CN102987987B - 自主地面清洁器具 - Google Patents

Abstract

一种自主表面处理器具，该器具包括底座，该底座具有驱动装置和控制系统，该控制系统被连接到驱动装置以便能够控制器具穿过要被处理的表面，其中，驱动装置包括至少一个牵引单元，每个牵引单元包括被约束为绕引导轮和拖尾轮的表面接合履带，该引导轮和拖尾轮被布置以便与地面表面相对且在引导轮和拖尾轮之间延伸的履带部分限定倾斜的爬升表面。

Description

自主地面清洁器具

技术领域

本发明涉及一种自主表面处理器具(anautonomousfloortreatingappliance)，如可移动式机器人真空吸尘器，且还涉及一种用于这样的机器的驱动装置。

背景技术

移动式机器人越来越普遍且被使用在多种领域，如太空探索、草坪收割和地面清洁。最近十年在机器人地面清洁设备领域中，特别是真空吸尘器领域中具有特别迅速的进步，机器人地面清洁设备的主要目的是在自主地和不唐突地在用户的房子中巡航的同时清洁地面。本发明将在机器人真空吸尘器的背景下描述，但它通常也可应用于任何类型的移动式机器人平台，如机器人割草机。

对所有移动式机器人常见的是对驱动系统的需要。在机器人地面清洁器的背景下，普遍的方法是在机器人本体的每侧设置轮子，每个轮子可独立驱动。因此，机器人可通过在相同方向以相同速度驱动两个轮子而线性运动，或可通过改变轮子的相对转动而转向。在相反方向驱动两个轮子能够使机器人就地转动。这样的系统通常将还包括第三轮子，该轮子被定位在机器人本体的后部，该轮子充当脚轮，其被动地滚动跟随同时在本体的一侧提供支撑。这样的系统的显著优势在于它使机器人高度可操纵且还避免了对附加转向机构的需要。使用这样的驱动装置的自主机器人真空吸尘器的例子是iRobot的Roomba^TM和伊莱克斯的Trilobite^TM。

如上所述的带轮子的移动式机器人的缺点在于它有限的越过物体或甚至越过地面覆盖物(如电缆或地毯)或爬到地面覆盖物上的能力。

替代方法是给自主地面清洁器装配履带式驱动装置，如欧洲专利申请No.EP1582132中所示。这样的配置往往会由于与履带固有的大的接触区域而改善抓地力，所以它可更好地越过障碍物(如地毯或电缆)。然而，由于增加的接触区域，机器人驱动系统更容易受打滑影响，该打滑是不利的，因为它将误差引入到机器人的导航系统。

发明内容

在这个背景下，本发明提供了一种自主的表面处理器具，该器具包括底座，该底座具有驱动装置和控制系统，该控制系统被连接到驱动装置以便能够控制器具穿过要被处理的表面，其中，驱动装置包括至少一个牵引单元，每个牵引单元包括被约束为绕引导轮和拖尾轮的表面接合履带，该引导轮和拖尾轮被布置以便与地面表面相对且在引导轮和拖尾轮之间延伸的履带部分限定倾斜爬升表面。

以另一种方式表达，本发明在于一种用于移动式机器人的驱动装置，该驱动装置包括传动单元(transmissionunit)，摆动臂，链轮，滑轮和履带，该传动单元用于从马达单元传输驱动力到驱动轴，该驱动轴从传动单元沿驱动轴轴线延伸，该摆动臂被联接到传动单元以便绕驱动轴的轴线有角度地摆动，该链轮被安装到驱动轴，该滑轮被安装到摆动臂远离驱动轴的一部分上且可绕平行于驱动轴轴线的轴线旋转，该履带被约束为绕链轮和滑轮，其中链轮和滑轮被布置以致履带提供倾斜驱动表面。

相对于邻近的需要处理的表面的该倾斜爬升表面提高了机器人越过需要处理的表面中的坑以及越过凸起的障碍物(如电线/地毯的弯曲处和边缘)的能力。此外，由于履带在拖尾轮前方的部分相对于水平方向倾斜，小接触区域被保持，因为它没有遭受履带的显著部分接触地面表面的情况下将经历的那种打滑，这提供了操纵益处。这在铺有地毯的表面上特别地准确，在该情形下如已知坦克履带配置为例的细长接触区域使机器人难以就地转向。与此相反，本发明的移动式机器人被提供了履带式爬升表面的爬升优势和如平面轮(plainwheel)的小接触区域的操纵优势。

为了驱动牵引单元，可提供马达，在一个实施例中，马达响应来自控制系统的指令驱动引导轮。然而，应当理解为拖尾轮也可为被驱动的轮子。

为了简单和成本起见，马达是电动马达，更具体地说，无刷DC马达。其它马达驱动是可能的，如液压马达驱动，虽然增加了成本和重量。

虽然引导轮可直接由马达驱动，在一个示例性实施例中，传动单元被用于将驱动力从马达传输到引导轮。这能够使马达的速度通过齿轮下降同时增加扭矩和确保控制精度。

传动单元还提供了安装部分，牵引单元通过安装部分可安装到器具的底座上，同时还提供了固定点，联接构件在一端处被可枢转地安装在该固定点上，且该连接构件具有第二端，拖尾轮被安装到该第二端。因此，该拖尾轮可绕引导轮的驱动轴线有角度地摆动。

