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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zuverlässigen Bestimmung des Abstands eines Haushaltsroboters, insbesondere eines Reinigungsroboters, zu dem befahrenen Boden bzw. Untergrund. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Haushaltsroboter mit einer Abstandssensoreinheit, die eine zuverlässige Bestimmung des Abstands eines Haushaltsroboters zu dem Untergrund des Haushaltsroboters ermöglicht.
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Ein Haushaltsroboter, etwa ein Reinigungsroboter bzw. ein Saugroboter, weist typischerweise unterschiedliche Sensoren auf, um automatisiert und sicher in einem Gebäude navigieren zu können. Die unterschiedlichen Sensoren stellen Informationen bezüglich des den Haushaltsroboter umgebenden Geländes bereit. Ein oder mehrere Sensoren eines Haushaltsroboters können darauf ausgelegt sein, besondere Gefahrenstellen für den Haushaltsroboter, z.B. Abgründe, zu erkennen, um einen zuverlässigen Betrieb des Haushaltsroboters zu ermöglichen und um Schädigungen des Haushaltsroboters zu vermeiden.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen Haushaltsroboter, insbesondere einen Reinigungsroboter, bereitzustellen, der eingerichtet ist, in zuverlässiger und effizienter Weise Gefahrenstellen, insbesondere Abgründe, zu erkennen.
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Die Aufgabe wird jeweils durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Haushaltsroboter, insbesondere ein Reinigungsroboter bzw. ein Saugroboter zur Reinigung eines Untergrunds, beschrieben. Der Haushaltsroboter kann eingerichtet sein, sich selbständig und/oder automatisch auf dem Boden bzw. dem Untergrund in einem Raum bzw. Gelände zu bewegen, insbesondere um den Boden bzw. Untergrund des Raumes bzw. Geländes zu reinigen (insbesondere zu saugen). Zu diesem Zweck kann der Haushaltsroboter ein oder mehrere Antriebseinheiten (z.B. mit ein oder mehreren Antriebsrädern) umfassen. Außerdem kann der Haushaltsroboter ein oder mehrere Reinigungseinheiten umfassen, mit denen der Untergrund gereinigt werden kann. Des Weiteren kann der Haushaltsroboter ein oder mehrere Umfeldsensoren umfassen, um sich innerhalb des Raumes bzw. Geländes zu orientieren.
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Der Haushaltsroboter umfasst zumindest eine Abstandssensoreinheit. Die Abstandssensoreinheit ist dabei bevorzugt an der Unterseite des Haushaltsroboters angeordnet, die dafür vorgesehen ist, im Betrieb des Haushaltsroboters dem Untergrund zugewandt zu sein. Typischerweise umfasst der Haushaltsroboter mehrere Abstandssensoreinheiten, die an unterschiedlichen Stellen des Haushaltsroboters, insbesondere an der Unterseite des Haushaltsroboters, angeordnet sind (insbesondere an oder in der Nähe von ein oder mehreren Kanten der Unterseite).
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Eine (insbesondere jede) Abstandssensoreinheit des Haushaltsroboters umfasst zumindest einen Abstandssensor, der eingerichtet ist, Abstandsdaten in Bezug auf einen Abstand der Unterseite zu dem Untergrund zu erfassen. Die Abstandsdaten können dabei anhand einer Laufzeitmessung eines von dem Abstandssensor ausgesendeten optischen und/oder akustischen Abstandsmesssignals ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann der Abstandssensor ein Abstandssensor-Sendemodul zum Emittieren des Abstandsmesssignals und ein Abstandssensor-Empfangsmodul zum Empfangen des reflektierten Abstandsmesssignals umfassen.
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Eine (insbesondere jede) Abstandssensoreinheit des Haushaltsroboters umfasst außerdem zumindest einen Plausibilisierungssensor, wobei ein Plausibilisierungssensor typischerweise ein Plausibilisierungs-Sendemodul und ein Plausibilisierungs-Messmodul umfasst. Das Plausibilisierungs-Sendemodul ist eingerichtet, ein (optisches und/oder akustisches) Plausibilisierungssignal zu emittieren. Bevorzugt umfasst das Plausibilisierungssignal elektromagnetische Wellen im sichtbaren Frequenzbereich.
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Des Weiteren kann das Plausibilisierungs-Messmodul einer Abstandssensoreinheit eingerichtet sein, Sensordaten in Bezug auf ein Plausibilisierungssignal zu erfassen, das durch ein Plausibilisierungs-Sendemodul einer Abstandssensoreinheit des Haushaltsroboters emittiert wurde. Dabei kann das Plausibilisierungssignal von dem Plausibilisierungs-Sendemodul der gleichen oder einer anderen Abstandssensoreinheit des Haushaltsroboters emittiert worden sein. Die Erfassung der Sensordaten kann im Wesentlichen zeitgleich zu der Erfassung der Abstandsdaten erfolgen.
