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Die Erfindung betrifft ein selbstfahrendes Reinigungsgerät zum automatisierten Reinigen von Bodenflächen, also zum Beispiel einen sogenannten Saugroboter oder Robotsauger. Speziell betrifft die Erfindung einen Robotsauger mit mindestens einem optischen Sensor zur Erfassung einer Umgebung des Robotsaugers in einer jeweiligen Fahrtrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Robotsaugers.
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Robotsauger der eingangs genannten Art sind an sich bekannt und dienen der automatisierten Reinigung von Bodenflächen, ohne dabei von einem Benutzer geschoben oder geführt werden zu müssen. Üblicherweise weist ein solcher Robotsauger einen oder mehrere Sensoren auf, um die Bewegung des Robotsaugers über die zu reinigende Bodenfläche zu kontrollieren, beispielsweise um einen Zusammenstoß mit Hindernissen zu vermeiden. Als derartige Sensoren kommen beispielsweise Tast- oder Ultraschallsensoren sowie Infrarot- oder Laser-Abstandssensoren oder auch optische Sensoren in Betracht. Nur in einem Nahbereich arbeitende Sensoren dienen meist der Vermeidung von Zusammenstößen mit Hindernissen, wohingegen Sensoren mit einer größeren Erfassungsreichweite auch zur Planung einer koordinierten Bewegung des Robotsaugers in der jeweiligen Umgebung eingesetzt werden, um beispielsweise sicherzustellen, dass die gesamte Bodenfläche gereinigt wird. Insofern werden zum Beispiel an die Decke des jeweiligen Raums gerichtete Kameras eingesetzt, wobei das jeweils erfasste Kamerabild zur Bestimmung einer Kontur des jeweiligen Raums ausgewertet und damit zur Navigation des Robotsaugers verwendet wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine weitere Ausführungsform eines Robotsaugers mit einer Kamera als optischem Sensor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Robotsaugers anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Robotsauger zur automatisierten Reinigung von Bodenflächen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Robotsauger als optischen Sensor zur Erfassung einer Umgebung des Robotsaugers in Fahrtrichtung eine Kamera aufweist und dass der Kamera eine Aufweitung eines Erfassungsbereichs der Kamera bewirkende Optik zugeordnet ist.
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Die Formulierung „Aufweitung des Erfassungsbereichs der Kamera“ bezieht sich dabei auf einen Erfassungsbereich der Kamera ohne eine solche Optik. Mit der Optik umfasst der Erfassungsbereich der Kamera den bisherigen Erfassungsbereich ohne Optik sowie zusätzliche sichtbare Bereiche am Rand des bisherigen Erfassungsbereichs.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels der die Aufweitung des Erfassungsbereichs der Kamera bewirkenden Optik bisher von der Kamera nicht erfassbare Bereiche verkleinert werden, so dass sich die Qualität der Erkennung der Umgebung des Robotsaugers verbessert und so eine bessere automatische Navigation des Robotsaugers in der jeweiligen Umgebung möglich wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen 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. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt.
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Bei einer Ausführungsform des Robotsaugers fungiert eine Fresnel-Linse als Optik zur Aufweitung des Erfassungsbereichs der Kamera.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Robotsaugers ist die Kamera und/oder die Optik relativ zu einer Ebene, in der sich der Robotsauger bewegt, also üblicherweise einer Ebene parallel zur jeweils abgesaugten Bodenfläche, abwärts geneigt. Dies gewährleistet eine effiziente Erfassung eines in Fahrtrichtung unmittelbar vor dem Robotsauger liegenden Bereichs und ermöglicht damit im Bedarfsfall eine rechtzeitige Reaktion auf etwaige Hindernisse, zum Beispiel eine Treppenstufe.
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Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform des Robotsaugers weist dieser zumindest ein erstes und ein zweites Leuchtmittel, zum Beispiel Leuchtmittel in Form einer ersten und einer zweiten Infrarot-LED, zum pulsierenden Ausleuchten des aufgeweiteten Erfassungsbereichs der Kamera auf, wobei die beiden Leuchtmittel beidseitig der Kamera angeordnet sind. Die Anordnung der Leuchtmittel beidseitig der Kamera gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung des aufgeweiteten Erfassungsbereichs.
