CN101588745A - 机器人清洁头 - Google Patents

Abstract

一种用于作为自治真空清洁系统(2)的一部分来使用的机器人清洁头(1；101)，该自治真空清洁系统(2)包括筒单元(3)以及将清洁头(1；101)连接到筒单元(3)的软管组件(4；104)。清洁头(1；101)具有底盘(5；105)、驱动系统(6；18；27)、真空清洁管口(8；108)以及导管(9；109)。导管(9；109)与由清洁管口(8；108)界定的空气通道连通。它围绕枢轴(10；110)可转动悬置并且包括在所述底盘(5；105)的顶部上提供的入口(11；111)以及在入口(11；111)的下游的肘部(12；112)，并且导管(9；109)被悬置和成形为使得由软管组件(4；104)经由软管组件(4；104)连接到的导管(9；109)施加到底盘(5；105)上的张力(20；120)的作用线(15；115)在肘部(12；112)的下游端以下一定间隔处延伸。

Description

机器人清洁头

技术领域

本发明涉及一种用于作为自治真空清洁系统的一部分来使用的机器人清洁头，该自治真空清洁系统还包括筒单元以及将清洁头连接到筒单元的软管组件。

背景技术

在欧洲专利申请1 360 922中公开了这样的机器人清洁头。筒单元保持风扇、用于驱动风扇的马达、灰尘过滤器和灰尘收集室。因此，清洁头可以具有相对小的尺度，这有利于灵活性和达到例如在家具下方和在角落中的受阻碍区域。为求清洁头的可操作性，有利的是软管连接到清洁头的围绕枢轴可转动的导管并且该导管包括与枢轴同轴延伸的导管入口下游的肘部。

在操作中，软管组件由于在地面上的摩擦和由软管的挠曲造成的反作用力而对清洁头和筒单元二者施加力。这些力有碍于清洁头的可操作性。例如，当清洁头向前驱动时，它沿着软管的至少相邻部分拖曳，而由软管施加的力多数时间与清洁头的预期移位方向成角度定向并且影响清洁头的实际移位方向。这造成对行进路径准确性较低的控制并且因此造成有效性较低的清洁结果和/或在地面表面上较慢的前进。另外，从行进路径的转向增加碰撞物体的风险。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种清洁头，该清洁头的可操作性对由它连接到的软管对它施加的力的敏感性较低。

根据本发明，这一目的通过提供根据权利要求1的机器人清洁头来实现。由于导管被悬置和成形为使得在操作条件下由软管组件经由软管组件连接到的导管施加到底盘上的张力的作用线在肘部的下游端以下延伸，所以由软管对清洁头施加的力以及在地面与清洁头之间的摩擦力造成的倾斜力矩相对地小。因而，明显地减少在由软管施加的力给定时对清洁头施加的倾斜力矩。因此，在驱动系统的一侧上在驱动系统与地面之间接触压力的减少量更少。这样在驱动系统的一侧上在驱动系统与地面之间接触压力的减少允许驱动系统在该侧上更容易在地面上滑动，由此不利地影响操控准确性。

导管可以包括相对于枢轴从肘部径向地延伸的悬臂部分，以及在悬臂部分的下游并且至少部分地在底盘和驱动系统的外部水平地延伸并从悬臂部分向下延伸的出口端部，从而当在操作条件下时出口端部的最下部在至少底盘、驱动系统或者管口的最上部以下的水平。借助这些特征，以结构上简易的方式实现降低作用线(由软管组件施加的张力沿着该作用线传送到底盘上)。另外，由于软管组件将连接到的导管的出口端的位置降低，所以当在操作中时软管组件的仅相对短的部分从地面延伸到导管，从而导管承受软管组件的相对少的重量。因而，保持由导管承受的软管组件部分的重量对使清洁头与导管背离的一侧上的轮减载的任何倾斜力矩所作的贡献相对地小。

