WO2009106435A1 - Roboterfahrzeug sowie ansteuerverfahren für ein roboterfahrzeug - Google Patents

Roboterfahrzeug sowie ansteuerverfahren für ein roboterfahrzeug Download PDF

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WO2009106435A1
WO2009106435A1 PCT/EP2009/051699 EP2009051699W WO2009106435A1 WO 2009106435 A1 WO2009106435 A1 WO 2009106435A1 EP 2009051699 W EP2009051699 W EP 2009051699W WO 2009106435 A1 WO2009106435 A1 WO 2009106435A1
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WO
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robotic vehicle
control means
vehicle
vehicle according
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/051699
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French (fr)
Inventor
Peter Biber
Christoph Koch
Amos Albert
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0276—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle
    • G05D1/0278—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle using satellite positioning signals, e.g. GPS
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D34/00—Mowers; Mowing apparatus of harvesters
    • A01D34/006—Control or measuring arrangements
    • A01D34/008—Control or measuring arrangements for automated or remotely controlled operation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0272—Control 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

Definitions

  • Robotic vehicle and driving method for a robotic vehicle
  • the invention relates to a robotic vehicle designed for independent operation according to the preamble of claim 1 and to a driving method for driving a robotic vehicle according to the preamble of claim 16.
  • a further disadvantage of the known autonomous lawnmowers is that the lawnmower performs a random navigation within the working area delimited by the current-carrying conductor, which on the one hand leads to an unclean cut and on the other hand does not guarantee complete coverage of the area to be mowed.
  • the result of the frequent removal of already mown areas is increased energy consumption and damage to the turf plant.
  • control means drive the drive means based on odometry data.
  • the position determination of the robotic vehicle based solely on odometry data is comparatively inaccurate.
  • An improved autonomous lawnmower drive system is known from GB 2277152 A1.
  • the known drive system includes a plurality of spaced apart landmarks defining a work surface.
  • the autonomous lawn mower actively communicates with the landmarks to determine its position and to calculate a route based on this position data.
  • Such a drive system is not economically feasible.
  • the object of the invention is to propose an autonomous, cost-effective robot vehicle with which a departure strategy can be implemented in addition to or as an alternative to a random navigation.
  • the working area should be as complete as possible, at least largely avoiding multiple crossings, retractable or machinable with the robotic vehicle.
  • the object is to propose a correspondingly optimized control method for autonomous robotic vehicles.
  • the invention is based on the idea of enabling the robotic vehicle to travel along at least one, preferably at least approximately parallel to, a preferred advancing axis by virtue of the control means, in addition to the odometry data, providing global alignment data about the robotic vehicle's global orientation, in particular the current global heading of the robotic vehicle.
  • the global orientation data in the sense of the invention does not mean coordinates in a global coordinate system, but rather the orientation of the robot vehicle, that is to say data about in which direction the robot vehicle is aligned and / or moves.
  • odometry data are, for example, wheel speeds or distances which are preferably determined from wheel speeds, which can be different for a differential drive for two wheels of an axle.
  • the odometry data preferably also include steering angle information in the case of the provision of a pivotable steering.
  • the drive means there are a variety of ways. For example, it is possible to design the drive means as an air cushion drive. Alternatively, it is possible to provide at least one steerable wheel. Preferred is an embodiment of the drive means as a differential drive, preferably without differential gear with at least two separate drive motors (one motor per driven wheel).
  • control means in addition to the Odometriestein and the global alignment data take into account the time alignment changes (angular velocity) of the robot vehicle, which are detected by means of angle sensor means.
  • control means in the development of the invention take into account yaw angle change data of the robotic vehicle.
  • the angle sensor means may, for example, be at least one rotation rate sensor. Due to the additional consideration of this temporal alignment change, a more exact adherence to the preferred direction of motion is possible.
  • control means transmits the global alignment data and the temporal alignment change data to resulting alignment data, i. are designed to fuse to a resulting orientation estimate.
  • a temporal filter preferably a Kalman filter, which determines a resulting orientation estimate plus the corresponding variance at specific points in time is particularly suitable for this purpose.
  • the control means controls the drive means in consideration of this resulting alignment data.
  • Position data are position data (X, Y coordinates) of the robot vehicle and an angle ⁇ to understand.
  • the angle ⁇ may be the global alignment data determined by the compass means, or that resulting from the merger with the Orientation correction data obtained, or preferably, by an optimized angle estimate obtained by fusing with the odometry data.
  • a temporal filter preferably a Kalman filter, is used to fuse the resulting alignment data and the odometry data.
  • the global orientation data with the odometry data can also be used directly, in particular using at least one Kalman filter are fused to position data or to a more precise position data estimate, based on which the control means then control the drive means such that the robotic vehicle moves along the preferential locomotion axis.
  • the robot vehicle is controlled by the control means such that it moves parallel to the preferential movement axis.
  • a common Kalman filter can be provided for the two previously described fusion steps. Additionally or alternatively, at least one of the Kalman filters or the common Kalman filter can be extended such that at least one parameter, such as the wheel diameter or a systematic error of the yaw rate sensor, is used to calibrate at least one sensor (eg the odometry sensor means and / or the angle sensor means, etc.) is estimated with.
  • at least one parameter such as the wheel diameter or a systematic error of the yaw rate sensor
  • the position data (position data estimate) determined by the control means are determined in a local coordinate system be converted into a local coordinate system.
  • This coordinate system is preferably redefined each time the robot vehicle is restarted and / or before a new lane or train is departed and / or before a new movement pattern is traveled, whereby the respective starting position of the robot vehicle (Xstart / Ystart / ⁇ start) determines the position of the local vehicle Coordinate system determined in the global coordinate system.
  • control means does not directly take into account the odometry data or the global and / or relative orientation data, ie the immediate sensor information, but rather determines position data which are fused by merging a plurality of sensor data, preferably as described above were.
  • the attitude data are used by the direction correction correction means, ie for a lane keeping control, to follow the preferential travel axis, preferably to travel parallel (alternatively in serpentine or zigzagging) along it.
  • the preferred travel axis along which the control means drives the drive means is an axis which coincides with or runs parallel to the longitudinal central axis of the robotic vehicle when the robotic vehicle is set up or during the initialization of the robotic vehicle.
  • the preferential locomotion axis can be preset manually via corresponding input means. Additionally or alternatively, an embodiment can be realized in which the control means automatically determine the preferred travel axis taking into account sensor information.
  • the preferential locomotion axis may be defined by a fixed axis. Beits Scheme-delimiting, for example, a wall, are defined such that the control means set a running parallel to the boundary preferential axis of movement.
  • a defined axis for example a north / south axis, or northwest / southeast axis can be selected or specified as the preferred movement axis.
  • the robot vehicle or the drive means carry out a steering movement along the preferred advancing axis after a certain time of the method.
