DE202012006267U1 - Route determination of a mobile multipurpose device with drive system - Google Patents
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Abstract
Autonomes mobiles Mehrzweckgerät (1) bestehend aus einer Empfangseinheit (2) zum Empfang von Global Positioning Satellite-Daten und einem oder mehreren Modulen zum Empfang von weiteren Funksignalen, von Ultraschallsignalen, von sichtbaren oder nichtsichtbaren Lichtsignalen, einem Antriebssystem (3) sowie einem oder mehreren Arbeitsgeräten nach dem Stand der Technik zur Verrichtung von Arbeiten sowie einer Verarbeitungs- und Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs- und Steuereinheit aus den empfangenen Satellitendaten und den weiteren Daten aus den Signalen wie Funk, Ultraschall, sichtbaren oder nichtsichtbaren Lichtsignalen zu einer ausreichend genauen Position des Mehrzweckgeräts verarbeitet sowie daraus einen optimalen Bewegungsablauf oder Fahrroute zum Erreichen des dem Gerät bestimmten Zwecks oder Aufgabe bestimmt sowie das Antriebssystem und eines oder mehreren Arbeitsgeräte steuert.Autonomous mobile multi-purpose device (1) consisting of a receiving unit (2) for receiving global positioning satellite data and one or more modules for receiving further radio signals, ultrasonic signals, visible or invisible light signals, a drive system (3) and one or more Work equipment according to the state of the art for performing work and a processing and control unit, characterized in that the processing and control unit from the received satellite data and the other data from the signals such as radio, ultrasound, visible or invisible light signals to a sufficiently accurate Processed position of the multi-purpose device and determined from it an optimal movement sequence or route to achieve the purpose or task intended for the device and controls the drive system and one or more working devices.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ortsbestimmung und die Fahrwegbestimmung autonomer mobiler Mehrzweckgeräte mit Antriebssystem und bewegten Teilen; dabei werden die mobilen Mehrzweckgeräte mit einer Vorrichtung ausgestattet, welche zwei- bzw. dreidimensionale Ortsbestimmungen mit ausreichender Genauigkeit zulässt, damit sich die mobilen autonomen Mehrzweckgeräte selbständig im Gelände oder im Gebäude mit ausreichender Genauigkeit orientieren können und für sie ausreichend genaue Wiederholungsbewegungen möglich sind.The present invention relates to the location determination and the route determination of autonomous mobile multipurpose devices with drive system and moving parts; The mobile multi-purpose devices are equipped with a device that allows two- or three-dimensional location determinations with sufficient accuracy so that the mobile autonomous multipurpose devices can independently orient themselves in the field or in the building with sufficient accuracy and for them sufficiently accurate repetitive movements are possible.
Stand der TechnikState of the art
Autonome mobile Mehrzweckgeräte mit Antriebssytemen sind bekannt in der Industrie und im Privatbereich im Einsatz, zum Beispiel autonome Maschinen zum Verwalten von Industrielagern, Reinigungsmaschinen in Krankenhäusern und Schulen oder autonome Maschinen zum Staubsaugen oder Rasenmähen.Autonomous mobile multifunction devices with drive systems are known in the industry and in the private sector in use, for example, autonomous machines for managing industrial warehouses, cleaning machines in hospitals and schools or autonomous machines for vacuuming or lawn mowing.
Diesen autonomen mobilen Geräten ist gemeinsam, dass sie ihre eigene Position absolut im Raum weder zwei- noch dreidimensinal ermitteln können bzw. mit grossem Aufwand, z. B. Reflektorklebern oder Markierungen und damit in ihrer Fahrwegermittlung eingeschränkt sind; das heisst, dass die Ermittlung der momentanen Position mit ausreichender Genauigkeit für diese Geräte nicht selbständig möglich ist und damit die Berechnung der optimalen Bewegungsroute sowie des jeweiligen absoluten oder relativen Zielpunkts im Raum für sie autonom nicht möglich ist.These autonomous mobile devices have in common that they can determine their own position absolutely in space neither two- or dreidimensinal or with great effort, eg. B. Reflektorklebern or markers and are thus limited in their trackside detection; This means that the determination of the current position with sufficient accuracy for these devices is not possible independently and thus the calculation of the optimal movement route and the respective absolute or relative target point in space is not autonomously possible for them.