导管优选为基本上坚硬的结构，从而在操作中出口端独立于它实际上受到的负载维持于紧接在地面之上的相对恒定水平。

如果肘部围绕垂直于枢轴并且在肘部的下游端以下一定间隔处延伸的回旋轴相对于底盘可回旋地悬置，则只要导管在它自由可回旋的范围中，除了归因于摩擦阻力的少量力矩之外，围绕回旋轴的力矩不能从导管传送到清洁头。因而，作用线(由软管组件施加的张力沿着该作用线传送到清洁头上)将与在肘部的下游端以下一定间隔处的回旋轴相交。

回旋轴可以是由将肘部链接到底盘的联接限定的虚拟回旋轴，该联接比如是包括至少一个四连杆的至少两个链接的联接，该四连杆包括肘部和底盘。另外，如果对于联接的至少一个位置，回旋轴在底盘以下延伸，则实现倾斜力矩特别有效的减少乃至消除，因为地面与清洁头之间的摩擦反作用力的作用线沿着地面延伸，即沿着确定作用线(由软管组件施加的张力沿着该作用线传送到清洁头上)的回旋轴很近乃至与回旋轴相交地延伸。另外，通过提供在导管的出口端部下方用于相对于地面表面支撑导管的支撑部件，可以限制导管相对于底盘在操作中的可回旋性。这有利于阻止导管达到它围绕回旋轴的可回旋范围的限制，由此防止围绕回旋轴的任何大量力矩从导管传送到底盘。

通过假设枢轴在改变底盘在地面表面上方的移位方向时与它旋转围绕的旋转轴紧密地相邻延伸，实现由软管组件对清洁头施加的力对清洁头的驱动方向具有很小或者没有影响。

可以在清洁头中实现可操纵性的一个特别重要改进，其中驱动系统包括用于在被驱动以协调地环行时在驱动方向上使清洁头移位的至少两个可环行部件，至少两个可环行部件相对于驱动方向被横向地间隔开，置于驱动方向上所定向的底盘的中心平面的右方和左方，驱动系统还可控制用于按不同可选环行速率驱动可环行部件以便操控清洁头。更具体而言，抵消了如下情况：一侧上的轮减载而相对的轮加载，并且在相对横向侧上的轮之间的圆周速率差造成减载轮的滑动并且没有或者仅有有限的操控效果。

如果导管的入口端朝向上而可转动导管从下面连接到与管口连通的空气管部分，则可转动导管可以在低水平可转动地连接到与管口连通的不可转动空气管，以便将通过可转动连接传送的竖直平面中的力矩保持为低。另外，肘部可以借助定位于导管与底盘之间的联接以简易方式可回旋地连接到底盘。

参照例子在具体实施方式中阐述本发明的更多方面、效果和细节，其中一些例子在附图中示出。

附图说明

图1是根据本发明的包括清洁头的自治真空清洁系统的透视图；

图2是图1的清洁头的顶视图；

图3是图1的清洁头的正视图；以及

图4是根据本发明的清洁头的一个替代实施例的侧视图。

具体实施方式

在图1中，示出了由筒单元3、机器人清洁头1以及将筒单元3和机器人清洁头1互连的软管组件4组成的自治真空清洁系统2。

根据本例，筒单元3是自推进和自操纵的，并且包括驱动系统、筒、电源以及用于生成抽力的电扇。筒单元3的驱动系统具有位于背部角落的两个从动轮(仅一个在图中可见)以及在筒单元之前位于软管连接附近的两个脚轮(仅一个在图中可见)。

清洁头1(在图2和图3中更具体地示出)借助包括控制系统6、驱动组件27和轮18的驱动系统也是自推进和自操纵的。真空软管组件4与清洁头1的清洁管口8连通，从而使由筒单元生成的真空在管口8的入口可用。清洁头1比筒单元3更灵活，并且能够在多数物体如家具或者散热器下方通过。筒单元3另外配备有用于提供关于环境的信息的传感器，以及用于使用由传感器提供的信息来为筒3和清洁头1规划路线并且沿着这些路线引导筒3和清洁头1的控制单元。在操作中，清洁头1比筒单元3更具移动性，该筒单元被控制成留在根据真空清洁模式在地面上方移动的清洁头1的所及范围内。该所及范围取决于软管组件4的长度和可动性。也有可能假设仅清洁头1配备有驱动系统并且经由软管组件4一起牵引筒单元3。