  • the robot vehicle is thereby rotated by 180 ° in order to proceed after the rotational movement in the opposite direction along the preferential movement axis (preferably parallel to this).
  • the robotic vehicle travels along a new preferential axis of travel perpendicular to the original preferential locomotion axis.
  • the control means In order for the control means to be able to initiate a steering movement of the drive means at the right time, it is possible, for example, to provide a sensor which recognizes the correct "time.”
  • This can be, for example, an inductive sensor which detects a buried, current-carrying conductor
  • the sensor may be designed as an obstacle sensor which detects an obstacle (in particular in the direction of travel) of the autonomous robot vehicle.
  • the decision as to whether a steering movement tion are to be based on whether it is determined by a sensor, for example an ultrasonic sensor, whether the autonomous robot vehicle is still on the work area to be processed, or already on already processed work area.
  • a sensor for example an ultrasonic sensor
  • the steering movement may be initiated when a corresponding sensor detects leaving the work area (eg, lawn area) or threatening to leave the work area.
  • control means drive the drive means such that the robot vehicle moves meandering on the work area.
  • control means control the drive means such that the robotic vehicle, in particular when reaching the limits of the work area makes a turn and then moves back in the opposite direction along the preferential movement axis, preferably parallel to the previously traveled track, preferably such that the Robot vehicle slightly overlaps the previously worn track to get in the case of the formation of the robot vehicle as a lawn mower vehicle, a clean sectional view or a fully machined surface.
  • the compass means As a magnetic compass and / or as a polarization filter compass.
  • an embodiment of the compass medium in which these comprise a satellite navigation receiver, in particular a GPS receiver, preferably with an integral logic unit.
  • the compass means determine the orientation of the robotic vehicle on the basis of a three-dimensional velocity measurement utilizing the doubling effect of at least one carrier signal, wherein the specific orientation can be calculated via trigonometric functions from the three-dimensional vector velocity determined by the satellite navigation receiver.
  • This functionality of the determination of the three-dimensional speed is already included in known satellite navigation receivers - it must be determined purely from the three-dimensional speed, for example via trigonometric functions, the global orientation of the robotic vehicle. This task can either be taken over directly by the satellite navigation receiver or alternatively by the control means.
  • the angle sensor means for detecting the relative or local orientation of the robot vehicle comprise at least one yaw rate sensor for determining a time yaw angle change (Yaw angle change).
  • the orientation of the robot vehicle by the control means can be further improved by additionally detecting the inclination angle of the robot vehicle.
  • the inclination angle data of the robot vehicle are taken into account in the estimation of the position data, for example by the inclination angle data, in particular by means of a Kalman filters are fused to the odometry data and / or the global alignment data and / or the alignment change data and / or the resulting alignment data.
  • global position data for controlling the drive means.
  • These global positional data e.g., X, Y coordinates
  • the global position data can be fused, in particular by using a Kalman filter, with the odometry data and / or the global alignment data and / or resulting alignment data.
  • the robotic vehicle is a gardening vehicle.
  • the robot vehicle is designed as a lawnmower vehicle with a mower, wherein the consideration of odometry data and at least of global orientation data, the realization of a directed mowing of the work area (lawn) is made possible.
  • the invention also leads to a drive method for driving drive means designed to steer and move a robotic vehicle, taking into account odometry data.
  • the core of the invention is to consider, in addition to the odometry data for driving the propulsion means, global alignment data about the global orientation of the robotic vehicle. It is particularly preferable, in addition to the global alignment data, to tion change data on the temporal change of the orientation of the robot vehicle to drive the drive means to be considered.
  • Advantageous embodiments of this driving method can be derived directly from the previous description of preferred embodiments of an autonomous robotic vehicle, in which such a driving method is realized.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a designed as a lawnmower vehicle autonomous robotic vehicle
  • Fig. 4 is a schematic representation of a data fusion.
  • FIG. 1 shows an autonomous robotic vehicle 1, ie designed for independent operation.
  • the robot vehicle 1 is designed as a lawnmower vehicle with a mowing tool 2 indicated only schematically.
  • Known drive means for steering and moving the robot vehicle 1 are not shown for reasons of clarity.
  • the drive means comprise per driven wheel an electric motor, ie a differential drive for driving and steering the robot vehicle 1.
  • an additional motor is used for operating the mowing tool 2.
  • the robotic vehicle 1 further comprises control means 3 (arithmetic unit), which are designed and arranged driving the driving means.
  • the control means 3 are signal-conducting connected to a positioning sensor 4, which is arranged centrally in the embodiment shown between two driven wheels 5, 6.
  • the locating sensor 4 comprises odometry sensor means 7 for detecting odometry data by monitoring the rotational speeds of the wheels 5, 6. Furthermore, the locating sensor 4 comprises compass means 8 for determining global orientation data on the global orientation of the robot vehicle 1.
  • the compass means 8 comprise a satellite navigation receiver in the embodiment shown with an integral logic unit. In the specific embodiment, a GPS receiver is used for this purpose. The GPS receiver is designed such that it determines the global orientation or an estimate for the global orientation of the robot vehicle 1 on the basis of the measurement of three-dimensional velocities of the robot vehicle 1 in a global coordinate system (here WGS 84).
  • the 3-D velocities of the robot vehicle 1 are determined in a manner known per se by utilizing the Doppler effect, which determines the carrier frequency of the satellite signal as a function of the speed. ability of the robot vehicle 1 changed. It should be noted that the global orientation, ie the global orientation of the robot vehicle 1 in the embodiment shown, can only be determined by moving the robot vehicle 1 at a minimum speed, due to the explained measuring principle.
  • the location sensor system 4 comprises angle sensor means 9 (here a rotation rate sensor) for determining alignment change data about the orientation change of the robot vehicle 1.
  • angle sensor means 9 here a rotation rate sensor
  • the yaw angle (yaw angle) of the robot vehicle 1 ie the angle about a normal for determining the areal extent of the robot vehicle 1.
  • the control means 3 in a first step merge the global alignment data of the compass means 8 (here the GPS receiver) with the orientation change data of the angle sensor means 9 (here the rotation rate sensor) for an estimate of the global orientation, ie resulting registration data.
  • this fused alignment data is fused with the odometry data of the odometry sensor means 7 to an estimate of position data.
  • the procedure is as follows: First the sensor information of the compass means 8 and the angle sensor means 9 is fused by means of a Kalman filter.
  • the result of this fusion ie the resulting alignment data (resulting estimate) are then fused using a Kalman filter (preferably the same Kalman filter) to position data (X, Y, ⁇ ) (position data estimate).
  • a Kalman filter preferably the same Kalman filter
  • position data X, Y, ⁇
  • the position data determined by the control means 3 are used as actual values of a tracking control, which has the goal of moving the robot vehicle 1 parallel to the preferred movement axis 11.
  • the meander-shaped movement pattern 12 of the robotic vehicle 1 shown in FIG. 3 is realized on a work area 13.
