WO2005093536A1

WO2005093536A1 - Flächenbearbeitungssytem

Info

Publication number: WO2005093536A1
Application number: PCT/EP2005/051311
Authority: WO
Inventors: Markus Spielmannleitner; Joachim Damrath; Gerhard Wetzl
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2005-10-06
Also published as: DE102004014281B4; DE102004014281A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flächenbearbeitungssystem mit einem feststehenden Basisteil (5) und einem selbstfahrenden Mobilteil (6) das auf Grundlage einer Abstandsbestimmung navigierbar ist, wobei einer Abstandsbestimmungsvorrichtung ein Lichtsignal-Sender (19) und ein Schallsignal-Sender (20) zugeordnet ist, welche Signale von Lichtsignal- und Schallsignal-Empfängern (17, 18) aufnehmbar sind, zum Ansteuern eines Zeitgebers (16) auf dessen Grundlage der Abstand von Mobilteil (6) und Basisteil (5) bestimmbar ist. Um die Positionsbestimmung des mobilen Roboters zu verbessern wird vorgeschlagen, dass der Zeitgeber zur Durchführung der Laufzeitmessung durch das vom Lichtsignal-Empfänger empfangene Lichtsignal auslösbar und durch das vom Schallsignal-Empfänger empfangene Schallsignal anhaltbar ist. Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung wird erreicht, dass mit einfachen technischen Mitteln dem selbstfahrenden Flächenreinigungsgerät Daten über seine Position zur Verfügung gestellt werden, so dass eine gezielte Bahnplanung zur Navigation erfolgen kann.

Description

Beschreibung Flächenbearbeitungssystem

[001] Die Erfindung betrifft ein Flächenbearbeitungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[002] Aus EP 753 160 AI ist ein mobiler Roboter und ein Verfahren der Positionsbestimmung bekannt. Bei dem dortigen Verfahren zur Positionsbestimmung sind eine Anzahl von Transpondem vorgesehen, die dem autonomen Roboter zur Orientierung dienen. Die Orientierung des Roboters erfolgt auf Basis einer Abstandsmessung des Roboters zu den Transpondem. Dabei ist der Zeitraum für einen Ultraschallimpuls, um sich von einem Untraschallsender des Roboters bis zu einem Transponder auszubreiten, ein Maß für die Entfernung des Roboters zu dem Transponder. Nach Erhalt des Ultraschallsignals bestätigt der Transponder den Erhalt des Ultraschallimpulses, indem er einen Lichtimpuls oder einen Radiowellenimpuls zu dem Roboter zurücksendet. Aus der Zeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallimpulses bis zum Erhalt des Lichtimpulses bzw. des Radiowellenimpulses wird der Abstand zwischen Roboter und Transponder abgeleitet.

[003] Aufgabe der Erfindung ist es, die Positionsbestimmung des mobilen Roboters zu verbessern. Es soll eine einfache technische Lösung angeboten werden, die eine sinnvolle Bahnplanung für die Navigation des autonom fahrenden Gerätes insbesondere in haushaltstypischer Umgebung ermöglicht. Bei den autonom fahrenden Geräten handelt es sich vorzugsweise um selbstfahrende Flächenreinigungsgeräte, vorzugsweise um Saugroboter, Feuchtreinigungsroboter, Wischroboter, Polierroboter oder Fenster- bzw. Fliesenreinigungsroboter. Derartige Flächenreinigungsgeräte werden insbesondere in Verbindung mit fest stehenden Basisstationen verwendet. Die selbstfahrenden Flächenreinigungsgeräte fahren die fest stehende Basisstation selbsttätig an um beispielsweise die elektrischen Batterien bzw. Akkumulatoren aufzuladen oder um eingesammelten Staub abzuladen. Ziel ist es, mit gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise einfachen technischen Mitteln dem selbstfahrenden Flächenreinigungsgerät Daten über seine Position in haushaltstypischer Umgebung zur Verfügung zu stellen, so dass hierauf eine gezielte Bahnplanung zur Navigation erfolgen kann.

[004] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Flächenbearbeitungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zeitgeber zur Durchführung der Laufzeitmessung durch das vom Lichtsignal-Empfänger empfangene Lichtsignal auslösbar und durch das vom Schallsignal-Empfänger empfangene Schallsignal anhaltbar ist und der auf Grundlage der gemessenen Laufzeit bestimmte Abstand von Mobilteil zu Basisteil eine Eingangsgröße bildet, die einer Steuerungseinheit für die Antriebsmittel des Mobilteils zuführbar ist. [005] Vorzugsweise sind der mindestens eine Lichtsignal-Sender und der mindestens eine Schallsignal-Sender zum zeitgleichen Starten des Aussendens ihre Signale ansteuerbar. Es kann jedoch auch der mindestens eine Lichtsignal-Sender und der mindestens eine Schallsignal-Sender zum zeitversetzten Starten des Aussendens ihrer Signale in einem vorgegebenen Zeitabstand ansteuerbar sein. Ein solcher vorzugsweise geringer Zeitversatz ist möglich, wenn der Zeitversatz zwischen Schall- und Lichtsignal vorgegeben wird. Der Zeitversatz muss dann bei der Auswertung der Zeitdifferenz d.h. bei der Bestimmung der Schall-Laufzeit berücksichtigt werden. Ein Zeitversatz kann erzeugt werden, in dem das Schallsignal nach dem Lichtsignal abgegeben wird oder umgekehrt das Lichtsignal in einem festen Zeitabstand nach dem Schallsignal abgegeben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform werden das Schall- und das Lichtsignal gleichzeitig abgesandt. Dadurch ist eine schnellstmögliche Messung und damit eine schnelle Abstandsbestimmung möglich, wodurch die Beweglichkeit bzw. die Fahrgeschwindigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit des Mobilteils erhöht wird.

