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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein autonomes Arbeitswerkzeug mit einem Motor und mindestens zwei Rädern, die von dem Motor angetrieben werden, und einem Kollisionsdetektor.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Arbeitswerkzeuges.
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Hintergrund
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SE540436 offenbart ein Roboterarbeitswerkzeug mit einer Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Kollisionen auf der Grundlage eines Motorleistungspegelsignals und eines Schwellenwerts erkennt. Wenn das Leistungspegelsignal über dem Schwellenwert liegt, wird eine Kollision erkannt, andernfalls nicht. Der Schwellenwert basiert zumindest teilweise auf einer Neigung des Arbeitswerkzeugs, so dass eine erhöhte Motorleistung bei einer Aufwärtsneigung nicht zu einer falschen Kollisionserkennung führt. Ebenso wird eine Kollision in einem Gefälle sicher erkannt, wenn der Schwellenwert auf der Neigung des Arbeitswerkzeugs basiert.
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Bei jeder Methode, die die Kollisionserkennung auf die Motorleistung stützt, besteht jedoch die Gefahr einer falschen Kollisionserkennung, wenn die Räder des Arbeitswerkzeugs durchrutschen, z. B. auf einem nassen Rasen. Eine Erhöhung des Schwellenwerts verringert zwar dieses Risiko, erhöht aber die Gefahr eines erhöhten Verschleißes des Rasens durch rutschende Räder.
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Zusammenfassung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Teile oder alle der oben genannten Probleme zu lösen oder zumindest zu entschärfen. Zu diesem Zweck ist das Arbeitswerkzeug mit einem Kollisionsdetektor ausgestattet, der eine Steuereinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Winkelbewegung erfasst und auf der Grundlage der erfassten Winkelbewegung feststellt, ob eine Kollision stattgefunden hat.
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Hierdurch können Kollisionen effizient erkannt werden. Das Risiko, dass die Räder durchrutschen, wird minimiert, auch wenn das Gewicht des Arbeitswerkzeugs gering ist. Der Verschleiß des Rasens kann dadurch erheblich geringer sein. Somit kann das Gewicht des Arbeitswerkzeugs im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden, wobei eine hohe Schnittqualität erhalten bleibt.
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In einer Ausführungsform ist der Kollisionsdetektor so konfiguriert, dass er die erfasste Winkelbewegung mit einem Schwellenwert vergleicht, um festzustellen, ob eine Kollision stattgefunden hat.
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Dabei wird eine Kollision nur dann festgestellt, wenn die Winkelbewegung ausreichend groß ist, und kleinere Winkelbewegungen, die z. B. aus einer Fahrt über eine Bodenunebenheit resultieren, werden ignoriert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Schwellenwert ein vorgegebener Wert.
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Dadurch kann die Konfiguration des Arbeitswerkzeugs, insbesondere dessen Kollisionsdetektor, auch von einem unerfahrenen Benutzer einfach durchgeführt und verwendet werden.
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In anderen Ausführungsformen ist der Schwellenwert ein dynamisch eingestellter Wert.
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Dadurch kann das Arbeitswerkzeug besser an die jeweiligen Arbeitsbedingungen angepasst werden. So kann z. B. auf einem sehr ebenen Untergrund der Schwellenwert sehr niedrig angesetzt werden, da fast jede Winkelbewegung als Anomalie, d. h. als Kollision, gewertet werden könnte. Auf unebenem Untergrund kann der Schwellenwert in der Regel höher angesetzt werden. Der Schwellenwert kann allmählich von den Bodenverhältnissen beeinflusst werden, über die das Arbeitswerkzeug fährt, so dass nach einer gewissen Zeit der Fahrt über einen unebenen Untergrund weniger falsche Kollisionen erkannt werden können. Umgekehrt kann das Arbeitswerkzeug empfindlicher werden und kleinere Kollisionen nach einer gewissen Zeit der Fahrt über einen ebenen Untergrund besser erkennen.
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In einigen Ausführungsformen ist der Kollisionsdetektor so konfiguriert, dass er Steuersignale an den Motor ausgibt, wenn eine Kollision erkannt wurde.
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Wenn eine Kollision erkannt wird, kann das Arbeitswerkzeug geeignete Bewegungen ausführen, um sich sicher vom Ort der Kollision zu entfernen.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit einen Gierratensensor (auch: Schlingerratensensor).
