DE102011011932A1 - Navigation system for e.g. position determination of security patrol robot, has ultrasound transmitting stations positioned in surface, where ultrasonic transmission range of station is partially overlapped with that of adjacent station - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
-
1) In den folgenden Patentschriften werden Vorrichtungen und Verfahren beschrieben um mit Hilfe von Ultraschall die genaue Position eines Roboters zu bestimmen:
DE 102004018670 A1 JP 000005341031 AA JP 000008054926 AA JP 000060107580 AA US 000005440216 A US 000005491670 A US 000005646494 A US 000005682313 A EP 000001435555 A2 US 000005652593 A US 2003/0142587 A1 US 2009/0073045 A1 DE 102004018670 A1 JP 000005341031 AA JP 000008054926 AA JP 000060107580 AA US 000005440216 A US 000005491670 A US 000005646494 A US 000005682313 A EP 000001435555 A2 US 000005652593 A US 2003/0142587 A1 US 2009/0073045 A1
Dabei sind eine oder mehrere feste Stationen, deren Positionen bekannt sind, beschrieben. Diese senden oder empfangen Ultraschall.One or more fixed stations whose positions are known are described. These send or receive ultrasound.
Außerdem wird jeweils ein mobiler Roboter beschrieben, der Ultraschall empfängt oder aussendet. Es werden anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls und der gemessenen Zeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen des Ultraschalls die Abstände zwischen der festen Station und dem Roboter berechnet.In addition, each describes a mobile robot that receives or transmits ultrasound. The distances between the fixed station and the robot are calculated on the basis of the propagation speed of the ultrasound and the measured time between the transmission and the reception of the ultrasound.
Aus den ermittelten Abständen des Roboters zu einer oder mehreren festen Stationen können im Roboter die genauen Koordinaten der aktuellen Position und die Fahrtrichtung berechnet werden.From the determined distances of the robot to one or more fixed stations, the exact coordinates of the current position and the direction of travel can be calculated in the robot.
Dabei erkennt der Ultraschall empfangende/sendende Teil den Zeitpunkt der Aussendung des Ultraschalls über ein Funksignal, Lichtsignal, Infrarotsignal oder über ein elektrisches Signal, das mittels Kabel übertragen wird. Im Patent
- 2) Um eine Überlagerung der Signale bei den in 1) beschriebenen Methoden zu verhindern, muß die Aussendung und der Empfang eines Ultraschallsignals („Abfrage”) für jeden Roboter und jede feste Station nacheinander durchgeführt werden. Nach jeder einzelnen „Abfrage” muß zusätzlich eine Pause folgen, bis das Ultraschallsignal die von dem Roboter zu befahrende Fläche „verlassen” hat bzw. bis die maximale Reichweite der Ultraschallsender erreicht ist. Erst dann kann ein Roboter die nächste Station „abfragen”.
- 2) In order to prevent interference of the signals in the methods described in 1), the transmission and reception of an ultrasonic signal ("interrogation") must be performed successively for each robot and each fixed station. After each "interrogation" an additional pause must follow until the ultrasonic signal has "left" the area to be traveled by the robot or until the maximum range of the ultrasound transmitters has been reached. Only then can a robot "poll" the next station.
Die Dauer der Pause nach einer „Abfrage” ist immer auf die maximal zu erwartenden Entfernung im Fahrbereich der Roboter (bzw. die maximale Reichweite der Ultraschallsender wenn die maximale Reichweite kleiner als die maximal zu erwartenden Entfernung im Fahrbereich ist) einzustellen. Wenn mehrere Roboter im Fahrbereich fahren, müssen alle Roboter nacheinander alle Stationen nacheinander „abfragen” und nach jeder „Abfrage” die Pause einhalten.The duration of the pause after a "query" must always be set to the maximum expected distance in the travel range of the robots (or the maximum range of the ultrasonic transmitters if the maximum range is less than the maximum expected distance in the driving range). If several robots travel in the driving range, all robots must consecutively "poll" all stations one after the other and pause after every "interrogation".
