SE506907C2 - System och anordning vid självorienterande anordning - Google Patents

System och anordning vid självorienterande anordning

Info

Publication number
SE506907C2
SE506907C2 SE9601664A SE9601664A SE506907C2 SE 506907 C2 SE506907 C2 SE 506907C2 SE 9601664 A SE9601664 A SE 9601664A SE 9601664 A SE9601664 A SE 9601664A SE 506907 C2 SE506907 C2 SE 506907C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
transmitter
transmitter element
microphone units
sensor
microphone
Prior art date
Application number
SE9601664A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9601664D0 (sv
SE9601664L (sv
Inventor
Mendel Kleiner
Bjoern Riise
Original Assignee
Electrolux Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electrolux Ab filed Critical Electrolux Ab
Priority to SE9601664A priority Critical patent/SE506907C2/sv
Publication of SE9601664D0 publication Critical patent/SE9601664D0/sv
Priority to JP53878997A priority patent/JP3856839B2/ja
Priority to ES97922230T priority patent/ES2165054T3/es
Priority to PCT/SE1997/000625 priority patent/WO1997041451A1/en
Priority to AU27955/97A priority patent/AU713488B2/en
Priority to DE69706935T priority patent/DE69706935T2/de
Priority to EP97922230A priority patent/EP0835459B1/en
Priority to CA002225420A priority patent/CA2225420A1/en
Priority to KR1019970709944A priority patent/KR100317460B1/ko
Publication of SE9601664L publication Critical patent/SE9601664L/sv
Priority to US08/998,705 priority patent/US5935179A/en
Publication of SE506907C2 publication Critical patent/SE506907C2/sv

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521Constructional features
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0227Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using mechanical sensing means, e.g. for sensing treated area
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0272Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2015/937Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details
    • G01S2015/938Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details in the bumper area

