SE526717C2 - Mobil robot med lägesigenkännande hinderdetekterande anordningar - Google Patents

Description

0 n n n 000 000 to II in in o a I o a o o l I I: II n 0 I I n o n o I a n 00 ut ut Oønc i 15 20 25 30 526 717 BJ nunnan 0 0 |~ 0 on coocoo n 0 I nu nu n none I! I 0 I o no o .00- . : 0 n natt 0 0 I I nu un! 4 u oo c n o o oc; Den hinderdetekterande anordningen detekterar hinder, såsom en vägg, ett bord osv., med en ultraljudsensor eller lasersensor och sänder ut en motsvarande signal till styr- ningsdelen. Den hinderdetekterande anordningens sensor är företrädesvis monterad på fiamsidan av den mobila roboten parallellt med en köryta, för att mer korrekt de- tektera hindret som ligger i körbanan.

Styrdelen innefattar en mikroprocessor och ett minne monterat på denna för styrning av allmänna operationer av den mobila roboten, såsom utsändning av ett startkom- mando till köranordningen, styrning av köranordningens rörelse för att undvika ett hinder i enlighet med si gnalema som mottages från den hinderdetekterande anord- ningen och ett internt, förinstallerat program samt för laddning av strömkällan med elektricitet när den bestämmer att strömnivån ligger under ett förutbestämt värde.

Strömkällan matar ström för drivning av olika delar i den mobila roboten, såsom mo- torn, som roterar köranordningens hjul, sensom som detekterar närvaron av hinder samt styrdelen osv. Strömkällan är vanligen ett batteri som möjliggör att den mobila roboten kan arbeta under en förutbestämd tidsperiod utan anslutning till någon extern strömkälla.

Operationen av den mobila roboten, konstruerad på ovan angivet sätt, kommer att be- skrivas i detalj nedan.

Först, när den mobila roboten mottager ett startkommando, sänder styrdelen ut en körorder och motsvarande avkänningssignal till köranordningen respektive den hin- derdetekterande anordningen. Som svar på signalen från styrdelen kör köranordning- en i en viss riktning genom drivning av motorn. Vid denna tidpunkt sänder, genom sensorns funktion-j 'den hinderdetekterande anordningen ut en avkärmingssigrial till styrdelen. Under den mobila robotens drifi kommer, när sensom avkänner närvaron av ett hinder inom ett fórutbestämt avstånd från roboten, styrdelen att sända ut ett kommando till köranordningen att ändra den mobila robotens körriktning. Närhelst den mobila roboten påträffar ett hinder ändras den mobila robotens körriktning ge- 15 20 25 30 526 717 ooo ooo o o oo oooo oo oo o o o o o o o o o o o o o o o o oo o oo oo 3 o o o o o o o o o o o oo o o o o o o ooo ooo oo o ooo oo oo oooooo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo oo oo ooo o o o nom de ovan beskrivna processerna. Det vill säga den mobila roboten kör i enlighet med dess initiala läge och hindrens lägen, och ritar upp ett slumpartat spår såsom vi~ sasifig. 1.

En mobil robot med en sådan slumpvis fórflyttning befinnes vara ineffektiv när den rör sig inom ett begränsat område, eftersom den rör sig utmed en slumpvis bana. En annan nackdel med den mobila robotens slumpvisa rörelse är att den upprepat rör sig t över samma område.

Ultraljudsensorn i den konventionella hinderdetekterande anordningen innefattar en ultraljudsändande del för utsändning av ultraljudvågor, samt en ultraljudmottagande del för mottagning av reflekterade ultraljudvågor fiån hindret. Genom att mäta ett tidsgap mellan ultraljudsändningen och mottagningen av reflekterat ultraljud beräknar den styrande delen ett avstånd fiån den mobila roboten till hindret och styr i enlighet därmed den mobila robotens motor till att undvika hindret. Även om den konventionella hinderdetekterande anordningen och dess förfarande kan mäta avståndet från den mobila roboten till hindret, så kan den inte på ett bra sätt hantera hindren med avseende på hindrets status eftersom det är omöjligt att erhålla exakt information om hindrets status, såsom hindrets form eller liknande. Följaktligen är det omöjligt för den mobila roboten att bestämma om den skall passera eller väja för hindret.

Det fordras av den mobila roboten att den håller en förutbestämd orientering för att utföra enrengörings- eller vaktoperation mer effektivt. För detta är det nödvändigt att periodiskt kontrollera om den mobila roboten kör utmed rätt kurs och att korrigera den mobila robot-ens orientering om det bestämmes att den mobila roboten har avvikit från kursen.

För att säkerställa att den mobila roboten kör utmed rätt kurs använder den mobila ro- boten en styrtejp på en vägg i ett rum som referens. 20 25 30 526 717 4 När styrtejpen är fastsatt på golvet sker den mobila robotens kontroll av styrtejpen ge- nom användning av en fotosensor eller en magnetisk sensor. Den mobila roboten kör längs styrtejpen. Styrtejpens relativa läge med avseende på sensorn bestämmer om den mobila roboten är på rätt kurs eller ej.

