CN103068291A - 用于清洁装置的驱动系统以及清洁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动自动清洁装置的驱动系统(1)，包括：支承单元(7，10)；固定在所述支承单元(7，10)上的驱动马达(2)；驱动轴(4)，其可旋转地设置在所述支承单元(7，10)上并且能够通过所述驱动马达(2)被驱动；推进装置(15)，其设置在所述驱动轴(4)上并且能够环绕所述驱动轴(4)旋转，其中所述推进装置(15)与所述驱动轴(4)耦合，以产生横向于所述驱动轴(4)的延伸部的推进运动，并且在阻碍推进运动时使所述推进装置(15)相对于所述支承单元旋转。

Description

用于清洁装置的驱动系统以及清洁装置
技术领域
本发明涉及用于自动清洁装置的驱动系统以及清洁装置，其中通过擦抹清洁装置所经过的表面而使得该表面得到清洁。
背景技术
用于地面清洁的清洁装置是众所周知的。其通常具有带有例如刷头的旋转滚轮，其除了以清洁装置通过滚动在地面上移动之外，还以清洁头擦抹地面。这样的清洁装置经常被手动移动。随着电池技术的改进，越来越有可能制造出自动化的清洁装置，其以随机的移动经过地面并使得地面得到清洁。
在自动清洁装置中，其通常直线地经过地面区域，直至它撞到障碍物。随后在该障碍物处改变方向，这种方向改变通常是随机的，并且沿改变的方向进一步移动该清洁装置。
例如从文献US4173809已知一种电池驱动的吸尘器，其驱动单元具有能够在任意方向上旋转的球，其可以任意改变其移动方向。
此外，从文献US6571415B2已知一种具有自身驱动的地面清洁装置，其中驱动单元包括空心球，其基本上自由移动地设置在框架中。在该空心球内设有一个没有位于重心的马达，通过该马达以随机移动的方式移动该空心球。由此以随机移动的方式在地面上移动该清洁装置，从而清洁地面。
用于清洁装置的上述驱动单元由于驱动元件为球形，仅具有一个或少数与地面的接触点，因而驱动能量转换成清洁装置的向前移动受到限制。这尤其是在下述情况下是不利的：当用于清洁的清洁装置具有清洁布或清洁刷时，清洁布或清洁刷应当与待清洁的地面具有平面接触，因而需要大的驱动力，以使该清洁装置移动。
另外，希望除了用于在地面上移动清洁装置的驱动力之外还产生附加的移动，例如使在地面上擦抹的清洁元件进行旋转运动，以改善清洁效果。
因此，本发明的任务在于，提供一种用于清洁装置的驱动系统，以及一种清洁装置，其中可以将足够的驱动力传递到地面，以便移动用于对脏的地面进行清洁的清洁元件。此外，本发明的任务还在于，实现清洁元件除推进以外的附加移动，以改善清洁效果。
发明内容
该任务通过权利要求1所述的用于清洁装置的驱动系统、以及通过并列权利要求所述的清洁装置来解决。
在从属权利要求中给出了其他有利的实施方式。
根据第一个方面，提供了用于驱动自动清洁装置的驱动系统。该驱动系统包括：
-支承单元；
-固定在所述支承单元上的驱动马达；
-驱动轴，其可旋转地设置在所述支承单元上并且能够通过所述驱动马达被驱动；
-推进装置，其设置在所述驱动轴上并且能够环绕所述驱动轴旋转，其中所述推进装置与所述驱动轴耦合，以产生横向于所述驱动轴的延伸部的推进运动，并且在阻碍推进运动时使所述推进装置相对于所述支承单元旋转。
上述驱动系统的构思在于设置驱动马达，该驱动马达被设置在支承单元上，所述支承单元可相对于推进装置环绕驱动轴旋转。所述驱动马达与驱动轴耦合，以对其进行驱动。此外，所述驱动轴还例如经由传动机构与一个或多个驱动滚轮相连，所述驱动滚轮的主动轴垂直于所述驱动轴延伸并产生推进运动，其中所述主动轴随所述驱动轴移动。
