对自主行进的处理设备进行导航和自身定位的方法与流程

本发明涉及一种根据环境地图在环境内对自主行进的处理设备进行导航和自身定位的方法，其中，收集环境的环境数据并且处理成环境地图。

此外，本发明还涉及一种由自主行进的处理设备和自主行进的附加设备组成的系统。

背景技术：

用于对自主行进的处理设备进行导航和自身定位的方法在现有技术中是已知的。

专利文献ep2330471b1例如公开了用于控制机器人、优选可自动行驶的扫地和/或抽吸机器人的方法，其中，在机器人中建立和存储环境或预设的行驶路线的地图。机器人具有内部存储器，在内部存储器中可以提供一个或多个房间的地图，根据该地图可以实现在驶过的房间中适当的地板清洁。房间边界和必要时房间中的可能的障碍物保存在地图中，从而根据当前的地图可以实现机器人的有利的行驶策略，例如用以清洁房间中的地板。可以借助机器人的相应的测量装置通过检测空间性的环境数据和随后的数据处理提供环境的地图。

此外已知的是，给机器人配属用于控制机器人的外部设备，外部设备例如形式为远程操作装置，其借助相应的指令适用于操作机器人。由机器人建立的环境地图传输至外部设备，并且示出机器人在环境地图内的位置。此外也已知的是，在外部设备上建立和/或补充环境地图，并且将环境地图传输至机器人。

虽然上述的方法已经包含借助外部设备建立地图，并且因此允许从与机器人的当前视角不同的视角拍摄环境数据，但是相应仅拍摄用户手动地利用外部设备扫描的环境数据。就此，环境地图的质量和完整性依赖于用户的表现。此外需要用户协作，以便可以建立尽可能完整的环境地图，并且完整使用外部设备的功能。

技术实现要素：

因此，从前述的现有技术出发，本发明所要解决的技术问题在于，建立用于对处理设备进行导航和自身定位的环境地图，该环境地图尽可能完整地反映处理设备的环境，并且可以在对用户没有附加费用的情况下建立该环境地图。

为了解决前述的技术问题，首先建议了一种方法，其中，自主行进的附加设备为所述处理设备收集环境的环境数据，并且其中，环境数据被传送至所述处理设备。

根据本发明，附加设备同样自主地在环境内移动，并且在此拍摄环境数据，环境数据用作用于建立环境地图的基础。与现有技术不同地不再需要用户手动在环境内到处携带附加设备，并且在此执行环境数据的测量。拍摄环境数据的过程因此可以跟随预先定义的形式，例如沿附加设备的预先定义的行进路线。该方法因此在两个自主行进的设备的相互作用中实施，即一方面通过处理设备并且另一方面通过附加设备实施，其中，处理设备和附加设备有利地具有对环境的彼此不同的视角，并且因此可以拍摄不同的环境数据，环境数据必要时也可以相互结合，以便提高环境地图的精确度，并且优化处理设备的导航和自身定位。为此，附加设备具有测量装置、有利地具有间距测量装置或摄像机，借助测量装置可以拍摄环境数据。原则上，即使当仅附加设备具有测量装置，并且仅附加设备拍摄用于建立环境地图的环境数据时，该方法用于对处理设备进行导航。不需要处理设备本身具有测量装置并且本身拍摄环境的环境数据。然而推荐的是，附加设备和处理设备拍摄相应的可以相互结合的环境数据，从而可以使用本发明的所有优点，尤其是借助处理设备和附加设备的测量装置的不同的类型从环境内的不同的视角拍摄环境数据以及必要时在处理设备的数据处理装置与附加设备的数据处理装置之间灵活地分配数据处理功能和地图建立功能。

