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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf ein
elektronisches Leitsystem zum Betreiben einer automatischen Vorrichtung, vorzugsweise
eines automatischen Rasenmähers. Das
System umfasst dabei mindestens ein erstes Stromkabel, das an mindestens
einen ersten Signalgeber angeschlossen ist, und mindestens ein Sensorsystem,
das auf der automatischen Vorrichtung angeordnet ist. Das Sensorsystem
erfasst dabei mindestens ein magnetisches Feld, das gerade über das Kabel übertragen
wird und sich durch die Luft fortpflanzt, wobei das Sensorssystem
ein verarbeitetes Signal an mindestens eine Antriebseinrichtung überträgt, um die
automatische Vorrichtung in Bezug zu einer Oberfläche zu bewegen.
Das Leitsystem umfasst dabei Einrichtungen, mittels derer der erste
Signalgeber gemäß der vorliegenden
Erfindung durch das erste Stromkabel einen Strom überträgt, wobei sich
der Strom während
eines Teils der Zeit in einem Ruhezustand befindet, in dem er im
Wesentlichen konstant ist, wobei dieser Zustand in periodischen Zeitabständen durch
mindestens einen ersten charakteristischen Stromimpuls unterbrochen
wird.
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ALLGEMEINES ZUR ERFINDUNG
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Der
Gedanke, Arbeitswerkzeuge zu entwickeln, die automatisch arbeiten
können,
ist schon alt. Derartige Werkzeuge sind beispielsweise Roboter zum
Staubsaugen oder zum Grasmähen.
Obwohl es sich hierbei um einen alten Gedanken handelt, sind derartige
Werkzeuge bei den Verbrauchern erst in neuerer Zeit angelangt. Ein
Beispiel hierfür
liefern der Staubsauge-Roboter TrilobiteTM und
der automatische Rasenmäher
AutomowerTM. Beide Geräte behandeln (mähen oder
reinigen) eine Oberfläche,
indem sie sich in Bezug zu dieser innerhalb des Gebietes bewegen,
das bearbeitet werden soll.
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Um
den Roboter innerhalb des Gebietes zu halten, das bearbeitet werden
soll, wurden Suchsysteme entwickelt. Hierzu wird beispielhaft auf
die Schrift
WO 99/38056 verwiesen.
Diese Systeme bestehen aus mindestens einem Stromkabel in Verbindung
mit einem Sensorsystem in dem Roboter, welches über das Kabel übertragene
Signale erfasst. Das bzw. die Kabel ist/sind so angeordnet, dass
eine Grenzlinie definiert wird, die der Roboter nicht überschreiten
darf, da er sonst das Gebiet verließe, das er bearbeiten soll.
Ein Staubsauge-Roboter verwendet solche Kabel normalerweise nur
in Türöffnungen
und an Treppen, da er üblicherweise
im Inneren eines Zimmers ar beitet, das von Wänden umgeben ist. Wenn der
Staubsauger in einem sehr großen
Raum arbeiten sollte, könnte
man Kabel verwenden, die den Raum in verschiedene Bereiche unterteilen.
Rasenmäh-Roboter
arbeiten dagegen nicht in Bereichen, die von Wänden abgegrenzt werden. Deshalb werden
Stromkabel benötigt,
welche den Bereich bzw. Bereiche im Inneren definieren, welche der
Roboter bearbeiten soll. Solche Kabel und auch bestimmte Kabel,
die in Verbindung mit Staubsauge-Robotern
eingesetzt werden, können
aus Dauermagneten oder aus Stromkabeln bestehen, durch welche ein
elektrischer Strom übertragen
werden kann.
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Das
Sensorsystem besteht normalerweise aus mindestens einer Empfängereinheit,
welche magnetische Signale erfasst, aus einer Steuereinheit, die
mit dem Empfänger
verbunden ist, der die empfangenen Signale verarbeitet, und aus
einer Motoreinheit, die mit der Steuereinheit verbunden ist und die
Bewegungen des Roboters steuert. Das System erfasst die Veränderungen
in der Intensität
des Feldes (wobei das Feld von dem Strom oder dem Dauermagneten
erzeugt wird), wenn der Roboter sich an das Kabel heranbewegt. Die
Steuereinheit verarbeitet die Informationen und entscheidet je nach
der aktivierten Funktion, ob die Bewegung des Roboters durch Betätigung der
Motoreinheit angesteuert werden soll. Das System kann zum Beispiel
verhindern, dass sich der Roboter aus dem Gebiet heraus bewegt,
das er behandeln soll, oder kann ihn sich entlang des Kabels bewegen
lassen.
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Was
bei diesen Suchsystemen für
automatische Roboter selten ist, ist der Umstand, dass sie Strom
ohne Unterbrechung verwenden (beispielsweise in Form einer oder
mehrerer Sinuswellen), um die magnetischen Signale zu erzeugen.
Die Magnetfelder, welche der Strom erzeugt, pflanzen sich in dem
gesamten Bereich oder in Teilen des Bereichs fort, in dem bzw. denen
der Roboter arbeiten möchte. Wenn
sich in dem gleichen Bereich irgendein anderes Magnetfeld fortpflanzt,
das beispielsweise von einem anderen Stromkabel erzeugt wird, welches
in der Nähe
des Bereichs angeordnet ist, erfasst das Sensorsystem dieses Feld.
Ein solches Störfeld
kann das Sensorsystem verwirren und dadurch Betriebsprobleme für den Roboter
verursachen. Insbesondere Signale von anderen ähnlichen Suchsystemen, zum
Beispiel vom System des direkt nächsten
Nachbarn, könnten
derartige Betriebsprobleme hervorrufen, da beide Systeme unter Umständen innerhalb des
gleichen Frequenzbandes arbeiten. Die Suchsysteme stören sich
gegenseitig, da sich die Felder addieren. Ein weiteres Problem bei
den heutigen Suchsystemen liegt darin, dass die Kosten für Sinuswellen-Systeme
ge stiegen sind, weil diese häufig
ein Nachstellen der Systemkomponenten erfordern, welche die Frequenz
definieren.
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In
der Vorveröffentlichung
WO 99/59042 wird ein solches
System zur Markierung der Grenze eines Bereichs beschrieben. Auf
Seite 9, Zeilen 17 bis 22 und in
3b wird
kurz dargestellt, wie ein Mehrbenutzer-Signal zum Markieren verwendet
wird. Ein Grenzsignal, ein Hindernissignal und ein Synchronisiersignal
werden dabei eingesetzt. Der Roboter besitzt ein Navigationssystem,
welches nur seine absolute Position kennt, und der Roboter vollzieht
eine Wendung um 180°,
wenn er auf die Grenze trifft. Der Roboter zählt außerdem die Anzahl der Touren
zwischen den Grenzmarkierungen, um so die zu verwendende Abtastung
bzw. Erfassung zu definieren.
