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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheben von Beschädigungen in einer Rasenoberfläche.
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Im Bereich der Rasenpflege gibt es mehrere Tätigkeiten, die bislang von Menschenhand durchgeführt werden. Beispielsweise nutzen Platzwärte in Fußballstadien sogenannte Rasen-Lockerungsgabeln, um Beschädigungen in der Rasenoberfläche auszubessern. Auf Greens von Golfplätzen werden von Golfspielern sogenannte Pitchgabeln verwendet, um Einschlaglöcher von Golfbällen, sogenannte Pitchmarken, auszubessern.
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Das Ausbessern solcher Beschädigungen in Rasenoberflächen ist wichtig, damit sich der Rasen regenerieren kann und eine ebene Rasenoberfläche gewährleistet bleibt. Allerdings erfordert das korrekte Ausbessern von Beschädigungen Expertise und Zeit.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels der der Zeitaufwand der jeweilig zuständigen Person zur Ausbesserung von Beschädigungen von Rasenoberflächen minimiert wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen autonomen Roboter nach Anspruch 1 und insbesondere dadurch, dass der Roboter mit einer Erkennungseinheit zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten in einer Rasenoberfläche ausgestattet ist, und dass der Roboter mit einer Ausbesserungseinheit zum Ausbessern der erkannten Unregelmäßigkeit ausgestattet ist.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Beschädigungen mittels eines autonomen Roboters zu beheben, anstelle einer ausschließlich manuellen, d.h. von Menschenhand durchgeführten, Tätigkeit. Eine Verwendung des autonomen Roboters zur Ausbesserung von Beschädigungen von Rasenoberflächen ermöglicht es, in Fußballstadien den Rasen auch dann weiterzupflegen, wenn die Platzwärte nicht arbeiten. Auf Golfplätzen ist es mittels des autonomen Roboters möglich, Pitchmarken und andere Beschädigungen in der Rasenoberfläche auch dann zu beheben, wenn die Greenkeeper nicht arbeiten.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind der Beschreibung, den Unteransprüchen und den Figuren zu entnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Erkennungseinheit zur Erkennung von Beschädigungen der Oberfläche ausgebildet. Die Ausbesserungseinheit ist vorzugsweise zum Ausbessern der erkannten Beschädigungen ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei der Beschädigung um eine Unterbrechung, beispielsweise ein Loch, in einer ansonsten homogenen Rasenfläche handeln.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ausbesserungseinheit ein Ausbesserungselement zur mechanischen Ausbesserung der erkannten Unregelmäßigkeit. Das Ausbesserungselement kann dazu ausgebildet sein, um in den Rasen einzustechen, und diesen anzuheben oder seitlich wegzudrücken. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Ausbesserungselement dazu ausgebildet sein, den Rasen platt zu drücken. Ferner kann das Ausbesserungselement dazu ausgebildet sein, Rasenstücke, Rasensamen und/oder Erdmasse auf die beschädigte Stelle abzugeben und damit beispielsweise ein Loch in der Rasenoberfläche aufzufüllen. Die Ausbesserungseinheit kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, Rasen zurück in seine Ursprungsposition zu schieben. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass die Ausbesserungseinheit dazu ausgebildet ist, Rasenstücke an ihrem Untergrund zu befestigen, beispielsweise mittels Kleben oder Nähen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das mechanische Ausbesserungselement zumindest ein Stechelement, um in die Rasenoberfläche einzustechen. Das Stechelement kann zumindest zwei, insbesondere längliche, Einstechabschnitte umfassen. Das Stechelement kann aus mehreren Einzelstücken bestehen, welche insbesondere zueinander schwenkbar gelagert und tiefen- und höhenverstellbar sein können.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ausbesserungseinheit eine Ausgabeöffnung zur Ausgabe von biologischem Material zum Ausbessern der erkannten Unregelmäßigkeit.
