DE102009059215A1

DE102009059215A1 - Selbsttätig verfahrbares Gerät sowie Verfahren zur Zielführung eines solchen Gerätes

Info

Publication number: DE102009059215A1
Application number: DE102009059215A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dr. Zuber; Mario Wallmeyer; Frank Meyer; Patrick Schlischka; Martin Meggle; Andreas Sauerwald
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-02-17
Also published as: ITMI20101542A1; IT1400759B1; ITMI20101540A1; DE102009059217A1; DE102009059214A1; IT1400760B1; DE102009059212A1; DE102009059216A1

Abstract

Verfahren zur Zielführung eines selbsttätig verfahrbaren Geräts (1), insbesondere eines Reinigungsgerätes zur Reinigung eines Bodens wie ein Saug- und/oder Kehrroboter, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (1) ein lichtempfindliches Element (5) aufweist und dass die Zielführung mittels eines Lichtstrahls einer Lichtquelle (6) vorgenommen wird, der auf einem vom Gerät (1) entfernten Bereich des Bodens (8) gerichtet wird, wobei reflektierte Anteile des Lichtes von dem Gerät (1) zur Zielführung verarbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Zielführung eines selbsttätig verfahrbaren Gerätes, insbesondere eines Reinigungsgerätes zur Reinigung eines Bodens wie ein Saug- und/oder Kehrroboter.
Derartige Verfahren sind bekannt. Mittels diesen wird ein Gerät, insbesondere selbsttätig verfahrbares Bodenreinigungsgerät, zu einem bestimmten Punkt oder Bereich innerhalb eines Raumes bzw. Wohnung geleitet, um hier beispielsweise eine flächenbegrenzte Reinigung des Bodens durchzuführen.
Autonom operierende Geräte, wie insbesondere Reinigungs- oder auch Transportgeräte im Haushaltsbereich sollen im (Reinigungs-)Betrieb bevorzugt ohne Benutzereingriff arbeiten. Dennoch werden diese in der Regel mit Einrichtungen zur Zielführung versehen, damit bspw. der Benutzer diese in bestimmte Bereiche der Wohnung fahren lassen kann, z. B. um dort eine Spotreinigung durchzuführen. Bekannt sind hier Fernbedienungen (Funk und auf optischer Basis mit Infrarot), bei denen die Fernbedienung bspw. Tasten für unterschiedliche Fahrtrichtungen enthalten (separate Tasten für die Fahrtrichtungen, Joystick, 4-Wege-Schalter usw.). Mit diesen Tasten kann der Benutzer das Gerät zum Ziel steuern. Die Bedienung ähnelt der eines ferngesteuerten Autos. Aus dem Bereich des Spielzeuges sind auch noch kabelgebundene Lösungen bekannt, bei denen die Fernsteuerung mit dem Spielzeug über ein langes Kabel verbunden ist (elektrische Verbindung, teilweise auch mechanisch über Bowdenzüge). Diese Zielführung mittels Fernbedienung erweist sich als zeitaufwändig und für den Benutzer gewöhnungsbedürftig. Weiter alternativ kann das Gerät auch getragen werden, was sich jedoch als sehr unergonomisch erweist.
Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass das Gerät ein lichtempfindliches Element aufweist und dass die Zielführung mittels eines Lichtstrahls einer Lichtquelle vorgenommen wird, der auf einen vom Gerät entfernten Bereich des Bodens gerichtet wird, wobei reflektierte Anteile des Lichtes von dem Gerät zur Zielführung verarbeitet werden. Benutzer von derartigen Geräten möchten diesem oft eine bestimmte Position im Raum bzw. in der Wohnung zeigen, so beispielsweise verschmutzte Stellen oder dorthin rufen, wo sich beispielsweise der Benutzer gerade aufhält. Durch die vorgeschlagene Erfindung ist eine Möglichkeit erreicht, mit welcher der Benutzer dem Gerät eine Stelle in der Wohnung oder in einem Raum mit einem optischen Signal, beispielsweise in Form eines Lichtstrahls, weiter bspw. mittels eines Laserpointers zu zeigen, woraufhin das Gerät zu dieser Position verfährt oder sich diese Position merkt und ggf. zeitversetzt an diese Position verfährt. Dem autonom verfahrbaren Gerät werden so auf optischem Wege Wegpunkte, Stützpunkte für das Fahren, Zielpunkte oder allgemeine Navigationspunkte eingegeben (Teach-in). Das Teach-in erfolgt auf einfachem, bequemem und intuitivem Weg. Der Benutzer zeigt oder markiert mit diesen Punkten eine Stelle in der Wohnung, woraufhin das Gerät genau an diese Stelle verfährt. Markierungen von Punkten in einer Wohnung können dazu dienen, besondere Aktionen des Gerätes, insbesondere eines selbsttätig verfahrbaren Reinigungsgerätes auszulösen, so beispielsweise diesen Bereich besonders gründlich zu reinigen oder dem Gerät besondere Stellen zu teachen, beispielsweise verbotene Zonen, wo er nicht hinfahren darf.
Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches 1 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruches 1 oder des jeweiligen weiteren Anspruches oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
Das Gerät enthält entsprechend als Zubehörteil eine Lichtquelle. Hierbei kann es sich um ein separates, batterie- oder netzbetriebenes Zubehörteil handeln. Die Lichtquelle kann weiter bevorzugt in einer Lade- oder Basisstation des Gerätes untergebracht sein. In dieser Ausführung dient die Lichtquelle bevorzugt zum schnellen und genauen Auffinden der Lade- bzw. Basisstation. Erfindungsgemäß ist in diesem Fall die Lade- bzw. Basisstation der Benutzer des Gerätes, sobald die Station die Lichtquelle mit dem Ziel der Steuerung des Gerätes in Betrieb nimmt. Die Lichtquelle ist weiter bevorzugt in einem separaten Zubehörteil integriert, welches der Benutzer auf den Boden stellt, um diese Stelle oder eine von der Lichtquelle angestrahlten Punkt auf dem Boden zu markieren (im Sinne einer Peilmarke). Dazu ist die Abstrahlrichtung der Lichtquelle in der Peilmarke bevorzugt einstellbar. Die Peilmarke selbst enthält bevorzugt Bedienelemente für ihre Bedienung, sie kann aber auch mit Einrichtungen zum Empfang von Steuersignalen durch eine separate Fernbedienung versehen sein. Im Falle einer Peilmarke verkörpert diese den Benutzer des Gerätes, sobald sie die Lichtquelle mit dem Ziel der Steuerung des Gerätes in Betrieb nimmt. Die Lichtquelle ist weiter bevorzugt in einer Fernbedienung integriert, die bevorzugt noch weitere Bedienelemente umfasst. Diese Bedienelemente können die Lichtquelle verwenden oder eine eigene Lichtquelle, zum Beispiel eine Infrarot-Sendereinheit. Die Lichtquelle zur Zielführung wird bevorzugt durch eine LED- oder Laserdiode oder beides gebildet. Bevorzugt wird sichtbares Licht verwendet, so beispielsweise rotes Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm. Infrarotlicht wird bevorzugt nur in Verbindung mit einem sichtbaren Leitstrahl verwendet.
Auf dem Gerät befindet sich in einer Weiterbildung eine drehende Plattform. Diese enthält wenigstens ein lichtempfindliches Element, ähnlich einem rotierenden Laserscanner. Das lichtempfindliche Element besitzt bevorzugt eine linienförmige Ausdehnung. Es liegt in einer Ebene senkrecht zum Boden, kann in dieser aber zum Boden in einem definierten Winkel angelegt sein. Das linienförmige lichtempfindliche Element ist bevorzugt ein PSD-Element oder eine Linienkamera (CCD, CMOS). Dem lichtempfindlichen Element ist bevorzugt ein Verstärker zugeordnet, dem ein Filter zugeordnet ist, der auf diese Frequenz und Modulationsform abgestimmt ist. Als Signal gibt der Verstärker daher lediglich das vom Ziel empfangene Lichtsignal aus und kein Umgebungs- oder Störlicht.
Dem lichtempfindlichen Element sind bevorzugt wahlweise optische Elemente zugeordnet, ohne dass dies im Folgenden explizit aufgeführt wird. Diese optischen Elemente sind bevorzugt Linsen (Sammellinsen, Zerstreuungslinsen, auch als Fresnellinsen ausgeführt, asphärisch oder sphärisch), Blenden (kreisförmig, schlitzförmig, beliebig geformt, als eigene Teile ausgeführt oder im Gehäuse des Elements oder des Gerätes integriert), Prismen, Spiegel (plan, konkav, konvex, freie Form), Lichtleiter, Freiformelemente, optische Filter (bevorzugt Farbfilter oder Schmalband-Interferenzfilter abgestimmt auf die Wellenlänge des verwendeten Lichtes).
Sowohl bei der Lichtquelle als auch beim lichtempfindlichen Element werden unter optischen Elementen auch Schutz- oder Abdeckscheiben im optischen Strahlengang verstanden, die den mechanischen Schutz der optischen Einrichtung dienen. Bevorzugt werden in der Lichtquelle und/oder in dem lichtempfindlichen Element optische Filter vorgesehen, die für die vorgesehenen optischen Wellenlängen möglichst gut durchlässig, für andere aber möglichst wenig durchlässig sind. Optische Filter sind weiter bevorzugt als separate Elemente vorgesehen oder integriert in anderen optischen Elementen (z. B. Einfärbung oder Beschichtung von Linsen, Schutzfenstern usw.). Möglich sind Einfärbungen, Beschichtungen, Bedampfungen usw. In bevorzugter Ausführung ist dem lichtempfindlichen Element eine einzelne Sammellinse zugeordnet (evtl. auch ein Filter). Das linienförmige lichtempfindliche Element, die Linsenebene und der Boden treffen sich dabei in einer gedachten Linie (Scheinpfluganordnung). Das lichtempfindliche Element und seine zugeordneten optischen Bauteile bilden den Empfänger. Dieser ist bevorzugt so ausgebildet (z. B. durch Scheinpfluganordnung), dass sich ein vertikal zum Boden stehendes Triangulationssystem ergibt. Mit diesem System kann die Entfernung zwischen dem Roboter und dem Lichtpunkt auf dem Boden gemessen werden. Die Winkelposition der rotierenden Sensorplattform wird bevorzugt (bevorzugt über Encoderscheibe mit Lichtschranke) gemessen. Diese Vorrichtung wird benutzt, um den Winkel zwischen Gerätelängsachse und dem Lichtpunkt auf dem Boden zu ermitteln. Das Gerät erkennt somit den Abstand und den Winkel zu dem Lichtpunkt. Somit ist die relative Lage des Lichtpunktes zu dem Gerät eindeutig bekannt.
