DE10042753C2 - Vacuum cleaner robot - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Staubsauger-Roboter, der dezentral über eine Funkstrecke mit einem Personal- Computer kommuniziert, in dem die durch den Staubsauger- Roboter abzufahrende Fläche mittels einer Steuersoftware speicherbar ist, wobei die Steuersoftware die optimalen Wege und die Steueranweisungen errechnet und an den Staubsauger-Roboter sendet, und der Staubsauger-Roboter eine Mehrzahl von Sensoren aufweist, die mit auf der ab zufahrenden Fläche angebrachten Markierungen einen Soll- Ist-Vergleich der Positionen des Staubsauger-Roboter er möglichen.The invention relates to a vacuum cleaner robot, the decentralized over a radio link with a personnel Computer communicates, in which the vacuum cleaner Robot-driven area using control software is storable, the control software being the optimal Routes and the tax instructions are calculated and sent to the Vacuum cleaner robot sends, and the vacuum cleaner robot has a plurality of sensors which with the on markings on the approaching surface Actual comparison of the positions of the vacuum cleaner robot possible.
Staubsauger, die selbstständig konstante Flächen abfahren und dabei absaugen sollen, so genannte Staubsauger- Roboter, haben diverse Anforderungen zu erfüllen. Sie müssen komplexe Flächen möglichst vollständig abfahren, dabei aber möglichst wenige Flächen mehrfach überfahren. Dabei sollen Gegenstände möglichst dicht umfahren werden, ohne diese zu berühren oder gar umzuwerfen. Der Roboter darf sich nicht in Nischen verklemmen oder an Gegenstän den hängen bleiben. Dabei sollen sämtliche möglichen Feh lerquellen der Navigationssteuerung des Roboters ausge schlossen werden, um eine fehlerfreie externe Steuerung zu ermöglichen. Vacuum cleaners that run constant surfaces independently and should vacuum, so-called vacuum cleaner Robots have to meet various requirements. she have to cover complex areas as completely as possible, but drive over as few areas as possible several times. Objects should be avoided as closely as possible, without touching or knocking it over. The robot must not get stuck in niches or on objects get stuck. All possible mistakes should sources of navigation control of the robot be closed to a faultless external control to enable.
Folgenden Komponenten werden bekanntermaßen für Staubsau
ger-Roboter im Haushaltsbereich vorausgesetzt:
The following components are known to be required for vacuum cleaner robots in the household sector:
- - Saugsystem unterhalb oder seitlich vom Roboter,- suction system below or to the side of the robot,
- - Abluft-Filter,- exhaust filter,
- - Staubsammelkammer bzw. Staubtüten- Dust collection chamber or dust bags
- - Motor für Sauger und- Motor for vacuum and
- - Motor für Steuerung (Vorwärts, Rückwärts, Lenkung).- Motor for control (forward, reverse, steering).
Bekannt sind Staubsauger-Roboter, welche durch Sensoren erkennen, dass sie sich einer Wand nähern. Dabei werden Steuerungsentscheidungen durch bestimmte Steuerungs- Algorithmen ermittelt. Die Qualität der Algorithmen und die Qualität der Sensoren bestimmt wesentlich die Quali tät der Flächenbearbeitung.Vacuum cleaner robots, which use sensors, are known recognize that they are approaching a wall. In doing so Control decisions through certain control Algorithms determined. The quality of the algorithms and the quality of the sensors essentially determines the quality surface treatment.
Mit der Qualität der Flächenbearbeitung ist hier gemeint:
The quality of the surface treatment means here:
- - der Anteil der Fläche, der doppelt überfahren wird,- the proportion of the area that is run over twice,
- - der Anteil der Fläche, der gar nicht überfahren wird,- the proportion of the area that does not run over becomes,
- - sowie die Wahrscheinlichkeit, mit der sich der Robo ter festfährt also navigationsunfähig wird.- as well as the probability with which the Robo ter gets stuck so becomes unable to navigate.
