DE102020003610B3

DE102020003610B3 - Nachrüstsatz mit Erkennungssystem zur Kollisionsvermeidung von nachtaktiven Tieren bei Rasenmährobotern

Info

Publication number: DE102020003610B3
Application number: DE102020003610.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2040-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz mit Erkennungssystem zur Kollisionsvermeidung von nachtaktiven Tieren (7) bei Rasenmährobotern (1) wobeia) eine Wärmebildkamera (5) zur Aufnahme eines Wärmebilds dient,b) über einen Mikroprozessor (4) eine Bildauswertung erfolgt,c) über die Bildauswertung ein Lebewesen (7) erkannt werden kann,d) über eine spezielle Blende (6) ungewünschte Messbereiche (8) ausblendet werden,e) bei einer Lebewesen Erkennung ein extern angebrachtes Not-Halt System (9), bestehend aus einer wasserdichten servomotorbetriebenen Lineareinheit, die eine magnetische Metallplatte zwischen dem werkseitig verbauten Stoßsensor und der in der Außenhülle befindlichen Magneten schiebt, um eine Kollision zu simulieren, ausgelöst wird,f) im Verfahrensschritt c) die Erkennung durch Umweltsensoren für die Messung von Temperatur (3), Luftfeuchtigkeit (3) und Umgebungslicht (12) verbessert wird.

