可自動移動的地面集塵裝置的製作方法

2023-10-20 02:38:27

專利名稱：可自動移動的地面集塵裝置的製作方法
技術領域：
本發明首先涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，它具有一電動驅動 器、 一集塵容器和一蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器。
背景技術：
DE10242257A1公開了一種所述類型的地面集塵裝置。關於障礙檢測器 的操作原理和行為策略，在此將該專利申請的全部內容整合入本發明的公開 內容中，包括為了在本發明的權利要求中引入該專利申請特徵的目的。在繞著房間行進時，可自動移動的地面集塵裝置必須糹全測房間的物體和 界限，並以適當的才幾動才喿糹從(maneuvering)和4來避動作(evasive movement) 響應。障礙檢測可藉助於光學或聲學距離傳感器或以觸覺方式無觸點地進 行。已知裝置利用碰撞檢測器或至少利用例如藉助於超聲波的距離檢測器和 在距離檢測器發生故障時充當安全裝置的碰撞檢測器的組合操作。在觸覺障 礙檢測中，機器人與障礙物相接觸。取決於相應組件和它們如何安置情況的 接觸力或碰撞脈衝觸發傳感器。信號通過微處理器被處理，這又使得驅動輪 停止。在這一時間段中，由於系統的慣性，裝置持續朝障礙物移動，且由此 施加作用力，在最壞的情況下，這會導致障礙物受損或至少移動了。此外， 幹擾和故障會導致障礙檢測不正確。例如，比如從地毯到硬地面和從硬地面 到地趙的過渡處的不平整、或由鋪地織物的凹凸紋理引起的不平整以及在以 加速、轉動或以彎曲方式行進時由行進運動產生的振動都會導致測量不正 確。已知的靈敏傳感器技術容易受到比如由行進運動產生的振動的幹擾的影 響。該問題可通過懸吊強勁的彈簧來克服，也就會帶來例如機器人護罩的運 動在傳感器觸發之前受限制的結果。這樣的障礙檢測最終不易受到千擾的影 響，但也不靈敏了，使得解決方案顯得不足夠靈敏，這在發生撞擊的情況下會導致物體和家具受損。

發明內容
鑑於上述現有技術，本發明所要解決的技術問題在於，在障礙檢測方面 該問題首先是通過一種可自動移動的地面集塵裝置來解決的。其中，設
有多個安置在突出位置(prominent position)上的探頭元件。由於該結構， 設置了分別具有小質量的探頭元件。局部的觸發需要較小的力，在突出位置 上安置多個探頭元件容許提供與所檢測的障礙物相關的位置信息。同時，當 速度發生變化時，僅是小的慣性力起作用。因此，這些並不成為明顯的幹擾。
此外，提出地面集塵裝置具有圓周輪廓，且探頭元件相對於圓周輪廓位 於突出位置上。優選的是，集塵裝置在此具有圓形的外形輪廓。優選探頭元 件覆蓋相應於超過25%圓周的區域。更優選的是，探頭元件被安置在集塵裝 置的整個圓周上，使得安置在突出位置上的探頭元件一起以緩衝環的方式起 作用。在這一方面，也可笨頭元件形成為剛性部件，它在其底部被回彈性 地安裝，該底部與地面集塵裝置的外形輪廓聯接。當接觸到障礙物時，亦可 藉助於該探頭元件移動一個摩擦件。 一般d、於碰撞直接引發力的摩擦力經 由探頭元件使該摩擦元件移動，例如通過碰撞時張緊的彈簧的回覆力使摩擦 元件重又返回到起始位置。