当支承单元的旋转反作用于阻力时，如通常该支承单元支承例如清洁元件的情况那样，该清洁元件贴靠在待清洁的地面上并继而产生摩擦接触，则通过该驱动系统产生推进运动。其中，由此例如一个或多个驱动滚轮被驱动并继而以直线运动方式在地面上移动所述清洁装置。由于所述推进装置也通过清洁元件贴靠在地面上反作用于摩擦阻力，因而与驱动轴耦合的支承单元环绕驱动轴旋转，并且使得清洁元件在待清洁的地面上以旋转运动的方式移动。
如果在地面上的直线运动被阻挡或阻碍，则导致推进装置相对于支承单元旋转，从而改变继续推进移动的方向，并且通过驱动系统驱动的清洁装置沿另一随机方向继续移动。
这种用于清洁装置的驱动系统的使用与现有技术已知的驱动系统相比，基于清洁元件与地面的更高的可靠摩擦实现了明显更高的清洁效果。此外，绕开障碍物的导航明显更为灵活，由此总体上在特定时间期间内擦抹的清洁面变大。通过耦合的驱动系统——其中旋转和推进移动通过驱动系统相互耦合——使得清洁装置也能更紧地在障碍物和边缘处擦抹、并且沿着它们更长地行进。这改善了在地面恰好属于其关键区域处的清洁。
此外，所述支承单元可以支承着环绕所述推进装置的保持元件，在所述保持元件上可设置清洁元件、尤其是清洁布和/或清洁刷。
所述支承单元可以被构造为当所述推进装置产生推进运动时环绕所述推进装置旋转所述清洁元件。
特别地，所述推进装置可以如此与所述驱动轴耦合，使得在阻碍推进运动时超过阈值范围地开始所述推进装置的旋转。
所述驱动轴可以与缓冲元件耦合，其中所述缓冲元件具有阻尼构造，以便将由所述驱动马达提供的驱动能量的预定分配调节到所述支承单元的旋转运动和推进运动上。
可以设想，所述推进装置具有至少一个驱动滚轮，其设置在与所述驱动轴耦合的主动轴上，其中所述主动轴横向于所述驱动轴延伸，并且经由传动机构与其耦合。
此外，所述推进装置可以包括至少一个辅助滚轮，该辅助滚轮在侧面与所述主动轴交叉地安置在底部，其中所述辅助滚轮的旋转轴基本上平行于所述主动轴延伸。由此实现了更稳定的直线路径，并且对于旋转提高了推进装置的摩擦，因而，辅助滚轮的设置提供了在将驱动能量分配到支承单元的推进运动和旋转运动方面调节驱动系统的可能。
根据另一个方面，提供了具有上述驱动系统的清洁装置。所述驱动系统由壳体环绕，所述壳体尤其是沿所述驱动轴的方向有弹性地与所述驱动系统相连。该弹性装置避免了在从上向壳体施加负荷时负荷直接作用于推进装置。确切地说，实现了通过壳体将力吸收，尤其是当壳体在弹性行程被充分利用之前置于地面上时。
此外，所述壳体可以具有相对于和所述推进装置的推进运动平面平行的一个平面呈非圆形的形状。由此可以可靠地确保，当清洁装置运动到障碍物时阻碍壳体的旋转，使得推进装置的旋转立即开始。
所述支承单元可以设置有保持元件、尤其是保持垫圈，所述保持垫圈与所述推进装置的推进运动平面平行地设置。
所述保持元件可以设置有用于固定所述清洁元件、尤其是用于与所述清洁元件形成搭扣连接的装置。
此外，所述保持元件可以由增重元件环绕，以将所设置的清洁元件压到地面上。
根据一种实施方式，所述支承单元可以被构造为能够环绕所述壳体旋转。
此外，所述清洁装置可以设置有用于控制所述驱动马达的旋转方向的控制单元。所述控制单元可以被构造为在时间上受控地或者通过手动操作切换所述驱动马达。由此，一方面可以实现在复杂空间中更好的清洁覆盖，另一方面可以实现从狭窄区域更好地解脱或更好地避开障碍物。
根据一种实施方式，所述控制单元可以被构造为在确定所述推进装置的直线运动和旋转运动被完全阻塞时切换所述驱动马达的旋转方向。通过这种方式可以更好地解决阻滞情况。
附图说明
下面根据附图对优选的实施方式作进一步的详细阐明。如图所示：
图1示出了用于清洁装置的驱动系统的示意图；
图2示出了用于擦拭地面的清洁装置的一个实施方式的横截面图；以及
图3示出了图2所示清洁装置的下侧的透视图。
具体实施方式
