DE102008014912A1 - Automatically movable floor dust collecting device and object with a sensor arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft zunächst ein selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät (1) mit elektromotorisch angetriebenen Verfahrrädern (3), einem Gerätegehäuse, einem Staubsammelbehälter und einer Gerätehaube (6), wobei das Bodenstaub-Aufsammelgerät (1) mit einer Hinderniserkennung versehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Gegenstand mit einer horizontalen und/oder vertikalen Erstreckung, wobei eine Sensoranordnung (9) vorgesehen ist. Die Hinderniserkennung bzw. die Sensoranordnung (9) ist ein optisches Triangulationssystem (T) mit einer Lichtquelle (10, 10') und einer ein optisches Element in Form einer Empfängerlinse (12) für die reflektierten Lichtstrahlen und ein lichtempfindliches Element (11) aufweisenden Empfängereinheit (E). Um ein selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät bzw. einen Gegenstand mit einer Sensoranordnung der in Rede stehenden Art hinsichtlich der Abstandsmessung zu einem Hindernis mittels eines optischen Triangulationssystems so zu verbessern, dass auch im Fernbereich eine exakte Entfernungsmessung erreicht wird, wird vorgeschlagen, dass die Lichtstrahlen in der Empfängereinheit (E) so beeinflusst sind, dass es nach einer Bündelung durch die Empfängerlinse (12) zumindest zugeordnet zu größeren realen Entfernungen zu dem Hindernis (13.13') zu größeren Abständen der auftreffenden Lichtstrahlen auf dem lichtempfindlichen Element (11) kommt.The invention relates first of all to an automatically movable ground dust collecting device (1) with electric motor driven traversing wheels (3), a device housing, a dust collecting container and a device hood (6), wherein the ground dust collecting device (1) is provided with obstacle detection. Furthermore, the invention relates to an article with a horizontal and / or vertical extension, wherein a sensor arrangement (9) is provided. The obstacle detection or the sensor arrangement (9) is an optical triangulation system (T) having a light source (10, 10 ') and a receiver unit comprising an optical element in the form of a receiver lens (12) for the reflected light beams and a photosensitive element (11) (e). In order to improve an automatically movable ground dust collecting device or an object with a sensor arrangement of the type in question with respect to the distance measurement to an obstacle by means of an optical triangulation system so that even in the far range an exact distance measurement is achieved, it is proposed that the light beams in the receiver unit (E) are influenced so that, after bundling by the receiver lens (12) at least associated with larger real distances to the obstacle (13.13 '), larger distances of the incident light beams on the photosensitive element (11).
Description
Die Erfindung betrifft zunächst ein selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät mit elektromotorisch angetriebenen Verfahrrädern, einem Gerätegehäuse, einem Staubsammelbehälter und einer Gerätehaube, wobei das Bodenstaub-Aufsammelgerät mit einer Hinderniserkennung versehen ist, wobei die Hinderniserkennung ein optisches Triangulationssystem ist mit einer Lichtquelle und einer ein optisches Element in Form einer Empfängerlinse für die reflektierten Lichtstrahlen und ein lichtempfindliches Element aufweisenden Empfängereinheit.The The invention initially relates to an automatically movable Floor dust collecting device with electric motor driven Verfahrrädern, a device housing, a Dust collector and a hood, where the ground dust collector with obstacle detection is provided, wherein the obstacle detection is an optical triangulation system is in shape with a light source and an optical element a receiver lens for the reflected light rays and a photosensitive member having a receiver unit.
Weiter betrifft die Erfindung einen Gegenstand mit einer horizontalen und/oder vertikalen Erstreckung, wobei an dem Gegenstand eine Sensoranordnung vorgesehen ist, zur Erfassung eines Hindernisses, wobei die Sensoranordnung ein optisches Triangulationssystem ist mit einer Lichtquelle und einer ein optisches Element in Form einer Empfängerlinse für die reflektierten Lichtstrahlen und ein lichtempfindliches Element aufweisenden Empfängereinheit.Further the invention relates to an article with a horizontal and / or vertical extension, wherein on the object a sensor arrangement is provided for detecting an obstacle, wherein the sensor arrangement An optical triangulation system is equipped with a light source and one is an optical element in the form of a receiver lens for the reflected light rays and a photosensitive Element having receiver unit.
Bodenstaub-Aufsammelgeräte
der in Rede stehenden Art sind bekannt, so beispielsweise aus der
Gegenstände der in Rede stehenden Art, die mit einer Sensoranordnung zur Erfassung eines Hindernisses versehen sind sind gleichfalls bekannt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Gegenstände, die verfahrbar sind, wobei die Sensoranordnung ein Hindernis frühzeitig erkennen soll, dies einhergehend mit Maßnahmen zur Verhinderung einer Kollision mit dem Hindernis. Weiter können solche Gegenstände auch nicht mobile Gegenstände sein, wobei in diesem Fall eine Sensoranordnung dazu geeignet ist, sich beispielsweise an den Gegenstand annähernde Hindernisse zu erkennen. Weiter kann ein solcher Gegenstand auch beispielsweise eine Messanordnung sein zur Positionsbestimmung des Gegenstandes in einem Raum.objects of the type in question, with a sensor arrangement for detecting an obstacle are also known. in this connection For example, they are objects that can be moved are, with the sensor arrangement an obstacle early recognize this, along with measures to prevent it a collision with the obstacle. Next, such items can also not be mobile items, in which case a sensor arrangement is suitable, for example, to the Object to recognize approximate obstacles. Next one can Such object also be, for example, a measuring arrangement for Position determination of the object in a room.
Beim Befahren eines Raumes mittels eines selbsttätig verfahrbaren Bodenstaub-Aufsammelgerätes muss dieses Gegenstände und Raumbegrenzungen erkennen und durch angemessene Rangier- und Ausweichbewegungen reagieren. In diesem Zusammenhang ist es bekannt zur Hinderniserkennung optische Abstandssensoren einzusetzen. Bei Erkennung eines den Verfahrweg des Gerätes blockierenden Gegenstandes wird das Empfangssignal des optischen Sensors von einem Mikroprozessor verarbeitet, der das Stoppen der Antriebsräder veranlasst bzw. eine entsprechende Verhaltensstrategie des Gerätes auslöst.At the Driving a room by means of a self-moving Ground dust collection device needs this items and recognize space limitations and by appropriate shunting and Evasive movements react. In this context, it is known to use obstacle detection optical distance sensors. at Recognition of a path of the device blocking Object is the received signal of the optical sensor of a Processed microprocessor, stopping the drive wheels causes or a corresponding behavioral strategy of the device triggers.
Darüber hinaus sind Triangulationssysteme bekannt, bei denen ein Lichtpunkt aus unterschiedlichen Entfernungen durch ein optisches Element in Form einer Empfängerlinse auf unterschiedliche Stellen eines lichtempfindlichen Elements abgebildet wird. Aus dem elektrischen Ausgangssignal dieses Elements kann auf die Entfernung geschlossen werden. Solche optischen Triangulationssysteme sind insbesondere für den Nahbereich ausgelegt. Für den Fernbereich entgegen erweisen sich solche Triangulationssysteme weniger geeignet, da mit zunehmender Entfernung des Hindernisses zum Gegenstand bzw. zum Bodenstaub-Aufsammelgerät die Kennlinie zur Ermittlung der Entfernung zunehmend flach verläuft, was die exakte Ermittlung des Hindernisabstandes erschwert.About that In addition, triangulation systems are known in which a point of light from different distances through an optical element in shape a receiver lens at different locations of a photosensitive element is imaged. From the electrical Output of this element can be closed to the distance become. Such optical triangulation systems are particular designed for close range. For the long distance contrary, such triangulation systems prove less suitable, because with increasing distance of the obstacle to the object or for the ground dust collecting device, the characteristic for determination The distance is increasingly flat, which is the exact Determination of the obstacle distance difficult.
Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung zunächst darin gesehen, ein selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät bzw. einen Gegenstand mit einer Sensoranordnung der in Rede stehenden Art hinsichtlich der Abstandsmessung zu einem Hindernis mittels eines optischen Triangulationssystems so zu verbessern, dass auch im Fernbereich eine exakte Entfernungsmessung erreicht wird.in the With regard to the above-described prior art, a technical Problem of the invention initially seen in it, an automatic moveable ground dust collecting device or an object with a sensor arrangement of the type in question in terms the distance measurement to an obstacle by means of an optical triangulation system to improve so that even in the far range an exact distance measurement is reached.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen sowohl beim Gegenstand des Anspruches 1 als auch beim Gegenstand des Anspruches 2 dadurch gelöst, dass die Lichtstrahlen in der Empfängereinheit so beeinflusst sind, dass es nach einer Bündelung durch die Empfängerlinse zumindest zugeordnet zu größeren realen Entfernungen zu dem Hindernis zu größeren Abständen der auftreffenden Lichtstrahlen auf dem lichtempfindlichen Element kommt. Zufolge der vorgeschlagenen Lösung ist zumindest zugeordnet dem Fernbereich, das heißt zugeordnet größerer realer Entfernungen zu einem Hindernis eine gegenüber den Lösungen des bekannten Standes der Technik steilere Kennlinie erreicht, die eine genaue Entfernungsmessung auch zu Hindernissen im Fernbereich zulässt. Die Korrektur erfolgt vor Auftreffen des Lichtstrahls auf das lichtempfindliche Element, nämlich im Bereich der die optischen Elemente aufweisenden Empfängereinheit. Auf aufwändige elektronische Einrichtungen zur Aufarbeitung der vom lichtempfindlichen Element bei Lichtbeaufschlagung ausgesendeten Signale ist verzichtet, was sich insbesondere bei einem Bodenstaub-Aufsammelgerät von Vorteil erweist, da ein solches Gerät in der Regel einen begrenzten Bauraum aufweist. Erfindungsgemäß ist eine einfache, darüber hinaus störunempfindliche und genaue Auswertung des Entfernungssignals realisiert. Die Beeinflussung der Lichtstrahlen in der Empfängereinheit ist bevorzugt begrenzt auf den Fernbereich, so dass eine Anpassung des Kennlinienverlaufs im Fernbereich an den Kennlinienverlauf des Nahbereichs erreicht wird. Alternativ erfolgt die Beeinflussung über den gesamten Messbereich, also beinhaltend den Nah- und Fernbereich. So kann weiter eine Beeinflussung der Lichtstrahlen in der Empfängereinheit eine Beeinflussung der Kennlinie bis hin zu einem proportionalen Zusammenhang von Hindernisabstand zu Lichtstrahlpo sitionierung auf dem lichtempfindlichen Element erreicht werden. Bei einem antiproportionalen Zusammenhang und einem damit sich einstellenden Kurvenverlauf der Kennlinie ist zufolge der Beeinflussung zumindest der Kurvenverlauf so korrigiert, dass sich ein realer Differenzabstand zwischen zwei entfernt liegenden Hindernissen sich auf dem lichtempfindlichen Element durch einen empfängerseitig ohne jeden weiteren Aufwand erfassbaren Lichtpunktabstand ausdrückt. Das Signal des lichtempfindlichen Elements kann darüber hinaus auch neben der Entfernungsermittlung zu einem Objekt auch Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit bzw. den Reflektionsgrad des Objekts liefern, wozu in Abhängigkeit von auf dem lichtempfindlichen Element auftreffenden Lichtpunkt resultierende Ströme ermittelt werden.This problem is initially and essentially solved both in the subject matter of claim 1 and in the subject matter of claim 2, characterized in that the light beams are influenced in the receiver unit so that it after bundling by the receiver lens at least associated with larger real distances to the obstacle to larger distances of the incident light rays comes on the photosensitive element. According to the proposed solution is at least associated with the long range, that is associated with greater real distances to an obstacle over the solutions of the prior art steeper curve achieved that allows accurate distance measurement also to obstacles in the remote area. The correction takes place before the light beam strikes the photosensitive element, namely in the region of the receiver unit having the optical elements. Elaborate electronic devices for processing the light-sensitive element emitted by exposure to light signals is omitted, which proves to be particularly advantageous in a ground dust collecting device, since such a device usually has a limited space. According to the invention, a simple, moreover disturbance-insensitive and accurate evaluation of the distance signal is realized. Influencing the Light beams in the receiver unit is preferably limited to the far range, so that an adaptation of the characteristic curve in the long-range to the characteristic curve of the near range is achieved. Alternatively, the influence takes place over the entire measuring range, ie including the near and far range. Thus, an influence of the light beams in the receiver unit influencing the characteristic up to a proportional relationship of obstacle distance to Lichtstrahlpo sitionierung on the photosensitive element can be achieved. In an antiproportional context and thus adjusting curve of the characteristic curve according to the influence at least the curve is corrected so that expresses a real difference distance between two distant obstacles on the photosensitive element by a receiver side detectable without any further effort point of light. In addition, the signal of the photosensitive element can also provide information about the surface quality or the degree of reflection of the object in addition to determining the distance to an object, for which purpose resulting currents are determined as a function of light spot impinging on the photosensitive element.
Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruches 1 oder Anspruches 2 oder des jeweiligen weiteren Anspruches oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.Further Features of the invention are below, also in the figure description, often in their preferred association with the subject-matter of the claim 1 or claim 2 or to features of further claims explained. But you can also do it in an assignment to only individual features of claim 1 or claim 2 or the respective further claim or each independently of Meaning.
So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes vorgesehen, dass die größeren Abstände der auftreffenden Lichtstrahlen auf dem lichtempfindlichen Element durch eine zusätzlich zur Empfängerlinse vorgesehene Korrekturlinse erreicht sind. Entsprechend ist die Beeinflussung der Lichtstrahlen in der Empfängereinheit allein durch optische Mittel erreicht. Die Empfängerlinse fängt die vom zu messenden Hindernis reflektierten Lichtstrahlen auf und bündelt diese, während die in Strahlungsrichtung betrachtet hinter der Empfängerlinse angeordnete Korrekturlinse den Strahlenbündel gezielt so umlenkt, dass es zu der gewünschten größeren Beabstandung der auftreffenden Lichtstrahlen auf dem lichtempfindlichen Element kommt. Die Kennlinie des gebündelten Lichtflecks auf dem lichtempfindlichen Element ist so modifiziert, dass sich auch im Fernbereich eine gute Auswertbarkeit der Abstandsmessung ergibt. Die Kennlinie wird zufolge der Zwischenschaltung der Korrekturlinse steiler. In weiterer Ausgestaltung kann zusätzlich zu der Empfängerlinse und der Korrekturlinse mindestens eine weitere Linse vorgesehen sein. So ist diesbezüglich vorgesehen, dass die weitere Linse bei Ausbildung der Empfängerlinse als Sammellinse zur Bündelung des reflektierten Lichts ausgebildet ist. Zufolge dieser Ausgestaltung wird das Sammeln und Bündeln der Lichtstrahlen aufgeteilt auf zwei hintereinander geschaltete Linsen. Der der Bündelung dienenden weiteren Linse ist die Korrekturlinse nachgeschaltet.So is provided in a preferred embodiment of the article, that the larger distances of the impinging Light rays on the photosensitive element by an additional to the receiver lens provided correction lens are reached. Accordingly, the influence of the light beams in the receiver unit achieved only by optical means. The receiver lens captures the light rays reflected from the obstacle to be measured on and bundles these while in the radiation direction considers correction lens located behind the receiver lens The beam is deflected in a targeted way so that it becomes the desired one greater spacing of the incident light rays the photosensitive element comes. The characteristic of the bundled Light spot on the photosensitive element is modified so that Good readability of the distance measurement even in the far range results. The characteristic is due to the interposition of the correction lens steeper. In a further embodiment, in addition to the Receiver lens and the correction lens at least one more Lens be provided. So is provided in this regard, that the further lens in training the receiver lens as a converging lens for focusing the reflected light is trained. According to this embodiment, the collecting and Bundle the light beams split in two consecutively switched lenses. The other serving the bundling Lens is the correction lens downstream.
Um eine besonders gute Abbildung des gebündelten und über die Korrekturlinse gerichteten Lichtpunktes auf dem lichtempfindlichen Element zu erreichen, ist in einer bevorzugten Weiterbildung des Gegenstandes zugeordnet der Empfängereinheit eine optische Blende vorgesehen. In weiterer Ausgestaltung können auch mehrere solcher optischen Blenden in der Empfängereinheit vorgesehen sein. Eine Blende kann hierbei vor der in Lichtstrahlungsrichtung betrachteten ersten Linse, also der Empfängerlinse, weiter zwischen zwei Linsen, beispielsweise zwischen Empfängerlinse und Korrekturlinse oder auch zwischen der letzten Linse, beispielsweise Korrekturlinse und dem lichtempfindlichen Element positioniert sein.Around a particularly good illustration of the bundled and over the correction lens directed light spot on the photosensitive Achieving element is in a preferred embodiment of the subject associated with the receiver unit provided an optical aperture. In a further embodiment, several such optical aperture be provided in the receiver unit. An aperture can in this case in front of the first lens considered in the light radiation direction, So the receiver lens, further between two lenses, for example between the receiver lens and the correction lens or between the last lens, for example correction lens and the photosensitive Be positioned element.