本發明還涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、集塵 容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器，為了實現目的，這裡提出， 即，提供至少一個安置在突出位置上的探頭元件，且探頭元件可主動地移動 以檢查一個區域。由於有了該結構，優選沿行進方向在集塵裝置的前部設置 活動探頭，該探頭主動地感知周圍環境且在集塵裝置撞上物體之前檢測這些 物體。因此，探頭元件可相對於地面集塵裝置的垂直軸移動。因此，進一步 提出，探頭元件可關於地面集塵裝置的水平面移動，由此實現採用盲人手杖 方式的感知。探頭元件還可關於地面集塵裝置的垂直面移動，由此同時也避 免了在障礙物的下面行進。作為另一替換，探頭元件也可執行環形運動。或 者可讓探頭元件繞著在裝置的外形輪廓之外的垂直軸移動。為了在這一方面 進一步改善障礙檢測，以在圓周上分布多個探頭元件的方式來設置它們，探 頭元件覆蓋相應於超過25%圓周的裝置區域。在一優選結構中，探頭元件在操作的同時充當旋轉刷，但不與地面接觸。還可讓探頭元件成為與裝置外形 輪廓相適配的外周探頭帶的一部分。該探頭帶可承載各個的探頭元件例如針 狀元件。不過，也可設想將多個在操作的同時作為刷子的探頭元件安置在探 頭帶上，這些刷子分布在圓周上且可繞著在裝置的外形輪廓之外的垂直軸移 動。探頭帶也可形成為刷子帶，也就是說，形成為硬毛的外周條帶。探頭元 件的判定是藉助於監控探頭元件運動所需的驅動電流而實現的。還可設想， 通過應變測量原理進行判定。例如，還可在與障礙物接觸時監控彼此靠近的 兩個或多個導電硬毛的接觸來進行判定。亦可提供一個機械振動系統，振動 長度由碰撞和相關聯的變形改變，這就導致系統變得不平衡。
本發明還涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、集塵 容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器，設有多個安置在突出位置 上的探頭元件，為了實現所限定的目的，這裡提出，即，提供安置在突出位 置上的可變形探頭元件，且該探頭元件被安置在整個圓周上，變形可通過電 阻的改變來感知。例如，可在整個圓周上安置兩根細導線或兩塊薄的箔片， 其間是不導電的。在碰撞的情況下，導線或箔片之間的距離減小，且因此電 容也減小。彈性變形轉化為比如電阻和電感的電特徵變量亦可用於障礙檢 測。例如，在碰撞的情況下，優選導電的泡沫被壓縮，從而由於變形而改變 電阻。長度的彈性變化轉化為比如電阻和電感的電特徵變量可用於障礙檢 觀'J。碰撞在此轉化為長度上的徑向彈性變化，加長部分的電阻的大小隨之改 變且電阻的改變得到檢測。或者，可藉助於一個機構將鐵心從線圈中拉出， 從而改變電感。還可通過改變電勢來進行障礙4全測，碰撞元件例如以壓緊的
方式作用在導電體軌(conductortrack)上。此外，可將電阻絲壓在導電體軌 上，由此還實現了局部分辨以確定障礙物的位置。
本發明還涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、集塵 容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器，設有多個安置在突出位置 上的探頭元件，為了實現目的，這樣建議，即，提供探頭元件，且該探頭元 件是形成為護罩的蓋子的一部分或由蓋子自身形成，且該探頭元件在蓋子的 整個圓周上延伸。例如，可設置兩塊磁鐵，其中一塊形成為支承體，例如採 取環形磁鐵的形式，而另一塊活動地形成，支7fU茲鐵優選固定在底盤上，而 活動磁鐵優選固定在護罩上。在碰撞的情況下，系統移出第一位置。磁場的 改變被再一次檢測。基本位置的復位是通過在磁場中對準而自動進行的，或者，要藉助於彈簧力。