Description

506 907 2 Det är därför ett önskemål att finna en förbättrad apparat för automatisk polering och dammsugning som uppvisar en ännu bättre förmåga att hitta en öppen väg när den utför sin funktion. Den förbättrade apparaten bör även vara enkel och billig att tillverka och därmed för kunderna kunna presentera ett lockande pris.
Sammanfattning av uppfinningen I enlighet med den föreliggande uppfinningen tillhandahålls ett närhetsavkännande systen1 för en. självorienterande anordning, speciellt en dammsugare, vilket uppvisar stor bandbredd och hög direktivitet som resulterar i hög känslighet vid mottagaren och samtidigt bildar en mycket robust apparat.
Den föreliggande uppfinningen visar ett närhetsavkännande system och en anordning för en autonom anordning som är försedd med ett par motordrivna hjul, varvid anordningen innefattar organ för närhetsorienteringen och styrningen av anordningen i form av ett mikroprocessorsystem och ett närhetsavkännande system som innefattar åtminstone ett sândarelement och ett mottagarelement och ett mekaniskt avkânnande element i form av en framåt riktad stötfångare, i vilken anordning det mekaniska avkânnande elementet manövrerar åtminstone en beröringsavkännare om anordningen gör kontakt med ett hinder i den rörliga anordningens väg, varjämte sändarelementet är en bandformad ultraljudgivare placerad framtill på anordningen och som sänder ultraljudvàgor med en smal vertikal fördelning inom en bred sektor framför anordningen, samt mottagningselementet innefattar "ett antal mikrofonenheter försedda med ihåliga rör för ljudet och som bildar en ingängsdel i ett mottagningssystem för att ta emot ekon från de utsända ultraljudvàgorna reflekterade vid föremål i den rörliga anordningens väg framåt.
Ytterligare ändamål och fördelar med den föreliggande upp- finningen fastställs av de beroende patentkraven. 506 907 Beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas i form av en föredragen utföringsform genom att hänvisa till de medföljande ritningarna, i vilka: Fig. 1 demonstrerar en vy uppifrån av en autonom anordning i en utföringsform för en dammsugningsrobot som innefat- tar den föreliggande uppfinningen, Fig. 2 demonstrerar en sidovy av anordningen enligt fig. 1, Fig. 3 demonstrerar en sidovy av anordningen enligt fig. 1, Fig. 4 demonstrerar'hàrdvarublockschena.för anordningen.enligt fig. 1 som illustrerar' en utföringsfor¶1 vilken in- nefattar den föreliggande uppfinningen, Fig. 5 visar en kurva som illustrerar direktiviteten för en givare för ljudradar använd i det föreliggande syste- met, Fig. 6 visar en kurva som illustrerar direktiviteten för en naken mikrofon för ett ljudradarsystem, Fig. 7 visar en kurva som illustrerar direktiviteten för en mikrofon försedd med ihåliga rör som används i. det föreliggande ljudradarsystemet, Fig. 8 är ett vertikalt snitt genom en mikrofon försedd med ihåliga rör för det mottagna ljudet, Fig. 9 illustrerar uppbyggnad av en bandformad givare, Fig. 10 visar ett förenklat sändarblockschema för ljudradar som används i en utföringsform av det föreliggande syste- met, 506 907 4 Fig. 11 visar ett mottagarblockschema för ljudradarn som används i en utföringsform av det föreliggande syste- met, Fig. 12 visar ett exempel på en mottagen signal när inga hinder är närvarande, samt Fig. 13 visar ett exempel på en mottagen signal när hinder är närvarande vid avstånd 5 och 45 cm.
En belysande föredragen utföringsform Allmänna egenskaper Figur 1 illustrerar med en vy uppifrån en belysande utföringsform av en autonom dammsugningsanordning, vilken själv kommer att förflytta sig på ett golv och dammsuga ett rum. I framdelen finns anordnat en ultraljudsändare. Sändaren består av en bandformad givare 10 ungefär 25 mm bred och med en längd som täcker i storleksordningen 150° av anordningens periferi fram, som illustrerat i fig. 2. Som ses i fig. 2, är den bandformade givaren 10 monterad ovanför ett antal mikrofonenheter 12 vilka tillsammans med givaren 10 bildar ett ljudradarsystem med ultraljud för anordningens orientering. Givaren är försänkt i en framåt riktad rörlig stötfàngarenhet 16. Stötfángaren 16 styr en vänster och höger stötfångarberöringsavkännare, en av dessa manövreras om stötfàngaren gör kontakt med ett hinder. Ur fig. 2 och 3 kommer att ses att anordningen har två diametralt placerade hjul 17, 18 och ett tredje hjul 19 baktill. Hjulen 17, 18 är vart och ett oberoende drivet av en separat motor utrustad med en 'växellàda. Hjulen 17, 18 är kopplade direkt på den utgående axeln från.'växellådan” De drivna hjulen 17 och 18 möjliggör för anordningen att även rotera runt sitt eget symmetricentrum. På varje axel från växellàdorna kopplat till hjul 17 respektive 18 är monterat en skiva försedd med slitsar samt en HP skivslitsavkodare. Kvadratursignaler från skivslits- avkodarna är kopplade till en mikroprocessor som styr anord- ningen. Det tredje hjulet 19 stöder anordningen bak. Hjulets 19 inriktning kommer att bero av drivningen av de två hjulen 17 och 506 907 18 eftersom det kan roteras runt en vertikal axel. Anordningen är balanserad med en något större vikt på den bakre halvan av anordningen, som bär till exempel batterierna, så att den kommer alltid att röra sig med alla tre hjulen i kontakt med golvet. På grund av denna balansering kan anordningen enkelt klättra över golvmattkanter och liknande. Balansen avkänns även med en lutningskontakt i anordningen.