Der Benutzer (menschlicher Benutzer, Station, Peilmarke) leuchtet mit der Lichtquelle (bspw. Laserpointer auf der Fernbedienung) einen Punkt in der Wohnung bzw. auf dem Boden an. Er kann damit dem Gerät z. B. Stellen zur Spotreinigung vorgeben oder besondere Stellen markieren, wo er nicht hinfahren soll oder Wegpunkte anzeigen oder Umrandungen von Gebieten vorgeben. Durch unterschiedliche Lichtsignale, bspw. durch unterschiedliche Farben, sind neben der Markierung eines oder mehrerer Punkte auf dem Boden ggf. auch Informationen bspw. bezüglich der Reinigungsart und/oder -dauer oder weiter bspw. bezüglich des Kreisdurchmessers der bei einer Spot-Reinigung zu pflegenden Fläche an das Gerät übermittelbar. Das Gerät ist hierbei entsprechend mit optischen Mitteln zum Unterscheiden solcher Signale versehen. Wegpunkte werden bevorzugt angezeigt, um dem Gerät einen Verfahrweg vorzugeben, welcher Verfahrweg weiter bevorzugt in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt wird. Hierbei besteht die Möglichkeit, mittels der Lichtquelle im Sichtbereich des Gerätes mehrere derartiger Wegpunkte auf dem Boden anzuzeigen, die nacheinander von dem auf einer Stelle verbleibenden Gerät erfasst und abgespeichert werden. Das jeweilige Abspeichern der zugehörigen X- und Y-Koordinaten wird bevorzugt durch ein geräteseitiges Signal bestätigt. Alternativ verfährt das Gerät nach jeder erfassten Markierung zu dieser hin, unter gleichzeitiger Abspeicherung der entsprechenden Koordinaten, um so auch zu einem späteren Zeitpunkt bei entsprechendem Abruf des so gespeicherten Verfahrweges diesen abzufahren. Auch können auf diese Weise Gebiete, bspw. Teilbereiche eines Raumbodens zufolge Umrandung markiert werden, weiter bevorzugt durch Markierung der Eckpunkte der Umrandung mittels der Lichtquelle. Auch diese Eckkoordinaten werden bevorzugt im Gerät abgespeichert, so dass auch diese zu einem späteren Zeitpunkt erneut abgerufen werden können. So ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass derart erstellte Verfahrwege und/oder Umrandungen von Gebieten innerhalb einer in dem Gerät abgelegten Karte der Räumlichkeiten abgespeichert werden.
Die Markierung auf dem Boden wird in weiter bevorzugter Ausgestaltung nur kurzzeitig durchgeführt, wobei das Gerät eine erfasste (Licht-)Markierung ortsmäßig abspeichert und sodann zu dem gespeicherten Ort verfährt. Hierzu werden bevorzugt die erfassten X- und Y-Koordinaten der Markierung in einem flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher des Gerätes gespeichert, anhand welcher ein zielgenaues Anfahren des zuvor markierten Bereiches erfolgt. Dieses Anfahren erfolgt bevorzugt unmittelbar nach Erfassen und ggf. Abspeichern der entsprechenden Koordinaten, kann jedoch auch zeitversetzt hierzu erfolgen. So ist erreicht, dass das Gerät bspw. zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, weiter bspw. nach Aufladen der geräteseitigen Akkumulatoren diesen zuvor erfassten und gespeicherten Punkt auf dem Boden anfährt und von dort aus den Reinigungsvorgang startet.
Die Zielführung mittels Licht dient bevorzugt zur Bedienung des Gerätes bei freier Sicht zwischen Gerät und Ziel. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Bedienung auch ohne direkte Sicht ermöglicht ist, indem die der Lichtquelle (bspw. an einer Fernbedienung) eine weitere Signalquelle für ein weiteres Signal zugeordnet ist. So ist bevorzugt vorgesehen, dass der lichtmäßigen Markierung eines Bodenbereiches ein Signal außerhalb des Lichtbereiches überlagert wird. Dieses weitere Signal ist bevorzugt ein Funksignal oder ein akustisches Signal (bevorzugt Ultraschall) oder allgemein ein elektromagnetisches Signal oder weiter allgemein ein mechanisches Signal (z. B. Bodenerschütterung). Bevorzugt wird ein Signal verwendet, welches über mehrere Räume hinweg übertragen werden kann (z. B. Funk). Dieses zusätzliche Signal wird bevorzugt verwendet, um das Gerät zu aktivieren, d. h. insbesondere in Bewegung zu setzen in Richtung auf das Ziel. Gleichzeitig wird das optische Signal eingeschaltet. Das Gerät fährt daraufhin systematisch oder zufällig die Wohnung ab, und zwar solange, bis dieses das optische Signal detektiert. Ab diesem Zeitpunkt verhält sich das Gerät gemäß den vorbeschriebenen Ausführungen.
