-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobilen Roboter und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters.
-
2. Stand der Technik
-
Im Allgemeinen ist ein mobiler Roboter eine Vorrichtung zum automatischen Reinigen einer Fläche durch Aufsaugen von Staub oder Fremdstoffen vom Boden, während er sich eine Wand eines Raums (d. h. eines Wohnraums, des Innenraums usw.) eines Hauses entlang bewegt, auch ohne Bedienung durch einen Benutzer.
-
Der Reinigungsroboter unterscheidet eine Entfernung zwischen sich selbst und einem Hindernis, beispielsweise einem Möbelstück, offiziellen Waren und einer Wand, die in einer Reinigungsfläche angeordnet sind, durch einen Entfernungssensor und steuert je nach unterschiedener Entfernung einen Motor zum Antreiben seines linken Rades und einen Motor zum Antreiben seines rechten Rades selektiv an, wodurch der Reinigungsroboter die Reinigungsfläche durch Wenden seiner Richtung reinigt. In diesem Dokument führt der Reinigungsroboter einen Reinigungsvorgang durch Abfahren der Reinigungsfläche anhand von kartografischen Informationen, die in einer internen Speichereinheit gespeichert sind, aus.
-
Ein Kartografiervorgang zum Erstellen der kartografischen Informationen wird nunmehr beschrieben.
-
Zunächst berechnet der Reinigungsroboter eine Entfernung zwischen sich selbst und einer Ladeeinheit und seine Richtung durch Bewegen entlang einer Seitenoberfläche eines Betriebsraumes (d. h. eine Wandseite eines Wohnbereichs eines Hauses) und tastet den Betriebsraum durch Beurteilen seiner Position auf der Grundlage des berechneten Entfernungswertes und des Richtungswertes ab. Zu dieser Zeit erfasst der Reinigungsroboter seine aktuelle Position durch Verwendung eines Codegebers, der an seinem eigenen Rad installiert ist.
-
Der Reinigungsroboter beurteilt, ob sich zwischen ihm selbst und der Ladeeinheit ein Hindernis befindet, und tastet, falls kein Hindernis vorhanden ist, den Betriebsraum durch Senden an und Empfangen von der Ladeeinheit ab. Falls sich jedoch zwischen dem Reinigungsroboter und der Ladeeinheit ein Hindernis befindet, tastet der Reinigungsroboter einen anderen Betriebsraum ab, und dann, wenn das Hindernis verschwindet, tastet der Reinigungsroboter, während er zur Ladeeinheit sendet und von der Ladeeinheit empfängt, den Betriebsraum ohne das Hindernis ab.
-
Allerdings ist das Verfahren zum Erfassen einer Position des Reinigungsroboters durch Verwendung des Codegebers mit einem Problem behaftet, insofern, als es auf Grund des Rutschens des Rades oder einer Leerlaufumdrehung zu einem Fehler kommt, da die aktuelle Position des Reinigungsroboters durch Verwendung des am Rad installierten Codegebers gesucht wird.
-
Inzwischen werden im Fall des Verfahrens zum Erfassen einer Position des Reinigungsroboters gemäß einem anderen herkömmlichen Stand der Technik mehrere Aufkleber oder Reflexionsschilder, welche dieselbe Gestalt aufweisen, in vorgegebenen Abständen in einem Betriebsbereich befestigt, so dass der Reinigungsroboter den Aufkleber oder die Reflexionsplatte durch Verwendung einer CCD-Kamera erkennen und einen Fehler, der auf Grund von Rutschen oder einer Leerlaufumdrehung seines Rades verursacht wurde, korrigieren kann, wodurch er eine Entfernung zwischen sich selbst und der Ladeeinheit erkennt.
-
Allerdings ist dieses Verfahren insofern mit einem Problem behaftet, als, wenn sich die Beleuchtungshelligkeit des Reinigungsbetriebsbereichs ändert oder ein Gegenstand, der eine Gestalt aufweist, die jener des Aufklebers oder der Reflexionsplatte ähnlich ist, erkannt wird, der Entfernungsfehler anwächst.
