Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation des Untergrundes, auf welchem eine Vorrichtung bewegbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Identifikation des Untergrundes für eine auf dem Untergrund autonom bewegende Vorrichtung, umfassend einen Grundkörper, eine

Antriebseinrichtung und/oder zumindest eine elektromagnetisch angetriebene Einrichtung, eine Sensoranordnung und eine Steuereinheit.

Stand der Technik

Eine derartige Anordnung ist aus der WO 1999/09874 A1 bekannt. Bei der vorbekannten Anordnung erfolgt eine Identifikation des Untergrundes mittels einer Schallanalyse. Dazu ist die Anordnung mit einer gesonderten Schallquelle und einem gesonderten Schallempfänger ausgerüstet.

Insbesondere im Zusammenhang mit selbstfahrenden Reinigungseinrichtungen, beispielsweise Reinigungsrobotern, ist eine Identifikation des Untergrundes vorteilhaft. Eine Identifikation des Untergrundes ermöglicht ein Anpassen beziehungsweise eine Modifikation der von dem Reinigungsroboter vorgenommenen Reinigungsaufgabe. Je nach Art des Untergrundes unterscheiden sich dabei die durchzuführenden Reinigungsaufgaben, beispielsweise kann bei glatten Böden eine feuchte Reinigung wünschenswert sein, wohingegen bei Teppichböden ein Absaugen erfolgen soll.

Bei der vorbekannten Anordnung ist es erforderlich, eine gesonderte Sensoranordnung ausschließlich zur Identifikation des Untergrundes an der Anordnung anzubringen. Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung bereitzustellen, welche mit einfachen Mitteln eine Identifikation des Untergrundes ermöglichen.

Technische Lösung Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von der Ansprüche 1 und 9 gelöst.

Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüche Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Identifikation des Untergrundes, auf welchem eine Vorrichtung bewegbar ist, weist die Vorrichtung einen Grundkörper, eine Antriebseinrichtung, eine Steuereinheit und eine Sensoranordnung auf, wobei die Vorrichtung und der Untergrund ein Vibrationssystem bilden, welches Vibrationen erzeugt, wobei sich die Vibrationen in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Untergrundes verändern und ein für einen bestimmten Untergrund charakteristisches Vibrationsmuster erzeugen, wobei das Vibrationsmuster durch die Sensoranordnung erfasst und an die Steuereinheit weitergeleitet wird, wobei das Vibrationsmuster in der Steuereinheit ausgewertet wird und wobei in der Steuereinheit anhand des Vibrationsmusters die Beschaffenheit des Untergrundes ermittelt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach das Vibrationsmuster nicht durch eine gesondert montierte Einrichtung, beispielsweise eine Schallquelle, erzeugt, sondern es wird das Vibrationsmuster der gesamten Vorrichtung für die Auswertung herangezogen. Der Grundkörper, die Antriebseinrichtung, die Steuereinheit und die Sensoranordnung bleiben im Wesentlichen unverändert, wohingegen sich, je nachdem wo sich die Vorrichtung befindet, der Untergrund verändern kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung über einen Holzboden, über Fliesen, über einen Gummiboden oder über einen Teppich fahren. Jeder dieser Untergründe wirkt mit der Vorrichtung zusammen und bewirkt eine Veränderung des Vibrationsmusters.

Die Antriebseinrichtung, zumeist ein elektromagnetischer Erreger, beispielsweise in Form eines Elektromotors, weist ein Vibrationsmuster auf, welches im Wesentlichen von der Frequenz des Erregers abhängt. Die Antriebseinrichtung befindet sich im Inneren des Grundkörpers, der eine Anzahl von Flohlräumen umfasst, welche das von dem Elektromotor emittierte Vibrationsmusters beeinflussen und verändern. Dieses Vibrationsmuster der Vorrichtung ist im Wesentlichen gleichbleibend und stellt sozusagen das Basisvibrationsmuster dar. Ebenso weist jede elektromagnetische Einrichtung einer Reinigungseinrichtung ein charakteristisches Vibrationsmuster auf, welches ebenso für eine Auswertung herangezogen werden kann.

