DE69931131T2

DE69931131T2 - Roboter und Verfahren zum Betrieb eines Roboters

Info

Publication number: DE69931131T2
Application number: DE69931131T
Authority: DE
Inventors: Ehud Peless; Shai Abrahamson; Ilan Peleg
Original assignee: Friendly Robotics Ltd
Current assignee: Friendly Robotics Ltd
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: EP1016946A1; US20010047231A1; EP1016946B1; US6339735B1; DE69931131D1; US6493613B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nutzroboter und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Nutzroboters. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen autonomen Nutzroboter, welcher mehrere Betriebsarten aufweist und auf ein Verfahren für seinen Betrieb.
Während eine Gesellschaft sich höher entwickelt, sucht sie nach Wegen, Zeit besser nützen zu können. Dementsprechend besteht ein Wunsch, Menschen durch Roboter zu ersetzen, um übliche Aufgaben durchzuführen, wodurch Menschen frei werden, andere Dinge zu tun und somit ihre Zeit besser zu nützen. US Patente 5,353,224 und 5,402,051 beschreiben Roboter, welche als Reinigungskraft arbeiten.
Roboter, welche als selbstangetriebene Rasenmäher verwendet worden sind und nach dem Prinzip von Zufallsbewegung innerhalb einer Begrenzung arbeiten, sind in den US Patenten 3,550,714, 4,809,178 und 3,570,227 beschrieben. Autonome selbst angetriebene Rasenmäher, welche entlang vorgeplanter Wege arbeiten, sind in den US Patenten 3,650,097, 4,500,970, 4,694,639 und 3,789,939 beschrieben. Rasenmäher, welche autonom entlang definierter Kanten oder Grenzen arbeiten, sind in den US Patenten 3,924,389, 3,425,197, 4,184,559, 4,545,453, 4,573,547, 4,777,785, 4,831,813, 5,007,234 und 5,204,814 beschrieben. WO 96/38770 beschreibt schließlich einen Roboter, welcher ein Gebiet innerhalb von Grenzlinien abdeckt, wobei er kontinuierlich seine Position korrigiert, indem er die berechneten und tatsächlichen Koordinaten der Grenzlinien vergleicht.
Diese autonomen Roboter weisen Nachteile in der Hinsicht auf, dass sie nur in einem autonomen Modus arbeiten. Sie sind dafür ausgebildet, relativ große Gebiete abzudecken und können nicht auf kleine Gebiete, wie Umrandungen oder kleine Grasflächen, angewendet werden. Darüber hinaus bestehen Einschränkungen in den Navigationssystemen der beschriebenen Roboter, welche sie bestimmte Gebiete innerhalb des Arbeitsbereichs verfehlen lassen, wie jene sehr nah an den Grenzen des Arbeitsbereichs oder an Grenzen von Hindernissen innerhalb des Arbeitsbereichs. Diese zuvor genannten autonomen Roboter sind daher in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, eine benötigte Fläche vollständig abzudecken und sind nicht für eine Verwendung auf relativ kleinen Flächen geeignet, welche manchmal in Haushalten benötigt werden.
US 5,841,259 beschreibt einen Staubsauger mit einem Elektrokabel zum automatischen oder manuellen Durchführen einer Reinigungsarbeit mittels Fernsteuerung auf einer Reinigungsfläche. Der Staubsauger weist ein Elektrokabel auf, welches automatisch aus- und eingezogen wird, wenn der Staubsauger sich bewegt. Eine konstante Spannung auf dem Kabel durch eine geeignete Handhabung einer mit dem Kabel verbundenen Spiralfeder.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nutzroboter zum Durchführen einer Aufgabe in mindestens einem Bereich bereitzustellen, welcher die Einschränkungen der bestehenden Nutzroboter dahingehend überwindet, dass er einen autonomen Modus oder Modi zum Durchführen einer Aufgabe und einen manuellen Modus oder Modi zum Durchführen einer Aufgabe aufweist. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Nutzroboters bereitzustellen, welches ein Kombinieren eines autonomen Betriebsmodus oder Betriebsmodi zum Durchführen einer Aufgabe mit einem manuellen Betriebsmodus oder Betriebsmodi kombiniert. Diese Kombination, da in einem einzelnen Roboter verfügbar, ermöglicht einen Betrieb in Bereichen, welche für einen Nutzroboter nicht zugänglich sind, der nur in dem autonomen Modus arbeitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Nutzroboters ist ein Rasenmäher dafür geeignet, in mindestens einem autonomen Modus und in mindestens einem manuellen Modus zu arbeiten. Der Rasenmäher weist einen Hauptkörper auf, welcher dafür ausgebildet ist, ein Signal von einer Steuervorrichtung zu empfangen, ein Erkennungssystem zum Erkennen des Signals und eine mit dem Erkennungssystem in Kommunikation stehende Steuerung zum Wechseln des Betriebsmodus gemäß dem erkannten Signal.