[006] In einer bevorzugten Grundfunktion sind der mindestens eine Lichtsignal-Sender und der mindestens eine Schallsignal-Sender an dem Basisteil und die zugeordneten Lichtsignal- und Schallsignal-Empfänger am Mobilteil vorgesehen. Dabei sendet das Basisteil ein erstes Signal aus, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, wie z.B. Licht im sichtbaren oder im Infrarot-Bereich bzw. elektromagnetische Strahlung wie Funkwellen, und ein zweites Signal aus, das sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet, wie z.B. Ultraschall im nichthörbaren Schallbereich. Die Verwendung von Licht im Infrarot-Bereich und Schall im Ultraschall-Bereich hat den Vorteil, dass das Flachenbearbeitungssystem optisch nicht wahrnehmbar und nicht hörbar arbeitet, was zu geringen Störungen der im Raum anwesenden Personen führt.

[007] Vorzugsweise sind der mindestens eine Lichtsignal-Sender und der mindestens eine Schallsignal-Sender an dem Mobilteil und die zugeordneten Lichtsignal- und Schallsignal-Empfänger am Basisteil vorgesehen. Der Signalempfänger kann als einteiliges Bauteil ausgebildet sein, dass sowohl einen Schall- als auch einen Licht- Signalsensor aufweist. In einer für freifahrende Haushaltsgeräte bevorzugte technische Ausgestaltung ist als Lichtsignal-Sender eine Infrarot-Sendediode vorgesehen und als Schallsignal-Sender ist vorzugsweise ein Piezosummer für den Ultraschallbereich vorgesehen. Neben dieser kostengünstigen technischen Ausführung ist weiterhin von Vorteil, dass sowohl das Schallsignal, als auch das Lichtsignal von einem Benutzer nicht wahrnehmbar ist.

[008] In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems weist das Basisteil einen Schallsignal-Sender und das Mobilteil zum Empfang des ausgesendeten einen Schallsignals mindestens zwei in Abstand voneinander am Mobilteil angeordnete Schallsignal-Empfänger auf. Die zwei Schallsignal-Empfänger sind so weit voneinander entfernt positioniert, dass ein signifikanter Laufzeitunterschied des Schallsignals ausgewertet werden kann. Bei den regelmäßig im Haushalt anzutreffenden Raumgrößen und damit zu erwartenden Abständen zwischen Basisteil und Mobiltei kann eine ausreichend genaue Messung bereits bei Abständen unter 40cm zwischen den beiden Schallsignal-Empfängern realisiert werden.

[009] Alternativ kann das Mobilteil einen Schallsignal-Sender aufweisen und das Basisteil zum Empfang des ausgesendeten einen Schallsignals mindestens zwei in Abstand voneinander am Basisteil angeordnete Schallsignal-Empfänger aufweisen. Die Auswertung der Schall-Laufzeit kann dabei in dem Basisteil erfolgen und die ausgewerteten Daten werden beispielsweise über eine Funkverbindung auf das Mobilteil übertragen.

[010] In den soeben beschriebenen beiden alternativen ersten Varianten ist das Mobilteil in der Lage seinen Abstand relativ zum Basisteil zu bestimmen. Hiermit ist eine Verbesserung der Fahrstrategie in der Weise möglich, dass beispielsweise das Mobilteil in vorbestimmten Abständen (Radien) um das Basisteil herumfährt. Zunehmend können die Abstände bzw. die Radien vorzugsweise kontinuierlich erweitert oder verkürzt werden.

[011] In einer erweiterten Variante ist das Basisteil des Rächenbearbeitungssystems zum Aussenden vorzugsweise unterschiedlicher Schallsignale ausgebildet und weist mindestens zwei in Abstand voneinander am Basisteil angeordnete Schallsignal-Sender auf, wobei das Mobilteil zum Empfangen der mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignale einen Schallsignal-Empfänger aufweist. Mit dieser Anordnung ist die Position des Mobilteils relativ zum Basisteil bestimmbar. Ein Abstand der beiden Schallsignal-Sender von ca. 40cm hat sich als ausreichend erwiesen, um eine hinreichend genaue Auswertung der Signalabstände zu erreichen. Um Doppeldeutigkeiten bei der Signalauswertung zu vermeiden, kann feststellbar sein, welches Signal den Empfänger zuerst erreicht. Dazu weist der Schallsignal-Empfänger bzw. die nachgeschaltete Auswerteinheit beispielsweise einen Signaldifferenzierer auf, der die vom ersten und zweiten Schallsignal-Sender ausgesendeten beiden Signale zu unterscheiden vermag.

[012] In einer Ausgestaltung dieser Variante ist das Mobilteil des Flachenbearbeitungssystem zum Aussenden unterschiedlicher Schallsignale ausgebildet. Die Schallsignal-Sender können Schallsignale in unterschiedlichen Frequenzen, in unterschiedlicher Zeitabfolge oder in codierter Weise aussenden. Ein zeitlicher Abstand beider Signale kann beispielsweise deutlich größer als die üblichen Laufzeiten der Schallsignale zur Abstandsmessung sein.

[013] In einer weiteren Ausgestaltung dieser Variante ist das Mobilteil des Flachenbearbeitungssystem zum Aussenden unterschiedlicher Schallsignale ausgebildet und weist mindestens zwei in Abstand voneinander am Mobilteil angeordnete Schallsignal- Sender auf, wobei das Basisteil zum Empfangen der mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignale je einen zugeordneten Schallsignal-Empfänger aufweist.

[014] Optional kann das Flächenbearbeitungssystem mit mindestens einem Lichtsignal- Sender zum Aussenden verschiedener, den mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignalen zugeordneten Kennungen ausgebildet.

[015] Um außerdem Störeinflusse aus Fremdlichtquellen oder aus fremden Geräuschen auszuschließen, kann der mindestens eine Lichtsignal-Sender und/oder der mindestens eine Schallsignal-Sender zum frequenz- oder amplitudenmodulierten oder digitalcodierten Senden ausgebildet sind. Die jeweiligen Lichtsignal- Empfänger und/oder Schallsignal-Empfänger sind auf die frequenz- oder amplitudenmodulierten oder digitalcodierten Sender abgestimmt und reagieren nur auf diese bestimmte Modulierung bzw. Codierung. Dies ermöglicht insbesondere auch den Einsatz mehrerer mobiler Einheiten in dem selben Raum vorzugsweise wenn sich mehrere mobile Einheiten eine gemeinsame Basisstation teilen.

[016] Zur Steigerung der Genauigkeit einer Abstandsmessung auf Basis der Laufdauer eines Schallsignals kann das Flächenbearbeitungssystem eine Abstandsbestimmungs- Vorrichtung aufweisen, die mindestens einen Sensor zur Messung von physikalischen Größen umfasst, die Einfluß auf die lokale Schallgeschwindigkeit in der Umgebung des Flächenbearbeitungssystem nehmen. Die so gemessenen physikalischen Größen sind Grundlage für Korrekturwerte, die zur Berechnung der Schall-Laufzeit in die Berechung einfließen können.

[017] Die Sensoren können beispielsweise zur Messung der Luftdichte, Lufttemperatur, des Luftdruckes oder der Luftfeuchtigkeit ausgebildet sein. Es sind jede Art von Sensoren sinnvoll, die physikalische Größen messen, die Einfluß auf die Schallgeschwindigkeit haben.

[018] Alternativ oder ergänzend kann das Flächenbearbeitungssystem bzw. die Abstands- bestimmungs Vorrichtung eine Kalibriereinrichtung zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit aufweisen. Bei dieser Lösung sind gesonderte oder teure Sensoren entbehrlich.

[019] Dabei kann die Kalibriereinrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit auf Grundlage eines vorgegebenen Abstands von Schallsignal-Sender und Schallsignal-Empfänger in einer Parkposition des Mobilteils am Basisteil eine Messung der Schall-Laufzeit durchführen.

[020] Vorzugsweise ist der Kalibriereinrichtung zur Überprüfung der Funktion von Schallsignal-Sender und Schallsignal-Empfänger eine Bewertungseinheit zugeordnet, welche die auf Grundlage der Schall-Laufzeitmessung bestimmte Schallgeschwindigkeit im Vergleich mit einem vorgegebenen Schallgeschwindigkeitsbereich bewertet.

[021] Die oben beschriebenen Kaübriereinrichtungen können vorzugsweise eine Abstandsmessung dann durchführen, wenn das Mobilteil am Basisteil angedockt ist, d.h. wenn sich das Mobilteil zum Aufladen der Batterien bzw. Akkumulatoren oder zum Entleeren seines Staubsammelbehälters in einer definierten vorbestimmten Position an dem Basisteil befindet. In dieser vorbestimmten Position ist der exakte Abstand zwischen Schailsender und Schallempfänger bekannt und eine in dieser Parkposition stattfindende Abstandsmessung kann als Referenz für die Kalibriereinrichtungen dienen. Aus dem vorbekannten Abstand von Schallsender und Schallempfänger und der gemessenen aktuellen Laufzeit für das Schallsignal kann eine exakte lokale Schallgeschwindigkeit berechnet werden, die dann in einer Auswerteinheit als Referenz- Schallgeschwindigkeit abgespeichert und bei den weiteren Abstandsmessungen als tatsächliche Schallgeschwindigkeit herangezogen wird.

[022] Durch diese Art der Kalibrierung kann nicht nur die exakte lokale -Schallgeschwindigkeit bestimmt werden, sondern auch die Sende- und Empfangssensoren auf ordnungsgemäße Funktion überprüft werden. Liegt die in der Parkposition gemessene Schall-Laufzeit außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches, so muss von einem Defekt bei den Sende- oder Empfangssensoren ausgegangen werden.

[023] Für eine weitere Verbesserung des Messergebnisses kann das Flachenbearbeitungssystem eine Abstandsbestimmungsvorrichtung aufweisen, die ein elektronisches Bauteil zur Bestimmung der Laufzeit des Schallsignals enthält, das ein Korrekturglied zur Berücksichtigung der Laufdauer der elektrischen Signale durch das elektronische Bauteil mit umfasst. So kann auch die zur Berechnung der Schall-Laufzeit durch das elektronische Bauteil benötigte Rechenzeit als Korrekturwert zusätzlich herangezogen werden.

[024] Das Flächenbearbeitungssystem kann zur Feststellung einer direkten Signalübertagung zwischen Schallsignal-Sender und Schallsignal-Empfänger eine Auswerteinheit aufweisen, durch die eine wesentliche Signalabschwächung an dem mindestens einen Lichtsignal-Empfänger auswertbar ist. Die Schallwellen werden nämlich an Gegenständen mehr oder weniger stark reflektiert, so dass in bestimmten Fällen zu erwarten ist, dass das selbe Schallsignal vom zugeordneten Schallsignal- Empfänger mehrfach hintereinander empfangen wird. Zur Auswertung darf jedoch nur das erste empfangene Schallsignal herangezogen werden, da nur die direkte und damit die schnellste Übertragung der Schallsignale ein Maß für die kürzeste Verbindung und damit für den Abstand zwischen Basisteil und Mobilteil sein kann. Als weiteres Kriterium, um nicht direkt empfangene Schallsignale, d.h. reflektierte Schallsignale ausschließen zu können, kann der Empfang des Lichtsignals herangezogen werden. Wenn nämlich kein Lichtsignal bzw. nur ein sehr stark abgeschwächtes Lichtsignal vom Mobilteil empfangen wird, so befindet sich das Mobilteil in einem Schattenbereich, der weder von Licht noch von Schallsignalen auf direktem Weg erreichbar ist. Ein sehr stark abgeschwächtes, bzw. ein nicht vorhandenes Lichtsignal ist damit ein Entscheidungskriterium dafür, dass ein direkter Schallsignal-Empfang nicht möglich ist. Dabei kann eine Intensitätsschwelle für das empfangene Lichtsignal vorgesehen werden, um reflektiertes Licht ausschließen zu können. Insgesamt ist also eine Auswertung der Lichtsignal- Abschwächung dahingehend möglich, dass nur im direkten Sichtbereich zwischen Basisteil und Mobilteil eine Schall-Laufzeit-Messung sinnvoll ist und im Schattenbereich die Schall-Laufzeit-Messung nicht für die Navigation des Mobilteils herangezogen werden kann. Trotzdem ist nach oben beschriebener Methode der Abstandsbestimmung mittels Schall-Laufzeit-Messung eine Navigation des Mobilteils möglich. Im Schattenbereich kann das Mobilteil ohne geplanter Bahnvorgabe nach dem Zufallsprinzip fahrgesteuert werden.

[025] Um das Flächenbearbeitungssystem auch in Schattenbereichen des einen Basisteils navigieren zu können, kann mindestens ein zweites Basisteil zum Aussenden und/oder Empfangen von Schall- und/oder Lichtsignalen in Schattenbereiche des ersten Basisteils als Hilfssender vorgesehen sein.

[026] Vorteilhafter Weise kann das mindestens eine zusätzliche Basisteil und das Mobilteil bzw. mehrere Basisteile untereinander über Funk miteinander verbunden sein.

[027] In den verschiedenen Varianten der Kombinationen von Schallsignal-Sendern und SchaUsignal-Empfängern an Basisteil bzw. Mobilteil kann es bei den geometrischen Auswertungen zu Unbestimmtheiten kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die ausgesendeten Signale nicht kodiert sind und die Abstände zwischen den Schallsignal-Sendern und Schallsignal-Empfängern nur aufgrund der Laufzeitunterschiede zweier Signale unterscheidbar sind.

[028] Die Raumorientierung des Mobilteils relativ zum Basisteil soll bestimmbar sein, wodurch auch eine Ausrichtung des Mobilteils relativ zu seiner Fahrtrichtung möglich wird. Eine tangentiale Ausrichtung des Mobilteils zu einem Schallsignal-Sender am Basisteil wird erreicht, wen der zeitliche Abstand zweier im Abstand zueinander angeordneter Schallsignal-Empfänger am Mobilteil gleich groß ist. Eine radiale Ausrichtung des Mobilteils zu einem Schallsignal-Sender am Basisteil wird erreicht, wen der zeitliche Abstand eines von zwei im Abstand zueinander angeordneter Schallsignal-Empfänger am Mobilteil am größten und eines am kleinsten ist.