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Das
Signalerfassungssystem muss sich in dem gesamten Arbeitsbereich
mit dem Signal synchronisieren. Darüber hinaus muss das Signalsystem
Einflüsse
von einem anderen Signal ausblenden, die nicht von dem Signalgeber
stammen. In dieser Vorveröffentlichung
wird keines dieser Probleme und auch keinerlei Lösung für diese beschrieben. Deshalb
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese genannten
Probleme zu lösen.
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KURZBESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf ein
elektronisches Leitsystem zum Betreiben einer automatischen Vorrichtung, vorzugsweise
eines automatischen Rasenmähers. Das
System umfasst dabei mindestens ein erstes Stromkabel, das an mindestens
einen ersten Signalgeber angeschlossen ist, und mindestens ein Sensorsystem,
das auf der automatischen Vorrichtung angeordnet ist. Das Sensorsystem
erfasst dabei mindestens ein magnetisches Feld, das gerade über das Kabel übertragen
wird und sich durch die Luft fortpflanzt, wobei das Sensorssystem
ein verarbeitetes Signal an mindestens eine Antriebseinrichtung überträgt, um die
automatische Vorrichtung in Bezug zu einer Oberfläche zu bewegen.
Diese Antriebseinrichtung ist dabei auf der automatischen Vorrichtung
(2) angeordnet. Der Signalgeber gemäß der vorliegenden Erfindung überträgt außerdem über das
erste Kabel einen elektrischen Strom, wobei sich der Strom während eines
Teils der Zeit dabei in einem Ruhezustand befindet, in dem er im
Wesentlichen konstant ist, wobei der Zustand in periodischen Zeitabständen durch
mindestens einen ersten charakteristischen Stromimpuls unterbrochen
wird. Das Sensorsystem (11, 12, 13) synchronisiert
dabei die zeitlichen Intervalle (28, 29), innerhalb
derer das System (11, 12, 13) magnetische Felder
anhand der Eigenschaften des ersten Stromimpulses (20)
erfasst, wobei der erste Stromimpuls durch ein Stromkabel (1) übertragen
wird, welches den Bereich, innerhalb dessen die automatische Vorrichtung
arbeiten soll, im Wesentlichen abgrenzt.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend
wird die Erfindung nun in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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1 ein
Leitsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 die
Signale in dem Leitsystem gemäß 1 in
Form eines Diagramms zeigt;
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3 eine
automatische Vorrichtung für
das Leitsystem gemäß 1 abbildet;
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4 eine
Darstellung der Magnetfelder für ein
Stromkabel als Teil des Leitsystems gemäß 1 ist;
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5 eine
Darstellung des Magnetfeldes für verschiedene
Stromkabel als Teil des Leitsystems gemäß 1 ist;
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6 ein
Ablaufdiagramm für
einen Algorithmus für
das Leitsystem gemäß 1 zeigt;
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7 ein
anderes Ablaufdiagramm für
einen Algorithmus des Leitsystems gemäß 1 darstellt;
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8 verschiedene
Bewegungspfade für
die automatische Vorrichtung in dem Leitsystem gemäß 1 zeigt;
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9 das
Gegentaktelement in dem Leitsystem gemäß 1 veranschaulicht,
und
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10 darstellt,
wie das Sensorsystem einen Stromimpuls bestimmt.
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BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
ZUR VERANSCHAULICHUNG
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In 1 ist
ein Leitsystem dargestellt. Dieses System besteht aus einem außen liegenden Suchkabel 1,
das den Bereich umschließen
soll, innerhalb dessen der Roboter 2 sich bewegen und arbeiten
soll. Das außen
liegende Kabel umfasst ein Stromkabel und einen Signalgeber 3.
Der Signalgeber erzeugt Signale in Form eines elektrischen Stroms,
der über
das Kabel übertragen
wird. Das System bei dem illustrativen Ausführungsbeispiel umfasst des
Weiteren drei außen
liegende Suchkabel 4 bis 6, die ebenfalls aus
Stromkabeln bestehen. Eines dieser Kabel, das Kabel 4,
arbeitet mit dem gleichen Signalgeber 3, während die
anderen Kabel 5 und 6 jeweils einen abhängigen Signalgeber 7–8 aufweisen,
welcher das Signal in dem Kabel erzeugt. Die abhängigen Signalgeber sind mit
dem außen
liegenden Kabel 1 verbunden, um so die Signale des Signalgebers 3 des
außen
liegenden Kabels zu synchronisieren. Eine Alternative besteht darin,
die Signalgeber unter Einsatz einer anderen Art der Kommunikation
zu synchronisieren, zum Beispiel mit Funksignalen. Die dargestellten
Kabel verlaufen in der Form, dass sie sich überkreuzen, um so den Vorteil
des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung noch deutlicher herauszustellen.
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3 stellt
den Roboter dar. Dieser umfasst ein Sensorsystem 11, 12, 13 als
Teil des Leitsystems. Darüber
hinaus hat der Roboter Räder 10.
Das Sensorsystem bei diesem illustrativen Ausführungsbeispiel, das normalerweise
aus einer gemeinsamen Einheit besteht, die in dem Roboter eingebaut
ist, weist Einrichtungen 11 (ab hier werden diese Einrichtungen
als Empfänger
bezeichnet) zum Erfassen eines magnetischen Feldes sowie eine Steuereinheit 12 auf,
welche die empfangene Magnetfeld-Informationen
verarbeitet und dann mit einer Motoreinheit 13 verbunden
wird. In 3 sind der Empfänger, die Steuereinheit
und die Motoreinheit getrennt von einander dargestellt, um so die
verschiedenen Funktionen des Sensorsystems zu veranschaulichen.
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Die
Figuren stellen die Einheiten zwar getrennt von einander dar, doch
können
bei modernen Systemen zumindest einige der Einheiten als Funktionen
verstanden werden, da normalerweise mit einer Software gearbeitet
wird, um diese Funktionen zu realisieren. Das Softwaresystem, das
einen Mikrocomputer umfasst, arbeitet mit einigen gesonderten Komponenten,
um seine Aufgaben zu erfüllen.
Der Empfänger,
der normalerweise eine Spule enthält, welche einen Ferritstab
umschließt,
könnte
eine solche Komponente sein. Magnetfelder aktivieren den Empfänger, da
die Spule die Schwankungen des Magnetfeldes erfasst und an der Spule
eine elektrische Spannung erzeugt. Die Steuereinheit empfängt die so
erzeugten Stromsignale und verarbeitet sie. Anhand der verarbeiteten
Informationen betätigt
das Sensorsystem unter Einschaltung der Motoreinheit die Motoren,
von denen die Räder 10 angetrieben werden.
