DE102019209417B3

DE102019209417B3 - Verfahren zum Betrieb eines Reinigungsroboters

Info

Publication number: DE102019209417B3
Application number: DE102019209417.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weickum; Ralf Welp
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2039-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, in dem ein Reinigungsroboter (10) durch Abfahren seines Umgebungsbereichs (14) ausgehend von einer Ist-Position (S2) und durch Scannen des Umgebungsbereichs (14) ermittelt, inwiefern sich Hindernisse in seiner Umgebung befinden und so eine Ruheposition (R) identifiziert, die in allen Richtungen einen hinreichend großen Abstand (d2) zu einem nächstgelegenen Hindernis (16) hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen Reinigungsroboter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 und ein System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Üblicherweise werden Fahrzeuginnenräume von Kraftfahrzeugen derzeit manuell mit Staubsaugern gereinigt. Ein derartiges Reinigen eines Fahrzeuginnenraums ist mühsam, da die ausführende Person sich innerhalb des Fahrzeugs befinden muss und mit dem Handstaubsauger oder dem Schlauch die zu reinigende Oberfläche abarbeiten muss.
Für Gebäudeinnenräume sind Saugroboter inzwischen relativ weit verbreitet. Deren Einsatz wäre in Fahrzeugen ebenfalls wünschenswert. Ein Aspekt, der hierzu zwingend zu berücksichtigen ist, ist eine Sicherung des Saugroboters in dessen Ruhezustand. Der Saugroboter muss insbesondere während der Fahrt sicher positioniert sein und eine Ruheposition einnehmen, in der keinerlei Risiko von ihm ausgeht. Ruhepositionen, die es zu vermeiden gilt, befinden sich beispielsweise bei Automobilen im Bereich der Pedale.
Aus der US 2019 / 0 090 711 A1 ist ein Reinigungsroboter bekannt, der mit Hilfe künstlicher Intelligenz dazu ausgebildet ist, einem Benutzer zu folgen.
Die US 2018 / 0 206 688 A1 offenbart einen weiteren Reinigungsroboter, der entlang einer relativ zu ihm schräg verlaufenden Wand navigieren kann.
Aus der DE 10 2009 042 946 A1 geht eine Sensoranordnung an einem verfahrbaren Gerät zur Flächenerkennung hervor.
Schließlich ist in der DE 10 2015 220 044 A1 ein Reinigungsroboter beschrieben, der in der Lage ist, auch Fluchtwege zu überprüfen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Reinigungsroboter zu schaffen, der selbstständig eine sichere Ruheposition auffinden kann.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 8 und 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Reinigungsroboters umfassend die Schritte:

- Befahren eines Bereichs mit dem Reinigungsroboter; und
- Scannen des Bereichs durch den Reinigungsroboter auf Störkonturen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Bereich ausgehend von einer frei wählbaren Startposition befahren und kontinuierlich auf Störkonturen abgescannt wird und ermittelt wird, ob zumindest ein störkonturfreier Teilbereich einer definierten Minimalgestalt erkannt worden ist, und dass der Reinigungsroboter dann, im Fall einer positiven Erkennung, zu einem Flächenschwerpunkt des Teilbereichs in eine Ruheposition fährt oder, im Fall einer negativen Erkennung, den Bereich weiter befährt und scannt.
Vorzugsweis kann es sich bei dem Reinigungsroboter um einen Saugroboter handeln. Der Reinigungsroboter ist vorzugsweise für einen Einsatz im Fahrzeugbereich ausgebildet, besonders bevorzugt für ein Automobil.
Störkonturen können beispielsweise anhand charakteristischer Sensorsingale in einer Steuerung des Reinigungsroboters hinterlegt sein, die mit beim Scannen erfassten Sensorsignalen verglichen werden. Als Störkontur gilt im Zusammenhang mit der Erfindung jede dreidimensionale Gestalt, die in mechanische Wechselwirkung mit dem Reinigungsroboter ungünstige Auswirkungen hervorrufen kann. In einem Automobil kann die beispielsweise ein Pedal im Fußraum sein, unter dem der Reinigungsroboter sich verklemmen kann.
Die Minimalgestalt umfasst stets eine Kombination aus einer Mindestgröße einer Fläche in Bezug auf eine bestimmte Form der Fläche des Bereichs wenigstens Teilbereichs. Es kommt darauf an, dass dem Reinigungsroboter im Flächenschwerpunkt des Bereichs beziehungsweise Teilbereichs eine Ruheposition zur Verfügung steht, an der er einen ausreichenden Abstand in allen Richtungen zu Störkonturen hat.