I en annan utföringsform är den bandformade givaren uppdelad i tvà bandformade givare, en övre del och en undre del. Antalet mikrofonenheter kommer då att vara placerade mellan ljudradar- sändarens två delar.
I figur 4 visas ett hàrdvarublockschema för anordningen enligt figurerna 1, 2 och 3. Hårdvaran är väsentligen uppbyggd runt en mikroprocessor av typ MC68332 från Motorola Inc. Signalerna från skivslitsavkodarna är kopplade till ingångar för "Timer Processor Unit" (TPU) pà MC68332. Processorn (som löper i "QDEC ger positionsinformation med en noggrannhet 2000 slitsar per varv, styr via respektive drivkretsar höger och vänster hjulmo- tor. Hjulmotorerna styrs separat genom pulsbreddsmodulerade signaler pà 5 kHz alstrade av två ytterligare kanaler fràn "Timer Processor Unit" i huvudprocessorn. Processorn styr också två ytterligare motorer, en för roteringen av borsten och en annan för fläkten som alstrar nödvändigt vakuum för dammsugarens allmänna funktion. Luft från fläktmotorn används vidare på ett känt sätt för kylândamål och luften blàses ut vid ett gâlat utlopp ovanpå anordningen.
Processorn styrs av mjukvara lagrad i ett antal olika typer av digitala minnen till exempel av typ FPROM, RAM eller EEPROM, vilka är väl kända för fackmannen förtrogen med datorteknik.
Kommunikation med styrsystemet kan erhållas genom ett standard- gränssnitt RS-232. Vidare har processorn sitt egna klocknings- system även känt fràn tidigare teknik. Systemet som illustrerats i fig. 4 innefattar vidare tre beröringskontakter, V-stötfàngare, H-stötfàngare och lutningskontakt, samt en sändare och en 506 907 6 mottagare för ett lokaliseringsavkånnande system med ljudradar, vilka delar utgör delen av systemet som inbegriper den före- liggande uppfinningen och som kommer att beskrivas närmare i detalj nedan.
Ljudradarlokaliseringssystemet I den belysande utföringsformen bestàr det hinderdetekterande systemet av en ljudradar* med 'ultraljud och en stötfängare.
Ljudradarn används för detektering av hinder i den rörliga anordningens väg, för preciserade av den exakta positionen för det närmaste hindret och avkännande förekomsten av ett golv. Det finns en halvcirkulär kapacitansfilmgivare monterad pä anord- ningens periferi, tillsammans med tre mikrofoner, för detektering av föremål sonxhar en väsentligen.vertikal profil. För avkännande av golv och trappor finns det ytterligare två piezoelektriska pipare som ser framåt, monterade framför de två drivna hjulen, tillsammans med tvä ytterligare mikrofoner. Stötdämparen har två beröringskontakter, en för varje sida, och vilka används för nödstopp när ett hinder har träffats, och fortfarande icke detekterat av ljudradarn.
Givarens fysiska bandform ger den ett strälmönster med en bred horisontell fördelning, medan den vertikala fördelningen är ganska smal. Ett typiskt strälmönster för en 45-gradersgivare visas i fig. 4 och demonstrerar ett uttalat smalnat mönster mellan -10° och +l0° i elevationsvinkeln framät. Användningen av en fördelad ljudkälla kommer att minimera eventuella döda zoner och samtidigt möjliggöra en lättare detektion i närzonen där ett hinder existerar. Användningen av en rundsträlande källa betyder att en del av lokaliseringen mäste utföras genom triangulering vilket i sin tur innebär att alla mikrofonkanaler mäste har samma gensvar och att föremålet som skall lokaliseras mäste lämpligen reflektera lika i alla riktningar.
En tillgänglig givartyp är en enkelsidig elektrostatisk givare av Sell-typ, vilken arbetar genonzelektrostatisk;attraktion. Fig. 9 visar en uppbyggnad av en Sell-givare vilken innefattar ett 50-6 907 7 elektriskt ledande korrugerat bakplan 30 son1är allmänt akustiskt transparent, till exempel i form av ett tràdnät. Korrugeringen sätter luftgapet 32 och därmed både sändarkânsligheten och dess maximalt utsträlade intensitet. Den andra elektroden 34 består av en rörlig film som är metalliserad pà sidan inte kontakt med det korrugerade bakplanet 30. I den föredragna utföringsformen är den bandformade givaren 10 utformad genom att först fästa en korrugerad kopparfilm mot periferin av den inre grundmåssigt krökta strukturen och ovanpå den.korrugerade kopparfilmeneniplan isolerad_ ledande film sonl bildar den rörliga delen av den bandformade elektrostatiska givaren. Följaktligen är isolationen pà den ledande filmen vänd mot den korrugerade kopparfilmen. Den korrugerade kopparfilmen har ett adekvat våffelmönster. Notera att denna föredragna anordning är avsedd att sända i den motsatta riktningen jämfört med den allmänna Sell-typen demonstrerad i fig. 9. Framför givaren är vidare placerat ett skyddande tràdnät vid en rektangulär' öppning längs stötfàngarens 16 periferi, vilket framàt täcker en vinkel av storleksordningen l50°. Alltså utgör den korrugerade filmen en elektrod. och den, isolerade ledande filmen givarens andra elektrod. Sändaren kommer att vara icke-linjär vilket innebär att den likriktar en pälagd växel- strömssignal om inte en förspänning pâförs tillsammans med växelströmssignalen. Dokumentation exempel i IEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics and Frequency Control, #1 vol 42, Jan. 1995, vilken uttryckligen medtas här som hänvisning. Den använda givaren kommer att beskrivas ytterligare nedan.
De andra viktiga delarna i ljudradarsystemet är mikrofonerna.
Mikrofonerna är monterade bakom ett arrangemang av två vertikalt inriktade ihåliga rör för ljudet för att ge dessa en önskad di- rektivitet. I fig. 6 demonstreras den horisontella och vertikala direktiviteten för en mikrofon lämplig för ett ljudradarsystem.
