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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem Trägerteil für die Aufnahme von Ultraschallsensoren zur Ortung von vor diesen befindlichen Gegenständen durch Empfang von an diesen Gegenständen reflektierten, von zumindest einem der Ultraschallsensoren abgegebenen Ultraschallsignalen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf einen eine solche Vorrichtung enthaltenden selbständig fahrenden Roboter, insbesondere Staubsammelroboter.
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Es ist bereits ein Abstandserfassungssystem für einen autonom betriebenen Staubsammelroboter bekannt (
DE 697 06 935 T2 ), welches einen streifenförmigen Ultraschallsender auf der Außenseite des betreffenden Roboters und in Abstand davon eine Reihe von Ultraschall-Mikrophonen aufweist. Diese Ultraschall-Mikrophone sind in Hohlleitern hinter der Außenfläche des betreffenden Roboters angeordnet, um jeweils eine gewünschte Richtwirkung zu erzielen. Über Übersprechprobleme zwischen dem Ultraschallsender und den Ultraschall-Mikrofonen ist in diesem Zusammenhang nichts näher bekannt.
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Es ist ferner ein mit Ultraschallsensoren versehener mobiler Roboter bekannt (
US 5 165 064 ), bei dem zur Reduzierung eines Übersprechens zwischen den in einer Vielzahl vorgesehenen Ultraschallwandlern die Oberfläche des betreffenden Roboters mit einem Ultraschallenergie absorbierenden Material überzogen ist. Der damit verbundene Aufwand ist jedoch nicht unerheblich, weshalb er normalerweise und insbesondere im Falle eines Staubsammelroboters als unerwünscht angesehen wird.
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Es ist schließlich auch schon ein mit Ultraschallsensoren arbeitendes Sensorsystem für einen selbständig verfahrbaren Roboter bekannt (
US 5 319 611 ), welches von einem vorbekannten System ausgeht, bei dem von insgesamt 24 in einer Kreisform angeordneten Ultraschallsensoren für eine Ultraschallsignalabgabe und einen Ultraschallsignalempfang jeweils vier Ultraschallsensoren aktiviert werden, von denen jeweils einander benachbarte Ultraschallsensoren um 90° voneinander versetzt sind. Um den damit verbundenen unerwünscht hohen Aufwand zu vermeiden, werden bei dem betreffenden bekannten System verschiedene alternative Vorgehensweisen vorgeschlagen. Die eine Vorgehensweise läuft darauf hinaus, dass eine Einrichtung zur Änderung der jeweiligen Sensorempfindlichkeit angewandt wird. Eine andere Vorgehensweise läuft darauf hinaus, die Arbeitsweise eines Sensor-Array-Prozessors, der in dem betreffenden bekannten System zur Bestimmung einer Echosignalgröße, und zwar insbesondere einer Störung dient, zur Bestimmung dazu heranzuziehen, welche der von verschiedenen Sensoren jeweils gelieferten Daten am wahrscheinlichsten genau sind. Eine noch weitere Alternative besteht bei dem betreffenden bekannten System darin, einen Sensoranordnungs-Prozessor (SAP) einzusetzen, mit dem der Zeitpunkt des Eintreffens eines ersten Echos von einem Ultraschallsensor bestimmt wird und mit dessen Hilfe die Aufnahme von Daten bezüglich des jeweils auslösenden Echosignals gesteuert wird. In allen Fällen wird also auf elektronischem Wege versucht, die Auswirkungen des Übersprechens zwischen Ultraschallsensoren herabzusetzen. Der dafür erforderliche schaltungstechnische und softwaretechnische Aufwand wird jedoch zuweilen als zu hoch betrachtet.
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Die
DE 31 37 745 A1 bezieht sich auf einen Sensor für die Durchführung einer Distanzmessung nach dem Ultraschall-Echoprinzip, insbesondere zur Ermittlung und Anzeige der Annäherungsabstände zwischen Fahrzeugen und Hindernissen im Nahbereich mit einem Ultraschallsende- und Empfängerwandler zur Ausstrahlung der Ultraschallsignale und zum Empfang der vom Hindernis reflektierten Ultraschallsignale, wobei der Wandler aus einem Topfwandler mit darin angeordneten piezokeramischen Schwingern besteht. Auf der Innenseite der Membran des Topfwandlers sind an zwei horizontalen, gegenüberliegenden Kreisabschnitten Dämpfungsmaterial zur Verhinderung der energiereichen Ultraschallabgabe oder -aufnahme vorgesehen.
