DE102018208356A1

DE102018208356A1 - Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Bodens

Info

Publication number: DE102018208356A1
Application number: DE102018208356.8A
Authority: DE
Inventors: Sven Zinober; Stefan Leidich; Fabian Purkl; Christoph Daniel Kraemmer; Simon Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Bodens (130, 132), bei dem mit einem Sender ein Laserstrahl (140, 142) emittiert und auf den Boden (130, 132) gerichtet wird und mit einem Empfänger ein reflektierter Strahl, der durch Reflexion des emittierten Laserstrahls (140, 142) erzeugt wird, erfasst und ausgewertet wird, um die Beschaffenheit des Bodens (130, 132) zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Bodens und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Die Bestimmung der Beschaffenheit eines Bodens bzw. einer Bodenfläche ist regelmäßig in den Fällen von Bedeutung, bei denen dieser Boden anschließend behandelt, insbesondere gereinigt, werden soll. Die Beschaffenheit umfasst dabei sowohl Eigenschaften des Bodens, wie die Härte des Bodens, insbesondere von dessen Oberfläche, sowie das verwendete Material, was sich wiederum auf die Eigenschaften des Bodens auswirkt. So wird bspw. unterschieden zwischen einem Steinboden, einem Holzboden und einem Teppichboden, die unterschiedlich beschaffen sind, d. h. die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Auf Grundlage der bestimmten Beschaffenheit kann dann auf die Art des Bodens bzw. den Bodentyp, bspw. Holz, Teppich oder Stein, geschlossen werden. Alle diese Böden sollten auf eine geeignete Art behandelt werden, weswegen angestrebt wird, mittels eines automatisiert durchgeführten Verfahrens die Beschaffenheit und insbesondere auch unterschiedliche Beschaffenheiten verschiedener Bodenbereiche zu bestimmen.
Nach dem Stand der Technik wird in Haushaltsrobotern typischerweise eine Kombination von mehreren Sensoren eingesetzt, um die Navigation zu ermöglichen und Sicherheitsfunktionen, wie bspw. das Verhindern von Abstürzen, bspw. durch sogenannte Cliff-Sensoren, zu gewährleisten. Sensoren, die bislang für die Bodentyperkennung eingesetzt werden, werden im Folgenden beschrieben.
Bei Staubsaugerrobotern oder Wischrobotern sind die genannten Cliff-Sensoren bekannt, die verhindern, dass der Roboter einen Abgrund, in der Regel eine Treppe, hinabstürzt und beschädigt wird. Dazu werden zum Teil mechanische Sensoren mit einer Feder und einem Tastsensor verwendet.
Zu berücksichtigen ist, dass mechanische Sensoren generell verschleißen können. Bei einem Staubsaugerroboter bzw. Wischrobotern können diese verschmutzen, so können sich Haare verfangen und den Sensor unbrauchbar machen. Die Charakterisierung der Bodenoberfläche hinsichtlich der generellen Eignung für einen Wischroboter bzw. für den Einsatz einer Teppichbürste ist hingegen mit einem einfachen Tastsensor unmöglich.
Ebenfalls bekannt bei Staubsaugerrobotern oder Wischrobotern ist die Verwendung von optischen Sensoren. Dabei wird die Laufzeit eines Lichtpulses gemessen und der Abstand zum Boden ermittelt. Eine Treppenkante wird durch einen größeren gemessenen Abstand oder bei zu großen Abständen durch Ausbleiben der Rückmessung detektiert.
Daneben ist bei Staubsaugerrobotern oder Wischrobotern die Verwendung von optischen Sensoren bekannt, die den Abstand durch den Kopplungsgrad zwischen einer LED und einem Photodetektor bestimmen. Dies erfolgt ähnlich wie bei Reflexlichttastern.
Dem Funktionsprinzip des Sensors geschuldet kann der Abstand nicht vom Reflexionskoeffizienten unterschieden werden. Ein dunkler Boden im Abstand von 50 mm erzeugt das gleiche Messsignal wie ein hellerer Boden im Abstand von 60 mm. Eine Verschmutzung der Optik kann ebenfalls nicht vom Reflexionskoeffizienten unterschieden werden. Die Detektion einer Stufe ist möglich, die Bestimmung der Bodeneigenschaften jedoch nicht.