Die Anzahl der möglichen Positionsbestimmungen pro Roboter in einem Zeitabschnitt ist in 1) also abhängig von der Anzahl der Roboter, der Anzahl der festen Stationen und der Größe der zu befahrenden Fläche bzw. der Reichweite der Ultraschallsender.The number of possible position determinations per robot in a time period is therefore dependent on the number of robots, the number of fixed stations and the size of the area to be traveled or the range of the ultrasound transmitters in 1).
Der zeitliche Abstand zwischen zwei möglichen Positionsbestimmungen eines sich bewegenden Roboters muß so klein wie möglich sein um eine sichere Navigation zu ermöglichen. Die in 1) beschriebenen Methoden sind also nur sinnvoll, wenn ein Roboter oder wenige Roboter gleichzeitig die beschriebene Navigation nutzen. Wobei die Anzahl der Stationen und die Größe der zu befahrenden Fläche begrenzt sind.The time interval between two possible position determinations of a moving robot must be as small as possible to enable safe navigation. The methods described in 1) are therefore only meaningful if a robot or a few robots use the navigation described at the same time. The number of stations and the size of the area to be traveled are limited.
Die Nachteile der in 1) beschriebenen Methoden sind also:
- a) Es können nicht beliebig viele Roboter gleichzeitig die Methoden nutzen.
- b) Die Anzahl der festen Stationen ist begrenzt.
- c) Die vom Roboter zu befahrende Fläche ist begrenzt.
- 3) In den Patenten
JP 2009139264 A DE 10350746 A1 - 4) In den in 3) beschriebene Methoden ist keine zeitliche Synchronisation zwischen den Ultraschall Sendern und Empfängern vorgesehen. Durch die fehlende zeitliche Synchronisation können die absoluten Entfernungen vom Roboter zu den festen Stationen nicht einzeln berechnet werden.
- a) It is not possible for any number of robots to use the methods at the same time.
- b) The number of fixed stations is limited.
- c) The area to be traveled by the robot is limited.
- 3) In the patents
JP 2009139264 A DE 10350746 A1 - 4) In the methods described in 3) no temporal synchronization between the ultrasonic transmitters and receivers is provided. Due to the lack of time synchronization, the absolute distances from the robot to the fixed stations can not be calculated individually.
Für die Berechnung der Position sind die exakten zeitlichen Abstände aller am Roboter empfangenen Ultraschallsignale wichtig. Dadurch wird die vom Roboter zu befahrende Fläche begrenzt, weil an jedem Punkt an dem der Roboter eine Positionsbestimmung durchführt, die Ultraschallsignale aller festen Stationen für den Roboter empfangbar sein müssen. Somit begrenzt die Ultraschall-Reichweite der festen Stationen die maximal zu befahrende Fläche. Auch wenn die Anzahl der festen Stationen erhöht werden würde, vergrößert das die vom Roboter zu befahrende Fläche nicht wesentlich. Ein Roboter kann nur in der Schnittmenge der Reichweitenbereiche der Ultraschall sendenden Stationen navigieren. For calculating the position, the exact time intervals of all ultrasonic signals received at the robot are important. As a result, the surface to be traveled by the robot is limited, because at each point at which the robot performs a position determination, the ultrasonic signals of all fixed stations must be receivable for the robot. Thus, the ultrasonic range of the fixed stations limits the maximum area to be traveled. Even if the number of fixed stations were increased, this does not significantly increase the area to be traveled by the robot. A robot can only navigate in the intersection of the ranges of the ultrasound transmitting stations.
Die Nachteile der in 3) beschriebenen Methoden sind:The disadvantages of the methods described in 3) are:
- a) Die vom Roboter zu befahrende Fläche ist begrenzt.a) The area to be traveled by the robot is limited.
- b) Die Positionen der Ultraschall sendenden Stationen müssen bekannt sein.b) The positions of the ultrasonic transmitting stations must be known.
- c) Es ist keine Redundanz möglich. Beim Ausfall von Ultraschall sendenden Stationen kann keine Positionsbestimmung mehr durchgeführt werden.c) No redundancy is possible. In the event of failure of stations transmitting ultrasound, position determination can no longer be carried out.
- d) Die absoluten Entfernungen des Roboters zu den festen Stationen können nicht einzeln berechnet werden.d) The absolute distances of the robot to the fixed stations can not be calculated individually.
- e) Die Methoden sind kompliziert.e) The methods are complicated.