Auch ein rotierender Lasersensor zur Kartierung wird bevorzugt für diese Messaufgaben eingesetzt. So ist weiter bevorzugt eine Kartierung mittels Hinderniserkennung in Form eines optischen Triangulationssystems vorgesehen, mittels welchem eine Abstandsmessung zufolge Reflektion erreicht werden kann. Ein solches Triangulationssystem weist bevorzugt eine Lichtquelle und ein lichtempfindliches Element für die reflektierten Lichtstrahlen auf. So ist weiter bevorzugt eine Rundum-Abstandsmessung wie aus der DE 10 2008 014 912 A1 bekannt, vorgesehen. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Patentanmeldung in Ansprüche vorliegender Erfindung mit einzubeziehen. Hierbei wird jedoch nicht der Messlaser zur Kartierung und/oder Hinderniserkennung aus dem Scanner eingesetzt. Es wird vielmehr das Licht, welches der Boden reflektiert, vermessen. Die Optik und Lichtempfangsseite des bevorzugten Laserscanners ist dazu um bevorzugt 90° oder bis hin zu 360° drehbar gelagert und kann dann im gedrehten Zustand vertikal messen. Dies kann permanent geschehen durch zyklisches Drehen der Elemente oder auch auf Zuruf bspw. über ein Funksignal vom Nutzer. Auch ist eine zeitgleiche horizontale und vertikale Messung bevorzugt möglich.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass die Lichtquelle zumindest teilweise Licht im unsichtbaren Bereich abstrahlt, dies weiter bevorzugt in Kombination mit einem sichtbaren Licht, welches dem Benutzer zur Orientierung dient. Das lichtempfindliche System des Gerätes ist hierbei entsprechend eingestellt zum Erkennen des nicht für den Benutzer sichtbaren Lichtsignals. Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Lichtquelle auf dem Boden ein Lichtmuster erzeugt, ähnlich den auf dem Markt befindlichen sogenannten Effektlasern, welche ein großes Muster auf Gegenstände projizieren können. Das Gerät ist hierzu bevorzugt mit einer elektronischen Kamera versehen, wie sie bspw. als Webcams aus dem Computerbereich bekannt sind, oder mit einer ähnlichen Kamera/lichtempfindlichen Element, welches das projizierte Muster erkennt. Aufgrund der Anordnung der erfassten einzelnen Punkte des auf dem Boden erzeugten Lichtmusters ist auf den Mittelpunkt des Musters zu schließen. Zu diesem Zweck wird die perspektivische Verzerrung aus dem Bild herausgerechnet. Da die Position und Ausrichtung der Kamera am Roboter bekannt ist, kann aus den Ergebnissen der Auswertung auf die relative Position des Mittelpunkts des Musters geschlossen werden. Dieser Punkt kann dann vom Gerät angefahren werden. Weiter kann das Muster in der Mitte einen Punkt in einer anderen Farbe oder Helligkeit enthalten, um dem Benutzer das Anvisieren des Zielpunktes zu erleichtern. Das Muster selbst kann weiter im nicht sichtbaren Spektrum (z. B. Infrarot) projiziert werden. Nur der Mittelpunkt ist bevorzugt zum Anvisieren für den Benutzer sichtbar. Hierbei kann weiter das sichtbare Signal als Zusatzinformation (bspw. Reinigungsart, -dauer) für das Gerät dienen, welches dann entsprechend über Mittel verfügt, um sowohl das nicht sichtbare Muster als auch das sichtbare Lichtsignal zu erfassen und auszuwerten. Weiter kann das Muster so modifiziert sein, dass eine Erkennung des Mittelpunktes vereinfacht wird. So wird vorgeschlagen, bspw. Kreise um den Mittelpunkt zusammen mit Linien, die im Mittelpunkt zusammenlaufen, zu projizieren. Auch weitere Muster sind diesbezüglich vorstellbar. Auch die Skalierung der Muster kann variieren, je nachdem, welche Auflösung das optische Erkennungssystem bietet. Auch verschiedene Muster sind möglich, die vom Benutzer gewählt werden können, bspw. um Teppiche zu markieren, die besonders gut oder schonend gereinigt werden müssen. Entsprechend ist die Sensorik des Gerätes ausgelegt, um nicht nur das Vorhandensein eines Musters zu registrieren, sondern auch um dessen Geometrie zu erfassen und in Abgleich zu im Gerät hinterlegten Musterkarten entsprechende Verhaltensstrategien abzurufen.
Je nach Gestaltung des Musters auf dem Boden kann das Gerät auch gelenkt werden. Nicht punktsymmetrische Muster können hier eine Fahrtrichtung eincodiert bekommen. So kann das Gerät z. B. durch Drehung des Musters auf dem Boden durch den Benutzer gelenkt werden.
Das Muster muss z. B. bei einer Zielfahrt (bspw. zu einem roten Punkt) nicht permanent den Boden beleuchten. Die Kamera im Roboter kann das aktuelle Bild inklusive der Information aufnehmen und speichern sowie die Fahrtsignale daraus vorausberechnen.
