DE10042753A1 - Vacuum cleaner robot is controlled over a radio link by a programme running in a personal computer - Google Patents
Vacuum cleaner robot is controlled over a radio link by a programme running in a personal computerInfo
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- A47L2201/00—Robotic cleaning machines, i.e. with automatic control of the travelling movement or the cleaning operation
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Abstract
Description
Staubsauger, die selbstständig konstante Flächen abfahren und dabei absaugen sollen, sogenannte Staubsauger-Roboter haben diverse Anforderungen zu erfüllen.Vacuum cleaners that move independently from constant surfaces and are supposed to vacuum them, so-called Vacuum cleaner robots have to meet various requirements.
Sie müssen komplexe Flächen möglichst vollständig abfahren, dabei möglichst wenig 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 Gegenständen hängen bleiben.You have to cover complex areas as completely as possible, with as few areas as possible multiple times run over. Objects should be avoided as closely as possible, without touching them or even knock over. The robot must not get caught in niches or get caught on objects.
Ziel ist es obige Aufgaben möglichst kostengünstig zu erreichen.The aim is to achieve the above tasks as cost-effectively as possible.
Ziel der Erfindung ist es, sämtliche möglichen Fehlerquellen der Steuerung des Roboters (Navigation) durch Kombination geeigneter Maßnahmen auszuschließen und damit eine fehlerfreie externe Steuerung zu ermöglichen.The aim of the invention is to eliminate all possible sources of error in the control of the robot (navigation) excluded by combining suitable measures and thus error-free external control to enable.
Bekannt sind 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 Qualität der Flächenbearbeitung.Robots are known which recognize from sensors that they are approaching a wall. In doing so Control decisions determined by certain control algorithms. The quality of the Algorithms and the quality of the sensors essentially determine the quality of the 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 is not crossed at all,
- - sowie die Wahrscheinlichkeit, mit der sich der Roboter festfährt also navigationsunfähig wird.- as well as the probability that the robot will get stuck and become unable to navigate.
Die zur Erfüllung der Aufgaben benötigte Rechenleistung ist je nach Technologie der Sensoren aufwendig und verlangt aufwendige und teure Mikro-Kontroller.The computing power required to perform the tasks depends on the technology of the sensors complex and requires complex and expensive microcontrollers.
Da jede Wohnung und damit jede Fläche anders geformt ist und sich zudem auch kurzfristig z. B. durch neue Möbelstücke verändern 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 sollen.Since each apartment and thus each area is shaped differently and also in the short term z. B. by Most concepts do without the new algorithms as input to provide a description of the area. Rather, the controllers are designed to work with should be able to cope with any topology at any time.
Der Benutzer hat keine Möglichkeit, die Topologie einzugeben, also zu beschreiben, da hierzu ein Display und ein Eingabegerät (Maus oder Tastatur) am Roboter notwendig wäre. Aus Kosten- und Gewichtsgründen scheiden solche Konzepte aus. Zudem soll der Roboter möglichst klein bleiben, damit er in alle Winkel fahren kann.The user has no possibility to enter the topology, that is, to describe it, because this is a Display and an input device (mouse or keyboard) on the robot would be necessary. From cost and Such concepts are ruled out for weight reasons. In addition, the robot should remain as small as possible he can drive to every corner.
Entweder sind die lokale Rechenleistung und/oder die Sensoren so aufwendig, dass die Kosten jenseits der für Konsumer-Endgeräte akzeptablen Preisgrenze liegt oder die Qualität der Flächenbearbeitung ist unzureichend. Either the local computing power and / or the sensors are so complex that the costs are beyond the acceptable price limit for consumer devices or the quality of the surface treatment insufficient.
Besonders nachteilig ist, dass der Roboter bei einfachen Verfahren nicht dagegen geschützt ist, sich festzufahren oder in Endlosschleifen gerät, was bedeutet, dass er immer die gleichen Teilflächen bearbeitet, aber nie seine Aufgabe vollständig erledigt.It is particularly disadvantageous that the robot is not protected against it in simple processes getting stuck or looping, which means that it always has the same faces edited, but never completely done its job.
