IT201900010650A1 - Dispositivo mobile, metodo per stimare l’incertezza della posizione di tale dispositivo mobile e metodo per stimare l’orientamento di tale dispositivo mobile - Google Patents

Dispositivo mobile, metodo per stimare l’incertezza della posizione di tale dispositivo mobile e metodo per stimare l’orientamento di tale dispositivo mobile Download PDF

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IT201900010650A1
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IT
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mobile device
antenna
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control unit
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IT102019000010650A
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Inventor
Michele Scapin
Mauro Cecchetto
Varna Vallone
Sean Robinson
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Stiga S P A In Breve Anche St S P A
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Description

DESCRIZIONE
annessa alla domanda di brevetto per BREVETTO D’INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:
“DISPOSITIVO MOBILE, METODO PER STIMARE L’INCERTEZZA DELLA
POSIZIONE DI TALE DISPOSITIVO MOBILE E METODO PER STIMARE
L’ORIENTAMENTO DI TALE DISPOSITIVO MOBILE”
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo mobile atto ad operare all’interno di un’area di lavoro, quale ad esempio terreni, prati, giardini o terreni agricoli. Il dispositivo mobile può essere un dispositivo per la manutenzione di terreni, ad esempio un robot rasaerba a guida autonoma. La presente invenzione comprende inoltre un metodo per la stima dell’incertezza nella misurazione della posizione del dispositivo mobile ed un metodo per stabilire l’orientamento del dispositivo mobile.
STATO DELL’ARTE
Sono noti nel settore dispositivi mobili a guida autonoma (robot) utilizzabili in un’area di lavoro, quale ad esempio un giardino, per eseguire specifiche operazioni, in particolare il taglio di erba. Tali dispositivi sono soggetti a una normativa piuttosto severa in tema di sicurezza, dato che per l’esecuzione delle loro operazioni si avvalgono di carichi utili potenzialmente pericolosi, ad esempio una lama rotante. Soprattutto, tale normativa pone vincoli molto severi circa la capacità dei dispositivi di permanere nella loro area di lavoro. Una volta definiti i contorni di tale area di lavoro, tali contorni non possono essere oltrepassati dai dispositivi mobili a guida autonoma se non per sconfinamenti davvero minimi (indicativamente inferiori a 100 cm) ammissibili in base alle stringenti tolleranze previste dalla normativa.
Considerando che i contorni possono separare l’area di lavoro ad esempio da una strada o da una piscina, le stringenti tolleranze previste sono facilmente comprensibili, dato che i dispositivi mobili, qualora dovessero evadere significativamente dall’area di lavoro, nuocerebbero all’incolumità delle persone che transitano lungo la strada o che fanno il bagno nella piscina.
Di fatto, la normativa ha reso indispensabile, in sede di installazione di un dispositivo mobile autonomo, la posa di un filo perimetrale per definire fisicamente il contorno dell’area di lavoro. Tale posa è però operazione particolarmente indesiderata in quanto il filo perimetrale deve essere interrato o fissato tramite picchetti. All’aumentare delle dimensioni dell’area di lavoro e/o della complessità della geometria dell’area di lavoro, la posa del filo perimetrale diventa operazione sempre più complessa, lunga e faticosa. Inoltre il filo perimetrale può danneggiarsi (ad esempio per usura o a causa di eventi atmosferici), cosicché, a seguito di tali danneggiamenti, perde la sua efficacia nella delimitazione dell’area di lavoro del dispositivo mobile.
Neppure l’affermarsi di tecnologie satellitari sempre più performanti per la rilevazione della posizione sono finora riuscite a rendere non più indispensabile la posa del filo perimetrale che quindi, ad oggi, deve essere presente in corrispondenza di tutti i contorni dell’area di lavoro che possono essere oltrepassati dai dispositivi mobili a guida autonoma.
Per quanto riguarda le tecnologie satellitari, bisogna poi sottolineare come la guida autonoma dei dispositivi mobili sia particolarmente critica nelle cosiddette “zone d’ombra”, vale a dire nelle zone (ad esempio al di sotto di un albero a folta chioma o in prossimità di un muro di un edificio) in cui i dispositivi mobili ricevono il segnale da un numero insufficiente di satelliti, laddove un numero sufficiente di satelliti è considerato essere pari ad almeno quattro satelliti. Se una zona d’ombra è situata nei pressi di un contorno dell’area di lavoro e non è opportunamente ravvisata, ciò può creare serie criticità nella permanenza del dispositivo mobile nella propria area di lavoro.
Esempi di soluzioni tecniche che hanno tentato di risolvere gli inconvenienti connessi alla rilevazione (mediante tecnologie satellitari) della posizione di un dispositivo mobile in un’area di lavoro, senza però riuscire a garantire la necessaria affidabilità richiesta dalla normativa del settore, sono descritti nei documenti brevettuali CA2364737A1, WO2011/115563A1 ed US2018/0255704A1.
SCOPO DELL’INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è pertanto quello di risolvere almeno uno degli inconvenienti e/o limitazioni delle precedenti soluzioni nel settore tecnico dei dispositivi mobili a guida autonoma quali ad esempio robot rasaerba.
Un primo obiettivo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo mobile e/o un relativo metodo di funzionamento che renda possibile ottemperare alle stringenti disposizioni normative vigenti, senza richiedere la posa di un filo perimetrale.
Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di garantire un funzionamento sicuro del dispositivo mobile, anche in corrispondenza delle zone d’ombra eventualmente presenti nell’area di lavoro.
Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo mobile e/o un relativo metodo di funzionamento che tenga opportunamente conto delle peculiarità dei contorni dell’area di lavoro del dispositivo mobile. Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo mobile in grado di operare all’interno di un’area di lavoro definita secondo modalità particolarmente agevoli, efficaci ed intuitive e che consentano di avvalersi delle tecnologie di rete per programmare il funzionamento del dispositivo mobile e per eseguirne il monitoraggio e/o il controllo.
Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo mobile per cui sia possibile conoscerne (puntualmente e con adeguata accuratezza) l’orientamento.
Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di ricavare le informazioni necessarie affinché il dispositivo mobile a guida autonoma possa eseguire manovre ottimali, in particolare in corrispondenza di condizioni di avvio del dispositivo mobile. Questi obiettivi ed altri ancora, che appariranno maggiormente dalla seguente descrizione, sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni e/o da un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni e/o da un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni in accordo con una o più delle unite rivendicazioni e/o dei seguenti aspetti.
SOMMARIO
Aspetti dell’invenzione sono qui di seguito descritti.
Un primo aspetto indipendente della presente invenzione è relativo ad un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in particolare prati o giardini o terreni agricoli, ancor più in particolare dispositivo mobile (2) per il taglio di erba, comprendente:
- un telaio (3);
- mezzi di movimentazione (4) portati da detto telaio (3) per determinare la movimentazione di detto dispositivo mobile;
- mezzi di ricezione (10) configurati per ricevere almeno un segnale di posizione;
in cui un’unità di controllo (20) è operativamente collegata a detti mezzi di ricezione (10) in modo da determinare la posizione di detto dispositivo mobile (2) a partire dal segnale di posizione ricevuto da detti mezzi di ricezione (2), detta unità di controllo (10) essendo ulteriormente operativamente collegata a detti mezzi di movimentazione (4) in modo da pilotare detti mezzi di movimentazione (4) in funzione della posizione di detto dispositivo mobile (2).
Caratteristicamente, detti mezzi di ricezione (10) comprendono una prima antenna (11) configurata per ricevere un primo segnale di posizione ed una seconda antenna (12) configurata per ricevere un secondo segnale di posizione, detta prima antenna (11) essendo disposta in corrispondenza di una prima regione (3a) di detto telaio (3), detta seconda antenna (12) essendo disposta in corrispondenza di una seconda regione (3b) di detto telaio (3), detta prima regione (11) di detto telaio (3) essendo distinta da detta seconda regione (12) di detto telaio (3).
Un secondo aspetto della presente invenzione, dipendente dal primo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per stimare l’incertezza della posizione di detto dispositivo mobile (2) in funzione di detto primo segnale di posizione ed in funzione di detto secondo segnale di posizione.
Un terzo aspetto della presente invenzione, dipendente dal secondo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per determinare un valore misurato della distanza tra detta prima regione (3a) e detta seconda regione (3b) a partire da detto primo segnale di posizione e da detto secondo segnale di posizione.
Un quarto aspetto della presente invenzione, dipendente dal terzo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, detto dispositivo mobile (2) comprendendo ulteriormente un odometro operativamente collegato a detta unità di controllo (2) e configurato per emettere un segnale rappresentativo di un avanzamento di detto dispositivo mobile (2), in cui detta unità di controllo (20) è configurata per ricavare un avanzamento stimato di detto dispositivo mobile (2) in funzione di detto primo segnale di posizione e/o in funzione di detto secondo segnale di posizione e per confrontare detto avanzamento stimato di detto dispositivo mobile (2) con l’avanzamento di detto dispositivo mobile (2) ricavato per mezzo di detto odometro, al fine di validare l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2).
Un quinto aspetto della presente invenzione, dipendente dal terzo aspetto oppure dal quarto aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per comparare detto valore misurato con un predeterminato valore di riferimento, detto valore di riferimento essendo in particolare rappresentativo della distanza effettiva tra detta prima regione (11) e detta seconda regione (12).
Un sesto aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal secondo aspetto al quinto aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per confrontare l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2) con almeno un valore di soglia, detto valore di soglia essendo in particolare rappresentativo della massima incertezza consentita in una predeterminata porzione di un’area di lavoro (1) di detto dispositivo mobile (2).
Un settimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti precedenti, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per stimare l’orientamento (R) di detto dispositivo mobile (2) a partire da detto primo segnale di posizione e da detto secondo segnale di posizione.
Un ottavo aspetto della presente invenzione, dipendente dal settimo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, detto dispositivo mobile (2) comprendendo ulteriormente una bussola (13) operativamente collegata a detta unità di controllo (20) e configurata per emettere un segnale rappresentativo di un orientamento (R) di detto dispositivo mobile (2), in cui detta unità di controllo (20) è configurata per confrontare l’orientamento stimato di detto dispositivo mobile (2) con l’orientamento (R) di detto dispositivo mobile (2) ricavato per mezzo di detta bussola (13), al fine di validare l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2).
Un nono aspetto della presente invenzione, dipendente dal settimo aspetto oppure dall’ottavo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detta unità di controllo (20) è ulteriormente configurata per generare un segnale di comando a partire dall’orientamento (R) stimato di detto dispositivo mobile (2) e per trasmettere detto segnale di comando a detti mezzi di movimentazione (4), in particolare al fine di determinare una manovra di detto dispositivo mobile (2) in concomitanza con una condizione di avvio.
Un decimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti precedenti, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono ulteriormente un ricevitore (21) di detto almeno un segnale, detto ricevitore essendo operativamente interposto tra detta prima antenna (11) e detta unità di controllo (20).
Un undicesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dal decimo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detto ricevitore (21) di detto almeno un segnale è operativamente interposto tra detta seconda antenna (20) e detta unità di controllo (20).