Als Muster können des Weiteren auch sogenannte 2D-Barcodes Verwendung finden. Hiermit können weitere Zusatzinformationen (gesteuert vom Benutzer) angegeben werden, z. B. eine Benennung der Räume oder Flächen. Diese Codes können bspw. in einer Tabelle einer Fernbedienung hinterlegt sein. Die Projektion auf den Boden kann z. B. durch Masken mit einer Lichtquelle erfolgen oder (ohne Maske) durch ein Lichtquellenarray, welches entsprechend geschaltet wird (Pixelbild).
Anstatt einer vorbeschriebenen Kamera kann auch ein lichtempfindliches Element (z. B. CCD oder CMOS-Chip) direkt auf der Oberseite des Gerätes angebracht werden. Dies bietet sich bevorzugt dann an, wenn, wie weiter bevorzugt, zumindest ein Teil des Lichtstrahls oder Lichtmusters unmittelbar auf ein solches lichtempfindliches Element des Geräts gerichtet ist. So fällt bspw. das projizierte Muster auch auf das Gerät und kann dort direkt ausgewertet werden. Wird z. B. ein Muster mit Linien projiziert, ist dieses Muster bevorzugt so fein aufgelöst, dass immer mindestens eine Linie und ein Kreisbogen auf das lichtempfindliche Element fällt. Liegt der Mittelpunkt des Musters auf der Linie, kann die Richtung aus der Orientierung des Kreises gewonnen werden, der Abstand zum Zielpunkt aus der Krümmung desselbigen.
Weiter bevorzugt erzeugt die Lichtquelle einen modulierten Lichtstrahl oder ein moduliertes Lichtmuster.
Zur besseren Unterscheidung im Abbild, wird das Muster zusätzlich mit einer bekannten Frequenz moduliert. Das Lichtsignal oder Lichtmuster wird hierbei bevorzugt in einer definierten Frequenz moduliert, so bspw. sinusförmig, rechteckig, dreieckig oder beliebig. Diese kann dann auf der Empfängerseite (Gerät) wieder herausgefiltert werden.
Die Erfindung betrifft weiter ein selbsttätig verfahrbares Gerät, insbesondere Reinigungsgerät zur Reinigung eines Bodens wie ein Saug- und/oder Kehrroboter. Um ein derartiges Gerät weiter zu verbessern, wird eine vorzugsweise zu dem Gerät bewegliche Lichtquelle vorgeschlagen, die zur Ausbildung eines Lichtbereiches auf dem Boden nutzbar ist, wobei weiter das Gerät ein lichtempfindliches Element aufweist, das so ausgebildet ist, dass es einen solchen Lichtbereich hinsichtlich Entfernung und Richtung detektieren kann. Es ist so eine Lokalisierung von Zielen durch das Gerät auf optischem Wege erreicht. Weiter erweist sich die Ausgestaltung insbesondere für den Benutzer als vorteilhaft, da dieser nicht mehr gezwungen ist, das Gerät umständlich und unbequem durch kleine Bedienungselemente bspw. auf einer Fernbedienung zu einem Ziel zu steuern. Vielmehr kann dem Gerät auf intuitive Art und Weise durch Anleuchten das Ziel übermittelt werden. Durch die vorgeschlagene Erfindung ist eine Möglichkeit erreicht, mit welcher der Benutzer dem Gerät eine Stelle in der Wohnung oder in einem Raum mit einem optischen Signal, beispielsweise in Form eines Lichtstrahls, weiter bspw. mittels eines Laserpointers zu zeigen, woraufhin das Gerät zu dieser Position verfährt oder sich diese Position merkt und ggf. zeitversetzt an diese Position verfährt. Dem autonom verfahrbaren Gerät werden so auf optischem Wege Wegpunkte, Stützpunkte für das Fahren, Zielpunkte oder allgemeine Navigationspunkte eingegeben (Teach-in). Das Teach-in erfolgt auf einfachem, bequemem und intuitivem Weg. Der Benutzer zeigt oder markiert mit diesen Punkten eine Stelle in der Wohnung, woraufhin das Gerät genau an diese Stelle verfährt. Markierungen von Punkten in einer Wohnung können dazu dienen, besondere Aktionen des Gerätes, insbesondere eines selbsttätig verfahrbaren Reinigungsgerätes auszulösen, so beispielsweise diesen Bereich besonders gründlich zu reinigen oder dem Gerät besondere Stellen zu teachen, beispielsweise verbotene Zonen, wo er nicht hinfahren darf.
Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches 6 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruches 6 oder des jeweiligen weiteren Anspruches oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
Hinsichtlich ergänzender oder alternativer Merkmale im Zusammenhang mit dem vorbeschriebenen Gerät gilt für deren anspruchsmäßige Zuordnung das Gleiche wie oben bzgl. der verfahrensbezogenen Merkmale ausgeführt.
So ist in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das lichtempfindliche Element am Gerät eine elektronische Kamera ist, bevorzugt in Form einer aus dem Computerbereich bekannten Webcam, weiter bevorzugt als lichtempfindliches Element (CCD oder CMOS-Chip), weiter bevorzugt als Linienkamera.
