Beschreibung

Titel

Verfahren zur Steuerung einer autonomen Vorrichtung, sowie autonome Vorrichtung

Stand der Technik

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung von mobilen Systemen, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung von autonomen Vorrichtungen.

Autonome Vorrichtungen finden in letzter Zeit eine immer weitere Verbreitung und halten nunmehr auch Einzug in den breiten Konsumentenmarkt. Beispiele für derartige kommerzielle Produkte sind der selbstfahrende Staubsauger für den

Innenbereich oder aber auch der autonome Rasenmäher für den Außenbereich.

Diese Systeme können schon heute ihre jeweiligen Tätigkeiten weitgehend selbständig, d.h. nahezu ohne Eingreifen des Benutzers bzw. Anwenders verrichten.

Die autonome Tätigkeit der mobilen Systeme bzw. Vorrichtungen ermöglicht einem Anwender damit zumindest einen Freizeitgewinn und darüber hinaus ggfls. auch

Kostenersparnisse.

Die auf dem Markt zurzeit verfügbaren autonomen Rasenmäher beispielsweise haben jedoch für den privaten Gebrauch noch einige wesentliche Nachteile, von denen nachfolgend zumindest einer exemplarisch näher beschrieben werden soll.

Zur Definition des Mähbereiches für das System ist eine Abgrenzung erforderlich, die häufig mit Hilfe von Strom durchflossenen Leiterschleifen erfolgt. Zulässige

Mähbereiche und verbotene Gartenbereiche, wie beispielsweise Blumenbeete, Bäume oder Teichanlagen, sind im Vorfeld der Arbeitsaktion des autonomen

Systems im Einzelnen einzufassen. Dazu ist eine derartige Einfassung jeweils für jede Mähaktion neu aufzubauen oder aber für den Dauerbetrieb sicher im Garten zu vergraben. Die Abgrenzung des erwünschten Einsatzbereiches für die autonome Vorrichtung wird dadurch jedoch sehr aufwändig und muss im oben genannten Fall zudem auch noch extern mit Strom versorgt werden.

Bei großen Einsatzgebieten, insbesondere auch im Innenbereich, wie beispielsweise Krankenhäusern oder Fabrikhallen, ist es zwar prinzipiell möglich, eine derartige autonome Vorrichtung von Hand einzulernen, und mit der Umgebung „vertraut" zu machen, dies erfordert jedoch für jedes neue Einsatzgebiet wiederum eine sogenannte Einlernphase.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einer autonomen Vorrichtung Mittel an die Hand zu geben, so dass diese Vorrichtung ohne aufwändige Instrumentierung oder Einlernphasen in ihrem vorgesehenen räumlichen Operationsgebiet die ihr zugewiesenen Aufgaben erfüllen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren, bzw. ein nach diesem Verfahren arbeitendes mobiles System, insbesondere eine derartige autonome Vorrichtung, wie beispielsweise ein autonomer Rasenmäher, ist so ausgestaltet, dass die

Lokalisation (Bestimmung der Position und Orientierung im Raum) der Vorrichtung möglich ist und sich mit Hilfe digitaler Umgebungsdaten, wie beispielsweise Umgebungskarten eine effiziente Navigation der Vorrichtung und somit intelligente Mähstrategie gestalten lässt.

Kommerziell erhältliche autonome mobile Systeme bzw. Vorrichtungen haben heutzutage zumeist keine Karte ihrer Umgebung bzw. ihres Einsatzgebietes oder müssen eine solche Karte erst zeitaufwändig selbst erstellen. Haben sie keinerlei Karte, so operieren und navigieren sie, wie beispielsweise Roboterstaubsauger oder

Roboterrasenmäher, nach dem Zufallsprinzip, was im Falle von Rasenmähern zum Beispiel zur unvollständigen Abdeckung des Einsatzgebietes und damit zu einem unsauberen Schnittbild führen kann. Das Selbsterstellen einer Karte ist eine schwierige Aufgabe und erfordert darüber hinaus zusätzliche Sensorik, eine Instrumentierung der Umgebung und natürlich auch zusätzlichen Zeitaufwand.