图1示出了用于驱动清洁装置的驱动系统1的示意图。驱动系统1包括驱动单元2，其例如被构造为电动马达。通过一个蓄能器6为电动马达2供给电能，以对驱动马达2进行驱动。
驱动马达2经由传动机构与驱动轴4耦合，以对其进行驱动。当应用在清洁装置中时，驱动轴4基本上垂直于清洁装置的待清洁的地面安放。特别地，电动马达2还可以包括从动轴，其带有小齿轮3，经由该小齿轮对驱动轴4进行驱动。为了将驱动力矩接收到驱动轴4上，驱动轴4可以设置有与小齿轮3相啮合的齿轮5。
此外，驱动系统具有底部7，在该底部例如通过固定件8固定电动马达2和蓄能器6。此外，底部7用于将驱动轴4安放在基本上垂直的位置，从而使驱动轴4相对于底部7可旋转移动地设置。驱动轴4的安放优选在两个相互间隔的安放点处实现。
底部7固定地与作为支承单元的保持垫圈10相连，该保持垫圈当被应用在清洁装置中时靠近地面、并基本上与地面平行地设置。保持垫圈10用于接纳作为清洁元件的清洁布、清洁刷及类似物。清洁元件优选地能够以可松脱的方式与保持垫圈10相连——例如通过搭扣连接——因而是可更换的。为了在使用清洁布时确保清洁布在最大可能的面积上与地面接触，可以在保持垫圈10的外周设有一个灵活的增重元件11，其基本上环形地环绕保持垫圈10。
可固定在保持垫圈10上的清洁布优选同样是环形的，并且其外直径可等于或大于所述增重元件的外直径，其内直径基本上相当于保持垫圈10的内直径。这样，在竖立在地面上的状态下，清洁布平面位于地面上，在其内边缘处通过保持垫圈10、且向外通过增重元件11被压到地面上。
具有两个驱动滚轮16的推进装置15位于由保持垫圈10所环绕的内部区域中，这两个驱动滚轮刚性地通过主动轴17相互连接。驱动滚轮16优选被构造为圆筒形，并且由例如橡胶的材料制造，该材料与常见的待清洁的地面之间具有高的摩擦系数。此外，所述驱动滚轮可以设有横向于圆周方向延伸的凹口，以进一步提高摩擦力。主动轴17通过轴架18保持在水平位置或者基本上垂直于驱动轴4。为此，轴架18设置在驱动轴4上，使得驱动轴可以独立于轴架旋转，然而轴架18将轴17固定在与驱动轴4成直角的构造中。
在驱动轴4朝向推进装置15的一端设有齿轮圈19，其与固定设置在主动轴17上的齿轮20相啮合。通过这种方式，驱动轴4的旋转可以被转换成主动轴17的旋转。因此，驱动轴4的旋转导致主动轴17的旋转，进而导致通过驱动滚轮16的推进。
通过上述驱动系统1，由电动马达2提供的、通过驱动轴4传递的驱动能量一方面被分配到通过驱动滚轮16的推进运动，另一方面被分配到底部7在地面上的旋转运动，驱动系统通过驱动滚轮16贴靠在地面上。通过这种方式，使得置在保持垫圈10上的清洁元件可以环绕推进装置15旋转。
在协调的状态下——其中例如清洁元件为清洁布，其应当清洁平滑的表面，例如木地板、薄板、瓷砖或者石板或类似物——上述驱动系统的使用导致通过驱动滚轮16的旋转产生推进运动，并同时导致保持垫圈10环绕推进装置15的旋转，使得与其相连的清洁布环绕从动轴4旋转。
如果通过该驱动系统1驱动的清洁装置撞到障碍物上，则首先阻挡或阻碍底部7随保持垫圈10的旋转，并且先前通过驱动轴4传递到保持垫圈10上的驱动能量被完全传递到推进装置15。如果在该处与地面之间优选具有高的摩擦系数的驱动滚轮16的旋转由于该障碍物同样被阻碍，那么在驱动轴4上相对于在地面上驱动轴17的摩擦的驱动能量被转化成推进装置15环绕从动轴4的旋转运动。对于推进装置15的旋转运动所需要的力是很大的，因为在旋转运动时驱动滚轮16中的至少一个要克服地面的摩擦被移动，因此优选只有在底部7的推进运动和随位于其上的保持垫圈10的旋转运动被阻碍的情况下才会发生推进装置15的旋转。
