DE19520532A1 - Verbessertes Verfahren zum Orten von Leitsendern für selbstfahrende Vorrichtungen - Google Patents
Verbessertes Verfahren zum Orten von Leitsendern für selbstfahrende VorrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstfahrende Vorrichtung,
z. B. auf eine solche in Form eines autonomen und sich selbst
orientierenden Staubsaugers, der sich an einem System von
Transpondern oder Leitsendern orientiert. Genauer bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zum schnelleren Feststellen
einer Richtung relativ zu verschiedenen Transpondern oder
Leitsendern während des Aufbaus von Orientierungsdaten, so daß
die Vorrichtung sich dann frei bewegen und ihre Funktion
erfüllen kann.
Seit mehreren Jahren besteht die Forderung z. B. nach einer
selbstfahrenden Vorrichtung für die Fußbodenpflege, insbesondere
nach einem Staubsauger, der über ein Fühlersystem gesteuert wird
und sich analog in einer horizontalen Ebene bewegt, beispiels
weise gesteuert über ein Schiffsradar. Dabei tritt die Forderung
auf, daß die Vorrichtung in der Lage sein sollte, sich selbst im
Raum zu orientieren, so daß sie beispielsweise in der Lage ist,
eine Säuberungsfunktion zu erfüllen, und zwar entsprechend einem
vorher festgelegten Muster oder einer vorgegebenen Strategie.
Dabei muß sie aber gleichzeitig in der Lage sein, eine Kollision
mit verschiedenen Hindernissen, die sich im Raum befinden, zu
vermeiden. Daneben müssen Kollisionen mit der Wandung des Raumes
vermieden werden.
Die schwedische Patentschrift 313,409 aus dem Jahre 1969
beschreibt eine unabhängig arbeitende Vorrichtung für die Boden
pflege, die mit einem Paar Räder ausgestattet ist, die von einem
Elektromotor angetrieben werden. Diese Vorrichtung kennzeichnet
sich dadurch, daß eines der Räder automatisch gegen die Kraft
einer Feder ausweichen kann, wenn die Vorrichtung auf ein
Hindernis stößt, wodurch das Paar der Räder um eine vertikale
Achse geschwenkt wird, so daß sich die Bewegungsrichtung der
Vorrichtung ändert und zusätzlich die Richtung der Radumdrehung
umgeschaltet werden kann, so daß die Vorrichtung prinzipiell
geeignet ist, sich weiterzubewegen und dem Hindernis auszu
weichen. Zusätzlich wird die Vorrichtung über einen Regler
geführt, der prinzipiell den Weg der Vorrichtung über die zu
reinigende Oberfläche bestimmt.
Auch aus der schwedischen Schrift 364,574 ist eine entsprechende
Vorrichtung bekannt, die auf ihrer Vorderseite mit einer Ein
richtung zum Erkennen eines Hindernisses versehen ist. Die
Einrichtung weist Sensoren auf, die elektrische Signale abgeben
und mit denen die Entfernung zu den Hindernissen während der
Bewegung der Vorrichtung festgestellt werden können. Diese
Fühler arbeiten vollständig auf mechanische Weise und bestehen
vorzugsweise aus Mikroschaltern.
In der GB-PS 1,403,860 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
für eine automatische Pflege beschrieben, beispielsweise zur
Reinigung einer eingegrenzten Fläche, wobei sich die Vorrichtung
über die gesamte Fläche bewegt und ihre Richtung immer im
Bereich der Begrenzungen der Fläche ändert. Die Vorrichtung ist
jedoch nicht in der Lage, im Vorhinein andere Hindernisse, die
sich in der umschränkten Fläche befinden, festzustellen. Sie
folgt generell einem vorher festgelegten Programm, um die
gesamte Oberfläche der umgrenzten Fläche zu bestreichen. Ein
weiteres derartiges System ist weiterhin in der CH-PS 619,799
aus dem Jahre 1973 beschrieben. Diese Vorrichtung, die über zwei
Räder angetrieben wird, ist mit einer elektro-optischen Meßein
richtung ausgestattet, die verschiedene Strahlen aussendet und
empfängt. Die Meßeinrichtung dient dazu, die Entfernungen
zwischen der Vorrichtung und den Meßpunkten zu bestimmen, die
sich an den Wänden befinden, die den Raum begrenzen. Die Meß
punkte werden in einen Koordinaten-Rechen-Prozessor gegeben, der
die Koordinaten der Meßpunkte rechnet, in Beziehung setzt und
steuert. Die Vorrichtung speichert auch die gerechneten Werte in
einem Orientierungsspeicher. Vermittels eines mit den Rädern
verbundenen Wegzählers wird die Bewegung der Vorrichtung zusätz
lich gerechnet und die Vorrichtung über diese Information so
geleitet, daß sie systematisch über die gesamte Oberfläche des
Bodens zum Zwecke der Reinigung der Oberfläche läuft.
Ein Nachteil dabei besteht in der Schwierigkeit, Hindernisse
festzustellen, die im Verlauf des Weges der Vorrichtung über den
Boden sein können. Die Anordnung eines elektro-optischen Erfas
sungssystems erfordert wegen der hohen Fortpflanzungsgeschwin
digkeit ein Meßsystem, welches geeignet ist, sehr kurze Zeit
räume zu messen. Deswegen wird ein solches System in erster
Linie, auch wenn man die kürzlichen Entwicklungen betrachtet,
die in der Elektronik und in der Computertechnik erzielt wurden,
so teuer sein, daß es sich verbietet, schon allein aus Preis
gründen, dieses für normale Benutzer erschwinglich zu machen.
Weiterhin ist es immer noch aus technischen Gründen schwierig,
mit einem solchen elektro-optischen Verfahren kurze Entfernungen
mit hinreichender Genauigkeit zu messen.
In dem Dokument von James L. Crowley aus dem Jahre 1994 mit dem
Titel "Position Estimation for Intelligent Mobile Robot", The
Laboratory for Household Robotics, Carnegie-Mellon University,
ist eine Lösung des Problems, eine Schätzung der Position des
Roboters beizubehalten, beschrieben, wenn sich dieser entweder
in einer bekannten oder einer unbekannten Umgebung bewegt. Die
Schrift gibt zusätzlich eine Zahl weiterer Hinweise auf ver
schiedene Algorithmen, die modellmäßig in diesem Zusammenhang
benutzt werden können und die auch zur Programmierung eines
Computers zum Führen eines solchen Roboters benutzt werden
können. Eine in dem Dokument beschriebene Vorrichtung benutzt
teilweise Codiereinrichtungen an den Rädern des Roboters, um
seinen Weg zu bestimmen. Andererseits ist ein rotierender Sensor
vorgesehen, der die Entfernung zu äußeren Oberflächen bestimmt,
der einen Strahl aussendet, der einen Anfangsdurchmesser von
ungefähr 7,5 cm und eine Strahlaufweitung von ungefähr 3
aufweist. Der Sensor führt eine volle Umdrehung in 5 Sekunden
aus und erkennt die Entfernung zu der nächsten Oberfläche
innerhalb von 6 m mit einer Genauigkeit von 3 cm. Die Vorrich
tung kann dann in eine Lernphase während ihrer geführten
Bewegung gebracht werden, wobei man davon ausgeht, daß diese
arbeitet. Wenn man mit der Lernphase beginnt, wird sich die
Vorrichtung ausgehend von dem Anfangspunkt von selbst in der
nunmehr erkundeten Umgebung orientieren.