Durch die erfindungsgemäße automatische Bereitstellung von räumlichen Informationen, wie beispielsweise Kartenmaterial, an die mobile autonome Vorrichtung, wird eine schnelle und effiziente Informationsvermittlung des Systems gewährleistet. Die Informationen liefern dabei insbesondere Beschreibungen der aktuellen Umgebung, in der die autonome Vorrichtung operieren soll.

Dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer autonomen Vorrichtung, insbesondere eines autonomen Arbeits- oder Wachroboters in einem ersten Schritt die aktuelle Position, insbesondere die initiale Position der Vorrichtung bestimmt. Die initiale Position der Vorrichtung ist eine derartige Position, in die die Vorrichtung vor Beginn ihrer Tätigkeit bzw. Operation von einem Anwender oder selbständig gebracht wird.

In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die ermittelte

Position der Vorrichtung an eine Anwendung, insbesondere an eine räumlich entfernte Anwendung, beispielsweise einen Webservice des Internets übermittelt.

Die Anwendung bestimmt dann anhand der gesendeten Position und einer Datenbank, auf die die Anwendung Zugriff hat, die Umgebungsdaten der

Vorrichtung und sendet die verfügbaren Umgebungsdaten oder eine qualifizierte Auswahl dieser Daten an die autonome Vorrichtung zurück.

Die autonome Vorrichtung erhält somit für jedes Einsatzgebiet individuell die erforderlichen Umgebungsdaten, beispielsweise eine Karte, ohne diese selbst zeitaufwändig erstellen zu müssen.

In vorteilhafter Weise wird die initiale Position der autonomen Vorrichtung mittels Satelliten gestützter Navigation, insbesondere GPS oder dem Galileo System,

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ermittelt. Entsprechende Empfänger sind bereits heute kostengünstig erhältlich, so dass der Gesamtpreis des Systems nicht zu sehr belastet wird.

Die übermittlung von Umgebungsdaten kann in vorteilhafter Weise über eine Internetverbindung als Kommunikationseinrichtung, insbesondere eine drahtlose

Internetverbindung erfolgen.

Mit Hilfe der Internetverbindung nimmt die autonome Vorrichtung Kontakt zu einer Anwendung, beispielsweise einem Webservice auf und sendet dieser Anwendung über die Kommunikationsmittel seine Position, insbesondere seine initiale Position.

über die Anwendung und eine mit der Anwendung in Verbindung stehende Datenbank kann dann anhand der übermittelten Position die Einsatzfläche, in der sich die autonome Vorrichtung befindet, bestimmt werden und sämtliche verfügbaren Umgebungsdaten für die Position der autonomen Vorrichtung abgefragt werden.

Bei dem Einsatzgebiet kann es sich beispielsweise um ein Grundstück, mehrere Grundstücke oder auch um ein oder mehrere Zimmer eines Gebäudes handeln.

In vorteilhafter Weise ist zur Bestimmung eines Grundstückes, in oder auf dem die autonome Vorrichtung arbeiten soll, auch eine niedrige Genauigkeit des Navigations- bzw. Positionssystems ausreichend. Auch bei einer niedrigen Genauigkeit des Positionsverfahrens kann sich die autonome Vorrichtung genau lokalisieren, wenn diese beispielsweise eine selbst erstellte Karte mit der übermittelten Karte in Korrespondenz bringt.

Die für das Einsatzgebiet der autonomen Vorrichtung verfügbaren und relevanten Daten werden dann über die Kommunikationsmittel an die autonome Vorrichtung gesandt.

Diese Informationen können dabei beispielsweise die Außengrenzen eines Grundstückes und/oder die Lage von Gebäuden, Bäumen, Brunnen oder dergleichen auf dem Grundstück sein.

Diese Informationen können jedoch auch Grundrisse und Raumeinteilungen von Gebäuden sein, so dass der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf den Außenbereich beschränkt ist.