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Vorzugsweise kann die Ausbesserungseinheit zumindest einen Container zur Aufbewahrung des biologischen Materials umfassen. Zudem kann die Ausbesserungseinheit einen Sensor umfassen, welcher den Füllstand des biologischen Materials überprüft und/oder misst, wieviel biologisches Material an einer bestimmten Stelle abgegeben wurde.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Ausbesserungselement beweglich angelenkt. Vorzugsweise kann das Ausbesserungselement zumindest um eine Achse schwenkbar sein. Hierdurch kann das Ausbesserungselement, nachdem es in den Boden eingestochen wurde, verschwenkt werden, um einen Teil der Rasenoberfläche seitlich zu verschieben oder anzuheben, um eine Beschädigung in der Rasenoberfläche auszubessern. Die Achse, um die das Ausbesserungselement schwenkbar sein kann, kann im Wesentlichen horizontal zur Oberfläche angeordnet sein. Hierdurch können übliche Beschädigung in einer Rasenoberfläche besonders effizient ausgebessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Roboter ein Gehäuse. Das Ausbesserungselement kann mit einem Stellantrieb, beispielsweise einem Elektromotor, gekoppelt sein und mittels des Stellantriebs relativ zu dem Gehäuse bewegbar sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Antrieb des Roboters zumindest ein angetriebenes Rad, eine angetriebene Kette, eine angetriebene Walze, ein Seil, einen Propeller, ein Luftkissen oder einen antreibbaren Schlitten.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Erkennungseinheit mindestens einen Sensor. Der Sensor der Erkennungseinheit ist vorzugsweise als berührungsloser Sensor ausgebildet. Der Sensor kann beispielsweise als Kamera, als Infrarotsensor oder als Ultraschallsensor ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Sensor mittels einer Berührung eine Beschädigung in der Rasenoberfläche detektieren. Beispielsweise kann die Erkennungseinheit mehrere relativ zueinander bewegliche Elemente zur Erzeugung eines Negativs einer Oberflächentopographie umfassen, deren Position zur Erstellung einer Oberflächentopographie ausgelesen werden. Die Erkennungseinheit kann alternativ oder zusätzlich zur Gewinnung von Untergrundeigenschaften nutzbar sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Roboter eine Positionserkennungseinheit umfassen. Beispielsweise kann die Positionserkennungseinheit auf Basis von GPS-Daten die Position des Roboters ermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann der Roboter Kollisionserkennungssensoren aufweisen, um Kollisionen mit beispielsweise Fußballtoren, Eckfahnen, Golfloch-Fahnen oder ähnlichen Dingen zu verhindern.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Energiespeicher, insbesondere in Form eines Akkus, zur Versorgung des Antriebs, der Erkennungseinheit und/oder der Ausbesserungseinheit vorgesehen. Der Energiespeicher kann als Treibstofftank, insbesondere Wasserstofftank, oder ein Batteriespeicher ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Energiespeicher fest oder auswechselbar an dem Gehäuse befestigt. Der Antrieb kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ausbesserungseinheit mindestens ein Druckelement, um die Oberfläche, vorzugsweise nach erfolgtem Ausbessern, zu glätten. Das Druckelement kann von oben her, insbesondere zyklisch wiederkehrend, auf die Oberfläche drücken oder in Form einer Walze ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Erkennungseinheit dazu ausgebildet, eine Art der Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, der Oberfläche zu erkennen und wobei der autonome Roboter dazu ausgebildet ist, die Ausbesserungseinheit abhängig von der Art der Unregelmäßigkeit zu steuern. Beispielsweise kann die Erkennungseinheit dazu ausgebildet sein, Löcher in der Rasenoberfläche zu erkennen und die Ausbesserungseinheit in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Lochs so gesteuert werden, dass ausreichend biologisches Material zum Auffüllen des Lochs in das Loch gefüllt wird.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben eines autonomen Roboters, wobei der autonome Roboter sich über eine Oberfläche bewegt und dabei mittels einer Erkennungseinheit eine Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, der Oberfläche erkennt und wobei der Roboter mittels einer Ausbesserungseinheit bei Erkennen einer Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, diese selbstständig ausbessert.
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Das Verfahren basiert auf der Grundidee, Unregelmäßigkeiten in Rasenoberflächen z.B. auf Rasenfußballplätzen oder Golfplätzen, nicht von Hand durchzuführen, sondern von einem autonom operierenden Roboter durchführen zu lassen.
