DE19614916A1 - Floor cleaning robot vehicle for use in rooms - Google Patents

Abstract

The wheeled floor cleaning robot includes a water tank, a cleaning unit, a battery power unit, a drive system and a camera system that provides feedback to the control system. The camera is mounted on the housing in such a way that it can be turned to monitor the area. Other sensors eg infra red ,ultrasonic also provide feedback of objects and walls. The drive system can operate one or more of the wheels. The control system is computer based and operates with algorithms that control the path movement.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahr- und Arbeitsroboter für die Säuberung von Bodenflä­chen in geschlossenen Räumen oder für die Bearbeitung von Bodenflächen, die begrenzt sind, der sich selbständig, daß heißt ohne direkte Einflußnahme des Menschen, ohne Lernphase und ohne Leiteinrichtungen in den Räumen oder auf den Flächen, orientiert und auf Hindernisse reagiert. Geräte zur Fußbodenreinigung in geschlossenen Räumen werden heute noch üblicherweise mit der Hand über die zu bearbeitende Fläche bewegt. Der Zeitaufwand und der Aufwand an Arbeits­kraft ist entsprechend hoch.The invention relates to a driving and working robot for cleaning floor areasChen in closed rooms or for the processing of floor space, which is limitedindependent, that means without direct human influence, without learning phase and withoutGuidance devices in the rooms or on the surfaces, oriented and reacting to obstacles.Devices for cleaning floors in closed rooms are still commonly used todayhand over the surface to be worked. The amount of time and effort involvedpower is correspondingly high.

Es gibt Reinigungsgeräte wie Staubsauger und Kehrmaschinen, die einige der Arbeitsvorgänge mechanisch oder mit Motorkraft erledigen. Daneben gibt es unterstützende Gestelle für mechani­sierte Reinigungsgeräte (Reinigungsmaschinen), die die Reinigungsgeräte aufnehmen und als Fahrgestell für diese Geräte während des Arbeitsvorganges dienen. Auch hier sind Personen notwendig, die diese Geräte bedienen und über die zu bearbeitende Fläche führen. Hierbei werden vorzugsweise große Flächen mit diesen Maschinen gereinigt. Und je größer die Flächen sind, um so größer sind auch die Maschinen. Auch wenn einige Arbeiten durch Motorkraft unterstützt werden und somit die Muskelarbeit verringert werden kann, ist immer Personal zur Führung dieser Maschinen erforderlich.There are cleaning devices like vacuum cleaners and sweepers that do some of the workdo it mechanically or with motor power. There are also supporting frames for mechaniized cleaning devices (cleaning machines) that accommodate the cleaning devices and asServe chassis for these devices during the work process. There are people here toonecessary to operate these devices and guide them over the area to be worked. Here arepreferably large areas cleaned with these machines. And the larger the areas are, aroundthe machines are also bigger. Even if some work is supported by engine powerand therefore the muscle work can be reduced, there is always personnel for leadershipof these machines required.

Des weiteren sind Maschinen bekannt, die durch das sogenannte Touch-in Verfahren die Bewegungsabläufe über die zu bearbeitende Fläche erlernen und bei den folgenden Abläufen selbst ausführen. Die Bewegungsabläufe werden nach dem Erlernen gespeichert und können bei Erforderlichkeit durch die Maschine aufgerufen und wiederholt werden. Diese Maschine benötigt zum Erlernen der Bewegung über den Boden eine mindestens einmalige Führung (Anleitung) und kann bei späteren Abläufen nicht auf Veränderungen, wie Hindernisse, die beim Erlernen des Ablaufs noch nicht vorhanden waren, reagieren. Es benötigt also entweder immer gleichbleibende Bedingungen (Räume) oder eine Aufsichtsperson. Beim Einsatz in einem neuen Raum ist die Lernphase von neuem zu durchlaufen. Es gibt weiterhin Überlegungen, diese Geräte durch Sensoren auf Hindernisse reagieren zu lassen. Es ist aber bisher nicht beschrieben, wie das erfol­gen soll und welcher Art die Reaktion ist.Furthermore, machines are known which use the so-called touch-in methodLearn motion sequences over the surface to be worked on and in the following sequencesdo it yourself. The movement sequences are saved after learning and can be saved atNecessity can be called and repeated by the machine. This machine neededto learn the movement over the floor at least one guide (instructions) andmay not respond to changes, such as obstacles, in learning theNot yet existed, react. So it always needs constantConditions (rooms) or a supervisor. When used in a new room that isTo go through the learning phase again. There are still considerations through these devicesLet sensors react to obstacles. However, it has not yet been described how this succeedsand what kind of reaction it is.