När rummets vägg användes som referens bestämmes om den mobila roboten kör längs rätt kurs eller ej i enlighet med den mobila robotens avstånd från väggen, såsom det detekteras av en sensor, såsom en ultraljudsensor osv. Beroende av avståndet mel- lan den mobila roboten och väggen kommer den mobila roboten att justera sin orien- terin g. Även om dessa sätt attjustera den mobila robotens kurs, dvs. användningen av en styrtejp eller vägg som referens, kan vara användbara för styrning av den mobila ro- botens körning, så är de knappast applicerbara på en mobil robot som avkänner sitt läge med användning av en bildkarnera. Det vill säga, att separat anordna styrtejpen eller ultraljudsensorn på den mobila roboten, som avkänner sitt läge medelst en bild- kamera just för att bestämma om den mobila robotens orientering skall justeras eller ej, orsakar nackdelar såsom att komplicera tillverkningsprocessema och att höja till- verkningskostnaderna.

Uppfinningen i korthet Den föreliggande uppfinningen har åstadkommits för att undanröja ovan nämnda pro- blem hos känd teknik. Följaktligen är ändamålet med den föreliggande uppfinningen att åstadkomma en mobil robot som kan effektivt köra utmed en viss kurs under av- kännande av sitt läge och med undvikande av upprepade passager över samma områ- de. i Ett annat ändamål med den föreliggande uppfmningen är att åstadkomma en mobil robot som kan bestämma om den skall passera eller väja för ett hinder i dess körrikt- ning, baserat på information om hindrets förrn. Information om hindrets form åstad- l5 20 25 30 526 717 ooo ooo o o oo oooo oo oo o o o o o o o o o o o o o o o o oo o oo oo o o o o o o o o o o o oo o o o o o o 5 ooo oo o oo o ooo oo oo o ooooo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo oo oo ooo o o o o o kommes medelst en hinderdetekterande anordning som har en linjelaser och en bild- kamera. Ännu ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett förfaran- de för reglering av den mobila robotens orientering, vilken avkänner sitt läge genom att använda en bildkamera, i enlighet med att bestämma om den skall bibehålla eller ta en annan bana.

Ovan angivna ändamål har uppnåtts medelst en mobil robot enligt den föreliggande uppfinningen. Den mobila roboten innefattar en köranordning för att förflytta den mobila roboten runt i ett rum, en hinderdetekterande anordning för att detektera när- varon av ett hinder, en lägesigenkännande anordning för att bestämma ett aktuellt lä- ge för den mobila roboten, en styrdel för att styra köranordningen, den hinderdetekte- rande anordningen och den lägesigenkännande anordningen samt en strömkälla för att lagra och mata elektricitet till var och en av anordningama och styrdelen. Den läges- igenkännande anordningen innefattar en första bildkamera vänd mot rummets tak.

Den första bildkameran avkänner en basmarkering i taket. Den lägesigenkännande anordningen innefattar vidare ett första kamerakort för att behandla en bild, fotogra- ferad av den första bildkameran till data och sända datan till styrdelen.

Den hinderdetekterande anordningen innefattar en linjelaser för att sända en linjefor- mad siktstråle mot hindret, en andra bildkamera för att avkänna en reflekterad linjär ljusstråle från hindret samt ett andra karnerakort för att behandla bilddata uppfångade av den andra bildkameran.

Ovan angivnahändamål har vidare uppnåtts medelst en mobil robot enligt den förelig- gande uppfinningen, innefattande en köranordning för att förflytta den mobila robo- ten i ett rum, en hinderdetekterande anordning för att detektera närvaron av ett hinder, en lägesigenkännande anordning för att bestämma ett aktuellt läge för den mobila ro- boten, en styrdel för att styra köranordniugen, den hinderdetekterande anordningen och den lägesigenkännande anordningen samt en strömkälla för att lagra och mata 0000 0 a j ID o u o 9 0 co nous coon va. co 000» 000 10 IS 20 25 30 526 717 elektricitet till köranordnin gen, den hinderdetekterande anordningen, den lägesi gen- kännande anordningen och styrdelen. Den lägesigenkännande anordningen innefattar en linjelaser för att sända en linjeformad siktstråle mot hindret, en andra bildkamera för att avkänna en reflekterad linjär ljusstråle från hindret samt ett andra kamerakort för att behandla bilddata uppfångade av den andra tevekameran.

Den andra bildkameran innefattar ett filter för att exklusivt avkänna den linjära ljus- strålen från den linjära lasern.