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Hierdurch kann eine häufige Art von Kollisionen erkannt werden. Kollisionen, die mehr oder weniger versetzt zu einer Linie in der Bewegungsrichtung des Arbeitswerkzeuges sind, führen sehr schnell zu einer Winkelbewegung des Arbeitswerkzeuges um seine Gierachse. Dies ist oft darauf zurückzuführen, dass ein Rad wie vorgesehen vorwärts rollt, während das andere Rad vorübergehend durchrutscht. Auch der bloße Aufprall kann zu einer Winkelbewegung führen. Wird die Winkelbewegung erkannt, kann ihr entgegengewirkt und der Verschleiß des Rasens verringert werden. Ein vollkommen gerader Aufprall kann erkannt werden, wenn das Arbeitswerkzeug früher oder später versucht, das Hindernis, mit dem es kollidiert ist, zu umgehen, wodurch eine Winkelbewegung entsteht. Alternativ können die seltenen, vollkommen geraden Kollisionen auch durch andere Erkennungsmethoden ermittelt werden.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit einen Rollratensensor (auch: Wankratensensor).
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Dabei können auch andere Winkelbewegungen erkannt werden, die für andere Arten von Kollisionen typisch sind, z. B. Kollisionen mit niedrigen Objekten, an denen nur ein Rad beteiligt ist.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit einen Nickratensensor (auch: Stampfratensensor).
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Dadurch können Kollisionen mit Objekten mit einer Rampenfläche in Kollisionsrichtung frühzeitig erkannt und vermieden werden.
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In einigen Ausführungsformen ist zumindest ein vorderer Teil des autonomen Arbeitswerkzeugs, gesehen in der Hauptbewegungsrichtung, um die Gierachse gekrümmt.
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Da eine gekrümmte Oberfläche des Arbeitswerkzeugs in den Bereichen, in denen eine Kollision zu erwarten ist, die Wahrscheinlichkeit einer Winkelbewegung des Arbeitswerkzeugs erhöhen kann, ist die Reaktion auf eine Kollision besser, und die Kollision kann früher erkannt werden. Dadurch wird wiederum der Verschleiß der Rasenfläche verringert.
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In einigen Ausführungsformen weist zumindest ein hinterer Teil des autonomen Arbeitswerkzeugs, gesehen in der Hauptbewegungsrichtung, eine gekrümmte Außenform um die Gierachse auf.
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Hierdurch können Kollisionen bei der Rückwärtsbewegung des Arbeitswerkzeuges besonders effizient erkannt werden, wie oben beschrieben.
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In einigen Ausführungsformen weist der Umfang des autonomen Arbeitswerkzeugs eine gekrümmte Außenform um die Gierachse auf.
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Hierdurch können Kollisionen von der Seite des Arbeitswerkzeugs in praktisch alle Richtungen erkannt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das autonome Arbeitswerkzeug eine kreisförmige Form um die Gierachse auf.
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Auf diese Weise kann eine symmetrische Reaktion auf Kollisionen erzielt werden, d. h. der Punkt der Kollision ist nicht entscheidend für die Feststellung, dass tatsächlich eine Kollision stattgefunden hat.
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In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie die Ströme zu den Rädern erfasst und darauf basierend Steuersignale an den Motor abgibt.
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Dabei wird ein zusätzliches Prinzip zur Kollisionserkennung genutzt. Dies kann bei Kollisionen von Vorteil sein, die zumindest anfänglich keine Winkelbewegung des Arbeitswerkzeugs zur Folge haben.
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In einem zweiten Aspekt der Offenbarung werden Teile oder alle der oben genannten Probleme durch ein Verfahren zum Betrieb eines autonomen Arbeitswerkzeugs gelöst oder zumindest abgemildert, das darin besteht, dass der Kollisionsdetektor jede Winkelbewegung des Arbeitswerkzeugs erfasst und auf dieser Grundlage feststellt, ob eine Kollision stattgefunden hat.
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Dadurch können Kollisionen effizient erkannt werden, und das Risiko, dass die Räder durchrutschen, wird minimiert. Die Abnutzung des Rasens kann dadurch erheblich geringer sein.
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In einer Ausführungsform werden die erfassten Winkelbewegungen mit einem Schwellenwert verglichen, und eine Kollision wird festgestellt, wenn eine erfasste Winkelbewegung den Schwellenwert überschreitet.
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Dabei dürfen geringfügige Winkelbewegungen aufgrund von Bodenunebenheiten nicht zu einer Erkennung einer Kollision führen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Schwellenwert vorgegeben.