Eine Steuereinheit für
einen Roboter dieser Art könnte
natürlich
auch andere Aufgaben haben, wie zum Beispiel die Überwachung
der Bearbeitungswerkzeuge wie Schnittmesser etc., die in den Roboter
eingebaut sind. Um die Verarbeitung vorzunehmen, setzt die Steuereinheit 12 Speichereinheiten
ein, in denen die Programmdaten abgespeichert sind. Die wichtigste
Aufgabe bei der Steuerung besteht im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung selbstverständlich
in der Fähigkeit,
Signale, die von einem Stromkabel 1, 4, 5 übermittelt
werden, zu empfangen und zu verarbeiten. Deshalb werden die verschiedenen
Teile des Roboters in 3 nur schematisch dargestellt.
Die Bearbeitung wird dann im Zusammenhang mit den Funktionen des
Roboters im Folgenden noch weiter beschrieben.
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In 4 und 5 ist
eine Abbildung der Magnetfelder dargestellt; diese Felder werden
um das Kabel herum aufgebaut, durch welches ein elektrischer Strom
geleitet wird. Der wichtigste Aspekt dabei ist, dass der zugeleitete
Schaltstrom um das Kabel ein Magnetfeld aufbaut. Die Intensität des Feldes nimmt
außerdem
mit dem Abstand vom Kabel ab – vgl. 4.
In der Figur ist das vertikale Feld an unterschiedlichen Punkten
an einem runden Kabel dargestellt. Dabei möge beachtet werden, dass der
steile Abfall im Mittelteil der Kurve sich auf den Umstand bezieht,
dass der Teil des Magnetfeldes, den das Sensorsystem in einem Augenblick
erfasst, seine Richtung verändert.
Dies bedeutet, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Magnetfeld
auf einer Seite eines Kabels – bezogen
auf ein Magnetfeld auf der anderen Seite des Kabels – in entgegen
gesetzter Richtung ausgerichtet ist. Das heißt, dass der Roboter eine Veränderung
in der Feldrichtung erfasst, wenn er sich bezüglich des Kabels bewegt und
das Kabel 1 überquert.
Dies bedeutet auch, dass das Sensorsystem 11, 12, 13,
mit welchem der Roboter das Magnetfeld erfasst, erkennt, dass der
Roboter ein Kabel 1, 4, 5, 6 überquert.
In 4 ist eine horizontale Linie eingezeichnet, durch
welche der Mittelteil der Kurve verläuft. Diese Linie stellt den
Nullkreuzungspunkt dar und somit auch die Veränderung in der Feldrichtung.
Die Linie gibt außerdem
die Position des Kabels an.
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Das
Sensorsystem 11, 12, 13 ist in der Lage, den
Roboter das außen
liegende Kabel teilweise überqueren
zu lassen und dabei den Roboter in die Lage zu versetzen, an der
Fläche
knapp außerhalb des
Kabels zu arbeiten. Indem man den Empfänger 11 das Kabel überqueren
und dann die Radumdrehungen zählen
lässt,
beispielsweise unter Verwendung eines (hier nicht dargestellten)
Radumlaufsensors, kann sich der Roboter in kurzem Abstand außerhalb
des Kabels 1, 4, 5, 6 bewegen.
Zieht das Sensorsystem die Zählung
der Radumdrehungen und/oder die Erfassung des Magnetfeldes heran,
so ist es in der Lage, den Roboter wieder zurück in den Bereich zu führen, innerhalb
dessen er arbeiten soll. Die letzte Bewegung ist in 8 nicht
dargestellt. Eine derartige Erfassung des verwendeten Magnetfeldes,
um den Roboter wieder zurück
zu führen,
bedeutet – wie
schon ausgeführt – dass das
Sensorsystem 11, 12, 13 erfasst, wann
das Magnetfeld seine Richtung verändert. Da das Magnetfeld auf
den sich gegenüber
liegenden Seiten des Kabels eine entgegen gesetzte Richtung aufweist,
kann das Sensorsystem erkennen, ob der Roboter das Kabel überquert,
und kann außerdem
wissen, auf welcher Seite des Kabels er positioniert ist, sofern
es ein Referenzsignal hat. Dadurch kann der Roboter zur gewünschten
Seite des Kabels geleitet werden. Diese Erkennung und Navigation
kann natürlich
auch dann erreicht werden, wenn außer Acht gelassen wird, um welches
der beschriebenen Kabel 1, 4, 5, 6 es
sich handelt, in Bezug zu welchem der Roboter navigiert wird.
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5 ist
eine schematische Ansicht von vier Stromkabeln 13–16.
Der Strom fließt
dabei in dieser Ansicht vom Betrachter weg, wodurch das Magnetfeld
um das Kabel herum die in der Figur angegebene Richtung aufweist.
Weitere Einzelheiten im Zusammenhang mit den Figuren werden nachstehend unter
Verweisung auf 1 und 2 beschrieben.
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Nun
werden unter Bezugnahme auf die Figuren die Funktionen der Kabel 1, 4, 5, 6 und
der Signalgeber 3, 7, 8 beschrieben.
Das Prinzip besteht hier darin, dass der Signalgeber durch jedes
der Kabel jeweils einen elektrischen Strom überträgt. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld
um das Kabel herum, das in 4–5 dargestellt
ist. Da das Stromkabel induktive Eigenschaften aufweist, wird ein
Stromimpuls, der aus einem durch den Kabeldraht übertragenen Spannungsimpuls
stammt, verzögert.
Dies bedeutet, dass es einige Zeit dauert, ehe der Strom der Definition
nach dem Ohm'schen
Gesetz (I = U/R) entspricht. Der Stromimpuls weist eine ansteigende Kurve
mit einer im Wesentlichen exponentiellen Form auf und erreicht schließlich den
Wert gemäß diesem Stromgesetz.
Das heißt,
dass während
des Anfangs jedes neuen Span nungsimpulses das Leitsystem in einem
ersten Zeitraum nicht so arbeitet, wie es nach den üblichen
elektrischen Theorien, zum Beispiel dem Ohm'schen Gesetz, der Fall wäre. Dies
ist auch während
der Endphase des Stromimpulses der Fall, wobei das System wieder
eine gewisse Verzögerung aufweist.
Dies wird in 10 noch weiter dargestellt, die
später
noch ausführlicher
erläutert
wird. Die Induktivität
eines Stromkabels hängt
von seiner Länge ab,
davon, wie es positioniert ist, und von der Form des Kabels. Stromkabel,
die nahe bei einander angeordnet sind, aktivieren die Induktivität jedes
Kabels. Die Kenntnis dessen, wie die Induktivität aktiviert wird, sollte unbedingt
präsent
sein, um zu verstehen, wie das Leitsystem funktioniert.
