DE102011053975A1

DE102011053975A1 - Hinderniserkennung für ein selbsttätig verfahrbares Gerät

Info

Publication number: DE102011053975A1
Application number: DE102011053975A
Authority: DE
Inventors: Dr. Zuber Daniel; Martin Meggle
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: ITMI20111781A1; DE102011053975B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hinderniserkennung (H) für ein selbsttätig verfahrbares Gerät (1), beispielsweise für einen Saugroboter, mit einer Lichtstrahl-Aussendevorrichtung und einer Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung, wobei eine um eine vertikale Achse (x) rotierende Abtastung in einer Abtastebene (E) erfolgt. Um eine Hinderniserkennung der in Rede stehenden Art in vorteilhafter Weise weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass zur Erfassung eines Bereiches außerhalb der Abtastebene (E) in dem Strahlengang eine auch an dem Gerät (1) angeordnete Umlenkeinrichtung (7) vorgesehen ist, die den Strahl zumindest teilweise umlenkt, und/oder eine um eine vertikale Achse (x) rotierende, in dem Strahlengang angeordnete Umlenkeinrichtung (7') deaktivierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinderniserkennung für ein selbsttätig verfahrbares Gerät, beispielsweise für einen Saugroboter, mit einer Lichtstrahl-Aussendevorrichtung und einer Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung, wobei eine um eine vertikale Achse rotierende Abtastung in einer Abtastebene vornehmbar ist.
Eine solche Hinderniserkennung für ein selbsttätig verfahrbares Gerät ist bekannt. Das Gerät, welches ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Reinigungsgerät zur Abreinigung von Fußböden, darüber hinaus in weiterer Ausgestaltung bspw. auch ein selbsttätig verfahrbares Transportgerät oder ein Rasenmähgerät sein kann, verfährt selbsttätig beispielsweise in einer Wohnung herum und nimmt hierbei bevorzugt vor einer ersten Arbeitsphase, beispielsweise einem ersten Reinigungs- oder Transportvorgang, eine Karte der gesamten Umgebung auf. Hierzu sind bevorzugt alle zu scannenden Bereiche/Räume geöffnet und zugänglich. Hierzu ist es bekannt, das Gerät mit Mitteln zur Rundum-Abstandsmessung zu versehen, so weiter beispielsweise in Form eines optischen Triangulationssystems, welches auf einer um eine Vertikalachse rotierenden Plattform oder dergleichen angeordnet ist. Mittels eines solchen Triangulationssystems können Abstandsmessungen zufolge Reflektionen erreicht werden, welche Abstandsmessungen zur Raumorientierung, weiter insbesondere im Zuge der selbsttätigen Arbeit zur Hinderniserkennung sowie weiter bevorzugt zur Kartierung und entsprechend zur Erstellung von Raumkarten genutzt wird. Ein solches Triangulationssystem weist bevorzugt eine Lichtstrahl-Aussendevorrichtung und eine Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung auf. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die DE 2008 014 912 A1 verwiesen. Die zufolge Rundum-Abstandsmessung erfassten Raumbegrenzungen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung etwaiger Hindernisse in den Räumen, werden in Form einer Kartierung der Umgebung, insbesondere der aus mehreren Räumen bestehenden Wohnung abgelegt, weiter bevorzugt in einem nichtflüchtigen Speicher des Gerätes, so dass im Zuge eines Reinigungs- oder Transportvorganges auf diese Kartierung zur Orientierung zurückgegriffen werden kann. Weiter ist diesbezüglich bekannt, anhand einer derart hinterlegten Kartierung zufolge weiter hinterlegter Algorhythmen eine günstige Verfahrstrategie des Gerätes zu ermitteln.
Um eine günstige, weiter bevorzugt für den Nutzer nachvollziehbare und sinnvolle Verfahr- und/oder Reinigungsstrategie zu ermöglichen, ist es weiter bekannt, die hinterlegte Kartierung des gesamten Gebietes (insbesondere einer aus mehreren Räumen bestehenden Wohnung oder dergleichen) zu unterteilen, so insbesondere in Teilkarten einzelner Räume oder Bereiche. Dies ermöglicht eine individuelle Ermittlung einer für den einzelnen Raum oder Bereich günstigen Strategie, insbesondere zum Abfahren des Bodens zur Reinigung desselben. Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 017 689 ist diesbezüglich weiter bekannt, das Gerät mit einem vertikal nach oben abstrahlenden Sensor, beispielsweise Lichtsensor, zu versehen, wobei das reflektierte Lichtsignal von einem entsprechend angeordneten Lichtempfänger aufgenommen wird. Mittels einer solchen nach vertikal oben gerichteten Abtastung ist insbesondere eine gegenüber der üblichen Raumhöhe markante Höhendifferenz ermittelbar, welche der Erkennung von Türdurchbrüchen insbesondere zur Unterteilung der Kartierung dienen.
Darüber hinaus ist aus der DE 102 42 257 A1 ein selbsttätig verfahrbares Gerät zur Abreinigung von Fußböden bekannt, welches zur Erkennung von Stufen oder anderen gegebenenfalls zu einem Absturz des Gerätes führenden Vertikalversätzen nach unten bodenseitig insbesondere nach vertikal unten gerichtete Sensoren, beispielsweise Ultraschall- oder Infrarot-Sensoren, aufweist. Diese Sensoren sind entsprechend in Richtung auf den Fußboden gerichtet angeordnet, um hiermit im Zuge des Verfahrens den Fußboden bevorzugt in üblicher Verfahrrichtung des Gerätes vor dem Gerät oder zumindest vor einem Schwerpunkt des Gerätes abzutasten. Wird hierbei eine markante Höhendifferenz erkannt, wird dies als beispielsweise eine Stufe einer Treppe identifiziert, was zumindest den sofortigen Stopp des Gerätes zur Folge hat, weiter bevorzugt das Auslösen einer entsprechenden Verhaltens- und/oder Verfahrstrategie des Gerätes.
Der Inhalt der vorbezeichneten Patentanmeldungen wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zwecke, Merkmale dieser Patentanmeldungen in Ansprüche vorliegender Erfindung mit einzubeziehen.
Im Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, eine Hinderniserkennung der in Rede stehenden Art in vorteilhafter Weise weiter zu verbessern.
Eine mögliche Lösung der Aufgabe ist nach einem ersten Erfindungsgedanken bei einer Hinderniserkennung gegeben, bei welcher darauf abgestellt ist, dass zur Erfassung eines Bereiches außerhalb der Abtastebene in dem Strahlengang eine auch an dem Gerät angeordnete Umlenkeinrichtung vorgesehen ist, die den Strahl zumindest teilweise umlenkt und/oder eine um die vertikale Achse rotierende, in dem Strahlengang angeordnete Umlenkeinrichtung deaktivierbar ist. Zufolge der vorgeschlagenen Anordnung einer (weiteren) und/oder deaktivierbaren Umlenkeinrichtung ist das Gerät in die Lage versetzt, zumindest einzelne Messungen auch außerhalb der zufolge der um eine vertikale Achse rotierenden Abtastung gegebenen Abtastebene durchführen zu können. Die aus der Lichtstrahl-Aussendevorrichtung und der Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung gebildete Rundum-Scanvorrichtung ist zufolge der vorgeschlagenen Ausgestaltung in vorteilhafter Weise in ihrem Nutzen erweitert, wobei im Zuge der Rotation eine ständige Umlenkung des Lichtstrahls aus der vorgegebenen Abtastebene, bevorzugt Horizontalebene, vorgesehen sein kann, darüber hinaus, wie weiter bevorzugt, zusätzlich oder alternativ zu der Abtastung in Horizontalebene. Weitere Sensoren zur Umgebungsabtastung außerhalb der üblichen Horizontalebene (Abtastebene) sind zufolge der vorgeschlagenen Lösung nicht, zumindest nicht zwingend nötig. Es liegt entsprechende eine bauteilreduzierte Ausgestaltung hinsichtlich der Abtast- bzw. Hindernissensorik vor, bei bevorzugt simultaner Abtastung sowohl in horizontaler Richtung als auch in einer hiervon abweichenden Richtung. Die Umlenkeinrichtung ist bevorzugt an dem Gerät angeordnet, zur Umlenkung des in unbeeinflusstem Zustand bevorzugt in einer Horizontalebene ausgerichteten Lichtstrahls. Hierbei kann die Lichtquelle bzw. die Lichtstrahl-Aussendevorrichtung zum unmittelbaren horizontalen Abstrahlen angeordnet sein, dies bei rotierender Lichtquelle um die vertikale Achse. Alternativ ist die Lichtquelle bevorzugt so angeordnet, dass diese nach vertikal oben strahlt und der Lichtstrahl über eine um die vertikale Achse rotierende Umlenkeinrichtung in die bevorzugt horizontale Abtastebene abgelenkt wird. In einer solchen Anordnung bietet sich zufolge Deaktivierung der zur Ablenkung in die Abtastebene dienenden Umlenkeinrichtung die Möglichkeit einer Bereichserfassung außerhalb der Abtastebene. Eine Kombination der vorbeschriebenen Lösungen bietet den vorteilhaften Effekt einer möglichen Erfassung in mehreren Bereichen oder Ebenen außerhalb der Abtastebene.
Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruchs 1 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruchs 1 oder des jeweiligen weiteren Anspruchs oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
Der vorgesehene und aus dem Stand der Technik vorbekannte Rundum-Sensor sendet einen Messstrahl aus. Dieser ermittelt den Abstand zu dem Auftreffort des Messstrahls auf das nächste Hindernis, zum Beispiel eine Wand oder ein Möbelstück. Als Messmethode kommt hierbei bevorzugt ein Lichtlaufzeitverfahren (ToF, Time of Flight) zum Einsatz. Ein Phasenkorrelationsverfahren (PKS) ist diesbezüglich auch möglich. Weiter bevorzugt kommt ein Triangulationsverfahren in Betracht, wobei die an dem Gerät angeordnete Umlenkeinrichtung die gesamte Triangulationsbreite (Abstand zwischen Sender und Empfänger) sowie die optischen Aperturen (blendenartige freie Öffnung, durch welche Lichtstrahlen weitergeleitet werden) überspannt. Der Messstrahl kann als Linie (Divergenzwinkel des Strahls sehr klein, kleiner als 50 mrad, was bevorzugt typischerweise zu einem Strahldurchmesser im Bereich von 1 bis 2 mm führt) oder als ausgedehnter Strahl ausgebildet sein. Hierbei wird bevorzugt ein Strahl mit einer Divergenz von 2 bis 4 mrad verwendet, der bei einer Entfernung von 3 m einen Durchmesser von 20 bis 30 mm erreicht. Der Empfangsbereich des Sensors ist in gleicher Weise bevorzugt als divergenter Strahl ausgebildet, wobei zur Kompensation von Toleranzen dessen Divergenz größer ist (beispielsweise um einen Faktor 2) als der des Sendestrahls.
Bevorzugt orientiert sich die Größe der optischen Elemente bevorzugt sowohl der Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung wie auch der Lichtstrahl-Aussendevorrichtung als auch der Umlenkeinrichtung an dem Durchmesser des größeren der beiden Strahlen an ihrem Wirkort. Die optischen Elemente sind mindestens gleich groß wie der dort vorliegende Strahldurchmesser ausgeführt, bevorzugt um einige Millimeter größer, um so Toleranzen auszugleichen, weiter bevorzugt entsprechend dem Zwei- bis Drei-Fachen des Strahldurchmessers. Der Strahl, insbesondere Lichtstrahl wird bevorzugt innerhalb wenigstens eines definierten kleinen Winkelsegments über den Umfang des weiter bevorzugt im Grundriss kreisrunden Gerätes aus der bevorzugt horizontalen Abtastebene abgelenkt, um mit dem um die Vertikalachse rotierenden Abstandssensor auch Abstandsmessungen in einer anderen Richtung durchführen zu können. Zur Erzielung dieses Effekts wird mindestens ein optisches Element als Umlenkeinrichtung mit strahlumlenkenden Eigenschaften eingesetzt.
Das strahlumlenkende Element bzw. die Umlenkeinrichtung ist bevorzugt ein Spiegel, beispielsweise ein Planspiegel oder ein gekrümmter Spiegel, wobei ein gekrümmter Spiegel beispielsweise als Sammelspiegel (Hohlspiegel) oder Zerstreuungsspiegel ausgeführt sein kann, dies weiter bevorzugt bei sphärischer, elliptischer oder asphärischer Form, weiter bevorzugt ausgebildet als Freiformfläche.
Weiter alternativ oder kombinativ kann ein strahlumlenkendes Element bzw. die Umlenkeinrichtung ein Prisma sein. Bezüglich eines derartigen strahlumlenkenden Elements wird weiter, wie auch bevorzugt bezüglich eines strahlumlenkenden Elements in Form eines Spiegels, vorgeschlagen, mehrere derartiger strahlumlenkender Elemente, welche bevorzugt alle auch an dem Gerät angeordnet sind, vorzusehen.
In alternativer oder kombinativer Ausführung ist das strahlumlenkende Element ein Lichtleiter (gegebenenfalls mehrere Lichtleiter), welcher Lichtleiter als massives Teil ausgeführt ist, alternativ als hohles Röhrchen oder als Faseroptik-Leiter.
Dem lichtumleitenden Element können wahlweise weitere optische Elemente zugeordnet sein, ohne dass diese im folgenden explizit aufgeführt wird. Optische Elemente können sein Linsen (Sammellinsen, Zerstreuungslinsen, auch als Fresnelllinsen ausgeführt, aspährisch oder sphärisch), Blenden (kreisförmig, schlitzförmig, beliebig geformt, als eigene Teile ausgeführt oder im Gehäuse des Elementes oder des Gerätes integriert), weitere Prismen, weitere Spiegel (plan, konkav, konvex, Freiform), weitere Lichtleiter, Freiformelemente oder auch Zylinderlinsen.
Bei dem lichtumlenkenden Element werden unter optischen Elementen auch Schutz- oder Abdeckscheiben im optischen Strahlengang verstanden, die dem mechanischen Schutz der optischen Einrichtung dienen. Bevorzugt werden diesbezüglich optische Filter vorgesehen, die für die im Sensor vorgesehene optische Wellenlänge möglichst gut durchlässig, für andere aber möglichst wenig durchlässig sind. Optische Filter können als separate Elemente vorgesehen werden oder integriert in anderen optischen Elementen oder in das lichtumlenkende Element (zum Beispiel Einfärbung oder Beschichtung von Spiegeln, Prismen, Linsen oder Schutzfenstern usw.). Möglich sind diesbezüglich auch Einfärbungen, Beschichtungen, Bedampfungen und dergleichen.
Die gesamte Sensoreinheit, welche zunächst, wie bekannt, zur Abtastung bevorzugt in einer im wesentlichen horizontalen Ebene dient, kann inklusive oder alternativ exklusive der vorgesehenen Umlenkeinrichtung mit einer Schutzhaube gegen äußere Eingriffe abgesichert werden (das heißt strahlumlenkendes Element kann innerhalb der Schutzhaube sitzen oder außerhalb). Die Schutzhaube ist mindestens in dem Bereich, in dem diese vom Strahlengang durchdrungen wird, optisch transparent (im einfachsten Fall wird eine Austrittsöffnung vorgesehen. Bevorzugt ist der übrige Bereich nicht transparent ausgestaltet). Alternativ ist die Schutzhaube in mindestens einem weiteren Bereich transparent gestaltet, zur möglichen Abtastung und/oder Erfassung in einem Bereich außerhalb der bevorzugt horizontalen Abtastebene. Die Schutzhaube kann darüber hinaus aus mehreren Teilen bestehen oder als einstückiges Teil. Vorteilhafterweise ist weiter eine feste Verbindung zwischen Schutzhaube und Gerätegehäuse vorgesehen, wobei weiter bevorzugt die Schutzhaube insbesondere bei einer festen Verbindung mit dem Gerätegehäuse nicht mit der aus Lichtstrahl-Ausssendevorrichtung und Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung bestehenden Abstandssensorik um die Vertikalachse dreht. Weiter wird die Schutzhaube bevorzugt rotationssymmetrisch mit kreisrundem Querschnitt zur vertikalen Drehachse der Sensoreinrichtung ausgeführt.