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Dadurch kann das Verfahren einfach durchgeführt werden, und das Arbeitswerkzeug kann von einem unerfahrenen Benutzer leicht verwendet werden, da keine zusätzlichen Anpassungen erforderlich sind.
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In einigen Ausführungsformen wird der Schwellenwert periodisch auf der Grundlage der erfassten Winkelbewegungen angepasst.
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Dadurch kann das Verfahren besser an die jeweiligen Arbeitsbedingungen angepasst werden. Kollisionen können, wie oben beschrieben, nach einer gewissen Zeitspanne besser erkannt werden.
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In weiteren Ausführungsformen werden nach einer festgestellten Kollision Steuersignale an den Motor gesendet, um das Arbeitswerkzeug von dem Ort der Kollision wegzufahren.
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Dabei kann das Arbeitswerkzeug, wenn eine Kollision erkannt wird, geeignete Bewegungen ausführen, um sich sicher von dem Ort der Kollision zu entfernen. Aus der Winkelbewegung können Informationen abgeleitet werden, die für die Bestimmung des besten Navigationskurses weg von dem Ort der Kollision nützlich sein können, und es können geeignete Steuersignale ausgegeben werden.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Winkelbewegung eine Bestimmung der Drehachse.
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Dabei können geeignete Steuersignale ausgegeben werden, und das Arbeitswerkzeug kann entsprechende Bewegungen von dem Ort der Kollision weg ausführen.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen von Winkelbewegungen um eine Gierachse eine Bestimmung der Gierrichtung.
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Dadurch kann die Fähigkeit des Arbeitswerkzeugs, geeignete Bewegungen von dem Ort der Kollision weg auszuführen, weiter verbessert werden.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen von Winkelbewegungen um eine Rollachse eine Bestimmung der Rollrichtung und eine Bestimmung, welches Antriebsrad das höhere ist.
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Dadurch kann die Fähigkeit des Arbeitswerkzeugs, geeignete Bewegungen von dem Ort der Kollision weg auszuführen, weiter verbessert werden. Es kann verhindert werden, dass das Arbeitswerkzeug in eine noch ungünstigere Position gebracht wird, in der es eingeklemmt wäre.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen von Winkelbewegungen um eine Nickachse, die über dem Schwellenwert liegen, eine Bestimmung der Richtung der Nickbewegung.
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Dadurch kann die Fähigkeit des Arbeitswerkzeugs, geeignete Bewegungen von dem Ort der Kollision weg auszuführen, weiter verbessert werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung durch alle möglichen Kombinationen von Merkmalen, die in den Ansprüchen aufgeführt sind, verkörpert werden können. Ferner wird deutlich, dass die verschiedenen Ausführungsformen, die für die Vorrichtung beschrieben sind, alle mit dem Verfahren, wie es gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, kombinierbar sind und umgekehrt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die obigen sowie weitere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende illustrative und nicht einschränkende ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, in denen dieselben Bezugszeichen für ähnliche Elemente verwendet werden, wobei:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines autonomen Arbeitswerkzeugs ist;
- 2 eine schematische Ansicht des Arbeitswerkzeugs von 1 mit einer Angabe der Position eines gyroskopischen Sensors ist;
- 3a bis 3c schematische Draufsichten auf das Arbeitswerkzeug beim Aufprall auf ein externes Objekt zeigen; und
- 4a bis 4b Diagramme, die mögliche Ausgangssignale des gyroskopischen Sensors schematisch darstellen, sind.
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Alle Abbildungen sind schematisch, nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und zeigen im Allgemeinen nur die Teile, die zur Verdeutlichung der Ausführungsformen erforderlich sind, wobei andere Teile weggelassen werden können.
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Ausführliche Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen
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1 zeigt ein autonomes Arbeitswerkzeug 1. Bei dem dargestellten Arbeitswerkzeug 1 kann es sich um einen Mähroboter (auch: Roboterrasenmäher) handeln. Mit Anpassungen, die im Zusammenhang mit dieser Offenbarung nicht relevant sind, kann das Arbeitswerkzeug 1 auch für andere Zwecke eingesetzt werden, z. B. zum Laubharken, Sammeln von Golfbällen, Schneeräumen usw.
