DE102015106473A1 - Bewegungsführungsverfahren und Bewegungsführungsgerät - Google Patents

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Abstract

Ein Bewegungsführungsgerät umfasst ein Führungsgerät und eine mobile Einheit. Das Führungsgerät umfasst einen Grundkörper, einen Arm und eine lineare Lichtquelle. Der Grundkörper ist mit dem Arm verbunden und auf einer Referenzfläche angeordnet. Die lineare Lichtquelle ist auf dem Arm angeordnet und erzeugt einen Referenzlichtstrahl auf der Referenzfläche und einen direkten Lichtstrahl auf dem Grundkörper. Das mobile Gerät kann Bilder aufzeichnen, auf denen der Referenzlichtstrahl, der direkte Lichtstrahl und der reflektierte Lichtstrahl zu sehen sind. Die mobile Einheit kann auch einen Winkel berechnen, der zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem reflektierten Lichtstrahl gebildet wird. Daraus ergibt sich ein relativer Winkel zwischen der mobilen Einheit und der linearen Lichtquelle, so dass sich die Einheit entsprechend dem relativen Winkel bewegen kann. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Bewegungsführungsverfahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Raummessverfahren, insbesondere auf ein Bewegungsführungsverfahren sowie ein Bewegungsführungsgerät, das mit demselben arbeitet.
  • Im Zuge der technologischen Entwicklung werden mehr und mehr Roboter im täglichen Leben eingesetzt, wie etwa Roboterarme bei der Produktion, Sicherheitsroboter, Staubsaugroboter usw.. Roboter können präzise Operationen ausführen, Routineaufgaben wiederholen und z. B. bei Alltagsarbeiten wie Staub saugen helfen. Eine Art von Staubsaugrobotern sind selbst angetriebene Staubsaugroboter für den Heimgebrauch. Dieser kann sich in der Nacht oder wenn keiner zu Hause ist durch das Haus oder die Wohnung bewegen und Zimmer für Zimmer Staub und Schmutz saugen. Das erspart dem Menschen die mühselige Reinigung des Hauses.
  • Sobald ein Roboter seine Aufgaben erledigt hat, soll sich dieser normalerweise zum Aufladen zu seiner Ladestation bewegen. Daher ist die Fragestellung sehr wichtig, wie ein Roboter seine Ladestation effizient wiederfindet und sich dort hinbewegt.
  • Angesichts der obigen Fragestellung bietet die vorliegende Erfindung ein Bewegungsführungsverfahren und ein Bewegungsführungsgerät, das mit demselben arbeitet. Mit der vorliegenden Erfindung kann eine mobile Einheit (z. B. ein Roboter) leicht über seine Position in einer Umgebung informiert und gesteuert werden.
  • Das Bewegungsführungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: Eine lineare Lichtquelle wird in einem Abstand über der Referenzfläche angeordnet. Die lineare Lichtquelle erzeugt einen Referenzlichtstrahl auf der Referenzfläche und einen direkten Lichtstrahl an einer Außenfläche, wobei eine Kante der Außenfläche an die Referenzfläche grenzt. Ein Bildaufzeichnungsmodul nimmt ein Bild auf, wobei auf dem Bild der Referenzlichtstrahl, der direkte Lichtstrahl und ein reflektierter Lichtstrahl, der vom direkten Lichtstrahl auf der Referenzfläche erzeugt wird, zu sehen sind. Ein Referenzwinkel zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem reflektierten Lichtstrahl wird berechnet, um einen relativen Winkel zwischen dem Bildaufzeichnungsmodul und der linearen Lichtquelle zu ermitteln. Das Bildaufzeichnungsmodul wird basierend auf dem ermittelten relativen Winkel bewegt.
