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Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Bestimmung der Neigung eines selbsttätig verfahrbaren Geräts, insbesondere Bodenstaub-Aufsammelgerät, relativ zu einem ebenflächigen Boden auf dem das Gerät verfährt, wobei das Gerät elektrisch betriebene Verfahrräder aufweist und wobei das Gerät mit einer Hinderniserkennung versehen ist, die aus optischen Sende- und Empfängereinheiten besteht, wobei weiter zur Rundumerfassung mittels eines von der Sendeeinheit ausgesandten Abtaststrahls zumindest ein Teil der Sende- und Empfängereinheiten um 180° oder mehr drehbar ist.
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Geräte und Verfahren der in Rede stehenden Art sind bekannt, so bspw. in Form von bzw. für selbsttätig verfahrbare Saug- und/oder Reinigungsgeräte, insbesondere zur Abreinigung von Fußböden, darüber hinaus in weiterer Ausgestaltung bspw. auch in Form eines selbsttätig verfahrbaren Transportgerätes oder bspw. in Form eines Rasenmähgerätes. Derartige Geräte sind bevorzugt mit Abstandssensoren versehen, um so bspw. eine Kollision mit im Verfahrweg stehenden Gegenständen oder dergleichen zu vermeiden. Diese Sensoren arbeiten bevorzugt berührungslos, so weiter bevorzugt als Lichtsensoren. Hierzu ist es weiter bekannt, das Gerät mit Mitteln zur Rundum-Abstandsmessung zu versehen, so weiter bspw. in Form eines optischen Triangulationssystems, welches auf einem, bevorzugt um eine Vertikalachse des Gerätes rotierenden Drehteil angeordnet ist. Mittels eines solchen Systems können Abstandsmessungen zufolge Reflektionen erreicht werden, welche Abstandsmessungen zur Raumorientierung, weiter insbesondere im Zuge der selbsttätigen Arbeit zur Hinderniserkennung sowie weiter bevorzugt zum Anlegen einer Karte der zu befahrenden Räumlichkeit und somit entsprechend zur Erstellung einer Kartierung genutzt werden. Diesbezüglich wird bspw. auf die
DE 10 2008 014912 A1 verwiesen. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zwecke, Merkmale dieser Patentanmeldung in Ansprüche vorliegender Erfindung mit einzubeziehen. Zur Rundum- bzw. zur annähernd Rundum-Hinderniserfassung wird das zumindest einen Teil der Sende- und Empfängereinheiten aufweisende Drehteil bevorzugt kontinuierlich in einer Richtung oder alternierend bevorzugt um eine Vertikalachse angetrieben. Weiter sind Verfahren für derartige Geräte bekannt, welche ggf. über die vorbeschriebene Hinderniserkennung hinaus zur Lageerkennung des Gerätes dienen. Hierzu dient insbesondere ein Lagesensor, welcher bspw. die Erdbeschleunigung misst und bei Schiefstellung des Gerätes entsprechend geänderte Beschleunigungsvektoren feststellt. Auch sind Geräte bekannt, welche einen sogenannten Wandfolgesensor aufweisen, der horizontal zur Seite abstrahlend zur Orientierung des Gerätes bspw. entlang einer Fußleiste oder dergleichen dient. Weiter ist bekannt, dem Gerät eine Basisstation zuzuordnen, an welcher Basisstation insbesondere eine Wiederaufladung der geräteseitigen Akkumulatoren vorgenommen werden kann, ggf. auch eine Entleerung des geräteseitigen Schmutzbehälters bei Ausbildung des Gerätes als Bodenstaub-Aufsammelgerät. Ein Anfahren der Basisstation erfolgt hierbei bevorzugt unter Zuhilfenahme der geräteseitigen Sensorik, insbesondere der optischen Sende- und Empfängereinheiten, die weiter bevorzugt auch zur Hinderniserkennung genutzt werden.
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Aus der
JP 2009- 110 251 A ist eine Hindernisdetektionseinrichtung mit zwei Laserscannern offenbart, welche in vertikaler Richtung verschwenkt werden können und deren Detektionsbereiche sich des Weiteren überlappen können, um Objekte in Vorwärtsrichtung eines sich autonom fortbewegenden Fahrzeugs zu detektieren.
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Die
US 2007/0 061 040 A1 offenbart einen Roboter mit einem horizontal orientierten Wandfolgesensor und einer zusätzlichen Hinderniserkennung, welche eine Rundumerfassung um das Gerät ermöglicht.
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Die
DE 10 2009 003 748 A1 offenbart einen Reinigungsroboter mit einer Detektionseinrichtung, welche in einer Einsatzumgebung des Gerätes eine oder mehrere Positionsmarken detektieren kann. Die Positionsmarken sind sich veränderbare, jedoch Wiederholungen aufweisende und durch ein Abtastverfahren des Gerätes erkennbare Strukturen.
