-
Die
Erfindung betrifft ein Flächenbearbeitungssystem
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Aus
EP 753 160 A1 ist
ein mobiler Roboter und ein Verfahren der Positionsbestimmung bekannt. Bei
dem dortigen Verfahren zur Positionsbestimmung sind eine Anzahl
von Transpondern vorgesehen, die dem autonomen Roboter zur Orientierung dienen.
Die Orientierung des Roboters erfolgt auf Basis einer Abstandsmessung
des Roboters zu den Transpondern. Dabei ist der Zeitraum für einen
Ultraschallimpuls, um sich von einem Untraschallsender des Roboters
bis zu einem Transponder auszubreiten, ein Maß für die Entfernung des Roboters
zu dem Transponder. Nach Erhalt des Ultraschallsignals bestätigt der
Transponder den Erhalt des Ultraschallimpulses, indem er einen Lichtimpuls
oder einen Radiowellenimpuls zu dem Roboter zurücksendet. Aus der Zeit zwischen
dem Aussenden des Ultraschallimpulses bis zum Erhalt des Lichtimpulses
bzw. des Radiowellenimpulses wird der Abstand zwischen Roboter und
Transponder abgeleitet.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, die Positionsbestimmung des mobilen Roboters
zu verbessern. Es soll eine einfache technische Lösung angeboten werden,
die eine sinnvolle Bahnplanung für
die Navigation des autonom fahrenden Gerätes insbesondere in haushaltstypischer
Umgebung ermöglicht.
Bei den autonom fahrenden Geräten
handelt es sich vorzugsweise um selbstfahrende Flächenreinigungsgeräte, vorzugsweise
um Saugroboter, Feuchtreinigungsroboter, Wischroboter, Polierroboter
oder Fenster- bzw. Fliesenreinigungsroboter. Derartige Flächenreinigungsgeräte werden
insbesondere in Verbindung mit fest stehenden Basisstationen verwendet.
Die selbstfahrenden Flächenreinigungsgeräte fahren
die fest stehende Basisstation selbsttätig an um beispielsweise die
elektrischen Batterien bzw. Akkumulatoren aufzuladen oder um eingesammelten Staub
abzuladen. Ziel ist es, mit gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise
einfachen technischen Mitteln dem selbstfahrenden Flächenreinigungsgerät Daten über seine
Position in haushaltstypischer Umgebung zur Verfügung zu stellen, so dass hierauf
eine gezielte Bahnplanung zur Navigation erfolgen kann.
-
Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Flächenbearbeitungssystem erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Zeitgeber zur Durchführung
der Laufzeitmessung durch das vom Lichtsignal-Empfänger empfangene
Lichtsignal auslösbar und
durch das vom Schallsignal-Empfänger
empfangene Schallsignal anhaltbar ist und der auf Grundlage der
gemessenen Laufzeit bestimmte Abstand von Mobilteil zu Basisteil
eine Eingangsgröße bildet,
die einer Steuerungseinheit für
die Antriebsmittel des Mobilteils zuführbar ist.
-
Vorzugsweise
sind der mindestens eine Lichtsignal-Sender und der mindestens eine
Schallsignal-Sender zum zeitgleichen Starten des Aussendens ihre
Signale ansteuerbar. Es kann jedoch auch der mindestens eine Lichtsignal-Sender
und der mindestens eine Schallsignal-Sender zum zeitversetzten Starten
des Aussendens ihrer Signale in einem vorgegebenen Zeitabstand ansteuerbar
sein. Ein solcher vorzugsweise geringer Zeitversatz ist möglich, wenn
der Zeitversatz zwischen Schall- und Lichtsignal vorgegeben wird.
Der Zeitversatz muss dann bei der Auswertung der Zeitdifferenz d.h.
bei der Bestimmung der Schall-Laufzeit berücksichtigt werden. Ein Zeitversatz
kann erzeugt werden, in dem das Schallsignal nach dem Lichtsignal
abgegeben wird oder umgekehrt das Lichtsignal in einem festen Zeitabstand
nach dem Schallsignal abgegeben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
werden das Schall- und das Lichtsignal gleichzeitig abgesandt. Dadurch
ist eine schnellstmögliche
Messung und damit eine schnelle Abstandsbestimmung möglich, wodurch
die Beweglichkeit bzw. die Fahrgeschwindigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit
des Mobilteils erhöht
wird.