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Die
DE 39 16 632 C2 bezieht sich auf einen Ultraschall-Sensor mit wenigstens einem Ultraschall-Sender, den eine Steuereinheit mit einer bestimmten Ultraschall-Frequenz erregt, und der ein Ultraschall-Wellenfeld abstrahlt, das ein nachgeordneter Kanal mit schallharten Begrenzungswänden formt und leitet, sowie einem Ultraschall-Empfänger. Der Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass der nachgeordnete Kanal im Anschluss an den Sender einen ersten Raum, dessen Abmessungen in Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtungen des Schalls in etwa gleich den Abmessungen des Senders sind, und den eine Blende begrenzt, deren Durchmesser kleiner oder hochstens gleich als die Ultraschall-Wellenlänge ist, und im Anschluss an die Blende einen zweiten Raum aufweist, der in Ausbreitungsrichtung eine Schall-Austrittsöffnung aufweist, und der die Schallkeule formt.
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Die
WO 2005/077240 A2 bezieht sich auf einen Staubsaugerroboter mit einem oder mehreren Ultraschallsensoren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, um bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und bei einem diese Vorrichtung verwendenden selbständig verfahrbaren Roboter, insbesondere einem Staubsammelroboter, das erwähnte Übersprechen auf einfachere Weise als bei dem Stand der Technik, aber dennoch in wirksamer Weise zu eliminieren, zumindest aber zu verringern.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, dass von den Ultraschallsensoren der jeweilige Ultraschallsignale abgebende Ultraschallsensor und/oder der jeweilige Ultraschallsignale aufnehmende Ultraschallsensor von der Vorrichtungsaußenseite zum Vorrichtungsinnenraum hin versetzt von einem rohrförmigen Schallleitteil aufgenommen ist, wobei der Austritts- bzw. Eintrittsbereich des jeweiligen Schallleitteiles eine schlitzförmige Schallöffnung aufweist, die von vor den Schallleitteilen an der Außenseite des Trägerteils angeordneten Blenden ausgebildet werden.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass sich auf besonders einfache konstruktive Weise ein Übersprechen zwischen in der Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art vorgesehenen Ultraschallsensoren vermeiden lässt. Die betreffenden Ultraschallsensoren, also die ersten Ultraschallsensoren und/oder die zweiten Ultraschallsensoren können somit relativ dicht beieinander in der Vorrichtung angeordnet sein, ohne dass es zu dem oben erwähnten Übersprechen, insbesondere zwischen unmittelbar benachbarten Ultraschallsensoren kommt. Überdies bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, dass zugleich auch ein sogenanntes Totzonenproblem beseitigt ist. Dieses Problem resultiert daraus, dass Ultraschallsensoren in ihrem Nahbereich von einigen Zentimetern bis etwa 10 cm infolge eines auftretenden Übersprechens für eine Hinderniserkennung gewissermaßen blind sind.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Schallleitteil zu der Außenseite des betreffenden Trägerteiles hin zu einem trichter- oder trompetenförmigen Schallkanal erweitert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die von dem jeweiligen Ultraschallsensor abgegebenen Ultraschallsignale in einer gewünschten Richtung gebündelt werden können und dass die von dem jeweiligen Ultraschallsensor zu empfangenden Ultraschallsignale in einer bestimmten Richtung bevorzugt empfangen werden können. Dies ist für eine Ortung von Hindernissen vor der die betreffenden Ultraschallsensoren enthaltenden Vorrichtung von besonderer Bedeutung.
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Erfindungsgemäß weist der Austritts- bzw. Eintrittsbereich des jeweiligen Schallkanal-Aufnahmeteiles eine schlitzförmige Schalleintritts- bzw. Schallaustrittsöffnung auf. Diese schlitzförmige Schalleintritts- bzw. Schallaustrittsöffnung ist dabei vorzugsweise horizontal oder vertikal ausgerichtet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass Ultraschallsignale in jeweils festgelegter Ebene bevorzugt abgegeben bzw. empfangen werden können.