Bekannt sind autonome Rasenmäher, welche durch Induktionsschleifen auf Ihrer Rasenfläche gehalten werden, wobei das Verlegen von Induktionskabeln ein erheblicher Aufwand und bei grösseren Flächen oft nicht möglich ist. Ausserdem sind bei dieser Technologie eindeutige Positionsbestimmungen im Raum nicht möglich.Are known autonomous lawnmower, which are held by induction loops on your lawn, the laying of induction cables a considerable effort and in larger areas is often not possible. Moreover, with this technology, it is not possible to make definite position determinations in space.
Ebenso sind Lösungen bekannt, welche sensorgetriebene Daten aufnehmen und mit diesen Daten ein Modell des Raumes oder Geländes berechnen, wie in
Des Weiteren sind Verfahren zur Bodenoberflächenanalyse bekannt wie
Bei allen bisher beschriebenen Techniken und Verfahren sind schwierige Bedingungen im Raum wie zum Beispiel Kabel, Schuhe, zu niedrige Möbel oder schwierige Bedingungen im Freien wie kritische Rasenbegrenzungen, abfallende Kanten, Gartenteichbegrenzungen zwar meistens als Einzelfall einigermassen handlebar, aber ein Erlernen und Umfahren der Gefahrenposition ist nicht möglich; ebenso ist ein Kennenlernen bzw. Programmieren der Gefahrenpositionen und schwierigen Bedingungen vor der ersten Fahrt und ein damit verbundenes besseres Handling mit zum Beispiel langsamer, vorsichtiger Bewegung nicht möglich.In all of the techniques and methods described so far, difficult conditions in the room such as cables, shoes, furniture that is too low or difficult outdoor conditions such as critical lawn boundaries, sloping edges, garden pond boundaries are usually somewhat individual cases, but a learning and driving around the danger position is not possible; It is also not possible to get to know or program the danger positions and difficult conditions before the first drive, and the associated better handling with, for example, slow, careful movement.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es autonomen mobilen Mehrzweckgeräten mit Antriebssystem und bewegten Teilen erlaubt, ihre momentane zwei- bzw. dreidimensionale Position mit ausreichender Genauigkeit selbständig im Gelände oder im Gebäude festzustellen, also eine Ortsbestimmung durchzuführen, sowie daraus den besten Bewegungsablauf zu bestimmen und/oder die beste Route zum Erreichen des der Maschine bestimmten Zwecks durchzuführen.The invention is based on the object to provide a device that allows autonomous mobile multipurpose devices with drive system and moving parts to determine their current two- or three-dimensional position independently with sufficient accuracy in the field or in the building, so perform a location determination, and determine the best course of motion and / or the best route to reach the machine's intended purpose.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der aufgeführten Patentansprüche gelöst.This object is solved by the features of the listed claims.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die erfindungsgemässe Vorrichtung nutzt die Satelittennavigation Global Positionig Satellites GPS und enthält einen handelsüblichen GPS Empfänger, welcher eine Genaugkeit von ca. 10 bis 40 Metern aufweist. Weiter enthält die Vorrichtung einen oder mehrere Empfänger für ein oder mehrere zusätzliche Signale, welche(r) Funksignale, Ultraschall oder Lichtsignale im nichtsichtbaren oder sichtbaren Bereich empfangen kann.The device according to the invention uses the satellite navigation system Global Positioning Satellites GPS and contains a commercially available GPS receiver which has an accuracy of approximately 10 to 40 meters. Further, the apparatus includes one or more receivers for one or more additional signals which may receive radio signals, ultrasound or light signals in the non-visible or visible range.