-
In
einer bevorzugten Grundfunktion sind der mindestens eine Lichtsignal-Sender
und der mindestens eine Schallsignal-Sender an dem Basisteil und die
zugeordneten Lichtsignal- und
Schallsignal-Empfänger
am Mobilteil vorgesehen. Dabei sendet das Basisteil ein erstes Signal
aus, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, wie z.B. Licht
im sichtbaren oder im Infrarot-Bereich bzw. elektromagnetische Strahlung
wie Funkwellen, und ein zweites Signal aus, das sich mit Schallgeschwindigkeit
ausbreitet, wie z.B. Ultraschall im nichthörbaren Schallbereich. Die Verwendung
von Licht im Infrarot-Bereich und Schall im Ultraschall-Bereich
hat den Vorteil, dass das Flächenbearbeitungssystem
optisch nicht wahrnehmbar und nicht hörbar arbeitet, was zu geringen Störungen der
im Raum anwesenden Personen führt.
-
Vorzugsweise
sind der mindestens eine Lichtsignal-Sender und der mindestens eine
Schallsignal-Sender an dem Mobilteil und die zugeordneten Lichtsignal-
und Schallsignal-Empfänger am
Basisteil vorgesehen. Der Signalempfänger kann als einteiliges Bauteil
ausgebildet sein, dass sowohl einen Schall- als auch einen Licht-Signalsensor
aufweist. In einer für
freifahrende Haushaltsgeräte
bevorzugte technische Ausgestaltung ist als Lichtsignal-Sender eine
Infrarot-Sendediode vorgesehen und als Schallsignal-Sender ist vorzugsweise
ein Piezosummer für den
Ultraschallbereich vorgesehen. Neben dieser kostengünstigen
technischen Ausführung
ist weiterhin von Vorteil, dass sowohl das Schallsignal, als auch
das Lichtsignal von einem Benutzer nicht wahrnehmbar ist.
-
In
einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems weist
das Basisteil einen Schallsignal-Sender und das Mobilteil zum Empfang
des ausgesendeten einen Schallsignals mindestens zwei in Abstand
voneinander am Mobilteil angeordnete Schallsignal-Empfänger auf.
Die zwei Schallsignal-Empfänger
sind so weit voneinander entfernt positioniert, dass ein signifikanter
Laufzeitunterschied des Schallsignals ausgewertet werden kann. Bei
den regelmäßig im Haushalt
anzutreffenden Raumgrößen und
damit zu erwartenden Abständen
zwischen Basisteil und Mobiltei kann eine ausreichend genaue Messung
bereits bei Abständen unter
40cm zwischen den beiden Schallsignal-Empfängern realisiert werden.
-
Alternativ
kann das Mobilteil einen Schallsignal-Sender aufweisen und das Basisteil
zum Empfang des ausgesendeten einen Schallsignals mindestens zwei
in Abstand voneinander am Basisteil angeordnete Schallsignal-Empfänger aufweisen.
Die Auswertung der Schall-Laufzeit kann dabei in dem Basisteil erfolgen
und die ausgewerteten Daten werden beispielsweise über eine
Funkverbindung auf das Mobilteil übertragen.
-
In
den soeben beschriebenen beiden alternativen ersten Varianten ist
das Mobilteil in der Lage seinen Abstand relativ zum Basisteil zu
bestimmen. Hiermit ist eine Verbesserung der Fahrstrategie in der Weise
möglich,
dass beispielsweise das Mobilteil in vorbestimmten Abständen (Radien)
um das Basisteil herumfährt.
Zunehmend können
die Abstände
bzw. die Radien vorzugsweise kontinuierlich erweitert oder verkürzt werden.
-
In
einer erweiterten Variante ist das Basisteil des Flächenbearbeitungssystems
zum Aussenden vorzugsweise unterschiedlicher Schallsignale ausgebildet
und weist mindestens zwei in Abstand voneinander am Basisteil angeordnete
Schallsignal-Sender auf, wobei das Mobilteil zum Empfangen der mindestens
zwei unterschiedlichen Schallsignale einen Schallsignal-Empfänger aufweist.