Die zur Erfüllung der Aufgaben benötigte Rechenleistung ist je nach Technologie der Sensoren aufwändig und ver langt aufwändige und teure Mikro-Kontroller. Da jede Woh nung und damit jede Fläche anders geformt ist und sich zudem auch kurzfristig z. B. durch neue Möbelstücke verän dern kann, verzichten die meisten Konzepte darauf, den Algorithmen als Input eine Beschreibung der Fläche zu übergeben. Vielmehr werden die Kontroller so konzipiert, dass sie mit jeder Topologie jederzeit zurechtkommen sol len.The computing power required to perform the tasks is complex and ver depending on the technology of the sensors obtains complex and expensive microcontrollers. Because every home and each surface is shaped differently also in the short term z. B. changed by new furniture most concepts can do without the Algorithms as input a description of the area to hand over. Rather, the controllers are designed that they should be able to cope with any topology at any time len.
Der Benutzer hat keine Möglichkeit, die Topologie einzu geben, also zu beschreiben, da hierzu ein Display und ein Eingabegerät (Maus oder Tastatur) am Roboter notwenig wä re. Aus Kosten- und Gewichtsgründen scheiden solche Kon zepte aus. Zudem soll der Roboter möglichst klein blei ben, damit er in alle Winkel fahren kann.The user has no way of including the topology give, so to describe, because there is a display and a Input device (mouse or keyboard) on the robot is necessary re. Such costs differ due to cost and weight reasons sceptres. In addition, the robot should remain as small as possible so that it can drive to all angles.
Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass entweder die lo kale Rechenleistung und/oder die Sensoren so aufwändig sind, dass die Kosten jenseits der für Konsumer-Endgeräte akzeptablen Preisgrenze liegen oder die Qualität der Flä chenbearbeitung unzureichend ist.A disadvantage of these solutions is that either the lo cal computing power and / or the sensors so complex are that the cost is beyond that for consumer end devices acceptable price limit or the quality of the area processing is insufficient.
Besonders nachteilig ist, dass der Roboter bei einfachen Verfahren nicht dagegen geschützt ist, sich festzufahren oder in Endlosschleifen gerät, was bedeutet, dass er im mer die gleichen Teilflächen bearbeitet, aber nie seine Aufgabe vollständig erledigt.It is particularly disadvantageous that the robot with simple Procedure is not protected against getting stuck or loops, which means that it’s in always worked on the same partial areas, but never his Task completely done.
Aus den US 46 38445 A, DE 43 23 332 A1 und DE 695 01 130 T2 sind mobile Staubsauger-Roboter bekannt, bei denen ein handelsüblicher Personal-Computer zur Steuerung des Staubsauger-Roboters verwendet wird und dieser Computer dann, wenn der Staubsauger-Roboter nicht in Betrieb ist, auch für andere Anwendungen benutzt werden kann. Der Per sonal-Computer wird nicht vom Staubsauger-Roboter getra gen, wenn eine Übertragungsverbindung zwischen Staubsau ger-Roboter und Personal-Computer vorgesehen ist. From US 46 38445 A, DE 43 23 332 A1 and DE 695 01 130 T2 mobile vacuum cleaner robots are known, in which a commercially available personal computer for controlling the Vacuum cleaner robot is used and this computer then when the vacuum cleaner robot is not operating, can also be used for other applications. The Per Sonal-Computer is not used by the vacuum cleaner robot conditions when there is a transmission link between vacuuming ger robot and personal computer is provided.