有利地，可以借助附加设备的测量装置、例如光学三角测量装置拍摄环境数据。测量装置具有光源和光接收器。当附加设备在环境内移动时，测量装置测量与障碍物的距离，其用作建立环境地图的基础。根据测得的与障碍物的间距，处理设备可以执行调整和躲避运动，以便不与障碍物碰撞。附加设备的测量装置在一个平面内或从基本上通过从光源到光接收器的光路预设的视角测量障碍物。该探测平面或视角有利地与处理设备的测量装置的探测平面或视角不同。由于附加设备自主地在环境内移动，所以如果附加设备的测量装置和处理设备的测量装置拍摄环境数据，那么通过移动直接产生在测量时的不同视角。附加设备的探测平面例如可以位于处理设备的探测平面上方，或者处理设备的探测平面可以基本上水平地布置，而附加设备的测量装置在视图中从上方看到环境中，并且因此必要时也能看到在环境内存在的处理设备。特别有利地，根据由两个测量装置检测的环境数据建立环境地图。通过结合附加设备的环境数据和处理设备的环境数据，可以根据更多的环境数据和同样不同类型的环境数据建立环境地图。由此可以以尽可能接近真实地感受处理设备的用户的光学感知的方式和方法检测和示出环境地图中的障碍物。处理设备的测量装置例如在接近地板的探测平面中在该探测平面内、例如在椅子方面仅椅子的椅子腿是可测量的，而附加设备的测量装置整体地在俯视图中探测障碍物、即椅子，从而环境数据的结合总体上导致接近真实地示出环境地图中的障碍物。作为针对附加设备的测量装置的视角尤其是提供障碍物的俯视图，因为在此可以识别闭合的面区域，处理设备的测量装置不能够在水平的探测平面中感知所述面区域。尤其地，从附加设备的测量装置的视角也可以确定障碍物的高度，高度给出处理设备是否可以在该障碍物下方穿过的信息。

自主行进的处理设备例如可以是抽吸机器人、擦拭机器人、收割机器人、抛光机器人等。此外，具有组合功能的处理设备、例如组合的抽吸-擦拭机器人也是可想到的。同样可以在环境内自主行进的附加设备同样可以是这种处理设备，或者仅用于拍摄环境数据并且为此在环境内移动的附加设备然而不具有另外的处理功能、例如抽吸和/或擦拭功能。原则上，处理设备和附加设备也可以是结构相同地构造的设备，其中在该情况下，表示附加设备的设备相应拍摄针对表示处理设备的设备的环境数据。原则上，设备也可以相互作用，从而两个设备既作为处理设备也作为附加设备起作用，其中，这些设备以该方式拍摄环境数据，并且将其相应传送至另一设备，从而每个设备总是具有至所有拍摄的环境数据的入口。由此，多个设备可以相互间提供内容丰富的环境数据。

附加设备和/或处理设备的测量装置可以以不同的方式和方法构造。测量装置例如可以具有借助光学和/或超声波信号运行的间距测量装置、拍摄环境图像的摄像机、接触传感器、测距测量装置和/或其他装置。在具有摄像机或摄像机芯片的附加设备的情况下，环境数据可以直接作为图像数据、尤其是也作为包含rgb颜色信息的数据被测取，其特别有利地可以包含到环境地图中。由此同时也可以将测量装置的障碍物数据与另外的环境数据结合，以便例如示出环境地图中的处理设备和/或障碍物的大小和/或颜色。此外，成像的大小例如也可以与处理设备的已知的尺寸比较，以便可以由此更好地评估障碍物的大小、尤其是高度。

推荐的是，附加设备和处理设备具有在环境内的共同的参考点，从而必要时处理设备和附加设备的环境数据可以相互组合，或者在环境内的处理设备和附加设备的位置和定向总是已知的。推荐的是，附加设备的测量装置使用环境内的原点，原点相应于处理设备的点。因此，处理设备与附加设备之间的位置关系总是已知的，从而由附加设备拍摄的环境数据对于处理设备是可用的。当附加设备没有处于使用中时，附加设备例如可以布置在处理设备的壳体上，或者通常位置固定地与其连接。备选地也可能的是，处理设备和附加设备具有在环境内的可共同使用的基础设备，例如用于为处理设备或附加设备的蓄电池充电。基础设备可以说明环境内的定义的零点，处理设备和/或附加设备的环境数据的位置坐标与零点相关。

有利地，附加设备自动在环境内运动，然而其中也可以规定，附加设备借助另外的设备、尤其是远程控制器被控制。远程控制器在此可以是智能手机、另外的移动通信设备或位置固定的计算机。由此针对附加设备的用户产生附加的控制功能。在此，除了手动输入针对附加设备的控制指令以外，也可以规定，借助手势、眼睛运动等来控制附加设备。

