CN101555730B - 一种水池清洗车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水池清洗车，包括：车体，具有底盘，盖体和行走系统，其中该车体具有预定的重量，该重量稍微大于所述车在水中所受的浮力；负重囊，其安装在该车体的内部，并偏离于对称线；泵装置，用于产生向下的吸力，同样安装在所述底盘上，以及倾斜传感器，设置在所述负重囊中。本发明通过使用泵和驱动发动机启动和关闭的组合，该车可转弯并被编程以避开垂直障碍物和其他障碍物。

Description

一种水池清洗车

技术领域

本发明主要涉及水池清洗设备。更具体地，本发明涉及一种用于清洗水池的设备，该设备可转弯并被编程以避开垂直障碍物和其他障碍物。 

背景技术

电动水池清洗设备曾经在一段时间内得到广泛的应用。通常这类设备包括发动机、由发动机提供动力的泵和过滤系统。过滤系统包括入口、过滤器和排放装置。泵产生吸力，并将包含污垢和碎屑的池水吸入该车的过滤器中。在通过过滤器后，池水会通过排放装置释放，此时，池水比其到达时干净。水池清洗设备围绕水池运转由用户确定的一段时间，水池通过入口吸入水，并通过排放装置排出比较干净的水。以这样的方式来保持水池的清洗。 

为了围绕水池运转，一种现有技术的水池清洗设备是在滚轮上四处移动。滚轮驱动机构优于车轮或坦克履带，这是因为它们能够更容易地辗过障碍物。使用滚轮的另一个优点是它们可设置宽轨道。宽轨道具有使得清洗装置易于运转的优点。遗憾的是，这种直轨道也是有问题的，因为为了适当地清洗水池表面，水池清洗设备必须多次改变方向，甚至变成侧向。因此，这种现有技术的水池清洗设备在变向时因需要外部的介入而变得十分不方便。 

中国专利CN2309361公开了另一种现有技术的水池清洗设备，其中为解决易于变向的技术问题而采用双发动机驱动系统来分别驱动其用于行走的轮。然而，很明显地，这种双发动机水池清洗设备不但显著地增加成本，并且使得这种设备更加复杂，从而更加不可靠。通常水池清洗设备设计为清洗游泳池的非垂直表面或墙壁，例如池底。当然，大部分时间池底也刚好是污垢聚集的区域。因此，要求水池清洗设备必须能够工作于垂直障碍物上，例如梯子、台阶或安全壁架，而不用停止和妨碍其水池清洗的任务。然而，这种现有技术的水池清洗设备很容易被这类垂直障碍物等绊住和困住。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提出一种水池清洗设备，其在单发电机的驱动下可以灵活地变向以清洗整个水池，同时能够克服可能存在的所有水池障碍物，包括垂直障碍物。本发明提供的一种水池清洗车，包括：车体，具有底盘，盖体和行走系统，其中该车体具有预定的重量，该重量稍微大于所述车在水中所受的浮力；负重囊，其安装在该车体的内部，并偏离于对称线；泵装置，用于产生向下的吸力，同样安装在所述底盘上，以及倾斜传感器，设置在所述负重囊中。 

