CN105326442B - 行走装置、尤其可自主行走的地面清洁设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行走装置(1)、尤其可自主行走的地面清洁设备，其具有机架(2)和多个轮子(3)，其中，至少一个轮子(3)能够被驱动，并且能够被驱动的轮子(3)与机架(2)通过支承该轮子(3)的且相对于所述机架(2)能够运动的悬挂件(5)相连接。为了提供一种备选的用于克服障碍物的行走装置(1)，在此建议，轮子(3)为了支承在地面(6)上处在施加弹力的弹簧(7)作用下，所述行走装置(1)能够在所述地面(6)上运行，并且轮子(3)借助所述悬挂件(5)能够相对于所述机架(2)移入或移出，其中，弹力与由于移入或移出所导致的弹力的增大或减小无关地能够被改变、尤其能够随着轮子(3)增大的移出而增大。

Description

行走装置、尤其可自主行走的地面清洁设备
技术领域
本发明涉及一种行走装置，其具有机架和多个轮子，其中，至少一个轮子能够被驱动，并且能够被驱动的轮子与机架通过支承该轮子的且相对于所述机架能够运动的悬挂件相连接。所述行走装置尤其可以是可自主行走的地面清洁设备。
背景技术
上述类型的行走装置是现有技术中已知的。这些例如是可自主行走的地面清洁设备、如吸尘机器人。为了例如能够完全地清洁空间必需的是，行走装置也可以克服障碍物。这个例如涉及攀爬到地毯上，地毯从其余地平面上凸起。尤其已知的是，行走装置为了克服这种障碍物装备特别装置。例如在现有技术中提供的行走装置，其具有一种提升装置，借此行走装置可被提升到相应的障碍物上。提升装置在出现碍物时被激活，尤其基于在行走装置的周围环境监测到障碍物而引起激活。
文献DE 202008017137 U1例如描述了这种可行走的清洁装置，其具有在清洁装置基板上安置的、具有两个摇臂组件的提升装置。摇臂组件的摇臂相互平行地延伸并通过驱动装置和传动装置被展开和折合一起。在无障碍地面上应用清洁装置时摇臂保持折叠，其中在摇臂上安置的轮子使地面清洁设备运行。一旦监视装置的传感器探知障碍物，则最靠近障碍物的摇臂被打开，以使摇臂放置在障碍物上并且可以使地面清洁设备被举起通过该门槛。一旦清洁装置克服了障碍物，则摇臂又被折合一起，因此清洁装置返回到用于平坦地面的原始状态中。
虽然这种类型的行走装置已经证明对于克服障碍物是有效的，但该提升装置是制造耗费的并因此也尤其是成本昂贵的。因此，这种问题同样存在于例如地面清洁设备的整个行走装置中。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种可选择的用于克服障碍物的行走装置，其以尽可能少的技术元件即可实现，并因此能够以较少的制造花费和成本制造。
所述技术问题按照本发明通过一种行走装置、尤其可自主行走的地面清洁设备解决，所述行走装置具有机架和多个轮子，其中，至少一个轮子能够被驱动，并且能够被驱动的轮子通过支承该轮子的且相对于所述机架能够运动的悬挂件与机架相连接，在此规定，轮子为了支承在地面上处在施加弹力的弹簧的作用下，所述行走装置能够在所述地面上运行，并且轮子借助所述悬挂件能够相对于所述机架移入或移出，其中，弹力与由于移入或移出所导致的弹力的增大或减小无关地能够被改变、尤其能够随着轮子增大的移出而增大。
通过上述设计方案，行走装置完全不用昂贵的、单独的提升装置就可以实现。此外行走装置的轮子还保持它相对机架的往常位置。因此省去了耗费的改装。
障碍物的克服基本上通过与视情况而定的、轮子在地面上挤压力的增高而实现。按照本发明的具有在轮子上施加可变弹力的弹簧的机构是特别简单和成本低廉的。