Diagrammet prickar av den alstrade relativa spänningen.i ett ver- tikalt plan -lO0° till +100° och på samma sätt i ett horisontellt plan -lO0° till +100°. Direktiviteten för en naken mikrofon är nästan rundstràlande, vilket indikeras av diagrammet i fig. 6. 506 907 8 Med införande av vertikalt inriktade horisontella ihåliga rör eller tuber tillsammans med den redan erhållna smala vertikala fördelningen vid sändaren, kommer ekon från golvet liksom från mattor' med skarpa kanter att undertryckas kraftigt. Fig. 7 demonstrerar direktiviteten för en ndkrofon försedd næd två vertikalt inriktade horisontella ihåliga tuber, eller rör, i ett diagram liknande diagrammet visat i. fig. 6. Med ljudrören förbättras väsentligt direktiviteten i det vertikala planet, som kan ses i diagrammet. Detta ger en mycket förenklad detektion i närzonen, där ekon från golvet och anordningen själv är starkast.
Fig. 8 demonstrerar en genomskärning av en mikrofonenhet 12 med tvà ihåliga ljudrör. I den föreliggande utföringsformen har de två ljudrören l2a och l2b en diameter 2,5 mm och ett centrumav- stånd 4,25 mm. Mikrofonenhetens totala diameter är av storleks- ordningen 8 mm och djupet ungefär 12 mm vilket betyder att mikrofonelementet l2c är försânkt ungefär 6 mm in i mikrofon- enheten.
Detaljerad beskrivning Den centrala processorenheten MC68332 från Motorola alstrar det nödvändiga pulstàget för att driva sändaren. Eftersom givaren likriktar är det alstrade ljudets frekvens två gånger ingångs- signalens frekvens. Fig. 9 illustrerar ett förenklat blockschema för ljudradarsändaren använd i en föredragen utföringsform av det föreliggande systemet. I den för närvarande föredragna utförings- formen av den föreliggande uppfinningen består signalen av tre perioder av 20 kHz med en driftsperiod av 40% alstrad från kanal O i “Timer Processor Unit" (TPU), som löper i en mod som lägessynkroniserad pulsgenerator (PSP). Tidsreferensen bestäms av kanal 1 som löper i en mod för periodmätning med ytterligare övergångsdetektering (PMA). (Ytterligare information om PSP och PMA återfinns i Application Note TPUPN14/D och TPUPNl5A/D). PMA kräver en klocka ansluten till ingång EZCLK och en insignal med jämt fördelande pulser plus en ytterligare puls vid en specifice- rad tidpunkt. Denna signal alstras av signalen PSCO från "Qued Serial Module" (QSM), som också är en integrerad anordning i CPU 506 907 9 MC68332. De sända skurarnas frekvens och driftcykel kan varieras genom ändring av funktionen PSP. Skurlängd (antal pulser) styrs genom ändring från QSM av programmeringen av signalen-PCSO. Allt detta görs i en mjukvarumodul (inte visad) vilket kommer att vara uppenbart för fackmannen.
I fig. 10 illustreras att signalen frän CPU MC68332 matas ut till en fälteffektomkopplare, FET, sonlhar sin source-elektrod kopplad till jord och via en transformator driver den bandformade ultraljudsgivaren. En primär 12 volts matning till drain- elektroden pä fälteffekttransistorn, som nycklas pä sin gate- elektrod av CPU MC68332, alstrar pulser med ungefär 600 Vpp i transformatorns sekundära lindning. Givarens kapacitans och den sekundära lindningens induktans bildar en parallellresonanskrets avstämd till ultraljudsändarens arbetsfrekvens.
Mottagaren som demonstreras i ett förenklat mottagarblockschema i fig. 11 använder en analog multiplexerare för att selektera en av de tre mikrofonerna 12 eller en extra sidomikrofon (inte visad i schemat) för väggföljning, (eller en av de tvä golvavkännande mikrofonerna framför de drivna hjulen 17, 18), som inmatning till ett bandpassfilter följt av en envelopdetektor. Mikrofonerna i den föreliggande utföringsformen är kopplade till individuella förstärkare med ungefär 40 dB förstärkning. Bandpassfiltret i den föreliggande utföringsformen är ett 6-poligt filter med en bandbredd 15 kHz centrerad vid 40 kHz och en filterförstärkning ungefär 40 dB. Envelopdetektorn liksom förförstärkarna och bandpassfiltret utgör en standardkonfiguration 'väl känd för fackmannen. Signalen fràn envelopdetektorn matas sedan till en 12 bitars seriell A/D-omvandlare, under styrning av QSM. Sampel lagras med en hastighet 40 kilosampel per sekund, med början en millisekund före och.med slutet tjugofyra millisekunder'efter den utsända ultraljudskuren. Klockad av A/D-överföringar utmatar QSM perifera chipselect PCSO och PCS1. PCS1 som utges vid lägena nummer åtta och sexton triggar ett avbrott till huvud-CPU, vilket indikerar att det finns ätta sampel färdiga i mottagarregistren i QSM. QSM kan hälla sexton mottagna sampel, motsvarande sexton 506 907 kommandoord som styr överföringen. Efter sexton kommandoord'viker QSM tillbaka och àterstartar kommandosekvensen. På detta sätt synkroniserar QSM autonomt A/D-omvandlingarna, avbrytande CPU (i mod "Discrete Input Output" (DIO), via TPU-kanal 2), endast när nödvändigt. När CPU:n har mottagit alla förväntade sampel avaktiveras QSM. PSCO utges vid sampelnummer ett och nio, vilket ger grundklocka för funktionen PMA. En ytterligare puls finns då programmerad vid ett önskat läge någonstans däremellan, (i detta fall vid sampel nummer sex), för att identifiera den "ytterliga- re" övergången. Detta triggar funktionen PSP i kanal O att starta skuren som alstrar ljudet. Skuren alstras endast en gång per repetitionscykel och synkroniseras perfekt med mottagarens A/D- samplingsklocka, vilket gör det lätt att korrelera ett sampelnum- mer med en exakt tid i förhållande till den utsända skuren.