上述的水池清洗车，朝向所述车的后部加重所述负重囊。 

上述的水池清洗车，朝向所述车的右侧加重所述负重囊。 

上述的水池清洗车，所述车具有用于移动所述行走系统的发动机装置，并且所述车体是后驱动车。 

上述的水池清洗车，所述车包括倾斜传感器，设置在该负重囊中，当到达预定角度时，所述传感器关闭所述泵。 

上述的水池清洗车，所述泵包括延迟装置，其在预定的休止周期之后启动所述泵。 

上述的水池清洗车，所述延迟装置在重新启动所述泵之前具有第一和第二休止周期。 

上述的水池清洗车，所述延迟装置在重新启动所述泵之前具有多个休止周期。 

上述的水池清洗车，所述延迟装置在重新启动所述泵之前具有多个休止周期，并且随机选择所述休止周期。 

上述的水池清洗车，所述行走系统包括一对前轮，和一滚轮，设置在该车体的后部。 

上述的水池清洗车，所述泵装置包括一入口，设置在该车体的底部；一出口，设置在该车体的顶部，和一过滤器，位于该入口和该出口之间。 

上述的水池清洗车，所述车包括单发动机，以给所述驱动机构提供动力。 

上述的水池清洗车，所述倾斜传感器包括一壳体，其内具有V形槽；一接触球，沿该V形槽滚动；第一触头，位于该壳体的下部，用于支撑该接触球，和第二触头，位于该壳体的上部，用于在该接触球滚动后与该接触球接触。 

根据本发明的结构是包括具有单驱动发动机系统的水池清洗车，该单驱动发动机系统的逻辑由算法控制。该车包括从对称的侧向线和横向线偏离的负重囊(ballast)。在一个示例性实施例中，负重囊设置到右边和后部。负重囊偏移量以及前进和后退的能力使得该车能够左转弯和右转弯，以避开垂直障碍物。该车利用角动量原理来提供增强的牵引力，以辗过或爬过不同的障碍物，包括垂直障碍物。 

根据本发明的车利用角动量守恒(conservation of angular momentum)原理和线动量守恒(conservation of linear momentum)原理来使得水池清洗器跳离靠近垂直墙壁或其他类似障碍物的地方。当该车处于游动或自由漂浮(水性)模式时，该驱动机构用作划桨。这也促进了该车离开靠近的垂直墙壁或其他类似障碍物的能力。该驱动机构利用角扭矩以在水性模式中游动。其结合由于负重囊偏移导致的缓慢转动，使得该车缓慢转动并移动远离障碍物。 

另外，在另一个示例性实施例中，该车包括微处理器。微处理器控制该车的移动，包括左转弯和右转弯，以及其避开多种障碍物的能力。 

为了向左或向右移动该车，或为了避开垂直障碍物，遵照预定的算法。如在以下详细讨论的，该车在水池底板上静止启动。为了完成这个过程，驱动发动机暂时停止，并且泵继续工作。在驱动发动机关闭几秒钟之后，泵关闭，引起该车的微小的向上初始移动。然后，该车固定在水池底板上。 

然后，假定负重囊对于该车的偏移是向后方和向右，为了开始右转弯，启动驱动发动机和泵。驱动机构向前移动该车，并且由于负重囊向后和向右偏移，将进行右转弯。 

在相同的实施例中，为了进行左转弯，执行相同的初始步骤。一旦该车在水池底板上是平伸的，反向接合驱动发动机，该车向右稍微倾斜，但是前端比在操作开始时离左侧更远。在反向的瞬间，不超过几秒钟，驱动发动机完全关闭，并且泵启动，驱动发动机向前移动完成左转弯。 

在该车的一个示例性实施例中，为了确保最大的水池表面覆盖度，微处理器随机选择向右转弯和向左转弯。例如，在一个示例性实施例中，为了最小化连接到电源和水池清洗器的电缆的扭转量，编程微处理器来执行近似相等数量的右转弯和左转弯。在示例性实施例中，微处理器还包括用于避开和克服障碍物的编程指令，所述障碍物包括垂直障碍物。 

本发明的一个优点是提供一种单驱动发动机车，其能够被编程而进行右转弯和左转弯以及避开障碍物。 

附图说明

为了更进一步理解本发明的目的和优点，应该参考以下的详细描述，结合附图，其中相同的部分给定相同的附图标记，其中： 

图1是本发明的水池清洗设备的一个示例性实施例的透视图； 

图2A是根据本发明的水池清洗车的一个示例性实施例的底部透视图； 

图2B是本发明的过滤器的示意图，其中移除了车体的上盖； 

图3是根据本发明的水池清洗设备的部分剪切侧视图； 

图4是根据本发明的水池清洗设备的倾斜传感器的平面图； 

图5是根据本发明的水池清洗设备使用的算法的原理图； 

图6是图1所示水池清洗设备向左转的控制流程图。 

具体实施方式

现在将参照图1-3描述根据本发明的水池清洗设备20的示例性实施例，包括车体22和行走系统70。 

首先，车体22包括一底盘40。底盘40具有对于该车是纵向的第一轴线和将该车纵向地一分为二的对称线Y。底盘包括限定垂直于第一轴线的横向轴的第二轴线和将该车横向地一分为二的对称线X。当然，底盘40中需设置驱动机构(未示出)。 