建议的是，所述附加设备将环境数据传送至处理设备和/或外部服务器，其中，环境数据在所述处理设备和/或外部服务器中被处理成环境地图。根据该实施方案，没有(或至少不仅)在附加设备本身内，而是相反地在处理设备内和/或在附加设备和处理设备访问的外部服务器上对由附加设备拍摄的环境数据进行处理。因此，附加设备本身不必具有数据处理装置或用于环境数据的存储器。而附加设备可以仅具有测量装置和通信模块，附加设备可以通过通信模块与处理设备和/或外部服务器通信。在处理设备中或外部服务器中，或者也在处理设备中和外部服务器中进行对环境数据的处理和环境地图的建立。如果使用外部服务器，那么没有数据处理装置的处理设备原则上也可以是适合的，其中，在特别有利的方式和方法中，外部服务器在计算能力和存储容量的资源方面相对于处理设备或附加设备不太受限。附加设备和/或处理设备与外部服务器通信，或例如在共同的局域网内、尤其在wlan网络内或通过因特网、移动无线电等相互通信。

此外可以规定，所述附加设备将环境数据处理成环境地图，并且将环境地图传送至所述处理设备和/或外部服务器。在该方法中，环境数据通过附加设备本身处理为环境地图，其中，建立的环境地图被传送至处理设备和/或外部服务器。环境地图例如也可以首先传送至外部服务器，并且从那里必要时再与另外的环境数据、尤其是另外的处理设备和/或附加设备的环境数据结合地传送至处理设备。附加设备在该情况下具有数据处理装置和相应的算法，借助数据处理装置可以将环境数据组合为环境地图。在该情况下也可以规定，环境数据首先在附加设备内组合为粗略的环境地图，其中，将粗略的环境地图传送至处理设备和/或外部服务器，以便最后在那里必要时在添加另外的环境数据的情况下实施进一步的处理。

建议的是，所述处理设备收集环境的环境数据，并且该环境数据或由此建立的环境地图与由所述附加设备收集的环境数据和/或由此建立的环境地图相结合。在该方法控制中，不仅附加设备、而且还有处理设备本身收集环境的环境数据。处理设备的环境数据可以要么处理为单独的环境地图，要么与附加设备的环境数据或环境地图相结合。由此，特别有利地产生各种各样的环境数据或环境地图的组合，从不同的视角和/或在不同的探测平面内收集环境数据。尤其可以从不同的视角拍摄障碍物，从而障碍物在其尺寸方面可以全面被检测，并且可以特别接近真实地在环境地图内示出。在此也可以规定，处理设备首先根据附加设备的环境数据建立环境地图作为进一步处理的基础，或者使用已经由附加设备建立的环境地图作为基础，并且将由处理设备本身收集的环境数据添加到该环境地图中。备选地，处理设备自身的环境数据也可以首先处理为环境地图，并且添加附加设备的附加的环境数据或由此建立的环境地图。

建议的是，所述附加设备在时间上在处理设备行进之前在环境内移动并且收集环境数据，其中，所述附加设备将环境数据和/或由此建立的环境地图传送至所述处理设备，并且其中，所述处理设备随后根据环境数据和/或环境地图在环境内行进。在该实施方案中，附加设备首先运动经过环境，并且为处理设备收集环境数据，随后可以根据环境数据建立环境地图。只有当环境数据或由此建立的环境地图必要时在中间连接外部服务器的情况下从附加设备传送至处理设备时，处理设备才基于该环境数据进行相应的行进，并且在环境内导航。如果例如处理设备的行进不应导致处理设备的蓄电池负载，或者处理设备现在还实施另外的工作行动，在基站上保养等情况，则该实施方式尤其是适当的。

此外建议的是，所述附加设备在移动期间跟随所述处理设备，尤其以相对处理设备恒定的间距移动。在该设计方案中，附加设备基本上跟随处理设备的路线，然而例如在位于上方的平面中跟随。在此，处理设备与附加设备之间的间距可以始终是恒定的，从而处理设备与附加设备之间的位置关系以特别简单的方式和方法是始终已知的。在此也可以规定，附加设备针对特定的目的地、例如针对基站跟随处理设备，处理设备的蓄电池和附加设备的蓄电池可以在基站上充电。以相同的方式和方法也可以规定，处理设备跟随附加设备。当处理设备是服务机器人时，这尤其是有利的，服务机器人由附加设备引导至目的地，或者由附加设备给服务机器人建议不同的运动路线。