Unter Nutzung des strahlumlenkenden Elements bzw. der vorgeschlagenen Umlenkeinrichtung und/oder in Folge einer Deaktivierung der Umlenkeinrichtung ist eine Umlenkung des Lichtstrahls bevorzugt nach vertikal oben ermöglicht. Dies bietet in vorteilhafter Weise eine Abstandsmessung nach vertikal oben, weiter insbesondere zur Abtastung einer Raumdecke. Signifikante Höhenunterschiede werden hierbei bevorzugt als Türdurchbruch identifiziert, was weiter beispielsweise im Zuge einer Kartierung der Räumlichkeiten zur Unterteilung der Karte in Einzelräume genutzt werden kann. Darüber hinaus wird die Bestimmung der Deckenhöhe als weiteres Merkmal zur Navigation oder Positionsfindung genutzt.
Die Umlenkung des Lichtstrahles aus der Abtastebene heraus ist weiter bevorzugt zeitlich und/oder drehwinkelmäßig bezogen auf die Abtastebene einstellbar. Im Falle einer drehwinkelmäßigen Einstellung der Umlenkung ist die an dem Gerät angeordnete, ggf. zusätzliche Umlenkeinrichtung bevorzugt in einem, alternativ in mehreren zueinander beabstandeten Winkelsegmenten – bezogen auf die Umlaufrichtung der Sensoranordnung – angeordnet, so dass während einer Rotationsbewegung der Sensoranordnung um die Vertikalachse zumindest eine in einem Winkelsegment angeordnete Umlenkeinrichtung von dem Lichtstrahl überstrichen wird. In Umlaufrichtung betrachtet vor und nach einem mit der Umlenkeinrichtung versehenen Winkelsegment ist weiterhin eine Abtastung bevorzugt in Horizontalebene erreicht, so insbesondere zur Hinderniserkennung. Bei einer weiter bevorzugten halbtransparenten Ausgestaltung der Umlenkeinrichtung ist diese horizontale Abtastung auf insbesondere im Verfahrweg liegende Hindernisse, wie beispielsweise Wände, auch in dem mit der Umlenkeinrichtung versehenen Winkelsegment ermöglicht. Bei einer weiter bevorzugten zeitlichen Einstellung der Umlenkung wird die Umlenkeinrichtung bevorzugt in vorbestimmten Zeitabständen in den Lichtstrahl der um die Vertikalachse drehenden Sensoreinrichtung verlagert und somit aktiviert, um somit entsprechend lediglich in zeitlichen Abständen beispielsweise eine Abstandsmessung nach vertikal oben durchzuführen. Diesbezüglich erweist es sich weiter von Vorteil, wenn die Umlenkeinrichtung beispielsweise jeweils nach einer vollständigen Umdrehung der Sensoreinrichtung in den Lichtstrahl verlagert wird, weiter bevorzugt nach jeder vollständigen zweiten, dritten bis hin zu jeder zehnten vollständigen Umdrehung, so dass insbesondere zur Rundum-Abstandsmessung zwischen den abgelenkten Messungen vollständige Rundum-Abstandswerte erfasst werden können.
Auch bei alternativer oder kombinativer Anordnung einer um die vertikale Achse rotierenden, in dem Strahlengang angeordneten und deaktivierbaren Umlenkeinrichtung ist eine Umlenkung des Lichtstrahles zeitlich und/oder drehwinkelmäßig bezogen auf die Abtastebene einstellbar. So ist im Falle einer drehwinkelmäßigen Einstellung der Umlenkung die rotierende Umlenkeinrichtung bevorzugt in einem, alternativ in mehreren zueinander beabstandeten Winkelsegmenten – bezogen auf die Umlaufrichtung der Sensoranordnung – deaktivierbar, so dass während einer Rotationsbewegung der Sensoranordnung um die Vertikalachse zumindest eine Erfassung eines Bereiches außerhalb der Abtastebene erreicht werden kann. In Umlaufrichtung betrachtet vor und nach einer solchen zufolge Deaktivierung der Umlenkeinrichtung erfolgten Erfassung außerhalb der Abtastebene ist weiterhin eine Abtastung bevorzugt in Horizontalebene erreicht, so insbesondere zur Hinderniserkennung. Bei einer weiter bevorzugten zeitlichen Einstellung der Umlenkung wird die um die vertikale Achse drehende Umlenkeinrichtung bevorzugt in vorbestimmten Zeitabständen deaktiviert, um somit entsprechend lediglich in zeitlichen Abständen beispielsweise eine Abstandsmessung nach vertikal oben durchzuführen. Diesbezüglich erweist es sich auch hier von Vorteil, wenn die Umlenkeinrichtung beispielsweise jeweils nach einer vollständigen Umdrehung der Sensoreinrichtung deaktiviert wird, weiter bevorzugt nach jeder vollständigen zweiten, dritten bis hin zu jeder zehnten vollständigen Umdrehung, so dass insbesondere zur Rundum-Abstandsmessung zwischen den nicht abgelenkten Messungen vollständige Rundum-Abstandswerte erfasst werden können.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Umlenkung mittels einer über die Randkontur des Gehäuses überstehenden Umlenkeinrichtung erfolgt. Die um die Vertikalachse rotierende Abstands-Sensorvorrichtung ist bevorzugt deckenseitig des Gerätes angeordnet, weiter bevorzugt eine zentrale Vertikalachse des Gerätes aufnehmend. Um bei einer solchen Anordnung eine gezielte Umlenkung des Lichtstrahles aus der Abtastebene zu erreichen, ohne dass insbesondere Gerätegehäuseabschnitte störend in den Lichtstrahl treten, ist die vorgeschlagene Anordnung der Umlenkeinrichtung außerhalb des Gerätegrundrisses vorteilhaft. Hierdurch ist in bevorzugter Ausgestaltung zudem eine Umlenkung nach vertikal unten ermöglicht, so dass insbesondere der Bodenbereich in üblicher Verfahrrichtung des Gerätes vor dem Gerät weiter insbesondere hinsichtlich etwaiger Stufen oder anderer Abgründe abgetastet werden kann. Eine gesonderte Bodensensorik zur Erkennung von Stufen oder dergleichen kann entsprechend entfallen. Auch eine solche Abgrundsensorik wird erfindungsgemäß durch die vorhandene, um eine Vertikalachse rotierende Abstands-Sensorvorrichtung abgedeckt. Die entsprechende Umlenkung des Lichtstrahles erfolgt bevorzugt streng nach vertikal unten, das heißt bevorzugt unter paralleler Ausrichtung des abgelenkten Lichtstrahles relativ zu der Rotationsachse der Abstands-Sensorvorrichtung. Alternativ oder auch kombinativ wird der Lichtstrahl in einem schrägen Winkel zur Vertikalen nach unten abgelenkt, so insbesondere in einem Winkel von 15° bis 60° zur Vertikalen mit Bezug auf die Verfahrrichtung nach schräg vorne, um so frühzeitig bspw. eine Stufe einer Treppe erfassen zu können. Auch wird zufolge dieser Ausgestaltung nicht nur eine abgehende Stufe erkannt, sondern vielmehr auch eine aufwärts führende Stufe, deren Stufenhöhe geringer ist als die Höhe der vertikalen Beabstandung der horizontalen Abtastebene zum Fußboden, so dass eine derartige Stufe zugleich als Hindernis erkannt werden kann.
