-
Stand der Technik
-
Es sind bereits Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtungen von autonomen Fortbewegungsgeräten, insbesondere von autonomen Rasenmähern, bekannt, welche eine Recheneinheit und eine Sensoreinheit zu einer Erfassung von Umgebungsdaten zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit und/oder zu einer Bestimmung einer Position innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit umfassen. Hierbei erfasst die Sensoreinheit insbesondere GPSgestützte Umgebungsdaten, Umgebungsbilder/Umgebungsbildsequenzen, Daten von Funkbarken, Kenngrößen von Magnetfeldern von Einfassungsdrähten usw., mittels denen die Recheneinheit eine Bewegungsstrategie erarbeitet und/oder eine Position des autonomen Fortbewegungsgeräts innerhalb des Arbeitsbereichs bestimmt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einer Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung eines autonomen Fortbewegungsgeräts, insbesondere eines autonomen Rasenmähers, mit zumindest einer Recheneinheit und mit zumindest einer Sensoreinheit zu einer Erfassung von Umgebungsdaten zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit und/oder zu einer Bestimmung einer Position innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit.
-
Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit zumindest eine Signaturerstellungsfunktion aufweist, die dazu vorgesehen ist, infolge einer Erfassung von Umgebungsdaten mittels der Sensoreinheit eine Signatur eines Untergrunds zu erstellen. Besonders bevorzugt weist die Recheneinheit zumindest eine Signaturerstellungsfunktion auf, die dazu vorgesehen ist, infolge einer Erfassung von einfassungsdrahtunabhängigen Umgebungsdaten mittels der Sensoreinheit eine Signatur eines Untergrunds zu erstellen. Der Begriff „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet definieren. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest eine Radareinheit, mittels derer Umgebungsdaten zu einer Nutzung durch die Recheneinheit zu einer Erstellung der Signatur des Untergrunds erfassbar sind. Unter einem „autonomen Fortbewegungsgerät“ soll hier insbesondere ein Gerät verstanden werden, das sich selbsttätig in einem Bereich bzw. in einer Umgebung fortbewegt bzw. orientiert oder navigiert, insbesondere sich nach einem Anlernprozess selbsttätig in einem Bereich bzw. in einer Umgebung fortbewegt bzw. sich orientiert. Der Ausdruck „selbsttätig fortbewegen bzw. orientieren“ soll hier insbesondere eine Fortbewegung bzw. eine Orientierung oder Navigation des Fortbewegungsgeräts, insbesondere nach einem Anlernprozess, ohne einen menschlichen Eingriff definieren. Vorzugsweise bewegt sich das autonome Fortbewegungsgerät nach einem von einem Bediener mit dem autonomen Fortbewegungsgerät durchgeführten Anlernprozess selbsttätig in einem Bereich bzw. in einer Umgebung fort bzw. orientiert sich selbsttätig in einem Bereich bzw. in einer Umgebung. Das Fortbewegungsgerät kann hierbei als autonomer Rasenmäher, als autonomer Staubsauger, als autonome Kehrmaschine, als autonomes Transportfahrzeug, als autonomes Fluggerät, als autonomes Agrargerät usw. ausgebildet sein. Bevorzugt ist das autonome Fortbewegungsgerät als autonomer Rasenmäher ausgebildet, der dazu vorgesehen ist, einen als Rasenfläche ausgebildeten Arbeitsbereich bzw. eine als Rasenfläche ausgebildet Arbeitsumgebung abzufahren bzw. zu bearbeiten. Hierzu weist das autonome Fortbewegungsgerät besonders bevorzugt eine als Mähwerkeinheit ausgebildete Arbeitsflächenbearbeitungseinheit auf.
-
Unter einer „Recheneinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit einem Informationseingang, einer Informationsverarbeitung und einer Informationsausgabe verstanden werden. Vorteilhaft weist die Recheneinheit zumindest einen Prozessor, eine Auswerteeinheit, Ein- und Ausgabemittel, weitere elektrische Bauteile, ein Betriebsprogramm, Regelroutinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen auf. Die Recheneinheit und die Sensoreinheit sind zu einem Datenaustausch, insbesondere zu einer Übermittlung von elektronischen Daten, elektrisch und/oder elektronisch auf eine, einem Fachmann bereits bekannte Art und Weise verbunden. Hierbei können die Recheneinheit und/oder die Steuereinheit kabelgebunden miteinander verbunden sein, wie beispielsweise mittels einer Glasfaserleitung, mittels einer Kupferleitung usw., und/oder mittels einer drahtlosen Datenleitung, wie beispielsweise mittels einer WLAN-Datenleitung, mittels einer Bluetooth-Datenleitung usw. Zudem kann das autonome Fortbewegungsgerät zumindest eine Datenschnittstelleneinheit umfassen, mittels derer ein Bediener elektronische Daten, insbesondere zusätzliche Umgebungsdaten oder zusätzliche Steuerdaten, von einem externen Gerät, wie beispielsweise einem PC, einem Tablet, einem Smartphone usw., an das autonome Fortbewegungsgerät und/oder von dem autonomen Fortbewegungsgerät an ein externes Gerät zu einer Programmierung des autonomen Fortbewegungsgeräts übertragen kann.