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Das
Leitsystem arbeitet durch Übertragung von
Stromimpulsen durch die Stromkabel 1, 4, 5, 6 als
Teile des vorliegenden Systems. Die Impulse weisen gemäß der Darstellung
in 2 eine Länge
von 50 μs
oder 100 μs
auf. Die definierten Impulsdauern dieser Impulse sollen jedoch nicht
als Einschränkung des
Umfangs der Erfindung betrachtet werden. Die hier angegebenen Längen repräsentieren
deshalb nur geeignete Werte für
das Ausführungsbeispiel, das
der Veranschaulichung dient. Ganz wesentlich ist dabei, dass das
Leitsystem mit charakteristischen Stromimpulsen arbeitet, zwischen
denen der Strom sich in einem Ruhezustand befindet. Einem Fachmann
auf diesem Gebiet ist es verständlich,
dass die hier beschriebene Erfindung gemäß dieser Anmeldung auch die
Fälle umfasst,
in denen die prozentuale Beziehung zwischen den Zeitabschnitten,
in denen ein Stromimpuls auftritt, und den Zeiträumen, in denen kein Impuls
vorliegt, von den in 2 dargestellten Angaben abweichen
kann. Der Fachmann wird auch erkennen, dass ein System mit nur einem Kabel, über welches
ein Signal übertragen
wird, ebenfalls vom Umfang der Erfindung erfasst ist. Ein solches
System stellte das einfachste Ausführungsbeispiel im Rahmen der
Erfindung dar.
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Die
Stromimpulse werden von den Signalgebern 3, 7, 8 unter
Einsatz eines Gegentaktelements mit einer Spannung zwischen den
Polen von 40 V übertragen.
Gegentaktelement bedeutet hier, dass die Pole während jedes Stromimpulses umgeschaltet werden,
was dazu führt,
dass der Wert Spitze-Spitze durch das Kabel größer wird als im Falle der Verwendung
eines regulären
Impulses von 40 V. Der Grund für
das Arbeiten mit einem Wert Spitze-Spitze liegt darin, dass die
Stromstärke
wichtig ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das der Empfänger 11 erfassen kann.
In einigen Ländern
ist es bei Leitsystemen wie dem hier dargestellten nicht zulässig, mit
einer Spannung von über
40 V zu arbeiten. Wenn das System eine hohe Induktivität aufweist,
besteht die Gefahr, dass die Stärke
des Magnetfeldes zu gering wird, wenn mit einem Impuls von 50 μs gearbeitet
wird, so dass es von dem Sensorsystem nicht mehr erfasst werden
kann. Statt nun die Dauer des Impulses zu verlängern, was zu einem höheren Energieverbrauch und
zur Gefahr störender
Magnetfelder aus dem gleichen Leitsystem führen würde, könnte man mit Gegentaktelementen
arbeiten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das nur der
Veranschaulichung dient, führt
der Einsatz von Gegentaktelementen zu einer Stromstärke von
1–2 Ampere.
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9 stellt
das Ergebnis eines Gegentaktelements dar. Die Gesamtdauer der Stromimpulse 40–42 entspricht
dabei einem Stromimpuls in dem Leitsystem. Der erste Spannungsimpuls 40 und
der letzte Spannungsimpuls 41 im oberen Diagramm werden
nach außen
in das Kabel mit der gleichen Polarität übertragen. Zwischen dem ersten
und dem letzten Spannungsimpuls wird die Polarität umgeschaltet, was die Übertragung
des mittleren Spannungsimpulses 42 im gleichen oberen Diagramm
mit einer Polarität
veranlasst, die, bezogen auf die anderen Impulse 40–41,
umgeschaltet ist. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist als Stromimpuls
im untersten Diagramm dargestellt. Der Wert Spitze-Spitze I 44 ist bei
diesem Vorgang doppelt so groß,
wenn man seinen Wert vergleicht, wie in dem Fall, dass nur mit einem
langen Impuls mit einer Polarität
gearbeitet wird. Die Charakteristika des Stromimpulses mit steil
abfallenden Abschnitten sind von der Induktivität des Kabels abhängig.
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2 zeigt
ein Prinzip, bei dem der Impuls 20 einem Hauptimpuls A0
mit einer Länge
von 100 μs entspricht.
Das für
dieses illustrative Ausführungsbeispiel
beschriebene Prinzip sollte dabei nicht als Einschränkung des
Umfangs der Erfindung aufgefasst werden. Es sind im Rahmen der Erfindung
auch andere Impulslängen
möglich.
Die Figur stellt eine idealisierte Ansicht von Stromimpulsen dar,
welche der unrealistischen Situation entsprechen, dass das Kabel
keinerlei Induktivität
aufweist. Außerdem
ist der Einsatz eines Gegentaktelements nicht dargestellt. Die Periode 21 beträgt bei dieser
Darstellung und bei dem illustrativen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung 12 ms, was mit einer Frequenz von 83 Hz korrespondiert.
Zwischen jeweiligen Hauptimpulsen ist auch noch Raum für zusätzliche Impulse.
Für einen
Fachmann auf diesem Gebiet liegt es auf der Hand, dass Leitsysteme,
die auf einer anderen Frequenz als das hier dargestellte Ausführungsbeispiel
arbeiten, ebenfalls vom Umfang der Erfindung erfasst werden.
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Der
Impuls S1 22 in der Figur hat eine Dauer von 50 μs, wobei
der Impuls die gleiche Periode wie A0 besitzt und 1 ms nach A0 eintrifft.
Die Zeit von 1 ms wurde we gen des Verstärkers der Steuereinheit 12 gewählt, dem
Zeit gelassen werden muss, um sich zwischen den Impulsen wieder
zurückzustellen.
Die Zeit zur Zurückstellung
hängt vom
Abklingverhalten des A0-Impulses in den Koppelkondensatoren des Verstärkers ab.
Der Stromimpuls S2 24 in der Figur besitzt die gleiche
Länge und
Periode wie der Impuls S1 und trifft 2 ms (25) nach A0
ein. Schließlich
gibt es in der Figur auch noch einen Impuls S3 35, der
die gleiche Dauer und Periode wie S1 und S2 besitzt und 3 ms (27)
nach A0 eintrifft. Der Abstand von 1 ms wird immer in Abhängigkeit
vom Abklingverhalten früherer Stromimpulse
ausgewählt.
Die Impulse werden von den Signalgebern 3, 7, 8 erzeugt,
bei denen der Signalgeber 3 sowohl A0 als auch S1 erzeugt,
wohingegen der Signalgeber 7 den Impuls S2 und der Signalgeber 8 den
Impuls S3 erzeugen.
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In 5 sind
vier Kabel 13–16 dargestellt, welche
den Kabeln 1, 4, 5, 6 aus 1 entsprechen. Zieht
man 2 und 5 heran und lässt man
das Kabel 13 dem Kabel 1 entsprechen, und so fort,
werden die Magnetfelder T0 bis T3 verursacht, die von den Kabeln übertragen
werden und dann den Stromimpulsen 20, 22, 24,
und 26 entsprechen. Dabei treten die Magnetfelder zu unterschiedlichen
Zeitpunkten auf und können
von der Steuereinheit 12 des Sensorsystems zu verschiedenen
Zeitpunkten verarbeitet werden. Dabei kann die Steuereinheit die
Position der Empfangseinheit in Bezug zu jedem einzelnen Stromkabel,
welches ein Magnetfeld überträgt, bewerten.