Aufgabe der Erfindung ist es, kostengünstige und einfache Verfahren zu erreichen, mit denen zwar jede Topografie vollständig abfahrbar ist, die dabei aber nicht unbedingt wechselnde Topografien sofort und universell bearbeiten können muß. Hintergrund dieser Überlegung ist, dass das typische Einsatzgebiet eines solchen Roboters, die Wohnung des Benutzers, sich gewöhnlich nicht verändert. Der Roboter muß sich also gar nicht ständig an neue Einsatzgebiete gewöhnen, im Unterschied zu Industrieroboten, die Werkshallen abfahren müssen, in denen ständig neue und wechselnde Hindernisse zu umfahren sind.The object of the invention is to achieve inexpensive and simple methods, each of which Topography is completely removable, but the topographies do not necessarily change immediately and must be able to work universally. The background to this consideration is that the typical area of application of such a robot, the user's home, usually does not change. The robot has to So you don't constantly get used to new areas of application, in contrast to industrial robots that Have to drive off in workshops in which new and changing obstacles have to be avoided.
Bei dem hier vorgestellten Roboter, wird also bewusst darauf verzichtet, ihm universelle Umfahrungs- und Topologie-Eigenschaften zu implementieren. Der Benutzer muß also nach dem Erwerb des Roboters die Eigenschaften (Bodenarten: Teppich, Stein oder Holz) und die Form der Wohnung in das vorgestellte System eingeben.The robot presented here is therefore deliberately omitted to give it universal bypass and implement topology properties. So the user has to purchase the robot the properties (floor types: carpet, stone or wood) and the shape of the apartment in the presented Enter system.
Ziel und Vorteil der Erfindung ist es, die Zusatzkosten gegenüber einem Standard-Staubsauger ohne Robotereigenschaft auf ein Minimum zu reduzieren.The aim and advantage of the invention is to avoid the additional costs compared to a standard vacuum cleaner Reduce robot properties to a minimum.
Es müssen zudem Vorkehrungen getroffen werden, die eine Wegabweichung des Roboters ausgleichen können. Die Aufdeckung eventueller Fahrfehler muß dabei nicht sofort erfolgen, da Fahrfehler selten sind und davon ausgegangen wird, dass der Zusatzzeitbedarf nachrangig ist. Wider ist im Gegensatz zum industriellen Umfeld im Wohnbereich davon auszugehen, dass der Roboter ausreichend Zeit zur Erfüllung seiner Aufgabe hat, da er ohnehin in Abwesenheit des Benutzers zum Einsatz kommt.Precautions must also be taken to compensate for a robot deviation can. The detection of possible driving errors does not have to take place immediately, since driving errors are rare are and it is assumed that the additional time requirement is subordinate. Contrary to industrial environment in the living area assume that the robot has enough time to fulfill does its job because it is used in the absence of the user anyway.
Der hier vorgestellte Roboter könnte erweitert werden um Module, die es erlauben, dass er eine Station anfährt, der er den eingesaugten Staub übergeben kann und an der er seine Batterien wieder aufladen kann.The robot presented here could be expanded to include modules that allow it to be a station to which he can hand over the sucked-in dust and where he can recharge his batteries can.
Zur Erfüllung der typischen Haushaltsaufgaben ist es ausreichend, den Roboter auf eine definierte Startposition zu stellen.To perform typical household tasks, it is sufficient to set the robot to a defined one To start position.
Nach Verrichtung der Aufgaben soll der Roboter irgendwo in der Wohnung, möglichst gut sichtbar und möglichst immer an der gleichen Stelle auffindbar sein.After performing the tasks, the robot should be somewhere in the apartment, as visible and as possible if possible always be found in the same place.
Folgenden Komponenten werden für Staubsauger-Roboter im Haushaltsbereich als dem Stand der
Technik entsprechend vorausgesetzt:
The following components are required for vacuum cleaner robots in the household sector as state of the art:
- - Saugsystem unterhalb oder seitlich vom Roboter,- suction system below or to the side of the robot,
- - Abluft-Filter,- exhaust air filter,
- - Staubsammelkammer, Staubtüten- Dust collection chamber, dust bags
- - Motor für Sauger,- motor for vacuum,
- - Motor für Steuerung (Vorwärts, Rückwärts, Lenkung)- Motor for control (forward, reverse, steering)
Die genannten grundlegenden Nachteile bisheriger Roboter werden durch die Anordnung und
Teilkomponenten der vorgestellten Lösung umgangen. Folgende Vorteile stellen sich heraus:
The aforementioned fundamental disadvantages of previous robots are avoided by the arrangement and sub-components of the solution presented. The following advantages emerge:
- 1. Die Gesamtkosten verringern sich drastisch.1. The total cost is drastically reduced.