尤其可以规定，所述附加设备在环境内以行驶或飞行方式移动。附加设备因此可以尤其在环境的地板上行驶或者在环境内飞行，以便例如俯视地收集环境数据。飞行的附加设备例如通过在基站或处理设备上定义的零点了解与定义的位置的初始间距，并且从此出发连续测量在飞行时的高度。通过高度测量可以使与地面的间距保持恒定，优选保持在地板附近，从而尤其在由附加设备拍摄的摄像机图像上对于处理设备来说可以尽可能好地识别出障碍物。附加设备可以在飞行时将人和动物识别为运动的对象，并且由此例如占据另外的高度，以便避免碰撞。附加设备在此首先具有摄像机系统，摄像机系统的检测区域朝地面指向。摄像机系统可以是必要时与广角物镜组合的2d或3d摄像机系统。附加地，附加设备也可以具有用于高度测量的传感器和/或也具有测量装置，测量装置的检测区域沿飞行方向定向，以便也可以提前在附加设备的移动路线、即飞行路线内识别障碍物。

此外建议的是，所述附加设备比较环境数据与配属的参考值，其中，与参考值偏差的环境数据、尤其关于污物和/或对象运动的环境数据和关于具有偏差的环境数据的位置的位置信息被传送至所述处理设备。根据该设计方案，附加设备可以借助其测量装置例如识别环境内的特别的和/或明显的污物，并且将其告知处理设备。因此，处理设备可以运动至具有污物的位置处，以便在那里例如执行相应的清洁。与观察到的环境数据、例如污物相比较的参考值在此可以是污染程度，污染程度尤其针对相应不同的地板覆盖物被确定。此外也可以观察待处理的或待清洁的面或环境的另外状态，例如湿度或对象的运动状态。如果附加设备确定了存在与参考值或特定的参考范围的偏差，那么特别的环境数据连同关于所属位置的位置信息必要时在中间连接外部服务器的情况下被传送至处理设备。信息例如可以用于借助处理设备在该位置执行适当的现场清洁。如果不同的环境数据是确定的对象运动，那么该环境数据可以设有特别的关于对象沿哪个方向和必要时以什么样的速度移动的信息，使得可以在路线规划中考虑到该信息。附加设备可以有利地在预设的时间间隔中运动经过环境，并且在此收集环境数据，其中，当之前由附加设备已确定与定义的参考值或参考范围不同的特别情况时，仅使用处理设备，并且处理设备在环境内行进。附加设备向处理设备告知该位置，从而处理设备可以适当地行驶至该位置。因此，附加设备向处理设备预设处理设备什么时候要进行处理行动。在该关系下或也与之不同地同样可以规定，附加设备也承担另外的行动、例如在附加设备刚好不能实施针对处理设备的辅助行动的情况下对空间进行监控。当在该情况下，在空间内确定特殊情况、例如玻璃破裂、门转开等时，附加设备本身例如可以帮助呼叫处理设备，从而该处理设备例如借助其测量装置执行用于情况评估的进一步的测量，在那里实施清洁任务等。

除了前述的方法以外，利用本发明同样建议了一种由自主行进的处理设备和自主行进的附加设备组成的系统，其中，处理设备和附加设备构造和设置用于实施具有一个或多个之前建议的特征的方法。

处理设备例如可以是清洁机器人、服务机器人、抽吸机器人、擦拭机器人、收割机器人等。附加设备可以是相同的机器人或也可以是仅具有检测环境数据和必要时从环境数据建立环境地图的任务的机器人。处理设备优选构造用于以行驶方式在待处理的面上运动。附加设备例如可以同样以行驶方式在该面上移动，和/或以飞行方式在环境内例如以飞行器的形式移动。为了检测环境数据，附加设备具有测量装置，其例如包括间距测量装置、摄像机、接触传感器、测距测量装置和/或类似装置。处理设备同样可以具有这种测量装置。如之前已经参考方法阐述的那样，外部服务器也可以属于该系统，外部服务器与附加设备和处理设备通信连接。为了数据传送，附加设备和处理设备分别具有通信模块。相同的情况同样适用于必要时属于该系统的外部服务器。附加设备和必要时处理设备可以具有用于将环境数据处理为环境地图的数据处理装置，和/或必要时具有用于存储环境数据和/或建立的环境地图的数据存储器。在本发明的意义中，附加设备和处理设备彼此相对应地构造，从而由附加设备收集的环境数据和/或由此建立的环境地图被处理设备接收和/或用作针对控制指令的基础，控制指令涉及在环境内处理设备的行进和/或处理行动。

