CN101384973A - 机器人真空清洁 - Google Patents

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Abstract

一种机器人真空清洁器具有控制系统，布置用于至少控制清洁器吸嘴(3)的清洁刷和要清洁的地板表面(20)的每个可刷部分之间的接触频率或强度，使得至少对于紧邻真空可清洁地板表面的边界(18)的至少一个的地板表面(20)的某些可刷部分而言，清洁刷和地板表面部分的每个之间的接触的频率或强度至少随着到真空可清洁地板表面(20)的至少一个边界的距离减小而减小。还公开了用于机器人真空清洁的方法。通过根据本发明的真空清洁器和机器人真空清洁方法，减少了真空清洁对于地板覆层或地毯的视觉吸引力的耐久性的消极作用。

Description

机器人真空清洁
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的机器人真空清洁器以及根据权利要求12的前序部分的用于自动真空清洁地板表面的方法。
背景技术
这种真空清洁器和这种方法例如从国际专利申请WO02/074150已知。吸嘴装配有旋转清洁刷。在机器人真空清洁器中，刷嘴结合抽吸的使用特别有利，因为其允许以每平方米较低功率使用来实现彻底的灰尘提取。
然而，刷的使用必然伴有地板表面的磨损，特别是当地板表面是地毯表面时，这造成地板覆层的视觉吸引力比仅正常磨损要更快地磨损。
发明内容
本发明的目的是至少减少机器人真空清洁对于地板覆层尤其是地毯的视觉吸引力的耐久性产生的消极作用。
为了实现该目的，本发明提供了根据权利要求1的机器人真空清洁器以及根据权利要求12的自动真空清洁地毯的方法。
通过根据到要真空清洁的地板表面的边界的距离来减少刷动的频率和强度，特别有效地减少了由于刷动对视觉外观的消极影响，并且对灰尘移除的彻底性具有最小消极作用。
首先，紧沿边界的地板覆层的区域倾向于正常磨损引起很少磨损。因此，由于系统的机器人真空清洁的磨损实际上代表这些区域中磨损的唯一原因，使得这些区域中机器人真空清洁引发的磨损较显著。此外，灰尘倾向于较少附着于紧沿边界的地板表面的部分，而较多附着于地板表面的较大量行走的中间部分，使得通常较不需要紧沿地板表面的边界进行刷动。
其次，根据吸嘴和真空清洁器设计，沿真空可清洁地板表面的边界剩下较小或较大未刷地板表面部分。这典型地由于接近地板上方的障碍物(例如家具或散热器)的存在、由于边界的不规则形状和/或由于真空清洁器的设计而造成。即使当使用经由软管连接到独立(autonomous)真空清洁器的剩余部分的自动吸嘴时，例如国际专利申请WO 02/074150中所公开的，该吸嘴可以为较小尺寸，并且因此能够通过大多数物体下方，保持刷子所需的支架防止刷子刷过地板表面到吸嘴的占地的轮廓，留下沿真空可清洁地板表面的边界的未刷地带，其中地板表面由从地板向上突出的物体(例如壁脚板)限制。沿地板表面的边界的已刷和未刷部分之间的分界线处的地毯磨损的不同使得机器人真空清洁引发的磨损在这些区域中也特别显著。
因此，通过选择性地降低针对紧沿要真空清洁的地板表面的至少一个边界的地板部分的刷动强度和/或频率，减少了机器人真空清洁引起的磨损，在该处这是最显著的，并且在该处，减少的刷动活动对灰尘清除的彻底性具有较少影响。
本发明的特殊实施方式在从属权利要求中陈述。
本发明的其他方面、效果和细节在以下参照例子的详细描述中陈述，某些例子在示意性附图中示出。
附图说明
图1是根据本发明的机器人真空清洁器的例子的前透视图；
图2是根据图1的真空清洁器的吸嘴的下侧的透视图；
图3是图1和图2中所示真空清洁器的选择的组件的示意图；
图4是接近墙的吸嘴的示意性顶视图；以及
图5是沿墙移动的吸嘴的示意性顶视图。
具体实施方式
在该说明书中，对附图进行参考，其中类似部件用类似标号指示。
在根据本发明的优选实施方式中，图1中所示，独立真空清洁器1包括经由软管4彼此连接的主体或者控制台2和单独吸嘴3。因为吸嘴3和控制台2是两个分离的模块，所以吸嘴3可以具有相对较小的尺寸。吸嘴3因此能够通过大多数物体(例如家具或散热器)下方。根据本发明的独立真空清洁器的其他实施方式也是可能的，例如吸嘴和控制台集成到单个模块中的实施方式，或者吸嘴3的连接是经由铰链相对于控制台2铰接的实施方式。
图3示出图1和图2中所示真空清洁器的选择的组件的可能布置的示意图。组件之间的信息流动用箭头指示。
独立真空清洁器的主体2包括电源30、真空系统31、驱动系统32、控制系统28以及传感器29。在本实施方式中，吸嘴3包括驱动系统33、抽吸部件34以及传感器14、15、16、17。
控制系统28包括微处理器、存储器、接口以及传感器29，并且布置用于执行导航、映射环境以及基于由传感器14、15、16、17、29和存储器提供的信息以及一个或多个定位方法或算法控制和跟踪控制台2和吸嘴3的位置。控制系统28也能够例如通过日程表进行任务管理和任务分配。
图3中箭头示出独立真空清洁器的不同部分之间的信息的流动。控制系统28接收来自控制台2中的传感器29以及来自吸嘴3中的传感器14、15、16、17的信息。控制系统28使用该信息来控制控制台的驱动32、吸嘴3的驱动33、真空系统31以及抽吸部件34。该信息可以例如表示到吸嘴3正接近的边界的距离以及从正清洁的地板表面拾取的灰尘量。控制系统28然后使用信息来分别指导驱动系统32、33处于避免碰撞物体的轨迹上，以及将真空系统31和抽吸系统34的清洁功率调节到适应于正清洁的地板上的灰尘量。
观察到，图3是根据本发明的实施方式的简化，仅示出一些部分，并且仅指示这些部分之间许多可能信息流动之一。这些部分也可以以任何其他适当方式布置在控制台2和吸嘴3之间，或者在根据本发明的任何其他适当实施方式中。在可选实施方式中，例如可以将处理器形式的控制系统28的一部分装配给吸嘴3，所述处理器可以提供有位于控制台2上的传感器29的信息。在又一实施方式中，控制系统28的主要部分，例如处理器和存储器，可以位于固定基台中，信息可以无线传输到控制台2和/或吸嘴3中的辅助控制系统。
一个或多个相机可以设施为主传感器29，例如在控制台2的每个角有一个传感器，用于提供关于例如在其周围的边界的信息。其他实施方式可以使用声纳、雷达、激光雷达和红外传感器，以补充或代替光学传感器。控制系统28可以使用传感器29以定位吸嘴3，以及控制其在操作期间的移动。在优选实施方式中，吸嘴3应用有传感器14、15、16、17用于提供关于其周围的边界的信息。此外，传感器可以用于确定要清洁的表面的类型，表面上存在灰尘的量等。
软管部件4连接控制台2中的真空系统与吸嘴3的抽吸部件，从而连接吸嘴3和控制台2。软管部件4可以装配有导线，连接控制台2上的部分与吸嘴3上的部分，例如连接电源30与驱动系统33用于驱动吸嘴，或者连接传感器14、15、16、17和控制系统28。该导线可以在软管部件的内部或外部延伸，或者集成在软管的壁内。在另一实施方式中，线缆可以捆扎成一个主线缆，其独立于吸嘴2和控制台2之间的软管部件4而延伸。
独立真空清洁器的电源30可以包括可再充电电池、燃料电池或其他自含式(self-contained)电源。电池可以例如通过真空清洁器1连接自身与和电网连接的坞站，或者通过用户经由电源线连接真空清洁器和壁装电源插座独立地再充电。然而，真空清洁器也可以布置用于操作期间来自干线的电源。
控制台2和吸嘴3二者装配有驱动系统32、33用于来回运动。这种驱动系统可以包括与一个或多个主动轮5、10、12连接的一个或多个电动机，用于承载模块负载的轮7、11、13或例如滑动板，以及用于驱动电动机的电子器件。传感器，例如集成到主动轮电动机中，可以收集数据，例如轮或驱动轴的旋转，以向控制系统28提供帮助确定实际运动和速度的信息。图1中所示实施方式的控制台2设置有两个主动轮5，位于后区两角(图中仅示出一个)，以及一个小脚轮(castor)，位于控制台2前面的软管连接6下方。吸嘴3还包括两个主动轮10、12以及两个小脚轮11、13。模块的操作可以通过控制系统28以不同速度乃至在不同方向旋转两个主动轮5、10、12来实现，从而绕垂直轴旋转控制台2或吸嘴3。这种操作方法非常类似于操作坦克的方法。其他解决方案也是可能的，并且是本领域已知的。
独立真空清洁器1的控制台2的真空系统包括电扇用于产生吸力，以及袋子或容器用于收集灰尘和垃圾。由电扇产生的气流经由软管部件4从吸嘴3中抽吸部件34的抽吸开口8流到控制台2上的袋子或容器。除了电扇，独立真空清洁器1还装配有吸嘴3，其包括动力或清洁刷9，使得可能以每平方米较低功率使用实现彻底灰尘拾取，并因此提高独立真空清洁器的范围。当真空清洁地毯和毛毯时，清洁刷9尤其有效。当真空清洁其他表面，例如木头或石头时，控制系统28可以降低刷9的旋转速度乃至关闭它。
在根据本发明的优选实施方式中，吸嘴3的抽吸部件34包括电动机驱动的清洁刷9，用于改进灰尘拾取能力。除了使用单独电动机用于旋转清洁刷9，例如也可能使用通过吸嘴的气流，连接刷和驱动系统33或使用固定刷。
如图2所示，圆柱刷9位于吸嘴3的抽吸开口8中。因为其圆柱形状，仅刷的一部分从吸嘴3的外壳突出，从而当吸嘴3操作时触及地板。可以清楚地从图2看出，圆柱刷可以触及地板的区域的轮廓小于吸嘴3的占地(footprint)，并且与吸嘴3的占地的轮廓间隔开。这样有利地避免了洒落灰尘到由刷9卷上的灰尘的环境中。然而，如图4和图5所示，这必然导致：如果要真空清洁的区域20、21的边界是由结构22、23的表面以高于由吸嘴3触及的地板的水平形成(例如壁脚板或散热器)，则刷9不能刷过直到该区域的边界18、19的地板表面。这留下沿这种边界18、19的要真空清洁的区域20、21的窄条24、25从不会被刷到。因此，由于刷动的磨损将不发生在这些窄条24、25中。这导致在真空清洁区域20、21的邻近区域中发生的磨损变得相对显著。
此外，接近边界(例如墙)的地板表面20、21的部分通常不象地板表面20、21的其他部分那样集中地行走，使得由于机器人刷扫造成的磨损实际上是接近这种边界的区域中磨损的唯一原因，并因此比其他区域更显著。此外，因为接近由从地板突出的结构22、23(例如墙)形成的边界的地板表面20、21通常不象地板表面20、21的其他部分那样集中地行走，所以接近这种边界的区域中的灰尘进入地毯等的程度与其他区域中的程度有所不同，因此较少需要当真空清洁时刷动以从这些区域清除灰尘，甚至以通常由机器人真空清洁器应用的较低抽吸功率。
当使用根据本实施方式的真空清洁器时，紧沿由地板上方的结构形成的边界的地毯的部分等中磨损图案变得视觉显著的程度特别有效地减小，对清洁性能没有消极影响或较少影响。控制系统在吸嘴3接近由障碍物形成的正在真空清洁的区域20、21的边界时减少刷动强度。在本实施方式中，这通过降低作为到障碍物的距离函数的刷子9的旋转速度来实现，例如当吸嘴接近障碍物18、19时刷子旋转放慢。
紧沿例如边界18、19的边界的磨损特别有效地减少，因为当吸嘴与边界接触时刷子9不被驱动。至少在这种情况下，通过假设刷子9根据吸嘴3的移动自由地可旋转以自由地在地板上滚动，由于吸嘴3相对于地板20、21的运动造成的磨损在这种磨损倾向于变得将显著的区域中也减少。
例如，当吸嘴3接近障碍物22时，传感器16、17信号通知控制系统吸嘴3正接近障碍物。在图4中由位置A指示的预定距离处，控制系统开始逐渐减少刷子9的旋转速度，直到当吸嘴3到达邻近墙22的位置B时刷子9不再被驱动。
在另一例子中，图5所示，吸嘴3的轨迹平行于物体23的轮廓19行进。当吸嘴3随着与墙23接触的轨迹或者非常接近墙时(由箭头26指示)，控制系统控制用于驱动刷子9的电动机使得刷子9不被驱动。当吸嘴3沿邻近(重叠)轨迹移动时(由箭头27指示)，控制用于驱动刷子9的电动机从而以较高速度驱动刷子9，并且当吸嘴在第三邻近轨迹中行进时，刷子的旋转速度可以再设置升高。该过程可以重复直到刷子9以常规工作速度驱动，因此产生从边界19到更远离边界的区域的渐变磨损梯度。梯度的陡度可以是固定的，手动设置的或根据房间的总尺寸，或根据较早真空清洁周期期间存储的灰尘拾取数据而自动确定的。
在本实施方式中，通过假设真空可清洁地板表面20、21的部分越接近由对于高出地板的吸嘴3的障碍物22、23形成的边界18、19，则刷动该部分的频率越低，减少由于刷向真空可清洁地板表面20、21的边界造成的磨损，从而形成视觉图案使得磨损变得较显著的程度也减少。
在本实施方式中，这是通过假设控制系统包括存储器用于存储真空可清洁地板表面以及吸嘴遵循的轨迹的地图来实现的。控制系统布置用于引导吸嘴3使得在第一清洁周期期间第一最小距离维持在边界18、19和吸嘴3之间，以及在第二清洁周期期间不同于第一最小距离的第二最小距离维持在边界18、19和吸嘴3之间。
然而，也可以使用其他解决方案，用于作为到真空可清洁地板表面的边界的距离的函数减少刷动频率，例如随着区域更接近边界减少在清洁周期期间区域上的重复的通道的数量，随着区域更接近边界减少连续的优选地区域中通常互相平行的轨迹之间的重叠，或者随着区域更接近边界增加跳过沿轨迹的通道的相对频率。
优选地，真空清洁器还包括与控制器连接的地板类型传感器，用于确定正清洁的表面的类型，并且控制系统优选地布置用于仅响应于来自地板类型传感器的、指示地板表面的预定类型或预定组地板表面类型之一的信号，作为到真空可清洁地板表面的边界的距离的函数来控制清洁刷和地板表面之间的接触的频率和强度。这允许降低刷动动作，从而降低仅应用在被真空清洁的地板表面(该处由于刷动动作造成的磨损倾向于在一段时间以后变得可见)的磨损。
在本实施方式中，传感器16、17也形成地板类型传感器，使得不需要用于传感地板类型的附加传感器。为此，检测器16、17设置为相机形式。可选地，也可以使用其他类型的视觉系统。
也可能使用由清洁刷9遇到的阻力作为正清洁的地板类型的指示。
技术人员将理解，在权利要求中陈述的本发明的框架中，可以想到不同于上述实施方式的许多其他实施方式；例如可以通过改变刷子和地板之间的接触压力来改变刷动强度，或者，如果刷子的运动由气流驱动，则例如可以通过改变气流中刷子的位置来改变刷动强度。真空清洁器的其他配置也是可能的，例如真空清洁器中吸嘴和风扇模块刚性连接或完全集成，或者配置包括第三个单独的模块用于控制导航，该模块可以在风扇和/或吸嘴模块外部并且可以通过无线通信与风扇和/或吸嘴模块通信。

Claims (12)

1.一种机器人真空清洁器，包括:
吸嘴(3)，具有布置用于接触地板表面(20、21)的清洁刷(9)；
驱动和操纵机构(10、11、12、13)，用于至少为吸嘴(3)提供活动性和可操纵性；
至少一个检测器(14、15、16、17)，用于检测真空可清洁地板表面(20、21)的边界(18、19)；以及
控制系统(28)，与至少一个检测器(14、15、16、17)通信，并且与驱动机构(10、11、12、13)通信，用于在真空可清洁地板表面(20、21)上引导吸嘴(3)，
其特征在于，控制系统布置用于至少控制清洁刷(9)和要刷的地板表面(20、21)的每个部分之间的接触频率或强度，使得至少对于紧邻真空可清洁地板表面(20、21)的边界(18、19)的至少之一的地板表面的某些部分而言，清洁刷(9)和地板表面部分的每个之间的接触的至少频率或强度随着到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离的减少而减小。
2.根据权利要求1所述的真空清洁器，其中控制系统(28)布置用于响应于到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离低于至少一个预定值，自动降低清洁刷(9)和地板表面之间的接触的强度。
3.根据权利要求2所述的真空清洁器，其中清洁刷(9)可驱动用于吸嘴(3)内的运动，以及其中控制系统(28)配置用于控制清洁刷(9)的旋转速度，从而响应于到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离低于至少一个预定值来减少旋转速度。
4.根据权利要求3所述的真空清洁器，其中控制系统(28)布置用于控制电动机，从而响应于到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离低于至少一个预定值来停止清洁刷(9)的驱动。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的真空清洁器，其中悬挂清洁刷(9)用于以可控向下的接触力接触地板表面(20、21)，以及其中控制系统(28)布置用于响应于到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离低于至少一个预定值而使得向下力减小。
6.根据上述权利要求中任一项所述的真空清洁器，其中吸嘴(3)占地有占地轮廓，以及其中清洁刷(9)成形并悬挂用于在具有刷动区域轮廓的刷动区域中刷动，刷动区域轮廓位于占地轮廓中并与占地轮廓间隔开。
7.根据上述权利要求中任一项所述的真空清洁器，其中控制系统(28)布置用于响应于到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离的改变来逐渐减少清洁刷(9)和地板表面(20、21)之间的接触的强度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的真空清洁器，进一步包括与控制器连接的地板类型传感器，用于确定正被清洁的表面的类型，以及其中控制系统布置用于至少控制清洁刷(9)和地板表面之间的接触的频率或强度，使得至少对于紧邻真空可清洁地板表面(20、21)的边界的至少之一的地板表面的部分而言，仅响应于来自地板类型传感器的、指示地板表面的预定类型或预定组地板类型之一的信号，清洁刷(9)和地板表面之间的接触的频率或强度随着到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界的距离而减小。
9.根据权利要求8所述的真空清洁器，其中用于确定真空可清洁地板表面(20、21)的边界(18、19)的至少一个检测器(16、17)也是地板类型传感器。
10.根据上述权利要求中任一项所述的真空清洁器，其中用于确定真空可清洁地板表面(20、21)的边界(18、19)的至少一个检测器(16、17)是视觉系统。
11.根据上述权利要求中任一项所述的真空清洁器，其中控制系统(28)包括存储器，用于存储真空可清洁地板表面(20、21)以及吸嘴(3)遵循的轨迹的地图，控制系统(28)布置用于引导吸嘴(12)使得:
在每个清洁周期期间，吸嘴(12)沿覆盖要清洁表面(20、21)的多个连续吸嘴轨迹(26、27)移动；
在第一清洁周期期间在至少一个边界(18、19)和吸嘴(3)之间维持第一最小距离，以及
在第二清洁周期期间在至少一个边界(18、19)和吸嘴(3)之间维持不同于所述第一最小距离的第二最小距离。
12.一种用于机器人真空清洁地板表面(20、21)的方法，包括:
以在要清洁的地板表面(20、21)上接触该地板表面(20、21)的清洁刷(9)穿过吸嘴(3)，在与至少一个检测器(14、15、16、17)通信的控制系统(28)的控制下确定要清洁的地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)，
其特征在于，控制系统至少控制清洁刷(9)和要刷的地板表面(20、21)的每个部分之间的接触频率或强度，使得至少对于紧邻真空可清洁地板表面(20、21)的边界(18、19)的至少之一的地板表面的某些部分而言，清洁刷(9)和地板表面部分的每个之间的至少接触频率或强度随着到真空可清洁地板表面(20、21)的至少一个边界(18、19)的距离的减少而减小。
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