Weiterhin sind aus den DE 43 40 771 A1, US 51 09 566 A, US 55 60 077 A und US 56 46 494 A Staubsauger-Roboter be kannt, die zur Energie-Aufladung selbsttätig eine Lade station anfahren. Darüber hinaus offenbaren die DE 26 00 907 A1, US 50 86 535 A und US 53 41 540 A Roboter- Systeme, bei denen zur Korrektur des Fahrkurses Markie rungen im zu reinigenden Raum angebracht sind. Ferner ist es aus der US 57 87 545 A bekannt, dass der automatische Staubsauger an einer zentralen Station entleert wird.Furthermore, from DE 43 40 771 A1, US 51 09 566 A, US 55 60 077 A and US 56 46 494 A vacuum cleaner robots knows that a charge automatically for energy charging approach the station. In addition, DE 26 00 907 A1 disclose US 50 86 535 A and US 53 41 540 A robotic Systems in which to correct the driving course Markie in the room to be cleaned. Further is it is known from US 57 87 545 A that the automatic Vacuum cleaner is emptied at a central station.
Das typische Einsatzgebiet eines solchen Staubsauger- Roboters, nämlich die Wohnung des Benutzers, verändert sich gewöhnlich nicht. Der Roboter muss sich also gar nicht ständig an neue Einsatzgebiete gewöhnen, im Unter schied zu Industrierobotern, die Werkshallen abfahren müssen, in denen ständig neue und wechselnde Hindernisse zu umfahren sind.The typical application of such a vacuum cleaner Robot, namely the user's home, changed usually not. So the robot has to be done not getting used to new areas of application, in the sub decided on industrial robots that drive off production halls have to face constantly new and changing obstacles are to be avoided.
Bei den bekannten Robotern wird bewusst darauf verzich tet, ihm universelle Umfahrungs- und Topologie- Eigenschaften zu implementieren. Der Benutzer muss also nach dem Erwerb des Roboters die Eigenschaften, nämlich die Bodenarten, wie Teppich, Stein oder Holz, und die Form der Wohnung in das vorgestellte System eingeben.This is deliberately avoided in the known robots universal bypass and topology Implement properties. So the user has to after purchasing the robot the properties, namely the floor types, such as carpet, stone or wood, and the Enter the form of the apartment in the system presented.
Es müssen zudem Vorkehrungen getroffen werden, die eine Wegabweichung des Roboters ausgleichen können. Die Auf deckung eventueller Fahrfehler muss dabei nicht sofort erfolgen, da Fahrfehler selten sind und davon ausgegangen wird, dass der Zusatzzeitbedarf nachrangig ist. Precautions must also be taken, one Compensate for the path deviation of the robot. The on Any driving errors must not be covered immediately occur because driving errors are rare and assumed is that the additional time requirement is subordinate.
Folgende Vorteile ergeben sich bei den bekannten Staub
sauger-Robotern:
The known vacuum robots have the following advantages:
- 1. Die Gesamtkosten verringern sich drastisch.1. The total cost is drastically reduced.
- 2. Das Gewicht der Steuerung reduziert sich.2. The weight of the control is reduced.
- 3. Einfache Sensoren reichen aus.3. Simple sensors are sufficient.
- 4. Die Qualität der Steuerung ist vorhersagbar und nie mals zufällig, die Qualität daher gleich bleibend.4. The quality of the control is predictable and never times by chance, the quality therefore constant.
- 5. Der Benutzer kann sehr komfortabel mit seinem Robo ter kommunizieren.5. The user can be very comfortable with his robo communicate.
Nachteilig bei diesen Systemen ist jedoch, dass keiner der Staubsauger-Roboter in der Lage ist, insbesondere die Eck- und Randbereiche einer Raumfläche ausreichend zu reinigen.The disadvantage of these systems, however, is that none the vacuum cleaner robot is capable of, especially the Sufficient corner and edge areas of a room area clean.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen und einfachen Staubsauger-Roboter der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen jede Raum-Topografie vollständig abfahrbar und zu reinigen ist.The object of the invention is an inexpensive and simple vacuum cleaner robot of the type mentioned with which to complete any room topography is removable and can be cleaned.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Staubsauger-Roboter mindestens eine Düse zum Aufwirbeln von Staub aus den Randbereichen bzw. Ecken der zu reini genden Fläche aufweist.According to the invention the object is achieved in that the Vacuum cleaner robot at least one nozzle for whirling up of dust from the edge areas or corners of the too clean area.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Düse aktivierbar, wenn der Staubsauger- Roboter mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand einen Randbereich der zu abzufahrenden Fläche erreicht, wobei der aufgewirbelte Staub auf die zu reinigende Hauptfläche geleitet und von dort erfasst wird.According to a further embodiment of the invention At least one nozzle can be activated if the vacuum cleaner Robots with a sufficient safety distance Edge area of the surface to be traversed is reached, whereby the whirled up dust on the main surface to be cleaned managed and recorded from there.