Analys av mottagna data Mottagna ràdata delas in i tre delar använda för olika ändamål.
Först beräknas bakgrundsbrusnivàrlmed.användning av data samplade före att skuren sänts. Sedan analyseras nârzonen. Närzonen i den föreliggande utföringsformen.är avståndet från anordningens peri- feri och upp till ungefär 13 cm bort, motsvarande ungefär 750 mikrosekunder. I detta tidsfönster är den. mottagna signalen kraftigt kontaminerad av ekon från golvet och från anordningen själv. För att särskilja något hinder i denna region, bibehålls ett typiskt avklingningsmönster för varje ndkrofon och sub- traheras från den mottagna signalen. I fig. 12 illustreras den relativa ekoamplituden för en mikrofon enligt den föreliggande utföringsformen med inget hinder närvarande. I fig. 13 illustre- ras den relativa ekoamplituden för samma mikrofon med hinder vid avstånden 5 och 45 cm. Efter subtraktion av det typiska av- klingningsmönstret jämförs de kvarvarande topparna med en fast tröskel och betraktas om över denna på förhand satta tröskel representera ett hinder. Sist avsöks zonen bortom nârzonen för toppar över en fast tröskel och förskjutna genom den beräknade bakgrundsbrusnivån. 506 907 11 Den exakta lokaliseringen av ett hinder är inte känd genom att endast använda informationen från varje mikrofon, eftersom det detekterade föremålet kunde vara lokaliserat var som helst på en ellips. För att precisera det exakta läget för det närmaste hindret används trigonometri på ett standardiserat geometriskt sätt soul är uppenbart för fackmannen. Endast avståndet och vinkeln till det närmaste hindret beräknas beroende på den komplexa matematik som måste utföras i realtid. Dessutom görs detta endast under förflyttning med låg hastighet eller under stillastående.
Vid förflyttning med hög hastighet används informationen från de olika mikrofonerna som den är för att få en approximation av avståndet till hinder och kopplas sedan över till låg hastighet när hinder är tillräckligt nära.
Navigering Normalt förflyttar sig anordningen längs en rak linje tills ett hinder påträffas. Om inget hinder detekteras inom 40 cm från fronten, eller 10 cm från sidorna används hög hastighet. Hög hastighet för den föreliggande utföringsformen motsvarar ungefär 40 cm/s. Om något hinder ses inom denna sektion används låg hastighet. Låg hastighet sätts då till ungefär 14 cm/s. Detektion av ett hinder inom ett avstånd av några få centimeter får anordningen att stanna. Efter att ha stannat kollas det närmaste hindret och vinkeln till föremålet används som argument för beräkning av en ny fârdriktning. Om hindret påträffas långt ut på endera sidan, används en liten basvinkel. Å andra sidan om träffen är rakt fram används en basvinkel på 60 grader. Till basvinkeln adderas en godtycklig vinkel upp till 60 grader. På detta sätt kan den autonoma anordningen finna sin väg genom en trång passage med små vridningar och fortfarande effektivt studsa mellan nakna väggar. Avståndet mellan stopp och antalet vrid- ningar övervakas så att "frigångsmoden" kopplar över till "fast och utbrytningsmod" om det förflyttade avståndet inte överstiger ett satt minimum efter ett antal vridningar. Att verkligen träffa något med ljudradarn "icke sett" och detekterat endast av 506 907 12 stötfångarberöringsavkännarna får anordningen att först backa några få centimeter och sedan fortsätta som om föremålet avkänts på mot svarande sida .
När anordningen har detekterat att den inte förflyttar sig tillräckligt långt mellan stoppen, ändrar den strategi till konstant vridning och avkännande av omgivningen tills en fri passage hittas eller en full cirkel täckts. Om efter förflyttning en kort sträcka ett annat hinder detekteras upprepas samma procedur, med fortsättande av vridning i samma riktning. När ett minimiavstånd förflyttats utan att träffa ett nytt hinder återgås till "frigångsmoden" . Å andra sidan om anordningen fortsätter att finna hinder slås den av efter ett antal rotationer.
Normalt när i "fast mod och utbrytning" slår anordningen av alla andra aktiviteter som till exempel den roterande borsten och fläkten som alstrar vakuum, om inte luftströmmen från denna fläkt behövs för kylning av anordningens kretskoppling, vilket styrs av temperaturavkännare.
Vid utförande av en städuppgift startar anordningen genom att följa väggarna som definierar rummet . I den föredragna utförings- formen finns det fyra ljudradarmikrofoner i stötfångaren under ultraljudsändaren. Tre mikrofonenheter används för navigationen framåt medan en fjärde mikrofon enhet placerad på höger sida av stötfångaren tar hand om väggföljningen. Efter den allmänna undersökningen av rummet genom att göra en väggföljning runt rummet startar anordningen städoperationen på ett slumpartat sätt och fortsätter tills den uppskattar att den täckt all åtkomlig yta.
För en slumptalsalstring används en standard pseudorandomtalgene- rator av den kongruenta typen. Som frö används ett 11 bitars slumptal för att använda olika sekvenser vid varje separat körning. Detta slumptal alstras genom användning av den minst signifikanta biten i det A/D-omvandlade värdet från var och en av de ll analoga ingångarna. 506 907 13 Det kommer att inses av fackmannen att olika modifikationer och ändringar kan göras i den föreliggande uppfinningen utan att avvika från andemeningen och omfattningen av denna som definie- rats av de bifogade patentkraven.