In der US-PS 4,674,048 ist ein Führungssystem für einen mobilen
Roboter beschrieben, der seine momentane Position errechnet und
in Sequenzen Daten und erreichte Positionen speichert, wobei
diese Information dann für die fortgesetzte Bewegung des
Roboters genutzt wird. Der Roboter errechnet dann ein Bewegungs
muster innerhalb einer speziellen Fläche, wobei er sich in dem
betreffenden Bereich bewegt, ohne ein Stück auszulassen oder
Notiz von einem möglichen Hindernis zu nehmen, welches seinen
Lauf verändern könnte. Der Roboter kompensiert Positionsfehler
hervorgerufen durch Gleitbewegungen seiner Antriebsräder oder
auch Fehler, die von der Tätigkeit der Motoren herrühren.
Es gibt viele weitere Dokumente, beispielsweise die US-PS
4,114,711 aus dem Jahre 1978, 4,700,424 aus dem Jahre 1987,
4,887,415 aus dem Jahre 1989, die alle verschiedene Anordnungen
zum automatischen Führen von selbstfahrenden Maschinen betref
fen.
Gemeinsam ist all diesen vorangehend erwähnten Konstruktionen,
daß sie, hervorgerufen durch die Vielzahl der verschiedenen
miteinander kombinierten Methoden für ihre Orientierung und ihre
Steuerung, sehr oft eine plumpe Größe erhalten und vor allen
Dingen sehr kompliziert und teuer herzustellen sind. Es entsteht
deshalb die Forderung nach einem Verfahren, welches in einem
System von selbstfahrenden Vorrichtungen anwendbar ist, wobei es
aufgrund des Verfahrens dennoch möglich sein soll, die Vorrich
tung zu vertretbaren Kosten herzustellen, so daß ein fertiges
Produkt, z. B. das automatische Staubsaugen in einem Raum zu
einem Gesamtpreis entsteht, zu dem es auch für normale Nutzer
erschwinglich ist.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Verfahren
für die Orientierung einer autonomen Vorrichtung bereitgestellt,
die ein Mikroprozessor-System und ein Sensorsystem mit einem
Sender und einen Empfänger aufweist, die mit aktiven Leitsendern
oder Transpondern zusammenarbeiten, die auch beide Empfänger und
Sender besitzen.
Nach einem ersten Ziel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
ist der Sender der Vorrichtung, der die Signale für die Ortsbe
stimmung der Transponder aussendet, außerhalb des Rotations
mittelpunktes der Vorrichtung angeordnet, um den die Vorrichtung
drehen kann, wenn die Vorrichtung eine Anschlußstation verläßt.
Dabei wird die Vorrichtung mindestens um eine Umdrehung um ihren
Rotationsmittelpunkt gedreht, während gleichzeitig ihr Mikro
prozessor-System die Entfernungen zu allen erreichbaren
Transpondern oder Leitsendern, von denen eine Antwort erscheint,
registriert.
Gemäß einem zweiten Ziel des Verfahrens der vorliegenden Erfin
dung registriert das Mikroprozessor-System der Vorrichtung für
jedes übermittelte Sensorsignal den Drehwinkel relativ zu einer
Ausgangsstellung der Vorrichtung vor der Drehung, wobei während
der Verarbeitung dieser Meßdaten ein Entfernungsminimum zu jedem
Transponder festgestellt wird, wenn der Sender der Vorrichtung
sich in einer Position befindet, die unmittelbar auf einer
geraden Linie zwischen dem Rotationsmittelpunkt der Vorrichtung
und dem betreffenden Transponder liegt. Somit wird durch diese
Mittel unmittelbar die Richtung zu jedem erreichbaren Transpon
der in einem relativen Koordinatensystem festgestellt, welches
seinen Bezugspunkt in dem Ausgangspunkt der Vorrichtung, z. B.
in der Anschlußposition, hat.
Nach einem dritten Ziel des Verfahrens der vorliegenden Erfin
dung kann die Drehung um den Rotationsmittelpunkt mindestens
einmal wiederholt werden, wenn sich die Vorrichtung um eine
festgelegte Distanz von ihrem Ausgangspunkt entfernt hat, um
zusätzliche Richtungsmessungen für eine Lauffestlegung der
Positionen der Transponder zu erhalten.
Nach einem vierten Ziel des Verfahrens der vorliegenden Erfin
dung wird einerseits eine Welle einer ersten Frequenz mit
vorzugsweise relativ langsamer Ausbreitungsgeschwindigkeit und
andererseits einer anderen Welle mit einer zweiten Frequenz mit
einer relativ hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit benutzt, wobei
die erste Welle eine Longitudinalwelle, vorzugsweise eine Ultra
schallwelle ist, während die zweite Welle eine elektromagne
tische Welle, vorzugsweise ein Infrarot-Lichtsignal oder ein
Mikrowellensignal ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird das Signal der ersten Frequenz mit der langsamen
Ausbreitungsgeschwindigkeit in alle Richtungen von dem Sender
der autonomen Vorrichtung ausgestrahlt.
Nach einem zusätzlichen Ziel des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung wird eine Antwort des Transponders auf die zweite
Frequenz mit der schnellen Ausbreitungsgeschwindigkeit um einen
vorher festgelegten Zeitabschnitt verzögert, um der autonomen
Vorrichtung Zeit zu geben, die Reflexion auf die erste Frequenz
zum Erkennen der kürzesten Entfernung zu der Vorrichtung zu
verarbeiten, wobei durch das Mikroprozessor-System eine
Orientierungsbasis für die weitere automatische Bewegung der
autonomen Vorrichtung geschaffen wird, und zwar teilweise die
Antworten von den Transpondern und teilweise von der Verarbei
tung oder den Reflexionen der ersten Frequenz innerhalb eines
festgelegten Zeitfensters.
Zusätzlich zu der vorliegenden Erfindung wird jeder Transponder
von dem Mikroprozessor über den Inhalt seiner Antwort identifi
ziert, wobei jeder Transponder eine unterschiedliche Identität
aufweist.