  • a local coordinate system 14 is initially defined during initialization, whose origin 15 is determined by the starting position (Xstart / Ystart / ⁇ start) at the start of the robot vehicle 1.
  • the position of the robot vehicle 1 in this local coordinate system 14 is given below by the coordinates X 'and Y' and by the orientation ⁇ '.
  • the preferred travel axis 11 runs parallel to the X 'axis or corresponds to it.
  • ⁇ ' is the orientation of the robot vehicle 1 relative to the preferential locomotion axis 11.
  • the position data are converted by the control device 3 into the local coordinate system 14 during tracking, so that X' of the route already traveled along the preferential locomotion axis 11 and Y 'of the deviation from the holding track along the preferential movement axis 11 and ⁇ 'corresponds to the angular deviation of the track to be maintained or the preferred movement axis 11.
  • a control (preferably optimal control) of the control means 3 now controls the drive means (differential drive) so that the track deviation Y 'and the angular deviation ⁇ ' are minimized.
  • Movement pattern 12 "Meander" shown in Fig. 3 is realized by making a 180 ° turn at the end of each of the parallel tracks and traversing a parallel track in the opposite direction from the robot vehicle 1.
  • the decision of when to turn In this case it is possible, for example, for a sensor to detect a border wire which delimits the working area 13, whereupon a turn is made, or alternatively an obstacle sensor detects an obstacle in the direction of travel of the robot vehicle 1.
  • the obstacle sensor can be designed to be tactile, capacitive, ultrasound-based, laser-based or camera-based Alternatively, a turn is made when a maximum distance has been traveled along the track X '(limitation of the maximum track length).
  • tiv a sensor determines that the robotic vehicle 1 b already on the mowed area or alternatively outside the lawn or in the area of the lawn boundary. This can be determined by monitoring the motor current of the mowing tool 2.
  • FIG. 4 schematically shows a possible data flow in a robotic vehicle 1 according to a preferred embodiment.
  • the compass means 8 here a GPS receiver, determine global orientation data ⁇ GPS on the global orientation of the robotic vehicle.
  • the angle sensor means 9 comprise a rotation rate sensor which determines angular velocities ⁇ .
  • the angular velocity ⁇ and the global orientation data ⁇ GPS are fed to a first Kalman filter 17.
  • the second Kalman filter calculates therefrom fused position data X, Y, ⁇ on the basis of which the control means drive the drive means of the robot vehicle, wherein the control means from the global position data X, Y, ⁇ the position data X ', Y', ⁇ 'in the local coordinate system 14, as will be described below with reference to a preferred algorithm.
  • the system is initialized.
  • the stored position defines a local coordinate system 14, as exemplified in FIG.
  • the position (X ', Y', ⁇ ') is subsequently calculated by the projection of the output data of the second Kalman filter 18 into this local coordinate system 14.
  • 2.2 Drive command commands are continuously generated by means of a controller which seeks to minimize Y 'and ⁇ '.
  • a controller which seeks to minimize Y 'and ⁇ '.
  • an optimum controller is used, in which at the same time the energy consumption can be minimized.
  • a new local coordinate system 14 is calculated, which is rotated 180 ° and shifted by the path offset (track offset) in the Y-axis compared to the previous local coordinate system 14.
  • Step 2 will be executed again.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein für einen selbstständigen Betrieb ausgebildetes Roboterfahrzeug (1), mit Antriebsmitteln zum Lenken und Fortbewegen des Roboterfahrzeugs (1) und mit Steuermitteln zum Ansteuern der Antriebsmittel und mit Odometriesensormitteln (7) zum Erfassen von Odometriedaten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Kompassmittel (8) zum Ermitteln von globalen Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs (1) vorgesehen sind, und dass die Steuermittel (3) die Antriebsmittel auf Basis der globalen Ausrichtungsdaten und der Odometriedaten derart ansteuernd ausgebildet ist, dass das Roboterfahrzeug (1), zumindest zeitweise,entlang einer Vorzugs-Fortbewegungsachse (11) verfährt. Ferner betrifft die Erfindung ein Ansteuerverfahren für ein Roboterfahrzeug (1).

Description

Beschreibung
Titel
Roboterfahrzeug sowie Ansteuerverfahren für ein Roboter- fahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein für einen selbstständigen Betrieb ausgebildetes Roboterfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Roboterfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Bei autonomen, d.h. für einen selbstständigen Betrieb ausgebildeten, Rasenmähern besteht das Problem, dass die Arbeitsfläche, nämlich eine Rasenfläche, meist nicht von einer festen Begrenzung umgeben ist, die als klar erkennbare Grenze zur Orientierung des Rasenmähers dienen könnte. Insofern ist es bei Rasenmähern im Vergleich zu beispielsweise Haushaltsrobotern schwierig, geeignete Ansteuerlösungen zu realisieren. Erschwert wird dieses Problem dadurch, dass Rasenflächen meist eine unregelmäßige Außenkontur aufweisen. Um zu verhindern, dass der Rasenmäher die Rasenfläche während des selbstständigen Betriebs verlässt, ist es bekannt, von einem Einfassungsdraht zu begrenzen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten autonomen Rasenmäher besteht darin, dass der Rasenmäher innerhalb des von dem stromdurchflossenen Leiter begrenzten Arbeitsbereich eine Zufallsnavigation durchführt, was zum einen zu einem unsauberen Schnittbild führt und andererseits keine vollständige Abdeckung des zu mähenden Bereichs garantiert. Darüber hin- aus resultiert aus dem vielfachen Abfahren bereits gemähter Bereiche ein erhöhter Energieverbrauch und eine Schädigung der Rasenpflanze.
Neben den beschriebenen, bekannten Roboterfahrzeugen sind Roboterfahrzeuge bekannt, deren Steuermittel die Antriebsmittel auf Basis von Odometriedaten ansteuern. Die Positionsbestimmung des Roboterfahrzeugs ausschließlich auf Basis von Odometriedaten ist jedoch vergleichsweise ungenau.