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Bei einer Ausführungsform eines Robotsaugers mit zumindest zwei derartigen Leuchtmitteln sind die beiden Leuchtmittel im Vergleich zur optischen Achse der Kamera nach außen geschwenkt. Jedes Leuchtmittel bewirkt damit eine Ausleuchtung eines neben einem zentralen Erfassungsbereich der Kamera aufgrund der Aufweitung des Erfassungsbereichs zusätzlich sichtbaren Bereichs, so dass dort eine ausreichende Ausleuchtung gewährleistet ist, während eine ausreichende Ausleuchtung des zentralen Erfassungsbereichs der Kamera aufgrund eines Überlappens der von den Leuchtmitteln ausgehenden sogenannten Lichtkeulen resultiert.
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Als Kamera zur Erfassung der Umgebung des Robotsaugers in Fahrtrichtung kommt eine zur Erfassung eines Kamerabilds einer jeweiligen Umgebungssituation sowie zur Erfassung eines Abstands zu jeweils von dem Kamerabild erfassten Objekten eingerichtete TOF-Kamera in Betracht. Die auf diese Weise erhältlichen Abstandsinformationen bezüglich einem von dem Kamerabild erfassten Objekt erleichtern die automatische Auswertung der so erfassten Umgebung des Robotsaugers und damit eine automatische Vermeidung von Kollisionen mit Hindernissen im Bewegungsbereich des Robotsaugers und/oder eine automatische Planung von kollisionsfreien Bewegungsbahnen für den Robotsauger.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mittels eines Verfahrens zum Betrieb eines Robotsaugers wie hier und im Folgenden beschrieben gelöst, indem mittels einer der Kamera zugeordneten Optik eine Aufweitung eines Erfassungsbereichs der Kamera bewirkt wird.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Erfassungsbereich der Kamera in eine Mehrzahl vorgegebener oder vorgebbarer Winkelbereiche aufgeteilt und ein mittels der Kamera im Betrieb aufgenommenes Kamerabild ist entsprechend der Winkelbereiche in separat auswertbare Abschnitte unterteilt, wobei die einzelnen Abschnitte des jeweiligen Kamerabilds separat ausgewertet werden. Dies hat den Vorteil, dass insgesamt eine schnellere Auswertung des jeweiligen Kamerabilds möglich ist, weil jeweils nur einzelne Abschnitte ausgewertet werden. Dies kann zu unterschiedlichen, jeweils geeigneten Zeitpunkten erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Summe der einzelnen Abschnitte des Kamerabilds kleiner als das gesamte Kamerabild ist, so dass auch bei einer sukzessiven Auswertung sämtlicher Abschnitte des Kamerabilds eine im Vergleich zu einer Auswertung des gesamten Kamerabilds kürzere Auswertungszeit resultiert.
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Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb eines Robotsaugers, bei dem das aufgenommene Kamerabild entsprechend vorgegebener oder vorgebbarer Winkelbereiche in einzelne Abschnitte aufgeteilt ist, erfolgt bei einer Auswertung eines Abschnitts des Kamerabilds eine Kategorisierung eines im jeweiligen Abschnitt erkannten Objekts anhand des jeweiligen Abschnitts. Dies erleichtert die Kategorisierung erkannter Objekte und die automatische Auswahl von geeigneten Maßnahmen, zum Beispiel zur Vermeidung einer Kollision mit dem erkannten Objekt. Zur Erläuterung wird vereinfacht von einem oberen, einem mittleren und einem unteren Abschnitt des Kamerabilds ausgegangen. Der obere Abschnitt des Kamerabilds gehört zu einem oberen Winkelbereich, der mittlere Abschnitt zu einem mittleren Winkelbereich und der untere Abschnitt entsprechend zu einem unteren Winkelbereich des Erfassungsbereichs der Kamera. Ein im unteren Abschnitt des Kamerabilds erscheinendes Objekt wird demgemäß eher ein niedriges Objekt oder ein auf der jeweils bearbeiteten Bodenfläche aufliegendes Objekt, zum Beispiel ein Teppich, sein, so dass das Erscheinen dieses Objekts in dem unteren Abschnitt eine erste Kategorisierung des Objekts ermöglicht. Gleiches gilt für ein im oberen Abschnitt des Kamerabilds erscheinendes Objekt, bei dem es sich zum Beispiel um einen an einer Zimmerwand befestigten Heizkörper ohne Kontakt mit der Bodenfläche handeln kann. Im mittleren Abschnitt des Kamerabilds erscheinende Objekte sind Objekte mit einer größeren vertikalen Ausdehnung, also zum Beispiel Schränke und Kommoden, Türstöcke usw. Auf diese Weise kann anhand des Abschnitts des Kamerabilds, in dem das jeweilige Objekt erscheint, die oben erwähnte Kategorisierung solcher Objekte erfolgen. Auf Basis einer solchen automatischen Kategorisierung kann eine weitere Auswertung des Abschnitts des Kamerabilds oder des gesamten Kamerabilds und/oder eine Auswertung gegebenenfalls verfügbarer Abstandsinformationen erfolgen.