  • Das Bewegungsführungsverfahren umfasst weiterhin die folgenden Schritte: Das Rechenmodul berechnet die Zeit- oder Phasenverschiebung zwischen dem direkten und dem reflektierten Lichtstrahl, um die relative Entfernung zwischen der mobilen Einheit und der linearen Lichtquelle zu ermitteln. Auf diese Weise kann die mobile Einheit entsprechend dem ermittelten relativen Winkel und der Entfernung bewegt werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Bewegungsführungsverfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfassen: Die Geschwindigkeit des Bildaufzeichnungsmodul wird auf der Grundlage der nacheinander ermittelten relativen Entfernungen berechnet.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann das Bewegungsführungsverfahren zusätzlich den folgenden Schritt umfassen: Die Winkelgeschwindigkeit des Bildaufzeichnungsmoduls wird basierend auf den nacheinander ermittelten relativen Winkeln berechnet.
  • Basierend auf dem oben genannten Verfahren können anhand einer Analyse die Entfernung, der Winkel, die Geschwindigkeit und/oder die Winkelgeschwindigkeit des Bildaufzeichnungsmoduls im Verhältnis zur linearen Lichtquelle bestimmt werden. Dabei wird allein auf das aufgezeichnete Bild vom Licht ausgegangen, das von der linearen Lichtquelle ausgeht. Auf der Grundlage dieser Parameter kann die mobile Einheit entsprechend im Verhältnis zur linearen Lichtquelle bewegt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform bietet die vorliegende Erfindung ein Bewegungsführungsgerät. Das Bewegungsführungsgerät umfasst ein Führungsgerät und eine mobile Einheit. Das Führungsgerät hat einen Grundkörper, einen Arm und eine lineare Lichtquelle. Die mobile Einheit umfasst ein Bewegungsmodul, ein Bildaufzeichnungsmodul und ein Rechenmodul.
  • Der Grundkörper hat einen ersten und einen zweiten Endbereich. Der erste Endbereich hat Kontakt mit der Referenzfläche. Der Arm ist mit dem zweiten Endbereich des Grundkörpers verbunden. Die lineare Lichtquelle ist an einer Seite des Arms angeordnet, wobei die Seite zur Referenzfläche zeigt. Die lineare Lichtquelle sendet Licht aus, um einen Referenzlichtstrahl auf der Referenzfläche und den direkten Lichtstrahl auf einer Außenfläche des Grundkörpers zu erzeugen, wobei eine Kante der Außenfläche an die Referenzfläche grenzt. Das Bild, das vom Bildaufzeichnungsmodul aufgenommen wird, zeigt den Referenzlichtstrahl, den direkten Lichtstrahl und den reflektierten Lichtstrahl. Das Rechenmodul ist mit dem beweglichen Modul und dem Bildaufzeichnungsmodul verbunden. Durch die Verbindung erhält das Rechenmodul das aufgezeichnete Bild und kann den Referenzwinkel zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem reflektierten Lichtstrahl berechnen. Auf diese Weise kann der relative Winkel zwischen der mobilen Einheit und der linearen Lichtquelle ermittelt werden. Basierend auf diesem relativen Winkel führt das Rechenmodul das Bewegungsmodul der mobilen Einheit in eine bestimmte Richtung.
  • Das Rechenmodul kann außerdem die Zeit- oder Phasenverschiebung zwischen dem direkten und dem reflektierten Lichtstrahl berechnen, um die relative Entfernung zwischen der mobilen Einheit und der linearen Lichtquelle zu ermitteln. Basierend auf diesem relativen Winkel führt das Rechenmodul das Bewegungsmodul der mobilen Einheit in eine bestimmte Richtung.
  • In einer Ausführungsform kann der Grundkörper einen abgestuften Bereich mit einer reflektierenden Fläche haben. Der abgestufte Bereich ragt aus dem ersten Endbereich des Grundkörpers heraus, so dass ein Teil des von der linearen Lichtquelle ausgestrahlten Lichts reflektiert wird und mindestens einen ersten Lichtstreubereich erzeugt. Da die Leuchtstärke im ersten Lichtstreubereich nicht überall gleich ist, kann das Rechenmodul auf der Grundlage der vom aufgezeichneten Bild extrahierten Lichtstärke die Position der mobilen Einheit innerhalb des Lichtstreubereichs bestimmen.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein Teil des ausgestrahlten Lichts von der Referenzfläche reflektiert, wodurch ein zweiter Lichtstreubereich entsteht. Die durchschnittliche Leuchtstärke ist im zweiten Lichtstreubereich niedriger als im ersten Lichtstreubereich. Anhand der aus dem aufgezeichneten Bild abgelesenen Leuchtstärke kann das Rechenmodul ermitteln, ob sich die mobile Einheit im ersten oder im zweiten Lichtstreubereich befindet.