Auch erweist es sich von Vorteil, wenn zugeordnet der Empfängereinheit ein optisches Filterelement vorgesehen ist. Dieses Filterelement weist für die Wellenlängen des für die Messung verwendeten Lichtstrahls eine maximale Durchlässigkeit auf, während Wellenlängen, die nicht in dem Lichtstrahl enthalten sind vom Filterelement geblockt werden. Durch diese Maßnahme werden Störeinflüsse von weiteren Lichtquellen, beispielsweise Umgebungslicht, reduziert und die Leistungsfähigkeit des lichtempfindlichen Elements erhöht. Ein optisches Filterelement kann hierbei wahlweise vor der ersten Linse, zwischen zwei Linsen oder zwischen der letzten Linse und dem lichtempfindlichen Element positioniert sein. In weiterer Ausgestaltung kann in diesem Zusammenhang zur optischen Filtrierung des reflektierten Lichts das lichtempfindliche Element oder ein optisches Element, wie eine Linse oder eine Blende beschichtet oder eingefärbt sein, welche Beschichtung oder Einfärbung die Funktion des Filterelementes übernimmt.Also proves to be an advantage if assigned to the receiver unit an optical filter element is provided. This filter element indicates the wavelengths of the for Measurement of light beam used maximum permeability on, while wavelengths that are not in the light beam are blocked by the filter element. By this measure are interfering with other light sources, For example, ambient light, reduced and performance of the photosensitive element increases. An optical filter element This can be done in front of the first lens, between two lenses or positioned between the last lens and the photosensitive element. In a further embodiment may in this context to the optical Filtration of the reflected light, the photosensitive element or an optical element, such as a lens or an aperture coated or colored, which coating or coloring the function of the filter element takes over.
Je nach Abstand des zu messenden Objekts bzw. des zu erfassenden Hindernisses und seiner Oberflächenbeschaffenheit (Reflektionsgrad) wird so viel Licht auf das lichtempfindliche Element reflektiert, dass dieses ohne weitere Maßnahmen fotoelektrisch gesättigt wird. In diesem Zustand ist eine sinnvolle Signalauswertung nicht möglich, es kommt zu Fehlmessungen. Diese Problematik betrifft in besonderem Maße Bodenstaub-Aufsammelgeräte der in Rede stehenden Art, die in Haushalten eingesetzt werden, da dort ein weites Spektrum an Materialien (zum Beispiel helle, gut reflektierende Tapeten oder dunkle, schlecht reflektierende textile Materialien) und stark wechselnde Lichtverhältnisse (zum Beispiel direkte Sonneneinstrahlung im Sommer, abgedunkelte Räume) vorliegen, die das lichtempfindliche Element nicht stören dürfen. Um dieser Problematik zu begegnen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens eine der in der Empfängereinheit verwendeten Linsen modifiziert ist. Die Modifikation besteht darin, dass die für die Lichtübertragung aktiven Flächen der modifizierten Linsen optisch deaktiviert sind. Dies bedeutet, dass sie kein Licht durchlassen. Die Problematik der Sättigung tritt vorwiegend im Nahbereich auf, wo aufgrund des Aufbaus eines Triangulationssystems mehr Licht von der Empfängereinheit gesammelt werden kann als im Fernbereich. Die optische Deaktivierung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung durch mechanische Trennung des Linsenbereiches erreicht. Alternativ kann die optische Deaktivierung durch eine Beschichtung mit einer optisch dämpfenden oder undurchlässigen Schicht erreicht sein. Weiter besteht die Möglichkeit einer graduellen Einfärbung der Linse, so dass im Nahbereich eine effektive Abdunklung der optisch aktiven Fläche erreicht wird, im Fernbereich jedoch eine maximale Lichtübertragung vorliegt. Sinnvollerweise werden nur solche Linsenbereiche optisch deaktiviert, die nur im Nahbereich optisch aktiv sind, im Fernbereich aber kein Licht übertragen. Dadurch wird im Fernbereich eine hohe Lichtstärke realisiert, im Nahbereich hingegen eine Sättigung vermieden. Weiterhin ist diesbezüglich möglich die entsprechenden Bereiche für den Nahbereich nicht vollständig zu deaktivieren, sondern zum Beispiel per Beschichtung so zu modifizieren, dass nur noch ein Teil der Lichtenergie hindurchgelassen wird. Idealerweise ergibt sich eine durchgehende Helligkeitsverteilung von 100% im Fernbereich bis zu einer festgelegten Intensität im Nahbereich von beispielsweise 20 bis 90%, weiter beispielsweise 50% auf dem lichtempfindlichen Element.Depending on the distance of the object to be measured or the obstacle to be detected and its surface condition (degree of reflection), so much light is reflected onto the photosensitive element that it is photoelectrically saturated without further measures. In this state, a meaningful signal evaluation is not possible, it comes to incorrect measurements. This problem relates in particular to ground dust collectors of the type in question, which are used in households, since there a wide range of materials (for example, bright, well-reflective wallpaper or dark, poorly reflective textile materials) and strongly changing lighting conditions (for example, direct sunlight in the summer, darkened rooms) are present that must not disturb the photosensitive element. In order to counteract this problem, it is provided according to the invention that at least one of the lenses used in the receiver unit is modified. The modification consists in that the surfaces of the modified lenses which are active for the light transmission are optically deactivated. This means that they do not let light through. The problem of saturation occurs predominantly in the near field where, due to the structure of a triangulation system, more light can be collected by the receiver unit than in the far field. The optical deactivation is achieved in a preferred embodiment by mechanical separation of the lens area. Alternatively, the optical deactivation can be achieved by a coating with an optically damping or impermeable layer. Furthermore, there is the possibility of a gradual coloring of the lens, so that an effective darkening of the optically active surface is achieved in the near range, but in the far range a maximum light transmission is present. It makes sense to optically deactivate only those lens areas which are optically active only in the near field but do not transmit light in the long-range. As a result, a high light intensity is realized in the far range, while in the near range, a saturation is avoided. Furthermore, in this regard, it is possible not completely deactivate the corresponding areas for the close range, but rather to modify them, for example by coating, so that only a part of the light energy is transmitted. Ideally, a continuous brightness distribution of 100% in the far range to a specified intensity in the near range of for example 20 to 90%, further for example 50% results on the photosensitive element.
Anstelle von Volllinsen, wie sie aus optischen Anwendungen bekannt sind, wird in einer alternativen Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes eine Fresnellinse verwendet. Eine solche Fresnellinse zeichnet sich durch eine gegenüber Volllinsen wesentlich geringere Dicke aus, weist entsprechend einer Volllinse gegenüber ein geringeres Gewicht und einen kleineren Bauraum auf. Weiter alternativ sind auch holografische Linsen verwendbar.Instead of of solid lenses, as they are known from optical applications, is in an alternative development of the subject invention used a Fresnel lens. Such a Fresnel lens stands out by a compared to solid lenses much smaller thickness from, corresponding to a full lens opposite a lower one Weight and a smaller space on. Next alternative also holographic lenses usable.
Eine weitere Erhöhung der Unempfindlichkeit des lichtempfindlichen Elements gegen störende äußere Lichteinflüsse, wie beispielsweise Umgebungslicht, ist in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes dadurch erreicht, dass zugeordnet der Lichtquelle des Triangulationssystems ein separater Lichtsensor vorgesehen ist. Die dem lichtempfindlichen Element nachgeschaltete Auswerteelektronik erhält bei Aktivierung der Lichtquelle über den zugeordneten separaten Lichtsensor ein Signal, wodurch der Signalverlauf der Lichtquelle mit dem des lichtempfindlichen Elements synchronisiert werden kann. Der separate Lichtsensor kann in diesem Zusammenhang als gesondertes Bauteil der Lichtquelle zugeordnet vorgesehen sein. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der separate Lichtsensor in der Lichtquelle integriert ist, so in weiter bevorzugter Ausgestaltung in der Form, dass die Lichtquelle eine Laserdiode mit integrierter Monitordiode ist.A further increase the insensitivity of the photosensitive Elements against disturbing external light influences, such as ambient light, is in a further development of Subject of the invention achieved in that associated with the light source the triangulation system, a separate light sensor is provided. The evaluation circuit downstream of the photosensitive element receives upon activation of the light source via the associated separate Light sensor a signal, reducing the signal waveform of the light source can be synchronized with that of the photosensitive element. Of the separate light sensor can be considered as separate in this context Be provided assigned component of the light source. Alternatively exists also the possibility that the separate light sensor in the light source is integrated, so in a further preferred embodiment in the form that the light source is a laser diode with integrated Monitor diode is.