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Bei einer besonderen Ausführungsform eines Betriebsverfahrens eines Robotsaugers, bei dem das jeweils aufgenommene Kamerabild in einzelne Abschnitte unterteilt ist, werden die einzelnen Abschnitte des jeweiligen Kamerabilds zyklisch ausgewertet, wobei jeder Abschnitt entsprechend einer eigenen, vorgegebenen oder vorgebbaren Zykluszeit ausgewertet wird. Eine zyklische Auswertung des Kamerabilds mit einer ausreichend kurzen Zykluszeit gewährleistet, dass im Falle eines in dem Kamerabild erscheinenden Objekts rechtzeitig und automatisch Maßnahmen zur Vermeidung einer Kollision mit dem Objekt eingeleitet werden können. Indem jeder Abschnitt entsprechend einer eigenen, vorgegebenen oder vorgebbaren Zykluszeit ausgewertet wird, lässt sich die jeweils zur Auswertung des Kamerabilds zur Verfügung stehende Rechenleistung optimal einsetzen. Besonders relevante Abschnitte des Kamerabilds werden dabei mit einer eher kurzen Zykluszeit ausgewertet, während weniger relevante Abschnitte des Kamerabilds mit einer im Vergleich dazu längeren Zykluszeit, also weniger häufig ausgewertet werden.
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Bei einer Ergänzung eines solchen Verfahrens wird die Zykluszeit eines Abschnitts dynamisch angepasst, wenn bei einer Auswertung des Abschnitts ein Objekt erkannt wird, so dass im Falle eines erkannten Objekts, das ein potentielles Hindernis für die Bewegung des Robotsaugers darstellt, der betreffende Abschnitt häufiger ausgewertet wird, um auf diese Weise zu gewährleisten, dass jedenfalls rechtzeitig auf ein tatsächliches Hindernis reagiert wird.
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Die Erfindung ist damit auch ein Robotsauger wie hier und im Folgenden beschrieben mit Mitteln zur Ausführung solcher Verfahren und oder einzelner Ausgestaltungen. Als Mittel zur Ausführung eines solchen Verfahrens oder solcher Verfahren fungiert zumindest eine von dem Robotsauger umfasste Steuerungseinrichtung sowie ein in einen Speicher der Steuerungseinrichtung ladbares/geladenes Computerprogramm zur Implementierung des jeweiligen Verfahrens. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer, nämlich die Steuerungseinrichtung des Robotsaugers, ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.
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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 Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, 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 Merkmalen 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.
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Es zeigen
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1 einen Robotsauger von oben mit einer Kamera zur Umgebungserfassung in Fahrtrichtung,
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2 einen Robotsauger von oben wie in 1 mit einem mittels einer dafür vorgesehenen Optik aufgeweiteten Erfassungsbereich der Kamera,
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3 die Kamera und die zur Aufweitung des Erfassungsbereichs vorgesehene Optik in einer vergrößerten Darstellung,
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4 eine weitere Darstellung der Kamera und der zur Aufweitung des Erfassungsbereichs vorgesehenen Optik und
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5 eine Aufteilung des Erfassungsbereichs der Kamera anhand mehrerer Winkelbereiche sowie
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6 eine Aufteilung des Kamerabilds entsprechend der Winkelbereiche.
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Die Darstellung in 1 zeigt in schematisch vereinfachter Form einen Robotsauger 10 von oben. Der Robotsauger 10 umfasst als Sensor zur Erfassung einer jeweiligen Umgebungssituation in Fahrtrichtung eine Kamera, nämlich hier eine sogenannte TOF-Kamera 12 (TOF – time of flight). Mittels einer solchen TOF-Kamera 12 lässt sich nicht nur ein Bild von der jeweiligen Umgebungssituation aufnehmen. Zusätzlich liefert eine TOF-Kamera bekanntlich auch eine Information hinsichtlich eines Abstands zu jeweils von dem Kamerabild erfassten Objekten. Dazu wird die Szene vor dem Robotsauger 10 mit Lichtpulsen ausgeleuchtet, im dargestellten Beispiel mittels eines Leuchtmittels in Form einer Licht im Infrarotbereich aussendenden Leuchtdiode (IR-LED) 14. Die TOF-Kamera 12 misst für jeden von dem Kamerabild umfassten Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum jeweiligen Objekt und zurück zur TOF-Kamera 12 benötigt.