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Aus der
DE 10 2008 014 912 A1 ist des Weiteren ein Reinigungsgerät offenbart, welches eine Hinderniserkennung aufweist, die in vertikaler Richtung oszillieren und somit Entfernungen in unterschiedlichen Höhenlagen bestimmen kann.
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Eine mögliche Lösung der Aufgabe ist nach einem ersten Erfindungsgedanken bei einem Verfahren gegeben, bei welchem darauf abgestellt ist, dass zumindest zeitweise der Abtaststrahl abweichend von einer Horizontalen verlaufend vorgesehen wird und eine hierbei zufolge Auftreffen des Abtaststrahls auf den Boden sich ergebende gekrümmte Reflexionslinie mit einer im Hinblick auf eine Ablenkung aus der Horizontalen bekannten Linie über einen bestimmten Winkelabschnitt verglichen wird und eine Abweichung zur Bestimmung einer Verkippungslage des Gerätes relativ zum Boden herangezogen wird. Zufolge des vorgeschlagenen Verfahrens werden die zufolge des reflektierten Abtaststrahles ermittelten Scandaten zur Erkennung der Schieflage bzw. der Neigung des Gerätes relativ zum zu befahrenden Boden genutzt. Die Neigungsstellung ist insbesondere für die Orientierung des Gerätes im Raum wichtig, um so den korrekten Abstand zu Hindernissen berechnen zu können und/oder um ggf. den kompletten Scan verwerfen zu können. Der Abtaststrahl ist hierbei bevorzugt so ausgerichtet, dass dieser stets oder auch nur zeitlich begrenzt in einem bevorzugt festen Winkel zum Gerät in Richtung auf den zu befahrenden Boden strahlt. Hierdurch wird der Scan des Abtaststrahls zwangsläufig bei einem nicht geneigten Gerät kreisförmig bzw. kreisabschnittförmig bei einem nicht rundumlaufenden Scan. Es ergibt sich eine entsprechend kreisförmige bzw. kreisabschnittförmige Reflexionslinie auf dem Boden. Ist das Gerät gegenüber dem zu befahrenden Boden geneigt, so ändert sich das Schnittbild in Richtung Ellipse und mit weiterer Neigung ggf. in Richtung einer Hyperbel. Die Reflexionslinie wird geräteintern bevorzugt unter Nutzung eines entsprechenden Algorithmus zumindest über einen bestimmten Winkelabschnitt, weiter bevorzugt über 360° mit bevorzugt hinterlegten Ellipsen und Hyperbeln verglichen, woraus als Ergebnis die Neigungsstellung des Roboters relativ zum Boden ermittelt wird. Bei der üblichen Verfahrbewegung des Gerätes wird weiter mittels der Sende- und Empfängereinheit eine Hinderniserkennung erreicht, wozu der Abstand zu Hindernissen in der Bewegungsebene bevorzugt durch die Korrektur des gemessenen Wertes mittels Multiplikation mit dem Kosinus des Abweichwinkels des Abtaststrahles insbesondere zur Horizontalebene bestimmt wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches 1 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruches 1 oder des jeweiligen weiteren Anspruches oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
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So ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abweichwinkel 1 bis 5 Grad, bevorzugt 3 Grad relativ zu einer Horizontalebene beträgt. Dies ist weiter bevorzugt erreicht zufolge entsprechender Ausrichtung und Neigung der Sendeeinheit, insbesondere der Hinderniserkennung. Eine Erweiterung eines solchen kegelförmig verkippten Laserscanners ist weiter bevorzugt durch das Verkippen der Rotationsachse des Laserscanners, insbesondere der Sendeeinheit erreicht. Entsprechend beschreibt der Abtaststrahl in diesem Fall die Fläche eines geneigten Kegels, womit ohne Fahrbewegung des Gerätes bei einer Rotation des Gerätes auf der Stelle in eine Richtung betrachtet je Scanner- bzw. Sendeeinheit-Umdrehung Messungen in unterschiedlichen Höhen durchführbar sind.
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Die Erfindung betrifft weiter ein selbsttätig verfahrbares Gerät, insbesondere Bodenstaub-Aufsammelgerät, wobei das Gerät elektrisch betriebene Verfahrräder aufweist und einen Wandfolgesensor, der mittels eines horizontalen Strahls eine Wand abtastet, wobei das Gerät weiter mit einer Hinderniserkennung versehen ist, die aus optischen Sende- und Empfängereinheiten besteht, wobei weiter zur Rundumerfassung mittels eines von der Sendeeinheit ausgesandten Abtaststrahls zumindest ein Teil der Sende- und Empfängereinheiten um 180° oder mehr drehbar ist.
