DE202014100346U1

DE202014100346U1 - Mobiler Roboter

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Publication number: DE202014100346U1
Application number: DE202014100346.0U
Authority: DE
Original assignee: MSI Computer Shenzhen Co Ltd
Current assignee: MSI Computer Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP3187472U; US9052720B2; US20140324270A1; CN104117987A; CN104117987B

Abstract

Mobiler Roboter mit: einer Lichtemissionseinheit, die einen Hauptstrahl emittiert; einer Verarbeitungseinheit, die den Hauptstrahl in mehrere Teilstrahlen ablenkt, wobei die Teilstrahlen ein einen Bereich abdeckendes Lichtmuster bilden, und wobei, wenn ein Teil der Teilstrahlen auf ein erstes Objekt auftrifft, das erste Objekt die Teilstrahlen reflektiert und mehrere reflektierte Strahlen erzeugt werden; einer optischen Komponente, die die reflektierten Strahlen zu einem ersten gebündelten Strahl bündelt; einer Bilderfassungseinheit, die den ersten gebündelten Strahl in ein erstes Erfassungsergebnis umwandelt; einer Steuereinheit, die gemäß dem ersten Erfassungsergebnis Tiefeninformation berechnet; und einer Antriebseinheit zum Antreiben des mobilen Roboters, wobei die Steuereinheit gemäß der Tiefeninformation eine relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters aktiviert und den mobilen Roboter durch die Antriebseinheit steuert.

Description

Querverweis zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. April 2013 eingereichten chinesischen Patentanmeldung Nr. 2013 10159582.9 , die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobilen Roboter und insbesondere einen mobilen Roboter, der dazu geeignet ist, die Tiefe eines Feldes schnell und effektiv zu messen.
Beschreibung der verwandten Technik
Wenn ein mobiler Roboter sich in einer unbekannten Umgebung bewegt, muss der mobile Roboter durch Sensoren erzeugte Erfassungsergebnisse empfangen. Wenn die Erfassungsergebnisse unzulänglich sind, kann die Bewegung des mobilen Roboters unerwartete negative Auswirkungen haben.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Es wird ein mobiler Roboter mit einer Lichtemissionseinheit, einer Verarbeitungseinheit, einer optischen Komponente, einer Bilderfassungseinheit, einer Steuereinheit und einer Antriebseinheit bereitgestellt. Die Lichtemissionseinheit emittiert einen Hauptstrahl. Die Verarbeitungseinheit lenkt den Hauptstrahl in mehrere Teilstrahlen ab. Die Teilstrahlen bilden ein einen Bereich abdeckendes Lichtmuster. Wenn ein Teil der Teilstrahlen auf ein erstes Objekt auftrifft, werden mehrere reflektierte Strahlen vom ersten Objekt reflektiert. Die optische Komponente bündelt die reflektierten Strahlen zu einem ersten gebündelten Strahl. Die Bilderfassungseinheit wandelt den ersten gebündelten Strahl in ein erstes Erfassungsergebnis um. Die Steuereinheit berechnet Tiefeninformation gemäß dem ersten Erfassungsergebnis. Die Steuereinheit bestimmt gemäß der Tiefeninformation eine relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters und steuert den mobilen Roboter durch die Antriebseinheit. Die Antriebseinheit bewegt den mobilen Roboter.
Nachstehend werden Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unter Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung und Beispiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht; es zeigen:
1A ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters;
1B ein schematisches Diagramm einer anderen exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters;
2A–2C Vorderansichten exemplarischer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters;
3 eine Seitenansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters;
4 ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verarbeitungseinheit; und
5 ein schematisches Diagramm einer anderen exemplarischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verarbeitungseinheit.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung wird die als am besten erachtete Technik zum Implementieren der Erfindung betrachtet. Die Beschreibung dient zum Erläutern der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und sollte nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden. Der Umfang der Erfindung lässt sich am Besten unter Bezug auf die beigefügten Patentansprüche definieren.
1A zeigt ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters. Der mobile Roboter 100 weist eine Lichtemissionseinheit 101, eine Verarbeitungseinheit 102, eine optische Komponente 103, eine Bilderfassungseinheit 104, eine Steuereinheit 105 und eine Antriebseinheit 106 auf. In der vorliegenden Ausführungsform emittiert der mobile Roboter 100 einen einem Linienlaserstrahl ähnlichen Strahl, erfasst eine Umgebung umfassend, um Tiefeninformation zu erhalten, und aktiviert die relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters gemäß der Tiefeninformation.
Die Lichtemissionseinheit 101 emittiert einen Hauptstrahl L_M. Die Erfindung schränkt die Art des Hauptstrahls nicht ein. In einer Ausführungsform ist der Hauptstrahl L_M sichtbar oder unsichtbar. Außerdem schränkt die Erfindung die Schaltungsstruktur der Lichtemissionseinheit 101 nicht ein. Eine Schaltungsstruktur kann als die Lichtemissionseinheit 101 dienen, wenn die Schaltungsstruktur dazu geeignet ist, einen Strahl zu emittieren. In einer Ausführungsform weist die Lichtemissionseinheit 101 einen Laseremitter (nicht dargestellt) zum Emittieren eines Laserstrahls auf.