Das Verfahren zum Betreiben eines Nutzroboters gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Senden eines ersten Signals an ein Erkennungssystem in dem Nutzroboter zum Durchführen mindestens einer Aufgabe in den mindestens einen Bereich in einem ersten Modus und ein Senden eines zweiten Signals an das Erkennungssystem auf, zum Durchführen der Aufgabe in einem zweiten Modus in dem mindestens einen Bereich.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Nutzroboter mit einer Vielzahl von Betriebsmodi bereit, wobei der Nutzroboter aufweist;
ein Nutzroboter (20) mit einer Vielzahl von Betriebsmodi (44, 46), wobei der Nutzroboter aufweist:
einen Hauptkörper (27), welcher für eine Nutzung mit einer ersten Steuervorrichtung (30') geeignet ist, wobei die erste Steuervorrichtung dafür ausgebildet ist, um mindestens ein Signal zu liefern, welches sich auf mindestens einen Betriebsmodus von der Vielzahl von Betriebsmodi bezieht;
ein Erkennungssystem (42), welches dafür ausgebildet ist, um die erste Steuervorrichtung zu erkennen;
eine mit dem Erkennungssystem in Kommunikation stehende Steuerung (43) zum Betreiben des Roboters in dem mindestens einen Betriebsmodus in Übereinstimmung mit dem mindestens einen Signal von der ersten Steuervorrichtung, und
dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (27) Mittel zum Aufnehmen (41) und zum möglichen Entfernen der ersten Steuervorrichtung (30') einschließt, wobei die Aufnahme der ersten Steuervorrichtung (30') in dem Aufnahmemittel (41) von dem Erkennungssystem erkennbar ist, in der Weise, dass, wenn die erste Steuervorrichtung (30') in den Aufnahmemitteln (41) aufgenommen wird, die Steuerung (43) auf das mindestens eine Signal von der ersten Steuervorrichtung (30') zum Betreiben des Roboters (20) in einem ersten Betriebsmodus reagiert; und in der Weise, dass, wenn die erste Steuervorrichtung (30'), von den Aufnahmemitteln entfernt wird, die Steuerung für mindestens ein Signal zum Betreiben des Roboters (20) in einem zweiten Betriebsmodus aufnahmebereit ist.
Vorzugsweise wird die erste Steuervorrichtung aus einer Gruppe ausgewählt, welche aus einer manuellen Steuereinheit und einer zusätzlichen Vorrichtung besteht.
Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass das Erkennungssystem zusätzlich dafür ausgebildet ist, um mehrere Steuervorrichtungen zu erkennen, einschließlich mindestens einer zwei ten Steuervorrichtung, welche dafür geeignet ist, der Steuerung entfernt liegend Signale zu senden.
Vorzugsweise wird der Nutzroboter aus einer Gruppe ausgewählt, welche aus Rasenmähern, Staubsaugern, Bodenreinigungsmaschinen und Schneeräummaschinen besteht.
Eine wiederum weitere Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Nutzroboters (20, 50) mit einer Vielzahl von Betriebsmodi (44, 46) zum Durchführen mindestens einer Aufgabe in mindestens einem Bereich (54, 56) bereit, wobei der mindestens eine Bereich Grenzen (55, 55') und ein Inneres aufweist und der Roboter aufweist: einen Hauptkörper (21) und ein Steuersystem (43) zum Empfangen des mindestens einen Signals von einer Steuervorrichtung, welche dafür ausgebildet ist, um mindestens ein Signal zu liefern, welches sich auf mindestens einen Betriebsmodus von der Vielzahl von Betriebsmodi bezieht, und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Aufnehmen der Steuervorrichtung an dem Hauptkörper oder Entfernen der Steuervorrichtung von dem Hauptkörper in der Weise, dass der Roboter in mindestens einem ersten Betriebsmodus betriebsbereit ist, wenn die Steuervorrichtung von dem Hauptkörper aufgenommen wird, und der Roboter in mindestens einem zweiten Betriebsmodus betriebsbereit ist, wenn die Steuervorrichtung von dem Hauptkörper entfernt worden ist und das Steuersystem mindestens ein Signal empfängt, welches sich auf den zweiten Betriebsmodus bezieht.
Vorzugsweise weist der Hauptkörper zusätzlich eine Steuerkonsole auf und das Verfahren schließt den Schritt ein, mindestens ein zweites Signal von der Steuerkonsole zu dem Steuersystem zum Durchführen der mindestens einen Aufgabe dem Betriebsmodus zu senden.
Vorzugsweise wird die Aufgabe aus der Gruppe ausgewählt, welche besteht aus: Rasenmähen, Staubsaugen, Bodennassreinigung und Schneeräumen.