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Je nach Bauart der TOF-Kamera 12, die im Folgenden kurz als Kamera 12 bezeichnet wird, resultiert ein erfassbarer Bereich vor dem Robotsauger 10. Dieser mittels der Kamera 12 erfassbare Bereich wird im Folgenden als sichtbarer Bereich 16 bezeichnet. Seitlich an den sichtbaren Bereich 16 schließen sich unsichtbare Bereiche 18, also mittels der Kamera 12 nicht erfassbare Bereiche an.
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Die Darstellung in 2 zeigt im Vergleich zu der Situation gemäß 1 einen Robotsauger 10 gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Der mittels der Kamera 12 erfassbare Bereich vor dem Robotsauger 10 ist deutlich vergrößert. Dies wird mittels einer speziellen Optik 20 erreicht. Danach setzt sich der in Fahrtrichtung vor dem Robotsauger 10 erfassbare Bereich aus dem sichtbaren Bereich 16 wie in 1 sowie zwei jeweils seitlich daran anschließenden zusätzlichen sichtbaren Bereichen 22, 24 zusammen. Der dem sichtbaren Bereich 16 gemäß 1 entsprechende Bereich wird im Folgenden zur Unterscheidung von den zusätzlichen sichtbaren Bereichen 22, 24 als zentraler sichtbarer Bereich 16 bezeichnet und der gesamte von der Kamera 12 erfasste sichtbare Bereich ergibt sich als Kombination des zentralen sichtbaren Bereichs 16 und der beiden zusätzlichen sichtbaren Bereiche 22, 24. Mittels der Optik 20 resultiert demnach ein Blickwinkel der Kamera 12 von beinahe 180°, so dass die unsichtbaren Bereiche 18 (1) weitestgehend verschwinden und jedenfalls für die Erkennung von Hindernissen in Fahrtrichtung des Robotsaugers 10 keine Rolle mehr spielen. Die so erreichbare Aufweitung des von der Kamera 12 erfassbaren Bereichs ergibt sich selbstverständlich unabhängig davon, ob die Kamera 12 als TOF-Kamera 12 ausgeführt ist, so dass die Verwendung einer solchen Optik 20 für grundsätzlich jede Kameraart in Betracht kommt.
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Die Darstellung in 3 zeigt die Verhältnisse gemäß 2 in vergrößerter Form. Erkennbar sind die von dem hier nicht gezeigten Robotsauger 10 umfasste Kamera 12, zum Beispiel eine TOF-Kamera 12, sowie eine der Kamera 12 vorgesetzte Optik 20, bei der es sich um eine Optik 20 in Form einer sogenannten Fresnel-Linse handelt. Eine solche Fresnel-Linse zeichnet sich bekanntlich durch eine im Schnitt stufenförmige Kontur im Anschluss an eine linsenförmige zentrale Struktur aus. Bei der dargestellten Ausführungsform ist genau eine Stufe rechts und links von der linsenförmigen zentralen Struktur gezeigt. Bei einer tatsächlichen Verwendung einer solchen Optik 20 kann diese auch eine höhere Anzahl seitlicher Stufen aufweisen und die Anzahl der Stufen sowie ein Neigungswinkel der Oberflächen solcher Stufen zur Grundfläche bestimmt die erreichbare Aufweitung des sichtbaren Bereichs 16, 22, 24. Alternativ kommt als Optik 20 auch ein sogenanntes Weitwinkelobjektiv oder ein Fischaugenobjektiv in Betracht.