Vidare har de ovan angivna ändamålen även uppnåtts med ett förfarande för att regle- ra en kurs eller körbana för en mobil robot. Den mobila roboten innefattar en kör- anordning för att förflytta den mobila roboten runt i ett rum, en hinderdetekterande anordning för att detektera närvaron av ett hinder, en lägesigenkännande anordning för att bestämma ett aktuellt läge för den mobila roboten, en styrdel för att styra kör- anordningen, den hinderdetekterande anordningen och den lägesigenkännande anord- ningen samt en strömkälla för att lagra och mata elektricitet till var och en av anord- ningama och styrdelen. Förfarandet innefattar fotografering av en basmarkering med användning av en första bildkamera i den lägesigenkännande anordningen, som gene- rerar bilddata av basrnarkeringen genom utnyttjande av ett första kamerakort, varvid bestämning sker av om koordinatema för basmarkeringen som erhållits genom styr- delens databearbetning, överensstämmer med koordinaterna för den förutbestämda körbanan, samt stflning av kördelen till att förflytta den mobila roboten i en riktning med en motsvarande distans för att kompensera varje avvikelse från den förutbestäm- da körbanan när koordinatema för basmarkeringen inte stämmer överens med koordi- natema för den förutbestämda körbanan.

Den mobila roboten enligt en annan föredragen utföringsform av den föreliggande uppfinningen innefattar en dammsugare, vilken har en sugöppning för insugning av föroreningar, en dammuppsamlingsdel för att samla upp föroreningama samt en mo- tordrivdel för att generera sugkraft. 10 20 25 526 717 Kort redogörelse för ritningarna Ovan angivna och andra ändamål och fördelar med den föreliggande uppfinningen kommer att vara helt uppenbara vid läsning av den följande detaljerade beskrivning- en, som ges i samband med de bifogade ritningarna, där fig. l visar en vy som åskådliggör rörelsebanan för en konventionell mobil robot, fig. 2 visar en schematisk vy i perspektiv som åskådliggör strukturen hos en mobil robot i enlighet med en föredragen utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen, fig. 3 visar ett blockschema som åskådliggör funktionerna för respektive delar i den mobila roboten enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 4 visar ett flödesschema som förklarar ett förfarande för igenkännande av ett läge för den mobila roboten enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 5 visar en vy av ett exempel på en basmarkering för den mobila roboten enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 6 visar en vy som åskådliggör rörelsebanan för den mobila roboten, vilken rör sig i enlighet med en maskbild inställd vid en inlämingsprocess, tig. 7 visar ett flödesschema som förklarar ett förfarande för att detektera ett hinder med utnyttjande av en hinderdetekterande anordning i den mobila roboten enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 8 visar en vyššbm förklarar en process för beräkning av ett avstånd från den mo- bila roboten till ett hinder, fig. 9 visar en vy som i korthet åskådliggör en process för bildande av en tredimensio- nell bild med ett flertal linjära bilder, 10 15 20 526 717 onn noo o o oo oooo IG I I n o n o o o o o o o oo 2 . o n o o n n n o n I oo 0 8 ono nn n oo o non nn no n no:o o o n n n n o o o o o o n o o o o o n no oo no ou o fig. 10 visar ett flödesschema som förklarar ett förfarande för justering av den mobila robotens orientering enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 11A, 11B och llC visar vyer som åskådliggör linjer bildade av basmarkeringar, vilka visas i ett bildfönster i en första bildkamera i överensstämmelse med den mobila robotens förflyttning och fig. 12 visar en vy som åskådliggör den mobila robotens förflyttning längs en viss ba- na medan den avkänner sitt läge.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen Den föredragna utföringsformen av den föreliggande uppfinningen kommer att be- skrivas nedan under hänvisning till de bifogade ritningama.

Med hänvisning till fig. 2 och 3 framgår att en mobil robot 1 innefattar en köranord- ning 30 för att förflytta den mobila roboten 1 utmed en plan yta, en lägesigenkärman- de anordning 20 för att avkänna ett läge för den mobila roboten 1 genom användning av en första bildkamera (CCD-kamera) 21, en hinderdetekterande anordning 40 för att detektera förekomsten av ett hinder i den mobila robotens 1 bana, en íjärrstyrrd sändare/mottagare 50 för sändning eller mottagning av ett start/stoppkommando till/ från den mobila roboten 1 samt en strömkälla 60 för att lagra och mata ström till den mobila robotens 1 respektive komponenter.

Köranordningen 30 innefattar ett par hjul 33, som kan röra sig framåt och bakåt, åt höger och åt vänster, en motor 32 för drivning av hjulen 33 samt en motordrivenhet 31 för att styra motom 32 som svar på signaler som motordrivenheten 31 mottar från styrdelen 10. F' Den lägesigenkännande anordningen 20 innefattar en första bildkamera 21 som är vertikalt anordnad för att avbilda ett tak på vilket en basmarkör 70 (fig. 5) är anbring- ad. Den lägesigenkännande anordningen 20 innefattar vidare ett första bildkort 23 för 20 25 30 526 717 inställning av relevanta trösklar med bilder fotograferade med den första bildkameran 2 1 .