Das Verfahren weist besonders bevorzugt die zusätzlichen Schritte auf: Bereitstellen eines auf dem Nutzroboter angeordneten Sensors; Bereitstellen einer Grenze entlang eines Umkreises des mindestens einen Bereichs, wobei die Grenze von dem Sensor auf dem Nutzroboter detektierbar ist; Bereitstellen von Grenzen entlang eines Umkreises von jedem in dem mindestens einen Bereich eingeschlossenen, in welchem gewünscht ist, dass der Nutzrobo ter nicht arbeiten soll, wobei die Grenzen ebenfalls von dem Sensor auf dem Nutzroboter detektierbar sind; Bereitstellen von mit dem Sensor verbundenen Verarbeitungsmitteln und Empfangen einer Eingabe davon; und, wenn der Nutzroboter innerhalb des mindestens einen Bereichs arbeiten soll: (a) Veranlassen, dass der Nutzroboter in einer im Wesentlichen geraden Linie von einem Punkt (C) in dem mindestens einen Bereich sich in die Richtung einer Grenze (55, 55') bewegt und (b) Veranlassen, dass der Nutzroboter sich um ungefähr 180 Grad dreht, wenn er die Grenze detektiert.
Bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben, allein als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1A und 1B eine perspektivische Vorder- und Rückansicht des Nutzroboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
2A eine Vorderansicht einer Steuereinheit zum Betreiben des Nutzroboters in einem autonomen Modus oder in einem Kantenschneidmodus gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
2B eine Vorderansicht einer alternativen Steuereinheit zum Betreiben des Nutzroboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
3 eine Blockdiagrammdarstellung der Arbeitsweise des Nutzroboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine schematische Abbildung des Nutzroboters der Erfindung zeigt, welcher als ein Rasenmäher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet; und
5 eine schematische Abbildung des Nutzroboters der Erfindung zeigt, welcher als ein Rasenmäher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Kantenschneidmodus arbeitet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nutzroboter und ein Verfahren für seinen Betrieb. Der erfindungsgemäße Nutzroboter kann Aufgaben durchführen, wie Oberflächen pflege-Aufgaben, z.B. Staubsaugen, Bodennassreinigung, Schneeräumen und Rasenmähen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Nutzroboter ein Rasenmäher.
In 1A und 1B ist der Nutzroboter der vorliegenden Erfindung als Rasenmäher 20 gezeigt, welcher autonome und manuelle Modi zum Durchführen von Aufgaben aufweist. Der Rasenmäher 20 schließt einen Hauptkörper 27 ein, welcher ein Steuersystem zum Steuern des Betriebsmodus des Rasenmähers, wie in 3 beschrieben, welches in elektrischer Verbindung mit einem Erkennungssystem 42 (ausführlich in 3) steht. Der hintere Abschnitt des Hauptkörpers 27 schließt einen Anschluss zum Empfangen von Signalen von einer benutzergesteuerten Vorrichtung oder anderen zusätzlichen Vorrichtungen, wie eine Wegfahrsperre oder ein Ladegerät, und eine Sensoreinheit zum Empfangen entfernter Signale von einer entfernt liegenden benutzergesteuerten Vorrichtung. Sowohl der Anschluss, als auch die Sensoreinheit sind elektronisch mit dem Erkennungssystem 42 verbunden.
Es gibt auch eine Steuerkonsole 30 zum Einstellen der autonomen Modi des Rasenmähers. In dem manuellen Modus wird der Rasenmäher 20 von der Steuereinheit 30' (ausführlich in 2B) gesteuert und kann ferner manuell gehandhabt werden, wie zum Beispiel geschoben oder gezogen werden, indem der vordere Griff 28 verwendet wird.
Der Anschluss schließt die Zubehörbuchse 24 ein, welche verwendet wird, um Signale von zusätzlichen Vorrichtungen zu empfangen, wie ein Ladegerät zum Laden des Rasenmähers oder eine Wegfahrsperre zum Anschließen, jedes Mal, wenn der Rasenmäher angeschaltet wird, wodurch der Rasenmäher gegen unbefugte Benutzung, zum Beispiel durch Kinder oder Diebe, geschützt wird.
Der Rasenmäher 20 weist ferner vordere und hintere Annäherungssensoren 23 und taktile Stoßsensoren 25 auf, welche den Betrieb des Rasenmähers in dem autonomen Modus unterstützen, wie unten beschrieben.
Der Hauptkörper 27 beherbergt auch eine Schneideklinge und ein Mulchdeck (mulching deck) zum Rasenmähen. Zum Beispiel kann der Hauptkörper eine Schneideklinge, wie in der US Patentanmeldung 06/077,678, eingereicht am 12. März 1998, überschrieben an die gemeinsamen Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, oder eine der üblicherweise zum Rasenmähen verwendeten Schneideklingen beherbergen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind Sammelvorrichtungen, wie eine Schneeschaufel, ein Rechen oder andere Reinigungsvorrichtungen, wie ein Besen, ein Kehrer oder eine Bodennassreinigungsvorrichtung, untergebracht, oder sind an dem Hauptkörper 27 angebracht. Daher kann der Nutzroboter zum Schneeräumen oder ähnlichen Räum- oder Reinigungsvorgängen dienen. In der Schneeschaufel könnten eine Sammelvorrichtung oder weitere Reinigungsvorrichtungen auf einer bewegbaren Hebevorrichtung oder ähnlichem angebracht sein und von der Steuerung gemäß der Steuerungselektronik für den Rasenmäher (ausführlich oben) gesteuert werden. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel schließt der Hauptkörper des Roboters einen Staubsauger ein, welcher von der Steuerung in ähnlicher Weise wie jene für den Rasenmäher gesteuert wird.