Un dodicesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dall’undicesimo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detto ricevitore (21) è operativamente collegato a detta prima antenna (11) per mezzo di un primo ingresso (22) ed è operativamente collegato a detta seconda antenna (12) per mezzo di un secondo ingresso (23).
Un tredicesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dall’undicesimo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono ulteriormente un commutatore (25), in particolare un multiplexer, operativamente interposto tra dette prima antenna (11) e seconda antenna (12) e detto ricevitore (21).
Un quattordicesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dal decimo aspetto, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono ulteriormente un ricevitore addizionale (24) di detto almeno un segnale, detto ricevitore addizionale (24) essendo operativamente interposto tra detta seconda antenna (12) e detta unità di controllo (20).
Un quindicesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti precedenti, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, comprendente ulteriormente almeno un nodo di comunicazione operativamente collegato a detta unità di controllo (20) e configurato per consentire la trasmissione e/o la ricezione di segnali su una rete di comunicazione locale oppure remota.
Un sedicesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti precedenti, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale di un sistema satellitare globale di navigazione, in particolare secondo la tecnologia GPS.
Un diciassettesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti precedenti, è relativo ad un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale a radiofrequenza, in particolare di tipo Ultra wideband o Bluetooth.
Un diciottesimo aspetto della presente invenzione è relativo ad un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in particolare prati o giardini o terreni agricoli, ancor più in particolare di un dispositivo mobile per il taglio di erba, detto dispositivo mobile comprendendo: - un telaio (3);
- mezzi di movimentazione (4) portati da detto telaio (3) per determinare la movimentazione di detto dispositivo mobile (2);
- mezzi di ricezione (10) configurati per ricevere almeno un segnale di posizione;
in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono una prima antenna (11) ed una seconda antenna (12), detta prima antenna (11) essendo disposta in corrispondenza di una prima regione (3a) di detto telaio (3), detta seconda antenna (12) essendo disposta in corrispondenza di una seconda regione (3b) di detto telaio (3), detta prima regione (3a) di detto telaio (3) essendo distinta da detta seconda regione (3b) di detto telaio (3).
Il metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni comprende le fasi di:
a) ricevere un primo segnale di posizione per mezzo di detta prima antenna (11), e
b) ricevere un secondo segnale di posizione per mezzo di detta seconda antenna (12),
in cui l’incertezza della posizione di detto dispositivo mobile (2) è stimata in funzione di detto primo segnale di posizione ed in funzione di detto secondo segnale di posizione.
Un diciannovesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dal diciottesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, comprendente ulteriormente la fase di:
c) determinare un valore misurato della distanza tra detta prima regione (3a) e detta seconda regione (3b) a partire da detto primo segnale di posizione e da detto secondo segnale di posizione.
Un ventesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dal diciannovesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, comprendente ulteriormente la fase di:
d) comparare detto valore misurato con un predeterminato valore di riferimento, detto valore di riferimento essendo in particolare rappresentativo della distanza effettiva tra detta prima regione (3a) e detta seconda regione (3b).
Un ventunesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal diciottesimo aspetto al ventesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2) è validata mediante confronto con un segnale di riferimento, detto segnale di riferimento essendo in particolare generato per mezzo di un odometro associato a detto dispositivo mobile (2) e/o per mezzo di un sensore inerziale associato a detto dispositivo mobile e/o per mezzo di un sistema di visione associato a detto dispositivo mobile e/o per mezzo di un ricevitore di almeno un segnale associato a detto dispositivo mobile (2).
Un ventiduesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal diciottesimo aspetto al ventunesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale di un sistema satellitare globale di navigazione, in particolare secondo la tecnologia GPS.
Un ventitreesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal diciottesimo aspetto al ventiduesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale a radiofrequenza, in particolare di tipo Ultra wideband o Bluetooth.
Un ventiquattresimo aspetto indipendente della presente invenzione è relativo ad un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in particolare prati o giardini o terreni agricoli, ancor più in particolare di un dispositivo mobile (2) per il taglio di erba, detto dispositivo mobile (2) comprendendo:
- un telaio (3);
- mezzi di movimentazione (4) portati da detto telaio (3) per determinare la movimentazione di detto dispositivo mobile (2);
- mezzi di ricezione configurati per ricevere almeno un segnale di posizione; in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono una prima antenna (11) ed una seconda antenna (12), detta prima antenna essendo disposta in corrispondenza di una prima regione (3a) di detto telaio (3), detta seconda antenna (12) essendo disposta in corrispondenza di una seconda regione (3b) di detto telaio (3), detta prima regione (3a) di detto telaio (3) essendo distinta da detta seconda regione (3b) di detto telaio (3),
Il metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni comprende le fasi di:
a) ricevere un primo segnale di posizione per mezzo di detta prima antenna (11) e
b) ricevere un secondo segnale di posizione per mezzo di detta seconda antenna (12),
in cui l’orientamento di detto dispositivo mobile (2) è stimato in funzione di detto primo segnale di posizione ed in funzione di detto secondo segnale di posizione. Un venticinquesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dal ventiquattresimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, comprendente ulteriormente le fasi di:
c) generare un segnale di comando a partire dall’orientamento stimato di detto dispositivo mobile (2) e
d) trasmettere detto segnale di comando a detti mezzi di movimentazione (4), in particolare in concomitanza con una condizione di avvio di detto dispositivo mobile (2).
Un ventiseiesimo aspetto della presente invenzione, dipendente dal ventiquattresimo aspetto oppure dal venticinquesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in cui viene quantificato un eventuale errore sistematico nella stima di detto orientamento di detto dispositivo mobile (2), tale quantificazione avvenendo a seguito di una predeterminata movimentazione di detto dispositivo mobile (2). Un ventisettesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal ventiquattresimo aspetto al ventiseiesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in cui l’orientamento di detto dispositivo mobile (2) è validata mediante confronto con un segnale di riferimento, detto segnale di riferimento essendo in particolare generato per mezzo di una bussola (13) associata a detto dispositivo mobile (2).
Un ventottesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal ventiquattresimo aspetto al ventisettesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale di un sistema satellitare globale di navigazione, in particolare secondo la tecnologia GPS. Un ventinovesimo aspetto della presente invenzione, dipendente da uno qualsiasi degli aspetti dal ventiquattresimo aspetto al ventottesimo aspetto, è relativo ad un metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale a radiofrequenza, in particolare di tipo Ultra wideband o Bluetooth.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Alcune forme realizzative ed alcuni aspetti dell’invenzione saranno qui di seguito descritti con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e pertanto non limitativo in cui:
- la figura 1 è una vista schematica laterale di un dispositivo mobile in accordo con la presente invenzione;
- la figura 2 è una vista schematica dall’alto di un dispositivo mobile in accordo con la presente invenzione;
- la figura 3 è una vista schematica dall’alto di un dispositivo mobile operante all’interno di un’area di lavoro come in accordo con la presente invenzione;
- le figure da 4 a 6 sono viste schematiche di differenti configurazioni per la ricezione ed elaborazione dei segnali;
- la figura 7 è un diagramma di flusso relativo ad una forma preferenziale di funzionamento del dispositivo mobile.
DEFINIZIONI E CONVENZIONI
Si noti che nella presente descrizione dettagliata corrispondenti parti illustrate nelle varie figure sono indicate con gli stessi riferimenti numerici. Le figure potrebbero illustrare l’oggetto dell’invenzione tramite rappresentazioni schematiche non in scala.
Dispositivo mobile
Con il termine “dispositivo mobile” ci si riferisce ad un dispositivo utilizzato per la manutenzione di giardini, prati, terreni agricoli o coltivazioni. Preferibilmente, il dispositivo mobile è un dispositivo a guida autonoma.
A titolo esemplificativo, il dispositivo mobile può essere un robot rasaerba. Alternativamente, il dispositivo mobile può essere un trattorino atto alla tosatura di manto erboso e/o alla somministrazione di fertilizzante.
In possibili forme di realizzazione del dispositivo mobile (soprattutto qualora esso comprenda mezzi di movimentazione alimentati a batteria), al dispositivo mobile è associata una base, preposta ad eseguire specifiche operazioni, quali ad esempio operazioni di ricarica o di rifornimento.
Unità di controllo
Il dispositivo mobile qui descritto può comprendere almeno un’unità di controllo preposta al controllo di condizioni operative poste in essere dallo stesso dispositivo mobile e/o al controllo delle fasi del metodo per la stima dell’incertezza e dell’orientamento.
In accordo ad una soluzione tecnica opzionale, il dispositivo mobile qui descritto può essere associato, mediante uno o più opportuni nodi che si interfacciano su una rete di comunicazione, ad un’unità di controllo disposta in una posizione remota rispetto al dispositivo mobile (ad esempio su cloud) e preposta al controllo di condizioni operative poste in essere dal dispositivo mobile e/o al controllo delle fasi del metodo per la stima dell’incertezza della posizione e/o del metodo per la stima dell’orientamento secondo la presente invenzione.
L’unità di controllo può essere una singola unità o può essere formata da una pluralità di distinte unità di controllo a seconda delle scelte progettuali e delle esigenze operative.
Con il termine “unità di controllo” è inteso un componente di tipo elettronico il quale può comprendere almeno uno tra: un processore digitale (CPU), un circuito di tipo analogico, o una combinazione di uno o più processori digitali con uno o più circuiti di tipo analogico. L'unità di controllo può essere "configurata" o "programmata" per eseguire alcune fasi: ciò può essere realizzato in pratica con qualsiasi mezzo che permetta di configurare o di programmare l'unità di controllo. Ad esempio, in caso di un’unità di controllo comprendente una o più CPU e una o più memorie, uno o più programmi possono essere memorizzati in appropriati banchi di memoria collegati alla CPU o alle CPU; il programma o programmi contengono istruzioni che, quando eseguito/i dalla CPU o dalle CPU, programmano o configurano l'unità di controllo per eseguire le operazioni descritte in relazione all'unità di controllo. In alternativa, se l'unità di controllo è o comprende circuiteria di tipo analogico, allora il circuito dell'unità di controllo può essere progettato per includere circuiteria configurata, in uso, per elaborare segnali elettrici in modo tale da eseguire le fasi relative all’unità di controllo.
Area di lavoro
Il dispositivo mobile è configurato per operare in un’area di lavoro. Con il termine “area di lavoro” ci si riferisce in particolare ad un’area definita in un ambiente esterno, quindi un terreno come ad esempio un giardino, un prato, un terreno agricolo o un terreno coltivato. L’area di lavoro può avere caratteristiche omogenee (ad esempio un appezzamento di terreno interamente adibito a prato) oppure eterogenee.
L’area di lavoro è un’entità bidimensionale definita da almeno un contorno, che separa l’area di lavoro dalle aree adiacenti. Tale contorno può coincidere almeno in parte con un ostacolo fisico (ad esempio un muretto o una siepe) che il dispositivo mobile non può oltrepassare. Alternativamente, tale contorno può coincidere almeno in parte con una linea di separazione dell’area di lavoro con un’installazione adiacente (ad esempio una strada o una piscina) a cui il dispositivo mobile non deve accedere.