Ein verbessertes Ansteuersystem für autonome Rasenmäher ist aus der GB 2277152 Al bekannt. Das bekannte Ansteuersystem umfasst eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Landmarken, die eine Arbeitsfläche begrenzen. Der autonome Ra- senmäher kommuniziert aktiv mit den Landmarken, um seine Position zu bestimmen und auf Basis dieser Positionsdaten eine Fahrtstrecke zu berechnen. Ein derartiges Ansteuersystem ist wirtschaftlich nicht realisierbar. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit die Arbeitsfläche dauerhaft mit Landmarken zu kennzeichnen.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein autonomes, kostengünstiges Roboterfahrzeug vorzuschlagen, mit dem zusätzlich oder alternativ zu einer Zufallsnavigation eine Abfahrstrategie realisierbar ist. Bevorzugt soll mit dem Roboterfahrzeug der Arbeitsbereich möglichst vollständig, zumindest weitgehend unter Vermeidung von Mehrfachüberfah- rungen, abfahrbar bzw. bearbeitbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend optimiertes Ansteuerverfahren für autonome Roboterfahrzeuge vorzuschlagen. Technische Lösung
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Roboterfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Ansteuerverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsge- maß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Verfahren des Roboterfahrzeugs entlang mindestens einer, bevorzugt zumindest näherungsweise parallel zu einer, Vorzugs- Fortbewegungsachse dadurch zu ermöglichen, dass die Steuermittel zusätzlich zu den Odometriedaten globale Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs, insbesondere die momentane globale Fahrtrichtung des Roboterfahrzeugs berücksichtigen. Unter den globalen Aus- richtungsdaten im Sinne der Erfindung werden nicht Koordinaten in einem globalen Koordinatensystem verstanden, sondern vielmehr die Orientierung des Roboterfahrzeugs, also Daten darüber in welcher Himmelsrichtung das Roboterfahrzeug ausgerichtet ist und/oder verfährt. Anders ausgedrückt werden zum Spurhalten bzw. für eine Spurhalteregelung zum Einhalten einer Vorzugs-Bewegungsrichtung (Vor- oder Rückrichtung) bzw. zum Orientieren entlang der Vorzugs- Fortbewegungsachse zusätzlich zu den von den Odometriesen- sormitteln (Odometer) ermittelten Odometriedaten die von Kompassmitteln ermittelten globalen Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs berücksichtigt. Dabei sind unter Odometriedaten beispielsweise Rad- drehzahlen oder bevorzugt aus Raddrehzahlen ermittelte Wegstrecken zu verstehen, die bei einem Differentialantrieb für zwei Räder einer Achse unterschiedlich sein können. Bevorzugt umfassen die Odometriedaten auch Lenkwinkelinformationen im Falle des Vorsehens einer verschwenkbaren Len- kung. Unter Berücksichtigung von Odometriedaten ist es möglich, mit einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand eine Abfahrstrategie zu realisieren, wodurch sich zum einen, im Falle eines als Rasenmäherroboter ausgebildeten Roboterfahrzeugs, ein schöneres Mähbild und zum anderen ein geringerer Energieverbrauch und eine Reduzierung der Mähdauer ergibt. Im Falle der Ausbildung des Roboterfahrzeugs als Rasenmäherfahrzeug wird zudem aufgrund der Vermeidung von Vielfachüberfahrungen der Rasen geschont. Weiterhin kann auf teure und technisch aufwändige Landmarken, die zu- dem das ästhetische Erscheinungsbild des Arbeitsbereichs, insbesondere des Rasens, negativ beeinflussen, verzichtet werden. Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung der Antriebsmittel gibt es die unterschiedlichsten Möglichkeiten. Es ist beispielsweise möglich, die Antriebsmittel als Luft- kissenantrieb auszubilden. Alternativ ist es möglich, mindestens ein lenkbares Rad vorzusehen. Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Antriebsmittel als Differenzialantrieb, vorzugsweise ohne Differenzialgetriebe mit mindestens zwei getrennten Antriebsmotoren (ein Motor pro angetriebenem Rad) .
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Steuermittel zusätzlich zu den Odometriedaten und den globalen Ausrichtungsdaten die zeitlichen Ausrichtungsänderungen (Winkelgeschwindigkeit) des Roboterfahrzeugs berücksichtigen, die mit Hilfe von Winkelsensormitteln er- fasst werden. Anders ausgedrückt berücksichtigen die Steu- ermittel in Weiterbildung der Erfindung Gierwinkelände- rungs-Daten des Roboterfahrzeugs. Bei den Winkelsensormitteln kann es sich beispielsweise um mindestens einen Drehratensensor handeln. Durch die zusätzliche Berücksichtigung dieser zeitlichen Ausrichtungsänderung ist ein noch exakte- res Einhalten der Vorzugs-Bewegungsrichtung möglich.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform bei der die Steuermittel die globalen Ausrichtungsdaten und die zeitlichen Ausrichtungsänderungsdaten zu resultierenden Ausrich- tungsdaten, d.h. zu einer resultierenden Ausrichtungsschätzung fusionierend ausgebildet sind. Hierzu eignet sich insbesondere der Einsatz eines zeitlichen Filters, vorzugsweise eines Kaiman-Filters, der zu bestimmten Zeitpunkten eine resultierende Ausrichtungsschätzung zuzüglich der entspre- chenden Varianz ermittelt. Bevorzugt steuern die Steuermittel die Antriebsmittel unter Berücksichtigung dieser resultierenden Ausrichtungsdaten an.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die fusionierten, d.h. die resultierenden, Ausrichtungsdaten bzw. die resultierende Ausrichtungsschätzung von den Steuermitteln mit den Odometriedaten fusioniert werden/wird, um auf diese Weise möglichst exakte Lagedaten des Roboterfahrzeugs zu erhalten. Unter Lagedaten sind dabei Positionsdaten (X-, Y-Koordinaten) des Roboterfahrzeugs sowie ein Winkel φ zu verstehen. Bei dem Winkel φ kann es sich dabei um die von den Kompassmitteln ermittelten globalen Ausrichtungsdaten, oder um die aus der Fusion mit den Ausrichtungsänderungsdaten erhaltenen resultierenden Ausrichtungsdaten oder bevorzugt um eine durch die Fusionierung mit den Odometriedaten erhaltene optimierte Winkelschätzung handeln. Besonders bevorzugt wird zur Fusionie- rung der resultierenden Ausrichtungsdaten und der Odometriedaten ein zeitlicher Filter, vorzugsweise ein Kaiman- Filter eingesetzt. Für den Fall, dass ausschließlich globale Ausrichtungsdaten zur Verfügung stehen, beispielsweise weil aus Kostengründen auf die Winkelsensormittel zum Er- mittein der relativen Ausrichtung des Roboterfahrzeugs verzichtet wird, können, insbesondere unter Einsatz mindestens eines Kaiman-Filters, auch unmittelbar die globalen Ausrichtungsdaten mit den Odometriedaten zu Lagedaten bzw. zu einer exakteren Lagedatenschätzung fusioniert werden, auf deren Basis die Steuermittel die Antriebsmittel dann derart ansteuern, dass das Roboterfahrzeug entlang der Vorzugs- Fortbewegungsachse verfährt. Vorzugsweise wird das Roboterfahrzeug von den Steuermitteln derart angesteuert, dass es parallel zur Vorzugs-Fortbewegungsachse verfährt.