Den hinderdetekterande anordningen 40 innefattar en linjär laser 41 för att sända en linjär ljusstråle i banan för den mobila robotens 1 körriktning, en andra bildkamera 43 för att avkänna en linjär ljusstråle som reflekteras från ett hinder beläget i den mobila robotens 1 bana samt ett andra bildkort 45 för bearbetning av bilder som fotograferats med den andra bildkameran 43.

Den linjära lasem 41 benämnes ofta ”linjärsändare” eftersom den sänder en stråle i form av en rak linje mot ett bildplan. Bildplanet är vinkelrätt mot den linjära lasems 41 optiska axel. Den linjära lasem 41 är monterad på en frontyta på den mobila robo- ten 1 och detekterar närvaron av hinder som kan föreli gga i robotens väg.

Den andra bildkameran 43 är monterad ovanför den linjära lasem 41 för att uppfånga . varje linjär stråle från den linjära lasem 41 som reflekteras från ett hinder. Den andra bildkameran 43 innefattar ett på densamma anbringat filter för att exklusivt avkärma en reflekterad stråle från den linjära lasem 41. Filtret tillåter även en exklusiv passage för en våglängd som motsvarar den linjära strålen från den linjära lasem 41, så att den andra bildkarneran 43 exklusivt avkänner den linjära strålen från den linjära lasem 41.

Det andra bildkortet 45 är monterat på ena sidan av den andra bildkameran 43 och är kopplat via anslutningstrådar till styrdelen 10 och den andra bildkameran 43.

Den fjärrqstyrda sändaren/mottagaren 50 gör det möjligt för en användare att på av- stånd styra start orzh stopp av den mobila roboten. Det vill säga den fiärrstyrda sända- ren/mottagaren 50 mottager ett start- eller stoppkommando från användaren och sän- der en statussigrial för den mobila roboten 1 till användaren. 10 20 25 30 526 717 10 Strömkällan 60 är ett elektriskt batteri som lagrar och matar en förutbestämd elektrisk spänning till respektive komponenter i den mobila roboten 1.

För en total styrning av den mobila roboten 1 är styrdelen 10 kopplad till köranord- ningens 30 motordrivenhet 31, den lägesavkännande anordningen 20, den hinder- detekterande anordningen 40, den tjärrstyrda sändaren/mottagaren 50 samt strömkäl- lan 60. Styrdelen 10 innefattar en bilddataprocessor ll, som har en mikroprocessor för beräkning av positionsdata medelst bilddata som sändes från de första och andra bildkorten 23 och 45. Det vill säga styrdelen 10 använder sin egen lokalinforrnation och läges- och forminforrnation för ett hinder för att ställa in en målpurrkt och en kör- kurs för den mobila roboten I. Styrdelen 10 leder vidare den mobila roboten 1 utmed den raka kursen mot målpunkten. Den mobila robotens lägesinformation erhålles ge- nom användning av bilddata för basmarkören 70, som erhålles genom att med den första bildkameran 21 fotografera taket på vilket basmarkören 70 är anbringad samt genom bearbetning av den fotograferade bilden med det första bildkortet 23. Läget för och formen på hindret erhålles med användning av linjära bilddata som erhålles genom att med den hinderdetekterande anordningens 40 andra bildkamera 43 fotogra- fera hindret och bearbeta den fotograferade bilden med det andra bildkortet 45.

Funktionen för den enligt ovan konstruerade mobila roboten 1 kommer att beskrivas mer i detalj nedan.

Körprocessen och lägesigenkänningsprocessen för den mobila roboten I via den tör- sta bildkameran 21 kommer att beskrivas under hänvisning till fig. 4.

Först mottager den mobila roboten 1 ett startkommando, styrdelen 10 initialiserar och kontrollerar en förutbestämd riktning och ett törutbestämt avstånd (steg S10 och S11). När det inte finns några data beträffande den förutbestämda riktningen och det förutbestämda avståndet begär styrdelen' 10 bilddata från den lägesigenkännande an- ordningen 20 (steg S 12). Efter mottagande av begäran av bilddata från styrdelen 10 använder den lägesigenkännande anordningen 20 den första bildkameran 21 till att 526 717 .oo ooo o o oo oooo oo oo o o o o o o o o o o o o o o oo o oo oo o I] o o oo oo o o o ooo ooo o ooo ooo oo o ooo oo oo oooooo o o o o oo o oo o o oo o o o fotografera taket från den mobila robotens 1 aktuella läge. Baserad på den av den för- i sta bildkameran 21 fotograferade bilden inställes den relevanta tröskeln och sändes till styrdelens 10 bilddataprocessor ll (steg S13). Efter att ha mottagit bilddata från det första bildkortet 23, detekterar bilddataprocessorn 1 1 läget och riktningen för bas- 5 markörens 70 igenkänningspunkter 71 och 73 (fig. 5) medelst en omràdeskorrelation och utmatar ett avstånd och en riktning som köranordningen 30 har att förflytta sig (steg S14). Basmarkören 70, som är anbringad i taket, kan utformas av ett lämpligt material så länge det kan i genkärmas av den första bildkameran 21. Det är fördelak- tigt att använda igenkänningsmarkörer för tydligare i genkänning. Ett exempel på bas- 10 markör 70 visas i fig. 5. Basrnarkören 70 är ett igenkänningsmärke som innefattar en skiva 75, en större referenspunkt 71 och en mindre referenspunkt 73. Den större refe- renspunkten 71 är till för bestämning av basläget, medan den mindre referenspunkten 73 är till för kontroll av en riktning för den mobila roboten 1 baserat på dess relation till den större referenspunkten 71.