Um eine sensorbasierte Navigation mittels eines optischen Triangulationssystems für ein selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät, darüber hinaus aber auch für verfahrbare Gegenstände zu realisieren, welche Navigation auf der Verwendung nur einer Sensoranordnung, beinhaltet ein Triangulationssystem, beruht, wird zur Vermeidung von toten Winkeln vorgeschlagen, dass das Triangulationssystem um eine vertikale Achse drehbar angeordnet ist. Zufolge dieser Ausgestaltung kann mittels nur einem Triangulationssystem bzw. nur einer Sensoranordnung die gesamte Umgebung des Gerätes bzw. des Gegenstandes auf Hindernisse überprüft werden. So ist bevorzugt eine Drehung des Triangulationssystem um die vertikale Achse von 360° und mehr vorgesehen. In einer Weiterbildung des Gegenstandes ist das Triangulationssystem auf einer gegenüber dem feststehenden Gerätegehäuse um eine vertikale Achse drehbaren Platte angeordnet. Diese kann beispielsweise eine Decke einer das Chassis des Gerätes überfangenden Haube sein. Alternativ kann auch die gesamte, das Chassis übergreifende Haube die Drehplatte bilden. Alternativ zu einem kontinuierlich drehbaren Triangulationssystem kann dieses oder eine dieses aufnehmende Drehplatte eine alternierende Schwenkbewegung durchführen und dabei einen definierten Winkelbereich abscannen. Durch entsprechende Gestaltung der Schwenkeinrichtung sind auch Schwenkwinkel von mehr als 360° realisierbar. Bei Verwendung von mehr als einem Triangulationssystem genügen Schwenkwinkel von weniger als 360°.Around a sensor-based navigation by means of an optical triangulation system for a self-moving ground dust collecting device, but also for movable objects realize which navigation is based on using only one sensor array, involves a triangulation system that is based, avoidance from blind spots suggested that the triangulation system around a vertical axis is rotatably arranged. According to this embodiment can by means of only one triangulation system or only one sensor arrangement the entire environment of the device or the object be checked for obstacles. This is preferred a rotation of the triangulation system about the vertical axis of 360 ° and more provided. In a development of the subject the triangulation system is on one opposite the established one Device housing rotatable about a vertical axis Plate arranged. This can for example be a blanket of a Chassis of the device spanning hood. Alternatively, the entire, the chassis cross-cap form the turntable. Alternatively to a continuously rotating Triangulation system can use this or a rotary disk that absorbs this perform an alternating pivoting movement and thereby Scan a defined angle range. By appropriate design the pivoting device and swivel angle of more than 360 ° can be realized. When using more than one triangulation system suffice Swing angle of less than 360 °.
Der Antrieb der Drehplatte erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung über einen gesonderten Elektromotor, der weiter in dem Gerät bzw. dem Gegenstand angeordnet ist. Dieser Elektromotor kann über ein Zahnrad- oder Zugmittelgetriebe auf die Drehplatte einwirken. Vorteilhaft erweist sich eine Ausgestaltung, bei welcher der Antrieb für die Drehplatte an den Antrieb für die Verfahrräder gekoppelt ist. So ist ein direkter Zusammenhang zwischen der Bewegung des Gerätes und dem Abscannen des Umgebungsbereiches erreicht. Die Kopplung kann beispielsweise mittels Zahnrad- oder Zugmittelgetriebe realisiert sein.Of the Drive the rotary plate takes place in a preferred embodiment a separate electric motor that continues in the device or the article is arranged. This electric motor can over a Gear or traction mechanism acting on the rotary plate. Advantageous proves to be an embodiment in which the drive for the rotary plate coupled to the drive for the Verfahrräder is. So is a direct connection between the movement of the Device and scanning the surrounding area reached. The coupling can for example by means of gear or Zugmittelgetriebe be realized.
Auch ist vorgesehen, dass die rotierende bzw. alternierende Drehplatte und das auf der Drehplatte angeordnete Triangulationssystem von einer Haube überdeckt sind. Die drehenden Teile sind zufolge dieser Ausgestaltung vor direktem Zugriff und äußeren Einflüssen geschützt. Um hierbei die ordnungsgemäße Funktion des Triangulationssystems weiterhin zu sichern, ist die Abdeckung bzw. die Haube zumindest teilweise transparent ausgebildet. Es sind entsprechend Bereiche bereitgestellt, durch welche die Lichtstrahlen ausgesandt und wieder empfangen werden können. Das oder die Triangulationssysteme der Drehplatte sind entsprechend höhenmäßig dem transparenten Haubenbereich zugeordnet. In weiterer vorteilhafter Weise ist der transparente Bereich der Haube als optische Blende und/oder optisches Filterelement ausgebildet, so weiter beispielsweise durch entsprechende Beschichtung des transparenten Bereiches. Diese Behandlung der transparenten Bereiche der Haube führen zu einer besseren Abbildung des Lichtpunktes auf dem lichtempfindlichen Sensor und/oder zur Reduzierung von Störeinflüssen beispielsweise durch Umgebungslicht.It is also provided that the rotating or alternating rotary plate and arranged on the rotary plate triangulation system of a Hood are covered. The rotating parts are protected according to this embodiment from direct access and external influences. In order to continue to ensure the proper functioning of the triangulation system, the cover or the hood is at least partially transparent. There are correspondingly provided areas through which the light beams can be emitted and received again. The triangulation system (s) of the rotary plate are correspondingly assigned to the transparent hood area in terms of height. In a further advantageous manner, the transparent region of the hood is designed as an optical diaphragm and / or optical filter element, such as, for example, by appropriate coating of the transparent region. This treatment of the transparent areas of the hood lead to a better imaging of the light spot on the photosensitive sensor and / or to reduce disturbing influences, for example due to ambient light.
Auf der Drehplatte können mehrere Triangulationssysteme bevorzugt gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit die Drehplatte neben den Triangulationssysteme mit weiteren Überwachungselementen zu versehen, wie beispielsweise Ultraschallsensoren oder Kamerasysteme zur Bildverarbeitung.On The rotary plate may be preferred to multiple triangulation systems evenly distributed over the circumference be arranged. In addition, there is also the possibility the turntable next to the triangulation systems with additional monitoring elements be provided, such as ultrasonic sensors or camera systems for image processing.
Ist ein drehbares oder alternierendes Trangulationssystem vorgesehen, so ist dieses mit Energie zu versorgen. Weiter sind die Abstandsinformationen zum Gerät bzw. zum Gegenstand zu übermitteln. Hierzu ist zunächst vorgesehen, dass zur Energieversorgung des Triangulationssystems auf der Drehplatte eine Schleifring-/Schleifkontakte-Anordnung vorgesehen ist. So kann die Drehplatte Schleifkontakte aufweisen, während das dieser gegenüber feststehende Gerät Schleifringe trägt. Auch die umgekehrte Anordnung ist diesbezüglich möglich. Weiter alternativ besteht die Möglichkeit der Energieversorgung über die Relativbewegung zwischen Drehplatte und Gerätegehäuse. So ist hierdurch ein Generator aufgebaut, wobei beispielsweise eine feststehende Welle des Gerätes einen Stator bildend mit Permanent- oder Elektromagneten in wechselnder Polung versehen ist und die Drehplatte als Rotor mit einzelnen Spulen versehen ist. Bei Drehung der Drehplatte wird entsprechend in den Spulen Strom induziert, der von dem Triangulationssystem genutzt werden kann. Diese Art der Energieerzeugung entspricht in ihrer Wirkungsweise einem Synchrongenerator. Weiter alternativ können auch andere Generatorprinzipien für die Energieübertragung genutzt sein, so beispielsweise in Art von Asynchrongeneratoren.is a rotatable or alternating trangulation system is provided, so this is to provide energy. Next are the distance information to transmit to the device or the object. For this purpose, it is initially provided that the energy supply of the triangulation system on the rotary plate, a slip ring / sliding contact arrangement is provided. So the turntable can have sliding contacts, while that of this fixed device Slip rings carries. The reverse arrangement is in this regard possible. Next alternatively, there is the possibility the power supply via the relative movement between Turntable and device housing. This is how it is a generator constructed, for example, a fixed Shaft of the device forming a stator with permanent or Electromagnet is provided in alternating polarity and the rotary plate is provided as a rotor with individual coils. Upon rotation of the rotary plate Accordingly, current is induced in the coils by the triangulation system can be used. This type of energy production corresponds to their mode of action a synchronous generator. Next alternative can also other generator principles for energy transfer be used, such as in the form of asynchronous generators.