行走系统70包括设置在车体后部的滚轮72和两个前轮74。 

车体22包括通常中心式安装在底盘40上的泵52，如在图2A所示。泵52包括泵发动机。在一个实施例中，泵发动机与驱动发动机无关。在另一个实施例中，单发动机能够给行走系统70和泵52提供动力。 

特别的是，车体22中还包括车负重囊50。当然，根据需要也可加入其他的负重囊。该负重囊50中设置有用于确定该车的角度倾斜传感器80，用于量度出车与水平面的角度。从倾斜角度的信息，一个或多个发动机能够被编程为开始和停止。如在下面所详细描述的，这能够使得该车左转弯和右转弯，以及避开障碍物，包括垂直障碍物。如图4所示，传感器80具有壳82和接触球84。壳82具有V形槽86，其尺寸和形状设计为适合滚动的接触球84。倾斜传感器安装在底盘上静止固定的位置上。由于车体22在水中移动而改变其倾斜角度，接触球84在槽86内移动。在预定的角度，接触球由触头88支撑。在关闭发动机的情形下，车体22的角度进一步改变时，接触球84通过狭槽移动，并接触具有另一个触头90的槽的另一部分，将发动机即将被重新启动的信号发送回至处理器。 

泵52包括用于将具有污垢和碎屑的池水吸入该车的入口54和出口56。过滤器58位于入口54和出口56之间，用于过滤通过车体22的水。在图1-3示出的示例性实施例中，入口54位于车22的底部或底部附近，出口56位于该车的顶部。当启动泵52时，其能够产生通过入口54的吸力和通过出口56的相同矢量的力。 

如图1-3所示，入口54位于车体22的底部，同时出口56位于车体22的顶部。吸力趋于将该车吸引向水池底板，换句话说，即为牵引力。通过出口56排出过滤后的水，也趋于将该车体推向水池的最底面。因此，当启动泵时，车体上将同时施加相同矢量的牵引力和推力。 

如上所述，泵52和驱动发动机形成负重囊的组成部分。然而，可添加附加负重囊。虽然在示例性实施例中，对于泵，其通常位于中心位置来提供操作所需要的推力是很重要的，驱动发动机和附加负重囊位于右边和后部。当然，这种负重囊也可以位于左边和后部或前部(对于前轮驱动车来说)，以及左边或右边。 

如所述，安装负重囊偏离于对称线。在图1-3的实施例中，由后驱动机构72限定后部。一般来说，水池清洗车的后部是电源线24连接到车体22的地方。 

在示例性实施例中，车体22的总质量包括底盘和其所有部件的质量，当然，包括所需的全部附加负重囊的质量。当置于水池中时，在该车的重量仅稍微大于浮力的情况下，车体20逐渐滑向水池的底面。 

水池清洗器的工作原理与任何清洗设备一样。提供吸力，污垢和碎屑被吸入由清洗器提供的过滤器中。这里，在一个示例性实施例中，当启动泵时，会产生向下的吸力以施加到车体22上。此时，当再启动驱动机构的时候，该车体便会绕水池四处移动，吸入污垢从而清洗水池。 

由于负重囊位于该车体的右侧部和后部，当车体接合了驱动机构而向前移动时，车22向前并恰好处于一个稍微向上的角度，使得车22偏离轴线移动。当泵52启动时，从如上所讨论的泵的合力矢量向车22施加向下的力，使车体22贴附在池底。 

当关闭泵52和驱动发动机时，将车22向下推的力矢量失效，并且由于向下的力失效导致车22稍微向上运动。在稍微向上运动之后，该车体也会逐渐沉向水池的底板，这是由于车体22的重量仅稍大于浮力的缘故。 