  • In einer weiteren Ausführungsform erkennt das Rechenmodul, dass die mobile Einheit nicht zum Führungsgerät ausgerichtet ist, wenn auf dem aufgezeichneten Bild die lineare Lichtquelle nicht zu sehen ist. In diesem Fall kann das Rechenmodul das Bewegungsmodul anweisen, sich so weit zu drehen, bis die lineare Lichtquelle im Bild erscheint. Erst dann fährt es mit der Bildaufzeichnung und -erkennung fort.
  • Durch den einfachen Aufbau eines Führungsgeräts mit einer linearen Lichtquelle in der Umgebung kann die mobile Einheit ihre Position im Verhältnis zum Führungsgerät ermitteln und sich entsprechend bewegen.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Nutzung eines Bewegungsführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Führungsgeräts aus 1.
  • 3 ist ein Funktionsblockdiagramm einer mobilen Einheit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Aufnahme der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine weitere Aufnahme der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist Flussdiagramm des Bewegungsführungsverfahrens für die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform der Nutzung eines Bewegungsführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht des Führungsgeräts aus 7.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Nutzung eines Bewegungsführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Bewegungsführungsgerät umfasst ein Führungsgerät 100 und eine mobile Einheit 200, die beide in einer Umgebung wie einem Wohnzimmer, Schlafzimmer oder einem beliebigen Raum im Innern oder im Freien auf einer Referenzfläche 300 angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Umgebung ein Raum im Innern, der durch die Referenzfläche 300 festgelegt ist und mindestens von drei Wänden umgeben ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Referenzfläche 300 eine Decke oder eine andere wandähnliche Struktur sein. Die Referenzfläche muss nicht von einer Wandfläche abgeschlossen werden.
  • 2 ist eine perspektivische Darstellung des Führungsgeräts 100 aus 1. Das Führungsgerät 100 umfasst einen Grundkörper 110, einen Arm 130 und eine lineare Lichtquelle 150. Der Grundkörper 100 besteht aus einem ersten Endbereiche 111 und einem zweiten Endbereich 112. Der erste Endbereich 111 steht auf der Referenzfläche 300, und der Arm 130 ist mit dem zweiten Endbereich 112 verbunden. Der Grundkörper 110 bildet zusammen mit dem Arm 130 eine L-förmige Struktur. Die äußere Form des Führungsgeräts 100 ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die lineare Lichtquelle 150 ist an einer Seite 131 des Arms 130 angeordnet, wobei die Seite 131 zur Referenzfläche 300 zeigt. Bei der vorliegenden Konfiguration ist die Seite 131 die Unterseite des Arms 130. Die lineare Lichtquelle 150 sendet von der Seite 131 aus (also zur Referenzfläche 300) Licht, so dass auf der Referenzfläche 300 ein Referenzlichtstrahl L1 erzeugt wird. Die Referenzfläche 300 wird so vom Referenzlichtstrahl L1 in zwei Hälften geteilt (siehe 1). Entsprechend 2 kann auf einer Außenfläche 114 des Grundkörpers 110 mit der Lichtquelle 150 ein direkter Lichtstrahl erzeugt werden. Die Außenfläche 114 steht senkrecht auf der Referenzfläche 300. Das von der linearen Lichtquelle 150 ausgesendete Licht kann sichtbares oder unsichtbares Licht sein.