Auch kann die Umlenkung in einem spitzen Winkel zur Horizontalen mit Bezug zur Abtastebene nach oben erfolgen, so weiter bevorzugt in einem spitzen Winkel von 10° bis 30° zur im wesentlichen horizontalen Abtastebene, womit weiter auch im Verfahrweg sich befindliche Überhänge erkannt werden, die von dem Gerät nicht unterfahren werden können. Es ist somit entsprechend ein Unterfahrschutz gegeben.
Das oder die Elemente der Umlenkeinrichtung sind in bevorzugter Ausgestaltung starr und somit stets bei jeder Umdrehung der Abtands-Sensorvorrichtung erfassbar. Alternativ wird die Umlenkeinrichtung aktiv beispielsweise eingeschwenkt, so weiter beispielsweise sobald das Gerät aufgrund der hinterlegten Kartierung eine Tür oder eine Treppe erwartet. Bevorzugt ist hierzu ein elektromotorischer Schwenkantrieb für das Umlenkelement vorgesehen.
Bei Anordnung mehrerer Umlenkelemente über den Umfang des Gerätes betrachtet sind diese in einer Ausgestaltung regelmäßig gleich ausgebildet, beispielsweise jeweils zur Ablenkung des Lichtstrahles nach vertikal oben. In weiterer alternativer Ausgestaltung sind über den Umfang des Gerätes mehrere Umlenkeinrichtungen vorgesehen, die weiter unterschiedliche Winkelstellungen aufweisen, so weiter bspw. im vorderen Bereich des Gerätes zur Abtastung nach unten und im hinteren Bereich zur Abtastung nach oben. In vorteilhafter Weise ist die Umlenkeinrichtung bzw. jede Umlenkeinrichtung hinsichtlich des Umlenkwinkels einstellbar. So wird weiter beispielsweise mit jeder Umdrehung die Winkelstellung des Umlenkelementes geändert, wobei die Winkelstellungen beispielsweise hinterlegt und somit vorgegeben sind. Auch können die Winkelstellungen sich nach einer festen Regel ändern, so beispielsweise die Verstellung der Neigung um 1° je Umdrehung bis hin zu 20° je Umdrehung, weiter bis hin zu 90° je Umdrehung. Bei einer Änderung der Winkelstellung von beispielsweise 90° je Umdrehung ist mit jeder Umdrehung abwechselnd eine Abstandsmessung nach vertikal oben und eine Abstandsmessung nach vertikal unten mit nur einer Umlenkeinrichtung erreichbar.
In weiter vorteilhafter Weise ist der Umlenkwinkel in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit des Gerätes einstellbar, weiter bevorzugt abhängig von der aktuellen Navigations- und/oder Orientierungsaufgabe, so dass weiter beispielsweise bei höheren Geschwindigkeiten des selbsttätig verfahrbaren Gerätes der Umlenkwinkel der Umlenkeinrichtung so eingestellt wird, dass sich ein in Verfahrrichtung nach vorne gerichteter flacherer Strahl einstellt, zum Abtasten des Bodens, womit angepasst an die Geschwindigkeit des Gerätes beispielsweise Treppen frühzeitig erkannt werden, um so beispielsweise eine Korrektur des Verfahrweges frühzeitig zu ermöglichen.
Die Deaktivierung der rotierenden Umlenkeinrichtung ist bevorzugt durch eine Verlagerung der Umlenkeinrichtung aus dem Strahlengang erreichbar. In einer bevorzugten Grundstellung, beispielsweise federbelasteten Grundstellung der Umlenkeinrichtung ist diese derart in dem Strahlengang angeordnet, dass eine bevorzugte Ablenkung des Lichtstrahles in eine horizontale Abtastebene erreicht ist. Die Deaktivierung erfolgt bevorzugt zufolge mechanischer oder elektromechanischer Verlagerung, so beispielsweise zufolge Wegklappen, Verschieben oder Verdrehen der Umlenkeinrichtung in eine den bevorzugt vertikal ausgerichteten Lichtstrahl nicht oder zumindest nicht in die horizontale Abtastebene ablenkende Stellung. Bevorzugt wird durch die Verlagerung der Umlenkeinrichtung ein nicht abgelenktes Abstrahlen des Lichtstrahles nach vertikal oben erreicht. Ist, wie bevorzugt, eine die Lichtquelle, weiter bevorzugt auch die Umlenkeinrichtung überdeckende Schutzhaube vorgesehen, so ist diese weiter bevorzugt im Durchtrittsbereich des nicht abgelenkten und somit bevorzugt vertikal nach oben gerichteten Lichtstrahls transparent ausgebildet. Die Durchlassung des Lichtstrahls nach bevorzugt vertikal oben findet bevorzugt bei jeder Umdrehung der Umlenkeinrichtung in einer vorbestimmten Winkelposition statt. Diese Position kann durch einen Nocken in der Umlaufbahn der Umlenkeinrichtung markiert sein, welcher Nocken dann für die bevorzugte horizontale Verschiebung und/oder das Abklappen und/oder die Drehverlagerung der Umlenkeinrichtung sorgt. Bevorzugt sorgt weiter eine Federvorbelastung der Umlenkeinrichtung für die Rückkehr in die ursprüngliche Position nach der Auslenkung. Die Umlenkeinrichtung wird bevorzugt gänzlich aus dem Lichtstrahl heraus bewegt, zur Abtastung nach bevorzugt vertikal oben. Alternativ erfolgt eine Verlagerung, nach welcher ein fensterartiger Durchbruch der Umlenkeinrichtung den nicht abgelenkten Durchtritt des Lichtstrahls erlaubt.
Ein Abklappen und/oder eine horizontale Verschiebung der Umlenkeinrichtung ist in einer Weiterbildung bevorzugt durch eine kurzfristige Erhöhung der Umdrehungszahl der Umlenkeinrichtung um die vertikale Achse erreicht, indem die Umlenkeinrichtung infolge auftretender Fliehkräfte eine Federvorbelastung, beispielsweise eine Knackfeder, überwindet und abklappt, bis die Geschwindigkeit wieder soweit reduziert ist, dass die Feder die Umlenkeinrichtung zurück in die Normallage drückt.
Weiter bevorzugt ist eine ”unrunde” Drehung des Umlenkspiegels vorgesehen, um so ein Durchtrittsfenster in der Umlenkeinrichtung an einer bestimmten Position in die Bahn des Lichtstrahls zu positionieren. Dies ist beispielsweise erreicht zufolge einer außermittigen Drehachse der Umlenkeinrichtung mit einer fensterartigen Durchbrechung in der Umlenkeinrichtung, welche auf einem Radiusbogen bezogen auf die Drehachse positioniert ist.
Zudem ist bevorzugt die Umlenkeinrichtung ein LCD-Element. Die den Lichtstrahl umlenkende Fläche (gesonderte Umlenkeinrichtung am Gerät und/oder um die vertikale Achse drehende Umlenkeinrichtung) ist als LCD-Fläche ausgebildet, die bei angelegter Spannung lichtundurchlässig ist und den Lichtstrahl entsprechend spiegelnd umlenkt. Bei Spannungsfreiheit ist die LCD-Fläche hingegen durchsichtig, zufolge dessen der Lichtstrahl ungehindert und somit nicht abgelenkt passieren kann.