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Das Arbeitswerkzeug 1 ist mit mindestens zwei Rädern 2 ausgestattet, die von einem Motor angetrieben werden, um das Arbeitswerkzeug 1 in einem Arbeitsbereich bewegen zu können. Die Bewegungen können sowohl geradlinig als auch kurvenförmig sein, so dass eine Navigation zu allen Teilen des Arbeitsbereiches möglich ist. Zusätzlich zu den Antriebsrädern 2 kann das Arbeitswerkzeug 1 ein oder mehrere Stützräder 3, z. B. eine Lenkrolle (auch: Steuerrad, Lenkrad, Laufrad, Laufrolle), aufweisen. Um das Arbeitswerkzeug 1 zu drehen, kann sich eines der Antriebsräder 2 schneller bewegen als das andere, so dass das Arbeitswerkzeug 1 eine Drehung zur Seite des langsameren Rades 2 hin ausführen kann. Um eine engere Kurve zu fahren, kann das langsamere Rad 2 stillstehen oder sich sogar rückwärts bewegen. Wenn das langsamere Rad 2 stillsteht, kann sich das Arbeitswerkzeug 1 um eine annähernd vertikale Achse durch dieses Rad 2 drehen. Dreht sich das langsamere Rad 2 rückwärts, kann sich das Arbeitswerkzeug 1 um eine annähernd vertikale Achse zwischen den angetriebenen Rädern 2 drehen.
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Das Arbeitswerkzeug 1 hat eine primäre Vorwärtsbewegungsrichtung F. Die meisten seiner translatorischen Bewegungen werden in dieser Richtung ausgeführt. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein vorderer Teil 4 des Arbeitswerkzeugs 1 gekrümmt. Auch ein hinterer Teil 5 des Arbeitswerkzeugs 1 kann gekrümmt sein. In der Tat kann das Arbeitswerkzeug 1 von oben gesehen die allgemeine Form eines Kreises haben. In anderen Ausführungsformen kann das Arbeitswerkzeug 1 jedoch jede beliebige Form haben, aber die hier beschriebene Kollisionserkennung kann dieselbe sein oder in einigen Fällen nach denselben Prinzipien funktionieren.
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Das Arbeitswerkzeug 1 kann so konfiguriert werden, dass es im Arbeitsbereich mit allen im Stand der Technik bekannten Mitteln navigiert. Einige Beispiele für Navigationssysteme basieren auf mechanischen Begrenzungen, elektrischen Begrenzungskabeln, GPS usw. Unabhängig vom Navigationssystem besteht jedoch immer noch die Gefahr, dass das Arbeitswerkzeug 1 auf Hindernisse stößt, insbesondere wenn es in einem Bereich zu viele Hindernisse gibt, um eine separate Markierung jedes Hindernisses im Navigationssystem zu ermöglichen, oder wenn die Hindernisse mobil und/oder vorübergehend sind.
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Zur Erkennung von Hindernissen sowie zur Ermöglichung der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 1 von diesen weg kann das Arbeitswerkzeug 1 mit einem Kollisionsdetektor ausgestattet sein, der eine Steuereinheit 6 oder einen Sensor für Winkelbewegungen umfasst, wie in 2 dargestellt. In dieser Offenbarung kann der Sensor 6 im hinteren Teil des Arbeitswerkzeuges 1 angeordnet sein. Andere Positionen des Sensors 6 sind denkbar, solange die Position wohldefiniert ist und der Kollisionsdetektor so konfiguriert ist, dass er diese Position berücksichtigt, wenn er entscheidet, ob eine Kollision stattgefunden hat. Durch eine wohldefinierte Position des Sensors 6 im Arbeitswerkzeug 1 kann der Kollisionsdetektor die vom Sensor 6 erfassten Winkelbewegungen in Winkelbewegungen um eine beliebige Achse, z. B. eine Gierachse des Arbeitswerkzeugs 1, umwandeln.
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Der Sensor 6 kann zumindest ein Gyroskop umfassen. Derzeit gibt es mehrere im Handel erhältliche mikroelektromechanische Systeme (auch: MEMS, Mikrosystems, Microsystems), die eine solche Funktion und in vielen Fällen noch weitere Funktionen enthalten. Ein Beispiel ist ICM-20689 von TDK, aber ähnliche Sensoren sind von einer Reihe von Herstellern erhältlich.
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Der Sensor 6 kann ein gyroskopisches Ausgangssignal liefern, wenn er eine Winkelbewegung feststellt. Der Sensor 6 kann Winkelbewegungen um mehr als eine Achse oder eine Kombination solcher Bewegungen erfassen. Mit der genauen Kenntnis der Position des Sensors 6 im Arbeitswerkzeug 1 ist es möglich, die Winkelbewegung eines beliebigen Punktes des Arbeitswerkzeugs 1 um eine beliebige Achse zu berechnen.