Die Verarbeitungseinheit 102 lenkt den Hauptstrahl L_M in mehrere Teilstrahlen ab. Zur Verdeutlichung sind in 1A nur Teilstrahlen L_S1–L_S5 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Teilstrahlen L_S1–L_S5 kontinuierlicher Art und bilden ein Lichtmuster 110, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. In anderen Ausführungsformen sind die Teilstrahlen diskreter Art. Die Details diskreter Teilstrahlen werden unter Bezug auf 2B näher beschrieben. Das Lichtmuster 110 deckt einen Bereich ab. Die Erfindung schränkt die Folge der abgelenkten Teilstrahlen L_S1–L_S5 nicht ein. In einer Ausführungsform werden die Teilstrahlen L_S1–L_S5 durch die Verarbeitungseinheit 102 nacheinander abgelenkt. In einer anderen Ausführungsform werden die Teilstrahlen L_S1–L_S5 durch die Verarbeitungseinheit 102 gleichzeitig abgelenkt. In anderen Ausführungsformen ist das Lichtmuster 110 linienähnlich. Wenn ein Teil der Teilstrahlen L_S1–L_S5 auf ein Objekt auftrifft, reflektiert das Objekt den Teil der Teilstrahlen L_S1–L_S5, und es werden reflektierte Teilstrahlen L_R1–L_R4 erzeugt. Die Erfindung schränkt die Struktur der Verarbeitungseinheit 102 nicht ein. Eine Hardwarestruktur kann als die Verarbeitungseinheit 102 dienen, wenn die Hardwarestruktur in der Lage ist, einen Hauptstrahl in mehrere Teilstrahlen abzulenken.
Die optische Komponente 103 empfängt den reflektierten Strahl und bündelt ihn zu einem gebündelten Strahl S_DT1. Zur Verdeutlichung sind in 1A nur die reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 dargestellt. Die reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 kommen von verschiedenen Richtungen. In der vorliegenden Ausführungsform kann die optische Komponente 103 reflektierte Strahlen von der Umgebung über 360° umfassend empfangen. Die Erfindung schränkt die Art der optischen Komponente 103 nicht ein. In einer Ausführungsform ist die optische Komponente 103 ein Spiegel zum Reflektieren von Umgebungsstrahlen. In einer anderen Ausführungsform ist die optische Komponente eine omnidirektionale Linse.
Die Bilderfassungseinheit 104 ist mit der optischen Komponente 103 verbunden und wandelt den gebündelten Strahl S_DT1 in ein Erfassungsergebnis IFM₁ um. Die Erfindung schränkt nicht ein, wie die Bilderfassungseinheit 104 den gebündelten Strahl S_DT1 erfasst. In einer Ausführungsform verwendet die Bilderfassungseinheit 104 ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) oder einen komplementären Metalloxidhalbleiter (CMOS) zum Erfassen des gebündelten Strahls S_DT1. Außerdem schränkt die Erfindung die Art der Bilderfassungseinheit 104 nicht ein. In einer Ausführungsform ist die Bilderfassungseinheit 104 eine Kamera.
Die Steuereinheit 105 ist mit der Bilderfassungseinheit 104 verbunden und berechnet Tiefeninformation gemäß dem Erfassungsergebnis IFM₁. Die Steuereinheit 105 erzeugt ein Steuersignal S_C1 gemäß der Tiefeninformation. Die Steuereinheit 105 überträgt das Steuersignal S_C1 an die Antriebseinheit 106 und verwendet die Antriebseinheit 106 zum Steuern der relevanten Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters 100, z.B. des Fahrtweges des mobilen Roboters 100. In einer Ausführungsform ist die Antriebseinheit 106 mit der Steuereinheit 105 verbunden und weist mehrere Räder (nicht dargestellt) und ein Antriebselement (nicht dargestellt) auf. Das Antriebselement der Antriebseinheit 106 steuert die Drehrichtung der Räder gemäß dem Steuersignal S_C1, so dass eine relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters 100 eingestellt werden kann.
In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit 105 mindestens eine vordefinierte relevante Verhaltenssteuerung auf. Die Steuereinheit 105 wählt eine vordefinierte relevante Verhaltenssteuerung unter den vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerungen gemäß der Tiefeninformation oder gemäß einem kombinierten Ergebnis aus den letzten in der Steuereinheit 105 gespeicherten Tiefeninformationen aus, wobei die ausgewählte relevante Verhaltenssteuerung als die relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters 100 dient. Mindestens eine der vordefinierten Verhaltenssteuerungen ist derart vordefiniert, dass der mobile Roboter 100 derart aktiviert wird, dass er sich entlang einer geraden Linie oder eines Hindernisses bewegt, sich zufällig bewegt, sich um eine Stelle dreht, sich spiralförmig dreht, sich bewegt und dreht, die Geschwindigkeit erhöht, die Geschwindigkeit vermindert, sich rückwärts bewegt oder stoppt.
In einer anderen Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 105 eine relevante Verhaltenssteuerung zufällig. Die Steuereinheit 105 bestimmt eine einzelne relevante Verhaltenssteuerung oder eine Kombination von verschiedenen relevanten Verhaltenssteuerungen gemäß den Erfassungsergebnissen, einem Gewicht und/oder einer Priorität der Sensoren. In diesem Fall ist die durch die Steuereinheit 105 bestimmte Verhaltenssteuerung keine vordefinierte Verhaltenssteuerung.