Claims (18)

506 907 14 PATENTKRAV
1. Nárhetsavkännande system för en autonom anordning försedd med motordrivna hjul (17, 18) för utförande av en speciell städ- funktion, varvid.anordningen innefattar element för orienteringen och styrningen av anordningen med hjälp av ett nfikroproces- sorsystem som bildar ett nárhetsavkännande system vilket innefattar åtminstone ett sändarelement och ett mottagarelement och ett mekaniskt avkànnande element (16) i form av en framåt riktad stötfángare, k á n n e t e c k n a t av att sändarelementet är en bandformad ultraljudsgivare (10) placerad vid anordningens främre periferi och som sänder ultraljudvàgor med en smal vertikal fördelning inom en bred sektor framför anordningen.
2. System enligt krav 1, k à n n e t e c k n a t av att sändarelementet är en halvcirkulâr kapacitansfilmgivare (10) monterad pà anordningens periferi tillsamans med. mottagar- elementet som har åtminstone tre mikrofonenheter för ultraljud.
3. System enligt krav 2, k á n n e t e c k n a t av att sändarelementet är uppdelat i tvà delar som uppvisar en övre bandformad ultraljudsgivare och en undre bandformad ultra- ljudgivare som mellan sig har mottagningselementet.
4. System enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att sändarelementet är försänkt i anordningens frontdel för att ytterligare begränsa den vertikala fördelningen av utsända och mottagna signaler.
5. System enligt krav 1 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att mottagarelementet innefattar ett antal mikrofonenheter (12) försedda med ihåliga rör (12a, 12b) för ljudet för att ytterligare förbättra direktivitetsmönstret för varje mikrofon- enhet. 506 907 15
6. System enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att de ihåliga rören (12a, 12b) i mikrofonenheterna för mottagning är inriktade vertikalt i förhållande till varandra för att producera en förbättrad direktivitet i det vertikala planet.
7. System enligt krav 5, k å n n e t e c k n a t av att en ytterligare mikrofonenhet (12) är riktad från en sida av anordningen för att användas vid en vàggföljningsoperation.
8. System enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att sändarelementet under varje upprepad sändning sänder en sekvens av tätt åtskilda pulser, vars ekon komer av mottag- ningssystemet att integreras till en samplad reflektion vid ett specifikt reflektionsavstånd.
9. System enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att det mekaniska avkännande elementet (16) manövrerar åtminstone en beröringsavkånnare om anordningen gör kontakt med ett hinder i den rörliga anordningens väg.
10. Anordning för navigering med en autonom anordning försedd med motordrivna hjul (17, 18) för utförande av en speciell städ- funktion, varvid anordningen innefattar element för nárhetsorien- teringen och styrningen av anordningen.med hjälp av ett mikropro- cessorsystem som. bildar ett närhetsavkännande systen1 vilket innefattar åtminstone ett sändarelement och ett mottagarelement och ett mekaniskt avkännande element (16) i form av en framåt riktad stötfångare, k ä n n e t e c k n a d av att sändarelementet är en bandformad ultraljudgivare (10) placerad vid anordningen front och som sänder ultraljudvågor med en smal vertikal fördelning inom en bred sektor framför anordningen.
11. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att sändarelementet är en halvcirkulär kapacitansfilmgivare (10) monterad. pà anordningens periferi tillsammans med mottagar- elementet som har åtminstone tre mikrofonenheter för ultraljud. 506 907 16
12. Anordning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a t av att sändarelementet är uppdelat i två delar som uppvisar en övre bandformad ultraljudgivare och en undre bandformad ultraljud- givare som mellan sig har mottagningselementet.
13. Anordning enligt krav 11 eller 12, k ä n n e t e c k n a t av att sändarelementet är försánkt i anordningens frontdel för att ytterligare begränsa den vertikala fördelningen av utsända och mottagna signaler.
14. Anordning enligt krav 10 eller 12, k ä n n e t e c k n a t av att mottagarelementet innefattar ett antal mikrofonenheter (12) försedda med ihåliga rör (12a, l2b) för ljudet för att ytterligare förbättra direktivitetsmönstret för varje mikrofon- enhet.
15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av att de ihåliga rören (12a, 12b) i mikrofonenheterna för mottagning är inriktade vertikalt i förhållande till varandra för att producera en förbättrad direktivitet i det vertikala planet.
16. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av att en ytterligare mikrofonenhet (12) är riktad från en sida av anordningen för att användas vid en väggföljningsoperation.
17. Anordning enligt krav 11 eller 12, k ä n n e t e c k n a t av att sändarelementet under varje upprepad sändning sänder en sekvens av tätt åtskilda pulser, vars ekon av mottagnings- systemet komer att integreras till en samplad reflektion vid ett specifikt reflektionsavständ.
18. Anordning enligt något av föregående krav 10 till 16, k ä n n e t e c k n a t av att det mekaniska avkännande elementet (16) manövrerar åtminstone en beröringsavkännare om anordningen gör kontakt med ett hinder i den rörliga anordningens väg.
SE9601664A 1996-04-30 1996-04-30 System och anordning vid självorienterande anordning SE506907C2 (sv)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9601664A SE506907C2 (sv) 1996-04-30 1996-04-30 System och anordning vid självorienterande anordning
KR1019970709944A KR100317460B1 (ko) 1996-04-30 1997-04-14 자기지향용시스템및장치
AU27955/97A AU713488B2 (en) 1996-04-30 1997-04-14 System and device for a self orienting device
ES97922230T ES2165054T3 (es) 1996-04-30 1997-04-14 Sistema y dispositivo para un dispositivo de orientacion automatica.
PCT/SE1997/000625 WO1997041451A1 (en) 1996-04-30 1997-04-14 System and device for a self orienting device
JP53878997A JP3856839B2 (ja) 1996-04-30 1997-04-14 自己方向決定装置用のシステムと装置
DE69706935T DE69706935T2 (de) 1996-04-30 1997-04-14 System und gerät für selbstorientierungsvorrichtung
EP97922230A EP0835459B1 (en) 1996-04-30 1997-04-14 System and device for a self orienting device
CA002225420A CA2225420A1 (en) 1996-04-30 1997-04-14 System and device for a self orienting device
US08/998,705 US5935179A (en) 1996-04-30 1997-12-29 System and device for a self orienting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9601664A SE506907C2 (sv) 1996-04-30 1996-04-30 System och anordning vid självorienterande anordning