当行进越过粗糙表面(如厚的绒毛地毯)时，需要增加牵引力。因此，在驱动装置的一个改进中，偏置装置被提供在传动箱和联接构件中间，该偏置装置将拖尾轮推向需处理的表面。因此，如果底座由于接触障碍物或表面结构而引起上升，拖尾轮将被促使接触表面因此保持强劲的牵引力。

为了防止物体损坏履带，联接构件可包括防护构件，该防护构件至少部分地填充由引导轮，拖尾轮和履带的内表面界定的体积。这降低了物体(如沙砾或小石子)将进入履带和轮子之间的咬合处的可能性，因此提高牵引单元的可靠性。

进一步的牵引力增大可由拖尾轮的配置提供。该拖尾轮可具有与拖尾轮的履带接合表面相邻的边沿部分(rimportion)，且具有比拖尾轮的履带接合表面更大的直径。可选地，该边沿部分可延伸到与履带的外表面相同径向位置处，且可被提供平滑或锯齿状的轮廓。在这个实施例中，由于边沿部分延伸到相当于履带半径的半径处，在机器人行进越过如地毯或毛毯这样的柔软表面的情况下，履带将趋于沉入地毯的绒毛中，由此边沿部分的锯齿状边缘将倾向于接合地毯且为机器人提供增大的牵引力。然而，在硬表面上，仅仅履带将接触地面表面，这将有利于机器人的操纵能力。

虽然本发明一般应用于移动式机器人和自主表面处理器具，其在机器人真空吸尘器中特别有用，该机器人真空吸尘器包括空气流产生器和分离装置，该空气流产生器用于在脏空气进口和清洁空气出口之间产生空气流动，该分离装置被布置在脏空气进口和清洁空气出口之间的空气流路径中以便从空气流中分离脏物。

附图说明

为了本发明更容易被理解，现在将仅通过举例的方式参考附图，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的移动式机器人的前透视图；

图2是从图1中的移动式机器人下方观察的视图；

图3是本发明的移动式机器人的分解透视图，示出了它的主要组件；

图4是移动式机器人的底座的前透视图；

图5a和5b是从移动式机器人的牵引单元每一侧观察的透视图；

图6是图5a和5b中的牵引单元和它相对于表面的取向的侧视图；

图7是图6中的牵引单元沿线A-A截取的剖视图；

图8是图5a，5b和图6中的牵引单元的分解透视图；

图9是图6中的牵引单元的侧视图，但示出了三个摆动臂位置；

图10是移动式机器人的底座的前视图；

图11是移动式机器人的底座的后视图；

图12是从移动式机器人的主体下面观察的视图；

图13a，13b，13c和13d是机器人在各种“撞击”条件下的示意图；及

图14是移动式机器人的系统示意图。

具体实施方式

参考图1,2,3,4和5，自主表面处理器具为机器人真空吸尘器2的形式(下文中称为‘机器人’)，包括主体，该主体具有四个主要组件：底座(或底板)4，本体6，大致圆形外罩8和分离装置10，该本体6被承载在底座4上，该大致圆形外罩8可安装在底座4上且为机器人2提供大致圆形轮廓，该分离装置10被承载在本体6的前部上且其突出穿过外罩8的互补形状的切口12。

为了本说明书的目的，机器人的情景中的术语“前”和“后”将按操作期间它的前进和倒退方向的意思来使用，其中分离装置10被定位在机器人的前部。同样地，术语“左”和“右”将被关于机器人向前运动的方向使用。正如将从图1中理解，机器人2的主体具有相对短的圆柱的一般形式，主要为了可操作性的原因，且因此具有圆柱轴线‘C’，该圆柱轴线‘C’关于机器人行驶过的表面大致垂直地延伸。因此，圆柱轴线C大致垂直于机器人的纵向轴线‘L’延伸，机器人的纵向轴线‘L’沿机器人2的前后方向取向，且因此穿过分离装置10的中心。主体的直径优选从200mm至300mm，更优选从220mm至250mm。更优选地，主体具有230mm的直径，其被发现为在可操作性和清洁效率之间的特别有效的折衷。

该底座4支撑机器人2的几个部件且优选由高强度的注射模制塑料材料制造，如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，虽然它也可由适当的金属制造，如铝或钢，或如碳纤维复合材料这样的复合材料。如将说明的，底座4的主要功能是用作驱动平台和承载清洁装置，该清洁装置用于清洁机器人行驶过的表面。

特别参考图3和图4，底座4的前部部分14是相对平坦的且为盘状形式，且限定弯曲的机头15，该弯曲的机头15形成机器人2的前部。底座的前部部分14的每个侧面具有凹处16、18，相应的牵引单元20可安装在凹处中。注意图2和图3中示出了底座4，其中牵引单元20被附接，图4示出了底座4，其中没有牵引单元20被附接。

一对牵引单元20定位于底座4的相对侧上，且可独立地操作使机器人能根据牵引单元20的旋转速度和方向被沿前进和倒退方向驱动，以随着弯曲的路径朝向左或右行进，或当场沿任一方向转动。这样的配置往往被称为差速传动，牵引单元20的细节稍后将在说明书中更充分地描述。

底座4的相对狭窄的前部部分14向后部部分22变宽，该后部部分22包括清洁头24，其具有大致圆柱形形式且相对于底座的纵向轴线‘L’横向地跨底座4的大致整个宽度延伸。