Anhand der hier offenbarten Lehre vermag der Fachmann unter Berücksichtigung des zu befahrenden beziehungsweis zu reinigenden Umweltsystems die Minimalgestalt zweckmäßig zu definieren.
Dadurch, dass der Reinigungsroboter durch Abfahren seines Umgebungsbereichs ausgehend von einer Ist-Position und durch Scannen des Umgebungsbereichs ermittelt, inwiefern sich Hindernisse in seiner Umgebung befinden, kann der Reinigungsroboter in einfacher und sichere Weise eine Ruheposition identifizieren, die in allen Richtungen einen hinreichend großen Abstand zu einem nächstgelegenen Hindernis hat.
In der Ruheposition schaltet der Reinigungsroboter sich vorzugsweise vollständig ab, um Energie zu sparen.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bereich in einer Spiralbahn befahren wird, bis zumindest der störkonturfreie Teilbereich mit einem Durchmesser von wenigstens 20 cm erkannt worden ist, und dass der Reinigungsroboter dann seine Ruheposition im Mittelpunkt des störkonturfreien Teilbereichs einnimmt.
Eine Spiralbahn ist steuerungsseitig relativ einfach realisierbar und bietet aufgrund der symmetrischen Form in alle Richtungen eine sichere Erkennung von Hindernissen.
Der Reinigungsroboter kann den Bereich auch in anderen Bahnformen befahren, beispielsweise in parallel aneinandergereihten Bahnen. Als Minimalgestalt können in diesem Fall beispielsweise eine minimale Länge und Breite des befahrenen Bereichs definiert sein.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reinigungsroboter den Bereich reinigt, dabei den Bereich befährt, scannt und die Ruheposition ermittelt.
Somit laufen unterschiedliche Prozesse, das Reinigen und Auffinden der sicheren Ruheposition, parallel ab, was Zeit einspart.
In alternativ bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reinigungsroboter eine Reinigung des Bereichs zunächst abschließt und dann den Bereich befährt, scannt und die Ruheposition ermittelt.
Auf diese Weise kann Energie eingespart werden, da jeweils nur die technischen Systeme zum Reinigen oder zum Auffinden der sicheren Ruheposition aktiv sind.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reinigungsroboter nach Abschluss der Reinigung alle energieverbrauchenden Systeme deaktiviert, außer solche, die zum Befahren und Scannen des Bereichs sowie zur Ermittlung und Einnahme der Ruheposition verwendet werden.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Tonsignal erzeugt wird, wenn der Reinigungsroboter die Ruheposition eingenommen hat.
Somit wird einem Nutzer auch an wenig einsehbaren Ruhepositionen mitgeteilt, dass der Reinigungsroboter noch anwesend ist und bei Bedarf manuell verstaut werden kann.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reinigungsroboter zum Scannen wenigstens einen Sensor ausgewählt aus der folgenden Gruppe, verwendet: Infrarotsensor, Ultraschallsensor, Lichtsensor.
All diese Sensoren sind mit geringem technischen Aufwand einsetzbar und können Störkonturen anhand vielfältiger Oberflächeneigenschaften erkennen, wie beispielsweise Reflektivität für Licht oder Schallwellen sowie Wärmeabstrahlung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Reinigungsroboter ausgebildet zum Betrieb in einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
In bevorzugter Ausgestaltung des Reinigungsroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reinigungsroboter zum Betrieb in einem Innenraum eines Fahrzeugs ausgebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System, umfassend ein Fahrzeug mit einem Innenraum und einen erfindungsgemäßen Reinigungsroboter gemäß der vorhergehenden Beschreibung, der in dem Innenraum angeordnet ist.
Vorzugsweise handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, besonders bevorzugt um ein Automobil.