Wie weiter oben bereits ausgeführt,
bedeutet dies, dass die Steuereinheit anhand der Erfassung der Charakteristika
des Magnetfeldes über
die Zeit erkennen kann, auf welcher Seite eines Kabels 1, 4, 5, 6 der
Roboter positioniert ist. Das vorliegende Leitsystem erbringt deshalb
einen Vorteil im Vergleich zu älteren
Suchsystemen, die beispielsweise mit kontinuierlichen Sinuswellen
arbeiten, bei denen jedes Stromkabel, das Magnetfelder überträgt, Magnetfelder,
die von anderen Stromkabeln geführt
werden, stört.
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Der
Einsatz von Stromimpulsen definiert den Umfang der vorliegenden
Erfindung. Da der Stromimpuls während
eines kurzen zeitlichen Intervalls auftritt, und da das Sensorsystem
nur während
eines Zeitintervalls, das dem Stromimpuls entspricht, auf die Erfassung
von Magnetfeldern ausgerichtet ist, ist das Leitsystem 11, 12, 13 in
der Lage, magnetisches Rauschen auszusortieren, das den Betrieb
des Roboters stören
könnte.
Andere wesentliche Aspekte sind die Bildung kurzer starker Stromimpulse,
welche gegenüber
dem Rauschen dominant sind, und der geringere Energieverbrauch.
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Wenn
die Stromimpulse im Verhältnis
zur Periode kurz gehalten werden, ist das Leitsystem gegenüber störendem magnetischem
Rauschen von externen Quellen weniger empfindlich. Wird das System
in der Weise ausgelegt, dass das störende Rauschen das System nur
für ein
kurzes Zeitintervall pro Periode aktiviert, arbeitet das System
besser. Da das Leitsystem in der Form ausgelegt wurde, dass es seine
Synchronisierung beibehält,
ist nicht-synchronisiertes störendes
Rauschen nicht in der Lage, Störungen
für das
System hervorzurufen und umgekehrt.
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Die
Arbeitsweise des Detektorsystems wird nachstehend unter Bezugnahme
auf die Figuren beschrieben. Die 6 und 7 sind
Ablaufdiagramme, welche einige der Algorithmen darstellen, mit denen
das Detektorsystem arbeitet. Diese beziehen sich auf die Verarbeitung
der Signale, welche die Stromimpulse in den Kabeln erzeugen. Der Hauptzweck
bei der Kommunikation von den Stromkabeln 1, 4, 5, 6 aus
zu dem Sensorsystem 11, 12, 13 auf dem
Roboter besteht darin, den Roboter in die Lage zu versetzen, seine
Bewegungen bezüglich
der Kabel zu steuern. Diese Bewegungen und andere betriebsbezogene
Aspekte werden im Anschluss an die Darstellung des Algorithmus beschrieben.
Die Signalgeber 3, 7, 8 erzeugen in den
Stromkabeln Stromimpulse 20, 22, 24, 26,
welche die Impulse des Magnetfeldes erzeugen, die von den Kabeln
aus übertragen
werden. Der Empfänger 11 des
Detektorsystems, das dabei auf dem Roboter 2 angeordnet
ist, erfasst die Magnetfeldimpulse. Diese Impulse werden erfasst,
wenn sie einen bestimmten Schwellwert überschreiten. Der Schwellwert
liefert dem Sensorsystem eine weitere Option zum Aussortieren von
Signalen, die von externen Signalquellen ausgehen und häufig eine
geringere Intensität
aufweisen.
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Die
Spule der Empfängereinheit 11 erzeugt eine
induktive Spannung e, deren augenblicklicher Wert dabei proportional
zu der zeitlichen Ableitung (dφ/dt)
der erfassten Stärke
des Magnetfeldes ist. N entspricht dabei der Anzahl der Wicklungen
in der Spule: E = N·dφ/dt.
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Dabei
zeigen die Vorderflanke und die rückwärtige Flanke der Stromimpulse 20, 22, 24, 26 die größte Ableitung
(Steigung) und verursachen in der Spule der Empfängereinheit 1 eine
Spannung mit einem ausgeprägten
Spannungsimpuls an der Vorderflanke des Stromimpulses und eine Spannung
mit ähnlich
ausgeprägtem
Spannungsimpulse von entgegen gesetzter Polarität an der rückwärtigen Flanke des Stromimpulses.
Beim Abtasten nach A0 (dem Hauptstromimpuls) erfasst die Steuereinheit
die an der Spule erzeugten ausgeprägten Spannungsimpulse, welche
den Flanken des Stromimpulses entsprechen. Dies wird in 10 noch
weiter dargestellt.
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Das
bedeutet, dass die Steuereinheit 12 bestimmen kann, wie
lang ein charakteristischer Stromimpuls ist und wie lang der Ruhezustand
zwischen zwei Stromimpulsen ist. Dies wird deswegen erreicht, weil
die Steuereinheit aus einem auftretenden positiven Spannungsimpuls
ermittelt, dass ein Stromimpuls beginnt – alternativ: endet – und aus
einem auftretenden negativen (also entgegen gesetzten) Spannungsimpuls
dementsprechend ermittelt, dass ein Stromimpuls nun endet, oder
alternativ: beginnt. Wie dies bewerkstelligt wird, wird nachstehend
noch beschrieben. Technische Merkmale, welche die Steuereinheit
die vom Empfänger 11 empfangenen Signale
umkehren oder verstärken
lässt,
um dessen Fähigkeit
zur Signalbestimmung zu verbessern, werden als unter den Umfang
der Erfindung fallend betrachtet. In ihrem am breitesten angelegten
Ausführungsbeispiel
weist die Erfindung eine Steuereinheit auf, welche der Kombination
aus Stromimpulsen und Ruhezuständen
bei einem Stromsignal entspricht, das in einem Kabel 1, 4, 5, 6 übertragen
wird.
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Die
Steuereinheit 12 initialisiert den Algorithmus (vgl. 6),
indem sie sich in den Zustand für die
Erfassung der Flanken der von den Signalgebern 3, 7, 8 übertragenen
Stromimpulse schaltet, wobei diese Flanken Träger der Informationen über die
Magnetfeldimpulse sind. Der Grund dafür liegt darin, dass die Erfassung
des Auftretens der Hauptimpulse A0 gestartet werden soll.
