專利名稱：自主表面處理器具的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及一種自主表面處理器具(an autonomous floor treatingappliance),且特別地,但并不排他地,涉及一種自主真空吸塵器。
背景技術：
移動式機器人變得越來越普遍且被使用在多種領域，如太空探索、草坪收割和地面清潔。最近十年在機器人地面清潔設備領域中，特別是真空吸塵器領域中具有特別迅速的進步，機器人地面清潔設備的主要目的是在自主地和不唐突地在用戶的房子中行進同時清潔地面。在執行該任務時，機器人真空吸塵器必須在要求清潔的區域中行進且在此同時避免撞到障礙物。當在房間內巡游時對于機器人真空吸塵器的要求是要盡可能靠近房間的邊緣。對此一個方案在US6883201中示出，其配備有圓形本體機器人地面清潔器，該清潔器在其前方側翼具有旋轉的邊刷以便于將塵屑掃入到水平安裝的刷棒的路徑中，該刷棒在設備的底側上、設備輪子之間暴露。這樣的相對旋轉刷子的系統可導致塵屑被彈離設備的前方，其降低了該方法清潔房間邊緣的效率。

發明內容
本發明是在這樣的背景下被制造的。為此，本發明提供了一種自主地面處理器具，包括主體，其限定外平面輪廓且具有驅動裝置，該驅動裝置安裝在主體的外平面輪廓的內側且配置為沿跨要被清潔表面的運動方向推進該器具；表面處理組件，與主體相關聯且被承載為橫向于運動方向，該表面處理組件為大致細長形式且具有平行于運動方向且大致切向于主體的外平面輪廓的相應圓形部分延伸的側邊緣。本發明原則上應用于涉及處理地面表面的任意自主器具，其包括橫向于器具的運動方向延伸的表面處理組件，例如為地面清掃機、拋光機、或清洗機，或甚至機器人割草機。然而，本發明對于機器人真空吸塵器特別有用，且從而本發明在后文中將就此進行描述。由此，在一個實施例中，該器具是自主真空吸塵器且還包括電源，其操作地連接到抽吸產生器，該抽吸產生器可以運行以將空氣從處理頭的臟空氣入口抽吸到可移除的灰塵和臟物分離裝置。由于表面處理組件或“頭”跨該器具的主體橫向地延伸，使得側邊緣或側表面平行于運動方向且切向于主體的外平面輪廓的相應圓形部分延伸，該器具具有允許它一直清潔到房間的邊緣的配置。此外，由于該器具的平面輪廓為至少部分圓形，它具有對于原地轉動有益的形狀，從而它更能操縱離開局限的空間或角落。優選地，主體在平面視圖中為大致圓形。在該示例性實施例中，處理頭可以跨主體的后部部分橫向地延伸，且位于支撐輪裝置的后方。處理組件由此能夠在支撐輪覆蓋的路徑上清潔，且從而可以拾取由輪子灑落在地面表面上的沙礫或灰塵。
在一個實施例中，主體包括底座和設置在底座上的處理頭，且處理頭可以與底座一體。這樣，底座可以限定沿縱向軸線和沿運動方向在處理頭前方延伸的細長底板。底座還包括位于底座相對側上的第一和第二凹處，其中驅動裝置的相應牽引單元可以被接收在凹處中。由此，牽引單元可被安裝在底座上、器具的外周邊內側且處理頭的前方。有利地，處理組件延伸超過牽引單元的寬度且從而可以從地面表面清潔牽引單元可能落在它們軌跡中的灰塵和沙礫。為了容納可移除的灰塵分離裝置，主體可以包括前部部分，該前部部分限定敞開平臺，其中灰塵分離裝置被接收在該敞開平臺中。優選地，灰塵分離裝置為大致圓柱形且以立式取向被接收在該平臺中，使得它的縱向軸線大致垂直地延伸，也就是說垂直于主體的縱向和橫向軸線。盡管灰塵分離裝置可以采用其他形式，在示例性實施例中，它是旋風式分離裝置，其為真空吸塵器提供特別有效的清潔能力。灰塵分離裝置可以被配置為使得它形成該器具的外平面輪廓的一部分，它的形狀由此補充該器具的大致圓形輪廓。此外，灰塵分離裝置的一部分可以沿運動方向突出超過主體的前部部分，這樣，灰塵分離裝置為器具提供在撞擊事件中的彈性保護緩沖器。該主體結構還可以包括本體部分，其安裝在底座上并可相對于底座運動。這為器具提供檢測撞擊的能力，因為本體將被導致相對于底座運動，這樣的運動可由適當的傳感機構檢測到。特別地，接收電源、抽吸發生器、灰塵分離裝置的平臺被設置在本體上，其全部都可相對于底座運動。


為了本發明更容易被理解，現在將僅通過舉例的方式參考附圖，在附圖中圖1是根據本發明的實施例的移動式機器人的前透視圖；圖2是從圖1中的移動式機器人下方觀察的視圖；圖3是從圖1中的移動式機器人上方觀察的平面視圖；圖4是本發明的移動式機器人的分解透視圖，示出了它的主要組件；圖5是移動式機器人的底座的前透視圖；圖6a和6b是從移動式機器人的牽引單元每一側觀察的透視圖；圖7是圖6a和6b中的牽引單元的側視圖，示出了它相對于它所處的表面的取向圖8是圖7中的牽引單元沿線A-A截取的剖視圖；圖9是圖6a，6b和圖7中的牽引單元的分解透視圖；圖10是圖7中的牽引單元的側視圖，但示出了三個擺動臂位置；圖11是移動式機器人的底座的前視圖；圖12是從移動式機器人的主體下面觀察的視圖；圖13是移動式機器人的底座的后視圖；圖14a，14b，14c和14d是機器人在各種“撞擊”條件下的示意圖；及圖15是移動式機器人的系統不意圖。