In einer anderen Ausführungsform aktiviert die Steuereinheit 105 eine entsprechende relevante Verhaltenssteuerung gemäß einem (nicht dargestellten) Steuerbefehl. In diesem Fall wird der Steuerbefehl durch einen Benutzer direkt oder indirekt gesetzt. In einer Ausführungsform berührt der Benutzer direkt eine Funktionstaste des mobilen Roboters 100, um die relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters 100 einzustellen. In einer anderen Ausführungsform verwendet der Benutzer ein berührungsloses Verfahren, z.B. eine Fernbedienung oder ein Programm, um die relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters 100 einzustellen.
In einigen Ausführungsformen ändert die durch die Steuereinheit 105 bestimmte relevante Verhaltenssteuerung die Position, die Richtung, den Rollwinkel, die Geschwindigkeit, die Winkelgeschwindigkeit, die Beschleunigung und die Beschleunigungswinkelgeschwindigkeit des mobilen Roboters 100. In anderen Ausführungsformen ändert die durch die Steuereinheit 105 bestimmte relevante Verhaltenssteuerung eine Beziehung zwischen dem mobilen Roboter 100 und mindestens einem umgebenden Objekt oder einen Elementzustand des mobilen Roboters 100.
In einer anderen Ausführungsform erzeugt und aktiviert die Steuereinheit 105 mindestens eine neue relevante Verhaltenssteuerung gemäß der Tiefeninformation. In diesem Fall ist die relevante Verhaltenssteuerung im mobilen Roboter 100 nicht vordefiniert. Beispielsweise verwendet die Steuereinheit 105 die Tiefeninformation, um einen kurzen Weg, einen sicheren Weg, einen verschmutzten Weg, einen hellen Weg oder einen dunklen Weg zu erhalten, woraufhin der mobile Roboter 100 dem erhaltenen Weg folgt. Der kurze Weg bedeutet, dass der mobile Roboter 100 einen Reinigungsvorgang gemäß der Tiefeninformation in der kürzesten Zeit oder gemäß einer Regel für einen minimalen Energieverbrauch abschließt. Der sichere Weg bedeutet, dass der mobile Roboter 100 den Reinigungsvorgang derart ausführt, dass er nicht mit irgendeinem Hindernis zusammenstößt. Der verschmutzte Weg wird durch viele verschmutzte Bereiche gebildet. Der helle Weg wird durch viele helle Bereiche gebildet. Der dunkle Weg wird durch viele dunkle Bereiche gebildet. In einer Ausführungsform weist der mobile Roboter 100 andere Sensoren zum Erfassen der Umgebung auf. Die Steuereinheit 105 ist dazu geeignet, neue relevante Verhaltenssteuerungssteuerungen gemäß den Erfassungsergebnissen bereitzustellen.
In anderen Ausführungsformen wandelt die Bilderfassungseinheit 104 den gebündelten Strahl S_DT1 gemäß verschiedenen Brennweiten um, um verschiedene Erfassungskomponenten zu erzeugen. Die Erfassungskomponenten bilden das Erfassungsergebnis IFM₁. In diesem Fall erhält die Steuereinheit 105 einen optimalen Weg gemäß einer optimalen Brennweite. Beispielsweise weist jedes Erfassungsergebnis mindestens eine einer optimalen Brennweite entsprechende optimale Erfassungskomponente auf. Die Steuereinheit 105 erhält den optimalen Weg gemäß den verschiedenen der optimalen Brennweite entsprechenden optimalen Erfassungskomponenten.
Die Erfindung schränkt die Schaltungsstruktur der Steuereinheit 105 nicht ein. In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit 105 Mikrocontroller, Prozessoren, Speicher und Logikschaltungen auf. In einer anderen Ausführungsform erzeugt die Steuereinheit 105 ein anderes Steuersignal S_C2 zum Ein- oder Ausschalten der Lichtemissionseinheit 101. Beispielsweise schaltet die Steuereinheit 105 die Lichtemissionseinheit 101 während einer ersten Periode aus.
Während dieser Zeit bündelt die optische Komponente 103 die reflektierten Strahlen in der Umgebung des mobilen Roboters 100. Die Bilderfassungseinheit 104 wandelt die durch die optische Komponente 103 gebündelten Lichtstrahlen in ein erstes Erfassungsergebnis um. Die Steuereinheit 105 speichert das erste Erfassungsergebnis. Während einer zweiten Periode schaltet die Steuereinheit 105 die Lichtemissionseinheit 101 ein. Während dieser Zeit lenkt die Verarbeitungseinheit 102 den Hauptstrahl L_M in die Teilstrahlen L_S1–L_S5 ab. Wenn die Teilstrahlen L_S1–L_S5 auf ein Objekt auftreffen, reflektiert das Objekt die Teilstrahlen L_S1–L_S5, und es werden reflektierte Strahlen L_R1–L_R4 erzeugt. Die optische Komponente 103 empfängt die reflektierten Strahlen in der Umgebung des mobilen Roboters 100, wobei die reflektierten Strahlen in der Umgebung des mobilen Roboters die reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 aufweisen. Die Bilderfassungseinheit 104 wandelt die durch die optische Komponente 103 empfangenen Strahlen in ein zweites Erfassungsergebnis um. Die Steuereinheit 105 vergleicht das erste Erfassungsergebnis mit dem zweiten Erfassungsergebnis, um die reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 vom zweiten Erfassungsergebnis zu extrahieren, und berechnet die Abstände zwischen dem mobilen Roboter 100 und den umgebenden Objekten gemäß dem extrahierten Ergebnis. In diesem Fall schaltet die Steuereinheit 105 die Lichtemissionseinheit 101 geeignet ein oder aus und berechnet die Abstände zwischen dem mobilen Roboter 100 und den umgebenden Objekten gemäß zwei Erfassungsergebnissen. Um nur die reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 vom zweiten Erfassungsergebnis zu extrahieren, ist es erforderlich, dass die Zeit zwischen der ersten Erfassung und der zweiten Erfassung kurz ist.