只要行走装置、也就是例如地面清洁设备行驶在平坦无障碍物的表面上，则弹簧被张紧并且由装置重量产生的、轮子在表面上的挤压力是足够高的。如果行走装置此时例如碰到较厚的地毯时，则重量通过这个附加的支承点就分配到多个支承点上，同时导致与之关联的轮子的卸载，因此弹簧导致悬挂件的偏转并进而实现轮子从机架中的移出，所以行走装置使它往常的至地面的间距增大。因此行走装置可以继续移动到障碍物上；但是此时弹簧的按照其弹簧特性由于悬挂件的偏转而卸荷的力被减小，因此在障碍物上的支承面继续扩大情况下轮子的挤压力不再以所需的量值提供。
因为实践中已经示出，这个减小的挤压力和因此伴随产生的地面附着，对于可靠地克服障碍物来说是过小的，因此弹力此时起与悬挂件的偏转位置无关地被改变，因此挤压力的提高被实现，从而轮子具有足够的地面附着并能可靠地克服障碍物。
对于上述功能方式，即行走装置基本保持水平，备选的是，行走装置由于驶到障碍物上的突然变化也可以倾斜。在此悬挂件偏转。处于弹力作用下的轮子因此相对机架移出并且在机架和地面之间的间距增大。在此，弹簧被卸荷，使得轮子的挤压力通常被降低。接着弹力与因轮子移出所导致的弹力下降无关地被改变，也就是说也与行走装置的倾斜程度或悬挂件的偏转位置无关地改变。
在此规定，弹簧的弹力可独立地改变。因此提供一种行走装置，其既可以完全自动地驶过平坦的地面，而且也能克服障碍物，同时行走装置的使用者不必施以辅助，因为行走装置例如已停在障碍物面前或者持续绕过障碍物，但该障碍物为了完全清洁同样应被驶过。
优选的是，根据由传感器测取的、与移入或移出量相对应的间距、尤其机架和地面之间的间距能够调节弹力。在此，传感器探测间距，该间距对应轮子相对机架的移入或移出的程度。例如可以是机架和地面之间的间距或者也可以是机架和轮子转动轴线之间的间距。在本发明的意义下可以想到另外的示出轮子移入或移出的程度的间距。
备选或附加地可以规定，行走装置具有障碍物识别装置，其启动弹力的改变。在此，弹力可以在识别出障碍物情况下可被适配，此时行走装置还未处于和障碍物接触。当已在事先采取了必要的用于克服障碍物的措施，则可以防止，行走装置完全撞到障碍物上并然后才被调节必需的弹力。这有利地节省了时间。只要障碍物识别装置(其例如可以具有声学的、光学的或电容式传感器)测取到障碍物，则弹力有利地被自动地提高，从而提供了轮子在地面上的必要的挤压力，以便可靠地克服障碍物。
在本发明的意义下，弹力可以以不同的类型和方式改变。例如弹簧可以是气压弹簧，因此弹力可以特别简单地通过气压改变。备选地，弹簧还例如可以被设计为由于弹性变形而起作用的弹性件。这种弹簧件例如是螺旋弹簧，其以偏移方式变形并因此弹力提高。这种弹簧构件是特别成本低廉和较少维护的。
此外可以规定，所述弹簧具有机架侧的连接点和轮子侧的连接点，其中，这些连接点的距离决定了弹力的量值。因此弹簧不仅与机架而且与轮子、特别是与支承轮子的悬挂件相连接。只要弹簧因此例如通过悬挂件的偏转运动被缩短并同时弹力被减小时，则弹力可以通过连接点之间的距离的改变又被升高。
在本发明的意义下，这些连接点的距离能够调节，以便改变弹力。在此，连接点的距离原则上既可以通过机架侧连接点的调节也可以通过轮子侧连接点的调节被改变，或者通过两者同时被改变。
按照本发明的优选实施方式，悬挂件是摇杆，其围绕转动轴线可转动地铰接在所述机架上，并且轮子与所述转动轴线相间隔地固定在摇杆上。在此，弹簧的轮子侧的连接点被有利地布置在摇杆上，因此弹力原则上通过摇杆的偏转就可被调节。作为悬挂件的摇杆因此一方面承担轮子移入和移出的功能，另一方面承担通过弹簧张紧和卸荷导致弹力变化的功能。
按照本发明，为了提供克服障碍物所必需的挤压力，或者机架侧的连接点、或者轮子侧的连接点相对于机架或悬挂件位移，其中，决定起作用的弹力量值的距离发生变化。