具體實施方式
參考圖1，2，3，4和5，自主表面處理器具為機器人真空吸塵器2的形式(下文中稱為‘機器人’)，包括主體，該主體具有四個主要組件底座(或底板)4，本體6，大致圓形外罩8和分離裝置10，該本體6被承載在底座4上，該大致圓形外罩8可安裝在底座4上且為機器人2提供大致圓形輪廓，該分離裝置10被承載在本體6的前部上且其突出穿過外罩8的互補形狀的切口 12。為了本說明書的目的，機器人的情景中的術語“前”和“后”將按操作期間它的前進和倒退方向的意思來使用，其中分離裝置10被定位在機器人的前部。同樣地，術語“左”和“右”將被關于機器人向前運動的方向使用。正如將從圖1中理解，機器人2的主體具有相對短的圓柱的一般形式，主要為了可操作性的原因，且因此具有圓柱主軸線‘C’，該圓柱軸線‘C’關于機器人行駛過的表面大致垂直地延伸。因此，圓柱軸線C大致垂直于機器人的縱向軸線‘L’延伸，機器人的縱向軸線‘L’沿機器人2的前后方向取向，且因此穿過分離裝置10的中心。主體的直徑優選從200mm至300mm,更優選從220mm至250mm。更優選地，主體具有230_的直徑，其被發現為在可操作性和清潔效率之間的特別有效的折衷。該底座4支撐機器人2的幾個部件且優選由高強度的注射模制塑料材料制造，如ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，雖然它也可由適當的金屬制造，如鋁或鋼，或如碳纖維復合材料這樣的復合材料。如將說明的，底座4的主要功能是用作驅動平臺和承載清潔裝置，該清潔裝置用于清潔機器人行駛過的表面。特別參考圖4和圖5，底座4的前部部分14是相對平坦的且為盤狀形式，且限定彎曲的機頭15，該彎曲的機頭15形成機器人2的前部。驅動裝置由第一和第二牽引單元20提供，該第一和第二牽引單元20安裝在底座4的前部部分的每個側面中的相應凹處16、18中。注意圖2示出了底座4，其中牽引單元20被附接，圖5示出了底座4，其中沒有牽引單元20被附接。一對牽引單元20定位于底座4的相對側上，且可獨立地操作使機器人能根據牽引單元20的旋轉速度和方向被沿前進和倒退方向驅動，以隨著彎曲的路徑朝向左或右行進，或當場沿任一方向轉動。這樣的配置往往被稱為差速傳動，牽引單元20的細節稍后將在說明書中更充分地描述。底座4的相對狹窄的前部部分14向后部部分22變寬，該后部部分22包括表面處理組件24或‘清潔頭’，其具有大致圓柱形形式且相對于縱向軸線‘L’橫向地跨底座4的整個寬度延伸，且相對于向前行進方向定位在牽弓丨單元20后方。還參考圖2，其示出了機器人2的底面，清潔頭24限定矩形抽吸開口 26，該開口 26面向支撐表面且當機器人2運行時污垢和碎屑被抽吸進入該開口 26。細長的刷棒28被容納在清潔頭24內且以傳統的方式通過減速齒輪和傳動帶配置32由電動機30驅動，雖然其他驅動配置如完全齒輪傳動也被設想。底座4的底面特征在于細長的底板區段25在抽吸開口 26前方延伸，該底板區段25包括多個通道33(為了簡潔起見僅僅兩個通道被標識出)，該通道提供了將臟空氣抽向抽吸開口 26的路徑。底座4的底面還帶有多個(在所示實施例中為四個)從動輪或滾子31，當它停靠在地面表面上或運動越過地面表面時，該從動輪或滾子31進一步提供了用于底座4的支撐點。應該注意，滾子31支撐底座使得底座下側相對于地面表面平行地取向。此外，盡管輪子或滾子是優選的，它們也可以實現為硬支撐點，譬如滑軌或滑槽。
在這個實施例中，清潔頭24和底座4是單個塑料模制件，因此清潔頭24與底座4是一體的。這樣的配置對于制造是有效率的，因為底板25和清潔頭由同一模制部件提供。然而，不是必須如此，該兩個部件可以是獨立的，清潔頭24被適當地固定到底座4，如用本領域技術人員清楚的螺絲或適當的結合方法。清潔頭24具有第一和第二端部表面27，29，該第一和第二端部表面27，29在牽引單元20后方延伸到底座4的邊緣且其與機器人的罩8 一致。在如圖2和圖3中的水平或平面輪廓考慮，可以發現清潔頭24的端部表面27，29是平坦的且沿機器人2的橫向軸線‘X’的大致直徑相對的點處相對于罩8以切線(標記為‘T’)延伸。這樣的益處在于當機器人以‘隨壁’模式橫向運動時，清潔頭24能夠非常接近房子的壁運行，因此能夠一直清潔到壁。此外，由于清潔頭24的端部表面27，29切向地延伸到機器人2的兩側，無論該壁是在機器人2的右側還是左側，它都能夠一直清潔到壁。還應該注意的是，該有益的邊緣清潔能力通過位于罩8內的牽引單元20得到增強，這意味著機器人以這種方式操縱使得當隨壁操作期間，罩8以及由此清潔頭24的端部表面27，29幾乎接觸壁。此外，由于清潔頭橫向地跨底座4的大致整個寬度延伸且定位在牽引單元20后方，這意味著清潔頭24可以清潔地面表面上當機器人來回運動時牽引單元可能留在它們的軌跡中的灰塵和沙礫。