mit diesen Daten ein Modell des Raumes oder Geländes berechnen, wie in DE 19 614 916 beschrieben; dabei sind eindeutige Positionsbestimmungen im Raum nicht möglich, sondern nur im geschaffenen Modell.
[0006] Des Weiteren sind Verfahren zur Bodenoberflächenanalyse bekannt wie DE 10 327 223, DE 19 932 552 oder EP 1 704 766, welche durch Abtasten oder Analyse die zu bearbeitende Fläche ermitteln und so die Bewegungsroute festlegen, ohne jemals eine Wiederholungsfahrt machen zu können.
[0007] Bei allen bisher beschriebenen Techniken und Verfahren sind schwierige Bedingungen im Raum wie zum Beispiel Kabel, Schuhe, zu niedrige Möbel oder schwierige Bedingungen im Freien wie kritische Rasenbegrenzungen, abfallende Kanten, Gartenteichbegrenzungen zwar meistens als Einzelfall einigermassen handelbar, aber ein Erlernen und Umfahren der Gefahrenposition ist nicht möglich; ebenso ist ein Kennenlernen bzw. Programmieren der Gefahrenpositionen und schwierigen Bedingungen vor der ersten Fahrt und ein damit verbundenes besseres Handling mit zum Beispiel langsamer, vorsichtiger Bewegung nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es autonomen mobilen Mehrzweckgeräten mit Antriebssystem und bewegten Teilen erlaubt, ihre momentane zwei- bzw. dreidimensionale Position mit ausreichender Genauigkeit selbständig im Gelände oder im Gebäude festzustellen, also eine Ortsbestimmung durchzuführen, sowie daraus den besten Bewegungsablauf zu bestimmen und/oder die beste Route zum Erreichen des der Maschine bestimmten Zwecks durchzuführen.
[0009] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der aufgeführten Patentansprüche gelöst.
Darstellung der Erfindung
[0010] Die erfindungsgemässe Vorrichtung nutzt die Satelittennavigation Global Positioning Satellites GPS und enthält einen handelsüblichen GPS Empfänger, welcher eine Genauigkeit von ca. 10 bis 40 Metern aufweist. Weiter enthält die Vorrichtung einen oder mehrere Empfänger für ein oder mehrere zusätzliche Signale, welche(r) Funksignale, Ultraschall oder Lichtsignale im nichtsichtbaren oder sichtbaren Bereich empfangen kann.
[0011] Diese Signale können absolute Messsignale von einem vorher räumlich bestimmten Sender oder Datenträger-Signale sein, die Daten mit räumlichen oder zeitlichen Daten senden, mit welchen die Genauigkeit der Positionsberechnung deutlich verbessert wird. Damit erreicht man eine absolute Genauigkeit von einigen Zentimetern und mit Hilfe von zusätzlichen Sensoren, wie zum Beispiel CCD Chips mit Bilderkennungsalgorythmen ist eine relative Genauigkeit von kleiner 1 Zentimeter erreichbar.
[0012] Im Innenraum stehen die GPS-Signale nur teilweise zur Verfügung, das bedeutet dass ein handelsüblicher GPS-Empfänger zum Beispiel in einer Turnhalle nicht durchgehend Signale erhält; in diesem Fall werden Fahrdaten, wie Geschwindigkeit und Quer- sowie Längsbeschleunigung als zusätzliche Informationen zur Verbesserung der Genauigkeit genutzt; des Weitern werden in diesem Fall alternativ indoor die GPS Signale durch mehrere eigene Sender von Funksignalen, Ultraschall oder Lichtsignalen im nichtsichtbaren oder sichtbaren Bereich ersetzt, um die gleiche Genauigkeit wie bei ständig zur Verfügung stehenden GPS-Signalen zu erreichen.
[0013] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch zukünftige Satellitennavigationssysteme wie das geplante System Galileo oder andere Systeme nutzen. Dabei ist es in Zukunft möglich, ohne oder mit weniger zusätzlichen Positionssendern bzw. Datensendern zu Erhöhung der Genauigkeit auszukommen.