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Zweckmäßigerweise weist die jeweilige schlitzförmige Schallöffnung zumindest vor dem jeweiligen, als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensor abgerundete Öffnungskanten auf. Auf diese Weise lässt sich das Übersprechen zwischen in der Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art vorgesehenen Ultraschallsensoren noch weiter verringern, indem die Erzeugung von ebenfalls für das erwähnte Übersprechen verantwortlichen Nebenkeulen der jeweils abgegebenen Ultraschallwellen vermieden ist.
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Gelöst wird die oben angegebene Aufgabe der Erfindung ferner durch einen eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltenden selbständig verfahrbaren Roboter. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auch ein mit einer solchen Vorrichtung versehener selbständig verfahrbarer Roboter, insbesondere ein Staubsammelroboter mit Ultraschallsensoren ausgestattet sein kann, ohne dass dabei die oben erwähnten Übersprech- und Totzonenprobleme auftreten.
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Vorzugsweise weist der vorstehend genannte Roboter in horizontaler Ebene nebeneinander angeordnete, als Ultraschallsender bzw. als Ultraschallempfänger betreibbare Ultraschallsensoren auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass trotz der Anordnung von als Ultraschallsender bzw. als Ultraschallempfänger betreibbaren Ultraschallsensoren diese in relativ geringem Abstand nebeneinander angeordnet sein können, ohne dass es zu den oben erwähnten Übersprech- und Totzonenproblemen kommt. Dies ermöglicht somit erhebliche bauliche Freiheitsgrade hinsichtlich der Anordnung der als Ultraschallsender bzw. als Ultraschallempfänger betreibbaren Ultraschallsensoren in einem Roboter der erwähnten Art zu erzielen.
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Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Reihe von nebeneinander angeordneten Ultraschallsensoren.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorderansicht der in 1 schematisch dargestellten Vorrichtung.
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In 1 ist in einer ausschnittweisen schematischen Draufsicht ein Trägerteil TR einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit insgesamt fünf nebeneinander angeordneten Ultraschallsensoren US1, US2, US3, US4 und US5 veranschaulicht. Bei dem Trägerteil TR kann es sich beispielsweise um ein Gehäuseteil der erwähnten Vorrichtung handeln, die z. B. in einem selbständig verfahrbaren Roboter, insbesondere in einem Staubsammelroboter untergebracht sein kann, in welchem eine Erkennung von Hindernissen mittels Ultraschallsignalen ermöglicht ist, die von den betreffenden Ultraschallsensoren US1 bis US5 abgegeben und die nach Reflexion an den betreffenden Hindernissen von der betreffenden Vorrichtung wieder empfangen werden.
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Von den vorzugsweise in einer horizontalen Ebene nebeneinander angeordneten Ultraschallsensoren US1 bis US5 sind im vorliegenden Fall beispielsweise die Ultraschallsensoren US1, US3 und US5 als Ultraschallsender betreibbar, und die Ultraschallsensoren US2 und US4 sind als Ultraschallempfänger betreibbar. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich auch eine andere Aufteilung des Betriebs der betreffenden Ultraschallsensoren als Ultraschallsender und als Ultraschallempfänger möglich ist und dass überdies auch sämtliche Ultraschallsensoren US1 bis US5 jeweils sowohl als Ultraschallsender wie auch als Ultraschallempfänger im schnellen Wechsel (Zeitmultiplexbetrieb) betreibbar sind.