Weiter bevorzugt ist das lichtempfindliche Element am Gerät Teil eines vertikal zum Boden ausgerichteten Triangulationssystems. Mit diesem System kann die Entfernung zwischen dem Roboter und dem Lichtpunkt auf dem Boden gemessen werden. Die Winkelposition der bevorzugt rotierenden Sensorplattform wird bevorzugt (weiter bevorzugt über Encoderscheibe mit Lichtschranke) gemessen. Diese Vorrichtung wird benutzt, um den Winkel zwischen Gerätelängsachse und dem Lichtpunkt auf dem Boden zu ermitteln. Das Gerät erkennt somit den Abstand und den Winkel zum Lichtpunkt, womit die relative Lage des Lichtpunktes zu dem Gerät eindeutig bekannt ist. Ein derartiges Triangulationssystem ist zur Kartierung mittels Hinderniserkennung aus der bereits erwähnten DE 10 2008 014 912 A1 bekannt.
Die Lichtquelle ist bevorzugt an einem frei aufstellbaren Lichtsender ausgebildet, so weiter bevorzugt an einem frei auf dem Boden aufstellbaren Sender. Dieser kann weiter bevorzugt auch eine Basis- bzw. Ladestation des Gerätes sein. Alternativ oder auch kombinativ hierzu ist bevorzugt der Lichtsender als Handgerät, weiter bevorzugt in Form einer Fernbedienung ausgebildet, mittels welchem der Benutzer in einfachster Weise dem Gerät auf dem Boden einen Punkt und/oder eine Fläche markieren kann.
Die Lichtquelle ist bevorzugt gebildet durch eine Infrarot-Sendereinheit. Weiter wird bevorzugt die Lichtquelle zur Zielführung durch eine LED- oder Laserdiode oder beides gebildet. Bevorzugt wird hierbei sichtbares Licht verwendet, so bspw. rotes Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm. Infrarotlicht wird bevorzugt nur in Verbindung mit einem sichtbaren Leitstrahl verwendet.
Weiter ist bevorzugt, dass die Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtmusters auf dem Boden ausgebildet ist, weiter bevorzugt in Art eines Effektlasers. Ein derartiges Muster ist bevorzugt geometrisch aufgebaut, weiter bevorzugt beinhaltend Linien und Kreise, die einen Mittelpunkt definieren. Weiter sind Muster in Art von 2D-Barcodes vorgesehen, wobei weiter bevorzugt die Projektion des Musters auf den Boden bspw. durch der Lichtquelle zugeordnete Masken erreicht wird, weiter alternativ durch ein Lichtquellenarray, welches entsprechend geschaltet wird.
Der Lichtquelle sind bevorzugt wahlweise optische Elemente zugeordnet (bevorzugt zur Ausformung eines Sendestrahls und Sendekegels), ohne dass dies im Folgenden explizit aufgeführt wird. Optische Elemente sind bevorzugt Linsen (Sammellinsen, Zerstreuungslinsen, auch als Fresnellinsen ausgeführt, asphärisch oder sphärisch), Blenden (kreisförmig, schlitzförmig, beliebig geformt, als eigene Teile ausgeführt oder im Gehäuse des Elements oder des Gerätes integriert), Prismen, Spiegel (plan, konkav, konvex, freie Form), Lichtleiter, Freiformelemente, optische Filter (bevorzugt Farbfilter oder Schmalband-Interferenzfilter abgestimmt auf die Wellenlänge des verwendeten Lichtes).
Dem Sensor/lichtempfindlichen Element oder der Laserquelle (bevorzugt zur Ausformung eines Sendestrahls und Sendekegels sowie des Musters) sind bevorzugt wahlweise optische Elemente zugeordnet, ohne dass diese im Folgenden explizit aufgeführt sind. Optische Elemente sind bevorzugt Linsen (Sammellinsen, Zerstreuungslinsen, auch als Fresnellinsen ausgeführt, asphärisch oder sphärisch), Blenden (kreisförmig, schlitzförmig, beliebig geformt, als eigene Teile ausgebildet oder im Gehäuse des Elementes oder des Gerätes integriert), Prismen, Spiegel (plan, konkav, konvex, Freiform), Lichtleiter, Freiformelemente oder Zylinderlinsen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich mehrere Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung zum zielgeführten Verfahren eines selbsttätig verfahrbaren Gerätes in einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Draufsicht auf ein selbsttätig verfahrbares Gerät mit einer elektronischen Kamera zum Erfassen eines Lichtmusters;
3 eine der 2 entsprechende Darstellung, eine weitere Ausführungsform hinsichtlich des projizierten Musters betreffend;
4 eine der 3 entsprechende Darstellung, jedoch bei alternativer Ausgestaltung des verfahrbaren Gerätes mit einem lichtempfindlichen Element;
5 in schematischer Darstellung alternative Ausführungen eines Lichtmusters;
Die Darstellungen zeigen jeweils ein Gerät 1 in Form eines Saug- und/oder Kehrgerätes, weiter in Form eines verfahrbaren Haushalts-Bodenreinigungsgerätes. Dieses besitzt ein Chassis, welches dem zu pflegenden Boden zugewandt, elektromotorisch angetriebene Verfahrräder 2 sowie eine über die Unterkante des Chassisbodens hinausragende, gleichfalls elektromotorisch angetriebene Bürste trägt. Das Chassis ist überfangen von einer Gerätehaube 3, wobei das Gerät 1 einen kreisförmigen Grundriss aufweist. Bezüglich der Ausgestaltung des Gerätes 1 als Saug- und/oder Kehrgerät wird auf die DE 102 42 257 A1 verwiesen. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zwecke, Merkmale dieser Patentanmeldung in Ansprüche vorliegender Erfindung mit einzubeziehen.