[029] In insbesondere diesen Fällen ist es sinnvoll, wenn das Mobilteil zu seiner Lagebestimmung einen Drehlagesensor aufweist.

[030] Der Drehlagesensor kann ein piezoelektrisches Gyroskop oder ein mechanischen Kreiselkompass sein. Alternativ oder ergänzend kann der Drehlagesensor Trakti- onsabnehmer für die Antriebsmittel, vorzugsweise für Räder des Mobilteils aufweisen. [031] Die Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren 1 bis 7 am Beispiel eines Flächenbearbeitungssystems, das einen in einem Wohnraum selbstfahrenden Reinigungsroboter aufweist, näher erläutert. [032] Es zeigen: [033] Fig. 1 eine schematischen Grundriss eines Raumes in dem ein erfindungsgemäßes Flächenbearbeitungssystem vorhanden ist; [034] Fig. 2 eine schematische Darstellung der Steuerungskomponenten für das erfindungsgemäße Flächenbearbeitungssystem; [035] Fig. 3a,b eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs der gesendeten Licht- und Schallsignale;

[036] Fig. 4 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen Basis einen Schallsignal-Sender und dessen Mobilteil einen Schallsignal- Empfänger und einen Drehlagesensor aufweist;

[037] Fig. 4a eine Fahrstrategie für das Mobilteil bei der ersten Variante nach Fig. 4;

[038] Fig. 5 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen Basis einen Schailsignal-Sender und dessen Mobilteil zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal-Empfängern aufweist;

[039] Fig. 6 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen Basis zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal- Sender und dessen Mobilteil einen Schallsignal-Empfänger aufweist;

[040] Fig. 7 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Flächenbearbeitungssystems, dessen Basis zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal- Sender und dessen Mobilteil zwei zugeordnete, in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schallsignal-Empfänger aufweist;

[041] Ein in Figur 1 schematisch im Grundriss dargestellter Wohnraum 1 ist von Wänden 2 begrenzt. Der Wohnraum 1 enthält eine Anzahl von Einrichtungsgegenständen, die Zusammenhang mit dem Flächenbearbeitungssystem als beispielhafte Hindemisse 3a und 3b bezeichnet sind. An einer Seitenwand 4 des Wohnraumes 1 ist ein Bassteil 5 aufgestellt. Ein selbstfahrendes Mobilteil 6 ist dem Basisteil 5 zugeordnet und kann sich autonom im Wohnraum 1 über die Bodenflächen bewegen, um diese zu reinigen. Ausgehend von einem am Basisteil 5 befindlichen Ursprung 7 spannt sich zur Bestimmung der momentanen Position des Mobilteils 6 ein gedachtes Koordinatensystem in den Wohnraum 1. Das selbstfahrende Mobilteil 6 steht über Licht-, Schall-, und optional Funksignale mit dem Basisteil 5 in Verbindung.

[042] Die erforderlichen Steuerungskomponenten für das Basisteil 5 und das Mobilteil 6 sind in Figur 2 schematisch dargestellt. Das Mobilteil 6 weist ein Gehäuse 8 auf, in dem die Antriebsmittel 9 untergebracht sind. Die Antriebsmittel 9 weisen drehbar gelagerte Räder 10 auf, die über einen elektrischen Motor 11 drehantreibbar sind. Die Motoren 11 sind mit einer elektronischen Fahrsteuerung 12 verbunden, in der eine geeignete Navigationsstrategie programmtechnisch hinterlegt ist. Zur Bestimmung des Abstandes eines mobilen Bezugspunktes 13 am Mobilteil 6 zu einem festen Bezugspunkt 14 (Ursprung 7) am Basisteil 4 ist die Fahrsteuerung 12 mit einer Abstands- bestimmungsvorrichtung 15 verbunden. Die Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 errechnet den Abstand zwischen mobilem Bezugspunkt 13 und dem festen Bezugspunkt 14 des Basisteils 4. Dazu ist der Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 ein Zeitgeber 16 zugeordnet. An den Zeitgeber 16 sind ein Lichtsignal-Empfänger 17 und ein Schallsignal-Empfänger 18 angeschlossen.

[043] Der Lichtsignal-Empfänger 17 dient dazu, ein von dem Basisteil 5 von einem Lichtsignal-Sender 19 ausgesandtes Lichtsignal zu detektieren. Der Schallsignal- Empfänger 18 dient dazu, ein von dem Basisteil 5 von einem Schallsignal-Sender 20 ausgesandtes Schallsignal zu detektieren. Zur Ansteuerung.des Lichtsignal- Senders 19 und des Schallsignal-Senders 20 weist das Basisteil 5 eine Sendesteuerung 21 auf. In einer Ausgestaltung ist die Sendesteuerung 21 über eine am Basisteil 5 angebrachte erste Antenne 22 und über eine am Mobilteil 6 angebrachte zweite Antenne 23 zum Austausch von Informationen über Funk verbunden.