- 2. Das Gewicht der Steuerung reduziert sich2. 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 niemals zufällig, die Qualität daher gleichbleibend.4. The quality of the control is predictable and never random, hence the quality constant.
- 5. Der Benutzer kann sehr komfortabel mit seinem Roboter kommunizieren5. The user can communicate very comfortably with his robot
Erreicht werden diese Vorteile durch eine neuartig Kombination folgender Teilmaßnahmen:
These advantages are achieved by a new combination of the following sub-measures:
- 1. Der wesentliche und rechenintensive Teil der Steuerungslogik des Mikro-Controllers wird dezentral ausgelagert und von einem handelsüblichen Personal-Computer übernommen.1. The essential and computation-intensive part of the control logic of the micro-controller is outsourced locally and taken over by a commercially available personal computer.
- 2. Die Kommunikation zwischen PC und Roboter wird per Funk durchgeführt.2. Communication between the PC and the robot is carried out by radio.
- 3. Damit Fehlsteuerungen kollisionsfrei auffallen, werden am Boden unauffällige Markierungen angebracht, an denen sich der Roboter notfalls orientieren kann und definierte Positionen ansteuern kann. Diese Markierungen werden so gestaltet, dass die dazu passenden Sensoren möglichst billig gefertigt werden können.3. So that faulty controls are noticed without collision, inconspicuous markings on the floor attached to which the robot can orient itself if necessary and defined positions can control. These markings are designed so that the appropriate sensors can be manufactured as cheaply as possible.
- 4. Damit Randflächen auch dann von Staub gereinigt werden, wenn der Roboter diese mit ausreichendem Sicherheitsabstand abfährt, wird der Roboter mit Düsen versorgt, die den Staub aus den Ecken wegblasen.4. So that edge surfaces are cleaned of dust even when the robot uses them sufficient safety distance, the robot is supplied with nozzles that remove the dust blow away from the corners.
- 5. Zur Definition der Wohnungstopologie werden dem Benutzer komfortable PC-Programme angeboten. Änderungen, gesperrte Bereiche (Treppen) oder neue Möbelstücke lassen sich schnell eingeben, Fehler werden dem Benutzer verständlich erklärt.5. For the definition of the apartment topology, the user has comfortable PC programs offered. Changes, blocked areas (stairs) or new pieces of furniture can be made quickly enter, errors are clearly explained to the user.
Auf einem handelsüblichen PC wird ein Roboter-Steuerungsprogramm installiert. An die serielle Schnittstelle wird ein Adapter geschraubt, der vorzugsweise die Weiterbenutzung z. B. durch die Maus durch eine eingebaute zusätzliche Schnittstelle erlaubt. Alternativ wäre auch der Anschluß an die parallele Schnittstelle oder dem USB-Port denkbar. Über diesen Kontakt kommuniziert der PC mit dem Roboter.A robot control program is installed on a standard PC. To the serial Interface is screwed an adapter, which is preferably the continued use z. B. by the mouse allowed by a built-in additional interface. Alternatively, the connection to the parallel interface or the USB port conceivable. The PC communicates with the via this contact Robot.
Die Steuersoftware erlaubt die Eingabe des Wohnungsform (Topologie, Bodenbeschaffenheit, Sicherheitsabstände) und den Start und Stop des Roboters.The control software allows you to enter the type of apartment (topology, floor quality, Safety distances) and the start and stop of the robot.
Nach der Eingabe der Wohnungseigenschaften berechnet das Programm den kürzesten Weg, mit dem die Fläche vollständig 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 wird also versuchen möglichst gerade Strecken zu erzeugen und oft sogenannte Positions-Markierungen zu überfahren, damit eine Soll-Ist-Kontrolle der Position erreicht wird.After entering the apartment properties, the program calculates the shortest route with which the Surface is completely removable. The program calculates a route in which the fewest Control interventions in the steering are necessary because they are always faulty. The program will therefore try to create straight lines and often so-called position markings to drive over so that a target-actual control of the position is achieved.