Es sind selbsttätige Maschinen bekannt, die feststehend unabhängig von der Aufsicht durch den Menschen bestimmte festgelegte Aufgaben erfüllen. Diese Aufgabe kann die Bearbeitung eines Werkstücks sein oder der Transport oder andere Aufgaben. Diese werden Roboter benannt, die durch einen Algorithmus, der Soft- und Hardwaremäßig gespeichert ist, gesteuert werden. Im Algorithmus ist ein bestimmter Arbeitsablauf festgelegt, der durch bestimmt äußere Faktoren, die über Sensoren aufgenommen werden, teilweise beeinflußbar sind. Ein Reagieren auf äußere Faktoren ist im begrenztem Maße, nämlich soweit er im Algorithmus vorgesehen ist, möglich. Daneben sind Maschinen bekannt, die zur Erkennung von Eigenschaften, zum Messen von Eigenschaften und zum Auswerten von Eigenschaften eingesetzt werden.Automatic machines are known which are fixed independently of the supervision by thePeople perform certain specified tasks. This task can be the processing of aBe a workpiece or transport or other tasks. These are called robots thatbe controlled by an algorithm that is stored in software and hardware. in theAlgorithm is a specific workflow that is determined by external factorsare recorded via sensors, some of which can be influenced. A reaction to externalFactors are possible to a limited extent, namely insofar as it is provided in the algorithm.In addition, machines are known which are used for recognizing properties and for measuringProperties and for evaluating properties can be used.

Es sind Transportroboter bekannt, die sich auf feststehenden Bahnen bewegen. Die fest- stehen­den Bahnen werden durch Leiteinrichtungen verschiedenster Art oder durch gespeicherte Weg- und Richtungsinformationen (festgelegte Route) bestimmt. Es gibt inzwischen Roboter, die auf unerwartete Hindernisse in der Bewegungsrichtung durch Ausweichen oder Unterbrechung der eigenen Bewegung reagieren. Die Reaktion ist begrenzt durch die fehlende Information über das Hindernis und den Raum.Transport robots are known which move on fixed tracks. They are certainThe railways are guided by various types of guidance devices or by stored routes. and direction information (specified route). There are now robots that are onunexpected obstacles in the direction of movement due to evasion or interruption of theown movement react. The reaction is limited by the lack of information about theObstacle and space.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahr- und Arbeitsroboter zu schaffen, der die Bodenreinigung in mittleren und großen Räumen wie Büros, Gänge, Flure, Märkte und dgl. und auch die Bodenbearbeitung, z. B. Rasen mähen auf einer begrenzten Fläche erleichtert, automati­siert und ohne direkte Einflußnahme durch den Menschen vollführt. Dabei werden vom Menschen Grundparameter, wie z. B. die Arbeitszeit oder bei natürlichen unbegrenzten Flächen eine Flächenbegrenzung vorgegeben und im folgenden dann nur noch die Ausführung der Arbei­ten zyklisch kontrolliert bzw. Verbrauchsmaterialien nachgefüllt und Rückstände des Prozesses aus der Maschine entfernt. Bewegungsablauf und Arbeitsablauf werden durch die Maschine entsprechend der vorgefundenen und durch Sensoren erfaßte äußere Bedingungen selbst entschieden. Es ist eine Maschine der neuesten Generation.The invention has for its object to provide a driving and working robot thatFloor cleaning in medium and large rooms such as offices, corridors, corridors, markets and the like. Andalso tillage, e.g. B. Mowing the lawn in a limited area easier, automaticarried out and carried out without direct human influence. Thereby fromBasic human parameters, such as B. the working time or natural unlimited spacea surface area is specified and in the following only the execution of the workChecked cyclically or refilled consumables and process residuesremoved from the machine. Movement and work flow are through the machineaccording to the external conditions found and detected by sensors themselvesdecided. It is a latest generation machine.

Die Erfindung geht von einem integriertem System aus Fahrgestell, Antrieb, Gehäuse, Arbeits­maschine, in diesem Fall Bodenreinigungsmaschine, Sensoren zur Umgebungserfassung, Steuercomputer zur Auswertung der von den Sensoren erfaßten Außenbedingungen, der Entscheidungsfindung zum weiteren Vorgehen durch Schaffung eines Raum- bzw. Flächenmo­dells und der Steuerung der Antriebs sowohl in der Richtung als auch in der Geschwindigkeit und der Steuerung der Reinigungsmaschine sowohl in der Behandlungsart als auch in der Bearbei­tungszeit (Dauer, Intensität). Die Erfassung und Auswertung und Steuerung erfolgt in Echtzeit, d. h. während der Bewegung. Ein Programm, das auf EPROMS gespeichert ist, beinhaltet des Steueralgorithmus und koordiniert die Abläufe.The invention is based on an integrated system of chassis, drive, housing, workmachine, in this case floor cleaning machine, sensors for environmental detection,Control computer for evaluating the external conditions detected by the sensors, theDecision making for the further procedure by creating a room or area modells and the control of the drive in both direction and speed andthe control of the cleaning machine both in the type of treatment and in the processingtime (duration, intensity). The acquisition and evaluation and control takes place in real time,d. H. during the movement. A program that is stored on EPROMS includes theControl algorithm and coordinates the processes. 