Weiterhin wird als erfinderischer Aspekt offenbart, ein Verfahren, in dem ein Reinigungsroboter in einer Ruheposition in einem Fahrzeug angerordnet ist, das Fahrzeug beschleunigt wird und der Reinigungsroboter einen Beschleunigungssensor umfasst, mit dem er eine Abweichung zwischen der Beschleunigung des Fahrzeugs und seiner eigenen Beschleunigung detektieren kann und im Fall einer Abweichung ein Warnsignal ausgibt. Mit anderen Worten kann der Reinigungsroboter ein eigenes Verrutschen in dem Fahrzeug detektieren und das Warnsignal ausgeben. Vorzugsweise ist es ein akustisches Warnsignal. Der zu diesem Zweck ausgebildete Reinigungsroboter ist ebenfalls ein erfinderischer Aspekt. Als akustische Signalquelle kann besonders einfach eine mechanische Signalquelle, wie beispielsweise ein Glöckchen, am Reinigungsroboter vorgesehen sein. Ein solches akustisches Signal kann auch abgegebene werden, wenn der Reinigungsroboter detektiert, dass er sich festgefahren hat. Dies ist beispielsweise aus einer unerwarteten Beschleunigung in Bezug auf sein eigenes Antriebsverhalten erkennbar. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Reinigungsroboter um einen weiterentwickelten erfindungsgemäßen Reinigungsroboter gemäß der eingänglichen Beschreibung. Ebenso ist das entsprechende System aus Fahrzeug und Reinigungsroboter ein weiterer Aspekt der Erfindung.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Reinigungsroboter;
2 schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 ein erfindungsgemäßes System.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Reinigungsroboter 10. Der Reinigungsroboter 10 umfasst einen Ultraschallsensor 12, mit dem er einen Bereich 14 seiner Umgebung auf Störkonturen 16 (vergleich 2) scannen kann. Der scannbare Bereich 14 ist dabei lediglich durch die Reichweite des Ultraschallsensor 12 begrenzt und erstreckt sich ausgehend vom Reinigungsroboter 10 in 360° in alle Richtungen.
Der Reinigungsroboter 10 umfasst weiterhin ein Steuergerät 18, mit dem er ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb des Reinigungsroboters 10 auszuführen vermag.
Das Verfahren ist in 2 schematisch dargestellt.
Der Reinigungsroboter 10 reinigt zunächst den Bereich 14 und schließt die Reinigung, hier exemplarisch im Punkt S1, ab. Nach Abschluss der Reinigung deaktiviert der Reinigungsroboter 10 zunächst alle energieverbrauchenden Systeme, die nur für die Reinigung benötigt worden sind.
Sodann beginnt der Reinigungsroboter 10 im Punkt S1, der somit auch als Startposition S1 bezeichnet werden kann, den Bereich 14 in einer Spiralbahn SB1 zu befahren.
Während der Reinigungsroboter 10, ausgehend von der Startposition S1, die Spiralbahn SB1 kontinuierlich in der gezeigten Pfeilrichtung abfährt, scannt er den Bereich 14 kontinuierlich unter Verwendung des Ultraschallsensors 12 auf Störkonturen.
Vorliegend wird exemplarisch an Position P1 die Störkontur 16 vom Ultraschallsensor 12 erfasst.
Der Reinigungsroboter 10 ermittelt nun, ob über einen, bis zur Position P1 bereits abgefahrenen, Abschnitt 20 der Spiralbahn SB1 zumindest ein störkonturfreier Teilbereich 22 erkannt worden ist. Der Teilbereich 22 ist hier durch seine Systemgrenze gekennzeichnet. Der Teilbereich 22 ist hier frei von Störkonturen und insoweit begrenzt, dass er im Bereich der Position P1 an die Störkontur 16 stößt.
Der Reinigungsroboter 10 ermittelt nun weiterhin, ob der störkonturfreie Teilbereich 22 eine definierte Minimalgestalt aufweist. Im Fall der hier vorliegenden Spiralbahn SB1 wird dabei bestimmt, ob der störkonturfreie Teilbereich 22 zumindest einen Durchmesser d1 von 20 cm aufweist.
In diesem Fall beträgt der Durchmesser d1 weniger als 20 cm, so dass eine negative Erkennung vorliegt. Der Reinigungsroboter passiert daher die Störkontur 16 und befährt den Bereich 14 über die Position P1 hinaus in der gezeigten Pfeilrichtung.
In ausreichendem Abstand zur Störkontur 16, wenigstens also im Abstand von wenigstens 10 cm, Beginn der Reinigungsroboter an einer ansonsten frei gewählten Startposition S2 wiederum, den Bereich 14 in einer Spiralbahn SB2 zu befahren.
Während der Reinigungsroboter 10, ausgehend von der Startposition S2, die Spiralbahn SB2 wiederum kontinuierlich in der gezeigten Pfeilrichtung abfährt, scannt er den Bereich 14 kontinuierlich unter Verwendung des Ultraschallsensors 12 auf Störkonturen.