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9601664D0 SE9601664D0 (sv) 1996-04-30
SE9601664L SE9601664L (sv) 1997-10-31
SE506907C2 true SE506907C2 (sv) 1998-03-02

Family

ID=20402416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9601664A SE506907C2 (sv) 1996-04-30 1996-04-30 System och anordning vid självorienterande anordning

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0835459B1 (sv)
JP (1) JP3856839B2 (sv)
KR (1) KR100317460B1 (sv)
AU (1) AU713488B2 (sv)
CA (1) CA2225420A1 (sv)
DE (1) DE69706935T2 (sv)
ES (1) ES2165054T3 (sv)
SE (1) SE506907C2 (sv)
WO (1) WO1997041451A1 (sv)

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2344750B (en) 1998-12-18 2002-06-26 Notetry Ltd Vacuum cleaner
GB2344888A (en) * 1998-12-18 2000-06-21 Notetry Ltd Obstacle detection system
GB2344745B (en) * 1998-12-18 2002-06-05 Notetry Ltd Vacuum cleaner
US8412377B2 (en) 2000-01-24 2013-04-02 Irobot Corporation Obstacle following sensor scheme for a mobile robot
US6956348B2 (en) 2004-01-28 2005-10-18 Irobot Corporation Debris sensor for cleaning apparatus
US6690134B1 (en) 2001-01-24 2004-02-10 Irobot Corporation Method and system for robot localization and confinement
US7571511B2 (en) 2002-01-03 2009-08-11 Irobot Corporation Autonomous floor-cleaning robot
SE518482C2 (sv) 2001-02-28 2002-10-15 Electrolux Ab Hinderavkänningssystem för en självgående städapparat
SE518483C2 (sv) 2001-02-28 2002-10-15 Electrolux Ab Hjulupphängning för en självgående städapparat
SE518683C2 (sv) 2001-03-15 2002-11-05 Electrolux Ab Förfarande och anordning för positionsbestämning av en autonom apparat
SE0100926L (sv) * 2001-03-15 2002-10-01 Electrolux Ab Närhetsavkännande system för en autonom anordning och ultraljudgivare
SE0100924D0 (sv) 2001-03-15 2001-03-15 Electrolux Ab Energy-efficient navigation of an autonomous surface treatment apparatus
US7429843B2 (en) 2001-06-12 2008-09-30 Irobot Corporation Method and system for multi-mode coverage for an autonomous robot
EP2386924B1 (en) * 2001-06-12 2019-05-29 iRobot Corporation Mobile robot
US9128486B2 (en) 2002-01-24 2015-09-08 Irobot Corporation Navigational control system for a robotic device
GB2406041B (en) * 2002-03-26 2005-08-03 Francis Mpunga Self-guided and remote controllable vacuum cleaner
US8428778B2 (en) 2002-09-13 2013-04-23 Irobot Corporation Navigational control system for a robotic device
WO2004025947A2 (en) * 2002-09-13 2004-03-25 Irobot Corporation A navigational control system for a robotic device
US8386081B2 (en) 2002-09-13 2013-02-26 Irobot Corporation Navigational control system for a robotic device
JP4838978B2 (ja) * 2002-12-16 2011-12-14 アイロボット コーポレイション 自律的床清掃ロボット
DE10357636B4 (de) * 2003-12-10 2013-05-08 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät
US7332890B2 (en) 2004-01-21 2008-02-19 Irobot Corporation Autonomous robot auto-docking and energy management systems and methods
DE112005000738T5 (de) 2004-03-29 2007-04-26 Evolution Robotics, Inc., Pasadena Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung unter Verwendung von reflektierten Lichtquellen
JP2008508572A (ja) 2004-06-24 2008-03-21 アイロボット コーポレーション 携帯ロボットのプログラミングおよび診断ツール
US8972052B2 (en) 2004-07-07 2015-03-03 Irobot Corporation Celestial navigation system for an autonomous vehicle
US7706917B1 (en) 2004-07-07 2010-04-27 Irobot Corporation Celestial navigation system for an autonomous robot
EP2279686B1 (en) 2005-02-18 2012-11-14 iRobot Corporation Autonomous surface cleaning robot for wet and dry cleaning
US8392021B2 (en) 2005-02-18 2013-03-05 Irobot Corporation Autonomous surface cleaning robot for wet cleaning
US7620476B2 (en) 2005-02-18 2009-11-17 Irobot Corporation Autonomous surface cleaning robot for dry cleaning
US8930023B2 (en) 2009-11-06 2015-01-06 Irobot Corporation Localization by learning of wave-signal distributions
KR101099808B1 (ko) 2005-12-02 2011-12-27 아이로보트 코퍼레이션 로봇 시스템
ES2623920T3 (es) 2005-12-02 2017-07-12 Irobot Corporation Sistema de robot.
EP2816434A3 (en) * 2005-12-02 2015-01-28 iRobot Corporation Autonomous coverage robot
ATE442619T1 (de) 2005-12-02 2009-09-15 Irobot Corp Modularer roboter
KR101300493B1 (ko) 2005-12-02 2013-09-02 아이로보트 코퍼레이션 커버리지 로봇 이동성
US8634960B2 (en) 2006-03-17 2014-01-21 Irobot Corporation Lawn care robot
US8108092B2 (en) 2006-07-14 2012-01-31 Irobot Corporation Autonomous behaviors for a remote vehicle
US7548697B2 (en) 2006-05-12 2009-06-16 Edison Hudson Method and device for controlling a remote vehicle
US8087117B2 (en) 2006-05-19 2012-01-03 Irobot Corporation Cleaning robot roller processing
US8417383B2 (en) 2006-05-31 2013-04-09 Irobot Corporation Detecting robot stasis
KR101414321B1 (ko) 2007-05-09 2014-07-01 아이로보트 코퍼레이션 자동 커버리지 로봇
DE102007036169B4 (de) 2007-08-02 2012-06-21 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Vorrichtung mit Ultraschallsensoren und eine solche Vorrichtung enthaltender selbständig fahrender Roboter, insbesondere Staubsammelroboter
DE102007036167B4 (de) 2007-08-02 2017-09-07 BSH Hausgeräte GmbH Vorrichtung zur Aufnahme von Ultraschallsensoren sowie diese enthaltender selbständig verfahrbarer Roboter, insbesondere Staubsammelroboter
JP5301255B2 (ja) * 2007-12-17 2013-09-25 フォルヴェルク・ウント・ツェーオー、インターホールディング・ゲーエムベーハー 床掃除用集塵装置
CN102724903B (zh) 2010-02-16 2015-11-25 艾罗伯特公司 真空吸尘器毛刷
DE102011001035B4 (de) 2010-03-05 2022-09-08 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät sowie Abstandssensor
GB2487775B (en) 2011-02-04 2013-03-27 Dyson Technology Ltd Autonomous vacuum cleaner
ES2692888T3 (es) * 2011-09-07 2018-12-05 Irobot Corporation Sistema SONAR para un vehículo autónomo
US8950792B2 (en) * 2012-03-15 2015-02-10 Irobot Corporation Compliant solid-state bumper for robot
WO2014101840A1 (zh) 2012-12-28 2014-07-03 苏州宝时得电动工具有限公司 自动割草系统
EP3889717A1 (en) 2014-03-31 2021-10-06 iRobot Corporation Autonomous mobile robot
DE102014207129A1 (de) * 2014-04-14 2015-10-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Erkennen eines Objektes in einem Nahbereich eines Ultraschallsensors
JP6742680B2 (ja) * 2014-08-19 2020-08-19 東芝ライフスタイル株式会社 自律走行体
US9510505B2 (en) 2014-10-10 2016-12-06 Irobot Corporation Autonomous robot localization
US9516806B2 (en) 2014-10-10 2016-12-13 Irobot Corporation Robotic lawn mowing boundary determination
US9420741B2 (en) 2014-12-15 2016-08-23 Irobot Corporation Robot lawnmower mapping
US9538702B2 (en) 2014-12-22 2017-01-10 Irobot Corporation Robotic mowing of separated lawn areas
US11115798B2 (en) 2015-07-23 2021-09-07 Irobot Corporation Pairing a beacon with a mobile robot
US10021830B2 (en) 2016-02-02 2018-07-17 Irobot Corporation Blade assembly for a grass cutting mobile robot
US10459063B2 (en) 2016-02-16 2019-10-29 Irobot Corporation Ranging and angle of arrival antenna system for a mobile robot
JP6976544B2 (ja) * 2016-11-30 2021-12-08 シーバイエス株式会社 清掃装置およびその制御方法
EP3651564B1 (en) 2017-07-14 2022-05-18 iRobot Corporation Blade assembly for a grass cutting mobile robot