-
-
Die Patentschrift
DE 195 20 532 C2 offenbart ein Verfahren zum schnellen Messen der Richtung in einer autonomen Vorrichtung zu einem Transponder, bei dem von einem auf der Vorrichtung zentrisch zu einer Rotationsachse angeordneten Sender ein Abtastsignal ausgesandt wird, durch welches auf dem Transponder ein Antwortsignal ausgelöst wird, das von einem auf der Vorrichtung angeordneten Empfänger empfangen wird, wobei die Laufzeit des Abtastsignals ermittelt wird. Die Vorrichtung wird um die Rotationsachse gedreht, wobei der Drehwinkel relativ zur Ausgangsstellung der Vorrichtung erfasst wird. Die Ermittlung der Laufzeit und des Drehwinkels wird mehrfach wiederholt und das Entfernungsminimum mit dem zugehörigen Drehwinkel festgestellt, der die Richtung zum Transponder angibt.
-
Die Patentschrift
US 3,710,335 offenbart ein Ortsbestimmungssystem basierend auf einem Dreiecksverfahren, bei dem zwei Leuchtfeuer jeweils eine feststehende Signalquelle beinhalten, die ein konstantes kontinuierliches Spektrum aussenden, und wobei von jeder Signalquelle eine eindeutige Frequenz in jede radiale Richtung innerhalb eines Winkelbogens ausgesendet wird, wobei zur Erzeugung dieser richtungsabhängigen eindeutigen Frequenzen ein Linsensystem mit Dispersionselementen verwendet wird.
-
Die Patentschrift
US 5,652,489 offenbart ein Steuersystem für mobile Roboter, welche sich auf einer vorbestimmten Route im selben Gebiet bewegen, wobei ein Sensor ermittelt, ob sich ein Hindernis auf dieser Route befindet, und wobei eine Steuerung den mobilen Roboter stoppt, falls ein Hindernis detektiert wurde, und nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Stoppvorgang eine erneute Hindernisdetektion mit dem Sensor durchführt.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 35 26 564 A1 offenbart, dass bei einer Containerumschlaganlage mit einem Lagerplatz mit Abstellflächen für die Container und mit Fahrzeugen zum Ein- und Auslagern der Container zwecks Rationalisierung des Containerumschlags bei gleichzeitiger Verringerung der Kosten für die Lagerplatzunterhaltung im oder am Lagerplatz zwei stationäre Sender angeordnet sind, die jeweils gebündelte Wellenenergie in Form eines den Lagerplatz fortlaufend überstreichenden Sendestrahls, aussenden. In jedem Fahrzeug ist ein Empfänger installiert, der aus den empfangenen Senderstrahlen die Richtungsinformationen gewinnt. Ein Positionsrechner bestimmt aus den Richtungsinformationen den momentanen Standort des Fahrzeugs und gibt dessen Koordinate an eine Anzeigevorrichtung, welche den Fahrzeugstandort auf einem Bildschirm innerhalb eines Koordinatensystems markiert.
-
Weitere Verfahren zur Positionsbestimmung sind aus den Artikeln „Localization and Approaching to the Human by Mobile Home Robot”, GHIDARY S. S., NAKATA Y., TAKAMORI T., HATTORI M., Proceedings. 9th IEEE International Workshop, 27.–29.9. 2000, S. 63 ff., „Sensor-Based Self-Localization for Wheeled Mobile Robots”, CURRAN A., KYRIAKOPOULOS K. J., Intern. Conf. on Robotics and Automat. 1993, Proceed., S. 8 ff., und „A new Home Robot Positioning System (HRPS) using IR switched multi ultrasonic sensors”, GHIDARY S. S., TANI T., TAKAMORI T., HATTORI M, Systems, Man and Cybernetics, 1999, IEEE SMC Conf. Proc. 1999, S. IV-737 ff. bekannt.