Nach einem weiteren Ziel des Verfahrens der vorliegenden Erfin
dung sendet ein Transponder zusätzlich nach Aussendung einer
Antwort, die den Empfang einer Welle der ersten oder zweiten
Frequenz anzeigt, nachdem für jeden Transponder ein weiteres
festgelegtes Zeitintervall abgelaufen ist, eine zweite Antwort
auf der ersten oder zweiten Frequenz, um eine weitere Möglich
keit zu eröffnen, die Transponder zu unterscheiden, deren erste
Antworten beispielsweise gleichzeitig empfangen wurden.
Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform und
unter Hinweis auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in
denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer auto
nomen Vorrichtung wie eines Staubsaugerroboters nach
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Staubsaugerroboter nach Fig.
1 zeigt;
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den Staubsaugerroboter
nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 einen Raum darstellt, der mit einer Anzahl aktiver
Leitsender oder Transponder ausgestattet ist und bei
dem der Staubsaugerroboter nach Fig. 1 sich zunächst
so orientieren wird, daß er den Raum entlang der Wände
umrundet;
Fig. 5 den Weg des Staubsaugerroboters nach Fig. 1 in grund
sätzlicher Weise zeigt, in der die Säuberung nach der
Raumerkennung abläuft;
Fig. 6 ein generelles Basisbild der Einschätzung der Position
eines Transponders durch eingebaute Sensorfunktionen
zeigt;
Fig. 7 die Einschätzung der Position eines Transponders nach
einem hypothetischen Verfahren einerseits und nach
einem geometrischen Wegverfahren andererseits zeigt;
und
Fig. 8 die Orientierung in Richtung auf einen Transponder
während der ersten Raumumrundung zeigt.
In Fig. 1 in rechter Seitenansicht und in Fig. 2 in einer
Draufsicht ist ein verdeutlichendes Ausführungsbeispiel eines
selbstfahrenden Staubsaugers 10 dargestellt, der nach dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeitet. Der Staubsauger
10 weist generell ein rundes Gehäuse 11 auf, welches mit zwei
angetriebenen Rädern 12 und 13 versehen ist. Auf dem Gehäuse 11
befindet sich eine Steuerplatte 15 mit Steuerungen und Anzeigen
für die Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wie auch ein
Luftauslaß der Staubsaugeeinheit 14 der Vorrichtung. Fig. 3 ist
eine vereinfachte Zeichnung und verdeutlicht einen Schnitt durch
den Staubsauger 10, so daß deutlich wird, daß das Gehäuse
prinzipiell drei Räume aufweist, nämlich einen hinteren Raum 17
zur Aufnahme des Staubes oberhalb der Staubsaugeeinheit 14,
einen mittleren Raum 18 für schwerere Komponenten wie eine
aufladbare Batterie und Antriebsmotore, und einen vorderen Raum
19 für die verbleibende Ausrüstung, beispielsweise einen Mikro
prozessor und damit verbundene gedruckte Schaltungen sowie
Elektronik für den Sender und den Empfänger für die Orientierung
und für die Führung des Staubsaugers während der Arbeit. Zusätz
lich bildet ein Frontbereich des Gehäuses 11 im vorderen Raum 19
einen mechanischen Sensor für die x- und y-Richtungen und auch
zum mechanischen Erkennen eines Hindernisses, wenn beispiels
weise der Staubsauger 10 unter ein Sofa o. dgl. mit ungenügender
Höhe fährt. Oben auf dem beweglichen Teil des Gehäuses 11 ist
ein Rundstrahl-Ultraschallsender 20 angeordnet, der in Verbin
dung mit einer Anzahl Ultraschall-Mikrophonen zur Ortung von
Hindernissen in einem Nahbereich vor dem Staubsauger dient. In
einem verdeutlichenden Ausführungsbeispiel ist der Ultraschall
sender ein Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 15 mm, der
das Gehäuse 11 etwa um 20 mm überragt und oben mit einer
schallabsorbierenden Platte versehen ist, auf der dann zusätz
lich ein Infrarotempfänger angeordnet ist. Auf diese Weise
bildet bei diesem Ausführungsbeispiel das Gehäuse 11, der
Ultraschallsender 20 und die mechanische Einrichtung 21 eine
integrierte Einheit, die auch zum mechanischen Erkennen dient.
In den Fig. 4 und 5 ist in genereller Weise ein Weg des
Staubsaugers angedeutet, in der die automatische Säuberung eines
Raums durchgeführt wird. In diesem Raum befindet sich beispiels
weise ein Sofa 30, und der Raum ist weiterhin mit vier Transpon
dern 31 bis 34 für die Orientierung des Staubsaugers ausgestat
tet. Bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich alle Transpon
der innerhalb der zu reinigenden Fläche, aber es sich natürlich
auch möglich, daß sich ein Transponder auch außerhalb der zu
reinigenden Fläche befinden könnte. Wenn ein Staubsauger eine
automatische Reinigung eines Raumes vornimmt, beginnt er in
üblicher Weise mit einer ersten vollen Umrundung des Raums
entlang der Wand, die den Raum begrenzen, indem er von dem
Transponder 31 oder "Leitsender 0" startet. Während dieser
Umrundung entlang der Wand wird die Wand über die Ultraschall
einrichtung registriert, wobei die Wand immer auf der linken
Seite der Vorrichtung bleibt, wenn die Vorrichtung eine Runde
rechtsherum mit gleichzeitiger Reinigung macht. Zusätzlich
werden die Transponder 31 bis 34 mit einem System registriert,
in welchem die Transponder aktiv sind und mit einer anderen
Frequenz antworten, wenn sie einen gesendeten Ultraschallimpuls
von der Vorrichtung registrieren. In dem verdeutlichenden
Beispiel wird ein solcher Schallimpuls jede 100 ms gesendet, und
zwar über die Zeit, in der sich die Vorrichtung gleichförmig
bewegt. Durch die Antworten von den Transpondern und die erste
Bewegung entlang der Wand kann der Mikroprozessor eine Art Bild
von dem Raum aufbauen, wobei die genauen Positionen der
Transponder fortschreitend besser und besser festgestellt
werden, je länger die Vorrichtung diese erste Orientierungsrunde
durchläuft. Gleichzeitig wird dabei auch eine erste Reinigungs
funktion entlang des festgestellten Weges durchgeführt. Während
dieser ersten Runde wird auch das Sofa 30 in dem Beispiel durch
die Ultraschallvorrichtung registriert. Es erhält seinen Platz
in der "Karte", die von dem Raum angefertigt wird. Diese Karte
in Form eines festgelegten Netzwerkes von Flächenteilen wird in
der Folge immer mehr mit Daten angefüllt, solange die Säube
rungsaktion in dem Raum andauert. Der Ultraschallsender ist auf
einem Bereich des Gehäuses 11 angeordnet, und zwar so, daß seine
Position sich von dem Rotationsmittelpunkt 25 der Vorrichtung
unterscheidet. Unmittelbar nachdem die Vorrichtung die Start
position an dem Transponder 31 (Leitsender 0) in Fig. 4 verlas
sen hat und der Startvorgang für die Runde entlang der Wand
erfolgt ist, wird die Vorrichtung 10 einmal um ihren Rotations
mittelpunkt gedreht, wobei gleichzeitig die Entfernungen zu
allen erreichbaren Transpondern oder Leitsendern ermittelt
werden. Unter Anwendung dieses Verfahrens wird ein Minimum in
der Entfernung zu jedem erreichbaren Transponder erzielt, wenn
der Sender 20 sich in einer solchen Lage befindet, daß eine
gerade Linie zwischen dem Rotationsmittelpunkt 25 der Vorrich
tung und dem betreffenden Transponder besteht. Auf diese Weise
erhält man Lauffestlegungen der Richtungen (in der Größenordnung
±5°) zu jedem Transponder, so daß die Berechnung der Positionen
der verschiedenen Transponder vereinfacht wird. In einer
späteren Position kann die Umdrehung um den Rotationsmittelpunkt
wiederholt werden, um wiederum die Richtungen zu den verschiede
nen Transpondern in der Anwendung dieses Verfahrens zu ermitteln
und darüberhinaus die Richtungen zu solchen Transpondern festzu
stellen, die vorher verborgen waren.
