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1. (WO2019043171) MOVEMENT PLANNING FOR AUTONOMOUS MOBILE ROBOTS
Nota: Texto obtenido mediante procedimiento automático de reconocimiento óptico de caracteres.
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PATENTANSPRÜCHE

1. Ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen mobilen Roboters, der in einem ersten und mindestens einem zweiten Konturfolgemodus arbeiten kann, wobei in jedem der Konturfolgemodi der Roboter (100) einen im Wesentlichen konstanten Abstand zu einer Kontur (W, V) einhält, während er sich entlang der Kontur (W, V) bewegt; das Verfahren weist folgendes auf:

Starten des ersten Konturfolgemodus, wobei der Roboter der Kontur (W, V) in einer ersten Fahrtrichtung folgt;

Detektieren einer Sackgassen-Situation, in der ein fortgesetztes Folgen der Kontur (W, V) im ersten Konturfolgemodus nicht kollisionsfrei möglich ist;

Starten eines zweiten Konturfolgemodus, wobei der Roboter der Kontur (W, V) in einer zweiten Fahrtrichtung folgt; und

Festlegen eines Kriteriums, bei dessen Erfüllung der zweite Konturfolgemodus beendet wird, und laufendes Auswerten des Kriteriums während der Roboter im zweiten Konturfolgemodus arbeitet.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1,

wobei die Konturfolgemodi durch mindestens zwei Parameter gekennzeichnet sind, wobei die mindestens zwei Parameter die Fahrtrichtung, den Konturfolgeabstand (d) und optional eines der folgenden Parameter umfassen: die Seite des Roboters, die der Kontur zugewandt ist, ein Sicherheitsabstand, die Roboterform, die zur Erkennung einer drohenden Kollision berücksichtigt wird, die Regeln, gemäß denen die Bewegung entlang der Kontur erfolgt, und

wobei sich zwei verschiedene Korrekturfolgemodi durch mindestens einen Parameter unterscheiden.

3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Detektieren einer Sackgassen-Situation aufweist:

Detektieren, dass eine Bewegung des Roboters (100) entlang der Kontur (W) sowie eine Drehung des Roboters (100) nicht kollisionsfrei möglich sind, wobei bei der Detektion insbesondere in einer Karte des Roboters gespeicherte ortsbezogene Informationen berücksichtigt werden.

4. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,

wobei ein dritter Konturfolgemodus gestartet wird, sofern im zweiten Konturfolgemodus erneut eine Sackgassen-Situation detektiert wird und

wobei ein Kriterium, bei dessen Erfüllung der dritte Konturfolgemodus beendet wird, festgelegt wird und dieses Kriterium laufend ausgewertet wird, während der Roboter im dritten Konturfolgemodus arbeitet.

5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4,

wobei der dritte Konturfolgemodus sich von dem zweiten Konturfolgemodus durch den folgenden Parameter unterscheidet: die Seite des Roboters, die der Kontur (W) zugewandt ist.

6. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,

wobei der erste Konturfolgemodus fortgesetzt wird, wenn der zweite Konturfolgemodus aufgrund der Erfüllung des festgelegten Kriteriums beendet wird.

7. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Kontur (W) durch ein real nicht existierendes jedoch in einer Karte des Roboters enthaltenes virtuelles Hindernis gebildet wird.

8. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,

wobei das Kriterium, bei dessen Erfüllung der zweite Konturfolgemodus beendet wird, die Möglichkeit, eine bestimmte Bewegung auszuführen, beinhaltet.

9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die bestimmte Bewegung zumindest eines der folgenden umfasst:

eine Drehung um einen bestimmten Winkel und

eine translatorische Bewegung, insbesondere in Vorwärtsrichtung, über eine bestimmte Strecke.

10. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Auswerten des Kriteriums folgendes umfasst:

automatisches Planen einer kollisionsfreien Roboterbewegung nach vorgebbaren Regeln;

Durchführen der geplanten Roboterbewegung;

Prüfen, ob die geplante Roboterbewegung kollisionsfrei ausgeführt werden konnte.

11. Das Verfahren gemäß Anspruch 10,

wobei die Planung der kollisionsfreien Roboterbewegung in einer Karte des Roboters gespeicherte ortsbezogene Informationen betreffend Hindernisse berücksichtigt.

12. Das Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11,

wobei das automatisches Planen einer Roboterbewegung nach vorgebbaren Regeln folgendes umfasst:

Planen einer Drehung und einer anschließenden translatorischen Bewegung, derart, dass nach Durchführung der Bewegung ein Punkt eines Hindernisses in einem bestimmten Abstand, insbesondere im Konturfolgeabstand, zum Roboter liegt.

13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12,

wobei die Drehung um einen Winkel erfolgt, der größer ist als ein vorgebbarer Mindestwinkel.

14. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13,

wobei das Festlegen des Kriteriums, bei dessen Erfüllung der zweite Konturfolgemodus beendet wird, oder das Auswerten dieses Kriteriums unter Berücksichtigung von in einer Karte des Roboters gespeicherten ortsbezogenen Informationen erfolgt.

15. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14,

wobei des Kriteriums, bei dessen Erfüllung der zweite Konturfolgemodus beendet wird, während der Durchführung des zweiten Konturfolgemodus aktualisiert wird.

16. Ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen mobilen Roboters in einem Konturfolgemodus, in dem der Roboter (100) in einem Konturfolgeabstand im Wesentlichen einer Kontur (W, V) folgt; das Verfahren weist in dem Konturfolgemodus auf:

Bewerten von mindestens drei verschiedenen Elementarbewegungen anhand mindestens eines vorgebbaren Kriteriums, und

Ausführen einer der drei Elementarbewegungen basierend auf deren Bewertung,

wobei eine erste der drei Elementarbewegungen eine rein translatorische Bewegung des Roboters (100) ist,

wobei eine zweite der drei Elementarbewegungen eine Drehung des Roboters (100) zu der Kontur (W) hin beinhaltet, und

wobei eine dritte der drei Elementarbewegungen eine Drehung des Roboters (100) von der Kontur (W) weg beinhaltet.

17. Das Verfahren gemäß Anspruch 16

wobei bei gleicher Bewertung von zumindest zwei der Elementarbewegungen, jene ausgewählt wird, welche den Roboter näher zu der Kontur (W) hin oder weniger weit von der Kontur (W) weg führt.

18. Das Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei bei der Bewertung einer Elementarbewegung die davor ausgeführte Elementarbewegung berücksichtigt wird.

19. Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei bei der Bewertung berücksichtigt wird, dass nach Ausführung der zweiten Elementarbewegung nicht die dritte Elementarbewegung ausgewählt werden soll und umgekehrt.

20. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19,

wobei die Bewertung der Elementarbewegungen zumindest eines der folgenden Kriterien berücksichtigt:

die Elementarbewegung ist ohne eine Kollision mit einem Hindernis (H) möglich;

die Entfernung des Roboters zu Hindernissen (H) während und/oder nach der Bewegung; und

die kollisionsfreie Ausführbarkeit einer weiteren, beispielsweise translatorischen Bewegung nach Ausführung der jeweiligen Elementarbewegung.

21. Das Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die Hindernisse (H) unterschiedlicher Art sein können und die Art eines Hindernisses (H) bei der Bewertung berücksichtigt wird.

22. Das Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei eine erste Art Hindernisse (H) von einer Sensoreinheit (120) des Roboters detektierte Hindernisse (H) beinhalten und eine zweite Art Hindernisse real nicht existierende jedoch in einer Karte des Roboters enthaltene virtuelle Hindernisse sind.

23. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die zweite und die dritte Elementarbewegung Drehungen im Stand beinhalten.

24. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 23, das weiter aufweist:

Detektieren, dass gemäß einem vorgebbaren Kriterium keine der drei Elementarbewegungen ausführbar ist,

wobei - sofern detektiert wurde, dass keine der drei Elementarbewegungen ausführbar ist - der Roboter die Fahrtrichtung und/oder die einer Kontur zugewandte Seite des Roboters und/oder die Bewertungskriterien ändert.

25. Das Verfahren gemäß Anspruch 24,

wobei der Roboter (100) eine bevorzugte Fahrtrichtung hat, und bei Änderung der Fahrtrichtung in die der bevorzugten Fahrtrichtung entgegengesetzte Fahrtrichtung ein Bewertungskriterium festgelegt wird, bei dessen Erfüllung wieder in die bevorzugte Fahrtrichtung gewechselt wird.

26. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 25, das weiter aufweist:

wobei die mindestens drei Elementarbewegungen durch mehrere Parameter definiert sind, und die Parameter mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens, insbesondere eines maschinellen Lernverfahrens bestimmt werden.

27. Das Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei mittels maschineller Lernverfahren die Parameter zumindest teilweise automatisch so bestimmt werden, dass der Roboter in bestimmten vorgebbaren Situationen gewünschten vorgebbaren Bewegungsmuster ausführt.

28. Ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen mobilen Roboters (100) mit einer ersten Karte eines Robotereinsatzgebietes, wobei die erste Karte zumindest Daten über die Position von Hindernissen (H) enthält; das Verfahren umfasst:

Planen eines Pfades (P) zu einem Zielpunkt in der ersten Karte unter der Annahme einer vereinfachten virtuellen Form (101) des Roboters (100);

Bewegen des Roboters entlang des geplanten Pfades (P);

Erfassen von Hindernissen (H) in der Umgebung des Roboters (100) mittels einer Sensoreinheit (120) des Roboters, während der Bewegung entlang des geplanten Pfades (P),

Feststellen, dass der geplante Pfad (P) aufgrund eines Hindernisses (H) nicht kollisionsfrei befahren werden kann, unter Beachtung der tatsächlichen Roboterform

Fortsetzen der Bewegung des Roboters (100) unter Beachtung der tatsächlichen Roboterform.

29. Verfahren gemäß Anspruch 28,

wobei die vereinfachte virtuelle Form (101) des Roboters (100) durch einen Kreis repräsentiert wird, um dessen Mittelpunkt sich der Roboter (100) drehen kann, ohne dass sich der Mittelpunkt bewegt.

30. Das Verfahren gemäß Anspruch 29,

wobei der Radius des Kreises so gewählt ist, dass bei einer Drehung des Roboters (100) um dessen Mittelpunkt sich zumindest zwei Punkte der Außenkontur des Roboters (100) auf dem Kreis bewegen, beispielsweise dass der Radius des Kreises der halben Breite des Roboters entspricht.

31. Das Verfahren gemäß Anspruch 30,

wobei zumindest ein Teil des Roboters sich außerhalb des Kreises befindet.

32. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 31,

wobei während der Roboter (100) sich entlang des geplanten Pfades bewegt, die erfassten Hindernisse (H) in einer zweiten Karte eingetragen werden, wobei die Genauigkeit der Position und/oder Ausdehnung von Hindernissen in der zweiten Karte größer als in der ersten Karte ist..

33. Das Verfahren gemäß Anspruch 32,

wobei das Feststellen, dass der geplante Pfad (P) aufgrund eines Hindernisses nicht kollisionsfrei befahren werden kann, sowie das Fortsetzen der Bewegung des Roboters (100) auf der zweiten Karte basiert.

34. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 33, bei dem das Planen eines Pfades (P) zu einem Zielpunkt in der ersten Karte unter der Annahme einer vereinfachten virtuellen Form (101) des Roboters (100) folgendes umfasst:

Planen eines kollisionsfreies Pfades (P) zu dem Zielpunkt unter der Annahme einer ersten virtuellen Form des Roboters (100), die den Roboter vollständig beinhaltete.

35. Das Verfahren gemäß Anspruch 34, bei dem das Planen eines Pfades (P) zu einem Zielpunkt in der ersten Karte unter der Annahme einer vereinfachten virtuellen Form (101) des Roboters (100) weiter umfasst:

Erneutes Planen eines Pfades (P) zu dem Zielpunkt unter der Annahme einer zweiten virtuellen Form des Roboters (100), falls bei der Pfadplanung unter der Annahme einer ersten virtuellen Form kein kollisionsfreier Pfad gefunden wird, wobei die zweite virtuelle Form des Roboters diesen nicht vollständig beinhaltet.

36. Das Verfahren gemäß Anspruch 34 ,

wobei die erste virtuelle Form des Roboters (100) eine Kreisform ist.

37. Das Verfahren gemäß Anspruch 35,

wobei die erste und die zweite virtuelle Form des Roboters (100) eine Kreisform haben und/oder die erste virtuelle Form dem kleinsten Kreis entspricht, der den Roboter gerade noch einschließt und um dessen Mittelpunkt sich der Roboter (im Stand) drehen kann.

38. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 33, bei dem das Planen eines Pfades (P) zu einem Zielpunkt in der ersten Karte unter der Annahme einer vereinfachten virtuellen Form (101) des Roboters (100) folgendes umfasst:

Planen eines ersten Pfades zu dem Zielpunkt unter der Annahme einer ersten virtuellen Form des Roboters (100),

Planen mindestens eines zweiten Pfades zu dem Zielpunkt unter der Annahme mindestens einer zweiten, von der ersten verschiedenen virtuellen Form des Roboters (100),

Bewerten des ersten Pfades und des mindestens einen zweiten Pfades nach einem vorgebbaren Kriterium,

Auswählen eines Pfades (P) für eine nachfolgende Roboterbewegung aus dem ersten und dem mindestens einen zweiten Pfad basierend auf der Bewertung.

39. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 38, bei dem das Planen eines Pfades (P) zu einem Zielpunkt in der ersten Karte unter der Annahme einer vereinfachten virtuellen Form (101) des Roboters (100) folgendes umfasst::

Zuordnen eines Kostenfunktionswertes zur Befahrung von Bereichen des Robotereinsatzgebiets; und

Bestimmen des Pfades geringster Kosten für die virtuell vereinfachte Form (101) des Roboters (100),

wobei in die Kostenfunktionswerte der Abstand des Pfades zu Hindernissen einfließen,

40. Das Verfahren gemäß Anspruch 39, wobei insbesondere die Kosten abhängig von der Einschränkung des Rotationsfreiheitsgrades des Roboters durch ein Hindernis sind.