-
Die Zusammenfassung der Druckschrift
JP 61223680 A offenbart einen Richtungsfinder, bei dem ein Slave-Gerät die Richtung zu einem Mastergerät durch Empfangen von Signalen detektiert, welche von dem Mastergerät in unterschiedlichen Frequenzen in jeder Abstrahlrichtung abgestrahlt werden. Hierzu werden Signale eines Infrarotlichts durch einen Modulator moduliert, welche zum Mastergerät ausgestrahlt werden und unterschiedliche Frequenzen in den Abstrahlrichtungen aufweisen. Im Slave-Gerät wird dieses Infrarotsignal von einem Detektor empfangen und ein Frequenzdiskriminator unterscheidet die Frequenzen des empfangenen Infrarotsignals, und ein Winkelbestimmungsschaltkreis detektiert die Richtung des Mastergeräts von der Position des Slave-Geräts.
-
Die Patentschrift
US 4,751,689 offenbart ein Verfahren zur Messung einer Entfernung durch Verwendung von Radio- und Ultraschallwellen. Ein erstes Gerät generiert einen Startpuls in Form einer Radiowelle an dem ersten Gerät, welche von einem zweiten Gerät empfangen wird, wobei das zweite Gerät in Antwort auf die empfangene Radiowelle eine Ultraschallwelle erzeugt. Das erste Gerät empfängt die Ultraschallwelle und ermittelt die Laufzeit zwischen Senden des Radiowellenstartpulses und der empfangenen Ultraschallwelle, so dass aus dieser Laufzeit und der Schallgeschwindigkeit die Entfernung zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät ermittelt werden kann.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters bereitzustellen, welche in der Lage sind, eine Position eines mobilen Roboters exakt und präzise zu erfassen, wofür Infrarotsignale generiert werden, die unterschiedliche spezifische Frequenzwerte gemäß Rotationswinkeln aufweisen, ein Winkel durch Empfangen der generierten Infrarotsignale ermittelt wird und eine Entfernung auf der Grundlage einer Zeit, welche für das Empfangen eines Ultraschallsignals benötigt wird, nachdem dieses oszilliert wurde, berechnet wird.
-
Um diese und andere Vorteile zu realisieren und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie er in diesem Dokument ausgeführt und umfassend beschrieben wird, wird ein Verfahren zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters bereitgestellt, umfassend: einen Schritt, bei welchem ein mobiler Roboter ein Infrarotsignal empfängt, das von einem Infrarotgenerator gemäß einem Rotationswinkel des gedrehten Infrarotgenerators generiert wurde; einen Schritt, bei welchem ein Winkel zwischen dem mobilen Roboter und dem Infrarotgenerator auf der Grundlage des spezifischen Frequenzwertes des empfangenen Infrarotsignals und im vorhinein gespeicherter Frequenzwerte ermittelt wird; einen Schritt, bei welchem ein Ultraschallsignal, welches von einem Ultraschallsignaloszillator oszilliert wurde, empfangen wird, wenn der Infrarotgenerator einen vorgegebenen Winkel erreicht; einen Schritt, bei welchem eine Entfernung zwischen dem mobilen Roboter und dem Ultraschallwellenoszillator durch Multiplizieren einer Schallgeschwindigkeit zu einer Zeit berechnet wird, die zum Empfangen des Ultraschallsignals durch den mobilen Roboter benötigt wird, nachdem dieses oszilliert wurde; und einen Schritt, bei welchem eine Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des vorgegebenen Winkels und der berechneten Entfernung erfasst wird.