  • 3 ist ein Funktionsblockdiagramm der mobilen Einheit 200. Die mobile Einheit 200 besteht aus einem beweglichen Modul 210, einem Bildaufzeichnungsmodul 230 und einem Rechenmodul 250. Das Rechenmodul 250 ist mit dem beweglichen Modul 210 und dem Bildaufzeichnungsmodul 230 verbunden. Das Rechenmodul 250 kann einen Prozessor und eine Speichereinheit zur Datenverarbeitung und Datenspeicherung umfassen. Das bewegliche Modul 210 kann eine Rolleinheit und einen Motor zum Bewegen der mobilen Einheit 200 umfassen. Das Bildaufzeichnungsmodul 230 kann für die Bildverarbeitung ein Objektiv, ein lichtempfindliches Element und einen Bildprozessor umfassen. Das Objektiv ist außen an der mobilen Einheit 200 angeordnet, um Bilder von der Umgebung aufzunehmen. Die mobile Einheit 200 kann ein Staubsaugroboter, ein Rasenmähroboter oder ein anderer selbständig arbeitender Mechanismus sein. Je nach Anwendungsbereich kann die mobile Einheit 200 andere Funktionsmodule (z. B. ein Staubsaugmodul) umfassen, die Art der Module ist nicht beschränkt.
  • Die Abbildungen 4 und 5 zeigen Bilder 400, die mit dem Bildaufzeichnungsmodul 230 aufgenommen wurden. Das Bild 400 aus 4 wurde im Zusammenhang mit 1 aufgenommen. Die mobile Einheit 200 befindet sich dabei in Position A (auf einer Seite des Referenzlichtstrahls L1). Das Bild 400 zeigt den Referenzlichtstrahl L1, den direkten Lichtstrahl L2 und einen reflektierten Lichtstrahl L3. Der reflektierte Lichtstrahl L3 entsteht durch die Reflektion des direkten Lichtstrahls L2 auf der Referenzfläche 300. Wenn das Rechenmodul 250 die lineare Lichtquelle 150 im Bild 400 nicht erkennen kann, liegt die lineare Lichtquelle 150 außerhalb der Reichweite des Bildaufzeichnungsmoduls 230 (z. B. ist es nicht zur linearen Lichtquelle 150 gerichtet). In diesem Fall weist das Rechenmodul 250 das Bewegungsmodul 210 an, so lange eine Drehbewegung zu machen, bis die lineare Lichtquelle 150 im Bild 400 erscheint.
  • Aus 5 und 1 ist ersichtlich, dass das mobile Gerät 200 das Bild 400 aus Position B aufgenommen hat. Vergleicht man den Referenzwinkel α zwischen dem Referenzlichtstrahl L1 und dem reflektierten Lichtstrahl L3 aus 4 und 5, so ist der letztere kleiner. Die Größe des Referenzwinkels α ist direkt proportional zum relativen Winkel θ zwischen dem mobilen Gerät 200 (oder dem Bildaufzeichnungsmodul 230) und der linearen Lichtquelle 150 (oder dem Führungsgerät 100). Der Referenzwinkel α vergrößert sich entsprechend dem relativen Winkel θ. Wenn sich der relative Winkel θ verringert, verringert sich auch der Referenzwinkel α. Nachdem das Bild 400 aufgenommen wurde, kann das Rechenmodul 250 den Referenzwinkel α zwischen dem Referenzlichtstrahl und dem reflektierten Lichtstrahl L1 und L3 berechnen, um den relativen Winkel θ zwischen der mobilen Einheit 200 und der linearen Lichtquelle 150 zu ermitteln. Dann kann das Rechenmodul 250 das bewegliche Modul 210 so steuern, dass es sich entsprechend dem relativen Winkel θ bewegt. Beispielsweise kann das Rechenmodul 250 das bewegliche Modul 210 so steuern, dass es sich basierend auf dem relativen Winkel θ hin zum oder weg vom Führungsgerät 100 bewegt. Durch den Einsatz einer einzelnen linearen Lichtquelle 150 ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass die mobile Einheit 200 ihre relative Position innerhalb einer Umgebung kennt und ermitteln kann, wie sie sich darin bewegt. Weiterhin muss die lineare Lichtquelle 150 nur kontinuierlich Licht auszusenden, ohne die Frequenz, den Winkel usw. zu wechseln. Das ist einfach zu bedienen und kostengünstig.