Il contorno dell’area di lavoro può coincidere almeno in parte con il perimetro esterno dell’area di lavoro o con un tratto del perimetro esterno dell’area di lavoro. Addizionalmente, il contorno dell’area di lavoro può coincidere con un perimetro interno all’area di lavoro o con un tratto di un perimetro interno all’area di lavoro, ciò avvenendo in particolare quando dall’area di lavoro devono essere esclusi ostacoli fisici (ad esempio un albero o un’aiuola) o installazioni (ad esempio una piscina) disposti all’interno dell’area di lavoro.
Orientamento
Con il termine “orientamento” si fa riferimento a come il dispositivo mobile è direzionato, considerando in particolare una retta immaginaria definita dalla direzione di avanzamento del dispositivo mobile. In particolare, qualora il dispositivo mobile comprenda più di una ruota motrice, la direzione di avanzamento è definita azionando le ruote motrici sostanzialmente alla stessa velocità di rotazione. Alternativamente, quale retta immaginaria si può assumere una retta che unisce un punto geometricamente baricentrale di una porzione di testa del dispositivo mobile ad un punto geometricamente baricentrale di una porzione di coda del dispositivo mobile, il fronte del dispositivo mobile precedendo il retro del dispositivo mobile lungo la direzione di avanzamento del dispositivo mobile.
Si intende sottolineare come, ai sensi della presente invenzione, l’orientamento può essere un orientamento assoluto (ad esempio “9° est ”) oppure un orientamento relativo, espresso sotto forma di angolo definito rispetto ad una retta di riferimento. Qualora si preferisca esprimere l’orientamento del dispositivo mobile in termini relativi, può essere utilizzata sempre una medesima retta di riferimento indipendentemente dalla posizione in cui il dispositivo mobile si trova all’interno dell’area di lavoro. Ad esempio, quale retta di riferimento può essere in tal caso considerata una retta immaginaria coincidente con la direzione definita dall’avanzamento del dispositivo mobile mediante il quale si realizza la connessione del dispositivo mobile con la base di ricarica.
Alternativamente, si può variare la retta di riferimento a seconda della posizione in cui il dispositivo mobile si trova all’interno dell’area di lavoro. Ad esempio, quale retta di riferimento può essere in tal caso considerata una retta immaginaria coincidente con il tratto del contorno dell’area di lavoro più prossimo al dispositivo mobile.
Sistema satellitare globale di navigazione
Con il termine “sistema satellitare globale di navigazione” ci si riferisce ad un sistema di geo-radiolocalizzazione e navigazione terrestre, marittima o aerea, che utilizza una rete di satelliti artificiali in orbita e pseudoliti. Per tale sistema è spesso utilizzato anche l’acronimo “GNSS” (dall’Inglese “global navigation satellite system”).
Un sistema satellitare globale di navigazione è finalizzato a fornire un servizio di geolocalizzazione, ovvero un servizio di posizionamento geo-spaziale a copertura globale che consente ad appositi ricevitori elettronici di determinare le loro coordinate geografiche (longitudine, latitudine ed altitudine) su un qualunque punto della superficie terrestre o dell'atmosfera con un errore di pochi metri, elaborando segnali a radiofrequenza trasmessi in linea di vista dai satelliti.
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni ad essa annesse, si farà prevalentemente riferimento, quale esempio fornito a titolo puramente esplicativo ma non limitativo, alla tecnologia Global Positioning System (GPS), di derivazione statunitense e ad oggi pienamente operativa. Tuttavia è opportuno precisare che differenti tecnologie possono equivalentemente essere utilizzate ai fini della presente invenzione, ad esempio la tecnologia GLONASS (Russia), la tecnologia Galileo (Europa) e la tecnologia Beidou (Cina).
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Dispositivo mobile
Con il termine dispositivo mobile 2 ci si riferisce ad un dispositivo del tipo mostrato schematicamente nelle figure da 1 a 3, utilizzato per la manutenzione di giardini, prati, terreni agricoli o coltivazioni all’interno di un’area di lavoro 1. A titolo esemplificativo, il dispositivo mobile 2 può essere un robot rasaerba. Alternativamente, il dispositivo mobile 2 può essere un trattorino atto alla tosatura del manto erboso entro l’area di lavoro 1 mostrata in figura 3.
Il dispositivo mobile 2 comprende un telaio 3 di supporto portante mezzi di movimentazione 4 configurati per determinare la movimentazione del dispositivo stesso almeno all’interno dell’area di lavoro 1. I mezzi di movimentazione 4 comprendono almeno un motore, del tipo elettrico o a scoppio, connesso ad almeno una ruota motrice 4a: in particolare il dispositivo mobile 2 comprende tre o più ruote di cui almeno una ruota motrice, in cui tali ruote sono portate dal telaio 3. Nella forma realizzativa mostrata in figura 1 e 2, il dispositivo 2 comprende una prima ed una seconda ruota motrice 4a’, 4a”, mobili per rotazione attorno ad un medesimo asse. Una rotazione angolare asimmetrica tra la prima ruota motrice 4a' e la seconda ruota motrice 4a” consente al dispositivo mobile 2 di curvare, mentre una rotazione simmetrica tra la prima ruota motrice 4a' e la seconda ruota motrice 4a” determina un avanzamento rettilineo del dispositivo di avanzamento 2 lungo una direzione coincidente con un orientamento R del dispositivo mobile stesso. Qualora il dispositivo mobile 2 sia movimentato per mezzo di un motore elettrico, il telaio 3 è configurato per ospitare almeno una batteria connessa al motore elettrico: tale batteria è segnatamente del tipo ricaricabile, per cui il dispositivo mobile comprende almeno un connettore volto a consentire la connessione ad una base di ricarica. Il dispositivo mobile 2 comprende almeno un carico utile predisposto a consentire al dispositivo mobile 2 di eseguire almeno un’operazione di manutenzione dell’area di lavoro 1. In particolare, tale carico utile può essere una lama rotante disposta in corrispondenza di una porzione di fondo del telaio 3 e configurata per determinare la rasatura del prato/giardino/terreno, la rotazione della lama rotante essendo causata dall’attivazione della stessa (in modalità continua oppure selettiva) per mezzo di un apposito dispositivo di azionamento (ad esempio un motore elettrico). Alternativamente od in aggiunta il dispositivo mobile 2 può comprendere uno o più strumenti di taglio, perforazione o aratura del terreno. In una forma realizzativa preferenziale, il dispositivo mobile 2 presenta una dimensione massima compresa tra 100 mm e 1000 mm, più in particolare compresa tra 200 mm e 400 mm. Tuttavia non si esclude la possibilità di prevedere dispositivi mobili 2 presentanti dimensioni alternative.
Il dispositivo mobile 2 comprende inoltre mezzi di ricezione 10 portati dal telaio 3 e configurati per determinare la posizione del dispositivo mobile 2 stesso almeno quando quest’ultimo è posto all’interno dell’area di lavoro 1. Tale posizione può essere fornita mediante un sistema satellitare (in particolare del tipo GPS) oppure mediante un sistema a radiofrequenza (in particolare del tipo Ultrawide Band) o del tipo Bluetooth).
Vantaggiosamente, per la rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 è utilizzata la tecnica cosiddetta “Time of flight” (ToF), in accordo alla quale la posizione è rilevata a partire dal tempo di volo di un’onda elettromagnetica necessario perché tale onda elettromagnetica percorra una distanza. Nel caso di rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 per mezzo di un sistema satellitare, tale distanza è la distanza di separazione tra un satellite ed il dispositivo mobile 2. Nel caso di rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 per mezzo di un sistema a radiofrequenza, tale distanza è la distanza di separazione tra un elemento di riferimento (quale ad esempio una base di ricarica) ed il dispositivo mobile 2, l’elemento di riferimento trasmettendo vantaggiosamente un segnale di partenza al dispositivo mobile 2 il quale, una volta captato tale segnale di partenza, provvede a trasmettere all’elemento di riferimento un segnale di risposta al dispositivo mobile 2 (a partire dal tempo trascorso tra la trasmissione del segnale di partenza e la ricezione del segnale di risposta si può ricavare la distanza che separa il dispositivo mobile 2 dall’elemento di riferimento).
Nella forma realizzativa preferenziale, i mezzi di ricezione 10 del dispositivo mobile 2 comprendono una prima antenna 11, posizionata in una prima regione 3a del telaio 3 e configurata per ricevere un primo segnale di posizione, ed una seconda antenna 12, posizionata in una seconda regione 3b del telaio 3 e configurata per ricevere un secondo segnale di posizione, in cui la prima regione 3a e la seconda regione 3b sono tra loro distinte e separate da una distanza d (si veda la figura 1). In particolare, la prima regione 3a è disposta in corrispondenza di una porzione di testa del telaio 3, mentre la seconda regione 3b è disposta in corrispondenza di una porzione di coda del telaio 3. Preferenzialmente ma non limitativamente, la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 sono antenne satellitari (in particolare del tipo GPS), configurate per rilevare la propria posizione in termini di coordinate geografiche ed interfacciate pertanto ad un sistema di riconoscimento della posizione del tipo GNSS (“Global Navigation Satellite System”).
A titolo di chiarezza, si intende precisare come, nella presente descrizione e nelle annesse rivendicazioni, le menzionate “prima regione” e “seconda regione” del dispositivo mobile 2 possono avere un’estensione qualunque, l’estensione della prima regione del dispositivo mobile 2 e l’estensione della seconda regione del dispositivo mobile 2 essendo preferibilmente assai ridotte rispetto all’ingombro del telaio 3 del dispositivo mobile 1, finanche ad avere un’estensione praticamente trascurabile (in tal caso, la prima regione 3a essendo l’intorno del punto di applicazione della prima antenna 11 al telaio 3 del dispositivo mobile 2 e la seconda regione 3b essendo l’intorno del punto di applicazione della seconda antenna 12 al telaio 3 del dispositivo mobile 2).
In particolare, la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 sono posizionate lungo una congiungente parallela o coincidente con l’orientamento R del dispositivo mobile come mostrato in figura 2. Ancora più in particolare, la direzione dell’orientamento R del dispositivo mobile 2 risulta essere perpendicolare ad un asse passante per le due ruote motrici 4a’, 4a”. In altre parole, la direzione di orientamento R è parallela ed opzionalmente coincidente con la direzione di avanzamento rettilineo del dispositivo mobile 2.
Il dispositivo mobile 2 comprende inoltre un’unità di controllo 20 operativamente collegata ai mezzi di ricezione 10 e configurata per ricevere i segnali emessi da tali mezzi di ricezione 10 ed, in funzione di essi, determinare la posizione del dispositivo mobile 2. Inoltre, l’unità di controllo 20 è operativamente collegata ai mezzi di movimentazione 4, in modo da pilotare questi ultimi, tipicamente in funzione della posizione del dispositivo mobile 2 e/o della traiettoria che si intende far percorrere al dispositivo mobile 2. L’unità di controllo 20 è dotata di un’idonea capacità computazionale ed è configurata per eseguire, tra l’altro, operazioni di confronto o di comparazione.
