DE69526257T2

DE69526257T2 - Verfahren zum navigieren und system dafür

Info

Publication number: DE69526257T2
Application number: DE69526257T
Authority: DE
Inventors: Ehud Peless
Original assignee: Friendly Robotics Ltd
Current assignee: Friendly Robotics Ltd
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2015-06-07
Also published as: IL113913A0; US20020140393A1; US6850024B2; US6255793B1; US6417641B2; AU2816695A; EP0829040A1; US20050007057A1; EP0829040B1; US6984952B2; DE69526257D1; US20010022506A1; IL113913A; WO1996038770A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und entsprechende Systeme zum Navigieren in einem abgeschlossenen Bereich. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, das bzw. die dazu verwendet werden kann, ein automatisches Gerät zu veranlassen, sich in einem abgeschlossenen Bereich zu bewegen und vorgegebene Aufgaben auszuführen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Verwendung von automatisierten Geräten ist nun weit verbreitet, und sie finden zahlreiche Anwendungen. Zum Beispiel führen Roboter bei der Herstellung von elektronischen Geräten und in der Medizin und der Luftfahrt sehr genau schwierige Aufgaben aus. Roboter werden auch dort benutzt, wo eine Bewegung erforderlich ist, zum Beispiel in automatischen Lagerhäusern, in denen Güter von computergesteuerten Robotern aufgenommen und eingelagert werden. Andere Anwendungen umfassen etwa das Zuführen von Rohmaterialien im Verlauf von industriellen Herstellungen und das Entnehmen und Verpacken fertiger Teile. Es wurden auch bereits Versuche unternommen, im privaten Rahmen Roboter zum Rasenmähen und zum Staubsaugen zu verwenden.
Der Hauptnachteil von mobilen Robotern, den die Technik bisher nicht überwinden konnte, liegt in der Tatsache, daß ihre Bewegungen auf vorher eindeutig festgelegte Wege beschränkt sind, was normalerweise erfordert, daß sie sich Schienen entlang bewegen oder daß aufwendige Navigationsmarken in dem Bereich vorzusehen sind, in dem sie sich bewegen, die als "Stationen" dienen, die die genaue Position des Roboters immer wieder neu festlegen und von denen der Roboter sich programmgesteuert zur nächsten Station bewegen kann. Diese Zwischenmarken sind sehr teuer, benötigen Platz und sind im Gebrauch unpraktisch, da sie sehr genau positioniert werden müssen und nicht leicht bewegt werden können.
Zum Beispiel beschreiben die US-Patente 5 204 814 und 5 321 614 automatische Vehikel wie Rasenmäher, die so gesteuert werden, daß sie sich einen vorgegebenen Weg entlang bewegen.
Eine andere Vorgehensweise umfaßt das Vorgeben eines Bereichs, der von Begrenzungen umgeben ist, die vom Roboter erkannt werden können, wobei der Roboter in diesem Bereich eine Zufallsbewegung ausführt, während der er seiner Aufgabe nachgeht. Diese Vorgehensweise hat gleich mehrere Nachteile: Zuallererst kann, wenn sich der Roboter innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zufällig bewegt, nicht sichergestellt werden, daß der gesamte Bereich von dem Werkzeug erreicht wird, das daran arbeiten soll. Im Ergebnis können, auch wenn der Roboter für eine lange Zeit betrieben wird, am Ende der Operation unbearbeitete Bereiche verbleiben. Zweitens kann, wenn der zu bearbeitende Bereich unregelmäßig ist oder "Inseln", d. h. Gebiete enthält, die nicht bearbeitet werden dürfen, die Zufallsbewegung zur ungenauen Arbeit um solche Inseln und an den Stellen führen, an denen der Umriß eine unregelmäßige Form hat. Drittens ist es, da die Arbeit des Roboters nicht so programmiert ist, daß eine vorgegebene Abdeckung erhalten wird, erforderlich, die Zufallsbewegung für eine lange Zeit vorzusehen, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu erhöhen, daß ein Hauptteil des Bereichs bearbeitet wird. Dadurch erhöht sich nicht nur der Energieverbrauch, sondern dies führt auch zu einer erhöhten Abnutzung des Gerätes und kann auch unter Umweltgesichtspunkten unerwünscht sein, z. B. da es laut ist oder durch den Betrieb des Roboters eine andere Umweltverschmutzung verursacht wird. Auch wenn der Roboter mit Solarenergie arbeitet, werden die meisten der genannten Probleme nicht überwunden, und es entstehen weitere Probleme, die mit einer solchen Betriebsart verbunden sind. Zum Beispiel kann es sein, daß der Roboter in Bereichen der Welt, in denen die Sonneneinstrahlung geringer oder niedrig ist, nicht richtig arbeitet, und er kann z. B. bei bedecktem Himmel für einen erheblichen Teil des Tages außer Betrieb sein.
