Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen, selbstfahrenden Staubsaugersystems, das im Folgenden entsprechend der mittlerweile üblichen Terminologie mitunter auch als Staubsaugerroboter oder kurz als Robotsauger bezeichnet wird. Im Weiteren betrifft die Erfindung auch einen nach dem Verfahren arbeitenden Robotsauger.The invention relates to a method for operating an autonomous, self-propelled vacuum cleaner system, which will be referred to below as the vacuum cleaner robot or robot vacuum cleaner according to the meanwhile common terminology. Furthermore, the invention also relates to a Robotsauger working by the method.
Bekannte Robotsauger nutzen häufig wiederaufladbare Akkus für die Versorgung mit elektrischer Energie. Die begrenzte Kapazität solcher Akkus schränkt naturgemäß die mögliche Saugleistung, aber auch die für Bahnplanungsaufgaben und dergleichen verwendbare Rechenleistung ein. Mit einer kabelgebundenen Stromversorgung wäre eine höhere Rechenleistung, aber speziell auch eine höhere Saugleistung möglich. Eine auf diese Weise mögliche höhere Rechenleistung würde die Implementation leistungsfähiger Bahnplanungsalgorithmen und/oder leistungsfähiger Algorithmen zur Erkennung und Analyse der Umgebung, in der sich der Robotsauger bewegt, erlauben. Damit ließe sich ein höherer Autonomiegrad des Robotsaugers und im Ergebnis auch eine bessere und gleichmäßigere Bearbeitung des Untergrunds in der für den Robotsauger erreichbaren Umgebung erreichen.Known Robotsauger often use rechargeable batteries for the supply of electrical energy. The limited capacity of such batteries naturally limits the possible suction power, but also the computing power that can be used for path planning tasks and the like. With a wired power supply would be a higher computing power, but especially a higher suction power possible. Such higher computing power would allow the implementation of powerful path planning algorithms and / or powerful algorithms to detect and analyze the environment in which the robot vacuum moves. This would allow a higher degree of autonomy of the robotic vacuum cleaner and, as a result, a better and more uniform processing of the surface in the environment that can be achieved for the robotic vacuum cleaner.
Allerdings verzichten auch bekannte Robotsauger mit einer kabelgebundenen Stromversorgung auf eine interne Modellierung des zur Stromversorgung des Robotsaugers vorgesehenen Stromkabels (im Folgenden mitunter auch nur kurz als Kabel bezeichnet). Eine Ansteuerung einer Kabeltrommel, auf der das Kabel auch im Betrieb des Robotsaugers zumindest teilweise aufgewickelt ist, richtet sich dann nach einer jeweiligen Straffheit des Kabels, also dem Ausmaß, in dem das Kabel zwischen dem Robotsauger und einer Steckdose gespannt ist. Weil der Verlauf des Kabels im Raum unbekannt ist, bleibt er bei der Bewegungsplanung unberücksichtigt und hat keine Auswirkung auf die Fahrstrategie des Robotsaugers.However, known robotic vacuum cleaners with a wired power supply also do without internal modeling of the power cable provided for powering the robotic vacuum cleaner (sometimes also referred to as cable for short). A control of a cable drum on which the cable is at least partially wound even during operation of the robot vacuum, then depends on a respective tightness of the cable, ie the extent to which the cable between the Robotsauger and a socket is stretched. Because the course of the cable in the room is unknown, it remains unconsidered in the movement planning and has no effect on the driving strategy of Robotsaugers.
Nachteilig bei einem Ansatz, der den Verlauf des Kabels im Raum unberücksichtigt lässt, ist zum Beispiel, dass mit großer Wahrscheinlichkeit starke Kräfte auf Hindernisse, um die sich das Kabel ganz oder abschnittsweise herumlegt, ausgeübt werden, wenn beim Betrieb des Robotsaugers lediglich die Straffheit des Kabels berücksichtigt wird. Je nach Art der Hindernisse können diese dadurch beschädigt werden, zum Beispiel indem eine Vase oder dergleichen umgestoßen wird.A disadvantage of an approach that disregards the course of the cable in the room, for example, is that strong forces on obstacles around which the cable is completely or partially wrapped, are likely to be exerted if, in the operation of the robotic vacuum cleaner, only the tightness of the robot Cable is taken into account. Depending on the type of obstacles they can be damaged, for example, by a vase or the like is knocked over.
Ebenfalls nachteilig ist, dass ohne Berücksichtigung des Kabelverlaufs der Robotsauger Routen befahren könnte, die beispielsweise dazu führen, dass das Kabel komplett um ein Hindernis gewickelt wird. Dies ist speziell dann der Fall, wenn sich geschlossene Zyklen innerhalb der Bewegungsbahnen des Robotsaugers ergeben. Eine sich dann ergebende lokale Fixierung des Kabels verhindert das an sich beim Fahren des Robotsaugers beabsichtigte Nachziehen des Kabels und schränkt damit den Aktionsradius des Robotsaugers erheblich ein. Auch unabhängig von einer solchen lokalen Fixierung des Kabels liegt zumindest viel Kabel im Raum aus, was den Aktionsradius des Robotsaugers ebenfalls deutlich einschränkt. Für das Einholen des Kabels muss der Robotsauger dessen Zugspannung messen und daraus die Richtung ermitteln, in die der Robotsauger zum Aufsammeln des Kabels fahren muss. Die sich dann ergebende Fahrtrichtung kann von der sich aufgrund der Bahnplanung an sich ergebenden Fahrtrichtung abweichen, so dass keine optimale Bewegung des Robotsaugers mehr möglich ist.It is also disadvantageous that without consideration of the course of the cable Robotsauger could drive on routes that lead, for example, that the cable is completely wrapped around an obstacle. This is especially the case when there are closed cycles within the trajectories of the robot vacuum. A resulting then local fixation of the cable prevents the intended when driving the Robotsaugers intended tightening of the cable and thus limits the radius of action of Robotsaugers considerably. Even regardless of such a local fixation of the cable is at least a lot of cable in the room, which also limits the radius of action of Robotsaugers also significantly. To retrieve the cable, the robotic vacuum must measure its tension and determine the direction in which the robotic vacuum cleaner must travel to collect the cable. The resulting direction of travel may differ from that due to the path planning itself resulting direction of travel, so that no optimal movement of Robotsaugers is possible.
Die GB 2 398 394 A offenbart ein Verfahren zur Navigation eines kabelgebunden Bodenbearbeitungsgeräts, dass über eine Vorrichtung die Lage des Kabels in einem Raum erfasst und zu Navigationszwecken einsetzt. Die WO 2006/048310 A1 und Gonzalez, Parkin et al.: A wheeled mobile robot with obstacle avoidance capability; In: Ingenieria Mecanica Tecnologia y Desarollo, Volume 1, No. 5, 2004, 159–166 offenbaren Verfahren zur Navigation von selbstfahrenden Bodenbearbeitungsgeräten.The GB 2 398 394 A discloses a method for navigating a wired tillage implement that captures, via a device, the location of the cable in a room and uses it for navigation purposes. The WO 2006/048310 A1 and Gonzalez, Parkin et al .: A wheeled mobile robot with obstacle avoidance capability; In: Ingenieria Mecanica Tecnologia y Desarollo, Volume 1, no. 5, 2004, 159-166 disclose methods of navigating self-propelled tillage machines.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, eine Möglichkeit anzugeben, bei der der Verlauf des Kabels in der für den Robotsauger erreichbaren Umgebung besser für Bewegungen des Robotsaugers berücksichtigt wird.The invention thus presents the problem of specifying a possibility in which the course of the cable in the environment that can be reached for the robot vacuum cleaner is better taken into account for movements of the robotic vacuum cleaner.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren zum Betrieb eines kabelgebundenen Robotsaugers, also eines mit einem Kabel an eine Spannungsquelle angeschlossenen Robotsaugers, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist bei einem solchen Verfahren zum Betrieb eines Robotsaugers vorgesehen, dass der Robotsauger eine Verarbeitungseinheit mit einem Speicher aufweist, in den ein Steuerungsprogramm geladen ist, das beim Betrieb des Robotsaugers ausgeführt wird, und dass das Steuerungsprogramm zumindest die folgenden Funktionen erfüllt: Das Steuerungsprogramm erstellt im Speicher ein Modell für einen Verlauf des Kabels zwischen der Spannungsquelle und dem Robotsauger. Das Steuerungsprogramm berücksichtigt das im Speicher der Steuerungseinrichtung gebildete Modell für den Verlauf des Kabels für vom Robotsauger auszuführende Aktionen, also um in Abhängigkeit von dem Modell eine Aktion oder eine Mehrzahl von Aktionen des Robotsaugers auszulösen.According to the invention, this problem is solved by a method for operating a wired Robotsaugers, so a connected to a cable to a voltage source Robotsaugers, having the features of claim 1. It is provided in such a method for operating a Robotsaugers that the Robotsauger has a processing unit with a memory in which a control program is loaded, which is executed during operation of Robotsaugers, and that the control program fulfills at least the following functions: The control program created in the memory a model for a course of the cable between the voltage source and the Robotsauger. The Control program takes into account the model formed in the memory of the control device for the course of the cable for actions to be performed by the robot vacuum cleaner, that is to trigger an action or a plurality of actions of the robotic vacuum cleaner depending on the model.
Die Erfindung schlägt damit kurz gefasst vor, den Verlauf des Kabels zwischen der Spannungsquelle, also üblicherweise einer Steckdose, und dem Robotsauger numerisch zu ermitteln. Dafür wird eine mathematische Beschreibung verwendet. Die mathematische Beschreibung ist systematisch vergleichbar mit einer sogenannten Kettenlinie, die bekanntlich den Durchhang eines an seinen Enden aufgehängten Seils oder dergleichen, zum Beispiel einer Hochspannungsleitung, unter Einfluss der Schwerkraft beschreibt. Bei dem hier vorgeschlagenen Ansatz wird aufgrund einer mathematischen Beschreibung des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung des Robotsaugers ein Modell für den Verlauf des Kabels zwischen der Spannungsquelle und dem Robotsauger erstellt. Das Modell beschreibt damit diejenigen Raumpunkte, an denen sich Abschnitte des Kabels befinden. Auf dieser Basis besteht für das Steuerungsprogramm des Robotsaugers die Möglichkeit, das im Speicher gebildete Modell für den Verlauf des Kabels für vom Robotsauger auszuführende Aktionen zu berücksichtigen, um zum Beispiel ein Überfahren des Kabels zu vermeiden.Briefly, the invention proposes to numerically determine the course of the cable between the voltage source, that is usually a socket, and the robotic vacuum cleaner. For this a mathematical description is used. The mathematical description is systematically comparable to a so-called chain line, which is known to describe the slack of a rope or the like suspended at its ends, for example a high voltage line, under the influence of gravity. In the approach proposed here, a model for the course of the cable between the voltage source and the Robotsauger is created due to a mathematical description of the cable in the memory of the controller of Robotsaugers. The model thus describes those spatial points where sections of the cable are located. On this basis, there is the possibility for the robotic vacuum cleaner control program to take into account the model formed in the memory for the course of the cable for actions to be carried out by the robotic vacuum cleaner, for example to avoid running over the cable.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Robotsauger gelöst, der nach dem oben skizzierten und nachfolgend mit weiteren Details beschriebenen Verfahren arbeitet und die dafür notwendigen Mittel umfasst. Dazu ist zunächst vorgesehen, dass der Robotsauger eine Steuerungseinrichtung aufweist, die eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher umfasst, in den ein Steuerungsprogramm ladbar oder geladen ist. Die Steuerungseinrichtung realisiert sodann im Betrieb des Robotsaugers bei Ausführung des Steuerungsprogramms durch die Verarbeitungseinheit zumindest die folgenden Funktionen: Gemäß der vom Steuerungsprogramm umfassten Algorithmen zur Beschreibung (Modellierung) des Kabels wird im Speicher der Steuerungseinrichtung ein Modell für einen Verlauf des Kabels zwischen der Spannungsquelle und dem Robotsauger erstellt. Gemäß der weiter vom Steuerungsprogramm umfassten Algorithmen berücksichtigt dieses das im Speicher gebildete Modell für den Verlauf des Kabels für vom Robotsauger auszuführende Aktionen, also zum Beispiel eine Ansteuerung des Fahrwerks des Robotsaugers und/oder eine Ansteuerung der Kabeltrommel des Robotsaugers.The above object is also achieved with a robotic vacuum cleaner which operates according to the method outlined above and described below with further details and comprises the means necessary for this. For this purpose, it is initially provided that the robotic vacuum cleaner has a control device which comprises a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory into which a control program can be loaded or loaded. In the operation of the robot vacuum cleaner, the control device then realizes at least the following functions when the control program is executed by the processing unit: According to the algorithms for describing (modeling) the cable included in the control program, a model for a routing of the cable between the voltage source and the control unit is stored in the memory of the control device Robotsauger created. According to the algorithms further encompassed by the control program, this takes into account the model formed in the memory for the course of the cable for actions to be carried out by the robotic vacuum cleaner, that is, for example, control of the chassis of the robotic vacuum cleaner and / or activation of the cable drum of the robotic vacuum cleaner.
Die Erfindung ist dabei bevorzugt in Software implementiert, nämlich Software zur Erstellung eines Modells für einen Verlauf des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung und Software zur Auswertung des im Speicher der Steuerungseinrichtung gebildeten Modells des Kabels zur Veranlassung einer oder mehrerer Aktionen durch den Robotsauger, also zum Beispiel eine Ansteuerung des Fahrwerks oder eine Ansteuerung der Kabeltrommel. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein hier und im Folgenden auch als Steuerungsprogramm bezeichnetes Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen/Programmcodemitteln zur Realisierung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen, wie hier und nachfolgend beschrieben, und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm sowie schließlich auch ein Robotsauger mit einem Speicher, in den als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm (Steuerungsprogramm) geladen oder ladbar ist.The invention is preferably implemented in software, namely software for creating a model for a course of the cable in the memory of the control device and software for evaluating the model of the cable formed in the memory of the control device for causing one or more actions by the Robotsauger, so for example a control of the chassis or a control of the cable drum. The invention is thus on the one hand also a computer program here and hereinafter also referred to as a control program with executable by a computer program code instructions / program code means for implementing the method and its embodiments, as described here and below, and on the other hand, a storage medium with such a computer program and finally a Robotsauger with a memory in which such a computer program (control program) is loaded or loadable as means for carrying out the method and its embodiments.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Robotsauger aufgrund einer internen Simulation des ausliegenden Teils des Kabels – kurz gefasst – in die Lage versetzt wird, gezielt Entscheidungen in Bezug auf die Bahnplanung und/oder die Umsetzung von Bewegungskommandos unter Berücksichtigung des Verlaufs des ausliegenden Kabels zu treffen. Bei einer besonderen Variante des hier beschriebenen Ansatzes ist zusätzlich vorgesehen, dass der Robotsauger dafür eine gezielte Ansteuerung der Kabeltrommel durchführt. Die Länge des ausliegenden Kabels soll dabei möglichst gering sein. Anhand der Simulation können die Auswirkungen von Fahrbefehlen (entweder auf Basis eines Ergebnisses einer Bahnplanung oder aufgrund von Bewegungskommandos) und/oder Ansteuerbefehlen für die Kabeltrommel auf das Kabel ermittelt werden, und zwar unter Berücksichtigung der dem Robotsauger ansonsten bekannten Hindernisse, also Begrenzungsflächen des Bewegungsbereichs des Robotsaugers in Form von Wänden, Türen und Ähnlichem, sowie der im Bewegungsbereich befindlichen und ebenfalls Hindernisse darstellenden Einrichtungsgegenstände wie Tische, Stühle und dergleichen.The advantage of the invention is that the robotic vacuum cleaner, due to an internal simulation of the exposed part of the cable - in a nutshell - is able to make specific decisions regarding the path planning and / or the implementation of motion commands taking into account the course of the cable lying out hold true. In a particular variant of the approach described here, it is additionally provided that the robot vacuum cleaner performs a targeted control of the cable drum for this purpose. The length of the outgoing cable should be as small as possible. Based on the simulation, the effects of travel commands (either based on a result of path planning or motion commands) and / or drive commands for the cable drum on the cable can be determined, taking into account obstacles otherwise known to the robotic vacuum cleaner, ie boundary surfaces of the motion range of the robot Robotsaugers in the form of walls, doors and the like, as well as located in the movement area and also obstacles representing furnishings such as tables, chairs and the like.