Nachdem eine Umrundung des Raumes abgeschlossen ist, ist der
Staubsauger bereit, von selbst die automatische Reinigung der
verbleibenden Fläche des Raumes durchzuführen, wie dies in Fig.
5 verdeutlicht ist. Der Mikroprozessor errechnet ein Bewegungs
muster, so daß die gesamte Oberfläche von der Vorrichtung über
strichen wird und gleichzeitig eine geeignete geringe Überlap
pung erzielt wird. Die Vorrichtung wird dabei das "Kartenbild"
benutzen und den Weg der Vorrichtung bestätigen, indem die
Positionen der Transponder und der zurückgelegte Weg über die
Räder neben von dem Ultraschallradar erhaltenen Informationen
registriert bzw. berücksichtigt werden. Durch separate Antriebs
motore für die Räder 12 und 13 und ihre entgegengesetzte Anord
nung kann die Vorrichtung - wenn immer es nötig ist - in sehr
einfacher Weise um ihr Rotationszentrum 25 gedreht werden, das
dann der Beginn einer Kreisbewegung ist und die Begrenzungslinie
des Gehäuses 11 berücksichtigt. Durch die Registrierung der
Rotation der Räder während dieser Drehbewegung um den Rotations
mittelpunkt der Vorrichtung können gleichzeitig Informationen
betreffend den Drehwinkel relativ zur Startposition, in der die
Drehung der Vorrichtung ausgelöst worden ist, erzielt werden.
Diese Winkelinformation wird durch ein Unterprogramm des
Mikroprozessorsystems erhalten, welches auf ein Minimum in der
Entfernungsvariation zu jedem Leitsender während der Rotation
gerichtet ist. Die Antriebsmotore sind in einer bevorzugten
Ausführungsform beispielsweise Schrittmotore mit der Bezeichnung
KH56HM2-501 der Firma Japan Servo Co LTD.
Gleichzeitig mit der Bewegung der Vorrichtung erfaßt das Ultra
schallsystem eine benachbarte Fläche innerhalb eines Bereiches
von 0 bis 40 cm, um mögliche Hindernisse zu erkennen. Wenn die
Vorrichtung ein solches Hindernis registriert hat, kehrt sie
zunächst um und reinigt weiterhin die zugänglichen Oberflächen.
Nachdem diese Reinigung um die Hindernisse herum beendet ist,
führt sie eine volle Umrundung um das Hindernis aus, wenn dies
möglich ist, bevor sie sich zu dem nächsten Hindernis begibt.
Nachdem die Reinigung vollendet wurde, kehrt der Roboter zu
Ladezwecken in die Ausgangsposition zurück.
Unter Anwendung dieses generell beschriebenen Systems erhält man
einen Staubsauger oder "Staubreinigungsroboter", der selbsttätig
von einer Startposition von einem Punkt in einem Raum automa
tisch die Säuberung des Raumes durchführt, nachdem er ein
Steuersignal erhalten hat. Bei dem verdeutlichenden Ausführungs
beispiel bildet der "Leitsender 0" einen Ankoppelpunkt für die
Vorrichtung, wo sie sich normalerweise im Freilauf befindet und
dann ihre eingebaute Batterie aufladen kann oder von dem aus
auch eine zusätzliche Aufladung erfolgen kann, wenn die Vorrich
tung durch einen vorangegangenen Ladevorgang der Batterie nicht
imstande ist, den Reinigungszyklus für den gesamten Raum zu
vollenden. Die Transponder 31 bis 34 sind in diesem Falle von
einem aktiven Typ, der über eine eigene Antriebsversorgung
verfügt, sei es in Form einer Batterie oder sei es durch Verbin
dung mit erreichbaren Antriebsanschlüssen, der in dem beschrie
benen Ausführungsbeispiel den Anschluß an dem Transpondern 31
ermöglicht, um Strom für die Batterie aufzunehmen. In den
Fig. 4, 5, 6 und 8 ist der Transponder 34 selbsttragend und
mit einer Batterie versehen, während die Transponder 32 und 33
ebenso wie der Anschlußtransponder 31 mit entsprechenden
Antriebsauslässen verbunden sind. Diese Transponder 32 und 33
erinnern in ihrem Erscheinungsbild an kleine Lämpchen, wie sie
manchmal in Stromauslässe von Lichtleiteinrichtungen eingesetzt
sind. Die Transponder können generell frei plaziert werden, was
ihre Höhe über dem Boden anbetrifft. Lediglich der Start- und
Anschlußtransponder 31 muß im Bereich des Bodens angeordnet
werden. In bevorzugter Ausführungsform wird die Anordnungshöhe
eines Transponders z. B. auf 1 m Höhe über dem Boden beschränkt,
um das Aussenden des Ultraschallsenders nach oben zu reduzieren
und auf diese Weise die Anzahl der ungewollten Reflexionen von
oben einzuschränken, die als allgemeines Umgebungsrauschen
auftreten. Auch Tische und Stühle können die Ultraschallwellen
nach aufwärts reflektieren, was die Möglichkeit mit einschließt,
daß ein Transponder den Roboter nicht "hören" kann.