Es ist daher klar, daß es in höchstem Maße wünschenswert ist, Mittel zu schaffen, durch die sich automatisierte Mechanismen in einem vorgegebenen Bereich bewegen und ihre Aufgaben ausführen können, ohne von dem Erfordernis nach vorgegebenen Wegen oder Schienen oder durch Zwischen-Navigationsmarken behindert zu werden, und wodurch sie ihre Aufgabe auf eine vorgegebene Weise ausführen können, ohne von zufälligen Ereignissen und/oder nicht stabilen Energiequellen abhängig zu sein.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es hat sich herausgestellt, und dies ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, daß es möglich ist, automatisierte Mechanismen, die innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs arbeiten, von dem Erfordernis nach vorgegebenen Wegen und Schienen zu befreien und auch von dem Erfordernis nach Zwischen-Navigationshilfen, und so die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und Mittel zu schaffen, mit denen ein Roboter seine Aufgabe in einem abgeschlossenen Bereich frei von solchen Einschränkungen hochgenau in kürzester Zeit ausführen kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Navigationsverfahren zu schaffen, das die erwähnten Ziele erreicht.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, Einrichtungen zu schaffen, die in Systemen verwendet werden können, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.
Andere Aufgaben der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Betrieb eines Roboters in einem abgeschlossenen Bereich umfaßt das
Vorsehen einer Begrenzung entlang des äußeren Umfangs des Arbeitsbereichs, wobei die Begrenzung von einem Näherungssensor erfaßbar ist;
Vorsehen von Begrenzungen entlang des äußeren Umfangs jedes Bereichs innerhalb des Arbeitsbereichs, in dem der Roboter nicht arbeiten soll, wobei diese Begrenzungen ebenfalls von einem Näherungssensor erfaßbar sind;
Vorsehen eines Näherungssensors am Roboter;
Vorsehen einer Prozessoreinrichtung, die mit dem Näherungssensor verbunden ist und ein Eingangssignal von diesem erhält;
Vorsehen einer Ortungseinrichtung am Roboter, um zu jedem beliebigen Zeitpunkt die Koordinaten des Roboters relativ zu einem beliebigen Ursprung zu bestimmen;
Vorsehen einer Einrichtung zur Richtungserkennung;
Vorsehen einer Speichereinrichtung, um die in der Prozessoreinrichtung und, optional, die in der Ortungseinrichtung erzeugten Daten zu speichern; und das
Veranlassen des Roboters, sich entlang jeder der Begrenzungen, die um oder innerhalb des Arbeitsbereichs vorgesehen sind, zu bewegen, um die Begrenzungen zu erfassen und sich ihre Gestalt einzuprägen, und um in der Speichereinrichtung Werte zu speichern, die die Koordinaten der Begrenzungen relativ zu einem beliebigen Ursprung darstellen und dadurch eine Basiskarte des Arbeitsbereichs zu erzeugen;
und wenn der Roboter innerhalb des Bereichs arbeiten soll:
(a) Veranlassen des Roboters, von einem Startpunkt mit bekannten Koordinaten auf der Basiskarte des Arbeitsbereichs aus zu starten;
(b) ständiges Bestimmen der Koordinaten des Roboters durch Analyse der von der Ortungseinrichtung erhaltenen Daten und durch Erfassen der Nähe zu einer Begrenzung; und
(c) Korrektur der tatsächlichen Position des Roboters auf der Basiskarte durch Vergleich der berechneten und der tatsächlichen Koordinaten jeder erfaßten Begrenzung.
Mit "Roboter" soll jedes beliebige autonom arbeitende Gerät bezeichnet werden, das mit einem oder mehreren Werkzeugen vorprogrammierte Aufgaben ausführen kann, während es sich in dem Prozeß von einem Ort zu einem anderen bewegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ortungseinrichtung eine Einrichtung zur Bewegungsmessung, etwa einen Wegmesser oder dergleichen, um den vom Roboter zurückgelegt Weg zu messen, z. B. durch Messen der Anzahl von Umdrehungen eines Rades. Wie angegeben ist auch eine Einrichtung zur Richtungserkennung vorgesehen, um Informationen über die Richtung zu erhalten, in die sich der Roboter zu einer gegebenen Zeit bewegt, was erforderlich ist, um die Koordinaten des Roboters auf der Karte zu bestimmen. Die Einrichtung zur Richtungserkennung kann von jeder geeigneten Artsein, sie kann z. B. einen Kompaß enthalten.