如上所述，车体22包括倾斜传感器。当到达预定的角度时，而假设泵52是启动的，倾斜传感器激活时关闭泵52。在示例性实施例中，倾斜角度设置在相对于垂直方向10和15度之间。反复试验之后发现这一角度提供了适当的角度误差，同时确保适当的精确度以确保该车不会达到垂直方向而泵还在启动中。 

如上面和以下所述，车体22包括负重囊，其偏离于对称线。除了偏离于对称线之外，负重囊还偏离重心。实际上，在图1-3的示例性实施例中，以这种方式调整该车的重心，使其远离横向对称轴线。那意味着前部和后部的浮力是不平衡的。从而，当如上所述该车处于惯性状态时，该车的一侧(左边或右边)总是首先接触底板。 

当该车在水中游动時关闭驱动机构和泵52的电源时，该车将自由漂浮。当到达水池的最底面时，通常车体22的右边和后部将首先著地。可如上所述利用负重囊调整重心，较佳的是，需要始终将出口保持在该车的上方，同时将入口保持在底部。 

利用该车的结构，其总是笔直下沉直到其接触到墙壁或底板，而基本上不会成角度地运动。另一方面，如果当该车停留在水池的底板時驱动水泵，即使具有一角度，泵力将趋于以这种方式移动该单元，使其保持在图1中所示的一般垂直位置。本领域的技术人员容易理解，通常通过将重心置于位移量的中心之下，使得顶部保持朝上，底部保持向下。在图1-3所示的本发明的示例性实施例中，出口56趋于保持朝上，同时入口54趋于保持在向下。利用上述结构，以这种方式调整该车的浮力，使重心位于位移量的中心之下。当该单元为水性时，其将通常为顶壳面向上并且底部面向下，这是公知的造船学原理。 

利用本发明的水池清洗设备20可以很方便地进行变向控制。如上所述， 示例性实施例中提供的负重囊装载在平台的右边和后部，使得车体22在右后侧较重。在开始左转弯动作时，车体22保持在水池的水平底板上。 

在左转弯的初始步骤中，优选地从位于底板上的车开始。为了实现这一目的，短暂关闭驱动机构，例如，少于一秒钟。当驱动机构暂时停止时，泵只保持向下的矢量，所以该车在相对的水平位置上开始朝向水池的底板前进。很快，此后泵停止。当泵停止时，泵的合成的向下的力矢量被突然释放。向下的力的突然改变使得该车稍微向上跳起，对准逐渐下沉的车体。 

泵的继续停止允许车体22缓慢沉到底板。由于平衡中的偏移，在前部以及左侧被举起。除非被障碍物干扰，只有后右侧接触到池底。 

一旦倾斜传感器发出该车在池底上水平位置的信号，则接合驱动机构。这时，驱动机构反向旋转，将车体22向后移动，同时前部向上稍微倾斜并倾向右边，使得该车体将其前端稍微转向左侧。 

在示例性实施例中，驱动机构包括驱动滚轮72，其向后转产生与不平衡的浮力相反的角扭矩。这抵消了来自不平衡的头部和尾部浮力的扭矩，并克服了上升扭矩，保持水池清洗器顶部向上。左右不平衡的浮力不受该操作的影响。可以认识到，该滚轮向左和向右具有不平衡的牵引力。假如滚轮继续以这种方式工作，该车将以围绕其一侧转动而结束。 

在短时间周期之后，根据转动车体22所需的角度，驱动机构反向，并将车体22向前移动。泵52也被启动，并且该车在其开始能够在新区域中清洗的地方的左侧方向上前进。因此，通过使得车22反向行进，并依次利用泵和驱动发动机，在所需的整段时间内，由单一驱动发动机水池清洗设备来完成左转弯。 