Beschreibung der FunktionsweiseDescription of how it works

Bildaufnahme und Verarbeitung: Durch zwei auf der Oberseite des Gehäuses drehbar um die vertikale Achse gelagert angebrachten Video- oder Matrixkameras wird je ein Bild des umgebe­nen Raumes aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder werden in einem Analog-Digital-Wand­ler in digitale Signal umgewandelt und für die Weiterverarbeitung zwischengespeichert. Die Kameras werden, entsprechend einem vorgegebenen Schema, immer um die vertikale Achse in Winkelschritten weitergedreht und nehmen in der jeweils nächsten Stellung je ein Bild auf, so daß der gesamte umgebende Raum in Paaren von jeweils zwei Bildern erfaßt wird. Der Rechner ( Computer), der für die Bildbearbeitung zuständig ist (Bildrechner) holt sich entsprechend seinem Verarbeitungszyklus die Daten aus einem Zwischenspeicher und verarbeitet sie in folgend beschriebener Weise. Die Bearbeitung wird durch Software (Programm) gesteuert.Image acquisition and processing: Two can be rotated around the top of the housingA video or matrix camera mounted on the vertical axis creates an image of the surroundingsa room. The captured images are in an analog-digital walller converted into digital signal and buffered for further processing. TheAccording to a given scheme, cameras are always in around the vertical axisAngle steps rotated and take a picture in the next position, so thatthe entire surrounding space is captured in pairs of two images each. The computer (Computer), which is responsible for the image processing (image computer) gets itself according to hisProcessing cycle the data from a buffer and processes it in the followingdescribed way. The processing is controlled by software (program).

• - Der Kontrast des Bildes wird erhöht.- The contrast of the image is increased.
• - Ein Filter glättet die Farbbereiche (Graustufen)- A filter smoothes the color areas (grayscale)
• - Die Farbstufen des Bildes werden reduziert- The color levels of the image are reduced
• - Die Konturen werden verstärkt, die Kanten hervorgehoben.- The contours are reinforced, the edges are emphasized.
• - Die Farbstufen werden weiter reduziert.- The color levels are further reduced.
• - Die Kanten werden auf Linien reduziert und die Vektoren der Linien errechnet.- The edges are reduced to lines and the vectors of the lines are calculated.

Es entstehen Datenmengen, die nur noch Informationen über die Kanten und Linien der aufge­nommenen Bilder enthalten.Amounts of data are created that only contain information about the edges and lines of thepictures taken.

In der nächsten Stufe der Bearbeitung werden die Informationen der getrennt aufgenommen Bilder miteinander verglichen. Dabei werden die Abstände der Objektlinien zur optischen Achse des Bildes ermittelt. Durch den unterschiedlichen Aufnahmewinkel der Kameras bedingt haben gleiche Objektlinien auf den Bildern des Paares jeweils unterschiedliche Abstände zur optischen Achse (Parralaxe). Die Differenzen der Abstände hängen vom jeweiligen Abstand der Objektlinie vom Aufnahmepunkt ab. Über die Methode der Triangulation wird der Abstand der Objektlinie vom Aufnahmepunkt berechnet.In the next stage of processing, the information is recorded separatelyCompare images with each other. The distances between the object lines and the optical axisof the image. Due to the different shooting angles of the camerassame object lines on the pair's pictures each have different distances from the optical oneAxis (Parralaxe). The differences in the distances depend on the respective distance of the object linefrom the pickup point. The distance of the object line is determined using the triangulation methodcalculated from the pick-up point.

Aus den ermittelten Daten wird ein Modell des Raumes berechnet, in dem die Abstände der jeweiligen Objekte vom Aufnahmepunkt enthalten sind.A model of the room is calculated from the determined data, in which the distances of therespective objects from the shooting point are included.

Der gesamte Vorgang von der Aufnahme der Bilder bis zur Berechnung des Raummodells wird ständig wiederholt, so daß zu jedem Zeitpunkt alle verfügbaren Informationen in das Raummo­dell einfließen.The whole process from taking the pictures to calculating the spatial model isconstantly repeated, so that all available information in the room moinflow dell.

Das neu errechnete Raummodell wird jeweils mit dem vorhandenen Raummodell verglichen. Die Richtigkeit des Modells wird überprüft, das Modell durch neue Informationen ergänzt.The newly calculated room model is compared with the existing room model. TheThe correctness of the model is checked and the model is supplemented with new information.

Nahbereichssensoren: An allen vier Seiten sind Sensoren zur Aufnahme von Informationen aus dem Nahbereich des Roboters vorhanden. Diese sind einmal als Infrarotsensoren mit Sender und Empfänger und einmal als Ultraschallsensoren mit Sender und Empfänger ausgebildet. Über beide Arten werden modulierte Signale ausgesendet und empfangen um Informationen über sich im Nahbereich (ca. 60 cm) befindliche feststehende oder sich bewegende Objekte zu erlangen. Dabei wird keine Information über die Entfernung erlangt. Die aufgenommenen Signale werden in einer Zwischenstufe ausgewertet, derart, daß nur Signalinformationen über Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Objekten im Nahbereich an den Zentralrechner weitergeleitet werden. Im Zentralrechner werden die Informationen mit dem Raummodell verglichen. Eine Nichtüber­einstimmung löst eine sofortige Korrektur des Fahrmusters des Roboters aus.Short-range sensors: On all four sides there are sensors for recording informationthe vicinity of the robot. These are once as infrared sensors with transmitter andReceiver and once designed as ultrasonic sensors with transmitter and receiver. overBoth types are emitted modulated signals and receive information about themselvesto obtain fixed or moving objects in the vicinity (approx. 60 cm).No information about the distance is obtained. The recorded signals are evaluated in an intermediate stage, such that only signal information about the presence orThe absence of objects in the vicinity can be forwarded to the central computer.The information is compared with the room model in the central computer. A not overAttunement triggers an immediate correction of the robot's driving pattern.

Zentralrechner: Im Zentralen Rechner werden die Steuerinformationen vorbereitet. Über Software (Programm) wird aus den erhaltenden Daten des Raummodells, der Nahbereichs­sensoren, der Streckensensoren, der Bearbeitungssensoren eine Fahr- und Bearbeitungs- strecke errechnet. Dabei werden die gefahrene, die bearbeitete Strecke, die Hindernisse (Objekte), der Zustand des Bodens, usw. berücksichtigt. Aus der errechneten Fahrstrecke, die jeweils nach Neuerrechnung des Raummodells neu bestimmt wird, werden die Steuerinformationen für die Fahrmotoren, die Stellmotoren und die Bearbeitungsmaschine errechnet. Die Steuerinformationen werden über Verstärker an die jeweiligen Aggregate weitergegeben.Central computer: The control information is prepared in the central computer. overSoftware (program) is created from the data obtained from the spatial model, the close-up rangesensors, the route sensors, the processing sensors a route and processing routecalculated. The distance traveled, the route worked, the obstacles (objects), theCondition of the floor, etc. taken into account. From the calculated route, each according toRecalculation of the room model is redetermined, the tax information for theTraction motors, the servomotors and the processing machine are calculated. The tax informationare passed on to the respective units via amplifiers.

Bearbeitungseinheit: Die Bearbeitungseinheit, in diesem Falle ein Bodensäuberungsgerät, besteht aus einem Vorratsbehälter für Rückstände (Schmutz), einem Vorratsbehälter für Wasser und Chemikalien, dem Gebläse und dem Bürstenteil. Der Bürstenteil ist am Gehäuse befestigt und bewegt sich auf Rollen über den Boden. Über einen Kanal können bei Bedarf Wasser und Chemikalien auf den Boden aufgebracht werden. Über einen anderen Kanal werden durch Erzeu­gen eines Unterdrucks Schmutz und eventuell die aufgebrachte Emulsion über das Gebläse in das Innere des Vorratsbehälters befördert. Im Bürstenteil sind Sensoren untergebracht, die über den Zustand des Bodens Informationen (Albedo, Dichte, usw.) erlangen. Im Auffangbehälter und im Saugkanal sind weiterhin Sensoren angeordnet, die Informationen über das beförderte Material (Dichte) und über die Füllungsstände in den Behältern erlangen.Processing unit: The processing unit, in this case a floor cleaning device,consists of a reservoir for residues (dirt), a reservoir for waterand chemicals, the blower and the brush part. The brush part is attached to the housingand moves across the floor on wheels. If necessary, water andChemicals are applied to the floor. Via another channel,due to negative pressure, dirt and possibly the applied emulsion via the blower into theConveyed inside the storage container. In the brush part sensors are housed, which over theObtain state of soil information (albedo, density, etc.). In the container and inSuction channel sensors are also arranged, which provide information about the transported material(Density) and the filling levels in the containers.

Energieversorgung: Die gesamte benötigte Energie für die Antriebe und Steuerorgane und die Rechner wird von einem oder mehreren im Gehäuse integrierten Akkumulatoren bereitgestellt. Über Indikatoren wird der Ladezustand der Akkumulatoren an der Außenseite des Gehäuses dargestellt.Energy supply: The total energy required for the drives and control elements and theThe computer is provided by one or more accumulators integrated in the housing.Indicators show the state of charge of the batteries on the outside of the housingshown. 

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutertAn embodiment of the invention will become apparent from the accompanying drawingsexplained

• 1. In einem gemeinsamen Gehäuse sind Steuereinheit, Akkumulatoren, Gebläsemotor mit Geblä­se, Schmutz- und Wasserbehälter, Bearbeitungseinrichtung, Bedieneinrichtungen, Steuer- und Fahreinrichtungen untergebracht. Oberhalb des Gehäuses, aber drehbar um die vertikale Achse mit ihm verbunden befindet sich ein Gehäuse - Kameradom - in dem zwei Videokameras unter­gebracht sind.1. Control unit, accumulators, blower motor with blower are in a common housingse, dirt and water tanks, processing equipment, operating equipment, control andDriving equipment housed. Above the housing, but rotatable around the vertical axisconnected to it is a housing - camera dome - in which two video cameras beloware brought.
• 2. Es sind vier Räder, die als Laufrollen auf Gummi ausgebildet sind, an vier gleichmäßigen Punkten unterhalb der Grundplatte angebracht. Die Räder sind in einer Gabel befestigt, die wiederum um die vertikale Achse drehbar an der Grundplatte befestigt sind.
  An den Rädern befinden sich Sensoren (Reflexlichtschranken), die die Umdrehung des Rades messen. Am oberen Ende der Gabel, in der das jeweilige Rad aufgehängt ist, befindet sich eine Scheibe, die als Hebel dient um die Kräfte vom Servo aufzunehmen und in eine Drehbewegung der Radgabel um die vertikale Achse umzuwandeln.2. There are four wheels, which are designed as rollers on rubber, attached to four even points below the base plate. The wheels are attached to a fork, which in turn is attached to the base plate so that it can rotate about the vertical axis.
  Sensors (reflective light barriers) are located on the wheels that measure the rotation of the wheel. At the upper end of the fork, in which the respective wheel is suspended, there is a disc that serves as a lever to absorb the forces from the servo and convert it into a rotary movement of the wheel fork around the vertical axis.
• 3. Die Räder werden einzeln über Motoren mit Untersetzungsgetriebe und Kraftübertragung über Zahnriemen angetrieben. Die Motoren und die Getriebe sind jeweils unmittelbar an der Gabel, die die Radaufhängung darstellt, befestigt.3. The wheels are individually driven by motors with reduction gears and power transmissionTiming belt driven. The motors and gears are each directly on the fork, therepresents the suspension, attached.
• 4. Die Drehung der Räder um die vertikale Achse verursacht beim Fahren eine Richtungsände­rung. Die vertikale Drehung wird erreicht durch die Verbindung der an der Radgabel oben befestigten Raddrehscheibe, die über Gestänge mit dem Stellmotor - Servo - verbunden sind. Es sind jeweils paarweise zwei Raddrehscheiben mit einem Servo verbunden.4. The rotation of the wheels around the vertical axis causes a change of direction when drivingtion. The vertical rotation is achieved by connecting the wheel fork at the topattached wheel turntable, which are connected to the servomotor by rods. Ittwo wheel turntables are connected in pairs to a servo.
• 5. Auf der Grundplatte sind Akkumulatoren untergebracht, die die Strom- und Spannungsversor­gung für den Antrieb, die Arbeitseinrichtung, die Steuerung und sonstige elektrische Bauteile sicherstellt.5. Accumulators are housed on the base plate, which supply the current and voltagesupply for the drive, the work equipment, the control and other electrical componentsensures.
• 6. an der Unterseite der Grundplatte ist die Bürste angeordnet. Sie ist in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert, so daß sie sich den Unebenheiten des Untergrundes in der Höhe anpassen kann. An der Bürste sind verschiedene Sensoren angebracht, die Daten über die Beschaffenheit des Untergrundes aufnehmen.6. The brush is arranged on the underside of the base plate. It is in the vertical directionslidably mounted so that they adjust to the unevenness of the surface in heightcan. Various sensors are attached to the brush, the data on the natureof the subsurface.