Diese Signale können absolute Messsignale von einem vorher räumlich bestimmten Sender oder Datenträger-Signale sein, die Daten mit räumlichen oder zeitlichen Daten senden, mit welchen die Genauigkeit der Positionsberechnung deutlich verbessert wird. Damit erreicht man eine absolute Genauigkeit von einigen Zentimetern und mit Hilfe von zusätzlichen Sensoren, wie zum Beispiel CCD Chips mit Bilderkennungsalgorythmen ist eine relative Genauigkeit von kleiner 1 Zentimeter erreichbar.These signals can be absolute measurement signals from a previously spatially determined transmitter or data carrier signals that transmit data with spatial or temporal data, with which the accuracy of the position calculation is significantly improved. This achieves an absolute accuracy of a few centimeters and with the help of additional sensors, such as CCD chips with image recognition algorithms, a relative accuracy of less than 1 centimeter can be achieved.
Im Innenraum stehen die GPS-Signale nur teilweise zur Verfügung, das bedeutet dass ein handelsüblicher GPS-Empfänger zum Beispiel in einer Turnhalle nicht durchgehend Signale erhält; in diesem Fall werden Fahrdaten, wie Geschwindigkeit und Quer- sowie Längsbeschleunigung als zusätzliche Informationen zur Verbesserung der Genauigkeit genutzt; des Weitern werden in diesem Fall alternativ indoor die GPS Signale durch mehrere eigene Sender von Funksignalen, Ultraschall oder Lichtsignalen im nichtsichtbaren oder sichtbaren Bereich ersetzt, um die gleiche Genauigkeit wie bei ständig zur Verfügung stehenden GPS-Signalen zu erreichen.In the interior, the GPS signals are only partially available, which means that a commercial GPS receiver, for example, in a Gym not continuously receives signals; in this case, driving data such as speed and lateral and longitudinal acceleration are used as additional information to improve accuracy; Furthermore, in this case, indoor the GPS signals are alternatively replaced by several own transmitters of radio signals, ultrasound or light signals in the non-visible or visible range in order to achieve the same accuracy as with constantly available GPS signals.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch zukünftige Satelittennavigationssysteme wie das geplante System Galileo oder andere Systeme nutzen. Dabei ist es in Zukunft möglich, ohne oder mit weniger zusätzlichen Positionssendern bzw. Datensendern zu Erhöhung der Genauigkeit auszukommen.The device according to the invention can also use future satellite navigation systems such as the planned Galileo system or other systems. In the future it will be possible to increase the accuracy without or with less additional position transmitters or data transmitters.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann die Positionserkennung für einen Diebstahlschutz nutzbar machen, indem die Position des Geräts mit den eingegeben bzw. programmierten erlaubten Positionsdaten verglichen wird und sich das autonome mobile Mehrzweckgerät in einen inaktiven Modus schaltet und dabei zusätzlich Warnsignale erzeugt. Ebenso kann das Gerät über seine optionale Sendeeinheit Uhrzeit und Positionen des Diebstahls senden.The inventive device can make the position detection available for theft protection by the position of the device is compared with the entered or programmed allowed position data and the autonomous mobile multipurpose device switches to an inactive mode and additionally generates warning signals. The device can also send the time and positions of the theft via its optional transmitter unit.
Positionen der Flächen, indenen das autonome mobile Mehrzweckgerät arbeiten soll, können ins Gerät eingegeben werden und damit kann das Gerät verschiedene Arbeitsgebiete kennnen, die es autonom anfahren kann. Das Anfahren der Arbeitsgebiete kann mit einer Uhrzeit gekoppelt werden, sodass verschiedene oder gleiche Arbeiten räumlich und zeitlich bestimmt ausgfeührt werden. Des Weiteren sind Hindernisse oder Schwierigkeiten zeitlich und nach Position autonom erlernbar und können auch eingegeben werden, sodass das Mehrzweckgerät seine Fahrt und seine Werkzeuge den Hindernissen anpassen kann.Positions of the surfaces in which the autonomous mobile multifunction device is to operate can be entered into the device and thus the device can know various work areas that it can autonomously start. The approach of the work areas can be coupled with a time, so that different or the same work will be determined spatially and temporally ausgefhrt. Furthermore, obstacles or difficulties can be learned autonomously in terms of time and position and can also be entered so that the multifunction device can adapt its travel and its tools to the obstacles.