当需要进行右转弯动作时，先将该车静止在水池底板上。这以与前部所述的用于左转弯过程相同的方式来完成。在自由下落期间，如上所述，前部将抬起。当达到所需的静止位置时，接合驱动机构。由于如上所述的不平衡的负重囊，这使得该车抬起并向右移动。驱动该行走系统70的角扭矩克服了偏移，并将该车向上和向前举起。向前驱动加上向上的角度允许车22通过水移动。移动的角度由泵52的启动时间来决定。当泵52启动时，随着车22向前移动并保持转弯，将有向下的力矢量施加在车22上。向上的倾斜、向下的力组合产生陀螺力矩，其使得该车偏向右边和下面航行，同时车向前移动。以这种方 式，车22向右移动，随着其前进清洗水池的水。 

在该车的示例性实施例中，处理器随机选择左转弯和右转弯。在一个示例性实施例中，为了最小化连接到电源和水池清洗器的电缆的扭转量，处理器被编程以在一段时间内执行近似相等数量的左转弯和右转弯。 

为了彻底清洗水池，该车必须能够围绕水池四处移动，并且能够避开挡住其道路的障碍物。这些障碍物类型中最困难的是垂直障碍物。一般来说如果车22能够避开垂直障碍物，其就能够避开任一类型的障碍物。如上所述，这里描述的示例性实施例中的倾斜传感器在设置于从垂直方向起10～15度之间的倾斜角度启动发动机。如上所述，这提供了允许的适当的角度误差，以及确定该车是否已经触到垂直障碍物。 

如图4的原理图中所示，当该车首先感应到其已经触到垂直障碍物时，车体22反向移动。通常这足够避开障碍物，并且车体22重新开始其编排的一系列左转弯和右转弯。然而，当完成期望目标的操作失败时，一系列逻辑动作将被初始化。 

第一个动作是驱动机构的突然关闭。这种突然关闭意味着车体22的角动量的突然改变，其导致该车突然转弯。几乎同时，泵52也突然停止。该车受到向下矢量的突然中止的影响而轻微跳起，事实上，离开了最近的垂直障碍物或水池墙壁。 

在这个操作期间，在该车扭转并跳起，驱动机构反向。虽然该车没有与任何墙壁或底板接触，驱动机构用作划桨，以在游动操作等期间辅助该车移动。在这种情况下，车22移动远离与垂直障碍物的近距离接触。 

在游动操作期间，划动的角反应施加扭矩到水性车22，并且根据驱动机构的角旋转方向，该车的斜度向上或向下。 

在进行以上操作之后，该车将确定其是否已经成功离开垂直障碍物。首先，处理器关闭泵52，允许该车漂向水池的另一处最底平面。倾斜传感器使处理器分辨出车22不再保持在垂直表面上，相反地，位于底板上或非垂直障碍物上。当完成这一目标时，其意味着车22已经成功离开垂直障碍物。如果没有完成这一目标，重复该过程。 

假设车22没有离开垂直障碍物，在下一次尝试中，泵关闭和重新启动的时间被处理器随机改变。另外，驱动机构反向的时间和持续时间同样被随机改 变，以增加成功离开垂直障碍物的机会。 

为了保护该车免于不必要的损耗，在预定数量的尝试之后，处理器将关闭该车并等待人工辅助。尝试的次数随着发动机的耐用性和实际应用而变化，实际应用也就是水池中的垂直障碍物的尺寸和数量。明显地，重型发动机能够承受更多的尝试，而没有损坏的危险。 

虽然前部的说明书已经描述了根据本发明的水池清洗设备的几个实施例，容易理解，上述描述仅是示例性的，并不是对所公开发明的限制。特别地，对于负重囊可具有多种不同的定位，并且该车可以是前驱动、后驱动甚至是四轮驱动，这类车全部都在本发明的主旨和范围之内。将容易理解，对于适用于上述示例性实施例中的编程技术也具有多种变型例，并且具有许多并未提到但是仍在本发明的范围和主旨之内的实施例。因此，本发明并不限于如以下示出的权利要求。 

Claims (14)