清潔頭24定位在牽引單元20后方且盡可能靠近牽弓丨單元20，使得清潔頭24可以跨機器人的整個寬度延伸同時最小化從機器的主圓形造型的‘凸起’，否則這將干擾機器人的操縱能力。在清潔操作期間被抽吸進入抽吸開口 26的污垢通過管道34離開清潔頭24，該管道34從清潔頭24向上延伸且通過約90°的弧度朝向底座4的前方彎曲直到它面朝前進方向。管道34以矩形嘴部36結束，該嘴部36具有柔性波紋管配件38，該波紋管配件38成形為接合設置在本體6上的互補形狀的導管42。導管42被設置在本體6的前部部分46上且通向面向前方的大致半圓柱形的凹處50，該凹處50具有大致圓形的基座平臺48。該凹處50和平臺48提供了對接部，分離裝置10在使用中被安裝入該對接部，且分離裝置10可從對接部脫離接合用于排空的目的。應當指出的是在這個實施例中，分離裝置10包括旋風分離器，如W02008/009886中公開的，其內容通過引用并入于此。這樣的分離裝置的配置是眾所周知的，且在這里將不再進一步描述，只要說明分離裝置10可通過適當的機構(如快速釋放固定裝置)可移除地連接到本體6以當裝置10已滿時允許裝置10倒空。分離裝置10的性質不是本發明的重點且旋風分離裝置可被在本領域中所知的其他裝置(例如過濾膜，多孔箱式過濾器或一些其他形式的分離裝置)代替以從空氣流分離污垢。對于該裝置不是真空吸塵器的實施例，本體6可容納設備，該設備適用于由該機器執行的任務。例如，用于地面拋光機，主體可容納用于存儲液態拋光流體的水槽。當分離裝置10接合對接部50時，分離裝置10的臟空氣進口 52被導管42接收且導管42的另一端部可連接到刷棒管道34的嘴部36，從而導管42傳輸來自清潔頭24的臟空氣到分離裝置10。波紋管38為導管34的嘴部36提供一定程度的彈性以便它可無視一些角度的未對準而與分離裝置10的臟空氣進口 52密封地配合。雖然這里描述的是波紋管，導管34也可被提供有替代的彈性密封件(如柔性橡膠套口密封件)以接合臟空氣進口 52。臟空氣通過空氣流產生器(在這個實施例中是電動馬達和風扇單元(未顯示))被抽吸穿過分離裝置10，該空氣流產生器位于本體6的左手側的馬達外殼60中。該馬達外殼60包括彎曲的進口嘴部62，該嘴部62在對接部50的圓柱形壁處敞開從而匹配分離裝置10的圓柱形曲率。雖然沒有顯示在圖4中，分離裝置10包括清潔空氣出口，當分離裝置10接合對接部50時該清潔空氣出口對準進口嘴部62。在使用中，抽吸馬達可操作以在馬達進口嘴部62的區域建立低壓，從而沿空氣流路徑抽吸臟空氣，從清潔頭24的抽吸開口26，穿過管道34和導管42，且從臟空氣進口 52到清潔空氣出口穿過分離裝置10。然后清潔空氣穿過馬達外殼60且穿過經過濾清潔空氣出口 61從機器人2的后部排出。在圖4中罩8顯示為獨立于本體6，且由于底座4和本體6承載機器人2的大多數功能部件，罩8提供了外皮，該外皮主要用作保護殼體和用于承載用戶控制接口 70。該罩8包括大致圓柱形側壁71和平坦的上表面72，該上表面72提供了與本體6的平面輪廓一致的大致圓形輪廓，除了使部分圓形切口 12成形為與對接部50和圓柱形分離裝置10的形狀互補。此外，可見罩8的平坦的上表面72與分離裝置10的上表面IOa共面，因此當分離裝置10被安裝在主體上時，分離裝置10與罩8齊平。如圖2中特別清晰地顯示，罩8的部分圓形切口 12和本體6中的半圓柱形凹處50為對接部提供限定兩個突出葉或臂73的馬蹄形凹室，該兩個突出葉或臂73a側翼包圍分離裝置10的每一側，且使得分離裝置10的約5%和40%之間(優選20%)從對接部50的前部突出。因此，即使當罩8在機器人2的主體上就位時，分離裝置10的一部分保持暴露，這樣使用戶能容易地接近分離裝置10用于排空目的。位于側面的凸葉特別適于容納傳感器模塊，此處標識在82處，機器人可以使用傳感器模塊來映射其環境和/或檢測障礙物。在此情況下，突出葉73的材料應該是適當的傳感器能透過的材料。傳感器模塊可以是適用于機器人巡航的任意傳感器，譬如激光測距儀，超聲換能器，位置感應設備(PSD)或光學傳感器。側壁71的相對部分包括拱形的凹處74 (在圖3中僅僅示出一個)，當罩8被連接到本體6時，該凹處74配合在清潔頭24的相應的端部27，29之上。如圖1中所示，間隙存在于清潔頭24的端部和相應的拱形部74之間，以便允許在與物體撞擊的事件中在它們之間的相對運動。如上所述，在示例性實施例中分離裝置10是坐落在機器人的對接凹部50中的圓柱形箱，且從罩8突出以便于限定機器人2的前部。注意箱10具有直立取向使得其縱向軸線垂直于機器人的縱向軸線和橫向軸線L，X兩者，由此平行于機器人2的圓柱/垂直軸線C。以這樣的方式將分離裝置10的一部分在機器人2的前部暴露允許用戶容易地接近分離裝置以便于在分離裝置需要清空時將其從機器人2移除。由此，用戶并不需要操作門、蓋或面板來接近分離裝置10。此外，分離裝置可以是透明的，從而用戶可以看到分離裝置有多滿，由此避免對機械或電子滿箱指示器的需要。