可以用可再充电电池、燃料电池或者其他自备电源的形式或者经由与家用电网的连接来提供自治真空清洁系统的电源。

清洁头1的驱动组件27包括马达(未图示)，该马达经由变速箱、离合器和制动器耦合到轮18，以便在控制系统6的控制之下对轮18选择性地进行驱动和制动。清洁头1的驱动系统的四个从动轮18在被驱动以协调地环行时在驱动方向(箭头29)上驱动清洁头1的移位。驱动系统的轮18相对于驱动方向被横向地间隔开，置于底盘5的驱动方向29上所定向的底盘5的中心平面28的右方和左方。驱动组件27可控制用于按不同速率驱动轮18以便操控清洁头1。可以通过按不同速度旋转底盘5的中心平面28的相对侧上的轮18、通过暂时地阻止一侧上的轮、乃至通过在相反旋转方向上驱动相对侧上的轮来实现改变驱动方向29。

除了轮之外或者取而代之，驱动系统也可以包括其他可环行部件，比如履带。另外，代替所有可环行部件，可以驱动仅一些可环行部件和/或一些可环行部件可以是可操控的。

真空清洁管口8装配到清洁头1的底盘5的前端。管口8界定(bound)延伸穿过的空气通道30。导管9经由空气管31来与清洁管口8连通，用于将经由空气通道30接收的空气引导到软管组件4。导管9围绕大体上竖直的枢轴10可转动地悬置，以在清洁头1在真空清洁地面表面之时来回驱动时，适应它的驱动方向29的改变以及它相对于筒单元3的相对位置的改变。图2中所示点划线图示了通过改变驱动方向29可获得的底盘5和管口8相对于软管组件4的不同定向。

软管组件4可以包括用于向清洁头1提供电力和用于在清洁头与筒单元3之间连通的接线。

导管9具有在底盘5的顶部上提供的入口11、在入口11的下游的肘部12、悬臂部分13，该悬臂部分从肘部12径向地延伸到在悬臂部分13的下游的出口端部14。优选地，入口与枢轴10同轴。

由于软管组件4连接到的导管9围绕枢轴10可转动，所以避免软管组件4对清洁头1施加围绕枢轴10的大量转矩并且由此影响行进过程。

另外，在本例中，导管9在导管9的任何定向上水平延伸到底盘5以及驱动系统6、18和27的覆盖区以外。这保证导管9和软管组件4可以相对于底盘5以及驱动系统6、18和27转动而不会使软管组件4或者导管9与底盘5或者轮18或者驱动系统的其他部分相撞。在本例中，导管9也在转动到在清洁管口8上方延伸的定向上时水平突出到清洁管口8以外，从而导管也可以转动到某定向，在该定向上导管在清洁管口8上方向前延伸而不会使软管组件4撞击清洁管口8。

枢轴10与支撑清洁头1的地面表面7基本上垂直地定向(即当在操作中时基本上竖直)，从而导管9在基本上水平平面中转动，并且重力没有使导管9转动到最低位置。另外，枢轴10在底盘5改变它在地面表面7上方的移位方向时与移动的旋转分量的旋转轴紧密地相邻延伸，并且位于轮18的旋转轴之间。因此，软管组件4对清洁头1施加的力对清洁头1的驱动方向具有很小或者没有影响。

如图3中最清楚地所见，导管9被悬置和成形为使得在操作条件下由软管组件4经由它的导管9施加到清洁头1上的张力20的作用线15在导管9的肘部12的下游端以下一定间隔处延伸。