Ist die Vorrichtung auf einem Untergrund platziert und wenigstens eine elektromagnetische Einrichtung ist in Betrieb oder bewegt sich die Vorrichtung über einen Untergrund, wird das Vibrationsmuster auf den Untergrund übertragen und reflektiert. Dadurch erfolgt eine weitere Modifikation des Vibrationsmusters, wobei die Modifikation wiederum von der Beschaffenheit des Untergrundes abhängt. Insofern ergibt sich für jeden Untergrund ein charakteristisches Vibrationsmuster. Das Gesamtvibrationsmuster, welches die Vorrichtung zusammen mit dem Untergrund erzeugt, wird durch eine Sensoranordnung erfasst und in der Steuereinheit ausgewertet. Anhand der Charakteristik wird der dazugehörige Untergrund ermittelt.

Die Sensoranordnung erfasst vorzugsweise Vibrationen in mehreren Achsen. Besonders bevorzugt erfasst die Sensoranordnung Vibrationen in allen Achsen, also in allen Raumrichtungen. Das von der Sensoranordnung erfasste Vibrationsmuster entsteht durch das Zusammenspiel der Vorrichtung mit ihren Komponenten sowie mit dem Untergrund, auf welchem die Vorrichtung steht. Das durch den Elektromotor erzeugte und durch die anderen Komponenten der Vorrichtung sowie dem Untergrund modifizierte Vibrationsmuster ist dabei hinsichtlich der Richtung sehr unspezifisch. Durch die Erfassung des Vibrationsmusters in allen Raumrichtungen kann daher die für den Untergrund charakteristische Vibration besonders gut bestimmt werden.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Vorrichtung zur Bestimmung des Untergrundes Stillstehen kann. Es ist nicht erforderlich, dass sich die Vorrichtung zur Bestimmung des Untergrundes über den zu reinigenden Boden bewegt.

In der Steuereinheit können Vibrationsmuster hinterlegt werden, wobei einzelne, charakteristische Vibrationsmuster mit bestimmten Beschaffenheiten von Untergründen verknüpft werden. Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist denkbar, dass die Steuereinheit selbstlernend ist und selbsttätig Vibrationsmuster in der Steuereinheit hinterlegt und diese mit einer bestimmten Beschaffenheit eines Untergrundes verknüpft. Hierzu bewegt sich die Vorrichtung selbsttätig und überquert dabei verschiedene Untergründe, wobei die sich dabei ändernden Vibrationsmuster und die dazugehörigen Untergründe in der Steuereinheit hinterlegt werden.

Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung mit weiteren Sensoren, beispielsweise mit optischen Sensoren, ausgerüstet ist, wobei ein Vergleich des durch die Sensoranordnung erfassten Vibrationsmusters mit den optischen Daten des weiteren Sensors erfolgen kann. Daraus kann wiederum die Beschaffenheit des Untergrundes automatisiert ermittelt werden.

Alternativ ist es möglich, die Vorrichtung einzulernen. Dazu wird die Vorrichtung auf einen Untergrund aufgesetzt, wobei die Sensoranordnung das Vibrationsmuster erfasst. Anschließend wird die Beschaffenheit des Untergrundes, also beispielsweise die Art des Untergrundes, in der Steuereinheit hinterlegt. Hierzu kann die Vorrichtung mit einer Anzeige- und Eingabeeinrichtung ausgerüstet sein, beispielsweise einem Tastenfeld oder einem Touch-Display, wobei auf dem Display eine Auswahl von Untergründen angezeigt wird. Durch Drücken einer Taste kann die Art des Untergrundes bestätigt werden und diese wird zusammen mit dem Vibrationsmuster in der Steuereinheit hinterlegt. Dies kann für mehrere verschiedene Untergründe wiederholt werden, so dass die Steuereinheit eine Bibliothek verschiedener Untergründe mit damit verknüpften Vibrationsmustern erhält. Die Ein- und Ausgabe kann auch mittels einer drahtlosen Verbindung auf einem Mobilgerät erfolgen.