本發明還涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、集塵 容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器，為了實現目的，這裡提出， 即，提供安置在突出位置上的探頭元件，該探頭元件形成為安置在突出位置 上的充氣軟管，由接觸產生的氣壓的變化可通過壓力計感知。在與障礙物接 觸時，充氣軟管通過作用的力變形。檢測優選藉助於壓力傳感器進行。為了 實現局部分辨，優選將多個例如兩個壓力傳感器安置在分離管子的兩端，由 此可通過轉變時間對比進行局部分辨。
本發明還涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、集塵 容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器。在此為了提供不易受到幹 擾影響且同時靈敏的障礙檢測器，根據本發明，提供了安置在突出位置上的 探頭元件，且該探頭元件形成為光障。在此優選紅外光障，其至少被安置在 前部區域中，也即，沿常規的移動方向安置在裝置的向前區域中。光束被物 體阻斷的情況能可靠而及早地檢測到。為了在裝置的大部分圓周上提供這樣 的障礙檢測器，採用偏轉鏡來以線路跟蹤的方式延長光障的長度。光束可通 過偏轉鏡在裝置的整個圓周上引導。還可設想，將多個獨個的光障安置在突 出位置上。例如可使用設有靈敏的觸覺傳感器的偏轉鏡和發送器。該解決方 案的主要優點在於，無需有質量在光障進行障礙檢測的區域中移動。該障礙 檢測是在無碰撞的情況下在偏轉鏡和發送器之外的區段也即在光障的區域 中進行的。
本發明還涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、集塵 容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器，為了實現目的，這裡提出， 即，提供安置在突出位置上的探頭元件，該探頭元件包括彼此面向的隔開的 反射器，這些反射器優選以這樣的方式形成，即，它們在裝置的外形輪廓周 圍取向，且對通過反射器的變形改變的光傳導進行判定。例如，發送的光線 在兩平行壁之間完全反射。反射性能通過碰撞時的變形改變。在這一方面， 還可替換性地設置一個在變形情況下阻斷傳導的光導向件。
最後，本發明涉及一種可自動移動的地面集塵裝置，具有電動驅動器、 集塵容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器，設有多個安置在突出 位置上的探頭元件。為了實現目的，這裡提出，即，以這樣的方式安置多個 電容性和/或電感性地操作的距離傳感器，即，它們分布在裝置外形輪廓的圓周上。電容或電感性地操作的距離傳感器即便在接近障礙物時也能以與機動 車中的停車輔助裝置類似的方式起作用。由此若優選以在裝置的護罩周圍取 向(延伸)的方式設置傳感器，就能無碰撞地檢測到障礙物。
上述本發明的解決方案既獨個地與障礙檢測有關，又以一種方案和其它 一種或多種方案的組合與障礙檢測有關。


下面將參照附圖對本發明進行詳細的解釋，圖中僅繪出了幾個示範性的
實施例，其中
圖1以透視圖示出了地面集塵裝置；
圖2示出了自根據本發明的地面集塵裝置的下面觀察的透視圖； 圖3至11示出了本發明用於集塵裝置的障礙檢測器的各個實施例的示 意圖。
具體實施例方式
圖中示出並描述了一個清潔機器人形式的地面集塵裝置1,具有一個底 盤2,其被裝在下部、面向要清潔處理的地面；多個位移輪3，其被電機驅 動；以及刷子5，其同樣被電機驅動且伸出底盤座4的下邊緣。在底盤2上 接合有裝置護罩6,地面集塵(清潔)裝置1具有圓形輪廓。不過，裝置1 也可具有不同於圓形形狀的輪廓，作為另一示例，可由一個半圓形部分和一 個與之連接的矩形部分構成。