[0014] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann die Positionserkennung für einen Diebstahlschutz nutzbar machen, indem die Position des Geräts mit den eingegeben bzw. programmierten erlaubten Positionsdaten verglichen wird und sich das autonome mobile Mehrzweckgerät in einen inaktiven Modus schaltet und dabei zusätzlich Warnsignale erzeugt. Ebenso kann das Gerät über seine optionale Sendeeinheit Uhrzeit und Positionen des Diebstahls senden.
[0015] Positionen der Flächen, in denen das autonome mobile Mehrzweckgerät arbeiten soll, können ins Gerät eingegeben werden und damit kann das Gerät verschiedene Arbeitsgebiete kennen, die es autonom anfahren kann. Das Anfahren der Arbeitsgebiete kann mit einer Uhrzeit gekoppelt werden, sodass verschiedene oder gleiche Arbeiten räumlich und zeitlich bestimmt ausgeführt werden. Des Weiteren sind Hindernisse oder Schwierigkeiten zeitlich und nach Position autonom erlernbar und können auch eingegeben werden, sodass das Mehrzweckgerät seine Fahrt und seine Werkzeuge den Hindernissen anpassen kann.
[0016] Über optionale zusätzliche Sensoren, wie CCD Chips mit Bilderkennung, Abstandsmessung, Anschlagschalter, Stufenerkennung ist das Mehrzweckgerät noch besser in der Lage Hindernisse oder Schwierigkeiten zu meistern und seine Fahrt und seine Werkzeuge den Hindernissen anzupassen.
[0017] Das Gerät kann zusätzlich mit einem oder mehreren Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder Drehraten Sensoren ausgestattet werden, welche von der Verarbeitungs- und Steuereinheit vor allem dann mit zur Bestimmung der Position des Mehrzweckgeräts benutzt wird, wenn die Global Positioning Satellite-Daten qualitativ nicht ausreichend sind, um eine genaue Position zu berechnen, was vor allem bei Geräten in Gegenden mit schlechtem GPS-Empfang und in Gebäuden vorkommt.
[0018] Zusätzlich können mit dem Mehrzweckgerät Positionsdaten selbst einprogrammiert werden zur Speicherung der Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierigen Arbeitspositionen sowie zur Begrenzung von mehreren Arbeitsgebieten und Arbeitsorten.
[0019] Ein zusätzliches Handbedienteil bestehend aus GPS-Empfangsteil, Bedieneinrichtung, Sendeeinheit und einer Verarbeitungseinheit kann aus den empfangenen Satellitendaten und den weiteren Daten mit der gleichen Technologie wie das Mehrzweckgerät eine ausreichend genaue Position ermitteln. Diese Position wird dem Mehrzweckgerät mittels Sendeeinheit übermittelt und dient ebenfalls optional zur Speicherung der Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierigen Arbeitspositionen sowie zur Begrenzung von mehreren Arbeitsgebieten und Arbeitsorten.
Vorteile
[0020] Das autonome mobile Mehrzweckgerät mit Antriebssystem berechnet aus den GPS-Daten und den Daten der installierten Sender eine genaue absolute zwei- oder dreidimensionale Position und bestimmt aus diesen Daten selbständig einen besten Bewegungsablauf und/oder die beste Route zur Erledigung der für sie bestimmten Aufgaben. Damit sind exakte Wiederholungsfahrten möglich, welche grossen Nutzen bezüglich Erledigung der für sie bestimmten Aufgaben bringt.
[0021] Ohne den zusätzlichen Sender bzw. die zusätzlichen Sender nur allein mit den GPS-Daten wäre dies nicht möglich. Die Anbringung eines Senders zum Beispiel an einem Haus und die darauf mögliche Eichung des Empfängers ermöglichen sehr hohe Positionsgenauigkeiten.
[0022] Das mobile Mehrzweckgerät kann nun Hindernisse oder Schwierigkeiten erlernen, indem die Position dieser Hindernisse gespeichert wird und damit auf jedes Hindernis individuell reagiert werden kann, sei es durch umfahren oder langsam fahren bei Hindernissen oder heben oder senken von Arbeitsgeräten.