Obwohl es wie angegeben eine Aufgabe der Erfindung ist, relativ unaufwendige Geräte für den Betrieb des Roboters zu verwenden, ist es natürlich trotzdem möglich, eine aufwendigere und kompliziertere Ausrüstung zu verwenden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher zum Beispiel möglich, anstelle oder zusätzlich zu der Verwendung eines Wegmessers oder dergleichen zur Messung des zurückgelegten Wegs Entfernungsmeßgeräte wie Laser-Entfernungsmeßgeräte oder HF-Entfernungsmeßgeräte zu verwenden, um den Abstand des Roboters von einer oder mehreren gegebene Stellen zu jeder beliebigen Zeit zu bestimmen. Solche Modifikationen sind jedoch für den Fachmann offensichtlich, sie werden daher hier nicht genauer besprochen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung einen metallischen Draht, durch den ein elektrischer Strom fließt, und der Näherungssensor enthält einen Magnetfelddetektor. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung eine passive metallische Einrichtung, die durch ein Magnetfeld erregbar ist, und der Näherungssensor enthält einen Detektor für ein elektrisches Feld. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung eine passive magnetische Einrichtung, und der Näherungssensor enthält einen Magnetfelddetektor. Die Begrenzung kann natürlich durch eine kontinuierliche oder durch eine diskontinuierliche Markierungseinrichtung markiert werden oder durch Kombinationen davon.
Gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung einen Führungsdraht, durch den ein akustisches Signal läuft, und der Näherungssensor enthält einen Akustikdetektor.
Eine weitere Verbesserung bei der Genauigkeit der Bestimmung der aktuellen Koordinaten des Roboters auf der Karte zu einem bestimmten Zeitpunkt kann dadurch erhalten werden, daß an den Begrenzungen eine Anzahl von einzeln erkennbaren Markierungen vorgesehen wird. Wenn der Roboter die Begrenzung erreicht, identifiziert er nicht nur diese durch den Näherungssensor, sondern er kann auch die der jeweiligen Markierung, die er erfaßt hat, zugeordneten exakten Koordinaten aufnehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Markierungen, falls vorhanden, im wesentlichen in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Der Fachmann kennt geeignete Markierungen, sie können z. B. eine HF-Kennzeichnung oder eine magnetische Kennzeichnung umfassen.
Wie angegeben umfaßt gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Einrichtung zur Abstandsmessung einen Wegmesser oder dergleichen, der mit den Rädern des Roboters verbunden ist.
Wie angegeben bewegt sich der Roboter bei der Initialisierung die Begrenzungen entlang und prägt sich ihre Gestalt ein. Ein solches Einprägen kann auf vielfache Weise erfolgen. Zum Beispiel kann die Gestalt durch das kontinuierliche oder diskontinuierliche Aufnehmen von Meßwerten vom Kompaß und vom Wegmesser eingeprägt werden, wobei die Meßwerte kontinuierlich integriert werden, um die vollständigen Koordinaten der Begrenzungen zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf vielfache Weise angewendet werden, es ist nicht auf ein besonderes Anwendungsgebiet festgelegt. Eine besonders interessierende Anwendung jedoch, auf die später auch noch zum Zwecke der beispielhaften Darstellung Bezug genommen wird, ist, wenn der Roboter mit einem Rasenmäher verbunden wird. Ein solcher Roboter kann den Rasen in Abwesenheit des Besitzers und zu jeder geeigneten Zeit mähen, oder jede vorgegeben Einrichtung staubsaugen.
Natürlich sind vorzugsweise Sicherheitseinrichtungen vorgesehen, die einen sicheren Betrieb des Roboters sicherstellen. Zum Beispiel sollte eine mit einer Logikschaltung verbundene automatische Abschaltung des Roboters sicherstellen, daß der Betrieb des Roboters beendet wird, wenn eine aus einer Anzahl von in Betracht gezogenen Möglichkeiten eintritt. Zum Beispiel kann, wenn der gemessene Weg, der zurückgelegt wurde, ohne daß eine Begrenzung angetroffen wurde, einen Schwellenwert übersteigt, der dem maximalen linearen Abstand innerhalb des abgeschlossenen Bereichs entspricht, wie er sich aus der Karte der Begrenzungen ergibt, heißen, daß der Roboter aufgrund zum Beispiel einer Fehlfunktion des Systems, durch die der Näherungssensor die Begrenzung nicht mehr erkannt hat, die Begrenzung überschritten hat. Der Fachmann kennt andere, von der Art des Roboters und dem vorgesehenen Verwendungszweck abhängige und erforderliche Sicherheitseinrichtungen.
Die Erfindung ist des weiteren gerichtet auf einen automatischen Roboter zum Betrieb innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs, mit
einem am Rotober angebrachten Näherungssensor;
einer Prozessoreinheit, die mit dem Näherungssensor verbunden ist und von dieser Eingangssignale aufnimmt;
einer Ortungseinrichtung, die zu einem beliebigen Zeitpunkt die Koordinaten des Roboters relativ zu einem beliebigen Ursprung bestimmt;
einer Einrichtung zur Richtungserkennung; und mit
einer Speichereinrichtung, um von der Prozessoreinheit und, optional, von der Ortungseinrichtung erzeugte Werte zu speichern; der dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Roboter eine Betriebssteuerung umfaßt,
die den Roboter veranlaßt, sich entlang von Begrenzungen zu bewegen, die entlang oder innerhalb des abgeschlossenen Bereichs verlaufen, um die Begrenzungen zu erfassen und sich ihre Gestalt einzuprägen und Werte in der Speichereinrichtung zu speichern, die die Koordinaten der Begrenzungen relativ zu einem beliebigen Ursprung darstellen, um dadurch eine Basiskarte des Arbeitsbereichs zu erzeugen, und
zum Veranlassen des Roboters, wenn er im abgeschlossenen Bereich arbeiten soll,
(a) von einem Startpunkt mit bekannten Koordinaten auf der Basiskarte des Arbeitsbereichs aus zu starten;
(b) ständig die Koordinaten des Roboters durch Analyse der von der Ortungseinrichtung erhaltenen Daten und durch Erfassen der Nähe einer Begrenzung zu bestimmen;
(c) die tatsächliche Position des Roboters auf der Basiskarte durch einen Vergleich der berechneten und der tatsächlichen Koordinaten für jede erfaßte Begrenzung zu korrigieren.
Die Bezeichnung "Näherungssensor" umfaßt hier jede Einrichtung, die in der Lage ist festzustellen, daß die Begrenzung des Arbeitsbereiches in der Nähe ist. Dies umfaßt z. B. Magnetfelddetektoren, Detektoren für akustische Signale usw. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Näherungssensor jedoch einen Magnetfelddetektor.
Die Erfindung umfaßt auch ein System zum automatischen Betrieb eines Roboters innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs, mit
Begrenzungseinrichtungen, die entlang des jeweiligen äußeren Umfangs des Arbeitsbereichs und jedes Bereichs innerhalb des Arbeitsbereichs, in dem der Roboter nicht arbeiten soll, angeordnet werden können, wobei die Begrenzungseinrichtungen von einem Näherungssensor erfaßbar sind; mit
einem automatischen Roboter wie oben angegeben; und mit
einer Bewegungseinrichtung, um den Roboter zu bewegen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt schematisch einen abgeschlossenen Bereich, in dem ein Roboter arbeiten soll, wobei die schraffierten Bereiche "Inseln" darstellen, in die der Roboter nicht eindringen darf;
Fig. 2 zeig im Querschnitt eine Begrenzung der Fig. 1 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3(A) und (B) zeigen das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Polarkoordinaten;
Fig. 4 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Verwendung von kartesischen Koordinaten;
Fig. 5(A) und (B) sind ein Flußdiagramm für ein Beispiel eines Ortskorrekturprozesses gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Arbeitsweise eines Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Alle die obigen und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der folgenden beispielhaften und nicht einschränkenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen hervor.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist der Arbeitsbereich, in dem der Roboter arbeiten soll und der mit "A" bezeichnet ist, von einer Begrenzung 1 umgeben. Innerhalb des Arbeitsbereichs befinden sich "Inseln", in die der Roboter nicht eindringen darf, die schraffiert sind und die von Begrenzungen 2 und 3 umgeben sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Roboter ein automatischer Rasenmäher, der Bereich A ist ein Rasen. Die Inseln 2 und 3 können z. B. Bäume und deren Umgebung oder Blumenbeete sein. Der Mäher soll daher nur in den Bereichen arbeiten, in denen Gras wächst, und die anderen Bereiche meiden.
Wie angegeben können gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Begrenzungen 1, 2 und 3 einen leitenden Draht umfassen. Diese Art einer Begrenzung ist im Querschnitt in der Fig. 2 gezeigt, die einen Draht 4 zeigt, der aus einem metallischen Kern 5 und einer Kunststoff-Außenschicht 6 besteht. Durch den Draht wird ein Strom "i" geschickt, wodurch entlang des Drahtes ein magnetisches Feld erzeugt wird.
Die Intensität des Stromes kann sehr klein sein, da es nicht erforderlich ist, daß das Magnetfeld in einem großen Abstand von der Begrenzung erfaßt wird, sondern da es ausreicht, daß es in der unmittelbaren Umgebung des Drahtes festgestellt werden kann. Das Magnetfeld wird bei dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung durch einen Magnetfeldsensor erfaßt, der am Rasenmäher angebracht ist. Das Magnetfeld und der Sensor zu dessen Erfassung sind von herkömmlicher Art und allgemein bekannt und werden deshalb der Kürze halber hier nicht genauer beschrieben.
Wenn der Rasenmäher als Beispiel genommen wird, wobei jedoch klar ist, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Verwendung mit einem Rasenmäher oder mit einer anderen bestimmten Vorrichtung beschränkt ist, arbeitet die Erfindung wie folgt. Es wird ein Koordinatensystem sowie ein Startpunkt definiert. Die Fig. 3A zeigt einen Rasenmäher L relativ zu dem Startpunkt "5" innerhalb des Rasens, wobei sich der Rasenmäher L an einem Punkt (θ, r) befindet, das heißt in einem Abstand r, der durch Messen der Bewegung des Mähers erhalten wird, und in einem Winkel θ vom Startpunkt S, wobei der Winkel durch einen Kompaß gemessen wird. Wie in der Fig. 2B gezeigt, hat damit jeder Punkt im umschlossenen Bereich A eindeutige Polarkoordinaten.
Wenn der Roboter die Begrenzungen seiner Aufgabe lernen soll, wird der Rasenmäher zuerst veranlaßt, daß er sich die Begrenzung 1 der Fig. 1 entlangbewegt. Die Speichereinrichtung des Roboters prägt sich die Koordinaten der Begrenzung 1 relativ zum Startpunkt 5 ein. Während dieser Lernbewegung erfaßt der am Roboter angebrachte Begrenzungssensor (nicht gezeigt) die Begrenzung 1. Gleichermaßen werden die Begrenzungen 2 und 3 das erste Mal durch den Roboter erfaßt und für den späteren Gebrauch gespeichert. Der Roboter besitzt nun eine Anfangskarte des Bereichs, die ähnlich der ist, die in der Fig. 3B gezeigt ist, wobei jedem Punkt eine Koordinate zugeordnet ist. Der so erzeugte Satz von Koordinaten wird "die Karte" des Arbeitsbereichs genannt.
Wenn der Rasen gemäht werden soll, wird der Roboter zum Startpunkt S gebracht und entsprechend einem vorprogrammiert Satz von Instruktionen gestartet, wobei die vorprogrammierten Instruktionen für jede Aufgabe verschieden sein können. Zum Beispiel sieht ein kreisförmiger Rasen besser aus, wenn er kreisförmig gemäht wird, während ein Fußballfeld ein hin- und hergehendes Mähen erfordert. Der erfindungsgemäße, automatisierte Rasenmäher kann mit einer Anzahl von voreingestellten Programmen versehen sein, aus denen der Benutzer auswählen kann.
Der Roboter ist wie erwähnt auch mit einer Abstandsmeßeinrichtung versehen, etwa einem Wegmesser oder dergleichen. Solche Geräte sind jedoch nicht hundertprozentig genau, so daß nur angenäherte Abstandswerte für eine gegebene Position erhalten werden. Der Fehler bei der Abstandsmessung kann durch eine Reihe von Gründen verursacht werden, z. B. durch das Rutschen der Räder auf einem nassen Rasen, durch unebenen Grund usw., und der Fehler kann bis zu einem erheblichen Ausmaß anwachsen, wodurch die Fähigkeit des Roboters zur Vervollständigung seiner Aufgabe mit einem hohen Grad an Präzision beeinträchtigt wird. Es gibt natürlich präzise Meßeinrichtungen wie Laser-Entfernungsmeßgeräte, diese sind jedoch teuer und/oder erfordern Kalibrierstellen in oder um den Arbeitsbereich. Ein Ziel der Erfindung ist es, die Verwendung von solchen teuren und komplizierten Abstandsmeßeinrichtungen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß vergleicht daher der eine Aufgabe beginnende Roboter kontinuierlich den vom Wegmeßgerät oder einem anderen Abstandsmeßgerät gemessenen Abstand mit dem Abstand von einer vorherigen Position zu den Begrenzungen in den Winkelkoordinaten, denen er folgt. Wenn die Begrenzung früher erfaßt wird als entsprechend diesem Vergleich erwartet wird (oder wenn, mit anderen Worten, die Differenz zwischen dem Abstand aus der Karte und dem gemessenen Abstand negativ ist), bewegt sich der Roboter weiter, bis die Begrenzung erfaßt wird. Wenn die Differenz zwischen dem Abstand aus der Karte und der gemessenen Abstand positiv ist, oder wenn in anderen Worten die Begrenzungen früher angetroffen werden als erwartet, wird der tatsächliche Wert der Koordinate so korrigiert, daß er dem in der Karte entspricht.
Der Startpunkt ist anfänglich der Punkt "5", und die Korrekturen des Abstandsfehlers erfolgen relativ zu diesem Punkt. Beim Fortschreiten der Arbeit kann natürlich der Startpunkt für die Vergleichszwecke mit der Karte des Bereichs zu einem anderen Punkt im Bereich verlegt werden, z. B. zu einem Treffpunkt mit einer Begrenzung.
Gleichermaßen wurde der Roboter so vorprogrammiert, daß er "Inseln" vermeidet und eine Insel entsprechend der tatsächlichen Position der erfaßten Begrenzung erfaßt, wobei er seine vorliegende Arbeitskarte auf der Basis der Erfassung der Begrenzung und der ursprünglichen Karte korrigiert. Wie der Fachmann erkennt, ist die Genauigkeit der Korrektur der aktuellen Arbeitskarte um so höher, je größer die Anzahl vom umschlossenen Bereichen ist. Die Inseln unterstützen daher faktisch das Einhalten der Präzision und die Korrektur der aktuellen Arbeitskarte. Wenn der Arbeitsbereich besonders groß ist, kann es daher wünschenswert sein, zum Zwecke der Kartenkorrektur künstliche Inseln vorzusehen.
Wie der Fachmann erkennt, ist die oben beschriebene Arbeitsweise gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch hinsichtlich der Begrenzungen sehr praktisch, da der Draht oder die Spule in die Erde eingebettet werden kann, wodurch jede tatsächliche oder auch nur ästhetische Störung des Arbeitsbereichs vermieden wird. Der Energiebedarf zum Erzeugen eines lokalen Magnetfeldes ist sehr klein.
Die Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der der Ort jedes Punktes in kartesischen Koordinaten gemessen wird. Dem Fachmann ist klar, daß es für die Erfindung nicht wichtig ist, daß ein bestimmtes Koordinatensystem gewählt wird, sondern daß es praktischer sein kann, in Abhängigkeit von dem verwendeten Kartenkorrekturprozeß einen bestimmten Satz von Koordinaten zu wählen.
Ein bestimmter Prozeß, bei dem kartesische Koordinaten verwendet werden, wird im folgenden beispielhaft unter Bezug auf das Flußdiagramm der Fig. 5 beschrieben.
In der Fig. 5A wird die Korrektur eines Fehlers auf einer Achse (der Y-Achse in dem im Flußdiagramm der Fig. 5A gezeigten Beispiel) entsprechend einer möglichen Ausführung der Erfindung gezeigt, während der Fehler auf der anderen Achse nicht behandelt wird. Die Fig. 5B zeigt dagegen ein Verfahren gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung, bei dem in einem Schritt sowohl die X- als auch die Y-Fehler korrigiert werden. Es ist anzumerken, daß, obwohl bei der Ausführungsform der Fig. 5A zu einem Zeitpunkt nur der Fehler auf einer Achse korrigiert werden kann, der Fehler auf der anderen Achse dadurch korrigiert werden kann, daß eine Bewegung in einer Richtung erfolgt, die senkrecht zu der korrigierten Achse liegt. Die Bewegung des Roboters kann so programmiert werden, daß mit einer geeigneten Korrekturrate sowohl die X- als auch die Y-Ortskoordinaten aktualisiert werden.
In der Fig. 5B ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der die Begrenzungen mit Markierungen (4 in der Fig. 5B) versehen sind, die eine eindeutige Identität haben. Die Markierungen sind in der Regel gleichmäßig beabstandet; es ist jedoch auch ein anderes Abstandsschema möglich. Die Markierungen können von jeder geeigneten Art sein, z. B. eine HF-Kennzeichnung, eine magnetische Kennzeichnung oder dergleichen, die jeweils ein Signal emittiert, das von einem Sensor identifiziert werden kann. In einem solchen Fall muß natürlich ein geeigneter Sensor am Roboter angebracht sein, der die eindeutigen Identifikationssignale auch identifizieren kann.
Während des Initiationsprozesses fährt der Roboter eine vollständige Schleife um den Rand ab und speichert die Form der Begrenzung sowie die Position jeder Markierung (die X- und Y-Koordinaten jeder einzelnen Markierung). Diese Prozedur ermöglicht mit dem im Flußdiagramm der Fig. 5B gezeigten Verfahren immer dann eine Korrektur sowohl des X- als auch des Y-Koordinatenfehlers, wenn der Rand erfaßt wird.
Schematisch gesprochen arbeitet der Roboter gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 6.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Betrieb eines Roboters (L), mit den Schritten:

Vorsehen eines Näherungssensors am Roboter;

Vorsehen einer Prozessoreinrichtung, die mit dem Näherungssensor verbunden ist und ein Eingangssignal von diesem erhält;

Vorsehen einer Ortungseinrichtung am Roboter, um zu jedem beliebigen Zeitpunkt die Koordinaten des Roboters relativ zu einem beliebigen Ursprung zu bestimmen;

Vorsehen einer Einrichtung zur Richtungserkennung;

Vorsehen einer Speichereinrichtung, um die in der Prozessoreinrichtung und, optional, die in der Ortungseinrichtung erzeugten Daten zu speichern;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum automatischen Betrieb des Roboters innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs (A) dient und folgende weitere Schritte umfaßt:

Vorsehen einer Begrenzung (1) entlang des äußeren Umfangs des Arbeitsbereichs, wobei die Begrenzung von einem Näherungssensor erfaßbar ist;

Vorsehen von Begrenzungen (2, 3) entlang des äußeren Umfangs jedes Bereichs innerhalb des Arbeitsbereichs, in dem der Roboter nicht arbeiten soll, wobei die Begrenzungen ebenfalls von einem Näherungssensor erfaßbar sind;

Veranlassen des Roboters, sich entlang jeder der Begrenzungen, die um oder innerhalb des Arbeitsbereichs vorgesehen sind, zu bewegen, um die Begrenzungen zu erfassen und sich ihre Gestalt einzuprägen und um in der Speichereinrichtung Werte zu speichern, die die Koordinaten der Begrenzungen relativ zu einem beliebigen Ursprung (S) darstellen und dadurch eine Basiskarte des Arbeitsbereichs zu erzeugen;

wenn der Roboter innerhalb des Bereichs arbeiten soll:

(a) Veranlassen des Roboters, von einem Startpunkt mit bekannten Koordinaten auf der Basiskarte des Arbeitsbereichs aus zu starten;

(b) ständiges Bestimmen der Koordinaten (0, r; x, y) des Roboters durch Analyse der von der Ortungseinrichtung erhaltenen Daten und durch Erfassen der Nähe zu einer Begrenzung; und

(c) Korrektur der tatsächlichen Position des Roboters auf der Basiskarte durch Vergleich der berechneten und der tatsächlichen Koordinaten jeder erfaßten Begrenzung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung einen Metalldraht (4) umfaßt, durch den ein elektrischer Strom fließt, und wobei der Näherungssensor einen Magnetfelddetektor enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung einen Führungsdraht umfaßt, durch den ein akustisches Signal läuft, und wobei der Näherungssensor einen Akustikdetektor umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung eine passive metallische Einrichtung umfaßt, die durch ein Magnetfeld erregbar ist, und wobei der Näherungssensor einen Detektor für ein elektrisches Feld umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung eine passive magnetische Einrichtung umfaßt, und wobei der Näherungssensor einen Magnetfelddetektor umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das akustische Signal im Ultraschallbereich liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ortungseinrichtung eine Einrichtung zur Bewegungsmessung umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung zur Bewegungsmessung einen Wegmesser umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Roboter mit einem Rasenmäher gekoppelt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Roboter mit einem Staubsauger gekoppelt ist.