Styrdelen 10 sänder data om förflyttningsavstàndet och riktningen från bilddatapro- cessom 11 till köranördningen 30 och köranordningen 30 arbetar i den riktning och med det avstånd som bestämmes av signalen från styrdelen 10 (steg S15). 20 Processen för sökning av i genkänningspunktema 71 och 73 genom en områdeskorre- lation av tröskeln för bilddata kommer att beskrivas mer i detalj nedan.

Områdeskorrelation är en process där maskbilddata för basmarkören 70 jämförs med bilddata som erhålles från bilden av taket fotograferat fiån ett visst avstånd samt ut- ' z' 25 * finnandet av ett läge som indikerar en liknande maskbild på ett bildfönster som erhål- lits av den första bildkameran 21. Såsom visas i fig. 6 utförs en inlärningsoperation av maskbilden 70 i nedåtriktad orientering.

Vidare är det läge som har en maskbild liknande den av den mobila roboten 1 såsom 30 följer. Först erhålles områdeskorrelationskoefficienter för maskbilden, som är ett re- ooo oo o o o o o oo o sultat av inlärningsoperationen, från hela området för bilddata för bilden såsom den o o o oø oo o oo o o o oo o o g o o oo oooo g o o o o ooo oIoo Ioo lo lo ooOo oo o o o o o o o o o o o o o o o o I oo oo oo O 526 717 oo: ooo o o oo oooo oo oo o o o o o oo oo o o o o oo o oo o oo oo 12 o o o o o o o o o o o oo o o o o o o ooo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o foto graferats från ett visst avstånd. Sedan väljes det område som har den största kor- relationskoefficienten, eftersom det har den bild som mest liknar bilden av igenkän- ningsmärkena 73 och 75 på basmarkören 70 mot vilken den mobila roboten 1 är in- riktad. Läget för basmarkören 70 uttryckes genom den bild som fotograferas med den första bildkameran 21 och formas på bildfónstret (W) i pixelkoordinater. Genom att fóljaktli gen använda de ursprungliga koordinaterna för basmarkören 70 och koordi- natema för basmarkören 70 på det aktuella bildfönstret (W) erhålles det aktuella läget och riktningen för den mobila roboten 1. Eftersom basmarkörens 70 läge vidare er- hålles i pixelkourdinater ivarje samplingsperiod under vilken taket fotegraferas av den första bildkameran 21, erhålles även den mobila robotens 1 rörelse och bana.

Områdeskorrelationskoefficienten uttryckes av r(d d )= Z(x,y)eSifl(xly)_iïli-fk(x+dxßy-i-djfl-*B_ x, y (x,y)esi.fi(xay)“fiizz(x,y)es[fa(x+d.r=y+d,)“fziiziy, där r(d,,,d,.) är en områdeskorrelationskoefficient, f, är en inlärningsmaskbild, f: är ett medelvärde för inlärningsmaskbilden, f: är ett medelvärde för fz, (dßdy) är erfor- derligt fórflyttningsavstånd för maskbilden i koordinater, (x,y) är en koordinat och S är den ursprungliga bilden.

Härefter kommer ett förfarande för detektering av förekomsten av ett hinder under kömingen att beskrivas under hänvisning till fig. 7.

Det hinderdetèkterande förfarandet innefattar stegen: Att inrikta den linjära lasern 41 för att avge en lirjjiär stråle mot ett hinder beläget i den mobila robotens bana (steg 31); att bringa den andra bildkameran 43 att avkänna den reflekterade linjära strålen från hindret (steg S32); att bringa det andra bildkortet 45 att bearbeta bilden från den andra bildkameran 43 till bilddata som är beräkningsbara med användning av mjuk- 9 oo 000! oo o Q I o o o o oo oooo o o o o O o o u oo oobo olio øoo oo o. oooo oo oo o! I P I I C I O C I G O Û I I O oo oo 10 20 25 526 717 QIO 'Il I I II IIII .I OI I Q Q I I I I I I O I O I I O OI I IC 13 o o o o o v o o o o o :o o o o o o o IQO I I I Ö O I I I I ß I g II I g C o o o l o o o o o o o oo oo oo o o co oo vara (steg S33); samt att beräkna avståndet från den mobila roboten 1 till hindret ge- nom användning av bilddatan (steg S34).