Auf der Gerätehaube 3 des Gerätes 1 ist mit Bezug zu 1 eine Plattform 4 vorgesehen. Diese ist um eine vertikale Achse x drehbar. Diese Plattform 4 trägt ein nach radial außen weisendes lichtempfindliches Element 5 in Form eines vertikalen Triangulationssensors.
Die Zielführung des selbsttätig verfahrbaren Gerätes 1 ist hier erreicht mittels einer Lichtquelle 6. Diese ist in einer Fernbedienung 7 aufgenommen. Hierbei handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Laserpointer mit rotem Licht (650 nm) oder grünem Licht (532 nm). Zusätzlich kann in dem Laserpointer auch eine Infrarotlichtquelle vorgesehen sein mit einer Wellenlänge von 980 nm.
Das lichtempfindliche Element 5 und seine zugeordneten optischen Bauteile (insbesondere die in 1 dargestellte Linse 10) bilden den Empfänger. Dieser ist so ausgebildet, dass sich ein vertikal zum Boden stehendes Triangulationssystem ergibt. Mit diesem System kann die Entfernung zwischen dem Gerät 1 und einem Punkt P auf dem Boden 8 gemessen werden. Dieser Punkt P ist ein Lichtpunkt, erreicht durch Anstrahlen mittels der Lichtquelle 6, wodurch eine Peilmarke auf dem Boden 8 vorgegeben ist.
Das Lichtsignal ist bevorzugt moduliert (bspw. 20 kHz Rechteck), wobei weiter dem lichtempfindlichen Element 5 des Gerätes 1 ein Verstärker zugeordnet ist zur Kompensation von bspw. Umgebungslicht.
Die Winkelposition der rotierenden Plattform 4 wird bspw. über eine Encoderscheibe mit Lichtschranke gemessen, um so den Winkel zwischen Gerätelängsachse x und dem Lichtpunkt P auf dem Boden 8 zu ermitteln.
Das Gerät 1 kennt nun den Abstand a und den Winkel α zum Lichtpunkt P. Damit ist die relative Lage des Lichtpunktes P zu dem Gerät 1 eindeutig bekannt. Der Benutzer (menschlicher Benutzer, Station, Peilmarke) leuchtet mit der Lichtquelle 6 einen Punkt P in der Wohnung bzw. auf dem Boden 8 an und kann somit dem Gerät 1 Stellen bspw. zur Spotreinigung vorgeben oder besondere Stellen markieren, wo es nicht hinfahren soll oder Wegpunkte anzeigen oder Umrandungen von Gebieten vorgeben.
In 2 ist eine alternative Ausgestaltung gezeigt, bei welcher über einen Effekt-Laserpointer 11 in Art einer Fernbedienung 7 ein Lichtmuster M auf dem Boden 8 erzeugt wird. Dieses Lichtmuster M wird bevorzugt mit Infrarotlicht projiziert, wobei weiter im Zentrum ein sichtbarer Punkt P vorgesehen ist. Dieser sichtbare Punkt P dient in erster Linie der Benutzerorientierung.
Das Gerät 1 verfügt als lichtempfindliches Element 5 über eine elektronische Kamera 9. Diese ist gegen den Boden 8 gerichtet zur Erfassung des Lichtmusters M. Weiter ist bevorzugt die Kamera 9 an einer um die Vertikalachse x drehbaren Plattform 4 gehaltert, zur Rundumerfassung eines solchen Musters M.
Mittels des über die elektronische Kamera 9 erfassten Bildes wird das projizierte Muster M erkannt. Aufgrund der Anordnung der einzelnen Musterpunkte lässt sich auf den Mittelpunkt (Punkt P) eindeutig schließen, so dass das Gerät 1 zielgenau diesen Punkt P anfahren kann.
Der Punkt P ist in einer Ausgestaltung in einer anderen Farbe oder Helligkeit gegenüber dem Muster M gehalten, um so dem Benutzer das Anvisieren des Zielpunktes zu erleichtern, wobei weiter das Muster M selbst im nicht sichtbaren Spektrum (z. B. Infrarot) projiziert sein kann.
Wie weiter in 3 zu erkennen, kann das Lichtmuster M so modifiziert sein, dass eine Erkennung des Mittelpunktes P vereinfacht wird. So ist vorgesehen, Kreise um den Mittelpunkt zusammen mit Linien, die im Mittelpunkt zusammenlaufen, zu projizieren.