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Wenn
die Spannungsimpulse der Magnetfeldimpulse 20, 22, 24, 26 empfangen
wurden, definiert das Sensorsystem 11, 12, 13 den
zeitlichen Abstand zwischen einem positiven Spannungsimpulse und
einem nachfolgenden negativen Spannungsimpuls, oder umgekehrt. Da
das Sensorsystem zu diesem Zeitpunkt nur Stromimpulse von 100 μs erfasst,
ist die Steuereinheit 12 in die Lage versetzt, sich mit
den Signalen von den Signalgebern zu synchronisieren. Aus Gründen der
Sicherheit beginnt das Sensorsystem mit der Erfassung von 30 μs-Signalen
(29) vor dem Zeitpunkt zu dem die Vorderflanke des Impulses A0
auftreten sollte; vgl. unteres Diagramm in 2. Wenn
die Steuereinheit erkannt hat, dass es sich bei dem auftretenden
Impuls um einen A0-Impuls handelt, und wenn die Einheit zuvor einen
anderen A0-Impuls erfasst hat, dann passt die Einheit ihre Periode
anhand der von den Impulsflanken erhaltenen Informationen entsprechend
an.
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7 zeigt,
wie die Steuereinheit 12 das Sensorsystem 11, 12, 13 synchronisiert,
wobei diese Synchronisierung dem Zusammenwirken zwischen dem Roboter 2 und
den Signalgebern 3, 7, 8 entspricht.
Die Steuereinheit erfasst laufend A0-Impulse und regelt ihre Periode
anhand dieser Informationen ein. Da die Steuereinheit nur während bestimmter Zeitintervalle
Impulse umfasst, beispielsweise innerhalb des zeitlichen Fensters 28, 29 gemäß 2,
ist es wichtig, dass die Periode für das Sensorsystem der Periode
für die
Signalgeber entspricht. Um zu vermeiden, dass ein A0-Impuls mit
störendem
Rauschen, der von einer externen Quelle kommt, das Leitsystem störten könnte, wird
die Regulierung der Periode für
das Detektorsystem schrittweise vorgenommen.
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Ein
vereinzelter A0-Impuls innerhalb des Zeitintervalls von 30 μs, der in 2 durch 28 und 29 begrenzt
wird, sollte von selbst nicht in der Lage sein, die Synchronisierung
des Sensorsystems in Gang zu setzen, da es sich bei diesem Impuls
um ein Rauschsignal von einem außerhalb liegenden System handeln
kann. Deshalb wird die Periode für
das Sensorsystem 11, 12, 13 auf der Grundlage
eines Teils der Divergenz zwischen der augenblicklichen Periode eingeregelt,
die von dem Sensorsystem berechnet wird, und der aktuellen Periode,
die von den A0-Impulsen definiert wird, welche von den Signalgebern übertragen
werden. Deshalb müssen
mehrere „richtige" A0-Impulse erfasst
werden, ehe die Periode des Sensorsystems schließlich eingestellt wird. Die
Gefahr, dass mehrere störende
Rauschimpulse nach einander auftreten, wird als sehr gering angesehen. Aus
Sicherheitsgründen
wird der Algorithmus nur dann aktiviert, wenn sich die gezählte Anzahl
akzeptierter Impulse verringert. Der Grund hierfür liegt darin, dass vermieden
werden soll, dass das Sensorsystem laufend mit der falschen Periode
arbeitet.
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Es
ist wichtig, dass die Periode für
das Sensorsystem 11, 12, 13 korrekt eingestellt
ist. Dies ist eine notwendige Bedingung dafür, dass die Signalgeber und
das Stromkabel zur Kommunikation mit dem Roboter in der Lage sind.
Wenn die Periode nicht korrekt ist, ist das Erfassungsfenster laufend
versetzt und erfasst das Sensorsystem die Impulse zum falschen Zeitpunkt.
Damit ist die Steuereinheit nicht mehr in der Lage, irgendwelche
magnetischen Impulse vom Stromkabel zu erfassen.
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Was
ist der Zweck bei dieser Kommunikation zwischen dem Stromkabel 1, 4, 5, 6 und
den Robotern und weshalb ist es so wichtig, dass diese funktioniert?
Der Hauptzweck besteht darin, die Bewegungen des Roboters bezüglich einer
Oberfläche
zu steuern. Das bedeutet, dass bei dem illustrativen Ausführungsbeispiel
der Roboter innerhalb einer Fläche
bleiben können
sollte, die von dem außen
liegenden Stromkabel 1 und/oder von Flächen umgeben ist, welche ihrerseits
von den Stromkabeln 4, 5, 6 umgeben sind.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel überträgt der Signalgeber 3 die
Impulse A0 über das
Kabel 1. Das Detektorsystem 11, 12, 13 des
Roboters erfasst die A0-Impulse und stellt seine Periode anhand
der Informationen ein, die der Impuls A0 in sich trägt (vgl. 6 bis 7).
Der Umstand, dass A0 existiert, ist deshalb für die Kommunikation erforderlich.
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Da
der Roboter 2 die Feldstärke von A0 erfassen kann, ist
ihm bekannt, wann er an das Kabel 1 heranfährt. Wenn
der Empfänger 11 das
Kabel 1 überquert
hat, schaltet das Magnetfeld, das von dem Sensorsystem 11, 12, 13 erfasst
wird, in die entgegen gesetzte Richtung um; vgl. 5.
Die Steuereinheit 12 erfasst stattdessen einen negativen
Spannungsimpuls, wenn ein Stromimpuls einsetzt, und einen positiven
Spannungsimpuls, wenn ein Stromimpuls endet. Die auf jeder Seite
des Kabels gewählten
Charakteristika, positiv und negativ, sollen nur dazu dienen, die
entgegen gesetzten Richtungen des Magnetfeldes darzustellen. Es
ist sehr wohl möglich,
dass die erzeugten Spannungsimpulse eine entgegen gesetzte Richtung
aufweisen, was einen positiven Spannungsimpulse bedeutet, wenn ein
Stromimpuls einsetzt, und einen negativen Spannungsimpuls, wenn
ein Stromimpuls endet.
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In 10 wird
die Situation noch deutlicher veranschaulicht. In dem oberen Diagramm
sind zwei Strompulse 45 (ohne Darstellung eines Gegentaktelements)
dargestellt. Diese Impulse weisen geneigte Seiten (Flanken) auf,
was durch die Induktivität
in dem Kabel verursacht wird und diese darstellt. Dies bedeutet,
dass das Kabel „im
Strom langsam" ist. Wenn
sich der Roboter 2 bewegt und ein Kabel überquert,
erfasst das Sensorsystem 11, 12, 13 dies
so, als ob das von den Stromimpulsen erzeugte Magnetfeld seine Richtung änderte.
Die Impulse 50 stellen die Feldrichtung dar, die von dem
Sensorsystem dann erfasst werden, wenn sich das System auf einer Seite
des Kabels befindet, und die Impulse 50' stellen die erfasste Feldrichtung
dar, wenn sich das System auf der anderen Seite des Kabels befindet.
Das Magnetfeld ist als B angegeben (in Tesla gemessen) und die Magnetfeld-Impulse 50/50' erscheinen
genauso wie die Stromimpulse 45.