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Geräte der in Rede stehenden Art sind bekannt, so bspw. aus der eingangs zitierten Literatur.
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Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Gerät der in Rede stehenden Art insbesondere hinsichtlich dessen Sensorik zur Orientierung weiter zu verbessern.
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Eine mögliche Lösung der Aufgabe ist nach einem ersten Erfindungsgedanken bei einem Gerät gegeben, bei welchem darauf abgestellt ist, dass zumindest zeitweise der Abtaststrahl der umlaufenden Hinderniserkennung abweichend von einer Horizontalen verlaufend vorgesehen ist, wobei eine hierbei zufolge Auftreffen des Abtaststrahls auf den Boden sich ergebende gekrümmte Reflexionslinie mit einer im Hinblick auf eine Ablenkung aus der Horizontalen bekannten Linie über einen bestimmten Winkelabschnitt verglichen wird und eine Abweichung zur Bestimmung einer Verkippungslage des Gerätes relativ zum Boden herangezogen wird. Entsprechend sind bevorzugt sowohl die Sende- als auch Empfängereinheiten der bevorzugt um 180° oder mehr drehbaren Hinderniserkennung gegenüber einer Horizontalebene, weiter insbesondere gegenüber einer im Betrieb des Gerätes bodenparallelen Ebene geneigt. Diese Neigung ist so gewählt, dass der ausgesandte Abtaststrahl der Sendeeinheit in Richtung des von dem Gerät zu befahrenden Boden strahlt. Hierdurch wird die vom Boden reflektierte Scanlinie der insbesondere als Laserscanner ausgebildeten Hinderniserkennung bei einem ordnungsgemäß ausgerichteten Gerät, d.h. bei einem Gerät, welches gegenüber dem zu befahrenden Boden nicht geneigt ist, in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Hinderniserkennung zumindest kreisabschnittförmig. Bei einer weiter bevorzugten Rundum-Scannung mit einer entsprechend um 360° drehbaren Hinderniserkennung ergibt sich ein kreisförmiges Schnittbild auf dem zu befahrenden Boden. Die Größe, d.h. der Durchmesser dieses Kreises wird hierbei durch die vertikale Beabstandung der Sende- und Empfängereinheiten der Hinderniserkennung relativ zum zu befahrenden Boden und dem Neigungwinkel insbesondere des Abtaststrahls bestimmt und stellt entsprechend bevorzugt gleichzeitig den maximalen Scanner-Radius bei nicht geneigtem Gerät dar. Ist das Gerät verkippt, so ändert sich das Schnittbild des Scans auf dem zu befahrenden Boden in Richtung Ellipse bis hin in Richtung zu einer Hyperbel. Dieses Abbild des Scanschnittes ist zufolge Lichtreflektionen und damit einhergehender Abstandsmessung bevorzugt mittels einer entsprechenden geräteinternen Software auswertbar, wobei insbesondere in dem Fall, dass das Schnittbild von einem Kreis abweicht, dieses mit bevorzugt in dem Gerät hinterlegten Vergleichsellipsen bzw. Vergleichshyperbeln verglichen wird, quasi das Scanbild in vorgegebene Ellipsen bzw. Hyperbeln eingepasst wird, woraus die Schiefstellung des Gerätes relativ zum zu befahrenden Boden berechnet werden kann. Zufolge der vorgeschlagenen Lösung ist mittels nur eines Sensors zugleich eine Hinderniserkennung und eine Neigungserkennung des Gerätes verwirklicht. Der Abstand zu Hindernissen in der Bewegungsebene wird bevorzugt durch die Korrektur des gemessenen Wertes mittels Multiplikation mit dem Kosinus des Reibungswinkels des Abtaststrahles bestimmt. Auch ist durch die vorgeschlagene Abweichung des Abtaststrahles von einer Horizontalen ein Scannen der Umgebung des Gerätes auch unterhalb einer Gehäuseoberkante des Gerätes ermöglicht. Dies bietet weiter bevorzugt die Möglichkeit einer Unterstützung eines Wandfolgesensors, da zufolge der Schiefstellung des Abtaststrahles, insbesondere der Neigung desselben in Richtung Boden die Hinderniserkennung auch Objekte erkennt, die tiefer als das Gehäuse des Gerätes sind. Somit können diese Informationen beim Wandfolgen sinnvoll genutzt werden. In weiterer Ausgestaltung ersetzt ein solch ausgerichteter Abtaststrahl der Hinderniserkennung einen Wandfolgesensor. Auch werden durch die vorgeschlagene Lösung Objekte, wie bspw. schief stehende Fußbeine von Möbeln oder dergleichen, vom Gerät frühzeitig erkannt und können bei der Navigation entsprechend berücksichtigt werden. Auch Abgründe, wie