-
Um die oben genannte Aufgabe zu realisieren, wird auch eine Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters bereitgestellt, umfassend: einen Infrarotsignalgenerator, der in einer Ladeeinheit, welche eine Batterie eines mobilen Roboters auflädt, installiert ist, in einem vorgegebenen Winkelbereich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit rotiert wird und jedes Mal dann ein Infrarotsignal generiert, wenn der Rotationswinkel geändert wird; einen Ultraschallwellenoszillator, der in der Ladeeinheit installiert ist und ein Ultraschallsignal oszilliert, wenn sich der Infrarotsignalgenerator dreht und einen vorgegebenen Winkel erreicht; und einen Positionsdetektor zum Ermitteln eines Winkels zwischen dem mobilen Roboter und dem Infrarotsignalgenerator, der in der Ladeeinheit installiert ist, auf der Grundlage eines Frequenzwertes des Infrarotsignals, das vom Infrarotsignalgenerator abgesetzt wurde, und im vorhinein gespeicherter Referenzfrequenzwerte, und Berechnen einer Entfernung zwischen dem mobilen Roboter und dem Ultraschalloszillator, der in der Ladeeinheit installiert ist, durch Multiplizieren einer Schallgeschwindigkeit zum Ultraschallsignal, welches vom Ultraschallwellenoszillator oszilliert wurde.
-
Um die oben genannten Aufgaben zu realisieren, wird auch eine Ladevorrichtung zum Aussenden von Infrarotsignalen und eines Ultraschallsignals zur Positionsdetektion eines mobilen Roboters, und zum Aufladen einer Batterie eines mobilen Roboters bereitgestellt, umfassend: einen Infrarotsignalgenerator, der sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Winkelbereich dreht und Infrarotsignale generiert, die jedes Mal dann unterschiedliche Frequenzsignalwerte aufweisen, wenn der Rotationswinkel geändert wird, und einen Ultraschallwellenoszillator zum Oszillieren eines Ultraschallsignals, wenn sich der Infrarotsignalgenerator dreht und den vorgegebenen Winkel erreicht.
-
Um die oben genannte Aufgabe zu realisieren, wird auch ein Positionsdetektor in einem mobilen Roboter bereitgestellt, wobei der mobile Roboter sich auf der Grundlage im vorhinein gespeicherter kartografischer Informationen bewegt, umfassend eine Winkelermittlungseinheit zum Vergleichen eines spezifischen Frequenzwerts eines Infrarotsignals, das vom Infrarotgenerator gemäß einem Rotationswinkel des rotierten Infrarotgenerators generiert wurde, und im vorhinein gespeicherter Frequenzwerte, Suchen eines Frequenzwerts, der mit dem spezifischen Frequenzwert identisch ist, und Ermitteln eines Winkels zwischen dem mobilen Roboter und dem Infrarotgenerator durch Erfassen eines Winkels, welcher dem gesuchten Frequenzwert entspricht; und einen Entfernungsberechner zum Berechnen einer Entfernung zwischen dem mobilen Roboter und der Ladeeinheit durch Multiplizieren einer Schallgeschwindigkeit zu einem Differenzwert zwischen der Zeit, welche benötigt wird, damit das Infrarotsignal durch den mobilen Roboter empfangen wird, nachdem es vom Infrarotsignalgenerator abgesetzt wurde, und der Zeit, die benötigt wird, damit das Ultraschallsignal durch den mobilen Roboter empfangen wird, nachdem es vom Ultraschallwellenoszillator oszilliert wurde.
-
Um die oben genannte Aufgabe zu realisieren, wird auch ein Positionsdetektor zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters bereitgestellt, umfassend: eine Einheit zum Empfangen eines Infrarotsignals, das von einem Infrarotgenerator gemäß einem Rotationswinkel des rotierten Infrarotgenerators generiert wird; eine Einheit zum Ermitteln eines Winkels zwischen dem mobilen Roboter und dem Infrarotgenerator auf der Grundlage eines spezifischen Frequenzwertes des empfangenen Infrarotsignals und im vorhinein gespeicherter Frequenzwerte; eine Einheit zum Empfangen eines Ultraschallsignals, welches von einem Ultraschallsignaloszillator oszilliert wird, wenn der Infrarotgenerator einen vorgegebenen Winkel erreicht; eine Einheit zum Berechnen einer Entfernung zwischen dem mobilen Roboter und dem Ultraschalloszillator durch Multiplizieren einer Schallgeschwindigkeit zu einer Zeit, welche benötigt wird, damit das Ultraschallsignal durch den mobilen Roboter empfangen wird, nach dieses oszilliert wurde; und eine Einheit zum Erfassen einer Position des mobilen Roboters auf der Grundlage des ermittelten Winkels und der berechneten Entfernung.