Beschreibung dieser ErfindungDescription of this invention
Die Erfindung ermöglicht es, dass beliebig viele Roboter gleichzeitig eine Positionsbestimmung auf einer beliebig großen Fläche durchführen können. Wobei Roboter hier nur als ein Beispiel für mobile Objekte angeführt werden.The invention makes it possible for any number of robots to be able to carry out a position determination on an arbitrarily large area at the same time. Whereby robots are mentioned here only as an example for mobile objects.
Dazu werden beliebig viele (mindestens 2) Stationen in oder um eine beliebig große Fläche montiert.For this, any number of (at least 2) stations are mounted in or around an arbitrarily large area.
Die Roboter sind mit einem Microcontroler (oder anderer CPU) mit einem Speicher und timer und einem oder mehreren Ultraschallempfangsgeräten ausgerüstet.The robots are equipped with a microcontroller (or other CPU) with a memory and timer and one or more ultrasound receivers.
Die Stationen sind mit einem Microcontroler (oder anderer CPU) mit einem Speicher und timer und einem Ultraschallsendegerät ausgerüstet. Die Stationen werden durchnumeriert (1, 2, 3, ..., n).The stations are equipped with a microcontroller (or other CPU) with a memory and timer and an ultrasonic transmitter. The stations are numbered consecutively (1, 2, 3, ..., n).
Die Verteilung der Stationen ist beliebig. Die genauen Positionen der Stationen müssen nicht bekannt sein.The distribution of the stations is arbitrary. The exact positions of the stations need not be known.
Die Stationen werden nach den folgenden Bedingungen aufgestellt:
- – Die
Station 1 und 2 werden am Rand oder außerhalb der zu befahrenden Fläche aufgestellt. - – Der
Abstand der Station 1 zurStation 2 muß bekannt sein. - – Der Ultraschall-Reichweitenbereich einer Stationen muß sich mit dem Ultraschall-Reichweitenbereich der angrenzenden Station bzw. den Ultraschall-Reichweitenbereichen der angrenzenden Stationen teilweise überlappen.
- -
1 and 2 are set up at the edge or outside the area to be traveled.Stations - - The distance of the
station 1 to thestation 2 must be known. - The range of ultrasound range of a station must partially overlap with the ultrasound range of the adjacent station or the range of ultrasonic ranges of the adjacent stations.
Der Startpunkt eines Roboters, an dem er die Navigation beginnt, muß sich innerhalb der Schnittmenge der Ultraschall-Reichweitenbereiche der Station 1 und 2 befinden. Außerdem muß sich der Startpunkt innerhalb der zu befahrenden Fläche befinden.The starting point of a robot on which it starts navigation must be within the intersection of the ultrasonic ranges of
Die timer der Stationen und der Roboter sind exakt synchronisiert. Dazu werden die timer der Roboter und der Stationen am Anfang der Navigation gleichzeitig auf Null gesetzt.The timers of the stations and the robots are exactly synchronized. For this purpose, the timers of the robots and the stations are set to zero at the beginning of the navigation at the same time.
Die Stationen können Ultraschall senden und die Roboter können Ultraschall empfangen (wobei Ultraschall nur als Beispiel für eine langsame Welle wie z. B. auch Schall angeführt wird).The stations can transmit ultrasound and the robots can receive ultrasound (ultrasound being only cited as an example of a slow wave such as sound).
Die Stationen 1 bis n senden der Reihe nach mit einem zeitlichen Abstand jeweils ein Ultraschallsignal. Hat die letzte Station n ein Ultraschallsignal gesendet, ist ein Durchgang beendet und es beginnt wieder Station 1 usw.. In
td1, td2, td3, ..., tdn sind die Zeiten zwischen Absendung und Empfang eines Ultraschallsignals. tE1, tE2, tE3, ... tEn sind die Zeiten, die vom Start des, zum Ultraschallsignal gehörenden, Durchgangs bis zum Empfang des Ultraschallsignals vergangen ist.