Für die Informationsübertragung von Triangulationssystem zum Gerät bzw. zum Gegenstand kann nicht nur ausschließlich bei Verwendung einer Drehplatte, sondern darüber hinaus auch bei Verwendung eines feststehenden Triangulationssystems ein optisches System vorgesehen sein, mittels welchem die vom lichtempfindlichen Element empfangenen Signale übertragen werden. Hierzu kann beispielsweise die Drehplatte eine Lichtquelle aufweisen, die durch wechselndes An- und Ausschalten ein digitalkodiertes Signal aussendet. Im Gerät bzw. im Gegenstand befindet sich hierbei eine Empfangseinheit, die das Lichtsignal aufhängt und an die Steuerung des Gerätes bzw. an eine Auswerteelektronik weiterleitet. Alternativ zur optischen Übertragung können die Abstandsinformationen auch über Funk übermittelt werden, wozu beispielsweise die Drehplatte eine Sendeantenne und das Gerät bzw. der Gegenstand eine Empfangsantenne aufweist. Weiter alternativ kann die Übertragung der Signale des lichtempfindlichen Elements auch induktiv erfolgen, dies insbesondere im Zusammenhang mit einer das Triangulationssystem tragenden Dreh platte indem an der Drehplatte und am dieser gegenüber feststehenden Gerätegehäuse jeweils eine Spule vorgesehen sind, die durch einen engen Luftspalt getrennt sind. Wird die Spule in der Drehplatte mit Wechselstrom bestromt, so bildet sich dieser durch Induktion in der Empfängerspule im Gerät ab, wodurch eine Signalübertragung möglich ist. Im Zusammenhang mit einer Energieversorgung des auf einer Drehplatte angeordneten Triangulationssystems über eine Schleifring-/Schleifkontakte-Anordnung kann diese Anordnung zugleich auch zur Übertragung kodierter Signale benutzt werden, so weiter beispielsweise durch Überlagerung der Energieversorgung von einer hochfrequenten Wechselspannung.For the information transfer from triangulation system to Device or object can not only exclusively when using a rotary plate, but beyond even when using a fixed triangulation system be provided optical system, by means of which the photosensitive Element received signals are transmitted. For this purpose, for example the rotary plate having a light source, the changing Power on and off a digitally coded signal. In the device or in the object here is a receiving unit, the the light signal hangs and to the controller of the device or forwarded to an evaluation. Alternatively to optical transmission can the distance information also transmitted via radio be, including, for example, the rotary plate a transmitting antenna and the device or the object has a receiving antenna. Further alternatively, the transmission of the signals of the photosensitive element also be made inductively, this particular in connection with a triangulation system bearing rotary plate by on the turntable and on this fixed opposite Device housing are each provided with a coil, which are separated by a narrow air gap. Will the coil in the rotary plate is energized with alternating current, so this forms by induction in the receiver coil in the device from, whereby a signal transmission is possible. In connection with a power supply of on a rotary plate arranged triangulation system via a slip ring / sliding contact arrangement This arrangement can also coded for transmission Signals are used, so on, for example, by superposition the power supply of a high-frequency AC voltage.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass zur Erfassung des Drehwinkels des Triangulationssystems zum feststehenden Gerätegehäuse ein Sensor vorgesehen ist. Entsprechend wird der Winkel zwischen dem Triangulationssystem und der Längsachse des Aufsammelgeräts bzw. Gegenstands durch ein Winkelmesssystem erfasst. Hierdurch ist bei einem Bodenstaub-Aufsammelgerät der in Rede stehenden Art erreicht, dass dieses die Umgebung bei drehbarer bzw. alternierender Anordnung des Triangulationssystems kontinuierlich abscannen kann und die so gewonnenen Informationen über die Umgebung mit Hilfe eines Winkelsensors mit der jeweiligen Orientierung abgleichen kann. So ist eine zielgerichtete Navigation des Aufsammelgeräts ermöglicht. Zur Umsetzung des Winkelsensors sind verschiedene Prinzipien anwendbar, so beispielsweise durch Anordnung von optischen Sensoren wie Gabellichtschranke mit Rändelscheibe, weiter Potentiometer, Reed-Relais, Hall-Sensoren oder Kontakte an einer oder mehreren Winkelpositionen zwischen Triangulationssystem bzw. Drehplatte und feststehendem Geräteteil.In a development of the subject invention is provided that for detecting the angle of rotation of the triangulation system to the fixed one Device housing is provided a sensor. Corresponding becomes the angle between the triangulation system and the longitudinal axis of the Aufsammelgeräts or object by an angle measuring system detected. This is in a ground dust collector the type in question achieved that this environment rotatable or alternating arrangement of the triangulation system continuously can scan and the information so obtained the environment using an angle sensor with the respective orientation can match. So is a targeted navigation of the Aufmammelgeräts allows. To implement the angle sensor are different Principles applicable, such as by arrangement of optical Sensors such as forked light barrier with knurled disc, continue Potentiometers, reed relays, Hall sensors or contacts on one or several angular positions between triangulation system or Turning plate and fixed device part.
Das lichtempfindliche Element des Triangulationssystems ist in bevorzugter Ausgestaltung ein eindimensionales Element, so weiter durch entsprechende linienförmige Ausgestaltung desselben, entlang welcher lichtempfindlichen Linie der vom Hindernis reflektierte und durch die optischen Elemente gebündelte und gegebenenfalls korrigierte Lichtstrahl trifft, wobei weiter ein Ende des linienförmigen, lichtempfindlichen Elements einen Nullpunkt definiert. Aus dem Abstand des auf das linienförmige, lichtempfindliche Element auftreffenden Lichtpunktes zum Nullpunkt lässt sich mittels einer entsprechenden Auswerteelektronik der Abstand zwischen Triangulationssystem und Hindernis ermitteln, wobei mit zunehmendem Abstand des Lichtpunktes zum Nullpunkt auch der Abstand des Geräts zum Hindernis steigt. Darüber hinaus ist in einer Weiterbildung bevorzugt, dass das lichtempfindliche Element ein zweidimensionales Element ist, so entsprechend ein Element in flächiger Bauweise, wobei hier der Nullpunkt durch eine Randkante oder Randkantenbereich des zweidimensionalen Elements definiert ist, welche Randkante bzw. Randkantenbereich quer zur Verlagerungsrichtung des auftreffenden Lichtpunktes bei unterschiedlichen Abstandsmessungen ausgerichtet ist.The photosensitive element of the Triangu lationssystems is in a preferred embodiment, a one-dimensional element, so on by corresponding linear configuration of the same along which photosensitive line of the obstacle reflected and bundled by the optical elements and optionally corrected light beam strikes, further defines an end of the line-shaped photosensitive element a zero point. From the distance of the impinging on the linear, photosensitive element light spot to zero can be determined by means of a corresponding evaluation the distance between triangulation and obstacle, with increasing distance of the light spot to zero and the distance of the device increases to the obstacle. In addition, it is preferred in a development that the photosensitive element is a two-dimensional element, corresponding to an element in a planar design, wherein here the zero point is defined by a peripheral edge or edge region of the two-dimensional element, which edge edge or edge region transverse to the direction of displacement of the impinging Light point is aligned at different distance measurements.
Das lichtempfindliche Element ist ein PSD-Element (position sensitive device). Ein solches PSD-Element liegt in linienförmiger oder alternativ in flächiger Bauweise vor. Auch die Verwendung von sogenannten Kamerachips (CCD- oder CMOS-Elemente) kann vorgesehen sein. Auch solche optischen Sensoren in Form von Kamerachips können als linienförmige bzw. eindimensionale oder flächige bzw. zweidimensionale Ausführungen vorliegen.The Photosensitive element is a PSD element (position sensitive device). Such a PSD element is in a linear shape or alternatively in areal construction. Also the use of so-called camera chips (CCD or CMOS elements) can be provided be. Even such optical sensors in the form of camera chips can as linear or one-dimensional or areal or two-dimensional versions are present.
Die Lichtquelle sendet in einer Ausführungsform sichtbares Licht aus. Alternativ kann auch eine Lichtquelle verwendet werden, welches für den Menschen Licht im nicht sichtbaren Spektralbereich aussendet, so beispielsweise Infrarotlicht, wobei weiter grundsätzlich als Lichtquellen beispielsweise Laserdioden oder herkömmliche Leuchtdioden (LEDs) Verwendung finden können. Weiter sendet die Lichtquelle in einer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes Licht mit genau einer Wellenlänge aus, sogenanntes monochromatisches Licht. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle Licht mit mehreren Wellen längen aussendet bzw. Licht in Spektralbereichen. Dies bewirkt, dass der Abstand zu Hindernissen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften oder Farben zuverlässig bestimmt werden kann. Bei Verwendung von monochromatischem Licht besteht die Gefahr, dass die Entfernung des Aufsammelgeräts zu einem Hindernis gemessen werden soll, welches Hindernis genau diese Wellenlänge besonders schlecht reflektiert. In diesem Fall besteht die Gefahr von Fehlmessungen. Durch die Verwendung von Licht mit mehr als einem spektralen Anteil ist einer solchen Fehlmessung entgegengewirkt. Dies erweist sich insbesondere im Zusammenhang mit einem selbsttätig verfahrbaren Bodenstaub-Aufsammelgerät der in Rede stehenden Art von Vorteil, da dieses in Haushalten navigiert und dort eine Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen Farbgebungen und Oberflächeneigenschaften vorliegen.The Light source transmits visible in one embodiment Light off. Alternatively, a light source can be used, which for humans light in the non-visible spectral range emits, such as infrared light, further basically as light sources, for example, laser diodes or conventional Light-emitting diodes (LEDs) can be used. Next sends the light source in an embodiment of the subject invention Light with exactly one wavelength, so-called monochromatic Light. Alternatively, it is suggested that the light source be light with several wavelengths or light in spectral ranges. This causes the distance to obstacles with different Surface properties or colors reliable can be determined. When using monochromatic light there is a risk that removal of the collection device to measure an obstacle, which obstacle exactly this wavelength reflects particularly bad. In this Case there is a risk of incorrect measurements. By use of light with more than one spectral component is one Countermeasure counteracted. This proves particularly in connection with a self-moving ground dust collector the kind in question, as it navigates in households and there a variety of materials with different colors and surface properties.