Bei einer von der Erfindung ausgehenden Recherche auch in anderen Technikgebieten hat sich ergeben, das Kabelmodellierungen auch bei sogenannten ROVs (remotely operated vehicles) eine Rolle spielen. Bei derartigen ROVs handelt es sich üblicherweise um Unterwasserfahrzeuge für Anwendungen in der Wissenschaft, der Industrie, speziell der Ölindustrie, und beim Militär. Das Kabel stellt für solche Unterwasserfahrzeuge die Energie- und Informationsübertragung von und zu einem Überwasserschiff sicher. Eine Modellierung des bei derartigen ROVs auch als Nabelschnur bezeichneten Verbindungskabels ermöglicht zum Beispiel die Berücksichtigung von Strömungen und dergleichen, die starke Kräfte auf das Verbindungskabel ausüben können.In a search emanating from the invention in other fields of technology has been found that cable modeling also in so-called ROVs (remotely operated vehicles) play a role. Such ROVs are typically submersibles for scientific, industrial, and especially military applications. The cable ensures the energy and information transmission from and to a surface vessel for such underwater vehicles. A modeling of the connection cable, which is also referred to as an umbilical cord in such ROVs, makes possible Take the example of currents and the like, which can exert strong forces on the connection cable.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruchs durch die Merkmale des betreffenden Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the respective dependent claims. In this connection used references point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the relevant subclaim. They should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Robotsaugers ergeben sich aus einer Umsetzung einzelner oder mehrerer Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs und der darauf rückbezogenen Ansprüche, zum Beispiel in Form einer Implementation einzelner oder aller Verfahrensschritte in Software.Advantageous embodiments of the Robotsaugers result from an implementation of one or more features of the independent method claim and the claims back to it, for example in the form of an implementation of individual or all process steps in software.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die von dem kabelgebundenen Robotsauger in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung auszuführende Aktion eine Beeinflussung oder eine Ansteuerung eines Fahrwerks des Robotsaugers ist. Durch eine solche Ansteuerung des Fahrwerks kann der Robotsauger ohne zusätzliche Sensorik auf den Verlauf des realen Kabels reagieren. Damit lässt sich zum Beispiel ein unerwünschtes Überfahren des Kabels verhindern.In one embodiment of the method, it is provided that the action to be carried out by the wired robotic vacuum cleaner in response to the consideration of the model of the course of the cable in the memory of the control device is an influencing or triggering of a chassis of the robotic vacuum cleaner. By such control of the chassis, the robot vacuum cleaner can respond without additional sensors on the course of the real cable. This can be used, for example, to prevent unwanted overrunning of the cable.
Bei einer weiteren oder alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die von dem kabelgebundenen Robotsauger in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung auszuführende Aktion eine Beeinflussung oder eine Ansteuerung einer vom Robotsauger mitgeführten Kabeltrommel, auf der sich zumindest Abschnitte des realen Kabels befinden, ist. Dann kann der Robotsauger unter Kontrolle von dessen Steuerungseinrichtung zum Beispiel automatisch durch eine entsprechende Ansteuerung der Kabeltrommel zusätzliches Kabel auslegen oder einen Teil des bereits ausliegenden Kabels wieder aufnehmen.In a further or alternative embodiment of the method, it is provided that the action to be performed by the wired Robotsauger depending on the consideration of the model of the course of the cable in the memory of the control device influencing or driving a carried by Robotsauger cable drum on which at least sections of the real cable is. Then, the robotic vacuum cleaner under control of its control device, for example, automatically interpret by an appropriate control of the cable drum additional cable or pick up a part of the already lying cable again.
Als Aktion in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels kommt bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens auch eine alternative oder kombinierte Ansteuerung des Fahrwerks und der Kabeltrommel in Betracht.As an action depending on the consideration of the model of the course of the cable in a particular embodiment of the method also an alternative or combined control of the chassis and the cable drum into consideration.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens, bei dem in Abhängigkeit von dem Modell des Verlaufs des Kabels zumindest eine Ansteuerung des Fahrwerks erfolgt oder erfolgen kann, ist vorgesehen, dass eine Position des Robotsaugers mit einer Position von Teilen des Modells des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung verglichen wird und dass als Aktion in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels die Beeinflussung des Fahrwerks im Falle einer Unterschreitung eines vorgegebenen oder vorgebbaren minimalen Abstands des Robotsaugers zu Teilen des Modells erfolgt. Wenn die Position von Teilen des Modells des Kabels, also die Position einzelner oder aller für die Modellierung des Kabels gebildeter Massepunkte, bekannt ist, kann die Position dieser Massepunkte mit der momentanen Position des Robotsaugers verglichen werden. Wenn der Abstand zwischen dem Robotsauger und mindestens einem Massepunkt einen vorgegebenen oder vorgebbaren minimalen Abstand unterschreitet, kann im Wege einer entsprechenden Ansteuerung des Fahrwerks ein Anhalten des Robotsaugers oder eine Richtungsänderung des Robotsaugers veranlasst werden. Der Vergleich der Position des Robotsaugers mit einer jeweiligen Position einzelner oder aller Massepunkte erlaubt also bei gleichzeitiger Einführung eines minimalen Abstands eine leichte und schnelle Erkennung, ob sich der Robotsauger dem realen Kabel zu stark nähert und damit die Gefahr droht, dass der Robotsauger das Kabel überfährt. Wenn zusätzlich zu dem Abstand zwischen dem Robotsauger und den Massepunkten auch die zeitliche Änderung der Abstände in Betracht gezogen wird, können Situationen erkannt werden, bei denen der Robotsauger parallel zu einem Abschnitt des ausliegenden Kabels fährt. Solche Massepunkte können trotz eines etwa den minimalen Abstand unterschreitenden Abstands außer Acht bleiben, weil durch die Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Abstände erkennbar ist, dass diese sich nicht in Bewegungsrichtung des Robotsaugers befinden.In a particular embodiment of the method in which, depending on the model of the course of the cable, at least one actuation of the chassis takes place, it is provided that a position of the robotic vacuum is compared with a position of parts of the model of the cable in the memory of the control device and that as an action depending on the consideration of the model of the course of the cable, the influence on the chassis in case of falling below a predetermined or predeterminable minimum distance of the robotic vacuum cleaner to parts of the model takes place. If the position of parts of the model of the cable, ie the position of individual or all mass points formed for the modeling of the cable, is known, the position of these mass points can be compared with the current position of the robot vacuum. If the distance between the robotic vacuum cleaner and at least one mass point falls below a predetermined or predeterminable minimum distance, a stop of the robotic vacuum cleaner or a change in direction of the robotic vacuum cleaner can be initiated by means of a corresponding activation of the chassis. The comparison of the position of the robotic vacuum cleaner with a respective position of individual or all mass points thus allows for the simultaneous introduction of a minimum distance an easy and quick detection of whether the Robotsauger the real cable is too close and thus threatens the danger that the Robotsauger overfires the cable , If, in addition to the distance between the robotic vacuum cleaner and the grounding points, the temporal change of the distances is also taken into account, situations can be detected in which the robotic vacuum cleaner runs parallel to a section of the outgoing cable. Such mass points can be disregarded despite a distance that falls below the minimum distance, because by taking into account the temporal change of the distances, it can be seen that they are not in the direction of movement of the robotic vacuum cleaner.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens, bei dem in Abhängigkeit von dem Modell des Verlaufs des Kabels zumindest eine Ansteuerung der Kabeltrommel erfolgt oder erfolgen kann, ist vorgesehen, dass aufgrund des Modells des Kabels eine ausgelegte Länge des Kabels ermittelt wird, dass die ermittelte Länge des ausliegenden Kabels mit einem Abstand des Saugroboters von der Spannungsquelle verglichen wird und dass als Aktion in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels eine auf eine möglichst kurze ausgelegte Länge des realen Kabels abzielende Ansteuerung der Kabeltrommel erfolgt. Durch die automatische Ansteuerung der Kabeltrommel durch die Steuerungseinrichtung auf Basis des Modells kann das reale Kabel eingezogen werden, wenn bereits zu viel Kabel in der Umgebung des Robotsaugers ausliegt, oder weiteres Kabel ausgegeben werden, wenn sich der Robotsauger weiter von der Steckdose entfernt. Die Ansteuerung• der Kabeltrommel auf Basis des Modells führt demnach dazu, dass stets die benötigte Kabellänge zur Verfügung steht und dass das Kabel zumindest teilweise wieder aufgenommen wird, wenn sich der Robotsauger der Steckdose nähert. Das Aufnehmen des Kabels führt dabei dazu, dass nicht unnötig Kabel in der Umgebung des Robotsaugers ausliegt und vermeidet damit Situationen, bei denen der Robotsauger ansonsten das reale Kabel überfahren könnte. Zudem wird durch das Aufnehmen des Kabels entsprechend dem tatsächlichen Abstand des Robotsaugers von der Steckdose normalerweise erreicht, dass sich das reale Kabel in gerader Linie zwischen dem Robotsauger und der Steckdose oder in gerader Linie zwischen dem Robotsauger und dem letzten Hindernis, an dem das Kabel anliegt, erstreckt.In a particular embodiment of the method, in which at least one control of the cable drum takes place or takes place depending on the model of the course of the cable, it is provided that, based on the model of the cable, a designed length of the cable is determined that the determined length of the cable cable is compared with a distance of the vacuum robot from the voltage source and that as an action depending on the consideration of the model of the course of the cable a on a shortest possible length of the real cable targeted control of the cable drum takes place. By automatically controlling the cable drum by the controller based on the model, the real cable can be retracted if too much cable is already present in the vicinity of the robotic vacuum cleaner, or more cable can be output when the robotic vacuum cleaner continues to move away from the power outlet. Activation of the cable drum based on the model thus results in the required cable length being always available and at least partially resuming the cable when the robotic vacuum cleaner approaches the socket. The inclusion of the cable leads to the fact that not unnecessarily cables in the vicinity of the Robotsaugers rests and avoids situations in which the Robotsauger could otherwise run over the real cable. In addition, by picking up the cable according to the actual distance of the robotic vacuum cleaner from the power outlet, it is normally achieved that the real cable is in a straight line between the robotic vacuum cleaner and the power outlet or in a straight line between the robotic vacuum cleaner and the last obstacle on which the cable rests , extends.
Bei einer besonderen Ausführungsform dieser Variante des Verfahrens, bei dem zumindest eine automatische Ansteuerung der Kabeltrommel durch die Steuerungseinrichtung auf Basis des Modells des Kabels erfolgt oder erfolgen kann, ist, wenn sich der Robotsauger als Ergebnis einer Bahnplanung durch die Steuerungseinrichtung und deren Ausführung des Steuerungsprogramms entlang von mäandrierenden Bahnen bewegt, vorgesehen, dass beim Abfahren einer Bahn das reale Kabel ausgelegt oder aufgenommen und auf der folgenden, in entgegengesetzter Fahrtrichtung befahrenen Bahn das reale Kabel wieder aufgenommen bzw. ausgelegt wird. Die ausgelegte Länge des realen Kabels richtet sich damit automatisch nach der jeweiligen Position des Robotsaugers beim Abfahren der aus der Bahnplanung resultierenden Bahnen. Wenn das reale Kabel bei der Bewegung entlang einer Bahn ausgelegt und quasi auf dem Rückweg bei der Bewegung entlang einer zu der ersten Bahn parallelen Bahn wieder aufgenommen wird, liegt nach Abschluss der Bewegung entlang der zweiten Bahn nicht unnötig Kabel im Raum. Zudem wird auf diese Weise erreicht, dass der nicht aufgenommene Teil des realen Kabels beim Abfahren weiterer Bahnen parallel zu einer Begrenzungslinie des Bewegungsbereichs des Robotsaugers (üblicherweise einer Wand) abgelegt wird. Eine derartige Ablage des nicht aufgenommenen Teils des realen Kabels führt dazu, dass das Kabel normalerweise kein Hindernis im Bewegungsbereich des Robotsaugers darstellt und dementsprechend keine Ausweichbewegungen erfordert.In a particular embodiment of this variant of the method, in which at least one automatic control of the cable drum by the control device based on the model of the cable is done or can be done when the robotic vacuum cleaner as a result of a path planning by the controller and their execution of the control program along moved by meandering paths, provided that when driving off a train, the real cable designed or recorded and resumed or designed on the following, in the opposite direction of travel trajectory real cable. The designed length of the real cable thus automatically depends on the respective position of the robotic vacuum cleaner when traversing the webs resulting from the path planning. When the real cable is laid out in motion along a path and resumed, as it were, on the way back along a path parallel to the first path, there is not unnecessary cable in the room after the movement along the second path is complete. In addition, it is achieved in this way that the unrecorded part of the real cable when departing further tracks parallel to a boundary line of the range of movement of Robotsaugers (usually a wall) is stored. Such a deposit of the unaccommodated part of the real cable results in that the cable normally does not constitute an obstacle in the range of movement of the robotic vacuum cleaner and accordingly requires no evasive movements.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Variante des Verfahrens, bei dem zumindest eine automatische Ansteuerung der Kabeltrommel durch die Steuerungseinrichtung auf Basis des Modells des Kabels erfolgt oder erfolgen kann, ist vorgesehen, dass im Speicher der Steuerungseinrichtung Kopien des Modells des Kabels angelegt werden, wobei jede Kopie des Kabels einen durch Einrollen, Ausrollen oder Schleppen des realen Kabels erwarteten Effekt repräsentiert, und dass eine Ansteuerung der Kabeltrommel zum Einrollen, Ausrollen oder Schleppen des realen Kabels auf Basis des Modells des Kabels anhand einer Ermittlung derjenigen Kopie des Modells erfolgt, die eine nächste Bewegungsposition des Robotsaugers unter der Randbedingung einer möglichst geringen Länge des ausliegenden Kabels am besten repräsentiert. Die Kopien des Modells des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung erlauben eine Prädiktion des Verhaltens des Kabels in einem nächsten Bewegungsschritt. Auf Basis einer solchen Analyse lässt sich für die Steuerungseinrichtung automatisch ermitteln, ob unter der Randbedingung einer möglichst geringen Länge des ausliegenden Teils des Kabels die nächste Position des Robotsaugers am besten durch Einrollen, durch Ausrollen oder durch Schleppen des realen Kabels erreicht werden kann. Je nachdem, welche Kopie des Modells des Kabels im Speicher der Steuerungseinrichtung diese Situation am besten repräsentiert, wird durch die Steuerungseinrichtung ein Einrollen, Ausrollen oder Schleppen des realen Kabels veranlasst.In a further embodiment of the variant of the method, in which at least one automatic control of the cable drum by the control device based on the model of the cable takes place or is carried out, it is provided that in the memory of the controller copies of the model of the cable are applied, each copy the cable represents an effect expected by curling, unrolling or hauling the real cable, and that driving the cable reel to curl, roll or tow the real cable based on the model of the cable is based on a determination of that copy of the model which is a next travel position the Robotsaugers under the boundary condition of the smallest possible length of the cable lying best represented. The copies of the model of the cable in the memory of the controller allow a prediction of the behavior of the cable in a next move step. On the basis of such an analysis, it can be automatically determined for the control device whether the next position of the robotic vacuum cleaner can best be achieved by rolling in, rolling out or by dragging the real cable under the boundary condition of the smallest possible length of the exposed part of the cable. Depending on which copy of the model of the cable in the memory of the control device best represents this situation, the controller causes a curling, rolling or towing of the real cable.
Bei einer besonderen Ausführungsform dieser Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Ermittlung derjenigen Kopie des Modells, die eine nächste Bewegungsposition des Robotsaugers unter der Randbedingung einer möglichst geringen Länge des ausliegenden Kabels am besten repräsentiert, anhand eines Abstands zwischen einem verschieblichen Auslasspunkt des Kabels am simulierten Robotsauger und einem oder mehreren Massepunkten der jeweiligen Kopie des Modells des Kabels erfolgt. Dies stellt eine einfache und effiziente Möglichkeit zur Bewertung der einzelnen Kopien des Modells dar und ermöglicht auf dieser Basis eine Auswahl der betreffenden Kopie des Modells bzw. die Auslösung einer Aktion anhand der ermittelten Kopie des Modells.In a particular embodiment of this variant of the method, it is provided that a determination of that copy of the model which best represents a next movement position of the robotic vacuum cleaner under the boundary condition of the smallest possible length of the outgoing cable is based on a distance between a displaceable outlet point of the cable at the simulated one Robotsauger and one or more mass points of the respective copy of the model of the cable takes place. This provides a simple and efficient way to evaluate the individual copies of the model and, based on this, allows selection of the relevant copy of the model or the triggering of an action based on the identified copy of the model.