Nun wird auf 2A Bezug genommen, welche eine Steuereinheit zum Betreiben des Rasenmähers in einem autonomen Modus oder in einem Kantenschneidmodus erläutert. Die Steuereinheit ist für einen Benutzer über die Steuerkonsole zugänglich, allgemein mit Bezugszeichen 30 versehen. Die Steuerkonsole weist GO 35 und STOP 36 Tasten zum Starten des Betriebs des Rasenmähers in einem autonomen Modus und zum Beenden seines Betriebs auf. Die Steuerkonsole 30 weist auch ein Anzeigefenster 31 und Mittel zum Programmieren bestimmter Funktionen auf, welche mit dem autonomen Betriebsmodus verbunden sind und auf welche über ein programmierbares Menü zugegriffen werden kann. Diese Mittel sind die SELECT Taste 34, die UP/DOWN Pfeiltasten 32 und die CANCEL Taste 33.
In seinem autonomem Betriebsmodus kann der Roboter mit einem beliebigen der bekannten Verfahren zum Betreiben von autonomen Robotern arbeiten, was ausführlich unter Bezugnahme auf 4 erläutert werden wird.
Die Steuerkonsole 30 weist auch eine EDGE Taste 37 auf, welche für einen Betrieb des Rasenmähers in dem Kantenschneidmodus bestimmt ist. Der Betrieb des Rasenmähers in seinem Kantenschneidmodus wird ausführlich unter Bezugnahme auf 5 erläutert werden. Die Kantenschneidefunktion kann gestartet werden, indem die EDGE Taste 37 gedrückt wird oder indem eine Funktion programmiert wird, welche es ermöglicht, dass der Kantenschneidmodus automatisch beginnt, nachdem das autonome Rasenmähen der Vorrichtung beendet worden ist, und welche durch Drücken der GO Taste 35 betätigt wird.
Nun wird auf 2B Bezug genommen, welche eine Steuereinheit zum Betreiben des Rasenmähers in einem manuellen Modus erläutert. Die manuelle Steuereinheit, allgemein mit Bezugszeichen 30' versehen, ist zum Fahren des Rasenmähers von einem Gebiet zu einem anderen bestimmt und kann verwendet werden, um zu ermöglichen, dass der Rasenmäher zu Gebieten Zugang hat, welche für ihn während eines Betriebs in dem autonomen Modus nicht zugänglich sind. In seinem autonomen Modus arbeitet der Rasenmäher gemäß programmierten Parametern, welche verwendet werden, um für den Rasenmäher nicht zugängliche Bereiche zu definieren, wie die Entfernung zwischen dem Rasenmäher und einer Kantengrenze (wie unten erläutert werden wird). Daher wird der manuelle Modus vorzugsweise verwendet, um den Rasenmäher von seinem Lagerbereich zu seinem Arbeitsbereich zu fahren oder um ihn zwischen zwei Arbeitsbereiche zu fahren, welche dem Rasenmäher in seinem autonomen Modus physikalisch getrennt erscheinen. Derartige Bereiche können zwei Bereiche sein, welche einzeln mit Kantengrenzen markiert sind, wie unten beschrieben werden wird, oder ein Arbeitsbereich, welcher nur über einen Pfad mit einer Breite zugänglich ist, welche für den Rasenmäher in seinem autonomen Modus als nicht zugänglich definiert ist.
Die manuelle Steuereinheit 30' weist Steuermittel, wie links/rechts und Vorwärts-/Rückwärts-Bewegungstasten 32', und Geschwindigkeitssteuer-Tasten 34' auf. Rasenmäh-Taste 36' ermöglicht, dass der Rasenmäher mäht, während er manuell angetrieben wird. Rasenmäh-Taste 36' wird verwendet, um relativ kleine Arbeitsbereiche oder Kanten von Arbeitsbereichen oder von Hindernissen in dem Arbeitsbereich (wie zum Beispiel Blumenbeete und Bäume) zu mähen. Die Lichtanzeige 38 ist mit dem in Fachkreisen bekannten OPC (Operator Presence Control = Benutzeranwesenheitssteuerung) konform.
Die manuell betriebene Einheit 30' kann jede geeignete Steuereinheit sein, welche entweder mit dem Nutzroboter oder mit einer entfernten Steuereinheit, wie einer Einheit, welche Strahlenenergie nutzt, verbunden sein.