Über optionale zusätzliche Sensoren, wie CCD Chips mit Bilderkennung, Abstandsmessung, Anschlagschalter, Stufenerkennung ist das Mehrzweckgerät noch besser in der Lage Hindernisse oder Schwierigkeiten zu meistern und seine Fahrt und seine Werkzeuge den Hindernissen anzupassen.With optional additional sensors, such as CCD chips with image recognition, distance measurement, stop switch, step detection, the multifunction device is even better able to overcome obstacles or difficulties and to adapt its travel and its tools to the obstacles.
Das Gerät kann zusätzlich mit einem oder mehreren Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder Drehraten Sensoren ausgestattet werden, welche von der Vearbeitungs- und Steuereinheit vorallem dann mit zur Bestimmung der Position des Mehrzweckgeräts benutzt wird, wenn die Global Positioning Satellite-Daten qualitativ nicht ausreichend sind, um eine genaue Position zu berechnen, was vor allem bei Geräten in Gegenden mit schlechtem GPS-Empfang und in Gebäuden vorkommt.The device may additionally be equipped with one or more speed, acceleration or rotation rate sensors, which will then be used by the processing and control unit to determine the position of the multifunction device, if the quality of the Global Positioning Satellite data is insufficient. to calculate an exact position, especially in devices in areas with poor GPS reception and in buildings.
Zusätzlich können mit dem Mehrzweckgerät Positionsdaten selbst einprogrammiert werden zur Speicherung der Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierigen Arbeitspositionen sowie zur Begrenzung von mehreren Arbeitsgebieten und Arbeitsorten.In addition, the multipurpose device can be used to program position data itself for storing the positions of obstacles, difficulties in the route, difficult working positions, as well as for the limitation of several work areas and places of work.
Ein zusätzliches Handbedienteil bestehend aus GPS-Empfangsteil, Bedieneinrichtung, Sendeeinheit und einer Vearbeitungseinheit kann aus den empfangenen Satellitendaten und den weiteren Daten mit der gleichen Technologie wie das Mehrzweckgerät eine ausreichend genaue Position ermitteln. Diese Position wird dem Mehrzweckgerät mittels Sendeeinheit übermittelt und dient ebenfalls optional zur Speicherung der Positionen von Hindernissen, Schwierigkeiten im Fahrweg, schwierigen Arbeitspositionen sowie zur Begrenzung von mehreren Arbeitsgebieten und Arbeitsorten.An additional hand-operated part consisting of GPS receiver, operating device, transmitter unit and a processing unit can determine a sufficiently accurate position from the received satellite data and the other data with the same technology as the multifunction device. This position is transmitted to the multifunction device by means of a transmission unit and is also optionally used to store the positions of obstacles, difficulties in the track, difficult working positions and to limit several work areas and work locations.
Vorteileadvantages
Das autonome mobile Mehrzweckgerät mit Antriebssystem berechnet aus den GPS-Daten und den Daten der installierten Sender eine genaue absolute zwei- oder dreidimensionale Position und bestimmt aus diesen Daten selbständig einen besten Bewegungsablauf und/oder die beste Route zur Erledigung der für sie bestimmten Aufgaben. Damit sind exakte Wiederholungsfahrten möglich, welche grossen Nutzen bezüglich Erledigung der für sie bestimmten Aufgaben bringt.The autonomous mobile multipurpose device with drive system calculates an exact absolute two- or three-dimensional position from the GPS data and the data of the installed transmitters and independently determines from this data a best course of motion and / or the best route to perform the tasks intended for them. This makes exact repeat rides possible, which brings great benefits in terms of accomplishing the tasks assigned to them.