Vorliegend bei dem Ausführungsbeispiel wurde ein Staubsauger
beschrieben; die Erfindung ist jedoch auf alle Arten von
selbstfahrenden Robotern anwendbar, so beispielsweise auch auf
andere Reinigungsarten, wie z. B. dem Polieren von Böden.
Zur Ausübung der Orientierungsfunktion wird eine Orientierungs
einrichtung benutzt, die zusätzlich eine Anzahl von Unterpro
grammen des Mikroprozessors der Vorrichtung aufweist, um einer
seits den Roboter jede 20 ms zu führen und andererseits zu
positionieren. Am Anfang eines Umlaufes entlang der Wand ist die
Position aller Transponder unbekannt mit Ausnahme des Transpon
ders 21, d. h. des "Leitsenders 0", der als Startpunkt für die
Orientierung benutzt wird und damit auch den Bezugspunkt in
seinem eigenen Koordinatensystem darstellt. Dies kann bis zu
gewissem Grade dadurch verbessert werden, daß immer sicherge
stellt ist, daß ein zusätzlicher Transponder entlang der
gleichen Wand mit dem Startpunkt vorgesehen ist. In Fig. 6 ist
eine Startposition dargestellt, in der ein Schallimpuls des
"Leitsenders 3", d. h. des Transponders 34, registriert wird.
Die Zeit, die ein Ultraschallimpuls von dem Ultraschallsender 20
des Staubsaugers 10 zu dem Transponder 34 braucht, gibt ein Maß
für die Entfernung bis zu diesem Transponder ab. Der Transponder
seinerseits bestätigt, daß er von dem Ultraschallsender erfaßt
worden ist, indem er mit einer anderen Frequenz antwortet, z. B.
mit einem Lichtimpuls oder einem Radiowellenimpuls, gerichtet
auf einen Empfänger auf dem Staubsauger. Die Laufzeit dieser
elektromagnetischen Welle zurück kann als vergleichsweise
unbedeutend angesehen werden und von der Laufzeit des Impulses
abgeleitet werden, mit dem dieser gesendet worden ist, bis er
von dem Transponder erkannt wurde, so daß damit die Entfernung
d₁ zu dem Transponder feststeht. Es ist dann naheliegend, daß der
Transponder auf einem Kreis liegt, dessen Mittelpunkt im Sender
20 liegt und der einen Radius d₁ besitzt. Durch die Durchführung
der vorher erwähnten Drehung um den Rotationsmittelpunkt der
Vorrichtung erhält man neben dem Abstand auch eine Laufrichtung
durch diese Rotation.
Die ermittelten Werte müssen jedoch immer als unsichere Werte
behandelt werden, was voraussetzt, daß diese Werte in geeigneter
Weise weiterverarbeitet werden müssen, beispielsweise durch eine
Filtermethode oder durch eine Berechnung nach der Wahrschein
lichkeit. So besteht ein Weg, den Transponder relativ zu dem
Roboter zu positionieren, beispielsweise darin, eine Hypothese
methode, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, anzuwenden. Dies
bedeutet, daß jeder Transponder durch eine Anzahl von parallelen
Kalman-Filtern, entsprechend Fig. 7 beispielsweise vier Filter,
getestet werden muß. (Eine vollständige Beschreibung der Kalman-
Gleichungen wird beispielsweise in A. Gelb "Applied Optimal
Estimation", MIT Press, 1975 und H. Sorenson "Kalman Filtering:
Theory an Application", IEEE Press, 1985 beschrieben.) Natürlich
können auch andere Arten von Filtern angewendet werden. Dies
bezieht sich gemäß Fig. 7 auf vier unterschiedliche Hypothesen,
von denen eine graduell ausgewählt wird. Wenn der Transponder
abstand d₁ erreicht ist, wird die Anfangsposition des Transpon
ders zu dem betreffenden Filter übertragen (xrobot + d₁, yrobot),
(xrobot, yrobot + d₁) , (xrobot, yrobot - d₁) und (xrobot - d₁, yrobot) . Wenn
kein Filter konvergiert, werden alle Hypothesen verworfen und
das Verfahren wiederholt. Nachdem eine "beste Schätzung" aufge
funden wurde, kann dieser Wert in einem neuen Rechnungssatz
genutzt werden, wobei alle gesammelten Werte erneut genutzt
werden, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Das dabei erhaltene
Resultat ist von höherer Genauigkeit als das zuerst erhaltene
Resultat.
Zunächst wird nur die Entfernung zu dem Leitsender ermittelt,
während über die Richtung noch nichts bekannt ist. Wenn der
Kalman-Filter sehr falsche Werte für die Position des Leitsen
ders erhält, wird der Filter nicht konvergieren. Durch die
Durchführung der Drehung der Vorrichtung, wie sie bereits
beschrieben wurde, erhält man eine erste Schätzung der Richtung
der Hypothese mit der besten Wahrscheinlichkeit zu konvergieren.
Das kann direkt gewählt werden, und gleichzeitig kann der
wesentliche Teil der Hypothese weggelassen werden. Damit ist es
sehr wahrscheinlich, daß sogar bevor die Vorrichtung die erste
Umrundung gemacht hat, nicht mehr als eine Hypothese für jede
Leitsenderposition besteht. Die Berechnung der Leitsenderposi
tionen kann unterbrochen werden, und die Vorrichtung kann die
betreffenden Leitsender in den geschätzten Positionen nutzen.
(Wenn einer der Leitsender nicht mit hinreichender Genauigkeit
bestimmt worden ist, wird die Schätzung der Leitsenderposition
natürlich fortgeführt, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen.)
Ein anderes Verfahren zur Positionsbestimmung der Transponder
kann durch geometrische Laufbestimmung verwirklicht werden.
Dieses Verfahren ist sowohl in Fig. 7 wie auch in Fig. 8
angedeutet und beruht darauf, daß der Roboter so weit verfahren
wurde, daß zwei "Beine" s₁ und s₂ entstanden sind, die zusammen
mit den Transponderentfernungen d₁, d₂ und d₃ die Basis für eine
trigonometrische Berechnung der Transponderposition ergeben. Die
Laufbestimmung bildet vorzugsweise einen ersten Wert für den
Kalman-Filter. Um eine hinreichende Genauigkeit zu erzielen,
erfordert das Verfahren, daß s₁ und s₂ von hinreichender Länge
sind und einander in einem gewissen minimalen Winkel schneiden.
Dieses Verfahren ist teilweise weitschweifig, weil alle gemesse
nen Transponderentfernungen zwischen den Positionen 1 und 2
gespeichert werden müssen (sie werden später gefiltert, wenn
schließlich der Anfangswert bestimmt worden ist). Gewisse
geometrische Bedingungen in Verbindung mit einer unvorteilhaften
Möblierung können bewirken, daß der Transponder nur gelegentlich
sichtbar ist, was dazu führen kann, daß zwei "Beine" niemals
entstehen.