推进装置15的旋转运动要持续像推进运动的阻碍持续的那么长的时间。一旦清洁装置的阻碍基于推进方向改变而终止、且推进装置15的驱动滚轮16再次产生驱动系统1的推进，则推进装置15的旋转停止。换句话说，推进装置15的旋转持续直到驱动能量中的一部分被引导到底部7和固定在其上的清洁元件的旋转运动和/或通过驱动滚轮16的推进运动。一旦驱动能量中的特定最小分量又转换为推进运动或者用于清洁元件的旋转，那么驱动能量不再足以推进装置15在地面上的旋转，并且推进装置15在地面上的旋转由于驱动滚轮16的高摩擦系数而停止。随后驱动系统1基本上直线地沿一个新的方向移动清洁装置，这个新的方向通过推进装置15的调整在持续推进装置15旋转的时刻被确定。
在图2中示出了具有驱动系统1的清洁装置沿垂直设置的驱动轴4的横截面。在一个环绕驱动单元1的壳体25中可识别出驱动单元1的构造。
壳体25基本上弹性地与驱动单元1相连，从而使压力导入到壳体25的外部以便将壳体25置于地面上，而不会使压力经由驱动单元1直接施加到驱动滚轮16上。由此可以针对对壳体25的影响对驱动单元1进行保护。壳体25为此经由至少一个弹簧26与驱动系统1相连。
此外，壳体25如此与底部7耦合，使得底部7的旋转在地面上相应地同样由壳体25实现，亦即壳体被驱动系统1的底部7夹住。壳体25如同在对清洁装置24的下侧的透视俯视图中所示出的一样具有非圆形的形状，从而在碰到障碍物时阻挡壳体25以及与之相连的底部7的旋转移动，并且最大可能地避免了壳体25的外边缘在阻碍物体上发生摩擦。随后，壳体25旋转移动的立刻阻碍导致两个驱动滚轮16之间的主动轴17的旋转，使得清洁装置24因此改变方向，直至其撞到下一个障碍物。
图3的图示示出了具有保持垫圈10的清洁装置24的下侧，在保持垫圈上设置有如清洁布或类似物的清洁元件。这种设置例如可以通过搭扣连接实现，其中在所示的实施例中在该保持垫圈10上部分地设有搭扣件27。
在图3中示出的清洁装置24的推进装置15还可以具有一个或多个辅助轮28，其沿垂直于主动轴17的方向与驱动滚轮16相间隔地设置，并且具有与驱动滚轮16平行的旋转轴线。辅助轮28基本上如此相对于驱动滚轮16设置，使得其支承面设置在大致与驱动滚轮16的支承面相同的平面中。
辅助轮28用于改善驱动滚轮16的直线路径并提高推进装置15克服旋转的阻力，从而使旋转能量的更大部分被传递到底部7或者说壳体26。在推进装置15旋转时，所述一个或多个辅助轮28横向于其行进方向在地面上移动。然而，也可以通过弹簧作用将辅助轮28压到地面上，其中弹力是可调节的，以便在碰到障碍物时调节清洁装置24的性能。
备选地或者附加地，推进装置的可旋转性也可以通过选择驱动滚轮16的材料和/或通过选择驱动滚轮16的支承面的大小进行调节，这些驱动滚轮确定了在地面上驱动滚轮16的摩擦。因此，可以相对于旋转移动确定推进装置的阻力。
根据另一实施方式，可以在推进装置15与底部7之间设置缓冲元件，以影响转化成底部7的旋转运动的驱动能量部分。缓冲元件29可以相对于推进装置15至底部7的相对角可变，从而可以调节推进装置15相对于壳体25的优先方向以及底部的旋转的转数。
在一替代实施方式中，壳体25被构造为可环绕驱动系统1的底部旋转。在这种情况下，清洁元件在清洁装置的移动期间不被旋转。
此外，清洁装置24可以设置有用于控制驱动马达2的旋转方向的控制单元。该控制单元被构造为在时间上受控地或者通过手动操作切换所述驱动马达2。由此一方面可以实现在复杂空间中更好的清洁覆盖，另一方面可以实现从狭窄部分更好地解脱或者更好地避开障碍物。
此外，在确定推进装置15的直线运动和旋转运动被完全阻碍时，可以切换驱动马达2的旋转方向，以解决阻滞情况。例如可通过监控马达电流或者通过适当的运动传感器检测出直线运动和旋转运动被完全阻碍。