Vorzugsweise kann für die beiden zuvor beschriebenen Fusio- nierungsschritte ein gemeinsamer Kaiman-Filter vorgesehen werden. Zusätzlich oder alternativ kann zumindest einer der Kaiman-Filter oder der gemeinsame Kaiman-Filter so erwei- tert werden, dass auch mindestens ein Parameter, wie der Raddurchmesser oder ein systematischer Fehler des Drehratensensors, zur Kalibrierung mindestens eines Sensors (z.B. der Odometriesensormittel und/oder der Winkelsensormittel, etc.) mit geschätzt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die von den Steuermitteln ermittelten Lagedaten (Lagedatenschätzung) in einem lokalen Koordinatensystem bestimmt werden bzw. in ein lokales Koordinatensystem umgerechnet werden. Bevorzugt wird dieses Koordinatensystem bei jedem Neustart des Roboterfahrzeugs und/oder vor dem Abfahren einer neuen Spur bzw. Bahn und/oder vor dem Abfahren eines neuen Bewegungsmusters neu festgelegt, wobei die jeweilige Startlage des Roboterfahrzeugs (Xstart/ Ystart/ φstart) die Lage des lokalen Koordinatensystems im globalen Koordinatensystem bestimmt.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Steuermittel nicht unmittelbar die Odo- metriedaten oder die globalen und/oder relativen Ausrichtungsdaten, also die unmittelbaren Sensorinformationen berücksichtigt, sondern Lagedaten die durch Fusionierung meh- rerer Sensordaten, vorzugsweise wie zuvor beschrieben, ermittelt wurden. Die Lagedaten werden von den Steuermitteln zur Richtungskorrektur, d.h. für eine Spurhalteregelung, eingesetzt, um der Vorzugs-Fortbewegungsachse zu folgen, vorzugsweise parallel (alternativ in Schlangenlinien oder im Zickzackkurs) entlang dieser zu verfahren. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Vorzugs- Fortbewegungsachse, entlang derer die Steuermittel die Antriebsmittel ansteuern, um eine Achse, die beim Aufstellen des Roboterfahrzeugs bzw. die bei der Initialisierung des Roboterfahrzeugs mit der Längsmittelachse des Roboterfahrzeugs zusammenfällt oder parallel zu dieser verläuft. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorzugs- Fortbewegungsachse manuell über entsprechende Eingabemittel vorgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ ist eine Aus- führungsform realisierbar, bei der die Steuermittel die Vorzugs-Fortbewegungsachse automatisch unter Berücksichtigung von Sensorinformationen bestimmen. So kann die Vorzugs-Fortbewegungsachse beispielsweise von einer festen Ar- beitsbereich-Begrenzung, beispielsweise einer Wand, definiert werden, derart, dass die Steuermittel eine parallel zur Begrenzung verlaufende Vorzugs-Fortbewegungsachse festsetzen. Alternativ kann eine definierte Achse, beispiels- weise eine Nord/Süd-Achse, oder Nordwest/Südost-Achse als Vorzugs-Fortbewegungsachse gewählt oder vorgegeben werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Roboterfahrzeug bzw. die Antriebsmittel nach einer gewissen Zeit des Verfahrens entlang der Vorzugs- Fortbewegungsachse eine Lenkbewegung vollführen. Vorzugsweise wird das Roboterfahrzeug dabei um 180° gedreht, um nach der Drehbewegung in die entgegengesetzte Richtung entlang der Vorzugs-Fortbewegungsachse (vorzugsweise parallel zu dieser) weiter zu verfahren. Alternativ fährt das Roboterfahrzeug nach der Lenkbewegung entlang einer neuen, winklig zu der ursprünglichen Vorzugs-Fortbewegungsachse verlaufenden Vorzugs-Fortbewegungsachse. Damit die Steuermittel zum richtigen Zeitpunkt eine Lenkbewegung der An- triebsmittel initiieren können, kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen werden, der den richtigen „Zeitpunkt" erkennt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen induktiven Sensor handeln, der einen vergrabenen, stromdurch- flossenen Leiter erkennt. Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor als Hindernissensor ausgebildet sein, der ein Hindernis (insbesondere in Fahrtrichtung) des autonomen Roboter-Fahrzeugs erkennt. Der Hindernissensor kann dabei beispielsweise taktil, kapazitiv, ultraschallbasiert, laserbasiert oder kamerabasiert arbeitend ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Lenkbewegung nach Abfahren einer definierten Strecke initiiert wird, wobei hierzu auf die Odometriedaten zurückgegriffen werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Entscheidung, ob eine Lenkbewe- gung, insbesondere eine Wende, durchgeführt werden soll, darauf gestützt werden, ob von einem Sensor, beispielsweise einem Ultraschallsensor ermittelt wird, ob sich das autonome Roboterfahrzeug noch auf dem zu bearbeitenden Arbeitsbe- reich, oder bereits auf schon bearbeitetem Arbeitsbereich befindet. Im Falle eines Rasenmähers kann beispielsweise über die Messung des Motorstroms oder auf andere Weise de- tektiert werden, ob sich das Roboterfahrzeug auf einem bereits gemähten Bereich oder auf einem noch zu mähenden Be- reich befindet. Alternativ kann die Lenkbewegung dann eingeleitet werden, wenn ein entsprechender Sensor das Verlassen des Arbeitsbereichs (z.B. Rasenfläche) oder ein drohendes Verlassen des Arbeitsbereichs erkennt.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Steuermittel die Antriebsmittel derart ansteuern, dass das Roboterfahrzeug mäanderförmig auf dem Arbeitsbereich verfährt. Hierzu steuern die Steuermittel die Antriebsmittel derart an, dass das Roboterfahrzeug, insbesondere bei Erreichen der Grenzen des Arbeitsbereichs eine Wende vollführt und daraufhin wieder in die entgegengesetzte Richtung entlang der Vorzugs-Bewegungsachse verfährt, vorzugsweise parallel zu der zuvor abgefahrenen Spur, vorzugsweise derart, dass das Roboterfahrzeug die zuvor abgefahrene Spur etwas überlappt, um im Falle der Ausbildung des Roboterfahrzeugs als Rasenmäherfahrzeug ein sauberes Schnittbild bzw. eine vollständig bearbeitete Fläche zu erhalten.
Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung der Kompassmittel gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise möglich, die Kompassmittel als Magnetkompass und/oder als Polarisationsfilterkompass auszubilden. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der Kompass- mittel, bei der diese einen Satellitennavigations- Empfänger, insbesondere einen GPS-Empfänger, vorzugsweise mit integraler Logikeinheit umfassen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kompassmittel die Ausrichtung des Roboterfahrzeugs auf Basis einer dreidimensionalen Geschwindigkeitsmessung unter Ausnutzung des Doppier- Effektes mindestens eines Trägersignals ermitteln, wobei die konkrete Ausrichtung über trigonometrische Funktionen aus der von dem Satellitennavigations-Empfänger ermittelten dreidimensionalen vektoriellen Geschwindigkeit berechnet werden kann. Diese Funktionalität der Bestimmung der dreidimensionalen Geschwindigkeit ist bereits in bekannten Satellitennavigations-Empfängern enthalten - es muss ledig- lieh aus der dreidimensionalen Geschwindigkeit, beispielsweise über trigonometrische Funktionen die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs ermittelt werden. Diese Aufgabe kann entweder unmittelbar von dem Satellitennavigations- Empfänger oder alternativ von den Steuermitteln übernommen werden.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Winkelsensormittel zum Erfassen der relativen bzw. lokalen Ausrichtung des Roboterfahrzeugs mindestens einen Drehratensensor zum Ermitteln einer zeitlichen Gier- Winkeländerung (Yaw-Winkeländerung) umfassen.