-
Der Begriff „Umgebungsdaten“ soll hier insbesondere Daten bzw. Kenngrößen einer Umgebung definieren, wie beispielsweise Reflektionseigenschaften von im Arbeitsbereich befindlichen Objekten, Konturen von im Arbeitsbereich befindlichen Objekten, Materialarten von im Arbeitsbereich befindlichen Objekten, Abmessungen von im Arbeitsbereich befindlichen Objekten, relative Abstände von im Arbeitsbereich befindlichen Objekten, Positionen von Arbeitsbereichsbegrenzungselementen usw. Bevorzugt erfasst die Sensoreinheit Umgebungsdaten, die unabhängig sind von als Einfassungsdraht ausgebildeten Arbeitsbereichsbegrenzungselementen. Unter einem „Einfassungsdraht“ soll hier insbesondere ein stromdurchflossenes Element verstanden werden, das im Bereich von Arbeitsbereichsgrenzen bzw. Arbeitsumgebungsgrenzen angeordnet ist und dem autonomen Fortbewegungsgerät Grenzen eines Arbeitsbereichs bzw. einer Arbeitsumgebung angibt. Die Umgebungsdaten der Sensoreinheit werden vorzugsweise zu einer Erstellung einer Signatur eines Untergrunds, über den sich das autonome Fortbewegungsgerät hinwegbewegt, in der Signaturerstellungsfunktion der Recheneinheit von der Recheneinheit genutzt. Der Ausdruck „Signatur eines Untergrunds“ soll hier insbesondere eine Charakteristika eines Untergrunds, wie beispielswiese Anordnung von Gegenständen im Untergrund, Art einer Untergrundschicht, Aufbau verschiedenster Untergrundschichten, relative Anordnung der Untergrundschichten, Wasservorkommen im Untergrund, beschreiben, die zu verschiedenen Zeitpunkten einem einzelnen Bereich des Untergrunds genau zuordenbar ist, um eine Wiedererkennung und eine eindeutige Zuordnung des Bereichs des Untergrunds zu ermöglichen. Die Signatur des Untergrunds ist vergleichbar mit einem Fingerabdruck eines Menschen, der eine Wiedererkennung und eine eindeutige Zuordnung zu einer Person ermöglicht. Somit bildet die Signatur des Untergrunds einen „Fingerabdruck des Untergrunds“. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des autonomen Fortbewegungsgeräts kann vorteilhaft eine präzise Selbstlokalisation des autonomen Fortbewegungsgeräts ermöglicht werden, die weitestgehend unabhängig von auf dem Untergrund angeordneten Gegenständen, von Wetterverhältnissen, von Sichtverhältnissen usw. ist. Ferner kann vorteilhaft eine präzise Bewegungsstrategie mittels der Recheneinheit erarbeitet werden, die eine selbsttätige Fortbewegung des autonomen Fortbewegungsgeräts innerhalb eines Arbeitsbereichs bzw. in einer Arbeitsumgebung ermöglicht, wobei infolge einer Inbetrachtziehung der Signatur des Untergrunds ein hoher Bedienkomfort für einen Bediener erreichbar ist, da das autonome Fortbewegungsgerät sich unabhängig von zuvor installierten Einfassungsdrähten und/oder Begrenzungselementen, wie beispielsweise Reflektorbalken, wie dies bei autonomen Fortbewegungsgeräten aus dem Stand der Technik üblich ist, lokalisieren und sich fortbewegen kann.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest ein Senderelement umfasst, mittels dessen zu einer Nutzung durch die Recheneinheit zu einer Erstellung der Signatur des Untergrunds elektromagnetische Wellen aussendbar sind. Vorzugsweise sind mittels des Senderelements elektromagnetische Wellen in einem Radiowellengrenzbereich von 1 Megahertz bis 100 Gigahertz aussendbar. Das Senderelement ist somit bevorzugt als Radarsenderelement ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass mittels des Senderelements elektromagnetische Wellen mit einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Radiowellengrenzbereich aussendbar sind. Ferner ist es auch denkbar, dass mittels des Senderelements, Lichtwellen zu einer Nutzung durch die Recheneinheit zu einer Erstellung der Signatur des Untergrunds aussendbar sind. Besonders bevorzugt ist das Senderelement in einem auf einem Untergrund angeordneten Zustand des autonomen Fortbewegungsgeräts in Richtung des Untergrunds ausgerichtet. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorteilhaft eine robuste Sensoreinheit realisiert werden, die eine zuverlässige Erfassung von Objekten in und/oder auf einem Untergrund ermöglicht.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest ein Empfängerelement umfasst, das dazu vorgesehen ist, von einem Senderelement der Sensoreinheit ausgesandte, elektromagnetische Wellen, die zumindest von einem in und/oder auf einem Untergrund befindlichen Gegenstand reflektierbar sind, zu empfangen. Das Empfängerelement kann hierbei relativ zum Senderelement beabstandet angeordnet sein. Die mittels des Empfängerelements empfangenen, elektromagnetischen Wellen werden in der Signaturerstellungsfunktion der Recheneinheit genutzt, um eine Signatur des Untergrunds bzw. von einzelnen Bereichen des Untergrunds, über den das autonome Fortbewegungsgerät sich fortbewegt, zu erstellen. Somit kann vorteilhaft eine präzise Erfassung von Gegenständen, Wasservorkommen, Untergrundarten usw. ermöglicht werden, die zu einer selbsttätigen Fortbewegung des autonomen Fortbewegungsgeräts genutzt werden kann.