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Die Ultraschallsensoren US1 bis US5 sind, wie aus 1 klar hervorgeht, von der in 1 unten dargestellten Außenseite des Trägerteiles TR zum Vorrichtungsinnenraum (in 1 ist dies der obere Bereich) hin versetzt, beispielsweise um 2 cm bis 6 cm, jeweils von einem rohrförmigen Schallleitteil ST1, ST2, ST3, ST4 bzw. ST5 aufgenommen. Grundsätzlich genügt es, die als Ultraschallsender oder als Ultraschallempfänger jeweils betriebenen Ultraschallsensoren in der zuvor betrachteten Weise von der Vorrichtungsaußenseite und damit von der Außenseite des Trägerteiles TR zum Vorrichtungsinnenraum hin versetzt anzuordnen, um den eingangs betrachteten Effekt des Übersprechens zwischen einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger bezogen auf den Fall möglichst zu eliminieren, zumindest aber zu verringern, dass die jeweiligen Ultraschallsensoren unmittelbar an der Vorrichtungsaußenseite und damit an der Außenseite des Trägerteiles TR angeordnet wären. Durch die so erzielte Verlängerung des Schallweges von einem als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensor zu einem als Ultraschallempfänger betriebenen Ultraschallsensor ist somit auf relativ einfache Weise das sonst auftretende Übersprechen zwischen derartigen Ultraschallsensoren zumindest weitgehend eliminiert. Darüber hinaus wird durch die Maßnahme in vorteilhafter Weise auch erreicht, dass im nahen Bereich von wenigen Zentimetern bis etwa 10 cm vor der erwähnten Vorrichtungsaußenseite bzw. von der Außenseite des Trägerteiles TR befindliche Hindernisse mittels der Ultraschallwellen detektiert werden können, die von den Ultraschallsensoren, wie den Ultraschallsensoren US1, US3 und US5 ausgesendet werden und deren Reflexionen von den Ultraschallsensoren, wie den Ultraschallsensoren US2 und US4 empfangen werden. Durch die versetzte Anordnung der Ultraschallsensoren US1 bis US5 von der Vorrichtungsaußenseite und damit von der Außenseite des Trägerteiles TR zum Vorrichtungsinnenraum hin ist nämlich auch die bei Ultraschallsensoren üblicherweise vorhandene sogenannte Totzone – das ist der im Zentimeterbereich vor den Ultraschallsensoren liegende Bereich, innerhalb dessen normalerweise keine Hindernisse detektiert werden können – eliminiert, so dass auch unmittelbar vor der Vorrichtung bzw. dem Trägerteil TR befindliche Hindernisse sicher detektiert werden können.
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Wie aus der Darstellung in 1 hervorgeht, sind die rohrförmigen Schallleitteile ST1 bis ST5 zur Außenseite des genannten Trägerteiles TR hin zu einem trichter- oder trompetenförmigen Schallkanal erweitert. Auf diese Weise ergibt sich im Falle der als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensoren, wie der Ultraschallsensoren US1, US3 und US5, eine wünschenswerte gleichmäßige laminare Strömung von Ultraschallwellen, und im Falle der als Ultraschallempfänger betriebenen Ultraschallsensoren, wie der Ultraschallsensoren US2 und US4 ergibt sich eine wünschenswerte Bündelung der jeweils empfangenen Ultraschallwellen. Überdies ergibt sich hierdurch eine Reduzierung der Impedanz des jeweiligen Ultraschallsensors. An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass unter einem trichterförmigen Schallkanal ein Schallkanal verstanden wird, der sich entsprechend einer linearen Funktion zur Außenseite des Trägerteiles TR hin erweitert, und dass unter einem trompetenförmigen Schallkanal ein solcher verstanden wird, dessen Kontur sich entsprechend einem nichtlinearen Verlauf zur Außenseite des Trägerteiles TR erweitert.
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In der in 1 ausschnittweise gezeigten Darstellung des Trägerteiles TR sind noch auf dessen Außenseite Blenden BL1, BL2, BL3, BL4 bzw. BL5 vor den Schallleitteilen ST1, ST2, ST3, ST4 und ST5 angeordnet. Die Formen dieser Blenden BL1 bis BL5 sind aus der in 2 gezeigten schematischen Darstellung der Vorderansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung näher ersichtlich. Wie aus 2 hervorgeht, sind die Blenden BL1 bis BL5 jeweils schmal ausgebildet, und sie weisen jeweils eine in horizontaler Richtung verlaufende schlitzförmige Schallöffnung SL1, SL2, SL3, SL4 bzw. SL5 auf. Durch diese Formgebungen der schlitzförmigen Schallöffnungen treten die von den im vorliegenden Fall beispielsweise