清潔機器人的制作方法
【專利摘要】本發明示出且描述一種地面清潔機器人，其具有用于使地面清潔機器人在移行方向上移動經過待清潔表面的行走機構、清掃器、控制單元和用于立體測距的第一測量裝置，其中設立用于立體測距的第二測量裝置，其設立用于測定第二測量裝置距第二空間角度內的多個表面單元的距離，第二空間角度是按照從第二測量裝置出發的方式限定的，其中，第一測量裝置和第二測量裝置如此取向，即，移行方向延伸經過第一空間角度，而第二空間角度是相對于第一空間角度錯開的，并且控制單元被設計用于依據利用這些測量裝置測定的距表面單元的距離來生成和/或更新對清潔表面的顯示。
【專利說明】清潔機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有殼體的地面清潔機器人，其具有包括驅動裝置的行走機構，行走機構用于使地面清潔機器人在移行方向上移動經過待清潔表面，還包括設立用于作用于待清潔表面的清掃器、控制單元和用于立體測距的第一測量裝置，第一測量裝置設立用于測定第一測量裝置距第一空間角度內的多個表面單元的距離，第一空間角度從第一測量裝置起被限定，其中該控制單元設立用于借助待清潔表面的顯示引導地面清潔機器人經過待清潔表面并清掃所述待清潔表面。
【背景技術】
[0002]以下也簡稱為清潔機器人或機器人的地面清潔機器人是一種地面清掃機，適用于自動移動經過并清潔待清潔表面。不同于常見的地面清掃器，機器人未被指定為它由操作者主動引導經過待清潔表面。機器人本身確定它沿哪條路線移動經過待清潔表面和如何清潔該待清潔表面。對此，機器人顯然需要大量傳感器以便能借以掌握其周圍環境，確切的說是距周圍環境的距離。
[0003]DE 10 2011 004 319 Al公開一種清潔機器人，它具有包括驅動裝置的、用于使清潔機器人移動經過待清潔表面的行走機構。該清潔機器人還具有清掃器并且具有多個測距傳感器。此時，該傳感器不僅是紅外傳感器，而且是超聲波傳感器，借此來確定距表面單元如墻壁或設備物體的逐點距離。
[0004]以下，表面單元首先是指待清潔表面的一部分，要確定至該部分的距離。但它也可以是位于待清潔表面上的物體的表面部分，或者例如是墻壁面的界定待清潔表面的部分。
[0005]此外，DE 10 2011 004 319 Al所公開的清潔機器人只采用這樣的測距裝置，SP，借此能分別確定距僅一個位于空間角度內的表面單元的距離，該測距裝置可在該空間角度內確定距離。因而不利的是需要許多測距裝置，它們僅能以高昂成本被分析，以由此生成清潔機器人移行指令。另外，只以很粗略的掃描場來檢測清潔機器人周圍環境，這是因為這些傳感器的數量受到限制。因此只能有限地實現機器人的準確引導。
[0006]另一種地面清潔機器人由US6，667，592B2公開。該清潔機器人具有例如呈激光傳感器或超聲波傳感器形式的多個測距裝置。不同于只能以點的方式測定清潔機器人周圍環境的超聲波傳感器，激光傳感器允許測定一個平面內的距周圍環境的距離，該平面的走向例如平行于待清潔表面或與該待清潔表面成一個角度。換句話說，激光傳感器允許測定一維距離。但無法由激光傳感器檢測位于被檢平面外的環境中障礙物。
[0007]最后，US8, 150, 650B2公開一種清潔機器人，它具有光學傳感器，借此記錄下清潔機器人周圍環境的圖像。可從圖像中獲得的信息與立體傳感器的信息相比較，以揭示所謂地標的位置。通過這種方式，清潔機器人可以移動經過已知的待清潔表面。不過，無自身主動照明的光學傳感器的使用是不利的，這是因為需要充分照亮清潔機器人在其中移動的空間。但是，可見光譜范圍內的主動照明是不利的，因為由此可能讓人感覺晃眼。
【發明內容】

[0008]因而，本發明的任務是提供一種地面清潔機器人，它避免了從現有技術中已知的至少一部分缺點。尤其是，該地面清潔機器人應能夠移動經過未知的待清潔表面并同時不依賴于充分照明該待清潔表面。
[0009]該任務將通過一種地面清潔機器人來完成，它具有用于立體測距的第二測量裝置，第二測量裝置設立用于測定第二測量裝置距第二空間角度內的多個表面單元的距離，第二空間角度是按照從第二測量裝置出發的方式被限定的，其中，第一測量裝置和第二測量裝置如此取向，即，移行方向延伸經過第一空間角度，而第二空間角度是相對于第一空間角度錯開的，并且控制單元被設計用于依據利用這些測量裝置測定的距表面單元的距離生成和/或更新對待清潔表面的顯示。
[0010]根據本發明的地面清潔機器人包括殼體，可在殼體內設有多個組件。其中包括各種不同的傳感器裝置、馬達、污物容器、清水槽、污水槽和從現有技術的地面清潔機中已知的其它所需的零部件。在殼體下方設有包括驅動裝置的行走機構，其用于使地面清潔機器人在移行方向移動經過待清潔表面。以下，機器人的移行方向可以理解為這樣的方向，即，該方向平行于機器人在待清潔表面上在其前行方向上的運動軌跡的切線延伸。
