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Bodenreinigungsgerät und Verfahren und System zum Ermitteln eines Wohnungsgrundrisses durch ein selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Wohnungsgrundrisses durch ein selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät, das eine Antriebseinheit, eine Steuereinrichtung und eine Navigationseinheit aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignetes Bodenreinigungsgerät, sowie ein System aus einem Bodenreinigungsgerät und einer mobilen Anzeigeeinrichtung.
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Selbstfahrende Bodenreinigungsgeräte dienen der automatisierten Reinigung von Flächen, ohne dass sie von einem Benutzer geschoben oder geführt werden müssen. Zu solchen selbstfahrenden Bodenreinigungsgeräten zählen in einem Wohnraumbereich einsetzbare selbstfahrende Staubsauger, auch Saugroboter genannt. Ebenso fallen unter diesen Oberbegriff im Innenbereich einsetzbare selbstfahrende Reinigungsgeräte zum Wischen von Bodenbelägen.
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Für den Innenraum geeignete selbstfahrende Bodenbearbeitungsgeräte weisen üblicherweise einen oder mehrere Sensoren auf, um die Bewegung des Geräts über die zu bearbeitende Fläche zu kontrollieren, beispielsweise um einen Zusammenstoß mit Hindernissen zu vermeiden. Solche Sensoren können beispielsweise Tast- oder Ultraschallsensoren oder auch optische Sensoren wie Kameras sein. Nur in einem Nahbereich arbeitende Sensoren dienen meist der Vermeidung von Zusammenstößen mit Hindernissen, wohingegen Sensoren mit einer größeren Erfassungsreichweite, beispielsweise eine Kamera zur Aufnahme von Umgebungsbildern, auch zu Navigationszwecken eingesetzt werden. Zur Navigation kann dabei sowohl eine Positionsbestimmung, als auch eine Planung und Ausführung einer koordinierten Bewegung des Geräts über die zu bearbeitende Fläche, als auch ein Erstellen einer Umgebungskarte zählen. Bei der koordinierten Bewegung soll beispielsweise sichergestellt werden, dass die gesamte Fläche bearbeitet wird, ohne dass Bereiche der Fläche mehrfach überfahren werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 016 802 B3 ist beispielsweise ein Navigationsverfahren für ein selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät bekannt, bei dem das Gerät eine vorgegebene Bahnkurve im Raum durch entsprechende Ansteuerung seiner Antriebseinheit abfährt. Dabei folgt das Gerät der Bahnkurve in kleinen Abschnitten durch ein odometrisches Verfahren, also durch ein Verfahren, bei dem die gefahrene Strecke durch Auswertung der Drehbewegung einzelner Räder des Geräts ermittelt wird. Die durch Radschlupf unter Umständen von der tatsächlichen Bewegung abweichende odometrisch erfasste Strecke wird in regelmäßigen Abständen durch eine Auswertung von aufgenommenen Umgebungsbildern abgeglichen. Zudem wird anhand der Umgebungsbilder eine Umgebungskarte erstellt, die zu Navigationszwecken verwendet wird, beispielsweise indem eine abzufahrende Fahrstrecke mit Hilfe der Informationen der Umgebungskarte bestimmt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 017 689 A1 ist ein Navigationsverfahren für ein selbstfahrendes Bodenbearbeitungsgerät bekannt, bei der zur Unterteilung eines Gesamtgebietes in Teilgebiete, die die Teilgebiete verbindenden Türdurchbrüche erkannt werden. Hierbei wird die Kartographie des Gesamtgebietes hinsichtlich etwaig vorhandener und zu erfassender Türdurchbrüche analysiert, wobei die Türdurchbrüche anhand typischer grundrissmäßiger Erstreckungsmaße erkannt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist es, dass lediglich Türdurchbrüche erkannt werden, die den üblichen Standardmaßen entsprechen. Türdurchbrüche die von diesen Maßen abweichen werden gar nicht oder nicht zufriedenstellend erkannt.
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Die Druckschrift
EP 2 407 847 A2 beschreibt ein Navigationsverfahren für ein Bodenreinigungsgerät, bei dem Umgebungsinformationen anhand von Rundherum-Abstandsmessungen gewonnen werden. Aus den Abstandsmessungen wird zunächst eine Karte der gesamten Umgebung erstellt. Die in der erstellten Karte erfasste Fläche wird dann anhand bestimmter Kriterien in Teilgebiete unterteilt, die nachfolgend in separaten Reinigungsfahrten gereinigt werden können. Eine Unterteilung der Fläche in Teilgebiete erfolgt anhand verschiedener Kriterien, beispielsweise anhand von unterschiedlichen Farben der Bodenbeläge und/oder anhand eines Vergleichs mit einem vorgegebenen Wohnungsgrundriss. Die Unterteilung einer Wohnung in separat zu reinigende Teilbereiche, insbesondere in einzeln zu reinigende Räume, erlaubt einen praxis- und bedarfsgerechten Einsatz des Bodenreinigungsgeräts. Beispielsweise kann ein Benutzer so auf einfache Weise festlegen, welcher der Teilbereiche, insbesondere welcher Raum, zu reinigen ist.