t1 ist die zeitliche Länge eines gesendeten Ultraschallsignals
t2 ist die Pause nach dem Senden eines Ultraschallsignals
Um Überlagerungen der Ultraschallsignale zu verhindern, wird t2 anhand der maximal zu erwartenden Entfernung auf der zu befahrenden Fläche vorgegeben: t2 = maximale Entfernung/vus
Der Maximalwert für t2 ist jedoch begrenzt durch die Reichweite der Ultraschallsender also t2max = Reichweite/Vus
(Vus: Ultraschallgeschwindigkeit)
Z1, Z2, Z3, ..., Zn sind die Zeitintervalle, in denen das jeweilige Ultraschallsignal gesendet und empfangen wird.
t d1 , t d2 , t d3 , ..., t dn are the times between transmission and reception of an ultrasonic signal. t E1 , t E2 , t E3 , ... t En are the times that elapsed from the start of the passage belonging to the ultrasonic signal to the reception of the ultrasonic signal.
t 1 is the time length of a transmitted ultrasonic signal
t 2 is the pause after transmitting an ultrasonic signal
In order to prevent superimposition of the ultrasonic signals, t 2 is given based on the maximum expected distance on the surface to be traveled: t 2 = maximum distance / v us
However, the maximum value for t 2 is limited by the range of the ultrasonic transmitter so t 2max = range / V us
(V us : ultrasonic speed)
Z 1 , Z 2 , Z 3 , ..., Z n are the time intervals in which the respective ultrasonic signal is transmitted and received.
Im Speicher jedes Roboters werden die folgenden Konstanten vorab eingespeichert: Die Anzahl der festen Stationen n, die Zeiten t1 und t2 und der Abstand As zwischen den Stationen 1 und 2.The following constants are stored in advance in the memory of each robot: the number of fixed stations n, the times t 1 and t 2 and the distance A s between the
Im Speicher jeder Station werden die folgenden Konstanten vorab eingespeichert: Die Anzahl der festen Stationen n und die Zeiten t1 und t2 The following constants are stored in advance in the memory of each station: the number of fixed stations n and the times t 1 and t 2
Die Roboter empfangen die Ultraschallsignale. Wird vom Roboter ein Ultraschallsignal empfangen, wird die Empfangszeit mit Hilfe des timers registriert und abgespeichert. Die Empfangszeit ist die Zeit, die von der Synchronisation des timers bis zum Empfang des Ultraschallsignal vergangen ist.The robots receive the ultrasonic signals. If an ultrasonic signal is received by the robot, the reception time is registered and saved with the help of the timer. The reception time is the time that elapsed from the synchronization of the timer to the reception of the ultrasonic signal.
Anhand der Empfangszeit können die Roboter die Stationsnummer m der sendenden Station wie folgt berechnen:
Der Abstand Am des Roboters zur Station mit der Nummer m kann mit der Ultraschallgeschwindigkeit vus wie folgt berechnet werden:
Empfängt der Roboter im Zeitintervall Zm kein Ultraschallsignal, befindet er sich außerhalb der Reichweite der Station m und Am wird als ungültig markiert.If the robot does not receive an ultrasonic signal in the time interval Z m , it is out of range of the station m and A m is marked as invalid.
Die Abstände A1 bis An werden nach Ablauf eines Durchgangs im Speicher der Roboters gespeichert.The distances A 1 to A n are stored after a passage in the memory of the robot.
Da sich der Startpunkt eines Roboters, an dem er die Navigation beginnt, immer innerhalb der Schnittmenge der Ultraschall-Reichweitenbereiche der Station 1 und 2 befindet, kann die Navigation wie folgt starten:
- – Für die Navigation wird ein angenommenes Koordinatenkreuz so gelegt,
das Station 1 imNullpunkt und Station 2 auf der y-Achse liegt. - – Der Abstand As zwischen
Station 1und 2 ist vorab als Konstante im Roboter abgespeichert worden. - – Nach dem ersten Durchlauf sind mindestens die Abstände A1 und A2 bekannt.
- – Somit erhält man ein Dreieck wie in
3 gezeigt. (P: Position des Roboters, S1:Station 1, S2:Station 2, h: Höhe des gezeichneten Dreiecks) - – Die Höhe h kann vom Roboter mit einer Trigonometrischen Funktion berechnet werden:
- - For navigation, an assumed coordinate system is placed so that
station 1 is at zero andstation 2 is on the y-axis. - - The distance A s between
1 and 2 has been previously stored as a constant in the robot.station - After the first pass, at least the distances A 1 and A 2 are known.