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638445A (en) * 1984-06-08 1987-01-20 Mattaboni Paul J Autonomous mobile robot
US4751658A (en) * 1986-05-16 1988-06-14 Denning Mobile Robotics, Inc. Obstacle avoidance system
US5377106A (en) * 1987-03-24 1994-12-27 Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Process for navigating an unmanned vehicle and a vehicle for the same
US5170352A (en) * 1990-05-07 1992-12-08 Fmc Corporation Multi-purpose autonomous vehicle with path plotting
US5276618A (en) * 1992-02-26 1994-01-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Doorway transit navigational referencing system

Also Published As

Publication number Publication date
SE9601664D0 (sv) 1996-04-30
AU713488B2 (en) 1999-12-02
KR100317460B1 (ko) 2002-03-21
JP3856839B2 (ja) 2006-12-13
KR19990028622A (ko) 1999-04-15
JPH11510935A (ja) 1999-09-21
AU2795597A (en) 1997-11-19
EP0835459B1 (en) 2001-09-26
DE69706935T2 (de) 2002-04-04
CA2225420A1 (en) 1997-11-06
DE69706935D1 (de) 2001-10-31
EP0835459A1 (en) 1998-04-15
WO1997041451A1 (en) 1997-11-06
ES2165054T3 (es) 2002-03-01
SE9601664L (sv) 1997-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE506907C2 (sv) System och anordning vid självorienterande anordning
US5935179A (en) System and device for a self orienting device
US5682313A (en) Method for localization of beacons for an autonomous device
SE502834C2 (sv) Förfarande och anordning för avkänning av hinder vid självgående anordning
Kleeman et al. Sonar sensing
SE518395C2 (sv) Närhetsavkännande system för en autonom anordning och ultraljudgivare
Yata et al. Wall following using angle information measured by a single ultrasonic transducer
KR20080001001A (ko) 로봇 청소기 시스템 및 그 제어 방법
WO2018192578A1 (zh) 自动移动设备及其超声避障方法
CN107229284B (zh) 一种无人机避障装置和方法
JP5148353B2 (ja) 水中航走体および障害物探知装置
GB2581181A (en) Acoustic surface imaging using time of flight
KR101710397B1 (ko) 청소기
Pullano et al. Obstacle detection system based on low quality factor ultrasonic transducers for medical devices
Kuc Generating cognitive maps using echo features from a biomimetic audible sonar
US6426918B1 (en) Correlation speed sensor
Kleeman Ultrasonic sensors
Kleeman Real time mobile robot sonar with interference rejection
WO2021024433A1 (ja) 障害物検出装置
Rikoski et al. Trajectory sonar perception
Schillebeeckx et al. Biomimetic sonar: 3D-localization of multiple reflectors
Yata et al. Measurement of reflecting direction from the center frequency of the echo in ultrasonic sensing
Diep et al. Classification of sonar data for a mobile robot using neural networks
KR101637360B1 (ko) 청소기
JP2012225934A (ja) 水中航走体および障害物探知装置

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed