自主行进的地面处理设备的制作方法

1.本发明涉及一种自主行进的地面处理设备，其具有用于使地面处理设备在环境内行进的电动的驱动装置、用于探测环境中的障碍物的障碍物探测装置、用于探测被地面处理设备驶过的地面的参数的传感器装置和用于根据探测到的障碍物数据和参数建立环境地图的评估和控制装置。


背景技术：

2.自主行进的地面处理设备在现有技术中充分已知。该自主行进的地面处理设备例如可以是清洁机器人、例如抽吸和/或擦拭机器人、抛光机器人、地板清洁机器人、除草机器人等。地面处理设备具有导航装置用于自主行进，导航装置包括环境参数并且将环境参数存储在环境地图中。地面处理设备的评估和控制装置能够根据环境地图规划行驶路线，例如沿着行驶路线通过地面处理设备进行地面处理工作。
3.此外由现有技术已知，这种地面处理设备装备有地面探测装置，地面探测装置检测待处理的地面的数据、例如地面类型。装备成清洁设备的地面处理设备例如可以借助这种探测装置识别地面处理设备是行驶在地毯地面、木地板还是瓷砖地面上，并且据此规划地面处理工作、尤其控制处理强度、水施加量、旋转的地面处理元件的转速、抽吸风机的抽吸功率级等。例如已知摄像机作为探测地板类型的探测装置，摄像机借助图像处理装置识别地面的结构并且将该结构归类为确定的地面类型。此外还已知，为地面处理设备装备探测参数的阻力传感器或者滑动传感器，参数取决于地面处理设备与待处理的地面之间的摩擦力。
4.尽管已经证实了这种地面处理设备和地面探测装置用于识别环境的地面的类型并且相应地在环境地图中标记，然而例如并未在由木地板或者瓷砖的铺设方向或者由地毯纤维的极方向(polrichtung)形成的优选方向方面对地面的类型进行进一步的考察。


技术实现要素：

5.因此，以前述现有技术为出发点，本发明所要解决的技术问题在于，考察地面的其它特征，在对地面处理设备的行驶策略进行规划时能够有利地考虑到这些特征。
6.为了解决所述技术问题建议，所述地面处理设备的评估和控制装置设置用于控制所述地面处理设备的驱动装置，使得所述地面处理设备围绕地面的定义的位置点旋转，并且其中，所述评估和控制装置还设置用于分析在地面处理设备围绕地面的定义的位置点旋转或行进时借助传感器装置探测到的参数，并且参照环境中定义的不同空间方向确定所述地面的参数的各向异性，并且在规定了角坐标的情况下将所述地面的参数的各向异性记录在环境地图中。
7.按照本发明，地面处理设备现在具有传感器装置，所述传感器装置适用于探测地面的地面参数的方向性。当地面参照环境的不同空间方向、尤其是沿着平行于地面的不同方向具有不同特征时产生这种方向性。地面特征的方向性的一个示例是木地板，木地板沿
着木头的纤维方向比沿着与该纤维方向垂直的方向能更好被处理。另一个示例是瓷砖地面，瓷砖地面的接合方向对于地面的清洁结果至关重要。然而地面的参数并非必须仅涉及清洁工作，而是也可以仅简单地是使地面能够沿确定的方向特别容易地被驶过、即比沿其它方向具有更小的摩擦阻力。地面的方向性的特征、即地面的各向异性可以在规划地面处理设备的行驶策略时一起被考虑到。优选首先在整个地面上检测地面特征的方向性，其中，优选在多个位置点上按照本发明地进行各向异性的探测。这意味着，探测装置依次在环境中的不同的位置点上围绕各个定义的位置点旋转，其中，评估和控制装置接着分析探测到的参数并且基于各个位置点确定与角度相关的各向异性。通过对地面处理设备在环境内或者在环境地图内的当前位置和当前定向的认知，随即能够由参照地面处理设备的瞬时位置点局部地定义的方向推断出环境地图内的环境的整体的方向。由此使得在环境中的不同位置点上探测到的测量值能够在共同的整体的环境地图中结合。借助角坐标、优选借助极坐标定义环境地图中的方向可以执行地面处理设备的识别模式，用于地面参数的探测以及环境地图的产生，在所述识别模式中地面处理设备在不执行地面处理工作的情况下在环境中行驶并且在那里检测地面的参数，或者在必要时还附加地确定同样用于产生环境地图的在环境中所存在的障碍物。备选地可行的是，在执行一个或者多个地面处理工作时探测地面的参数并且在必要时探测障碍物数据。在所有情况下都有利的是，注意地面也可能具有与位置相关地变化的各向异性的特征。例如尤其在自然地面中，然而也根据地面的铺设方式可能出现的是，由于出现自然纹理、节孔、接缝等使得特征从一个位置到其它位置发生变化。