Wenn durch das Steuerungsprogramm für die Auswertung des Modells des Kabels um den Robotsauger eine durch eine kreisförmige, rechteckige oder polygonale Randlinie begrenzte kabelfreie Zone modelliert wird, ergibt sich eine Möglichkeit, zu erfassen, ob Teile des Modells des Kabels eventuell in diese kabelfreie Zone eintreten. Auf diese Weise lässt sich für die Steuerungseinrichtung automatisch erkennen, ob die Gefahr besteht oder die Situation bereits eingetreten ist, dass das reale Kabel unter den Robotsauger gezogen wird bzw. sich unter dem Robotsauger befindet. Auf der Basis einer Berücksichtigung einer solchen kabelfreien Zone ist im Weiteren dann auch eine automatische Vermeidung solcher Situationen möglich.When modeling a cable-free zone bounded by a circular, rectangular, or polygonal edge line by the controller program for evaluating the model of the cable around the robotic vacuum, there is an opportunity to detect if any part of the model of the cable may enter that cable-free zone. In this way it can be automatically detected for the control device, whether the danger exists or the situation has already occurred that the real cable is pulled under the robot vacuum cleaner or under the robotic vacuum cleaner. On the basis of consideration of such a cable-free zone is then also an automatic avoidance of such situations possible.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, bei dem eine kabelfreie Zone modelliert wird, ist vorgesehen, dass bei einer durch eine polygonale Randlinie begrenzten kabelfreien Zone die kabelfreie Zone zwei symmetrische und jeweils konvexe Hälften umfasst. Indem die kabelfreie Zone in zwei Hälften aufgeteilt ist, lässt sich im Bereich des Zusammentreffens der beiden Hälften ein Kabelauslass am Robotsauger berücksichtigen, denn im Bereich des Kabelauslasses ist systembedingt eine starke Annäherung von Teilen des Modells des Kabels an den Robotsauger erforderlich und darf nicht als Fehlersituation ausgewertet werden. Wenn die beiden Hälften, durch die die kabelfreie Zone dargestellt wird, konvex sind, lässt sich numerisch besonders einfach ermitteln, ob Teile des Modells des Kabels innerhalb der kabelfreien Zone liegen.In one embodiment of the method in which a cable-free zone is modeled, it is provided that in a cable-free zone bounded by a polygonal edge line the cable-free zone comprises two symmetrical and respectively convex halves. By dividing the cable-free zone into two halves, a cable outlet on the robotic vacuum cleaner can be considered in the area where the two halves meet, because in the area of the cable outlet a strong approximation of parts of the model of the cable to the robotic vacuum cleaner is required and must not be regarded as an error situation be evaluated. If the two halves that represent the cable-free zone are convex, it is particularly easy to numerically determine if any part of the model of the cable is inside the cable-free zone.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wie hier und im Folgenden beschrieben ist vorgesehen, dass Hindernisse in einer Umgebung des Robotsaugers für das Modell des Kabels durch abstoßende Potentiale modelliert werden. Damit kann erreicht werden, dass sich auch das Modell des Kabels genau wie das reale Kabel an Hindernisse anlegt und nicht etwa solche Hindernisse durchdringt. Dies erhöht die Qualität der Simulation des Kabels. Eine vergleichsweise einfache und dennoch effiziente Modellierung solcher abstoßender Potentiale besteht darin, dass die aufgrund der modellierten abstoßenden Potentiale resultierende Kraft nur in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Abstand vom Hindernis wirkt und darüber hinaus nur dann wirkt, wenn sich Teile des Modells des Kabels in Richtung auf das Hindernis bewegen. Indem die abstoßende Kraft nur innerhalb eines bestimmten Abstands vom Hindernis wirkt, verringert sich die numerische Belastung der Modellierung des Kabels, weil ein Hindernis nur für diejenigen Teile des Modells des Kabels berücksichtigt werden muss, die sich in einer entsprechenden Entfernung vom jeweiligen Hindernis befinden. Die numerische Belastung der Modellierung des Kabels wird weiter dadurch reduziert, dass die Kraft nur für solche Teile des Modells des Kabels berücksichtigt wird, die sich in Richtung auf das Hindernis bewegen.In one embodiment of the method as described here and below, it is provided that obstacles in an environment of the robotic vacuum cleaner for the model of the cable are modeled by repulsive potentials. This can be achieved that the model of the cable as well as the real cable creates obstacles and does not penetrate such obstacles. This increases the quality of the simulation of the cable. A comparatively simple yet efficient modeling of such repulsive potentials is that the force resulting from the modeled repulsive potentials acts only at a predetermined or predeterminable distance from the obstacle and moreover acts only when parts of the model of the cable move in the direction of the obstacle Move obstacle. By having the repulsive force only within a certain distance from the obstacle, the numerical burden of modeling the cable decreases because an obstacle must be considered only for those parts of the model of the cable that are at a corresponding distance from the respective obstacle. The numerical burden of modeling the cable is further reduced by considering the force only for those parts of the model of the cable that are moving towards the obstacle.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.An embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and will be described in more detail below. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals. The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual described in conjunction with the general or specific description part and in the claims and / or the drawing elements or Process steps for the expert in terms of solving the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps.
Es zeigenShow it
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines kabelgebundenen Saugroboters, der mit einem Stromkabel (Kabel) an eine Steckdose als Spannungsquelle angeschlossen ist, 1 a schematic simplified representation of a wired vacuum robot, which is connected with a power cable (cable) to a power outlet as a voltage source,
2 eine Darstellung zur Erläuterung eines Masse-Feder-Modells des Kabels des Robotsaugers, 2 a representation for explaining a mass-spring model of the cable of Robotsaugers,
3 eine Darstellung zur Erläuterung eines Modells des Kabels des Robotsaugers auf Basis des sogenannten Lagrange-Formalismus, 3 a representation for explaining a model of the cable of Robotsaugers based on the so-called Lagrangian formalism,
4 einen Massepunkt eines Modells des Kabels in räumlicher Nähe zu einem Hindernis, 4 a mass point of a model of the cable in close proximity to an obstacle,
5 eine Darstellung von Auswirkungen eines Hindernisses auf das Bewegungsverhalten von Massepunkten des Modells des Kabels, 5 a representation of the effects of an obstacle on the movement behavior of mass points of the model of the cable,
6 eine Abfolge von aus einer Bewegungsplanung/Bahnplanung für den Robotsauger resultierenden mäandrierenden Bahnen und der Verlauf des Kabels während einer Momentaufnahme bei einer Bewegung entlang dieser Bahnen, 6 a sequence of meandering paths resulting from motion planning / path planning for the robotic vacuum cleaner and the course of the cable during a snapshot during a movement along these paths,
7 und 8 eine Darstellung zur Erläuterung eines verschieblichen Auslasspunkts für das Modell des Kabels und zur Erläuterung einer Möglichkeit zur Bewertung eines Modells des Kabels anhand eines Abstands von Teilen des Modells zu dem Auslasspunkt, 7 and 8th a representation for explaining a displaceable outlet point for the model of the cable and for explaining a way to evaluate a model of the cable based on a distance of parts of the model to the outlet point,
9 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Teilaspekts eines vom Robotsauger ausgeführten Steuerungsprogramms, 9 FIG. 3 a flowchart for illustrating a partial aspect of a control program executed by the robotic vacuum cleaner, FIG.
10 eine Darstellung zur Erläuterung einer Modellierung einer kabelfreien Zone um den Robotsauger und 10 a representation for explaining a modeling of a cable-free zone around the Robotsauger and
11 eine Darstellung einer Umgebung des Robotsaugers mit einem darin befindlichen und bei der Kabelstrategie berücksichtigten Hindernis. 11 a representation of an environment of Robotsaugers with therein and taken into account in the cable strategy obstacle.
1 zeigt in schematisch vereinfachter Form einen Robotsauger 10, der mit einem Kabel 12 unter Verwendung einer Steckdose 14 an eine Spannungsquelle angeschlossen ist (im Folgenden wird die Steckdose als Spannungsquelle aufgefasst und bezeichnet). Über das Kabel 12 wird der Robotsauger 10 in an sich bekannter Art und Weise mit elektrischer Energie versorgt. 1 shows in simplified schematic form a Robotsauger 10 that with a cable 12 using a power outlet 14 is connected to a voltage source (in the following, the socket is understood as a voltage source and referred to). About the cable 12 becomes the Robotsauger 10 supplied in a conventional manner with electrical energy.
Die elektrische Energie wird dabei zur Ansteuerung und zum Antrieb eines Fahrwerks des Robotsaugers 10 verwendet, von dem in der schematisch vereinfachten Schnittdarstellung in 1 nur zwei Räder 16 gezeigt sind. Eine Ausführungsform des Fahrwerks des Robotsaugers 10 umfasst zum Beispiel drei Räder 16, nämlich zwei entlang einer gemeinsamen Achse angeordnete und unabhängig voneinander, also mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Drehrichtungen antreibbare Räder 16 sowie ein nicht angetriebenes, aber in unterschiedliche Fahrtrichtungen bewegliches Rad 16, das in einem Abstand quer zu der erwähnten Achse angeordnet ist. Die Beeinflussung der Fahrtrichtung des Robotsaugers 10 erfolgt dann durch entsprechende, gegebenenfalls unterschiedliche Ansteuerung der beiden entlang der gemeinsamen Achse angeordneten Räder 16. Alternativ ist genauso eine Konfiguration denkbar, bei der die beiden entlang einer gemeinsamen Achse angeordneten Räder 16 nicht angetrieben sind und sich der Antrieb auf das dritte Rad 16 bezieht, das für Richtungsänderungen verstellbar ist. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch andere Konfigurationen des Fahrwerks des Robotsaugers 10 realisierbar und die beiden erwähnten Konfigurationen sind insoweit nur als erläuternde Beispiele aufzufassen. Die elektrische Energie wird ebenfalls zur Ansteuerung und zum Antrieb eines vom Robotsauger 10 umfassten und nicht separat dargestellten Saugaggregats verwendet, wobei das Saugaggregat in an sich bekannter Art und Weise beim Betrieb des Robotsaugers 10 den für den Saugbetrieb erforderlichen Unterdruck erzeugt. Die elektrische Energie kann ebenfalls zur Ansteuerung und zum Antrieb einer Borstenwalze 18 oder dergleichen verwendet werden.The electrical energy is used to control and drive a chassis of Robotsaugers 10 used, of which in the schematically simplified sectional view in 1 only two wheels 16 are shown. An embodiment of the chassis of Robotsaugers 10 For example, it includes three wheels 16 namely, two wheels arranged along a common axis and independently drivable, that is to say with different speeds and / or different directions of rotation 16 and a non-driven, but in different directions movable wheel 16 which is arranged at a distance transverse to said axis. Influencing the direction of travel of the robotic vacuum cleaner 10 is then carried out by appropriate, optionally different control of the two along the common axis arranged wheels 16 , Alternatively, a configuration is conceivable in which the two along a common axis arranged wheels 16 are not driven and the drive on the third wheel 16 refers, which is adjustable for changes of direction. Of course, in addition, other configurations of the chassis of Robotsaugers 10 feasible and the two configurations mentioned are only to be considered as illustrative examples. The electrical energy is also used to drive and drive one from Robotsauger 10 encompassed and not shown separately suction unit, wherein the suction unit in a conventional manner in the operation of Robotsaugers 10 generates the vacuum required for the suction operation. The electrical energy can also be used to drive and drive a bristle roller 18 or the like can be used.
Schließlich wird die elektrische Energie aber jedenfalls auch zur Versorgung einer von dem Robotsauger umfassten Steuerungseinrichtung 20 verwendet. Diese umfasst eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors 22 und einen Speicher 24, in den ein Steuerungsprogramm 26 geladen ist, welches zumindest teilweise die Funktionalität des Robotsaugers 10 bestimmt. Von der Steuerungseinrichtung 20 ist optional eine Sensorik 28, mit zumindest einem Sensor oder einer Mehrzahl von Sensoren, umfasst. Mit dieser Sensorik 28 erfasst der Robotsauger 10 seine Umgebung. Diese Erfassung der Umgebung dient als Grundlage für die Bahnplanung des Robotsaugers 10 mittels des Steuerungsprogramms 26. Ohne eine solche aktive Erfassung der Umgebung kann dem Robotsauger 10 auch eine Beschreibung der Umgebung vorgegeben werden, indem entsprechende Daten in dessen Speicher 24 abgelegt werden, die zum Beispiel die jeweiligen Positionen, Abmessungen und Orientierungen von Wänden eines zu reinigenden Zimmers kodieren. Dann kann die Bahnplanung mittels des Steuerungsprogramms 26 auf Basis dieser Daten erfolgen. Optional ist eine Kombination einer vorgegebenen Umgebungsbeschreibung und einer aktiven Erfassung der Umgebung möglich und auf dieser Basis eine Bahnplanung durchführbar.Finally, however, the electrical energy is in any case also supplied to a control device encompassed by the robotic vacuum cleaner 20 used. This comprises a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor 22 and a memory 24 into which a control program 26 is loaded, which at least partially the functionality of Robotsaugers 10 certainly. From the control device 20 is optional a sensor 28 , with at least one sensor or a plurality of sensors. With this sensor 28 captures the Robotsauger 10 his local area. This detection of the environment serves as the basis for the path planning of the Robotsaugers 10 by means of the control program 26 , Without such active detection of the environment, the robot vacuum cleaner 10 Also, a description of the environment can be given by placing appropriate data in its memory 24 which, for example, encode the respective positions, dimensions and orientations of walls of a room to be cleaned. Then the path planning can be done by means of the control program 26 based on this data. Optionally, a combination of a given environment description and an active detection of the environment is possible, and on this basis a path planning feasible.
Zum Einziehen und Ausrollen des Kabels 12 ist eine von einer Kabelsteuereinheit 30 angetriebene, selbst nicht näher dargestellte, aber an sich bekannte Kabeltrommel vorgesehen. Mit der Kabelsteuereinheit 30 kann die Kabeltrommel in Rotation versetzt werden und so das Kabel 12 entweder eingezogen oder ausgegeben werden.For retracting and unrolling the cable 12 is one of a cable control unit 30 driven, not shown in detail, but known per se cable drum provided. With the cable control unit 30 the cable drum can be rotated and so the cable 12 either fed or issued.
Der mit dieser Anmeldung vorgestellte Ansatz sieht vor, dass der Robotsauger 10, nämlich dessen Steuerungseinrichtung 20 im Rahmen der Ausführung des Steuerungsprogramms 26, ein Modell des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 erstellt. Die Darstellung in 2 zeigt eine gedankliche Basis für ein derartiges Modell. Danach wird das Kabel 12 als Folge von Massepunkten 32 dargestellt, die durch Segmente 34 in Form von masselosen Federn verbunden sind. Bei einem Kabel 12 von zum Beispiel 6,2 m Länge und einem Gewicht von 0.5 kg ergibt sich für das Kabel 12 eine Massendichte von 80 gm–1. Zu einem Massepunkt 32, der ein 10 cm langes Kabelsegment abbildet, gehört damit eine Masse von m = 8 g.The approach presented with this application provides that the Robotsauger 10 namely its control device 20 as part of the execution of the control program 26 , a model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 created. The representation in 2 shows a mental basis for such a model. Then the cable is 12 as a consequence of mass points 32 represented by segments 34 connected in the form of massless springs. With a cable 12 for example, 6.2 m in length and a weight of 0.5 kg results for the cable 12 a mass density of 80 gm -1 . To a mass point 32 , which depicts a 10 cm long cable segment, thus belongs to a mass of m = 8 g.