als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensoren US1, US3 und US5 jeweils abgegebenen, die oben genannten Ultraschallsignale bildenden Ultraschallwellen UW mit einer starken Bündelung in horizontaler Richtung aus den Blenden BL1, BL3 bzw. BL5 aus. Damit ist auch durch diese Schallbündelung das oben betrachtete Problem des Übersprechens zwischen einem als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensor und einem benachbarten Ultraschallsensor, der als Ultraschallempfänger betrieben wird, wie beispielsweise zwischen den Ultraschallsensoren US1, US3 und US5 einerseits und den Ultraschallsensoren US2 und US4 andererseits zumindest weitgehend verringert. Zum anderen ist durch diese starke Bündelung der von den als Ultraschallsendern betriebenen Ultraschallsensoren, wie den Ultraschallsensoren US1, US3 und US5 jeweils abgegebenen Ultraschallwellen UW eine gezielte Ultraschallwellenabgabe innerhalb eines relativ schmalen Sektors ermöglicht, was zur verbesserten Hindernisdetektierung beiträgt. Es sei hier noch angemerkt, dass die erwähnten schlitzförmigen Schallöffnungen SL1 bis SL5 prinzipiell auch in dem Trägerteil TR selbst, also generell in der Vorrichtung vorgesehen sein können. Ferner sind die Ultraschallsensoren US1 bis US5 durch die vor ihnen befindlichen schlitzförmigen Schallöffnungen SL1 bis SL5 besser vor dem Eindringen von Fremdkörpern in die die rohrförmigen Schallleitteile ST1 bis ST5 geschützt als in dem Fall, dass keine schlitzförmigen Schallöffnungen vorhanden wären. Überdies verleihen die betreffenden schlitzförmigen Schallöffnungen SL1 bis SL5 der gesamten Vorrichtung ein gutes ästhetisches Aussehen.
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Um das erwähnte Übersprechen zwischen den als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensoren, wie den Ultraschallsensoren US1, US3 und US5 einerseits, und den als Ultraschallempfänger betriebenen Ultraschallsensoren, wie den Ultraschallsensoren US2 und US4 andererseits, noch weiter zu verringern, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, der schlitzförmigen Schallöffnung zumindest vor dem jeweiligen, als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensor abgerundete Öffnungskanten zu geben. Im vorliegenden Fall weisen jedoch, wie aus 2 hervorgeht, die schlitzförmigen Schallöffnungen SL1 bis SL5 sämtlicher Blenden BL1 bis BL5 jeweils abgerundete Öffnungskanten auf. Der Grund dafür liegt neben der Vereinheitlichung und damit Vereinfachung der Herstellung der betreffenden Blenden aber auch darin, dass wie oben erwähnt, die hinter den betreffenden Blenden BL1 bis BL5 befindlichen Ultraschallsensoren US1 bis US5 in durchaus unterschiedlicher Weise jeweils als Ultraschallsender und/oder als Ultraschallempfänger betreibbar sind. Durch die erwähnten abgerundeten Öffnungskanten der betreffenden schlitzförmigen Schallöffnungen SL1 bis SL5 ist in dem Fall, dass der hinter der jeweiligen Blende BL1 bis BL5 angeordnete Ultraschallsensor als Ultraschallsender betrieben wird, sichergestellt, dass die von diesem Ultraschallsensor erzeugte Ultraschallwelle UW lediglich mit einer Hauptkeule auftritt und dass keine störenden Nebenkeulen erzeugt werden, die sonst zu einem Übersprechen von einem als Ultraschallsender betriebenen Ultraschallsensor zu einem als Ultraschallempfänger betriebenen, insbesondere dem erstgenannten Ultraschallsensor unmittelbar benachbarten Ultraschallsensor führen würden.
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Abschließend sei noch angemerkt, dass in Abweichung von den vorstehend an Hand der Zeichnung erläuterten Verhältnisse die schlitzförmigen Schallöffnungen SL1 bis SL5 bedarfsweise auch in anderer Richtung als in der dargestellten horizontalen Richtung ausgerichtet sein können, wie insbesondere in vertikaler Richtung. In diesem Fall wäre die Bündelung der durch eine solche schlitzförmige Schallöffnung austretenden Ultraschallwelle bezogen auf die in 2 dargestellten Verhältnisse um 90° gedreht, so dass eine starke Bündelung in vertikaler Richtung vorläge.
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Bezugszeichenliste
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- BL1, BL2, BL3, BL4, BL5
- Blende
- SL1, SL2, SL3, SL4, SL5
- schlitzförmige Öffnung
- ST1, ST2, ST3, ST4, ST5
- Schallleitteil
- TR
- Trägerteil
- US1, US2, US3, US4, US5
- Ultraschallsensor
- UW
- Ultraschallwelle