Mit dieser Anordnung ist die Position des Mobilteils relativ zum
Basisteil bestimmbar. Ein Abstand der beiden Schallsignal-Sender
von ca. 40cm hat sich als ausreichend erwiesen, um eine hinreichend
genaue Auswertung der Signalabstände
zu erreichen. Um Doppeldeutigkeiten bei der Signalauswertung zu
vermeiden, kann feststellbar sein, welches Signal den Empfänger zuerst
erreicht. Dazu weist der Schallsignal-Empfänger bzw. die nachgeschaltete
Auswerteinheit beispielsweise einen Signaldifferenzierer auf, der
die vom ersten und zweiten Schallsignal-Sender ausgesendeten beiden
Signale zu unterscheiden vermag.
-
In
einer Ausgestaltung dieser Variante ist das Mobilteil des Flächenbearbeitungssystem
zum Aussenden unterschiedlicher Schallsignale ausgebildet. Die Schallsignal-Sender
können
Schallsignale in unterschiedlichen Frequenzen, in unterschiedlicher Zeitabfolge
oder in codierter Weise aussenden. Ein zeitlicher Abstand beider
Signale kann beispielsweise deutlich größer als die üblichen
Laufzeiten der Schallsignale zur Abstandsmessung sein.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung dieser Variante ist das Mobilteil des
Flächenbearbeitungssystem
zum Aussenden unterschiedlicher Schallsignale ausgebildet und weist
mindestens zwei in Abstand voneinander am Mobilteil angeordnete
Schallsignal-Sender auf, wobei das Basisteil zum Empfangen der mindestens
zwei unterschiedlichen Schallsignale je einen zugeordneten Schallsignal-Empfänger aufweist.
-
Optional
kann das Flächenbearbeitungssystem
mit mindestens einem Lichtsignal-Sender zum Aussenden verschiedener,
den mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignalen zugeordneten
Kennungen ausgebildet.
-
Um
außerdem
Störeinflusse
aus Fremdlichtquellen oder aus fremden Geräuschen auszuschließen, kann
der mindestens eine Lichtsignal-Sender und/oder der mindestens eine
Schallsignal-Sender zum frequenz- oder amplitudenmodulierten oder
digitalcodierten Senden ausgebildet sind. Die jeweiligen Lichtsignal-
Empfänger
und/oder Schallsignal-Empfänger sind
auf die frequenz- oder amplitudenmodulierten oder digitalcodierten
Sender abgestimmt und reagieren nur auf diese bestimmte Modulierung
bzw. Codierung. Dies ermöglicht
insbesondere auch den Einsatz mehrerer mobiler Einheiten in dem
selben Raum vorzugsweise wenn sich mehrere mobile Einheiten eine
gemeinsame Basisstation teilen.
-
Zur
Steigerung der Genauigkeit einer Abstandsmessung auf Basis der Laufdauer
eines Schallsignals kann das Flächenbearbeitungssystem eine
Abstandsbestimmungs-Vorrichtung
aufweisen, die mindestens einen Sensor zur Messung von physikalischen
Größen umfasst,
die Einfluß auf
die lokale Schallgeschwindigkeit in der Umgebung des Flächenbearbeitungssystem
nehmen. Die so gemessenen physikalischen Größen sind Grundlage für Korrekturwerte,
die zur Berechnung der Schall-Laufzeit in die Berechung einfließen können.
-
Die
Sensoren können
beispielsweise zur Messung der Luftdichte, Lufttemperatur, des Luftdruckes
oder der Luftfeuchtigkeit ausgebildet sein. Es sind jede Art von
Sensoren sinnvoll, die physikalische Größen messen, die Einfluß auf die
Schallgeschwindigkeit haben.
-
Alternativ
oder ergänzend
kann das Flächenbearbeitungssystem
bzw. die Abstandsbestimmungsvorrichtung eine Kalibriereinrichtung
zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit aufweisen. Bei dieser Lösung sind
gesonderte oder teure Sensoren entbehrlich.