此外，分離裝置，特別是旋風分離裝置，比諸如電機和蓄電池這樣的電子部件更輕，從而分離裝置在機器人前部的的該配置還有助于機器人爬上表面。然而，在現有的機器中，較重的部件傾向于被定位在前部而灰塵容器被定位在后部或機器的中心附近。進一步益處在于由于分離裝置10是機器人的最前方部分意味著分離裝置將是在碰撞中機器人的最先接觸障礙物的部分，分離裝置10用作機器人2的緩沖器。優選地，箱由適當機械特性的塑料材料制成，以在與障礙物撞擊的事件中提供一定程度的彈性。一個例子是透明ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，制造為適當的厚度(例如在約O. 5和2mm之間)以為箱10提供適當程度的彈性。由此，箱10為機器人2的主體提供對硬和或尖銳物體(其否則將損壞罩8)的一定程度的保護。類似的，箱的彈性在撞擊期間為障礙物提供一定程度的保護，該障礙物可能是易于損壞的。在側壁71的上部邊緣上，罩8包括半圓形手提手柄76，該手柄76繞兩個直徑上相對的凸起78在第一、收起位置(在收起位置中手柄76安裝入在罩8的上部外周邊緣上的互補形狀的凹處80中)和展開位置(在展開位置中手柄76向上延伸(如圖1中的虛線所示))之間樞轉。在收起位置中，手柄保持罩8的‘干凈的’圓形輪廓且在正常操作機器人2期間不干擾使用。同樣地，在這個位置中，手柄76用于將機器人的后部過濾器門(未顯示)鎖定到關閉位置，這在機器人2操作時，阻止過濾器門的意外移除。在操作中，機器人2能夠由容納在本體6中的可充電電池組(未顯示)提供動力來自主地推動自身在其周邊行進。為了實現這個，機器人2承載適當的控制裝置，該控制裝置連接到電池組，牽引單元20和適當的傳感器模塊82，包括例如在本體6的前部左側和右側的紅外線和超聲波發射器和接收器。該傳感器組82為控制裝置提供信息，該信息表示機器人與外界中的各種結構的距離和該結構的尺寸和形狀。此外，該控制裝置被連接到抽吸風扇馬達和刷棒馬達以便適當地驅動和控制這些部件。因此該控制裝置可操作控制牽引單元20以便于在需要清潔的房間周圍操縱機器人2。應當指出的是，運行和操縱機器人真空吸塵器的詳細方法不是本發明的重點，而且一些這樣的控制方法在所屬技術領域中是已知的。例如，一種詳細的操作方法在W000/38025中更加詳細地描述，其中操縱系統中使用了光檢測裝置。這允許清潔器通過識別何時由光檢測裝置檢測到的光水平和由光檢測裝置先前檢測到的光水平相同或大致相同，來允許清潔器在房子中定位自身。已經描述了底座4，本體6和罩8，現在將參考圖6至圖10進一步詳細描述牽引單元20，在圖5至圖9中為了清晰起見示出了單個牽引單元20的各種透視圖，剖視圖，和分解圖。總體上，牽引單元20包括傳動箱90，聯接構件92或‘擺動臂’，第一和第二滑輪94、96，和履帶或連續帶98，該履帶或連續帶98被約束為圍繞滑輪94、96。傳動箱90容納了齒輪系統,該齒輪系統在安裝在傳動箱90的一端的內側上的輸入馬達驅動模塊100和從傳動箱90的驅動側(也就是安裝了馬達模塊100的傳動箱90的另一側)突出的輸出驅動軸102之間延伸。在這個實施例中，該馬達模塊100是直流無刷馬達，因為這樣的馬達是可靠的，有效的，雖然這并不排除使用其他類型的馬達，例如直流有刷馬達，步進馬達或甚至液壓驅動器。正如所提到的，馬達模塊100被連接到控制裝置以接受電源和控制信號且具有用于這個目的的一體的電連接器104。在這個實施例中，齒輪系統是將馬達模塊100的速度齒輪減速同時增加可用扭矩的齒輪配置，因為這樣的系統可靠，緊湊和重量輕。然而，其它齒輪配置在本發明的情景中被設想，如帶式或液壓傳動配置。因此,該牽引單元20集合驅動,傳動,和地面接合功能到自持(self-contained)和獨立的被驅動單元且通過多個緊固件91 (該實施例中為四個緊固件，如螺絲或螺栓，其被接收到在底座4的凹處周圍限定的相應的安裝片93中)被容易地安裝到底座4。牽引單元20可安裝到底座以便當機器人2向前行駛時，第一滑輪94在引導位置。在該實施例中，引導輪94是從動輪且包括中心孔104，該中心孔104通過壓配合的方法可被接受到驅動軸102上。將滑輪固定到軸的替代方法也被設想，如被附接到軸102的部分圓形夾(‘開口卡環(circlip)’)。該引導輪94也可被認為是鏈輪(sprocket)，因為它是一對從動輪。為了提高從驅動軸102到引導輪94的驅動力的傳遞，該滑輪的中心孔104可為內部帶鍵的以與驅動軸上的外部鍵配合。擺動臂92包括引導端部，該引導端部被安裝到傳動箱90，在傳動箱90和引導輪94之間，且被安裝以便繞驅動軸102樞轉。位于擺動臂92的安裝孔108中的軸套106被接收到傳動箱90的向外突出的突起物110上，驅動軸102穿過該突起物110突出。因此軸套106提供了支撐表面，該支撐表面在突起物110和傳動箱90中間，以允許擺動臂92平穩地樞轉且阻止相對于傳動箱90傾斜。