Die Positionierung eines einzigen Transponders 34 ist anhand von
Fig. 6 verdeutlicht, wobei eine Folge für jeden ermittelten
Transponder durchlaufen werden muß. Die prinzipiellen Elemente
einer solchen Folge sind beispielsweise folgende:
- a) Der Roboter bewegt sich von dem Transponder 31 und nimmt eine Entfernung zu dem Transponder 34 ein. Dieses erste Maß d₁ wird als Beispiel 1 erzielt.
- b) Es wird jetzt ein Filterprogramm in dem Mikroprozessor gestartet, in der Figur mit vier Kalman-Filtern (in der praktischen Ausführungsform mit zwölf Filtern). Die anfängliche Position jedes Filters ist gleichmäßig auf einen Kreis mit dem Radius d₁ angeordnet.
- c) Jedes neue Beispiel wird an dem betreffenden Filter weiter gegeben. In der Figur werden vier Filter parallel mit den gleichen Daten (Beispiele 1, 2, 3, . . . ) betrieben.
- d) Die Beispiele 1, 2, 3, . . . (die Transponderentfernungen) werden zusammen mit der Roboterposition abgespeichert. Diese werden später bei einer wiederholten Filterung der besten Hypothese benutzt.
- e) Die Filterung wird fortgesetzt, bis ein Filter einerseits aufgebaut worden ist (eine gegebene Genauigkeit erreicht hat) und andererseits konvergiert, d. h., daß der Rest der Differenz zwischen der erwarteten und gemessenen Transpon derentfernung unter einen vorgegebenen Wert fällt.
- f) Das Ergebnis der besten Hypothese wird im Sinne der Wahr scheinlichkeit überprüft. Danach wird ein Zurückfiltern der Ausgangsdaten der besten Hypothese durchgeführt, und zwar mit den Eingangswerten des Transponders, so daß sich eine höhere Genauigkeit ergibt. Schließlich wird die Position des Transponders in den Navigationsbereich übertragen (z. B. in Form eines Kartenbildes) und wird für die Positionierung des Roboters benutzt.
Wenn bei einer ersten Abschätzung der Richtung eine Anzahl der
Hypothesen verworfen werden, so führt dies zu einer wesentlichen
Verbesserung dahingehend, daß eine kleinere Rechnungskapazität
erforderlich wird durch den zentralen Mikroprozessor, um die
Transponder zu positionieren. Wenn der Roboter einen vollen
Umlauf um den Raum zurückgelegt hat, werden alle Transponder
positionen in dem betreffenden Ausführungsbeispiel mit guter
Genauigkeit in ein "Kartenbild" eingetragen, welches durch die
Wände des Raumes begrenzt ist. Weiterhin sind mögliche andere
Hindernisse eingetragen, welches das Ultraschallsystem für den
Nahbereich während des Umrundens festgestellt hat. Danach
startet der Roboter seine Reinigungsfunktion dadurch, daß er in
seinem Kartenbild einem gerechneten Muster folgt, um die gesamte
Oberfläche des Raumes abzudecken.
Der Verlauf der Ereignisse ist periodisch und wird jede 100 ms
wiederholt. Die wesentlichen Punkte, die in jeder Periode
durchlaufen werden, sind beispielsweise folgende:
- a) Der Roboter sendet einen Ultraschallimpuls in einem zeitlichen Abstand von 100 ms. Der Impuls erreicht die Transponder, die in der bevorzugten Ausführungsform mit ihrer Identität über Infrarotlicht nach einer Verzögerung (in der Größenordnung von 40 ms) antworten. Diese Antwort der Transponder wird dann nach einer individuellen Verzöge rungszeit wiederholt, die in dem Antwortcode festgelegt ist. Dies verringert die Möglichkeiten der Transponder, "sich gegenseitig durch gleichzeitige Signale zu stören". Die Zeit, die von der Aussendung des Schallimpulses bis zu der Aufnahme des Lichtimpulses läuft (mit Ausgleich einer eventuellen Verzögerung) ergibt ein Maß für die Entfernung des Roboters von dem Transponder.
- b) Ein digitaler Signalprozessor, beispielsweise von dem Typ TMS320C50 von Texas Instruments, mißt das beschriebene Zeitintervall für alle Transponder. Dann wird eine mit Zeit behaftete Entfernung für jeden Transponder erreicht, mit der Ausnahme solcher, die momentan verborgen sind. Bei dem Beispiel der Fig. 6 werden die Entfernungen der Transponder 31, 33 und 34 erhalten, wobei die beiden letztgenannten entsprechend den vorangegangenen Ausführungen positioniert sind. Der Transponder 31 ist immer im Ausgangspunkt des Orientierungssystems angeordnet.
- c) Die Messung wird von dem Signalprozessor an den Mikropro zessor weitergegeben, der in dem Ausführungsbeispiel MC68332 der Firma Motorola sein kann.
- d) Der Kalman-Filter macht nun eine Voraussage, in anderen Worten das Erkennen der eigenen Position durch den Filter wird vorwärts von dem vorherigen Punkt der Messung zu dem gegenwärtigen gebracht. Dies wird dadurch erreicht, daß eine neue Position der Wegerzeugung erzielt wird, der seinerseits die Information in einen Zähler über die Räder 12 und 13 gibt, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Mit Ausnahme der Durchführung einer ersten Rechnung der Position des Roboters erfordert diese Technik weiterhin, daß eine sog. Covarianzmatrix aufgestellt wird (siehe auch A. Gelb "Applied Optimal Estimation", MIT Press, 1975 und H. Sorenson "Kalman Filtering: Theory and Application", IEEE Press, 1985). In den Kalman-Gleichungen sind die Radgeschwindigkeiten als Eingangsdaten vorgesehen; da die Wegerzeugung diese jedoch schon zu einer Lage integriert hat, stellt dies einen direkten Eingang zu dem Filter dar. Die Konzepte sind gleich, aber die bevorzugte Methode ergibt eine höhere Genauigkeit, da die Wegerzeugung das Fahrzeug jede 20 ms führt und damit fünfmal so oft wie der Sender.
- e) Für jede Messung (für d₀, d₂ und d₃) wird eine Gewichtung nacheinander durchgeführt. Dann kombiniert der Filter die vorausgesagte Roboterposition mit dem betreffenden Transponderabstand, so daß eine neue und bessere Schätzung der eigenen Position erreicht wird. In jedem Moment wird die Covarianzmatrix auf den neuen Stand gebracht.