对清洁头1施加的张力20造成以清洁头1与地面之间摩擦的形式的在相反方向上的反作用力。该摩擦力的作用线在地面水平。因而，张力20和摩擦力造成对清洁头1施加的倾斜力矩。由于作用线15(柔性软管组件4中的张力20沿着该作用线传送到清洁头1)在导管9的肘部12的下游端以下一定间隔处延伸，所以此线在比肘部12的下游端更低的水平沿着清洁头1与地面7接触的位置延伸，如在这样的可转动真空清洁软管连接中常见的那样，如果软管组件直接地连接到肘部12，则作用线将沿着该下游端延伸。由于作用线15的位置降低，明显地减少由张力20和与之反作用的摩擦力造成的倾斜力矩。该减少的倾斜力矩又造成减少由该倾斜力矩造成的在与导管9定向到的清洁头1一侧背离的清洁头一侧上的轮18″的减载。因而，减少这样的减载对清洁头1的可操纵性的不利影响。

对清洁头1施加的倾斜力矩在如图3中所示张力20的主要定向与驱动方向横向地导向时尤其不利。在清洁头1的相对横向侧上的不同紧握量消极地影响驱动系统沿着预定行进路径引导清洁头1的能力，尤其是在柔软地面类型如高杆(high pole)地毯上。这在如在本例中通过有选择地使清洁头1的一个横向侧上的轮18′按照与清洁头1的另一横向侧上的轮18″不同的速率旋转来实现操控到另一驱动方向时特别重要。当例如一侧上的轮18″减载而相对侧上的轮18′加载时，在相对横向侧上的轮之间的圆周速率差往往会造成减载轮18″的滑动并且没有或者仅有有限的操控效果。

如果提供不同于轮的可环行部件如履带，则也会出现由于倾斜力矩而在一个横向侧上减载而在相对横向侧上加载的类似不利效果。

然而，另外如果将通过改变操控轮或者其他可环行部件的定向来实现操控，那么如果需要通过障碍物如门阶、地毯边缘或者放在地面上的电线，则横向加载和减载负面地影响操控准确性。另外，特别是在这样的清洁头中，前向或者后向的加载和减载(使前部加载而后部减载或者相反)负面地影响操控准确性，因为清洁头的后部或者前部然后可以相对容易地侧向滑动。

在图3中所示例子中，导管9包括在悬臂部分13的下游、并且至少部分地在底盘5和驱动系统6、18、27的外部水平地延伸而且从悬臂部分13向下延伸的出口端部14。当在操作条件下时，出口端部14的最下部在底盘5、驱动系统6、18、27和清洁管口8的最上部以下的水平。因此，以结构上简易的方式实现降低作用线15(软管组件4中的张力20沿着该作用线传送到清洁管1上)。

另外，由于软管组件4在紧接在地面7之上连接到导管9，所以软管组件4的仅相对短的部分从地面7延伸到导管9，从而导管9承受软管组件4的相对少的重量。因而，由导管9承受的软管组件部分的重量造成的、软管组件重量对(不希望的)使清洁头1与导管9背离的一侧上的轮18″减载的倾斜力矩所作的贡献相对地小。

导管9为相对坚硬的结构，例如比真空清洁软管4明显地更坚硬，从而在操作中，出口端14独立于它实际上受到的负载维持于紧接在地面7之上的相对恒定水平。另外由于导管9仅围绕枢轴10可转动，所以与倾斜力矩相反的反力矩(该反力矩在经由出口端部14传送软管组件中的张力时由出口端部14施加到导管9的悬臂部分13上)从导管9有效地传送到底盘5，由此造成降低作用线15的有效位置。

在图4中示出了根据本发明的清洁头101的替代例子，其中肘部112围绕回旋轴116相对于底盘105可回旋地悬置，该回旋轴大体上垂直于枢轴110并且在与作用线115横向的方向上在肘部112的下游端以下一定间隔处延伸。悬臂部分113在肘部112与悬臂部分113的下游的出口端部114之间相对于枢轴110径向地并且与回旋轴116横向延伸。

由于在操作中导管109围绕定向为大体上水平并且与由软管组件104施加到底盘105上的力的作用线115横向的回旋轴116相对于底盘可回旋，所以只要导管9在它自由可回旋的范围中，除了归因于摩擦阻力的少量力矩之外，围绕回旋轴116的力矩不能从导管109传送到清洁头101。因而，作用线115(由软管组件104施加的张力120沿着该作用线传送到清洁头101上)将与在肘部112的下游端以下一定间隔处的回旋轴116相交。