1.一种水池清洗车，包括：

车体，具有底盘，盖体和行走系统，其中该车体具有预定的重量，该重量稍微大于所述车在水中所受的浮力；

负重囊，其安装在该车体的内部，并偏离于对称线；

泵装置，用于产生向下的吸力，同样安装在所述底盘上，以及

倾斜传感器，设置在所述负重囊中。

2.根据权利要求1所述的水池清洗车，其特征在于，朝向所述车的后部加重所述负重囊。

3.根据权利要求2所述的水池清洗车，其特征在于，朝向所述车的右侧加重所述负重囊。

4.根据权利要求3所述的水池清洗车，其特征在于，所述车具有用于移动所述行走系统的发动机装置，并且所述车体是后驱动车。

5.根据权利要求1所述的水池清洗车，其特征在于，所述车包括倾斜传感器，设置在该负重囊中，当到达预定角度时，所述传感器关闭所述泵。

6.根据权利要求5所述的水池清洗车，其特征在于，所述泵包括延迟装置，其在预定的休止周期之后启动所述泵。

7.根据权利要求5所述的水池清洗车，其特征在于，所述延迟装置在重新启动所述泵之前具有第一和第二休止周期。

8.根据权利要求5所述的水池清洗车，其特征在于，所述延迟装置在重新启动所述泵之前具有多个休止周期。

9.根据权利要求5所述的水池清洗车，其特征在于，所述延迟装置在重新启动所述泵之前具有多个休止周期，并且随机选择所述休止周期。

10.根据权利要求1所述的水池清洗车，其特征在于，所述行走系统包括

一对前轮，和

一滚轮，设置在该车体的后部。

11.根据权利要求1所述的水池清洗车，其特征在于，所述泵装置包括

一入口，设置在该车体的底部；

一出口，设置在该车体的顶部，和 

一过滤器，位于该入口和该出口之间。

12.根据权利要求1所述的水池清洗车，其特征在于，所述车包括单发动机，以给所述驱动机构提供动力。

13.根据权利要求1所述的水池清洗车，其特征在于，所述倾斜传感器包括

一壳体，其内具有V形槽；

一接触球，沿该V形槽滚动；

第一触头，位于该壳体的下部，用于支撑该接触球，和

第二触头，位于该壳体的上部，用于在该接触球滚动后与该接触球接触。

14.根据权利要求1-13任一项所述水池清洗车向左转、向右转以及离开垂直障碍物的方法，其中负重囊安装在车体的内部，并位于后部和右侧，使得车体在右后侧较重；其中左转或右转的初始步骤是从位于底板上的水池清洁车开始，车体随机进行左转和右转；

首先驱动机构暂时停止，泵继续工作，保持向下的矢量，使车在相对的水平位置上开始朝向水池的底板前进；然后泵关闭，由于向下力的矢量的中止，车体轻微向上跳起再缓慢沉向水池底板；然后，

倾斜传感器发出该车位于池底的信号，反向启动驱动机构，车体向后移动，同时车体前部向上倾斜并倾向右边，使得车体的前端转向左侧；在预定周期后，根据转动车体所需的角度，驱动机构再反向运转，车体向前移动，泵启动，水池清洁车在新区域中左侧方向上前进，由此进行左转弯；或者

倾斜传感器发出该车位于池底的信号，启动驱动机构和泵，驱动机构向前移动车体，泵将向下的力矢量施加在车上，并且由于负重囊的向后和向右偏移，车体在水池中偏向右边和下面移动，同时向前移动，随着其前进清洗水池的水，由此完成右转弯；

当车体感应到其接触到垂直障碍物时，车体会反向移动；包括过程：1)驱动机构关闭，使车体的角动量改变，导致车体转弯；同时泵关闭，车体由于向下矢量的中止而轻微跳起，离开最近的垂直障碍物或水池墙壁；2)驱动机构反向工作，用作划桨，以在游动操作期间辅助车体移动；并且泵关闭，使车体漂向水池的另一处底面；3)倾斜传感器判断车体是否成功离开垂直障碍物，如果是，则水池清洁机正常工作，如果不是，则重复过程1)至2)。 

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