-
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die beiliegenden Zeichnungen, welche hinzugefügt wurden, um ein eingehenderes Verstehen der Erfindung zu ermöglichen, und diesem Dokument einverleibt wurden und einen Teil davon darstellen, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Grundgedanken der Erfindung zu erläutern.
-
Es zeigen:
-
1 ein schematisches Blockdiagramm, welches eine Konstruktion einer Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ein Blockdiagramm, welches eine Konstruktion eines Positionsdetektors aus 1 im Detail zeigt; und
-
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Position des mobilen Roboters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nunmehr wird ausführlich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
-
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum exakten und präzisen Erfassen einer Position eines mobilen Roboters durch Generieren von Infrarotsignalen, die unterschiedliche spezifische Frequenzwerte aufweisen, welche von einem Rotationswinkel abhängig sind, Ermitteln eines Winkels durch Empfangen des generierten Infrarotsignals und Berechnen einer Entfernung auf der Grundlage einer Zeit, die benötigt wird, damit ein Ultraschallsignal, nachdem es oszilliert wurde, empfangen wird, werden nunmehr mit Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
-
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches eine Konstruktion einer Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Die Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Reinigungsroboter oder einem mobilen Spielzeug installiert werden. Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum exakten und präzisen Erfassen einer Position eines Roboters oder Spielzeugs, die imstande sind, sich selbst zu bewegen.
-
Wie aus 1 hervorgeht, umfasst die Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Infrarotsignalgenerator 101, der an einer Ladeeinheit 100, welche eine Batterie (nicht dargestellt) eines mobilen Roboters 200 auflädt, installiert ist, in einem vorgegebenen Winkelbereich (d. h. 180 Grad oder 360 Grad) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gedreht wird und ein Infrarotsignal generiert, welches jedes Mal, wenn der Rotationswinkel geändert wird (d. h. um 1 Grad), eine spezifische Frequenz aufweist; einen Ultraschallwellenoszillator 102, der in der Ladeeinheit 100 installiert ist und ein Ultraschallsignal oszilliert, wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 dreht und den vorgegebenen Winkel (d. h. 90 Grad); erreicht; und einen Positionsdetektor 210 zum Ermitteln eines Winkels zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Infrarotsignalgenerator 101, der in der Ladeeinheit 100 installiert ist, auf der Grundlage des Infrarotsignals, welches vom Infrarotsignalgenerator 101 abgesetzt wird, und Berechnen einer Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschallwellenoszillator 102, der in der Ladeeinheit 100 installiert ist, auf der Grundlage des Ultraschallsignals, welches vom Ultraschallwellenoszillator 102 oszilliert wird.
-
Die Entfernung und der Winkel zwischen dem mobilen Roboter 200 und der Ladeeinheit 100 bezeichnen eine Position des mobilen Roboters 200. Der Infrarotsignalgenerator 101 und der Ultraschallwellenoszillator 102 können in verschiedenen Trägerkörpern wie auch in der Ladeeinheit 100 installiert werden.
-
Nunmehr wird die Konstruktion des Positionsdetektors 210 mit Bezugnahme auf 2 im Detail beschrieben.
-
2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konstruktion eines Positionsdetektors aus 1 im Detail darstellt.