In particolare, l’unità di controllo 20 è configurata per determinare la posizione della prima antenna 11, a partire dal primo segnale ricevuto dalla prima antenna 11, e per determinare la posizione della seconda antenna 12, a partire dal secondo segnale ricevuto dalla seconda antenna 12, in cui la posizione della prima antenna 11 è assunta corrispondere alla posizione della prima regione 3a del telaio 3, mentre la posizione della seconda antenna 12 è assunta corrispondere alla posizione della seconda regione 3a del telaio 3.
L’unità di controllo 20 è inoltre configurata per stimare l’incertezza della posizione del dispositivo mobile 2 in funzione del primo segnale di posizione rilevato dalla prima antenna 11 ed in funzione del secondo segnale di posizione rilevato dalla seconda antenna 12. In particolare, l’unità di controllo 20 è configurata per determinare un valore misurato della distanza tra la prima regione 3a e la seconda regione 3b, in maggiore dettaglio della distanza tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12, a partire dal primo segnale di posizione e dal secondo segnale di posizione. Tale valore misurato della distanza tra la prima e la seconda regione 3a, 3b può essere determinato in funzione delle coordinate geografiche rilevate rispettivamente dalla prima antenna 11 e dalla seconda antenna 12. In particolare l’unità di controllo 20 è configurata per determinare tale distanza sulla base della differenza tra le coordinate rilevate dalla prima antenna 11, che si assume essere corrispondenti alla posizione della prima regione 3a, e le coordinate rilevate dalla seconda antenna 12, che si assume essere corrispondenti alla posizione della seconda regione 3b.
L’unità di controllo 20 è quindi configurata per comparare tale valore misurato della distanza con un valore di riferimento, in particolare con la distanza effettiva d tra la prima e la seconda antenna 11, 12. La comparazione tra la distanza misurata e la distanza effettiva d può definire un errore nella misurazione effettuata tramite la prima antenna 11 e/o tramite la seconda antenna 12: tale errore è proporzionale ad un’incertezza stimata della rilevazione della posizione (o in ogni caso rappresentativo di un’incertezza stimata nella rilevazione della posizione) e consente pertanto di ricavare informazioni utili circa la precisione nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2. Tale errore può essere calcolato preferibilmente in termini assoluti come la differenza tra il valore misurato della distanza tra la prima regione 3a e la seconda regione 3b (in particolare tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12) e la distanza effettiva tra la prima regione 3a e la seconda regione 3b (in particolare tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12). Alternativamente, l’errore può essere calcolato in termini di differenza percentuale rispetto alla distanza effettiva.
Ulteriormente, il dispositivo mobile 2 può comprendere un odometro connesso ad una o più ruote del telaio 3 ed all’unità di controllo 20, in cui tale odometro è configurato per emettere un segnale rappresentativo di un avanzamento del dispositivo mobile 2 almeno durante una condizione operativa di quest’ultimo. In particolare l’odometro può essere una ruota fonica (ad esempio un encoder o una tachimetrica) e può essere montato su una o più ruote motrici per misurarne la rotazione angolare. In caso di utilizzo di una ruota fonica quale odometro, l’unità di controllo 20 è programmata per tenere opportunamente conto della manovra eseguita del dispositivo mobile 2 durante il calcolo dell’avanzamento del dispositivo mobile 2. Ad esempio, qualora la ruota motrice su cui è montata la ruota fonica è l’unica ruota del dispositivo mobile 2 ad essere azionata, al fine di variarne l’orientamento, l’unità di controllo 20 è programmata per tenere opportunamente conto che tale attivazione della ruota motrice non determina sostanzialmente alcun avanzamento del dispositivo mobile 2, ma determina prevalentemente una rotazione del dispositivo mobile 2 su sé stesso.
L’unità di controllo 20 è configurata per ricavare inoltre un avanzamento stimato del dispositivo mobile 2 in funzione del primo segnale di posizione derivante dalla prima antenna 11 e/o in funzione del secondo segnale di posizione derivante dalla seconda antenna 12 e per comparare tale avanzamento stimato del dispositivo mobile 2 con l’avanzamento ricavato per mezzo dell’odometro. Tale confronto consente ulteriormente di validare l’incertezza stimata della posizione del dispositivo mobile 2. In altre parole, l’avanzamento ricavato mediante l’odometro definisce un parametro di riferimento rispetto al quale comparare l’avanzamento stimato mediante i segnali derivanti dalla prima e dalla seconda antenna satellitare 11, 12. Qualora fosse rilevata una discrepanza, tale confronto consente di definire ulteriormente l’incertezza circa la precisione nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2. La comparazione sul valore dell’avanzamento del dispositivo mobile 2 può essere ridondante rispetto al confronto circa la distanza tra la prima e la seconda antenna 11, 12: in altre parole, l’unità di controllo 20 può implementare, ai fini della rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 e/o ai fini della stima dell’incertezza della rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2, sia la comparazione in termini di distanza tra la prima e la seconda antenna 11, 12, sia la comparazione in termini di avanzamento del dispositivo 2 al fine di incrementare la capacità di stimare l’incertezza nella misura della posizione del dispositivo 2.
Si intende poi sottolineare come, alternativamente al sopra descritto odometro, possono essere installati sul dispositivo mobile 2 differenti dispositivi sensori al fine di ottenere la desiderata ridondanza nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 e/o ai fini della stima dell’incertezza della rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2. Dispositivi sensori idonei a conseguire tale ridondanza (e qui elencati a puro titolo esplicativo e non affatto limitativo) possono essere un sensore inerziale (tipicamente un accelerometro), un sensore ottico (tipicamente una telecamera) e/o un sensore di prossimità (tipicamente un sensore capacitivo). Inoltre, il dispositivo mobile 2, al fine di ottenere la desiderata ridondanza nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 e/o ai fini della stima dell’incertezza della rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2, può prevedere mezzi di connessione ad una rete remota e ricevere da un apposito servizio uno o più parametri correttivi della posizione del dispositivo mobile 2.
Ulteriormente, a partire dal primo e dal secondo segnale di posizione emessi rispettivamente dalla prima antenna 11 e dalla seconda antenna 12 e sulla base del posizionamento della prima e della seconda antenna 11, 12 sul telaio 3 in corrispondenza della prima e della seconda regione 3a, 3b, l’unità di controllo 20 è configurata per stimare l’orientamento R del dispositivo mobile 2. In altre parole, a partire dalla posizione misurata della prima antenna 11 e dalla posizione misurata della seconda antenna 12 (rispettivamente mediante il primo segnale di posizione e mediante il secondo segnale di posizione), l’orientamento R del dispositivo mobile 2 è stimato come la direzione di una retta passante per la prima e la seconda regione 3a, 3b. In particolare, tale retta passante è calcolata come la retta passante per due punti, in cui le coordinate di tali due punti sono corrispondenti rispettivamente alla posizione della prima antenna 11 ed alla posizione della seconda antenna 12. Il dispositivo mobile 2 può inoltre comprendere uno o più sensori di orientamento, in particolare una bussola 13 operativamente collegata all’unità di controllo 20 e configurata per emettere un segnale rappresentativo dell’orientamento R del dispositivo mobile 2. Tale orientamento ricavato per mezzo della bussola 13 definisce un orientamento di riferimento del dispositivo mobile 2. La dotazione della bussola 13 a bordo del dispositivo mobile 2 consente di ottenere vantaggiosamente una ridondanza nella rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2 (rispetto alla stima ottenuta per mezzo della dotazione della coppia di antenne). Vantaggiosamente, in caso di ridondanza nella rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2, l’unità di controllo 20 del dispositivo mobile è configurata per eseguire una comparazione in condizioni dinamiche tra la rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2 per mezzo della coppia di antenne con la rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2 per mezzo della bussola 13. L’unità di controllo 20 è ulteriormente configurata per rilevare, a partire da tale comparazione, un errore sistematico nella rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2 per mezzo della coppia di antenne (ad esempio, tale comparazione può evidenziare che l’orientamento del dispositivo mobile 2 rilevato per mezzo della bussola 13 differisce mediamente di 3° rispetto all’orientamento del dispositivo mobile 2 rilevato per mezzo della coppia di antenne). L’unità di controllo 20 è infine configurata per utilizzare tale errore sistematico quale fattore correttivo per successive rilevazioni dell’orientamento del dispositivo mobile 2 per mezzo della coppia di antenne (ad esempio, in corrispondenza del successivo avvio del dispositivo mobile 2).
L’unità di controllo 20 è quindi configurata per comparare l’orientamento R del dispositivo mobile 2, stimato per mezzo del primo e del secondo segnale ricevuto dalla prima e dalla seconda antenna 11, 12, con un valore di soglia, in particolare con l’orientamento di riferimento ricavato per mezzo della bussola 13: tale comparazione consente ulteriormente di validare l’incertezza stimata della posizione e dell’orientamento del dispositivo mobile 2.
Sulla base di quanto esposto, il dispositivo mobile 2 è quindi in grado, mediante la bussola 13 oppure mediante il primo ed il secondo segnale derivante dalla prima e dalla seconda antenna 11, 12, di determinare l’orientamento del dispositivo mobile 2 anche quando quest’ultimo è in una condizione statica. A partire da tale informazione, l’unità di controllo 20 è in grado di generare un segnale di comando e trasmetterlo ai mezzi di movimentazione 4 al fine di determinare una movimentazione del dispositivo mobile 2 lungo una direzione desiderata anche a partire da una condizione statica del dispositivo mobile. In altre parole, la prima movimentazione del dispositivo mobile, successiva ad una sua condizione statica, può essere determinata in funzione del segnale di orientamento R fornito dalla prima e seconda antenna 11, 12 e/o dalla bussola 13, in modo tale da pilotare il dispositivo mobile 2 lungo una direzione preferita.
Tale rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2 in una condizione statica di quest’ultimo è estremamente vantaggiosa. Ciò è facilmente comprensibile qualora si assuma che il dispositivo mobile 2 si trovi in stretta prossimità di un ostacolo fisico nell’area di lavoro 1 (ad esempio un muretto con il quale il dispositivo mobile 2 può entrare in collisione o un arbusto in cui il dispositivo mobile 2 può rimanere incagliato) o di un contorno sensibile dell’area di lavoro 1 (ad esempio il bordo di una piscina o il bordo di una strada) e si trovi orientato sfavorevolmente, ovvero nella direzione di tale ostacolo fisico o di tale contorno sensibile. In tal caso, la rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2, oltre che della posizione dello stesso, consente di effettuare già in corrispondenza dell’avvio del dispositivo mobile 2 la manovra più opportuna (ovvero una manovra di allontanamento del dispositivo mobile 2 dall’ostacolo fisico o dal contorno sensibile). Alternativamente, sarebbe stato necessario attivare il dispositivo mobile 2 ai fini di determinarne uno spostamento iniziale, di entità adeguata a consentire la rilevazione dell’orientamento del dispositivo mobile 2 oppure la rilevazione di un differente posizionamento del dispositivo mobile 2, prima di poter infine effettuare la manovra più opportuna (creando così una potenziale situazione di grave rischio, qualora lo spostamento fosse di entità sufficiente a procurare un impatto tra il dispositivo mobile 2 e l’ostacolo fisso oppure uno sconfinamento del dispositivo mobile 2 attraverso il contorno sensibile).