-
Dabei
kann die Kalibriereinrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen
Schallgeschwindigkeit auf Grundlage eines vorgegebenen Abstands
von Schallsignal-Sender
und Schallsignal-Empfänger
in einer Parkposition des Mobilteils am Basisteil eine Messung der
Schall-Laufzeit durchführen.
-
Vorzugsweise
ist der Kalibriereinrichtung zur Überprüfung der Funktion von Schallsignal-Sender und Schallsignal-Empfänger eine
Bewertungseinheit zugeordnet, welche die auf Grundlage der Schall-Laufzeitmessung
bestimmte Schallgeschwindigkeit im Vergleich mit einem vorgegebenen
Schallgeschwindigkeitsbereich bewertet.
-
Die
oben beschriebenen Kalibriereinrichtungen können vorzugsweise eine Abstandsmessung dann
durchführen,
wenn das Mobilteil am Basisteil angedockt ist, d.h. wenn sich das
Mobilteil zum Aufladen der Batterien bzw. Akkumulatoren oder zum Entleeren
seines Staubsammelbehälters
in einer definierten vorbestimmten Position an dem Basisteil befindet.
In dieser vorbestimmten Position ist der exakte Abstand zwischen
Schallsender und Schallempfänger
bekannt und eine in dieser Parkposition stattfindende Abstandsmessung
kann als Referenz für
die Kalibriereinrichtungen dienen. Aus dem vorbekannten Abstand
von Schallsender und Schallempfänger und
der gemessenen aktuellen Laufzeit für das Schallsignal kann eine
exakte lokale Schallgeschwindigkeit berechnet werden, die dann in
einer Auswerteinheit als Referenz-Schallgeschwindigkeit abgespeichert
und bei den weiteren Abstandsmessungen als tatsächliche Schallgeschwindigkeit
herangezogen wird.
-
Durch
diese Art der Kalibrierung kann nicht nur die exakte lokale Schallgeschwindigkeit
bestimmt werden, sondern auch die Sende- und Empfangssensoren auf
ordnungsgemäße Funktion überprüft werden.
Liegt die in der Parkposition gemessene Schall-Laufzeit außerhalb
eines vorbestimmten Toleranzbereiches, so muss von einem Defekt
bei den Sende- oder Empfangssensoren ausgegangen werden.
-
Für eine weitere
Verbesserung des Messergebnisses kann das Flächenbearbeitungssystem eine
Abstandsbestimmungsvorrichtung aufweisen, die ein elektronisches
Bauteil zur Bestimmung der Laufzeit des Schallsignals enthält, das
ein Korrekturglied zur Berücksichtigung
der Laufdauer der elektrischen Signale durch das elektronische Bauteil
mit umfasst. So kann auch die zur Berechnung der Schall-Laufzeit
durch das elektronische Bauteil benötigte Rechenzeit als Korrekturwert
zusätzlich
herangezogen werden.
-
Das
Flächenbearbeitungssystem
kann zur Feststellung einer direkten Signalübertagung zwischen Schallsignal-Sender
und Schallsignal-Empfänger
eine Auswerteinheit aufweisen, durch die eine wesentliche Signalabschwächung an
dem mindestens einen Lichtsignal-Empfänger auswertbar ist. Die Schallwellen
werden nämlich
an Gegenständen mehr
oder weniger stark reflektiert, so dass in bestimmten Fällen zu
erwarten ist, dass das selbe Schallsignal vom zugeordneten Schallsignal-Empfänger mehrfach
hintereinander empfangen wird. Zur Auswertung darf jedoch nur das
erste empfangene Schallsignal herangezogen werden, da nur die direkte
und damit die schnellste Übertragung
der Schallsignale ein Maß für die kürzeste Verbindung
und damit für
den Abstand zwischen Basisteil und Mobilteil sein kann. Als weiteres
Kriterium, um nicht direkt empfangene Schallsignale, d.h. reflektierte
Schallsignale ausschließen
zu können,
kann der Empfang des Lichtsignals herangezogen werden. Wenn nämlich kein
Lichtsignal bzw. nur ein sehr stark abgeschwächtes Lichtsignal vom Mobilteil
empfangen wird, so befindet sich das Mobilteil in einem Schattenbereich,
der weder von Licht noch von Schallsignalen auf direktem Weg erreichbar
ist. Ein sehr stark abgeschwächtes,
bzw. ein nicht vorhandenes Lichtsignal ist damit ein Entscheidungskriterium
dafür,
dass ein direkter Schallsignal-Empfang nicht möglich ist. Dabei kann eine
Intensitätsschwelle
für das
empfangene Lichtsignal vorgesehen werden, um reflektiertes Licht
ausschließen
zu können.