Vorliegend wird exemplarisch an Position P2 erkannt, dass über einen bis zur Position P2 bereits abgefahrenen Abschnitt 24 der Spiralbahn SB2 ein störkonturfreier Teilbereich 26 erkannt worden ist, dessen Durchmesser d2 bereits 20 cm beträgt. Der Teilbereich 26 ist wiederum durch seine Systemgrenze gekennzeichnet.
Insofern liegt nun eine positive Erkennung vor.
Daraufhin fährt der Reinigungsroboter 10 zu einem Flächenschwerpunkt des Teilbereichs 26, der hier einem Mittelpunkt M entspricht und der mit der Startposition S2 übereinstimmt.
Im Mittelpunkt M nimmt der Reinigungsroboter 10 dann seine Ruheposition Rein.
Bevor der Reinigungsroboter 10 sich in seiner Ruheposition R vollständig deaktiviert, gibt er ein Tonsignal ab, um die Ruheposition R zu signalisieren. In zeitlichen Abständen kann das Tonsignal auch im sonst deaktivierten Zustand erneut abgegeben werden.
3 zeigt ein System 28 mit dem Reinigungsroboter 10. Der Bereich 14 ist hier exemplarisch Teil eines Innenraums 30 eines Fahrzeugs 32.
Gezeigt ist, wie der Reinigungsroboter 10 in seiner Ruheposition R in dem Innenraum 30 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

10: Reinigungsroboter
12: Ultraschallsensor
14: Bereich
16: Störkontur
18: Steuergerät
20: Abschnitt
22: Teilbereich
24: Abschnitt
26: Teilbereich
28: System
30: Innenraum
32: Fahrzeug
d1: Durchmesser
d2: Durchmesser
M: Mittelpunkt
P1: Position
P2: Position
R: Ruheposition
S1: Punkt/Startposition
SB1: Spiralbahn
S2: Startposition
SB2: Spiralbahn

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Reinigungsroboters (10), umfassend die Schritte: - Befahren eines Bereichs (14) mit dem Reinigungsroboter (10); und - Scannen des Bereichs (14) durch den Reinigungsroboter (10) auf Störkonturen (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (14) ausgehend von einer frei wählbaren Startposition (S1; S2) befahren und kontinuierlich auf Störkonturen (16) abgescannt wird und ermittelt wird, ob zumindest ein störkonturfreier Teilbereich (22; 26) einer definierten Minimalgestalt erkannt worden ist, und dass der Reinigungsroboter (10) dann, im Fall einer positiven Erkennung, zu einem Flächenschwerpunkt (M) des Teilbereichs (24) in eine Ruheposition (R) fährt oder, im Fall einer negativen Erkennung, den Bereich (14) weiter befährt und scannt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (14) in einer Spiralbahn (SB1; SB2) befahren wird, bis zumindest der störkonturfreie Teilbereich (26) mit einem Durchmesser (d2) von wenigstens 20 cm erkannt worden ist, und dass der Reinigungsroboter (10) dann seine Ruheposition (R) im Mittelpunkt (M) des störkonturfreien Teilbereichs (26) einnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsroboter (10) den Bereich (14) reinigt, dabei den Bereich (14) befährt, scannt und die Ruheposition (R) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsroboter (10) eine Reinigung des Bereichs (14) zunächst abschließt und dann den Bereich (14) befährt, scannt und die Ruheposition (R) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsroboter (10) nach Abschluss der Reinigung alle energieverbrauchenden Systeme deaktiviert, außer solche, die zum Befahren und Scannen des Bereichs (14) sowie zur Ermittlung und Einnahme der Ruheposition (R) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tonsignal erzeugt wird, wenn der Reinigungsroboter (10) die Ruheposition (R) eingenommen hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsroboter (10) zum Scannen wenigstens einen Sensor (12), ausgewählt aus der folgenden Gruppe, verwendet: Infrarotsensor, Ultraschallsensor (12), Lichtsensor.
Reinigungsroboter (10), ausgebildet zum Betrieb in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Reinigungsroboter (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsroboter (10) zum Betrieb in einem Innenraum (30) eines Fahrzeugs (32) ausgebildet ist.
System (28), umfassend ein Fahrzeug (32) mit einem Innenraum (30) und einen Reinigungsroboter (10) nach Anspruch 8 oder 9, der in dem Innenraum (30) angeordnet ist.