• 7. Die Bürste hat über Rollen direkten Kontakt mit dem Untergrund. In ihr ist eine Saugkanal und ein wasserführender Kanal untergebracht. Über den Wasserkanal werden Wasser bzw. Chemika­lien auf den Untergrund aufgebracht, über den Saugkanal werden Substanzen, die sich auf dem Untergrund befinden in das Innere der Anlage gesaugt. Die Kanäle sind so ausgelegt, daß sie die gesamte Breite des Bürstenteil überdecken.7. The brush has direct contact with the surface via rollers. In it is a suction channel anda water channel. Water or chemicals are transferred via the water channellien applied to the surface, substances that are on theUnderground are sucked into the interior of the system. The channels are designed so that theyCover the entire width of the brush part.
• 8. An der Grundplatte ist ein Wasserbehälter für die Bevorratung mit Wasser und/oder Chemika­lien angebracht. An der Grundplatte ist weiterhin ein Behälter angebracht, der den angesaugten Schmutz sammelt. Ein Teil dieses Behälters ist mit einer Vorrichtung zum Trennen einzelner Elemente der angesaugten Emulsion ausgelegt.8. There is a water container on the base plate for storing water and / or chemicalslien attached. A container is also attached to the base plate to hold the suctionedCollects dirt. Part of this container is with a device for separating individualElements of the sucked emulsion designed.
• 9. Von der Bürste zum Auffangbehälter führt ein Saugkanal. In diesem Saugkanal befindet sich ein Gebläse, das von einem Gebläsemotor angetrieben wird. Über den Saugkanal gelangt die angesaugte Luft, der angesaugte Staub und/oder die Emulsion aus Schmutz und Wasser in den Auffangbehälter. Ein Teil des Auffangbehälters ist herausnehmbar, so daß der Schmutz bei Bedarf aus der Maschine entfernt werden kann.9. A suction channel leads from the brush to the collecting container. Located in this suction channela blower that is driven by a blower motor. The passes through the suction channel sucked in air, the sucked in dust and / or the emulsion of dirt and water in theCollecting container. Part of the collecting container is removable, so that the dirt when necessarycan be removed from the machine.
• 10. Das Gebläse ist als Radialgebläse ausgelegt und unmittelbar im Saugkanal angeordnet. Der Gebläsemotor bekommt Signale zum Ein- und Ausschalten sowie über Drehzahlen von der Steuereinheit.10. The fan is designed as a radial fan and arranged directly in the suction channel. Of theBlower motor receives signals for switching on and off as well as speed from theControl unit.
• 11. Auf der Maschine ist ein Gehäuse angeordnet, in dem sich zwei Videokameras befinden. Die Kameras sind so angeordnet, daß die Optischen Achsen parallel zueinander verlaufen, der horizontale Abstand zwischen den Achsen ist 12 cm, einen vertikalen Abstand zwischen den optischen Achsen gibt es nicht.11. A housing is arranged on the machine, in which two video cameras are located. TheCameras are arranged so that the optical axes run parallel to each otherhorizontal distance between the axes is 12 cm, a vertical distance between thethere are no optical axes.
• 12. Das Kameragehäuse ist im Abstand zur oberen Begrenzung des Maschinengehäuses angeord­net, so daß die optische Sicht der Kameras bis 0,8 m vor die Maschine reicht. Das Kameragehäuse ist drehbar um die vertikale Achse angebracht. Es wird von einem Schrittmotor, der sich im Maschinengehäuse befindet, um die vertikale Achse gedreht. Die Steuerinformationen zum Drehen bekommt der Motor von der zentralen Steuercomputer.12. The camera housing is arranged at a distance from the upper limit of the machine housingnet, so that the optical view of the cameras extends up to 0.8 m in front of the machine. The camera bodyis rotatable around the vertical axis. It is powered by a stepper motorMachine housing is rotated around the vertical axis. The tax information onThe engine gets turning from the central control computer.
• 13. Ebenfalls im Gehäuse befindet sich ein Wandler für die Aufbereitung der Videosignale. Hier werden die von den Kameras kommenden Signale in digitale Signale umgewandelt und bei Bedarf zwischengespeichert.13. There is also a converter in the housing for processing the video signals. Herethe signals coming from the cameras are converted into digital signals and atCached demand.