位移輪3沿地面集塵裝置1的常規位移方向r被安置在刷子5的後面， 刷子5的後面還安置有垃圾坡道7，它與清掃板相似且經由它可將刷起來的 垃圾拋到容器狀的收集倉中。
沿常規位移方向r位於刷子5前面的是從動輪8形式的支承輪，由於有 了該支承輪，就在要處理的地面上實現了地面集塵裝置1的三點支承。
尤其是在清潔機器人的情況下，需要檢測障礙物9。為此，根據本發明 設有對碰撞敏感的障礙檢測器10,通過該障礙檢測器IO檢測到與障礙物9 的接觸，地面集塵裝置l在障礙物9移動、翻倒或受損之前同時趨於靜止。 通過下述的各種障礙檢測器10,地面集塵裝置1不會被幹擾(比如在經過不 平整的地面時產生的振動)所誤導。在實現高震擊靈敏度(high shocksensitivity)的同時，還實現了較小的幹擾敏感性。
例如，圖3至6示出了四個不同的有關障礙檢測器IO的機械方案的示 範性實施例。在根據圖3示意圖的實施例的情況下，護罩6,或者說是護罩 段，被活動地安裝在底盤2上，尤其是在水平面中可活動，護罩6通過優選 泡沫體形式的彈簧元件11在水平面中支承在底盤2上。優選沿位移方向r 安置在前面的傳感器12用於在地面集塵裝置1與障礙物9發生接觸時感知 護罩的運動。傳感器12可形成為探頭(feeler)或微動開關，其即便通過較 小的接觸力也能被觸發，結果該障礙檢測器10的靈敏度乃至對幹擾的敏感 性可通過選擇彈簧元件11或選擇泡沫材料調節。
障礙檢測器10也可通過加速度測量進行障礙檢測，其中，地面集塵裝 置l中的例如擺或球形的加速度傳感器檢測由碰撞引發的減速度。在此，以 如下方式設定靈敏度，即在常規加速或例如在地毯邊緣上由地面的不平整引 起的垂直搖晃情況下不作反應。僅水平面中的反應被感知。
圖4中示意性地示出了另一可替換的障礙檢測器10。這是一種局部碰撞 檢測器， 一個質量相當大的單獨的緩衝環13被分成多個質量小的回彈性較 小地安裝的探頭14，該緩衝環13也可為護罩6的一部分。這些探頭14相對 於地面集塵裝置1的圓周輪廓位於突出位置上，由探頭14形成的緩衝環13 在大約180度的圓周上延伸。探頭14各自形成為剛性部件，其在其底部15 回彈性地(resiliently)安裝在底盤2上或安裝在護罩6上，底部與地面集塵 裝置l的外形輪廓相聯。 一與障礙物發生接觸，緩沖環13僅局部地起作用。 因此，僅較少的與障礙物9相接的探頭元件14起作用。這種局部的觸發需 要的力較小，且可同時提供有關障礙物9位置的位置信息。同時，當速度發 生變化時，僅較小的慣性力充當幹擾。獨個探頭元件14的局部觸發是通過 底盤上的傳感器感知的。
探頭元件14還可主動地移動以檢查一個區域，這發生在探頭元件14相 對於地面集塵裝置1尤其相對於護罩6被安置在突出位置上時的情況下。圖 5示出了相應的一個示範性實施例。在此，沿常規位移方向r安置在地面集 塵裝置1前面的探頭元件是按盲人手杖的方式設計的，該探頭元件14可在 地面集塵裝置的水平面中關於地面集塵裝置的垂直軸x移動。探頭元件14 在水平面中繞著垂直軸x擺動，且由此感知裝置前方的周圍環境。探頭元件 14例如通過監控所述元件移動所需的探頭元件驅動電機的驅動電流進行判定。當接觸到障礙物9且由此限制了探頭元件14的樞轉運動時，驅動電流 增大。也可與此種做法相結合地將探頭元件14設計成對碰撞敏感。此外， 可安置一個傳感器系統，通過該傳感器系統來感知探頭元件14的樞轉角。 通過所確定的樞轉角可提供有關障礙物9位置的位置信息。
另外，在如圖5所示的實施例的情況下，也可基於應變測量原理進行障 礙檢測的判定，因為障礙物9與探頭元件14在水平面中的樞轉位移的接觸 使探頭元件在面向障礙物9的那側產生應變。探頭元件14也可包括多根導 電硬毛(bristle )。這些硬毛可形成為既圓又平的橫截面。當與障礙物9接觸 時，這些導電硬毛相接觸，這可通過相應的電子器件感知。