还参考图2，其示出了机器人2的底面，清洁头24限定矩形抽吸开口26，该开口26面向支撑表面且当机器人2运行时污垢和碎屑被抽吸进入该开口26。细长的刷棒28被容纳在清洁头24内且以传统的方式通过减速齿轮和传动带配置32由电动机30驱动，虽然其他驱动装置如完全齿轮传动也被设想。

底座4的底面特征在于细长的地面区段25在抽吸开口26的前方延伸，该抽吸开口26限定在它的前边缘处的倾斜的突出部分。在底板上的多个通道33(为了简洁起见仅仅两个通道被标识出)提供了用于将脏空气抽向抽吸开口26的路径。底座4的底面还带有多个(在所示实施例中为四个)从动轮或滚子31，当它停靠在地面表面上或运动越过地面表面时，该从动轮或滚子31进一步提供了用于底座4的支撑点。应注意，滚子31支撑底座以致它的底面处于相对于地面表面平行的取向。此外，虽然轮子或滚子是优选的，它们还可实现为硬支承点，如滑道或滑槽。

在这个实施例中，清洁头24和底座4是单个塑料模制件，因此清洁头24与底座4是一体的。然而，不是必须如此，该两个部件可以是独立的，清洁头24被适当地固定到底座4，如用本领域技术人员清楚的螺丝或适当的结合方法。

清洁头24具有第一和第二端部表面27,29，该第一和第二端部表面27,29延伸到底座4的边缘且其与机器人的罩8一致。在如图2和图3中的水平或平面轮廓考虑，可以发现清洁头24的端部表面27,29是平坦的且沿机器人2的横向轴线‘X’的直径相对的点处相对于罩8以切线(标记为‘T’)延伸。这样的益处在于当机器人以‘随壁’模式横向运动时，清洁头24能够非常接近房子的壁运行，因此能够一直清洁到壁。此外，由于清洁头24的端部表面27,29切向地延伸到机器人2的两侧，无论该壁是在机器人2的右侧还是左侧，它都能够一直清洁到壁。还应该注意的是，该有益的边缘清洁能力通过位于罩8内且大致在横向轴线‘X’处的牵引单元20得到增强，这意味着机器人以这种方式操纵使得当随壁操作期间，罩8以及由此清洁头24的端部表面27,29几乎接触壁。

在清洁操作期间被抽吸进入抽吸开口26的污垢通过管道34离开清洁头24，该管道34从清洁头24向上延伸且通过约90°的弧度朝向底座4的前方弯曲直到它面朝前进方向。管道34以矩形嘴部36结束，该嘴部36具有柔性波纹管配件38，该波纹管配件38成形为接合设置在本体6上的互补形状的导管42。

导管42被设置在本体6的前部部分46上且通向面向前方的大致半圆柱形的凹处50，该凹处50具有大致圆形的基座平台48。该凹处50和平台48提供了对接部，分离装置10在使用中被安装入该对接部，且分离装置10可从对接部脱离接合用于排空的目的。

应当指出的是在这个实施例中，分离装置10包括旋风分离器，如WO2008/009886中公开的，其内容通过引用并入于此。这样的分离装置的配置是众所周知的，且在这里将不再进一步描述，只要说明分离装置可通过适当的机构(如快速释放固定装置)可移除地连接到本体6以当装置10已满时允许装置10倒空。分离装置10的性质不是本发明的重点且旋风分离装置可被在本领域中所知的其他装置(例如过滤膜，多孔箱式过滤器或一些其他形式的分离装置)代替以从空气流分离污垢。对于该装置不是真空吸尘器的实施例，本体可容纳设备，该设备适用于由该机器执行的任务。例如，用于地面抛光机，主体可容纳用于存储液态蜡的水槽。

当分离装置10接合对接部50时，分离装置10的脏空气进口52被导管42接收且导管42的另一端部可连接到刷棒管道34的嘴部36，从而导管42传输来自清洁头24的脏空气到分离装置10。波纹管38为导管34的嘴部36提供一定程度的弹性以便它可无视一些角度的未对准而与分离装置10的脏空气进口52密封地配合。虽然这里描述的是波纹管，导管34也可被提供有替代的弹性密封件(如柔性橡胶套口密封件)以接合脏空气进口52。

脏空气通过空气流产生器(在这个实施例中是电动马达和风扇单元(未显示))被抽吸穿过分离装置10，该空气流产生器位于本体6的左手侧的马达外壳60中。该马达外壳60包括弯曲的进口嘴部62，该嘴部62在对接部50的圆柱形壁处敞开从而匹配分离装置10的圆柱形曲率。虽然没有显示在图4中，分离装置10包括清洁空气出口，当分离装置10接合对接部50时该清洁空气出口对准进口嘴部62。在使用中，抽吸马达可操作以在马达进口嘴部62的区域建立低压，从而沿空气流路径抽吸脏空气，从清洁头24的抽吸开口26，穿过管道34和导管42，且从脏空气进口52到清洁空气出口穿过分离装置10。然后清洁空气穿过马达外壳60且穿过经过滤清洁空气出口61从机器人2的后部排出。

罩8在图3中被示出从本体6分离，在图1中示出被固定到本体6。由于底座4和本体6承载机器人的大多数功能部件，罩8提供了外皮，该外皮主要用作保护壳体和用于承载用户控制接口70。