优选地，导管109的悬挂与之连接并且耦合到底盘105，从而回旋轴116可以与导管109一起转动，从而如果转动导管109，则回旋轴116保持基本上垂直于作用线115。

另外，由于导管109的可回旋性，软管组件104与地面107脱离的部分的承受重量也不会造成施加到底盘105上的倾斜力矩。

根据本例，回旋轴116是由将肘部112链接到底盘105的结构117限定的虚拟回旋轴。虚拟回旋轴116在底盘105以下延伸并且与地面表面107重合，从而作用线115(由软管组件施加的张力沿着该作用线传送到清洁头101上)沿着地面107延伸。由于在地面107与清洁头1之间的摩擦反作用力的作用线也沿着地面107延伸，所以没有造成明显倾斜力矩。优选为回旋轴与地面接近的距离少于2cm，并且更优选为与地面接近的距离少于1cm。

在本例中，将肘部112链接到底盘105的结构包括四连杆的两对135、136链接，其他成对杆由肘部112和底盘105形成。也可设想其他联接，比如圆顶成形的滑动或者滚珠机构。

用于相对于地面表面107支撑导管109的脚轮124装配到导管109的出口端部114，从而使导管109与地面表面107之间的摩擦最小。由脚轮124提供的支撑限制导管109相对于底盘105在操作中的可回旋性并且因而限制结构117的回旋范围。这有利于阻止导管9达到它围绕回旋轴的可回旋范围的限制，由此防止围绕回旋轴116的力矩从导管109传送到底盘105。取而代之，取代通过轮124，也可以用其他形式、比如用滑块的形式提供支撑，并且该支撑也可以装配到软管组件，优选为与导管紧密地相邻。

导管109的入口端111朝向上，而可转动导管109从下面连接到与管口108连通的空气管部分125。这允许可转动导管109在低水平可转动地连接到与管口108连通的不可转动空气管125，以便将通过可转动连接传送的竖直平面中的力矩保持为低。另外，该特征允许借助定位于导管109与底盘105之间的联接117以简易方式将肘部112可回旋地连接到底盘105。柔性软管126将导管108连接到的空气管部分125与管口108互连，并且提供可回旋空气管部分125与固定管口108之间的连接。

一种用于作为自治真空清洁系统的一部分来使用的机器人清洁头，该自治真空清洁系统包括筒单元以及将清洁头连接到筒单元的软管组件。清洁头具有底盘、驱动系统、真空清洁管口以及导管。导管与由清洁管口界定的空气通道连通。它围绕枢轴可转动地悬置并且包括在所述底盘的顶部上提供的入口以及在入口下游的肘部，并且导管被悬置和成形为使得由软管组件经由软管组件连接到的导管施加到底盘上的张力的作用线在肘部的下游端以下一定间隔处延伸。

本领域技术人员根据上文将清楚，在如权利要求中阐述的本发明框架内也可设想除了上述例子之外的诸多变化。例如，有可能将根据本发明的清洁头与固定筒组合使用。这样的固定筒可以经由墙壁、地面和/或天花板内装配的空气管的网络与例如建筑物内的房间中的壁装入口连接。清洁头可以经由相对长的真空清洁软管连接到壁装入口之一。优选地，软管足够地长以使清洁头能够自治地清洁例如房间的至少大部分。

另外，导管可以包括若干部分，如肘部、悬臂部分和出口部分，这些部分是为了形成导管而组装的单独管状单元。取而代之，可以例如经由弯曲单个管单元来形成导管。

本领域技术人员根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究在实施要求保护的本发明时可以理解和实现对公开的实施例的其他变化。在权利要求中，字眼“包括”并不排除其他元件或者步骤，而不定冠词“一个/一种”并不排除多个/多种。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这唯一事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何标号不应理解为限制范围。

Claims (12)