軸套106優選由適當的工程塑膠制造，如聚酰胺(polyamide)，其提供了低摩擦表面和高強度。然而軸套106也可用金屬制造，如鋁，鋼，或它們的合金，其也將提供必須的摩擦和強度特征。如已組裝的視圖所示，擺動臂92被安裝在突起物110上，且引導輪94被安裝到擺動臂102的引導端部外側的驅動軸102。短軸112壓配合到位于擺動臂92的相對端或‘拖尾’端上的孔中，該短軸112限定安裝軸，該安裝軸用于沿平行于驅動軸102的軸線的旋轉軸線的后部滑輪96，或‘拖尾輪’。拖尾輪96包括中心孔113，軸承軸套114以壓配合被接受在中心孔113中。該軸套114以滑動配合被接受在軸112之上，且由此軸套，因此拖尾輪96也，可相對于擺動臂92旋轉。開口卡環116將拖尾輪固定到軸112。連續帶或履帶98提供了機器人2和地面表面之間的接觸面，且在這個實施例中，是堅韌橡膠化的材料，其在機器人越過表面時為機器人提供高抓地力且越過表面結構和輪廓的改變。雖然未顯示在圖中，帶98可被提供胎紋以便于增加在不平或粗糙地形上的牽引力。同樣地，雖然未顯示在圖中，帶98的內表面98a是鋸齒狀的或帶齒的以便與被提供在引導輪94的圓周表面上的互補齒形構造94a接合，這樣減少了帶98在輪94上滑動的可能性。在這個實施例中，拖尾輪96沒有帶互補齒形構造，雖然這可在需要時被提供。為了防止帶98從拖尾輪96滑出，圓周的唇部96a，96b被提供在它的內部和外部邊沿上。至于引導輪94，圓周的唇部94b被提供在僅僅它的外部邊沿上，因為由于擺動臂92的鄰近部分使帶98不能從內部邊沿滑出。正如將被理解的，擺動臂92將引導輪和拖尾輪94，96固定為間隔開的關系且允許拖尾輪96繞引導輪94有角度地擺動。擺動臂92的角位移的最大和最小界限由相對的拱形的上部和下部止動件122a，122b限定，該上部和下部止動件122a，122b從傳動箱90的驅動側突出。從擺動臂92的內側延伸的短柱或銷124可與止動件122a，122b接合以限定擺動臂92的行程。牽引單元20還包括擺動臂偏置裝置，該擺動臂偏置裝置為螺旋彈簧118的形式，該螺旋彈簧118被安裝在安裝架126和銷128之間張緊，該安裝架126從擺動臂92的引導部分向上延伸，該銷128從傳動箱90的拖尾部分突出。在使用中，彈簧118作用以將拖尾輪96偏壓為與地面表面接合，因此在機器人2越過不平表面(如厚的絨毛地毯)或越過障礙物(如電線)時，增加牽引力。圖10示出了牽引單元20貫穿擺動臂92的運動范圍的三個示例性位置。圖7不出了當機器人2閑置時輪子94，96關于地面表面F的相對位置，在該位置擺動臂92在它的行程的最小界限處，銷124接合上部止動件122a。在這個位置中，履帶98的圍繞拖尾輪96的一部分定義了與地面表面的接觸區域130，然而在接觸區域前方且延伸到引導輪的履帶98的一部分由于拖尾輪96比引導輪94更大的半徑而相對于地面表面F傾斜。這為牽引單元20提供了斜坡爬升表面，該表面改善了機器人2越過地面表面中的坑以及越過凸起的障礙物(如電線/地毯的彎曲處和邊緣)的能力。作為替代，應理解輪子94，96也可以是相似尺寸或甚至相同尺寸的，且安裝在不同高度處，在擺動臂92上或替代地在相對于底座4的固定位置中，以便于提供沿運動方向的朝前的傾斜爬升表面。與簡單的輪子相比除了提高了傾斜的履帶98的爬升能力外，牽引單元20由于它的單個拖尾輪96而保持小的接觸區域130，因為它沒有遭受履帶98的顯著部分接觸地面表面的情況下將經歷的打滑的程度，這提供了操作益處。進一步的牽引力增大由拖尾輪96的外部唇部96b提供，該拖尾輪96的外部唇部96b向外徑向延伸得比輪子96的內側上的唇部96a更遠。如圖8清晰地所示，外部唇部96b延伸到幾乎與履帶98的外表面的半徑相同，且它的邊緣被提供有帶齒的或鋸齒狀的構造。這樣的益處在于，在機器人行進越過如小地毯或毛毯這樣的柔軟表面的情況下，履帶98將趨于沉入地毯的絨毛中，由此外部唇部96b的鋸齒狀的邊緣將接合地毯且將為機器人提供提高的牽引力。然而，在硬表面上，僅僅履帶98將接觸地面表面，這將有利于機器人的操縱能力。更加有益的是該履帶配置提供了大得多的單輪的爬升能力，但沒有大的尺寸，這允許刷棒被定位為非常接近于機器人的橫向軸線，這對于提供全寬度清潔是重要的。如這個實施例中所示，拖尾輪96的旋轉軸線與機器人的橫向軸線大致對準，這樣有利于操縱。清潔頭能夠被定位為非常接近牽引單元20，且在這個實施例中，清潔頭的軸線與機器人的橫向軸線間隔大約48_，雖然可以設想高到60_的間隔將是可接受的以便最小化清潔頭從主體的外部殼層突出的量。在一個替代實施例中(未顯示)，外部唇部96b的深度和厚度被增加以致唇部96b的表面位于與圍繞拖尾輪96的履帶98的外表面肩并肩，實際上提供了履帶98的表面的橫向延長。這在硬地面上也增加了接觸區域130的面積，這在一些情況下可能是期望的。