该罩8包括大致圆柱形侧壁71和平坦的上表面72，该上表面72提供了与本体6的平面轮廓一致的大致圆形轮廓，除了使部分圆形切口12成形为与对接部50和圆柱形分离装置10的形状互补。此外，可见罩8的平坦的上表面72与分离装置10的上表面10a共面，因此当分离装置10被安装在主体上时，分离装置10与罩8齐平。

如图1和图3中特别清晰地可以看出，罩8的部分圆形切口12和本体6中的半圆柱形凹处50为对接部提供限定两个突出叶或臂73的马蹄形凹室，该两个突出叶或臂73侧翼包围分离装置10的每一侧，且使得分离装置10的约5％和40％之间(优选20％)从对接部50的前部突出。因此，即使当罩8在机器人2的主体上就位时，分离装置10的一部分保持暴露，这样使用户能迅速地接近分离装置10用于排空目的。

侧壁71的相对部分包括拱形的凹处74(在图3中仅仅示出一个)，当罩8被连接到本体6时，该凹处74配合在清洁头24的相应的端部27,29之上。如图1中所示，间隙存在于清洁头24的端部和相应的拱形部74之间，以便允许在与物体撞击的事件中在它们之间的相对运动。

在侧壁71的上部边缘上，罩8包括半圆形手提手柄76，该手柄76可绕两个直径上相对的凸起78在第一、收起位置(在收起位置中手柄76安装入在罩8的上部外周边缘上的互补形状的凹处80中)和展开位置(在展开位置中手柄76向上延伸(如图1中的虚线所示))之间枢转。在收起位置中，手柄保持罩8的‘干净的’圆形轮廓且在正常操作机器人2期间不干扰使用。同样地，在这个位置中，手柄用于将机器人的后部过滤器门(未显示)锁定到关闭位置，这在机器人2操作时，阻止过滤器门的意外运动。

在操作中，机器人2能够由可充电电池组(未显示)提供动力来自主地推动自身在其周边行进。为了实现这个，机器人2承载适当的控制装置，该控制装置连接到电池组，牵引单元20和适当的传感器组82，包括例如在本体6的前部左侧和右侧的红外线和超声波发射器和接收器。该传感器组82为控制装置提供信息，该信息表示机器人与外界中的各种结构的距离和该结构的尺寸和形状。此外，该控制装置被连接到抽吸风扇马达和刷棒马达以便适当地驱动和控制这些部件。因此该控制装置可操作控制牵引单元20以便于在需要清洁的房间周围操纵机器人2。应当指出的是，运行和操纵机器人真空吸尘器的详细方法不是本发明的重点，而且一些这样的控制方法在所属技术领域中是已知的。例如，一种具体的操作方法在WO00/38025中更加详细地描述，其中操纵系统中使用了光检测装置。这允许清洁器通过识别何时由光检测装置检测到的光水平和由光检测装置先前检测到的光水平相同或大致相同，来允许清洁器在房子中定位自身。

已经描述了底座4，本体6和罩8，现在将参考图5至图9进一步详细描述牵引单元20，在图5至图9中为了清晰起见示出了单个牵引单元20的各种透视图，剖视图，和分解图。

总体上，牵引单元20包括传动箱90，联接构件92或‘摆动臂’，第一和第二滑轮94、96，和履带或连续带98，该履带或连续带98被约束为围绕滑轮94、96。

传动箱90容纳了齿轮系统，该齿轮系统在安装在传动箱90的一端的内侧上的输入马达驱动模块100和从传动箱90的驱动侧(也就是安装了马达模块100的传动箱90的另一侧)突出的输出驱动轴102之间延伸。在这个实施例中，该马达模块100是直流无刷马达，因为这样的马达是可靠的，有效的，虽然这并不排除使用其他类型的马达，例如直流有刷马达，步进马达或甚至液压驱动器。正如所提到的，马达模块100被连接到控制装置以接受电源和控制信号且具有用于这个目的的一体的电连接器104。在这个实施例中，齿轮系统是将马达模块100的速度齿轮减速同时增加可用扭矩的齿轮配置，因为这样的系统可靠，紧凑和重量轻。然而，其它齿轮配置在本发明的情景中被设想，如带式或液压传动配置。

因此，该牵引单元20集合驱动，传动，和地面接合功能到自持(self-contained)和独立的被驱动单元且通过多个紧固件91(该实施例中为四个紧固件，如螺丝或螺栓，其被接收到在底座4的凹处周围限定的相应的安装片93中)被容易地安装到底座4。

牵引单元20可安装到底座以便当机器人2向前行驶时，第一滑轮94在引导位置。在该实施例中，引导轮94是从动轮且包括中心孔104，该中心孔104通过压配合的方法可被接受到驱动轴102上。该引导轮94也可被称为是链轮(sprocket)，因为它是一对从动轮。为了提高从驱动轴102到引导轮94的驱动力的传递，该滑轮的中心孔104可为内部带键的以与驱动轴上相应的外部键配合。将滑轮固定到轴的替代方法也被设想，如被附接到轴的部分圆形夹(‘开口卡环(circlip)’)。