-
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest ein Senderelement und zumindest ein Empfängerelement umfasst, die in einem gemeinsamen Sensorgehäuse der Sensoreinheit angeordnet sind. Durch eine gemeinsame Anordnung des Empfängerelements und des Senderelements in einem gemeinsamen Sensorgehäuse der Sensoreinheit kann vorteilhaft eine einfach zu montierende Sensoreinheit ermöglicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine Nachrüstbarkeit von bereits bestehenden autonomen Fortbewegungsgeräten ermöglicht werden.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Bewegungsstrategieerarbeitungsund/oder Navigationsvorrichtung zumindest eine Standortortungseinheit umfasst, welche zu einer Positionsbestimmung vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist die Standortortungseinheit als Odometrie- und/oder GPS-Einheit ausgebildet, die zu einer Positionsbestimmung vorgesehen ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Standortortungseinheit eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltung aufweist, wie beispielsweise eine Ausgestaltung als Kompasseinheit, als Gyroskopeinheit, als Laserscannereinheit, als Inertialsensoreinheit, als Ultraschalleinheit, als Bilderfassungseinheit usw., die zu einer Positionsbestimmung geeignet ist. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine mithilfe der Signatur des Untergrunds bestimmten Positionen unabhängige Positionsbestimmung des autonomen Fortbewegungsgeräts ermöglicht werden. Zudem kann vorteilhaft ein Abgleich einer mittels der Signatur des Untergrunds bestimmten Position des autonomen Fortbewegungsgeräts und der mittels der Standortortungseinheit bestimmten Position des autonomen Fortbewegungsgeräts realisiert werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine präzise Navigation des autonomen Fortbewegungsgeräts innerhalb des Arbeitsbereichs bzw. innerhalb der Arbeitsumgebung ermöglicht werden.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit zumindest eine Kombinationsfunktion aufweist, die zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie innerhalb eines Arbeitsbereichs und/oder zu einer Bestimmung einer Position innerhalb eines Arbeitsbereichs die von der Sensoreinheit erfassten Umgebungsdaten mit den von der Standortortungseinheit bestimmten Position kombiniert. Zudem ist es ebenfalls denkbar, dass die Recheneinheit zusätzlich dazu vorgesehen ist, in einem Arbeitsbereich bzw. in einer Arbeitsumgebung angeordnete Markierungselemente, die mittels einer als Bilderfassungseinheit ausgebildeten Sensoreinheit oder Standortortungseinheit erfassbar sind, zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie in zumindest einem Betriebszustand zu berücksichtigen. Die in einem Arbeitsbereich bzw. in einer Arbeitsumgebung angeordneten Markierungselemente können hierbei von QR-Codeelementen usw. gebildet sein. Vorzugsweise können die in einem Arbeitsbereich bzw. in einer Arbeitsumgebung angeordneten Markierungselemente dazu genutzt werden, dem autonomen Fortbewegungsgerät zusätzlich Informationen zur Verfügung zu stellen, wie beispielsweise eine Position einer Ladestation, eine Unterbrechungsanweisung eines Bodenbearbeitungsvorgangs an vorgegebenen Positionen eines Arbeitsbereichs bzw. einer Arbeitsumgebung usw. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorteilhaft eine präzise Lokalisierung eines Standorts des autonomen Fortbewegungsgeräts ermöglicht werden, die vorteilhaft zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie berücksichtigt werden kann.
