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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem beweglichen Haushaltsservicegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten beweglichen Haushaltsservicegeräten, beispielsweise Reinigungsgeräten wie Staubsaugerrobotern, werden häufig mechanische Sensoren zur Erkennung von Objekten in der Umgebung verwendet. Hierbei stellen derartige Sensoren einen mechanischen Kontakt fest, der sich beispielsweise ergibt, wenn ein derartiger Roboter auf seinem Fahrweg eine Wand berührt. Des Weiteren sind Geräte bekannt, die über sogenannte „time o flight“ (ToF)-Sensoren verfügen, mit denen Hindernisse am Boden, insbesondere hinabführende Treppen, identifiziert werden können, sodass der Roboter derartige Gefahren umfahren kann. Typischerweise sind dafür beispielsweise mehrere ToF-Sensoren an der vorderen Hälfte des Roboters verteilt, um den Winkelbereich in Fahrtrichtung des Roboters abzudecken.
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Derartige Roboter und Sensorsysteme haben jedoch diverse Nachteile. Beispielsweise müssen mehrere ToF-Sensoren pro Roboter verwendet werden. Ebenso ist die Funktion der ToF-Sensoren abhängig von den Lichtverhältnissen der Umgebung, sodass eine hohe Verlässlichkeit nicht immer gegeben ist. Des Weiteren ist die Reichweite derartiger Sensoren typischerweise gering und nicht alle Hindernisse werden als solche identifiziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein bewegliches Haushaltsservicegerät vorzuschlagen, das eine erhöhte Sicherheit gegenüber potentiellen Schadensquellen gewährleistet und/oder eine schnellere oder energiesparende Funktion ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße bewegliche Haushaltsservicegerät gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Laserfunktionalität des Haushaltsservicegeräts mithilfe des Spiegels zur Ablenkung der von der Emitterfunktionalität emittierten Lasersignale in einen Winkelbereich ausgebildet ist. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass nur eine einzelne Emitterfunktionalität verwendet werden kann und dennoch der relevante Bereich vor dem Haushaltsservicegerät (also insbesondere in Richtung des Fahrtwegs) in vorteilhafter Weise überprüft/gemessen werden kann. Im Speziellen ist es dadurch möglich, sowohl Objekte, wie Gegenstände, Wände oder Bodenbeläge, vor dem Haushaltsservicegerät zu detektieren als auch potentielle Absturzgefahren, wie herunterführende Treppen. Es kann daher bevorzugt auf die Anbringung von ToF-Sensoren und ggf. mechanischen Sensoren verzichtet werden. Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, dass mehr bzw. detailliertere Informationen über die Beschaffenheit der Umgebung mithilfe der erfindungsgemäßen Laserfunktionalität gemessen werden können. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Laserfunktionalität und insbesondere durch die Abstrahlung von Lasersignalen in einen Winkelbereich, ist es erfindungsgemäß möglich, dass zusätzliche Informationen (beispielsweise zur Textur, Stoffeigenschaften usw.) von Objekten (beispielsweise von Böden) und Hindernissen gewonnen werden können, welche beispielsweise durch mechanische Kontaktsensoren und ToF-Sensoren nicht messbar sind.
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Der Winkelbereich, in den die Laserfunktionalität mithilfe des Spiegels die von der Emitterfunktionalität emittierten Lasersignale ablenkt, bezieht sich erfindungsgemäß insbesondere auf einen horizontalen Winkelbereich (der Winkelbereich erstreckt sich also parallel zur Haupterstreckungsebene der Oberfläche, auf der das Haushaltsservicegerät angeordnet ist).
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Als Hindernisse können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch Objekte, wie beispielsweise Böden oder Bodenbeläge (z.B. Keramikfliesen), verstanden werden, selbst wenn diese potentiell keine Gefahr für das bewegliche Haushaltsservicegerät darstellen.
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Dadurch, dass der Winkelbereich größer als 40°, bevorzugt größer als 60°, ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass der relevante Bereich in Fahrtrichtung des Haushaltsservicegeräts erkannt bzw. gemessen wird und so Objekte bzw. Hindernisse erkannt werden können.