bspw. abgehende Treppen, sind hierdurch bereits frühzeitig erkennbar, darüber hinaus auch höhere, zu überfahrende Hindernisse, wie bspw. Schwellen oder Teppichkanten, die bei entsprechender frühzeitiger Erkennung zufolge des insbesondere in Richtung des Bodens geneigten Abtaststrahls unter Berechnung eines Anfahrweges gezielt schräg, bspw. in einem Winkel von 45°, angefahren werden können. Durch die Analyse der Scandaten (Kreis, Ellipse, Parabel, Hyperbel usw.) des bevorzugt zweidimensionalen Laserscanners (Hinderniserkennung bestehend aus optischen Sende- und Empfängereinheiten) können dreidimensionale Informationen des Raumes und darüber hinaus bevorzugt die Neigung des Gerätes bestimmt werden. Zudem ist hierdurch die Möglichkeit geschaffen, die zur Hinderniserkennung genutzten Sende- und Empfängereinheiten zufolge des abweichend von einer Horizontalen verlaufenden Abtaststrahls dazu einzusetzen, die Wandfolgeeigenschaften, die Navigation und darüber hinaus bevorzugt auch die Orientierung in Richtung auf eine Basisstation und das Andocken an derselben zu verbessern. Bevorzugt ist ein Abweichwinkel des Taststrahls relativ zu einer Bodenparallelen bzw. zur Horizontalen von 1 bis 5 Grad, weiter bevorzugt 3 Grad vorgesehen.
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Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern.
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Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Wandverfolgung eines selbsttätig verfahrbaren Geräts, insbesondere Bodenstaub-Aufsammelgerät, wobei das Gerät elektrisch betriebene Verfahrräder aufweist und einen Wandfolgesensor, der mittels eines horizontalen Strahls eine Wand abtastet, wobei das Gerät weiter mit einer Hinderniserkennung versehen ist, die aus optischen Sende- und Empfängereinheiten besteht, wobei weiter zur Rundumerfassung mittels eines von der Sendeeinheit ausgesandten Abtaststrahls zumindest ein Teil der Sende- und Empfängereinheiten um 180° oder mehr drehbar ist, wobei ein im Blickwinkel des Wandfolgesensors durch die Hinderniserkennung erfasstes Hindernis als Wand gewertet wird.
Verfahren der in Rede stehenden Art sind bekannt.
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Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern.
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Eine mögliche Lösung der Aufgabe ist nach einem ersten Erfindungsgedanken bei einem Verfahren gegeben, bei welchem darauf abgestellt ist, dass zumindest zeitweise der Abtaststrahl abweichend von einer Horizontalen verlaufend vorgesehen wird und eine hierbei zufolge Auftreffen des Abtaststrahls auf den Boden sich ergebende gekrümmte Reflexionslinie mit einer im Hinblick auf eine Ablenkung aus der Horizontalen bekannten Linie über einen bestimmten Winkelabschnitt verglichen wird und eine Abweichung zur Bestimmung einer Verkippungslage des Gerätes relativ zum Boden herangezogen wird. Zufolge des vorgeschlagenen Verfahrens wirkt der Abtaststrahl der Hinderniserkennung hinsichtlich der Wandverfolgung des selbsttätig verfahrbaren Gerätes unterstützend zu dem mit einem horizontalen Strahl die Wand abtastenden Wandfolgesensor. Hierzu ist der Abtaststrahl der Sendeeinheit der Hinderniserkennung zumindest zeitweise abweichend von einer Horizontalen verlaufend vorgesehen, weiter bevorzugt einen Abweichwinkel von 1 bis 5 Grad, insbesondere 3 Grad zu einer Horizontalen einschließend. Entsprechend der bevorzugten Neigung des Abtaststrahls sind auch Objekte oder Hindernisse erkennbar, die tiefer als das Gehäuse des Gerätes liegen, so bspw. Fußleisten entlang einer Wand, entlang welcher Fußleiste das Gerät dieser folgend verfahren soll. Der Messpunkt des geneigten Abtaststrahls ist hierbei dem Messpunkt des Wandfolgesensors örtlich nah. Weiter ist durch das vorgeschlagene Verfahren auch eine Wandverfolgung des Gerätes ermöglicht entlang einer Wand oder einer Fußleiste, welche unterhalb der Scanlinie des horizontal abtastenden Wandfolgesensors angeordnet ist.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Annähern eines selbsttätig verfahrbaren Geräts, insbesondere Bodenstaub-Aufsammelgerät, an ein Objekt, wie eine Basisstation, wobei das Objekt eine optische Kodierung, wie einen Barcode, aufweist.