作為探頭元件14在水平面中擺動的另一替換方案或組合方案，探頭元 件14也可在垂直面中移動，由此不僅實現了理想的障礙檢測，同時還能形 成防止在障礙物下行進的安全裝置。藉助於該探頭元件14在垂直面中移動， 例如防止了裝置卡在扶手椅、餐具拒等的下面。
如圖6所示，主動移動的探頭元件14亦可形成為刷子16，其相對於裝 置1被安置在裝置外形輪廓之外的突出位置上，繞著平行於裝置1垂直軸x 取向的軸y旋轉。在此，優選設置多個分布在裝置1圓周上的探頭元件14 或刷子16，更優選沿位移方向r設置在裝置1前側的區域中。如圖6中的示 例所示，設有5個刷子16,它們是按這樣的方式安置的，即，以等角分布且 一同在大約25-30%的裝置圓周上延伸。各刷子16的旋轉方向有所不同。例 如，在示範性的實施例中，當在俯視圖中看時，前刷16和安置在該刷子16 右邊的兩刷子16逆時針旋轉，而安置在前刷16左邊的兩刷子16順時針移 動。
這樣選擇刷子16彼此之間的間距和距離裝置壁或護罩的間距，即，刷 子16的硬毛17繞著刷子軸y自由旋轉，而不與相鄰的刷子16接觸或與裝 置1接觸。刷子16還被安置成距離要清潔的地面有一定距離。為了避免在 障礙物的下面移動，刷子16可垂直向上地伸出裝置的頂部。
圖7中示出了活動探頭元件的另一替換結構。在此，探頭元件14是與 裝置的外形輪廓相匹配且形成為硬毛帶的外周探頭帶18的部分。外周探頭 帶]8具有硬毛17形式的徑向突伸的探頭元件14，其是以均勻地分布在圓周 上的方式安置的。
在圖6和7所示的示範性實施例中，與障礙物的接觸亦可通過驅動電流的監控來檢測。此外，還可設想安置導電硬毛17，這些導電硬毛17在與障
礙物9接觸時互相接觸。
其它未在圖中示出的有關障礙檢測的機械方案具有一個與障礙物接觸 時移動的摩擦元件。 一般小於碰撞直接引發力的摩擦力使該摩擦元件移動， 回復力使摩擦元件返回到起始位置。該回復力可通過在碰撞時張緊的彈簧施 加。在機械振動系統的情況下，還可通過碰撞和相關聯的變形改變振動長度， 由此使系統變得不平衡。
除了機械方案，還提出用以進行障礙檢測的電氣或電子方案。例如，正
如圖8示意性地示出一樣，設置一個可變形的探頭元件14，該元件被安置在 整個圓周上，且可通過電阻的變化來感知變形。在此，探頭元件14是由導 電的壓縮泡沫構成的，其在與障礙物接觸時由於變形而改變電阻。在探頭元 件14發生該彈性變形的情況下，也可將長度的變化轉化成比如電阻或電感 的電特徵變量。對心碰撞轉化成長度的徑向彈性變化，加長部分(the lengthened component)的電阻大小隨之改變。該電阻的變化^皮予以檢測。
作為另一替換，可通過在一條線上用力拉而從線圈中拉出鐵心，從而改 變電感。
可在裝置1的圓周上安置兩間隔開的細線或箔片，其間是不導電的。在 與障礙物接觸的情況下，線或箔片之間的距離減小，電容也因此減小，該電 容的減小可被感知以進行障礙檢測。
亦可設置一個碰撞元件，其可通過作用在其上的障礙物壓在導電體軌 (conductor track )上。該i並撞元件可與 一個活動4罙頭元件結合^吏用。
圖9示出了用以進行障礙檢測的又一電氣方案，所選的探頭元件14是 護罩6的一部分或護罩6本身，此外，探頭元件14在蓋子的整個圓周上延 伸。障礙檢測器10形成為磁力開關，設有兩塊磁鐵，即， 一塊底盤上的支 承磁鐵19，例如形成為環形磁鐵；另一塊活動磁鐵20,固定在護罩6上或 由護罩6形成的探頭元件14上。在無負載位置上，磁鐵系統處於靜止位置， 優選磁鐵19和20彼此同心。如果探頭元件14或護罩6與障礙物9相撞， 系統就移出該靜止位置，》茲場隨之改變。這種改變是可4全測的。通過在磁場 中對準可自動地回復到中性位置，選擇性地藉助彈簧，不過，彈簧仍是按確 保靈敏的障礙檢測的方式設計的。