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Nachteilig an dem Verfahren ist jedoch, dass eine eindeutige Zuordnung zu verschiedenen Räumen in der Regel erst nach Vorgabe eines Grundrisses der Wohnung möglich ist. Dieses verkompliziert die erste Inbetriebnahme eines selbstfahrenden Reinigungsgeräts für den Benutzer.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln eines Wohnungsgrundrisses zu schaffen, durch das einzelne Räume der Wohnung auch ohne Vorgabe eines Grundrisses identifiziert werden können. Es ist eine weitere Aufgabe, ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Bodenreinigungsgerät anzugeben, sowie ein System aus einem Bodenreinigungsgerät und einer mobilen Anzeigeeinheit zur Darstellung eines erfassten Wohnungsgrundrisses.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, ein Bodenreinigungsgerät und ein System mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art weist die folgenden Schritte auf: Es werden flächenbezogene und linienbezogene Informationen in mindestens einer Fahrt des Bodenreinigungsgeräts durch eine Wohnung erfasst. Zur Ermittlung des Wohnungsgrundrisses werden danach sowohl die flächenbezogenen Informationen, als auch die linienbezogenen Informationen verwendet.
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Die Fahrt des Bodenreinigungsgeräts kann dabei eine Erkundungsfahrt und/oder eine Reinigungsfahrt des Bodenreinigungsgeräts sein. Linienbezogene Informationen, beispielsweise Informationen über die Fahrtstrecke, die das Bodenreinigungsgerät bei der genannten Fahrt abgefahren ist, oder während der Fahrt ermittelte Kanten von Hindernissen wie zum Beispiel Wänden, enthalten wertvolle zusätzliche Informationen, die mit einem Grundriss der zu reinigenden Wohnung korreliert sind. Das Einbeziehen derartiger linienbezogener Daten wie Kanten zusätzlich zu den bisher verwendeten flächenbezogenen Informationen ermöglichen eine eindeutigere Unterscheidung verschiedener Wohnräume einer Wohnung.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfassen die flächenbezogenen Informationen eine bei der Fahrt erkundete Fläche und/oder eine bei der Fahrt als befahrbare Fläche erkannte Fläche. Ebenfalls vorteilhaft umfassen die linienbezogenen Informationen eine Fahrspur der Fahrt und/oder bei der Fahrt ermittelte Kanten. Diese Informationen werden üblicherweise zum Zweck der Positionsermittlung oder zu Navigationszwecken während einer Erkundungs- und/oder Reinigungsfahrt vom Gerät bereits ermittelt und können ohne großen Zusatzaufwand im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Aus diesen Informationen können in einem Grundriss typischerweise eingetragene Wohnungselemente wie Wände, Räume oder Türbereiche sukzessive abgeleitet werden. In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst der Wohnungsgrundriss beispielsweise die Lage und den Verlauf der Außenwände und/oder der Innenwände und/oder die Flächen der Räume.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden aus der erkundeten Fläche und der Fahrspur Lage und Größen von Türbereichen ermittelt. Bevorzugt wird dabei eine Fläche nur dann als Türbereich angesehen, wenn sie an zwei gegenüberliegenden Breitseiten von der Fahrspur gekreuzt wird und wenn sie an den nicht gekreuzten Längsseiten von der befahrbaren Fläche begrenzt wird. Die Position von Türschwellen kann auf diese Weise unmittelbar aus den bei der Fahrt erfassten Informationen bestimmt werden.
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Kenntnis der Lage der Türschwellen ist für nachfolgende Schritte des Verfahrens hilfreich, da die Lage der Türschwellen aussagekräftig für die Aufteilung der Wohnung ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Lage und Verlauf von Außenwänden anhand eines einhüllenden Rechtecks bestimmt, wobei das Rechteck so gewählt wird, dass es bei minimaler Fläche eine maximale Linienlänge mit den ermittelten Kanten gemeinsam hat, ohne dass ermittelte Kanten außerhalb des Rechtecks liegen. Bevorzugt wird mindestens eine geometrische Figur mit maximalem Flächeninhalt innerhalb des Rechtecks gesucht, die an mindestens eine Linie des Rechtecks grenzt, mindestens einen bestimmten Prozentsatz der Fläche des ersten Rechtecks besitzt und keine der ermittelten Kanten berührt, wobei mindestens eine Seitenlinie des Rechtecks sowie der geometrischen Figur die Lage und den Verlauf der Außenwände angeben, sofern es sich nicht gleichzeitig um eine Seitenlinie sowohl des Rechtecks als auch der mindestens einen geometrischen Figur handelt. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine geometrische Figur ein Rechteck oder ein Dreieck.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Lage und Verlauf von Innenwänden aus einer Verlängerung von Mittelachsen von den Türbereichen hin zu den Außenwänden oder zu einem Türbereich bestimmt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die gereinigte Fläche durch die Türbereiche in Teilflächen zerteilt, um die Fläche von Räumen zu ermitteln. Bevorzugt entspricht die Fläche der Räume Teilflächen, die in alle Raumrichtungen soweit ausgedehnt sind, bis sie die Außenwände, die Innenwände oder die Türbereiche berühren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Informationen eines einen Deckenbereich der Wohnung erfassenden Sensors zur Ermittlung der flächenbezogenen Informationen und/oder der linienbezogenen Informationen verwendet. Bodenreinigungsgeräte weisen häufig nur bodennah arbeitende Sensoren auf, da Informationen über den Bodenbereich zur Hinderniserkennung und Vermeidung von Zusammenstößen besonders relevant sind. Den Deckenbereich der Wohnung erfassenden Sensoren sind jedoch zur Erstellung eines Wohnungsgrundrisses vorteilhaft, da die Decke – anders als der Boden – von einer Verschattung durch Möbel weitestgehend unbeeinflusst ist. Besonders vorteilhaft können auch Informationen von Sensoren, die den Deckenbereich der Wohnung erfassen, und Sensoren, die den Bodenbereich der Wohnung erfassen, zusammengeführt und miteinander verglichen werden, wodurch Wohnraumelemente besonders gut identifiziert werden können.
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Ein erfindungsgemäßes selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät, insbesondere ein Saugroboter, weist eine Antriebseinheit, eine Steuereinrichtung und eine Navigationseinheit auf und zeichnet sich dadurch aus, dass es zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichtet ist. Besonders bevorzugt weist ein solches Bodenreinigungsgerät einen einen Deckenbereich einer Wohnung erfassenden Sensor auf, insbesondere eine Deckenkamera.
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Bei einem erfindungsgemäßen System aus einem solchen selbstfahrenden Bodenreinigungsgerät und einer mobilen Anzeigeeinrichtung ist die mobile Anzeigeeinrichtung dazu eingerichtet, einen erstellten Wohnungsgrundriss darzustellen. Es ergeben sich jeweils die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1a bis 1c schematische Darstellungen verschiedener aus dem Stand der Technik bekannter Strategien zum Erkunden und/oder Reinigen eines zu reinigenden Wohnraums;
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2a und 2b schematische detailliertere Darstellungen der Fahrten eines Bodenreinigungsgeräts gemäß 1c sowie der dabei erfassten Informationen;
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3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Wohnraums;
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4a bis 4c schematische Darstellungen der bei einer Erkundungs- und/oder Reinigungsfahrt durch den in 3 dargestellten Wohnraum von verschiedenen Sensoren gewonnenen Informationen;
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5a und 5b schematische Darstellungen der bei einer Erkundungs- und/oder Reinigungsfahrt gewonnenen Informationen innerhalb einer Wohnung;
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6 bis 10 aus den gemäß 5a, 5b gewonnenen Informationen abgeleitete weitere Informationen über die zu reinigende Wohnung;
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11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines Wohnungsgrundrisses; und
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12 eine Darstellung eines aus den Informationen gemäß 10 abgeleiteten Grundrisses auf einer mobilen Anzeigeeinrichtung.
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Die 1a bis 1c illustrieren verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Fahr- und Reinigungsstrategien von selbstfahrenden Bodenreinigungsgeräten.
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In jeder der Figuren ist in der Draufsicht ein schematischer Grundriss eines Wohnraums 1 mit Wänden 2 und Möbeln 3 dargestellt. Innerhalb des Wohnraums 1 bewegt sich ein selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät 10, in diesem Beispiel ein Saugroboter. Der einfacheren Darstellung halber werden nachfolgend die Begriffe selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät und Saugroboter synonym verwendet. In den Figuren sind jeweils Fahrspuren 11a bis 11d des Saugroboters 10 als gestrichelte Linien dargestellt, die beim Durchführen einer Erkundigungs- und/oder Reinigungsfahrt des Saugroboters von diesem abgefahren wurden.
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In 1a ist zunächst eine nicht systematische, nur auf zufällige Richtungsauswahl basierende Fahrstrategie dargestellt. Der Saugroboter 10 folgt bei dieser Fahrstrategie einer Fahrspur 11a, die sich aus geraden Fahrabschnitten zusammensetzt. Der Saugroboter 10 fährt solange geradeaus, bis er ein Hindernis erkennt, das eine Weiterfahrt verhindert. An derartigen Punkten ändert der Saugroboter 10 seine Richtung und setzt seine Fahrt fort. Die neue Richtung wird zufällig ausgewählt. Zur Hinderniserkennung werden dabei üblicherweise nur kurzreichweitige Sensoren wie Tast- oder Ultraschallsensoren verwendet.
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1b zeigt eine gegenüber der rein zufälligen Fahrstrategie der 1a um systematische Komponenten erweiterte Fahrstrategie. Bei dieser Fahrstrategie setzt sich die Fahrspur des Saugroboters 10 aus geraden Abschnitten 11a und spiralförmigen Abschnitten 11b zusammen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Saugroboter 10 eine weiter reichende Abstandserkennung zu Hindernissen aufweist, durch die während der Fahrt auf geraden Fahrbahnabschnitten 11a erkannt wird, wann sich der Saugroboter 10 in einem freien Bereich des Raums 1 befindet. Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass zu allen Seiten ein Mindestabstand zu Wänden 2 und Möbeln 3 besteht, folgt der Saugroboter einer systematischen, spiralförmigen Fahrbahn 11b. Die Wahrscheinlichkeit, in einer bestimmten Zeit einen möglichst großen Flächenanteil des Wohnraums 1 abzufahren, kann so gegenüber der Fahrstrategie aus 1a erhöht werden.
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1c zeigt eine weiter verbesserte systematische Fahrstrategie des Saugroboters 10. Bei dem Beispiel der 1c wird zunächst eine Erkundungsfahrt mit der Fahrspur 11c vorgenommen, bei der auf einem gemäß einem bestimmten Algorithmus ausgewählten Weg anhand von Umgebungsbildern der Saugroboter 10 so durch den Wohnraum 1 fährt, dass Umgebungsbilder von möglichst dem gesamten Wohnraum 1 vorliegen. Sodann wird nach der Erkundungsfahrt mit der Fahrspur 11c eine systematische Reinigungsfahrt auf einer Fahrspur 11d vorgenommen, bei der in diesem Beispiel mäanderförmige Bahnabschnitte hintereinander durchfahren werden, so dass im wesentlichen die gesamte Fläche des Wohnraums 1 abgefahren wird. Während der Bewegung auf der Fahrspur 11d wird üblicherweise, beispielsweise anhand von Umgebungsbildern, gleichzeitig die Position des Saugroboters 10 bestimmt und eine Karte des Wohnraums 1 erstellt. Derartige Verfahren werden auch SLAM (simultaneous localization and mapping) -Verfahren genannt.
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Das anmeldungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Wohnungsgrundrisses basiert auf den Informationen, die der Saugroboter 10 während des Abfahrens einer Fahrspur 11, zum Beispiel einer der Fahrspuren 11a bis 11d gemäß 1a bis 1c, gewinnt. Bevorzugt wird als Fahrspur 11 dabei die Fahrspur eines oder mehrerer systematischer Erkennungs- und/oder Reinigungsfahrten einen zentralen Bereich des Saugroboters transportieren, in dem ein Saugmund angeordnet zugrunde gelegt, wie sie beispielsweise in 1c dargestellt sind. Grundsätzlich können jedoch auch auf andere Weise gewonnene Informationen, zum Beispiel gewonnen mithilfe einer zufälligen Fahrstrategie (1a) oder einer teils zufällig und teils systematischen Fahrstrategie (1b), zugrunde gelegt werden.
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In den 2a und 2b wird am Beispiel der 1c detaillierter erläutert, welche Informationen der Saugroboter 10 bei seiner Erkundungsfahrt bzw. seiner Reinigungsfahrt erfasst und abspeichert, beispielsweise in Form einer simultan erstellten Karte.
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2a zeigt den Saugroboter 10 zunächst auf der Fahrspur 11c während der Durchführung der Erkundungsfahrt, etwa nach dem Absolvieren von ca. einem Drittel der Strecke der Fahrspur 11c. Während der Erkundungsfahrt erfasst der Saugroboter 10 mithilfe einer Umgebungskamera ein in etwa segmentförmiges, vor dem Saugroboter 10 liegendes Sichtfeld 12, das in der 2a schraffiert dargestellt ist. Die während des Abfahrens der Fahrspur 11c vom Sichtfeld 12 insgesamt überstrichene Fläche wird als erkundete Fläche 13 bezeichnet und ist in der 2a als kariert gemusterte Fläche dargestellt. Die erkundete Fläche 13 stellt eine für das weitere anmeldungsgemäße Verfahren relevante Flächeninformation dar, die vom Saugroboter 10 beispielsweise in der erstellten Karte abgespeichert wird. Zusätzlich erfasst der Saugroboter 10 während der Durchführung der Erkundungsfahrt Kanten, beispielsweise von Objekten oder Wänden, die sich während des Abfahrens der Fahrspur im Sichtfeld des Saugroboters 10 befinden. Die ermittelten Kanten 15 sind in 2a als Linien mit breiterer Strichstärke dargestellt. Die ermittelten Kanten 15 stellen eine für das weitere anmeldungsgemäße Verfahren relevante Linieninformation dar, die vom Saugroboter 10 beispielsweise in der erstellten Karte abgespeichert wird.
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Eine weitere erfasste und abgespeicherte Flächeninformation ist in 2b illustriert. 2b zeigt den Saugroboter 10 während der Reinigungsfahrt auf der Fahrspur 11d. Der Saugroboter 10 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist in seinem vorderen (in Fahrtrichtung gesehen) Bereich zwei rotierende Kehrbürsten auf, die Staub und Krümel in einen zentralen Bereich des Saugroboters transportieren, indem ein Saugmund angeordnet ist. Gereinigt werden somit die Flächen, die von den rotierenden Kehrbürsten bzw. dem Saugmund überstrichen werden. In der 2b werden die von den Kehrbürsten bzw. dem Saugmund überstrichenen Flächen aufaddiert und stellen eine gereinigte Fläche 14 dar, die in der 2b gepunktet dargestellt ist.
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Als eine weitere Information werden von dem Saugroboter 10 während der in 2a dargestellten Erkundungsfahrt bzw. der in 2b dargestellten Reinigungsfahrt Informationen über die abgefahrenen Fahrspuren 11c bzw. 11d abgespeichert. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen flächenbezogenen Informationen über die erkundete Fläche 13 und die gereinigte Fläche 14 sind Informationen über die Fahrspuren 11c, 11d linienbezogene Informationen. Nachfolgend wird nicht mehr zwischen den Fahrspuren 11c der Erkundungsfahrt und der Fahrspur 11d der Reinigungsfahrt unterschieden. Stattdessen wird zusammenfassend auf die Fahrspuren 11 Bezug genommen.
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Die während der Fahrt vom Saugroboter 10 aufgenommenen Umgebungsbilder werden einer Kantenerkennung unterzogen. Algorithmen dazu sind grundsätzlich bekannt und nicht Gegenstand dieser Anmeldung. Als Ergebnis einer derartigen Kantenerkennung werden die Kanten 15 identifiziert, die beispielsweise von Wänden und/oder von Möbelstücken herrühren können. Derartig ermittelte Kanten 15 sind in der 2a eingetragen. Auch Informationen anderer Sensoren, beispielsweise von Tastsensoren, können im Hinblick auf Kanten ausgewertet werden und als ermittelte Kanten 15 abgespeichert werden.
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Die ermittelten Kanten 15 stellen neben der Fahrspur 11 eine weitere linienbezogene Information dar.
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Bei dem in den 2a und 2b beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Informationen einer Umgebungskamera ausgewertet. Es wird angemerkt, dass auch andere Sensoren, die Informationen über die Umgebung des Saugroboters 10 liefern, ausgewertet werden können. Solche Sensoren sind beispielsweise abtastende oder berührungslos arbeitende Sensoren wie Tastsensoren (Bumper), Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren und/oder Laser-Abstandssensoren.
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Es ist im Rahmen der Anmeldung dabei vorteilhaft, die Sensoren im Hinblick auf die Raumhöhe, über die sie Informationen liefern, zu unterscheiden. Die zuvor aufgeführten Tast- und Abstandssensoren sind den im Bodenbereich arbeitenden Sensoren zuzuordnen, die Informationen über den für die Fahrt des Saugroboters 10 relevanten bodennahen Bereich eines Raums oder einer Wohnung liefern. Zu solchen bodennah arbeitenden Sensoren zählen auch in Fahrtrichtung ausgerichtete Umgebungskameras. Nachfolgend werden derartige bodennahe Informationen erfassende Sensoren auch als Bodensensoren bezeichnet.
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Davon zu unterscheiden sind Sensoren, nachfolgend auch als Deckensensoren bezeichnet, die in der Lage sind, einen Deckenbereich eines Raums oder einer Wohnung zu erfassen. Solche Sensoren sind insbesondere zu diesem Zweck vorgesehene und in Richtung der Decke ausgerichtete Kameras, auch Deckenkameras genannt, sowie Panoramakameras, die sowohl in Fahrtrichtung ausgerichtete Bildbereiche liefern, als auch Bildbereiche, in denen die Decke abgebildet ist.
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Für das anmeldungsgemäße Verfahren können vorteilhaft Deckensensoren eingesetzt werden. Ein Vergleich der Informationen von Bodensensoren und Deckensensoren kann darüber hinaus zusätzliche Informationen über die Umgebung des Saugroboters 10 liefern, die im Rahmen des anmeldungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft verwendet werden können. Dieses ist nachfolgend im Zusammenhang mit den 3 und 4 detaillierter dargestellt.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines Raums 1 in einer perspektivischen schematischen Ansicht. In der dargestellten Situation befindet sich ein Saugroboter 10, der eine Deckenkamera 10a als Deckensensor und mindestens einen Bodensensor 10b aufweist, in dem Raum 1 auf einer Erkundungs- und/oder Reinigungsfahrt. Der Raum 1 ist durch Wände 2 begrenzt und weist einen Türbereich 16 auf sowie verschiedene Möbel 3, hier eine Sitzgarnitur 3a, einen davor stehenden Couchtisch 3b und ein Regal 3c.
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4a zeigt den Raum 1 in einer Draufsicht von oben. Es sind ermittelte Kanten 15 eingetragen, die der Saugroboter 10 nach Auswertung der Bodensensoren 10b identifizieren konnte. Es zeigt sich hier deutlich, dass aufgrund der Abschattung der Möbel 3 in vielen Bereichen des Raums 1 die ermittelten Kanten 15 nicht den Verlauf der Wände 2 wiedergeben. Auch bei den Möbeln 3 selbst, beispielsweise dem Couchtisch 3b, zeigt sich, dass die nur bodennah erfassten Informationen zwar für die Hinderniserkennung und Zusammenstoßvermeidung des Saugroboters 10 relevant sind, aber nur eingeschränkt nutzbar sind, um Informationen über den Grundriss der Wohnung bzw. des Raums 1 zu erhalten. Beispielsweise geben die erfassten Kanten 15 im Bereich des Couchtischs 3b nur dessen Beine wieder, woraus sich die Form des Tisches selbst nur schwer ableiten lässt.
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In 4b ist in gleicher Weise wie in 4a das Resultat einer Kantenerkennung zur Identifikation ermittelter Kanten 15 anhand der Informationen der Deckenkamera 10a dargestellt. Es zeigt sich, dass die ermittelten Kanten 15 hier bereits weitestgehend den Verlauf der Wände 2 des Raums 1 wiedergeben. Der Grund dafür ist, dass die Decke anders als der Boden von einer Verschattung durch Möbel unbeeinflusst ist. Ausnahmen könnten Lampen oder dergleichen sein, die an der Decke befestigt sind. Eine weitere Ausnahme stellt der Couchtisch 3b dar, der unterfahren werden kann und dessen Tischplatte sich bei der Kantenerkennung abzeichnet. Auch das Regal 3c wird detektiert, jedoch ohne die oberhalb des Regals liegende Kante zwischen Wand 2 und Decke abzuschirmen. Darüber hinaus zeichnet sich der Türbereich 16 durch seinen Türsturz ab.
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Falls die Deckenkamera 10a zusätzlich eine Abstandsmessung bietet, beispielsweise wenn sie als stereoskopische Kamera ausgebildet ist, können Informationen über unterschiedliche Höhen des Raumes 1 in verschiedenen Bereichen ebenfalls zur Identifizierung verschiedener Wohnraumelemente herangezogen werden. Beispielsweise unterscheidet sich die ermittelte Höhe im Türbereich 16 von der sonstigen Raumhöhe. Möbel wie der Couchtisch 3b oder auch die Regalbretter des Regals 3c zeichnen sich durch besonders geringe erfasste Höhen im Bereich von unter etwa 1 Meter aus. Diese Information kann zur Identifizierung von Möbeln 3 herangezogen werden.
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Durch einen Vergleich und insbesondere eine Überlagerung der ermittelten Kanten 15 aus der Auswertung der Informationen der Bodensensoren 10b (4a) mit den ermittelten Kanten 15 aus der Auswertung der Deckenkamera 10a (4b) sowie eventuell verfügbarer Höheninformationen ergibt sich, wie in 4c dargestellt, bereits ein realitätsnahes Abbild des Grundrisses des Raums 1.
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In den im Folgenden beschriebenen 5 bis 12 wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Wohnungsgrundrisses durch ein selbstfahrendes Bodenbearbeitungsgerät schrittweise näher erläutert. Bei diesem Verfahren können vorteilhaft sowohl Informationen eines Deckensensors, z.B. der Deckenkamera 10a des Ausführungsbeispiels der 3, als auch Informationen von Bodensensoren, z.B. dem Bodensensor 10b gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3, verwendet werden.
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In den 5a und 5b ist das Ergebnis einer Erkennungs- bzw. Reinigungsfahrt eines Saugroboters in einem größeren Wohnraum 1 dargestellt. Dieser Wohnraum wird nachfolgend auch als Wohnung 1 bezeichnet. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Informationen in einer Figur eingezeichnet, sondern die ermittelten Kanten 15 sind zusammen mit den erkundeten Flächen 13 sowie den Informationen zur Fahrspur 11 in der 5a eingezeichnet und die gereinigten Flächen 14 zusammen mit den ermittelten Kanten 15 in der 5b.
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Ausgehend von den in den 5a und 5b angegebenen flächenbezogenen und linienbezogenen Informationen wird gemäß einem anmeldungsgemäßen Verfahren ein Grundriss der von dem Saugroboter 1 abgefahrenen Wohnung 1 erstellt. Dieses ist nachfolgend anhand von sukzessive ergänzten Diagrammen anhand der 6 bis 10 dargestellt. In 11 ist zusammenfassend ein Ablaufplan des Verfahrens wiedergegeben. Auf diesen Ablaufplan der 11 wird während der Beschreibung der 6 bis 10 regelmäßig Bezug genommen. Im Ablaufplan der 11 sind auf der linken Seite die mit Beginn des Verfahrens in einem Ausgangszustand S0 vorliegenden Informationen aufgelistet. Dieses sind die erkundete Fläche 13, die gereinigte Fläche 14, die Fahrspur 11 sowie die erfassten Kanten 15.
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In einem ersten Schritt S1 (vgl. 11) werden aus der gereinigten Fläche 14 und der Fahrspur 11 Türbereiche 16 ermittelt. Als Türbereiche 16 werden nur solche rechteckigen Flächen erkannt, die eine Breite zwischen 0,5 und 1 Meter und bevorzugt im Bereich von 0,9 Metern aufweisen und eine Länge von 0,1 bis 0,5 Metern, insbesondere im Bereich von 0,2 Metern. Dabei muss die Breite immer größer als die Länge sein. Die angegebenen Maße rühren von typischen Breiten eines Türdurchgangs her, sowie einer Tiefe des Türrahmens, der im Wesentlichen einer typischen Wanddicke entspricht.
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Um als ein Türbereich 16 identifiziert zu werden, muss ein Flächenbereich weiterhin als Bedingung erfüllen, dass er an beiden Breitseiten von der Fahrspur 11 gekreuzt wird und mit den Längsseiten (d.h. in Richtung der oben angeführten Länge der rechteckigen Fläche) die gereinigte Fläche 14 begrenzt. Begrenzen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Längsseite der als Türbereich erkannten rechteckigen Fläche im Wesentlichen entlang einer Kante des gereinigten Bereichs verlaufen muss. Weiter werden nur solche rechteckigen Flächen als Türbereiche 16 erkannt, bei denen sich an den Breitseiten gereinigte Flächen mit einer Mindesttiefe von 1,50 Meter befinden. Zwei Türbereiche 16 müssen zudem einen Mindestabstand zueinander aufweisen, vorzugsweise sollte dieser Mindestabstand größer als 0,2 Meter sein. Die angegebenen Bedingungen spiegeln typische architektonische Grundregeln im Bereich von Türen wieder. Türen sind beispielsweise üblicherweise nur da vorhanden und sinnvoll, wo vor und hinter der Tür ein freier Bereich, beispielsweise mit der hier angegebenen Mindesttiefe von 1,50 Meter, zum Eintreten in die Tür und Austreten aus der Tür zur Verfügung steht. Ein Abstand zweier Türbereiche zueinander von weniger als 0,2 Meter ist aus statischen Gründen unwahrscheinlich.
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In einem zweiten Schritt S2 werden anhand der ermittelten Kanten 15 Außenwände 17 bestimmt. Diese sind als durchgezogene ausgefüllte schwarze Linien in 7 wiedergebeben. Die Außenwände 17 bilden einen geschlossenen Linienzug, dessen Verlauf iterativ bestimmt wird. Zunächst wird ein minimales einhüllendes Rechteck anhand der ermittelten Kanten 15 bestimmt, das eine maximale Linienlänge mit den ermittelten Kanten 15 gemeinsam hat, ohne dass irgendwelche der ermittelten Kanten 15 außerhalb des Rechtecks liegen. Durch diese Bedingung ergibt sich ein einhüllendes Rechteck, das zudem von seiner Grundausrichtung her die wahrscheinliche Ausrichtung der Außenwände einnimmt. Im dargestellten Beispiel in 7 ist beispielsweise eine leichte Verkippung dieses Rechtecks gegenüber einem zugrunde liegenden Koordinatensystem zu erkennen, das in den 6 bis 10 durch je eine Koordinatenachse an der linken und an der unteren Seite in der jeweiligen Figur, angegeben ist. Dieses Koordinatensystem stellt beispielsweise das Koordinatensystem der Navigationseinheit des Saugroboters 10 dar, in dem dieser auch die Karteninformationen abspeichert.
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In einem nächsten Teilschritt des Schrittes S2 werden Rechtecke und/oder Dreiecke mit maximalem Flächeninhalt innerhalb des ersten Rechtecks gesucht, die an mindestens eine Linie des ersten Rechtecks grenzen, mindestens einen bestimmten Prozentsatz von beispielsweise 10 % der Fläche des ersten Rechtecks besitzen und keine der ermittelten Kanten 15 berühren. In diesem zweiten Teilschritt werden die Bereiche einer Wohnung gesucht, in denen die Wohnung sich in ihrem Grundriss von einer Rechteckform unterscheidet. Beispielsweise findet sich in der Abbildung der 7 in der rechten oberen Ecke ein solcher Bereich, der nicht zur Wohnung gehört, da die Wohnung keinen rechteckigen, sondern einen L-förmigen Grundriss aufweist. Wenn mehrere solcher Rechtecke und/oder Dreiecke aufgefunden werden und diese sich überschneiden, wird ausschließlich die geometrische Form mit dem größeren Flächeninhalt verwendet. Als Außenwände 17 werden alle Seitenlinien des Rechtecks aus dem ersten Teilschritt und der Rechtecke und/oder Dreiecke aus dem zweiten Teilschritt angenommen, sofern es sich nicht gleichzeitig um eine Seitenlinie sowohl des Rechtecks aus dem ersten Teilschritt als auch der mindestens einen geometrischen Figur aus dem zweiten Teilschritt handelt.
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Das Verfahren kann verfeinert werden, indem der zweite Teilschritt erneut durchgeführt wird. Bei üblichen Grundrissen wird jedoch bereits mit dem ersten und dem zweiten Teilschritt eine ausreichende Reproduktion der Lage der Außenwände erzielt.
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In einem nächsten Schritt S3 wird ausgehend von den Ergebnissen der Ermittlung der Außenwände 17 eine Grundfläche der Wohnung 18 ermittelt. Diese ergibt sich als die Fläche, die durch die Außenwände 17 begrenzt ist. In der 7a ist die Grundfläche 18 der Wohnung schraffiert eingezeichnet.
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In einem nächsten Schritt S4 werden feste umschlossene Flächen 19 aus den erkundeten Flächen 13, den Außenwänden 17 und der Grundfläche der Wohnung 18 ermittelt. Die festen umschlossenen Flächen 19 sind in der 8 als schraffierte Flächen dargestellt. Feste umschlossene Flächen 19 stellen die Differenz aus der Grundfläche 18 der Wohnung und der erkundeten Fläche 13 dar. Eine weitere Bedingung ist, dass sie eine Mindestbreite von 0,2 und eine Mindestlänge von 0,2 Metern aufweisen müssen und nicht mit den Außenwänden 17 zusammenfallen.
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In einem weiteren Schritt S5 wird anhand der ermittelten Kanten 15, der im Schritt S2 bestimmten Außenwände 17 und der im Schritt S4 ermittelten festen umschlossenen Flächen 19 der Verlauf von Innenwänden 20 abgeleitet. Diese sind als nicht ausgefüllte Doppellinien in der 7 wiedergegeben. Innenwände 20 ergeben sich zum einen als Verlängerung der Mittelachsen der Türbereiche 16 (parallel zu deren Breitseiten) hin zu Außenwänden 17 oder zu einem weiteren Türbereich. Weitere Innenwände 20 ergeben sich zum anderen als senkrechte oder nahezu senkrecht verlaufende Verbindungslinien zwischen bereits erkannten Innenwänden 20 und festen, umschlossenen Flächen 19.
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In einem nächsten Schritt S6 werden nun Räume 21 der vom Saugroboter 10 erkundeten Wohnung bestimmt. Zugrunde gelegt werden dabei die gereinigte Fläche 14, die Türbereiche 16, Außenwände 17 und ermittelte Innenwände 20. Die Räume werden in einem zweistufigen Prozess bestimmt. Zunächst wird die gereinigte Fläche 14 durch die Türbereiche 16 in Teilflächen zerteilt. Die Teilflächen werden dann in alle Raumrichtungen soweit ausgedehnt, bis sie Außenwände 17, Innenwände 20 oder Türbereiche 16 berühren. Die einzelnen Räume 21 sind in der 7b durch ein Punktemuster mit verschiedener Dichte unterschieden. Denkbar ist zudem eine weitergehende Erkennung einzelner Räume 21 als Flure, wobei solche Räume 21 an die drei oder mehr Türbereiche 16 grenzen als Flur erkannt werden.
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Schließlich werden in einem Schritt S7, der alternativ auch vor dem Schritt S6 durchgeführt werden kann, für den Saugroboter nicht befahrbare Flächen 22 identifiziert. Hierzu wird die erkundete Fläche 13, die gereinigte Fläche 14 sowie Informationen über Außenwände 17 und Innenwände 20 benötigt. Nicht befahrbare Flächen 22 stellen die Differenz aus den erkundeten Flächen 13 und den gereinigten Flächen 14 dar und haben eine Mindestbreite von 0,2 Metern und eine Mindestlänge von 0,2 Metern. Darüber hinaus dürfen sie weder mit den Außenwänden 17 noch den Innenwänden 20 identisch sein. Nicht befahrbare Flächen 22 sind in 9 als schraffierte Bereiche eingezeichnet. Sie stellen beispielsweise Flächen unter Sofas, Sesseln oder niedrigen Betten dar, die zwar im Prinzip von außen zugängliche Bodenflächen wären, die aber vom Saugroboter 10 nicht befahren werden können, da die nach oben zur Verfügung stehende Höhe unter dem jeweiligen Möbelstück nicht ausreicht.
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In 10 sind die gewonnenen und für einen Benutzer relevanten Informationen nochmals gemeinsam dargestellt. Diese Darstellung hat bereits eine sehr große Ähnlichkeit mit einem Grundrissplan der entsprechenden Wohnung, wodurch die einzelnen Bereiche, insbesondere die Räume 21, vom Benutzer leicht identifiziert werden können.
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Bei einem erfindungsgemäßen System aus einem Saugroboter und einer mobilen Anzeigeeinrichtung ist vorgesehen, nach einer Erkundungsfahrt oder einer ersten Reinigungsfahrt einen der 10 entsprechenden Grundrissplan auf der mobilen Anzeigeeinrichtung darzustellen.
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12 zeigt ein Mobiltelefon („Smartphone“) eines Benutzers als eine mobile Anzeigeeinrichtung 30, auf der ein entsprechender Grundriss dargestellt ist. Über ein hier nicht gezeigtes Menü können die verschiedenen Räume 21 und sonstige Flächenelemente vom Benutzer mit einem Namen versehen werden, um den Plan noch leichter lesbar zu machen. Zudem kann eine für den Benutzer angenehme Orientierung des Grundrisses gewählt werden. Beispielsweise ist bei der Darstellung in 12 eine Rotation des Grundrisses gegenüber der Darstellung in 10 um knapp 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gegenüber der Darstellung der 10 gewählt worden.
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Bei einem derartigen System kann eine einfache und bedarfsgerechte Steuerung des Saugroboters erfolgen. Beispielsweise kann ein Benutzer gezielt eine Reinigungsanweisung für einen bestimmten Raum 21 oder für einen bestimmten Bereich eines Raums 21 angeben. In einer weiteren Ausgestaltung ist denkbar, dass ein zeitlicher Reinigungsplan für bestimmte Räume 21 und/oder bestimmte Bereiche der Räume 21 vorgegeben wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Rückmeldung des Saugroboters an den Benutzer erfolgen, beispielsweise indem dieser auf Hindernisse aufmerksam macht, die in vorherigen Versionen nicht in dem Grundriss eingezeichnet waren und auf verlorene und/oder umgestürzte Gegenstände hinweisen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Raum
- 2
- Wand
- 3
- Möbel
- 3a
- Sofa
- 3b
- Couchtisch
- 3c
- Regal
- 10
- Bodenreinigungsgerät (Saugroboter)
- 10a
- Deckenkamera
- 10b
- Bodensensor
- 11, 11a–d
- Fahrspur
- 12
- Sichtfeld
- 13
- erkundete Fläche
- 14
- gereinigte Fläche
- 15
- ermittelte Kante
- 16
- Türbereich
- 17
- Außenwand
- 18
- Grundfläche
- 19
- feste umschlossene Fläche
- 20
- Innenwand
- 21
- Raum
- 22
- nicht befahrbare Fläche
- 30
- mobile Anzeigeeinrichtung