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Dadurch, dass die Detektorfunktionalität ein Mittel zur Auswertung der von der Detektorfunktionalität detektierten Lasersignale umfasst oder mit einem Mittel zur Auswertung der von der Detektorfunktionalität detektierten Lasersignale verbunden ist, wobei die Detektorfunktionalität und/oder das Mittel zur Auswertung zur Bestimmung mindestens eines oder mehrerer der folgenden Parameter ausgebildet ist:
- einer absoluten Distanz zu dem Hindernis, einer Unsicherheit einer Distanz zu dem Hindernis, einer Geschwindigkeit, einer Winkelinformation relativ zu dem Hindernis, und/oder einer Bildwechselfrequenz,
- ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise möglich, dass vergleichsweise umfangreiche und potentiell präzise Daten bezüglich der Eigenschaften des Hindernisses ermittelt werden können. Es ist insbesondere möglich, dass einer oder mehrere der ermittelten Parameter (bzw. Größen) weiter verwendet werden können, beispielsweise um das Hindernis zu klassifizieren und dadurch eine vorteilhafte Reaktion (beispielsweise ein Umfahren des Hindernisses) zu ermöglichen.
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Dadurch, dass die Detektorfunktionalität und/oder das Mittel zur Auswertung unter Zuhilfenahme eines oder mehrerer der Parameter zur Feststellung oder Generierung einer Hindernisklasseninformation des Hindernisses ausgebildet ist, wobei sich die Hindernisklasseninformation auf eine Materialklasse oder einen Materialtyp des Hindernisses, eine geometrische Form des Hindernisses, und/oder eine Oberflächenbeschaffenheit des Hindernisses bezieht, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass unter Verwendung eines oder mehrerer der Parameter eine Klassifizierung des Hindernisses ermöglicht wird (insbesondere durch einen Abgleich/Vergleich der Parameter bzw. der ausgewerteten Parameter mit Referenzhindernisklasseninformationen, die dem Mittel zur Auswertung zu Verfügung stehen bzw. in diesem abgespeichert sind). Die Klassifizierung kann sich hierbei beispielsweise auf den Typ des Hindernisses beziehen. Es ist dadurch beispielsweise besonders vorteilhaft möglich, dass Hindernisse wie Teppiche, auf dem Boden angeordnete Flüssigkeiten oder auch Kabel (in denen sich das Gerät verfangen bzw. diese mitreißen kann), die potentiell zu einer Behinderung der Funktion oder einer Schädigung des Haushaltsservicegeräts oder anderer Gegenstände führen können, erkannt werden (und mithilfe der Hindernisklasseninformation festgestellt bzw. klassifiziert werden). Es ist somit insbesondere möglich, diese Information bzw. Informationen für die Planung des zukünftigen Fahrwegs zu berücksichtigen.
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Dadurch, dass das Mittel zur Auswertung einen Mikrokontroller oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) umfasst, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise möglich, dass das Mittel zur Auswertung kompakt und funktional ausführbar ist.
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Dadurch, dass die Laserfunktionalität zur self-mixing Interferometrie (bzw. Feedback Interferometrie, Induced-modulation Interferometrie oder Backscatter-modulation Interferometrie) ausgebildet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass mithilfe einer kombiniert ausgebildeten Emitterfunktionalität und Detektorfunktionalität, eine vorteilhafte Messung der Parameter (insbesondere einer absoluten Distanz zu dem Hindernis, einer Unsicherheit der Distanz zu dem Hindernis, einer Geschwindigkeit, einer Winkelinformation relativ zu dem Hindernis, und/oder einer Bildwechselfrequenz) durchführbar ist.
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Dadurch, dass der Spiegel eine Raster- und/oder Scan-Funktion aufweist, wobei der Spiegel unter Zuhilfenahme der Raster- und/oder Scan-Funktion zur Ablenkung der von der Emitterfunktionalität emittierten Lasersignale in den Winkelbereich ausgebildet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise möglich, eine effiziente und/oder kostengünstige und zeitaufgelöste Ablenkung der von der Emitterfunktionalität emittierten Lasersignale in den Winkelbereich zu realisieren. Insbesondere ist es dabei möglich, dass der Spiegel verschwenkbar bzw. beweglich ist.