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Gemäß einer Ausführungsform analysiert der Roboter mittels der Erkennungseinheit eine Art der Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, der Oberfläche und nimmt abhängig von der Art der Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, selbstständig unterschiedliche Maßnahmen zur Ausbesserung der Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, vor.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ausbesserungseinheit mindestens ein Stechelement. Der Roboter kann dann zum Ausbessern der Unregelmäßigkeit, insbesondere Beschädigung, das zumindest eine Stechelement zumindest teilweise in die Oberfläche einstechen und anschließend bewegen. Hierdurch kann die Rasenoberfläche verändert, insbesondere geglättet werden. Vorzugsweise wird das Stechelement um eine Schwenkachse verschwenkt. Diese Schwenkachse ist bevorzugt im Wesentlichen horizontal zur Rasenoberfläche im auszubessernden Bereich angeordnet. Vorzugsweise wird der ausgebesserte Bereich anschließen geglättet, beispielsweise durch eine Walze oder ein sich vertikal auf und ab bewegendes Druckelement.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer rein beispielhaften Ausführungsform beschrieben: Es zeigen
- 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Roboters aus einer Seitenansicht;
- 2 eine weiter vereinfachte Darstellung des Roboters von 1;
- 3 eine vereinfachte perspektivische Draufsicht auf den Roboter von 1;
- 4 eine vereinfachte Frontansicht des Roboters von 1;
- 5 eine vereinfachte Draufsicht des Roboters von 1; und
- 6 eine vereinfachte Ansicht des Roboters von 1 von unten.
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1 zeigt einen vollständig autonom fahrenden und arbeitenden Roboter 10. Um auf einer nicht gezeigten Oberfläche, z.B. einer Rasenfläche oder Agrarfläche, umherfahren zu können weist der Roboter eine Vielzahl von Rädern 30 auf, im gezeigten Beispiel vier Räder 30, von denen zumindest eine Teilmenge von mindestens einem Antrieb 12 antriebbar ist. Beispielsweise kann für jedes angetriebene Rad 30 ein Motor vorgesehen sein, mittels dem das jeweilige Rad antreibbar ist. Zudem ist ein Lenkantrieb zur Richtungssteuerung des Roboters 10 vorgesehen. Beispielsweise kann jedes der Räder mit einem separaten Lenkantrieb ausgestattet sein.
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Der Roboter 10 verfügt zudem über eine Erkennungseinheit 14 zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten in einer Rasenoberfläche, auf der der Roboter 10 umherfährt. Diese Erkennungseinheit 14 umfasst im vorliegenden Beispiel mehrere Kameras, die gemeinsam ein dreidimensionales Profil der befahrenen Oberfläche aufnehmen. Die Kameras dienen dazu, Unregelmäßigkeiten in der Rasenoberfläche zu detektieren. Als Unregelmäßigkeiten werden solche Veränderungen in der Oberfläche verstanden, welche als Beschädigungen der jeweiligen Oberfläche angesehen werden und deshalb ausgebessert werden müssen, um eine für den Anwendungsfall zufriedenstellende Oberflächenqualität zu erlangen.
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Zudem ist der Roboter 10 noch mit einer Ausbesserungseinheit 16 zum Ausbessern der erkannten Unregelmäßigkeit ausgestattet. Die Ausbesserungseinheit 16 umfasst ein Ausbesserungselement 18, welches im gezeigten Beispiel als Stechelement 20 ausgebildet ist. Das Stechelement 20 ist an einem Tragarm 40 angeordnet. Der Tragarm 40 ist längenverstellbar, um eine Höhenposition des Stechelements 20 einzustellen. Der Tragarm 40 und das Stechelement 20 sind, wie in 2 gezeigt, über ein Drehgelenk 42 miteinander verbunden, sodass das Stechelement 20 relativ zu dem Tragarm 40 um eine Achse 24 aktiv verschwenkbar ist. Wie ebenfalls in 2 gezeigt ist, ist das Stechelement 20 selbst längenverstellbar ausgebildet. Somit ergeben sich mehrere Bewegungsmöglichkeiten und Konfigurationen für das Stechelement 20.
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Die Ausbesserungseinheit 16 umfasst auch ein Druckelement 38 mit einer im Wesentlichen ebenen Unterseite 44, um den mit dem Stechelement 20 ausgebesserten Bodenabschnitt zu glätten. Das Druckelement 38 ist hinsichtlich seiner Höhenposition einstellbar und lässt sich von einem Antrieb im Betrieb in vertikaler Richtung bewegen, um von oben auf die Oberfläche zu drücken und diese somit zu glätten. Zudem ist dem Druckelement 38 ein Abstandssensor 39 zugeordnet, der eine Position der Oberfläche relativ zu dem Druckelement 38 übermittelt und diese Information einer Steuerungseinheit 62 zur Verfügung stellt.