Description

Es ist bekannt, dass Rasenmähroboter verschiedener Hersteller, nach aktuellem Stand der Technik über keine ausreichenden Schutzmaßnahmen verfügen um nachtaktive Tiere wie z.B. Igel (7) vor einer Kollision zu schützen. (Zeitschrift Stiftung Warentest Heft 05/2018 Seite 46 bis 51 Artikel Mähen oder Spielen; Zeitschrift Stiftung Warentest Heft 04/2020 Seite 54 bis 60 Artikel Fuß- und Rasenschnitt; Landesbund für Vogelschutz in Bayern https://www.lbv.de/ratgeber/lebensraum-garten/was-gar-nichtgeht/rasenroboter/) .
Aus dem Stand der Technik sind ähnliche Erkennungstechniken aus der Automobilindustrie bekannt ( DE 10 2004 028 324 B4 ; WO 01/ 81 972A3 ; US 5 414 439A ; DE 101 48 071 A1 ; DE 101 44 689 A1 ), die Lebewesen erkennen können und dem Fahrer ein Signal über unterschiedliche Kanäle geben. Des Weiteren sind ähnliche Erkennungssysteme aus anderen Bereichen bekannt ( WO 2016/ 097 897 A1 ; US 2011 / 0 166 705 A1 ; DE 10 2017 203 094 A1 ; DE 102 58 347 A1 ).
Aus dem Stand der Technik ist ein ähnliches Erkennungssystem bei Rasenmährobotern bekannt ( US 2020 / 0 068 799 A1 ) dass Sensoren unterschiedlicher Art benötigt um Lebewesen zu erkennen. Diese komplexe Technik ist nicht auf bereits vorhandene Rasenmähroboter nachrüstbar oder anderweitig übertragbar.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die aktuell im Handel befindlichen Rasenmähroboter 1 keine ausreichende Hinderniserkennung für Lebewesen 7 enthalten. Gerade nachtaktive Tiere wie Igel 7 sind den Rasenmährobotern 1 schutzlos ausgeliefert. Auch Kinderfüße werden von einigen aktuellen Geräten überfahren, da die Sensorik der Geräte nur auf Stoßkontakt mit Gegenständen ausgelegt ist.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale (Nachrüstsatz zur Erkennung kleinster Lebewesen 7 über eine Wärmebildkamera 5, Auswertung der Daten 4 und Nothaltinitiierung 9) oder aber durch die Komplettintegration der Technik in Neuentwicklungen von Rasenmährobotern gelöst.
Über einen 60° breiten und einen 30° hohen statischen Sensorkegel, bestimmt durch eine mechanische Blende 6, werden Lebewesen zuverlässig erkannt. Dies veranschaulicht 2.
Die Arbeitsweise der Blende wird in 7 und 8 dargestellt. Die Draufsicht auf den Rasenmähroboter stellt 7 dar und die seitliche Ansicht 8.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Rasenmähroboter 1 mit einer einfachen Nachrüstung in der Lage wären, selbst kleinste Lebewesen 7, sogar bei absoluter Dunkelheit, auf dem Fahrweg zu erkennen, bevor es zu einer Kollision / zum überfahren kommt. Gerade nachtaktive Tiere wie Igel 7 sind in der Dämmerung unterwegs und laufen den Rasenmährobotern 1 ungeschützt ins Schneidmesser 11.
Laut diversen Testberichten von Stiftung Warentest (Zeitschrift Stiftung Warentest Heft 05/2018 Seite 46 bis 51 Artikel Mähen oder Spielen; Zeitschrift Stiftung Warentest Heft 04/2020 Seite 54 bis 60 Artikel Fuß- und Rasenschnitt) fahren Rasenmähroboter 1 teilweise auch über Kinderfüße. Diese werden durch die Erfindung auch erkannt und es kann ein „Not-Halt“ initiiert werden. Größere Haustiere wie Hunde und Katzen wären nun auch außer Gefahr, da der Rasenmähroboter 1 vor einer Kollision stoppen würde. Sollte die Häufigkeit der Erkennungen während der Messung zu hoch sein, so ist es möglich den Rasenmähroboter für eine gewisse Zeit zu pausieren um die Lebewesen zu schützen.
Das Wärmebildsignal 23 besteht aus mindestens 64 Messpunkten mit einer Sensorauflösung von mindestens 8x8 Pixeln.
Der Mikroprozessor 4 rechnet bei jedem Messdurchlauf alle 64 Sensorwerte zusammen und errechnet sich daraus den Temperaturdurchschnitt. Anschließend prüft er beim darauffolgenden Messdurchlauf jeden der 64 Sensorwerte auf eine Abweichung.
Des Weiteren ist die Höhe der Abweichung variabel und abhängig von den Umgebungsdaten 24, da bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen andere Messkriterien für die zuverlässige Erkennung nötig sind, da bei geringer Außentemperatur der Kontrast zwischen Hintergrund und Lebewesen größer ist als bei hohen Umgebungstemperaturen.
Pro Sekunde erfolgt mindestens ein kompletter Programmdurchlauf des gesamten Messsystems und garantiert somit eine rasche Erkennung auch bei vorbeilaufenden Tieren.
Für eine Nachrüstung bei bereits käuflich erwerbbaren Rasenmährobotern 1 wird die komplette Erkennungstechnik 2 über ein Wasserdichtes Gehäuse in Fahrtrichtung schauend an der Außenhülle des Mähroboters befestigt. Zusätzlich wird eine wasserdichte Not-Halte Vorrichtung 9, extern in der Nähe der Magnetsensoren des Rasenmähroboters, angebracht.