I det ljusavgivande steget (S31) kommer, när den linjära lasem 41 riktar en linjär strå- le mot ett hinder, hindrets form att distordera strålen. I det avkännande steget (S32) formar den andra bildkameran 43 en bild genom att avkänna den reflekterade distor- derade strålen från filtret. I det bilddatabearbetande steget (S33) utför det andra bild- kortet 45 den tröskelbildande processen for att förenkla bilden som avkänts i det av- kännande steget (S32) samt att använda en uttunningsprocess för att reducera bildens storlek till att vara så liten som möjligt. I det avståndsberäknande steget (S34) beräk- nas avståndet fiån den mobila roboten 1 till hindret baserat på den fi-ån det bilddata- bearbetande steget (S43) erhållna bilddatan. Den mobila roboten 1 upprepar de ovan angivna hinderdetekterande processerna tills den erhåller all information om hindrets i dess bana.

Följaktligen kan avståndet från den mobila roboten 1 till hindret lätt erhållas genom trigonometri med ett par värden. Såsom visas i fig. 8 är dessa värden: En vinkel (GLP) mellan den linjära lasem 41 och den mobila roboten 1, avståndet (yLp) mellan bildka- meran 43 och den linjära lasem 41, avståndet (fo) mellan en lins 43a på bildkameran 43 och ett bildplan 43b på vilket bilden av hindret formas, samt avståndet (yl) från bildplanet 43b till linsens 43a mitt. Med dessa värden erhålles avståndet (Z) från den mobila roboten 1 till hindret genom den trigonometrisk ekvationen (hänför sig till fig. 8): Z Yu» -“ Y manen, Ornformulera = tanâu, genom att substituera X0 = yLp - tan GU» och yu= _ .V y = -(Z - y1)/f0 och erhåll l0 20 25 30 526 717 xo Z=------à- 1"(yi/.ft> 'tanHuJ Eftersom vinkeln (GW) mellan den linjära lasem 41 och den mobila roboten 1, avstån- det (fo) mellan bildkamerans 43 lins 43a och hinderbildplanet 43b samt värdet på X0 = yu» - tan Gu» samtliga uttrycks i konstanter, så kan avståndet (Z) från den mobila robo- ten l till hindret erhållas enbart genom att erhålla ett värde (yl) motsvarande ett hori~ sontellt avstånd från linsens 43a mitt till änden av bilddatan för den bild som formas på bíldplanet.

Genom att lösa de ovan givna ekvationema med bilddatan kan hindrets form bestäm- IIIHS.

Enligt en annan töredragen uttöringsfonn av den föreliggande uppfinningen kan även en tredimensionell bild erhållas genom att använda ett flertal linjära lasrar 41. Ett fler- tal linjära lasrar 41 är anordnade att avge laserstrålar mot hindret med en infallsvinkel som är sådan att den linjära strålens infallsvinkel mot hindret kan avkännas medelst bildkameran 43. Flertalet linjära lasrar 41 avger de linjära strålarna mot hindret och bildkameran 43 avkärmer de reflekterade strålarna fifån de linjära lasrama 41 . Genom bildbearbetníng av de reflekterade strålama erhålles sedan den tredimensionella bil- den. F ig. 9 illustrerar processema for att forma den tredimensionella bilden från ett flertal linjära bilder. På detta sätt erhåller den mobila roboten mer korrekta data om hindret såsom om hindrets form.

Slutligen kommer processen fór att nå målläget under bibehållande av den riktiga kursen att beskrivas mer i detalj nedan.

När den mobila roboten 1 mottager startkommandot initialiserar och begär styrdelen 10 att få bilddata från den lägesigenkärmande anordningen 20 och den hinderdetekte~ rande anordningen 40. Efier att ha mottagit begäran om bilddata från styrdelen 10 fo- tograferar den lägesigenkännande anordningen 20 taket, i vilket basmarkören 70 är 20 25 30 526 717 oo- ooo o o oo oooo oo oo o o o 1 o o o o o o o o o o o o oo o oo oo o o o o o o o o o o o oo o o o o o o _ :oo o o o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o o o o o o o o I o o o o oo oo oo ooo o o anbringad och alstrar en bild. Sedan bearbetar det första bildkortet 23 bilden till en tröskelinformation och sänder densamma till styrdelen 10. Den hinderdetekterande anordningen 40 använder sin linjära laser 41 och sin andra bildkamera 43 till att gene- rera bilddata om hindret som ligger i den mobila robotens l bana och sänder desam- ma till styrdelen 10.