在本发明的意义下尤其规定，机架侧连接点或轮子侧连接点的位移借助齿轮传动装置实现。在此，齿轮传动装置具有例如在机架上安置的第一齿形件和与其处于作用连接的第二齿形件，第二齿形件同样可安置在机架上。在此，第一齿形件可以例如是齿轮，同时第二齿形件例如是线性齿形件，其相切地与第一齿形件、即齿轮处于作用连接。第一齿形件有利地通过电机被驱动，其在遇到障碍物情况下被激活。电机的运动有利地通过适合的探测装置被控制。
第一齿形件备选地也可以例如支承在悬挂件上。在这种情况下通过齿轮传动装置的操作不仅可以实现悬挂件围绕其转动轴线的偏转，还可以导致弹力的改变。
借助齿轮传动装置在机架侧连接点和轮子侧连接点之间的距离被再调整，并且调节了弹力，其适合于，使轮子在地面上的挤压力被如此提高，以便行走装置可以毫无问题地克服障碍物。
齿轮传动装置有利地与电气驱动装置相连接。电驱动装置可以例如是线性驱动装置、尤其伺服驱动装置。电驱动装置可以特别简单地与所述的齿轮机构相连接，其中第一齿形件被电机驱动。
最后，弹簧按照本发明也可以是长度可调节的弹性支柱，使得弹力也可以通过弹性支柱长度而变化、尤其类似于螺旋行走机构。
附图说明
下面借助实施例详细地阐述本发明。在附图中：
图1示出按照本发明的行走装置，
图2示出行走装置的第一实施方式的剖视图，
图3示出位于障碍物前面的根据第一实施方式的行走装置，
图4示出根据第一实施方式的按照图3的具有张紧的弹簧的行走装置，
图5示出根据第一实施方式的克服障碍物时的行走装置，
图6示出根据第一实施方式的进一步克服障碍物时的行走装置，
图7示出行走装置的第二实施方式的剖视图，
图8示出位于障碍物前面的根据第二实施方式的行走装置，
图9示出根据第二实施方式的按照图8的具有张紧的弹簧的行走装置，
图10示出根据第二实施方式的克服障碍物时的行走装置，
图11示出根据第二实施方式的进一步克服障碍物时的行走装置。
具体实施方式
图1示出按照本发明的行走装置1，在此为地面清洁设备的三维透视图。行走装置1具有机架2和两个安置在机架上的轮子3。行走装置1被壳体包围，所述壳体确定行走装置1的外观。轮子3分别与悬挂件5连接。在悬挂件5(准确地说：轮子侧的连接点11)和机架2(准确地说：机架侧的连接点10)之间安置有弹簧7。
图2至6涉及本发明第一实施方式，其在下面阐述。
图2示例性示出按照本发明的行走装置1的剖视图。该剖视图示出了连接着轮子3的机架2。轮子3围绕轮子轴线4可转动地与悬挂件5连接。悬挂件5围绕布置在机架2上的转动轴线13可转动，使得轮子3可相对机架2偏转。在机架侧的连接点10和轮子侧的连接点11之间张紧弹簧7，连接点11布置在悬挂件5的与轮子3对置的端部区域中。在机架2上，在机架侧的连接点10附近，布置例如具有第一齿形件、即齿轮15和第二齿形件、即线性齿形件16的齿轮传动装置14。齿轮传动装置14与驱动单元17连接。驱动单元17可以例如具有电机和电机控制器。电机控制器与传感器8连接，所述传感器8例如测量传感器8的预先确定的平面和地面6之间的间距9。在机架2和地面6之间的间距9是行走装置1的作用到轮子3上的重力和弹簧7的使轮子3从机架2向外偏转的力所导致的结果。
图3示出了和障碍物18处于接触的行走装置1。障碍物18可以例如是地毯，其相对位于其下方的地面6明显地突起。在运动方向上位于轮子3前面的机架2的部分区域已被移动到障碍物18上，然后轮子3驶向障碍物18的边缘。因此机架2的重量部分地被障碍物18承载，因此弹簧7可以将轮子3进一步从机架2中偏转出。但由于机架2支承在障碍物18上，所以轮子3在地面6上的压力同时减小。因此规定，传感器8此时探测相对障碍物18较小的间距9。评估装置(未示出)将所探测的间距9和先前探测的间距9作比较并在间距9当前减小时断定障碍物18的存在。传感器8可以例如是声学的(例如超声波传感器)，光学的或电容式传感器。但也可以想到，其他类型的传感器8。