Damit werden die Randflächen und Eckbereiche eines zu reinigenden Raumes auch dann von Staub gereinigt, wenn der Roboter diese mit ausreichendem Sicherheitsabstand abfährt. Die Düsen blasen den Staub aus den Randflächen und aus den Ecken weg und kann dann beim weiteren Reini gungsvorgang vom Staubsauger-Roboter aufgesaugt werden.The edge areas and corner areas become one cleaning room also cleaned of dust when the robot does this with a sufficient safety distance departs. The nozzles blow the dust from the edges and away from the corners and can then continue with Reini be vacuumed by the vacuum cleaner robot.
Der der Erfindung zu Grunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbei spieles näher beschrieben.The idea underlying the invention is in the following description based on an example game described in more detail.
Auf einem handelsüblichen PC wird ein Roboter- Steuerungsprogramm installiert. An die serielle Schnitt stelle wird ein Adapter geschraubt, der vorzugsweise die Weiterbenutzung, beispielsweise durch eine Computer-Maus an einer eingebauten zusätzlichen Schnittstelle, erlaubt. Alternativ wäre auch der Anschluss an die parallele Schnittstelle oder den USB-Port des Personal-Computers möglich. Über diesen Kontakt kommuniziert der Personal- Computer mit dem Staubsauger-Roboter.On a standard PC, a robot Control program installed. To the serial cut is an adapter screwed, which is preferably the Further use, for example by a computer mouse on a built-in additional interface. Alternatively, the connection to the parallel would be Interface or the USB port of the personal computer possible. The HR department communicates via this contact Computer with the vacuum cleaner robot.
Die Steuersoftware erlaubt die Eingabe der Wohnungsform, wie Topologie, Bodenbeschaffenheit, Sicherheitsabstände, und den Start und Stopp des Staubsauger-Roboters.The control software allows the entry of the apartment type, such as topology, ground conditions, safety distances, and the start and stop of the vacuum cleaner robot.
Nach der Eingabe der Wohnungseigenschaften berechnet das Programm den kürzesten Weg, mit dem die Fläche vollstän dig abfahrbar ist. Dabei berechnet das Programm einen Weg, bei dem die wenigsten Steuerungseingriffe in die Lenkung notwendig sind, da diese immer fehlerbehaftet sind. Das Programm versucht also möglichst gerade Strec ken zu erzeugen und oft so genannte Positions- Markierungen zu überfahren, damit eine Soll-Ist-Kontrolle der Position erreicht wird.After entering the apartment properties, this calculates Program the shortest way to complete the area dig can be driven off. The program calculates one Way in which the least control interventions in the Steering are necessary because they are always faulty are. So the program tries to straighten as straight as possible generating and often so-called position Passing markings, so that a target-actual control the position is reached.
Diese Markierungen können eindeutig sein, d. h. das System erkennt die Position auch dann, wenn der Roboter willkür lich auf eine solche Markierung gesetzt wird. Dies hätte zwar den Nachteil, dass jede Markierung eindeutig identi fizierbar sein muss, z. B. nummeriert durch Barcode. Die Sensoren wären dann aufwändiger. Weiterer Nachteil wäre, dass der Benutzer die Position jeder Markierung ins Sy stem eingeben muss oder dem System eine Lernphase zuge stehen muss, bei der der Roboter die Position der Markie rungen selbst ermittelt.These marks can be unique, i. H. the system recognizes the position even if the robot is arbitrary Lich is placed on such a marker. This should have been the disadvantage is that each marking is clearly identi must be fizeable, e.g. B. numbered by barcode. The Sensors would then be more complex. Another disadvantage would be that the user knows the position of each marker in the sy stem must be entered or a learning phase assigned to the system where the robot positions the markie determined itself.