[044] Die Fig. 3a zeigt ein erfindungsgemäßes Flächenbearbeitungssystem, dessen Basis 5 den Schallsignal-Sender 20 und den Lichtsignal-Sender 19 aufweist. Das Mobilteil 6 weist den Schallsignal-Empfänger 18 und den Lichtsignal-Empfänger 17 auf. Der am Basisteil 5 vorgesehene Lichtsignal-Sender 19 sendet zum Zeitpunkt t ein Lichtsignal und ein Schall-Signal aus. Das Lichtsignal wird im Rahmen der Erfindung nahezu gleichzeitig mit dem Aussenden von dem Lichtsignal-Empfänger 17 wahrgenommen und der schematisch dargestellte Zeitgeber 16 gestartet. Am Basisteil 5 wird vorzugsweise zeitgleich mit dem Aussenden des Lichtsignals ein Schallsignal über den Schallsignal-Sender 20 ausgesendet. Da die Schall-Laufzeit wesentlich geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist, erreicht das Schallsignal das Mobilteil 6 später als das Lichtsignal und zwar mit einer Verzögerung Δt. Mit dem Moment in dem der Schallsignal-Empfänger 18 das Schallsignal

[045] wahrgenommen wird (Fig. 3b), hält der Zeitgeber 16 die Zeitmessung an und übergibt das Messergebnis (Δt) an die Abstandsbestimmungsvorrichtung 15. Die Abstandsbestimmungsvorrichtung 15 ermittelt in Abhängigkeit der geometrischen und konstruktiven Randbedingungen einen Abstand A des mobilen Bezugspunktes 13 am Mobilteil 6 von dem festen Bezugspunktes 14 des Basisteils 5.

[046] In einer ersten Variante gemäß Figur 4 errechnet sich der Abstand A ausgehend von der gemessenen Zeit Δt unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit aus dem sich aus der Schall-Laufzeitmessung ergebenden Radius r. Auf Grundlage des Radius r und der konstruktiv vorgegebenen Distanz d zwischen Schallsignal-Empfänger 18 und mobilem Bezugspunkt 13 wird mit Berücksichtigung der vom Drehlagesensor 24 gemessenen Winkellage ß des Mobilteils 6 der Abstand A berechnet.

[047] Eine einfache Navigation des Mobilteils 6 wird beispielsweise wie in Figur 4a dargestellt, dadurch ermφglicht, dass die Fahrsteuerung 12 das Mobilteil 6 unter Einhaltung eines festen Abstands A bzw. Radius r auf einer Kreisbahn um das Basisteil 5 bewegen löst, entweder bis das Mobilteil 6 an einem Hindernis anstφLt, oder bis der Drehlagesensor eine Drehung bis maximal 360° fόr das Mobilteil 6 ermittelt hat. Nachdem das Basisteil 5 z.B. einmal umrundet bzw. der Kreisbogenabschnitt zwischen zwei Hindernissen 3a und 3b abgefahren wurde, wird ein anderer bspw. grφierer Radius r als ein Sollwert vorgegeben. Das Mobilteil 6 bewegt sich dann auf einem grφierem Radius r mit einem entsprechend grφlerem Abstand A auf einer Kreisbahn um das Basisteil 5. Das Mobilteil 6 kann sich aber auch spiralfφrmig um das Basisteil 5- bewegen, wobei die.Drehung des Mobilteils wesentlich mehr als.360° betrögt, .d.h. vorzugsweise ein Vielfaches davon ist.