摆动臂92包括引导端部，该引导端部被安装到传动箱90，在传动箱90和引导轮94之间，且被安装以便绕驱动轴102枢转。位于摆动臂92的安装孔108中的轴套106被接收到传动箱90的向外突出的突起物110上，驱动轴102穿过该突起物110突出。因此轴套106提供了支撑表面，该支撑表面在突起物110和传动箱90中间，以允许摆动臂92平稳地枢转且阻止相对于传动箱90倾斜。轴套106优选由适当的工程塑胶制造，如聚酰胺(polyamide)，其提供了低摩擦表面和高强度。然而轴套106也可用金属制造，如铝，钢，或它们的合金，其也将提供必须的摩擦和强度特征。

如已组装的视图所示，摆动臂92被安装在突起物110上，且引导轮94被安装到摆动臂102的引导端部外侧的驱动轴102。短轴112压配合到位于摆动臂92的相对端或‘拖尾’端上的孔中，该短轴112限定安装轴，该安装轴用于沿平行于驱动轴102的轴线的旋转轴线的后部滑轮96，或‘拖尾轮’。拖尾轮96包括中心孔113，轴承轴套114以压配合被接受在中心孔113中。该轴套114以滑动配合被接受在轴112之上，且由此轴套，因此拖尾轮96也，可相对于摆动臂92旋转。开口卡环116将拖尾轮固定到轴112。

连续带或履带98提供了机器人2和地面表面之间的接触面，且在这个实施例中，是坚韧橡胶化的材料，其在机器人越过表面时为机器人提供高抓地力且越过表面结构和轮廓的改变。虽然未显示在图中，带98可被提供胎纹以便于增加不平地形上的牵引力。

同样地，虽然未显示在图中，带98的内表面98a是锯齿状的或带齿的以便与被提供在引导轮94的圆周表面上的互补齿形构造94a接合，这样减少了带98在轮94上滑动的可能性。在这个实施例中，拖尾轮96没有带互补齿形构造，虽然这可在需要时被提供。为了防止带98从拖尾轮96滑出，圆周的唇部96a，96b被提供在它的内部和外部边沿上。至于引导轮94，圆周的唇部94b被提供在仅仅它的外部边沿上，因为由于摆动臂92的邻近部分使带98不能从内部边沿滑出。

正如将被理解的，摆动臂92将引导轮和拖尾轮94,96固定为间隔开的关系且允许拖尾轮96绕引导轮94有角度地摆动。摆动臂92的角位移的最大和最小界限由相对的拱形的上部和下部止动构件122a，122b限定，该上部和下部止动构件122a，122b从传动箱90的驱动侧突出。从摆动臂92的内侧延伸的短柱或销124可与止动件122a，122b接合以限定摆动臂92的行程。

牵引单元20还包括摆动臂偏置装置，该摆动臂偏置装置为螺旋弹簧118的形式，该螺旋弹簧118被安装在安装架126和销128之间张紧，该安装架126从摆动臂92的引导部分向上延伸，该销128从传动箱90的拖尾部分突出。在使用中，弹簧118作用以将拖尾轮96偏压为与地面表面接合，这在机器人2越过不平表面(如厚的绒毛地毯)或越过障碍物(如电线)时，增加牵引力。图9示出了牵引单元20贯穿摆动臂92的运动范围的三个示例性位置。

在示例性实施例中，当机器人2位于表面上时，摆动臂92在它的最小行程位置以致销124与上部止动件122a接合，且弹簧118被张紧以便简单地向下推拖尾轮96以增加牵引力。然而，应当理解更强的弹簧118也可被使用以致当被定位在表面上时，机器人将悬挂在牵引单元上。

图6示出了当机器人2闲置时轮子94,96关于地面表面F的相对位置，在该位置摆动臂92在它的行程的最小界限处，销124接合上部止动件122a。在这个位置中，履带98的围绕拖尾轮96的一部分定义了与地面表面的接触区域130，然而在接触区域前方且延伸到引导轮的履带98的一部分由于拖尾轮96比引导轮94更大的半径而相对于地面表面F倾斜。这为牵引单元20提供了斜坡爬升表面，该表面改善了机器人2越过地面表面中的坑以及越过凸起的障碍物(如电线/地毯的弯曲处和边缘)的能力。应当注意的是特别是当机器人的底座的底面在平行于表面(机器人行进越过该表面)的取向且由多个滚子31支撑在该取向时，倾斜的爬升表面被提供。

虽然在这个实施例中倾斜的履带表面主要是拖尾轮96的直径比引导轮94的直径大的结果，应理解，如果轮子为相同直径，但摆动臂92被布置为当其在最小行程位置时向下成更陡峭的角度，则将获得相当的结果。同样，应当注意的是虽然当行进越过各种地形时，摆动臂92提供拖尾轮96在地面表面上向下推的能力，倾斜的履带表面也可被提供给相对于底座4处于固定位置中的引导轮和拖尾轮94,96。为了提供倾斜的履带，拖尾轮的直径可大于引导轮。替代地，或附加地，拖尾轮的中心轴线将位于比引导轮的中心更低的水平面中。

与简单的轮子相比除了提高了倾斜的履带98的爬升能力外，牵引单元20由于它的单个拖尾轮96而保持小的接触区域130，因为它没有遭受履带98的显著部分接触地面表面的情况下将经历的打滑的程度，这提供了操作益处。