Ohne den zusätzlichen Sender bzw. die zusätzlichen Sender nur allein mit den GPS-Daten wäre dies nicht möglich. Die Anbringung eines Senders zum Beispiel an einem Haus und die darauf mögliche Eichung des Empfängers ermöglichen sehr hohe Positionsgenauigkeiten.Without the additional transmitter or the additional transmitters only with the GPS data, this would not be possible. The attachment of a transmitter, for example, to a house and the possible calibration of the receiver allow very high positional accuracy.
Das mobile Mehrzweckgerät kann nun Hindernisse oder Schwierigkeiten erlernen, indem die Position dieser Hindernisse gespeichert wird und damit auf jedes Hindernis individuell reagiert werden kann, sei es durch umfahren oder langsam fahren bei Hindernissen oder heben oder senken von Arbeitsgeräten.The mobile multi-purpose device can now learn obstacles or difficulties by storing the position of these obstacles and responding individually to each obstacle, whether by driving around or driving slowly in the event of obstacles or lifting or lowering work equipment.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit mehrere Arbeitsgebiete und Arbeitsorte zu definieren und diese autonom oder gesteuert für spezielle Arbeiten oder Zeiten zuzulassen oder abzurufen.Another advantage is the ability to define multiple workspaces and work locations and to allow or retrieve them autonomously or under control for specific work or times.
Das mobile Mehrzweckgerät kann auch bei schlechten GPS-Daten, das heisst wenn Signale von wenigen GPS-Satelliten empfangen werden oder wenn zeitweise keine GPS-Daten zur Verfügung stehen autark die Positionsbestimmung weiterführen mit der Auswertung und Berücksichtigung zusätzlicher Sensor-Signale wie Geschwindigkeit, Beschleunigungen und Gierrate.The mobile multi-purpose device can even with poor GPS data, that is, when signals from a few GPS satellites are received or when temporarily no GPS data available autonomously continue the positioning with the evaluation and consideration additional sensor signals such as speed, acceleration and yaw rate.
Aufzählung der FigurenAufzählung of the figures
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, erläutert. Es zeigt:The invention will be explained with reference to embodiments which are illustrated in the drawings. It shows:
autonomes mobiles Mehrzweckgerät mit Antriebssystem (
Empfangseinheit, welche Empfänger für GPS-Signale sowie die zusätzlichen Funk-, Ultraschall-, und/oder Lichtsignale enthält (
Antrieb des autonomen mobiles Mehrzweckgerät (
Zusätzliche Sender für Funk-, Ultraschall-, und/oder Lichtsignale (
Satelliten für GPS- oder Galileo-System (
Receiver unit containing receivers for GPS signals and the additional radio, ultrasound, and / or light signals (
Drive of the autonomous mobile multipurpose device (
Additional transmitters for radio, ultrasound, and / or light signals (
Satellites for GPS or Galileo system (
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Das mobile Gerät empfängt Satelittendaten von einem Global Positioning Satellite System GPS oder Galileo-System (
Die Anbringung eines Senders zum Beispiel an einem Haus inklusive Eichung des Senders oder Empfängers ermöglichen sehr hohe Positionsgenauigkeiten.The attachment of a transmitter, for example, to a house including calibration of the transmitter or receiver allow very high positional accuracy.
Das mobile Gerät empfängt Satelittendaten von einem Global Positioning Satellite System GPS oder Galileo-System (
Aus diesen Daten bestimmt das Gerät selbständig einen besten Bewegungsablauf und/oder die beste Route zur Erledigung der Aufgaben. So sind exakte Wiederholungsfahrten möglich, welche zum Beispiel das gezielte Umfahren von Gegenständen wie Kabeln ermöglicht.From this data, the device independently determines a best course of motion and / or the best route for completing the tasks. So exact repeat rides are possible, which allows, for example, the targeted avoiding of objects such as cables.
Das autonome mobile Mehrzweckgerät kann mit Hilfe von Positionsdaten des Raumes oder des Gebäudes bestimmte Areale selbständig erkennen und zum Beispiel verschiedene Arbeiten durchführen oder auslassen.The autonomous mobile multipurpose device can independently detect certain areas using position data of the room or the building and, for example, carry out or omit various work.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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