In einer Ausführungsform ist die optische Komponente 103 omnidirektional. D.h., der Erfassungswinkel der optischen Komponente 103 beträgt 360 Grad. Daher ist die optische Komponente 103 dazu geeignet, die reflektierten Strahlen in der Umgebung des mobilen Roboters 100 zu empfangen. Wenn der mobile Roboter 100 in einen schmalen Raum eintritt, stellt die Steuereinheit 105 die Drehrichtung der Räder gemäß dem durch die optische Komponente 103 empfangenen Ergebnis derart ein, dass der mobile Roboter 100 den schmalen Bereich schnell verlassen kann. Daher wird der mobile Roboter 100 nicht zu lange im schmalen Bereich stecken bleiben.
1B zeigt ein schematisches Diagramm einer anderen exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters. 1B ist 1A ähnlich, außer dass eine Verarbeitungseinheit 108 hinzugefügt ist. In der vorliegenden Ausführungsform lenkt die Verarbeitungseinheit 108 den Hauptstrahl L_M in mehrere Erfassungsstrahlen ab. Zur Verdeutlichung sind in 1B nur Erfassungsstrahlen L_S6–L_S10 dargestellt. Die Erfassungsstrahlen L_S6–L_S10 bilden ein einen Bereich abdeckendes Lichtmuster 102. Der Bereich wird durch die Erfassungsstrahlen L_S6–L_S10 abgedeckt.
Wenn ein Teil der Erfassungsstrahlen L_S6–L_S10 auf ein Objekt auftrifft, werden mehrere vom Boden reflektierte Strahlen L_R5–L_R8 erzeugt. Die optische Komponente 103 empfängt die vom Boden reflektierten Strahlen L_R5–L_R8 und bündelt sie zu einem gebündelten Strahl S_DT2. Die Bilderfassungseinheit 104 wandelt den gebündelten Strahl S_DT2 in ein Erfassungsergebnis IFM₂ um. Die Steuereinheit 105 erzeugt das Steuersignal S_C1 zum Einstellen der Drehrichtung der Räder gemäß dem Erfassungsergebnis IFM₂.
In einer Ausführungsform stoppt, wenn die Verarbeitungseinheit 102 den Hauptstrahl L_M in das Lichtmuster 110 ablenkt, die Verarbeitungseinheit 108 die Ablenkung des Hauptstrahls L_M. Dann wird das Lichtmuster 120 nicht erzeugt. Infolgedessen werden nur die reflektierten Lichtstrahlen L_R1–L_R4 durch die optische Komponente 103 empfangen. In einer anderen Ausführungsform stoppt, wenn die Verarbeitungseinheit 108 den Hauptstrahl L_M in das Lichtmuster 120 ablenkt, die Verarbeitungseinheit 102 die Ablenkung des Hauptstrahls L_M. Dann wird das Lichtmuster 110 nicht gebildet. Infolgedessen werden nur die vom Boden reflektierten Strahlen L_R5–L_R8 durch die optische Komponente 103 empfangen. In anderen Ausführungsformen lenkt die Verarbeitungseinheit 102 den Hauptstrahl L_M in das Lichtmuster 110 ab und lenkt die Verarbeitungseinheit 108 den Hauptstrahl L_M gleichzeitig in das Lichtmuster 120 ab. Daher empfängt und bündelt die optische Komponente 103 die reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 und die vom Boden reflektierten Strahlen L_R5–L_R8.
Die Erfindung schränkt die Abstrahlungsrichtungen der Lichtmuster 110 und 120 nicht ein. In einer Ausführungsform verlaufen die durch die Verarbeitungseinheit 102 abgelenkten Lichtmuster 110 im Wesentlichen parallel zu einer Grund- oder Bodenebene, um die Positionen von Objekten in der Umgebung des mobilen Roboters 100 zu erfassen. Die Verarbeitungseinheit 108 lenkt den Hauptstrahl L_M in zum Boden hin gerichtete Erfassungsstrahlen L_S6–L_S10 zum Erfassen von Bodenzuständen ab, wie beispielsweise eines rauen oder eines unebenen Bodens. Der mobile Roboter 100 verwendet das von den reflektierten Strahlen L_R1–L_R4 umgewandelte Erfassungsergebnis, um eine Kollision mit Hindernissen zu vermeiden. Außerdem verwendet der mobile Roboter 100 das von den vom Boden reflektierten Strahlen L_R5–L_R8 umgewandelte Erfassungsergebnis, um zu verhindern, dass der Roboter herunterfällt.