- - Thus one gets a triangle like in
3 shown. (P: position of the robot, S1:station 1, S2:station 2, h: height of the drawn triangle) - - The height h can be calculated by the robot with a trigonometric function:
Die xy-Koordinaten der Position des Roboters können wie folgt berechnet werden:
In der
Ein Roboter kann überall dort navigieren, wo er die Ultraschallsignale von mindestens 2 Stationen, deren xy-Position bekannt ist, empfangen kann. Mit mindestens zwei berechneten Abständen Am1, Am2 und den xy-Positionen der sendenden Stationen Sm1 und Sm2 kann die xy-Position des Roboters PRx, PRy nach der allgemein bekannten Formel für die Berechnung der Schnittpunkte zweier Kreise berechnet werden:
Die Schnittpunkte liegen auf der Geraden y = mx + n
wobei
in which
Mit der p-q-Formel werden die xy-Koordinaten berechnet:
Zwei Positionen sind möglich:
Die Position des Roboters wird dann anhand der im Roboter bekannten Fahrtgeschwindigkeit und der Zeit die der Roboter für den Weg von der letzten Position nach PR benötigt hat, ausgewählt.The position of the robot is then selected based on the travel speed known in the robot and the time it took the robot to travel from the last position to PR.
In
Wenn die xy-Positionen der Stationen 3 bis n vorab bekannt sind, können sie vorab in den Robotern abgespeichert werden und die Roboter können sofort in den Bereichen, in denen er die Ultraschallsignale von mindestens 2 Stationen empfängt navigieren.If the xy positions of the
Wenn die xy-Positionen der Stationen 3 bis n vorab nicht bekannt sind, kann jeder Roboter die xy-Positionen der Stationen 3 bis n selbst wie folgt ausmessen und dann abspeichern:
Da sich die Ultraschallreichweiten-Bereiche der Stationen immer teilweise überlappen, kann ein Roboter die xy-Position einer Station deren xy-Position unbekannt ist berechnen. Dazu muß er in einem Bereich fahren in dem er die Ultraschallsignale empfangen kann von:
- a)
Mindestens 2 Stationen mit bekannter xy-Position - b)
Mindestens 1 Station mit unbekannter xy-Position
Since the ultrasonic ranges of the stations always partially overlap, a robot can calculate the xy position of a station whose xy position is unknown. For this he must drive in an area where he can receive the ultrasonic signals from:
- a) At least 2 stations with known xy position
- b) At least 1 station with unknown xy position
Mit den beiden Kreisgleichungen
An den Punkten P4, P5 und P6 kann der Roboter die xy-Positionen der Punkte P4, P5 und P6 mit S2 und S3 berechnen und gleichzeitig jeweils die Abstände A4P4, A4P5 und A4P6 der Punkte zur Station 4.At the points P 4 , P 5 and P 6 , the robot can calculate the xy positions of the points P 4 , P 5 and P 6 with S 2 and S 3 and at the same time the distances A 4P4 , A 4P5 and A 4P6 of the points to station 4.
Mit den beiden Kreisgleichungen
u. s. w.With the two circle equations
etc
Also jedesmal wenn der Roboter in den Ultraschallreichweiten-Bereich einer Station deren xy-Position unbekannt ist einfährt, kann er in dem Bereich in dem noch Ultraschallsignale von mindestens 2 Stationen zu empfangen sind, deren xy-Positionen schon bekannt sind die xy-Position der neuen Station berechnen und dann abspeichern.Thus, each time the robot enters the ultrasound range of a station whose xy position is unknown, it can be received in the area where ultrasound signals from at least 2 stations whose xy positions are already known are the xy position of the new one Calculate station and then save.
Wenn ein Roboter mehr als 2 Ultraschallsignale von Stationen deren xy-Positionen bekannt sind empfangen kann, können durch redundante Berechnungen der xy-Position des Roboters Plausibilitätsprüfungen durchgeführt werden um z. B. defekte Stationen oder gestörte Ultraschallsignale zu erkennen.If a robot can receive more than 2 ultrasonic signals from stations whose xy positions are known, plausibility checks can be carried out by redundant calculations of the xy position of the robot. B. detect defective stations or disturbed ultrasonic signals.