-
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung zumindest eine Speichereinheit zu einem Abspeichern der mittels der Recheneinheit erstellten Signatur des Untergrunds umfasst. Der Begriff „Speichereinheit“ soll hier insbesondere eine Einheit definieren, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Information, vorteilhaft von einer Stromversorgung unabhängig, elektronisch zu speichern. Bevorzugt ist die Speichereinheit als nichtflüchtige Speichereinheit, wie beispielsweise als Flash-Speichereinheit usw., ausgebildet. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorteilhaft ein Vergleich einer aktuell erstellten Signatur eines Untergrunds mit einer in der Speichereinheit abgespeicherten Signatur eines Untergrunds genutzt werden, um eine zuverlässige Positionsbestimmung des autonomen Fortbewegungsgeräts innerhalb des Arbeitsbereichs bzw. innerhalb der Arbeitsumgebung zu ermöglichen.
-
Des Weiteren geht die Erfindung aus von dem autonomen Fortbewegungsgerät mit zumindest einer erfindungsgemäßen Bewegungsstrategieerarbeitungsund/oder Navigationsvorrichtung, wobei das autonome Fortbewegungsgerät zumindest eine Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit aufweist, an der die Sensoreinheit angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit beweglich an der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit angeordnet. Hierbei kann die Sensoreinheit an einem mittels eines Schwenkarms an der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit angeordnet sein. Hierbei können/kann eine Position und/oder ein Winkel der Sensoreinheit relativ zur Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit in Abhängigkeit eines Einsatzgebiets bzw. eines Anwendungsgebiets geändert werden. Zudem ist es denkbar, dass die Sensoreinheit während einer Fortbewegung des autonomen Arbeitsgeräts innerhalb des Arbeitsbereichs den Untergrund direkt kontaktiert, um eine Signatur des Untergrunds zu erstellen. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorteilhaft eine hohe Variabilität von Einsatzmöglichkeiten für das autonome Fortbewegungsgerät geschaffen werden.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass das autonome Fortbewegungsgerät zumindest eine Fahrwerkseinheit umfasst, wobei die Sensoreinheit an einer einer Untergrundkontaktfläche der Fahrwerkseinheit zugewandten Seite der Gehäuseund/oder Rahmeneinheit angeordnet ist. Der Begriff „Untergrundkontaktfläche“ soll hier insbesondere eine Fläche der Fahrwerkseinheit definieren, die in einem auf einem Untergrund angeordneten Zustand des autonomen Fortbewegungsgeräts einen direkten Kontakt mit dem Untergrund aufweist. Somit kann vorteilhaft eine ungestörte Aussendung des Senderelements der Sensoreinheit ermöglicht werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine präzise Erfassung von Untergrunddaten ermöglicht werden, die vorteilhaft zu einer Erstellung einer Signatur genutzt werden können.
-
Zudem geht die Erfindung aus von einem Verfahren zu einer Steuerung des erfindungsgemäßen autonomen Fortbewegungsgeräts, wobei infolge einer Erfassung von ausgesandten und wieder reflektierten, elektromagnetischen Wellen durch die Sensoreinheit von der Recheneinheit eine Signatur eines Untergrunds zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie innerhalb eines Arbeitsbereichs und/oder zu einer Bestimmung einer Position innerhalb eines Arbeitsbereichs des autonomen Fortbewegungsgeräts erarbeitet wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft eine präzise Fortbewegung des autonomen Fortbewegungsgeräts, insbesondere nach einem Anlernprozess, ermöglicht werden, die unabhängig von lokalen Änderungen ist, wie beispielsweise eine Umplatzierung von Gegenständen (Gartenmöbel usw.), ein Sonnenstand, Temperaturveränderungen, Schneefall usw.
-
Die erfindungsgemäße Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung, das erfindungsgemäße autonome Fortbewegungsgerät und/oder das erfindungsgemäße Verfahren soll/sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann die erfindungsgemäße Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung, das erfindungsgemäße autonome Fortbewegungsgerät und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen.
-
Zeichnung
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es zeigen:
-
1 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen autonomen Fortbewegungsgeräts mit einer erfindungsgemäßen Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
-
2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung während einer Erfassung von Umgebungsdaten zu einer Erstellung einer Signatur eines Untergrunds in einer schematischen Darstellung und
-
3 einen Graph einer Signatur eines Untergrunds in einer schematischen Darstellung.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt ein autonomes Fortbewegungsgerät 12, das zumindest eine Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 umfasst. Die Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 weist zumindest eine Recheneinheit 14 und zumindest eine Sensoreinheit 16 zu einer Erfassung von Umgebungsdaten zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit 14 und/oder zu einer Bestimmung einer Position des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit 14 auf. Zu einer Fortbewegung umfasst das autonome Fortbewegungsgerät 12 eine, einem Fachmann bereits bekannte Antriebseinheit (hier nicht näher dargestellt), auf die hierin nicht näher eingegangen wird. Das autonome Fortbewegungsgerät 12 umfasst ferner zumindest eine Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34, an der die Sensoreinheit 16 angeordnet ist. Zudem umfasst das autonome Fortbewegungsgerät 12 zumindest eine Fahrwerkseinheit 36, wobei die Sensoreinheit 16 an einer einer Untergrundkontaktfläche der Fahrwerkseinheit 36 zugewandten Seite der Gehäuseund/oder Rahmeneinheit 34 angeordnet ist. Hierbei kann die Sensoreinheit 16 beweglich relativ zur Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 angeordnet sein, wie beispielsweise mittels eines Schwenkarms usw. Eine Anordnung der Sensoreinheit 16 an einer anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Position der Sensoreinheit 16 an der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 ist ebenfalls denkbar, wie beispielsweise eine Anordnung an einer in eine Fortbewegungsrichtung ausgerichteten Vorderseite der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34, an einer entgegen der Fortbewegungsrichtung ausgerichteten Rückseite der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 usw.