[0011 ] 在根據本發明的地面清潔機器人中，該驅動裝置不僅用于前進或后退，而且也能借此確定機器人移動的方向。此時，方向改變可以通過可繞垂直于待清潔表面延伸的軸線轉動的輪子來實現，或者通過以不同的速度或按照不同的轉動方向驅動多個輪子來實現。
[0012]另外，該清潔機器人最好在殼體下方具有清掃器，清掃器設立用于作用于該待清潔表面。清掃器例如可以是干式工作的清掃器如清掃輥，或者也可以是濕式清掃器。這種清掃器由現有技術充分公開了。
[0013]另外，設有控制單元，該控制單元設立用于擔負起地面清潔機器人的控制。控制單元例如可以執行清掃器的啟動和停用，但尤其設計用于引導地面清潔機器人經過待清潔表面，從而能清潔該待清潔表面。為此，該控制單元利用對待清潔表面的顯示。該顯示例如可以是地圖，在地圖中記錄下待清潔表面的尺寸以及其包含的設備物體和障礙物的位置和尺寸。該顯示例如可以被存儲在該控制單元的存儲器中。此時，任何數據格式均可被用于存儲。術語“控制單元”應廣義理解。它不局限于電子元件的唯一的空間相關布置，而是包含地面清潔機器人的所有的且尤其也是空間分散的組件，這些組件至少部分擔負起控制地面清潔機器人的部分的任務。
[0014]而且，設有用于立體測距的第一和第二測量裝置，它們設立用于測量該測量裝置同時距第一和第二空間角度內的多個表面單元的距離。立體測距是在空間角度內的多個表面單元的距離測量，其中，在該空間角度內多于兩個的表面單元直接鄰接至少一個表面單元，這些表面單元距測量裝置的距離可被測量。因此，這樣的測量裝置不僅可測定線性布置的多個表面單元，而且能測量面狀布置的多個表面單元。而且，第一和第二測量裝置與超聲波傳感器的區別例如在于，它們在由其觀測的空間角度內只關于對應于該空間角度的唯一表面單元通報，沒有同時測量距多個表面單元的各自距離。
[0015]用于立體測距的第一和第二測量裝置優選具有光源、攝像機和分析裝置。光源能發出波長在780nm至3000nm且優選是780nm至1200nm范圍內的光。光源所發出的光利用光柵照亮設置在各空間角度內的表面單元。攝像機拍攝在空間角度內由表面單元反射的由光源發出的光。分析裝置設立用于根據由這些表面單元反射的光柵來確定地面清潔機距這些表面單元的距離。
[0016]用于立體測距的測量裝置的這種設計是有利的，這是因為使用光來測距，所述光以人眼不可見的波長范圍來發出。為此，滯留于清潔機器人區域內的人員沒有被該光源晃眼或干擾。但也可以想到采用其它的立體測距用測量裝置，其例如涉及體視方法或“渡越時間(Time-of-Flight)”測量，只要該測量裝置適用于測量該測量裝置距在一空間角度內的多個表面單元的距離或者說執行立體測距。
[0017]第一和第二空間角度或者說用于立體測距的第一和第二測量裝置如此取向，gp，移行方向延伸經過第一空間角度，而第二空間角度是相對于第一空間角度錯開的。第一測量裝置的取向保證了測量移行方向周圍的區域，就是說恐怕會直接撞上障礙的區域。第二測量裝置測量進一步遠離移行方向的區域，從而在此能確定關于待清潔表面尺寸的進一步信息。
[0018]該控制單元利用由第一和第二測量裝置記錄下的數據，以更新和/或生成對待清潔表面的顯示。如果清潔機器人移動經過未知的待清潔表面，則由測量裝置記錄下的距表面單元的距離被用于第一次形成對待清潔表面的顯示，基于該顯示，該控制單元能引導清潔機器人經過待清潔表面。如果清潔機器人移動經過已知的表面，則該數據一方面被用于實現在現有的顯示中確定清潔機器人位置的控制，如果例如該物體已經在該表面上移動還被用于檢查和或許更新對待清潔表面的顯示。因此，該控制單元能隨時訪問在第一和/或第二空間角度內的區域中的待清潔表面的當前顯示。
[0019]使用兩個立體測距用測量裝置是有利的，這是因為可通過此方式測定一個較大組合的空間角度，可以在該空間角度內測量距多個表面單元的距離并能確定其位置。因此，在組合的空間角度內連續更新對待清潔表面的顯示。此時，由測量裝置測定的距離不僅用于發現并繞過障礙物，而且用于在原先建立的空間顯示中確定方位。
[0020]通過監控大的空間角度，尤其可以實現清潔機器人能非常靠近墻壁還有角落地清潔。在從現有技術中已知的地面清潔機器人中，必須遵守距墻壁和其它障礙物的最小距離，以使用于測距的測量裝置能獲得足夠的信息來實現空間方位確定和足夠精確地測量待清潔表面。通過擴大被測空間角度，本發明的地面清潔機器人例如也能在移行方向上小于最小距離，以檢測測距用第一測量裝置的障礙，因為測距用第二測量裝置還提供足夠多的數據以更新地圖和在待清潔表面上確定方位。