41. Das Verfahren gemäß Anspruch 39 oder 40,

wobei die Kostenfunktionswerte basierend auf in der ersten Karte enthaltenen Informationen berechnet werden und wobei insbesondere die virtuellen Form eine Kreisform ist, die den Roboter nicht vollständig umfasst.

42. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 41, wobei das Fortsetzen der Bewegung des Roboters (100) unter Beachtung seiner tatsächlichen Roboterform aufweist:

Festlegen eines Zwischenzielpunktes auf dem geplanten Pfad (P);

Folgen der Kontur des Hindernisses bis entweder der Weg zwischen dem Roboter und dem Zwischenzielpunkt frei ist oder eine Abbruchbedingung erfüllt ist.

43. Das Verfahren gemäß Anspruch 42,

wobei die Abbruchbedingung den Abstand des Roboters von dem geplanten Pfad (P) und/oder dem Zwischenzielpunkt berücksichtigt, und

nach Erfüllung der Abbruchbedingung der Roboter (100) ausgehend von seiner aktuellen Position hin zu dem Zielpunkt einen neuen Pfad plant.

44. Das Verfahren gemäß Anspruch 43,

nach Erfüllung der Abbruchbedingung der Roboter (100) einen Zähler erhöht, der die Anzahl der Fehlversuche zählt.

45. Ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen mobilen Roboters (100) mit Hilfe einer Karte des Robotereinsatzgebietes, wobei die Karte zumindest Informationen über die Position realer, mittels einer Sensoreinheit (120) erkannter Hindernisse sowie Informationen über virtuelle Hindernisse enthält; das Verfahren umfasst:

Steuern des Roboters (100) in der Nähe eines realen Hindernisses derart, dass eine Kollision mit dem realen Hindernis vermieden wird, wobei die tatsächliche Form des Roboters (100) berücksichtigt wird, und

Steuern des Roboters in der Nähe eines virtuellen Hindernisses derart, dass eine virtuelle Kollision mit dem virtuellen Hindernis vermieden wird, wobei eine vereinfachte, virtuelle Form (101) des Roboters (100) berücksichtigt wird.

46. Das Verfahren gemäß Anspruch 45,

wobei Teile der tatsächlichen Form des Roboters (100) außerhalb der vereinfachten, virtuellen Form (101) des Roboters (100) liegen.

47. Das Verfahren gemäß Anspruch 45 oder 46,

wobei die vereinfachte, virtuelle Form (101) des Roboters (100) ein Kreis ist, um dessen Mittelpunkt sich der Roboter drehen kann, ohne dass sich der Mittelpunkt bewegt.

48. Das Verfahren gemäß Anspruch 47,

wobei der Radius des Kreises so gewählt ist, dass bei einer Drehung des Roboters (100) um dessen Mittelpunkt sich zumindest zwei Punkte der Außenkontur des Roboters (100) auf dem Kreis bewegen, beispielsweise dass der Radius des Kreises der halben Breite des Roboters entspricht.

49. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 45 bis 48,

wobei die vereinfachte, virtuelle Form (101) des Roboters (100) dergestalt ist, dass der Roboter in jeder möglichen kollisionsfreien Position relativ zu einem Hindernis sich kollisionsfrei drehen kann.

50. Ein Verfahren zur Steuerung eines autonomen mobilen Roboters in einem Konturfolgemodus, in dem der Roboter (100) in einem Konturfolgeabstand im Wesentlichen einer Kontur (W, V) folgt,

wobei eine Karte des Roboters zumindest Informationen über die Position realer, mittels einer Sensoreinheit (120) erkannter Hindernisse sowie Informationen über virtuelle Hindernisse enthält und der Roboter fortlaufend seine Position in dieser Karte bestimmt;

wobei in dem Konturfolgemodus sich der Roboter (100) entlang einer Kontur (W, V) bewegt;

wobei die Kontur (W, V) durch den Verlauf eines realen Hindernisses und den Verlauf einer virtuellen Grenze eines virtuellen Hindernisses gegeben ist.

51. Das Verfahren gemäß Anspruch 50,

wobei der Abstand zwischen Roboter und Kontur (W, V) basierend auf den in der Karte gespeicherten Informationen ermittelt wird.

52. Der Verfahren gemäß Anspruch 50 oder 51, wobei der Konturfolgeabstand davon abhängt, ob die Kontur, der gerade gefolgt wird, ein virtuelles Hindernis repräsentiert oder nicht.

53. Eine Steuereinheit für einen autonomen mobilen Roboter, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 52 auszuführen.