在這個實施例中，應當理解爬升能力也在沒有沿履帶98的縱向方向增加接觸區域的情況下通過傾斜履帶表面保持。之前已經說過，機器人2的牽引單元20提供了改善的性能，用于越過長絨毛小地毯和毛毯，也用于越過障礙物，比如在地面上的電線還有在地面表面之間的小臺階。然而，‘履帶車輛’類型的驅動單元可在輪子和帶之間的咬合處中易于受到碎屑的侵入。為了防止這個，擺動臂92還包括凸起的塊狀部分132，該塊狀部分132從擺動臂92在引導輪和拖尾輪94，96的相對部分和履帶98的內表面限定的空間中向外延伸。碎屑防護塊132的側表面132a，132b，132c，132d成形以坐落為緊靠輪子94，96和帶98的相鄰表面，同時塊132的外側表面134與輪子94，96的外側面幾乎成一直線地結束。因此，該塊132成形為容納在輪子94，96之間的大致所有體積，且所以阻止碎屑(如沙礫或小石子)損壞驅動裝置。盡管該塊132可以是實心的，在這個實施例中，該塊132包括開口 136，該開口 136減少了彈簧臂92的重量且還減少了成本。雖然塊132優選與擺動臂92是一體的，它也可以是獨立部件，其被適當地固定到擺動臂92，例如通過夾子，螺絲，或粘合劑。現在參考圖11，12和13，這些示出了本體6是如何被附接到底座4，以使得在彼此之間能夠相對滑動，和機器人2如何解釋該相對動差來收集關于在它的路徑中的與物體撞擊的信息。為了使得在底座4和本體6之間能夠相對滑動，前部和后部接合裝置將底座4和本體6固定在一起以便它們不能沿垂直方向分離，沿垂直于機器人2的橫向和縱向軸線X，L的方向，但是允許相對于彼此小量地滑動。首先轉到主體的前部部分，如圖12所示，前部接合裝置包括槽狀開口 140，該槽狀開口 140為類似于跑道/體育場或側面截斷的圓形的大體卵形造型，被限定在本體6的前部部分中，特別是平臺48的中心位置中。活塞銷142形式的可滑動的樞轉構件被接收穿過該開口 140且包括在開口 140下方延伸一小段的套筒區段142a，其限定了上部凸緣142b，該上部凸緣抵靠開口的側面從而防止活塞銷142穿過該開口。接合裝置還包括在底座4的前部部分上的帶壁的凹處144形式的互補結構，該互補結構也是跑道形以對應于平臺48中的開口 140的形狀。該本體6可安裝到底座4上以便本體6的平臺48上的開口 140覆在底座4中的凹處144上。于是該活塞銷142通過適當的機械緊固件(如螺絲)被固定到凹處144的底面；該活塞銷142在圖11中的凹處144的它的位置中以虛線示出。因此本體6被連接到底座4中，而不能垂直分離。然而，由于活塞銷142不可動地固定到底座4同時保持在開口 140中可滑動，本體6可相對于活塞銷142滑動且由于它的圓形形狀可繞活塞銷有角度地樞轉。底座4的前部部分還包括兩個通道145,凹處144的每一側定位有一個,其用作用于設置在本體6下側(更具體地說，在平臺48上開口 140的每一側)的相應滾子147的支撐表面。滾子147提供了用于底座4上的本體6的支撐且促進在兩個部分之間平穩地滑動，且在圖11中以虛線形式示出。后部接合裝置限制了本體6的后部部分150相對于底座4的運動。根據圖12和圖13之間的比較，可以看出在清潔頭24后面的底座4的后部部分146包括撞擊檢測裝置148，該撞擊檢測裝置148也用作固定安裝件，本體6的后部部分150通過該裝置連接到底座4。撞擊檢測裝置的每側包括本體支撐裝置；兩個本體支撐裝置是相同的，所以為了簡潔僅一個將被詳細地描述。該本體支撐裝置包括套筒狀管狀支撐構件152，該支撐構件152位于限定在底座154中的碟形凹處154中。在這個實施例中，碟形凹處154設置在板狀構件155形式的可移除底座部分中，其被跨底座4的后部部分146固定。然而，凹處154可同樣為底座4的一體部分。彈簧156在它的下端被連接到底座154且延伸穿過套筒構件152，其中，彈簧的端部終止于孔眼158。該套筒152和彈簧156與在本體6的下側上的互補的插口 160接合，該插口 160包括凸起壁160a，當本體6被安裝到底座4上時，套筒152的上部端部位于凸起壁160a上。當以這種方法安裝時，彈簧156延伸入插口 160中的中心開口 162中，且孔眼158被固定到在本體6內的固定銷。要注意的是固定銷在圖中未顯示，但是可以為彈簧156可連接的任何銷或適合的固定點。由于支撐套筒構件152被可運動地安裝在底座4和本體6之間，該套筒構件152可沿任何方向傾斜，這使本體6能沿機器人的縱向軸線‘L’線性地‘搖動’，但也使本體6的后部部分能有角度地擺動，由于受制于現在將進一步描述的后部接合裝置而可繞活塞銷142樞轉大約10度。在這個實施例中，彈簧156提供了自居中力到支撐套筒構件152，這促使套筒構件152進入直立位置，這個行為也提供了用于撞擊檢測系統的復位力。在替代實施例中(未顯示)，支撐套筒構件152可為實心的，且‘復位’本體相對于底座的位置的力將由替代偏置機構提供。雖然套筒構件152允許本體6 ‘騎’在底座4上并具有一定量的橫向運動，它們沒有將本體6的后部部分150固定連接到底座4來抵抗垂直分離。