- f) Wenn alle Transponderentfernungen gewichtet worden sind, schreibt eine Positionsleitstelle die neuen Erkenntnisse der eigenen Position zusammen mit der Meßzeit auf ein Datenblatt und markiert mit einem Hinweis, daß neue Informationen vorliegen. Die Wegfestlegung liest diese Daten und streicht den Hinweis.
Alle Rechnungen werden in dem Ausführungsbeispiel durch integre
arithmetrische Operationen durchgeführt, wobei eine Skalierung
entsprechend der nachfolgenden Tabelle angewendet wird. Unter
"Skalierung" wird der Wert des letzten signifikanten Bits
verstanden, während "Länge des Wortes" die Anzahl der Bits
bedeutet, um die Menge zu repräsentieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung wird der
gleiche Ultraschallimpuls zum Abtasten eines Nahbereiches (in
der Größenordnung von 0 bis 40 cm) vor dem Roboter benutzt, in
dem fünf Empfänger für die reflektierte Ultraschallwelle
vorgesehen sind, die generell im vorderen Bereich 5 vor dem
Ultraschallsender 20 auf dem Staubsauger 10 angeordnet sind.
Jeder dieser Empfänger arbeitet mit zeitlichem Abstand nach dem
Aussenden des Ultraschallimpulses, der auf einen unmittelbaren
Nachbarschaftsbereich abgestimmt ist und dazu dient, um zusätz
liche Hindernisse zu erkennen, die während der ersten Umrundung
des Raumes nicht erkannt worden sind. Zusätzlich wird mindestens
einer dieser Empfänger dazu genutzt, den Abstand zur Wand zu
steuern, und zwar auf der linken Seite in dem ersten Umlauf
rechtsherum.
Zusätzlich wird in bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens
und des Systems nach der vorliegenden Erfindung eine erste
Antwort von dem Responder mit der zweiten Frequenz in der Zeit
verzögert, d. h. in diesem Falle ist es das Infrarotsignal
zurück zu dem Roboter, und zwar durch eine erste fixe Verzöge
rung (in der Größenordnung von 40 ms), um dem Mikroprozessor
zusätzliche Zeit für die Erzeugung von Echos aus dem Nachbar
bereich zu geben, die durch die Empfangseinrichtungen des
Roboters registriert werden. In der Folge wird eine zweite
Antwort zusätzlich übermittelt, die eine zweite Verzögerung
besitzt (in der Größenordnung von 5 bis 20 ms), die individuell
für jeden Transponder festgelegt ist, um das System mit einer
weiteren Möglichkeit der Unterscheidung zwischen zwei Transpon
dern zu versehen, bei denen ihre erste Antwort gleichzeitig
übermittelt worden ist. Das Infrarotsignal enthält in bekannter
Weise einen Pulscode für die Identifizierung jedes Transponders,
und in der bevorzugten Ausführungsform werden acht Bits benutzt,
von denen vier Bits für die Identifikation benutzt werden, wobei
durch normales binäres Zählen 16 verschiedene Identifikations
adressen entstehen. Da ein Transponder frühestens nach etwa 40
ms antworten wird, nachdem der Impuls von dem Fahrzeug ausgesen
det wurde, kann ein Transponder theoretisch mehr als 100 m von
dem Fahrzeug entfernt sein, entsprechend der Laufgeschwindigkeit
einer longitudinalen Schallwelle.
In einer weiteren Ausführungsform eines Orientierungssystems mit
einem oder mehreren Transpondern wird statt dessen ein Trigger
signal an den Transponder in einer zweiten Frequenz geschickt,
die vorzugsweise eine schnelle Fortpflanzung aufweist, d. h.
über Infrarotlicht einer elektromagnetischen Welle, wobei der
Transponder in einer ersten Frequenz mit einem Wellentyp einer
langsamen Fortpflanzung antwortet, vorzugsweise einer Ultra
schallwelle. In diesem Falle wird die Abstandsmessung von dem
Transponder zu der selbstfahrenden Vorrichtung durchgeführt
anstelle der ersten Ausführungsform, bei der dies in Richtung
von der selbstfahrenden Vorrichtung auf den Transponder geschah.
Dies bedeutet, daß in dem letzten Ausführungsbeispiel auf der
beweglichen Vorrichtung der Teil der Logik angeordnet ist,
welcher die Abstandserkennung und Bestimmung enthält, wenn eine
erhaltene Abstandsmessung sich innerhalb des erwarteten
Meßfensters befindet. In dieser zweiten Ausführungsform führt
dies dazu, daß die mobile Vorrichtung, wenn dies wünschenswert
erscheint, auch in einer Folge die Transponder nacheinander
triggert, um eine Antwort in einer Frequenz mit langsamer Fort
pflanzung zu bekommen, um die Entfernung zu jedem interessieren
den Transponder durch Benutzung seiner eigenen Adresse zu
bekommen. Bei einer weiteren Ausführungsform dieser zweiten
Möglichkeit ist es zusätzlich möglich, wie vorher, eine weitere
Sicherheitsschwelle in dem System zu erhalten, damit der
Transponder das Signal identifiziert, welches durch den
Transponder übermittelt wird. In diesen letzten Ausführungs
formen ist die bewegliche Vorrichtung anstelle des Empfängers
für z. B. Infrarotlicht oder jede andere elektromagnetische
Welle, mit einem zusätzlichen Transmitter für ein Signal dieses
Types ausgerüstet, wobei gleichzeitig die Empfänger mit ihrer
zugehörigen Elektronik für Ultraschallradar ausgebildet sind,
welches für die Naherkennung genutzt wird, auch wenn dies für
die Registrierung der Antworten der Transponder genutzt wird.
Jede weitere Beschreibung dieser zweiten Ausführungsform sollte
für einen Fachmann unnötig sein, die aus der vorhergehenden
detaillierten Beschreibung der ersten Ausführungsform in voller
Analogie dazu erkennbar ist und damit vollständig den Funktions
ablauf der zweiten Ausführungsform des Transpondersystems und
der Transpondervorrichtung beschreibt.
Es ist für Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet klar ersicht
lich, daß die vorliegende Erfindung auch in anderer spezifischer
Form angewendet werden kann, ohne den Geist und den wesentlichen
Charakter der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die hier
beschriebenen Ausführungsformen werden deshalb in aller Hinsicht
als beschreibend und nicht als beschränkend empfunden. Der
Schutzumfang der Erfindung geht aus den Ansprüchen besser als
aus der vorangehenden Beschreibung hervor, und alle Änderungen
auf dem Gebiete der Äquivalente sollen von der Erfindung mit
umfaßt sein.