Die Erfindung schränkt die Lichtmuster 110 und 120 nicht ein. In einer Ausführungsform sind die Lichtmuster 110 und 120 ebene oder gekrümmte Lichtmuster. Außerdem schränkt die Erfindung nicht ein, wie die Lichtmuster 110 und 120 abgelenkt werden. In der vorliegenden Ausführungsform lenken die Verarbeitungseinheiten 102 und 108 den durch die gleiche Lichtemissionseinheit 101 emittierten Hauptstrahl L_M in die Lichtmuster 110 bzw. 120 ab. In anderen Ausführungsformen lenkt die Verarbeitungseinheit 102 einen Hauptstrahl in das Lichtmuster 110 ab und lenkt die Verarbeitungseinheit 108 einen anderen Hauptstrahl in das Lichtmuster 120 ab. In diesem Fall weist der mobile Roboter 100' zwei Lichtemissionseinheiten auf.
2A zeigt eine Vorderansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters. Wie in 2A dargestellt ist, emittiert der mobile Roboter 100 Teilstrahlen L_S1–L_S5. Die Teilstrahlen L_S1–L_S5 bilden ein Lichtmuster 110. Das Lichtmuster 110 hat Grenzen 201 und 202. Durch die Grenzen 201 und 202 wird ein Winkel 203 gebildet.
Die Erfindung schränkt das Maß des Winkels 203 nicht ein. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 203 180 Grad. In einer anderen Ausführungsform beträgt der Winkel 203 näherungsweise 360 Grad.
2B zeigt eine andere Vorderansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters. In dieser Ausführungsform emittiert der mobile Roboter 100 Teilstrahlen L_S1–L_S6. Wie in 2B dargestellt ist, werden die Teilstrahlen L_S1–L_S6 als diskrete Strahlen erzeugt. Die Teilstrahlen L_S1 und L_S2 bilden ein Lichtmuster 213. Die Teilstrahlen L_S1 und L_S2 bilden ein Lichtmuster 211. Die Teilstrahlen L_S3 und L_S4 bilden ein Lichtmuster 212. Die Teilstrahlen L_S5 und L_S6 bilden ein Lichtmuster 213. In der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Lichtmuster 211–213 in verschiedene Richtungen. Die Lichtmuster 211–213 berühren sich einander nicht. In einer Ausführungsform ist der durch das Lichtmuster 211 abgedeckte Bereich der gleiche wie der durch das Lichtmuster 211 abgedeckte Bereich. In einer anderen Ausführungsform ist der durch das Lichtmuster 211 abgedeckte Bereich von dem durch das Lichtmuster 211 abgedeckten Bereich verschieden.
2C zeigt eine andere Vorderansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters. In dieser Ausführungsform emittiert der mobile Roboter 100 Teilstrahlen L_S1–L_S12. Die Teilstrahlen L_S1–L_S6 werden als diskrete Strahlen gebildet. Die Teilstrahlen L_S1–L_S12 bilden Lichtmuster 221–226. Die Lichtmuster 221–226 erstrecken sich in verschiedene Richtungen. Die Lichtmuster 221–226 berühren sich einander nicht. In einer Ausführungsform ist der durch eines der Lichtmuster 221–226 abgedeckte Bereich dem durch ein anderes der Lichtmuster 221–226 abgedeckten Bereich gleich oder davon verschieden. In einer anderen Ausführungsform haben die Lichtmuster 221–226 Aufweitungswinkel θ₁₁–θ₁₆ von etwa 50 Grad. Die Winkel θ₂₁–θ₂₆ werden zwischen den Lichtmustern L_S1–L_S12 gebildet. Beispielsweise haben die Lichtmuster L_S2 und L_S3 einen Winkel θ₂₁ von etwa 10 Grad, und die Lichtmuster L_S4 und L_S5 haben einen Winkel θ₂₂ von etwa 10 Grad. In einer Ausführungsform sind die Winkel θ₁₁–θ₁₆ gleich und sind die Winkel θ₂₁–θ₂₆ gleich. In einer anderen Ausführungsform ist einer der Winkel θ₁₁–θ₁₆ von einem anderen der Winkel θ₁₁–θ₁₆ verschieden. Ähnlicherweise ist einer der Winkel θ₂₁–θ₂₆ von einem anderen der Winkel θ₂₁–θ₂₆ verschieden.
3 zeigt eine Seitenansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen Roboters. Der mobile Roboter 100 weist ein Gehäuse 300 auf. Die Lichtemissionseinheit 101 ist innerhalb des Gehäuses 300 angeordnet und emittiert einen Hauptstrahl L_M. Die Verarbeitungseinheit 102 ist außerhalb des Gehäuses 300 angeordnet, um den Hauptstrahl L_M abzulenken. In der vorliegenden Ausführungsform reflektiert die Verarbeitungseinheit 102 den Hauptstrahl L_M, und der reflektierte Strahl bildet Teilstrahlen L_S1–L_S5, die ein Lichtmuster 110 bilden. In einer Ausführungsform erstreckt sich das Lichtmuster 110 parallel zum Boden 305.