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Verfahren der in Rede stehenden Art sind bekannt und dienen insbesondere dem lagegenauen Anfahren an ein Objekt, darüber hinaus bevorzugt zur Erlangung einer lagegenauen Parkposition an oder auf dem Objekt, wie insbesondere einer Basisstation. Eine solche Basisstation dient bevorzugt zur Aufladung geräteseitiger Akkumulatoren und/oder der Entleerung eines Schmutzsammelbehälters des Gerätes bei Ausbildung des Gerätes insbesondere als Bodenstaub-Aufsammelgerät. Das Objekt, was in weiterer Ausführung auch eine sogenannte Landmarke oder auch eine weitere Markierung im Raum sein kann, weist eine optische Kodierung auf, welche von dem selbsttätig verfahrbaren Gerät insbesondere mittels Abtastung erfassbar und bevorzugt innerhalb des Gerätes auswertbar ist. Als optische Kodierung kommen hierbei bevorzugt Barcodes zur Anwendung, insbesondere zweidimensionale Barcodes, weiter bevorzugt auch sogenannte QR-Codes. Diese dienen bspw. als Information über den Standort und/oder lösen nach Einscannen mittels des Gerätes eine bestimmte Funktion des Gerätes aus. So dient weiter bevorzugt ein solcher Barcode angeordnet an einer Basisstation für ein selbsttätig verfahrbares Gerät dem gerichteten Anfahren des Gerätes in Richtung auf die Basisstation.
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Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern.
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Eine mögliche Lösung der Aufgabe ist nach einem ersten Erfindungsgedanken bei einem Verfahren gegeben, bei welchem darauf abgestellt ist, dass die Kodierung in vertikaler Richtung wiederholt an dem Objekt vorgesehen ist, wobei eine wiederholte Kodierung sich in einer Information unterscheidet, die einer vertikalen Höhe zuordbar ist. Zufolge der vorgeschlagenen Lösung ist ein verbessertes Verfahren zum Annähern eines selbsttätig verfahrbaren Gerätes an ein Objekt, wie insbesondere eine Basisstation angegeben. Die sich in vertikaler Richtung wiederholende Kodierung enthält bevorzugt unterschiedliche Merkmale, die weiter bevorzugt mit zunehmender vertikaler Höhe sich insbesondere in ihrem Informationsgehalt unterscheiden. So nimmt weiter bevorzugt die Detaillierung der Informationen mit der vertikalen Höhenposition der optischen Kodierung zu. Dies bietet sich insbesondere an bei selbsttätig verfahrbaren Geräten, welche weiter bevorzugt mit einer bspw. auf Infrarotbasis arbeitenden Hinderniserkennung versehen sind, so insbesondere bei Geräten gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 3. Die Auflösung einer solchen scannerartigen Hinderniserkennung ist entfernungsabhängig, so dass aus größerer Entfernung in der Regel keine detaillierten Informationen, bspw. in Form eines feinstrichigen Barcodes erkannt werden können. Grobe Barcodemuster hingegen sind auch bei größerer Entfernung des Gerätes zum den Barcode tragenden Objekt erkennbar, dienen entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren einer ersten Orientierung. So ist bevorzugt hierdurch erreicht, dass das Gerät zunächst das Objekt als solches und für das Gerät zuständig erkennt. Mit Annährung an das Objekt treten bevorzugt das oder die vertikal höher angeordneten weiteren optischen Kodierungen in den Erfassungsbereich des geräteseitigen Scanners, wobei zufolge der verringerten Entfernung zum Objekt nunmehr auch detailliertere Kodierungen, bspw. feinstrichigere Barcodes erfass- und auswertbar sind. Weiter bevorzugt erweist sich ein solches Verfahren insbesondere in Verbindung mit einem Gerät gemäß den Merkmalen des Anspruches 3 von Vorteil, bei welchem Gerät der Abtaststrahl der umlaufenden Hinderniserkennung abweichend von einer Horizontalen verlaufend vorgesehen ist, weiter bevorzugt um einen Abweichwinkel von 3 Grad gegen den zu befahrenden Boden. Entsprechend wird bevorzugt im Fernbereich von bspw. 2 bis 3 Metern zum Objekt eine vertikal untere optische Kodierung an dem Objekt erfasst, welche hinsichtlich ihrer Auflösung grob gestaltet ist. Im Bereich einer mittleren Entfernung des Gerätes zum Objekt von bspw. 1 bis 2 Metern wird durch den geneigten Abtaststrahl bevorzugt eine vertikal mittlere optische Kodierung erfasst, welche gegenüber der vertikal darunter angeordneten Kodierung detaillierter gestaltet ist und somit bevorzugt ergänzende Informationen im Zuge der Abtastung vermittelt. Im Nahbereich von bevorzugt weniger als 1 Meter Entfernung zwischen dem Gerät und dem Objekt erfasst der bevorzugt geneigte Abtaststrahl weiter bevorzugt eine vertikal oberste optische Kodierung, welche insbesondere gegenüber der vertikal untersten optischen Kodierung filigran, d.h. bevorzugt hoch auflösend gestaltet ist. Diese insbesondere feingliedrige optische Kodierung hilft bei entsprechender Erfassung bevorzugt mittels des Abtaststrahls im Nahbereich insbesondere einer korrekten Ausrichtung des Gerätes relativ zum Objekt, bspw. zum Andocken des Gerätes an eine Basisstation.