Diese Markierungen können eindeutig sein, d. h. das System erkennt die Position auch dann, wenn der Roboter willkürlich auf eine solche Markierung gesetzt wird. Dies hätte den Nachteil, dass jede Markierung eindeutig identifizierbar sein muß, z. B. nummeriert durch Barcode. Die Sensoren wären dann aufwendiger. Weiterer Nachteil wäre, dass der Benutzer die Position jeder Markierung ins System eingeben muß oder dem System eine Lernphase zugestehen muß, bei der der Roboter die Position der Markierungen selbst ermittelt.These marks can be unique, i. H. the system recognizes the position even if the Robot is arbitrarily placed on such a marker. This would have the disadvantage that everyone Marking must be clearly identifiable, e.g. B. numbered by barcode. The sensors would then be more complex. Another disadvantage would be that the user would position each marker in the system must enter or allow the system a learning phase in which the robot the position of the Markers determined themselves.
Auch einfache Rückmeldungen (Hinderniskontakt) wären denkbar, die notwendigen Sensoren (Federkontakte) könnten kostengünstig rund um den Roboter plaziert werden.Simple feedback (contact with obstacles) would also be conceivable, the necessary sensors (Spring contacts) could be placed around the robot at low cost.
Denkbar wäre auch, dass man auf die Markierungen komplett verzichtet und damit auf jede Rückmeldung des Systems. Dies setzt aber den unwahrscheinlichen Fall voraus, dass der Roboter sehr exakt die vom PC ermittelten Fahranweisungen ausführt (Lenkung, Verzögerung, Start/Stop).It would also be conceivable to completely do away with the markings and thus with no feedback of the system. However, this presupposes the unlikely case that the robot very exactly matches that of the PC determined driving instructions (steering, deceleration, start / stop).
Durch die Nutzung des PCs, 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 Teppichkanten manuell ausgegrenzt werden. Auch die gesamte Fläche 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 zukünftig nur noch abgespielt werden. Oder das manuelle Abfahren dient lediglich dazu, die Fläche zu erfassen. Beliebige Kombinationen des Softwaremodells sind denkbar. Gerade durch die hier vorgestellte Lösung, ist die Softwareprogrammierung wesentlich flexibler, als in einem Mikro-Controller-Modell.By using the PC in households that are interested in a robot almost always Already existing, much more powerful algorithms can be used. In addition the user can support the system by making corrections. For example, typical Sources of error such as carpet edges can be excluded manually. The entire area could also Manually drive off once, 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 shutdown only serves to close the area to capture. Any combinations of the software model are conceivable. Especially through the one presented here Solution, software programming is much more flexible than in a micro-controller model.
Damit Randbereiche der Fläche nicht unnötig nahe abgefahren werden müssen, kann eine Düse am Roboter angebracht werden, die in Randbereichen aktiviert wird und einen Luftstrahl in die Ecken lenkt, der den Staub in die Hauptfläche leitet. Dort wird der Staub dann wie üblich vom Roboter erfasst.So that edge areas of the surface do not have to be driven unnecessarily close, a nozzle can be attached Robots are attached, which is activated in peripheral areas and directs an air jet into the corners, which directs the dust into the main surface. The dust is then captured by the robot as usual.
Die tägliche Benutzung könnte so aussehen, dass der Roboter morgens in eine definierte Wohnungsecke gestellt wird und beim Verlassen der Wohnung per Schalter am Roboter aktiviert wird. Abends kommt der Benutzer zurück und findet seine Wohnung staubfrei vor und entleert wöchentlich den Staubbeutel.Daily use could look like the robot moving into a defined corner in the morning is set and activated when leaving the apartment using a switch on the robot. Comes in the evening the user returns and finds his apartment dust-free and empties the dust bag weekly.
Über Nacht wird der Roboter zum Aufladen der Akkus an eine Steckdose angeschlossen.The robot is plugged into an outlet overnight to charge the batteries.
Claims (3)
Dieser vergleicht Sollposition mit Istposition und errechnet Korrektur-Steueranweisungen, die solange an den Roboter weitergegeben werden, bis dieser sich wieder in einer erwarteten Position befindet.2. A controller according to claim 1 additionally with sensors that detect wall contacts or reaching striking points and report them back to the PC.
This compares the target position with the actual position and calculates correction control instructions that are passed on to the robot until it is again in an expected position.
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