Der in 2 mit r0 bezeichnete Massepunkt 32 des Modells stellt den Anfangspunkt des Kabels 12 dar (entspricht der Steckdose 14). Des Weiteren bezeichnet Φi den Winkel zwischen einem ersten Segment 34 li-1 und einem anschließenden Segment 34 li und beschreibt damit die Biegung des Kabels 12. Der Zustand des Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 ist durch die Positionen ri und Geschwindigkeiten d/dt ri der Massepunkte 32 bestimmt und wird durch verschiedene Kräfte beeinflusst, die auf diese Massepunkte 32 wirken. Dazu zählen einerseits innere Kräfte, die durch die Federn und ein Biegemodell ausgeübt werden, und andererseits äußere Kräfte wie Bodenreibung oder das Ziehen (Schleppen) des Kabels 12 durch den Saugroboter 10. Die Berücksichtigung der Federkräfte erfolgt, indem davon ausgegangen wird, dass in einer ausgelenkten Feder potentielle Energie gespeichert ist und damit auf die Endpunkte der Feder, also der einzelnen Segmente 34 des Modells des Kabels 12, eine Kraft (Rückstellkraft) ausgeübt wird, die zur Verringerung der Energie führt (Prinzip der minimalen potentiellen Energie). Zur Modellierung der Biegekräfte wird ein einfaches Biegemodell verwendet, bei dem die Energie ähnlich zur Federenergie in Abhängigkeit vom Winkel zwischen den einzelnen Segmenten 34 des Modells des Kabels 12 angesetzt wird. Der jeweilige Winkel hängt von den Koordinaten dreier Massepunkte 32 des Modells, nämlich ri-1, ri und ri+1, ab. Die durch die Biegung des Kabels 12 auf die beteiligten Massepunkte 32 wirkenden Kräfte lassen sich als negative partielle Ableitungen der Energie gemäß dem Biegemodell nach den Koordinaten berechnen: The in 2 denoted by r 0 mass point 32 of the model represents the starting point of the cable 12 (corresponds to the socket 14 ). Furthermore, Φ i denotes the angle between a first segment 34 l i-1 and a subsequent segment 34 l i , describing the bending of the cable 12 , Condition of a model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 is determined by the positions r i and velocities d / dt r i of the mass points 32 determined and is influenced by various forces acting on these mass points 32 Act. These include on the one hand internal forces that are exerted by the springs and a bending model, and on the other hand, external forces such as soil friction or pulling (dragging) of the cable 12 through the vacuum robot 10 , The spring forces are taken into account by assuming that potential energy is stored in a deflected spring and thus at the end points of the spring, ie the individual segments 34 the model of the cable 12 , A force (restoring force) is exercised, which leads to the reduction of energy (principle of minimum potential energy). To model the bending forces, a simple bending model is used in which the energy is similar to the spring energy as a function of the angle between the individual segments 34 the model of the cable 12 is set. The angle depends on the coordinates of three mass points 32 of the model, namely r i-1 , r i and r i + 1 . The through the bend of the cable 12 on the mass points involved 32 Acting forces can be calculated as negative partial derivatives of energy according to the bending model according to the coordinates:
Die Bodenreibung, die das Kabel 12 erfährt, verhindert ein Rutschen des Kabels 12 und sorgt für eine Dämpfung des modellierten Systems. Bei der Modellierung des Kabels 12 als Masse-Feder-System wird zwischen Haft- und Gleitreibung unterschieden. Solange sich die Massepunkte 32 nicht bewegen, wirkt die Haftreibungskraft. Diese muss zunächst überwunden werden, damit sich der jeweilige Massepunkt 32 überhaupt bewegt. Die maximale Haftreibungskraft ist proportional zur als Produkt aus der Masse m des Massepunkts 32 und der Erdbeschleunigung g gebildeten Normalkraft. Um diese Proportionalität abzubilden, wird ein Haftreibungskoeffizient in das Modell eingeführt. Solange die Gesamtkraft auf einen Massepunkt 32 kleiner als die Normalkraft ist, wird sie komplett durch die Haftreibung kompensiert. Auf sich bewegende Massepunkte 32 wirkt dagegen die Gleitreibung. Diese ist ebenfalls proportional zur Normalkraft, aber in weiten Bereichen unabhängig von der jeweiligen Bewegungsgeschwindigkeit. Um diese Proportionalität abzubilden, wird ein Gleitreibungskoeffizient in das Modell eingeführt. Beide Reibungskoeffizienten können empirisch mit einem Federkraftmesser ermittelt werden. Dazu wird das reale Kabel 12 über den jeweiligen Untergrund, zum Beispiel Teppichboden, gezogen und gemessen, bei welcher Kraft das Kabel 12 anfängt, sich zu bewegen (Haftreibungskraft) und mit welcher Kraft danach weitergezogen werden muss, um die Bewegung aufrechtzuerhalten (Gleitreibungskraft). Das Verhältnis der gemessenen Reibungskräfte zur Normalkraft (entspricht der Gewichtskraft) des Kabels 12 ergibt die für das Modell des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 verwendbaren Reibungskoeffizienten.The bottom friction, the cable 12 experiences, prevents slipping of the cable 12 and provides a damping of the modeled system. When modeling the cable 12 as a mass-spring system, a distinction is made between static and sliding friction. As long as the mass points 32 do not move, the static friction force acts. This must first be overcome, so that the respective mass point 32 ever moved. The maximum static friction force is proportional to the product of the mass m of the mass point 32 and the gravitational acceleration g normal force formed. To reflect this proportionality, a static friction coefficient is introduced into the model. As long as the total force on a mass point 32 smaller than the normal force, it is completely compensated by the stiction. On moving mass points 32 In contrast, the sliding friction acts. This is also proportional to the normal force, but in many areas independent of the respective movement speed. To map this proportionality, a sliding friction coefficient is introduced into the model. Both friction coefficients can be determined empirically with a spring force meter. This is the real cable 12 over the respective underground, for example carpet, pulled and measured, with which strength the cable 12 begins to move (static friction force) and with what force after that must be continued to maintain the movement (sliding friction force). The ratio of the measured frictional forces to the normal force (equivalent to the weight) of the cable 12 gives the for the model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 usable coefficient of friction.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Robotsaugers 10 kann vorgesehen sein, dass im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 für verschiedene, häufig vorkommende Untergrundarten jeweils Paare von zuvor empirisch erfassten Reibungskoeffizienten abgelegt sind, die die Steuerungseinrichtung 20 aufgrund eines von einem Sensor zur Erkennung des jeweiligen Untergrunds erhaltenen Signals automatisch zur Verwendung für das Modell des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 auswählt. Sensoren zur Erkennung des jeweiligen Untergrunds sind an sich bekannt. Zum Beispiel kommt eine Erkennung des Untergrunds auf optischer Basis in Betracht, wobei zur Sensierung des jeweiligen Untergrunds dessen Reflexionsverhalten ausgenutzt wird. Ebenfalls kann zur Sensierung des jeweiligen Untergrunds ein sich bei der Vorwärtsbewegung des Robotsaugers 10 ergebender Schlupf der Räder 16 oder eines Rads 16 ausgewertet werden.In a particular embodiment of the Robotsaugers 10 can be provided that in memory 24 the control device 20 For different, frequently occurring types of substrates, pairs of previously empirically recorded coefficients of friction are stored, which are the control device 20 automatically for use on the model of the cable due to a signal received from a sensor for detecting the respective background 12 In the storage room 24 the control device 20 selects. Sensors for detecting the respective subsurface are known per se. For example, a detection of the substrate on an optical basis is possible, whereby the reflection behavior of the respective substrate is utilized. Also can be used to sense the respective background in the forward movement of Robotsaugers 10 resulting slip of the wheels 16 or a wheel 16 be evaluated.
Neben der Haft- und der Gleitreibung können auf die Massepunkte 32 des Modells des Kabels 12 zusätzliche, zum Beispiel auf der Bewegung des Robotsaugers 10 und dem resultierenden Zug am Ende des Kabels 12 basierende Kräfte wirken. Auch Einflüsse von Hindernissen lassen sich modellieren, nämlich zum Beispiel als abstoßende Kräfte. Einzelne oder mehrere derartige Kräfte werden einzeln oder zusammen als externe Kräfte bezeichnet und sind in dem Modell des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 optional in Form einer externen Kraft, insbesondere in Form einer zusammengefassten externen Kraft, berücksichtigt.In addition to the static and the sliding friction on the mass points 32 the model of the cable 12 additional, for example, on the movement of Robotsaugers 10 and the resulting pull at the end of the cable 12 based forces act. Influences of obstacles can also be modeled, for example as repulsive forces. Single or multiple such forces are considered individually or together external forces are referred to and are in the model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 optionally in the form of an external force, in particular in the form of a combined external force.
Die auf die Massepunkte 32 jeweils wirkende Gesamtkraft ist die Summe der Feder- und Biegekräfte, insbesondere die Summe von Feder- und Biegekräften, sowie externer Kräfte.The on the earth points 32 each acting total force is the sum of the spring and bending forces, in particular the sum of spring and bending forces, as well as external forces.
Das Modell des Kabels 12 wird durch das Steuerungsprogramm 26 regelmäßig zu Zeitpunkten t = t0 + nΔt im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 aktualisiert. Dabei werden ein eventuell geänderter Ort des Robotsaugers 10, also ein geänderter Endpunkt des Kabels 12, und eine eventuell geänderte Länge des ausliegenden realen Kabels 12 aufgrund einer Drehung der Kabeltrommel berücksichtigt. Die Grundlage für die Aktualisierung liefert das zweite Newtonsche Gesetz, demzufolge die Beschleunigung, die ein Körper (Massepunkt 32) erfährt, von der jeweils wirkenden Kraft abhängt. Die daraus resultierende Differentialgleichung zweiter Ordnung kann durch Einführen der Geschwindigkeit der Massepunkte 32 als zeitliche Änderung von deren Ort in zwei Differentialgleichungen erster Ordnung überführt werden. Zur Lösung dieser beiden Differentialgleichungen kommt das an sich bekannte, sogenannte Midpoint-Verfahren in Betracht, welches ein Runge-Kutta-Verfahren 2. Ordnung zur Lösung von Differentialgleichungen darstellt. Dabei wird zunächst ein einfacher Euler-Schritt mit der halben Schrittweite Δt/2 durchgeführt, was zu Zwischenergebnissen für den Ort und die Geschwindigkeit der Massepunkte 32 führt. Für den resultierenden Zustand des Modells des Kabels 12 werden wiederum die auf die von dem Modell des Kabels 12 umfassten Massepunkte 32 wirkenden Kräfte berechnet und anschließend wird ausgehend vom ursprünglichen Zustand eine erneute Aktualisierung des Modells des Kabels 12 mit den zuvor erhaltenen Zwischenergebnissen und mit der vollen Schrittweite Δt durchgeführt. Zur Modellierung des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 und zur Nachführung des Modells entsprechend der Bewegung des Robotsaugers 10 oder der Bewegung des realen Kabels 12 umfasst das Steuerungsprogramm 26 eine Implementation der beschriebenen mathematischen Zusammenhänge in Software.The model of the cable 12 is through the control program 26 regularly at times t = t 0 + nΔt in memory 24 the control device 20 updated. This will be a possibly changed location of Robotsaugers 10 So a modified endpoint of the cable 12 , and possibly a changed length of the outgoing real cable 12 considered due to a rotation of the cable drum. The basis for the update is provided by the second Newtonian law, according to which the acceleration that a body (mass point 32 ), depends on the respective acting force. The resulting second-order differential equation can be obtained by introducing the velocity of the mass points 32 be transformed as a temporal change of their location into two differential equations of the first order. To solve these two differential equations comes the known, so-called midpoint method, which is a Runge-Kutta method 2 , Represents order to solve differential equations. First, a simple Euler step with half the step size Δt / 2 is performed, resulting in intermediate results for the location and the speed of the mass points 32 leads. For the resulting state of the model of the cable 12 In turn, those will depend on those of the model of the cable 12 included mass points 32 acting forces and then, starting from the original state, a renewed updating of the model of the cable 12 with the intermediate results obtained previously and with the full step size .DELTA.t performed. To model the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 and for tracking the model according to the movement of the robot vacuum 10 or the movement of the real cable 12 includes the control program 26 an implementation of the described mathematical relationships in software.
Eine alternative Basis für die Bildung eines Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 ist der sogenannte Lagrange-Formalismus. Dabei wird das Kabel 12 entsprechend der Darstellung in 3 wiederum als Kette von miteinander verbundenen Massepunkten 32 modelliert, diesmal jedoch mit Verbindungen (Segmente 34) fester Länge.An alternative basis for the formation of a model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 is the so-called Lagrangian formalism. This is the cable 12 as shown in 3 again as a chain of interconnected mass points 32 modeled, but this time with connections (segments 34 ) of fixed length.
Dadurch ist eine unveränderliche Kabellänge sichergestellt, die durch die Federn im vorher beschriebenen Modell nicht gegeben ist. Im Lagrange-Formalismus werden zur Berücksichtigung von zusätzlichen Zwangsbedingungen, nämlich dem Abstand aufeinander folgender Massepunkte 32, geeignete Koordinaten gewählt. Die Anzahl dieser Koordinaten richtet sich dabei nach der Anzahl der Freiheitsgrade des betrachteten Systems: Die Positionen der Massepunkte 32 können in Bezug auf die für den Robotsauger 10 erreichbare Bodenfläche durch je zwei Koordinaten (x und y) in der Ebene ausgedrückt werden, was bei n Massepunkten 32 somit 2n Koordinaten entspricht. Da es allerdings n – 1 Verbindungen in Form der jeweils zwei benachbarte Massepunkte 32 verbindenden Segmente 34 fester Länge gibt, resultieren daraus n – 1 Zwangsbedingungen, so dass sich die Zahl der Freiheitsgrade um die Anzahl der Zwangsbedingungen verringert. Die Dimension des resultierenden Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 ist demnach n + 1.As a result, a fixed cable length is ensured, which is not given by the springs in the previously described model. In Lagrangian formalism, consideration is given to additional constraints, namely the distance between successive mass points 32 , selected coordinates. The number of these coordinates depends on the number of degrees of freedom of the considered system: The positions of the mass points 32 can in terms of for the robot vacuum cleaner 10 achievable floor area are expressed by two coordinates (x and y) in the plane, which at n mass points 32 thus corresponds to 2n coordinates. However, since there are n - 1 compounds in the form of the two adjacent mass points 32 connecting segments 34 of fixed length, this results in n - 1 constraints, so that the number of degrees of freedom decreases by the number of constraints. The dimension of the resulting model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 is therefore n + 1.
Zur Beschreibung und Modellierung des Kabels 12 bieten sich die Koordinaten r0 = (x0; y0) des Anfangspunktes des Kabels 12 (Steckdose 14) sowie die Winkel Φi zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Segmenten 34 an. Somit ergeben sich generalisierte Koordinaten q = (q1, q2, ..., qn+1) = (x0, y0, Φ1, ..., Φn-1), für die entsprechende Bewegungsgleichungen aufgestellt werden.For description and modeling of the cable 12 The coordinates r 0 = (x 0 ; y 0 ) of the starting point of the cable can be found 12 (Socket 14 ) and the angles Φi between each successive segments 34 at. This results in generalized coordinates q = (q 1 , q 2 , ..., q n + 1 ) = (x 0 , y 0 , Φ 1 , ..., Φ n-1 ), be set up for the corresponding equations of motion.
Der Zustand des Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 lässt sich damit wie folgt ausdrücken: Condition of a model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 can be expressed as follows:
Die Positionen und Geschwindigkeiten der Massepunkte 32 sind dabei bekannt, die Beschleunigungen (d2/dt2 ri) müssen berechnet werden. Dazu werden Bewegungsgleichungen für die generalisierten Koordinaten aufgestellt, die durch das Steuerungsprogramm 26 iterativ gelöst werden.The positions and speeds of the mass points 32 are known, the accelerations (d 2 / dt 2 r i ) must be calculated. For this purpose, equations of motion for the generalized coordinates are set up by the control program 26 be solved iteratively.
Zum Aufstellen der Bewegungsgleichungen kommt die an sich bekannte Lagrangefunktion L = T – V in Betracht. Diese skalare Funktion ist als Differenz der kinetischen Energie T und der potentiellen Energie V eines Systems definiert und hängt von den generalisierten Koordinaten q sowie deren zeitlichen Ableitungen d/dt q (im Allgemeinen auch von der Zeit selbst) ab. Mit Hilfe der Lagrangefunktion lässt sich eine Wirkung S definieren, die allen möglichen Bewegungsbahnen des Systems einen skalaren Wert zuordnet. Die Anwendung der Lagrangefunktion ist grundsätzlich bekannt und in Fachbüchern beschrieben, so dass hier auf eine ausführliche Darstellung der mathematischen Details verzichtet werden kann.In order to set up the equations of motion, the Lagrangian function L = T - V known per se comes into consideration. This scalar function is defined as the difference between the kinetic energy T and the potential energy V of a system and depends on the generalized coordinates q and their time derivatives d / dt q (generally also on time itself). With the help of the Lagrange function, an effect S can be defined which assigns a scalar value to all possible trajectories of the system. The application of the Lagrangian function is basically known and described in textbooks, so that a detailed description of the mathematical details can be dispensed with here.