Nun wird auf 3 Bezug genommen, welche die Arbeitsweise des Nutzroboters, wie zum Beispiel den Rasenmäher 20, in Form eines Blockdiagramms erläutert. Der Rasenmäher 20 schließt einen Anschluss 41 zum Empfangen eines Signals von Einheiten und Vorrichtungen, wie zum Beispiel jene in 1 beschriebenen, ein über welche Daten an das Erkennungssystem 42 geliefert werden, wie in dem spezifischen Modus benötigt. Der Anschluss 41 kann eine Sensoreinheit 41' zum Empfangen entfernter Signale von einem Benutzer und eine Buchse 24, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, einschließen. Das Erkennungssystem 42 ist dafür geeignet, die Einheit oder Vorrichtung zu identifizieren, welche in Anschluss 41 eingeführt worden ist und gibt der Steuerung 43 demgemäß Anweisungen. Die Steuerung 43 aktiviert demgemäß, aktiv oder standardmäßig, eine der Modi; autonom (dargestellt von dem Navigationssystem 44), kantenschneidend 45 oder manuell 46. Die Steuerung 43 kann weitere Arbeitsvorgänge aktivieren, wie die Wegfahrsperre 49, welche den Rasenmäher gegen unbefugte Benutzung schützt, oder das Lagegerät 47. Es ist zu ersehen, dass die Rolle des Erkennungssystems 42 und der Steuerung 43 von einer funktionalen Einheit, wie einem Mikroprozessor 48, durchgeführt werden kann.
Daher werden verschiedene Signale über den Anschluss 41 an das Erkennungssystem 42 gesendet, welche zu der Steuerung 43 übertragen werden, um den Rasenmäher 20 in unterschiedlicher Weise zu betreiben. Zum Beispiel aktiviert ein Drücken der GO Taste 35 auf der Steuerkonsole 30 das Navigationssystem 44 für einen Betrieb in dem autonomen Modus. Ein Ändern des Betriebs des Rasenmähers 20 von dem autonomen Modus kann in folgender Weise erzielt werden: 1) durch Drücken der STOP Taste 36 auf der Steuerkonsole 30, 2) durch Drücken der EDGE Taste 37 auf der Steuerkonsole 30, 3) durch Anbringen der Steuereinheit 30' in den Anschluss 41 oder 4) durch entferntes Signalisieren an die Sensoreinheit 41' in Anschluss 41 durch die entfernte Steuereinheit 130'.

1) Drücken der STOP Taste 36 beendet den Betrieb des Rasenmähers 20.
2) Drücken der EDGE Taste 37 beendet den Betrieb in dem autonomen Modus und startet den Betrieb in dem Kantenschneidmodus 45.
3) Einführen der Steuereinheit 30' in den Anschluss 41 beendet den Betrieb in dem autonomen Modus und startet den Betrieb in dem manuellen Modus 46.
4) Entferntes Signalisieren an die Sensoreinheit 41' durch die entfernte Steuereinheit 131' beendet den Betrieb in dem autonomen Modus und startet einen Betrieb in dem manuellen Modus 46.

Sobald sich der Rasenmäher in dem manuellen Modus 46 befindet, wird er von der Steuereinheit 30' oder von der entfernten Steuereinheit 131' gesteuert.
Zusätzliche Vorrichtungen 141, wie zum Beispiel ein Ladegerät oder eine Wegfahrsperre, welche an Anschluss 41 angebracht werden, liefern dem Erkennungssystem 42 und der Steuerung 43 ein Signal zum Laden 47 des Rasenmähers 20 oder zum Aktivieren des Betriebs des Rasenmähers 20 durch die Wegfahrsperre 49.
Nun wird auf 4 Bezug genommen, welche eine schematische Darstellung einer Aufgabe ist, welche von dem Nutzroboter in einem manuellen Modus und in einem autonomen Modus durchgeführt wird. Die Arbeitsweise des Nutzroboters wird beschrieben, indem man einen von einem Rasenmäher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingenommenen Kurs folgt. Das Voranschreiten des Rasenmähers durch diesen Kurs wird unter Bezugnahme auf die in 2B beschriebene Steuereinheit 30' beschrieben.
In 4 ist der Nutzroboter, allgemein mit den Bezugszeichen 50 versehen, ein Rasenmäher und die Arbeitsbereiche 54 und 56 sind Rasenflächen. Der Rasenmäher 50 ist am Punkt A in dem Lagerbereich 52 nicht in Betrieb. Er wird vorzugsweise durch ein Einführen der Steuereinheit 30' in die Zubehörbuchse 24 (siehe 1) im Rasenmäher, in Bewegung gesetzt und über Punkt B entlang des Pfades 53 unter Verwendung der Tasten 32 zum Folgen der Konturen des Pfades 53 und unter Verwendung der Tasten 34 zum Erzielen der angemessenen Bewegungsgeschwindigkeit, unter Berücksichtigung von beispielsweise der Glätte der Pfadoberfläche, etc. gefahren.
Der Arbeitsbereich 54 ist mit der Grenze 55 entlang seines Umkreises 57 ausgestattet. Die Grenze 55 ist von einem Annäherungssensor (23 in 1) detektierbar und kann zum Beispiel ein leitender Draht sein, durch welchen ein Strom fließt, wodurch ein magnetisches Feld entlang des Drahtes erzeugt wird. Die Insel 58 kann ein Hindernis, wie zum Beispiel ein Baum oder ein Blumenbeet sein, in welchem es nicht gewünscht ist, dass der Rasenmäher 50 arbeitet. Die Insel 58 ist mit einer Grenze 59 entlang ihres Umkreises ausgestattet. Die Grenze 59 ist auch von einem Annäherungssensor detektierbar. Ein Annäherungssensor 23, wie ein Magnetfeld-Sensor oder ein Ultraschall-Annäherungssensor, ist auf dem Rasenmäher 50 angeordnet und Verarbeitungsmittel sind mit dem Sensor verbunden und empfangen eine Eingabe davon.