Die Informationen können dabei in vorteilhafter Weise aus bereits existierenden

Datenbanken abgerufen werden. So können beispielsweise Informationen über Grundstücke aus den digitalen Liegenschaftsdaten der Landesvermessungsämter genützt werden.

Des Weiteren könnte beispielsweise auch ein möglichst aktuelles Luftbild eines

Grundstückes abgefragt und gesendet werden, um beispielsweise die Gartenarchitektur oder Veränderungen des Grundstückes zeitnah zu berücksichtigen.

Die autonome Vorrichtung erhält insbesondere Kenntnis über Größe und Form der Einsatzfläche und kann daher in vorteilhafter Weise seine Operationsstrategien besser planen bzw. von externen Anwendungen planen lassen.

Aus den übermittelten Informationen lassen sich beispielsweise zudem befahrbare und nicht befahrbare Regionen des Einsatzgebietes ermitteln.

Insbesondere können der autonomen Vorrichtung für das jeweilige spezielle Einsatzgebiet optimierte Informationen und Operationsstrategien - auch direkt - übermittelt werden.

Zusätzliche Informationen könnten auch aus den räumlichen Daten speziell für den Einsatzzweck der autonomen Vorrichtung abgeleitet werden. Für einen autonomen Rasenmäher könnte dies beispielsweise eine speziell an das Grundstück bzw. die Grundstücksform angepasste vorausberechnete Mähstrategie sein.

Die autonome Vorrichtung erhalt somit Kenntnis über die Begrenzung seines Einsatzgebietes, auch wenn die Grenzen in der Umgebung selbst nicht sichtbar sind oder nicht über Sensoren der Vorrichtung wahrnehmbar sind, wie dies beispielsweise bei einer grün-grün Grenzen im Falle eines autonomen Rasen- mähers der Fall sein mag.

In einer vorteilhaftem Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Anwendung auch „von sich aus" eine Verbindung zur autonomen Vorrichtung aufnehmen kann, wenn sich beispielsweise die Umgebungsdaten ändern.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen

Systems ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des nach dem Verfahren arbeitenden autonomen Systems dargestellt. Die Beschreibung, die zugehörige Figur sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale, insbesondere auch die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Anwendungssituation des erfindungsgemäßen

Verfahrens.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Im Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel eines autonomen Rasenmähers, der in den Grenzen eines Grundstückes operieren soll, dargestellt.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Rasenmäher beschränkt. Weitere

Einsatz- und Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Verfahrens, bzw. eines nach diesem Verfahren arbeitenden autonomen Systems, können beispielsweise auch Reinigungsroboter oder andere Arbeitsroboter oder aber auch Sicherheitsroboter sein. Also insbesondere Systeme, die Informationen über ihre

Umgebung verwenden können, um insbesondere eine optimierte Fahrstrategie zu nutzen. Dazu zählen ebenfalls auch Haushaltsroboter, für die die Informationen über verschiedene Räume, insbesondere Innenräume und Funktionen innerhalb dieser Räume in einer entsprechenden Datenbank hinterlegt sind.

Die Figur 1 zeigt eine typische Anwendungssituation des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine autonome Vorrichtung 10 befindet sich innerhalb ihres Einsatzgebietes 12. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen autonomen Rasenmäher 10 handeln, der innerhalb eines Grundstückes 12, auf dem sich diverse Hindernisse 14 befinden, den Rasen 12 selbständig mähen soll.

Die autonome Vorrichtung 10 ist dazu mit einem Empfänger 16, einer Kommunikationseinrichtung 18 und einer Recheneinheit 20 ausgestattet. Der Empfänger 16 und die Kommunikationseinheit 18 sind ihrerseits mit der Rechen- einheit 20 verbunden.

Weiterhin gibt es eine „entfernte Anwendung" 22 mit Datenbankanbindung 26, die sich beispielsweise auf dem oder in unmittelbarer Nähe zum Einsatzgebiet 12 befinden kann, jedoch in vorteilhafter Weise auch deutlich räumlich von diesem entfernt angeordnet sein kann. Mittels der Kommunikationseinrichtung 18 kann die autonome Vorrichtung 10 mit der Anwendung 22, die beispielsweise ein Webservice des Internets sein kann, interaktiv kommunizieren.