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In
dem nächsten
Diagramm darunter ist die Spannung in der Empfängerspule dargestellt. Die Spannung
ist dabei vereinfacht in Form der Spannungsimpulse 46–49 in dem
Diagramm dargestellt. Dabei repräsentiert
U den Spannungspegel. Der induzierte Spannungsimpuls hängt von
der zeitlichen Ableitung des Magnetfeldes ab, wie zuvor schon beschrieben
wurde, und erscheint in Wirklich in komplizierterer Form. Die in
festen Strichen eingezeichneten Spannungsimpulse 46–47 werden
von den Magnetfeldimpulsen 50 induziert. Die Impulse 46 werden dann
induziert, wenn der Magnetfeldimpuls am Anfang der positiven geneigten
Flanke des Impulses einsetzt, und die Impulse 47 werden
dann induziert, wenn der Magnetfeldimpuls am Anfang der negativen
geneigten Flanke des Impulses endet. Die mit gestrichelten Linien
eingezeichneten Impulse 48–49 werden von den
Magnetfeldimpulsen 50' induziert. Die
Impulse 48 werden dann induziert, wenn der Magnetfeldimpuls
am Anfang der negativen geneigten Flanke des Impulses einsetzt (negativ,
da der Impuls negativ ist), und die Impulse 49 werden dann
induziert, wenn der Magnetfeldimpuls am Anfang der positiven geneigten
Flanke des Pulses einsetzt (positiv, da der Impuls negativ ist).
Dies bedeutet, dass die Spannungsimpulse ihre Richtung umschalten,
wenn das Signalsystem das Kabel überquert.
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In
dem untersten Diagramm in 10 wird dargestellt,
wie das Sensorsystem 11, 12, 13 ein Signal
anhand des Auftretens der Spannungsimpulse 46 bis 49 erzeugt
(als „T" in dem Diagramm
definiert). Die Breite der Impulse 51/51' liefert ein
vereinfachtes Bild der Situation. Die Breite der Impulse 51/51' stellt den
erfassten Zeitraum dar, nämlich
zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Stromimpuls einsetzt, und dem Zeitpunkt,
zu dem er endet. Dies bedeutet, dass das Sensorsystem die Breite
eines Stromimpulses und die Breite der Zeitspanne kennt, in deren
Verlauf kein Impuls auftritt. Der Impuls 51' veranschaulicht den Umstand, dass
das Sensorsystem erfasst, dass der Stromimpuls die Richtung umschaltet,
wenn das System das Kabel überquert.
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In
dem Diagramm wird dies dadurch veranschaulicht, dass der Impuls
unterhalb der mit durchgezogenem Strich eingezeichneten Zeitachse „t" zu finden ist. Wenn
die Zeitachse nach unten versetzt wird, was der in gestrichelter
Linie eingezeichneten Achse entspricht, so dass die unterste Seite
des Impulses 51' die
Zeitachse berührt,
so versteht das Sensorsystem stattdessen die Abwesenheit des Impulses 51/51' als Impuls.
Dies ist mit der durchgezogenen Linie 52 dargestellt. Es
ist theoretisch möglich, darzustellen,
wie das Sensorsystem 11, 12, 13 die Informationen
erfassen kann, die von den Spannungsimpulsen herangeführt werden.
Die Absenkung oder Anhebung der Zeitachse stellt nur eine Definition dessen
dar, wo die Bezugslinie liegen soll, und ändert nichts an dem Umstand,
wie das Sensorsystem die entstandene Situation erfasst.
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Die
Charakteristika der Stromimpulse, wie sie von dem Sensorsystem erfasst
werden, verändern
sich deshalb und hängen
davon ab, auf welcher Seite eines Kabels 1, 4, 5, 6 der
Empfänger 11 positioniert
ist. Dies bedeutet, dass das Sensorsystem beim Überqueren eines Kabels erfasst,
dass sich das Impulsverhältnis
zwischen Zeiträumen,
in denen ein Impuls auftritt, und den Zeiträumen, in denen ein Ruhezustand
vorliegt, ändert.
Das Sensorsystem 11, 12, 13 kann diese
Veränderung
im Verhältnis
dazu verwenden, um zu dem Schluss zu kommen, auf welcher Seite des
Kabels es positioniert ist. Das Sensorsystem erzeugt dann auf der
Grundlage des in 10 als „T" definierten Signals weitere Signale, die
schließlich
an die Motoreinheit 13 übertragen werden,
um den Roboter in einer bestimmten Art und Weise zu betreiben.
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Wenn
der Steuereinheit 12 all dies bekannt ist, könnte sie
unter Heranziehung eines Algorithmus arbeiten, welcher es möglich macht,
dass der Roboter innerhalb eines Bereichs bleibt, der von dem außen liegenden
Stromkabel 1 umgeben ist. Sofern sich der Roboter aus einem
Gebiet heraus bewegt, steuert die Einheit in derartigen Fällen die
Bewegungen des Roboters in der Weise, dass er sich zurück in den
Bereich bewegt, innerhalb dessen er arbeiten soll. Eine derartige
Bewegung ist in 8 mit dem Bezugszeichen 30 dargestellt.
Ein alternativer Algorithmus könnte
es möglich
machen, dass der Roboter eine Bewegung entsprechend dem Bezugszeichen 31 in 8 ausführt, was
bedeutet, dass sich der Roboter entlang eines Stromkabels bewegt.
Die Zickzack-Bewegung ist in Wirklichkeit sehr begrenzt. Die Verwendung
von empfindlich ansprechenden Bauelementen und eines guten Algorithmus
verringert das Zickzack-Verhalten, wenn der Roboter dem Kabel folgt.
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Die
Erfindung in der Form, wie sie bei dem illustrativen Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, arbeitet mit Stromimpulsen von 100 μs und 50 μs und einer Periode
von 12 ms. Eine andere Möglichkeit,
dies zu definieren, stellt ein asymmetrisches Schaltspiel dar. Das
Schaltspiel bezieht sich dann auf die Teilung zwischen Stromimpulsen
als Ruhezuständen
während einer
Periode von 12 ms. Diese Unterteilung bzw. dieses Verhältnis ließe sich
als quotenmäßiger Anteil oder
als Prozentanteil ausdrücken.
Ein asymmetrisches Schaltspiel bedeutet, dass das Verhältnis zwischen
Zeiträumen
mit Stromimpulsen und Zeiträumen
mit Ruhezuständen über eine
Periode von 12 ms ei nen anderen Wert als 50% oder 1/1 aufweist. Wenn
während
einer Periode von 12 ms nur ein Impuls von 100 μs auftritt, beträgt die Teilung
1/120 bzw. 0,8%.
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Wie
bereits ausgeführt,
ist dem Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass die vorliegende Erfindung,
wie sie in dieser Anmeldung beschrieben wird, auch Fälle umfasst,
in denen die Teilung anders als die vorstehend dargestellte ist.