Mjukvara i styrdelen 10 bearbetar bilddatan som möttagits från den lägesigenkännan- de anordnin gen 20 och den hinderdetekterande anordningen 40 för erhållande av in- formation om hindret och det aktuella läget för den mobila roboten. Styrdelen 10 in- ställer sedan målläget och kursen mot målläget baserat på den ovan erhållna informa- tionen.

Styrdelen 10 sänder körkommando till kördelen 30 för en bestämd bana, kontrollerar periodiskt koordinaterna för basmarkören 70 med förutbestämda intervall samt be- stämmer om den mobila rcboten 1 rör sig utmed den bestämda banan eller ej. Om ko- ordinaterna för basmarkören 70 avviker från den bestämda banan styr styrdelen 10 köranordningen 30 till att flytta den mobila roboten 1 i motsatt riktning och därmed upprätthålla den riktiga banan för den mobila roboten l. Efter flera banjusteringar och när den mobila roboten l når målläget upphör den mobila roboten 1 att röra sig eller fortsätter att röra sig om det föreligger en efterföljande order.

Detta förfarande hos styrdelen 10 för erhållande av det aktuella läget för den mobila roboten l antages motsvara den mobila robotens 1 lägesigenkännande process, som har beskrivits Ovan. Följaktligen utelämnas den detaljerade beskrivningen för detta.

Här kommer processen för att kontrollera kursen och justera riktningen lör den mobi- la robeten 1 när den mobila roboten 1 avviker från sin kurs, att beskrivas mer i detalj med hänvisning till fig. 10, 11A, llB och llC.

Styrdelen 10 begär bilddata om basmarkören 70 från den lägesigenkärmande anord- ningen 20. Efter mottagande av begäran från styrdelen 10 fotograferar den lägesigen- 10 20 25 30 526 717 t. kännande anordningen 20 taket i vilket basmarkören 70 är anbringad och genererar en bild av basmarkören 70. Sedan bearbetar det första bildkortet 23 bilden till bilddata som kan bearbetas av mjukvara och sänder bilddatan till styrdelen 10 (steg S51).

Styrdelen 10 beräknar koordinaterna för basmarkören 70 medelst processen för områ- deskorrelering, som är identisk med processen för erhållande av den mobila robotens 1 läge genom användning av bilddata utsända från den lägesigenkärmande anordning- en 20 (steg S52).

Därefter jämför styrdelen 10 koordinatema för basmarkören 70, som erhållits från det aktuella läget för den mobila roboten 1, med koordinatema för den kurs som bestämts i det kursbestämmande steget (S53).

När de aktuella koordinatema för basmarkören 70 inte överensstämmer med koordi- natema för den bestämda kursen, beräknar styrdelen 10 avvikelsen i riktning och av- stånd fiån de bestämda koordinatema för kursen. Styrdelen 10 styr sedan köranord- ningens 30 motor 32 till att förflytta den mobila roboten 1 så att avvikelsema kom- penseras, genom att röra sig i motsatt riktning mot ett avvikande avstånd (steg S54).

Om exempelvis den mobila roboten l är ur kurs åt höger om basmarkören 70, så styr styrdelen 10 motorn 32 till att driva köranordningen 30 åt vänster, dvs. tillbaka till banan. Sådana processer visas i fig. 11A, 11B och llC. Fig. l 1A visar läget tör bas- markören 70 indikerad på den första bildkamerans 21 bildfönster (W) när den mobila roboten l rör sig utmed en rak bana. På samma sätt visar fi g. 1 IB läget för basmarkö- ren 70 på bildkamerans 21 bildfönster (W) när den mobila roboten l kör bort från den raka banan, medan fig. l IC visar läget för basmarkören 70 när den mobila roboten 1 återgår till rörelsebanan. Hänvisningsbeteckningarna 71 och 73 i fig. 11A hänför sig till basmarkörensr70 båda i genkänningspunkter.

Därefter bestämmer styrdelen 10 om det aktuella läget är målläget (steg S55). Om så inte är fallet begär styrdelen 10 att den lägesigenkännande anordningen 20 ger bild- 10 20 25 30 526 717 17 š='å"-f.§"=:ïï.. 'i data för basmarkören 70 för att bestämma om den mobila roboten 1 ligger på samma koordinater som koordinatema för den bestämda kursen.

Styrdelen 10 upprepar periodiskt ovan angivna processer med förutbestämda intervall tills den mobila roboten l når målläget, så att den mobila roboten 1 förflyttar sig utef- ter den bestämda kursen.

F ig. 12 visar rörelserna för den mobila roboten l som kan känna av sitt läge och sin manövrering runt föremål i ett rum. En sådan mobil robot 1 kan användas som en hushållsapparat, dvs. en damrnsugande mobil robot. Här innefattar den mobila robo- ten 1 vidare en dammsugare, som har ett sugmunstycke för uppsugning av förore- ningar, en dammuppsamlande del för uppsamling av föroreningar-na från suglufien samt en motordrivdel för att alstra sugkrafi. Den dammsugande mobila robotens 1 kurs- eller íörflyttningsbana kan vara förinmatad i olika programmönster i överens- stämmelse med rummets geografi.