I mezzi di ricezione 10 possono comprendere un ricevitore 21, mostrato schematicamente nelle figure 4, 5 e 6, posto a collegamento tra la prima antenna 11 e l’unità di controllo 20. Alternativamente od in aggiunta, il ricevitore 21 è interposto e posto a collegamento tra la seconda antenna 12 e l’unità di controllo 20. In una forma realizzativa preferenziale, il ricevitore 21 è collegato alla prima antenna 11 per mezzo di un primo ingresso 22 ed alla seconda antenna 12 per mezzo di un secondo ingresso 23. In tale configurazione, i mezzi di ricezione 10 comprendono ulteriormente un commutatore 25, mostrato in figura 5, in particolare del tipo multiplexer, operativamente interposto tra il ricevitore 21 e la prima e seconda antenna 11, 12. Il commutatore 25 è configurato per porre in collegamento selettivamente la prima antenna 11 o la seconda antenna 12 con l’unità di controllo 20, in modo tale che l’unità di controllo possa ricevere ciclicamente il primo ed il secondo segnale. Alternativamente, i mezzi di ricezione 10 comprendono ulteriormente un ricevitore addizionale 24 operativamente interposto tra la seconda antenna 12 e l’unità di controllo 20, come mostrato in figura 6 (in tale alternativa, i ricevitori essendo disposti tra loro in parallelo ed essendo collegati a due distinti ingressi dell’unità di controllo 20).
In merito alla configurazione di cui alla figura 5, la quale può essere ritenuta essere la configurazione preferita dei mezzi di ricezione 10 e la quale prevede l’interposizione di un commutatore 25 (in particolare del tipo multiplexer) tra la coppia di antenne ed il ricevitore 21, è preferibile adottare per il commutatore 25 una frequenza di commutazione sufficientemente elevata affinché tra la rilevazione della posizione effettuata mediante la prima antenna 11 e la rilevazione della posizione effettuata mediante la seconda antenna 12 intercorra uno spostamento del dispositivo mobile 2 di entità del tutto trascurabile (anche quando il dispositivo mobile 2 si muove alla massima velocità raggiungibile). In tal modo, la rilevazione della posizione effettuata mediante la prima antenna 11 e la rilevazione della posizione effettuata mediante la seconda antenna 12 sono effettuate in corrispondenza della medesima posizione assunta dal dispositivo mobile 2 nell’area di lavoro 1.
Nell’ambito della presente invenzione, è possibile utilizzare una frequenza di commutazione fissa oppure una frequenza di commutazione variabile. In caso di una frequenza di commutazione variabile, può essere contemplato un collegamento operativo tra l’unità di controllo 20 ed il commutatore 25. L’unità di controllo 20 è configurata per determinare un valore idoneo di frequenza di commutazione a seconda della condizione del dispositivo mobile 2 (in particolare, è preferibile un valore di frequenza di commutazione più alto quando il dispositivo mobile 2 si trova in una condizione dinamica rispetto a quando si trova in una condizione statica) e/o a seconda della manovra del dispositivo mobile 2 (in particolare, è preferibile un valore di frequenza di commutazione più alto quando il dispositivo mobile 2 viene fatto ruotare su sé stesso ai fini di variarne l’orientamento rispetto a quando viene fatto avanzare con moto rettilineo) e/o a seconda della velocità del dispositivo mobile 2 (in particolare, è preferibile un valore di frequenza di commutazione più alto quando il dispositivo mobile 2 viene fatto avanzare con velocità piena rispetto a quando il dispositivo mobile 2 viene fatto avanzare con velocità ridotta) e/o a seconda della posizione del dispositivo mobile 2 nell’area di lavoro 1 (in particolare, è preferibile un valore di frequenza di commutazione più alto quando il dispositivo mobile 2 si trova nei pressi di un contorno dell’area di lavoro 1 rispetto a quando il dispositivo mobile 2 si trova in una regione centrale dell’area di lavoro 1). Il valore di frequenza di commutazione, una volta determinato dall’unità di controllo 20, è quindi trasmesso al commutatore 25 che dispone di un ingresso all’uopo dedicato).Il dispositivo mobile 2 può inoltre comprendere un nodo di comunicazione operativamente collegato all’unità di controllo 20 e configurato per consentire la trasmissione e/o la ricezione di segnali su una rete di comunicazione locale oppure su una rete di comunicazione remota. In particolare, le informazioni circa il posizionamento e l’orientamento del dispositivo mobile 2 possono essere trasmesse ad un dispositivo remoto, quale ad esempio un calcolatore, un tablet od uno smartphone, configurato per mostrare tali informazioni ad un operatore per mezzo di un’apposita interfaccia (vantaggiosamente su uno schermo). In particolare, in una forma realizzativa opzionale, l’unità di controllo 20, configurata per implementare le fasi di determinare la posizione geografica del dispositivo 1,in particolare di determinare la posizione geografica della prima e della seconda antenna 11, 12 e di comparare i valori di distanza tra tali antenne con un valore di riferimento, può essere portata da detto dispositivo remoto. In altre parole, i dati riguardanti il dispositivo mobile 2, quali la posizione geografica rilevata dalla prima e dalla seconda antenna 11, 12, possono essere inviati al dispositivo remoto il quale è configurato per implementare la logica di controllo di attivazione dei mezzi di movimentazione 4 del dispositivo 2 per determinarne la movimentazione.
Ulteriormente, il dispositivo mobile 2 può comprendere uno o più sensori di prossimità portati dal telaio 3 di supporto e configurati per emettere un segnale rappresentativo della presenza o dell’assenza di un oggetto/soggetto in prossimità del dispositivo mobile 2. Tali sensori di prossimità sono a loro volta operativamente collegati all’unità di controllo ed adempiono prevalentemente a funzioni di sicurezza, determinando in particolare l’arresto o una deviazione del dispositivo mobile 2 e/o l’arresto del relativo carico utile quando un ostacolo inaspettato (ad esempio un gatto) viene ad interferire con la traiettoria percorsa dal dispositivo mobile 2. A titolo esplicativo, ma non limitativo, tali sensori di prossimità possono comprendere almeno un sensore capacitivo.
Il dispositivo mobile 2 può comprendere ulteriori dispositivi sensori, per determinare parametri quali lo stato di salute del prato (in particolare per mezzo del calcolo dell’indice NDVI) e/o l’umidità del terreno e/o l’altezza dell’erba.
Il dispositivo mobile 2 è preferibilmente un dispositivo mobile a guida autonoma, in cui la propria movimentazione può essere definita almeno in parte in funzione della propria posizione all’interno in particolare dell’area di lavoro 1. Di conseguenza una quanto più alta precisione circa la stima della propria posizione ed orientamento è richiesta. In una configurazione, il dispositivo mobile 2 può operare all’interno di un’area di lavoro 1, del tipo mostrato (a titolo esplicativo ma non limitativo) in figura 3, delimitata da un contorno 110 definente un limite oltre il quale il dispositivo mobile 2 non è autorizzato ad accedere (in particolare per ragioni di sicurezza). Il contorno 110 può definire il confine perimetrale del giardino o del terreno in cui il dispositivo mobile è atto ad operare. I disegni allegati mostrano per semplicità un contorno 110 avente forma poligonale, in cui ciascun tratto è definito da un segmento rettilineo a definire un profilo chiuso. Alternativamente, il contorno 110 può avere forma poligonale o curvilinea od una loro combinazione.
In tale configurazione, l’area di lavoro 1 include al proprio interno una prima regione 111 interposta tra il contorno 110 ed un primo confine 121 posto a demarcazione della prima regione 111. La prima regione 111 si estende a partire dal contorno 110 verso l’interno dell’area di lavoro 1 fino al primo confine 121 definente un limite della prima regione 111. Alla prima regione 111 può essere associata una prima soglia di tolleranza, quest’ultima definita come un valore minimo richiesto dell’accuratezza della posizione del dispositivo mobile 2 rilevata mediante la prima e la seconda antenna 11, 12. Tale soglia di tolleranza definisce un limite circa l’errore massimo tollerabile della rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2. Tale soglia può essere espressa in termini dimensionali, ad esempio la soglia di tolleranza può prevedere che l’errore nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 non debba eccedere una predeterminata soglia, tale soglia essendo ad esempio inferiore a 300 mm, in particolare inferiore a 200 mm, ancora più in particolare di circa 100 mm.
L’area di lavoro può inoltre comprendere una seconda regione 112 estendentesi a partire dal primo confine 121 verso l’interno dell’aera di lavoro 1. A tale seconda regione 112 è associata una seconda soglia di tolleranza differente rispetto alla prima soglia di tolleranza della prima regione 111. In particolare, la seconda soglia di tolleranza è maggiore della prima soglia di tolleranza: in altre parole, la seconda regione 112 richiede un’accuratezza inferiore per quanto attiene la rilevazione (mediante la prima e la seconda antenna 11, 12) della posizione del dispositivo mobile 2 rispetto a quanto richiesto dalla prima regione 111. A puro titolo esemplificativo, se nella prima regione 111 è richiesta una tolleranza massima nella stima della posizione del dispositivo mobile 2 inferiore a 200 mm, all’interno della seconda regione 112 può essere richiesta una tolleranza massima inferiore a 500 mm, in particolare compresa tra 200 mm e 500 mm. L’estensione della prima regione 111 e della seconda regione 112 possono essere definite arbitrariamente dall’operatore, ad esempio durante la determinazione del contorno 110. In una forma realizzativa della presente invenzione, l’estensione della prima regione 111 è sostanzialmente costante, così come mostrato in figura 2. In una forma realizzativa alternativa della presente invenzione, l’estensione della prima regione 111 assume valori differenti a seconda delle caratteristiche del contorno 110. Preferibilmente, l’estensione della prima regione 111 adiacentemente ad un tratto sensibile del contorno 110 (ad esempio adiacentemente al bordo di una piscina) risulta maggiore dell’estensione della prima regione 111 adiacentemente ad un tratto non critico del contorno 110 (ad esempio adiacentemente ad un muretto). Segnatamente, l’estensione della seconda regione 112 risulta essere maggiore rispetto ad una estensione della prima regione 111 in corrispondenza di un medesimo tratto del contorno 110 (come rappresentato in figura 3, in cui l’estensione x della prima regione 111 è minore dell’estensione y della seconda regione 112).