附图说明

以下根据实施例详细阐述本发明。在附图中：

图1示出具有由处理设备和附加设备组成的系统的周围环境；

图2示出附加设备相对于处理设备的移动；

图3示出在联合运动时的处理设备和附加设备。

具体实施方式

图1示出由处理设备1和附加设备3组成的系统5。处理设备1在此构造为抽吸机器人，并且可以自主地在环境2内移行。处理设备1具有壳体，在壳体上，在下侧朝向环境2的待清洁面地布置有电机驱动的轮子6和凸出超过壳体底部的下棱边的同样电机驱动的刷子7。此外，处理设备1在刷子7的区域中具有未进一步示出的吸嘴口，通过吸嘴口、借助电机风扇单元使载有抽吸物的空气可以被吸入处理设备1中。为了对处理设备1的各个电气部件供电、例如为了驱动轮子6和刷子7和此外进一步设置的电子设备，处理设备1具有未示出的可再充电的蓄电池。

此外，处理设备1装备有测量装置9，测量装置布置在处理设备1的壳体内。处理装置9在此例如是三角测量装置，其可以测量与处理设备1的环境2内的障碍物的间距。测量装置9详细地具有激光二极管，激光二极管的发射的光束通过转向装置从处理设备1的壳体导出，并且可以围绕在处理设备1的所示的定向中垂直的转动轴线旋转，尤其是以360度的测量角度旋转。由此可以环绕地测量间距。

借助测量装置9可以在优选水平的平面内、即在与待清洁的面基本上平行的平面内对处理设备1的环境2进行测量。由此，处理设备1可以在避免与环境2中的障碍物碰撞的情况下运动。借助测量装置9拍摄的环境数据用于建立环境2的环境地图，环境数据是与环境2中的障碍物和/或墙壁的间距。

附加设备3位于处理设备1的壳体上，附加设备在此构造为飞行器。处理设备1和附加设备3共同形成在本发明的意义中的系统5。附加设备3具有多个螺旋桨8，附加设备3可以借助螺旋桨从处理设备1升空，并且在环境2内围绕飞行。附加设备3此外具有测量装置10。测量装置10在此例如首先具有摄像机，摄像机的检测区域朝环境2的地板指向。此外，测量装置10具有用于高度测量的传感器和间距测量装置，间距测量装置的检测区域基本上在水平平面中取向，以便提前识别附加设备3的行进路线中的障碍物。

处理设备1和附加设备3此外具有未示出的用于相互通信以及必要时与外部服务器(未示出)通信的通信模块。此外，附加设备3和处理设备1也分别具有数据处理装置和数据存储器。

原则上，为了在环境2内对处理设备1进行导航，并且因此也为了避免障碍物而需要多个数据处理步骤。一方面，首先必须从至少一个测量装置9、10的环境数据建立环境地图，这可以在处理设备1的数据处理装置内或在附加设备3的数据处理装置内发生。基于环境地图和处理设备1的在环境地图中已知的当前的位置计算出处理设备1的有利的行为方式，其用作控制指令的基础。通过控制指令例如对处理设备1的轮子6或刷子7进行控制。

附加设备3通过处理设备1上的图1所示的初始位置识别出与环境2中的待清洁面的初始间距。从那里开始可以实施附加设备3的行进，其中，参考点在此有利地是不运动的处理设备1。备选地，附加设备3也可以从位置固定的基站启动。

图2示出处理设备1此外不运动地位于环境2的地面上的情况。附加设备3从处理设备1出发处于侦查飞行中，并且在此借助测量装置10拍摄环境数据，此外拍摄环境2的地面上的污物4。