Gemäß dem Hamiltonschen Prinzip (oder dem Prinzip der kleinsten Wirkung) wird davon ausgegangen, dass die Massepunkte 32 diejenige Bahn durchlaufen, die die mit der Lagrangefunktion ausgedrückte Wirkung minimiert (oder eine Bahn, bei der die Wirkung stationär ist). Aus dieser Bedingung ergeben sich die Euler-Lagrange-Gleichungen mit generalisierten Kräften Qi, die für alle generalisierten Koordinaten qi erfüllt sein müssen: According to Hamilton's principle (or the principle of least action) it is assumed that the mass points 32 traversing the path that minimizes the effect expressed by the Lagrange function (or a path where the effect is stationary). From this condition we obtain the Euler-Lagrange equations with generalized forces Q i , which must be satisfied for all generalized coordinates q i :
Die generalisierten Kräfte enthalten dabei Beiträge aus Biegekräften, Dämpfung und Reibung sowie zusätzlichen externen Kräften. Für weitere Details wird auf die Fachliteratur hierzu verwiesen.The generalized forces contain contributions from bending forces, damping and friction as well as additional external forces. For further details reference is made to the literature.
Für die Aktualisierung des Zustands des Modells des Kabels 12 werden neben den jeweiligen aktuellen generalisierten Koordinaten auch deren erste und zweite zeitliche Ableitung benötigt. Eine Änderung der generalisierten Koordinaten kann dabei aus einem eventuell geänderten Ort des Robotsaugers 10, also einem geänderten Endpunkt des Kabels 12, und einer eventuell geänderten Länge des ausliegenden realen Kabels 12 aufgrund einer Drehung der Kabeltrommel resultieren. Die oben angegebenen Euler-Lagrange-Gleichungen bilden ein Gleichungssystem in den Komponenten von d2/dt2 q = q ··. Sie lassen sich in folgender Form schreiben: mit den Koeffizienten For updating the state of the model of the cable 12 In addition to the current generalized coordinates, their first and second time derivatives are required. A change of the generalized coordinates may be from a possibly changed location of the Robotsaugers 10 , ie a modified endpoint of the cable 12 , and possibly a changed length of the outgoing real cable 12 due to a rotation of the cable drum. The Euler-Lagrange equations given above form a system of equations in the components of d 2 / dt 2 q = q ··. They can be written in the following form: with the coefficients
Die Indizes i und j laufen dabei von 1 bis n – 1, mit i ≤ j, und geben die Winkel an. Die übrigen Koeffizienten ergeben sich als Aij = Aji, d. h. die Matrix A, die sich aus den Aij bilden lässt, ist symmetrisch. Da die Koeffizienten Aij und Bi nur von den aktuellen Positionen und Geschwindigkeiten der Massepunkte 32 abhängen, handelt es sich um ein lineares Gleichungssystem. Fasst man die Koeffizienten Aij zu einer (n + 1) × (n + 1)-Matrix A und die Bi zu einem (n + 1)dimensionalen Vektor B zusammen, erhält man die Matrixform der Gleichung als Aq ·· = B. The indices i and j run from 1 to n - 1, with i ≤ j, and indicate the angles. The remaining coefficients result as A ij = A ji , ie the matrix A, which can be formed from the A ij , is symmetric. Since the coefficients A ij and B i only depend on the current positions and velocities of the mass points 32 depend, it is a linear system of equations. If the coefficients A ij are combined to form an (n + 1) × (n + 1) matrix A and the B i is a (n + 1) dimensional vector B, the matrix form of the equation is obtained as Aq ·· = B.
Ist die Position des Anfangspunktes des Kabels 12 fest (Steckdose 14), können die ersten beiden Zeilen und Spalten dieser Gleichung, die sich auf x0 und y0 beziehen, weggelassen werden. Unter der Voraussetzung, dass die Matrix A positiv definit ist, kann ein an sich bekannter, sogenannter Cholesky-Loser verwendet werden, der diese Eigenschaften gegenüber einem allgemeinen Löser (LU-Zerlegung) ausnutzt und diesem gegenüber nur halb so viele Rechenschritte benötigt. Nachdem die Beschleunigungen berechnet wurden, kann die Aktualisierung des Zustands des Modells des Kabels 12 mit einem einfachen Euler-Verfahren durchgeführt werden: q ← q + Δtq · q · ← q · + Δtq ·· Is the position of the starting point of the cable 12 firmly (socket 14 ), the first two rows and columns of this equation, which refer to x 0 and y 0 , can be omitted. Assuming that the matrix A is positive definite, a so-called cholesky loser known per se can be used, which exploits these properties in comparison to a general solver (LU decomposition) and requires only half as many computation steps compared to this. After the accelerations have been calculated, updating the state of the model of the cable 12 be performed with a simple Euler method: q ← q + Δtq · q · ← q · + Δtq ··
Alternativ kann die Aktualisierung des Zustands des Modells des Kabels 12 auch nach dem Midpoint-Verfahren erfolgen. Dadurch werden größere Zeitschritte ermöglicht, bei denen die Aktualisierung zu stabilen Ergebnissen führt. Allerdings ist dafür das zweimalige Aufstellen und Lösen des Gleichungssystems nötig. Auch im Falle einer derartigen Modellierung des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 umfasst das Steuerungsprogramm 26 eine Implementation der beschriebenen mathematischen Zusammenhänge in Software und ebenfalls Software zur Nachführung des Modells des Kabels 12 entsprechend der Bewegung des Robotsaugers 10 und/oder der Bewegung des realen Kabels 12.Alternatively, updating the state of the model of the cable 12 also done after the midpoint procedure. This allows for larger time steps where the update leads to stable results. However, this requires the establishment and release of the equation system twice. Also in case of such a modeling of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 includes the control program 26 an implementation of the described mathematical relationships in software and also software for tracking the model of the cable 12 according to the movement of the Robotsaugers 10 and / or the movement of the real cable 12 ,
Hinsichtlich des Rechenaufwands ist festzustellen, dass beim Masse-Feder-System (2) die Feder- und Biegekräfte auf einzelne Massepunkte 32 nur von den beiden jeweils benachbarten Massepunkten 32 abhängen, während Reibung und externe Kräfte jeweils unabhängig sind. Die Aktualisierung des Modells im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 ist demnach für einzelne Massepunkte 32 unabhängig durchführbar. Für die Steuerungseinrichtung 20 ist der Rechenaufwand somit proportional zur Anzahl n der Massepunkte 32, d. h. von der Ordnung O(n). Das Lagrange-Modell (3) hingegen erfordert das Aufstellen und Lösen eines linearen Gleichungssystems. Für n Massepunkte 32 umfasst dieses n + 1 Unbekannte, was zu einer (symmetrischen) (n + 1) × (n + 1)-Matrix führt. Da die Matrixelemente von allen generalisierten Koordinaten qi abhängen, ergibt sich für das Aufstellen der Matrix kubischer Aufwand in n + 1. Dieser gilt auch für den nachfolgenden Cholesky-Löser, so dass für die Steuerungseinrichtung 20 der Rechenaufwand für das Lagrange-Modell insgesamt von der Ordnung O((n + 1)3) ist.With regard to the computational effort, it should be noted that in the mass-spring system ( 2 ) the spring and bending forces on individual mass points 32 only from the two neighboring mass points 32 while friction and external forces are each independent. The update of the model in memory 24 the control device 20 is therefore for individual mass points 32 independently feasible. For the control device 20 the computational effort is thus proportional to the number n of the mass points 32 ie of the order O (n). The Lagrange model ( 3 ), however, requires the establishment and release of a linear system of equations. For n mass points 32 includes this n + 1 unknown, resulting in a (symmetric) (n + 1) x (n + 1) matrix. Since the matrix elements depend on all generalized coordinates q i , the cubic effort in n + 1 results for setting up the matrix. This also applies to the subsequent Cholesky solver, allowing for the controller 20 the computational effort for the Lagrange model as a whole is of order O ((n + 1) 3 ).
Basierend auf den hier nur stark verkürzt dargestellten mathematischen Grundlagen ist im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 eine grundsätzliche Modellierung des Verlaufs des Kabels 12 auf der vom Robotsauger 10 erreichbaren Bodenfläche möglich. Für eine plausible Simulation müssen allerdings zusätzlich Objekte im Raum, wie zum Beispiel Möbel und dergleichen, berücksichtigt werden, die sich für den Robotsauger 10 als Hindernisse darstellen und daher hier und im Folgenden einzeln und zusammen als Hindernis bzw. Hindernisse bezeichnet werden. Umfährt der Robotsauger 10 ein Hindernis, so muss auch das Modell des Kabels 12 an diesem liegen bleiben und darf nicht ”hindurchrutschen”. Allerdings können die Positionen der Massepunkte 32 im Lagrange-Modell nicht einfach festgehalten, sondern nur durch externe Kräfte beeinflusst werden. Diese können die Massepunkte 32 jedoch ebenfalls nur abbremsen, so dass kein instantanes Stoppen an Hindernissen möglich ist. Eine Möglichkeit, mit diesen Einschränkungen auf Hindernisse zu reagieren, stellt ein abstoßendes Potential dar. Dabei wird auf die Massepunkte 32 eine Kraft ausgeübt, wenn sie sich dem Hindernis nähern.Based on the here only greatly shortened mathematical foundations is in memory 24 the control device 20 a basic modeling of the course of the cable 12 on the robot vacuum 10 accessible floor space possible. For a plausible simulation, however, additional objects in the room, such as furniture and the like, must be taken into account, which are suitable for the Robotsauger 10 as obstacles and therefore individually and collectively here and in the following as obstacles or obstacles. Moves the Robotsauger 10 an obstacle, so must the model of the cable 12 stay on this and must not "slip through". However, the positions of the mass points 32 not simply captured in the Lagrangian model, but only influenced by external forces. These can be the mass points 32 However, also only slow down, so that no instantaneous stopping at obstacles is possible. One way of dealing with these restrictions on obstacles is a repulsive potential. It points to the mass points 32 exerted a force as they approach the obstacle.
Die Darstellung in 4 zeigt, dass für die Modellbildung Hindernisse als Linie(n) 36 abgebildet werden, die durch ihren Anfangs- und Endpunkt p1, p2 festgelegt sind. Bei Massepunkten 32, die sich seitlich neben einer solchen zum Beispiel eine Wand symbolisierenden Linie 36 befinden, erfolgt eine Abstoßung orthogonal zur Linie 36. Für Massepunkte 32, die sich von außerhalb einem Endpunkt p1, p2 der Linie 36 nähern, bietet sich eine radial nach außen gerichtete Kraft an.The representation in 4 shows that for modeling obstacles as line (s) 36 which are defined by their start and end points p 1 , p 2 . At mass points 32 which laterally adjoin such a line, for example, a wall 36 a rejection occurs orthogonal to the line 36 , For mass points 32 extending from outside an end point p 1 , p 2 of the line 36 approach, offers a radially outward force.
Im Folgenden bezeichnen r = (x; y) die Position eines Massepunkts 32 und d/dt r = v = (vx; vy) dessen Geschwindigkeit. p1 = (x1; y1) und p2 = (x2; y2) sind der Anfangs- und Endpunkt der hier zum Beispiel eine Wand darstellenden Linie 36. Der Abstand des Massepunkts 32 von den Endpunkten der Linie 36 ergibt sich als d1 = r – p1 bzw. d2 = r – p2. Zusätzlich ist w = (p2 – p1)/||p2 – p1|| die Richtung der Linie 36 (Wand) und w⊥ deren Normale.In the following, r = (x; y) denotes the position of a mass point 32 and d / dt r = v = (v x ; v y ) its velocity. p 1 = (x 1 ; y 1 ) and p 2 = (x 2 ; y 2 ) are the starting and ending points of the line representing here, for example, a wall 36 , The distance of the mass point 32 from the endpoints of the line 36 results as d 1 = r - p 1 or d 2 = r - p 2 . In addition, w = (p 2 -p 1 ) / || p 2 -p 1 || the direction of the line 36 (Wall) and w ⊥ their normal.
Damit lassen sich folgende drei Fälle für die Lage eines Massepunkts 32 relativ zur Wand (oder zu einer Begrenzungsfläche eines beliebigen sonstigen Hindernisses) unterscheiden:
- 1. d1·w < 0: Der Massepunkt 32 befindet sich jenseits von p1, im Abstand d = ||d1||. Die Kraft wirkt ebenfalls in diese Richtung: eF = d1/d.
- 2. d2·w > 0: Der Massepunkt 32 befindet sich jenseits von p2, im Abstand d = ||d2||. Die Kraft wirkt ebenfalls in diese Richtung: eF = d2/d.
- 3. In allen anderen Fällen befindet sich der Massepunkt 32 parallel zur Wand, im Abstand d = d1·w⊥. Die Kraft zeigt in Normalenrichtung der Wand: eF = w⊥.
This allows the following three cases for the position of a mass point 32 relative to the wall (or to a boundary surface of any other obstacle): - 1. d 1 · w <0: The mass point 32 is beyond p 1 , at the distance d = || d 1 ||. The force also works in this direction: e F = d 1 / d.
- 2. d 2 · w> 0: The mass point 32 is beyond p 2 , at a distance d = || d 2 ||. The force also works in this direction: e F = d 2 / d.
- 3. In all other cases, the mass point is located 32 parallel to the wall, at a distance d = d 1 · w ⊥ . The force points in the normal direction of the wall: e F = w ⊥ .
Die Kraft, die auf einen Massepunkt 32 wirkt, kann dann generell als F = f(d, vr)eF definiert werden. Dabei ist vr = eF·v die Geschwindigkeit eines Massepunkts 32 entlang der Kraftrichtung und f(d, vr) eine Funktion, die abhängig vom Abstand und der Geschwindigkeit des Massepunkts 32 die Stärke der abstoßenden Kraft angibt. vr < 0 bedeutet dabei, dass sich der Massepunkt 32 auf das Hindernis zubewegt.The force on a mass point 32 acts, can then generally as F = f (d, vr ) e F To be defined. Where v r = e F · v is the velocity of a mass point 32 along the direction of force and f (d, v r ) a function that depends on the distance and the speed of the mass point 32 indicates the strength of the repulsive power. v r <0 means that the mass point 32 moved towards the obstacle.
Die Kraft kann dabei so definiert werden, dass sich diese nur in der Umgebung des Hindernisses auswirkt und nur dann, wenn sich Teile des Modells des Kabels 12, also zumindest ein Massepunkt 32 oder mehrere Massepunkte 32, auf das Hindernis zubewegt bzw. zubewegen. In allen übrigen Fällen verschwindet die Kraft.The force can be defined so that it affects only in the vicinity of the obstacle and only if parts of the model of the cable 12 So at least one mass point 32 or several mass points 32 , move towards the obstacle or move. In all other cases the power disappears.
Die Darstellung in 5 zeigt dies am Beispiel von drei Massepunkten 32 des Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20. Der links oben dargestellte Massepunkt 32 bewegt sich – wie durch den etwa in 10:00 Uhr-Richtung weisenden Pfeil verdeutlicht ist – von der als Linie 36 dargestellten Wand weg, so dass das Hindernis keine Kraft auf den Massepunkt 32 ausübt. Der rechts dargestellte Massepunkt 32 bewegt sich – wie durch den etwa in 7:00 Uhr-Richtung weisenden Pfeil dargestellt ist – auf die als Linie 36 dargestellte Wand zu. Das Hindernis übt damit in dem Modell eine radial von dessen Endpunkt ausgehende Kraft auf den Massepunkt 32 aus, wie durch den etwa in 1:00 Uhr-Richtung weisenden Pfeil gezeigt ist. Der unten mittig unter der als Linie 36 dargestellten Wand gezeigte Massepunkt 32 bewegt sich ausweislich des etwa in 2:00-Uhr Richtung weisenden Pfeils auf die Wand zu. Das Hindernis übt damit in dem Modell eine orthogonal zu diesem wirkende Kraft auf diesen Massepunkt 32 aus. Dies ist durch den in 6:00 Uhr-Richtung weisenden Pfeil gezeigt.The representation in 5 shows this with the example of three mass points 32 the model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 , The ground point shown on the top left 32 moves as shown by the pointing in about 10:00 clock direction arrow - from the line 36 wall away, so that the obstacle no force on the ground point 32 exercises. The mass point shown on the right 32 moves as shown by the pointing in about 7:00 clock direction arrow - the as a line 36 shown wall. The obstacle thus exerts in the model a force exiting radially from its end point on the mass point 32 off, as shown by the approximately 1:00 clock direction arrow. The bottom center under the line 36 shown mass point shown 32 moves to the wall as evidenced by the pointing in about 2 o'clock direction arrow. The obstacle thus exercises in the model one orthogonal to this acting force on this mass point 32 out. This is shown by the arrow pointing in the 6:00 o'clock direction.