Da das nur der Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiel ein Signal mit
einem asymmetrischen Schaltspiel aufweist, ermittelt die Steuereinheit 12 eine
deutliche Veränderung
im Verhältnis,
wenn der Roboter ein Kabel 1, 4, 5, 6 überfährt. Die
Steuereinheit stellt dann fest, dass das Verhältnis sich von 1/120 zu 120/1
oder entsprechend von 0,8% zu 99,2% verändert hat. Die veränderte Teilung
ist offensichtlich ein Hinweis darauf, dass ein Kabel überquert
wurde. Die Steuereinheit 12 kann diese Information dazu
verwenden, den Roboter bezüglich
eines Kabels zu navigieren.
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Die
Signale S1 bis S3 – 22, 24, 26 in 2 – wurden
bereits weiter vorn in dieser Anmeldung erwähnt. Sie besitzen eine Breite
von 50 μs,
die nicht mit dem Wert von 100 μs
zu verwechseln ist, welche das Sensorsystem zur Synchronisierung
mit den Signalgebern heranzieht. Die 50 μs-Impulse besitzen die gleiche
Periode 21 und werden in Bezug auf A0 synchronisiert und
wenn das Sensorsystem deren Auftreten erfasst (die Erfassung kann
an die Anzahl der verwendeten Stromkabel angepasst werden), so kann
es Erfassungsfenster 28 öffnen, um diese zu empfangen.
Die Impulse S1 bis S3 werden dann nicht verwendet, wenn das Sensorsystem
in Bezug zu den Signalgebern synchronisiert wird. Deshalb sind die
einzigen Informationen, die von diesen aus benötigt werden, die Richtung des
erfassten Magnetfeldes und dessen Stärke. Ein erster Zweck bei diesen
50 μs-Impulsen
besteht darin, den Roboter in die Lage zu versetzen, sich bezüglich anderer
Stromkabel 4, 5, 6 als des außen liegenden
Kabels 1 zu bewegen und zu navigieren.
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Dies
bedeutet bei 8 zum Beispiel, dass ein Algorithmus,
der mit dem Impuls S2 arbeitet, welcher über das Kabel 5 übertragen
wird, den Roboter in der Weise ansteuert, dass er in einer bestimmten Bewegung
navigiert, die mit 32 angegeben ist. Der Algorithmus stellt
sicher, dass der Roboter dem Kabel in einer bestimmten Richtung
folgt. Der Algorithmus kann beispielsweise dann herangezogen werden,
wenn der Signalgeber 7 auch mit einer Ladestation für die Batterien
des Roboters ausgerüstet
ist. Der Roboter würde
unter Verwendung eines anderen Algorithmus auf den Impuls S3 lauschen
und sich innerhalb eines Gebietes bewegen, das von dem Kabel 6 um schlossen
ist – vgl.
Bewegungspfad 33. Dies könnte dann von Nutzen sein,
wenn ein bestimmter Bereich eine höhere Intensität in der
Behandlung erfordert, zum Beispiel einen intensiveren Schnitt, wenn
es sich bei der Vorrichtung um einen automatischen Rasenmäher handelt.
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Damit
das Sensorsystem entscheiden kann, welchen Algorithmus es verwenden
sollte, wenn es Signale erfasst, können noch mehr Impulssignale
herangezogen werden. Da die Periode für das Leitsystem 12 ms
beträgt
und das Zeitintervall für
einen Impuls nur 50–100 μs lang ist,
ist reichlich Raum für mehr
Impulse vorhanden. Wird ein anderes Signal, beispielsweise der Impuls
S1, herangezogen, ist das Leitsystem in der Lage, Meldungen zwischen
dem Roboter und den Signalgebern zu senden. Das Sensorsystem wartet
auf den Impuls S1 und jeder S1-Impuls repräsentiert dann einen digitalen
Wert 1 oder 0. Wird eine 8er-Gruppe nach jeder zweiten erscheinenden
Periode dazu verwendet, eine kodierte S1-Meldung zu übertragen,
so ist der Signalgeber in der Lage, einen bestimmten Algorithmus
auf dem Roboter zu aktivieren. Wenn später noch ein weiteres Stromkabel
an das System angeschlossen wird, dann kann mehr Raum in der Periode
zur Übermittlung
von weiteren Meldungen von dem Signalgeber aus unter Verwendung
dieses Kabels genutzt werden. Ein Beispiel für eine derartige Kommunikation liegt
dann vor, wenn das Sensorsystem 11, 12, 13 bestätigt, dass
der Signalgeber tatsächlich
Impulse überträgt. Dies
gewährleistet,
dass eine Abschaltung der Stromzufuhr zum Signalgeber keinerlei
Probleme hervorruft.
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Weitere
Optionen könnten
darin bestehen, dass der Roboter auch Signale zurück zu den
Signalgebern übertragen
darf. Auf diese Weise wird eine Kommunikation in zwei Richtungen
ermöglicht,
die zu verschiedenen Zwecken herangezogen werden kann.
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Mögliche Einsatzbereiche
für einen
Roboter dieser Art gemäß dem illustrativen
Ausführungsbeispiel
sind Roboter zur Behandlung, zum Beispiel Staubsauge-Roboter oder
Rasenmäh-Roboter.
Derartige Roboter enthalten Bearbeitungswerkzeuge wie Messer oder
Bürsten.
Bei derartigen Einsatzzwecken ist es möglich, dass die Steuereinheit 12 diese
Werkzeuge anhand von Informationen in Betrieb nimmt, die von den
Signalgebern übertragen
werden. Zum Beispiel können
die Messer bei bestimmten Gelegenheiten oder Bewegungen abgeschaltet
werden. Eine andere Art von Robotern, bei denen die vorliegende
Erfindung zum Einsatz kommt, könnten
Reinigungsroboter zum Feuchtwischen von größeren Bodenflächen sein,
zum Beispiel im In dustriebereich. Die Art des Roboters, bei dem
das Leitsystem verwendet wird, ist nicht wesentlich, was bedeutet,
dass die Anmeldung sich auf das Leitsystem bezieht.
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Das
der Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiel bezieht sich
auf ein Leitsystem mit vier Stromkabeln, drei Signalgebern und einem
Roboter. Die Aufgabe dieses illustrativen Ausführungsbeispiels besteht darin,
den Umfang der Erfindung zu erläutern.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Möglichkeit, eine andere Anzahl
von Kabeln und/oder Signalgebern anzupassen, und unter Umständen auch
mehr als einen Roboter zu verwenden. Weitere Ausführungsbeispiele
gelten als vom Umfang der Erfindung umfasst, wie er in Anspruch
1 definiert ist. Aus diesem Grund ist die Erfindung nicht auf das
vorstehend dargestellte und in den Figuren abgebildete Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Stattdessen kann sie in jedem Bereich eingesetzt werden, innerhalb
dessen ein Leitsystem für
eine automatische Vorrichtung auf Rädern, beispielsweise ein Roboter,
eingesetzt werden kann.