Sobald der Rasenmäher an dem Arbeitsbereich 54 eintrifft, wird er an einer Anfangsposition angeordnet und der autonome Modus wird gestartet, indem entweder die GO Taste 35 gedrückt wird oder indem die manuelle Steuereinheit 30' von der Maschine entnommen wird und die GO Taste 35 (siehe 2A) gedrückt wird.
In seinem autonomen Betriebsmodus kann der Roboter nach jedem bekannten Verfahren zum Betreiben von autonomen Robotern arbeiten. Als ein Beispiel werden zwei Verfahren, welche verschiedene Navigationssysteme verwenden, beschrieben.
In einem Verfahren ist die Anfangsposition für den Rasenmäher der Punkt C. Der Rasenmäher arbeitet, indem er sich systematisch innerhalb des Arbeitsbereichs 54 sequentiell vorarbeitet, wobei er sich auf einer geraden Linie von einer Grenze (55) zu der nächsten (55') bewegt. Hierfür wird er anfänglich relativ nahe an einer äußeren Kante der Grenze (wie zum Beispiel C) angeordnet und in der gewünschten Richtung des Abarbeitens ausgerichtet. Wenn der Rasenmäher 50 betrieben wird, wird er in einer im Allgemeinen geraden Linie von Punkt C in die Richtung der Grenze 55' gesteuert. Wenn der Rasenmäher auf die Grenze 55' trifft (entweder, indem er ihre Nähe detektiert oder indem er sie berührt), wird der Rasenmäher um ungefähr 180° gedreht. Das Navigationssystem kann einen Wegmesser und einen Kompass und ein Detektiersystem zum getrennten Detektieren von Grenzen und Hindernissen verwenden. Dementsprechend kann es zwei unterschiedliche Typen von Markierungen geben, Grenzmarkierungen und Hindernismarkierungen. Alternativ können die Hindernissensoren für Hindernisse, welche über dem Boden hervorragen, wie zum Beispiel Bäume und Möbel, Annäherungs- und/oder Berührungssensoren (23 und 25 in 1) sein.
Im Allgemeinen bewegt sich der Rasenmäher 50 in im Allgemeinen Weise geraden, parallelen Linien zwischen zwei Grenz (55 und 55')-Markierungen. Jedoch, wenn das Sensorsystem anzeigt, dass sich der Rasenmäher 50 nahe an einer Hindernisgrenze (59)-Markierung befindet, bewirkt das Navigationssystem, dass das sequentielle Abarbeiten zwischen den Grenz (55)-Markierungen und den Hindernis (59)-Markierungen stattfindet, wobei die Anzahl an Runden gezählt wird, bis das Hindernis passiert wurde. Die nächste Runde führt den Rasenmäher 50 zur Grenz 55'-Markierung auf der anderen Seite des Hindernisses, Insel 58. Der Rasenmäher 50 führt dann ein sequenzielles Abarbeiten in der entgegengesetzten Richtung durch, zwischen den Grenze 55'-Markierungen und den Hindernisgrenz 59-Markierungen, um den Bereich hinter der Insel 58 abzudecken. Dieses sequenzielle Abarbeiten umfasst die gleiche Anzahl von runden wie für die erste Seite der Insel 58.
Sobald das sequenzielle Abarbeiten hinter der Insel 58 beendet worden ist, folgt der Roboter 50 den Grenz 55'-Markierungen, bis er den Punkt erreicht, an welchem er das sequenzielle Abarbeiten hinter der Insel 58 begonnen hat, und an welchem Punkt er das normale sequenzielle Abarbeiten zwischen den Grenz 55- und 55'-Markierungen fortsetzt.
Alternativ kann das sequenzielle Abarbeiten hinter der Insel 58 durchgeführt werden, ohne die Runden zu zählen. Stattdessen dauert das sequenzielle Abarbeiten an, bis die Insel 58 passiert worden ist. Dies erfordert ein Festhalten der Position des Rasenmähers 50 nahe der Grenze 55', wenn der Rasenmäher das sequenzielle Abarbeiten hinter der Insel 58 beginnt, so, dass er zu jener Position zurückgeführt werden kann, sobald das sequenzielle Abarbeiten hinter der Insel 58 beendet worden ist.