Das gemäß der vorangehenden Darstellung, die notwendig auf einzelne wesentliche Aspekte beschränkt ist, im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 gebildete Modell des Kabels 12 des jeweiligen Robotsaugers 10 wird vom Steuerungsprogramm 26 (1) des Robotsaugers 10 für von diesem auszuführende Aktionen berücksichtigt. Diese Aktionen werden im Folgenden einzeln und zusammen als Kabelstrategie bzw. Kabelstrategien bezeichnet. Dabei sind zumindest zwei Aspekte zu unterscheiden: Einerseits muss die Steuerungseinrichtung 20 entsprechend dem Steuerungsprogramm 26 abhängig von einem momentanen Zustand des Modells des Kabels 12 entscheiden, ob das reale Kabel 12 zum Beispiel ausgerollt oder aufgenommen werden soll. Dementsprechend muss die Steuerungseinrichtung 20 die Kabelsteuereinheit 30 (1) des Robotsaugers 10 ansteuern. Andererseits kann das Modell des Kabels 12 Einfluss auf die nächste durchzuführende Bewegung des Robotsaugers 10 haben. Dafür muss die Steuerungseinrichtung 20 das Fahrwerk des Robotsaugers 10 ansteuern. Aktionen des Robotsaugers 10 in Bezug auf das Modell des Kabels 12 sind also eine Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 zum Einziehen oder Auslegen des Kabels 12 und/oder eine Ansteuerung des Fahrwerks des Robotsaugers 10, um damit eine bestimmte Bewegung oder Bewegungsgeschwindigkeit des Robotsaugers 10 oder eine Änderung einer momentanen Bewegung oder Bewegungsgeschwindigkeit des Robotsaugers 10 zu veranlassen. Eine Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 ist aufgrund von deren Einwirkung auf die Kabeltrommel auch eine Beeinflussung oder Ansteuerung der Kabeltrommel.This in the memory according to the preceding description, which is necessarily limited to single essential aspects 24 the control device 20 formed model of the cable 12 of the respective Robotsaugers 10 is from the control program 26 ( 1 ) of Robotsaugers 10 considered for actions to be carried out by this. These actions are referred to individually and collectively as cable strategy or cable strategies. There are at least two aspects to be distinguished: On the one hand, the control device 20 according to the control program 26 depending on a current state of the model of the cable 12 decide if the real cable 12 for example, to be rolled out or taken up. Accordingly, the controller must 20 the cable control unit 30 ( 1 ) of Robotsaugers 10 drive. On the other hand, the model of the cable 12 Influence on the next movement of the Robotsaugers to be performed 10 to have. For this, the control device must 20 the chassis of Robotsaugers 10 drive. Actions of Robotsaugers 10 in terms of the model of the cable 12 So are a control of the cable control unit 30 for pulling in or laying out the cable 12 and / or a control of the chassis of Robotsaugers 10 in order to allow a certain movement or movement speed of Robotsaugers 10 or a change in a current movement or movement speed of the Robotsaugers 10 to induce. A control of the cable control unit 30 is due to their action on the cable drum also an influence or control of the cable drum.
Das Kabel 12 befindet sich im Saugbetrieb des Saugroboters 10 zumindest teilweise auf der vom Robotsauger 10 mitgeführten, an sich bekannten Kabeltrommel (nicht gezeigt). Indem die Kabeltrommel in Rotation versetzt wird, kann das Kabel 12 auf die Kabeltrommel aufgerollt und damit eingezogen oder von der Kabeltrommel abgerollt und damit ausgelegt werden. Für eine solche Ansteuerung der Kabeltrommel ist die Kabelsteuereinheit 30 vorgesehen. Beim Auslegen oder Einziehen des Kabels 12 können im Wesentlichen drei Fälle unterschieden werden:
- 1. Die Geschwindigkeit, mit der die Kabelsteuereinheit 30 ein Abwickeln des Kabels 12 von der Kabeltrommel bewirkt, entspricht der Vorwärtsgeschwindigkeit des Robotsaugers 10. Dadurch wird das Kabel 12 kraftlos auf der vom Robotsauger 10 bearbeiteten Bodenfläche ausgelegt, da die Bewegung des Robotsaugers 10 durch das Abrollen kompensiert wird. Das bereits ausliegende Kabel 12 wird dabei nicht beeinflusst.
- 2. Die Kabeltrommel dreht sich nicht. Das Kabel 12 wird vom Robotsauger 10 gezogen (geschleppt), behält jedoch seine Länge bei. Bereits ausgelegtes Kabel 12 wird glatt gezogen, so dass es möglichst gerade liegt.
- 3. Die Kabeltrommel wickelt das Kabel 12 auf. Dabei wird vorher ausgelegtes Kabel 12 wieder eingeholt, damit es vom Robotsauger 10 zur Steckdose 14 möglichst kurz und gerade liegt. Als Geschwindigkeit kann dabei wiederum die Vorwärtsgeschwindigkeit des Robotsaugers 10 verwendet werden.
The cable 12 is in the suction mode of the vacuum robot 10 at least partially on the Robotsauger 10 entrained, known per se cable drum (not shown). By the cable drum is rotated, the cable can 12 rolled up on the cable drum and thus retracted or unrolled from the cable drum and designed with it. For such a control of the cable drum is the cable control unit 30 intended. When laying or pulling in the cable 12 In essence, three cases can be distinguished: - 1. The speed with which the cable control unit 30 unwinding the cable 12 caused by the cable drum corresponds to the forward speed of Robotsaugers 10 , This will cause the cable 12 powerless on the robot vacuum cleaner 10 machined floor surface designed as the movement of Robotsaugers 10 is compensated by the rolling. The already outgoing cable 12 will not be affected.
- 2. The cable drum does not turn. The cable 12 is from Robotsauger 10 pulled (dragged), but maintains its length. Already designed cable 12 is pulled smooth so that it is as straight as possible.
- 3. The cable drum wraps the cable 12 on. This is previously designed cable 12 caught up again, so it's robotic 10 to the socket 14 as short and straight as possible. In turn, the forward speed of the robotic vacuum can be used as speed 10 be used.
Es sind auch Kombinationen der drei vorgenannten Fälle möglich, zum Beispiel indem das Einrollen des Kabels 12 während der Fahrt zusätzlich zum Schleppen des Kabels 12 geschieht.Combinations of the three aforementioned cases are also possible, for example by rolling up the cable 12 while driving in addition to hauling the cable 12 happens.
Während das Drehen der Kabeltrommel auf einem realen Roboter kontinuierlich durchgeführt werden kann, ist bei einer Simulation zu beachten, dass die für das Modell des Kabels 12 verwendeten Massepunkte 32 einen diskreten Abstand voneinander haben. Dem Modell kann also erst dann ein neuer Massepunkt 32 hinzugefügt werden, wenn genug Kabel 12 ausgerollt wurde. Entsprechendes gilt für das Einrollen und das Entfernen eines Massepunkts 32. Um dennoch sprunghafte Änderungen der Länge des Modells des Kabels 12 zu verhindern, wird im Modell ein Auslasspunkt 40 des Kabels 12 am Robotsauger 10 verschoben. Dies ist in der schematisch vereinfachten Darstellung in 7 gezeigt, die eine Draufsicht auf den Robotsauger 10 und das von der Rückseite des Robotsaugers 10 ausgehende Kabel 12 darstellt. Beim Auslegen des Kabels 12 bewegt sich der Auslasspunkt 40 nach hinten, also in Richtung auf den Rand des Robotsaugers 10 und gegebenenfalls darüber hinaus, bis genügend Platz für den nächsten Massepunkt 32 ist. Zum Anfügen eines weiteren Massepunkts 32 an das Modell des Kabels 12 wird der Auslasspunkt 40 wieder in Richtung auf dessen Mittelpunkt verschoben. Die Richtung des neuen Segments im Modell des Kabels 12 wird dabei so gewählt, dass das Segment gerade im Robotsauger 10 liegt. Beim Einrollen des Kabels 12 wird dieser Ansatz sinngemäß umgekehrt angewandt, so dass sich beim Einrollen der Auslasspunkt 40 gewissermaßen in den Robotsauger 10 hineinbewegt, bis in dem Modell des Kabels 12 ein Segment entfernt werden kann.While the rotation of the cable drum on a real robot can be performed continuously, it should be noted in a simulation that the model of the cable 12 used mass points 32 have a discrete distance from each other. The model can only then a new mass point 32 be added if enough cables 12 was rolled out. The same applies to curling and removal of a mass point 32 , Nevertheless, sudden changes in the length of the model of the cable 12 to prevent the model from becoming an outlet point 40 of the cable 12 on robotsucker 10 postponed. This is schematically illustrated in FIG 7 shown a top view of the robot vacuum cleaner 10 and that from the back of the Robotsaugers 10 outgoing cables 12 represents. When laying out the cable 12 the outlet point is moving 40 to the rear, ie towards the edge of Robotsaugers 10 and possibly beyond, until there is enough room for the next mass point 32 is. To add another mass point 32 to the model of the cable 12 becomes the outlet point 40 moved back towards its center. The direction of the new segment in the model of the cable 12 is chosen so that the segment just in Robotsauger 10 lies. When rolling up the cable 12 this approach is applied mutatis mutandis, so that when rolling up the outlet point 40 in a sense into the Robotsauger 10 moved in, up in the model of the cable 12 a segment can be removed.
Bei auf eine Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 beschränkten Aktionen auf Basis des Modells des Kabels 12 wird kein Einfluss auf die Bewegung des Robotsaugers 10 genommen. Diese Kabelstrategie wird daher im Folgenden als passive Kabelstrategie bezeichnet- Eine Ansteuerung des Fahrwerks des Robotsaugers 10 auf Basis des Modells des Kabels 12 bedeutet dagegen einen unmittelbaren Einfluss des Modells des Kabels 12 auf die Bewegungsplanung des Robotsaugers 10. Entsprechend wird diese Kabelstrategie als aktive Kabelstrategie bezeichnet. Bei einer aktiven Kabelstrategie soll speziell auch ein Überfahren des realen Kabels 12 durch den Robotsauger 10 verhindert werden. Die aktive Kabelstrategie führt damit zu Ausweichbewegungen auf Basis einer als Teil des Steuerungsprogramms 26 implementierten Ausweichstrategie. Außerdem muss die ebenfalls als Teil des Steuerungsprogramms 26 implementierte Bewegungsplanung gewährleisten, dass sich das reale Kabel 12 nicht um Hindernisse wickelt. Schließlich muss die Bewegungsplanung die Situation eines komplett ausgelegten Kabels 12 berücksichtigen.When on a control of the cable control unit 30 limited actions based on the model of the cable 12 will not affect the movement of Robotsaugers 10 taken. This cable strategy is therefore referred to below as a passive cable strategy - An activation of the chassis of Robotsaugers 10 based on the model of the cable 12 on the other hand means an immediate influence of the model of the cable 12 on the motion planning of Robotsaugers 10 , Accordingly, this cable strategy is called active cable strategy called. In the case of an active cable strategy, the real cable should also be run over specifically 12 through the robot vacuum cleaner 10 be prevented. The active cable strategy thus leads to evasive movements based on one as part of the control program 26 implemented evasion strategy. It also has to be part of the control program 26 Implemented motion planning ensure that the real cable 12 does not wrap around obstacles. Finally, the motion planning has to be the situation of a completely designed cable 12 consider.
Das Resultat einer Bewegungsplanung (Bahnplanung) für den Robotsauger 10 sind zum Beispiel mäandrierende Bahnen 38, die den Robotsauger 10 soweit wie möglich über die gesamte Bodenfläche der für den Robotsauger 10 jeweils erreichbaren Umgebung führen. Dabei fährt der Robotsauger 10 entlang aufeinander folgender, paralleler Bahnen 38, die jeweils einen gewissen Abstand voneinander haben, wie dies schematisch vereinfacht in 6 gezeigt ist. Eine Folge solcher Bahnen 38 wird als Part bezeichnet. Kann keine weitere Bahn 38 im gewünschten Abstand angefügt werden, wird im Rahmen der Bewegungsplanung ein Ansatzpunkt für einen neuen Part bestimmt.The result of motion planning (path planning) for the robot vacuum cleaner 10 are meandering tracks, for example 38 that the robot vacuum cleaner 10 as far as possible over the entire floor area of the Robotsauger 10 each reachable environment lead. The robotic vacuum cleaner drives 10 along successive, parallel paths 38 , which each have a certain distance from each other, as schematically simplified in 6 is shown. A series of such tracks 38 is called a part. Can not do another train 38 In the motion planning, a starting point for a new part is determined.
Um zu verhindern, dass der Robotsauger 10 das Kabel 12 überfährt, kann die Position des Robotsaugers 10 mit Positionsinformationen auf Basis des Modells des Kabels 12 verglichen werden. Für die Steuerungseinrichtung 20 ist so zum Beispiel automatisch erkennbar, dass in Bewegungsrichtung vor dem Robotsauger 10 Kabel 12 ausliegt. Dafür wird die jeweilige Position des Robotsaugers 10 mit einer Position von Teilen des Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20, also einer Position einzelner oder mehrerer Massepunkte 32, verglichen. Im Falle einer Unterschreitung eines vorgegebenen oder vorgebbaren minimalen Abstands des Robotsaugers 10 zu dem oder jedem betrachteten Massepunkt 32 erfolgt als Aktion in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels 12 eine Beeinflussung des Fahrwerks des Robotsaugers 10, also zum Beispiel ein Anhalten des Robotsaugers 10 oder eine Richtungsänderung des Robotsaugers 10. Der Robotsauger 10 kann dann dem realen Kabel 12 aufgrund des durch die Position der Massepunkte 32 des Modells des Kabels 12 bekannten Verlaufs lokal ausweichen oder neben dem Kabel 12 herfahren. Global kann der aufgrund des Modells bekannte Verlauf des Kabels 12 für die bei Ausführung des Steuerungsprogramms 26 erfolgende Bahnplanung berücksichtigt werden, zum Beispiel indem die Positionen der Massepunkte 32 des Modells des Kabels 12 als Orte von (beweglichen) Hindernissen aufgefasst werden. Der Kabelverlauf kann dabei so berücksichtigt werden, dass ein geplantes Fahrtziel des Robotsaugers 10 möglichst schnell erreicht wird. Da das Kabel 12 durch die im Folgenden mit weiteren Details beschriebene passive Kabelstrategie nur in bereits befahrenen Bereichen der für den Robotsauger 10 erreichbaren Bodenfläche ausliegt, werden dadurch keine ungereinigten Flächen hinterlassen. Während des Saugbetriebs muss der Robotsauger 10 zudem auch tatsächliche Hindernisse berücksichtigen. An diesen sollte nach einer ersten Vorbeifahrt möglichst zeitnah wieder auf der selben Seite vorbeigefahren werden, damit nicht unnötig viel Kabel 12 im Raum ausliegt, das um Hindernisse gewunden ist. Ein Problem bei einem kabelgebundenen Saugroboter 10 kann die mit der Gesamtlänge des Kabels 12 einhergehende Einschränkung der erreichbaren Fläche sein. So muss bei komplett ausgelegtem Kabel 12 entschieden werden, wie weiter vorgegangen werden soll. Einen weiteren wichtigen Punkt stellt die Planung von Folgeparts dar. Die neue Bahn 38 sollte für das Kabel 12 möglichst auf freiem Weg erreichbar sein und dabei nicht um Hindernisse gezogen werden. Möglicherweise muss der Robotsauger 10 dann zunächst entlang des Kabels 12 zurückfahren, um das Hindernis auf der anderen Seite umfahren zu können.To prevent the robot vacuum cleaner 10 the cable 12 Overrides the position of the robotic vacuum cleaner 10 with position information based on the model of the cable 12 be compared. For the control device 20 is so for example automatically recognizable that in the direction of movement in front of the Robotsauger 10 electric wire 12 ausliegt. This is the respective position of Robotsaugers 10 with a position of parts of the model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 , ie a position of one or more mass points 32 , compared. In the case of falling below a predetermined or predeterminable minimum distance of Robotsaugers 10 to the or each considered mass point 32 takes place as an action depending on the consideration of the model of the course of the cable 12 an influence on the chassis of Robotsaugers 10 So, for example, stopping the Robotsaugers 10 or a change of direction of the Robotsaugers 10 , The robotic vacuum cleaner 10 can then be the real cable 12 due to the position of the mass points 32 the model of the cable 12 Dodge locally known course or next to the cable 12 herfahren. Globally, the known due to the model course of the cable 12 for when executing the control program 26 be taken into account, for example, by the positions of the mass points 32 the model of the cable 12 as locations of (moving) obstacles. The course of the cable can be taken into account in such a way that a planned destination of the robotic vacuum cleaner 10 is reached as quickly as possible. Because the cable 12 by the passive cable strategy described below with further details only in already traveled areas of the robot vacuum cleaner 10 Reachable floor surface, thereby leave no unpurified surfaces. During the suction operation, the Robotsauger 10 also take into account actual obstacles. At this should be passed as soon as possible after a first pass on the same side, so that not unnecessarily much cable 12 lying in the room, which is wound around obstacles. A problem with a wired suction robot 10 Can match the overall length of the cable 12 accompanying limitation of the achievable area. So must with completely laid out cable 12 decide how to proceed. Another important point is the planning of follow-up parts. The new train 38 should be for the cable 12 be as free as possible and not be dragged around obstacles. Maybe the Robotsauger needs 10 then first along the cable 12 drive back to avoid the obstacle on the other side.