Da beliebig viele Roboter gleichzeitig eine Positionsbestimmung durchführen können, ist es problemlos möglich, mehrere Positionsbestimmungen an verschiedenen Stellen eines Roboters durchzuführen. Wird z. B. am Bug und am Heck des Roboters jeweils gleichzeitig eine Positionsbestimmung durchgeführt, kann der Roboter anhand der Positionsdifferenzen die aktuelle Fahrtrichtung des Roboters im Koordinatenkreuz berechnen.Since any number of robots can perform a position determination at the same time, it is easily possible to carry out several position determinations at different points of a robot. If z. B. at the bow and at the rear of the robot at the same time carried out a position determination, the robot can calculate the current direction of travel of the robot in the coordinate system based on the position differences.
Das anfängliche Synchronisieren der timer in den Stationen und den Robotern kann durch eine temporäre Kabelverbindung mit einer externen Uhr erfolgen oder durch eine temporäre Kabelverbindung untereinander wobei dann alle timer, durch ein elektrisches Signal in der Kabelverbindung, auf Null gestellt werden. Nach der Synchronisierung wird die Kabelverbindung wieder entfernt. Möglich wäre auch eine Synchronisierung durch ein externes Funk-, IR- oder Lichtsignal o. Ä. (wobei die Stationen und die Roboter mit einem zusätzlichen Empfangsgerät für Funk, IR oder Licht ausgerüstet werden müssen) oder durch das DCF77(PZF) Signal (wobei die Stationen und die Roboter mit einem zusätzlichen Empfangsgerät für das DCF77(PZF) Signal ausgerüstet werden müssen).The initial synchronization of the timers in the stations and the robots can be done by a temporary cable connection to an external clock or by a temporary cable connection with each other then all the timers are reset by an electrical signal in the cable connection. After synchronization, the cable connection is removed. It would also be possible sync by an external radio, IR or light signal o. Ä. (where the stations and the robots must be equipped with an additional receiver for radio, IR or light) or by the DCF77 (PZF) signal (where the stations and the robots must be equipped with an additional receiver for the DCF77 (PZF) signal ).
Die Erfindung kann durch Einführung einer z-Achse in das xy-Koordinatensystem analog im dreidimensionalen Raum angewendet werden. Die Stationen werden dann in oder um den dreidimensionalen Raum montiert. Die Roboter können sich im Raum bewegen. The invention can be applied analogously in three-dimensional space by introducing a z-axis into the xy-coordinate system. The stations are then mounted in or around the three-dimensional space. The robots can move in space.
Die besonderen Vorteile dieser Erfindung
- – Beliebig viele Roboter können gleichzeitig eine Positionsbestimmung auf einer Fläche durchführen. (wobei Roboter hier nur als ein Beispiel für mobile Objekte angeführt werden)
- – Der zeitliche Abstand zwischen den Positionsbestimmungen der Roboter kann optimal minimiert werden und ist unabhängig von der Anzahl der Roboter.
- – Die Anzahl der Stationen kann beliebig erhöht werden.
- – Die Größe der zu befahrenden Fläche kann beliebig erhöht werden.
- – Eine Positionsbestimmung ist auch noch möglich wenn eine oder mehrere Stationen ausgefallen sind. (hohe Ausfallsicherheit)
- – Jeder Roboter kann zusätzlich zur aktuellen xy-Position auch die aktuelle Fahrtrichtung des Roboters im Koordinatenkreuz berechnen.
- – Geringe Hardwarekosten
- – Die Navigation ist indoor und outdoor einsetzbar
- – Die Navigation ist in der zu befahrenden Fläche wesentlich genauer als z. B. die Navigation mit GPS.
- – Da beliebig viele Roboter auf der Fläche gleichzeitig fahren können, können Aufgaben auf mehrere Roboter verteilt werden.
- – Da die Roboter die xy-Positionen von Stationen deren Positionen unbekannt sind, selbst berechnen können, sind die Roboter in der Lage bei Bedarf die Fläche in der sie navigieren können, selbständig zu vergrößern indem Sie mit geführte neue Stationen ablegen oder über die Grenze der Fläche katapultieren.
- - Any number of robots can simultaneously perform a position determination on a surface. (where robots are cited here only as an example of mobile objects)
- - The time interval between the position determinations of the robots can be optimally minimized and is independent of the number of robots.