-
Wie aus 2 hervorgeht, umfasst der Positionsdetektor 210 eine Speichereinheit 211 zum Speichern spezifischer Frequenzen (unterschiedlicher Frequenzen) von Infrarotsignalen, die vom Infrarotsignalgenerator 101 der Ladeeinheit 100 abgesetzt werden, im vorhinein; eine Winkelermittlungseinheit 212 zum Vergleichen einer spezifischen Frequenz eines Infrarotsignals, das vom Infrarotsignalgenerator 101 abgesetzt wird, und den im vorhinein gespeicherten Frequenzwerten, Suchen eines Frequenzwerts, der mit der spezifischen Frequenz identisch ist und Erfassen eines Winkels, welcher dem gesuchten Frequenzwert entspricht, um einen Winkel zwischen dem mobilen Roboter 200 und der Ladeeinheit 100 zu ermitteln; und einen Entfernungsberechner 213 zum Berechnen einer Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und der Ladeeinheit 100 durch Multiplizieren einer Schallgeschwindigkeit zu einer Differenz zwischen der Zeit, welche benötigt wird, damit das Infrarotsignal durch den mobilen Roboter 200 empfangen wird, nachdem dieses vom Infrarotsignalgenerator 101 abgesetzt wurde, und der Zeit, welche benötigt wird, damit das Ultraschallsignal durch den mobilen Roboter 200 empfangen wird, nachdem dieses vom Ultraschallwellenoszillator 102 oszilliert wurde.
-
Der Betrieb der Vorrichtung zum Erfassen einer Position des mobilen Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr mit Bezugnahme auf 3 im Detail beschrieben.
-
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Position des mobilen Roboters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Zunächst dreht sich der Infrarotsignalgenerator 101, der in der Ladeeinheit 100 installiert ist, wiederholt in einem vorgegebenen Winkelbereich mit einer bestimmten Geschwindigkeit (Schritt S11) und setzt jedes Mal, wenn er sich um 1 Grad dreht, ein Infrarotsignal ab, das eine spezifische Frequenz aufweist. In diesem Dokument dreht sich der Infrarotsignalgenerator 101 vorzugsweise in einem Bereich von 180 Grad oder 360 Grad mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Darüber hinaus wird das Infrarotsignal, welches die spezifische Frequenz aufweist, vorzugsweise jedes Mal dann abgesetzt, wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 1 Grad dreht. Wenn nun der Infrarotsignalgenerator 101 um 180 Grad gedreht wird, da der Infrarotsignalgenerator 101 ein Infrarotsignal absetzt, das seine spezifische Frequenz aufweist, generiert dieser demzufolge 180 spezifische Frequenzwerte (Schritt S12).
-
Wenn die Winkelermittlungseinheit 212, die im mobilen Roboter 200 installiert ist, das Infrarotsignal empfängt, das vom Infrarotsignalgenerator 101 generiert wurde, vergleicht sie einen spezifischen Frequenzwert des empfangenen Infrarotsignals mit Referenzfrequenzwerten, die in der Speichereinheit 211 im vorhinein gespeichert wurden, und ermittelt einen Winkel zwischen dem mobilen Roboter 200 und der Ladeeinheit 100.
-
Wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 beispielsweise um 1 Grad dreht, kann dieser ein Infrarotsignal generieren, das einen Frequenzwert von 50 kHz aufweist. Wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 10 Grad dreht, kann dieser ein Infrarotsignal generieren, das einen Frequenzwert von 100 kHz aufweist. Wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 40 Grad dreht, kann dieser ein Infrarotsignal generieren, das einen Frequenzwert von 300 kHz aufweist. Wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 42 Grad dreht, kann dieser ein Infrarotsignal generieren, das einen Frequenzwert von 320 kHz aufweist. Wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 70 Grad dreht, kann dieser ein Infrarotsignal generieren, das einen Frequenzwert von 500 kHz aufweist. Wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 120 Grad dreht, kann dieser ein Infrarotsignal generieren, das einen Frequenzwert von 700 kHz aufweist. Und die beim jeweiligen Winkel generierten unterschiedlichen Frequenzwerte werden im vorhinein in der Speichereinheit 211 gespeichert.