进一步的牵引力增大由拖尾轮96的外部唇部96b提供，该拖尾轮96的外部唇部96b向外径向延伸得比轮子96的内侧上的唇部96a更远。如图6清晰地所示，外部唇部96b延伸到几乎与履带98的外表面的半径相同，且它的边缘被提供有带齿的或锯齿状的构造。这样的益处在于，在机器人行进越过如小地毯或毛毯这样的柔软表面的情况下，履带98将趋于沉入地毯的绒毛中，由此外部唇部96b的锯齿状的边缘将接合地毯且将为机器人提供提高的牵引力。然而，在硬表面上，仅仅履带98将接触地面表面，这将有利于机器人的操纵能力。

更加有益的是该履带配置提供了大得多的单轮的爬升能力，但没有大的尺寸，这允许刷棒被定位为非常接近于机器人的横向轴线，这对于提供全宽度清洁是重要的。如这个实施例中所示，拖尾轮96的旋转轴线与机器人的横向轴线大致对准，这样有利于操纵。清洁头能够被定位为非常接近牵引单元20，且在这个实施例中，清洁头的轴线与机器人的横向轴线间隔大约48mm，虽然可以设想高到60mm的间隔将是可接受的以便最小化清洁头从主体的外部壳层突出的量。

在一个替代实施例中(未显示)，外部唇部96b的深度和厚度被增加以致唇部96b的表面位于与围绕拖尾轮96的履带98的外表面肩并肩，实际上提供了履带98的表面的横向延长。这在硬地面上也增加了接触区域130的面积，这在一些情况下可能是期望的。在这个实施例中，应当理解爬升能力也在没有沿履带98的纵向方向增加接触区域的情况下通过倾斜履带表面保持。

之前已经说过，机器人2的牵引单元20提供了改善的性能，用于越过长绒毛小地毯和毛毯，也用于越过障碍物，比如位于地面上的电线还有在地面表面之间的小台阶。然而，‘履带车辆’类型的驱动单元可在轮子和带之间的咬合处中易于受到碎屑的侵入。为了防止这个，摆动臂92还包括凸起的块状部分132，该块状部分132从摆动臂92在引导轮和拖尾轮94,96的相对部分和履带98的内表面限定的空间中向外延伸。碎屑防护块132的侧表面132a，132b，132c，132d成形以坐落为紧靠轮子94,96和带98的相邻表面，同时块132的外侧表面134与轮子94,96的外侧面几乎成一直线地结束。因此，该块132成形为容纳在轮子94,96之间的大致所有体积，且所以阻止碎屑(如沙砾或小石子)损坏驱动装置。尽管该块132可以是实心的，在这个实施例中，该块132包括开口136，该开口136减少了弹簧臂92的重量且还减少了成本。虽然块132优选与摆动臂92是一体的，它也可以是独立部件，其被适当地固定到摆动臂，例如通过夹子，螺丝，或粘合剂。可选择地，该块可带有板状构件，该板状构件成形为相似于由带限定的界限。这将进一步减少污垢侵入驱动装置的可能性。

现在参考图10,11和12，这些示出了本体6是如何被附接到底座4，以使得在彼此之间能够相对滑动，和机器人2如何使用该相对动差来收集关于在它的路径中的与物体撞击的信息。

为了使得在底座4和本体6之间能够相对滑动，前部和后部接合装置将底座4和本体6固定在一起以便它们不能沿垂直方向分离，也就是说，沿垂直于机器人2的纵向轴线L的方向，但是允许相对于彼此小量地滑动。

首先转到主体的前部部分，如图11所示，前部接合装置包括居中定位的细长的槽状开口140，该开口140状如卵形，跑道/体育场或侧面截断的圆形，被限定在本体6的前部部分中，特别是平台48的中心位置中。活塞销142形式的可滑动的枢转构件被接收穿过该开口且包括套筒区段142a和上部凸缘142b，该套筒区段142a在开口140下方延伸一小段。

接合装置还包括在底座4的前部部分上的带壁的凹处144形式的互补结构，该互补结构也是跑道/体育场形以对应于平台48中的开口140的形状。该本体6可安装到底座4上以便本体6的平台48上的开口140覆在底座4中的凹处144上。于是该活塞销142通过适当的机械紧固件(如螺丝)被固定到凹处144的底面；该活塞销142在图10中的凹处144的它的位置中以虚线示出。因此本体6被连接到底座4中，而不能垂直分离。然而，由于活塞销142不可动地固定到底座4同时保持在开口140中可滑动，本体6可相对于活塞销142滑动且由于它的圆形形状可绕活塞销有角度地枢转。

底座4的前部部分还包括两个通道145，凹处144的每一侧定位有一个，其用作用于设置在本体6下侧(更具体地说，在平台48上开口140的每一侧)的相应滚子147的支撑表面。滚子147提供了用于底座4上的本体6的支撑且促进在两个部分之间平稳地滑动，且在图10中以虚线形式示出。

后部接合装置限制了本体6的后部部分150相对于底座4的运动。根据图11和图12之间的比较，可以看出在清洁头24后面的底座4的后部部分146包括撞击检测装置148，该撞击检测装置148也用作固定安装件，本体6的后部部分150通过该装置连接到底座4。