In der in Figur 1 nicht weiter detaillierten Datenbank 28 sind insbesondere geo- referenzierte Daten und Informationen über potentielle Einsatzorte der autonomen

Vorrichtung gespeichert.

Bei der Aktivierung der autonomen Vorrichtung (10) läuft im Wesentlichen nachfolgender Vorgang ab.

Der Benutzer der Vorrichtung platziert die autonome Vorrichtung 10 an einer beliebigen Stelle innerhalb des Einsatzgebietes 12. Diese anfängliche Position definiert sodann die Initial-Position der autonomen Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren. Die Benutzerdefinition des Einsatzgebietes sollte dabei mit der

Definition des Einsatzgebietes der entfernten Anwendung 22 zusammenfallen. Im bevorzugten Fall ist das Einsatzgebiet 12 durch das amtliche Grundstück, auf dem die Vorrichtung steht, bestimmt. Daten der Grundstücke, wie beispielsweise Liegenschaftsdaten sind dann in der Datenbank 28 hinterlegt. (Derartige Grundstücksdaten sind flächendeckend über die Landesvermessungsämter erhältlich.). Darüber hinaus können auch Luftbilder der Grundstücke - sofern solche vorliegen - Verwendung finden.

Der Empfänger 16 der autonomen Vorrichtung 10 empfängt die aktuelle globale Position der mobilen Vorrichtung 10 von einem globalen Positionsierungsdienst 24, wie beispielsweise GPS oder Galileo und sendet diese Position der Recheneinheit 20 zu. Diese sendet die Position der Vorrichtung 10 über die Kommunikationseinrichtung 18 an die entfernte Anwendung 22, die wiederum über eine Datenbankanbindung 26 bzw.28 verfügt.

Die Anwendung 22, die beispielsweise auf einem Web-Service des Internets basieren kann, nicht aber auf einen solchen Service beschränkt ist, sucht in den verfügbaren Datenbanken 28 nach mit der gesendeten Position assoziierten Einträgen.

Die so ermittelten Einträge, die ggfls. vorab einer Relevanz-Prüfung bzw. -Filterung unterzogen werden können, werden dann - wiederum über eine Kommunikationseinrichtung 30, die ein gemeinsames System mit der Kommunikationseinrichtung 18 der Vorrichtung 10 bilden kann - zurück an die Recheneinheit 20 der autonomen Vorrichtung 10 gesendet.

Darüber hinaus ist es mit dem erfindungsgemäßen System auch Möglich, beispielsweise aus Luftbildern zur Position der Vorrichtung 10 automatisch oder semiautomatisch Umgebungsdaten in der entfernten Anwendung 22 zu generieren und diese extrahierten Daten dann an die Recheneinheit 20 der autonomen

Vorrichtung 10 zu senden. So könnte beispielsweise ein vorliegendes Luftbild segmentiert werden, um eine Rasenfläche zu erkennen. Diese Segmentierung könnte dann noch einen manuellen Nachkontroll- bzw. Modifikationsschritt, bevor die Daten an die autonome Vorrichtung 10 übermittelt werden.

Die Recheneinheit 20 verwendet die erhaltenen Informationen dann beispielsweise zur Planung und Steuerung der Operation der autonomen Vorrichtung. So können insbesondere die Grenzen des Einsatzgebietes und evtl. Fahrstrategien beim Einsatz der autonome Vorrichtung Berücksichtigung finden. Die Recheneinheit zur Bestimmung der optimierten Fahrstrategie für die autonome Vorrichtung kann jedoch auch eine außerhalb der Vorrichtung angeordnete Einheit sein, und sich beispielsweise innerhalb einer weiteren, entfernten Anwendung befinden.

Die Kommunikationseinrichtung 18 bzw. 30 kann dabei beispielsweise über ein Mobilfunknetz, wie beispielsweise GPRS oder UMTS kommunizieren. Die

Kommunikationseinrichtung kann auch über WLAN kommunizieren. Dazu würde sie zuerst Kontakt mit einem WLAN- Router aufnehmen, der dann eine Verbindung zum Internet herstellen kann.