Die Lagebestimmung des Roboterfahrzeugs durch die Steuermittel kann weiter verbessert werden, indem zusätzlich der Neigungswinkel des Roboterfahrzeugs erfasst wird. Bevorzugt werden die Neigungswinkeldaten des Roboterfahrzeuges bei der Schätzung der Lagedaten berücksichtigt, beispielsweise indem die Neigungswinkeldaten, insbesondere mittels eines Kaiman-Filters, mit den Odometriedaten und/oder den globalen Ausrichtungsdaten und/oder den Ausrichtungsänderungsda- ten und/oder den resultierenden Ausrichtungsdaten fusioniert werden.
Weiterhin ist es möglich, zusätzlich oder alternativ zu der Berücksichtigung von Neigungswinkeldaten globale Positionsdaten zur Ansteuerung der Antriebsmittel zu berücksichtigen. Diese globalen Positionsdaten (z.B. X-, Y-Koordinaten) können beispielsweise mit Hilfe eines Satellitennavigati- ons-Empfängers ermittelt werden, der gleichzeitig die globalen Ausrichtungsdaten ermittelt. Die globalen Positionsdaten können, insbesondere durch Einsatz eines Kaiman- Filters, mit den Odometriedaten und/oder den globalen Aus- richtungsdaten und/oder resultierenden Ausrichtungsdaten fusioniert werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn es sich bei dem Roboterfahrzeug um ein Gartenarbeitsfahrzeug handelt. Vorzugs- weise ist das Roboterfahrzeug als Rasenmäherfahrzeug mit einem Mähwerk ausgebildet, wobei durch die Berücksichtigung von Odometriedaten und zumindest von globalen Ausrichtungsdaten die Realisierung von einem gerichteten Mähen des Arbeitsbereichs (Rasen) ermöglicht wird.
Die Erfindung führt auch auf ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern von zum Lenken und Fortbewegen eines Roboterfahrzeugs ausgebildeten Antriebsmitteln unter Berücksichtigung von Odometriedaten. Kern der Erfindung ist es, zusätzlich zu den Odometriedaten zum Ansteuern der Antriebsmittel globale Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs zu berücksichtigen. Besonders bevorzugt ist es, zusätzlich zu den globalen Ausrichtungsdaten Ausrich- tungsänderungsdaten über die zeitliche Änderung der Ausrichtung des Roboterfahrzeugs zum Ansteuern der Antriebsmittel zu berücksichtigen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele dieses Ansteuerverfahrens sind unmittelbar aus der vor- herigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele eines autonomen Roboterfahrzeugs ableitbar, bei dem ein derartiges Ansteuerverfahren realisiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines als Rasenmäherfahrzeug ausgebildeten autonomen Roboterfahrzeugs,
Fig. 2 die Lage eines lokalen X' -Y' -Koordinatensystems in einem globalen X-Y-Koordinatensystem (WGS84),
Fig. 3 eine mögliche Abfahrstrategie mit einer mäander- förmigen Fortbewegungsbahn, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Datenfusion.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet . In Fig. 1 ist ein autonomes, d.h. für den selbständigen Betrieb ausgebildetes Roboterfahrzeug 1 gezeigt. Das Roboterfahrzeug 1 ist als Rasenmäherfahrzeug mit einem lediglich schematisch angedeuteten Mähwerkzeug 2 ausgebildet. An sich bekannte Antriebsmittel zum Lenken und Fortbewegen des Roboterfahrzeugs 1 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Die Antriebsmittel umfassen pro angetriebenem Rad einen Elektromotor, also einen Differenzialantrieb zum Ansteuern und Lenken des Roboterfahrzeugs 1. Zum Betreiben des Mähwerkzeugs 2 wird ein zusätzlicher Motor eingesetzt. Das Roboterfahrzeug 1 umfasst weiterhin Steuermittel 3 (Recheneinheit) , die die Antriebsmittel ansteuernd ausgebildet und angeordnet sind. Die Steuermittel 3 sind signalleitend mit einer Ortungssensorik 4 verbunden, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittig zwischen zwei angetriebenen Rädern 5, 6 angeordnet ist. Die Ortungssensorik 4 umfasst Odometriesensormittel 7 zum Erfassen von Odometriedaten durch Überwachen der Drehzahlen der Räder 5, 6. Ferner umfasst die Ortungssensorik 4 Kompassmittel 8 zum Bestimmen von globalen Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs 1. Die Kompassmittel 8 umfassen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Satellitennavigationsempfänger mit einer integralen Logikeinheit. In dem konkreten Ausführungsbeispiel wird hierzu ein GPS-Empfänger ein- gesetzt. Der GPS-Empfänger ist dabei derart ausgebildet, dass er die globale Ausrichtung bzw. einen Schätzwert für die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs 1 auf Basis der Messung von dreidimensionalen Geschwindigkeiten des Roboterfahrzeugs 1 in einem globalen Koordinatensystem (hier WGS 84) ermittelt. Die 3-D-Geschwindigkeiten des Roboterfahrzeugs 1 werden dabei in an sich bekannter Weise unter Ausnutzung des Dopplereffekts ermittelt, der die Trägerfrequenz des Satellitensignals abhängig von der Geschwindig- keit des Roboterfahrzeugs 1 verändert. Zu beachten ist, dass die globale Ausrichtung, d.h. die globale Orientierung des Roboterfahrzeugs 1 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aufgrund des erläuterten Messprinzips nur bei Bewegung des Roboterfahrzeugs 1 mit einer Mindestgeschwindigkeit bestimmbar ist.
Weiterhin umfasst die Ortungssensorik 4 Winkelsensormittel 9 (hier einen Drehratensensor) zum Bestimmen von Ausrich- tungsänderungsdaten über die Ausrichtungsänderung des Roboterfahrzeugs 1. Mit Hilfe der Winkelsensormittel 9 ist der Gier-Winkel (yaw-Winkel) des Roboterfahrzeugs 1, also der Winkel um eine Normale zur Flächenerstreckung des Roboterfahrzeugs 1 bestimmbar.