Bezüglich aller angegebenen Wertebereiche sind alle Zwischenwerte, insbesondere in 1 mm und/oder 1 mrad und/oder 1-Fach und/oder 1 Grad-Schritten sowohl hinsichtlich einer ein- oder mehrfachen Einengung der angegebenen Bereichsgrenzen in bspw. der angegebenen Schrittweite, von oben und/oder von unten, wie auch zur Darstellung singulärer Werte innerhalb der angegebenen Bereiche hiermit in die Offenbarung eingeschlossen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die aber lediglich Ausführungsbeispiele darstellt. Ein Teil, das nur bezogen auf eines der Ausführungsbeispiele erläutert ist und bei einem weiteren Ausführungsbeispiel aufgrund der dort herausgestellten Besonderheit nicht (gerade) durch ein anderes Teil ersetzt ist, ist damit auch für dieses weitere Ausführungsbeispiel als jedenfalls mögliches vorhandenes Teil beschrieben. Auf der Zeichnung zeigt:
1 in perspektivischer Darstellung ein selbsttätig verfahrbares Gerät mit einer um eine Vertikalachse rotierenden Abtast-Sensorvorrichtung und einer Umlenkeinrichtung zur Umlenkung eines Lichtstrahles nach vertikal oben;
2 das Gerät gemäß 1 in Seitenansicht, das Gerät im Zuge eines Verfahrens darstellend;
3 das Gerät in perspektivischer Darstellung, eine zweite Ausführungsform betreffend, bei welcher die Umlenkeinrichtung aktiv in den Lichtstrahl der Abstand-Sensorvorrichtung eingeschwenkt ist;
4 eine der 3 entsprechende Darstellung, jedoch die deaktivierte Stellung der Umlenkeinrichtung betreffend;
5 in einer dritten Ausführungsform das Gerät in Seitenansicht mit einer Umlenkeinrichtung zur Umlenkung des Lichtstrahles nach vertikal unten;
6 eine der 5 entsprechende Darstellung, eine weitere Ausführungsform betreffend;
7 die perspektivische Darstellung des Gerätes gemäß der Ausführungsform in 6;
8 in weiterer Ausführungsform das Gerät in Seitenansicht;
9 eine partiell geschnittene Seitenansichtdarstellung des Gerätes, eine weitere Ausführungsform betreffend;
10 eine der 9 entsprechende Darstellung, jedoch nach Deaktivierung einer Umlenkeinrichtung zum nicht abgelenkten Abstrahlen des Lichtstrahles nach vertikal oben;
11 eine der 9 entsprechende Darstellung, eine weitere Ausführungsform betreffend;
12 eine Darstellung gemäß 9, in einer weiteren Ausführungsform und
13 eine der 12 entsprechende Darstellung, betreffend ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 ein Gerät 1 in Form eines Saug- und/oder Kehrgerätes, weiter in Form eines selbsttätig verfahrbaren Haushalts-Saugroboters. Dieses besitzt ein Chassis, welches unterseitig, dem zu pflegenden Boden 2 zugewandt, elektromotorisch angetriebene Verfahrräder 3 sowie bevorzugt eine über die Unterkante des Chassisbodens hinausragende, gleichfalls elektromotorisch angetriebene Bürste 4 trägt. Das Chassis ist überfangen von einer Gerätehaube 5, wobei das Gerät 1 einen kreisförmigen Grundriss aufweist. Bezüglich der Ausgestaltung des Gerätes 1 als Saug- und/oder Kehrgerät wird beispielsweise auf die eingangs aufgeführte DE 102 42 257 A1 verwiesen.
Weiter kann, wenngleich nicht dargestellt, das Gerät 1 zusätzlich oder auch alternativ zu der Bürste 4 eine Saugmundöffnung aufweisen. In diesem Fall ist in dem Gerät 1 weiter ein Sauggebläsemotor angeordnet, der elektrisch betrieben ist.
Die Elektroversorgung der einzelnen Elektrokomponenten des Gerätes 1 wie für den Elektromotor der Verfahrräder 3, für den Elektroantrieb der Bürste 4, gegebenenfalls für das Sauggebläse und darüber hinaus für die weiter vorgesehene Elektronik in dem Gerät 1 zur Steuerung desselben erfolgt über einen nicht dargestellten, wieder aufladbaren Akkumulator.
Das Gerät 1 ist weiter mit einer Hinderniserkennung H in Form einer Abtast-Sensorvorrichtung 6 versehen, aufweisend eine Lichtstrahl-Aussendevorrichtung und eine Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung. Diese Abtast-Sensorvorrichtung 6 ist oberseitig der Gerätehaube 5 des Gerätes 1 angeordnet und um eine vertikale Achse x, welche zugleich die zentrale Vertikalachse des Gerätes 1 darstellt, drehbar. Die Abtast-Sensorvorrichtung 6 besteht bevorzugt aus einem Triangulationssystem, mittels welchem eine Rundum-Abstandsmessung (über 360° um die Achse x) durchgeführt werden kann.
Bei dem Triangulationssystem handelt es sich bevorzugt um ein optisches System, wobei bevorzugt in einer Ausgestaltung ein Sender in Form einer Lichtquelle (Lichtstrahl-Aussendevorrichtung), weiter in Form einer LED oder Laserdiode vorgesehen ist, wobei weiter die Lichtquelle bevorzugt monochromatisches Licht aussendet, so weiter sichtbares Licht, gegebenenfalls aber auch für den Menschen nicht sichtbares Licht, beispielsweise Infrarotlicht. Weiter weist das Triangulationssystem einen Empfänger (Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung) auf, dies weiter bevorzugt in Form eines lichtempfindlichen Elements. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein PSD-Element oder auch um ein CCD- oder CMOS-Element in linienförmiger, das heißt eindimensionaler Bauweise. Weiter bevorzugt ist Bestandteil des Empfängers auch eine Empfängerlinse, die dem lichtempfindlichen Element vorgeschaltet ist.
Mit Hilfe der vorbeschriebenen Abtast-Sensorvorrichtung 6 ist zunächst eine Hinderniserkennung erreicht, dies zufolge rotierender Abtastung in einer bevorzugt horizontalen Abtastebene E, das heißt in einer zum Boden 2 parallel verlaufenden Ebene, so dass das Gerät 1 kollisionsfrei sich auf dem Boden 2 bzw. in seiner Umgebung bewegen kann. Darüber hinaus ist, wie weiter bevorzugt, über die Abtast-Sensorvorrichtung 6 eine Rundum-Abstandsmessung der Umgebung ermöglicht, wobei die hierbei ermittelten Entfernungswerte zu Hindernissen und Wänden in der Umgebung bevorzugt zur Erstellung einer Kartografie des gesamten Gebietes genutzt werden, welche Kartografie in dem Gerät 1 abgespeichert und hinterlegt wird. Die Kartografie kann darüber hinaus auch im Rahmen einer ersten, benutzergeführten Lernfahrt des Gerätes 1 erstellt werden. Zufolge der hinterlegten Kartografie und eines Scannens der Umgebung mittels der Abtast-Sensorvorrichtung 6 ist das Gerät 1 in der Lage, die eigene Position in dessen Umgebung bzw. in der Kartografie eindeutig zu bestimmen.
In dem in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Gerätes 1 ist dieses mit einer Umlenkeinrichtung 7 versehen. Dieses ist an dem Gerät 1, insbesondere oberseitig an der Gerätehaube 5 befestigt und in dem Strahlengang der Abtast-Sensorvorrichtung 6 angeordnet derart, dass der Lichtstrahl von der Abtast-Sensorvorrichtung 6 umgelenkt wird, weiter mit Bezug auf die beschriebene Ausführungsform umgelenkt wird nach vertikal oben. Das hierzu dienende strahlumlenkende Element der Umlenkeinrichtung 7 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Planspiegel ausgebildet. Die Umlenkfläche 8 ist in einem Winkel von 45° zur Abtastebene E bzw. zum Boden 2 angestellt, so dass der Lichtstrahl bei einem Überstreichen der Umlenkfläche 8 infolge der Rotation der Abtastsensor-Vorrichtung 6 in Pfeilrichtung a nach vertikal oben abgelenkt wird. Bei der dargestellten fest installierten Umlenkeinrichtung 7 erfolgt eine vertikale Abtastung nach oben einmal je Umdrehung der Abtast-Sensorvorrichtung 6, wobei weiter bevorzugt die Umlenkeinrichtung 7 mit Bezug auf die Vertikalachse x, weiter mit Bezug auf eine übliche Verfahrrichtung r des Gerätes 1 im rückwärtigen Bereich der Gerätehaube 5 angeordnet ist.