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Weiterhin erkennbar ist in der Darstellung in 3, dass seitlich neben der Kamera 12 als Leuchtmittel jeweils eine IR-LED 14 zur pulsierenden Ausleuchtung des Bereichs vor der Kamera 12 – also vor dem Robotsauger 10 – angeordnet ist. Die beiden IR-LEDs 14 sind im Vergleich zur optischen Achse der Kamera 12 leicht nach außen geschwenkt. Dadurch wird erreicht, dass die aufgrund der verwendeten Optik 20 zusätzlichen sichtbaren Bereiche 22, 24 ausreichend ausgeleuchtet werden, wobei der zentrale Abschnitt des sichtbaren Bereichs 16 aufgrund eines Überlappens der von den beiden IR-LEDs 14 entsprechend einer jeweiligen Abstrahlcharakteristik ausgehenden sogenannten Lichtkeulen ebenfalls ausreichend ausgeleuchtet ist. Bezüglich der Kamera 12 ist noch ein vor der Kamera 12 angeordneter TOF-Chip 26 gezeigt, der die Kamera 12 gewissermaßen zu einer TOF-Kamera 12 macht.
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Die Darstellung in 3 zeigt die Geometrie der Optik 20 entlang einer parallel zu der mit dem Robotsauger 10 jeweils abgesaugten/befahrenen Bodenfläche liegenden Schnittebene. Nicht erkennbar ist entsprechend, wie sich die Oberflächengeometrie der Optik 20 quer zur Schnittebene fortsetzt. Hier kann vorgesehen sein, dass die Optik 20 die beschriebenen Stufen in Form von ringförmigen, insbesondere kreisförmigen und um den zentralen linsenförmigen Bereich angeordneten Stufen aufweist.
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Dies zeigt die Darstellung in 4. Dort sind nur die Kamera 12 – eigentlich der Bildsensor der Kamera 12 mit der üblichen matrixartigen Anordnung der von dem Bildsensor umfassten Photodioden – mit dem vorgesetzten TOF-Chip 26 und die Optik 20 dargestellt. Die Optik 20 (Fresnel-Linse) ist hier mit einer zylindrischen Grundgeometrie und einem zentralen linsenförmigen Bereich gezeigt, an den sich bei der hier dargestellten Ausführungsform genau eine den zentralen linsenförmigen Bereich kreisförmig umschließende Stufe anschließt. Auf der Optik 20 ist – lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung – die Außenkontur des Bildsensors der Kamera 12 und die damit zusammenfallende Außenkontur des TOF-Chips 26 eingezeichnet. Auf dem Bildsensor und dem davor liegenden TOF-Chip 26 sind – ebenfalls nur zum Zwecke der Verdeutlichung – die resultierenden Abbildungsorte des zentralen sichtbaren Bereichs 16 und der zusätzlichen (seitlichen) sichtbaren Bereiche 22, 24 (vgl. auch die Darstellungen in 2 und 3) eingezeichnet. Der zentrale sichtbare Bereich 16 wird also mittels des zentralen linsenförmigen Bereichs der Optik 20 auf den TOF-Chip 26 und den Bildsensor abgebildet. Die beiden zusätzlichen sichtbaren Bereiche 22, 24 werden entsprechend mittels der den zentralen linsenförmigen Bereich umschließenden stufenförmigen Struktur der Optik 20 auf den TOF-Chip 26 und den Bildsensor abgebildet. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass – abweichend von der dargestellten Situation gemäß 4 – die Optik 20 mehr als eine den zentralen linsenförmigen Bereich umschließende stufenförmige Struktur, also zum Beispiel zwei Stufen, drei Stufen, usw., aufweisen kann.
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5 zeigt abschließend den Robotsauger 10 gemäß 2 in einer Umgebung in einem Zimmer beim Saugbetrieb und in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht. Die Kamera 12 ist so ausgerichtet, dass sie bei einer Vorwärtsbewegung des Robotsaugers 10 den Bereich vor dem Robotsauger 10 erfasst und zwar mit dem zuvor beschriebenen zentralen sichtbaren Bereich 16 sowie den beiden zusätzlichen sichtbaren Bereichen 22, 24 (in der Seitenansicht gemäß 4 nicht gezeigt; vergleiche 2, 3).