Der Mikroprozessor 4 steuert 25 bei einer „Erkennung“ einen Servomotor 20 an, der sich unterhalb der Außenhülle des Rasenmähroboters 1 befindet. Der Servomotor 20 ist an einem Halter 19 angebracht, der mit einer Linearführung 18 gekoppelt ist.
Am Ende der Linearführung 18 befindet ein rostfreies flaches magnetisches Stück Metall 17, dass durch die Bewegung der Linearführung über den Magnetsensor 16 (im Rasenmähroboter werkseitig verbauter Tilt Sensor; Stoßsensor) geschoben wird. Dadurch wird eine Stoßkollision simuliert. Durch diese Simulation bleibt der Rasenmähroboter sofort stehen und ändert, je nach Hersteller, die Fahrtrichtung. Durch dieses Verfahren erreicht man einen Not-Halt ohne in die Elektronik des Rasenmähers einzugreifen. Man nutzt hier die Funktion des, an der Außenhülle des Rasenmähroboters 1 befindlichen, Magneten 15, der im Falle einer Kollision über den Magnetsensor geschoben wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Durch Umweltsensoren 3 wie Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit und Umgebungslicht 12 wird der Messprozess kontinuierlich kalibriert um die Erkennungsrate, abhängig vom aktuellen Umgebungsszenario, zu erhöhen. So ist die Bildauswertung 4 in der Lage, sich den aktuellen Wetterbedingungen anzupassen.
Der Umgebungslichtsensor liefert Erkenntnis zu welcher Tageszeit gemessen werden soll.
Die Energieversorgung der Messelektronik 4 und des Servomotors 20 kann über den Akku des Rasenmähroboters (Zwischenstecker) oder aber über einen autarken Solarbetriebenen Akku erfolgen, der seine Energie über Tag auflädt und abends/nachts abgeben kann. Die Frage nach der Energieversorgung kann je nach Rasenmähertyp / Situation entschieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es, den Fahrweg über 2 oder mehrere Wärmebildkameras 5 rund um den Rasenmäher 1 auszuwerten. Dadurch vergrößert sich der horizontale Erkennungsradius von 60° auf bis zu 360°. Die Wärmebildkameras sind dabei mechanisch nebeneinander angeordnet und bilden somit gemeinsam den vergrößerten Erkennungsradius. Kleinste Lebewesen, wie Igel können nun auch im Vorbeifahren registriert werden. Veranschaulicht wird dies durch 4.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht es, den Fahrweg mit einer beweglichen Wärmebildkamera auszuwerten. Die Wärmebildkamera befindet sich am höchsten Punkt des Mähroboters und dreht sich über einen Servomotor im 360° Winkel hin und her. Dadurch vergrößert sich der horizontale Erkennungsradius von 60° auf 360°. Die bewegliche Wärmebildkamera vergrößert so den Erkennungsradius. Veranschaulicht wird dies durch 5.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Erkennungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine typische Lebewesen Erkennung bei einer Umgebungstemperatur von 20°C wobei das Lebewesen auf diesem Beispiel eine Körpertemperatur von 36°C abstrahlt.
In 1 ist schematisch ein Erkennungssystem 2 dargestellt, welches z.B. in Rasenmährobotern eingesetzt werden kann. Das hier dargestellte Erkennungssystem umfasst einen Mikroprozessor 4, eine Wärmebildkamera 5 zur Aufnahme eines Wärmebildsignals 23 von z.B. eines Igels und Umgebungsdatenerfassungs-mittel 3 zur Erfassung von Umgebungsdaten 24. Das Wärmebild 23 wird in den Mikroprozessor 4 eingespeist und ausgewertet. Über die Umgebungsdaten 24 werden dem Mikroprozessor ebenfalls Daten zur Verbesserung der Erkennbarkeit hinzugefügt. Die Umgebungsdaten 24 bestehen aus Temperaturwerten, Luftfeuchtigkeitswerten und Umgebungslichtwerten 12.
2 zeigt die mechanische Blende. Im oberen Teil der Blende, die für die mechanische Ausblendung nicht messrelevanter Teile dient, befindet sich auch der Umgebungslichtsensor. In der Blende befindet sich zur Feuchtigkeitsabdichtung eine Germanium Linse 13, die die für die Messung relevanten Infratorstrahlen 5-12µm Wellenlänge durchlässt.
3 zeigt eine mögliche Mechanik um bereits käuflich zu erwerbende Rasenmähroboter mit der Not-Haltetechnik nachzurüsten.
4 zeigt eine mögliche Anordnung von mehreren Wärmebildkameras nach Patentanspruch 3.
5 zeigt eine Lösung nach dem Leuchtturmprinzip. Es wird nur eine Wärmebildkamera verbaut, diese aber im 360° Winkel bewegt, so dass ein 360° Blick möglich ist. Gelöst wird dies mit einem 360° drehfähigen Servomotor 21. Über den aktuellen Drehwinkel und der dann erfolgten Erkennung, ist es möglich, ein Kollisionsobjekt im Fahrbereich zu erkennen. Des Weiteren ist es mit dieser Technik möglich, während der Fahrt des Rasenmähroboters eine permanente Messung der Umgebung zu erreichen. Sollte es während der Fahrt zu mehreren Lebewesen Erkennungen führen, die nicht auf dem direkten Fahrtweg lagen, kann der Mähvorgang für eine bestimmte Zeit pausiert werden um die Lebewesen zu schützen.
Bezugszeichenliste 1