[048] In einer zweiten Variante gemδi Figur 5 errechnet sich der Abstand A auf Basis zweier Messungen. Das vom Schallsignal-Sender 20 ausgesendete Schallsignal wird von zwei getrennten Schallsignal-Empfδngern 18a und 18b empfangen. Aus den verschiedenen Zeitmessungen ergeben sich fόr den Abstand zwischen Schallsignal-Sender 20 und Schallsignal-Empfδnger 18a der Radius r und fόr, den Abstand zwischen Schallsignal-Sender 20 und Schallsignal-Empfδnger 18b der Radius r . Aus den Radien r 1 und r2, sowie den konstruktiv vorgegebenen Abstand d 1 des Schallsig °nal- Empfδnger 18a vom mobilen Bezugspunkt 13 und dem Abstand d des Schallsignal- Empfδnger 18b vom mobilen Bezugspunkt 13 löst sich der Abstand A des mobilen Bezugspunkts 13 von dem festen Bezugspunkt 14 am Basisteil 5 und die rδumliche Lage des Mobilteils 6 ermitteln. Ergδnzend kann zur Vermeidung von Doppeldeutigkeiten in der Lageposition das Mobilteil 6 weiterhin den Drehlagesensor 24 aufweisen, um die rδumliche Lage des Mobilteils 6 zweifelsfrei zu bestimmen. [049] In einer dritten Variante gemδl Figur 6 errechnet sich der Abstand A auf Basis zweier Messungen. Das von einem ersten Schallsignal-Sender 20a und einem zweiten Schallsignal-Sender 20b ausgesendeten unterschiedlichen Schallsignale werden von einem Schallsignal-Empfδnger 18 empfangen. Aus den verschiedenen Zeitmessungen ergeben sich fόr den Abstand zwischen dem ersten Schallsignal-Sender 20a und dem Schallsignal-Empfδnger 18 der Radius r und fόr den Abstand zwischen dem zweiten Schallsignal-Sender 20b und dem Schallsignal-Empfδnger 18 der Radius r . Aus den Radien r und r sowie den konstruktiv vorgegebenen Abstand d des ersten 1 2, 1 Schallsignal-Senders 20a vom festen Bezugspunkt 14 und dem Abstand d des zweiten Schallsignal-Senders 20b vom festen Bezugspunkt 14 löst sich der Abstand A des mobilen Bezugspunkts 13 von dem festen Bezugspunkt 14 am Basisteil 5 und die rδumliche Lage des Mobilteils 6 ermitteln. Ergδnzend kann zur Vermeidung von Doppeldeutigkeiten in der Lageposition das Mobilteil 6 weiterhin den Drehlagesensor 24 aufweisen, um die rδumliche Lage des Mobilteils 6 zweifelsfrei zu bestimmen. In einer vierten Variante gemδL Figur 7 errechnet sich der Abstand A auf Basis zweier Messungen. Das von einem ersten Schallsignal-Sender 20a ausgesendete Schallsignal wird von einem zugeordneten ersten Schallsignal-Empfδnger 18a empfangen. Das von einem zweiten Schallsignal-Sender 20b ausgesendeten vom ersten Schallsignal unterschiedliche zweite Schallsignal wird von einem zugeordneten zweiten Schallsignal-Empfδnger 18b empfangen. Aus den verschiedenen Zeitmessungen ergeben sich fόr den Abstand zwischen dem ersten Schallsignal-Sender 20a und dem ersten Schallsignal-Empfδnger 18a der Radius r und fόr den Abstand zwischen dem zweiten Schallsignal-Sender 20b und dem zweiten Schallsignal- Empfδnger 18b der. Radius r ..Aus den Radien.r und r sowie- den. konstruktiv vorgegebenen Abstand D des ersten Schallsignal-Senders 20a vom festen Bezugspunkt 14 und dem Abstand D 2 des zweiten Schallsig ^σnal-Senders 20b vom festen Be- zugspunkt 14, sowie den konstruktiv vorgegebenen Abstand d des ersten Schallsignal- Empfδnger 18a vom mobilen Bezugspunkt 13 und dem Abstand d des zweiten Schallsignal-Empfδnger 18b vom mobilen Bezugspunkt 13 lδsst sich der Abstand A des mobilen Bezugspunkts 13 von dem festen Bezugspunkt 14 am Basisteil 5 und die rδumliche Lage des Mobilteils 6 ermitteln. Senden die beiden Schallsignal-Sender 20a und 20 b unterschiedliche Signale, kann eine ergδnzende Bestimmung der Lageposition das Mobilteil 6 mittels des Drehlagesensors 24 entfallen, da die gesendeten Signalen eindeutig dem jeweiligen Schallsignal-Empfδnger 18a oder 18b zugeordnet werden kφnnen.

Claims

Ansprüche

[001] Flächenbearbeitungssystem mit mindestens einem feststehenden Basisteil (5) und einem durch Antriebsmittel (9) selbstfahrenden Mobilteil (6), das auf Grundlage eines Messergebnisses einer auf das Basisteil (5) bezogenen Abstandsbestimmung in einer Fläche navigierbar ist, wobei einer Abstandsbestimmungsvorrichtung (15) mindestens ein Lichtsignal-Sender (19), und mindestens ein Schallsignal-Sender (20) zugeordnet ist, welche ausgesendeten Signale von zugeordneten Lichtsignal- (17) und Schallsignal-Empfängern (18) aufnehmbar sind, zum Ansteuern eines Zeitgebers (16), auf dessen Grundlage die Laufzeit des Schallsignals messbar und der Abstand von Mobilteil (6) und Basisteil (5) unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitgeber (16) zur Durchführung der Laufzeitmessung durch das vom Lichtsignal-Empfänger (17) empfangene Lichtsignal auslösbar und durch das vom Schallsignal-Empfänger (18) empfangene Schallsignäl anhaltbar ist und der auf Grundlage der gemessenen Laufzeit bestimmte Abstand von Mobilteil (6) zu Basisteil (5) eine Eingangsgröße bildet, die einer Steuerungseinheit für die Antriebsmittel (9) des Mobilteils (6) zuführbar ist.

[002] Flächenbearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsignal-Sender (19) und der mindestens eine Schallsignal- Sender (20) zum zeitversetzten Starten des Aussendens ihrer Signale in einem vorgegebenen Zeitabstand ansteuerbar sind.

[003] Flächenbearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsignal-Sender (19) und der mindestens eine Schallsignal- Sender (20) zum zeitgleichen Starten des Aussendens ihre Signale ansteuerbar sind.

[004] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsignal-Sender (19) und der mindestens eine Schallsignal-Sender (20) an dem Basisteil (5) und die zugeordneten Lichtsignal- (17) und Schallsignal-Empfänger (18) am Mobilteil (6) vorgesehen sind.