Bei einem zweiten Verfahren ist die Anfangsposition für den Rasenmäher ein beliebiger Ursprung, wie zum Beispiel Punkt D. Der Rasenmäher 50 ist mit Lokalisierungsmitteln ausgestattet, um die Koordinaten des Rasenmähers relativ zu dem beliebigen Ursprung zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt zu ermitteln. Der Rasenmäher kann ferner mit Mitteln zur Richtungserkennung, Verarbeitungsmitteln und Speichermitteln zum Speichern von Werten, welche von den Verarbeitungsmitteln und, optional, von den Lokalisierungsmitteln erzeugt werden, wie in WO 96/38770 mit dem Titel "Navigation Method and System" beschrieben, welches den gemeinsamen Rechtsnachfolgern der vorliegenden Erfindung übertragen ist. WO 96/38770 ist hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
In diesem Verfahren wird der Rasenmäher veranlasst, sich entlang jeder der um (55) oder innerhalb (59) des Arbeitsbereichs bereitgestellten Grenzen zu bewegen, um die Grenzen zu detektieren, deren Form abzuspeichern und in den Speichermitteln Werte abzuspeichern, welche die Koordinaten der Grenzen relativ zu einem beliebigen Ursprung kennzeichnen, um dadurch eine grundlegende Karte des Arbeitsbereiches zu erzeugen. Der Nutzroboter wird dann veranlasst, von einem Startpunkt zu starten, wie zum Beispiel Punkt D, welcher bekannte Koordinaten innerhalb der grundlegenden Karte des Arbeitsbereichs besitzt, und sich beliebig zu bewegen, um den Arbeitsbereich 54 abzudecken. Die Koordinaten des Nutzroboters werden fortwährend ermittelt, indem die von den Lokalisierungsmitteln erhaltenen Daten analysiert werden und indem die Nähe einer Grenze detektiert wird; und die tatsächliche Position des Nutzroboters auf der grundlegenden Karte wird korrigiert, indem die berechneten und die tatsächlichen Koordinaten von jeder detektierten Grenze verglichen werden.
Nachdem der Rasenmäher 50 den Rasen in dem autonomen Betriebsmodus gemäht hat, kann er mit der Steuereinheit 30' zu jedem Bereich in dem Arbeitsbereich 54 gelenkt werden, welcher in dem autonomen Modus ausgelassen wurde und die Taste 36'' zum manuellen Mähen kann gedrückt werden, um manuell das Gebiet zu mähen, das nicht gemäht wurde. Der Rasenmäher wird dann über Punkt E zu Punkt F in einen zweiten Arbeitsbereich 56 gelenkt. Der Arbeitsbereich 56 ist klein genug, um leicht manuell gemäht zu werden. Er muss keine Grenze aufweisen, welche von dem Rasenmäher detektierbar ist, und kann im manuellen Betriebsmodus gemäht werden, wie oben beschrieben. Daher wird der gesamte benötigte Bereich, einschließlich der im autonomen Modus ausgelassenen Bereiche und physikalisch getrennten Bereiche, zum Ende des Betriebs des Rasenmähers bearbeitet.
Nun wird auf 5 Bezug genommen, welche eine schematische Darstellung einer Aufgabe ist, welche von dem Rasenmäher im Kantenschneidmodus durchgeführt wird.
Das Kantenschneiden kann durchgeführt werden, indem entweder der Rasenmäher, allgemein mit dem Bezugszeichen 60 versehen, manuell entlang der Kanten 61 geführt wird und die Taste 36'' für manuelles Rasenmähen (siehe 2B) gedrückt wird, oder indem man den Rasenmäher im Kantenschneidmodus arbeiten lässt. Auf den Kantenschneidmodus kann über die Steuerkonsole 30 (siehe 2A) zugegriffen werden. Der Kantenschneidmodus kann gestartet werden, indem die EDGE Taste 37 gedrückt wird oder indem eine Funktion programmiert wird, welche dem Kantenschneidmodus ermöglicht, automatisch zu starten, nachdem das autonome Rasenmähen der Vorrichtung beendet worden ist und welcher durch Drücken der GO Taste 35 ausgelöst wird. Sobald der Kantenschneidmodus aktiviert worden ist, wird der Rasenmäher veranlasst, sich entlang der um (65) oder innerhalb (69) des Arbeitsbereichs 64 bereitgestellten Grenzen zu bewegen, während er mäht. Parameter wie die Breite des Rasenmähers werden bei der Anordnung der Grenzen 65 und 69 in der Weise berücksichtigt, dass ein Bewegen des Rasenmähers entlang oder auf diesen Grenzen ein effizientes Schneiden des Arbeitsbereichs 64, des Hindernisses 68 oder der Kanten 61 und 62 bewirkt.