  • In der Praxis kann eine Ladestation für das mobile Gerät 200 mit dem oben genannten Führungsgerät 100 ausgestattet werden. Auf diese Weise kann sich die mobile Einheit 200 zur Ladestation bewegen, um sich wieder aufzuladen.
  • Zusätzlich kann der Referenzlichtstrahl L1 als Warnlinie genutzt werden. Wenn die mobile Einheit 200 erkennt, dass es den Referenzlichtstrahl L1 erreicht, kann die mobile Einheit 200 vom Referenzlichtstrahl L1 weg gesteuert werden, damit sie die Linie nicht überschreitet.
  • Das Rechenmodul 250 kann auch eine Zeit- oder Phasendifferenz zwischen dem direkten Lichtstrahl L2 und dem reflektierten Lichtstrahl L3 berechnen. Die Differenz kann zum Ermitteln einer relativen Entfernung D zwischen der mobilen Einheit 200 (oder dem Bildaufzeichnungsmodul 230) und der linearen Lichtquelle 150 genutzt werden. Das Rechenmodul 250 kann das bewegliche Modul 210 auf der Grundlage der relativen Entfernung D und dem relativen Winkel θ in eine bestimmte Richtung steuern.
  • 6 ist ein Flussdiagramm des Bewegungsführungsverfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung. Bei Schritt S610 wird die lineare Lichtquelle 150 in einer bestimmten Höhe über der Referenzfläche 300 angeordnet. Das kann vom oben genannten Führungselement 100 ausgeführt werden. Bei Schritt S620 wird die lineare Lichtquelle 150 eingeschaltet. Das ausstrahlende Licht erzeugt den Referenzlichtstrahl L1 auf der Referenzfläche 300 und den direkten Lichtstrahl L2 an der Außenfläche 114 an der Referenzfläche 300. Bei Schritt S630 nimmt das Bildaufzeichnungsmodul 230 das Bild 400 auf. Die Aufnahme zeigt den Referenzlichtstrahl L1, den direkten Lichtstrahl L2 und den reflektierten Lichtstrahl L3. Basierend auf dem Bild 400 werden bei Schritt S640 der Referenzwinkel α und der relative Winkel θ berechnet. Bei Schritt S650 wird das Bildaufzeichnungsmodul 230 entsprechend dem relativen Winkel θ bewegt.
  • Nachdem die relative Entfernung D und/oder der relative Winkel θ ermittelt wurden, kann das Rechenmodul 250 die Geschwindigkeit der beweglichen mobilen Einheit 200 (oder des Bildaufzeichnungsmoduls 230) auf der Grundlage der relativen Entfernungen D berechnen. Ähnlich kann auch die Winkelgeschwindigkeit des mobilen Geräts 200 (oder des Bildaufzeichnungsmoduls 230) auf der Grundlage der relativen Winkel θ berechnet werden. Entsprechend zu den Parametern wie der relativen Entfernung D, dem relativen Winkel θ, der Bewegungsgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit können die Position und der Bewegungsstatus der mobilen Einheit 200 errechnet und, falls notwendig, geeignete Anpassungen vorgenommen werden.