Das durch die Sensoranordnung erfasste aktuelle Vibrationsmuster kann in der Steuereinheit mit den in der Steuereinheit hinterlegten Vibrationsmustern verglichen werden, wobei in der Steuereinheit anhand der mit dem in der Steuereinheit hinterlegten übereinstimmenden Vibrationsmuster verknüpften Beschaffenheit des Untergrundes die aktuelle Beschaffenheit des Untergrundes ermittelt wird. Dadurch ist die Vorrichtung in der Lage, selbsttätig die aktuelle Beschaffenheit des Untergrundes zu ermitteln.

Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung ein selbstfahrendes Reinigungsgerät ist. Ein selbstfahrendes Reinigungsgerät ist beispielsweise ein Reinigungsroboter.

Das Reinigungsgerät ist vorzugsweise mit einer Zusammenstellung von Reinigungseinrichtungen ausgerüstet. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, wenn die Zusammenstellung eine Saugeinrichtung, eine Feuchtreinigungseinrichtung, eine Bürstenwalze für harte Böden, eine Bürstenwalze für weiche Böden und/oder ein flächiges Staubwischpad umfasst. Dadurch ist das Reinigungsgerät in der Lage, eine Vielzahl von Untergründen mit einer für den Untergrund optimierten Reinigungsmethode zu reinigen. Es ist ferner denkbar, dass die Zusammenstellung auch eine Pflegeeinrichtung umfasst, mit der beispielsweise ein Pflegemittel auf Fliesen oder auf Holzböden aufgetragen werden kann.

In Abhängigkeit der ermittelten Beschaffenheit des Untergrundes kann aus der Zusammenstellung von Reinigungseinrichtungen eine konkrete Reinigungseinrichtung ausgewählt werden. Ermittelt die Steuereinheit beispielsweise, dass sich die Vorrichtung auf einem Fliesenboden befindet, kann aus der Zusammenstellung eine Feuchtreinigungseinrichtung ausgewählt werden, so dass der Fliesenboden feucht gereinigt wird. Befindet sich die Reinigungseinrichtung hingegen auf einem Teppichboden, kann aus der Zusammenstellung die Saugeinrichtung aktiviert werden, so dass der Teppichboden abgesaugt wird. Insofern ist für jeden Untergrund eine optimierte Reinigungseinrichtung aus der Zusammenstellung auswählbar, wobei die Vorrichtung die Reinigungseinrichtung selbsttätig in Abhängigkeit der ermittelten Beschaffenheit des Untergrundes aktiviert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein Verfahren zur Identifikation und Reinigung des Untergrundes.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Identifikation eines Untergrundes für eine auf dem Untergrund autonom bewegende Vorrichtung umfasst einen Grundkörper, eine Antriebseinrichtung und/oder zumindest eine elektromagnetisch angetriebene Einrichtung, eine Sensoranordnung und eine Steuereinheit, wobei das aus dem Zusammenwirken von Grundkörper, Antriebseinrichtung, elektromagnetisch angetriebener Einrichtung und Untergrund entstehende Vibrationsmuster durch die Sensoranordnung erfassbar ist, wobei die Steuereinheit anhand des durch die Sensoranordnung erfassten Vibrationsmusters die Beschaffenheit des Untergrundes ermittelt. Erfindungsgemäß erfolgt eine Auswertung des aus der Gesamtvorrichtung erzeugten Vibrationsmusters. Dieses verändert sich in Abhängigkeit des Untergrundes, auf welchem sich die autonom bewegende Vorrichtung bewegt. Die erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere in der Ausführung des obenstehend beschriebenen Verfahrens zur Identifikation des Untergrundes verwendet werden.