Såsom beskrivits ovan kan den mobila roboten 1 enligt den föreliggande uppfinning- en avkänna sitt aktuella läge samt även effektivt förflytta sig med en given kurs utan repetitiv genomgång av samma område.

Enligt den föreliggande uppfinningen kan den mobila roboten 1 vidare, efiersom den mobila roboten l erhåller information om formen på hindret genom utnyttjande av den linjära lasem 41 och den andra bildkameran 43, bestämma om den skall passera eller undvika hindret i enlighet med statusen för hindret.

Genom att den mobila roboten l enligt den föreliggande uppfinningen vidare avkän- ner sitt läge genoin användning av den första bildkameran 21, kan den bestämma om den aktuella törflyttningsbanan skall bibehållas eller ej samt justera sin orientering när den bestämmer någon avvikelse från den önskade kursen.

O annan 526 717 18 Såsom angivits ovan har en föredragen utföringsfonn av den föreliggande uppfin- ningen visats och beskrivits. Även om en töredragen utíöringsfönn av den föreliggan- de uppfinningen har beskrivits skall det förstås att den Föreliggande uppfinningen inte är begränsad till denna föredragna utföringsforrn. Olika förändringar och modifikatio- ner kan utföras av fackrnannen på området utan att man avviker från idén med den fö- religgande uppfinningen såsom den kömmer till uttryck i de efterföljande patentkra- Ven.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 526 717 19 Patentkrav Mobil robot kännetecknar] av: en köranordning (30) för att förflytta den mobila roboten (1) nmt i ett mm, en hinderdetekterande anordning (40) för att detektera närvaron av ett hinder, en styrdel (10) kopplad till och styrande köranordningen (30) och den hinderdetekterande anordníngen (40), varvid den hinderdetekterande anordníngen (40) omfattar: en linjär laser (41) ßr att avge en linjär ljusstråle mot hindret, en första bildkamera (43) för att avkänna en reflekterad linjär ljusstråle från hindret samt ett första bildkort (45) för att bearbeta bilddata upptagna av den första bildkameran (43), en lägesigenkännande anordning (20) kopplad till styrdelen (10) för att bestämma ett aktuellt läge för den mobila roboten ( l), vilken lägesigenkännande anordning (20) innefattar en andra bildkamera (21) och ett andra bildkort (23), varvid den andra bildkameran (21) avbildar taket i ett rum och avkärmer en basmarkör (70) i taket och det andra bildkortet (23) bearbetar en bild från den andra bildkameran (21) och sänder data till styrdelen (10) samt en strömkälla (60) kopplad till styrdelen ( 10), vilken strömkälla (60) är anordnad att lagra och mata elektricitet till köranordningen (30), den hinderdetekterande anordníngen (40), den lägesigenkännande anordníngen (20) samt styrdelen (10). Mobil robot enligt patentkrav l, kännetecknad av att den innefattar en dammsugare uppvisande en sugöppning för insugning av föroreningar, en dammuppsamlingsdel för att samla upp föroreningar-na samt en motordiivdel för att generera sugkrafi. Mobil robot kännetecknad av: en köranordning (30) för att förflytta den mobila roboten ( 1) runt i ett rum, en lägesigenkännande anordning (20) för att avkärma ett aktuellt läge för den mobila roboten (1), en styrdel (10) för styrning av köranordningen (30) och den lägesigenkännande anordníngen (20), 10 15 20 25 526 717 20 en hinderdetekterande anordning (40) kopplad till styrdelen (10) för att detektera närvaron av ett hinder, vilken hinderdetekterande anordning (40) innefattar en linjär laser (41) för att avge en linjär ljusstråle mot hindret, en första bildkamera (43) för att avkänna en reflekterad ljusstråle från hindret samt ett första bildkort (45), vilket första bildkort (45) är anordnat att bearbeta bilddata från den första bildkameran (43), en strömkälla (60) kopplad till styrdelen (10), vilken strömkälla (60) är anordnad att lagra och mata elektricitet till köranordningen (30), den hinderdetekterande anordningen (40), den lägesigenkännande anordningen (20) samt styrdelen (10). Mobil robot enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den första bildkameran (43) omfattar ett filter för att exklusivt avkänna den linjära ljusstrålen från den linjära lasem (41). Mobil robot enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den liinderdetekterande anordningen (40) omfattar ett flertal linjära lasrar för att avge ljusstrålar med en förutbestämd vinkel. Mobil robot enligt patentkrav 3, kännetecknad av att den innefattar en dammsugare uppvisande en sugöppning för insugning av föroreningar, en dammuppsarnlingsdel för att samla upp föroreningama samt en motordrivdel för att generera sugkrafi.