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Bei der gezeigten Situation ist die Kamera 12 im Vergleich zu einer Ebene, in der sich der Saugroboter 10 bewegt, also üblicherweise der durch den jeweils abgesaugten Untergrund definierten Ebene, leicht geneigt, so dass ein Bereich unmittelbar vor dem Saugroboter 10 besser erfasst wird. Darüber hinaus ist gezeigt, dass die mittels der Kamera 12 aufgenommenen Bilddaten anhand einzelner charakteristischer Winkelbereiche 30, 32, 34, 36, 38 segmentiert sind. Die Winkelbereiche 30–38 sind dabei so eingeteilt, dass jeder Winkelbereich 30–38 jeweils charakteristische Hindernisse/Hindernisarten oder sonstige Umgebungssituationen erfasst. Ein erster und ein zweiter Winkelbereich 30, 32 erfassen zum Beispiel „hohe“ Hindernisse, also gegebenenfalls unterfahrbare Hindernisse, wie zum Beispiel ein hängendes Kabel 40, einen Stab oder dergleichen sowie einen Heizkörper 42, ein Bett 44 oder Ähnliches. Ein dritter Winkelbereich 34 erfasst alle Hindernisse 46 in Sichthöhe des Robotsaugers 10. Damit wird ein rechtzeitiges Anhalten des Robotsaugers 10 vor dem Hindernis 46 und gegebenenfalls ein Umfahren des Hindernisses 46 möglich. Ein vierter Winkelbereich 36 erfasst „niedrige“ Hindernisse, also zum Beispiel auf dem Boden aufliegende Hindernisse, wie einen Teppich 48 oder Teppichschienen oder dergleichen. Ein fünfter Winkelbereich 38 erfasst schließlich einen Bereich unmittelbar vor dem Robotsauger 10 und erlaubt damit das Erkennen des dortigen Untergrunds sowie das Erkennen einer eventuellen Stufe 50.
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Aufgrund der Ausführung der Kamera 12 als TOF-Kamera 12 ergibt sich als Ergebnis der Erfassung der Umgebung in Fahrtrichtung des Robotsaugers 10 nicht nur eine Bildinformation, sondern auch eine Information hinsichtlich der Entfernung zu den jeweils von dem Kamerabilds erfassten Objekten/Hindernissen 40–50. Auf diese Weise kann bei der Bewegung des Robotsaugers 10 automatisch auf solche Objekte/Hindernisse 40–50 reagiert werden, derart, dass der Robotsauger 10 rechtzeitig vorher seine Fahrtrichtung ändert oder zumindest anhält.
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Zu diesem Zweck weist der Robotsauger 10 in an sich bekannter Art und Weise eine Steuerungseinrichtung 52 auf, mittels derer die von der TOF-Kamera 12 aufgenommenen Bild- und/oder Entfernungsdaten ausgewertet und in Fahrbefehle für ein Fahrwerk des Robotsaugers 10 umgesetzt werden. Die Steuerungseinrichtung 52 umfasst dafür in an sich bekannter Art und Weise eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher, in den ein Steuerungsprogramm geladen ist, das beim Betrieb des Robotsaugers 10 durch die Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Das Steuerungsprogramm legt dabei unter anderem die Art der Verarbeitung der von der TOF-Kamera 12 aufgenommenen Bild- und Entfernungsdaten und die Segmentierung der aufgenommenen Daten in einzelne Winkelbereiche 30–38 fest.
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Die Verwendung der Winkelbereiche 30–38 erlaubt eine Konzentration der Auswertung der von der Kamera 12 erfassten Bilder auf einzelne Ebenen und damit eine schnellere Identifikation etwaiger Hindernisse, denn ein im ersten Winkelbereich 30 erkanntes Objekt kann zum Beispiel keine Treppenstufe 50 sein. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die den Winkelbereichen 30–38 zugehörigen Abschnitte eines Kamerabilds 54 unterschiedlich oft ausgewertet werden. Dazu zeigt die Darstellung in 6 ein entsprechend der jeweils erfassten Winkelbereichen 30–38 in einzelne Abschnitte unterteiltes Kamerabild 54 ohne weitere Details.