Die Erfindung schränkt die innere Struktur der Verarbeitungseinheit 102 nicht ein. Die Verarbeitungseinheit 102 kann eine beliebige Struktur haben, insofern diese in der Lage ist, einen Hauptstrahl in mehrere Teilstrahlen abzulenken. Wie in 3 dargestellt ist, weist die Verarbeitungseinheit eine Basis 301 und einen Spiegel 302 auf. Der Spiegel 302 hat einen Neigungswinkel und ist mit einer Mitte der Basis 302 verbunden. Die Erfindung schränkt das Maß des Neigungswinkels nicht ein. In einer Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel des Spiegels 302 etwa 45 Grad. In anderen Ausführungsformen kann die Abstrahlungsrichtung des Lichtmusters 110 durch Ändern des Neigungswinkels des Spiegels 302 geändert werden. In einer Ausführungsform wird das Lichtmuster 110 zum Boden 305 hin abgestrahlt. In einer anderen Ausführungsform deckt das Lichtmuster 110 einen Bereich vor dem mobilen Roboter 100 ab, wie in 3 dargestellt ist. In einer anderen Ausführungsform wird das Lichtmuster 110 nach oben abgestrahlt.
In der vorliegenden Ausführungsform dreht die Steuereinheit 105 die Basis 301. Dadurch reflektiert der Spiegel 302 den Hauptstrahl L_M, und die reflektierten Strahlen werden in verschiedene Richtungen abgelenkt. Die reflektierten Strahlen werden als Teilstrahlen bezeichnet. Außerdem bilden die durch den Spiegel 302 reflektierten Strahlen das Lichtmuster 110. In diesem Fall reflektiert der Spiegel 302 den Hauptstrahl L_M sequentiell und werden die reflektierten Strahlen in verschiedene Richtungen abgelenkt. D.h., die Teilstrahlen werden durch den Spiegel 302 nicht gleichzeitig abgelenkt.
Die optische Komponente 103 ist auf dem Gehäuse 300 angeordnet, um die reflektierten Strahlen zu empfangen und zu bündeln. Die Erfindung schränkt den Abstand zwischen der optischen Komponente 103 und der Verarbeitungseinheit 102 nicht ein. Die optische Komponente 103 ist nicht innerhalb des Strahlungsbereichs des Lichtmusters 110 angeordnet. In anderen Ausführungsformen wird mit zunehmendem Abstand zwischen der optischen Komponente 103 und der Verarbeitungseinheit 102 die Tiefeninformation eines weit entfernten bestrahlten Objekts genauer.
Die Bilderfassungseinheit 104 ist innerhalb des Gehäuses 300 und unter der optischen Komponente 103 angeordnet, um den durch die optische Komponente 103 gebündelten Strahl zu erfassen. Die Steuereinheit 105 erzeugt das Steuersignal S_C1 gemäß dem durch die Bilderfassungseinheit 104 umgewandelten Erfassungsergebnis. Das Antriebselement 303 der Antriebseinheit 106 steuert die Drehrichtung des Rades 304. In 3 ist zur Verdeutlichung nur ein Rad dargestellt, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. In anderen Ausführungsformen weist der mobile Roboter 100 mehrere Räder auf. In der vorliegenden Ausführungsform schaut das Rad 304 aus dem Gehäuse 300 heraus. Das Rad 304 kann auch unter dem Gehäuse 300 angeordnet sein.
In anderen Ausführungsformen ist der Spiegel 302 durch einen konischen Spiegel ersetzt. Weil der konische Spiegel dazu geeignet ist, einen Hauptstrahl L_M in mehrere reflektierte Strahlen abzulenken und die reflektierten Strahlen in verschiedene Richtungen abgelenkt werden, muss die Steuereinheit 305 keine drehbare Basis aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Basis 301 weggelassen. Außerdem lenkt der konische Spiegel einen Hauptstrahl ab, um mehrere reflektierte Strahlen gleichzeitig zu erzeugen.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verarbeitungseinheit. 4 ist 3 mit der Ausnahme ähnlich, dass die Verarbeitungseinheit 102 den Hauptstrahl L_M bricht. Weil die 3 und 4 die gleichen Elemente aufweisen, werden die Elemente in 4 zur Abkürzung nicht näher beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 102 eine Zylinderlinse 401. Die Zylinderlinse 401 bricht den Hauptstrahl L_M in mehrere abgelenkte Strahlen, wobei die abgelenkten Strahlen in verschiedene Richtungen abgelenkt werden und das Lichtmuster 110 bilden. Das Lichtmuster 110 hat einen Aufweitungswinkel von etwa 120 Grad. In einer Ausführungsform lenkt die Zylinderlinse 401 den Hauptstrahl L_M gleichzeitig in die abgelenkten Strahlen ab.
In anderen Ausführungsformen ist eine Oberfläche der Zylinderlinse mit reflektierenden Schichten plattiert, um den Aufweitungswinkel der Zylinderlinse 401 zu vergrößern. Außerdem werden die Positionen der Lichtemissionseinheit 101 und der Zylinderlinse 401 eingestellt, um die Abstrahlungsrichtung des Lichtmusters 110 zu ändern. In dieser Ausführungsform deckt das Lichtmuster 110 den Bereich vor dem mobilen Roboter 100 ab.