Bezugszeichenliste
1 Roboterposition 1
2 Roboterposition 2
3 Roboterposition 3
4 Roboterposition
5 Roboterspur
6 Startposition 1
7 Startposition 2
8 Startposition 3
9 Startposition 4
10 selbstfahrender Staubsauger
11 Gehäuse
12 Rad
13 Rad
14 Staubsaugeeinheit
15 Steuerplatte
16 Luftauslaß
17 hinterer Raum
18 mittlerer Raum
19 vorderer Raum
20 Ultraschallsender
21 Einrichtung
22 Leitsender 0
23 Leitsender 1
24 Leitsender 2
25 Rotationsmittelpunkt
26 Leitsender 3
27 Hindernis
28 Reinigungsspur
29 Wandspur
30 Sofa
31 Transponder
32 Transponder
33 Transponder
34 Transponder
35 Startpositionsfilter 1
36 Startpositionsfilter 2
37 Startpositionsfilter 3
38 Startpositionsfilter 4
2 Roboterposition 2
3 Roboterposition 3
4 Roboterposition
5 Roboterspur
6 Startposition 1
7 Startposition 2
8 Startposition 3
9 Startposition 4
10 selbstfahrender Staubsauger
11 Gehäuse
12 Rad
13 Rad
14 Staubsaugeeinheit
15 Steuerplatte
16 Luftauslaß
17 hinterer Raum
18 mittlerer Raum
19 vorderer Raum
20 Ultraschallsender
21 Einrichtung
22 Leitsender 0
23 Leitsender 1
24 Leitsender 2
25 Rotationsmittelpunkt
26 Leitsender 3
27 Hindernis
28 Reinigungsspur
29 Wandspur
30 Sofa
31 Transponder
32 Transponder
33 Transponder
34 Transponder
35 Startpositionsfilter 1
36 Startpositionsfilter 2
37 Startpositionsfilter 3
38 Startpositionsfilter 4
Claims (9)
1. Verfahren zum schnelleren Messen einer Richtung zu Leit
sendern für eine autonome Vorrichtung (10), die mit einem Paar
Räder (12) und einem motorischen Antrieb zum Drehen der
Vorrichtung um einen Rotationsmittelpunkt (25) versehen ist,
wobei die Vorrichtung ein Mikroprozessor-System für die
Orientierung und Führung der Vorrichtung, ein Orientierungs
system mit mindestens einem Sender (20) und einen Empfänger
aufweist und wobei in dem Bereich, in dem die Vorrichtung tätig
werden soll, eine Anzahl von Transpondern (31 - 34) angeordnet
sind, wobei das Mikroprozessor-System für seine Orientierung in
der Fläche zwecks Ausführung einer Funktion dient, dadurch
gekennzeichnet, daß
der Sender (20) der autonomen Vorrichtung (10) außerhalb des Rotationsmittelpunktes (25) der Vorrichtung (10) angeordnet ist,
die Vorrichtung (10) beim Verlassen einer Anschlußstation mit einem ersten bekannten Transponder oder Leitsender (31) mindestens um eine Umdrehung um ihren Rotationsmittelpunkt gedreht wird und gleichzeitig vermittels des Orientierungs systems die Entfernungen zu allen erreichbaren Transpondern (31-34) gemessen werden, wobei das Mikroprozessor-System für jedes übertragene Sensorsignal den Drehwinkel der Vorrichtung relativ zu der Ausgangsstellung der Vorrichtung vor der Drehung regi striert, wobei ein Entfernungsminimum zu einem betreffenden Transponder festgestellt wird, wenn sich der Sender der Vorrich tung in einer Position unmittelbar auf einer geraden Linie zwischen dem Rotationsmittelpunkt der Vorrichtung und dem betreffenden Transponder befindet, so daß damit durch diese Mittel unmittelbar die Richtung zu jedem erreichbaren Transponder festgestellt wird.
der Sender (20) der autonomen Vorrichtung (10) außerhalb des Rotationsmittelpunktes (25) der Vorrichtung (10) angeordnet ist,
die Vorrichtung (10) beim Verlassen einer Anschlußstation mit einem ersten bekannten Transponder oder Leitsender (31) mindestens um eine Umdrehung um ihren Rotationsmittelpunkt gedreht wird und gleichzeitig vermittels des Orientierungs systems die Entfernungen zu allen erreichbaren Transpondern (31-34) gemessen werden, wobei das Mikroprozessor-System für jedes übertragene Sensorsignal den Drehwinkel der Vorrichtung relativ zu der Ausgangsstellung der Vorrichtung vor der Drehung regi striert, wobei ein Entfernungsminimum zu einem betreffenden Transponder festgestellt wird, wenn sich der Sender der Vorrich tung in einer Position unmittelbar auf einer geraden Linie zwischen dem Rotationsmittelpunkt der Vorrichtung und dem betreffenden Transponder befindet, so daß damit durch diese Mittel unmittelbar die Richtung zu jedem erreichbaren Transponder festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehung der Vorrichtung um ihren Rotationsmittelpunkt mindestens
einmal wiederholt wird, wenn sich die Vorrichtung um eine
festgelegten Distanz von ihrem Ausgangspunkt entfernt hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim
Messen der Richtung und der Entfernung zu einem Transponder zwei
verschiedene Frequenzen benutzt werden, von denen die eine eine
relativ langsame und die andere eine relativ hohe Ausbreitungs
geschwindigkeit aufweist, wobei eine erste Frequenz durch eine
akustische Welle und eine zweite Frequenz durch eine elektromag
netische Welle gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Frequenz von einer Ultraschallwelle und die zweite
Frequenz von einem Infrarot-Lichtsignal oder einem Radio-Signal
gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Frequenz mit der langsamen Ausbreitungsgeschwindigkeit von
dem Sender der Vorrichtung in alle Richtungen ausgesendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Antwort des Transponder auf die zweite Frequenz mit der schnel
len Ausbreitungsgeschwindigkeit um einen vorher festgelegten
Zeitabschnitt verzögert wird, um der autonomen Vorrichtung Zeit
zu geben, die Reflexion auf die erste Frequenz zum Erkennen der
kürzesten Entfernung zu der Vorrichtung zu verarbeiten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Transponder von dem Mikroprozessor anhand des Inhalts einer
Antwort auf die zweite Frequenz identifiziert wird, wobei die
einzige Identität des Transponders festgelegt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß von
jedem Transponder nach der Aussendung einer ersten Antwort, die
einen Empfang eines Signals auf die erste Frequenz anzeigt, ein
zusätzliches Signal nach Ablauf eines festgelegten Zeitinter
valls, welches verschieden und einzigartig für jeden Transponder
ist, ausgesandt wird, um damit die Transponder zu unterscheiden,
wobei die erste Antwort gleichzeitig von dem Empfänger der
autonomen Vorrichtung empfangen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer
der zusätzlichen Transponder an derselben Wand angeordnet ist,
an der sich auch die Anschlußstation des ersten, bekannten
Transponders befindet.
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