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Der Tragarm 40 und das Druckelement 38 sind gemeinsam aktiv rotierbar an einem Gehäuse 26 des Roboters 10 angeordnet. Hierzu ist ein Drehgelenk 46 vorgesehen, welches eine rotative Positionierung der Ausbesserungseinheit 16 360° um eine vertikale Achse ermöglicht.
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Um ein Loch in der Rasenfläche, beispielsweise ein Divot, d.h. ein Lochs in der Rasenfläche, welches beim Golf entsteht, auszufüllen, weist die Ausbesserungseinheit 16 eine Ausgabeöffnung 22 zur Ausgabe von biologischem Material 48 auf. Zudem ist - wie in 3 dargestellt - ein Behältnis 50 zur Lagerung und Bereitstellung von biologischem Material 48, Rasenkleber, und/oder ähnlichem Material vorgesehen. Das biologische Material 48 kann beispielsweise mittels Druckluft oder Förderspindeln zu der Ausgabeöffnung 22 transportiert werden und durch die Ausgabeöffnung 22 auf eine zuvor von der Erkennungseinheit 14 erkannten Unregelmäßigkeit abgegeben werden.
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Um die Ausbesserungseinheit 16 relativ zu dem Gehäuse 26 des Roboters 10 verstellen zu können, ist eine Stellmechanik 52 vorgesehen. Die Stellmechanik 52 ermöglicht durch zwei senkrecht zueinander angeordneten, linearen Führungsschienen 54, 56 und korrespondierenden Schlitten 58, 60 eine gleichzeitige Verfahrbarkeit der Ausbesserungseinheit 16 in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen. Genauer gesagt sind die Stechelemente 20 an einem ersten Schlitten 58 angebracht, welcher entlang der Schiene 54 verfahrbar ist. Die Schiene 54 ist wiederum mit einem zweiten Schlitten 60 verbunden, welcher entlang der Schiene 56 verfahrbar ist. Die Schlitten 58, 60 können beispielsweise mittels nicht gezeigten, im Betrieb angetriebenen Zahnrädern, die an den Schienen 54, 56 ausgebildete Zahnstangen eingreifen, entlang den Schienen 54, 56 verstellt werden.
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Damit der Roboter 10 autonom Beschädigungen in einer Rasenfläche detektieren und ausbessern kann, ist eine Steuerungseinheit 62 vorgesehen, welche die Daten der verschiedenen Sensoren verarbeitet und abhängig von den Daten Signale an die Antriebe 12 zum Bewegen des Roboters 10 und an die Stellantriebe 28 der Ausbesserungseinheit 16 sendet.
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Zudem sind Sensoren 64 zur Erkennung von Hindernissen, z.B. mittels Radar oder Lidar, und zur Überprüfung der Position des Roboters 10, beispielsweise GPS Sensoren, vorgesehen. All diese Sensoren und Antriebe werden durch den als wiederaufladbare Batterie, d.h. Akku, ausgebildeten Energiespeicher 36 gespeist. Damit der Roboter 10 sich autonom mit Energie versorgen kann, weist der Roboter 10 eine kabellose Lademöglichkeit für den Energiespeicher auf, beispielsweise mittels Induktion.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboter
- 12
- Antrieb
- 14
- Erkennungseinheit
- 16
- Ausbesserungseinheit
- 18
- Ausbesserungselement
- 20
- Stechelement
- 22
- Ausgabeöffnung
- 24
- Achse
- 26
- Gehäuse
- 28
- Stellantrieb
- 30
- Rad
- 32
- Sensor
- 34
- Positionserkennungseinheit
- 36
- Energiespeicher
- 38
- Druckelement
- 39
- Abstandssensor
- 40
- Tragarm
- 42
- Drehgelenk
- 44
- Unterseite
- 46
- Drehgelenk
- 48
- biologisches Material
- 50
- Behältnis
- 52
- Stellmechanik
- 54
- Führungsschiene
- 56
- Führungsschiene
- 58
- Schlitten
- 60
- Schlitten
- 62
- Steuerungseinheit
- 64
- Sensoren