Dabei fungiert die Antriebseinrichtung vorzugsweise als Signalgeber. Sobald die Antriebseinrichtung in Betrieb ist, erzeugt diese zusammen mit den übrigen Komponenten der Vorrichtung und dem Untergrund, auf dem die Vorrichtung steht, ein charakteristisches Vibrationsmuster, welches durch die Sensoranordnung erfasst wird. Dieses Vibrationsmuster ist hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung unspezifisch, so dass sich die Genauigkeit der Bestimmung verbessert, wenn die Sensoranordnung Vibrationen in mehren Achsen erfasst. Vorzugsweise erfasst die Sensoranordnung Vibrationen in allen drei Achsen, also in allen Raumrichtungen. Besonders vorteilhaft ist, dass die Bestimmung des Untergrundes auch dann möglich ist, wenn die Vorrichtung steht. Es ist für die Bestimmung nicht erforderlich, die Vorrichtung über den Untergrund zu bewegen.

Die Sensoranordnung kann integraler Bestandteil der Steuerung der Antriebseinrichtung sein. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass keine gesonderte Sensoranordnung für die Ermittlung des Untergrundes erforderlich ist. Es werden vielmehr Sensoren verwendet, die für die Steuerung der autonom bewegenden Vorrichtung ohnehin erforderlich sind. Derartige Sensoren sind beispielsweise die für die Steuerung erforderlichen Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren (Gyroskop). Die durch diese Sensoren erfassten Daten können neben der Steuerung der Vorrichtung herangezogen werden, um das Vibrationsmuster zu erfassen. Dadurch ist es nicht erforderlich, die Vorrichtung mit einer gesonderten Sensoreinheit zur Erfassung des Vibrationsmusters auszurüsten. Insofern ist die Vorrichtung besonders einfach ausgerüstet. Die Sensoren sind vorzugsweise ausgerüstet, Beschleunigungen in mehreren Achsen, insbesondere in allen Raumrichtungen zu erfassen.

Die Vorrichtung kann als Reinigungsgerät ausgebildet sein und mit einer Zusammenstellung von Reinigungseinrichtungen ausgerüstet sein. Die Vorrichtung kann ferner ausgebildet sein, unterschiedliche Reinigungsarbeiten durchzuführen.

Des Weiteren ist denkbar, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, die Reinigungsarbeit an den ermittelten Untergrund anzupassen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, dass Saugleistungen von Saugeinrichtungen und Drehzahlen und Anpressungen von Bürstenwalzen in Abhängigkeit des ermittelten Untergrundes modifiziert werden. Dies geht sowohl mit einer verbesserten Reinigungsleistung als auch mit einer größeren Akkulaufzeit einher.

Einige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1 eine Vorrichtung in Form eines Reinigungsroboters;

Fig. 2 durch die Sensoranordnung erfasste Vibrationsmuster.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 , ausgebildet als autonom bewegender Reinigungsroboter. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 2, eine Antriebseinrichtung 3, eine Steuereinheit 4 und eine Sensoranordnung 5.

Die Vorrichtung 1 ist ferner mit einer Zusammenstellung von Reinigungseinrichtungen 7 ausgerüstet, wovon eine Reinigungseinrichtung als Saugeinrichtung und eine weitere Reinigungseinrichtung als Bürstenwalze ausgebildet ist. Die Saugeinrichtung und die Bürstenwalze weisen jeweils eine elektromagnetisch angetriebene Einrichtung 9 auf.