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Diese Möglichkeiten werden in der vorliegenden Offenbarung in die Praxis umgesetzt, wie die 3a bis 3c zeigen. In 3a fährt das Arbeitswerkzeug 1 in einer Vorwärtsrichtung F auf ein Hindernis 7 zu. In dieser Situation ist das Ausgangssignal S des Sensors 6 Null, wie in 4a dargestellt. Das Hindernis 7 befindet sich in einem Winkel zur Fahrtrichtung F des Arbeitswerkzeugs 1. Wenn das Arbeitswerkzeug 1 mit dem Hindernis 7 kollidiert, wie in 3b zu sehen, ist der Kollisionspunkt von der Bewegungsrichtung F versetzt. Während sich eines der angetriebenen Räder 2b in der Nähe des Hindernisses 7 und dem Ort der Kollision befindet, ist das andere Rad 2a noch in einem Abstand g vom Hindernis entfernt. Der Abstand g zum Zeitpunkt des Aufpralls ist abhängig vom Winkel zwischen dem Hindernis 7 und der Fahrtrichtung F.
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Ab dem Zeitpunkt des Aufpralls kann dieser versetzte Aufprallpunkt eine Winkelbewegung A um eine Gierachse des Arbeitswerkzeugs 1 hervorrufen, wie in 3c zu sehen. Das Ausgangssignal S des Sensors 6 ist in 4b schematisch dargestellt. Die Winkelbewegung A kann noch dadurch verstärkt werden, dass das Rad 2a, das weiter vom Kollisionspunkt entfernt ist, um den Abstand g weiter vorwärts fährt, bis beide Räder 2a, 2b ungefähr den gleichen Abstand zum Hindernis 7 haben und die Bewegungsrichtung F ungefähr senkrecht zum Hindernis 7 verläuft.
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Indem der Sensor 6 eine Winkelbewegung A um eine Achse, ihre Größe und ihre Richtung identifiziert, kann der Kollisionsdetektor auf der Grundlage des Ausgangssignals S des Sensors 6 eine Kollision erkennen. Außerdem kann eine geeignete Aktion zum Entfernen vom Ort der Kollision und letztlich vom Hindernis 7 bestimmt werden.
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Wie in 3c zu sehen ist, kann das Arbeitswerkzeug 1 seine Winkelbewegung A fortsetzen, bis der Kollisionspunkt oder der Berührungspunkt mit dem Hindernis 7 mit der Bewegungsrichtung F übereinstimmt.
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Wenn das Arbeitswerkzeug 1, wie oben beschrieben, nach dem Auftreffen auf ein Hindernis 7 zum Stillstand gekommen ist, ist es wünschenswert, dass die Arbeit ohne Eingriff des Benutzers fortgesetzt wird. Mit den Informationen des Sensors 6 für die Winkelbewegung A kann die Position des Hindernisses 7 und in einigen Fällen sogar seine Ausdehnung ermittelt werden. In Kombination mit den allgemeinen Informationen über den Arbeitsbereich, die vom Navigationssystem abgeleitet werden, kann ein geeigneter Kurs weg von dem Hindernis 7 bestimmt werden, und vom Kollisionsdetektor können entsprechende Steuersignale an den Motor ausgegeben werden. Das Arbeitswerkzeug 1 kann somit unabhängig von einem Benutzer vom Hindernis 7 wegfahren.
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Im Allgemeinen kann der Sensor 6 während der Arbeit ständig Winkelbewegungen A des Arbeitswerkzeugs 1 erfassen. Theoretisch sollte es keine Winkelbewegungen geben, wenn sich das Arbeitswerkzeug 1 entlang einer geraden Linie bewegt. Diese Situation ist in 4a dargestellt, wo das Ausgangssignal S gleich Null ist. In der Praxis können kleinere Störungen auftreten, wie z. B. ein unebener Untergrund oder Zweige an nahe gelegenen Sträuchern, die leichte Winkelbewegungen des Arbeitswerkzeugs 1 in verschiedene Richtungen verursachen können. Solche Störungen sollten nicht dazu führen, dass das Arbeitswerkzeug anhält oder seine Richtung ändert, da eine übermäßige Empfindlichkeit der Kollisionserkennung ein ungleichmäßiges Mähen des Arbeitsbereichs verursachen kann. Einige Bereiche würden möglicherweise überhaupt nicht gemäht werden.