[0023] Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit mehrere Arbeitsgebiete und Arbeitsorte zu definieren und diese autonom oder gesteuert für spezielle Arbeiten oder Zeiten zuzulassen oder abzurufen.
[0024] Das mobile Mehrzweckgerät kann auch bei schlechten GPS-Daten, das heisst wenn Signale von wenigen GPS-Satelliten empfangen werden oder wenn zeitweise keine GPS-Daten zur Verfügung stehen autark die Positionsbestimmung weiterführen mit der Auswertung und Berücksichtigung zusätzlicher Sensor-Signale wie Geschwindigkeit, Beschleunigungen und Gierrate.
Aufzählung der Figuren
[0025] Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, erläutert. Es zeigt: <tb>Fig. 1:<sep>autonomes mobiles Mehrzweckgerät mit Antriebssystem im Freien inklusive Empfänger gemäss Erfindung <tb>Fig. 2:<sep>autonomes mobiles Mehrzweckgerät mit Antriebssystem im Gebäude inklusive Sender gemäss Erfindung
[0026] Autonomes mobiles Mehrzweckgerät mit Antriebssystem (1) Empfangseinheit, welche Empfänger für GPS-Signale sowie die zusätzlichen Funk-, Ultraschall-, und/oder Lichtsignale enthält (2) Antrieb des autonomen mobiles Mehrzweckgerät (3) Zusätzliche Sender für Funk-, Ultraschall-, und/oder Lichtsignale (4) Satelliten für GPS- oder Galileo-System (5)
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0027] Fig. 1 zeigt ein autonomes mobiles Mehrzweckgerät (1) mit Antriebssystem (3), welches mit bewegten Teilen einen oder mehrere für das Gerät bestimmte Aufgaben ausführt, wie zum Beispiel Rasenmähen, Mulcharbeiten, Blätter aufsaugen und/oder Kehrarbeiten.
[0028] Das mobile Gerät empfängt Satelittendaten von einem Global Positioning Satellite System GPS oder Galileo-System (5) sowie von einem oder mehreren Sendern (4) und verarbeitet diese zu einer genauen Positionsberechnung; aus diesen Daten bestimmt das Gerät selbständig einen besten Bewegungsablauf und/oder die beste Route zur Erledigung der für sie bestimmten Aufgaben. Damit sind exakte Wiederholungsfahrten möglich.
[0029] Die Anbringung eines Senders zum Beispiel an einem Haus inklusive Eichung des Senders oder Empfängers ermöglichen sehr hohe Positionsgenauigkeiten.
[0030] Fig. 2 zeigt ein autonomes mobiles Mehrzweckgerät (1) mit Antriebssystem (3), welches mit bewegten Teilen einen oder mehrere für das Gerät bestimmte Aufgaben im Gebäude ausführt, wie zum Beispiel Staubsaugen, Boden wischen oder Auf räumarbeiten.
[0031] Das mobile Gerät empfängt Satellitendaten von einem Global Positioning Satellite System GPS oder Galileo-System (5) sowie von einem oder mehreren Sendern (4), die im Gebäude positioniert sind und verarbeitet diese zu einer genauen Positionsberechnung.
[0032] Aus diesen Daten bestimmt das Gerät selbständig einen besten Bewegungsablauf und/oder die beste Route zur Erledigung der Aufgaben. So sind exakte Wiederholungsfahrten möglich, welche zum Beispiel das gezielte Umfahren von Gegenständen wie Kabeln ermöglicht.
[0033] Das autonome mobile Mehrzweckgerät kann mit Hilfe von Positionsdaten des Raumes oder des Gebäudes bestimmte Areale selbständig erkennen und zum Beispiel verschiedene Arbeiten durchführen oder auslassen.