為此，撞擊檢測裝置148包括第一和第二引導構件，該引導構件為被設置在本體6上的柱或棒160，162的形式，其接合被提供在底座4上的相應的銷164，166。如圖13中所示，該銷164，166延伸穿過限定在板狀構件155中的相應的窗口 168，170，且通過相應的墊圈172，174保持在該處。為了將本體6的后部部分150安裝到底座4的后部部分146上，引導構件160，162被推動配合到插銷164，166上直到它們接觸相應的墊圈172，174。因此，本體6的后部部分150的運動被約束為符合窗口 168，170的形狀從而窗口用作導軌。在這個實施例中，窗口 168，170是大致三角形的形狀，所以這將允許本體6相對于活塞銷142線性滑動以及在由窗口 167，170設定的行程界限內繞它有角度地擺動。然而，應當注意的是本體6被允許的運動可通過窗口168，170的適當地重新成形而改變。撞擊檢測裝置148還包括開關裝置180，該開關裝置180用于檢測本體6相對于底座4的運動。該開關裝置180包括被設置在本體6的后部部分150下側上的第一和第二微型快動開關180a，180b (也俗稱‘微動開關’)，當本體6被安裝到底座4上時，該兩個開關180a，180b位于被設置在底座4的后部部分146的中心部分中的促動器182的每一側。在這個實施例中，促動器182采取楔形的形式，其具有用于激活開關180a，180b的成角度的引導邊緣。雖然未顯示在圖中，開關180a，180b被連接到機器人的控制裝置。開關180a，180b相對于楔形促動器182的位置顯示在圖13中；要注意的是開關180a，180b顯示為虛線。可見，開關180a，180b被定位為使得它們的活動臂183被定位為與楔形促動器182的成角度的前部邊緣的每一側直接相鄰。當機器人繞房子操縱進行清潔任務時，開關180a，180b在機器人2撞到障礙物的情況下被激活。這樣的撞擊檢測設備用于自主真空吸塵器是令人滿意的，因為這樣的機器人的傳感和映射系統可能是不可靠的，且有時障礙物沒有被及時檢測到。其他機器人真空吸塵器以‘隨機彈跳’方法運行，其中用于檢測碰撞的裝置是必要的。因此，撞擊檢測設備被需要用于檢測碰撞以便機器人可采取回避動作。例如控制裝置可決定簡單地后退機器人，然后沿不同方向繼續向前運動或替代地停止向前運動，轉動90°或180°然后再一次繼續向前運動。現在將參考圖14a，14b, 14c和14d對開關180a，180b的激活進行描述，圖中示出了底座4，本體6和撞擊檢測裝置在不同撞擊情況下的示意圖。在下列圖中，與先前各圖中的相同的部件被標有相同的參考標號。圖14a示出了在未碰撞位置中本體6，底座4，活塞銷142，本體樞轉開口 140，開關180a，180b和楔形促動器182的相對位置。可見，開關180a，180b都沒有被激活，如標號‘X’所示。圖14b示出了機器人2與在‘正前方’位置中的障礙物撞擊，如箭頭C所指示。本體6被導致向后線性(也就是沿它的縱向軸線L)運動，因此，兩個開關180a，180b相對于楔形促動器182向后運動從而大致同時觸發開關180a，180b，如勾號所示。
替代地，如果機器人2與在它的右手邊的障礙物碰撞，如圖14c中箭頭C所示，本體6將被導致繞活塞銷142向左擺動，在這些情況下，開關180a，180b將相對于促動器182向左運動，結果右手側開關180b在左手側開關180a激活之前被激活，如用于開關180b的勾號所示。相反地，如果機器人2與在它的左手邊的障礙物碰撞，如圖14d中箭頭C所指示的，本體6將被導致向右擺動，在這種情況下，開關180a，180b將相對于促動器182向右運動，因此左手側開關180a在右手側開關180b之前被觸發，如用于開關180a的勾號所示。雖然在圖14c和圖14d中示出的傾斜角碰撞中僅僅開關180a，180b中的一個示出為被激活的，應當理解這樣的撞擊也可激活開關的另一個，雖然是在第一個被激活的開關之后。由于開關180a，180b被連接到機器人的控制裝置，該控制裝置可通過監測開關180a，180b的觸發和在開關的觸發事件之間的相對時間來辨別撞擊的方向。由于機器人2通過感測在本體6和底座4之間相對線性和角度運動能夠檢測碰撞，本發明避免了安裝對于已知機器人真空吸塵器而言常見的撞擊外殼(bump shell)到機器人的前部的需要。撞擊外殼可為易碎的和龐大的，所以本發明增加了機器人的堅固性，而且使尺寸和復雜性的降低變得可能。現在轉到圖15，其示意性地示出了機器人的控制裝置以及它與上述部件的連接。控制裝置為控制器200的形式，其包括適當的控制電路和處理功能，以處理接收自它的各種傳感器的信號且以適當的方式驅動機器人2。該控制器200被連接到機器人2的傳感器組82，機器人2通過該裝置收集關于它的即時環境的信息，以便映射出它的環境且計劃用于清潔的最佳路線。