Es ist weiterhin ein Reinigungsroboter bekannt, der die Kante von Teppichen durch Detektoren, die an beiden Rädern des Roboters angebracht sind, erkennt. Die verwendeten Sensoren arbeiten hierbei überwiegend taktil.
Taktile Sensoren unterscheiden hierbei zumeist zwischen der Nachgiebigkeit des Bodens und können daher nur zur Detektion von weicheren Materialien, wie z. B. Teppichböden, verwendet werden. Eine detailliertere Unterscheidung bspw. zwischen einem Parkett oder Laminatboden ist auf diese Weise nicht möglich.
Es ist weiterhin ein Reinigungsroboter bekannt, der eine Unterscheidung zwischen Teppichböden von glattem Untergrund ermöglicht, indem die Drehzahl der Bürste gemessen wird. Aus einer Verminderung der Drehzahl kann auf erhöhten mechanischen Widerstand und damit auf Teppichboden geschlossen werden.
Die Drehzahl der Bürste hängt jedoch von vielen weiteren Faktoren ab. Neben der Untergrundbeschaffenheit verändern im Wesentlichen Abnutzung und Verschmutzung der Bürste die Drehzahl. Darüber hinaus soll die Bürstendrehzahl entsprechend des Reinigungszwecks einstellbar sein.
Sogenannte LIDAR-Systeme (LIDAR: Light Detection And Ranging) werden in Robotern zur Orientierung im Raum, z. B. mittels SLAM-Algorithmen (SLAM: Simultaneous Localization and Mapping bezeichnet das gleichzeitige Erstellen einer Karte sowie die Schätzung der eigenen Position auf dieser Karte), und zur Hinderniserkennung eingesetzt. Sie basieren auf dem Aussenden von Licht meist mittels eines Lasers und das Detektieren des von Objekten reflektierten Strahls. Der Abstand zu Objekten kann bspw. mittels Time-of-Flight oder über Triangulation ermittelt werden. Mittels LIDAR ist derzeit keine Bodenklassifikation möglich.
Kameras in Kombination mit einem Bildauswertungs-Algorithmus (visual SLAM) werden auch zur Navigation und Hinderniserkennung verwendet. Mittels Bilderkennung kann eine Bodenklassifikation prinzipiell erfolgen.
Die benötigte Bilderkennung erfordert jedoch eine hohe Rechenleistung und verursacht hohe Kosten. Für die verlässliche Bodenklassifikation durch einen lernenden Algorithmus ist eine große Menge an Trainingsdaten notwendig, woraus eine hohe Entwicklungszeit resultiert.
Aus der Druckschrift DE 691 20 176 T2 ist ein Verfahren zum Erkennen von Teppichböden und Treppen für einen Reinigungsroboter bekannt, bei welchem ein Ultraschallwellensignal während einer ersten Zeitspanne durch einen Ultraschallwellensignalsender gesendet wird und eine Zeitspanne von der Zeit gemessen wird, wenn ein Ultraschallwellensignal-Anzeigesignal erzeugt wird und in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob ein Teppichboden vorliegt. Dabei wird berücksichtigt, dass das Absorptions- und Reflexionsverhalten von der Beschaffenheit des Bodenbelags abhängt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 11 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht die Erfassung von Bodeneigenschaften zur Klassifizierung in bspw. die Kategorien Teppich-, Kunststoff-, Holz- und Steinböden bzw. im ersten Schritt in die Kategorie hart, d. h. wischbar, und weich, d. h. nicht wischbar.
Hierzu ist gemäß dem beschriebenen Verfahren vorgesehen, dass eine Charakterisierung der Bodenoberfläche auf Grundlage der Reflexionseigenschaften des Bodens vorgenommen wird, wobei hierzu ein Laserstrahl auf den Boden gerichtet, der von dem Boden bzw. von der Oberfläche des Bodens reflektiert wird. Der reflektierte Strahl oder zumindest der Teil des reflektierten Strahls, der vom Empfänger erfasst wird, wird ausgewertet.