Fachleute werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch das speziell gezeigte und hierin oben beschriebene begrenzt wird. Stattdessen wird der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert:

Claims

Nutzroboter (20) mit einer Vielzahl von Betriebsmodi (44, 46), wobei der Nutzroboter aufweist: einen Hauptkörper (27), welcher für eine Nutzung mit einer ersten Steuervorrichtung (30') geeignet ist, wobei die erste Steuervorrichtung dafür ausgebildet ist, um mindestens ein Signal zu liefern, welches sich auf mindestens einen Betriebsmodus von der Vielzahl von Betriebsmodi bezieht; ein Erkennungssystem (42), welches dafür ausgebildet ist, um die erste Steuervorrichtung zu erkennen; ein mit dem Erkennungssystem in Kommunikation stehende Steuerung (43) zum Betreiben des Roboters in dem mindestens einen Betriebsmodus in Übereinstimmung mit dem mindestens einen Signal von der ersten Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (27) Mittel zum Aufnehmen (41) und zum möglichen Entfernen der ersten Steuervorrichtung (30') einschließt, wobei die Aufnahme der ersten Steuervorrichtung (30') in den Aufnahmemitteln (41) von dem Erkennungssystem erkennbar ist, in der Weise, dass, wenn die erste Steuervorrichtung (30') in den Aufnahmemitteln (41) aufgenommen wird, die Steuerung (43) auf das mindestens eine Signal von der ersten Steuervorrichtung (30') zum Betreiben des Roboters (20) in einem ersten Betriebsmodus reagiert; und in der Weise, dass, wenn die erste Steuervorrichtung (30') von den Aufnahmemitteln entfernt wird, die Steuerung für mindestens ein Signal zum Betreiben des Roboters (20) in einem zweiten Betriebsmodus aufnahmebereit ist.
Nutzroboter gemäß Anspruch 2, wobei der Hauptkörper einen Anschluss aufweist, welcher dafür ausgebildet ist, um zumindest temporär mit der ersten Steuervorrichtung zu kommunizieren.
Nutzroboter gemäß Anspruch 2, wobei die erste Steuervorrichtung mit dem Anschluss verknüpfbar ist.
Nutzroboter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Steuervorrichtung aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche aus einer manuellen Steuereinheit (30') und einer zusätzlichen Vorrichtung (141) besteht.
Nutzroboter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erkennungssystem zusätzlich dafür ausgebildet ist, um mehrere Steuervorrichtungen zu erkennen, einschließlich mindestens einer zweiten Steuervorrichtung, welche dafür geeignet ist, der Steuerung entfernt liegend Signale zu senden.
Nutzroboter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nutzroboter aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Rasenmähern, Staubsaugern, Bodenreinigungsmaschinen und Schneeräummaschinen besteht.
Verfahren zum Betreiben eines Nutzroboters (20, 50) mit einer Vielzahl von Betriebsmodi (44, 46) zum Durchführen einer Aufgabe in mindestens einem Bereich (54, 56), wobei der mindestens eine Bereich Grenzen (55, 55') und ein Inneres aufweist und der Roboter aufweist: einen Hauptkörper (21) und ein Steuersystem (43) zum Aufnehmen von dem mindestens einen Signal von einer Steuervorrichtung, welche dafür ausgebildet ist, um mindestens ein Signal zu liefern, welches sich auf mindestens einen Betriebsmodus von der Vielzahl von Betriebsmodi bezieht, und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Aufnehmen der Steuervorrichtung an dem Hauptkörper oder Entfernen der Steuervorrichtung von dem Hauptkörper in der Weise, dass der Roboter in mindestens einem ersten Betriebsmodus betriebsbereit ist, wenn die Steuervorrichtung von dem Hauptkörper aufgenommen wird, und der Roboter in mindestens einem zweiten Betriebsmodus betriebsbereit ist, wenn die Steuervorrichtung von dem Hauptkörper entfernt worden ist und das Steuersystem mindestens ein Signal empfängt, welches sich auf den zweiten Betriebsmodus bezieht.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Hauptkörper zusätzlich eine Steuerkonsole aufweist und das Verfahren den Schritt einschließt, mindestens ein zweites Signal von der Steuerkonsole (30) zu dem Steuersystem (43) zum Durchführen von der mindestens einen Aufgabe in dem mindestens einen Betriebsmodus zu senden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Aufgabe aus der Gruppe ausgewählt wird, welche besteht aus: Rasenmähen, Staubsaugen, Bodennassreinigung und Schneeräumen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 mit den zusätzlichen Schritten: Bereitstellen eines auf dem Nutzroboter (20, 50) angeordneten Sensors (23, 25); Bereitstellen einer Grenze (55, 55') entlang eines Umkreises (57) des mindestens einen Bereichs (54), wobei die Grenze von dem Sensor auf dem Nutzroboter detektierbar ist; Bereitstellen von Grenzen (59) entlang eines Umkreises von jedem in dem mindestens einen Bereich Eingeschlossenen, in welchem gewünscht ist, dass der Nutzroboter nicht arbeiten soll, wobei die Grenzen ebenfalls von dem Sensor auf dem Nutzroboter detektierbar sind; Bereitstellen von mit dem Sensor verbundenen Verarbeitungsmitteln (48) und Empfangen einer Eingabe davon; und wenn der Nutzroboter innerhalb des mindestens einen Bereichs arbeiten soll: (a) Veranlassen, dass der Nutzroboter in einer im Wesentlichen geraden Linie von einem Punkt (C) in dem mindestens einen Bereich sich in die Richtung einer Grenze (55, 55') bewegt; und (b) Veranlassen, dass der Nutzroboter sich um ungefähr 180 Grad dreht, wenn er die Grenze detektiert.