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Dadurch, dass der Spiegel einen MEMS-Spiegel (mikroelektromechanisches System) umfasst, wobei der MEMS-Spiegel insbesondere zu einem resonanten Betrieb während des Ablenkens der von der Emitterfunktionalität emittierten Lasersignale in den Winkelbereich ausgebildet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft möglich, den Bereich vor dem Haushaltsservicegerät zu scannen/detektieren und die Parameter zu ermitteln.
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Dadurch, dass die Laserfunktionalität derart ausgebildet ist, dass die Lasersignale die Laserfunktionalität, und insbesondere das bewegliche Haushaltsservicegerät, unter einem Kippwinkel zu einer Haupterstreckungsebene einer Oberfläche, auf der das bewegliche Haushaltsservicegerät angeordnet ist, zwischen 25° und 50°, bevorzugt zwischen 30° und 45°, verlassen, insbesondere unter Zuhilfenahme des Spiegels, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass der Bodenbereich vor dem Haushaltsservicegerät detektiert bzw. gemessen wird. Somit können insbesondere Abgründe aber auch Pfützen, Teppiche, usw. vorteilhaft detektiert werden.
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Dadurch, dass das Mittel zur Auswertung derart ausgebildet ist, dass unter Zuhilfenahme der Hindernisklasseninformation und/oder eines oder mehrerer der Parameter eine Wegberechnung für einen zukünftigen Weg des beweglichen Haushaltsservicegeräts erfolgt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass das Mittel zur Auswertung eine Funktion zur Planung des weiteren Fahrwegs aufweist. Insbesondere kann unter Einbeziehung der Hindernisklasseninformation und/oder eines oder mehrerer der Parameter somit der zukünftige Fahrweg optimiert werden. Es ist dadurch beispielsweise möglich, dass Hindernisse, die eine Gefahr für die Funktion des Haushaltsservicegeräts darstellen (Flüssigkeiten/Pfützen, Gegenstände und Teppiche mit bestimmter Oberflächenbeschaffenheit, Kabel, usw.) umfahren/vermieden werden. Dadurch kann einerseits die Sicherheit erhöht werden und gleichzeitig eine Zeitoptimierung erreicht werden, was sich vorteilhaft auf die Kosten und den Energieverbrauch auswirken kann.
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Es ist alternativ auch möglich, dass eine derartige Funktion zur Planung des weiteren Fahrwegs in einem weiteren Mittel ausgebildet ist, und das Mittel zur Auswertung diesem weiteren Mittel die nötigen Informationen (die Parameter und/oder die Hindernisklasseninformation(en)) zur Verfügung stellt.
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Dadurch, dass das bewegliche Haushaltsservicegerät eine inertiale Messeinheit, IMU, aufweist, wobei das Mittel zur Auswertung derart ausgebildet ist, dass die Wegberechnung für einen zukünftigen Weg des beweglichen Haushaltsgeräts unter weiterer Zuhilfenahme mindestens eines Messwerts der inertialen Messeinheit erfolgt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass die zukünftige Wegberechnung weiter optimiert wird um Arbeitszeit, Kosten und Energie zu sparen.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Emitterfunktionalität zur Laseremission im infraroten Wellenlängenbereich ausgebildet ist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Laserfunktionalität zumindest teilweise mittig an der Vorderseite (mit Bezug auf die Hauptbewegungsrichtung des beweglichen Haushaltsservicegeräts) des beweglichen Haushaltsservicegeräts ausgebildet ist. Es ist darüber hinaus oder alternativ möglich, dass die Laserfunktionalität zumindest teilweise im Bereich der von der Oberfläche, auf der das Haushaltsgerät angeordnet ist, abgewandten Seite des beweglichen Haushaltsservicegeräts angeordnet ist (also im Bereich der Oberseite des Haushaltsservicegeräts).