Alternativ kann die Umlenkeinrichtung 7 mit Bezug zu der Verfahrrichtung r auch seitlich im Bereich der Gerätehaube 5 angeordnet sein. Jedenfalls ist eine Anordnung zu wählen, die die freie Abstrahlung der Abtast-Sensorvorrichtung 6 in Verfahrrichtung r nach vorne nicht hindert, so dass das Gerät 1 auf etwaige Hindernisse reagieren kann.
Das so ausgerüstete Gerät 1 kann unter Nutzung der Umlenkeinrichtung 7 die Höhe der Decke 9 über dem aktuellen Standort des Gerätes 1 ermitteln und dies als Zusatzinformation für Navigations- und Orientierungsaufgaben verwenden.
In 2 ist schematisch das Gerät 1 im Zuge des Verfahrens desselben durch einen Türdurchbruch 10 dargestellt. In der in 2 dargestellten linken Position befindet sich das Gerät 1 unmittelbar vor dem Türdurchbruch 10, in der dargestellten mittleren Position durchfährt das Gerät 1 den Türdurchbruch 10. Die in 2 gezeigte rechte Position ist die Position nach vollständigem Durchfahren des Türdurchbruches 10. Der von der Umlenkeinrichtung 7 vertikal nach oben in Richtung der Decke 9 umgelenkte Strahl detektiert vor und nach Durchtreten des Türdurchbruches 10 die Deckenhöhe, im Zuge des Durchtritts des Türdurchbruches 10 hingegen die Höhe desselben, welche Höhe in der Regel kleiner ist als die Deckenhöhe. Das Gerät 1 kann diese abrupte Höhenänderung als Merkmal zur Navigation und Orientierung verwenden, beispielsweise während der Kartierung als dieser Position zugeordnete Höhenkoordinate. Das Gerät kann weiter die Höhenänderungen auch als Merkmal zur Aufteilung einer Wohnung in mehrere Räume verwenden, ohne dass der Benutzer das Gerät anlernen muss oder ein Hilfsmittel, beispielsweise eine Landmarke, aufstellen muss.
Die Umlenkeinrichtung 7 überdeckt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Winkelsegment des Umfangs des Gerätes 1 bzw. ein Winkelsegment innerhalb der Abtastebene E der rotierenden Abtast-Sensorvorrichtung 6, womit wenigstens eine Messung umgelenkt über die Umlenkeinrichtung 7 in Richtung Decke erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist vorgesehen, das strahlumlenkende Element bzw. die Umlenkeinrichtung 7 nicht permanent in seiner Arbeitsstellung zu belassen, sondern gezielt in die Abtastebene E der rotierenden Abtast-Sensorvorrichtung 6 einzuschwenken. Hierzu ist bevorzugt ein Schwenkantrieb 11 vorgesehen, der die Umlenkeinrichtung 7 aus einer aktiven Stellung gemäß 3 in eine deaktivierte Stellung gemäß 4 und umgekehrt verschwenken kann, dies weiter bevorzugt um eine quer zur Vertikalachse x gerichtete Horizontalachse y. Als Schwenkantrieb 11 bietet sich insbesondere ein Elektromotor an, weiter alternativ ein Hubmagnet, wobei weiter die Verwendung von Zwischengetrieben (Zahnradgetriebe, Planetengetriebe, Mehrgelenkgetriebe, Zugmittelgetriebe) von Vorteil ist. Ist die Umlenkeinrichtung 7 gemäß der Darstellung in 3 in die Abtastebene E eingeschwenkt, so werden Abstandsmessungen aus dieser Abtastebene E heraus möglich, zum Beispiel eine vertikale Abstandsmessung gegen die Decke 9. Ist die Umlenkeinrichtung 7 gemäß der Darstellung in 4 aus der Abtastebene E herausgeschwenkt, so arbeitet das Gerät 1 konventionell ohne zusätzliche Messeinrichtung, entsprechend allein mit einer Rundum-Abstandsmessung. Der Messbereich der Abtast-Sensorvorrichtung 6 ist im Falle einer herausgeschwenkten Umlenkeinrichtung 7 gemäß 4 nicht mehr um das von der Umlenkeinrichtung 7 in aktiver Stellung überdeckte Winkelsegment reduziert, so dass mehr Informationen für Navigations- und/oder Orientierungsaufgaben in dieser Abtastebene E gewonnen werden können als im Falle der aktivierten Umlenkeinrichtung 7 gemäß 3.
Die schwenkbare Umlenkeinrichtung 7 ist in einer Ausgestaltung in festen Abständen in die inaktive Stellung geschwenkt, bevorzugt bemessen auf ganze Umdrehungen der Abtast-Sensorvorrichtung 6, so zum Beispiel alle zwei Umdrehungen, alle drei Umdrehungen oder alle zehn Umdrehungen. Auch ist diesbezüglich vorgesehen, dass das Gerät 1, welches über eine Kartierung der Umgebung verfügt, die Umlenkeinrichtung 7 nur dann in den Strahlengang der rotierenden Abtast-Sensorvorrichtung 6 einkoppelt, wenn das Gerät 1 aufgrund der Kartierung einen tiefer hängenden Türdurchbruch 10 erwartet. So koppelt das Gerät 1 mit Bezug auf die Darstellung in 2 die Umlenkeinrichtung 7 in der in 2 gezeigten linken und rechten Position nicht in die Abtastebene E ein, womit keine vertikalen Messungen der Deckenhöhe durchgeführt werden. In der gezeigten mittleren Position hingegen wird die Umlenkeinrichtung 7 in die Abtastebene E eingekoppelt und somit die Höhe des Türdurchbruchs 10 abgetastet, dies weiter bevorzugt als Bestätigung, dass sich das Gerät 1 tatsächlich im Bereich des Türdurchbruches 10 befindet.
Weiter besteht die Möglichkeit, die Vertikalmessung lediglich während des Generierens einer Kartierung einer unbekannten Umgebung durchzuführen, da nach der Kartierung das Gerät 1 alle Türdurchbrüche 10 identifiziert hat und gegebenenfalls keine weiteren Messungen in Vertikalrichtung nach oben vorzunehmen sind.
Darüber hinaus können auch über den Umfang des Gerätes 1, weiter insbesondere über den Umfang der Gerätehaube 5 betrachtet mehrere ggf. ein- und ausklappbare Umlenkeinrichtungen 7 vorgesehen sein, die unterschiedlichen Winkelsegmenten oder alternativ erweiterten Winkelsegmenten zugeordnet sind und von dem Gerät 1 in regelmäßigen Abständen oder nach Bedarf in die Abtastebene E eingeschwenkt werden. Jedem der Umlenkeinrichtungen 7 kann in diesem Fall ein anderer Abstrahlwinkel (relativer Winkel der Umlenkfläche 8 zur Abtastebene E) zugeordnet sein, so beispielsweise nach vertikal oben oder mit Bezug auf die übliche Verfahrrichtung r nach schräg vorne oder nach schräg hinten.
Auch kann anstelle des vorbeschriebenen Planspiegels zur Bildung der Umlenkeinrichtung 7 ein halb durchlässiger Spiegel verwendet werden, der einen Teil des Lichtstrahls ablenkt, den anderen Teil jedoch durchlässt. In diesem Fall wertet insbesondere die Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung der Abtast-Sensorvorrichtung 6 beide Lichtimpulse aus, womit sowohl Messungen in der Abtastebene E als auch ausgelenkte Messungen durchgeführt werden können.
In weiterer Ausgestaltung gemäß 5 ist eine Umlenkung des Lichtstrahles aus der Abtastebene E heraus nach vertikal unten in Richtung auf den Boden 2 vorgesehen. In vorteilhafter Ausgestaltung ist hierbei die vorgesehene Umlenkeinrichtung 7 in Verfahrrichtung r nach vorne gerichtet positioniert, wobei die Umlenkeinrichtung 7 gemäß der Darstellung in 5 über die Randkontur des Gehäuses des Gerätes 1, weiter entsprechend in radialer Richtung über den kreisförmigen Grundriss des Gerätes 1 hinaus übersteht. Hierzu ist die Umlenkeinrichtung 7 über einen mit der Gerätehaube 5 verbundenen Tragarm 12 an der Gerätehaube 5 positioniert.
Die Umlenkfläche 8 der so angeordneten Umlenkeinrichtung 7 ist in einem Winkel von 45° zur Abtastebene E angeordnet derart, dass der die Umlenkfläche 8 im Zuge der Rotation der Abtast-Sensorvorrichtung 6 überstreichende Lichtstrahl nach vertikal unten in Richtung auf den Boden 2 abgelenkt wird.
Zufolge dieser Ausgestaltung ist eine Überwachung des Bodens 2 in Verfahrrichtung r des Gerätes 1 vor dem Gerät 1 möglich, um so insbesondere Abstürze, beispielsweise an Treppen zu vermeiden.
In diesem Fall erweist sich weiter der Einsatz mehrerer derart angeordneter und winkelmäßig eingestellter Umlenkeinrichtungen 7 gemäß den Darstellungen in den 6 und 7 von Vorteil, die mit Bezug auf die Verfahrrichtung r im vorderen Bereich des Gerätes 1 bzw. der Gerätehaube 5 vorzugsweise an drei in Umfangsrichtung der Gerätehaube 5 gleichmäßig zueinander distanzierten Stellen angeordnet sind, welche weiter im Zuge der Rotation der Abtast-Sensorvorrichtung 6 nacheinander von dem Lichtstrahl überstrichen werden.
Die Umlenkung des Lichtstrahls nach unten in Richtung auf den Boden 2 ist nicht zwingend streng vertikal. Vielmehr bietet sich auch eine Umlenkung des Lichtstrahles in einem schrägen Winkel in Verfahrrichtung r gesehen nach vorne an, so beispielsweise in einem Winkel von 60° gegenüber dem Boden 2, so dass der Auftreffpunkt des Messstrahls auf dem Boden 2 in Verfahrrichtung r betrachtet weiter beabstandet ist zur Gerätehaube 5 als bei einer streng vertikalen Ablenkung. So ist die Reaktionszeit des Gerätes 1 bei Erfassen einer abgehenden Treppe oder dergleichen verlängert, was insbesondere bei höheren Verfahrgeschwindigkeiten des Gerätes 1 von Vorteil ist, da zufolge der voreilenden Abtastung genügend Zeit verbleibt, um nach einer Identifizierung einer Sturzfalle zu bremsen bzw. das Verfahrverhalten des Gerätes 1 sinnvoll zu ändern.
Eine weitere Ausgestaltung zeigt 8, bei welcher der durch die Umlenkeinrichtung 7 umgelenkte Lichtstrahl in einem flachen Winkel von etwa 10° bis 30° gegenüber der Abtastebene E bzw. gegenüber der durch den Boden 2 gegebenen Horizontalen nach oben und vorne gerichtet ist. Der abgelenkte Lichtstrahl wird hierbei bevorzugt dazu verwendet, um einen Unterfahrschutz des Gerätes 1 gegenüber überhängenden Objekten 13, beispielsweise Möbel, zu erreichen. Fährt das Gerät 1 im Zuge beispielsweise einer Reinigungsfahrt auf ein überhängendes Objekt 13, beispielsweise auf einen an einer Wand angebrachten Schrank, zu, so stellt dieses Objekt 13 eine Gefahr für das Gerät 1 dar, da die empfindliche Abtast-Sensorvorrichtung 6 mit dem Objekt 13 kollidieren könnte. Zur Abwendung dieser Gefahr ist die Umlenkeinrichtung 7 entsprechend angeordnet derart, dass der Mess- bzw. Lichtstrahl in vorbeschriebener Weise in Verfahrrichtung r betrachtet schräg nach oben misst. Hierdurch kann das Gerät 1 während der Annäherung an das Objekt 13 den Überhang erkennen.
In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkeinrichtung 7 ein Dreiecksprisma.
Weiter wird vorgeschlagen, dass im Falle einer einklappbaren Umlenkeinrichtung 7 gemäß der zweiten Ausführungsform (3 und 4) die Winkelstellung der Umlenkeinrichtung 7, insbesondere der Umlenkfläche 8 variiert, so dass das Gerät 1 beispielsweise während einer Umdrehung beim Überstreichen des Lichtstrahls über die Umlenkfläche 8 vertikal nach oben misst, bei einem nächsten Überstreichen beispielsweise schräg nach vorn und bei einem weiteren Überstreichen in eine andere Richtung. Die Steuerung des Winkels der Umlenkfläche 8 kann hierbei einer festen technischen Regel folgen (beispielsweise Veränderung des Winkels um 10° mit jeder Überstreichung) oder durch das Gerät 1 gesteuert werden, bevorzugt nach den Erfordernissen der aktuellen Navigations- und Orientierungsaufgabe.
In vorteilhafter Ausführung ist der Winkel der Umlenkfläche 8 an den aktuellen Betriebszustand des Gerätes 1 gekoppelt, so dass beispielsweise der Lichtstrahl zur Bodenabtastung weiter vom Geräte 1 entfernt auf den Boden 2 trifft, je schneller das Gerät 1 fährt, um eine optimale Reaktionszeit zu erhalten.
Auch kann, weiter bevorzugt bei Ausgestaltung der Umlenkeinrichtung 7 als Dreiecksprisma gemäß der Ausführungsform in 8, die Umlenkeinrichtung 7 pendelnd angeordnet sein, um so eine großflächige Abtastung beispielsweise überhängender Objekte 13 zu ermöglichen.
Wie weiter vereinzelt schematisch dargestellt, kann die insbesondere auf der Gerätehaube 5 angeordnete Sensorik (Abtast-Sensorvorrichtung 6 und gegebenenfalls eine oder mehrere Umlenkeinrichtungen 7) von einer Schutzhaube 14 überdeckt sein, die bevorzugt mit der Gerätehaube 5 fest verbunden, beispielsweise rastverbunden ist. Die von dem Mess- bzw. Lichtstrahl zu durchsetzenden Bereiche der Schutzhaube 14 sind hierbei transparent gestaltet, so insbesondere der umlaufende, vom horizontal ausgerichteten Lichtstrahl durchsetzte Bereich.
Die 9 bis 13 zeigen weitere Ausführungsbeispiele mit einer Umlenkeinrichtung zur bevorzugt synchronisierten Abtastung in der horizontalen Abtastebene E und nach vertikal oben. Diese Ausführungsformen sind weiter bevorzugt kombinierbar mit den Ausführungsformen gemäß den Darstellungen in den 1 bis 8, so dass beispielsweise eine kombinierte Ausführungsform der 5 und 9 eine bevorzugt synchronisierte Abtastung in der horizontalen Abtastebene E, sowie eine Abtastung nach vertikal unten in Verfahrrichtung vor dem Gerät 1 als auch eine vertikal Abtastung nach vertikal oben ermöglicht.
In den Ausführungsformen gemäß den 9 bis 13 ist in dem Gerät 1, bevorzugt zentral die Vertikalachse x aufnehmend, eine bevorzugt kombinierte Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung und Lichtstrahl-Aussendevorrichtung so angeordnet, dass ein ausgesandter Lichtstrahl bevorzugt entlang der Vertikalachse x nach vertikal oben gerichtet ist.
Der Lichtstrahl ist weiter nach vertikal oben in Richtung auf die Abtast-Sensorvorrichtung 6 gerichtet, in welcher eine Umlenkeinrichtung 7, bevorzugt in Form eines Spiegels angeordnet ist. Diese Umlenkeinrichtung 7' ist in üblicher Grundstellung gemäß 9 derart in den Lichtstrahl, die Vertikalachse x schneidend angeordnet, dass eine Ablenkung des Lichtstrahles in die horizontale Abtastebene E erreicht ist. Entsprechend ist mit Bezug auf einen Vertikalschnitt gemäß 9 die Umlenkfläche 8 der Umlenkeinrichtung 7' in einem Winkel von 45° zur Vertikalachse x ausgerichtet.
Die Umlenkeinrichtung 7' rotiert insbesondere im Zuge der Fahrt des Gerätes 1 um die Vertikalachse x, dies weiter bevorzugt zufolge einer nicht dargestellten Drehmechanik. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die DE 10 2009 023 066 A1 verwiesen. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Patentanmeldung in Ansprüche vorliegender Erfindung mit einzubeziehen.
Zufolge der rotierenden Umlenkeinrichtung 7' ist ein Rundumscan in der horizontalen Abtastebene E ermöglicht. Eine die Umlenkeinrichtung 7' überdeckende Schutzhaube 14 ist in dem durch den in die Horizontalebene abgelenkten Lichtstrahl durchsetzten Bereich mit einem transparenten Fenster 15 versehen.
Zum drehwinkelmäßigen Abtasten nach vertikal oben wird in der in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsform die Umlenkeinrichtung 7 um eine bevorzugt quer zur Vertikalachse x ausgerichtete Schwenkachse z verlagert in eine Position, in welcher der von der Lichtstrahl-Aussendevorrichtung 17 ausgesandte Lichtstrahl ungehindert, das heißt nicht abgelenkt nach vertikal oben durch die Schutzhaube 14 tritt, wozu weiter bevorzugt in der Schutzhaube 14 ein entsprechend positioniertes Fenster 16 vorgesehen ist.
Die Durchlassung des Lichtstrahls nach vertikal oben findet bevorzugt bei jeder vollständigen Umdrehung der Umlenkeinrichtung 7' in einer vorbestimmten Winkelposition statt. Diese Position ist beispielsweise durch einen feststehenden Nocken in der Umlaufbahn der Umlenkeinrichtung 7' markiert, welcher Nocken für das Abschwenken der Umlenkeinrichtung 7' um die Schwenkachse z sorgt. Bevorzugt wird die Umlenkeinrichtung 7' im Zuge der weiteren Rotation desselben und Verlassen des Nockenbereiches über eine Feder oder ein Federelement in die ursprüngliche, bevorzugt anschlagbegrenzte Normalposition zurückverlagert, in welcher die Lichtauslenkung zur Abtastung in der Horizontalebene erreicht ist.
Alternativ ist die Umlenkeinrichtung 7' aus der den Lichtstrahl in die Horizontalebene umlenkenden Stellung gemäß 11 heraus schiebeverlagerbar, zum unbeeinflussten Austreten des Lichtstrahles nach vertikal oben durch das Fenster 16 der Schutzhaube 14. Auch diese Schiebeverlagerung der Umlenkeinrichtung 7' ist bevorzugt zufolge eines feststehenden Nockens oder dergleichen erreichbar, der mit einem diesem zugeordneten Bereich der Umlenkeinrichtung 7' zusammenwirkt. Die rückverlagerte und somit den Lichtstrahl nicht beeinflussende Stellung der Umlenkeinrichtung 7' ist in 11 strichpunktiert dargestellt.
Auch ist die Umlenkeinrichtung 7' zufolge einer ”unrunden” Drehung desselben aus einer den Lichtstrahl in die horizontale Ebene ablenkenden Position in eine den Lichtstrahl nach vertikal oben durchlässige Position verlagerbar.
Der Empfang von reflektierten Strahlen aus der Abtastung nach vertikal oben erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung eines üblichen Reflektionswinkels α zur Vertikalachse x bzw. zum vertikal nach oben gerichteten Lichtstrahl. Dieser Winkel α beträgt etwa 15° bis 45°. Der Reflektionsstrahl wird durch eine weitere Lichtöffnung 18 im Deckenbereich der Schutzhaube 14 geleitet und innerhalb der Abtast-Sensorvorrichtung 6 mittels eines bevorzugt mitrotierenden Umlenkelements 19 in Richtung auf die Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung 20 gelenkt. Beim Umlenkelement 19 handelt es sich bevorzugt um einen Spiegel oder weiter bevorzugt um ein Prisma.
Dargestellt ist in 12 eine derartige Anordnung mit einer ausschwenkbaren Umlenkeinrichtung 7' gemäß der Ausführungsform in 9.
Die Lichtöffnung 18 ist in einer weiteren Ausführungsform gemäß 13 unmittelbar als strahlumlenkendes Element, beispielsweise in Form einer Fresnell-Linse, gestaltet, so dass der reflektierte Lichtstrahl unmittelbar im Bereich der Lichtöffnung 18 in Richtung auf die Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung 20 abgelenkt wird.
Sowohl die geräteseitig vorgesehene Umlenkeinrichtung 7 als auch die um die Vertikalachse x rotierende Umlenkeinrichtung 7' können alternativ zur Ausgestaltung als Spiegel oder Prisma als LCD-Element ausgebildet sein, welches Element bei angelegter Spannung lichtundurchlässig ist und den Lichtstrahl entsprechend spiegelnd umlenkt, bei Spannungsfreiheit jedoch durchsichtig wird und den Lichtstrahl ungehindert passieren lässt. Alternativ kann dieses Verhalten auch durch Kerr-Zellen ausgeführt werden, die als Polarisationsmodulatoren in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung die Lichtbrechung verändern. Auch so ist die Lichtumlenkung insbesondere elektrisch schaltbar.
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. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Gerät
2: Boden
3: Verfahrrad
4: Bürste
5: Gerätehaube
6: Abtast-Sensorvorrichtung
7: Umlenkeinrichtung
7': Umlenkeinrichtung
8: Umlenkfläche
9: Decke
10: Türdurchbruch
11: Schwenkantrieb
12: Tragarm
13: Objekt
14: Schutzhaube
15: Fenster
16: Fenster
17: Lichtstrahl-Aussendevorrichtung
18: Lichtöffnung
19: Umlenkelement
20: Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung
a: Drehrichtung
r: Verfahrrichtung
x: Vertikalachse
y: Horizontalachse
z: Schwenkachse
E: Abtastebene
H: Hinderniserkennung
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2008014912 A1 [0002]
DE 102010017689 [0003]
DE 10242257 A1 [0004, 0044]
DE 102009023066 A1 [0074]

Claims

Hinderniserkennung (H) für ein selbsttätig verfahrbares Gerät (1), beispielsweise für einen Saugroboter, mit einer Lichtstrahl-Aussendevorrichtung und einer Lichtstrahl-Empfangsvorrichtung, wobei eine um eine vertikale Achse (x) rotierende Abtastung in einer Abtastebene (E) vornehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung eines Bereiches außerhalb der Abtastebene (E) in dem Strahlengang eine auch an dem Gerät (1) angeordnete Umlenkeinrichtung (7) vorgesehen ist, die den Strahl zumindest teilweise umlenkt, und/oder eine um die vertikale Achse (x) rotierende, in dem Strahlengang angeordnete Umlenkeinrichtung (7') deaktivierbar ist.
Hinderniserkennung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (7) ein Spiegel ist.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (7) ein Prisma ist.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlenkung nach vertikal oben erfolgt.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zufolge Deaktivierung der rotierenden Umlenkeinrichtung eine Abtastung nach vertikal oben erfolgt.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung und/oder Deaktivierung zeitlich und/oder drehwinkelmäßig bezogen auf die Abtastebene (E) einstellbar ist.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung mittels einer über die Randkontur des Gehäuses überstehenden Umlenkeinrichtung (7) erfolgt.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlenkung nach vertikal unten erfolgt.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung in einem spitzen Winkel zur Horizontalen erfolgt.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (7) hinsichtlich des Umlenkwinkels einstellbar ist.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkwinkel in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit des Gerätes (1) einstellbar ist.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Deaktivierung der rotierenden Umlenkeinrichtung (7') durch eine Verlagerung der Umlenkeinrichtung (7') aus dem Strahlengang erreichbar ist.
Hinderniserkennung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (7, 7') ein LCD-Element ist.