Um die Ortsauflösung des erfindungsgemäßen Systems zu erhöhen, können über einen längeren Zeitraum die empfangenen Positionen der autonomen Vorrichtung 10 an die Anwendung 22 übermittelt werden, um somit bei größeren Ungenauigkeiten des globalen Positionierungsdienstes, beispielsweise das richtige Grundstück besser identifizieren zu können. Ist es nicht möglich, anhand der gesendeten Positionen die Einsatzfläche bzw. das Gründstück der autonomen

Vorrichtung eindeutig zu identifizieren, so kann der Benutzer durch ein optische oder akustische Ausgabe ggfls. auch aufgefordert werden, die autonome Vorrichtung auf eine andere initiale Position der Einsatzfläche zu positionieren.

Die Anwendung 22, die sich auf dem Grundstück selbst oder aber auch weit entfernt davon befinden kann, kann in vorteilhafter Weise die zu der Einsatzfläche, beispielsweise dem Grundstück, gespeicherten Daten bearbeiten, um komplexe Steuerungsstrategien für die autonome Vorrichtung zu erzeugen. Der Vorteil ist hierbei, dass die hierzu notwendige Rechenleistung nicht in der autonomen Vorrichtung selbst zur Verfügung stehen muss.

In einer vorteilhaften Erweiterung des Systems ist es möglich, dass die autonome Vorrichtung Informationen, die sie mit ihren eigenen Sensoren, wie beispielsweise einem Kamerasystem gesammelt hat, an die Anwendung sendet, so dass diese

Informationen ebenfalls in die Bearbeitung einbezogen werden können. Dieser Vorgang kann beispielsweise auch regelmäßig oder unregelmäßig während des Betriebes der autonomen Vorrichtung wiederholt werden.

Die Informationen sind nicht auf Außeninformationen, wie Liegenschaftsdaten oder

Luftaufnahmen beschränkt. Es könne beispielsweise auch Grundrisse oder Raumpläne innerhalb von Gebäuden Verwendung finden, wenn die autonome Vorrichtung, beispielsweise als Staubsaugroboter, im Inneren von Gebäuden zum Einsatz kommen soll. In diesem Fall wäre die Einsatzfläche 12 gemäß Figur 1 beispielsweise ein einzelnes Zimmer eines Gebäudes.

über eine Kommunikationseinrichtung kann die autonome Vorrichtung beispielsweise auch Statusinformationen über ihre Tätigkeit an die Anwendung 22 oder eine weitere, entfernte Anwendung, beispielsweise einen privaten Computer des Benutzers oder eines Wartungsdienstes, versenden. Diese Statutsinformationen können dann graphisch oder textlich aufbereitet werden und einem Benutzer oder der Wartungsfirma zur Verfügung gestellt werden. Ein entfernter Nutzer hat somit über seine Zugriffsmöglichkeit zu diesen aufbereiteten Statusinformationen, die Möglichkeit, sich aktuell über die Operation des autonomen Systems zu informieren, ohne in Sichtkontakt mit der operierenden Vorrichtung treten zu müssen.

Die Positionsdaten, die - in ursprünglicher oder bearbeiteter Form - zwischen einer Datenbank und der autonomen Vorrichtung übermittelt werden, müssen nicht zwangsläufig von einem globalen Positionsdienst, insbesondere von einem satellitengestützten Positionsdienst stammen. Alternativ kann sich die Position auf ein lokales Koordinatensystem beziehen. In vorteilhafter Weise beziehen sich dann auch die Informationen der Datenbank ebenfalls auf dieses lokale Koordinatensystem.

Die Erfindung lässt sich darüber hinaus prinzipiell auch für semi-autonome und manuell zu bedienenden Vorrichtungen in analoger Weise nutzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als ausschließliches Steuerungsverfahren für eine autonome Vorrichtung dienen, oder aber auch als additive Unterstützung für ein weiteres Steuerungsverfahren der Vorrichtung eingesetzt werden.