• 14. An der Oberseite des Maschinengehäuses, verdeckt durch eine Abdeckung sind Bedienein­richtungen untergebracht, die verschieden Einstellungen und Kontrollfunktionen erfüllen.14. On the top of the machine housing, covered by a cover, there are controlsdirections housed that perform different settings and control functions.
• 15. Die zentrale Steuereinheit befindet sich im Gehäuse und besteht aus einem Mikrocomputer mit Festwertspeicher (EPROM), flüchtigem Speicher (RAM), Recheneinheit und Interface-Bau­gruppen für ein und ausgehende Signale. In die zentrale Steuereinheit gelange Signale von den äußeren Sensoren, den Videokameras, den Sensoren an der Bürste, den Innenseiten des Saugka­nals und des Auftangbehälters, den Radsensoren und Eingaben über die Bedieneinrichtung.15. The central control unit is located in the housing and consists of a microcomputerWith read-only memory (EPROM), volatile memory (RAM), computing unit and interface constructiongroups for incoming and outgoing signals. Signals from theexternal sensors, the video cameras, the sensors on the brush, the inside of the Saugkanals and the collecting container, the wheel sensors and inputs via the operating device.
• 16. Im Steuerrechner werden die Bilddaten der beiden Kameras, inzwischen digitalisiert, mitein­ander verglichen. Über ein Programm werden aus den Bilddaten die Parallaxen zu den von den Kameras aufgenommenen Objekten errechnet. Daraus wird der Abstand der Objekte zur Maschine errechnet und es werden Raumkoordinaten in einem Koordinatensystem gebildet. Es entsteht aus den Daten ein Raummodell. Entsprechend des entstandenen Raummodells wird nach einem Algorithmus die Fahrstrecke und die Bearbeitungsstrecke berechnet. Der Algorithmus berücksichtigt bei der Optimierung der Fahrstrecke neben den den Ausmaßen der Fläche auch Hindernisse und schon bearbeitete Flächen. Die gewonnenen Daten werden in Steuerbefehle umgesetzt und an die einzelnen Steuerorgane weitergegeben.16. The image data of the two cameras, meanwhile digitized, are included in the control computercompared to others. Using a program, the parallaxes become those of the image dataObjects recorded by cameras are calculated. From this the distance of the objects to theThe machine is calculated and spatial coordinates are formed in a coordinate system. Ita spatial model is created from the data. According to the room model that has been createdan algorithm calculates the route and the processing route. The algorithmalso takes into account the dimensions of the area when optimizing the routeObstacles and areas already worked on. The data obtained are used in control commandsimplemented and passed on to the individual tax bodies.
• 20. Jeweils an der Außenseite des Gehäuses, im unteren Bereich, zwei an jeder Gehäuseseite sind Schall und Infrarotsender- und -empfänger angeordnet.20. On the outside of the housing, in the lower area, there are two on each side of the housingSound and infrared transmitters and receivers arranged.
• 21. Die Schallsensoren und die Infrarotsensoren nehmen feststehende und bewegliche Hinder­nisse in der unmittelbaren Umgebung wahr. Durch vergleichende Messung der Laufzeiten kann eine annähernde Ortsbestimmung als auch eine annähernde Bewegungsbestimmung der Hinder­ nisse erreicht werden. Die Ergebnisse der Messungen werden an die zentrale Steuereinheit weitergegeben.21. The sound sensors and the infrared sensors remove fixed and movable obstaclesnisse in the immediate vicinity. By comparing the runtimes canan approximate location as well as an approximate determination of the movement of the handicapped nisse can be achieved. The results of the measurements are sent to the central control unitpassed on.
• 22. Die Ergebnisse der Nahbereichssensoren werden zur Entscheidungsfindung bei der Optimie­rung des Fahrweges nicht herangezogen, aber bei Differenzen zwischen dem optisch erreichtem Raumbild und dem Ergebnis der Nahbereichssensoren wird vom Steuerrechner das Raumbild überprüft, um zum Beispiel Kollisionen mit sich bewegenden Gegenständen oder Lebewesen auszuschließen.22. The results of the short-range sensors are used for decision making in the optimizationThe route is not used, but if there are differences between the optically achievedRoom image and the result of the close-range sensors is the room image from the control computerchecked, for example, collisions with moving objects or living thingsto exclude.