Die Ortungssensorik 4, d.h. sowohl die Odometriesensormit- tel 7, die Kompassmittel 8 als auch die Winkelsensormittel 9 sind über ein Datenkabel 10 signalleitend mit den Steuermitteln 3 verbunden, die die Sensorsignale auswerten, bzw. wie später noch erläutert werden wird, geeignet verknüpfen, derart, dass sich das Roboterfahrzeug 1 parallel zu der Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 bewegt.
Die Steuermittel 3 fusionieren in einem ersten Schritt die globalen Ausrichtungsdaten der Kompassmittel 8 (hier des GPS-Empfängers) mit den Ausrichtungsänderungsdaten der Winkelsensormittel 9 (hier des Drehratensensors) zu einer Schätzung der globalen Orientierung, d.h. zu resultierenden Ausrichtungsdaten. In einem nächsten Schritt werden dann diese fusionierten Ausrichtungsdaten mit den Odometriedaten der Odometriesensormittel 7 zu einer Schätzung von Lagedaten fusioniert. Algorithmisch wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dabei wie folgt vorgegangen: Zunächst werden die Sensorinformationen der Kompassmittel 8 und der Winkelsensormittel 9 mittels eines Kaiman-Filters fusioniert. Das Ergebnis dieser Fusionierung, also die resultierenden Ausrichtungsdaten (resultierende Schätzung) werden dann mit Hilfe eines Kaiman-Filters (vorzugsweise desselben Kaiman- Filters) zu Lagedaten (X, Y, φ) (Lagedatenschätzung) fusioniert. Dabei fährt das Roboterfahrzeug 1 zur Initialisierung des Zustandes geradeaus, bis die ersten zuverlässigen globalen Ausrichtungsdaten der Kompassmittel 8 erhalten werden. Die von den Steuermitteln 3 ermittelten Lagedaten werden dabei als Ist-Werte einer Spurhaltungsregelung genutzt, die zum Ziel hat, das Roboterfahrzeug 1 parallel zur Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 zu bewegen. Aufbauend auf der Spurhalteregelung wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das in Fig. 3 gezeigte mäanderförmige Bewegungsmuster 12 des Roboterfahrzeugs 1 auf einem Arbeitsbereich 13 realisiert .
Für die Spurhaltungsregelung wird bei der Initialisierung zunächst ein lokales Koordinatensystem 14 definiert, dessen Ursprung 15 durch die Startlage (Xstart/ Ystart/ Φstart) beim Start des Roboterfahrzeugs 1 bestimmt wird. Die Lage des Roboterfahrzeugs 1 in diesem lokalen Koordinatensystem 14, sei im Folgenden durch die Koordinaten X' und Y' sowie durch die Ausrichtung φ' gegeben. In diesem lokalen Koordinatensystem 14 verläuft die Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 parallel zur X' -Achse oder sie entspricht dieser. Dabei ist φ' die Ausrichtung des Roboterfahrzeugs 1 relativ zur Vorzugs-Fortbewegungsachse 11. Die Positionsdaten werden wäh- rend der Spurhaltung von der Steuereinrichtung 3 in das lokale Koordinatensystem 14 umgerechnet, so dass X' der bereits gefahrenen Strecke entlang der Vorzugs- Fortbewegungsachse 11 und Y' der Abweichung von der einzu- haltenden Spur entlang der Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 und φ' der Winkelabweichung von der einzuhaltenden Spur bzw. der Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 entspricht. Eine Regelung (bevorzugt Optimalregelung) der Steuermittel 3 steu- ert nun die Antriebsmittel (Differentialantrieb) so an, dass die Spurabweichung Y' und die Winkelabweichung φ' minimiert werden.
Das in Fig. 3 gezeigte Bewegungsmuster 12 „Mäander" wird verwirklicht, indem am Ende jeder der parallelen Spuren eine 180°-Wende durchgeführt und eine parallele Spur bzw. Bahn in entgegengesetzter Richtung von dem Roboterfahrzeug 1 abgefahren wird. Die Entscheidung, wann eine Wende durchgeführt werden soll, kann dabei von unterschiedlichen Sen- soren und/oder Bedingungen abhängig gemacht werden. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Sensor einen Einfassungsdraht detektiert, der den Arbeitsbereich 13 begrenzt, woraufhin eine Wende durchgeführt wird. Alternativ entdeckt ein Hindernissensor ein Hindernis in Fahrtrichtung des Ro- boterfahrzeugs 1. Der Hindernissensor kann dabei taktil, kapazitiv, ultraschallbasiert, laserbasiert oder kamerabasiert ausgebildet sein. Alternativ wird eine Wende durchgeführt, wenn eine maximale Strecke entlang der Spur X' gefahren wurde (Begrenzung der maximalen Spurlänge) . Alterna- tiv stellt ein Sensor fest, dass sich das Roboterfahrzeug 1 bereits auf gemähtem Bereich oder alternativ außerhalb des Rasens oder im Bereich der Rasengrenze befindet. Dies kann durch eine Überwachung des Motorstroms des Mähwerkzeugs 2 ermittelt werden.
In Fig. 4 ist schematisch ein möglicher Datenfluss in einem Roboterfahrzeug 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Zu erkennen ist die Ortungssensorik 4 mit ihren Kompassmitteln 8 sowie den Winkelsensormitteln 9. Die Kompassmittel 8, hier ein GPS-Empfänger, ermitteln globale Ausrichtungsdaten φGPS über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs. Die Winkelsensormittel 9 umfassen einen Drehratensensor, der Winkelgeschwindigkeiten φ ermittelt.
Die Winkelgeschwindigkeit φ sowie die globalen Ausrichtungsdaten φGPS werden in einen ersten Kaiman-Filter 17 eingespeist. Dieser berechnet eine fusionierte Ausrichtungsschätzung mit Varianz, also resultierende Ausrichtungsdaten φ, die wiederum einem zweiten Kaiman-Filter 18 zugeführt werden. In diesen werden von Odometriesensormitteln 7 ermittelte Odometriedaten, hier die von einem linken angetriebenen Rad zurückgelegte Wegstrecke sL sowie die von einem rechten angetriebenen Rad zurückgelegte Wegstrecke sR eingespeist. Der zweite Kaiman-Filter berechnet hieraus fusionierte Lagedaten X, Y, φ auf Basis derer die Steuermittel die Antriebsmittel des Roboterfahrzeugs ansteuern, wobei die Steuermittel aus den globalen Lagedaten X, Y, φ die Lagedaten X', Y', φ' im lokalen Koordinatensystem 14 be- rechnet, wie nachfolgend anhand eines bevorzugten Algorithmus beschrieben wird.
Im Folgenden wird ein bevorzugter Algorithmus zum Abfahren paralleler Bahnen (Spuren) beschrieben. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, dass der Start zum Zeitpunkt t erfolgt und die Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 der aktuellen Roboterausrichtung φ entspricht.