Es kann dabei eine Größe bestimmt werden, die repräsentativ für die Intensität bzw. Strahlungsintensität des reflektierten Strahls ist. In einer Ausführung wird diese Strahlungsintensität des reflektierten Strahls gemessen und der gemessene Wert, der Rückschlüsse auf die Reflexionseigenschaften des Bodens zulässt, ausgewertet.
Bei der Auswertung kann grundsätzlich eine Berechnung vorgenommen werden oder es kann ein Vergleich mit abgelegten Vergleichswerten, denen bekannte Bodentypen zugeordnet sind, vorgenommen werden.
Unter der Beschaffenheit des Bodens sind unterschiedliche Eigenschaften des Bodens, wie bspw. die Härte bzw. Weichheit des Bodens, und auch das für den Boden verwendete Material zu verstehen, wie dies auch eingangs ausgeführt ist.
Die Intensität bzw. Strahlungsintensität ist die Flächenleistung beim Transport von Energie. Die Strahlungsintensität I, die auch als Strahlungsstärke oder Strahlstärke bezeichnet wird, wobei das photometrische Äquivalent die Lichtstärke ist, ist der Anteil dΦ der gesamten Strahlungsleistung Φ, der von einer Lichtquelle, in diesem Fall die reflektierende Oberfläche, in einer gegebenen Raumrichtung in das beliebig kleine Raumwinkelelement dΩ emittiert wird.
Es wird somit ein Lasermessverfahren eingesetzt, das zusätzlich zur Abstandsinformation von Objekten auch eine Klassifikation des Bodentyps ermöglicht. Hierfür wird mindestens eine der folgenden zusätzlichen Informationen ausgewertet:

- über den Vergleich der ausgesendeten und empfangenen Intensität des Lichts kann auf die Reflexions- bzw. Streueigenschaften des Bodens rückgeschlossen werden
- über die Schwankung eines Abstandsignals, nämlich eines Signals, das den Abstand repräsentiert, was beim Abtastens eines kurzen Bereichs des Bodens entsteht, kann die Rauheit bzw. Rauigkeit des Bodens bestimmt werden. Zusätzlich können charakteristische Strukturen des Bodens, wie bspw. die Fugen zwischen Fließen bei Steinboden, erkannt werden. Auch Übergänge zwischen verschiedenen Bodentypen, die mit Leisten versehen sind, können so detektiert werden.

Die vorgestellte Anordnung dient zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens und umfasst typischerweise einen Sender und einen Empfänger, die in einem Sensor aufgenommen sein können, und eine Auswerteeinheit, die bspw. die genannte Größe, die die Strahlungsintensität repräsentiert und vom Empfänger geliefert wird, dahingehend auswertet, dass eine Aussage zur Beschaffenheit des Bodens, insbesondere zur Beschaffenheit der Oberfläche bzw. eines Oberflächenbereichs des Bodens, getroffen werden kann.
Die Anordnung ist typischerweise als sogenanntes LIDAR-System ausgebildet, das über eine Auswerteeinheit verfügt, um die Strahlungsintensität des reflektierten Strahls auszuwerten, um die Beschaffenheit des Bodens, insbesondere den Bodentyp, zu bestimmen.
LIDAR (Light Detection And Ranging), was auch als LADAR (Laser Detection And Ranging) bezeichnet wird, ist ein Verfahren, das bislang zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung eingesetzt wird. Dabei wird eine Zeitdifferenz zwischen emittierter und erfasster reflektierter Laserstrahlung erfasst, um auf diese Weise einen Abstand bzw. einen sich ändernden Abstand und damit eine Geschwindigkeit, was dann durch ein Abstandssignal, das mit der Zeitdifferenz korreliert, repräsentiert ist, zu bestimmen.
Der verwendete Laser kann eine Strahlung im sichtbaren Bereich mit einer Wellenlänge von etwa 400 nm bis 750 nm emittieren. Es sind aber auch Laser einsetzbar, die eine Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich oder im infraroten Wellenlängenbereich emittieren. Es kann dabei ein Laser im Nahinfrarotbereich mit Wellenlängen von bspw. 785 nm oder 1550 nm eingesetzt werden.
Grundsätzlich kann der Laser ein gepulstes Signal oder ein kontinuierliches Signal emittieren. In beiden Fällen ist eine Art der Modulation notwendig. Das Verfahren wird typischerweise mit einem Sender und einem Empfänger ausgeführt, die zusammen einen Sensor bilden.
Ist das LIDAR-System als zweidimensionaler Sensor, bei dem alle Messpunkte in einer Ebene liegen, wie bspw. bei einem Linienscanner, ausgeführt, wird es unter einem Winkel auf eine Messeinrichtung, bspw. einem Roboter, angebracht, so dass die Messebene in einer gewissen Entfernung den Boden schneidet. Ein dreidimensionaler Sensor wird typischerweise so ausgerichtet, dass der Messwinkelbereich auch den Boden umfasst. Die gemessenen Informationen können so ausgewertet und einem Klassifikator zugeführt werden, dass für jeden Bereich des Bodens, der vom Licht des LIDAR-Systems erfasst wird, ein Bodentyp zugeordnet werden kann. Bei Bedarf ist es über eine Rückkopplung in die Navigation möglich, gezielt Positionen anzufahren, die das Erfassen und Klassifizieren von bisher nicht vermessenen Bodenstellen bzw. Bodenbereichen erlaubt. Hierzu verfügt die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zweckmäßigerweise über einen Antrieb.
Das vorgestellte Verfahren hat, zumindest in einigen der Ausführungen eine Reihe von Vorteilen. So kann eine Klassifizierung des Bodentyps durch Auswertung zusätzlicher Informationen im Messsignal, in einem Fall die die Intensität repräsentierende Größe im reflektierten Strahl, durchgeführt werden. Somit ist eine bessere Gesamtfunktion hinsichtlich eines optimierten Einsatzes der Staubsaugerbürste und eine Sicherstellung, dass nur dafür geeignete Böden gewischt werden, möglich. Zudem ist das Verfahren kostengünstig, da keine oder nur geringe Zusatz-Hardware erforderlich ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 zeigt einen optischen Abstandsmesser nach dem Stand der Technik.
2 zeigt in einem Graphen qualitative Signalverläufe des optischen Abstandssensors aus 1 in Abhängigkeit des Bodenabstands für zwei unterschiedliche Bodenreflektivitäten.
3 zeigt zwei Ausführungen einer Messeinrichtung.
4 zeigt eine Abtastung entlang einer Linie.
5 zeigt in einem Graphen die Bedeutung abgeleiteter Größen.
6 zeigt einen Klassifikator zur Erkennung eines Bodentyps.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt einen Abstandssensor, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, nach dem Stand der Technik. Bei diesem kreuzen sich die Apertur des Sendestrahls und die Apertur der Empfangsoptik bei einem Abstand von 40 mm.
2 zeigt in einem Graphen 50, an dessen Abszisse 52 der Bodenabstand A und an dessen Ordinate 54 die Intensität I aufgetragen ist, einen ersten Signalverlauf 60 bei einer Bodenreflektivität R₁ und einen zweiten Signalverlauf 62 bei einer Bodenreflektivität R₂, wobei R₁ > R₂.
Die am Detektor gemessene Intensität I hängt somit vom Abstand des Reflektors, in diesem Fall der Abstand zum Boden, und von der Reflektivität bzw. vom Reflexionskoeffizienten R ab. Bei zu dichtem Abstand ist die Kopplung zwischen Sender und Empfänger nahezu null, bei zu großem ebenfalls. Im Bereich, in dem sich die Strahlen kreuzen, ist die Kopplung maximal.