撞击检测装置的每侧包括本体支撑装置；两个本体支撑装置是相同的，所以为了简洁仅一个将被详细地描述。该本体支撑装置包括套筒状管状支撑构件152，该支撑构件152位于限定在底座154中的碟形凹处154中。在这个实施例中，碟形凹处154设置在板状构件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，凹处154可同样为底座4的一体部分。

弹簧156在它的下端被连接到底座154且延伸穿过套筒构件152，其中，弹簧的端部终止于孔眼158。该套筒152和弹簧156与在本体6的下侧上的互补的插口160接合，该插口160包括凸起壁160a，当本体6被安装到底座4上时，套筒152的上部端部位于凸起壁160a上。当以这种方法安装时，弹簧156延伸入插口160中的中心开口162中，且孔眼158被固定到在本体6内的固定销。要注意的是固定销在图中未显示，但是可以为弹簧可连接的任何销或适合的固定点。

由于支撑套筒构件152被可运动地安装在底座4和本体6之间，该套筒构件152可沿任何方向倾斜，这使本体6能沿机器人的纵向轴线‘L’线性地‘摇动’，但也使本体6的后部部分能有角度地摆动，由于受制于现在将进一步描述的后部接合装置而可绕活塞销142枢转大约10度。在这个实施例中，弹簧156提供了自居中力到支撑套筒构件152，这促使套筒构件152进入直立位置，这个行为也提供了用于撞击检测系统的复位力。在替代实施例中(未显示)，支撑套筒构件152可为实心的，且‘复位’本体相对于底座的位置的力将由替代偏置机构提供。

虽然套筒构件152允许本体6‘骑’在底座4上并具有一定量的横向运动，它们没有将本体6的后部部分150固定连接到底座4来抵抗垂直分离。为此，撞击检测装置148包括第一和第二引导构件，该引导构件为被设置在本体6上的柱或棒160,162的形式，其接合被提供在底座4上的相应的销164,166。如图12中所示，该销164,166延伸穿过限定在板状构件155中的相应的窗口168,170，且通过相应的垫圈172,174保持在该处。为了将本体6的后部部分150安装到底座4的后部部分146上，引导构件160,162被推动配合到插销164,166上直到它们接触相应的垫圈172,174。因此，本体6的后部部分150的运动被约束为符合窗口168,170的形状从而窗口用作导轨。在这个实施例中，窗口168,170是大致三角形的形状，所以这将允许本体6相对于活塞销142线性滑动以及在由窗口167,170设定的行程界限内绕它有角度地摆动。然而，应当注意的是本体6被允许的运动可通过窗口168,170的适当地重新成形而改变。

撞击检测装置148还包括开关装置180，该开关装置180用于检测本体6相对于底座4的运动。该开关装置180包括被设置在本体6的后部部分150下侧上的第一和第二微型快动开关180a，180b(也俗称‘微动开关’)，当本体6被安装到底座4上时，该两个开关180a，180b位于被设置在底座4的后部部分146的中心部分中的促动器182的每一侧。在这个实施例中，促动器182采取楔形的形式，其具有用于激活开关180a，180b的成角度的引导边缘。虽然未显示在图中，开关180a，180b被连接到机器人的控制装置。开关180a，180b相对于楔形促动器182的位置显示在图12中；要注意的是开关180a，180b显示为虚线。可见，开关180a，180b被定位为使得它们的活动臂183被定位为与楔形促动器182的成角度的前部边缘的每一侧直接相邻。

当机器人绕房子操纵进行清洁任务时，开关180a，180b在机器人2碰到障碍物的情况下被激活。这样的撞击检测设备用于自主真空吸尘器是令人满意的，因为这样的机器人的传感和映射系统可能是不可靠的，且有时障碍物没有被及时检测到。其他机器人真空吸尘器以‘随机弹跳’方法运行，其中用于检测碰撞的装置是必要的。因此，撞击检测设备被需要用于检测碰撞以便机器人可采取回避动作。例如控制装置可决定简单地后退机器人，然后沿不同方向继续向前运动或替代地停止向前运动，转动90°或180°然后再一次继续向前运动。

现在将参考图13a，13b，13c和13d对开关180a，180b的激活进行描述，图中示出了底座4，本体6和撞击检测装置在不同撞击情况下的示意图。在下列图中，与先前各图中的相同的部件被标有相同的参考标号。

图13a示出了在未碰撞位置中本体6，底座4，活塞销142，本体枢转开口140，开关180a，180b和楔形促动器182的相对位置。可见，开关180a，180b都没有被激活，如标号‘X’所示。

图13b示出了机器人2在‘正前方’位置碰撞到障碍物，如箭头C所指示。本体6被导致向后线性(也就是沿它的纵向轴线L)运动，因此，两个开关180a，180b相对于楔形促动器182向后运动从而大致同时触发开关180a，180b，如勾号所示。

替代地，如果机器人2与在它的右手边的障碍物碰撞，如图13c中箭头C所示，本体6将被导致绕活塞销142向左摆动，在这些情况下，开关180a，180b将相对于促动器182向左运动，结果右手侧开关180b在左手侧开关180a激活之前被激活，如用于开关180b的勾号所示。

相反地，如果机器人2与在它的左手边的障碍物碰撞，如图13d中箭头C所指示的，本体6将被导致向右摆动，在这种情况下，开关180a，180b将相对于促动器182向右运动，因此左手侧开关180a在右手侧开关180b之前被触发，如用于开关180a的勾号所示。