Anstelle einer elektronischen Kamera 9 kann gemäß der Darstellung in 4 ein lichtempfindliches Element 5 in Form eines CCD- oder CMOS-Chips direkt auf der Oberseite des Gerätes 1 angebracht sein. Da das projizierte Lichtmuster M bspw. beim Einfahren des Gerätes 1 in das Muster auch auf das Gerät 1 fällt, kann es dort direkt ausgewertet werden. Wird beispielsweise ein Muster M mit Linien (wie dargestellt) projiziert, ist das Muster M so fein aufgelöst, dass immer mindestens eine Linie und ein Kreisbogen(-abschnitt) auf das lichtempfindliche Element 5 fällt. Wie weiter aus 4 zu erkennen, liegt der Mittelpunkt P des Lichtmusters M auf der radial gerichteten Linie des Musters. Die Richtung kann entsprechend aus der Orientierung des Kreises gewonnen werden, der Abstand zum Zielpunkt aus der Krümmung desselbigen.
Als Muster M kommen bevorzugt sog. 2D-Codes wie in 5 dargestellt zur Anwendung. Hierdurch können weitere Zusatzinformationen (gesteuert vom Benutzer) gegeben werden, z. B. eine Benennung der Räume oder Flächen. Diese Codes können in einer Tabelle bspw. in der Fernbedienung hinterlegt sein. Die Projektion auf den Boden 8 kann dann z. B. durch Masken mit einer Lichtquelle erfolgen oder ohne Maske durch ein Lichtquellenarray, welches entsprechend geschaltet wird.
Dargestellt sind in 5 2D-Codes in Art eines QR-Codes, eines Semacodes, eines Quickmarks und eines Shotcodes. Weitere 2D-Codes sind bevorzugt PDF417, DataMatrix, Cool-Data-Matrix, UP-Code, Trillcode, BeeTagg sowie QODE. Auch ist, wie weiter in 5 dargestellt, ein sog. Barcode als Muster nutzbar.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Gerät
2: Verfahrräder
3: Gerätehaube
4: Plattform
5: lichtempfindliches Element
6: Lichtquelle
7: Fernbedienung
8: Boden
9: elektronische Kamera
10: Linse
11: Laserpointer
a: Abstand
x: vertikale Achse
α: Winkel
M: Lichtmuster
P: Punkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102008014912 A1 [0014, 0026]
- DE 10242257 A1 [0038]

Claims

Verfahren zur Zielführung eines selbsttätig verfahrbaren Geräts (1), insbesondere eines Reinigungsgerätes zur Reinigung eines Bodens wie ein Saug- und/oder Kehrroboter, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (1) ein lichtempfindliches Element (5) aufweist und dass die Zielführung mittels eines Lichtstrahls einer Lichtquelle (6) vorgenommen wird, der auf einem vom Gerät (1) entfernten Bereich des Bodens (8) gerichtet wird, wobei reflektierte Anteile des Lichtes von dem Gerät (1) zur Zielführung verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung auf dem Boden nur kurzzeitig durchgeführt wird und das Gerät (1) eine erfasste Markierung ortsmäßig abspeichert und sodann zu dem gespeicherten Ort verfährt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtmäßigen Markierung eines Bodenbereiches ein Signal außerhalb des Lichtbereiches überlagert wird und/oder bevorzugt das Signal außerhalb des Lichtbereiches zur Aktivierung des Gerätes (1) dient.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) zumindest teilweise Licht im unsichtbaren Bereich abstrahlt und/oder bevorzugt die Lichtquelle (6) auf dem Boden (8) ein Lichtmuster (M) erzeugt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Lichtstrahls oder Lichtmusters (M) unmittelbar auf ein lichtempfindliches Element (5) des Gerätes (1) gerichtet ist und/oder bevorzugt die Lichtquelle (6) einen modulierten Lichtstrahl oder Lichtmuster (M) erzeugt.
Selbsttätig verfahrbares Gerät (1), insbesondere Reinigungsgerät zur Reinigung eines Bodens wie ein Saug- und/oder Kehrroboter, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise zu dem Gerät (1) bewegliche Lichtquelle (6), die zur Ausbildung eines Lichtbereiches auf dem Boden (8) nutzbar ist, wobei weiter das Gerät (1) ein lichtempfindliches Element (5) aufweist, das so ausgebildet ist, dass es einen solchen Lichtbereich hinsichtlich Entfernung und Richtung detektieren kann.
Gerät nach Anspruch 6 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtempfindliche Element (5) am Gerät eine elektronische Kamera (9) ist und/oder bevorzugt das lichtempfindliche Element (5) am Gerät (1) ein PSD-Element oder eine Linienkamera ist und/oder bevorzugt das lichtempfindliche Element (5) am Gerät (1) Teil eines vertikal zum Boden ausgerichteten Triangulationssystems ist.
Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 7 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein lichtempfindliches Element (5) um eine Vertikalachse (x) des Geräts (1) drehbeweglich auf dem Gerät (1) angeordnet ist und dass das Gerät (1) eine Messvorrichtung aufweist, zur Bestimmung des Element-Drehwinkels.
Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) an einem frei aufstellbaren Lichtsender ausgebildet ist.
Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender als Handgerät ausgebildet ist.