Claims (16)

1.一种用于驱动自动清洁装置的驱动系统(1)，包括：
-支承单元(7，10)；
-固定在所述支承单元(7，10)上的驱动马达(2)；
-驱动轴(4)，其可旋转地设置在所述支承单元(7，10)上并且能够通过所述驱动马达(2)被驱动；
-推进装置(15)，其设置在所述驱动轴(4)上并且能够环绕所述驱动轴(4)旋转，
其中所述推进装置(15)与所述驱动轴(4)耦合，以产生横向于所述驱动轴(4)的延伸部的推进运动，并且在阻碍推进运动时使所述推进装置(15)相对于所述支承单元旋转。
2.如权利要求1所述的驱动系统(1)，其中所述支承单元(7，10)支承着环绕所述推进装置(15)的保持元件(10)，在所述保持元件(10)上可设置有清洁元件、尤其是清洁布和/或清洁刷。
3.如权利要求1或2所述的驱动系统(1)，其中所述支承单元(7，10)被构造为当所述推进装置(15)产生推进运动时环绕所述推进装置(15)旋转所述清洁元件。
4.如权利要求1至3之一所述的驱动系统(1)，其中所述推进装置(15)如此与所述驱动轴(4)耦合，使得在阻碍推进运动时超过阈值范围地开始所述推进装置(15)的旋转。
5.如权利要求1至4之一所述的驱动系统(1)，其中所述驱动轴与缓冲元件耦合，其中所述缓冲元件具有阻尼构造，以便将由所述驱动马达(2)提供的驱动能量的预定分配调节到所述支承单元(7，10)的旋转运动以及推进运动上。
6.如权利要求1至5之一所述的驱动系统(1)，其中所述推进装置(15)具有至少一个驱动滚轮，其设置在与所述驱动轴(4)耦合的主动轴上，其中所述主动轴横向于所述驱动轴(4)延伸，并经由传动机构与所述驱动轴耦合。
7.如权利要求1至6之一所述的驱动系统(1)，其中所述推进装置(15)包括至少一个辅助滚轮(28)，该辅助滚轮在侧面与所述主动轴交叉地设置，其中所述辅助滚轮(28)的旋转轴基本上平行于所述主动轴延伸。
8.具有根据权利要求1至7之一所述的驱动系统(1)的清洁装置(24)。
9.如权利要求8所述的清洁装置(24)，其中所述驱动系统(1)由壳体(25)环绕，所述壳体尤其是沿所述驱动轴(4)的方向有弹性地与所述驱动系统(1)相连。
10.如权利要求8或9所述的清洁装置(24)，其中所述壳体(25)具有相对于和所述推进装置(15)的推进运动平面平行的一个平面呈非圆形的形状。
11.如权利要求8至10之一所述的清洁装置(24)，其中所述支承单元设置有保持元件(10)、尤其是保持垫圈，所述保持垫圈和所述推进装置(15)的推进运动平面平行地设置。
12.如权利要求11所述的清洁装置(24)，其中所述保持元件(10)设置有用于固定所述清洁元件、尤其是用于与所述清洁元件形成搭扣连接的装置。
13.如权利要求11或12所述的清洁装置(24)，其中所述保持元件由增重元件环绕，以便将所设置的清洁元件压到地面上。
14.如权利要求8至13之一所述的清洁装置(24)，其中所述支承单元(7，10)被构造为能够环绕所述壳体(25)旋转。
15.如权利要求8至14之一所述的清洁装置(24)，具有用于控制所述驱动马达(2)的旋转方向的控制单元，其中所述控制单元被构造为在时间上受控地或者通过手动操作切换所述驱动马达。
16.如权利要求8至15之一所述的清洁装置(24)，其中所述控制单元被构造为在确定所述推进装置的直线运动和旋转运动被完全阻塞时切换所述驱动马达(2)的旋转方向。
CN201180040227.3A 2010-09-13 2011-08-23 用于清洁装置的驱动系统以及清洁装置 Active CN103068291B (zh)

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