Die Antriebseinrichtung 3 umfasst einen Akkumulator, einen Elektromotor, eine Steuereinheit 4 und eine Leistungsstufe zur Verstärkung der Steuersignale der Steuereinheit 4. Die Steuereinheit 4 ist ausgerüstet, die Antriebseinrichtung 3 so zu steuern, dass die Vorrichtung 1 selbsttätig über einen Untergrund 6 manövrieren kann. Hierzu ist die Steuereinheit 4 mit einer Sensoreinheit 5 in Form von Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren (Gyroskop) ausgerüstet. Die Sensoreinheit 5 erfasst dabei Vibrationen in allen Raumrichtungen.

Der Elektromotor der Antriebseinrichtung 3 und die elektromagnetisch angetriebenen Einrichtungen 9 erzeugen zusammen mit dem Grundkörper 2 ein charakteristisches Vibrationsmuster, wobei die Antriebseinrichtung 3 als Signalgeber fungiert. Die Vorrichtung 1 wiederum wirkt mit dem Untergrund 6 zusammen, so dass ein für die Vorrichtung 1 und den Untergrund 6 charakteristisches Vibrationsmuster entsteht. Dieses Vibrationsmuster wird durch die Sensoranordnung 5 erfasst und an die Steuereinheit 4 weitergeleitet. Das allein durch die Vorrichtung 1 erzeugte Vibrationsmuster ist im Wesentlichen gleichbleibend und verändert sich in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Untergrundes 6. Beispielsweise resultiert aus der Bewegung der Vorrichtung 1 über einen Holzboden ein deutlich anderes Vibrationsmuster als aus der Bewegung der Vorrichtung 1 über einen Teppichboden. Dabei kann das charakteristische Vibrationsmuster bereits dann erfasst werden, wenn die Vorrichtung 1 auf dem Untergrund 6 steht.

In der Steuereinheit 4 wird anhand des durch die Sensoranordnung 5 erfassten Vibrationsmusters die Beschaffenheit des Untergrundes 6 ermittelt.

Die Sensoranordnung 5 ist integraler Bestandteil der Steuerung der Antriebseinrichtung 3.

Die Ermittlung des Untergrundes 6 ermöglicht es, die Saugleistung der Saugeinrichtung und die Funktion der Bürstenwalze an den Untergrund 6 anzupassen. Bei glatten Böden kann die Saugleistung der Saugeinrichtung geringer sein als auf Teppichböden. Dementsprechend kann die Leistung der elektromagnetisch angetriebenen Einrichtung 9 der Saugeinrichtung reduziert werden, wenn sich die Vorrichtung 1 über einen glatten Boden, beispielsweise einen Fliesenboden oder einen Parkettboden bewegt. Die Anpassung der Saugleistung ermöglicht eine größere Reichweite (Akkulaufzeit).

Des Weiteren kann die Drehzahl der Bürstenwalze reduziert werden, wenn sich die Vorrichtung 1 über einen glatten Boden bewegt. Dadurch kann verhindert werden, dass Partikel durch eine mit hoher Drehzahl drehende Bürstenwalze von der Vorrichtung 1 weggeschleudert werden. Bei Teppichböden kann eine erhöhte Drehzahl die Reinigungswirkung verbessern. Insofern kann durch die Anpassung die Reinigungsleistung der Vorrichtung 1 verbessert werden. Während sich die Vorrichtung 1 autonom über einen Untergrund 6 bewegt, erfasst die Sensoranordnung 5 das durch die Vorrichtung 1 und den Untergrund 6 emittierte Vibrationsmuster. Die Erfassung kann dabei auch erfolgen, wenn die Vorrichtung 1 auf dem Untergrund 6 steht. Je nach Ausgestaltung der elektromagnetisch angetriebenen Einrichtungen 9 kann es zur Erfassung des Vibrationsmusters vorteilhaft sein, wenn sich die Vorrichtung 1 bewegt oder wenn die Vorrichtung 1 steht. Das erfasste Vibrationsmuster wird an die Steuereinheit 4 weitergeleitet und dort ausgewertet. In der Steuereinheit 4 wird anhand des Vibrationsmusters die Beschaffenheit des Untergrundes 6 ermittelt.