- - The number of stations can be increased as required.
- - The size of the surface to be traveled can be increased as desired.
- - A position determination is still possible if one or more stations have failed. (high reliability)
- - In addition to the current xy position, each robot can also calculate the current direction of travel of the robot in the coordinate system.
- - Low hardware costs
- - The navigation can be used indoor and outdoor
- - The navigation is much more accurate in the area to be traveled than z. B. the navigation with GPS.
- - Since as many robots as possible can drive on the surface at the same time, tasks can be distributed to several robots.
- Since the robots are able to calculate the xy positions of stations whose positions are unknown, the robots are able to independently enlarge the area in which they can navigate by dropping them with guided new stations or crossing the border of the Catapult the surface.
Anwendungen dieser ErfindungApplications of this invention
Es können von den Robotern „angelernte” Strecken in der zu befahrenden Fläche im Speicher abgespeichert werden. Dabei werden die xy-Positionsdaten während einer z. B. vom Menschen gesteuerten Fahrt gespeichert. Die abgespeicherten Strecken können dann vom Roboter automatisch wieder abgefahren werden. So können die Roboter z. B. als „Security”-Roboter Patrouillen selbständig abfahren.It can be stored by the robots "trained" routes in the area to be traveled in the memory. The xy position data during a z. B. man-driven ride stored. The saved routes can then be automatically re-started by the robot. So the robot z. B. leave as a "security" robots patrols independently.
Um ein exaktes Abfahren der gespeicherten Strecken zu gewährleisten ist es wichtig, dass die Positionen der Stationen 1 und 2 nicht verändert werden bzw. genau wiederhergestellt werden.In order to guarantee a precise departure of the stored routes, it is important that the positions of
Die Positionen der Stationen 1 und 2 sollten auf der Fläche markiert werden (z. B. mit Farbpunkten) um eine Wiederholbarkeit von gespeicherten Fahrwegen zu gewährleisten.The positions of
Andererseits kann dem Roboter die abzufahrende Strecke vorab eingespeichert werden. So kann ein Roboter z. B. als Präzisionsrasenmäher filigrane Muster in große Rasenflächen mähen.On the other hand, the route to be traveled to the robot can be stored in advance. So a robot z. For example, as a precision lawnmower mowing filigree patterns in large lawns.
Das Abfahren von xy-Positionsdaten einer gespeicherten Strecke könnte wie folgt ablaufen:
- – Am Startpunkt stellt der Roboter seine xy-Position und die Fahrtrichtung im Koordinatenkreuz fest.
- – Anhand der festgestellten xy-Position und momentanen Fahrtrichtung des Roboters und der xy-Koordinaten des ersten Wegpunktes, wird der einzustellende Winkel der Lenkung des Roboters bestimmt. Der Roboter fährt los.
- – Während der Fahrt werden laufend die xy-Position und die Fahrtrichtung des Roboters berechnet und die Lenkung entsprechend neu eingestellt, bis die xy-Position des ersten Punktes erreicht ist.
- – Nach dem Erreichen des Punktes wird anhand der aktuellen xy-Position und momentanen Fahrtrichtung des Roboters und der xy-Koordinaten des nächsten Wegpunktes wieder der einzustellende Winkel der Lenkung des Roboters bestimmt. Der Roboter fährt weiter.
- – Während der Fahrt werden laufend die xy-Position und die Fahrtrichtung des Roboters berechnet und die Lenkung entsprechend neu eingestellt, bis die xy-Position des nächsten Punktes erreicht ist.
- - At the starting point, the robot determines its xy position and the direction of travel in the coordinate system.
- - Based on the determined xy position and current direction of travel of the robot and the xy coordinates of the first waypoint, the set angle of the steering of the robot is determined. The robot starts.
- - While driving, the xy position and the direction of travel of the robot are continuously calculated and the steering adjusted accordingly until the xy position of the first point is reached.
- - After reaching the point, the robot's steering angle to be set is determined based on the current xy position and current direction of travel of the robot and the xy coordinates of the next waypoint. The robot continues.
- - While driving, the xy position and the direction of travel of the robot are continuously calculated and the steering adjusted accordingly until the xy position of the next point is reached.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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