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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 Seitenansicht ein Gerät der in Rede stehenden Art, bei Parallelausrichtung des Gerätes zum zu befahrenden Boden;
- 2 die Draufsicht hierzu mit einer dargestellten, durch einen Abtaststrahl des Gerätes erzeugten kreisförmigen Reflexionslinie;
- 3 eine der 1 entsprechende Darstellung, jedoch eine Neigungsstellung des Gerätes betreffend;
- 4 die Draufsicht hierzu mit der zufolge Neigung des Gerätes resultierenden ellipsenförmigen Reflexionslinie;
- 5 das Gerät in einer Rückansicht im Zuge einer Wandverfolgung;
- 6 eine der 2 entsprechende Draufsichtdarstellung im Zuge des Anfahrens des Gerätes an ein Objekt in Form einer Basisstation;
- 7 in Einzeldarstellung eine an dem Objekt, insbesondere Basisstation angeordnete optische Kodierung;
- 8 in Seitenansicht gemäß 1 das Gerät sowie die Basisstation, bei in strichpunktierter Linienart wiedergegebener Annäherung des Gerätes an die Basisstation.
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Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 ein selbsttätig verfahrbares Gerät 1 in Form eines selbsttätig verfahrbaren Bodenstaub-Aufsammelgerätes, mit einem Chassis, welches unterseitig, dem zu pflegenden Boden 8 zugewandt, elektromotorisch angetriebene Verfahrräder 4 sowie eine über die Unterkante des Chassisbodens hinausragende, gleichfalls elektromotorisch angetriebene Bürste 5 trägt. Das Chassis ist überfangen von einer Gerätehaube 2, wobei das Gerät 1 der dargestellten Ausführungsform einen bevorzugten kreisförmigen Grundriss aufweist.
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Weiter kann das Gerät 1 zusätzlich oder auch alternativ zu der Bürste 5 eine Saugmundöffnung aufweisen. In diesem Fall ist in dem Gerät 1 weiter ein Sauggebläsemotor angeordnet, der elektrisch betrieben ist.
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Die Elektroversorgung der einzelnen Elektrokomponenten des Gerätes 1, wie für den Elektromotor der Verfahrräder 4, für den Elektroantrieb der Bürste 5, gegebenenfalls für das Sauggebläse und darüber hinaus für die weiter vorgesehene Elektronik in dem Gerät 1 zur Steuerung desselben ist über einen nicht dargestellten, wieder aufladbaren Akkumulator erreicht.
Es besteht das Bedürfnis, bei derartigen Geräten 1 Hindernisse zu erkennen, um ein Festfahren des Gerätes 1 zu verhindern. Hierzu ist eine sensorische Hinderniserkennung H vorgesehen. Diese wird weiter bevorzugt auch dazu genutzt, um mittels Abstandsmessungen zu Gegenständen und Raumbegrenzungen eine Karte der Umgebung anzulegen.
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Die Hinderniserkennung H besteht im Wesentlichen bevorzugt aus einer kombinierten optischen Sende- und Empfängereinheit 3. Diese beruhen auf einem optischen Messverfahren, wie insbesondere auf einem Phasenkorrelationsverfahren, Lichtlaufzeitmessung oder einem Heterodynverfahren.
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Als Sendeeinheit dient bevorzugt eine Laserdiode oder alternativ eine LED oder OLED, weiter alternativ eine auf Basis der Elektrolumineszenz arbeitende Lichtquelle. Bevorzugt wird eine Laserdiode mit rotem sichtbaren Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm, grünes sichtbares Licht im Bereich von 532 nm oder nicht sichtbares Licht im Infrarotbereich zwischen 780 nm und 1.100 nm. Darüber hinaus ist auch Licht im ultravioletten Bereich möglich.