In der Steuereinheit 4 sind hierzu Vibrationsmuster hinterlegt, wobei die einzelnen charakteristischen Vibrationsmuster mit bestimmten Beschaffenheiten von Untergründen 6 verknüpft sind. Hierzu enthält die Steuereinheit 4 eine Bibliothek mit Vibrationsmustern und dazugehörigen Untergründen.

Das durch die Sensoranordnung 5 erfasste aktuelle Vibrationsmuster wird dabei in der Steuereinheit 4 mit den in der Steuereinheit 4 hinterlegten Vibrationsmustern verglichen, und es wird ein übereinstimmendes oder weitgehend übereinstimmendes Vibrationsmuster ermittelt. Anschließend wird in der Steuereinheit 4 anhand der mit dem in der Steuereinheit 4 hinterlegten übereinstimmenden Vibrationsmuster verknüpften Beschaffenheit des Untergrundes 6 die aktuelle Beschaffenheit des Untergrundes 6 ermittelt.

Dabei ist es möglich, die Datenbasis der Steuereinheit 4 zu erweitern. Hierzu ist die Vorrichtung 1 mit einem Eingabe-/Ausgabegerät ausgerüstet. Dies kann in Form eines Tastenfeldes oder eines Touch-Displays erfolgen. Es ist auch denkbar, dass Eingaben und Ausgaben mittels einer drahtlosen Verbindung auf einem Mobilgerät erfolgen. Ist die Vorrichtung 1 auf einem Untergrund 6 platziert oder bewegt sich die Vorrichtung 1 über einen Untergrund 6, erfasst die Sensoranordnung 5 das charakteristische Vibrationsmuster. Dieses kann anhand einer Auswahl, welche auf dem Ausgabegerät angezeigt wird, mit einem bestimmten Untergrund 6 verknüpft werden. Beispielsweise kann in dem Ausgabegerät ein Holzboden, ein Fliesenboden, ein Teppichboden oder dergleichen angezeigt werden, welcher durch Auswahl auf dem Eingabegerät bestätigt wird. Dieser konkrete Untergrund 6 ist dann in der Steuereinheit 4 dauerhaft mit dem durch die Sensoranordnung 5 erfassten Vibrationsmuster verknüpft.

Alternativ kann die Steuereinheit 4 auch selbstlernend sein und selbsttätig zu erfassten Vibrationsmustern Beschaffenheiten von Untergründen zu hinterlegen. Dies kann insbesondere im Zusammenwirken mit weiteren Sensoren, beispielsweise optischen Sensoren erfolgen.

Figur 2 zeigt verschiedene durch die Sensoranordnung 5 erfasste Vibrationsmuster. Dabei ist jeweils auf der Ordinate die Beschleunigung in mm/s ² und auf der Abszisse die Frequenz in Hz abgetragen. Die oberen drei Darstellungen zeigen ein Frequenzmuster r aus dem Zusammenwirken der Vorrichtung 1 mit einem Untergrund 6 in Form eines Holzbodens. Dabei zeigt die obere Darstellung die von der Sensoranordnung 5 erfasste Beschleunigung in x-Achse, die mittlere Darstellung in y-Achse und die untere Darstellung in z-Achse. Die unteren drei Darstellungen zeigen ein Vibrationsmuster aus dem Zusammenwirken der Vorrichtung 1 mit einem Untergrund 6 in Form eines Teppichbodens. Dabei zeigt wiederum die obere Darstellung die von der Sensoranordnung 5 erfasste Beschleunigung in x- Achse, die mittlere Darstellung in y-Achse und die untere Darstellung in z- Achse. Insbesondere in Bezug auf die Beschleunigung in der x-Achse bei höheren Frequenzen zeigen sich dabei deutliche Unterschiede des Frequenzmusters, welche durch den Untergrund 6 hervorgerufen werden.