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Insoweit kommt zum Beispiel in Betracht, dass alle jeweils einem Winkelbereich 30–38 zugehörigen Abschnitte des Kamerabilds 54 zyklisch mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zykluszeit ausgewertet werden und dass zum Beispiel der dem fünften Winkelbereich 38 zugehörige Abschnitt des Kamerabilds 54 mit der geringsten Zykluszeit – also am häufigsten – ausgewertet wird. Dies erlaubt eine sinnvolle Konzentration der Rechenleistung der Steuerungseinrichtung 52 auf relevante Abschnitte des Kamerabilds 54. Dabei kann auch eine dynamische Anpassung der Zykluszeiten für die Auswertung der einzelnen Abschnitte des Kamerabilds 54 vorgesehen sein, zum Beispiel derart, dass eine für einen Abschnitt des Kamerabilds 54 zunächst gültige Zykluszeit verringert wird, sobald in diesem Abschnitt ein Objekt 40–50, insbesondere ein Objekt 40–50 in einem Abstand unterhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerts, detektiert wurde. Die Zykluszeit kann dabei auch abstandsabhängig weiter verringert werden, so dass Abschnitte des Kamerabilds 54, in denen besonders nahe Hindernisse/Objekte 40–50 abgebildet sind, mit geringer werdendem Abstand immer häufiger ausgewertet werden. Eine als Funktionalität der Steuerungseinrichtung 52, insbesondere des Steuerungsprogramms implementierte Zuordnungseinheit übernimmt dabei die Verteilung der Rechenleistung der Verarbeitungseinheit auf die einzelnen Abschnitte des Kamerabilds 54 entsprechend der jeweiligen Zykluszeiten.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform umfasst der Robotsauger 10 noch einen im Bereich einer in Fahrtrichtung vorne liegenden Kante des Gehäuses angeordneten optischen Sensor 56 zur Abtastung des Untergrunds unter dem Robotsauger. Aufgrund eines von einem solchen Sensor 56 erhältlichen Signals ist zum Beispiel ein Notstopp oder eine Fahrtrichtungsumkehr des Fahrwerks des Robotsaugers 10 möglich. Zusätzlich oder alternativ kann mittels eines von einem solchen Sensor 56 erhältlichen Signals, das zum Beispiel eine Unterscheidung zwischen einem jeweils abgesaugten Untergrund in Form von Glattboden einerseits und Teppich oder dergleichen andererseits erlaubt, eine Betriebsarteinstellung oder -umschaltung des Sauggebläses des Robotsaugers 10 erfolgen.
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Wenn – wie bei der Ausführungsform in 5 gezeigt – die Kamera 12 in Richtung auf den Boden vor dem Robotsauger 10 geneigt ist und sich damit die mittels der Kamera 12 erfassten Bildinformationen auf einen Nahbereich vor dem Robotsauger 10 beziehen, kommt in Betracht, IR-LEDs 14 (2, 3) mit einer auf den erfassten Nahbereich abgestimmten Leistungsklasse zu verwenden. So erlauben zum Beispiel IR-LEDs 14 mit einer Leistung im Bereich von 2 W eine Ausleuchtung eines Bereichs vor dem Robotsauger 10 bis in eine Entfernung von etwa sieben Metern. Bei der geneigten Anordnung der Kamera 12 liegt der Erfassungsbereich der Kamera 12 unter einem solchen Abstand und es ist entsprechend nicht notwendig, IR-LEDs 14 mit einer solchen Leistung zu verwenden. Stattdessen können entsprechend IR-LEDs 14 mit einer geringeren Leistung zum Einsatz kommen, die nicht nur preisgünstiger sind, sondern aufgrund ihrer geringeren Leistungsaufnahme den von dem Robotsauger 10 zur Versorgung mit elektrischer Energie mitgeführten Akku auch weniger belasten.
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Einzelne zentrale Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Robotsauger 10 mit einer Kamera 12 als optischem Sensor zur Erfassung einer Umgebung des Robotsaugers 10 in Fahrtrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Robotsaugers 10, wobei der Kamera 12 eine Aufweitung eines Erfassungsbereichs der Kamera 12 bewirkende Optik 20 zugeordnet ist bzw. mittels der Optik eine Aufweitung des Erfassungsbereichs der Kamera 12 bewirkt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Robotsauger
- 12
- Kamera
- 14
- Leuchtmittel / IR-LED
- 16
- sichtbarer Bereich / zentraler sichtbarer Bereich
- 18
- unsichtbarer Bereich
- 20
- Optik
- 22
- zusätzlicher sichtbarer Bereich
- 24
- zusätzlicher sichtbarer Bereich
- 26
- TOF-Chip
- 28
- (frei)
- 30
- Winkelbereich
- 32
- Winkelbereich
- 34
- Winkelbereich
- 36
- Winkelbereich
- 38
- Winkelbereich
- 40
- Objekt, Hindernis / Kabel
- 42
- Objekt, Hindernis / Heizkörper
- 44
- Objekt, Hindernis / Bett
- 46
- Objekt, Hindernis
- 48
- Objekt, Hindernis / Teppich
- 50
- Objekt, Hindernis / Stufe
- 52
- Steuerungseinrichtung
- 54
- Kamerabild
- 56
- Sensor