Insgesamt ist also eine Auswertung der Lichtsignal-Abschwächung dahingehend
möglich,
dass nur im direkten Sichtbereich zwischen Basisteil und Mobilteil
eine Schall-Laufzeit-Messung
sinnvoll ist und im Schattenbereich die Schall-Laufzeit-Messung
nicht für
die Navigation des Mobilteils herangezogen werden kann. Trotzdem
ist nach oben beschriebener Methode der Abstandsbestimmung mittels
Schall-Laufzeit-Messung eine Navigation des Mobilteils möglich. Im
Schattenbereich kann das Mobilteil ohne geplanter Bahnvorgabe nach
dem Zufallsprinzip fahrgesteuert werden.
-
Um
das Flächenbearbeitungssystem
auch in Schattenbereichen des einen Basisteils navigieren zu können, kann
mindestens ein zweites Basisteil zum Aussenden und/oder Empfangen
von Schall- und/oder Lichtsignalen in Schattenbereiche des ersten
Basisteils als Hilfssender vorgesehen sein.
-
Vorteilhafter
Weise kann das mindestens eine zusätzliche Basisteil und das Mobilteil
bzw. mehrere Basisteile untereinander über Funk miteinander verbunden
sein.
-
In
den verschiedenen Varianten der Kombinationen von Schallsignal-Sendern
und Schallsignal-Empfängern
an Basisteil bzw. Mobilteil kann es bei den geometrischen Auswertungen
zu Unbestimmtheiten kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall,
wenn die ausgesendeten Signale nicht kodiert sind und die Abstände zwischen
den Schallsignal-Sendern und Schallsignal-Empfängern nur aufgrund der Laufzeitunterschiede
zweier Signale unterscheidbar sind.
-
Die
Raumorientierung des Mobilteils relativ zum Basisteil soll bestimmbar
sein, wodurch auch eine Ausrichtung des Mobilteils relativ zu seiner Fahrtrichtung
möglich
wird. Eine tangentiale Ausrichtung des Mobilteils zu einem Schallsignal-Sender
am Basisteil wird erreicht, wen der zeitliche Abstand zweier im
Abstand zueinander angeordneter Schallsignal-Empfänger am
Mobilteil gleich groß ist.
Eine radiale Ausrichtung des Mobilteils zu einem Schallsignal-Sender
am Basisteil wird erreicht, wen der zeitliche Abstand eines von
zwei im Abstand zueinander angeordneter Schallsignal-Empfänger am
Mobilteil am größten und
eines am kleinsten ist.
-
In
insbesondere diesen Fällen
ist es sinnvoll, wenn das Mobilteil zu seiner Lagebestimmung einen Drehlagesensor
aufweist.
-
Der
Drehlagesensor kann ein piezoelektrisches Gyroskop oder ein mechanischen
Kreiselkompass sein. Alternativ oder ergänzend kann der Drehlagesensor
Traktionsabnehmer für
die Antriebsmittel, vorzugsweise für Räder des Mobilteils aufweisen.