因此适宜的是，在地面的不同的位置点上沿多个空间方向按照本发明地探测地面参数。沿不同的空间方向的探测在此例如可以是在围绕位置点的360度的视野上的全方位探测。所述探测在此可以持续地进行或者仅沿多个独立的方向、例如沿四个错开90度的方向进行。对地面参数的测量所沿的方向可以参照地面处理设备的固定的点或者参照环境地图的坐标系。在实施地面处理工作时，地面处理设备的评估和控制装置也可以将存储的地面的参数各向异性与当前探测的地面的相应参数的各向异性进行比较。如果当前确定的各向异性与存储的各向异性存在差异，则这例如可以评价为在地面上存在污物。这种信息例如可以向使用者输出或者自动地开始对地面的相应区域进行清洁。如果地面的各向异性在更长的时间段中根本没有变化，则这还能够表明驶过的地面被磨损。这种信息也可以传达给使用者。
8.按照本发明，地面处理设备围绕定义的位置点进行自身旋转，其中，所述地面处理设备围绕自身进行360度旋转。尤其当不存在关于在地面上是否仅存在唯一的地面类型、还是存在多个地面类型或者地面类型本身是否具有不均匀的特征的信息时，同样也可以在环境中的多个定义的位置点上进行所述旋转。地面处理设备的旋转可以顺时针地、逆时针地或者时间上依次地沿两个方向进行，这分别根据沿相反方向是否可能得到其他的或者附加的信息。
9.尤其建议，所述评估和控制装置设置用于根据在环境中不同位置点上的多次探测而生成与角度相关的各向异性的平均值。通过生成平均值由此顾及到基于环境中不同的位置点沿相同的空间方向确定的多个探测结果。由此能够确定环境的一种空间方向，地面处理设备优选沿着所述空间方向行进，因为在那里例如存在针对地面处理设备的行驶工作或者地面处理工作的低摩擦的优选方向。也可以将各向异性的局部的值、而不是平均值存储
在环境地图中。这例如对于地面的局部的点处理是有利的。
10.此外建议，所述传感器装置设置用于探测驱动装置的功率消耗。尤其可以在地面处理设备行进时测量驱动装置的功率消耗的变化。根据地面的特征、例如当地面处理设备在行进时必须驶过接缝或者行进方向发生变化，使得地面处理设备突然逆着地毯地面的绒毛方向行驶时，驱动装置的功率消耗发生变化。地面由此使力反作用于地面处理设备的驱动装置，所述力造成驱动发动机的更高的功率消耗。优选可以对此进行分析，以便确定地面的各向异性，也就是探测地面的与角相关的特征。
11.所述传感器装置同样也可以设置用于探测用于驱动所述地面处理设备的电动运行的地面处理元件的功率消耗、尤其功率消耗的变化。所述地面处理元件尤其可以是旋转地或者振动地驱动的地面处理元件、例如振动的擦拭板或者旋转的刷毛元件。此外，电动地驱动的地面处理元件也可以是风机，通过所述风机例如从待清洁的地面上收集灰尘。由此可以分析驱动装置或者地面处理单元的功率消耗作为用于确定地面的各向异性的特征、例如摩擦系数的测量方法。由此可以针对环境的每个位置点确定沿着哪个方向存在何种地面特征。所提出的对功率变化的直接检测所利用的是，当存在不同的地面特征时，提供驱动的耗电器的功率消耗会发生变化。例如用于辊子、毛刷、有源地驱动的清洁垫和驱动轮的功率消耗发生变化，然而风机的功率消耗也发生变化。探测的测量值可以是电流值、电压值、功率值，然而也可以是相位角或者打滑。
12.此外，所述传感器装置具有麦克风，所述麦克风设置用于探测由地面处理设备通过驶过地面而产生的噪声。这种探测方式所利用的是，地面的沿不同空间方向的不同摩擦特征也会产生不同噪声，因为例如地面处理设备的轮子沿着确定的行进方向必须克服更大的摩擦阻力。所产生的噪声由此可能更高或者更低或者具有其它频率。所述噪声借助麦克风记录并且随即通过评估和控制装置参照行进方向进行分析。
13.此外可以规定，所述传感器装置设置用于探测所述地面处理设备的设备局部区域的自振。尤其可以探测地面处理设备的设备局部区域的自振的变化。所述传感器装置优选可以具有加速度传感器和/或陀螺仪。在这种非直接式的探测方式中确定地面各向异性在地面处理设备运行或行进时的作用。地面处理设备在行进时通常最小程度地振动。地面处理设备或者地面处理设备的各个单独的设备局部区域的振动由于地面的特征变化而变化。该变化则例如可以借助加速度传感器和/或陀螺仪探测。传感器在地面处理设备上的位置在此原则上可以自由选择，因为这种振动通常在地面处理设备中的各处出现。然而始终规定至少一个最佳的位置，振动在该位置上特别强烈地出现或者特别强烈地变化。本领域技术人员能够确定这种传感器在地面处理设备上的最佳的安置。
14.所有前述探测方式也可以与其它探测方法相结合，例如通过附加地拍摄体现了地面的结构、尤其优选方向的摄像机图像。地面处理设备的评估和控制装置则优选具有图像处理程序，以便确定地面的与方向相关的特征。此外，还可以确定驱动轮沿着地面处理设备的不同行进方向或环境中的空间方向在地面上的打滑。
15.尤其可以规定，所述评估和控制装置设置用于根据得出的所述地面的参数的与角度相关的各向异性来确定用于地面处理设备在环境内行进的策略。由此按照该优选的设计方案确定，(基于定义的位置点)沿着哪个方向存在例如针对强度最高的、最快的或者最节省能量的清洁或者行进的最佳特征。例如可以利用地毯地面的极方向、即地毯纤维的优选
方向，以便使地面处理设备优选沿着该方向行进。由此能够使地面处理设备特别低摩擦地并且由此节省能量地行进。例如当地面处理设备进行地面的抽吸清洁或者地面的擦拭清洁时，适宜的是，将行进策略规划为，使得行进和地面处理工作平行于地面的接缝或者纹理或者结构的纵向延伸进行。
16.所述评估和控制装置尤其设置用于附加地根据在行进时实施的地面处理工作的类型来确定用于行进的策略，其中，所述地面处理工作根据以下参数之一表征：地面处理的强度、地面处理的速度、耗材在地面处理时的消耗、由于地面处理对地面造成的磨损、地面处理时的能量消耗。地面处理设备的行进策略或者地面处理策略由此根据存储在环境地图中的地面特征确定。在此确定对于相应的情况最适宜的策略。所述策略在此可以是清洁模式，所述清洁模式需要确定的清洁功率、确定的水消耗量、确定的能量消耗、确定的清洁时间等。由此有利地沿着对于期望的地面处理或者行进最有利的方向驶过地面。在此可行的是，一方面通过确定的方向性的地面特征进行工作，或者备选或附加地通过局部的地面特征进行工作。由此总体上为地面处理设备确定行进策略、尤其是行进方向，沿着所述行进方向存在最佳的地面特征。相反也可行的是，根据行驶方向适配行进或者地面处理工作，方式是改变地面处理设备的自身特征、例如改变发动机功率或者施加在地面上的挤压力。同样例如可以适配施加在地面上的液体量或者清洁材料的温度、旋转的清洁元件的转速、振动的擦拭元件的振动频率等。此外可以适配行驶特征、例如速度。
附图说明
17.以下根据实施例详细阐述本发明。在附图中：
18.图1示出位于环境的位置点上的按照本发明的地面处理设备，
19.图2示出环境地图，其具有环境的平面图和标记在其中的位置点，
20.图3示出按照第一实施方式的螺旋形的行进轨迹，
21.图4示出按照另一实施方式的螺旋形的行进轨迹，
22.图5示出环境地图，其具有存储在其中的在不同位置点上的行进轨迹。
23.图6示出环境地图，其具有存储的方向参数以及规划的处理路径。
具体实施方式
24.图1首先示出了示例性的自主行进的地面处理设备1，该地面处理设备在此例如设计为清洁机器人。地面处理设备1具有电动机形式的驱动装置2，该驱动装置用于马达式地驱动轮子13。该电动机和地面处理设备1的其它耗电器由在此未示出的蓄能器、尤其蓄电池提供能量。地面处理设备1还具有障碍物探测装置3，该障碍物探测装置设置用于探测与存在于地面处理设备1的周围环境中的障碍物4间的距离。在此，障碍物探测装置3例如是形式为激光三角测量装置的光学的测距装置。障碍物探测装置3例如发出围绕360度旋转的激光束，该激光束射到物体上并且从该物体上反射。根据反射的光束可以推断出地面处理设备1相对于障碍物4的距离。障碍物探测装置3的探测信号借助地面处理设备1的评估和控制装置7处理成环境地图8，所述环境地图包含环境的平面图，该平面图具有存储在其中的障碍物4以及位于位置点9上的地面处理设备1的当前自身位置。地面处理设备1还具有地面处理元件12、在此例如围绕基本上水平的轴线旋转的刷毛辊，用于对环境的地面6进行地面处
理。地面处理元件12还配备有在此未示出的电动机，所述电动机用于驱动地面处理元件12。此外，地面处理设备1具有传感器装置5，该传感器装置设计和设置用于探测被地面处理设备1行驶的地面6的参数。传感器装置5在此例如配属于轮子13的驱动装置2。传感器装置5探测驱动装置2的功率消耗或者功率消耗的变化并且能够据此推算出地面6的一个或者多个参数。地面处理设备1的评估和控制装置7使用境地图8，用于规划地面处理设备1的处理路径14。
25.现在根据图2至6详细阐述本发明。
26.为了探测环境的地面6的参数并且由此改善存储在环境地图8中的信息，基于该信息对处理路径14进行规划，地面处理设备1的评估和控制装置7设置用于沿着所述地面处理设备1的确定的行进轨迹10控制所述地面处理设备1，传感器装置5随即沿着所述行进轨迹探测地面6的被驶过的局部区域的参数。在图2中示例性地示出了具有多个空间的环境地图8，其中，所述空间的其中一个在此例如具有平行地铺设的木地板。为了得到关于木地板在环境内沿着哪个方向铺设的信息，评估和控制装置7这样控制地面处理设备1的驱动装置2，使得地面处理设备1在此处未示出的例如三个位置点9上围绕相应的位置点进行自身的旋转。旋转在此例如仅顺时针地进行，然而备选或附加地也可以逆时针地进行。在地面处理设备1自身旋转时，传感器装置5探测用于地面处理设备1的轮子13的驱动装置2的功率消耗。功率在此参照每个位置点9根据地面处理设备1围绕该位置点9的当前的旋转角度逐个地存储。评估和控制装置7随即根据地面处理设备1的对应配属的旋转角分析测得的功率消耗或者功率消耗的变化，并且存储针对探测到的“功率消耗”参数所测得的地面6的与角度相关的各向异性。以此方式方法能够在每个位置点9存储相应测量参数的与角相关的量值，其中，备选地或者除了测量“功率消耗”参数外还可以探测根据地面6的特征变化的其它测量参数。作为探测轮子13的驱动装置2的功率消耗的备选方案，例如也可以观察用于地面处理元件12的驱动装置的功率消耗。传感器装置5此外也可以设置用于探测设备局部区域11的自振，地面处理设备1或者地面处理设备的设备局部区域11由于围绕位置点9的旋转和地面6的相应的与角度相关的结构而经历这种自振。设备局部区域11的自振尤其可以通过加速度传感器或者陀螺仪探测。尽管在此没有进一步示出，然而此外也可以使用其它或者附加类型的传感器装置5。传感器装置5例如可以具有麦克风，所述麦克风设置用于探测由地面处理设备1在驶过地面6时产生的噪声。在这种非直接式的探测方式中，利用地面处理设备1的在行进或者围绕位置点9旋转时出现的并且根据地面6的特征改变的自振和/或噪声。用于探测自振的传感器装置5的位置原则上可以在地面处理设备1的每个设备局部区域上选择。根据地面处理设备1的构造类型，技术人员发现了对地面6的特征变化特别敏感地反应的设备局部区域11、即根据地面处理设备1在地面6上的行进方向特别明确地显示出自振频率的变化的设备局部区域11。
27.地面处理设备1可以在执行地面处理工作期间围绕位置点9旋转或者在识别运行的范畴中围绕位置点9旋转。如果例如通过使用地面处理元件12同时执行地面处理工作，则尤其也可以使用与地面处理工作类型相关的测量参数，即例如地面处理设备1将液体施加在地面6上、对地面进行抽吸等。在此不仅例如可以与角度相关地探测用于地面处理元件12的驱动装置2的由于地面6的摩擦系数变化而造成的功率变化，而且例如也可以探测地面覆盖物的与角度相关的吸水性或者地面6的透气性。由此能够附加地基于地面6的每个位置点
9确定，基于位置点9沿哪个方向存在针对低摩擦的行进、节省液体的地面处理等的理想参数。由此能够根据位置也产生与角度相关的特征，所述特征参照确定的地面处理工作给出了地面6的参数。基于此能够为地面处理设备1在确定的地面处理工作期间确定特别有利的行进策略。在图2的具体示例中，例如可以参照每个位置点9产生地面6的与角度相关的特征，所述特征涉及地面处理设备1在地面6上尽可能低摩擦的行进。由于在此例如是平行地铺设的木地板，因此当轮子13的滚动方向垂直于在平行铺设的木地板之间延伸的接缝时，地面处理设备1在其进行旋转时受到更大的阻力。当轮子13平行于所示的木地板的纵向延伸旋转时，摩擦阻力相应较低。附加或备选地，当轮子垂直于木结构的纹理时，摩擦阻力也可能升高。由于功率消耗或者功率消耗的变化使得相应的与角度相关的阻力能够被察觉到。
28.根据在地面6的不同位置点9上的多个与角度相关的、提供了地面6的相关参数的各向异性的特征，通过对地面处理设备1在位置点9上的各个当前位置以及地面处理设备1的各个定向的认知计算出地面6的与角度相关的整体结构。这例如图示地与铺设的木地板的条状的结构相对应。