1. Initialisierung
Zunächst wird das System initialisiert. Hierbei wird die Lage (X, Y, φ) zum Zeitpunkt t gemäß der Ausgabe des zwei- ten Kaiman-Filters 18 gespeichert. Die gespeicherte Lage definiert ein lokales Koordinatensystem 14, wie dies beispielhaft in Fig. 2 wiedergegeben ist. Die Lage (X', Y', φ' ) berechnet sich im Folgenden durch die Projektion der Ausgangsdaten des zweiten Kaiman-Filters 18 in dieses lokale Koordinatensystem 14.
2. Spurhalteregelung
Solange kein Bahnende (Spurende) erkannt ist, wird wie folgt vorgegangen:
2.1 Es werden laufend aktuelle Lagedaten (X', Y', φ' ) berechnet, wobei X' der gefahrenen Strecke entlang der Vor- zugs-Bewegungsachse 11, Y' der lateralen Abweichung von der Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 und φ' dem Ausrichtungsfehler in Bezug auf die Vorzugs-Fortbewegungsachse 11 entspricht.
2.2 es werden laufend Antriebsstellkommandos mittels eines Reglers generiert, der Y' und φ' zu minimieren sucht. Vorzugsweise kommt dabei ein Optimalregler zum Einsatz, bei dem gleichzeitig der Energieverbrauch minimiert werden kann .
3. Spurende
Sobald ein Spurende erkannt wird, wird ein Wendemanöver mit Bahnversatz durchgeführt. Der Algorithmus wird abgebrochen, falls das Manöver nicht erfolgreich ist. 4. Berechnung eines neuen lokalen Koordinatensystems
Es wird ein neues lokales Koordinatensystem 14 berechnet, welches um 180° gedreht und um den Bahnversatz (Spurversatz) in der Y-Achse im Vergleich zum vorhergehenden lokalen Koordinatensystem 14 verschoben ist.
5. Daraufhin wird erneut Schritt 2. ausgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Für einen selbstständigen Betrieb ausgebildetes Roboterfahrzeug (1), mit Antriebsmitteln zum Lenken und Fortbewegen des Roboterfahrzeugs (1) und mit Steuermitteln (3) zum Ansteuern der Antriebsmittel und mit Odometriesensormitteln (7) zum Erfassen von Odometrie- daten,
dadurch gekennzeichnet,
dass Kompassmittel (8) zum Ermitteln von globalen Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs (1) vorgesehen sind, und dass die Steuer- mittel (3) die Antriebsmittel auf Basis der globalen Ausrichtungsdaten und der Odometriedaten derart ansteuernd ausgebildet ist, dass das Roboterfahrzeug (1), zumindest zeitweise, entlang einer Vorzugs- Fortbewegungsachse (11) verfährt.
2. Roboterfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Winkelsensormittel (9) zum, insbesondere gleichzeitigen, Ermitteln von Ausrichtungsänderungsdaten über die zeitliche Änderung der Ausrichtung des Roboterfahrzeugs (1) vorgesehen sind, und dass die Steuermittel (3) die relativen Ausrichtungsdaten zum Ansteuern der Antriebsmittel berücksichtigend ausgebildet sind.
3. Roboterfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) die globalen und die relati- ven Ausrichtungsdaten, insbesondere mittels eines Kaiman-Filters (17), zu resultierenden Ausrichtungsdaten fusionierend ausgebildet sind.
4. Roboterfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) Lagedaten des Roboterfahrzeugs (1) durch Fusionieren der resultierenden Ausrichtungsdaten mit den Odometriedaten, insbesondere mittels eines Kalmen-Filters (18), ermittelnd ausge- bildet sind.
5. Roboterfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) die Lagedaten in einem loka- len Koordinatensystem (14) bestimmend ausgebildet sind.
6. Roboterfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) die Lagedaten als Istwerte für eine Spurhaltungsregelung berücksichtigend ausgebildet sind.
7. Roboterfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugs-Fortbewegungsachse (11) manuell vorgebbar und/oder von den Steuermitteln (3) , insbesondere unter Berücksichtigung von Sensorinformationen, automatisch bestimmbar ist.
8. Roboterfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) , vorzugsweise in Abhängigkeit von mittels Sensormitteln ermittelten, Sensorda- ten, die Antriebsmittel derart ansteuernd ausgebildet sind, dass diese, wenn mindestens eine Bedingung erfüllt ist, eine Lenkbewegung ausführen und vorzugsweise das Roboterfahrzeug (1) dabei wenden.
9. Roboterfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) die Antriebsmittel in Abhängigkeit der Lagedaten derart ansteuernd ausgebildet sind, dass sich das Roboterfahrzeug (1) nach der Lenk- bewegung entlang der Vorzugs-Fortbewegungsachse (11) parallel zu einer vor der Lenkbewegung abgefahrenen Spur, vorzugsweise die zuvor abgefahrene Spur seitlich überlappend, fortbewegt.
10. Roboterfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompassmittel (8) einen Satellitennavigati- ons-Empfänger, insbesondere einen GPS-Empfänger, und/oder einen Magnetkompass und/oder einen Polarisa- tionsfilterkompass umfassen.
11. Roboterfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Satellitennavigations-Empfänger die globalen Ausrichtungsdaten unter Berücksichtigung von Geschwindigkeitsmessungen, insbesondere unter Ausnutzung des Doppler-Effekts mindestens eines Trägersignals, ermittelnd ausgebildet ist.
12. Roboterfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensormittel (9) einen Drehratensensor zum Ermitteln einer zeitlichen Gierwinkeländerung des Roboterfahrzeugs (1) umfassen.
13. Roboterfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass Neigungswinkelmessmittel zum Ermitteln von Neigungswinkeldaten des Roboterfahrzeugs (1) vorgesehen sind, und dass die Steuermittel (3) die Neigungswin- keldaten zum Ansteuern der Antriebsmittel berücksichtigend ausgebildet sind.
14. Roboterfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (3) mittels des Satellitennavigationsempfängers ermittelte Satellitennavigations- Positionsdaten zum Ansteuern der Antriebsmittel (3) berücksichtigend ausgebildet sind.
15. Roboterfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Roboterfahrzeug (1) als Gartenarbeitsfahrzeug, insbesondere als Rasenmäherfahrzeug mit einem Mähwerkzeug (2), ausgebildet ist.
16. Ansteuerverfahren zum Ansteuern, von zum Lenken und Fortbewegen eines Roboterfahrzeugs (1) ausgebildeten Antriebsmitteln unter Berücksichtigung von Odometrie- daten,
dadurch gekennzeichnet,
dass globale Ausrichtungsdaten über die globale Ausrichtung des Roboterfahrzeugs (1) ermittelt und zum Ansteuern der Antriebsmittel berücksichtigt werden.
17. Ansteuerverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Ausrichtungsänderungsdaten über die zeitliche Änderung der Ausrichtung des Roboterfahrzeugs (1) ermit- telt und zum Ansteuern der Antriebsmittel berücksichtigt werden.
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