Die Erfindung schränkt das Verfahren zum Ausbilden der reflektierenden Schicht nicht ein. In einer Ausführungsform wird ein Beschichtungsverfahren zum Ausbilden einer reflektierenden Schicht auf der Oberfläche der Zylinderlinse 401 verwendet. Die reflektierende Schicht kann auf der Oberfläche der Zylinderlinse 401 gleichmäßig oder ungleichmäßig ausgebildet werden. Beispielsweise weist die Zylinderlinse 401 eine Oberfläche mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich auf. Der erste Bereich weist eine erste reflektierende Schicht auf. Der zweite Bereich weist eine zweite reflektierende Schicht auf. In einer Ausführungsform kann die Dicke der ersten reflektierenden Schicht der Dicke der zweiten reflektierenden Schicht gleich oder davon verschieden sein. In anderen Ausführungsformen ist die Dicke einer Oberfläche der Zylinderlinse 401 der Dicke einer anderen Oberfläche der Zylinderlinse 401 gleich oder davon verschieden.
5 zeigt ein schematisches Diagramm einer anderen exemplarischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verarbeitungseinheit. 5 ist 3 mit der Ausnahme ähnlich, dass die Verarbeitungseinheit 102 den Hauptstrahl L_M auf verschiedene Weisen ablenkt. Weil die 3 und 5 die gleichen Elemente aufweisen, werden die Elemente in 5 zur Abkürzung nicht näher beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 102 eine Gitterlinse 501. Die Gitterlinse 501 hat ein spezifisches Muster (nicht dargestellt) zum Beugen des Hauptstrahls L_M in mehrere Teilstrahlen. In diesem Fall lenkt die Gitterlinse 501 den Hauptstrahl L_M gleichzeitig in Teilstrahlen ab.
In den 3–5 weist der mobile Roboter 100 eine einzelne Verarbeitungseinheit 102 zum Ablenken des Hauptstrahls L_M in ein Lichtmuster 110 auf, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. In einer anderen Ausführungsform kann im in den 3–5 dargestellten mobilen Roboter 100 eine Verarbeitungseinheit 108 hinzugefügt werden, um den Hauptstrahl L_M in ein anderes Lichtmuster 120 abzulenken. Die Positionen der Lichtemissionseinheit 101 und der Verarbeitungseinheiten 102 und 108 werden eingestellt, um die Abstrahlungsrichtung der Lichtmuster 110 und 120 zu ändern. Beispielsweise deckt das Lichtmuster 110 oder 120 einen Bereich vor dem mobilen Roboter 100 oder einen Bereich unter dem mobilen Roboter 100 ab.
In einer anderen Ausführungsform kann der mobile Roboter 100 zwei Lichtemissionseinheiten und zwei Verarbeitungseinheiten aufweisen. Die verschiedenen Verarbeitungseinheiten lenken die durch die verschiedenen Lichtemissionseinheiten emittierten Strahlen ab. In einer anderen Ausführungsform kann der mobile Roboter 100 zwei Lichtemissionseinheiten und eine Verarbeitungseinheit aufweisen. Die Verarbeitungseinheit erzeugt reflektierte Strahlen, die sich in verschiedene Richtungen erstrecken, gemäß den durch die verschiedenen Lichtemissionseinheiten emittierten verschiedenen Hauptstrahlen. In diesem Fall können die Lichtemissionseinheiten den entsprechenden Hauptstrahl gleichzeitig oder nicht gleichzeitig emittieren.
Insofern dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist, haben alle hierin verwendeten Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke) die allgemein durch Fachleute auf dem Fachgebiet, dem die vorliegende Erfindung zugehörig ist, verstandene Bedeutung. Es ist ferner klar, dass Ausdrücke, wie sie beispielsweise in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollten, dass sie die gleiche Bedeutung haben wie im Kontext des relevanten Fachgebiets und nicht in einer idealisierten Form oder in einem übermäßig formalen Sinne interpretiert werden sollen, insofern dies hierin nicht ausdrücklich anders definiert ist.
Obwohl die Erfindung anhand von Beispielen und bezüglich bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist. Sie soll ganz im Gegenteil verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen abdecken (die für Fachleute offensichtlich sind). Daher sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem breitesten Sinne interpretiert werden, so dass alle derartigen Modifikationen und ähnlichen Anordnungen darin eingeschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 201310159582 [0001]

Claims

Mobiler Roboter mit: einer Lichtemissionseinheit, die einen Hauptstrahl emittiert; einer Verarbeitungseinheit, die den Hauptstrahl in mehrere Teilstrahlen ablenkt, wobei die Teilstrahlen ein einen Bereich abdeckendes Lichtmuster bilden, und wobei, wenn ein Teil der Teilstrahlen auf ein erstes Objekt auftrifft, das erste Objekt die Teilstrahlen reflektiert und mehrere reflektierte Strahlen erzeugt werden; einer optischen Komponente, die die reflektierten Strahlen zu einem ersten gebündelten Strahl bündelt; einer Bilderfassungseinheit, die den ersten gebündelten Strahl in ein erstes Erfassungsergebnis umwandelt; einer Steuereinheit, die gemäß dem ersten Erfassungsergebnis Tiefeninformation berechnet; und einer Antriebseinheit zum Antreiben des mobilen Roboters, wobei die Steuereinheit gemäß der Tiefeninformation eine relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters aktiviert und den mobilen Roboter durch die Antriebseinheit steuert.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1, wobei das durch die Teilstrahlen konstruierte Lichtmuster sich im Wesentlichen parallel zur Grund- oder Bodenebene erstreckt.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungseinheit die Teilstrahlen zum Boden hin oder nach oben emittiert.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinheit den Hauptstrahl in mehrere Erfassungsstrahlen ablenkt, wobei einige Erfassungsstrahlen zum Boden hin abgelenkt werden und die anderen Erfassungsstrahlen sich parallel zum Boden erstrecken.
Mobiler Roboter nach Anspruch 4, wobei, wenn ein Teil der Erfassungsstrahlen auf ein zweites Objekt auftrifft, das zweite Objekt die Erfassungsstrahlen reflektiert und mehrere vom Boden reflektierte Strahlen erzeugt werden, die optische Komponente die vom Boden reflektierten Strahlen zu einem zweiten gebündelten Strahl bündelt, die Bilderfassungseinheit den zweiten gebündelten Strahl in ein zweites Erfassungsergebnis umwandelt, und die Steuereinheit gemäß dem zweiten Erfassungsergebnis zweite Tiefeninformation berechnet und einen Fahrweg des mobilen Roboters über die Antriebseinheit einstellt.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das durch die Teilstrahlen konstruierte Lichtmuster ein ebenes oder ein gekrümmtes Lichtmuster ist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Teilstrahlen durch die Verarbeitungseinheit sequentiell abgelenkt werden.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Teilstrahlen durch die Verarbeitungseinheit gleichzeitig abgelenkt werden.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verarbeitungseinheit den Hauptstrahl reflektiert und die Teilstrahlen reflektiert werden.
Mobiler Roboter nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungseinheit aufweist: eine Basis; und einen mit der Basis verbundenen Spiegel, der den Hauptstrahl reflektiert, wobei die Steuereinheit die Basis dreht.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Verarbeitungseinheit ein konischer Spiegel ist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Verarbeitungseinheit den Hauptstrahl bricht.
Mobiler Roboter nach Anspruch 12, wobei die Verarbeitungseinheit eine Zylinderlinse ist.
Mobiler Roboter nach Anspruch 13, wobei die Zylinderlinse eine Fläche mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich eine erste reflektierende Schicht aufweist, der zweite Bereich eine zweite reflektierende Schicht aufweist und die Dicke der ersten reflektierenden Schicht der Dicke der zweiten reflektierenden Schicht gleicht.
Mobiler Roboter nach Anspruch 13, wobei die Zylinderlinse eine Oberfläche mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich eine erste reflektierende Schicht aufweist, der zweite Bereich eine zweite reflektierende Schicht aufweist und die Dicke der ersten reflektierenden Schicht von der Dicke der zweiten reflektierenden Schicht verschieden ist.
Mobiler Roboter nach Anspruch 13, wobei die Zylinderlinse eine Oberfläche mit einer durch ein Beschichtungsverfahren ausgebildeten reflektierenden Schicht aufweist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Verarbeitungseinheit den Hauptstrahl beugt.
Mobiler Roboter nach Anspruch 17, wobei die Verarbeitungseinheit eine Gitterlinse ist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Lichtemissionseinheit einen Laseremitter aufweist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das durch die Teilstrahlen konstruierte Lichtmuster linienähnlich ist.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Steuereinheit mindestens eine vordefinierte relevante Verhaltenssteuerung speichert, eine vordefinierte relevante Verhaltenssteuerung unter den vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerungen gemäß der Tiefeninformation oder gemäß einem kombinierten Ergebnis aus in der Steuereinheit gespeicherten vorangehenden Tiefeninformationen auswählt, die ausgewählte vordefinierte relevante Verhaltenssteuerung als die relevante Verhaltenssteuerung des Fahrzeugs verwendet, die relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters gemäß der Tiefeninformation und einem beliebigen Verfahren bestimmt oder die relevante Verhaltenssteuerung des mobilen Roboters gemäß der Tiefeninformation und einem Steuerbefehl bestimmt, und ein Benutzer den Steuerbefehl direkt oder indirekt setzt.
Mobiler Roboter nach Anspruch 21, wobei der mobile Roboter sich gemäß der vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerung entlang einer geraden Linie, entlang des Außenumfangs eines Hindernisses oder entlang einer zufälligen Route bewegt und der mobile Roboter sich gemäß der vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerung um einen festen Punkt dreht, der mobile Roboter sich gemäß der vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerung spiralförmig dreht, der mobile Roboter sich gemäß der vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerung dreht, der mobile Roboter gemäß der vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerung die Antrisbsgeschwindigkeit erhöht oder vermindert oder der mobile Roboter sich gemäß der vordefinierten relevanten Verhaltenssteuerung rückwärts bewegt oder stoppt.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Teilstrahlen in einem kontinuierlichen oder in einem diskreten Muster erzeugt werden.
Mobiler Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Steuereinheit die relevante Verhaltenssteuerung gemäß der Tiefeninformation erzeugt.
Mobiler Roboter nach Anspruch 24, wobei die relevante Verhaltenssteuerung im mobilen Roboter nicht vordefiniert ist.