11. Automatischer Roboter (L) zum Betrieb innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs (A), mit

einem am Rotober angebrachten Näherungssensor;

einer Prozessoreinheit, die mit dem Näherungssensor verbunden ist und von diesem Eingangssignale aufnimmt;

einer Ortungseinrichtung, die zu einem beliebigen Zeitpunkt die Koordinaten (0, r; x, y) des Roboters relativ zu einem beliebigen Ursprung (S) bestimmt;

einer Einrichtung zur Richtungserkennung; und mit

einer Speichereinrichtung, um von der Prozessoreinheit und, optional, von der Ortungseinrichtung erzeugte Werte zu speichern; dadurch gekennzeichnet, daß

der Roboter eine Betriebssteuerung umfaßt,

die den Roboter veranlaßt, sich entlang von Begrenzungen (1, 2, 3) zu bewegen, die entlang oder innerhalb des abgeschlossenen Bereichs verlaufen, die Begrenzungen zu erfassen und sich ihre Gestalt einzuprägen, und Werte in der Speichereinrichtung zu speichern, die die Koordinaten der Begrenzungen relativ zu einem beliebigen Ursprung darstellen, um dadurch eine Basiskarte des Arbeitsbereichs zu erzeugen, und

zum Veranlassen des Roboters, wenn er im abgeschlossenen Bereich arbeiten soll,

(a) von einem Startpunkt mit bekannten Koordinaten auf der Basiskarte des Arbeitsbereichs aus zu starten;

(b) ständig die Koordinaten des Roboters durch Analyse der von der Ortungseinrichtung erhaltenen Daten und durch Erfassen der Nähe einer Begrenzung zu bestimmen;

(c) die tatsächliche Position des Roboters auf der Basiskarte durch einen Vergleich der berechneten und der tatsächlichen Koordinaten für jede erfaßte Begrenzung zu korrigieren.

12. Roboter nach Anspruch 11, wobei der Näherungssensor einen Magnetfelddetektor umfaßt.

13. Roboter nach Anspruch 11, wobei der Näherungssensor einen akustischen Detektor umfaßt.

14. Roboter nach Anspruch 11, wobei der Näherungssensor einen Detektor für ein elektrisches Feld umfaßt.

15. Roboter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Ortungseinrichtung eine Bewegungsmeßeinrichtung umfaßt.

16. Roboter nach Anspruch 15, wobei die Bewegungsmeßeinrichtung einen Wegmesser umfaßt.

17. Roboter nach einem der Ansprüche 11 bis 16, der mit einem Rasenmäher gekoppelt ist.

18. Roboter nach einem der Ansprüche 11 bis 16, der mit einem Staubsauger gekoppelt ist.

19. System zum automatischen Betrieb eines Roboters innerhalb eines abgeschlossenen Bereichs, mit

Begrenzungseinrichtungen (4), die entlang des jeweiligen äußeren Umfangs (1, 2, 3) des Arbeitsbereichs und jedes Bereichs innerhalb des Arbeitsbereichs, in dem der Roboter nicht arbeiten soll, angeordnet werden können, wobei die Begrenzungseinrichtungen von einem Näherungssensor erfaßbar sind; mit

einem automatischen Roboter nach Anspruch 11; und mit

einer Bewegungseinrichtung, um den Roboter zu bewegen.

20. System nach Anspruch 19, wobei die durch einen Näherungssensor erfaßbare Begrenzungseinrichtung einen metallischen Draht umfaßt, durch den ein elektrischer Strom fließt, und wobei der Näherungssensor einen Magnetfelddetektor umfaßt.

21. System nach Anspruch 19 oder 20, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung einen Führungsdraht umfaßt, durch den ein akustisches Signal läuft, und wobei der Näherungssensor einen Akustikdetektor umfaßt.

22. System nach Anspruch 19 oder 20, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung eine passive metallische Einrichtung umfaßt, die durch ein Magnetfeld erregbar ist, und wobei der Näherungssensor einen Detektor für ein elektrisches Feld umfaßt.

23. System nach Anspruch 19 oder 20, wobei die durch den Näherungssensor erfaßbare Begrenzung eine passive magnetische Einrichtung umfaßt, und wobei der Näherungssensor einen Magnetfelddetektor umfaßt.

24. System nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die Begrenzungen mit mehreren individuell erkennbaren Markierungen versehen sind.

25. System nach Anspruch 24, wobei die Markierungen im wesentlichen in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.

26. System nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Markierung eine HF-Kennzeichnung oder eine magnetische Kennzeichnung umfaßt.

27. System nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei die Bewegungsmeßeinrichtung einen Wegmesser umfaßt.

28. System nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei der Roboter mit einem Rasenmäher verbunden ist.

29. System nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei der Roboter mit einem Staubsauger verbunden ist.