-
Demzufolge sucht, wenn der spezifische Frequenzwert eines Infrarotsignals, welches vom Infrarotsignalgenerator 101 empfangen wurde, 320 kHz beträgt, die Winkelermittlungseinheit 212 die im vorhinein in der Speichereinheit gespeicherten Referenzfrequenzwerte nach einem Frequenzwert ab, der mit dem Frequenzwert 320 kHz identisch ist, und erfasst einen Winkel (42 Grad), welcher dem gesuchten Frequenzwert (320 kHz) entspricht, wodurch sie den Winkel zwischen dem mobilen Roboter und der Ladeeinheit ohne Weiteres erkennt.
-
Wenn die Ladeeinheit 100 fest an einer Wandoberfläche eines Wohnraums eines Hauses befestigt ist, wird vorgezogen, dass die Frontrichtung des Infrarotsignalgenerators 101, der an einem bestimmten Abschnitt der Ladeeinheit 100 installiert und gedreht wird, auf 90 Grad eingestellt wird (Schritt S13).
-
Daraufhin oszilliert der Ultraschallwellenoszillator 102 das Ultraschallsignal jedes Mal, wenn sich der Infrarotgenerator 101 dreht und einen vorgegebenen Winkel erreicht. Das heißt, dass der Ultraschallwellenoszillator 102 voreingestellt ist, um das Ultraschallsignal zu oszillieren, wenn sich der Infrarotgenerator 100 dreht und den vorgegebenen Winkel erreicht. In diesem Zusammenhang oszilliert der Ultraschalloszillator 102 das Ultraschallsignal vorzugsweise jedes Mal dann, wenn sich der Infrarotgenerator 101 dreht und 90 Grad erreicht.
-
Der Entfernungsberechner 213 des mobilen Roboters 200 empfängt das Ultraschallsignal, welches vom Ultraschallwellenoszillator 102 oszilliert wird, misst eine Zeit, welche benötigt wird, damit das Ultraschallsignal empfangen wird, nachdem es oszilliert wurde, und berechnet eine Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschallwellenoszillator 102 durch Multiplizieren einer Schallgeschwindigkeit zur gemessenen Zeit.
-
Beispielsweise wird angenommen, dass sich der Infrarotsignalgenerator 101 mit 1 U/min (um 360 Grad je 60 Sekunden) dreht, der Winkel zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Infrarotgenerator 101 42 Grad beträgt, wenn die Winkelermittlungseinheit 212 ein Infrarotsignal empfängt, das Ultraschallsignal oszilliert wird, wenn sich der Infrarotsignalgenerator 101 dreht und 90 Grad erreicht, und eine Zeit, die benötigt wird, damit das Ultraschallsignal durch den Entfernungsberechner 213 empfangen wird, auf der Grundlage einer Zeit, zu der das Infrarotsignal durch die Winkelermittlungseinheit 212 empfangen wurde, 8,1 Sekunden beträgt (T1) (In diesem Zusammenhang dreht sich der Infrarotsignalgenerator 101 um 6 Grad pro Sekunde). Dann beträgt eine Zeit (T2), welche benötigt wird, damit sich der Infrarotgenerator um 90 Grad, den vorgegebenen Winkel, dreht, auf der Grundlage der Zeit, zu welcher das Infrarotsignal durch die Winkelermittlungseinheit 212 empfangen wurde, 8 Sekunden (90 Grad – 42 Grad = 48 Grad)/6 Grad = 8 Sekunden). Demnach beträgt die tatsächliche Zeit, welche benötigt wird, damit das Ultraschallsignal durch den Entfernungsberechner 213 empfangen wird, nachdem es oszilliert wurde, 0,1 Sekunden (Schritt S14).