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Es ist ein vernünftiges Maß an Empfindlichkeit erwünscht, bei dem der Kollisionsdetektor geringfügige Störungen im Arbeitsbereich ignoriert, aber das Arbeitswerkzeug 1 anhält und umkehrt, wenn es auf tatsächliche Hindernisse 7 trifft. Aus diesem Grund dürfen nur Winkelbewegungen A oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts zu einer tatsächlichen Erkennung einer stattgefundenen Kollision führen. Die Größe der erfassten Winkelbewegung A wird mit dem Schwellenwert verglichen, und Winkelbewegungen unterhalb des Schwellenwerts können vernachlässigt werden.
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Der Schwellenwert kann vom Hersteller vorgegeben werden oder vom Benutzer ausgewählt werden. Auch können die Schwellenwerte für Winkelbewegungen um verschiedene Achsen unterschiedlich sein. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Schwellenwert dynamisch eingestellt wird, z. B. unter Berücksichtigung der zuvor angetroffenen Hindernisse in dem Bereich oder der vorherrschenden Bodenverhältnisse. Auf diese Weise kann ein Arbeitswerkzeug 1, das in einem Arbeitsbereich mit sehr ebenem Untergrund arbeitet, darauf konditioniert werden, auch kleine Unregelmäßigkeiten als Hindernisse zu behandeln. Andererseits kann ein Arbeitswerkzeug 1, das in einem Arbeitsbereich mit unebenem Untergrund arbeitet, allmählich unempfindlicher gegenüber kleinen Störungen werden und weniger unerwünschte Stopps einlegen.
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Wenn das Arbeitswerkzeug 1 eine absichtliche Drehung vollzieht, kann der Sensor 6 natürlich eine Winkelbewegung erfassen. Da diese Bewegung beabsichtigt ist, sind ihre Größe und Richtung zumindest kurz vor der Durchführung der Drehung geplant und somit bekannt. Die erwartete Winkelbewegung, die sich aus der geplanten Drehung ergibt, kann von der erfassten Winkelbewegung subtrahiert werden, und nur die Differenz kann mit dem Schwellenwert verglichen werden, um festzustellen, ob eine tatsächliche Kollision stattgefunden hat.
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In einigen Ausführungsformen des Arbeitswerkzeugs 1 kann daher im Voraus ein Erwartungswert für die Winkelbewegung für alle Bewegungen des Arbeitswerkzeugs 1 berechnet werden. Die Bewegungen des Arbeitswerkzeugs 1 erfolgen typischerweise entlang einer geraden Linie, wobei die erwartete Winkelbewegung gleich Null ist, oder entlang einer gekrümmten Linie, wobei die erwartete Winkelbewegung auf dem Krümmungsradius der gekrümmten Linie, der Länge der Kurve und der Fahrgeschwindigkeit basieren kann. Die erwartete und die tatsächliche Winkelbewegung werden verglichen, und bei einer Diskrepanz kann eine Kollision erkannt werden. Die Differenz zwischen der erwarteten und der tatsächlichen Winkelbewegung sollte einen Schwellenwert überschreiten, um eine falsche Erkennung von Kollisionen zu vermeiden. Wie oben beschrieben, kann der Schwellenwert vorgegeben, vom Benutzer ausgewählt oder dynamisch eingestellt werden.
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In dem in den 3a bis 3c gezeigten Beispiel wurde die Winkelbewegung um eine Gierachse als nützlicher Indikator für eine seitliche Kollision mit einem Hindernis 7 verwendet, wenn sich das Arbeitswerkzeug 1 entlang einer geraden Linie bewegte. Dies ist eine sehr häufige Art von Kollisionen. In anderen Ausführungsformen der Offenbarung kann der Kollisionsdetektor auch erfasste Winkelbewegungen z. B. um die Rollachse, die Nickachse oder Kombinationen davon verwenden. Winkelbewegungen um die Rollachse können zur frühzeitigen Erkennung solcher Hindernisse genutzt werden, bei denen ein Rad beginnt, das Hindernis zu erklimmen. Winkelbewegungen um die Nickachse können zur frühzeitigen Erkennung von Hindernissen genutzt werden, die eine Neigung nach oben oder nach unten aufweisen. Für die Erkennung eines tatsächlichen Hindernisses müssen bestimmte Anpassungen des Schwellenwerts vorgenommen werden, ohne dass dabei geringfügige Störungen, z. B. durch Bodenunebenheiten, berücksichtigt werden.
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Die Offenbarung wurde oben hauptsächlich unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen beschrieben. Wie der Fachmann jedoch leicht erkennen kann, sind im Rahmen der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, auch andere Ausführungsformen als die oben offenbarten möglich.
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In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus.