Im Folgenden geht es um die passive Kabelstrategie und eine resultierende Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30. Das vorrangige Ziel einer solchen Kabelstrategie ist, das Kabel 12 möglichst kurz und gerade zu halten. Dadurch wird die Reichweite des Robotsaugers 10 maximiert, da nicht unnötig Kabel 12 im Bewegungsbereich des Robotsaugers 10 ausliegt. Dafür wird aufgrund des Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20 eine jeweils ausgelegte Länge des Kabels 12 ermittelt und mit einem jeweiligen Abstand des Saugroboters 10 von der Steckdose 14 verglichen (die Ermittlung des Abstands zwischen Robotsauger 10 und Steckdose 14 berücksichtigt auch etwaige Hindernisse). Wenn der Vergleich ergibt, dass die gemäß dem Modell ausgelegte Länge des Kabels 12 um einen vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranzwert größer als der Abstand des Robotsaugers 10 zur Steckdose 14 ist, wird als Aktion in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels 12 die Kabelsteuereinheit 30 angesteuert, damit durch entsprechende Rotation der Kabeltrommel das reale Kabel 12 eingezogen wird. Entsprechendes gilt umgekehrt für das Auslegen des Kabels 12. Im Ergebnis ist dies eine auf eine möglichst kurze ausgelegte Länge des Kabels 12 abzielende Ansteuerung der Kabeltrommel. Der Toleranzwert berücksichtigt dabei eventuelle, niemals ganz auszuschließende Ungenauigkeiten des Modells genauso wie die Notwendigkeit, eine Einwirkung mechanischer Spannungen auf das reale Kabel 12 so weit wie möglich zu vermeiden.The following is about the passive cable strategy and the resulting control of the cable control unit 30 , The primary goal of such a cable strategy is the cable 12 as short and straight as possible. This will increase the range of the Robotsaugers 10 maximized, because not unnecessary cables 12 in the range of movement of the Robotsaugers 10 ausliegt. This is due to the model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 each designed length of the cable 12 determined and with a respective distance of the vacuum robot 10 from the socket 14 compared (the determination of the distance between Robotsauger 10 and socket 14 also takes into account any obstacles). If the comparison shows that the length of the cable designed according to the model 12 by a predetermined or predefinable tolerance value greater than the distance of Robotsaugers 10 to the socket 14 is, as an action depending on the consideration of the model of the course of the cable 12 the cable control unit 30 controlled, so by appropriate rotation of the cable drum, the real cable 12 is withdrawn. The same applies vice versa for the laying of the cable 12 , As a result, this is one on the shortest possible length of the cable 12 targeted control of the cable drum. The tolerance value takes into account any inaccuracies of the model which can never be completely excluded, as well as the necessity of applying mechanical stresses to the real cable 12 as far as possible to avoid.
Eine solche Kabelstrategie kann einerseits als pfadabhängige Kabelstrategie und andererseits als generelle Kabelstrategie implementiert sein. Bei der pfadabhängigen Strategie wird vorausgesetzt, dass sich der Robotsauger 10 entlang der bereits erwähnten und aus einer vorangehenden Bahnplanung resultierenden mäandrierenden Bahnen 38 bewegt (6). Beim Abfahren einer Bahn 38 wird das reale Kabel 12 ausgelegt und auf der folgenden, in entgegengesetzter Fahrtrichtung befahrenen Bahn 38 wieder aufgenommen. Bei der in 6 gezeigten Situation wird das Kabel 12 auf den dort nach rechts laufenden Bahnen 38 ausgerollt und auf der jeweiligen Nachfolgebahn 38 wieder eingerollt. Dadurch wird das Kabel 12 nach und nach an der linken Seite des gezeigten einzelnen Parts ausgelegt. Je nach Position des nächsten Parts könnte dies dazu führen, dass bei Beginn des Abfahrens des nächsten Parts zunächst viel Kabel 12 eingerollt werden muss. Entsprechendes gilt, wenn auf der letzten Bahn 38 ausgerollt würde und das Kabel 12 dadurch parallel zu zwei Rändern des Parts liegt. Variiert die Länge der Bahnen 38 innerhalb eines Parts, können sich auch beliebig abgestufte Formen bilden. Beim Übergang zum Folgepart muss dann das komplette Kabel 12 bis zum neuen Ansatzpunkt glattgezogen und dabei aufgerollt werden. Neben diesen Zusatzstrategien beim Partwechsel muss auch das Drehen des Robotsaugers 10 behandelt werden. Die vom Robotsauger 10 auszuführende Aktion ist also vom aktuellen Zustand beim Abfahren eines aus üblicherweise einer Vielzahl von Bahnen 38 gebildeten Pfades abhängig. Such a cable strategy can be implemented on the one hand as a path-dependent cable strategy and on the other hand as a general cable strategy. The path-dependent strategy assumes that the Robotsauger 10 along the meandering paths already mentioned and resulting from a previous path planning 38 emotional ( 6 ). When departing a train 38 becomes the real cable 12 designed and on the following, in the opposite direction traveled train 38 resumed. At the in 6 shown situation is the cable 12 on the tracks running to the right there 38 unrolled and on the respective following train 38 rolled up again. This will cause the cable 12 gradually designed on the left side of the shown individual parts. Depending on the position of the next part, this could lead to a lot of cable when starting to move the next part 12 to be rolled up. The same applies if on the last track 38 would be rolled out and the cable 12 parallel to two edges of the part. Varies the length of the tracks 38 within a part, also arbitrarily graduated forms can form. The transition to the following part then has the complete cable 12 smoothed to the new starting point while being rolled up. In addition to these additional strategies when changing the part must also turn the Robotsaugers 10 be treated. The robot vacuum cleaner 10 The action to be performed is thus of the current state when driving off one of usually a plurality of tracks 38 dependent pathway.
Als Alternative zu einer solchen pfadabhängigen Kabelstrategie kommt die im Folgenden vorgestellte generelle Kabelstrategie in Betracht, bei der die Steuerungseinrichtung 20 aufgrund der Ausführung des Steuerungsprogramms 26 unabhängig vom momentanen Fahrtzustand des Robotsaugers 10 eine Entscheidung im Hinblick auf eine jeweils auszuführende Aktion trifft. Das Ziel ist, das Kabel 12 möglichst kurz zu halten.As an alternative to such a path-dependent cable strategy, the following general cable strategy is considered, in which the control device 20 due to the execution of the control program 26 regardless of the current state of the Robotsaugers 10 make a decision with regard to an action to be carried out in each case. The goal is the cable 12 keep as short as possible.
Dafür werden im Speicher 24 des Robotsaugers 10 Kopien des Modells des Kabels 12 erzeugt und anhand dieser Kopien ein wahrscheinliches Verhalten des realen Kabels 12 untersucht, wenn das reale Kabel 12 im aktuellen Zeitschritt eingerollt, geschleppt oder ausgerollt wird. Eine Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 zum Einrollen, Ausrollen oder Schleppen des realen Kabels 12 erfolgt dann anhand einer Ermittlung derjenigen Kopie des Modells, die eine nächste Bewegungsposition des Robotsaugers 10 unter der Randbedingung einer möglichst geringen Länge des ausliegenden Kabels 12 am besten repräsentiert.For that will be in memory 24 robotic vacuum cleaner 10 Copies of the model of the cable 12 generated and based on these copies a probable behavior of the real cable 12 examined if the real cable 12 curled, towed or rolled out in the current time step. A control of the cable control unit 30 for curling, unrolling or towing the real cable 12 is then based on a determination of that copy of the model, the next movement position of Robotsaugers 10 under the condition of the smallest possible length of the outgoing cable 12 best represented.
In einem ersten Schritt dieser generellen Kabelstrategie wird in einer ersten Kopie des Modells das dort simulierte Kabelmodell eingerollt, da dadurch zur Erfüllung der Randbedingung die Gesamtlänge des ausliegenden Teils des Kabels 12 verringert werden kann. Nach der Aktualisierung des Modells wird eine Position des letzten Massepunkts 32 oder der beiden letzten Massepunkte 32 mit einer vorgegeben Sollposition bzw. jeweils einer vorgegebenen Sollposition verglichen. Als Sollposition kommt der bereits erwähnte verschiebliche Auslasspunkt 40 (7) des Kabels 12 am Robotsauger 10 in Betracht. Der Ort des Auslasspunkts 40 wird daher im Folgenden auch als Sollposition 40 bezeichnet.In a first step of this general cable strategy, the model of the cable simulated there is rolled up in a first copy of the model, since in this way the overall length of the exposed part of the cable is fulfilled in order to fulfill the boundary condition 12 can be reduced. After updating the model becomes a position of the last mass point 32 or the last two mass points 32 compared with a predetermined target position or respectively a predetermined target position. As a target position comes the already mentioned sliding outlet point 40 ( 7 ) of the cable 12 on robotsucker 10 into consideration. The location of the outlet point 40 is therefore also referred to below as the target position 40 designated.
Dafür zeigt die Darstellung in 8 auf der Basis der Darstellung in 7 zum einen die Sollposition (den Auslasspunkt 40) und zum anderen den Verlauf des Kabels 12 nach der ersten Kopie des Kabelmodells, also demjenigen Kabelmodell, das das Einziehen des Kabels 12 simuliert. Wie durch die beiden vertikalen Linien sowie die diese eingrenzenden Pfeile dargestellt ist, verbleibt ein (hier aus Gründen der Einfachheit nur entlang einer Koordinate gemessener) Abstand zwischen dem letzten Massepunkt 32 des Kabelmodells und der Sollposition.This is shown in the illustration in 8th on the basis of the representation in 7 on the one hand, the desired position (the outlet point 40 ) and the other the course of the cable 12 after the first copy of the cable model, ie the cable model, the cable retraction 12 simulated. As shown by the two vertical lines as well as the bounding arrows, a distance (here measured for simplicity along one coordinate only) remains between the last ground point 32 of the cable model and the target position.
Sofern der ermittelte Abstand nicht zu groß ist, also unterhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerts bleibt, wird das Einrollen des Kabels 12 um ein vorgegebenes Inkremernt der Kabeltrommel durchgeführt. Ein Einrollen des Kabels 12 ist allerdings bei bereits gerade hinter dem Robotsauger 10 ausliegendem Kabel 12 dann nicht möglich, wenn sich der Robotsauger 10 weiter in Richtung des Verlaufs des Kabels 12 bewegt. In der zur Simulation des Einrollens verwendeten Kopie des Modells vergrößert sich der Abstand der betrachteten Massepunkte 32 zur Sollposition, da das Kabel 12 nicht gedehnt werden kann. Auf diese Weise wird erkannt, dass ein Einrollen des Kabels 12 in diesem Fall nicht möglich ist.If the determined distance is not too large, ie remains below a predetermined or predefinable threshold, the curling of the cable 12 performed by a predetermined Inkremernt the cable drum. A curling of the cable 12 is, however, already right behind the robotic vacuum cleaner 10 outgoing cable 12 then not possible when the Robotsauger 10 continue in the direction of the course of the cable 12 emotional. In the copy of the model used to simulate curling, the distance of the considered mass points increases 32 to the target position, as the cable 12 can not be stretched. In this way, it is recognized that a curling of the cable 12 in this case is not possible.
Wenn ein Einrollen des Kabels 12 nicht möglich ist, wird versucht, das Kabel 12 zu schleppen, d. h. die Kabeltrommel dreht sich nicht und die ausliegende Länge des Kabels 12 bleibt konstant. Ist hier in der zur Simulation des Schleppens verwendeten Kopie des Modells der oben beschriebene Abstand der betrachteten Massepunkte 32 zur Sollposition nicht zu groß, wird entsprechend das Kabel 12 geschleppt.If a curling of the cable 12 is not possible, the cable is tried 12 to tow, ie the cable drum does not rotate and the exposed length of the cable 12 stay constant. Here, in the copy of the model used to simulate drag, is the above-described distance of the considered mass points 32 to the target position not too big, will be the cable accordingly 12 towed.
Wenn sich auch bei diesem Vergleich ergibt, dass der ermittelte Abstand den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, Schleppen also nicht in Betracht kommt, wird als letzte Möglichkeit zusätzliches Kabel 12 ausgerollt. Dazu wird die Kabeltrommel durch die Kabelsteuereinheit 30 für eine Drehbewegung um ein vorgegebenes Inkrement angesteuert, wodurch die ausliegende Länge des Kabels 12 zunimmt.If this comparison also shows that the determined distance exceeds the predetermined threshold value, ie dragging is not an option, the last option is additional cable 12 rolled out. For this purpose, the cable drum through the cable control unit 30 controlled for a rotational movement by a predetermined increment, whereby the exposed length of the cable 12 increases.
Die jeweils ausgewählte Kopie des Modells des Kabels 12 wird als neues Simulationsobjekt für die weitere Simulation verwendet und auf dessen Basis werden in einem nächsten Simulationsschrift neue Kopien des Modells des Kabels 12 gebildet.The respectively selected copy of the model of the cable 12 is used as a new simulation object for further simulation, and based on this, new copies of the model of the cable will be made in a next simulation font 12 educated.
Die Darstellung in 9 veranschaulicht das zuvor Gesagte anhand eines schematisch vereinfachten Flussdiagramms. Das Flussdiagramm stellt einen Ausschnitt aus der Gesamtfunktionalität des Steuerungsprogramms 26 dar. Nicht gezeigt ist dabei neben Anderem zum Beispiel die Erstellung und die Aktualisierung eines Modells des Kabels 12 im Speicher 24 der Steuerungseinrichtung 20.The representation in 9 illustrates the above with reference to a schematically simplified flowchart. The flow chart represents a part of the overall functionality of the control program 26 Not shown is, among others, for example, the creation and updating of a model of the cable 12 In the storage room 24 the control device 20 ,
In einem ersten Schritt 42 werden die Kopien des Modells des Kabels 12 erstellt, nämlich zumindest eine erste, das Einrollen des Kabels 12 simulierende Kopie und eine zweite, das Schleppen des Kabels 12 simulierende Kopie. In einem zweiten Schritt 44 wird der Abstand des betrachteten Massepunkts 32 oder der betrachteten Massepunkte 32 der ersten Kopie des Modells mit der Sollposition 40 verglichen und für den Fall (Ja-Zweig; in der Darstellung mit einem „+” gekennzeichnet), dass der ermittelte Abstand unter einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert bleibt, als in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels 12 auszuführende Aktion das Einziehen des Kabels 12 durch eine entsprechende Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 ausgelöst (Schritt 46). Ist die Abstandsbedingung bei der Überprüfung der ersten Kopie des Modells im Schritt 44 nicht erfüllt, wird im Schritt 48 der Abstand des oder der betrachteten Massepunkts bzw. Massepunkte 32 der zweiten Kopie des Modells mit der Sollposition 40 verglichen und für den Fall, dass der ermittelte Abstand unter einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert bleibt, als in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels 12 auszuführende Aktion das Schleppen des Kabels 12 durch eine entsprechende Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 ausgelöst (Schritt 50). Ist auch für die zweite Kopie des Modells die Abstandsbedingung nicht erfüllt, erfolgt als in Abhängigkeit von der Berücksichtigung des Modells des Verlaufs des Kabels 12 auszuführende Aktion ein weiteres Ausgeben des Kabels 12 durch eine entsprechende Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30 (Schritt 52). Zur Implementierung der generellen Kabelstrategie wird der beschriebene Ablauf zyklisch wiederholt.In a first step 42 become the copies of the model of the cable 12 created, namely at least a first, the curling of the cable 12 simulating copy and a second, dragging the cable 12 simulating copy. In a second step 44 becomes the distance of the considered mass point 32 or the considered mass points 32 the first copy of the model with the target position 40 and for the case (yes branch, marked with a "+" in the diagram) that the determined distance remains below a predetermined or predeterminable threshold value, as a function of the consideration of the model of the course of the cable 12 action to be carried out pulling in the cable 12 by a corresponding control of the cable control unit 30 triggered (step 46 ). The distance condition is when checking the first copy of the model in step 44 not fulfilled, is in the step 48 the distance of the considered mass point or mass points 32 the second copy of the model with the target position 40 and in the event that the determined distance remains below a predetermined or predeterminable threshold value, as a function of the consideration of the model of the course of the cable 12 action to be taken the tow of the cable 12 by a corresponding control of the cable control unit 30 triggered (step 50 ). If the distance condition is not met for the second copy of the model as well, it will be determined as a function of the model of the course of the cable 12 action to be carried out another output of the cable 12 by a corresponding control of the cable control unit 30 (Step 52 ). To implement the general cable strategy, the described procedure is repeated cyclically.