Zur Erweiterung des Messbereiches wird vorgeschlagen, dass zwei oder mehr Lichtquellen vorgesehen sind. Die beiden Lichtquellen werden in einer Anordnung so platziert, dass sich zwei kürzere Messbereiche ergeben, welche sich zu einem längeren Gesamt-Messbereich addieren. Hierdurch wird die Leistungsfähigkeit des Triangulationssystems erhöht. Alternativ wird vorgeschlagen, zwei oder mehr lichtempfindliche Elemente vorzusehen, die in unterschiedlichen Abständen zu einer oder mehreren Lichtquellen angeordnet sind. Sind mehrere Lichtquellen oder lichtempfindliche Elemente vorgesehen, ist es wichtig, dass in der Signalauswertung bekannt ist, in welchem Messbereich sich das zu messende Objekt befindet, da sonst keine eindeutige Messung möglich ist. In diesem Zusammenhang ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Sensoren bzw. die Lichtquellen untereinander so synchronisiert sind, dass eine Messung nur dann erfolgt bzw. ein Lichtsignal nur dann gesendet wird, wenn die Auswerteelektronik dies dem entsprechenden lichtempfindlichen Element oder der entsprechenden Lichtquelle eindeutig zuordnen kann.to Extension of the measuring range is suggested that two or more light sources are provided. The two light sources will be placed in an arrangement so that there are two shorter measurement ranges resulting in a longer overall measurement range add. This will increase the performance of the triangulation system elevated. Alternatively it is suggested to use two or more photosensitive Provide elements at different distances are arranged to one or more light sources. Are several It is provided light sources or photosensitive elements important that in the signal evaluation it is known in which measuring range there is the object to be measured, otherwise no unique Measurement is possible. In this context is in preferred Design provided that the sensors or the light sources are synchronized with each other so that a measurement only then takes place or a light signal is sent only when the transmitter this the corresponding photosensitive element or the corresponding light source clearly assign.
Wird nur ein lichtempfindliches Element, aber mehr als eine Lichtquelle verwendet, so kann das Problem der Synchronisation in vorteilhafter Weise auch so gelöst sein, dass die Lichtquellen Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussenden. Wird ein lichtempfindliches Element verwendet, dass Wellenlängen des einfallenden Lichtes detektieren kann, so kann dies für eine eindeutige Messung verwendet werden.Becomes only one photosensitive element, but more than one light source used, so the problem of synchronization in more advantageous Be way solved so that the light sources light send out with different wavelengths. Becomes a photosensitive Element uses that wavelengths of incident light This can be for a clear measurement be used.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass bei einer Lichtquelle, die Licht im Spektralbereich aussendet zusätzlich zu den optischen Elementen ein dispergierendes Elements vorgesehen ist. Ein solches dispergierendes Element ist ein optisches Element, das in Abhängigkeit des verwendeten Lichts eine unterschiedliche Brechkraft besitzt, so beispielsweise in Form eines optischen Prismas. In diesem Zusammenhang erweist es sich weiter von Vorteil, Licht mit mehr als einer Wellenlänge für die Abstandsmessung zu verwenden. Das Licht wird durch das dispergierende Elemente in seine spektrale Bestandsteile zerlegt, die dadurch auf unterschiedliche Stellen des lichtempfindlichen Elements gelenkt werden. So erweist es sich weiter von Vorteil, wenn zur Dispersion das lichtempfindliche Element eingefärbt ist, so dass über die Messung der abstandsabhängigen Position einer oder mehrerer Wellenlängen auf dem nicht empfindlichen Element ähnlich der konventionellen Abstandstriangulation die Entfernung zu einem Hindernis gemessen werden kann.In a further embodiment, it is proposed that, in the case of a light source which emits light in the spectral range, a dispersing element be provided in addition to the optical elements. Such a dispersing element is an optical element which has a different refractive power depending on the light used, for example in the form of an optical prism. In this context, it is also advantageous to use light with more than one wavelength for the distance measurement. The light is decomposed by the dispersing element into its spectral components, which are thereby directed to different locations of the photosensitive element. Thus, it proves to be further advantageous if the light-sensitive element is colored for dispersion, so that by measuring the distance-dependent position of one or more wavelengths on the non-sensitive element similar to that conventional distance triangulation the distance to an obstacle can be measured.
Insbesondere bei eindimensionalen, so weiter linienförmigen lichtempfindlichen Elementen ist eine exakte Ausrichtung der weiter verwendeten optischen Elemente wie Linsen und lichtempfindliches Element nötig, um exakte Messungen durchführen zu können. Die gesamte Optik des Triangulationssystems ist hierbei so genau justiert, dass der Lichtfleck auf dem lichtempfindlichen Element auftrifft. So ist in diesem Zusammenhang bekannt Lichtstrahlen mit einem kreisförmigen Querschnitt zu verwenden, so dass im Empfänger ein runder Lichtfleck mit einem linienförmigen lichtempfindlichen Element zur De ckung gebracht wird. Um den dafür notwendigen Justieraufwand möglichst zu vermeiden bzw. zu minimieren, wird weiter vorgeschlagen, dass der auf das lichtempfindliche Element auftreffende Lichtfleck zweidimensional aufgeweitet ist, so insbesondere in vertikaler Richtung, das heißt quer zur Erstreckungsrichtung des eindimensionalen lichtempfindlichen Elements. Zufolge dieser Ausgestaltung reduziert sich zumindest der Justageaufwand in vertikaler Richtung. Die Aufweitung des Lichtfleckes erfolgt durch entsprechende Formung des Lichts an der Lichtquelle und beispielsweise durch eine spezielle Vorsatzoptik und/oder im Empfangsbereich, beispielsweise durch Anordnung spezieller, so genannter Zylinderlinsen. Anstelle einer Aufweitung des Lichtfleckes in Querrichtung zum linienförmigen lichtempfindlichen Element kann auch ein zweidimensionales lichtempfindliches Element verwendet werden. Auch in diesem Fall ist die Justage deutlich vereinfacht. Auch erweist sich eine solche Anordnung während des Betriebs insbesondere eines selbsttätig verfahrbaren Bodenstaub-Aufsammelgeräts der in Rede stehenden Art von Vorteil. Erschütterungen, beispielsweise ausgelöst durch Überfahren von Türschwellen oder dgl. führen nicht zu Fehlmessungen, da insbesondere Vertikalausschläge des auftreffenden Lichtpunktes aufgefangen sind.Especially in one-dimensional, so forth line-shaped photosensitive Elements is an exact alignment of the further used optical Elements such as lenses and photosensitive element necessary, to perform exact measurements. The entire optics of the triangulation system is adjusted so precisely that the light spot is incident on the photosensitive element. So in this context is known light rays with a circular Cross-section, so that in the receiver a round Light spot with a line-shaped photosensitive Element is brought to de ckung. To the necessary To avoid or minimize the adjustment effort as far as possible it is further suggested that the photosensitive element incident light spot is widened two-dimensional, in particular in the vertical direction, that is transversely to the extension direction of the one-dimensional photosensitive element. Follow this Design reduces at least the adjustment effort in the vertical direction. The widening of the light spot is done by appropriate shaping the light at the light source and, for example, by a special intent optics and / or in the reception area, for example by arranging special, so-called cylindrical lenses. Instead of widening the light spot in the transverse direction to the line-shaped photosensitive element may also use a two-dimensional photosensitive element become. Also in this case, the adjustment is much easier. Also, such an arrangement proves during operation in particular a self-moving ground dust collecting device the type in question of advantage. shakes, for example, triggered by driving over Doors or the like do not lead to incorrect measurements because in particular vertical deflections of the incident light spot are caught.