虽然在图13c和图13d中示出的倾斜角碰撞中仅仅开关180a，180b中的一个示出为被激活的，应当理解这样的撞击也可激活开关的另一个，虽然是在第一个被激活的开关之后。

由于开关180a，180b被连接到机器人的控制装置，该控制装置可通过监测开关180a，180b的触发和在开关的触发事件之间的相对时间来辨别撞击的方向。

由于机器人2通过感测在本体6和底座4之间相对线性和角度运动能够检测碰撞，本发明避免了安装对于已知机器人真空吸尘器而言常见的撞击外壳(bumpshell)到机器人的前部的需要。撞击外壳可为易碎的和庞大的，所以本发明增加了机器人的坚固性，而且使尺寸和复杂性的降低变得可能。

出于完备性，图14示意性地示出了机器人的控制装置以及它与上述部件的连接。控制装置为控制器200的形式，其包括适当的控制电路和处理功能，以处理接收自它的各种传感器的信号且以适当的方式驱动机器人2。该控制器200被连接到机器人2的传感器组82，机器人2通过该装置收集关于它的即时环境的信息，以便映射出它的环境且计划用于清洁的最佳路线。存储器模块201被提供用于控制器以执行它的处理功能，应理解存储器模块201可以替代地集成到控制器200中而不是这里所示的单独部件。

该控制器200还具有来自用户接口204，撞击检测装置206和适当的旋转传感装置208(比如被设置在牵引单元20上的旋转编码器)的适当的输入。电力和控制输入被从控制器200提供到牵引单元20且也到抽吸马达210和刷棒马达212。

最后，电力输入被从电池组214提供到控制器200且充电器接口216被提供，通过该接口，当电池电源电压下降到合适的阈值之下时，控制器200可执行对电池组214的充电。

许多变式是可能的，而不会背离本发明的构思。例如，虽然牵引单元20被描述具有连续的橡胶化的皮带或履带，本发明也可由这样的履带完成，该履带包括链接到到一起以形成链条的大量不连续的履带或胎面区段。

在上述实施例中，本体6被描述为能关于底座线性运动以及有角度地运动。然而，应理解，这是为了使得碰撞可从宽范围的角度中检测出，本发明也存在于这样的撞击检测系统，其中本体相对于底座线性地或有角度地运动而不是这样的运动的组合。

传感装置被描述为包括快动开关，该快动开关被布置在楔形促动器的每一侧，且这样的配置能够便利地使开关在本体线性(两个开关同时被激活)或有角度地(一个开关在另一个之前被激活)运动时被激活。然而，技术人员将认识到其它开关机构是可能的，例如无触点开关，如光闸开关或磁性的/霍尔效应开关。

Claims (16)

1.一种自主地面清洁器具，该器具包括底座，该底座具有驱动装置和控制系统，该控制系统操作地连接到驱动装置以便能够控制器具穿过要被处理的表面，其中，驱动装置包括至少一个牵引单元，这个或每个牵引单元包括被约束为绕引导轮和拖尾轮的表面接合履带，以便限定与地面表面相对且在引导轮和拖尾轮之间延伸的履带部分，该引导轮和拖尾轮被布置以便该履带部分限定倾斜的爬升表面。

2.如权利要求1所述的器具，其中牵引单元包括单个拖尾轮。

3.如权利要求1或2所述的器具，其中，拖尾轮的直径大于引导轮的直径。

4.如权利要求1或2所述的器具，其中，驱动装置包括马达，该马达响应来自控制系统的指令驱动引导轮。

5.如权利要求4所述的器具，其中，马达是直流无刷电动马达。

6.如权利要求4所述的器具，其中，这个或每个牵引单元还包括传动单元，该传动单元在马达和引导轮之间延伸。

7.如权利要求1或2所述的器具，其中，拖尾轮被安装到联接构件的第一端部，其中，该联接构件的第二端部可绕引导轮的轴线枢转。

8.如权利要求7所述的器具，其中，联接构件包括防护构件，该防护构件至少部分地填充由引导轮，拖尾轮和履带界定的体积。

9.如权利要求6所述的器具，其中，拖尾轮被安装到联接构件的第一端部，其中，该联接构件的第二端部可绕引导轮的轴线枢转，且联接构件被可绕引导轮轴线枢转地安装到传动单元，且其中，传动单元被安装到底座。

10.如权利要求9所述的器具，其中，偏置装置被提供在传动单元和联接构件之间以便促使拖尾轮接触要处理的表面。

11.如权利要求1或2所述的器具，其中，拖尾轮包括履带接合表面和边沿部分，该边沿部分与履带接合表面相邻且具有比履带接合表面更大的直径。

12.如权利要求11所述的器具，其中，边沿部分延伸到与履带的外表面相同的径向位置。

13.如权利要求11所述的器具，其中，边沿部分具有锯齿状轮廓。

14.如权利要求1或2所述的器具，还包括空气流产生器和分离装置，该空气流产生器用于在脏空气进口和清洁空气出口之间产生空气流动，该分离装置被布置在脏空气进口和清洁空气出口之间的空气流路径中以便从空气流中分离脏物。

15.如权利要求1或2所述的器具，其中，底座包括支撑装置，该支撑装置将底座以大致平行取向支撑在地面表面上。

16.如权利要求15所述的器具，其中，支撑装置包括轮子，滚子或滑道。