3 zeigt eine erste Messeinrichtung 100 und eine zweite Messeinrichtung 102, die jeweils als fahrbarer Roboter ausgebildet sind. Die erste Messeinrichtung 100 verfügt über eine erste Anordnung 110 zur Durchführung des Verfahrens, die einen zweidimensionalen Sensor 112 umfasst. Die zweite Messeinrichtung 102 verfügt über eine zweite Anordnung 120 zur Durchführung des Verfahrens, die einen dreidimensionalen Sensor 122 umfasst. In beiden Fällen ist der Sensor 112 bzw. 122 so angeordnet, dass Reflexionen des Bodens 130 bzw. 132 erfasst werden. Die Darstellung verdeutlicht auch, dass die Neigung des Sensors 112 bzw. 122, insbesondere die Neigung des in dem Sensor 112 bzw. 122 enthaltenden Senders und damit der Auftreffwinkel des Laserstrahls 140 bzw. 142 auf den Boden 130 bzw. 132 beachtet werden sollte.
Typischerweise wird bei sogenannten LIDAR-Scannern der Laserstrahl durch die mit 140 (Linie) und 142 (Fläche) markierten Bereiche durch eine Ablenkeinheit, z. B. einen beweglichen Spiegel, bewegt. Als Alternative wird bei sogenannten Flash-LIDAR-Systemen der gesamte Bereich gleichzeitig für eine kurze Zeit beleuchtet und eine Anordnung aus Sensoren, ähnlich einer Kamera, misst das reflektierte Licht.
4 zeigt eine Abtastung entlang einer Linie 150 über zwei verschiedene Böden 152 und 154, die durch eine Leiste 156 getrennt sind. Der erste Boden 152 ist ein Teppichboden, der rau ist und eine hohe Rückstreuung aufweist. Somit ist in diesem Bereich die Intensität des empfangenen Signals hoch. Der zweite Boden 154 ist ein glatter, reflektierender Steinboden. Somit ist die empfangene Intensität niedriger und die Variation des Abstands gering.
Die 4 zeigt weiterhin einen ersten Graphen 170, an dessen Abszisse 172 die Zeit t und an dessen Ordinate 174 die Intensität I aufgetragen ist. Eine Kurve 176 repräsentiert den Verlauf der Intensität bei einer Messung entlang der Linie 150 vom Zeitpunkt t₀ 176 bis zum Zeitpunkt t₁ 178. Ein zweiter Graph 180, an dessen Abszisse 182 die Zeit t und an dessen Ordinate 184 der Abstand A aufgetragen ist, zeigt eine Kurve 186 die den Verlauf des Abstands repräsentiert.
4 zeigt somit beispielhaft das zusätzlich ausgewertete Messsignal, nämlich die Kurve 176, d. h. der Verlauf der Intensität I des empfangenen Lichts und den gemessenen Abstand (Kurve 186) für einen zweidimensionalen LIDAR Sensor (Bezugsziffer 112 in 3) bei einem Abtasten entlang der Linie 150 über den Teppichboden 152 und den Steinboden 154. Durch das Auswerten dieser Signale ist die Klassifikation der Bodenart durch die spezifische Charakteristik dieser Signale möglich. Die Intensität des zurückgestreuten Lichts des Teppichbodens ist dabei bspw. signifikant höher als bei Steinboden, da bei letzterem durch die glatte Oberfläche und den flachen Einfallswinkel das meiste Licht spekular vom Sensor weg reflektiert wird. Die glatte Oberfläche ist auch in einer geringen Schwankung des Abstands ersichtlich, während der Abstand im Bereich des Teppichbodens auf Grund der Rauigkeit variiert. Auch hier sind der Auftreffwinkel des emittierten Laserstrahls und die Position des Empfängers zu dem Sender zu berücksichtigen.
Die gemessenen Signale Intensität I und Abstand A können durch eine geeignete Signalverarbeitung ausgewertet werden. Für die Intensität ist es vorteilhaft, aus dem Mittelwert der Intensität über einem bestimmten Zeitbereich t1 die ausgesendete Lichtleistung und bekannte Korrekturfaktoren, die bspw. durch die Geometrie des Sensoraufbaus bedingt sind, den Reflexionskoeffizienten R dieses Bereichs zu berechnen. Die Berechnung des Mittelwerts und der Zeitspanne t1 kann nach Gleichungen 1 und 2 erfolgen: $R \sim Mittelwert (l (t)) über die Zeitspanne t1$
$t1 = s1 / v0$
wobei v0 die bekannte Geschwindigkeit des Lichtpunkts ist, die sich aus der Kombination der Abtast-Geschwindigkeit des LIDAR-Systems und der Verfahr-Geschwindigkeit des Roboters ergibt, und s1 die gewählte Strecke der Mittelwertbildung, typischerweise gilt s1 = 1 bis 10 cm. Der Reflexionskoeffizient ist ein Maß für die Mikrorauigkeit des Bodens.
Auch die Variation der Intensität um den Mittelwert und die sich daraus ergebende Variation des Reflexionskoeffizienten S(R) kann ausgewertet werden, bspw. durch Berechnung der Standardabweichung oder der Varianz. Aus der Variation des Abstands A(t) kann nach Gleichungen 3 und 4 die Rauigkeit des Bodens G berechnet werden. $G \sim Standardabweichung (A (t)) über die Zeitspanne t2 .$
$t2 = s2 / v0$
wobei v0 die bekannte Geschwindigkeit des Lichtpunkts ist und s2 die gewählte Strecke der Betrachtung, typischerweise gilt s2 = 10 bis 50 cm.
Auch die Frequenzkomponenten dieser Variation können bspw. über eine Fourier-Transformation F(G) des Abstandssignals bestimmt werden. Durch die bekannte Geschwindigkeit des Lichtpunkts können die Frequenzkomponenten, bspw. das erste Maximum im Spektrum, nach Gleichung 5 einem Längenmaßen W im Sinne einer Wellenlänge zugeordnet werden, wodurch weitere Schlüsse auf die Struktur des Bodens möglich sind. $W \sim v0 / Frequenz des ersten Maximum s von F (G)$
Die vorgestellte Anordnung und das beschriebene Verfahren ergeben Informationen zum Abstand einer Messeinrichtung zu Objekten, zum Reflexionskoeffizienten R, zur Rauigkeit des Bodens G und zur Welligkeit des Bodens W. Die Bedeutung der Größen ist in 5 illustriert.
5 zeigt in einem Graphen 200, an dessen Abszisse 202 die Distanz der Messstrecke über den Boden und an dessen Ordinate 204 der gemessene Abstand zum Boden aufgetragen ist, eine Kurve 206, die beispielhaft die aus dem Abstandwerten abgeleiteten Größen Welligkeit des Bodens W, Rauigkeit des Bodes G und die für den Reflexionskoeffizienten entscheidenden Mikrorauigkeit (~R) darstellt.
5 soll, wie vorstehend beschrieben, verdeutlichen, welche Messgrößen aus dem Abstandssignal abgeleitet werden können. W, hier Welligkeit genannt und mit Bezugsziffer 207 bezeichnet, entspricht einer Art Wellenlängen der Rauigkeit laut Gleichung (5), G, mit Bezugsziffer 209 bezeichnet, ist die Rauigkeit nach Gleichung (3). Mit Bezugsziffer 211 in der Kurve ist die Mikrorauigkeit (~R) angezeigt, die für den Reflexionskoeffizienten ausschlaggebend ist.
Der Abstand wird für die Navigation verwendet. Sowohl der Reflexionskoeffizient und dessen Variation als auch die Rauigkeit und die Frequenzkomponenten der Rauigkeit sowie die Welligkeit werden entsprechend 6 einem Klassifikator K zugeführt.
6 zeigt einen Klassifikator 250, der als Eingangsgrößen die Welligkeit W 252 des Bodens, den Reflexionsgrad R 254 des Bodens, die Variation S(R) 256 des Reflexionsgrads R 254, die Rauigkeit G 258 des Bodens und die Fourier-Transformation F(G) 260 der Rauigkeit G 258.
Der Klassifikator K 250 als eine Ausführungsform der Auswerteeinrichtung der beschriebenen Anordnung besitzt Kenntnis über die aktuelle Geschwindigkeit v0 und wurde in Ausgestaltung zuvor mit Trainingsdaten von bekannten Böden und bekannten Verfahren des Machine Learning, bspw. Support Vector Machines, Decision Tree, trainiert.
In einer weiteren Ausführung ist die Messeinrichtung (100 bzw. 102 in 4) mit der Möglichkeit versehen, den Klassifikator 250 anzupassen und zu verfeinern, bspw. auf Basis der im Betrieb gesammelten Daten. Dies kann dadurch umgesetzt werden, dass die Messeinrichtung in einem Netzwerk betrieben wird und/oder über eine Internetverbindung verfügt. Über diese können Rohdaten und/oder idealerweise, um die Leistungsaufnahme durch Funk zu reduzieren, vorverarbeitete Sensordaten an einen Datendienst übertragen und dazu verwendet werden, den Klassifikator 250 zu verfeinern und somit eine zuverlässigere Bodenerkennung zu ermöglichen.
Besondere geometrische Merkmale des Bodens, die bei der Abstandsmessung erkannt werden, wie bspw. eine Leiste, können verwendet werden, um die Messdaten und die darauf basierende Klassifizierung zu plausibilisieren. So ist es möglich, einen Raum in Bereiche einzuteilen, in denen verschiedene Bodenbeläge zu erwarten sind. Ebenso denkbar ist ein Betrieb der Messeinrichtung, bei dem bspw. die Leisten verwendet werden, um den Klassifikator 250 bzw. das zugrundeliegende Modell umzuschalten, so dass innerhalb eines Raums zuverlässig detektiert wird, dass sich der befahrene Boden nicht verändert hat und sobald die Messeinrichtung in einen anderen Raum fährt, eine detaillierte Klassifikation des Bodens durchgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 69120176 T2 [0016]

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Bodens (130, 132, 152, 154), bei dem mit einem Sender ein Laserstrahl (140, 142) emittiert und auf den Boden (130, 132, 152, 154) gerichtet wird und mit einem Empfänger ein reflektierter Strahl, der durch Reflexion des emittierten Laserstrahls (140, 142) erzeugt wird, erfasst und ausgewertet wird, um die Beschaffenheit des Bodens (130, 132, 152, 154) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Größe des reflektierten Strahls ausgewertet wird, welche die Strahlungsintensität des reflektierten Strahls repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der reflektierte Strahl für eine Abstandsmessung herangezogen wird, wobei der Abstand durch ein Abstandssignal repräsentiert ist, wobei durch Auswertung der Schwankung des Abstandssignals die Rauigkeit des Bodens (130, 132, 152, 154) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem anhand der bestimmten Beschaffenheit des Bodens (130, 132, 152, 154) der Bodentyp ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem zur Bestimmung des Bodentyps Größen berücksichtigt werden, die ausgewählt sind aus einer Liste, die umfasst: die Welligkeit W des Bodens (130, 132, 152, 154), den Reflexionsgrad R des Bodens (130, 132, 152, 154), die Variation S(R) des Reflexionsgrads R, die Rauigkeit G des Bodens (130, 132, 152, 154) und die Fourier-Transformation F(G) der Rauigkeit G.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein zweidimensionaler Sensor (112) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem dreidimensionaler Sensor (122) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem bei der Auswertung ein Auftreffwinkel des emittierten Laserstrahls (140, 142) auf den Boden (130, 132, 152, 154) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Sender in Bezug zu dem Boden (130, 132, 152, 154) bewegt wird, um eine Karte der gesamten Fläche des Bodens zu erstellen, in der unterschiedliche Beschaffenheiten verschiedener Bereiche des Bodens (130, 132, 152, 154) berücksichtigt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Boden (130, 132, 152, 154) nach Bestimmen der Beschaffenheit entsprechend dieser behandelt wird.
Anordnung zum Bestimmen einer Beschaffenheit eines Bodens (130, 132, 152, 154), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 11, die einen Sender zum Emittieren eines Laserstrahls (140, 142), einen Empfänger zum Empfangen eines reflektierten Strahls und eine Auswerteeinheit zum Auswerten des reflektierten Strahls aufweist.