-
Die
Erfindung ist im folgenden anhand der 1 bis 7 am
Beispiel eines Flächenbearbeitungssystems,
das einen in einem Wohnraum selbstfahrenden Reinigungsroboter aufweist,
näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematischen Grundriss eines Raumes in dem ein erfindungsgemäßes Flächenbearbeitungssystem
vorhanden ist;
-
2 eine
schematische Darstellung der Steuerungskomponenten für das erfindungsgemäße Flächenbearbeitungssystem;
-
3a,
b eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs der gesendeten
Licht- und Schallsignale;
-
4 eine
erste Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen
Basis einen Schallsignal-Sender und dessen Mobilteil einen Schallsignal-Empfänger und
einen Drehlagesensor aufweist;
-
4a eine
Fahrstrategie für
das Mobilteil bei der ersten Variante nach 4;
-
5 eine
zweite Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen
Basis einen Schallsignal-Sender und dessen Mobilteil zwei in einem
festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal-Empfängern aufweist;
-
6 eine
dritte Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen
Basis zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal-Sender
und dessen Mobilteil einen Schallsignal-Empfänger aufweist;
-
7 eine
vierte Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen
Basis zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal-Sender
und dessen Mobilteil zwei zugeordnete, in einem festen Abstand voneinander
angeordnete Schallsignal-Empfänger
aufweist;
-
Ein
in 1 schematisch im Grundriss dargestellter Wohnraum 1 ist
von Wänden 2 begrenzt. Der
Wohnraum 1 enthält
eine Anzahl von Einrichtungsgegenständen, die Zusammenhang mit
dem Flächenbearbeitungssystem
als beispielhafte Hindernisse 3a und 3b bezeichnet
sind. An einer Seitenwand 4 des Wohnraumes 1 ist
ein Bassteil 5 aufgestellt. Ein selbstfahrendes Mobilteil 6 ist
dem Basisteil 5 zugeordnet und kann sich autonom im Wohnraum 1 über die
Bodenflächen
bewegen, um diese zu reinigen. Ausgehend von einem am Basisteil 5 befindlichen
Ursprung 7 spannt sich zur Bestimmung der momentanen Position
des Mobilteils 6 ein gedachtes Koordinatensystem in den
Wohnraum 1. Das selbstfahrende Mobilteil 6 steht über Licht-,
Schall-, und optional Funksignale mit dem Basisteil 5 in
Verbindung.
-
Die
erforderlichen Steuerungskomponenten für das Basisteil 5 und
das Mobilteil 6 sind in 2 schematisch
dargestellt. Das Mobilteil 6 weist ein Gehäuse 8 auf,
in dem die Antriebsmittel 9 untergebracht sind. Die Antriebsmittel 9 weisen
drehbar gelagerte Räder 10 auf,
die über
einen elektrischen Motor 11 drehantreibbar sind. Die Motoren 11 sind
mit einer elektronischen Fahrsteuerung 12 verbunden, in der
eine geeignete Navigationsstrategie programmtechnisch hinterlegt
ist. Zur Bestimmung des Abstandes eines mobilen Bezugspunktes 13 am
Mobilteil 6 zu einem festen Bezugspunkt 14 (Ursprung 7)
am Basisteil 4 ist die Fahrsteuerung 12 mit einer
Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 verbunden. Die Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 errechnet
den Abstand zwischen mobilem Bezugspunkt 13 und dem festen
Bezugspunkt 14 des Basisteils 4. Dazu ist der
Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 ein Zeitgeber 16 zugeordnet.
An den Zeitgeber 16 sind ein Lichtsignal-Empfänger 17 und
ein Schallsignal-Empfänger 18 angeschlossen.
-
Der
Lichtsignal-Empfänger 17 dient
dazu, ein von dem Basisteil 5 von einem Lichtsignal-Sender 19 ausgesandtes
Lichtsignal zu detektieren. Der Schallsignal-Empfänger 18 dient
dazu, ein von dem Basisteil 5 von einem Schallsignal-Sender 20 ausgesandtes
Schallsignal zu detektieren. Zur Ansteuerung des Lichtsignal-Senders 19 und
des Schallsignal-Senders 20 weist das Basisteil 5 eine
Sendesteuerung 21 auf. In einer Ausgestaltung ist die Sendesteuerung 21 über eine
am Basisteil 5 angebrachte erste Antenne 22 und über eine
am Mobilteil 6 angebrachte zweite Antenne 23 zum
Austausch von Informationen über
Funk verbunden.