Auch einfache Rückmeldungen, z. B. bei Hinderniskontakt, wären möglich. Die notwendigen Sensoren, beispielsweise als Federkontakte, können kostengünstig rund um den Robo ter platziert werden.Even simple feedback, e.g. B. in contact with obstacles, would be possible. The necessary sensors, for example as spring contacts, can be inexpensive around the Robo be placed.
Möglich ist auch, dass auf die Markierungen komplett und damit auf jede Rückmeldung des Systems verzichtet wird. Dies setzt aber den unwahrscheinlichen Fall voraus, dass der Roboter sehr exakt die vom PC ermittelten Fahranwei sungen, wie Lenkung, Verzögerung, Start/Stopp, ausführt.It is also possible that the markings are complete and so that there is no feedback from the system. However, this assumes the unlikely event that the robot very precisely the driving instructions determined by the PC solutions such as steering, deceleration, start / stop.
Durch die Nutzung des Personal-Computers, der in den Haushalten, die sich für einen Roboter interessieren, fast immer bereits vorhanden ist, können wesentlich leistungsfähigere Algorithmen zum Einsatz kommen. Zudem kann der Benutzer das System durch Korrekturen unterstützen. Beispielsweise können typische Fehlerquellen wie Teppich kanten manuell ausgegrenzt werden. Auch die gesamte Flä che könnte der Benutzer einmal manuell abfahren, dabei würde der Roboter die Steueranweisungen an die PC- Software übertragen und die Software würde "angelernt". Die dabei "gelernten" Steueranweisungen müssten dann zu künftig nur noch abgespielt werden. Oder das manuelle Ab fahren dient lediglich dazu, die Fläche zu erfassen. Be liebige Kombinationen des Softwaremodells sind dabei mög lich. Damit ist die Softwareprogrammierung wesentlich flexibler als in einem Mikro-Controller-Modell.By using the personal computer that is in the Households interested in a robot, Almost always already in place can be much more powerful Algorithms are used. It can also the user supports the system with corrections. For example, typical sources of error such as carpet edges are manually excluded. Even the entire area che, the user could go down manually, doing so the robot would send the control instructions to the PC Software transferred and the software would be "taught". The "learned" control instructions would then have to will only be played in the future. Or the manual Ab driving only serves to cover the area. Be arbitrary combinations of the software model are possible Lich. So software programming is essential more flexible than in a micro controller model.
Damit Randbereiche der Fläche nicht unnötig nahe abgefah ren werden müssen, ist eine Düse am Roboter angebracht, die in Randbereichen aktiviert wird und einen Luftstrahl in die Ecken lenkt, der den Staub in die Hauptffläche leitet. Dort wird der Staub dann wie üblich vom Roboter erfasst.So that edge areas of the surface did not go unnecessarily close a nozzle is attached to the robot, which is activated in peripheral areas and one Air jet directs the dust into the corners Main area conducts. The dust then becomes there as usual captured by the robot.
Die tägliche Benutzung könnte derart gestaltet sein, dass der Roboter morgens in eine definierte Wohnungsecke ge stellt wird und beim Verlassen der Wohnung per Schalter am Roboter aktiviert wird. Abends kommt der Benutzer zu rück und findet seine Wohnung staubfrei vor und entleert wöchentlich den Staubbeutel. Über Nacht wird der Roboter zum Aufladen der Akkus an eine Steckdose angeschlossen.Daily use could be such that the robot moves into a defined apartment corner in the morning is put and when leaving the apartment by switch activated on the robot. The user comes in the evening and finds his apartment dust-free and emptied the dust bag weekly. The robot turns overnight connected to an electrical outlet to charge the batteries.
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