  • 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das entsprechende Führungsgerät 100 wird in 8 dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf diese beiden Abbildungen. Zur vorherigen Ausführungsform unterscheidet sich diese zweite Ausführungsform darin, dass der Grundkörper 110 des Führungsgeräts 100 weiterhin einen abgestuften Bereich mit einer reflektierenden Fläche 113 hat. Der abgestufte Bereich geht vom ersten Endbereich 11 ab und vom Grundkörper 110 weg. Auf diese Weise wird ein Teil des von der linearen Lichtquelle ausgehenden Lichts 150 von der reflektierenden Fläche 113 reflektiert, wobei mindestens ein erster Streubereich Z1 entsteht. Bei der vorliegenden Ausführungsform steht der abgestufte Bereich im rechten Winkel zum Grundkörper 110, wobei die Erfindung nicht auf diese Eigenschaft beschränkt ist. D. h., der Winkel zwischen der reflektierenden Fläche 113 und dem Grundkörper 110 ist nicht auf 90° beschränkt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Paar Reflektoren (nicht abgebildet) auf der reflektierenden Fläche 113 gegenüberliegend angeordnet. Wenn ein Teil des von der linearen Lichtquelle 150 ausgehenden Lichts auf die Reflektoren fällt, entsteht ein Paar erster Lichtstreubereiche Z1 auf der gegenüberliegenden Seite des Referenzlichtstrahls L1. Alle ersten Lichtstreubereiche Z1 sind in einem Winkel von ca. 45° zum Referenzlichtstrahl L1 gerichtet, wobei die Erfindung nicht auf diese Eigenschaft beschränkt ist. Wie in 8 dargestellt, ist die Leuchtstärke innerhalb des ersten Lichtstreubereichs Z1 nicht gleich (die Länge jeder geraden Linie zeigt die Lichtintensität an – je länger die Linie, umso größer die Lichtstärke). Ein weiteres Merkmal ist, dass die Leuchtstärke symmetrisch verteilt ist. Das bedeutet, dass die Leuchtstärke im mittleren Bereich stärker ist und zu den Rändern hin schwächer wird. Es sei zu beachten, dass die vorangegangene Konfiguration der Streubereiche nur zu Erläuterungszwecken dient und nicht den Umfang der Erfindung beschränkt. Wenn die reflektierende Fläche 113 eine andere Form hat, oder die Reflektoren eine andere Form haben und anders angeordnet sind, verändert sich auch die Streuung der Lichtstärke in den Streubereichen. Die genaue Konfiguration kann entsprechend den Umgebungsbedingungen und Konstruktionswünschen angepasst werden. Da die Leuchtstärke in den ersten Lichtstreubereichen Z1 nicht gleich ist, kann das Rechenmodul 250 die Position der mobilen Einheit 200 auf der Grundlage der vom aufgezeichneten Bild 400 extrahierten Lichtstärke in jedem der Lichtstreubereiche Z1 genau bestimmen.
  • Ähnlich wie die oben beschriebenen ersten Lichtstreubereiche Z1 bildet sich ein zweiter Lichtstreubereich Z2 dadurch, dass ein Teil des von der linearen Lichtquelle 150 ausgehenden Lichts auf die Referenzfläche 300 trifft. Da der Abstand zwischen der Referenzfläche 300 zur linearen Lichtquelle 150 größer ist als zur reflektierenden Fläche 113, ist die durchschnittliche Lichtstärke des zweiten Lichtstreubereichs Z2 geringer als die des ersten Lichtstreubereichs Z1. Das Rechenmodul 250 kann anhand der vom aufgezeichneten Bild 400 extrahierten Leuchtstärke unterscheiden, ob die Leuchtstärke dem ersten Lichtstreubereich Z1 oder dem zweiten Lichtstreubereich Z2 zuzuordnen ist. Entsprechend kann es feststellen, ob sich die mobile Einheit 200 innerhalb des ersten Lichtstreubereichs Z1 oder des zweiten Lichtstreubereichs Z2 befindet.
  • Bezug nehmend auf 7 wird nachfolgend das Bilderfassungsprinzip des ersten direkten Lichtstrahls L2 und des reflektierten Lichtstrahls L3 ausführlich beschrieben. Siehe dazu auch 4. Wenn sich die mobile Einheit 200 in Position A befindet, zeigt das aufgezeichnete Bild 400 den direkten und den reflektierten Bildstrahl L2 und L3. Bei der linearen Lichtquelle 150 ist der Lichtaustrittspunkt auch über den direkten und den reflektierten Lichtstrahl L2 und L3 zu erkennen. Für den direkten Lichtstrahl L2 kann der Lichtaustrittspunkt über einen Pfad L201 vom Bildaufzeichnungsmodul 230 zurückverfolgt werden. Der Lichtaustrittspunkt des reflektierten Lichtstrahls L3 kann über die zwei Pfade L301 und L302 verfolgt werden, wobei L302 der Pfad ist, den der reflektierte Lichtstrahl L3 von der Referenzfläche 300 zum Bildaufzeichnungsmodul 230 verfolgt.