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Als Empfängereinheit wird ein optischer Empfänger verwendet, der zumindest im gewählten Wellenlängenbereich der Sendeeinheit empfindlich ist. Die Empfängereinheit ist ausgeführt als zumindest ein Fototransistor, eine Fotodiode, Fotowiderstand, CCD-Chip oder auch CMOS-Chip, wobei der optische Empfänger als einzelnes Empfangs-Element zur Erfassung eines einzelnen eingehenden Lichtsignals oder als mehrzelliges Array bzw. als mehrzellige Zeile zur simultanen oder sequenziellen Erfassung mehrerer eingehender Lichtsignale ausgebildet ist.
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Insbesondere die Sendeeinheit, weiter bevorzugt die kombinierte Sende- und Empfängereinheit 3 ist so ausgerichtet, dass der ausgesandte Abtaststrahl 6 abweichend von einer quer zur das Gerät 1 zentral durchsetzenden Körperachse ausgerichteten Horizontalebene abweicht, dies bevorzugt unter Einschluss eines Abweichwinkels α von 3 Grad zu der quer zur zentralen Körperachse x ausgerichteten Ebene.
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Die Sende- und Empfängereinheit 3 ist weiter bevorzugt in einer zentralen, über die Decke der Gerätehaube 2 vertikal sich nach oben erstreckende Erhebung 7 und weiter rotierend um die zentrale Körperachse x des Gerätes 1 angeordnet. Die Rotation der Sende- und Empfängereinheit 3 erfolgt bevorzugt elektromotorisch, dies bevorzugt unter entsprechender rotatorischer Mitnahme der die Einheit aufnehmenden Erhebung 7, wozu letztere im Durchtrittsbereich des Abtaststrahles 6, weiter entsprechend auch im Durchtrittsbereich des reflektierten Lichtstrahles transparent gestaltet ist oder eine entsprechende Öffnung aufweist. Alternativ dreht die Sende- und Empfängereinheit 3 relativ zu der feststehenden Erhebung 7, wobei in diesem Fall letztere umlaufend in der Wandung zum Durchtritt insbesondere des Abtaststrahles 6 transparent gestaltet ist.
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Gemäß den Darstellungen in den 1 und 2 wird zufolge des um den Winkel α geneigten Abtaststrahles 6 bei einem ordnungsgemäß ausgerichteten Gerät 1, d.h. bei bevorzugt exakter senkrechter Ausrichtung der Körperachse x zum zu befahrenden Boden 8, auf dem Boden 8 mit einem Abstand r zur zentralen Achse x eine kreisförmige Reflexionslinie 9 erzeugt. Der Abstand r ist hierbei durch den vertikalen Abstand zwischen Boden 8 und der Sende- und Empfängereinheit 3 und dem Winkel α bestimmt, wobei die vertikale Höhe bevorzugt 10 bis 20 cm, weiter bevorzugt 15 cm beträgt. Der Abstand r stellt zugleich den maximalen Scanner-Radius unter nicht geneigten Umständen des Gerätes 1 dar.
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Ist das Gerät 1 hingegen verkippt, d.h. die zentrale Achse des Gerätes 1 erstreckt sich nicht exakt senkrecht zum Boden 8 (vergleiche 3), so ändert sich die Reflexionslinie 9 in Richtung einer Ellipse (vergleiche 4) und mit weiterer Verkippung des Gerätes 1 gegebenenfalls bis hin zu einer Hyperbel. Das sich ergebende Scanbild (Bild der Reflexionslinie 9) wird ausgewertet, in dem die dem Scanbild am nächsten kommende, insbesondere in einem Speicher hinterlegte Ellipse oder Hyperbel eingepasst wird, woraus als Ergebnis auf die Schiefstellung des Gerätes 1 geschlossen werden kann, bis hin zur exakten Ermittlung des Winkels der Schiefstellung des Gerätes 1.
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Der Abstand zu Hindernissen in der Bewegungsebene des Gerätes 1 kann durch die Korrektur des bemessenen Wertes mittels Multiplikation mit dem Kosinus des Winkels α bestimmt werden.
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Entsprechend ist zufolge der geneigten Ausrichtung des Abtaststrahles 6 kein gesonderter Neigungssensor erforderlich.
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Durch die geneigte Stellung des Abtaststrahles 6 ist zudem auch ein Wandfolgesensor 10 unterstützbar. In 5 ist ein Gerät 1 mit einem solchen Wandfolgesensor 10 dargestellt. Der Wandfolgesensor 10 richtet einen bevorzugt horizontalen, insbesondere quer zur Achse x ausgerichteten Sendestrahl 11 aus, insbesondere zur Abtastung einer Wand, entlang welcher das Gerät 1 verfahren soll. Zufolge der geneigten Ausrichtung des Abtaststrahles 6 ist über die Hinderniserkennung H auch ein Objekt 12 erkennbar, welches tiefer als die Oberflächenebene im Deckenbereich der Gerätehaube 2 liegt. Diese Informationen können beim Wandfolgen entsprechend sinnvoll genutzt werden.