存儲器模塊201被提供用于控制器以執行它的處理功能，應理解存儲器模塊201可以替代地集成到控制器200中而不是這里所示的單獨部件。該控制器200還具有來自用戶接口 70，撞擊檢測裝置206和適當的旋轉傳感裝置208 (比如被設置在牽引單元20上的旋轉編碼器)的適當的輸入。電力和控制輸入被從控制器200提供到牽引單元20且也到抽吸馬達210和刷棒馬達212。最后，電力輸入被從電池組214提供到控制器200且充電器接口 216被提供，通過該接口，當電池電源電壓下降到合適的閾值之下時，控制器200可執行對電池組214的充電。許多變式是可能的，而不會背離本發明的構思。例如，雖然牽引單元20被描述具有連續的橡膠化的皮帶或履帶，本發明也可由這樣的履帶完成，該履帶包括鏈接到到一起以形成鏈條的大量不連續的履帶或胎面區段。在上述實施例中，本體6被描述為能關于底座線性運動以及有角度地運動。然而，應理解，這是為了使得碰撞可從寬范圍的角度中檢測出，本發明也存在于這樣的撞擊檢測系統，其中本體相對于底座線性地或有角度地運動而不是這樣的運動的組合。傳感裝置被描述為包括快動開關，該快動開關被布置在楔形促動器的每一側，且這樣的配置能夠便利地使開關在本體線性(兩個開關同時被激活)或有角度地(一個開關在另一個之前被激活)運動時被激活。然而，技術人員將認識到其它開關機構是可能的，例如無觸點開關，如光閘開關或磁性的/霍爾效應開關。
權利要求
1.一種自主表面處理器具，包括主體，其限定外平面輪廓且具有驅動裝置，該驅動裝置安裝在主體的外平面輪廓的內側且配置為沿跨要被清潔表面的運動方向推進該器具；表面處理組件，與主體相關聯且被承載為橫向于運動方向，該表面處理組件為大致細長形式且具有大致切向于主體的外平面輪廓的相應圓形部分延伸的側邊緣。
2.如權利要求1所述的表面處理器具，其中主體的外平面輪廓為大致圓形。
3.如權利要求1或2所述的表面處理器具，其中所述表面處理組件跨主體的后部部分橫向地延伸。
4.如權利要求1-3中任一項所述的表面處理器具，其中所述表面處理組件的側邊緣延伸穿過在主體側面中的相應開口。
5.如權利要求1-4中任一項所述的表面處理器具，其中所述表面處理組件定位在驅動裝置后方。
6.如權利要求1-5中任一項所述的表面處理器具，其中所述主體包括底座，其中所述表面處理組件被設置在所述底座上。
7.如權利要求6中所述的表面處理器具，其中所述表面處理組件與底座一體。
8.如權利要求6或7所述的表面處理器具，其中底座限定沿縱向軸線在所述表面處理組件前方延伸的細長底板。
9.如權利要求6-8中任一項所述的表面處理器具，其中所述底座還包括第一和第二側面凹處，且其中驅動裝置包括第一和第二牽引單元，相應一個牽引單元可被接收在底座的相應第一和第二側面凹處中。
10.如權利要求1-9中任一項所述的表面處理器具，其中所述器具還包括電源，其操作地連接到抽吸產生器，該抽吸產生器可以運行以將空氣從所述表面處理組件的臟空氣入口抽吸到可移除的灰塵和臟物分離裝置。
11.如權利要求10所述的表面處理器具，其中所述主體包括限定敞開平臺的前部部分，其中所述可移除的灰塵分離裝置可被接收在該敞開平臺中。
12.如權利要求10或11所述的表面處理器具，其中所述灰塵分離裝置為大致圓柱形且限定了大致平行于主體的垂直軸線延伸的軸線。
13.如權利要求10-12中任一項所述的表面處理器具，其中所述灰塵分離裝置是旋風式灰塵分離裝置。
14.如權利要求10-13中任一項所述的表面處理器具，其中所述灰塵分離裝置的一部分形成所述器具的外平面輪廓的一部分。
15.如權利要求14所述的表面處理器具，其中灰塵分離裝置的一部分沿運動方向突出超過主體的前部部分。
16.如權利要求10-15中任一項所述的表面處理器具，其中所述主體包括本體部分，其安裝在所述底座上且可相對于底座運動。
17.如權利要求16所述的表面處理器具，其中所述電源、抽吸產生器和灰塵分離裝置被設置在本體部分上。
18.如權利要求16或17所述的表面處理器具，其中彎曲管在設置在底座上的所述表面處理組件和限定在本體部分的敞開平臺中的出口端口之間延伸，該出口端口適于和設置在臟物和灰塵分離裝置上的相應入口端口接合。
19.一種自主表面處理器具，其大致如本文參考附圖的描述或如附圖所示。
全文摘要
一種自主表面處理器具，包括主體，其限定外平面輪廓且具有驅動裝置，該驅動裝置安裝在主體的外平面輪廓的內側且配置為沿跨要被清潔表面的運動方向推進該器具；表面處理組件，與主體相關聯且被承載為橫向于運動方向，該表面處理組件為大致細長形式且具有大致切向于主體的外平面輪廓的相應圓形部分延伸的側邊緣。
文檔編號A47L9/00GK102987989SQ201210333630
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月10日 優先權日2011年9月9日
發明者M.S.范德思蒂根-德雷克, J.戴森, P.D.甘默克 申請人:戴森技術有限公司