1.一种用于作为自治真空清洁系统(2)的一部分来使用的机器人清洁头，所述自治真空清洁系统(2)还包括筒单元(3)以及将所述清洁头(1；101)连接到所述筒单元(3)的软管组件(4；104)，所述清洁头(1；101)包括：

底盘(5；105)；

驱动系统(6；18；27)，用于驱动和操控所述清洁头(1；101)在地面表面(7；107)上方的移位；

真空清洁管口(8；108)，界定空气通道(30)；以及

导管(9；109)，与所述清洁管口(8；108)连通，用于将经由所述空气通道(30)接收的空气引导到所述软管组件(4；104)；其中

所述导管(9；109)围绕枢轴(10；110)相对于所述底盘可转动；

所述导管(9；109)包括在所述底盘(5；105)的顶部上提供的入口(11；111)，以及在所述入口(11；111)的下游的肘部(12；112)；以及

所述导管(9；109)相对于所述底盘悬置并且成形为使得在操作条件下由所述软管组件(4；104)经由所述导管(9；109)施加到所述底盘(5；105)上的张力的作用线(15；115)在所述肘部(12；112)的下游端以下一定间隔处延伸。

2.根据权利要求1所述的清洁头，其中所述导管(9；109)包括相对于所述枢轴从所述肘部(12；112)径向地延伸的悬臂部分(13；113)，以及在所述悬臂部分(13；113)的下游并且至少部分地在所述底盘(5；105)和所述驱动系统(6；18；27)的外部水平地延伸并从所述悬臂部分(13；113)向下延伸的出口端部(14；114)，从而当在操作条件下时，所述出口端部(14；114)的最下部在至少所述底盘(5；105)、所述驱动系统(6；18；27)或者所述管口(8；108)的最上部以下的水平。

3.根据权利要求1或者2所述的清洁头，其中所述导管(9；109)为基本上坚硬的结构。

4.根据任一前述权利要求所述的清洁头，其中所述肘部(112)围绕垂直于所述枢轴(110)并且在所述肘部(112)的所述下游端以下一定间隔处延伸的回旋轴(116)相对于所述底盘(105)可回旋地悬置。

5.根据权利要求4所述的清洁头，其中所述回旋轴(116)是由将所述肘部链接到所述底盘的联接(117)限定的虚拟回旋轴。

6.根据权利要求5所述的清洁头，其中所述联接(117)包括至少一个四连杆的至少两个链接(135；136)，所述四连杆包括所述肘部(112)和所述底盘(105)。

7.根据权利要求5或者6所述的清洁头，其中对于所述联接(117)的至少一个位置，所述回旋轴(116)在所述底盘(105)以下延伸。

8.根据任一前述权利要求所述的清洁头，还包括在所述导管(109)的所述出口端部(114)下方的支撑部件(124)，用于相对于所述地面表面(107)支撑所述导管(109)。

9.根据任一前述权利要求所述的清洁头，其中所述枢轴(10；110)在改变所述底盘(5；105)在所述地面表面(7；107)上方的移位方向时与所述底盘(5；105)旋转围绕的旋转轴紧密地相邻延伸。

10.根据任一前述权利要求所述的清洁头，其中所述驱动系统(6；18；27)包括用于在被驱动以协调地环行时在驱动方向(29)上使所述清洁头(1；101)移位的至少两个可环行部件(18)，所述至少两个可环行部件(18)相对于所述驱动方向(29)被横向地间隔开，置于所述驱动方向(29)上所定向的所述底盘(5；105)的中心平面的右方和左方，所述驱动系统(6；18；27)还可控制用于按不同环行速率驱动所述可环行部件(18)以便操控所述清洁头(1；101)。

11.根据任一前述权利要求所述的清洁头，其中所述导管(109)的所述入口端(111)朝向上，并且其中所述可转动导管(109)从下面连接到与所述管口(108)连通的空气管部分(125)。

12.一种自治真空清洁系统，包括根据任一前述权利要求所述的清洁头(1；101)并且还包括筒单元(3)和用于将所述清洁头(1；101)连接到所述筒单元(3)的软管组件(4；104)。

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