  • Auf der Grundlage der obigen Beschreibung lässt sich sagen, dass beim Bewegungsführungsverfahren und -gerät der vorliegenden Erfindung die mobile Einheit 200 allein durch das Führungsgerät 100 geführt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Führungsgerät
    110
    Grundkörper
    111
    Erster Endbereich
    112
    Zweiter Endbereich
    113
    Reflektierende Fläche
    114
    Außenfläche
    130
    Arm
    131
    Seite
    150
    Lineare Lichtquelle
    200
    Mobile Einheit
    210
    Bewegliches Modul
    230
    Bildaufzeichnungsmodul
    250
    Rechenmodul
    300
    Referenzfläche
    400
    Bild
    D
    Relative Entfernung
    L1
    Referenzlichtstrahl
    L2
    Direkter Lichtstrahl
    L3
    Reflektierter Lichtstrahl
    Z1
    Erster Lichtstreubereich
    Z2
    Zweiter Lichtstreubereich
    α
    Referenzwinkel
    θ
    Relativer Winkel
    L201
    Pfad
    L301
    Pfad
    L302
    Pfad

Claims (9)

  1. Bewegungsführungsverfahren, welches eine linearen Lichtquelle (150) umfasst, die in einem Abstand über der Referenzfläche (300) angeordnet ist, wobei die lineare Lichtquelle (150) einen Referenzlichtstrahl (L1) auf der Referenzfläche (300) und einen direkten Lichtstrahl (L2) auf einer Außenfläche (114) erzeugt, wobei eine Kante der Außenfläche (114) neben der Referenzfläche (300) ausgebildet ist, wobei ein Bild (400) mit einem Bildaufzeichnungsmodul (230) aufgezeichnet wird, wobei das Bild (400) den vom direkten Lichtstrahl (L2) erzeugten Referenzlichtstrahl (L1), den direkten Lichtstrahl (L2) und einen reflektierten Lichtstrahl (L3) zeigt, der auf die Referenzfläche trifft (300), wobei ein Referenzwinkel (α) errechnet wird, der zwischen dem Referenzlichtstrahl (L1) und dem reflektierten Lichtstrahl (L3) liegt und im Bild (400) zu sehen ist, um einen relativen Winkel (θ) zwischen dem Bildaufzeichnungsmodul (230) und der linearen Lichtquelle (150) zu ermitteln, und wobei das Bildaufzeichnungsmodul (230) auf der Grundlage des relativen Winkels (θ) berechnet wird.
  2. Bewegungsführungsverfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Errechnens einer Zeit- oder Phasenverschiebung zwischen dem direkten Lichtstrahl (L2) und dem reflektierten Lichtstrahl (L3) umfasst, um eine relative Entfernung (D) zwischen dem Bildaufzeichnungsmodul (230) und der linearen Lichtquelle (150) zu ermitteln.
  3. Bewegungsführungsverfahren nach Anspruch 2, welches weiterhin den Schritt des Berechnens der Geschwindigkeit des Bildaufzeichnungsmoduls (230) basierend auf den nacheinander ermittelten relativen Entfernungen (D) umfasst.
  4. Bewegungsführungsverfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Berechnens der Winkelgeschwindigkeit des Bildaufzeichnungsmoduls (230) basierend auf den nacheinander ermittelten relativen Winkel (θ) umfasst.