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Darüber hinaus sind zufolge des geneigten Abtaststrahles 6 auch Objekte, wie bspw. schief stehende Fußbeine von Möbeln oder dergleichen, frühzeitig erkennbar und können bei der Navigation entsprechend berücksichtigt werden.
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Auch Abgründe, wie bspw. Treppenabgänge, können zufolge des geneigten Abtaststrahles 6 frühzeitig erkannt werden, darüber hinaus auch Abgründe, welche sich hinter dem Gerät 1 befinden, zufolge der rundum laufenden Sende- und Empfängereinheit 3.
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Darüber hinaus ist bevorzugt die Navigation des Gerätes so angepasst und insgesamt verbessert, dass unter Nutzung des geneigten Abtaststrahles 6 frühzeitig höhere Hindernisse, wie bspw. Schwellen oder Teppichkanten, erkannt werden, welche dann bevorzugt gezielt schräg angefahren und überwunden werden.
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Dem Gerät 1 ist weiter bevorzugt gemäß den Darstellungen in den 6 bis 8 ein Objekt in Form einer Basisstation 13 zugeordnet. Diese dient bevorzugt zur Aufladung der geräteinternen Akkumulatoren. Entsprechend besteht der Bedarf, dass das Gerät 1 in der Parkposition an bzw. auf der Basisstation 13 exakt ausgerichtet ist, um so eine Kontaktierung der geräteseitigen und basisstationsseitigen Elektrokontakte sicherzustellen.
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Die Basisstation 13 ist zur Lokalisierung bzw. Erkennung durch das Gerät 1 bevorzugt mit einer optischen Kodierung 14 versehen. Diese ist bevorzugt ein Barcode. Das Erkennungsmuster der optischen Kodierung 14 ist bevorzugt auf die entfernungsabhängige Auflösung der Sende- und Empfängereinheit 3 angepasst. Hierzu wiederholt sich die optische Kodierung 14 in vertikaler Richtung, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie weiter bevorzugt, drei Kodierungsbereiche 15 bis 17 vorgesehen sind. Die jeweilige Kodierung in den Kodierungsbereichen 15 bis 17 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Information in der Form, dass diese Information einer vertikalen Höhe der optischen Kodierung 14 zuordbar ist. So ändern sich die Kodierungsbereiche 15 bis 17 ausgehend von dem unteren Kodierungsbereich 15 hin zum vertikal oberen Kodierungsbereich 17 von sehr grob bis filigran.
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Der untere Kodierungsbereich 15 weist einen recht groben Strichcode auf, zur Erfassung durch die Sende- und Empfängereinheit 3 im Fernbereich, bspw. in einem Abstandsbereich von 2 bis 3 Metern. Diese Information dient dem Gerät 1 bspw. zur Erkennung der Basisstation 13 und zur groben Orientierung zum Anfahren der Basisstation 13.
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Mit Annäherung an die Basisstation 13 und damit Verringerung des Abstandes zwischen Sende- und Empfängereinheit 3 und Basisstation 13 bzw. optischer Kodierung 14 erreicht der Abtaststrahl 6 zufolge dessen Neigung den mittleren Kodierungsbereich 16, welcher gegenüber dem ersten Kodierungsbereich 15 feiner strukturiert ist und entsprechend weitere Informationen vermittelt. Dieser mittlere Kodierungsbereich 16 ist bevorzugt zur Erfassung im mittleren Abstandsbereich von bevorzugt 1 bis 2 Metern zwischen Gerät 1 und Basisstation 13 ausgelegt.
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Im Nahbereich von bevorzugt weniger als 1 Meter erfasst der Abtaststrahl 6 den vertikal obersten Kodierungsbereich 17, welcher gegenüber den hierunter angeordneten Kodierungsbereichen 15 und 16 feinstrukturiert ist.
Diese weiteren Informationen im Bereich des Kodierungsbereiches 17 dienen bevorzugt der exakten Ausrichtung des Gerätes 1 zur Basisstation 13, welcher fein strukturierte Kodierungsbereich 17 zufolge des relativ geringen Abstandes zum Gerät 1 durch die Empfängereinheit sicher erkannt werden kann.
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Eine Erweiterung des vorgeschlagenen kegelförmig verkippten Abtaststrahls 6 ist durch das Verkippen der Rotationsachse der Sende- und Empfängereinheit 3 erreichbar. Somit beschreibt dann der Abtaststrahl 6 einen geneigten Kegel, womit ohne Fahrbewegung bei einer Rotation des Gerätes 1 auf der Stelle in eine Richtung betrachtet je Rotorumdrehung Messungen in unterschiedlichen vertikalen Höhen durchführbar sind.