-
Des Weiteren umfasst die Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 zumindest eine Standortortungseinheit 30, welche zu einer Positionsbestimmung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb eines Arbeitsbereichs vorgesehen ist. Die Standortortungseinheit 30 ist als GPS-Einheit ausgebildet. Hierbei ist die Standortortungseinheit 30 an und/oder in der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 angeordnet. Somit sind die Recheneinheit 14, die Sensoreinheit 16 und die Standortortungseinheit 30 in und/oder an der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 angeordnet. Zudem sind die Recheneinheit 14, die Sensoreinheit 16 und die Standortortungseinheit 30 mittels Datenleitungen der Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 zu einem Austausch von Daten miteinander verbunden. Das autonome Fortbewegungsgerät 12 ist als autonomer Rasenmäher ausgebildet, der dazu vorgesehen ist, sich nach einem Anlernprozess selbstständig innerhalb eines Arbeitsbereichs bzw. einer Arbeitsumgebung fortzubewegen und eine in dem Arbeitsbereich bzw. der Arbeitsumgebung angeordnete Arbeitsfläche selbsttätig zu bearbeiten. Zu einer Bearbeitung der Arbeitsfläche weist das autonome Fortbewegungsgerät 12 eine als Mähwerkeinheit ausgebildete Arbeitsflächenbearbeitungseinheit 38 auf. Es ist jedoch auch denkbar, dass das autonome Fortbewegungsgerät 12 eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltung aufweist, wie beispielsweise eine Ausgestaltung als autonomer Staubsauger, als autonomes Transportgerät, als autonomes Agrargerät zu einer Bearbeitung von landwirtschaftlichen Flächen, als autonomes Fluggerät usw.
-
Während des Anlernprozesses des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 wird das autonome Fortbewegungsgerät 12 von einem Bediener über eine Arbeitsfläche innerhalb eines Arbeitsbereichs geschoben oder (fern-)gesteuert. Hierdurch wird dem autonomen Fortbewegungsgerät 12 die zu bearbeitende Arbeitsfläche innerhalb eines Arbeitsbereichs gezeigt. Hierbei wird dem autonomen Fortbewegungsgerät 12 eine Außenkontur (bei einer Ausgestaltung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 als Rasenmäher entspricht die Außenkontur einer Rasenkante) der Arbeitsfläche gezeigt bzw. entlang der Außenkontur der Arbeitsfläche geschoben. Alternativ oder zusätzlich kann der Bediener das autonome Fortbewegungsgerät 12 während des Anlernprozesses entlang gewünschter Bahnen bewegen, entlang derer sich das autonome Fortbewegungsgerät 12 nach Vorstellung des Bedieners innerhalb der Arbeitsfläche fortbewegen soll.
-
Zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit 14 und/oder zu einer Bestimmung einer Position des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb eines Arbeitsbereichs mittels der Recheneinheit 14 umfasst die Recheneinheit 14 zumindest eine Signaturerstellungsfunktion, die dazu vorgesehen ist, infolge einer Erfassung von Umgebungsdaten mittels der Sensoreinheit 16 eine Signatur 18 (3) eines Untergrunds 20 (2), insbesondere eines Untergrunds 20 über den sich das autonome Fortbewegungsgerät 12 während eines Anlernprozesses oder während einer Bearbeitung der Arbeitsfläche fortbewegt, zu erstellen. Hierzu umfasst die Sensoreinheit 16 zumindest ein Senderelement 22 (2), mittels dessen zu einer Nutzung durch die Recheneinheit 14 zu einer Erstellung der Signatur 18 des Untergrunds 20 elektromagnetische Wellen aussendbar sind. Das Senderelement 22 ist als Radarwellensenderelement ausgebildet. Somit sind mittels des Senderelements 22 elektromagnetische Wellen aussendbar, die eine Frequenz in einem Frequenzbereich von 1 Megahertz bis 100 Gigahertz aufweisen. Ein Fachmann wird je nach Anwendungsgebiet einen geeigneten Frequenzbereich für die elektromagnetischen Wellen auswählen. Des Weiteren umfasst die Sensoreinheit 16 zumindest ein Empfängerelement 24, das dazu vorgesehen ist, von dem Senderelement 22 der Sensoreinheit 16 ausgesandte, elektromagnetische Wellen, die zumindest von einem in und/oder auf einem Untergrund 20 befindlichen Gegenstand 26 (2) reflektierbar sind, zu empfangen. Somit ist die Sensoreinheit 16 als Radareinheit ausgebildet. Die Sensoreinheit 16 kann hierbei eine von einem Senderelement 22 und/oder von einem Empfängerelement 24 abweichende Anzahl an Senderelementen 22 und/oder Empfängerelementen 24 aufweisen. Ein Fachmann wird in Abhängigkeit einer Abmessung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 und/oder in Abhängigkeit eines Anwendungsgebiets des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 eine geeignete Anzahl an Senderelementen 22 und/oder Empfängerelementen 24 vorsehen.
-
Die Sensoreinheit 16 weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 ein Senderelement 22 und zwei Empfängerelemente 24, 40 auf, die relativ zueinander beabstandet an der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 in einem auf dem Untergrund 20 angeordneten Zustand des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 an einer dem Untergrund 20 zugewandten Seite der Gehäuse- und/oder Rahmeneinheit 34 angeordnet sind. Hierbei sind das Senderelement 22 und die zwei Empfängerelemente 24, 40 jeweils in einem separaten Sensorgehäuse 42, 44, 46 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Sensoreinheit 16 alternativ oder zusätzlich zu den einzeln in den Sensorgehäusen 42, 44, 46 angeordneten Senderelement 22 und den zwei Empfängerelementen 24, 40 zumindest ein Senderelement 22’ und zumindest ein Empfängerelement 24’ umfasst, die in einem gemeinsamen Sensorgehäuse 28’ der Sensoreinheit 16 angeordnet sind (in 2 sind das zusammen mit dem Empfängerelement 24’ in einem Sensorgehäuse 28’ angeordnete Senderelement 22’ gestrichelt dargestellt).
-
Zu einer Erstellung einer Signatur 18 des Untergrunds 20, über den sich das autonome Fortbewegungsgerät 12 fortbewegt, sind mittels des Senderelements 22 elektromagnetische Wellen aussendbar, die von zumindest einem im Untergrund 20 befindlichen Gegenstand 26 reflektierbar sind. Der Untergrund 20 umfasst hierbei eine Bodengrenze 48, auf der Pflanzen wachsen können bzw. vorhanden sind, und ein Erdreich 50. Das Erdreich 50 umfasst natürliche Elemente, wie bestimmte Sand-/Gesteinsschichten. Ferner können im Erdreich 50 Wasserkanäle/Wasserreservoirs 52 (z.B. Grundwasser) vorhanden sein. Der im Untergrund 20 bzw. im Erdreich 50 befindliche Gegenstand 26 kann von einem Stein, von einem Metallelement, von einem Bauschuttelement usw. gebildet sein. Somit werden die von dem Senderelement 22 ausgesandten, elektromagnetischen Wellen teilweise von der Bodengrenze 48, teilweise von dem Gegenstand 26 und/oder teilweise von den Wasserkanälen/Wasserreservoirs 52 innerhalb des Erdreiches 50 usw. reflektiert. Die elektromagnetischen Wellen werden somit auf eine, einem Fachmann bereits bekannte Art und Weise reflektiert, wobei der Bodengrenze 48, dem Gegenstand 26, den Wasserkanälen/Wasserreservoirs 52 usw. jeweils eine spezifische Reflektionscharakteristika zuordenbar ist. Die von der Bodengrenze 48, von dem Gegenstand 26 und/oder von den Wasserkanälen/Wasserreservoirs 52 reflektieren, elektromagnetischen Wellen werden von den zwei Empfängerelementen 24, 40 empfangen und als elektrisches Signal an die Recheneinheit 14 übertragen. Infolge der unterschiedlichen Reflektionscharakteristiken der Bodengrenze 48, des Gegenstands 26 und/oder der Wasserkanäle/Wasserreservoirs 52 wird mittels der Empfängerelemente 24, 40 ein spezifisches Reflektionsmuster empfangen, das die Signatur 18 des Untergrunds 20 an einer Position innerhalb des Arbeitsbereichs wiederspiegelt. Mittels der Signaturerstellungsfunktion der Recheneinheit 14 wird aus dem Reflektionsmuster die Signatur 18 des Untergrunds 20 erstellt. Hierbei kann durch eine Modulation oder durch eine Kombination mit mehreren Senderelementen 22, 22’ (evtl. auf verschiedenen Frequenzen) oder Empfängerelementen 24, 24’, 40 durch eine Korrelation der Signale eine für die Position des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb des Arbeitsbereichs lokal stabile Signatur 18 des Untergrunds 20 erstellt werden. Eine Stabilität der Signatur 18 des Untergrunds 20 ist steigerbar, indem dynamische Objekte (z.B. Grundwasser) explizit mitgeschätzt werden. Hierdurch ist eine Stabilität der Signatur 18 des Untergrunds 20 von mehreren Tagen auf mehrere Wochen/Monate steigerbar.
-
Somit wird ein Verfahren zu einer Steuerung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 angewandt, das infolge einer Erfassung von ausgesandten und wieder reflektierten, elektromagnetischen Wellen durch die Sensoreinheit 16 von der Recheneinheit 14 eine Signatur 18 des Untergrunds 20 zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie innerhalb eines Arbeitsbereichs des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 und/oder zu einer Bestimmung einer Position innerhalb eines Arbeitsbereichs des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 erarbeitet wird. Die von der Signaturerstellungsfunktion der Recheneinheit 14 erstellte Signatur 18 des Untergrunds 20 wird zu einer Weiterverarbeitung bzw. zu einer Wiedernutzung in einer Speichereinheit 32 der Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 gespeichert. Somit umfasst die Bewegungsstrategieerarbeitungs- und/oder Navigationsvorrichtung 10 zumindest eine Speichereinheit 32 zu einem Abspeichern der mittels der Recheneinheit 14 erstellten Signatur 18 des Untergrunds 20. Die Speichereinheit 32 ist hierbei in und/oder an der Gehäuseund/oder Rahmeneinheit 34 angeordnet. Die in der Speichereinheit 32 abgespeicherte Signatur 18 eines Untergrunds 20 für eine Position wird von der Recheneinheit 14 zu einer Orientierung bzw. zu einer Positionsbestimmung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 genutzt. Hierzu wird eine aktuell mittels der Signaturerstellungsfunktion der Recheneinheit 14 erstellte Signatur 18’ mit der in der Speichereinheit 32 abgespeicherten Signatur 18 des Untergrunds 20 über ein Ähnlichkeitsmaß verglichen (z.B. Kreuzkorrelation). Hier ist die Annahme, dass das autonome Fortbewegungsgerät 12 schon einmal an derselben/im Umkreis derselben Position innerhalb des Arbeitsbereichs war und bereits eine Signatur 18 des Untergrunds 20 mittels der Signaturerstellungsfunktion der Recheneinheit 14 erstellt wurde, die in der Speichereinheit 32 abgespeichert ist. Im Unterschied zur inkrementellen Positionsschätzung können die Zeitpunkte zwischen den Signaturerstellungen beliebig lange auseinander sein.
-
Zu einer Bestimmung einer Position des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 erfolgt mittels der Recheneinheit 14 und der in der Speichereinheit 32 abgespeicherten Signatur 18 des Untergrunds 20 eine inkrementelle Positionsschätzung. Hierbei wird mittels der Recheneinheit 14 eine Bewegung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 zwischen zwei Zeitpunkten geschätzt, an denen eine Erfassung von Umgebungsdaten mittels der Sensoreinheit 16 erfolgt sind. Hierzu werden erfasste Reflektionsmuster mittels der Recheneinheit 14 über ein Ähnlichkeitsmaß verglichen (z.B. mittels eines korrelationsbasierten Verfahrens). Alternativ können auch modellbasierte (probabilistische) Verfahren verwendet werden. Dabei wird die wahrscheinlichste Bewegung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 basierend auf den bisherigen Umgebungsdaten bzw. Reflektionsmustern, die in der Speichereinheit 32 gespeichert sind/sein können, geschätzt.
-
Des Weiteren umfasst die Recheneinheit 14 eine Kartierungsfunktion, die dazu vorgesehen ist, anhand der mittels der Sensoreinheit 16 erfassten Umgebungsdaten bzw. der bereits erstellten Signatur 18 des Untergrunds 20 eine geometrische/topologische Karte des Arbeitsbereichs zu erstellen. Hierbei werden einzelnen Kartenabschnitten entsprechende Signaturabschnitte der Signatur 18 des Untergrunds 20 zugeordnet, die somit einer bestimmten Position innerhalb des Arbeitsbereichs zuordenbar sind. Zudem können den Kartenabschnitten weitere Informationen zugeordnet werden, wie beispielsweise eine Bonitur des Untergrunds 20, einzelne Umgebungsdaten usw. Die den Kartenabschnitten zugeordneten Informationen werden bei einer Fortbewegung des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 zu einer Relokalisierung bzw. zu einer Navigation des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb des Arbeitsbereichs verwendet. Zudem sind mittels einer spezifischen Zuordnung von Signaturabschnitten zu Kartenabschnitten Veränderungen der Signatur 18 des Untergrunds 20 im Laufe der Zeit erfassbar. Hierdurch können beispielsweise auch Änderungen in einer Bonitur des Untergrunds 20 erfasst werden bzw. berücksichtigt werden.