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines beweglichen Haushaltsservicegeräts nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen beweglichen Haushaltsservicegeräts oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen beweglichen Haushaltsservicegeräts beschriebenen Vorteile.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Laserfunktionalität und ein Hindernis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein bewegliches Haushaltsservicegerät, insbesondere einen Reinigungsroboter, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3, 4, 5 und 6 zeigen schematische Seitenansichten eines beweglichen Haushaltsservicegeräts, insbesondere eines Reinigungsroboters, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7, 8, 9 und 10 zeigen beispielhaft Graphen betreffend Parameter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine schematische Laserfunktionalität 2 und ein Hindernis 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Laserfunktionalität 2 umfasst dabei eine Emitterfunktionalität 3, eine Detektorfunktionalität 4 und einen Spiegel 5. Die Emitterfunktionalität 3 und die Detektorfunktionalität 4 sind zur self-mixing Interferometrie ausgebildet. Verbunden der Detektorfunktionalität 4 (und ggf. mit der Emitterfunktionalität 3) ist ein Mittel 7 zur Auswertung der von der Detektorfunktionalität 4 detektierten Lasersignalen. Mithilfe des Spiegels 5 werden von der Emitterfunktionalität 3 emittierte Lasersignale in einen horizontalen Winkelbereich abgelenkt. Dieser Winkelbereich ist bevorzugt größer als 60°, um den in Fahrtrichtung vor dem beweglichen Haushaltsservicegerät liegenden Bereich zu erfassen. Bevorzugt umfasst der Spiegel 5 einen MEMS-Spiegel (mikroelektromechanisches System-Spiegel) bzw. ist als solcher ausgebildet. Der Spiegel 5 besitzt eine Raster- und/oder Scan-Funktion (angedeutet durch den am Spiegel 5 eingezeichneten Pfeil), mithilfe derer die so von dem Spiegel 5 abgelenkten Lasersignale zum Scannen bzw. zur Messung des Bereichs vor dem beweglichen Haushaltsservicegerät geeignet sind. Ein dort befindliches Hindernis 10, beispielsweise in Form eines Gegenstandes, reflektiert die Lasersignale/Laserstrahlen. Die so reflektierten Lasersignale gelangen mithilfe des Spiegels 5 zur Detektorfunktionalität 4. Die somit erhaltenen Messwerte dienen zur Bestimmung diverser Parameter, beispielsweise der absoluten Distanz zu dem Hindernis 10, einer Unsicherheit der Distanz zu dem Hindernis 10, einer Geschwindigkeit (insbesondere des Hindernisses), einer Winkelinformation relativ zu dem Hindernis 10, und/oder einer Bildwechselfrequenz. Diese Parameter (oder einen Teil der Parameter) verwendet das Mittel 7 zur Auswertung zur Feststellung einer Materialklasse oder eines Materialtyps des Hindernisses 10, einer geometrische Form des Hindernisses 10, und/oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Hindernisses 10 (beispielsweise dadurch, dass es eine Hindernisklasseninformation des Hindernisses 10 erstellt wird und möglicherweise durch einen Vergleich der Parameter mit in dem Mittel 7 gespeicherten Referenzhindernisklasseninformationen). Ferner ermittelt/bestimmt das Mittel 7 zur Auswertung unter Zuhilfenahme der Hindernisklasseninformation und/oder eines oder mehrerer der Parameter einen zukünftigen Weg des beweglichen Haushaltsservicegeräts 1 bzw. ändert anhand dieser Informationen die geplante Route. Somit können insbesondere diverse Gefahren vermieden werden als auch eine zeitlich optimierte und kosteneffiziente bzw. energieeffiziente Route unter Beachtung der ermittelten Eigenschaften des Hindernisses ermittelt werden. Es ist möglich, dass zur Berechnung des zukünftigen Wegs noch weitere Sensormessergebnisse herangezogen werden, beispielsweise Messwerte einer inertialen Messeinheit, IMU, was zu einer besonders effizienten Berechnung einer zukünftigen Route/eines zukünftigen Wegs führen kann.
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In 2 ist eine schematische Aufsicht auf ein bewegliches Haushaltsservicegerät 1, insbesondere einen Reinigungsroboter, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Insbesondere ist der horizontale Winkelbereich 20 dargestellt, in den mithilfe des Spiegels 5 die von der Emitterfunktionalität 3 emittierten Lasersignale abgelenkt werden. Der Austritt der Lasersignale aus dem Haushaltsservicegerät 1 findet an der Vorderseite (mit Bezug auf die Hauptbewegungsrichtung des Haushaltsservicegerät 1) statt und ist insbesondere mittig angeordnet.