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Der Haushaltsroboter umfasst ferner eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Abstandsdaten auf Basis der Sensordaten zu verifizieren. Insbesondere kann auf Basis der Sensordaten bestimmt werden, ob die Abstandsdaten einen korrekten Abstand zum Untergrund oder einen inkorrekten Abstand zum Untergrund anzeigen. Beispielsweise kann erkannt werden, dass die Abstandsdaten durch ein störendes Objekt verfälscht wurden. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zumindest eine Sicherheitsmaßnahme zum Schutz des Haushaltsroboters zu veranlassen, wenn (auf Basis der Sensordaten) bestimmt wurde, dass die Abstandsdaten einen inkorrekten Abstand anzeigen. Dabei kann die Sicherheitsmaßnahme einen Stopp der Bewegung des Haushaltsroboters und/oder eine Ausgabe eines Hinweises in Bezug auf die nicht verifizierten bzw. inkorrekten Abstandsdaten über eine Benutzerschnittstelle des Haushaltsroboters umfassen.
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Es wird somit ein Haushaltsroboter, insbesondere Reinigungsroboter, beschrieben, der zumindest eine Abstandssensoreinheit mit einem Abstandssensor und einem zusätzlichen Plausibilisierungssensor umfasst. Der Abstandssensor und der Plausibilisierungssensor sind dabei bevorzugt in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet (insbesondere auf einer gemeinsamen Platine und/oder in einem gemeinsamen Chipgehäuse). Durch den zusätzlichen Plausibilisierungssensor kann in zuverlässiger Weise überprüft werden, ob ein von dem Abstandssensor ermittelter Abstand zum Untergrund korrekt oder inkorrekt ist (z.B. weil die Abstandssensoreinheit durch ein störendes Objekt bedeckt wird). Somit können ein vorausliegender Abgrund auf einer Fahrroute des Haushaltsroboters zuverlässig erkannt werden und ggf. eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet werden. Folglich kann ein zuverlässiger und sicherer Betrieb eines Haushaltsroboters ermöglicht werden.
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Zur Ermittlung der Abstandsdaten und der Sensordaten werden bevorzugt zumindest teilweise unterschiedliche Messprinzipien und/oder Messverfahren verwendet. Beispielsweise können die Sensordaten die Intensität eines von einem Plausibilisierungssignal abhängigen Signals anzeigen (während die Abstandsdaten z.B. die Laufzeit des Abstandsmesssignals anzeigen). Durch die Verwendung von unterschiedlichen Messprinzipien kann eine besonders zuverlässige Verifizierung bzw. Überprüfung der Abstandsdaten erfolgen.
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Das Abstandsmesssignal und das Plausibilisierungssignal sind typischerweise derart ausgelegt, dass eine Störung des Plausibilisierungssignals (durch ein Objekt oder eine andere Störquelle) ebenfalls zu einer Störung des Abstandsmesssignals führt. So kann eine zuverlässige Überprüfung der Abstandsdaten durch die erfassten Sensordaten erfolgen.
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Das von dem Abstandssensor ausgesendete Abstandsmesssignal kann ein Frequenzspektrum aufweisen, das zumindest teilweise unterschiedliche Frequenzanteile aufweist als ein Frequenzspektrum eines (insbesondere aller) Plausibilisierungssignals. So können eine gegenseitige Beeinflussung zwischen einem Abstandssensor und einem Plausibilisierungssensor einer Abstandssensoreinheit zuverlässig vermieden und damit die Güte der ermittelten Abstandsdaten und/oder Sensordaten erhöht werden. Somit können die Zuverlässigkeit und die Güte der Ermittlung eines Abstands weiter erhöht werden.
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Das von dem Abstandssensor der Abstandssensoreinheit emittierte Abstandsmesssignal kann zumindest teilweise (ggf. vollständig) von dem von dem Plausibilisierungs-Sendemodul der gleichen Abstandssensoreinheit emittierten Plausibilisierungssignal umgeben sein. So kann in besonders zuverlässiger Weise überprüft werden, ob die Abstandsdaten durch ein störendes Objekt beeinträchtigt werden.
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Wie bereits oben dargelegt, kann der Haushaltsroboter mehrere Abstandssensoreinheiten an unterschiedlichen Stellen (an der Unterseite) des Haushaltsroboters aufweisen (z.B. um einen Sturz des Haushaltsroboters in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen zu verhindern). Die von einer Abstandssensoreinheit emittierten Signale (insbesondere das Abstandsmesssignal und das Plausibilisierungssignal) sind dabei typischerweise auf den Untergrund gerichtet.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Plausibilisierungs-Sendemodul einer ersten Abstandssensoreinheit der Mehrzahl von Abstandssensoreinheiten zu veranlassen, ein erstes Plausibilisierungssignal zu emittieren. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, das Plausibilisierungs-Messmodul einer (anderen) zweiten Abstandssensoreinheit der Mehrzahl von Abstandssensoreinheiten zu veranlassen, Sensordaten in Bezug auf das erste Plausibilisierungssignal zu erfassen. Es kann somit ermittelt werden, ob das Plausibilisierungssignal einer Abstandssensoreinheit an einer anderen Abstandssensoreinheit empfangen werden kann oder nicht. Dabei können die Sensordaten die Intensität des empfangenen Plausibilisierungssignals anzeigen. So kann zuverlässig überprüft werden, ob der Übertragungspfad zwischen den beiden Abstandssensoreinheiten durch ein Objekt gestört wird, das auch die Abstandsdaten stören könnte. Es wird somit eine zuverlässige Überprüfung der Abstandsdaten ermöglicht.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, sequentiell das Plausibilisierungs-Sendemodul zumindest einer der unterschiedlichen Abstandssensoreinheiten zu veranlassen, kein Plausibilisierungssignal zu emittieren, und die Plausibilisierungs-Sendemodule der ein oder mehreren anderen Abstandssensoreinheiten zu veranlassen, jeweils ein Plausibilisierungssignal zu emittieren. Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, sequentiell das Plausibilisierungs-Messmodul der zumindest einen Abstandssensoreinheit, die kein Plausibilisierungssignal emittiert, zu veranlassen, Sensordaten in Bezug auf die ein oder mehreren Plausibilisierungssignale zu erfassen, die von den Plausibilisierungs-Sendemodulen der ein oder mehreren anderen Abstandssensoreinheiten emittiert werden. Es können somit nach und nach die unterschiedlichen Abstandssensoreinheiten eines Haushaltsroboters und die jeweils erfassten Abstandsdaten überprüft werden.
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Alternativ oder ergänzend kann der Plausibilisierungssensor einer Abstandssensoreinheit einen optischen Bewegungssensor umfassen. Insbesondere kann das Plausibilisierungs-Messmodul einer Abstandssensoreinheit eingerichtet sein, Sensordaten in Bezug auf das von dem Plausibilisierungs-Sendemodul der gleichen Abstandssensoreinheit emittierte Plausibilisierungssignal zu erfassen. Des Weiteren kann das von dem Plausibilisierungs-Sendemodul der Abstandssensoreinheit emittierte Plausibilisierungssignal ausgebildet sein, einen Teilbereich des Untergrunds zu beleuchten. Die Sensordaten können dann Bilddaten für eine Vielzahl von Bildpunkten des Teilbereichs des Untergrunds umfassen. Die Bilddaten können mit einer bestimmten Abtastrate (z.B. von 10Hz, 100Hz, 1000Hz oder mehr) erfasst werden, um eine zeitliche Sequenz von Bilddaten bereitzustellen. Auf Basis der zeitlichen Sequenz von Bilddaten kann dann eine Bewegung der Abstandssensoreinheit und somit des Haushaltsroboters detektiert werden. Insbesondere können eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung ermittelt werden.
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Die über den optischen Bewegungssensor ermittelte Bewegung kann dann mit der durch die Antriebseinheit des Haushaltsroboters bewirkten Bewegung verglichen werden. Bei einer Abweichung kann darauf geschlossen werden, dass die Abstandsdaten einen inkorrekten Abstand anzeigen (insbesondere wenn der optische Bewegungssensor anzeigt, dass sich der Haushaltsroboter nicht bewegt, während durch die Bewegungsdaten der Antriebseinheit angezeigt wird, dass sich der Haushaltsroboter bewegt). Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Bewegungsdaten in Bezug auf die durch eine Antriebseinheit des Haushaltsroboters bewirkten Bewegung des Haushaltsroboters zu ermitteln. Des Weiteren kann auf Basis der Sensordaten des Plausibilisierungssensors eine Bewegung des Haushaltsroboters geschätzt werden. Die durch die Bewegungsdaten angezeigte Bewegung kann dann mit der auf Basis der Sensordaten geschätzten Bewegung des Haushaltsroboters verglichen werden, um die Abstandsdaten zu verifizieren. Durch die Verwendung eines optischen Bewegungssensors kann eine zuverlässige und effiziente Überprüfung der Abstandsdaten erfolgen.
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Das emittierte Plausibilisierungssignal kann eine Brennweite aufweisen, die einem Nennabstand zwischen der Unterseite des Haushaltsroboters und dem Untergrund entspricht. Dabei kann der Nennabstand von der Geometrie des Haushaltsroboters abhängen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis der Sensordaten zu bestimmen, ob das Plausibilisierungssignal bei Erreichen des Teilbereichs fokussiert ist oder nicht. Anhand des Plausibilisierungssensors kann somit zusätzliche Information in Bezug auf den Abstand zwischen der Unterseite des Haushaltsroboters und dem Untergrund ermittelt werden (insbesondere bei Verwendung eines optischen Bewegungssensors). So können die Güte und die Zuverlässigkeit des ermittelten Abstands weiter erhöht werden.
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Wie oben dargelegt, kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der Sensordaten des Plausibilisierungssensors eine Bewegung des Haushaltsroboters zu schätzen (insbesondere bei Verwendung eines optischen Bewegungssensors als Plausibilisierungssensor). Die auf Basis der Sensordaten geschätzte Bewegung kann dann bei einer Navigation und/oder Positionierung des Haushaltsroboters in einem Raum berücksichtigt werden. So können die Zuverlässigkeit und Sicherheit eines Haushaltsroboters weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verifizieren von Abstandsdaten in Bezug auf einen Abstand einer Unterseite eines Haushaltsroboters, insbesondere eines Reinigungsroboters, zu einem (ggf. zu reinigenden) Untergrund beschrieben. Der Haushaltsroboter kann dabei eingerichtet sein, sich auf dem bzw. über den Untergrund zu bewegen. Das Verfahren umfasst das Erfassen, mittels eines Abstandssensors einer am Haushaltsroboter (insbesondere an der Unterseite des Haushaltsroboters) angeordneten Abstandssensoreinheit, von Abstandsdaten in Bezug auf den Abstand der Unterseite zu dem Untergrund. Außerdem umfasst das Verfahren das Emittieren eines Plausibilisierungssignals mittels eines Plausibilisierungs-Sendemoduls der Abstandssensoreinheit, sowie das Erfassen von Sensordaten in Bezug auf das Plausibilisierungssignal. Das Verfahren umfasst ferner das Verifizieren der Abstandsdaten auf Basis der Sensordaten.
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Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens und/oder Haushaltsroboters in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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- 1a einen beispielhaften Reinigungsroboter in einer perspektivischen Ansicht;
- 1b die Unterseite eines beispielhaften Reinigungsroboters;
- 2a eine beispielhafte Abstandssensoreinheit;
- 2b eine beispielhafte Fehlersituation bei der Abstandsbestimmung;
- 2c eine beispielhafte Abstandssensoreinheit mit einem optischen Sensor zur Bewegungserkennung; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung von verifizierten Abstandsdaten.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Erkennung von Gefahrensituationen für einen Haushaltsroboter, insbesondere einen Reinigungsroboter bzw. einen Saugroboter. Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Erkennung eines vor bzw. unter dem Haushaltsroboter liegenden Abgrunds. Die folgenden Ausführungen werden in Bezug auf einen Reinigungsroboter beschrieben (für die sie besonders vorteilhaft sind). Die Ausführungen sind aber allgemein für einen Haushaltsroboter anwendbar.
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1a zeigt einen beispielhaften Reinigungsroboter 100 in einer perspektivischen Ansicht. Insbesondere zeigt 1a die Unterseite 122 eines Reinigungsroboters 100, die im Reinigungs- bzw. Saugbetrieb des Reinigungsroboters 100 dem zu reinigenden Boden zugewandt ist. Die Unterseite 112 des Reinigungsroboters 100 weist typischerweise ein oder mehrere Antriebseinheiten 101 (mit ein oder mehreren Antriebsrädern) auf, durch die der Reinigungsroboter 100 bewegt werden kann, um unterschiedliche Bereiche eines Bodens zu reinigen. Außerdem umfasst ein Reinigungsroboter 100 typischerweise ein oder mehrere Reinigungseinheiten 102 (z.B. mit einer Reinigungsbürste), die eingerichtet sind, den Boden unter dem Reinigungsroboter 100 zu reinigen. An der Oberseite 121 des Reinigungsroboters 100 kann eine Benutzerschnittstelle angeordnet sein, die es einem Nutzer des Reinigungsroboters 100 ermöglicht, Steuereingaben zu tätigen.
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Des Weiteren kann ein Reinigungsroboter 100 ein oder mehrere Abstandssensoreinheiten 110 umfassen, die eingerichtet sind, Abstandsdaten bezüglich eines Abstands der Unterseite 122 des Reinigungsroboters 100 zu dem zu reinigenden Boden bzw. Untergrund zu erfassen. Eine Steuereinheit 130 des Reinigungsroboters 100 kann eingerichtet sein, auf Basis der Abstandsdaten einen in Bewegungsrichtung 120 vor bzw. unter dem Reinigungsroboter 100 liegenden Abgrund (z.B. eine Treppenstufe) zu erkennen (siehe 1b).
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Zur Ermittlung der Abstandsdaten können unterschiedliche Messverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann ein von der Abstandssensoreinheit 110 ausgesendetes und am Boden reflektiertes akustisches und/oder optisches Abstandsmesssignal von der Abstandssensoreinheit 110 empfangen werden. Die Abstandsdaten können die Laufzeit des gesendeten und empfangenen Abstandsmesssignals umfassen, wobei die Laufzeit von der zurückgelegten Strecke des Abstandsmesssignals und damit von dem Abstand der Unterseite 122 des Reinigungsroboters 100 zum Boden abhängt. Das Abstandsmesssignal kann z.B. ein Lasersignal sein bzw. umfassen.
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2b zeigt die Abstandssensoreinheit 110 eines Reinigungsroboters 100 über einem zu reinigenden Boden bzw. Untergrund 201. Die Abstandssensoreinheit 110 kann durch ein Objekt 202 (z.B. durch ein Post-It) bedeckt sein. Als Folge daraus können die Abstandsdaten fehlerhaft sein. Insbesondere kann durch ein störendes Objekt 202 an der Sensoroberfläche der Abstandssensoreinheit 110 bewirkt werden, dass die Abstandsdaten nicht den tatsächlichen Abstand zwischen der Sensoroberfläche der Abstandssensoreinheit 110 und dem Boden 201 anzeigen (sondern den Abstand zu dem störenden Objekt 202). Als Folge daraus kann es vorkommen, dass eine Gefahrensituation für den Reinigungsroboter 100 (insbesondere ein Abgrund) nicht zuverlässig auf Basis der Abstandsdaten erkannt wird.
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2a zeigt eine Abstandssensoreinheit 100 mit einem (Laufzeit-basierten) Abstandssensor 210. Der Abstandssensor 210 kann eingerichtet sein, die o.g. Abstanddaten zu erfassen. Zu diesem Zweck kann der Abstandssensor 210 ein Abstandssensor-Sendemodul 211 umfassen, das eingerichtet ist, ein akustisches und/oder optisches Abstandsmesssignal 214 zu senden (siehe auch 2c). Des Weiteren kann der Abstandssensor 210 ein Abstandssensor-Empfangsmodul 212 umfassen, das eingerichtet ist, das (z.B. am Boden 201) reflektierte Abstandsmesssignal 214 zu empfangen. Ein Steuermodul 200 der Abstandssensoreinheit 100 kann eingerichtet sein, die Laufzeit des Abstandsmesssignals 214 als Abstandsdaten zu ermitteln und ggf. der Steuereinheit 130 des Reinigungsroboters 100 zur Verfügung zu stellen. Auf Basis der Abstandsdaten kann der Abstand 213 zu dem Boden 201 oder zu einem störenden Objekt 202 ermittelt werden.
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Die in 2a dargestellte Abstandssensoreinheit 110 umfasst ferner einen Plausibilisierungssensor 220, der eingerichtet ist, Sensordaten zu erfassen, mit denen die Abstandsdaten plausibilisiert und/oder verifiziert werden können. Der Plausibilisierungssensor 220 verwendet dabei bevorzugt ein anderes Messprinzip und/oder einen anderen Messkanal als der Abstandssensor 210. Insbesondere kann bei den erfassten Sensordaten des Plausibilisierungssensors 220 die Laufzeit eines (Plausibilisierungs-) Signals des Plausibilisierungssensors 220 unberücksichtigt bleiben.
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Der Plausibilisierungssensor 220 kann ein Plausibilisierungs-Sendemodul 221 aufweisen, das eingerichtet ist, ein optisches Plausibilisierungssignal 223 auszusenden. Des Weiteren kann der Plausibilisierungssensor 220 ein Plausibilisierungs-Messmodul 222 aufweisen, das eingerichtet ist, Sensordaten 224 in Bezug auf das optische Plausibilisierungssignal 223 der gleichen Abstandssensoreinheit 110 oder einer anderen Abstandssensoreinheit 110 des Reinigungsroboters 100 zu erfassen (siehe auch 2c). Das Steuermodul 200 der Abstandssensoreinheit 110 und/oder die Steuereinheit 130 des Reinigungsroboters 100 können eingerichtet sein, die Abstandsdaten einer Abstandssensoreinheit 110 auf Basis der Sensordaten 224 einer (ggf. einer anderen) Abstandssensoreinheit 110 zu überprüfen, zu plausibilisieren und/oder zu verifizieren. Insbesondere kann auf Basis der Sensordaten 224 ermittelt werden, ob die Abstandsdaten den korrekten Abstand 213 zum Boden 201 anzeigen und/oder ob die Abstandsdaten durch ein störendes Objekt 202 verfälscht wurden. So kann ein sicherer und zuverlässiger Betrieb eines Reinigungsroboters 100 ermöglicht werden.
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Das Plausibilisierungs-Messmodul 222 kann einen Umgebungslichtsensor umfassen. Der Umgebungslichtsensor kann einen Mess-Wellenlängenbereich aufweisen, der sich von der Wellenlänge und/oder dem Spektrum des Abstandsmesssignals 214 unterscheidet. Insbesondere kann das Spektrum des Abstandsmesssignals 214 außerhalb des Mess-Wellenlängenbereichs des Plausibilisierungs-Messmoduls 222 liegen, so dass die durch das Plausibilisierungs-Messmodul 222 erfassten Sensordaten 224 nicht durch das Abstandsmesssignal 214 verfälscht bzw. beeinflusst werden. Die Verwendung eines Umgebungslichtsensors als Plausibilisierungs-Messmodul 222 ermöglicht die Bereitstellung einer kosteneffizienten Abstandssensoreinheit 110, da Abstandssensoreinheiten 110 mit Umgebungslichtsensoren bereits heute in hohen Stückzahlen in Smartphones verwendet werden.
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Das Plausibilisierungs-Sendemodul 221 kann ein oder mehrere Lichtquellen, insbesondere (schaltbare) LEDs (Light Emitting Diodes) umfassen. Die ein oder mehreren Lichtquellen können eingerichtet sein, Licht im Mess-Wellenlängenbereich des Plausibilisierungs-Messmoduls 222 als Plausibilisierungssignal 223 zu generieren bzw. zu emittieren. So kann ein weiterer Messkanal bereitgestellt werden, der dazu genutzt wird, mittels vergleichender Messung zu erkennen, ob der optische Pfad der Abstandssensoreinheit 110 (und insbesondere des Abstandssensors 210) frei von störenden Objekten 202 ist.
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Wie in den 1a und 1b dargestellt, weist der Reinigungsroboter 110 typischerweise mehrere Abstandssensoreinheit 110 an unterschiedlichen Positionen (an der Unterseite 122 des Reinigungsroboters 100) auf. Zur Überprüfung der einzelnen Abstandssensoreinheiten 110 kann das Plausibilisierungs-Sendemodul 221 einer ersten Abstandssensoreinheit 110 ein erstes optisches Plausibilisierungssignal 223 emittieren. Die Plausibilisierungs-Messmodule 222 der ein oder mehreren anderen Abstandssensoreinheiten 110 können dann Sensordaten 224 in Bezug auf das erste optische Plausibilisierungssignal 223 erfassen. Die Sensordaten 224 eines Plausibilisierungs-Messmoduls 222 zeigen dabei an, ob der optische Pfad zwischen dem Plausibilisierungs-Sendemodul 221 der ersten Abstandssensoreinheit 110 und dem Plausibilisierungs-Messmodul 222 frei ist oder durch ein störendes Objekt 202 zumindest teilweise verdeckt ist.
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Es können sequentiell, zeitlich isolierte, optische Plausibilisierungssignale 223 durch die Plausibilisierungs-Sendemodule 221 der einzelnen Abstandssensoreinheiten 110 emittiert und (zeitgleich) Sensordaten 224 durch die Plausibilisierungs-Messmodule 222 der jeweils ein oder mehreren anderen Abstandssensoreinheiten 110 erfasst werden. Zu diesem Zweck können die ein oder mehreren Lichtquellen der einzelnen Plausibilisierungs-Sendemodule 221 pulsartig aktiviert werden. Insbesondere können die LEDs der einzelnen Abstandssensoreinheiten 110 an- bzw. abgeschaltet werden. Der Umgebungslichtsensor einer Abstandssensoreinheit 110 mit abgeschalteter LED kann dann als Sensordaten 224 messen, wie viel Licht (bzw. welche Lichtintensität) von den aktiven LEDs der ein oder mehreren anderen, noch aktiven, Abstandssensoreinheiten 110 empfangen wird. Ein Vergleich der Pegel bzw. Intensitäten des empfangenen Lichts untereinander gibt dann Aufschluss darüber, ob sich ein anderes Objekt 202 als z.B. der Boden 201 einer Wohnung im optischen Pfad einer Abstandssensoreinheit 110 befindet oder nicht.
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Das optische Plausibilisierungssignal 223 kann ein oder mehrere unterschiedliche Farben (insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich) aufweisen. Das optische Plausibilisierungssignal 223 kann somit ggf. auch als Designelement eines Reinigungsroboters 100 verwendet werden.
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Alternativ oder ergänzend kann der Plausibilisierungssensor 220 einen optischen Sensor zur Bewegungserkennung umfassen. Beispielsweise kann in kosteneffizienter Weise ein in einer Computermaus verwendeter optischer Bewegungssensor als Plausibilisierungssensor 220 verwendet werden. Durch das Plausibilisierungs-Sendemodul 221 kann ein optisches Plausibilisierungssignal 223 emittiert werden, das ausgebildet ist, einen bestimmten ersten Bereich 225 des Bodens 201 zu bestrahlen. Das Plausibilisierungs-Messmodul 222 kann dann Sensordaten 224, insbesondere ein Bildsignal mit einer Mehrzahl von Pixeln, in Bezug auf einen Teilbereich 226 des ersten Bereichs 225 erfassen. Die Sensordaten 224 können ein Bild (z.B. mit 16 x 16 oder 30 x 30 Pixeln) des mit dem optischen Plausibilisierungssignal 223 beleuchteten Teilbereichs 226 umfassen. Es können Bilder mit einer bestimmten Messfrequenz (z.B. 10Hz, 100Hz, 1000Hz oder mehr) erfasst und als Sensordaten 224 bereitgestellt werden. Die Bilder der zeitlichen Sequenz von Bildern können durch das Sensormodul 200 und/oder die Steuereinheit 130 verglichen werden, um eine Bewegung des Plausibilisierungssensors 220 und damit der Abstandssensoreinheit 110 bzw. des Reinigungsroboters 100 zu detektieren. Insbesondere können die Bewegungsrichtung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt werden.
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Es können Bewegungsdaten des Reinigungsroboters 100, z.B. Bewegungsdaten der ein oder mehreren Antriebseinheiten 101, ermittelt werden. Auf Basis der Bewegungsdaten kann auf eine Bewegung des Reinigungsroboters 100, insbesondere auf eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung, des Reinigungsroboters 100 geschlossen werden. Die Bewegungsdaten können mit den Sensordaten des Plausibilisierungssensors 220 (und der sich daraus ergebenden Bewegung des Reinigungsroboters 100) verglichen werden. Wenn z.B. die Bewegungsdaten anzeigen, dass sich der Reinigungsroboter 100 bewegt, aber andererseits die Sensordaten 224 des Plausibilisierungssensors 220 anzeigen, dass sich der Reinigungsroboter 100 nicht oder anders bewegt, so kann dies ein Hinweis darauf sein, dass die Abstandssensoreinheit 110 durch ein Objekt 202 blockiert wird. Beispielsweise kann auf Basis der Bewegungsdaten bestimmt werden, dass der Roboter 100 fährt. Des Weiteren kann der Abstandssensor 210 einen zulässigen Abstand 213 zum Untergrund 201 erkennen. Andererseits kann auf Basis der Sensordaten 224 des Plausibilisierungssensors 220 eine zu geringe oder keine Bewegung des Roboters 100 in die gewünschte Richtung erkannt werden. Dann kann daraus geschlossen werden, dass die Abstandssensoreinheit 110 durch ein Objekt 202 blockiert wird.
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Wenn bestimmt wird, dass die Abstandsdaten nicht durch die Sensordaten 224 verifiziert werden können, kann durch die Steuereinheit 130 ein sofortiger Abbruch der Fahrt des Roboters 100 bewirkt werden, so dass der Roboter 100 in einen sicheren Zustand überführt wird. Alternativ oder ergänzend kann ein Fehlersignal an einen Nutzer des Roboters 100 ausgegeben werden.
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Der Plausibilisierungssensor 220 einer Abstandssensoreinheit 110 ist bevorzugt direkt an bzw. um den Abstandssensor 210 der Abstandssensoreinheit 110 angeordnet. Insbesondere kann ein Messfeld des Plausibilisierungssensors 220 derart sein, dass der Messpunkt des Abstandssensors 210 zumindest teilweise von dem Messfeld des Plausibilisierungssensors 220 umgeben wird, insbesondere derart, dass der Messpunkt des Abstandssensors 210 im Zentrum des Messfeldes des Plausibilisierungssensors 220 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine besonders genaue Verifizierung der Gültigkeit der Abstandsdaten ermöglicht.
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Die als optische Bewegungssensoren ausgebildeten Plausibilisierungssensoren 220 der ein oder mehreren Abstandssensoreinheiten 110 können dazu verwendet werden, die Genauigkeit der Navigation eines Reinigungsroboters 100 im Raum zu erhöhen. Insbesondere kann auf Basis der Sensordaten 224 der Plausibilisierungssensoren 220 der an unterschiedlichen Stellen eines Roboters 100 angeordneten Abstandssensoreinheiten 110 die Bewegung des Roboters 100 in präziser Weise ermittelt und bei der Navigation berücksichtigt werden.
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Das Plausibilisierungs-Sendemodul 221 einer Abstandssensoreinheit 110 kann eingerichtet sein, ein optisches Plausibilisierungssignal 223 mit einer bestimmten Brennweite zu emittieren, wobei die Brennweite einem typischen, ggf. mittleren, Abstand 213, etwa einem konstruktiv bedingten Nennabstand, zwischen Plausibilisierungs-Sendemodul 221 und Boden 201 entspricht. Der fokale Bereich um die Brennweite kann relativ eng ausgelegt sein. Ein Verlust des Fokus des optischen Plausibilisierungssignals 223 (der auf Basis der Sensordaten 224 erfasst werden kann), kann ein Hinweis darauf sein, dass der Roboter 100 zu weit vom Untergrund bzw. Boden 201 entfernt angeordnet ist. Dies kann z.B. dadurch verursacht worden sein, dass der Nutzer den Roboter 100 angehoben hat, und/oder dass der Roboter 100 mit diesem Plausibilisierungssensor 220 bereits über eine Kante gefahren ist. Die Sensordaten 224 eines Plausibilisierungssensors 220 können somit dazu genutzt werden, weitergehende Abstandsinformation zu ermitteln. Es kann z.B. auf Basis der Sensordaten 224 ein Stopp der Bewegung des Roboters 100 veranlasst werden, um den Roboter 100 in einen sicheren Zustand zu überführen. Alternativ oder ergänzend kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Verifizieren von Abstandsdaten in Bezug auf einen Abstand 213 der Unterseite 122 eines Reinigungsroboters 100 zu einem zu reinigenden Untergrund 201.
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Das Verfahren 300 umfasst das Erfassen 301 von Abstandsdaten in Bezug auf den Abstand 213 der Unterseite 122 zu dem Untergrund 201, mittels eines Abstandssensors 210 einer Abstandssensoreinheit 110, die bevorzugt an der Unterseite 112 des Reinigungsroboters 100 angeordnet ist. Außerdem umfasst das Verfahren 300 das Emittieren 302 eines Plausibilisierungssignals 223 mittels eines Plausibilisierungs-Sendemoduls 221 der Abstandssensoreinheit 110 sowie das Erfassen 303 von Sensordaten 224 in Bezug auf das Plausibilisierungssignal 223. Die Sensordaten 224 können durch ein Plausibilisierungs-Messmodul 222 der gleichen Abstandssensoreinheit 110 oder einer anderen Abstandssensoreinheit 110 des Reinigungsroboters 100 erfasst werden. Bei der Erfassung und/oder Auswertung der Sensordaten 224 wird bevorzugt ein anderes Messprinzip verwendet als bei der Erfassung und/oder Auswertung der Abstandsdaten.
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Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Verifizieren bzw. Überprüfen 304 der Abstandsdaten auf Basis der Sensordaten 224. Insbesondere kann auf Basis der Sensordaten 224 bestimmt werden, ob die Abstandssensoreinheit 110 durch ein Objekt 202 gestört wird, so dass die Abstandsdaten verfälscht sind, und somit nicht den tatsächlichen Abstand 213 zwischen der Unterseite 122 und dem Untergrund 201 anzeigen. Es kann somit auf Basis der Sensordaten 224 festgestellt werden, dass die Abstandsdaten fehlerhaft sind bzw. einen inkorrekten Abstand 213 anzeigen. Andererseits kann auf Basis der Sensordaten 224 bestimmt werden, dass kein störendes Objekt 202 vorliegt, und somit die Abstandsdaten den korrekten Abstand 213 anzeigen sollten. Es können somit die Verlässlichkeit der ermittelten Abstandsdaten und damit die Sicherheit eines Reinigungsroboters 100 erhöht werden.
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Wenn erkannt wird, dass die Abstandsdaten einen inkorrekten Abstand 213 anzeigen, so können ein oder mehrere Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt werden, um einen sicheren Betrieb des Reinigungsroboters 100 zu gewährleisten. Insbesondere können die Bewegung des Reinigungsroboters 100 gestoppt und/oder eine Fehlermeldung ausgegeben werden.
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Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, in effizienter Weise die Sicherheit eines Reinigungsroboters 100 zu erhöhen. Des Weiteren kann die Güte der Navigation eines Reinigungsroboters 100 erhöht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip des vorgeschlagenen Reinigungsroboters 100 und/oder Verfahrens 300 veranschaulichen sollen.