-
Die mittels der Sensoreinheit 16 erfassten Umgebungsdaten werden zudem in einer Boniturfunktion der Recheneinheit 14 genutzt um eine Ertragsfähigkeit des Untergrunds 20 zu bewerten. Hierbei können die mittels der Sensoreinheit 16 erfassten Umgebungsdaten in eine feste Signatur (z.B. Reflektion durch Steine etc.) und eine variable Signatur (z.B. Reflektion durch aktuelle Pflanzen/Wasserdichte im Erdreich 50) aufgeteilt werden. Dadurch kann eine Bonitur des Arbeitsbereichs ermöglicht werden. Die Bonitur wird in der Speichereinheit 32 abgespeichert und dem jeweiligen Kartenabschnitt, zu dem die Bonitur erstellt wurde, zugeordnet.
-
Zu einer Navigation des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 innerhalb des Arbeitsbereichs weist die Recheneinheit 14 zumindest eine Kombinationsfunktion auf. Die Kombinationsfunktion ist zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie innerhalb eines Arbeitsbereichs und/oder zu einer Bestimmung einer Position innerhalb eines Arbeitsbereichs vorgesehen. Hierbei kombiniert die Kombinationsfunktion die von der Sensoreinheit 16 erfassten Umgebungsdaten bzw. die anhand der abgespeicherten Signatur 18 des Untergrunds 20 erarbeitete Position mit den von der Standortortungseinheit 30 bestimmten Position. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Recheneinheit 14 zu einer Navigation des autonomen Fortbewegungsgeräts 12 lediglich die Signatur 18 des Untergrunds 20 nutzt. Das autonome Fortbewegungsgerät 12 bewegt sich somit mittels einer Lokalisierung durch die Kombinationsfunktion entlang bestimmter Trajektorien, um die Arbeitsfläche zu bearbeiten. Hierbei findet ständig eine Wiedererkennung der aktuellen Position aufgrund eines Vergleichs bzw. Abgleichs der in der Speichereinheit 32 abgespeicherten Signatur 18 des Untergrunds 20 und einer während einer Fortbewegung erstellten Signatur 18’ statt. Das autonome Fortbewegungsgerät 12 wird infolge des Vergleichs bzw. Abgleichs auf der Trajektorie gehalten. Somit steuert das autonome Fortbewegungsgerät 12 gezielt beim Anlernprozess angelernte Wegpunkte an. Das autonome Fortbewegungsgerät 12 bewegt sich ferner nach einem bestimmten Muster bzw. entlang einer bestimmten Trajektorie, um die Lokalisierung gezielt zu unterstützen (z.B. kehrt das autonome Fortbewegungsgerät 12 bewusst zu einem bekannten Punkt, wie einer Basisstation zurück, weil das autonome Fortbewegungsgerät 12 an dieser Stelle genau weiß, wo es sich befindet).
-
Das autonome Fortbewegungsgerät 12 kann zudem auch Positionen innerhalb des Arbeitsbereichs ansteuern, die während des Anlernprozesses nicht angelernt wurden. Hierzu nutzt die Recheneinheit 14 ein Bildauswertungsverfahren, bei dem dreidimensionale Informationen ermittelbar sind (z.B. Structure from Motion oder Stereo-Bildanalyse). Hierbei umfasst die Bewegungsstrategieerarbeitungsund/oder Navigationsvorrichtung 10 zu einer Erfassung von Bildern zumindest eine Bilderfassungseinheit 56. Zudem umfasst das autonome Fortbewegungsgerät 12 zumindest eine Bewegungssensoreinheit 54 zu einer Erfassung zumindest einer Fahrwerkskenngröße und/oder zumindest einer Bewegungskenngröße, die die Recheneinheit 14 in zumindest einem Betriebszustand bei einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie berücksichtigt. Die Bewegungssensoreinheit 54 kann hierbei als Odometriesensoreinheit, die zumindest einen Radsensor umfasst, und/oder als Trägheitssensoreinheit, die zumindest einen Drehratensensor und/oder zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst, ausgebildet sein. Weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Einheiten zu einer Positionsbestimmung und/oder zu einer Erarbeitung einer Bewegungsstrategie sind ebenfalls denkbar, wie beispielsweise eine Kombination mit einem Fachmann bereits bekannten Navigationsverfahren/Sensoren, eine Lichtwelleneinheit, die alternativ oder zusätzlich zur Sensoreinheit 16 vorgesehen ist, eine Kontaktsensoreinheit, bei der zur Erfassung von Umgebungsdaten ein Sensorelement in direktem Kontakt mit dem Untergrund 20 über den Untergrund 20 bewegt wird, eine Bodenwiderstandssensoreinheit (Volt-Ampere-Methode), eine Geomagnetsensoreinheit usw.