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In den 3, 4, 5 und 6 sind schematische Seitenansichten eines beweglichen Haushaltsservicegeräts 1, insbesondere eines Reinigungsroboters, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Haushaltsservicegerät 1 ist typischerweise auf einer Oberfläche 100 mit einer Haupterstreckungsebene angeordnet und bewegt sich auf dieser. Der Laseraustritt aus dem Haushaltsservicegeräts 1 findet bevorzugt im oberen Bereich des Haushaltsservicegeräts 1 statt (also im Bereich der von der Oberfläche 100 abgewandten Seite des Haushaltsservicegeräts 1). Die Lasersignale verlassen das bewegliche Haushaltsservicegerät 1 unter einem Kippwinkel 30, definiert relativ zu der Haupterstreckungsebene der Oberfläche 100 bzw. relativ zur Haupterstreckungsebene des Haushaltsservicegeräts 1. Die Lasersignale verlassen das Haushaltsservicegerät 1 also in Richtung der Oberfläche 100. Der Kippwinkel 30 ist bevorzugt zwischen 25° und 50°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 45°. In den 4, 5 und 6 sind verschiedene Hindernisse 10 schematisch dargestellt. In 4 ist ein auf der Oberfläche 100 angeordnetes Objekt als Hindernis 10 dargestellt. In 5 ist eine Stufe bzw. Abgrund in der Oberfläche 100 als Hindernis 10 vorhanden. In 6 ist ein flaches auf der Oberfläche 100 angeordnetes Hindernis vorhanden. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Teppich oder auch eine Pfütze handeln.
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In den 7, 8, 9 und 10 sind beispielhaft Graphen betreffend Messdaten (Parameter) gezeigt, welche durch ein Haushaltsservicegerät 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. durch eine Laserfunktionalität 2 eines Haushaltsservicegeräts 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wurden. Es wurde dabei einmal ein Schaumstoffteil (unausgefüllte Balken in den 7, 9 und10 sowie unausgefüllte Kreise in 8) und einmal ein Stück Holz (straffierte Balken in den 7, 9 und 10 sowie Kreuze in 8) als Hindernis 10 in gleichem Abstand zu dem Haushaltsservicegeräts 1 platziert und mithilfe der Laserfunktionalität 2 des Haushaltsservicegeräts 1 vermessen. Hierbei bezeichnet:
- -- „a“ die gemessene Anzahl des jeweiligen aufgetragenen Wertes bzw. Wertebereichs,
- -- „b“ die ermittelte absolute Distanz zu dem Hindernis 10,
- -- „c“ die ermittelte Unsicherheit der Distanz zu dem Hindernis 10, und
- -- „d“ die Nummer/Zahl der jeweiligen Messung.
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7 zeigt die ermittelte absolute Distanz zu dem Hindernis 10 für eine Vielzahl von Messungen/Scans aufgetragen als Histogramm.
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8 zeigt die ermittelte absolute Distanz zu dem Hindernis 10 einzeln aufgetragen für eine Vielzahl von Messungen (bzw. gegen die Nummer der jeweiligen Messung).
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9 zeigt die ermittelte Unsicherheit der Distanz zu dem Hindernis 10 für eine Vielzahl von Messungen/Scans aufgetragen als Histogramm.
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10 zeigt das jeweilige Produkt aus ermittelter absoluter Distanz und Unsicherheit der Distanz für eine Vielzahl von Messungen/Scans aufgetragen als Histogramm.
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Es ist erkennbar, dass sich die erhaltenen Daten (Parameter) für die beiden verschiedenen Typen des Hindernisses 10 bzw. die beiden Materialien (Schaumstoff und Holz), aus denen die Hindernisse 10 bestehen, unterscheiden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine Hindernisklasseninformation betreffend eine Materialklasse oder einen Materialtyp des Hindernisses 10 aus den Messdaten zu ermitteln. Die Verwendung weiterer Parameter (bzw. weiterer Kombinationen von Parametern), die durch Messung mithilfe der Laserfunktionalität 2 erhalten werden können, ist dabei zusätzlich oder alternativ für die Erstellung der Hindernisklasseninformation bzw. für die Unterscheidung von Hindernissen 10 ebenso möglich. Somit können beispielsweise Teppiche, Keramikfliesen, Flüssigkeiten, etc. voneinander unterschieden werden.