[0021]本發明的清潔機器人可以除了自動或者說自主表面清潔外還在一個示例性的實施方式中以手動方式來操作。換句話說，清潔機器人可以被置入這樣的模式，即，在該模式中操作者負責控制。操作者能為此或是像在現有技術已知的手控式地面清潔機中那樣跟在地面清潔機器人后面，或是坐在地面清潔機器人上，就像也由現有技術的駕乘式清潔機器中已知的那樣。
[0022]在一個優選實施方式中，清掃器按照垂直于移行方向且平行于待清潔表面的方式朝向第一側超出殼體，或者以該側面平齊封閉。用于立體測距的第二測量裝置如此取向，即，第二空間角度位于地面清潔機器人的背離第一側的一側，其位于地面清潔機器的移動軌跡之外，并且該移動軌跡不與第二空間角度相交。
[0023]在此優選實施方式中，該清潔機器人的清掃器如此布置，即，它在第一側突出殼體外或者說與殼體側向平齊。該布置形式就本身而言已經是有利的，這是因為可以沿側向特別近地經過墻壁、邊緣和其它物體并進行清潔，而不存在損傷地面清潔機器人殼體的危險。為了實際上也清潔盡量大部分的待清潔表面，地面清潔機器人最好離其第一側盡量近地經過墻壁和其它物體。
[0024]在此實施方式中，用于立體測距的第二測量裝置如此取向，S卩，第二空間角度位于背離第一側的地面清潔機器人側并且無法再測定移動軌跡。地面清潔機器人的移動路徑或移動軌跡在此應該是指這樣的待清潔表面區域，即，該區域由在機器人沿其瞬時移行方向運動時該殼體投射到待清潔表面來確定。地面清潔機器人的殼體因此會在沿移行方向直線運動時撞上布置在移動軌跡之中或之上的物體。因而第一測量裝置最好如此取向，即，它在移行方向上且在地面清潔機器人的移動軌跡區域內測量表面單元。
[0025]在此實施方式中，第二測量裝置還如此構成，S卩，利用第二測量裝置能測定距表面單元的距離，該表面單元布置在背離第一側的移動路徑側或地面清潔機器人側。也就是說，第二測量裝置不測定距當地面清潔機器人不改變方向地繼續移動時在其第一側所經過的表面單元的距離，而是在相反一側。在移動路徑或地面清潔機器人的第一側的距表面單元的距離例如可通過第一測量裝置或通過其它的相應取向的測量裝置來測定。
[0026]第二測量裝置的這種布置是特別有利的，因為如上所述，利用該第一側尤其盡量近地經過墻壁和其它障礙物地，以實現全面的清潔。因此，地面清潔機器人尤其將其移行方向改變至背離第一側的方向。該區域將利用根據本發明所布置的第二測量裝置來測定，從而可隨時完全由控制單元判斷轉向可能性。該任務無法由第一測量裝置單獨承擔，這是因為可由第一測量裝置測定的空間角度太小。
[0027]除了檢測障礙物外，所述測量裝置還用于地面清潔機器人的空間方位確定和位置測定。障礙物的再識別容許該控制單元在地圖內確定清潔機器人位置以及其移行方向和進而方位。在許多常用的立體測距用測量裝置中須遵守最小距離以便能測距。如果清潔機器人直接移動經過墻壁，則一般不小于最小距離并且測量裝置根本不提供可被用來確定空間方位和/或測定位置的數值。立體測距用第二測量裝置背離第一側的取向因此提高了可測量附加物體且改善空間位置測定和方位確定的概率。
[0028]在其它示例性實施方式中，地面清潔機器人具有用于立體測距的第三測量裝置，其設立用于確定測量裝置同時距多個表面單元的距離，并且如此取向，即，只能測量距設置在地面清潔機器人的第一側且最好在移動軌跡之外的表面單元的距離。由此一來，可以建立待清潔表面的非常詳細的顯示并且尤其精確地獲得在第一側的距表面單元的距離。第三測量裝置尤其在這樣的地面清潔機器人的實施方式中是有利的，即，其清掃器也朝向背離第一側的一側超出該殼體。這樣的清潔機器人能利用兩側同樣貼近地移動經過障礙物，以清潔該待清潔表面。因此，當清潔機器人以背離第一側的一側小于第二測量裝置距障礙物的最小距離且因而允許全面清潔該表面而不必容忍待清潔表面顯示的質量降低時，第三測量裝置提供待清潔表面的補充記錄信息。另外，如此配備的地面清潔機器人在挑選經過待清潔表面的路徑方面是很靈活的。
[0029]在另一個優選實施例中，該地面清潔機器人具有用于立體測距的第四測量裝置，其設立用于確定測量裝置同時距多個表面單元的距離，并且它如此取向，即，它測量這樣的表面單元，其布置在與移行方向相反的方向上或者說布置在地面清潔機器人的后面。當地面清潔機器人應該至少也倒退一段較短路程時，這種布置結構是特別有利的。另外，第四測量裝置將提高地面清潔機器人的位置測定精度以及改善在待清潔表面上的障礙物的測定。