-
Die 3a zeigt
ein erfindungsgemäßes Flächenbearbeitungssystem,
dessen Basis 5 den Schallsignal-Sender 20 und
den Lichtsignal-Sender 19 aufweist. Das Mobilteil 6 weist
den Schallsignal-Empfänger 18 und
den Lichtsignal-Empfänger 17 auf.
Der am Basisteil 5 vorgesehene Lichtsignal-Sender 19 sendet
zum Zeitpunkt t0 ein Lichtsignal und ein Schall-Signal
aus. Das Lichtsignal wird im Rahmen der Erfindung nahezu gleichzeitig
mit dem Aussenden von dem Lichtsignal-Empfänger 17 wahrgenommen
und der schematisch dargestellte Zeitgeber 16 gestartet.
Am Basisteil 5 wird vorzugsweise zeitgleich mit dem Aussenden
des Lichtsignals ein Schallsignal über den Schallsignal-Sender 20 ausgesendet.
Da die Schall-Laufzeit wesentlich geringer als die Lichtgeschwindigkeit
ist, erreicht das Schallsignal das Mobilteil 6 später als
das Lichtsignal und zwar mit einer Verzögerung Δt. Mit dem Moment in dem der
Schallsignal-Empfänger 18 das
Schallsignal wahrgenommen wird (3b), hält der Zeitgeber 16 die
Zeitmessung an und übergibt
das Messergebnis (Δt)
an die Abstandsbestimmungsvorrichtung 15. Die Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 ermittelt
in Abhängigkeit
der geometrischen und konstruktiven Randbedingungen einen Abstand
A des mobilen Bezugspunktes 13 am Mobilteil 6 von
dem festen Bezugspunktes 14 des Basisteils 5.
-
In
einer ersten Variante gemäß 4 errechnet
sich der Abstand A ausgehend von der gemessenen Zeit Δt unter Berücksichtigung
der Schallgeschwindigkeit aus dem sich aus der Schall-Laufzeitmessung
ergebenden Radius r. Auf Grundlage des Radius r und der konstruktiv
vorgegebenen Distanz d zwischen Schallsignal-Empfänger 18 und
mobilem Bezugspunkt 13 wird mit Berücksichtigung der vom Drehlagesensor 24 gemessenen
Winkellage β des Mobilteils 6 der
Abstand A berechnet.
-
Eine
einfache Navigation des Mobilteils 6 wird beispielsweise
wie in 4a dargestellt, dadurch ermöglicht,
dass die Fahrsteuerung 12 das Mobilteil 6 unter
Einhaltung eines festen Abstands A bzw. Radius r auf einer Kreisbahn
um das Basisteil 5 bewegen läst, entweder bis das Mobilteil 6 an
einem Hindernis anstößt, oder
bis der Drehlagesensor eine Drehung bis maximal 360° für das Mobilteil 6 ermittelt hat.
Nachdem das Basisteil 5 z.B. einmal umrundet bzw. der Kreisbogenabschnitt
zwischen zwei Hindernissen 3a und 3b abgefahren
wurde, wird ein anderer bspw. größerer Radius
r als ein Sollwert vorgegeben. Das Mobilteil 6 bewegt sich
dann auf einem größerem Radius
r mit einem entsprechend größerem Abstand
A auf einer Kreisbahn um das Basisteil 5. Das Mobilteil 6 kann
sich aber auch spiralförmig
um das Basisteil 5 bewegen, wobei die Drehung des Mobilteils
wesentlich mehr als 360° beträgt, d.h.
vorzugsweise ein Vielfaches davon ist.
-
In
einer zweiten Variante gemäß 5 errechnet
sich der Abstand A auf Basis zweier Messungen. Das vom Schallsignal-Sender 20 ausgesendete Schallsignal
wird von zwei getrennten Schallsignal-Empfängern 18a und 18b empfangen.
Aus den verschiedenen Zeitmessungen ergeben sich für den Abstand
zwischen Schallsignal-Sender 20 und Schallsignal-Empfänger 18a der
Radius r1 und für den Abstand zwischen Schallsignal-Sender 20 und Schallsignal-Empfänger 18b der
Radius r2. Aus den Radien r1 und
r2, sowie den konstruktiv vorgegebenen Abstand
d1 des Schallsignal-Empfänger 18a vom mobilen
Bezugspunkt 13 und dem Abstand d2 des Schallsignal-Empfänger 18b vom
mobilen Bezugspunkt 13 läst sich der Abstand A des mobilen
Bezugspunkts 13 von dem festen Bezugspunkt 14 am Basisteil 5 und
die räumliche
Lage des Mobilteils 6 ermitteln. Ergänzend kann zur Vermeidung von
Doppeldeutigkeiten in der Lageposition das Mobilteil 6 weiterhin
den Drehlagesensor 24 aufweisen, um die räumliche
Lage des Mobilteils 6 zweifelsfrei zu bestimmen.
-
In
einer dritten Variante gemäß 6 errechnet
sich der Abstand A auf Basis zweier Messungen. Das von einem ersten
Schallsignal-Sender 20a und einem zweiten Schallsignal-Sender 20b ausgesendeten
unterschiedlichen Schallsignale werden von einem Schallsignal-Empfänger 18 empfangen.
Aus den verschiedenen Zeitmessungen ergeben sich für den Abstand
zwischen dem ersten Schallsignal-Sender 20a und dem Schallsignal-Empfänger 18 der
Radius r1 und für den Abstand zwischen dem
zweiten Schallsignal-Sender 20b und dem Schallsignal-Empfänger 18 der
Radius r2. Aus den Radien r1 und
r2, sowie den konstruktiv vorgegebenen Abstand
d1 des ersten Schallsignal-Senders 20a vom
festen Bezugspunkt 14 und dem Abstand d2 des
zweiten Schallsignal-Senders 20b vom
festen Bezugspunkt 14 läst sich
der Abstand A des mobilen Bezugspunkts 13 von dem festen
Bezugspunkt 14 am Basisteil 5 und die räumliche
Lage des Mobilteils 6 ermitteln. Ergänzend kann zur Vermeidung von
Doppeldeutigkeiten in der Lageposition das Mobilteil 6 weiterhin
den Drehlagesensor 24 aufweisen, um die räumliche Lage
des Mobilteils 6 zweifelsfrei zu bestimmen.
-
In
einer vierten Variante gemäß 7 errechnet
sich der Abstand A auf Basis zweier Messungen. Das von einem ersten
Schallsignal-Sender 20a ausgesendete Schallsignal wird
von einem zugeordneten ersten Schallsignal-Empfänger 18a empfangen.
Das von einem zweiten Schallsignal-Sender 20b ausgesendeten
vom ersten Schallsignal unterschiedliche zweite Schallsignal wird
von einem zugeordneten zweiten Schallsignal-Empfänger 18b empfangen.
Aus den verschiedenen Zeitmessungen ergeben sich für den Abstand
zwischen dem ersten Schallsignal-Sender 20a und dem ersten
Schallsignal-Empfänger 18a der
Radius r1 und für den Abstand zwischen dem
zweiten Schallsignal-Sender 20b und
dem zweiten Schallsignal-Empfänger 18b der
Radius r2. Aus den Radien r1 und
r2, sowie den konstruktiv vorgegebenen Abstand
D1 des ersten Schallsignal-Senders 20a vom
festen Bezugspunkt 14 und dem Abstand D2 des
zweiten Schallsignal-Senders 20b vom
festen Bezugspunkt 14, sowie den konstruktiv vorgegebenen
Abstand d1 des ersten Schallsignal-Empfänger 18a vom
mobilen Bezugspunkt 13 und dem Abstand d2 des
zweiten Schallsignal-Empfänger 18b vom
mobilen Bezugspunkt 13 lässt sich der Abstand A des
mobilen Bezugspunkts 13 von dem festen Bezugspunkt 14 am
Basisteil 5 und die räumliche
Lage des Mobilteils 6 ermitteln. Senden die beiden Schallsignal-Sender 20a und 20b unterschiedliche
Signale, kann eine ergänzende
Bestimmung der Lageposition das Mobilteil 6 mittels des Drehlagesensors 24 entfallen,
da die gesendeten Signalen eindeutig dem jeweiligen Schallsignal-Empfänger 18a oder 18b zugeordnet
werden können.