Ulteriormente, l’area di lavoro può includere una terza regione 113, mostrata schematicamente in figura 3, estendentesi a partire da un secondo confine 122, posto a demarcazione tra la seconda regione 112 e la terza regione 113, verso l’interno dell’area di lavoro 1. Alla terza regione 113 è assegnata una rispettiva terza soglia di tolleranza della stima della posizione del dispositivo mobile 2, in cui tale terza soglia definisce un limite circa l’errore massimo tollerabile della misura della posizione del dispositivo mobile 2 all’interno dell’area di lavoro 1. In particolare, la terza soglia di tolleranza è maggiore della seconda soglia di tolleranza. In altre parole, la terza soglia di tolleranza consente al dispositivo mobile 2 di operare all’interno della terza regione 113 nonostante il livello di accuratezza della rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 sia ridotta rispetto a quanto richiesto all’interno della prima regione 111 e della seconda regione 112. La terza regione 113 rappresenta quindi una zona a basso rischio, tale per cui una rilevazione poco precisa circa la posizione del dispositivo mobile 2, o quantomeno meno precisa rispetto a quanto richiesto quando disposto nella prima regione 111 o nella seconda regione 112, non costituisce un fattore di rischio o pericolo.
L’unità di controllo 20, oltre ad essere configurata come precedentemente esposto per ricevere dai mezzi di ricezione 10 la posizione del dispositivo mobile 2 e stimare l’incertezza di tale posizione, è configurata ulteriormente per confrontare tale incertezza con una soglia di tolleranza relativa alla regione dell’area di lavoro 1, e determinare la movimentazione o l’arresto del dispositivo mobile in funzione di tale confronto.
In maggiore dettaglio, qualora l’incertezza nella precisione della misura della posizione del dispositivo mobile 2 risulta essere maggiore della soglia di tolleranza associata alla regione nella quale si trova il dispositivo mobile 2, l’unità di controllo 20 può essere configurata per comandare i mezzi di movimentazione 4 in modo da pilotare il dispositivo mobile al di fuori di tale regione verso una regione presentante una soglia di tolleranza maggiore, oppure per determinare l’arresto del dispositivo mobile 2. Qualora invece la stima dell’incertezza circa la posizione del dispositivo mobile 2 risultasse essere minore della soglia di tolleranza associata alla regione entro la quale si trova il dispositivo mobile 2 (in particolare minore di ciascuna delle soglie di tolleranza associate alle regioni dell’area di lavoro 1), l’unità di controllo 20 può essere configurata per determinare, mediante i mezzi di movimentazione 4, la movimentazione del dispositivo mobile 2 a coprire tale regione (in particolare l’intera l’area di lavoro 1) fintanto che l’incertezza della posizione del dispositivo mobile 2 (vantaggiosamente stimata con continuità durante il funzionamento del dispositivo mobile 2) si mantiene minore della soglia di tolleranza associata alla regione entro la quale si trova il dispositivo mobile 2, o alternativamente fino alla conclusione della prevista manutenzione di tale regione.
Metodo per stimare l’incertezza della posizione
La presente invenzione presenta inoltre un metodo atto a stimare l’incertezza della posizione rilevata del dispositivo mobile 2 mediante la prima e la seconda antenna 11, 12. Tale metodo prevede di determinare la posizione del dispositivo mobile 2 almeno quando quest’ultimo è disposto all’interno dell’area di lavoro 1. Tale metodo comprende una fase di ricevere il primo segnale di posizione dalla prima antenna 11 ed il secondo segnale di posizione dalla seconda antenna 12, e quindi stimare un’incertezza di misura in funzione di tali segnali.
Alcune delle caratteristiche di tale metodo per stimare l’incertezza del dispositivo mobile 2 sono desumibili dalla precedente descrizione dettagliata del dispositivo mobile 2. In particolare, il metodo presenta una fase di determinare un valore misurato della distanza tra la prima regione 3a e la seconda regione 3b del telaio 3 a partire dal primo segnale di posizione e dal secondo segnale di posizione. In maggiore dettaglio, tale metodo prevede di determinare la distanza interposta tra la prima e la seconda antenna 11, 12, in funzione del primo e secondo segnale, e di comparare tale valore misurato di distanza con un predeterminato valore di riferimento, in particolare con la distanza d (rappresentata in figura 1) effettivamente interposta tra la prima e la seconda antenna 11, 12 o tra la prima e la seconda regione 3a, 3b. Tale fase di comparazione consente di determinare una stima dell’errore nella misura della posizione del dispositivo mobile 2 e dunque definire l’incertezza di tale misura di posizione.
Il metodo di stima dell’incertezza può inoltre prevedere, alternativamente a quanto precedentemente esposto od in aggiunta, una fase di comparazione con un segnale di riferimento generato ad esempio per mezzo di un odometro associato al dispositivo mobile 2. Il metodo può pertanto prevedere di determinare l’avanzamento del dispositivo 2 per mezzo di tale odometro e per mezzo del primo e del secondo segnale ricevuto dalla prima e dalla seconda antenna 11, 12 e quindi di comparare l’avanzamento del dispositivo mobile 2 rilevato per mezzo del primo e secondo segnale con l’avanzamento rilevato per mezzo di tale odometro. In funzione dell’eventuale discrepanza tra i due avanzamenti, il metodo prevede di stimare l’incertezza nella misura della posizione del dispositivo 2. Analogamente, il segnale di riferimento può, alternativamente od in aggiunta, derivare da un sensore inerziale associato al dispositivo mobile, da un sistema di visione o da un ricevitore di almeno un segnale associato al dispositivo mobile 2.
Il metodo può inoltre comprendere una fase di confronto tra l’incertezza stimata nella misura della posizione del dispositivo 2 con almeno un valore di soglia rappresentativo della massima incertezza consentita all’interno di una predeterminata regione dell’area di lavoro 1. Qualora l’incertezza nella misura sia maggiore di una predeterminata soglia di tolleranza, il metodo può prevedere l’arresto del dispositivo mobile. Alternativamente, il metodo prevede di confrontare tale incertezza con la soglia di tolleranza richiesta dalla regione dell’area di lavoro 1, ad esempio con la soglia di tolleranza richiesta dalla prima regione 111, dalla seconda regione 112 o dalla terza regione 113 dell’area di lavoro 1: se il valore di incertezza soddisfa i requisiti richiesti dalla regione in cui il dispositivo mobile 2 è disposto, il dispositivo mobile 2 è libero di muoversi all’interno di tale regione, altrimenti il metodo prevede di generare un segnale di comando e trasmetterlo al dispositivo 2 per pilotarlo verso una regione presentante una soglia di tolleranza maggiore. Nel caso in cui il valore di incertezza è inferiore ad una predeterminata soglia, in particolare inferiore alla soglia di tolleranza della prima regione 11, il metodo può prevedere la movimentazione del dispositivo mobile all’interno dell’intera area di lavoro 1.
Il diagramma di flusso di cui alla figura 7 rappresenta una forma di realizzazione del metodo di stima dell’incertezza della posizione del dispositivo mobile secondo la presente invenzione, in cui:
- il blocco P1 rappresenta una fase di ricezione del primo segnale da parte della prima antenna 11 disposta in corrispondenza della prima regione 3a del telaio 3 del dispositivo mobile 2, in cui tale primo segnale è rappresentativo della posizione, ad esempio in termini di coordinate geografiche, della prima antenna 11;
- il blocco P2 rappresenta una fase di ricezione del secondo segnale da parte della seconda antenna 12 disposta in corrispondenza della seconda regione 3b del telaio 3 del dispositivo mobile 2, in cui tale secondo segnale è rappresentativo della posizione, ad esempio in termini di coordinate geografiche, della seconda antenna 12;
- il blocco P3 rappresenta una fase di determinazione della distanza tra la prima e la seconda antenna 11, 12 a partire dal primo e dal secondo segnale, ovvero a partire dalle coordinate geografiche in corrispondenza delle quali la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 sono state rilevate essere rispettivamente posizionate; - il blocco P4 rappresenta una fase di lettura di un valore di riferimento registrato in memoria e corrispondente in particolare alla distanza effettivamente presente tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12, tale distanza effettiva potendo essere determinata in fase di costruzione del dispositivo mobile 2 o successivamente misurata direttamente sul dispositivo mobile 2;
- il blocco P5 rappresenta una fase di comparazione tra la distanza misurata al blocco P3 a partire dal primo segnale e dal secondo segnale ricevuti rispettivamente dalla prima antenna 11 e dalla seconda antenna 12 ed il valore di riferimento (in particolare la distanza effettiva) letto nel blocco P4, al fine di definire una incertezza stimata della misura della posizione del dispositivo mobile 2.
Il risultato di tale fase di comparazione di cui al blocco P5 è rappresentato dai blocchi P6, P7 e P9, in cui:
- il blocco P6 riferisce una incertezza nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2, opzionalmente calcolata come la differenza tra la distanza effettiva e la distanza misurata tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 ed espressa in termini assoluti oppure in termini percentuali, minore della predeterminata soglia di tolleranza della regione dell’area di lavoro 1 in cui il dispositivo mobile 2 è stato rilevato trovarsi: in tal caso, il dispositivo mobile 2 è libero di muoversi ed operare all’interno di tale regione dell’area di lavoro 1;
- il blocco P7 riferisce una incertezza nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2, opzionalmente calcolata come la differenza tra la distanza effettiva e la distanza misurata tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 ed espressa in termini assoluti oppure in termini percentuali, compresa tra la soglia di tolleranza della regione dell’area di lavoro 1 in cui il dispositivo mobile 2 è stato rilevato trovarsi e la soglia di tolleranza massima: in tal caso il metodo prevede una fase di confronto tra l’incertezza stimata al blocco P5 con le soglie di tolleranza relative a regioni dell’area di lavoro 1 differenti dalla regione dell’area di lavoro 1 in cui il dispositivo mobile 2 è stato rilevato trovarsi (in particolare relative alle regioni dell’area di lavoro 1 ricavate all’interno della regione dell’area di lavoro 1 in cui il dispositivo mobile 2 è stato rilevato trovarsi). Qualora vi fossero regioni dell’area di lavoro 1 disponibili per l’esecuzione dell’operazione di manutenzione a cura del dispositivo mobile 2, il controllo passa al blocco P8, nel quale il dispositivo mobile 2 è movimentato in una regione differente dell’area di lavoro, avente una soglia di tolleranza maggiore dell’incertezza rilevata della posizione del dispositivo mobile 2, ed è ivi lasciato operare. Qualora non vi fossero invece regioni dell’area di lavoro 1 disponibili per l’esecuzione dell’operazione di manutenzione a cura del dispositivo mobile 2, il dispositivo mobile 2 è arrestato;
- il blocco P9 riferisce una incertezza nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2, opzionalmente calcolata come la differenza tra la distanza effettiva e la distanza misurata tra la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 ed espressa in termini assoluti oppure in termini percentuali, maggiore della soglia di tolleranza massima prevista per l’area di lavoro 1: in tal caso, il metodo prevede il fermo del dispositivo mobile in quanto la stima della sua posizione risulta essere insufficientemente precisa.
Data una determinata programmazione del dispositivo mobile 2, per cui, durante il proprio funzionamento, il dispositivo mobile 2 deve provvedere alla manutenzione di una predeterminata porzione dell’area di lavoro 1, si ha interesse a che il dispositivo mobile 2 operi nella regione la cui soglia di tolleranza è immediatamente maggiore dell’incertezza stimata della posizione del dispositivo mobile 2. Assumendo che la programmazione del dispositivo mobile 2 preveda che il dispositivo mobile 2 debba provvedere alla manutenzione dell’intera area di lavoro 1, si ha interesse a che il dispositivo mobile 2 operi nella prima regione 111 quando la posizione del dispositivo mobile 2 è massimamente affidabile, vale a dire quando l’incertezza della posizione del dispositivo mobile 2 stimata a partire dal primo segnale rappresentativo della posizione della prima antenna 11 e dal secondo segnale rappresentativo della posizione della seconda antenna 12 è minore della soglia di tolleranza associata alla prima regione 111.