圖IO示意性地示出了另一替換結構。在此，探頭元件14形成為充氣軟管21，其被安置在突出位置上且在裝置1的整個圓周上垂直地延伸。 一與障
礙物9接觸，該軟管21就可通過作用的力變形。由此接觸產生的氣壓變化 可由壓力傳感器22感知。壓力傳感器22優選設在軟管21的兩端，如圖所 示，由此可通過轉變時間(atransittime )對比進4亍局部分辨。
正如圖11示意性地示出一樣，探頭元件14也可形成為光障23,偏轉鏡 24用於以線路跟蹤(in a manner of a line trace )的方式在裝置1的整個圓周 上延長該光障23的長度。例如，在所示的示範性實施例中，設有分布在圓 周上的發送器/接收器單元25和5個偏轉鏡24，兩個相鄰的偏轉鏡24關於 裝置l徑向取向，形成60度角。
光束尤其是紅外光束被障礙物9阻斷的情況得到檢測。偏轉鏡24和發 送器/接收器單元25設有靈敏的觸覺傳感器，於是也就檢測了這些元件與障 礙物9相撞的情況。
另一替換結構(未在圖中示出)提供了一個探頭元件14,其相對於裝置 1被安置在突出位置上並包括彼此相面對的隔開的反射器。這些反射器優選 在裝置外形輪廓的整個圓周上延伸。發送來的光線在這兩平行的反射器壁之 間完全反射。反射性能在與障礙物9相撞的情況下通過變形而改變。或者， 在碰撞的情況下，也可按阻斷傳導的方式使光導向件變形。
還可安置多個電容性和/或電感性地操作的距離傳感器，這些距離傳感器 是按照分布在裝置外形輪廓的圓周上的方式安置的。這些距離傳感器即便在 接近障礙物9時也能起反應，由此不用發生碰撞就檢測到障礙物。
上述用以進行障礙檢測的可行方案可彼此相互組合。
通過根據本發明的其中一個障礙檢測器10進行的障礙物9的檢測引發 自主操作的地面集塵裝置1的策略行為，例如裝置後退然後繞過障礙物9。
所有公開的特徵(本身)都與本發明有關。相關的/隨附的優選權文件(在 先申請的複印件)的公開內容也由此全部整合入本申請的公開內容中，包括 為了在本申請的權利要求中引入這些文件的特徵的目的。
權利要求
1、 一種可自動移動的地面集塵裝置(1 )，具有電動驅動器、集塵容器以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器(10)，其特徵在於，設有安置 在突出位置上的探頭元件(14),並且，該探頭元件(14)形成為光障(23)。
2、 如權利要求1所述的地面集塵裝置，其特徵在於，偏轉鏡(24)用 於以線路跟蹤的方式延長光障(23)的長度。
3、 一種可自動移動的地面集塵裝置(1)，具有電動驅動器、集塵容器 以及蓋子，該地面集塵裝置設有障礙檢測器(10)，其特徵在於，設有安置 在突出位置上的探頭元件(14),並且，該探頭元件(14)包括彼此面向地 隔開的反射器，這些反射器優選以繞著裝置輪廓取向的方式成形，並且，通 過反射器的變形而改變的光傳導被判定。
全文摘要
本發明涉及一種可自動移動的地面集塵裝置(1)，它包括一電機驅動器、一集塵容器以及一蓋子。該地面集塵裝置還設有一障礙識別系統(10)。為了改善地面集塵裝置有關障礙識別系統的設計，使得該系統不易受損還很靈敏，本發明設置了多個位於突出區域上的探頭元件(14)。
文檔編號A47L9/28GK101310665SQ20081009261
公開日2008年11月26日 申請日期2004年12月10日 優先權日2003年12月10日
發明者烏爾裡克·凱克, 喬格·薩默, 岡特·波彭, 派屈克·施利施卡, 託斯滕·蘭, 拉斐爾·比爾澤 申請人:沃維克股份有限公司