-
Folglich kann die Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschallwellenoszillator 102 durch Multiplizieren der Schallgeschwindigkeit (340 m/sec) zur Zeit (0,1 Sekunden), die benötigt wird, damit das Ultraschallsignal empfangen wird, nachdem es oszilliert wurde (340 m/sec × 0,1 sec. = 34 m), ermittelt werden. Das heißt, dass der Entfernungsberechner 213 eine tatsächliche Entfernung (S) zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschallwellenoszillator 102 durch folgende Gleichung (1) berechnet: S = 340 m/sec × (T1 – T2) (1) wobei T1 die Zeit ist, welche benötigt wird, damit das Ultraschallsignal durch den Entfernungsberechner 21 des mobilen Roboters 200 empfangen wird, auf der Grundlage der Zeit, zu welcher das Infrarotsignal durch die Winkelermittlungseinheit 212 des mobilen Roboters 200 empfangen wurde, und T2 die Zeit ist, welche benötigt wird, damit sich der Infrarotgenerator 101 um 90 Grad, den vorgegebenen Winkel, dreht, auf der Grundlage der Zeit, zu welcher das Infrarotsignal durch die Winkelermittlungseinheit 212 des mobilen Roboters 200 empfangen wurde (Schritt S15).
-
Wenn somit der Positionsdetektor 210, der im mobilen Roboter 200 installiert ist, das Infrarotsignal empfängt, welches vom Infrarotsignalgenerator 101 generiert wird, vergleicht er einen spezifischen Frequenzwert des empfangenen Infrarotsignals mit Referenzfrequenzwerten, die im vorhinein in der Speichereinheit 211 gespeichert wurden, um den Winkel zwischen dem mobilen Roboter 200 und der Ladeeinheit 100 zu ermitteln, multipliziert die Schallgeschwindigkeit zu der Zeit, die benötigt wird, damit das Ultraschallsignal empfangen wird, nachdem es oszilliert wurde, um eine Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschalloszillator 102 zu berechnen, und erfasst eine aktuelle Position des mobilen Roboters 200 exakt und präzise auf der Grundlage des ermittelten Winkels und des berechneten Entfernungswerts (Schritt S16). Beispielsweise ist der mobile Roboter 200 aktuell in der Richtung 42 Grad zu und 34 m entfernt von der Ladeeinheit 100 positioniert.
-
Da der Ultraschallwellenoszillator 102 in der Ladeeinheit 100 installiert ist, sind die Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschallwellenoszillator 102 und die Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und der Ladeeinheit 100 ähnlich.
-
Wie bislang beschrieben weisen das Verfahren und die Vorrichtung zum Erfassen einer Position eines mobilen Roboters der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile auf.
-
Infrarotsignale, welche unterschiedliche Frequenzwerte aufweisen, werden bei jedem Winkel generiert, ein Winkel zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Infrarotgenerator 101, der das Infrarotsignal generiert, wird auf der Grundlage eines Frequenzwertes des generierten Infrarotsignals ermittelt, und dann wird die Entfernung zwischen dem mobilen Roboter 200 und dem Ultraschallwellenoszillator 102, welcher das Ultraschallsignal oszilliert, durch Multiplizieren der Schallgeschwindigkeit zur Zeit berechnet, die benötigt wird, damit das Ultraschallsignal empfangen wird, nachdem es oszilliert wurde, so dass die Position des mobilen Roboters 200 exakt und präzise erfasst werden kann.
-
Beispielsweise würde die Installation der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen, dass der Reinigungsroboter auf der Grundlage seiner exakt berechneten Position und im vorhinein gespeicherten kartografischen Informationen einen exakten und präzisen Reinigungsvorgang ausführt und sich exakt zur Ladeeinheit bewegt.
-
Da die vorliegende Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne von ihrer Wesensart oder ihren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen, sollte es sich verstehen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht durch irgendwelche der Details der vorangehenden Beschreibung eingeschränkt werden, sofern dies nicht ausdrücklich angegeben wird, sondern vielmehr innerhalb ihrer Wesensart und ihres Umfangs, welche in den beiliegenden Ansprüchen definiert werden, weitreichend auszulegen sind, und demnach sollen die beiliegenden Ansprüche alle Änderungen und Modifikationen, die innerhalb der Grenzen der Ansprüche und der Äquivalente für derartige Grenzen fallen, mit einschließen.