1: Rasenmähroboter
2: Wasserdichtes Gehäuse für die Auswerteelektronik
3: Temperatur- / Feuchtigkeitssensor
4: Mikroprozessor
5: Wärmebildkamera
6: Optische Blende
7: Lebewesen / Nachtaktive Tiere
8: Erkennungsradius Wärmebild
9: Not-Halt Vorrichtung
10: Hinterrad des Rasenmähroboters
11: Schneidmesser des Rasenmähroboters
23: Wärmebildsignal
24: Umgebungsdaten
25: Signal Not-Halt

Bezugszeichenliste 2

1: Rasenmähroboter
6: Optische Blende
12: Umgebungslichtsensor
13: Germanium Linse

Bezugszeichenliste 3

14: Innengehäuse Rasenmähroboter
15: Magnet in Außenhülle des Rasenmähroboters
16: Magnetsensor (werksseitig)
17: Magnetische Metallplatte
18: Linearführung
19: Halterung Linearführung
20: Servomotor

Bezugszeichenliste 4

1: Rasenmähroboter
6: Optische Blende der Wärmebildkamera
8: Erkennungsradius Wärmebild

Bezugszeichenliste 5

1: Rasenmähroboter
6: Optische Blende der Wärmebildkamera
8: Erkennungsradius Wärmebild
21: Wärmebildkamera gekoppelt mit einem 360° drehbaren Servomotor

Bezugszeichenliste 6

7: Lebewesen / Nachtaktive Tiere
22: Erkennungsbild der Wärmebildkamera

Bezugszeichenliste 7

1: Rasenmähroboter
6: Optische Blende der Wärmebildkamera
7: Lebewesen / Nachtaktive Tier

Bezugszeichenliste 8

Claims

Nachrüstsatz mit Erkennungssystem zur Kollisionsvermeidung von nachtaktiven Tieren (7) bei Rasenmährobotern (1) dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Wärmebildkamera (5) zur Aufnahme eines Wärmebilds dient, b) über einen Mikroprozessor (4) eine Bildauswertung erfolgt, c) über die Bildauswertung ein Lebewesen (7) erkannt werden kann, d) über eine spezielle Blende (6) ungewünschte Messbereiche (8) ausblendet werden, e) bei einer Lebewesen Erkennung ein extern angebrachtes Not-Halt System (9), bestehend aus einer wasserdichten servomotorbetriebenen Lineareinheit, die eine magnetische Metallplatte zwischen dem werkseitig verbauten Stoßsensor und der in der Außenhülle befindlichen Magneten schiebt, um eine Kollision zu simulieren, ausgelöst wird.
Nachrüstsatz mit einem Erkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man f) im Schritt c) die Erkennung durch Umweltsensoren für die Messung von Temperatur (3), Luftfeuchtigkeit (3) und Umgebungslicht (12) verbessern kann.
Nachrüstsatz mit einem Erkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man g) die Erkennungstechnik durch Anbringung von 2 oder mehr Wärmebildkameras verbessert.
Nachrüstsatz mit einem Erkennungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man h) die Erkennungstechnik durch Anbringung einer beweglichen Wärmebildkamera verbessert.