Durch verschiedene Elemente, die hier nicht näher beschrieben sind, wird ein reibungsloses bedienerloses Arbeiten der Maschine gewährleist. So sind Elemente vorgesehen, die den Ausfall der Maschine wegen Verstopfung des Saugkanals (z. B. zu großes Papierstück angesaugt) oder des Ausfalls wegen Überfüllung des Restebehälters verhindern.Various elements, which are not described in detail here, make it smoothunattended operation of the machine is guaranteed. So elements are provided that prevent the failurethe machine due to the blockage of the suction channel (e.g. too large piece of paper sucked in) or thePrevent failure due to overfilling of the waste container.

Ebensowenig beschrieben sind die Elemente, die die Maschine in Grenzfällen oder gefährlichen Situationen für die Menschen oder die Umgebung, abschalten.Neither are described the elements that make the machine dangerous in borderline casesSwitch off situations for people or the environment.

Claims (12)

Translated fromGerman

1. Fahr- und Arbeitsroboter für die Bearbeitung von Böden, vorzugsweise die Reinigung von Fußböden in geschlossenen Räumen,dadurch gekennzeichnet, daß er sich selbständig in den Räumen orientiert und selbständig an Hand eines in dem im gemeinsamen Gehäuse unterge­brachtem Computer gespeicherten Algorithmus Entscheidungen über Fahrweg und Bearbeitungs­intensität und -abfolge trifft.1. driving and working robot for the processing of floors, preferably the cleaning of floors in closed rooms,characterized in that it independently orientates itself in the rooms and independently on the basis of an algorithm stored in the common housing housed computer decisions about route and processing intensity and sequence.2. Fahr- und Arbeitsroboter nach Anspruch unter 1, der sich ohne direkte Einflußnahme des Menschen und ohne vorgegebene Fahrstrecke und ohne Lernphase selbständig über eine zu bearbeitende Fläche bewegt und diese bearbeitet, z. B. reinigt.2. Driving and working robot according to claim 1, which is without direct influence of thePeople and without a given route and without a learning phase independentlyMoving surface moved and processed, z. B. cleans.3. Fahr- und Arbeitsroboter nach dem Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß Meßsenso­ren im weitesten Sinne vorgesehen sind, die die Bedingungen des Raumes, seine Ausdehnung, um den Fahrroboter herum erfassen und die Daten an einen Zentralen Steuercomputer wie unter 1. genannt weitergeben.3. Driving and working robot according to claims 1-2, characterized in that Meßsensoin the broadest sense, which are the conditions of the space, its expansion,around the driving robot and send the data to a central control computer as in 1.called pass on.4. Fahr- und Arbeitsroboter nach Anspruch unter 1, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein oder mehrere Antriebsorgane die Laufräder antreiben.4. driving and working robot according to claim 1, which is characterized in that aor several drive elements drive the wheels.5. Fahr- und Arbeitsroboter nach 1, bei dem ein oder mehrere Laufräder um die vertikale Achse beweglich aufgehangen sind und über Stellmotoren in der vertikalen Achse verstellt werden können, so daß eine Richtungsänderung möglich wird. An den Rädern sind Meßsensoren, z. B. Reflexlichtschranken, angebracht, die die Bewegung des Rades messen und die Signale zur Auswertung an die zentrale Steuereinheit weitergeben.5. Driving and working robot according to 1, in which one or more wheels around the vertical axisare movably suspended and adjusted in the vertical axis via servomotorscan, so that a change of direction is possible. Measuring sensors, e.g. B.Retro-reflective sensors, which measure the movement of the wheel and the signals to theForward evaluation to the central control unit.6. Fahr- und Arbeitsroboter nach Anspruch 1-2, bei dem die Bodenreinigungsmaschine oder Bodenbearbeitungsmaschine im Gehäuse integriert ist und in ihrer Arbeit mit vom Zentralcom­puter nach einem Entscheidungsalgorithmus, der Hard- oder softwaremäßig gespeichert ist, gesteuert wird.6. driving and working robot according to claim 1-2, wherein the floor cleaning machine orSoil cultivation machine is integrated in the housing and in its work with the Zentralcomcomputer according to a decision algorithm that is stored in hardware or software,is controlled.7. Fahr- und Arbeitsroboter nach dem Anspruch 1-6, der dadurch gekennzeichnet ist, daß aus von Meßsensoren aufgenommene Daten ein Abbild (Modell) des umgebenden Raumes in einem Computer erstellt wird und aus dem Modell durch im Computer gespeicherte Algorithmen ein optimaler und gleichzeitig die Fläche abdeckender Fahrweg errechnet wird.7. driving and working robot according to claims 1-6, which is characterized in thatdata recorded by measuring sensors an image (model) of the surrounding space in oneComputer is created and entered from the model by algorithms stored in the computeroptimal and at the same time covering the area is calculated.8. Fahr- und Arbeitsroboter nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren, welche an den Außenseiten des Gehäuses angeordnet sind, zusätzlich die unmittelbare Umgebung erfassen und damit das Ergebnisse der Optischen Sensoren kontrolliert und ergänzt wird.8. driving and working robot according to claims 1-6, characterized in that sensors,which are arranged on the outside of the housing, in addition the immediate surroundingsrecord and thus the results of the optical sensors are checked and supplemented. 9. Fahr- und Arbeitsroboter, der unabhängig vom stationären Strom/Spannungsversorgungen ist. Zur Energieversorgung dienen Akkumulatoren, die im gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.9. Driving and working robot that is independent of the stationary power / voltage supplies.Accumulators, which are accommodated in the common housing, serve for the energy supply.10. Fahr- und Arbeitsroboter nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die aufgenommenen Daten im Zentralcomputer ständig das Modell des Raumes aktualisiert wird.10. driving and working robot according to claims 1-6, characterized in that by thedata recorded in the central computer, the model of the room is constantly updated.11. Fahr- und Arbeitsroboter nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz der integrierten Bearbeitungsmaschine durch den zentralen Computer gesteuert wird.11. Driving and working robot according to claims 1-6, characterized in that theUse of the integrated processing machine is controlled by the central computer.12. Fahr- und Arbeitsroboter nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren die Untergrundbeschaffenheit erfassen und die gewonnenen Daten Einfluß auf die Regelung der Bearbeitung und der Fahrstrecke haben können.12. Driving and working robot according to claim 1-6, characterized in that the sensorsRecord the condition of the surface and the data obtained influence the regulation of theMachining and the route can have.