[005] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsignal-Sender (19) und der mindestens eine Schallsignal-Sender (20) an dem Mobilteil (6) und die zugeordneten Lichtsignal- (17) und Schallsignal-Empfänger (18) am Basisteil (5) vorgesehen sind.

[006] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (5) einen Schallsignal-Sender (20) aufweist und das Mobilteil (6) zum Empfang des ausgesendeten einen Schallsignals mindestens zwei in Abstand voneinander am Mobilteil (6) angeordnete Schallsignal-Empfänger (18a, 18b) aufweist. [007] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilteil (6) einen Schallsignal-Sender (20) aufweist und das Basisteil (5) zum Empfang des ausgesendeten einen Schallsignals mindestens zwei in Abstand voneinander am Basisteil (5) angeordnete Schallsignal- Empfänger (18a, 18b) aufweist. [008] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (5) zum Aussenden unterschiedlicher Schallsignale mindestens zwei in Abstand voneinander am Basisteil (5) angeordnete Schallsignal-Sender (20a, 20b) aufweist und das Mobilteil (6) zum Empfangen der mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignale je einen zugeordneten Schallsignal-Empfänger (18a, 18b) aufweist.

[009] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilteil (6) zum Aussenden unterschiedlicher Schallsignale mindestens zwei in Abstand voneinander am Mobilteil (6) angeordnete Schallsignal-Sender (20a, 20b) aufweist und das Basisteil (5) zum Empfangen der mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignale je einen zugeordneten Schallsignal-Empfänger (18a, 18b) aufweist.

[010] Flachenbearbeitungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsignal-Sender (19) zum Aussenden verschiedener, den mindestens zwei unterschiedlichen Schallsignalen zugeordneten Kennungen ausgebildet ist.

[011] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsignal-Sender (19) und/oder der mindestens eine Schallsignal-Sender (20) zum frequenz- oder amplitudenmodulierten oder digitalcodierten Senden ausgebildet sind.

[012] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsbestimmungsvorrichtung (15) mindestens einen Sensor zur Messung von physikalischen Größen aufweist, die Einfluss auf die lokale Schallgeschwindigkeit in der Umgebung des Flächenbearbeitungssystem nehmen.

[013] Flächenbearbeitungssystem nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor zur Messung der Luftdichte, Lufttemperatur, des Luftdruckes oder der Luftfeuchtigkeit ausgebildet ist.

[014] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsbestimmungsvorrichtung (15) eine Kalibrier- einrichtung zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit aufweist.

[015] Flächenbearbeitungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit auf Grundlage eines vorgegebenen Abstands von Schallsignal-Sender (20) und Schallsignal-Empfänger (18) in einer Parkposition des Mobilteils (6) am Basisteil (5) eine Messung der Schall-Laufzeit in der Parkposition durchführt.

[016] Flächenbearbeitungssystem nach Ansprach 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibriereinrichtung zur Überprüfung der Funktion von Schallsignal-Sender (20) und Schallsignal-Empfänger (18) eine Bewertungseinheit zugeordnet ist, welche die auf Grundlage der Schall-Lauf Zeitmessung bestimmte Schallgeschwindigkeit im Vergleich mit einem vorgegebenen Schallgeschwindigkeitsbereich bewertet.

[017] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsbestimmungsvorrichtung (15) ein elektronisches Bauteil zur Bestimmung der Laufzeit des Schallsignals aufweist, das .ein Korrekturglied zur Berücksichtigung der Laufdauer der elektrischen Signale durch das elektronische Bauteil umfasst.

[018] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsbestimmungsvorrichtung (15) zur Feststellung einer direkten Signalübertagung zwischen Schallsignal-Sender (20) und Schallsignal-Empfänger (18) eine Auswerteinheit aufweist, durch die eine wesentliche Signalabschwächung an dem mindestens einen Lichtsignal-Empfänger (17) auswertbar ist.

[019] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilteil (6) zu seiner Lagebestimmung einen Drehlagesensor (24) aufweist.

[020] Flächenbearbeitungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehlagesensor (24) ein piezoelektrisches Gyroskop oder einen mechanischen Kreiselkompass aufweist.

[021] Flächenbearbeitungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehlagesensor (24) Traktionsabnehmer für die Antriebsmittel (9), vorzusgweise für Räder (10) des Mobilteils (6) aufweist.

[022] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites Basisteil (5b) zum Aussenden und/ oder Empfangen von Schall- und/oder Lichtsignalen in Schattenbereiche des ersten Basisteils (5a) als Hilfssender vorgesehen ist.

[023] Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Basisteil (5) und das Mobilteil (6) bzw. mehrere Basisteile (5a, 5b) untereinander zusätzlich über Funk miteinander verbunden sind. Flächenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilteil (6) ein selbstfahrendes Flächenreinigungsgerät, vorzugsweise ein Saugroboter, ein Feuchtreinigungsroboter, ein Wischroboter, ein Polierroboter oder ein Fenster- bzw. Fliesenreinigungsroboter ist.