根据所示的实施方案，本发明例如以如下方式实施，即附加设备3自主在环境2内到处飞行。在此，附加设备可以要么遵循之前定义的飞行路线，根据随机原理并且间距传感器参与工作的情况下在环境2内到处飞行，或者例如也通过用户借助远程控制、尤其移动电话被控制。附加设备3通过处理设备1的壳体上的初始位置已知与环境2的地板的初始间距，并且在飞行时连续地或也以有规律的或没有规律的间隔确定与地面的高度。在此可以例如通过测量装置10的间距测量确定与地面的高度。在附加设备3飞行时，附加设备3与地面的间距例如基本上保持恒定，在此例如是大约1m，从而在由测量装置10拍摄的图像上可以最佳地识别障碍物或者地面的特别的环境数据、例如污物4。附加设备3在飞行时此外识别出运动的对象、例如人、动物或其他的自主行进的处理设备1或附加设备3。为了避免与它们碰撞，附加设备3的控制装置控制附加设备3，从而例如通过将附加设备3的飞行高度降低到更低的平面或通过曲线飞行绕飞过障碍物。

在处理设备1还不变地处于环境2的相同的位置上时，附加设备3飞过环境2，并且根据由测量装置10拍摄的环境数据建立具有障碍物、墙壁等的环境地图。根据环境数据例如可以对物体、如桌子、椅子、柜子等进行分类。在此，借助测量装置10同样评估与物体的间距。在拍摄环境数据时，附加设备3的测量装置10除了障碍物以外也记录地面的污物4，污物与定义的参考值明显不同，并且因此被分类为特别明显的污物4，其需要随后通过处理设备1来清洁，尤其是现场清洁。污物4标记在环境地图中，并且相应设有位置信息。

在附加设备3飞行之后，或者备选地也在飞行时，附加设备3的数据处理装置将环境地图传送至处理设备1。为此，附加设备3和处理设备1借助无线数据传输、尤其借助其通信模块进行通信。备选地，一旦附加设备3又位于处理设备1的壳体上并且建立相应的有线的通信连接，那么也可以传送环境地图。处理设备1随后具有环境2的环境地图，并且可以自主地在环境2内到处行驶、尤其控制污物4并且执行清洁。为此，处理设备1仅使用借助附加设备3建立的环境地图。

备选地也可以规定，处理设备1本身接收由附加设备3拍摄的环境数据，并且将该环境数据必要时与自身的测量装置9的环境数据组合，并且处理为环境地图。为了建立环境地图同样也可以使用外部服务器。处理设备1或外部服务器可以例如借助相应的数据处理装置决定附加设备3的环境数据是否包含附加的有益的信息。如果是这样的情况，那么附加设备3的环境数据可以与处理设备1的环境数据组合。

在处理设备1本身在环境2内自主行驶时，如果处理设备1处于处理设备不能够自动摆脱的情况，或者确定例如需要附加设备3的测量装置10以便获得处理设备1和环境2中的地面的俯视图的情况，则附加设备3例如此外可以用于实施针对处理设备1的辅助行动。如果位置可变的障碍物位于环境2内，障碍物的当前的位置相对处理设备1是隐藏的，那么上述措施同样可以是有益的。在这些情况下，附加设备3的测量装置10的环境数据可以被评估用于支持处理设备1。当处理设备1例如不再了解环境2内的当前的位置和定向时，这也是有益的，因为用户将处理设备1手动从地面升高，并且使其在环境2中移动。附加设备3也可以给处理设备1指出路线，其方法是使处理设备1跟随移动的附加设备3。此外，附加设备3可以为处理设备1建议多个可能的路线变化，以便到达特定的目的地、朝初始位置行驶、摆脱停滞的情况等。

图3示出本发明的另外的实施方式，其中，附加设备3在移动时跟随处理设备1。在此，附加设备3用作处理设备1的卫星，并且在优选相同的间距中跟随处理设备。因此，一方面借助处理设备1且另一方面借助附加设备3可以同时拍摄环境2的环境数据，从而可以从不同的视角和间距探测环境2内的障碍物。根据该实施方式，也可以要么在附加设备3中、在处理设备1中、要么在外部服务器中进行环境数据的数据处理。

附图标记清单

1处理设备

2环境

3附加设备

4污物

5系统

6轮子

7刷子

8螺旋桨

9测量装置

10测量装置