29.图3和图4示出了两种不同类型的螺旋状的行进轨迹10，作为旋转的备选方案，地面处理设备1可以在位置点9上执行所述行进轨迹，以便探测地面6的各向异性的特征。图3示出了矩形的螺旋状的逆时针的行进轨迹10，而图4示出了圆形的螺旋状的顺时针的行进轨迹10。自然也可行的是，顺时针地驶过矩形形状并且逆时针地驶过圆形形状。行进轨迹10可以包括整个地面6或者仅包括地面6的确定的局部区域。备选也可行的是，如图5所示地，围绕地面6的不同的位置点9驶过多个螺旋状的行进轨迹10。在行进时与地面处理设备1的各个定向角度相关地测得参数的探测值，该参数的探测值同样可以针对多个不同的位置点9和/或螺旋状的行进轨迹10上的不同的点被计算平均值。
30.如图6所示，地面6的与角度相关的参数以方向参数15标记在环境地图8中，其中，所述方向参数15在此包含0度至90度的角度数据并且原则上可以具有任意的起点，在此仅示例性地示出了位于空间的平面图的角部中的起点。与角度相关地示出的参数在此与木地板的铺设方向对应地产生出具有彼此平行地延伸的条带的图案，其中，每个条带沿90度方向延伸并且给出了下述行驶方向或者地面处理方向，地面处理设备1沿着所述行驶方向或者地面处理方向能够特别节省能量地和/或快速地工作。与之垂直地、即沿着具有“0度”的方向参数15的方向，则地面处理设备1的地面处理或者行进由于所述地面处理设备1必须越过平行铺设的木地板之间的接缝而变得困难。
31.通过对环境地图中标注的方向参数15的认知，地面处理设备1的评估和控制装置7能够接着为地面处理设备1规划处理路径14，所述地面处理设备1特别优选沿着该处理路径行驶并且执行其地面处理工作。这种处理路径14在此示例性地在图6中示出并且曲折地延伸，其中，曲折线的较大的笔直的份额平行于木地板的接缝定向，这同时与地面6上的一种方向对应，地面处理设备1能够沿着该方向特别低摩擦并且因此节省能量地驶过或者处理地面6。
32.由评估和控制装置7确定的用于地面处理设备1行进的策略也可以通过使用地面6的其它探测到的参数确定，所述其它参数例如是在沿预设方向进行地面处理时耗材的消耗的高低、地面6沿着地面6的确定方向的磨损有多严重、沿着确定方向达到的地面处理结果
有多好等。
33.附图标记列表
[0034]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
地面处理设备
[0035]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动装置
[0036]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
障碍物探测装置
[0037]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
障碍物
[0038]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器装置
[0039]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
地面
[0040]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
分析-和控制单元
[0041]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
环境地图
[0042]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
位置点
[0043]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
行进轨迹
[0044]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
设备局部区域
[0045]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
地面处理元件
[0046]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀ
轮子
[0047]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
处理路径
[0048]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
方向参数