Pertanto, nel caso in cui sia stato individuato che il dispositivo mobile 2 si trova all’interno della prima regione 111 e l’incertezza nella rilevazione della posizione del dispositivo mobile 2 sia stata stimata essere minore della prima soglia di tolleranza, il metodo prevede di consentire al dispositivo mobile 2 di operare nella prima regione 111 dell’area di lavoro 1, fintanto che l’incertezza stimata rimane minore della prima soglia di tolleranza o fintanto che il dispositivo mobile 2 ha completato la manutenzione della prima regione 111. In concomitanza di una rilevazione della posizione del dispositivo mobile massimamente affidabile (ovvero quando è stata stimata un’incertezza minore della prima soglia di tolleranza), si può ulteriormente prevedere che, essendo il dispositivo mobile 2 stato rilevato trovarsi in una regione dell’area di lavoro 1 differente dalla prima regione 111 (ad esempio nella seconda regione 112), al dispositivo mobile 2 venga consentito di accedere alla prima regione 111 e quindi di operare nella prima regione 111.
Al contrario, nel caso in cui il dispositivo mobile sia stato rilevato trovarsi all’interno della prima regione 111 e l’incertezza nella misura della posizione sia stata stimata essere maggiore della prima soglia di tolleranza, il metodo prevede di comparare l’incertezza stimata dapprima con la soglia di tolleranza della seconda regione 112 e quindi eventualmente con la soglia di tolleranza della terza regione 113. Qualora l’incertezza stimata nella misura della posizione del dispositivo mobile 2 sia minore della soglia di tolleranza della seconda regione 112, il metodo può prevedere di comandare la movimentazione del dispositivo mobile 2 in uscita dalla prima regione 111 attraverso il primo confine 121 per disporsi all’interno della seconda regione 112. Alternativamente, qualora l’incertezza stimata nella misura della posizione del dispositivo mobile 2 sia maggiore della soglia di tolleranza della seconda regione 112, ma minore della soglia di tolleranza della terza regione 113, il metodo può prevedere di comandare la movimentazione del dispositivo mobile 2 verso la terza regione 13 mediante l’attraversamento dapprima del primo confine 121 e quindi del secondo confine 122.
Deve infine rimarcarsi come il metodo per stimare l’incertezza nella posizione del dispositivo mobile 2 di cui alla presente invenzione può essere equivalentemente applicato sia quando la posizione del dispositivo mobile 2 è rilevata per mezzo di coordinate assolute (la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 essendo in tal caso atte a ricevere un segnale satellitare, quale ad esempio un segnale di tipo GPS), sia quando la posizione del dispositivo mobile 2 è rilevata per mezzo di coordinate relative rispetto ad un elemento di riferimento quale ad esempio una base di ricarica (la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 essendo in tal caso atte a ricevere un segnale in radiofrequenza, quale ad esempio un segnale di tipo Ultra Wideband o un segnale di tipo Bluetooth).
Metodo per stimare l’orientamento
La presente invenzione presenta inoltre un metodo atto a stimare l’orientamento del dispositivo mobile 2 a partire dai segnali ricevuti dalla prima antenna 11 e dalla seconda antenna 12. Tale metodo prevede di ricevere il primo segnale di posizione dalla prima antenna 11 ed il secondo segnale di posizione dalla seconda antenna 12 e quindi di stimare l’orientamento R del dispositivo mobile 2 in funzione di tali segnali. In particolare, il metodo prevede di rilevare la posizione della prima e della seconda antenna 11, 12, in funzione rispettivamente del primo e secondo segnale, la retta passante per la posizione della prima antenna 11 e della seconda antenna 12 definendo una direzione coincidente con l’orientamento R del dispositivo mobile 2.
Alcune delle caratteristiche di tale metodo per stimare l’orientamento del dispositivo mobile 2 sono desumibili dalla precedente descrizione dettagliata del dispositivo mobile 2.
Il metodo può inoltre prevedere di generare un segnale di riferimento dell’orientamento R del dispositivo 2 mediante una bussola 13 associata al dispositivo mobile 2 e di comparare l’orientamento stimato a partire dal primo segnale e dal secondo segnale di cui alla prima antenna 11 e di cui alla seconda antenna 12, con l’orientamento ricavato a partire dal segnale di riferimento dell’orientamento R generato dalla bussola 13, al fine di stimare l’incertezza dell’orientamento R così come ottenuto a partire dal primo segnale e dal secondo segnale.
Il metodo può inoltre prevedere di quantificare un eventuale errore sistematico nella stima dell’orientamento R del dispositivo mobile 2, in cui tale quantificazione avviene a seguito di una predeterminata movimentazione del dispositivo mobile 2. In altre parole, il metodo prevede una stima continua o a frequenza discreta dell’orientamento R del dispositivo mobile 2 per mezzo dei segnali rilevati per mezzo della prima e della seconda antenna 11, 12 e per mezzo della bussola 13, nonché una quantificazione del relativo eventuale errore sistematico durante la movimentazione del dispositivo mobile 2. Tipicamente, tale quantificazione può avvenire rilevando che, nel corso dell’avanzamento del dispositivo mobile 2, il valore medio dell’orientamento R del dispositivo mobile 2 stimato a partire dal primo segnale e dal secondo segnale differisce dal valore medio dell’orientamento R del dispositivo mobile 2 stimato a partire dal segnale di riferimento. Si assume pertanto che tale differenza tra i suddetti valori medi sia rappresentativa dell’eventuale errore sistematico insito nella stima dell’orientamento R del dispositivo mobile 2 in funzione del primo segnale e del secondo segnale.
Il metodo può inoltre comprendere la generazione di un segnale di comando a partire dall’orientamento R del dispositivo mobile 2 stimato in funzione del primo segnale di posizione e del secondo segnale di posizione ricevuti rispettivamente per mezzo della prima antenna e della seconda antenna. Tale segnale di comando rende possibile pilotare i mezzi di movimentazione 4 del dispositivo mobile 2 in modo che la movimentazione del dispositivo 2 avvenga lungo una direzione predefinita.
In una condizione dinamica del dispositivo mobile 2, risulta in particolare possibile manovrare il dispositivo mobile 2 con una notevole precisione, in modo che il dispositivo mobile 2 segua quanto più fedelmente possibile il percorso desiderato. In particolare, in corrispondenza di tratti curvilinei di tale percorso e/o in corrispondenza di tratti di transizione di tale percorso a collegamento di due tratti rettilinei tra loro differentemente direzionati, la stima dell’orientamento R secondo la presente invenzione consente di verificare con continuità se una manovra del dispositivo mobile 2 abbia prodotto la variazione di direzione desiderata ed, in caso contrario, di provvedere repentinamente alle manovre correttive necessarie per stabilire il corretto orientamento del dispositivo mobile 2. Si comprende agevolmente come la stima dell’orientamento R secondo la presente invenzione sia inoltre in grado di consentire al dispositivo mobile 2 di aggirare in maniera ottimale eventuali ostacoli presenti nell’area di lavoro 1 e rilevati per mezzo di un sensore di prossimità ad esempio capacitivo o per mezzo di un sistema di visione ed ulteriormente in grado di consentire un avvicinamento ottimale del dispositivo mobile 2 alla base di ricarica.
In una condizione statica del dispositivo 2, risulta in particolare possibile effettuare la corretta manovra già in corrispondenza dell’avvio del dispositivo mobile 2, senza quindi dovere ricorrere ad un predeterminato avanzamento iniziale del dispositivo mobile 2 finalizzato appunto a conoscerne l’orientamento R. Ciò è evidentemente di notevole importanza qualora il dispositivo mobile 2 sia stato precedentemente arrestato in stretta prossimità di un ostacolo fisico nell’area di lavoro 1 (ad esempio un muretto con il quale il dispositivo mobile 2 può entrare in collisione o un arbusto in cui il dispositivo mobile 2 può rimanere incagliato) o di un contorno sensibile dell’area di lavoro 1 (ad esempio il bordo di una piscina o il bordo di una strada) e si trovi orientato sfavorevolmente, ovvero nella direzione di tale ostacolo fisico o di tale contorno sensibile. L’opportunità di poter disporre, per mezzo del metodo secondo la presente invenzione, di una stima dell’orientamento R del dispositivo mobile 2 anche in una condizione statica del dispositivo mobile 2, consente di effettuare già in corrispondenza dell’avvio del dispositivo mobile 2 la manovra più opportuna (ovvero una manovra di allontanamento del dispositivo mobile 2 dall’ostacolo fisico o dal contorno sensibile), scongiurando così l’occorrenza di una situazione di grave rischio (quale ad esempio uno sconfinamento del dispositivo mobile 2 attraverso il contorno sensibile).
È particolarmente da apprezzare come il metodo di stima dell’orientamento secondo la presente invenzione può essere utilizzato per manovrare in maniera ottimale il dispositivo mobile 2 non soltanto nel corso del funzionamento dello stesso nell’area di lavoro 1, ma anche nel corso della procedura di installazione che ne precede il funzionamento e che è in particolare finalizzata ad eseguire una mappatura iniziale dell’area di lavoro 1.
Si deve infine rimarcare che il metodo per stimare l’orientamento del dispositivo mobile 2 di cui alla presente invenzione può essere equivalentemente applicato sia quando la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 sono configurate per ricevere un segnale satellitare, quale ad esempio un segnale di tipo GPS, sia quando la prima antenna 11 e la seconda antenna 12 sono invece configurate per ricevere un segnale in radiofrequenza, quale ad esempio un segnale di tipo Ultra Wideband o un segnale di tipo Bluetooth. L’orientamento del dispositivo mobile 2 può essere infatti ricavato sia a partire da coordinate assolute, sia a partire da coordinate relative rispetto ad un elemento di riferimento quale ad esempio una base di ricarica. Nel primo caso l’orientamento del dispositivo mobile 2 può essere espresso facendo riferimento ai punti cardinali (in particolare indicando come il dispositivo mobile 2 è direzionato rispetto ad un punto cardinale fondamentale), mentre nel secondo caso l’orientamento del dispositivo mobile 2 può essere espresso facendo riferimento ad una o più rette di cui si conoscono le rispettive direzioni (in particolare indicando l’angolo definito rispetto ad una retta parallela ad un predeterminato tratto del contorno dell’area di lavoro).
VANTAGGI DELL’INVENZIONE
Da quanto sopra dettagliatamente descritto, si evince palesemente che la presente invenzione apporta notevoli perfezionamenti ai dispositivi mobili a guida autonoma e ai loro metodi di controllo e consente pertanto di ottenere vantaggi tecnici significativi.