Claims (10)

1. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät (1) bestehend aus einer Empfangseinheit (2) zum Empfang von Global Positioning Satellite-Daten und einem oder mehreren Modulen zum Empfang von weiteren Funksignalen, von Ultraschallsignalen, von sichtbaren oder nichtsichtbaren Lichtsignalen, einem Antriebssystem (3) sowie einem oder mehreren Arbeitsgeräten nach dem Stand der Technik zur Verrichtung von Arbeiten sowie einer Verarbeitungs- und Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs- und Steuereinheit aus den empfangenen Satellitendaten und den weiteren Daten aus den Signalen wie Funk, Ultraschall, sichtbaren oder nichtsichtbaren Lichtsignalen zu einer ausreichend genauen Position des Mehrzweckgeräts verarbeitet sowie daraus einen optimalen Bewegungsablauf oder Fahrroute zum Erreichen des dem Gerät bestimmten Zwecks oder Aufgabe bestimmt sowie das Antriebssystem und eines oder mehreren Arbeitsgeräte steuert.
2. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Gerät mit einem oder mehreren Daten-Sendern (4) von Positions-Signalen wie Funk, Ultraschall, sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Lichtsignalen zu einem System kombiniert ist, welches nach Anspruch 1 arbeitet.
3. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zusätzliche Sensoren nach dem Stand der Technik enthält, wie Infrarot, Ultraschall, Laser-Abstandssensoren mit denen Hindernisse, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierige Arbeitspositionen selbständig erkannt und qualifiziert werden.
4. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zusätzlich eine oder mehrere CCD Chips mit Bildverarbeitungsalgorythmen enthält, mit denen Hindernisse, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierige Arbeitspositionen selbständig erkannt und qualifiziert werden.
5. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zusätzlich mit einem oder mehreren Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und/oder Drehraten-Sensoren ausgestattet ist, welche von der Verarbeitungs- und Steuereinheit vor allem dann mit zur Bestimmung der Position des Mehrzweckgeräts benutzt werden, wenn die Global Positioning Satellite-Daten qualitativ nicht ausreichend sind, um eine ausreichend genaue Position zu berechnen.
6. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs- und Steuereinheit so ausgestaltet ist, dass Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierige Arbeitspositionen sowie mehrere Positionen von Arbeitsgebieten und Arbeitsorten in der Verarbeitungs- und Steuereinheit eingegeben und gespeichert werden können.
7. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs- und Steuereinheit so ausgestaltet ist, dass die Verarbeitungs- und Steuereinheit Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierige Arbeitspositionen sowie mehrere Positionen von Arbeitsgebieten und Arbeitsorten in die Bestimmung des zeitlich und örtlich gewünschten optimalen Bewegungsablaufs und der optimalen Fahrroute zum Erreichen des dem Gerät bestimmten Zwecks oder Aufgabe sowie zur Bewegung wie zum Beispiel heben oder senken von Arbeitsgeräten berücksichtigt wird.
8. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs- und Steuereinheit so ausgestaltet ist, dass sie einen integrierten Diebstahlschutz hat, indem die Positionsdaten auf Plausibilität geprüft werden und bei Transport ausserhalb der möglichen Positionen das Gerät sich in einen Passivzustand schaltet und optional zusätzlich Warntöne erzeugt.
9. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (4) eine Sende- und Empfangseinheit für die weiteren Daten aus den Signalen wie Funk, Ultraschall, sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Lichtsignale darstellt sowie die Empfangseinheit (2) ebenfalls als eine Sende- und Empfangseinheit für die weiteren Daten aus den Signalen wie Funk, Ultraschall, sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Lichtsignale ausgebildet ist, sodass bidirektionale Kommunikation über die Einheiten (2) und (4) stattfindet.
10. Autonomes mobiles Mehrzweckgerät nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Mehrzweckgerät selbst ermittelte Positionsdaten einprogrammiert werden und/oder mit einem zusätzlichen Handbedienteil bestehend aus GPS-Empfangsteil, Bedieneinrichtung, Sendeeinheit und einer Verarbeitungseinheit, welche aus den empfangenen Satellitendaten und den weiteren Daten eine ausreichend genaue Position ermittelt, die dem Mehrzweckgerät mittels Sendeeinheit übermittelt wird zur Speicherung der Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierigen Arbeitspositionen sowie Positionen zur Begrenzung von mehreren Arbeitsgebieten und Arbeitsorten.
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