Bei den bekannten optischen Triangulationssystem zur Abstandsmessung besteht das Problem, dass im Nahbereich auf das lichtempfindliche Element eine wesentlich höhere Lichtmenge fällt als im Fernbereich. Dies kann dazu führen, dass im Nahbereich eine Sättigung des lichtempfindlichen Elements auftritt, wodurch eine sinnvolle Messung erschwert wird. Um dieser Problematik zu begegnen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das lichtempfindliche Element so angeordnet ist, dass in dem dem Nahbereichbereich zugeordneten Elementbereich eine weniger große Fokussierung erreicht ist als in dem dem Fernbereich zugeordneten Elementbereich. Dies ist erreicht durch gezielte translatorische und/oder rotatorische Versetzung des lichtempfindlichen Elements, so dass im Fernbereich noch eine ausreichende Fokussierung und damit ein hoher Energieeintrag in das lichtempfindliche Element erzielt wird, im Nahbereich jedoch eine schlechtere Fokussierung bzw. ein schlechterer Energieeintrag. Durch die Verkippung des lichtempfindlichen Elements wird ein kontinuierlicher Übergang der Signalschwächung zwischen Nah- und Fernbereich erzielt.at the known optical triangulation system for distance measurement there is the problem that at close range to the photosensitive Element a much higher amount of light falls as in the far field. This can lead to close range a saturation of the photosensitive element occurs whereby a meaningful measurement is made more difficult. To this problem to counter, the invention provides that the photosensitive element is arranged so that in the near area associated element area a less large focus is reached than in the elementary area assigned to the far-end area. This is achieved by targeted translational and / or rotational Displacement of the photosensitive element, leaving in the far field still a sufficient focus and thus a high energy input is achieved in the photosensitive element, but in the vicinity a worse focus or a worse energy input. The tilting of the photosensitive element becomes a continuous transition the signal attenuation between near and far reaches.
Im Zusammenhang mit einem drehbaren bzw. alternierenden Triangulationssystem mit dem Ziel einer Rundum-Navigation ist in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, dass das lichtempfindliche Element feststehend und die mit dem lichtempfindlichen Element zusammenwirkenden optischen Elemente drehbar angeordnet sind. So ist beispielsweise die Lichtquelle fest im Aufsammelgerät oder dem Gegenstand montiert, während eine drehbare Platte eine drehbare Einrichtung aufweist, die den Lichtstrahl zusammen mit den übrigen optischen Empfängerelementen wie beispielsweise Spiegel oder Prisma rotieren lässt. Dies führt zu einem geringeren Bauraum des Triangulationssystems, insbesondere der Empfängereinheit, was insbesondere im Fall eines Bodenstaub-Aufsammelgeräts von Vorteil ist. Sinngemäß kann diese Lösung auch auf ein Triangulationssystem angewendet werden, welches nicht rotiert, sondern kontinuierlich pendelt und so einen gewissen Winkelbereich scannt.in the Related to a rotatable or alternating triangulation system with the goal of an all-around navigation is in a continuing education of the subject invention provided that the photosensitive Element fixed and cooperating with the photosensitive element optical elements are rotatably arranged. Such is for example the light source fixed in the collecting device or the object mounted while a rotatable plate has a rotatable device, the light beam together with the other optical Receiver elements such as mirrors or prism to rotate. This leads to a lower one Space of the triangulation system, in particular the receiver unit, especially in the case of a ground dust collecting device is beneficial. Correspondingly, this solution can also be applied to a triangulation system that does not rotate but continuously shuttles and so a certain range of angles scans.
Um insbesondere die Gebrauchseigenschaften eines Bodenstaub-Aufsammelgeräts darüber hinaus aber auch eines Gegenstandes der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass das Triangulationssystem beweglich aufgehängt ist und ein Neigungssensor vorgesehen ist. So kann beispielsweise eine kardanische Aufhängung des Triangulationssystems vorgesehen sein. Hierdurch ist dieses stets horizontal ausgerichtet, auch dann, wenn das Gerät seine horizontale Orientierung verliert, beispielsweise bei Überfahren eines Gegenstandes wie eine Türschwelle oder dgl. Die Aufhängung ist in bevorzugter Ausgestaltung mit eigenen Sensoren, beispielsweise Neigungssensoren ausgestattet, die die Neigung des Gerätes als Stellgröße an Aktoren, zum Beispiel Elektromotoren weitergeben, die die das Triangulationssystem aufnehmende Drehplatte bzw. das Triangulationssystem selbst immer in der Horizontalen halten. Alternativ kann auch ein passives Rückstellsystem vorgesehen sein, das ohne eigene Sensoren oder Aktoren auskommt, so beispielsweise durch Gewichtskraft oder Kreiselwirkung.Around in particular the performance characteristics of a ground dust collector but also an object of speech in question the standing of the species, it is proposed that the Triangulation system is movably suspended and a tilt sensor is provided. For example, a gimbal can be used be provided of the triangulation system. This is this always aligned horizontally, even when the device loses its horizontal orientation, for example when driving over an object such as a door sill or the like. The suspension is in a preferred embodiment with its own sensors, for example Tilt sensors equipped that the inclination of the device as a manipulated variable on actuators, for example electric motors pass the rotary plate receiving the triangulation system or always keep the triangulation system itself horizontal. Alternatively, a passive reset system may be provided, which does not require its own sensors or actuators, such as by weight or gyro action.
Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften eines optischen Triangulationssystems insbesondere bei Verwendung in einem Bodenstaub-Aufsammelgerät ist vorgesehen, dass das Triangulationssystem in vertikaler Richtung oszilliert. Hierdurch werden Abstandsmessungen auf unterschiedlichen vertikalen Höhen durchgeführt, was sich insbesondere bei der Navigation eines selbsttätig verfahrbaren Aufsammelgeräts in einem Haushalt von Vorteil erweist, da hierdurch beispielsweise Absätze, Räume unterhalb von Schränken oder ähnliche Hindernisse erfasst werden können. Das gesamte Triangulationssystem oder auch nur Teile desselben oszillieren hierbei mechanisch in vertikaler Richtung und erfasst so Entfernungen zu Hindernissen in unterschiedlichen Höhen. Alternativ wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, dass als Lichtquelle ein linienförmiger Laser vorgesehen ist, welcher mit einem flächigen, das heißt zweidimensionalen lichtempfindlichen Element zusammenwirkt. Auch können Lichtquellen auf unterschiedlichen vertikalen Höhen vorgesehen sein, welche mit einem zweidimensionalen lichtempfindlichen Element oder mit einem oszillierenden lichtempfindlichen Element zusammenwirken.In order to improve the performance characteristics of an optical triangulation system, especially when used in a ground dust collecting device, it is provided that the triangulation system oscillates in the vertical direction. As a result, distance measurements are carried out at different vertical heights, which is especially in the navigation of an automatic mobile Aufsammelgeräts proves beneficial in a household, as this example he paragraphs, spaces below cabinets or similar obstacles can be detected. The entire triangulation system or only parts of it oscillate mechanically in the vertical direction and thus detects distances to obstacles at different heights. Alternatively, it is proposed in this connection that a line-shaped laser is provided as the light source, which cooperates with a planar, that is two-dimensional photosensitive element. Also, light sources may be provided at different vertical heights which cooperate with a two-dimensional photosensitive element or with an oscillating photosensitive element.
Im Allgemeinen beginnt der Fernbereich in einem Triangulationssysten der in Rede stehenden Art in der Entfernung, in der sich die Sensorkennlinie deutlich abflacht. Beispielsweise beginnt der Fernbereich bei einem Abstandssensor mit einer Reichweite von 300 cm etwa ab 100 cm. In einer groben Einteilung ist das untere Drittel der Reichweite des Sensors als Nahbereich und die oberen zwei Drittel als Fernbereich bezeichnet, wobei weiter die Definition des Nah- und Fernbereiches in Bezug auf Signalschwächung abhängig ist vom verwendeten lichtempfindlichen Element. In der Praxis ist von einem graduellen Übergang zwischen den beiden Bereichen auszugehen. Prinzipiell beginnt der Bereich der Abschwächung im Nahbereich, sobald mit einer Übersteuerung des lichtempfindlichen Elements aufgrund von zu hoher Lichtintensität auszugehen ist.in the Generally, the far-range begins in a triangulation system the type in question in the distance in which the sensor characteristic clearly flattens. For example, the far range begins at a distance sensor with a reach of 300 cm from about 100 cm. In a rough way Division is the bottom third of the range of the sensor as Short range and the upper two thirds referred to as the long range, further defining the definition of near and far with respect to on signal attenuation depends on the used photosensitive Element. In practice is of a gradual transition between the two areas. In principle, the Range of attenuation at close range, once with an overdrive of the photosensitive element due to excessive light intensity is to go out.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:below the invention with reference to the accompanying drawings, which merely exemplary embodiments represents, closer explained. It shows:
Dargestellt
und beschrieben ist ein Bodenstaub-Aufsammelgerät
Die
Verfahrräder
In üblicher
Verfahrrichtung r ist der Bürste
Weiter
kann, wenngleich nicht dargestellt, das Bodenstaub-Aufsammelgerät
Die
Elektroversorgung der einzelnen Elektrokomponenten des Gerätes
Es
besteht das Bedürfnis, bei derartigen Bodenstaub-Aufsammelgeräten
Die
Elemente des Triangulationssystems T sind in dem dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel (siehe
Bei
dem Triangulationssystem T handelt es sich um ein optisches System,
welches in
Der
Empfänger E weist zunächst ein lichtempfindliches
Element
Die
Funktionsweise des optischen Triangulationssystems T ist wie folgt:
In Abhängigkeit vom Abstand x des erfassten Hindernisses
Aus
der Position y auf dem lichtempfindlichen Element
Darüber
hinaus ist der Empfänger E mit einer Korrekturlinse
Zufolge
dieser Anordnung, insbesondere durch Anordnung der Korrekturlinse
Weiter
ist in dem Triangulationssystem T gemäß der Darstellung
in
Weiter
ist in dem Empfänger E ein optisches Filterelement
Alternativ
kann anstelle des gesondert vorgesehenen Filterelements
In
weiterer, auch alternativer Ausgestaltung gemäß der
Darstellung in
Als
separater Lichtsensor
Um
eine sensorbasierte Navigation zu realisieren, die auf der Verwendung
eines einzigen Triangulationssystems T basiert und keine toten Winkel aufweist,
ist gemäß der weiteren Ausführungsform
in
Die
Drehplatte
Das
Triangulationssystem T erfasst einen festen Winkelbereich α.