  5. Bewegungsführungsgerät, umfassend: • ein Führungsgerät (100), umfassend: – einen Grundkörper (110) mit einem ersten Endbereich (111) und einem zweiten Endbereich (112), wobei der erste Endbereich (111) Kontakt mit der Referenzfläche (300) hat; – einen Arm (130), der vom zweiten Endbereich (112) ausgeht, und – eine linearen Lichtquelle (150), die auf einer Seitenfläche (131) des Armes (130) ausgeht, die zur Referenzfläche gerichtet ist, wobei das Licht, das von der linearen Lichtquelle (150) ausgeht, einen Referenzlichtstrahl (L1) auf der Referenzfläche (300) und einen direkten Lichtstrahl (L2) auf einer Außenfläche (114) des Grundkörpers (110) erzeugt, wobei eine Kante der Außenfläche (114) an die Referenzfläche (300) grenzt, und • eine mobilen Einheit, umfassend: – ein Bewegungsmodul (200); – ein Bildaufzeichnungsmodul (230), mit dem ein Bild (400) vom Referenzlichtstrahl (L1), dem direkten Lichtstrahl (L2) und dem reflektierten Lichtstrahl (L3) aufgenommen wird, wobei diese erzeugt werden, wenn der direkte Lichtstrahl (L2) auf die Referenzfläche (300) trifft und – ein Rechenmodul (250), das mit dem Bewegungsmodul (210) und dem Bildaufzeichnungsmodul (230) verbunden ist, um einen Referenzwinkel (α) zu ermitteln, der zwischen dem Referenzlichtstrahl (L1) und dem reflektierten Lichtstrahl (L3) entsprechend dem Bild (400) entsteht, um einen relativen Winkel (θ) zwischen der mobilen Einheit (200) und der linearen Lichtquelle (150) zu ermitteln, so dass die mobile Einheit (200) vom Rechenmodul (250) basierend auf dem relativen Winkel (θ) geführt werden kann.
  6. Bewegungsführungsgerät gemäß Anspruch 5, wobei das Rechenmodul (250) eine Zeit- oder Phasendifferenz zwischen dem direkten Lichtstrahl (L2) und dem reflektierten Lichtstrahl (L3) berechnet, um eine relative Entfernung (D) zwischen der mobilen Einheit (200) und der linearen Lichtquelle (150) zu ermitteln, wobei das Rechenmodul (250) dann die mobile Einheit (200) basierend auf dem relativen Winkel (θ) und der relativen Entfernung (D) führen kann.
  7. Bewegungsführungsgerät nach Anspruch 5, wobei der Grundkörper (110) einen abgestuften Bereich mit einer reflektierenden Fläche (113) hat, wobei sich der abgestufte Bereich vom Grundkörper (110) ausgehend vom ersten Endbereich (111) erstreckt, so dass ein Teil des von der linearen Lichtquelle (150) ausgehenden Lichts von der reflektierenden Fläche (113) reflektiert wird, wobei dabei mindestens ein erster Lichtstreubereich (Z1) mit einer ungleichmäßigen Lichtstärke entsteht, wobei basierend auf der auf dem Bild (400) aufgenommenen Lichtstärke das Rechenmodul (250) die Position der mobilen Einheit (200) innerhalb des ersten Lichtstreubereichs (Z1) berechnen kann.
  8. Bewegungsführungsgerät gemäß Anspruch 7, wobei ein Teil des von der linearen Lichtquelle (150) ausgesendeten Lichts von der Referenzfläche (300) reflektiert wird, wodurch ein zweiter Lichtstreubereich (Z2) mit einer geringeren Lichtstärke als im ersten Lichtstreubereich (Z1) entsteht, wobei basierend auf der dem aufgenommenen Bild (400) entnommenen Lichtstärke das Rechenmodul (250) feststellen kann, ob die extrahierte Lichtstärke zum ersten Lichtstreubereich (Z1) oder dem zweiten Lichtstreubereich (Z2) gehört und ob sich die mobile Einheit (200) im ersten Lichtstreubereich (Z1) oder dem zweiten Lichtstreubereich (Z2) befindet.
  9. Bewegungsführungsgerät gemäß Anspruch 5, wobei das Rechenmodul (250), wenn das Rechenmodul (250) anhand des aufgenommen Bilds (400) feststellt, dass die lineare Lichtquelle (150) nicht zu sehen ist, die mobile Einheit (200) anweist, so lange eine Drehbewegung zu erzeugen, bis die lineare Lichtquelle (150) im Bild (400) erscheint.
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