Neben den oben beschriebenen Abständen der betrachteten Massepunkte 32 zur jeweiligen Sollposition 40 können auch weitere Kriterien bei der Auswahl der auf Basis des Modells auszuführenden Aktion berücksichtigt werden. Es wird dabei aus einer Mehrzahl von Optionen die erste Option gewählt, bei der alle jeweils vorgegebenen Bedingungen erfüllt sind. So sollte das Kabel 12 nur in den bereits abgefahrenen Bereichen liegen, da außerhalb dieser keine Hindernisinformationen vorliegen und das Modell des Kabels 12 somit möglicherweise zu stark vom realen Kabel 12 abweicht. Wird das Kabel 12 aus den bisherigen Parts gezogen, muss die entsprechende Option verworfen und eine andere Option gewählt werden.In addition to the distances of the considered mass points described above 32 to the respective target position 40 Other criteria may also be taken into account when selecting the action to be performed on the basis of the model. It is chosen from a plurality of options, the first option, in which all conditions are met in each case. So should the cable 12 lie only in the already worn areas, because there is no obstacle information outside this and the model of the cable 12 thus possibly too strong from the real cable 12 differs. Will the cable 12 drawn from the previous parts, the corresponding option must be discarded and another option selected.
Auch sollte das Kabel 12 nicht unter den Robotsauger 10 gezogen werden, da es sonst überfahren würde. Dazu können die tatsächlichen Ausmaße des Robotsaugers 10 in Form einer ”kabelfreien Zone” 54 (10) um den Robotsauger 10 berücksichtigt werden. Solange gewährleistet ist, dass das Kabel 12 nicht in diese kabelfreie Zone 54 eintritt, ist gewährleistet, dass das Kabel 12 nicht unter dem Robotsauger 10 liegt.Also should the cable 12 not under the robot vacuum 10 be pulled, otherwise it would be run over. This can be the actual dimensions of the Robotsaugers 10 in the form of a "cable-free zone" 54 ( 10 ) around the Robotsauger 10 be taken into account. As long as it is guaranteed that the cable 12 not in this cable-free zone 54 enters, ensures that the cable 12 not under the robotic vacuum cleaner 10 lies.
Für die Modellierung der kabelfreien Zonen 54 sind verschieden komplexe Geometrien denkbar. Bei einer relativ einfachen Lösung fungiert ein Kreis als äußere Begrenzungslinie einer solchen kabelfreien Zone 54, so dass nur der Abstand der Massepunkte 32 des Modells des Kabels 12 vom Zentrum des Robotsaugers 10 bestimmt werden muss, um – durch Vergleich mit dem Radius der kreisförmigen kabelfreien Zone 54 – einen Eintritt in die kabelfreie Zone 54 festzustellen. Die dem Robotsauger 10 am nächsten liegenden Massepunkte 32 müssten dabei übersprungen werden, da diese notwendig immer in der ansonsten kabelfreien Zone 54 liegen. Der Vorteil bei dieser Methode ist, dass alle Positionen in einem einheitlichen Koordinatensystem vorliegen.For modeling the cable-free zones 54 Different complex geometries are conceivable. In a relatively simple solution, a circle acts as the outer boundary of such a cable-free zone 54 so that only the distance of the mass points 32 the model of the cable 12 from the center of the Robotsaugers 10 must be determined to - by comparison with the radius of the circular cable-free zone 54 - Entry into the cable-free zone 54 determine. The Robotsauger 10 closest mass points 32 would have to be skipped, as they necessarily always in the otherwise cable-free zone 54 lie. The advantage of this method is that all positions are in a uniform coordinate system.
Etwas komplexer ist eine kabelfreie Zone 54 in Form eines rechteckigen Bereichs, insbesondere eines rechteckigen Bereichs, dessen Seiten parallel bzw. senkrecht zu der zumindest einen Fahrwerksachse des Robotsaugers 10 verlaufen. Dafür werden die in einem globalen Koordinatensystem definierten Positionen der Massepunkte 32 in ein Koordinatensystem für den Robotsauger 10 transformiert und mit den Eckpunkten des Rechtecks verglichen. Unnötige Transformationen können dabei vermieden werden, indem zunächst ein Abstand des jeweiligen Massepunkts 32 vom Robotsauger 10 ermittelt wird und somit die Transformation nur für die Koordinaten derjenigen Massepunkte 32 durchgeführt wird, die aufgrund des ermittelten Abstands in der rechteckigen kabelfreien Zone 54 liegen können.Somewhat more complex is a cable-free zone 54 in the form of a rectangular area, in particular a rectangular area, whose sides are parallel or perpendicular to the at least one chassis axis of the Robotsaugers 10 run. For this, the positions of the mass points defined in a global coordinate system become 32 in a coordinate system for the Robotsauger 10 transformed and compared with the vertices of the rectangle. Unnecessary transformations can be avoided by first setting a distance of the respective mass point 32 from the robot vacuum cleaner 10 is determined and thus the transformation only for the coordinates of those mass points 32 performed due to the determined distance in the rectangular cable-free zone 54 can lie.
Ein weiterer Ansatz nutzt (relativ) beliebige Begrenzungen der kabelfreien Zone 54. Der Rand wird dabei durch eine Folge von Liniensegmenten 56 definiert, so dass sich eine polygonale kabelfreie Zone 54 ergibt, wie dies in 10 gezeigt ist. Dabei wird vorausgesetzt, dass die kabelfreie Zone 54 symmetrisch ist, so dass sich zwei achssymmetrische Hälften ergeben, und dass die Hälften konvex sind. Bei der Überprüfung werden diejenigen Massepunkte 32, die nahe genug am Robotsauger 10 liegen, wiederum zunächst in das Koordinatensystem für den Robotsauger 10 transformiert. Anschließend wird getestet, auf welcher Seite der Liniensegmente 56 der Massepunkt 32 liegt, um eine eventuelle Verletzung der kabelfreien Zone 54 zu erkennen. Wenn die Orientierung der Liniensegmente 56 so definiert ist, dass sich entlang der Orientierung für jede Hälfte der kabelfreien Zone 54 ein geschlossener Linienzug ergibt (wie dies in der Darstellung in 10 gezeigt ist), liegt ein Massepunkt 32 genau dann in einer Hälfte der kabelfreien Zone 54, wenn er rechts (in Richtung der jeweiligen Orientierung des Liniensegments 56 gesehen) von allen Liniensegmenten 56 liegt. Liegt der Massepunkt 32 links von einem Liniensegment 56, kann die weitere Überprüfung abgebrochen werden, da der Massepunkt 32 dann außerhalb der jeweiligen Hälfte der kabelfreien Zone 54 liegt. Mit einer polygonalen kabelfreien Zone 54, wie in 10 gezeigt, kann auch ein zum Kabeleinzug vorgesehener Abschnitt innerhalb einer den Robotsauger 10 umhüllenden Außenumfangslinie modelliert werden. Another approach uses (relatively) any limitations of the cable-free zone 54 , The border is thereby a series of line segments 56 defines, so that a polygonal cable-free zone 54 yields, as in 10 is shown. It is assumed that the cable-free zone 54 is symmetrical so that two axisymmetric halves result and that the halves are convex. When checking, those mass points become 32 that are close enough to Robotsauger 10 lie, again first in the coordinate system for the Robotsauger 10 transformed. It then tests on which side of the line segments 56 the mass point 32 is a possible violation of the cable-free zone 54 to recognize. If the orientation of the line segments 56 is defined so that along the orientation for each half of the cable-free zone 54 gives a closed polyline (as shown in the illustration in FIG 10 is shown), is a ground point 32 in one half of the cable-free zone 54 when he is right (in the direction of the respective orientation of the line segment 56 seen) from all line segments 56 lies. Lies the mass point 32 to the left of a line segment 56 , the further check can be aborted, as the mass point 32 then outside the respective half of the cable-free zone 54 lies. With a polygonal cable-free zone 54 , as in 10 Also shown is a cable entry section within a robotic vacuum cleaner 10 enveloping outer perimeter line are modeled.
Bevorzugt werden zur Entscheidungsfindung, ob das Kabel 12 eingerollt, geschleppt oder ausgerollt werden soll, nicht nur die Kopien des Modells des Kabels 12 herangezogen, sondern zusätzlich auch eine Karte der Umgebung (Umgebungskarte) berücksichtigt, in der sich der Robotsauger 10 bewegt. Eine solche Umgebungskarte, für die bereits die Darstellung in 6 ein Beispiel ist, wird insbesondere während des Reinigungsverlaufs erstellt. Sie enthält Informationen darüber, welche Orte der Robotsauger 10 bereits besucht hat. In eine Umgebungskarte werden aber – wie die Darstellung in 11 zeigt – auch Informationen über Hindernisse 36 im Bewegungsbereich des Robotsaugers 10 eingetragen. Die Informationen über etwaige Hindernisse 36 können durch Abstandssensoren 28 (1) gewonnen werden oder durch kameraunterstützte Verfahren, durch die die Position von Hindernissen 36 ermittelt werden kann (zum Beispiel mit einem Verfahren zur Bestimmung des optischen Flusses in Sequenzen von Kamerabildern).For decision making, preference is given to whether the cable 12 rolled, towed or unrolled, not just the copies of the model of the cable 12 In addition, a map of the environment (environment map) is taken into account, in which the Robotsauger 10 emotional. Such an environment map, for which already the representation in 6 an example is created especially during the cleaning process. It contains information about which places the Robotsauger 10 already visited. In an environment map but are - as the representation in 11 shows - also information about obstacles 36 in the range of movement of the Robotsaugers 10 entered. The information about any obstacles 36 can through distance sensors 28 ( 1 ) or by camera-assisted methods, by which the position of obstacles 36 can be determined (for example, with a method for determining the optical flow in sequences of camera images).
Unter Annahme einer konstanten Umwelt kann nur für bereits vom Robotersauger 10 besuchte Orte davon ausgegangen werden, dass sich an diesen keine Hindernisse 36 befinden.Assuming a constant environment can only be considered by the robot vacuum cleaner 10 Visited places are assumed to be no obstacles to these 36 are located.
Außerhalb der in der Umgebungskarte erfassten Regionen ist die Information über Hindernisse 36 unzuverlässig, zum einen aufgrund der begrenzten Reichweite von Abstandssensoren 28 und dergleichen, zum anderen aufgrund von übersehenen Hindernissen, die zu klein sind oder von der jeweiligen Sensorik 28 aufgrund ihrer Eigenschaften, nämlich zum Beispiel einer spiegelnden Oberfläche, nicht erfasst werden bzw. nicht erfasst werden können.Outside the regions covered in the area map is the information about obstacles 36 unreliable, on the one hand due to the limited range of distance sensors 28 and the like, on the other hand due to overlooked obstacles that are too small or from the respective sensors 28 due to their properties, namely, for example, a reflective surface, can not be detected or can not be detected.
Eine vorteilhafte Erweiterung der Kabelstrategie zielt also darauf ab, zu vermeiden, dass Teile des realen Kabels 12 beim Einrollen, Schleppen oder Ausrollen in vom Robotsauger 10 noch nicht besuchte Bereiche gelangen. Ansonsten besteht die Gefahr, dass das reale Kabel 12 und das Kabelmodell stark voneinander abweichen, da existierende, aber nicht erfasste Hindernisse 36 den Verlauf des realen Kabels 12 beeinflussen, aber für das Modell des Kabels 12 nicht berücksichtigt werden. Die Darstellung in 11 zeigt dies anhand eines Hindernisses 36 im Bewegungsbereich des Robotsaugers 10. Eine lediglich auf eine minimale Länge des ausgelegten Kabels 12 abzielende Kabelstrategie ohne Berücksichtigung von Hindernissen 36 würde dazu führen, dass das Modell des Kabels 12 teilweise durch das Hindernis 36 läuft (wie dies in der Darstellung durch die gestrichelte Linie zwischen der Steckdose 14 und dem Robotsauger 10 gezeigt ist). Das Modell des Kabels 12 kann dann den tatsächlichen Verlauf des realen Kabels 12 nicht abbilden.An advantageous extension of the cable strategy thus aims to avoid parts of the real cable 12 when rolling in, dragging or rolling in from the robot vacuum cleaner 10 not yet visited areas arrive. Otherwise, there is a risk that the real cable 12 and the cable model are very different because of existing but unrecognized obstacles 36 the course of the real cable 12 affect, but for the model of the cable 12 not considered. The representation in 11 shows this by means of an obstacle 36 in the range of movement of the Robotsaugers 10 , One only to a minimum length of the laid out cable 12 Aiming cable strategy without consideration of obstacles 36 would cause the model of the cable 12 partly through the obstacle 36 runs (as shown in the diagram by the dashed line between the socket 14 and the robotic vacuum cleaner 10 is shown). The model of the cable 12 then can the actual course of the real cable 12 do not map.
Wenn die Position von Hindernissen 36 aufgrund entsprechender Informationen in der Umgebungskarte bekannt sind, können diese Informationen in die Entscheidung zum Einrollen, Schleppen oder Ausrollen des Kabels 12 einbezogen werden. Die Umgebungskarte und das Kabelmodell müssen sich dabei auf das selbe globale Koordinatensystem beziehen. Das Steuerungsprogramm 26 berücksichtigt dann nicht nur das im Speicher 24 gebildete Modell für den Verlauf des Kabels 12 für vom Robotsauger 10 auszuführende Aktionen, sondern anhand einer insbesondere kontinuierlich aktualisierten Umgebungskarte auch Informationen über die Umgebung des Robotsaugers 10. Eine derartige Berücksichtigung von Hindernissen 36 und dergleichen erfolgt wie dies weiter oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der Darstellungen in 4 und 5 erläutert wurde. Das so gewonnene Modell wird dann für vom Robotsauger 10 auszuführende Aktionen, wie die Ansteuerung der Kabelsteuereinheit 30, berücksichtigt.When the position of obstacles 36 Because of appropriate information in the area map, this information may be used in the decision to roll, tow or unroll the cable 12 be included. The environment map and the cable model must refer to the same global coordinate system. The control program 26 then not only takes into account that in memory 24 formed model for the course of the cable 12 for the robot vacuum cleaner 10 to be performed actions, but also information about the environment of Robotsaugers using a particular continuously updated map of the environment 10 , Such consideration of obstacles 36 and the like, as described above in connection with the description of the drawings in FIG 4 and 5 was explained. The model thus obtained is then for the Robotsauger 10 to be performed actions, such as the control of the cable control unit 30 , considered.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Robotsauger/StaubsaugerroboterRobot vacuum cleaner / vacuum cleaner robot
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1212
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Kabelelectric wire
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1414
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Spannungsquelle/SteckdoseVoltage source / outlet
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1616
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Radwheel
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1818
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Borstenwalzebristle roller
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2020
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Steuerungseinrichtungcontrol device
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2222
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Mikroprozessor (der Steuerungseinrichtung)Microprocessor (the controller)
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2424
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Speicher (der Steuerungseinrichtung)Memory (the control device)
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2626
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Steuerungsprogramm/Computerprogramm (der Steuerungseinrichtung)Control program / computer program (control device)
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2828
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Sensoriksensors
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3030
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KabelsteuereinheitCable control unit
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3232
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Massepunkt (des Modells des Kabels)Ground point (of the model of the cable)
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3434
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Segment (des Modells des Kabels)Segment (of the model of the cable)
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3636
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Linie/HindernisLine / obstacle
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3838
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Bahn (Bewegungsbahn des Robotsaugers)Orbit (trajectory of Robotic Sucker)
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4040
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Auslasspunkt (des Kabels am Robotsauger)/SollpositionOutlet point (of the cable on Robotsauger) / target position
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42–5242-52
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Schritt (im Flussdiagramm)Step (in the flow chart)
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5454
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kabelfreie Zonecable-free zone
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5656
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Liniensegment (zur Modellierung einer kabelfreien Zone)Line segment (to model a cable-free zone)