Durch Drehen der Drehplatte
Der
Antrieb der mit dem Triangulationssystem T versehenen Drehplatte
Wie
weiter insbesondere aus den
Diese
Abdeckung
In
diesem transparenten Bereich
Die
empfangenen Signale des Triangulationssystems werden durch die Auswertelektronik
A ausgewertet. In Abhängigkeit von dieser Auswertung wird
eine vorprogrammierte Verhaltensstrategie des Aufsammelgerätes
Alternativ
kann die Signalübertragung der Abstandsinformationen gemäß der
Darstellung in
Die
Energieversorgung der elektronischen Elemente auf der Drehplatte
Gemäß der
Darstellung in
Die
Schleifring-Schleifkontakt-Lösung zur Energieversorgung
des auf der Drehplatte
Um
eine zielgerichtete Navigation des Aufsammelgeräts
Um
die Leistungsfähigkeit des lichtempfindlichen Elements
Die
beiden Lichtquellen
Dies
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch gelöst,
dass die Lichtquellen
Um
eine aufwändige Justierung des durch den reflektierten
Lichtstrahl auf das lichtempfindliche Element
Alternativ
kann bei punktförmiger Ausgestaltung des Lichtpunktes P
der Sensorbereich
Um
einem weiteren Problem von optischen Triangulationssensoren zur
Abstandsmessung zu begegnen, bei welchem im Nahbereich auf das lichtempfindliche
Element
Zufolge
dieser Verkippung des lichtempfindlichen Elements
Gemäß der
Darstellung in
Alternativ
kann das Triangulationssystem T auch Lichtquellen auf unterschiedlichen
Höhen aufweisen, deren reflektierten Lichtstrahlen auf
ein flächiges, das heißt zweidimensionales lichtempfindliches
Element
Die
Lage des Lichtpunktes P auf den Sensorbereich
In
Die
Signalstärke zur Ermittlung des Reflektionsgrades ist auch
bei Triangulationssystemen T anwendbar, welche als lichtempfindliches
Element
In
Beide
Linsen sind weiter bevorzugt mit zylindrischen Fassungen versehen,
um diese in einer Halterung mit zylindrischen Bohrungen aufnehmen
zu können. Die zylindrische Fassung im Bereich der Korrekturlinse
Eine
Beispiellösung mit einer optischen Blende zwischen den
optischen Linsen (Empfängerlinse
Eine
Beispiellösung mit einem optischen Filterelement ist in
Alternativ
zu einem eingefärbten Filterelement
Darüber
hinaus besteht auch die Möglichkeit eine der verwendeten
Linsen einzufärben oder zu beschichten. In
Die
optische Desaktivierung mindestens einer der Linsen kann dadurch
erreicht sein, dass die Linse graduell eingefärbt wird.
Eine solche Lösung ist in
In
dem Bereich, der vorwiegend dann von Licht durchstrahlt wird, wenn
ein Objekt im Nahbereich erfasst wird, ist die Linse dunkel eingefärbt
(Bereich
Eine
optische Desaktivierung mindestens einer Linse kann weiter auch
durch mechanische Beschneidung der Linse erreicht sein.
Die
linienförmige Aufweitung des Lichtpunktes P ist weiter
beispielsweise mit einer Zylinderlinse
Das
Triangulationssystem T ist in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
kardanisch aufgehängt, so dass dieses stets in horizontaler
Richtung ausgerichtet ist.
Die
Stützen
Alternativ
zu einer passiven Kompensation der Schnittstellung des Triangulationssystens
T ist auch eine aktive Kompensation mittels zweier Stellmotoren
Das
Triangulationssystem T ist wie in der mit Bezug zu
Prinzipiell
können alle Wellenlängen, die von dem lichtempfindlichen
Element
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.All disclosed features are essential to the invention (in itself). In the disclosure of the application is hereby also the disclosure content the associated / attached priority documents (Copy of the advance notice) fully included, too for the purpose, features of these documents in claims present Registration with.
- 11
- Bodenstaub-AufsammelgerätFloor dust collecting device
- 22
- Chassischassis
- 33
- VerfahrräderVerfahrräder
- 44
- Chassisbodenchassis ground
- 55
- Bürstebrush
- 66
- Gerätehaubedevice hood
- 77
- Schmutzrampedirt ramp
- 88th
- Mitlaufradidler
- 99
- Sensoranordnungsensor arrangement
- 1010
- Lichtquellelight source
- 10'10 '
- Lichtquellelight source
- 1111
- lichtempfindliches Elementphotosensitive element
- 11'11 '
- Sensorbereichsensor range
- 1212
- Empfängerlinsereceiver lens
- 1313
- Hindernisobstacle
- 13'13 '
- Hindernisobstacle
- 13''13 ''
- Hindernisobstacle
- 1414
- Korrekturlinsecorrecting lens
- 1515
- optische Blendeoptical cover
- 1616
- optisches Filterelementoptical filter element
- 1717
- Lichtsensorlight sensor
- 1818
- Kennliniecurve
- 1919
- Kennliniecurve
- 2020
- Drehplatteturntable
- 2121
- Abdeckungcover
- 2222
- Transparenter Bereichtransparent Area
- 2323
- Lichtquellelight source
- 2424
- Wellewave
- 2525
- Empfangseinheitreceiver unit
- 2626
- Sendeantennetransmitting antenna
- 2727
- Empfängerantennereceiver antenna
- 2828
- Schleifringeslip rings
- 2929
- Schleifkontaktesliding contacts
- 3030
- Magnetemagnets
- 3131
- SpulenDo the washing up
- 3232
- Positionsgeberlocator
- 3333
- dispergierendes Elementdispersing element
- 3434
- Fassungversion
- 3535
- Öffnungopening
- 3636
- Filterschichtfilter layer
- 3737
- BereichArea
- 3838
- BereichArea
- 3939
- Beschneidungsbereichcrop area
- 4040
- Zylinderlinsecylindrical lens
- 4141
- Plattformplatform
- 4242
- Rahmenframe
- 4343
- StützenSupport
- 4444
- Gegengewichtcounterweight
- 4545
- Stellmotorservomotor
- 4646
- Stellmotorservomotor
- 4747
- Neigungssensortilt sensor
- AA
- Auswerteelektronikevaluation
- Ee
- Empfängerreceiver
- FF
- Fernbereichremote area
- LL
- Nullpositionzero position
- NN
- Nahbereichclose range
- PP
- Lichtpunktlight spot
- SS
- Sendertransmitter
- TT
- Triangulationssystemtriangulation
- OO
- Objektobject
- RR
- Raumroom
- hH
- Höheheight
- h'H'
- Höheheight
- h''H''
- Höheheight
- rr
- Verfahrrichtungtraversing
- xx
- Abstanddistance
- yy
- Positionposition
- zz
- Vertikalachsevertical axis
- αα
- Erfassungswinkelangle of coverage
- i1 i 1
- Fotostromphotocurrent
- i2 i 2
- Fotostromphotocurrent
- aa
- Drehachseaxis of rotation
- bb
- Drehachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10242257 A1 [0003] - DE 10242257 A1 [0003]
Claims (59)
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---|---|---|---|
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JP2009063093A JP5443796B2 (en) | 2008-03-19 | 2009-03-16 | Dust collector for floors with sensor unit and capable of running independently and target |
ITMI2009A000411A IT1393527B1 (en) | 2008-03-19 | 2009-03-18 | AUTOMATIC COLLECTOR PIPE FOR FLOORS AND OBJECT WITH A SENSOR GROUP. |
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Publications (2)
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IT (1) | IT1393527B1 (en) |
TW (1) | TWI610650B (en) |
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