In particolare, la presente invenzione è manifestamente in grado di superare sia gli inconvenienti connessi alla tecnica nota che richiede l’installazione del filo perimetrale, sia le difficoltà connesse alle tecnologie satellitari per la rilevazione della posizione, soprattutto l’ottemperanza alle stringenti disposizioni di sicurezza e la gestione della navigazione nelle zone d’ombra.
Inoltre, la presente invenzione, grazie alla conoscenza (puntuale ed accurata) dell’orientamento del dispositivo mobile, permette di manovrare sempre in modo ottimale il dispositivo mobile, anche a partire da una condizione statica.
Questi ed ulteriori vantaggi sono raggiunti dal dispositivo mobile e dai relativi metodi per stimarne l’incertezza della posizione e per stimarne l’orientamento secondo l’invenzione e secondo varianti della stessa che rientrano comunque nell’ambito di tutela definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in particolare prati o giardini o terreni agricoli, ancor più in particolare dispositivo mobile (2) per il taglio di erba, comprendente: - un telaio (3); - mezzi di movimentazione (4) portati da detto telaio (3) per determinare la movimentazione di detto dispositivo mobile (2); - mezzi di ricezione (10) configurati per ricevere almeno un segnale di posizione; in cui un’unità di controllo (20) è operativamente collegata a detti mezzi di ricezione (10) in modo da determinare la posizione di detto dispositivo mobile (2) a partire dal segnale di posizione ricevuto da detti mezzi di ricezione (2), detta unità di controllo (10) essendo ulteriormente operativamente collegata a detti mezzi di movimentazione (4) in modo da pilotare detti mezzi di movimentazione (4) in funzione della posizione di detto dispositivo mobile (2); caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ricezione (10) comprendono una prima antenna (11) configurata per ricevere un primo segnale di posizione ed una seconda antenna (12) configurata per ricevere un secondo segnale di posizione, detta prima antenna (11) essendo disposta in corrispondenza di una prima regione (3a) di detto telaio (3), detta seconda antenna (12) essendo disposta in corrispondenza di una seconda regione (3b) di detto telaio (3), detta prima regione (11) di detto telaio (3) essendo distinta da detta seconda regione (12) di detto telaio (3).
  2. 2. Dispositivo mobile secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per stimare l’incertezza della posizione di detto dispositivo mobile (2) in funzione di detto primo segnale di posizione ed in funzione di detto secondo segnale di posizione.
  3. 3. Dispositivo mobile secondo la rivendicazione 2, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per determinare un valore misurato della distanza tra detta prima regione (3a) e detta seconda regione (3b) a partire da detto primo segnale di posizione e da detto secondo segnale di posizione, detto dispositivo mobile (2) comprendendo in particolare ulteriormente un odometro operativamente collegato a detta unità di controllo (2) e configurato per emettere un segnale rappresentativo di un avanzamento di detto dispositivo mobile (2), in cui detta unità di controllo (20) è configurata per ricavare un avanzamento stimato di detto dispositivo mobile (2) in funzione di detto primo segnale di posizione e/o in funzione di detto secondo segnale di posizione e per confrontare detto avanzamento stimato di detto dispositivo mobile (2) con l’avanzamento di detto dispositivo mobile (2) ricavato per mezzo di detto odometro, al fine di validare l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2) e/o in cui in particolare detta unità di controllo (20) è configurata per comparare detto valore misurato con un predeterminato valore di riferimento, detto valore di riferimento essendo in particolare rappresentativo della distanza effettiva tra detta prima regione (11) e detta seconda regione (12).
  4. 4. Dispositivo mobile secondo la rivendicazione 2 oppure secondo la rivendicazione 3, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per confrontare l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2) con almeno un valore di soglia, detto valore di soglia essendo in particolare rappresentativo della massima incertezza consentita in una predeterminata porzione di un’area di lavoro (1) di detto dispositivo mobile (2).
  5. 5. Dispositivo mobile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per stimare l’orientamento (R) di detto dispositivo mobile (2) a partire da detto primo segnale di posizione e da detto secondo segnale di posizione, detto dispositivo mobile (2) comprendendo in particolare ulteriormente una bussola (13) operativamente collegata a detta unità di controllo (20) e configurata per emettere un segnale rappresentativo di un orientamento (R) di detto dispositivo mobile (2), in cui detta unità di controllo (20) è configurata per confrontare l’orientamento stimato di detto dispositivo mobile (2) con l’orientamento (R) di detto dispositivo mobile (2) ricavato per mezzo di detta bussola (13), al fine di validare l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2) e/o in cui in particolare detta unità di controllo (20) è ulteriormente configurata per generare un segnale di comando a partire dall’orientamento (R) stimato di detto dispositivo mobile (2) e per trasmettere detto segnale di comando a detti mezzi di movimentazione (4), in particolare al fine di determinare una manovra di detto dispositivo mobile (2) in concomitanza con una condizione di avvio.
  6. 6. Dispositivo mobile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono ulteriormente un ricevitore (21) di detto almeno un segnale, detto ricevitore essendo operativamente interposto tra detta prima antenna (11) e detta unità di controllo (20).
  7. 7. Dispositivo mobile secondo la rivendicazione 6, in cui detto ricevitore (21) di detto almeno un segnale è operativamente interposto tra detta seconda antenna (20) e detta unità di controllo (20), in cui in particolare detto ricevitore (21) è operativamente collegato a detta prima antenna (11) per mezzo di un primo ingresso (22) ed è operativamente collegato a detta seconda antenna (12) per mezzo di un secondo ingresso (23) oppure in cui in particolare detti mezzi di ricezione (10) comprendono ulteriormente un commutatore (25), in particolare un multiplexer, operativamente interposto tra dette prima antenna (11) e seconda antenna (12) e detto ricevitore (21).
  8. 8. Dispositivo mobile secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono ulteriormente un ricevitore addizionale (24) di detto almeno un segnale, detto ricevitore addizionale (24) essendo operativamente interposto tra detta seconda antenna (12) e detta unità di controllo (20).
  9. 9. Dispositivo mobile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente almeno un nodo di comunicazione operativamente collegato a detta unità di controllo (20) e configurato per consentire la trasmissione e/o la ricezione di segnali su una rete di comunicazione locale oppure remota e/o in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale di un sistema satellitare globale di navigazione, in particolare secondo la tecnologia GPS, e/o in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale a radiofrequenza, in particolare di tipo Ultra wideband o Bluetooth.
  10. 10. Metodo per stimare l’incertezza della posizione di un dispositivo mobile per la manutenzione di terreni, in particolare prati o giardini o terreni agricoli, ancor più in particolare di un dispositivo mobile per il taglio di erba, detto dispositivo mobile comprendendo: - un telaio (3); - mezzi di movimentazione (4) portati da detto telaio (3) per determinare la movimentazione di detto dispositivo mobile (2); - mezzi di ricezione (10) configurati per ricevere almeno un segnale di posizione; in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono una prima antenna (11) ed una seconda antenna (12), detta prima antenna (11) essendo disposta in corrispondenza di una prima regione (3a) di detto telaio (3), detta seconda antenna (12) essendo disposta in corrispondenza di una seconda regione (3b) di detto telaio (3), detta prima regione (3a) di detto telaio (3) essendo distinta da detta seconda regione (3b) di detto telaio (3), detto metodo comprendendo le fasi di: a) ricevere un primo segnale di posizione per mezzo di detta prima antenna (11), e b) ricevere un secondo segnale di posizione per mezzo di detta seconda antenna (12), in cui l’incertezza della posizione di detto dispositivo mobile (2) è stimata in funzione di detto primo segnale di posizione ed in funzione di detto secondo segnale di posizione.
  11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, comprendente ulteriormente la fase di: c) determinare un valore misurato della distanza tra detta prima regione (3a) e detta seconda regione (3b) a partire da detto primo segnale di posizione e da detto secondo segnale di posizione, comprendente in particolare ulteriormente la fase di: d) comparare detto valore misurato con un predeterminato valore di riferimento, detto valore di riferimento essendo in particolare rappresentativo della distanza effettiva tra detta prima regione (3a) e detta seconda regione (3b).
  12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 10 oppure la rivendicazione 11, in cui l’incertezza stimata della posizione di detto dispositivo mobile (2) è validata mediante confronto con un segnale di riferimento, detto segnale di riferimento essendo in particolare generato per mezzo di un odometro associato a detto dispositivo mobile (2) e/o per mezzo di un sensore inerziale associato a detto dispositivo mobile e/o per mezzo di un sistema di visione associato a detto dispositivo mobile e/o per mezzo di un ricevitore di almeno un segnale associato a detto dispositivo mobile (2) e/o in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale di un sistema satellitare globale di navigazione, in particolare secondo la tecnologia GPS, e/o in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale a radiofrequenza, in particolare di tipo Ultra wideband o Bluetooth.
  13. 13. Metodo per stimare l’orientamento di un dispositivo mobile (2) per la manutenzione di terreni, in particolare prati o giardini o terreni agricoli, ancor più in particolare di un dispositivo mobile (2) per il taglio di erba, detto dispositivo mobile (2) comprendendo: - un telaio (3); - mezzi di movimentazione (4) portati da detto telaio (3) per determinare la movimentazione di detto dispositivo mobile (2); - mezzi di ricezione configurati per ricevere almeno un segnale di posizione; in cui detti mezzi di ricezione (10) comprendono una prima antenna (11) ed una seconda antenna (12), detta prima antenna essendo disposta in corrispondenza di una prima regione (3a) di detto telaio (3), detta seconda antenna (12) essendo disposta in corrispondenza di una seconda regione (3b) di detto telaio (3), detta prima regione (3a) di detto telaio (3) essendo distinta da detta seconda regione (3b) di detto telaio (3), detto metodo comprendendo le fasi di: a) ricevere un primo segnale di posizione per mezzo di detta prima antenna (11) e b) ricevere un secondo segnale di posizione per mezzo di detta seconda antenna (12), in cui l’orientamento di detto dispositivo mobile (2) è stimato in funzione di detto primo segnale di posizione ed in funzione di detto secondo segnale di posizione.
  14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente ulteriormente le fasi di: c) generare un segnale di comando a partire dall’orientamento stimato di detto dispositivo mobile (2) e d) trasmettere detto segnale di comando a detti mezzi di movimentazione (4), in particolare in concomitanza con una condizione di avvio di detto dispositivo mobile (2).
  15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 13 oppure la rivendicazione 14, in cui viene quantificato un eventuale errore sistematico nella stima di detto orientamento di detto dispositivo mobile (2), tale quantificazione avvenendo a seguito di una predeterminata movimentazione di detto dispositivo mobile (2) e/o in cui l’orientamento di detto dispositivo mobile (2) è validata mediante confronto con un segnale di riferimento, detto segnale di riferimento essendo in particolare generato per mezzo di una bussola (13) associata a detto dispositivo mobile (2) e/o in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale di un sistema satellitare globale di navigazione, in particolare secondo la tecnologia GPS, e/o in cui detto almeno un segnale di posizione comprende un segnale a radiofrequenza, in particolare di tipo Ultra wideband o Bluetooth.
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