[0030]在另一個優選實施方式中，用于立體測距的第一測量裝置的光源和用于立體測距的第二測量裝置的光源是脈沖化的。第一測量裝置的光源如此與第二測量裝置的光源相關聯，即，在第二測量裝置的光源發光時，第一測量裝置的光源不發光。通過這種方式可保證總是只有一個光源當前發光。借此阻止光源光柵重疊和錯誤測距。
[0031]還優選的是，第一和第二空間角度彼此水平相鄰(B卩，平行于待清潔表面的平面彼此相鄰)，但不重疊。這是有利的，因為可以監控距在一個特別大的組合空間角度內的多個表面單元的距離，并且即沒有脈沖化和相關的光源，也沒有光柵重疊的危險。
[0032]還優選的是該地面清潔機器人具有清掃器，其在移行方向上至少部分布置在行走機構前方，該清掃器具有蓋，所述蓋在移行方向上平行于待清潔表面和/或垂直于該移行方向地超出該殼體。
[0033]尤其是該清掃器可以在蓋下方具有一個或多個轉動的清掃刷。
[0034]此時進一步優選的是在清掃器的蓋上設置下行保護裝置。下行保護裝置具有測距裝置且最好是超聲波傳感器，其取向基本垂直于待清潔表面并且能借助于測距裝置測定下行保護裝置與在移行方向上位于地面清潔機器人的殼體之前的表面單元的距離，其中，下行保護裝置設立用于發出停止信號給控制單元。
[0035]根據本發明的僅最好安置在清掃器的蓋上的下行保護裝置是有創造性的獨立構思，其也能被用在其它地面清潔機器人或者還有具有行走機構和安裝在其上的清掃器的常見的地面清潔機中。下行保護裝置優選由指向上的超聲波傳感器或紅外傳感器構成。它可以安置在清潔機器人的刷頭蓋上。在替代實施方式中，測距裝置安置在清潔機器人的其它構件上。此時重要的是，該構件盡量貼近超出待清潔表面并且在平行于待清潔表面的方向上超出清潔機器人的殼體。
[0036]利用下行保護裝置可以測定在待清潔表面上方突入清潔機器人的移動路徑中的表面單元。這些表面單元無法被靠近地面的測距裝置或者由其設立用于測定待清潔表面的測距裝置同時測量。
[0037]如果下行保護裝置的測距裝置測定出地面清潔機器人將會撞擊或碰撞的表面單元，則下行保護裝置最好發送停止信號給控制單元，隨后該控制單元馬上停止地面清潔機器人。下行保護裝置因此是緊急停止機構，其防止撞上突入地面清潔機器人的移動路徑中的物體。
[0038]還優選的是，可利用下行保護裝置來測量一表面單元的距離，該表面單元在地面清潔機器人接近時至少暫時布置在第一或第二空間角度的一個范圍內，具體而言，距第一或第二測量裝置的距離小于第一或第二測量裝置能確定的最小距離。如果用于立體測距的第一和第二測量裝置布置在該地面清潔機的高位點并且向下指向待清潔表面，突入清潔機器人的移動路徑中的表面單元通常只在撞上清潔機器人前不久進入第一或第二空間角度。但用于立體測距的第一和第二測量裝置受限于它們能測距的某個范圍。換句話說，它們只能在比最小距離更遠時測距。如果突入清潔機器人移動路徑中的表面單元在最小距離內突入第一或第二空間角度中，則它無法再用立體測距用第一或第二測量裝置來測量。而且為了避免碰撞，如此布置該下行保護裝置，即，它測量該表面單元并且給控制單元提供表面單元距離，從而它能引導清潔機器人繞過該表面單元。
[0039]在另一個優選實施方式中，地面清潔機器人具有最好布置在清掃器的蓋上的一個或多個側向測距裝置，每個側向測距裝置能確定清掃器距表面單元的垂直于移行方向且平行于待清潔表面的的距離。控制單元被設計用于依據利用所述一個或多個側向測距裝置測定的距離生成和/或更新對待清潔表面的顯示。
[0040]側向測距裝置也是有創造性的獨立構思，其也可被用在包括行走機構和安裝在其上的清掃器的常見的地面清潔機中。該側向測距裝置安置在盡量深的點上，該點在一個平行于待清潔表面且垂直于移行方向的平面內超出地面清潔機器人的殼體。該側向測距裝置是有利的，這是因為通過此方式能非常近地經過墻壁或待清潔表面的其它邊界，從而也可以在角落或邊緣處徹底清潔該待清潔表面。從現有技術中已知的地面清潔機通常只能清潔到距墻壁和邊緣有一定距離的程度，因而總是留有未清潔區域。
[0041]側向測距裝置布置在清掃器的蓋上乍看上去是不利的，因為清掃器遇到比例如清潔機器人殼體強許多的振動和顫動。但該缺點將通過側向測距裝置以此布置在待清潔表面上方的短距離來抵消。通過近地面布置，可以使用測距裝置例如超聲波傳感器或紅外傳感器，其具有很窄的張開錐角或者說可測量在很窄的空間角度內的表面單元。該張開錐角最好如此取向，即，它只在可由傳感器測定的最大距離之外，更好的是沒有碰上待清潔表面。
[0042]因此，本發明的側向測距裝置能測量這樣的表面單元，它們僅略微高出待清潔地面例如墻壁踢腳板，因而該地面清潔機器人能特別近地移動靠近墻壁。此外，它避免了測距裝置具有寬的張開角度或具有指向地面的張開角度的缺點。這種裝置通常錯誤測定待清潔表面上的已非常平的凸起或甚至凹坑例如接縫，該地面清潔機實際上能順利越過該接縫，因而阻止完全清潔整個待清潔表面。因為本發明的側向測距裝置最好不測量該待清潔表面，因而解決了在現有技術中一般出現的問題。
[0043]還優選的是清潔機器人具有陀螺儀，在此可利用陀螺儀測定地面清潔機器人繞垂直于待清潔表面延伸的軸線的轉動。該軸線也被稱為清潔機器人的豎軸。
[0044]還優選的是行走機構具有內置的編碼器，借助于所述編碼器可求出所走過的路程。在另一優選實施方式中，該控制單元設立用于依據用陀螺儀測定的轉動和用編碼器求出的路程來確定在待清潔表面的顯示中的地面清潔機器人的位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]以下將結合表示優選實施例的示意性附圖來描述本發明，其中:
[0046]圖1是本發明的地面清潔機器人的實施例的透視圖；
[0047]圖2是本發明的地面清潔機器人的實施例的側視圖；
[0048]圖3是本發明的地面清潔機器人的實施例的俯視圖；
[0049]圖4是地面清潔機器人的實施例的主視圖。
【具體實施方式】
[0050]圖1-4示出了地面清潔機器人或清潔機器人I的實施例。清潔機器人I包括安置在行走機構5上的殼體3。行走機構5具有與多個輪子7相連的驅動裝置。這些輪子7彼此無關地可圍繞軸線被驅動，該軸線平行于待清潔表面8延伸。為了改變清潔機器人I的運動方向，這些輪子7能以不同的速度或轉動方向被驅動。而且，另外兩個輪子9可繞豎軸轉動地安置就位。在此，豎軸垂直于待清潔表面8延伸。
[0051]另外，在殼體3下方設有清掃器11，清掃器11朝向第一側12且在移行方向14上超出殼體3。與此相關，地面清潔機器人I的移行方向14是指這樣的方向，S卩，其平行于地面清潔機器人I在待清潔表面8上的運動軌跡在其前進方向上的切線延伸。
[0052]清掃器11呈刷頭13、15狀，其具有被驅動轉動的清掃刷13和蓋15。刷頭13、15和進而該清掃器11在移行方向14上布置在行走機構5之前且部分設于殼體3之前并且能夠相對于殼體3或行走機構5升降移動，以可選擇地使刷頭13、15和進而清掃器11作用于待清潔表面8。清掃器11還包括呈吸足(Saugfu i3es)17形式的收集裝置17，借助于收集裝置17能從待清潔表面8吸走污物和污水。由收集裝置17吸收的液體被匯集在可樞轉安置在殼體內的污水槽19內。為了改善地面清潔機器人I的清潔作用，可通過設置在刷頭13、15內的進水口來施加水、清潔液或者水和清潔液的混合物。
[0053]另外，地面清潔機器人I還具有示意性示出的控制單元23，其設立用于借助對待清潔表面8的顯示來引導地面清潔機器人I。為此，控制單元23能夠控制清潔機器人I的移動速度和移行方向14以及清掃器11的投入使用。控制單元23例如可以確定輪子7轉動和進而或許移行方向14改變的速度和方向。
[0054]然而，地面清潔機器人I也可以借助于安置在殼體3后部上的把手24用手來操縱，其中，在把手24區域內設有用于驅動裝置的控制件，從而機器人也能像常見的地面清潔機那樣工作。
[0055]在殼體3上安置有多個超聲波和紅外傳感器25。每個所述傳感器25可以確定距位于空間角度27內的一表面單元的距離，該空間角度27由傳感器25測量。傳感器25所測得的距表面單元的距離被傳輸給控制單元23，控制單元在計算進一步路程時考慮所述距離。
[0056]另外，地面清潔機器人I還具有用于立體測距的第一和第二測量裝置29、31。第一測量裝置29設立用于同時測定或者說確定測量裝置29距在第一空間角度33下的多個表面單元的距離。第二測量裝置31相應設立用于測定測量裝置31距在第二空間角度35下的多個表面單元的距離。
[0057]就此而言，立體測距是指距一個表面的多個表面單元的距離的測量，在這里，多于兩個的表面單元直接鄰接該表面的至少一個表面單元，這些表面單元距該測量裝置的距離可被測量。因此，這樣的測量裝置不僅能測定線性布置的多個表面單元，而且能測定面狀布置的多個表面單元。
[0058]在此優選實施例中，每個測量裝置29、31具有一個光源，該光源例如發出波長約為830nm的光。但還是可以想到采用這樣的光源，即，其發出的光具有在紅外范圍內的不同的波長。光源發出的光用光柵且在這種情況下是點光柵照亮設置在相應空間角度33、35內的表面單元。光柵例如可以通過薄膜來產生。紅外光源的使用是有利的，因為該清潔機器人不依賴待清潔表面8的充分的外部照明，但同時也沒有發出可能晃眼的光。
[0059]根據此實施例，測量裝置29、31還具有攝像機，利用攝像機能拍攝由該表面單元在相應空間角度33、35內反射的原先由各光源發出的光。也設置在測量裝置29、31內的分析裝置從由表面單元反射的光柵算出測量裝置29、31距表面單元的距離。這樣的測量裝置29、31例如以Microsoft?的商品名Kinect?銷售。
[0060]第一測量裝置29的光源和第二測量裝置31的光源最好是脈沖化的，并且第一測量裝置29的光源如此與第二測量裝置31的光源相互關聯，即，在第二測量裝置31的光源發光時，第一測量裝置29的光源不發光。可以通過這種方式保證了分別只有一個光源當前發光。借此可靠阻止光源光柵重疊和錯誤測距。
[0061]第一和第二空間角度33、35垂直于待清潔表面8地具有相同的延伸距離。換句話說，這些測量裝置29、31在空間角度33、35具有相同豎向延伸距離的情況下以相同的角度相對于待清潔表面8傾斜。空間角度33、35水平相鄰，但如圖3的俯視圖所示未重疊，因而相互錯開。通過這種方式，第一和第二測量裝置29、31的光柵有利地沒有干涉，即，第一測量裝置29所產生的光柵未被第二測量裝置31測定，反之亦然。還如圖3所示，第一測量裝置29如此布置，以使移行方向14延伸經過第一空間角度33。另外，測量裝置29、31例如能分別具有另一個攝像機用于拍攝可見光譜范圍內的輻射。該攝像機的數據尤其可被用于準確分類障礙物。
[0062]因此，第一測量裝置29如此取向，即，它測量布置在地面清潔機器人I的移動軌跡36中且位于地面清潔機器人I的第一側12上的表面單元。地面清潔機器人I的移動路徑或移動軌跡36在此應該是指待清潔表面8的這樣的區域，即，該區域通過在機器人I沿其瞬時移行方向14筆直運動時該殼體3投射到待清潔表面8上來確定。
[0063]第二測量裝置31還如此取向，即，它只測定待清潔表面8的設置在移動軌跡36外的且布置在背離第一側12的地面清潔機器人I側上的表面單元。尤其是第二測量裝置31如此取向，即，第二空間角度35位于背離第一側12的地面清潔機器人I側，布置在其移動軌跡36外并且移動軌跡36不與第二空間角度35相交。
[0064]第一和第二測量裝置29、31所測定的待清潔表面8的空間角度33、35垂直于待清潔表面8如此取向，以使在清潔機器人I的整個高度上測定進入移動路徑36的障礙物，以避免撞上這樣的障礙物，但盡量不測定清潔機器人I能在其下方移動經過的障礙物。測量裝置29、31還如此取向，以使在移行方向14上在清潔機器人I前方約I米至3米的距離利用最高分辨率來測定待清潔表面8。第一和第二測量裝置29、31的布置因此允許尤其非常詳細地測定地面清潔機器人I的周圍。第二測量裝置在此尤其用于測定清潔機器人I的轉彎區。因為清掃器11的布置方式，它尤其以第一側12移動接近墻壁或其它物體并因而必然尤其轉向與第一側12對置的一側。
[0065]控制單元23設計用于利用對待清潔表面8的顯示引導清潔機器人I經過該待清潔表面并且清潔該表面8。表面8的顯示例如能以地圖形式實現。地圖可在清潔過程之前被提供給清潔機器人I。在這種情況下，清潔機器人I將由立體測距用測量裝置29、31和傳感器25所測得的距表面單元的距離用于連續更新對表面8的顯示以使其適應表面變化。或者，該表面8的顯示也可以自動由控制單元23根據測量裝置29、31所測定的空間距離和位置來產生或生成。在任何情況下，地圖均可以任何數據格式被存在控制單元23的存儲器中。
[0066]控制單元23具有陀螺儀37，利用陀螺儀37能測量清潔機器人I圍繞豎軸的轉動。另外，這些輪子7具有編碼器39，其測量輪子7的轉數和進而清潔機器人I已走過的距離。控制單元23設立用于根據用陀螺儀37和編碼器39記錄下的數據連同用測量裝置29、31測得的距離來確定在待清潔表面8的顯示中的地面清潔機器人I的位置和取向。
[0067]另外，地面清潔機器人I具有一個下行保護裝置41和兩個側向測距裝置43、45。下行保護裝置41和側向測距裝置43、45是有創造性的獨立構思。這兩個構思不局限于應用在地面清潔機器人中，而是能通用在這樣的地面清潔機中，其包括或許帶有驅動裝置的行走機構和安裝在行走機構上的清掃器。
[0068]另外，在呈刷頭13、15狀的清掃器11的蓋15上設有下行保護裝置41。它包括呈超聲波傳感器49形式的測距裝置，其取向基本垂直于待清潔表面8。超聲波傳感器49的取向此時涉及這樣的方向，即，在該方向上該超聲波傳感器49發出超聲波場51。超聲波傳感器49安置在該地面清掃器的這樣的點上，S卩，該點平行于地面清潔機器人I的移行方向14地位于殼體3之前。
[0069]超聲波傳感器49測量位于清潔機器人I的移動路徑36中的表面單元。下行保護裝置41可以與控制裝置23相連，該控制裝置23將由超聲波傳感器49測定的表面單元距離納入對待清潔表面8的顯示中并且在引導該地面清潔機器人I時予以考慮。
[0070]下行保護裝置41是有創造性的獨立構思，它也能用在例如不具有刷頭13、15的、超出殼體3的蓋15的其它地面清潔機器人或地面清潔機上。下行保護裝置41在這種情況下安置在地面清潔機器人的這樣的構件上，即，其盡量靠近待清潔表面8布置并且在平行于待清潔表面8的一個表面內超出該殼體3。
[0071]另外，地面清潔機器人I在刷頭13、15的蓋15上具有兩個側向測距裝置43、45。每個側向測距裝置43、45包括呈超聲波傳感器53、55形式的用于確定距表面單元的距離的裝置。超聲波傳感器53、55如此取向，S卩，由其以張開錐角57、59發出的超聲波場基本平行于待清潔表面8且垂直于移行方向14地被發出。超聲波傳感器53、55因此能確定地面清潔機器人I距平行于移行方向14延伸的表面例如墻壁或臺架的距離。因為超聲波傳感器53,55布置在刷頭13、15的蓋15上，故它們只高出待清潔表面8幾厘米且尤其有利地適用于引導地面清潔機器人I非常近地移動靠近墻壁和例如踢腳板并且保證全面徹底地清潔該表面8。
[0072]通過近地面布置，可以使用這樣的測距裝置53、55，即，其具有非常窄的張開錐角59或者說它能測量在非常窄的空間角度內的表面單元。
[0073]張開錐角57、59如此取向，S卩，其只在可由傳感器測定的最大距離之外，更好的是完全沒有碰到待清潔表面8。本發明的側向測距裝置43、45因此可以測定這樣的表面單元，其僅略高于待清潔地面8布置，就像例如墻壁踢腳板，從而地面清潔機器人I能移動至非常靠近墻壁。此時，它避免具有寬的張開角度的或者具有指向地面的張開角度的測距裝置的缺點。這種裝置通常錯誤地測量待清潔表面8上的已非常平的凸起或甚至凹坑例如接縫，該地面清潔機實際上能順利越過該接縫，并因此阻止完全清潔整個待清潔表面8。
[0074]側向測距裝置43、45也是有創造性的獨立構思，它也能用在其它的地面清潔機器人或者地面清潔機上。該側向測距的特點是側向測距裝置43、45直接設置在刷頭13、15上，其大多垂直于移行方向14地超出地面清潔機或清潔機器人I本身并且盡量靠近地面布置。裝置43、45在刷頭13、15上無疑遇到比布置在地面清潔機的殼體3上更強烈的振動。但裝置43、45近地面布置的優點總體上占優。
[0075]已參照既能被操作而自動行駛且也可由跟在地面清潔機后的人來操作的地面清潔機描述了本發明的地面清潔機器人I的這個實施例。但是，本發明不局限于這樣的地面清潔機。它也能被拓展到這種地面清潔機，即，操作者坐在或站在其上或者說同乘尤其是駕乘式機器。
【權利要求】
1.一種具有殼體(3)的地面清潔機器人(1)，其具有: 包括驅動裝置的行走機構(5)，其用于使所述地面清潔機器人在移行方向(14)上移動經過待清潔表面(8)， 清掃器(11)，其被設立用于作用于所述待清潔表面(8)， 控制單元(23)，以及 用于立體測距的第一測量裝置(29)，其被設立用于在第一空間角度(33)內測定第一測量裝置(29)距多個表面單元的距離，所述第一空間角度是按照從第一測量裝置(29)出發的方式限定的， 其中，所述控制單元(23 )被設立用于借助對所述待清潔表面(8 )的顯示來引導所述地面清潔機器人(I)經過所述待清潔表面(8)并且清潔所述待清潔表面(8)， 其特征在于， 設有用于立體測距的第二測量裝置(31)，其被設立用于測定第二測量裝置(31)距第二空間角度(35)內的多個表面單元的距離，所述第二空間角度是按照從第二測量裝置(31)出發的方式限定的， 所述第一測量裝置(29)和所述第二測量裝置(31)如此取向，即，所述移行方向(14)延伸經過所述第一空間角度(33)，而所述第二空間角度(35)是相對于所述第一空間角度 (33)錯開的， 所述控制單元(23)被設計用于依據利用這些測量裝置(29，31)測定的距表面單元的距離來生成和/或更新對所述待清潔表面(8)的顯示。
2.根據權利要求1所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述清掃器(11)按照垂直于所述移行方向(14)且平行于所述待清潔表面(8)的方式朝向第一側(12)超出殼體(3)或與所述殼體對齊，并且 所述第二測量裝置(31)如此取向，即，所述第二空間角度(35)位于所述地面清潔機器人(I)的背離第一側(12)的一側，所述第二空間角度位于所述地面清潔機器人的移動軌跡(36)之外，并且所述移動軌跡(36)不與所述第二空間角度(35)相交。
3.根據權利要求1或2所述的地面清潔機器人(I)，其特征在于，所述第一和第二測量裝置(29，31)具有光源、攝像機和分析裝置， 所述光源發出波長在780nm至3000nm范圍內的光并且用光柵照射布置在空間角度(33,35)內的表面單元， 所述攝像機拍攝在空間角度(33，35)內由所述表面單元反射的由所述光源發出的光，并且 所述分析裝置被設立用于根據由這些表面單元所反射的光柵來確定所述測量裝置(29,31)距這些表面單元的距離。
4.根據權利要求3所述的地面清潔機器人(I)，其特征在于，所述第一測量裝置(29)的光源和所述第二測量裝置(31)的光源是脈沖化的，并且 所述第一測量裝置(29)的光源如此與所述第二測量裝置(31)的光源相關聯，即，在所述第二測量裝置(31)的光源發光時，所述第一測量裝置(29)的光源不發光。
5.根據前述權利要求之一所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述第一和第二空間角度(33，35)彼此水平相鄰但不重疊。
6.根據前述權利要求之一所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述清掃器(11)在移行方向(14)上至少部分布置在所述殼體(3)之前，并且 所述清掃器(11)具有蓋(15)，所述蓋在所述移行方向(14)上按照平行于待清潔表面(8)和/或垂直于所述移行方向(14)的方式突出于所述殼體(3)。
7.根據權利要求6所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述清掃器(11)在所述蓋(15)下方具有一個或多個轉動的清掃刷。
8.根據權利要求6或7所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，設有設置在所述蓋(15)上的下行保護裝置(41)， 所述下行保護裝置(41)具有測距裝置(49)，借助于所述測距裝置能測定所述下行保護裝置(41)與在移行方向(14)上位于所述地面清潔機器人(1)的殼體(3)之前的表面單元之間的距離，并且 所述下行保護裝置(41)被設立用于發出停止信號給所述控制單元(23 )。
9.根據權利要求8所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述測距裝置(49)的測量范圍是基本垂直于所述待清潔表面(8 )取向的。
10.根據權利要求8或9所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述下行保護裝置(41)的測距裝置(49)是超聲波傳感器或紅外傳感器。
11.根據權利要求8至10之一所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，能利用所述下行保護裝置(41)測定一表面單元的距離，所述表面單元在所述地面清潔機器人(1)接近時至少暫時布置在第一或第二空間角度(33，35)的一個范圍內，在所述范圍內距第一或第二測量裝置(29，31)的距離小于第一或第二測量裝置(29，31)能確定的最小距離。
12.根據權利要求6至11之一所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述地面清潔機器人(1)具有布置在所述清掃器(II)的蓋(15)上的一個或多個側向測距裝置(43，45)，并且 每個側向測距裝置(43，45)能確定所述清掃器(11)距表面單元的垂直于移行方向(14)且平行于待清潔表面(8)的距離。
13.根據前述權利要求之一所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述地面清潔機器人(1)具有陀螺儀(37)，并且 能利用所述陀螺儀(37 )測定所述地面清潔機器人(1)繞垂直于所述待清潔表面(8 )延伸的軸線的轉動。
14.根據前述權利要求之一所述的地面清潔機器人(1)，其特征在于，所述行走機構(5 )具有編碼器(39 )，借助于所述編碼器能求出所走過的行程。
15.根據引用權利要求13的權利要求14所述的地面清潔機器人(1)，其中，所述控制單元(23)被設立用于依據用所述陀螺儀(37)測定的轉動和用所述編碼器(39)求出的路程來確定在待清潔表面(8)的顯示中的所述地面清潔機器人(1)的位置。
【文檔編號】A47L11/24GK103976694SQ201410049148
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2013年2月12日
【發明者】揚·黑爾格·克魯斯多弗, 達留斯·弗汝赫, 萊納·巴溫迪克, 阿克塞爾·齊牟尼 申請人:哈高有限責任公司