如图4所描述的，弹簧7在探得到障碍物18情况下被张紧，因此弹力增大。为此，评估单元将关于存在障碍物18的信息继续发送到驱动单元17，该驱动单元也包含电机控制器。驱动单元17控制在机架2上安置的齿轮传动装置14的运动。在此齿轮15被转动。齿轮15的转动传输到线性齿形件16上，因此弹簧7的机架侧的连接点10被如此移动，使得弹簧7张紧并且弹力扩大。备选地，还可以使弹簧7的轮子侧的连接点11移动，方法是例如轮子3的位置相对机架2被移动。通过弹簧7的张紧，也就是弹力的增高，则在悬挂件5上施加的力升高，导致悬挂件5的一部分(轮子侧的连接点11位于该部分上)被朝机架侧的连接点10方向上牵拉。通过悬挂件5的转动轴线13同时引起，轮子3向着地面6挤压。因此轮子3可以在地面6上施加足够大的挤压力，从而机架2被从障碍物18上稍微地举起并因此摩擦损失减小。由此，机架2可进一步在障碍物18之上移动，直至最后轮子3驶近到障碍物18。这个由图5示出。
按照图6，行走装置1已经如此程度地向前运动，使得轮子3处于和障碍物18直接地接触。弹簧7被继续地张紧并因此使轮子3的挤压力保持在地面6上及障碍物18上，以致于行走装置1可以克服在地面6和障碍物18之间的边棱并能到达障碍物18上。
一旦行走装置1处在障碍物18上，传感器8例如就可以探知间距9的变化，在此基础上评估单元优选激发驱动单元17，以使齿轮传动装置14朝相反对置的方向转动，因此在机架侧连接点10和轮子侧连接点11之间的间距12又被减小。进而弹簧7的偏移被减小，因此弹力下降并且轮子3可以借助悬挂件5又相对机架2移入。
图7至11涉及本发明第二实施方式。这个第二实施方式和第一实施方式的基本区别下面介绍。
图7示出了行走装置1的第二实施方式。行走装置1具有带轮子3的机架2，轮子3围绕轮子轴线可转动地与悬挂件5相连接。悬挂件5如此围绕布置在机架2上的转动轴线13可转动，使得轮子3相对于机架2可偏转。在机架侧连接点10和轮子侧连接点11之间张紧弹簧7，轮子侧连接点11布置在悬挂件5的与轮子3对置的端部区域上。在机架2上安置齿轮传动装置14，其具有第一齿形件、即齿轮15和第二齿形件、即线性齿形件16。齿轮传动装置14与驱动单元17连接。此外，在机架2上安置传感器8，其例如可以探测至位于机架2下方地面6的间距9。传感器8相对第一实施方式的行走装置1进一步向内侧地安置在机架2上，也就是说传感器8更靠近轮子3安置并且紧接在机架2的前端区域之后。
图8示出了在障碍物18旁的行走装置1。机架2的沿行走装置1的行驶方向处在前面的前端区域与障碍物18相接触。行走装置1通过轮子3撞到障碍物18的边棱上。在此，行走装置1倾斜并通过机架2的沿行驶方向的位于前面的部分区域放置在障碍物18上。通过倾斜，轮子3在弹簧7弹力作用下借助悬挂件5被相对机架2移出，因此在传感器8和地面6之间的间距9变大。变大的间距9被传感器8探知，其中评估装置(未示出)将探测的间距与未有障碍物18时显示的参考间距作比较，并在当前的间距增高情况下判定障碍物18的存在。传感器8可以例如是声学的，光学的或电容的传感器。而且可以想到，其他类型的传感器8。
如图9的描述，弹簧7在探知障碍物18情况下被张紧，因此弹力增大。适用于此的机构已在前面相对第一实施方式(图4)被介绍。通过弹簧7的张紧则在悬挂件5上施加的力增大，导致悬挂件5的一部分(轮子侧的连接点11位于该部分上)被朝机架侧的连接点10方向上牵拉。通过悬挂件5的转动轴线13同时引起，轮子3向着地面6挤压。因此轮子3可以在地面6上施加足够大的挤压力，从而机架2可进一步在障碍物18之上移动。这个由图10示出。
按照图11行走装置1已经如此程度地向前运动，使得轮子3处于和障碍物18直接地接触。弹簧7被继续地张紧并因此使轮子3的挤压力保持在地面6上及障碍物18上，以致于行走装置1可以克服在地面6和障碍物18之间的边棱并能到达障碍物18上。一旦行走装置1完全处在障碍物18上，机架2又倾斜回它的水平原始位置(未示出)中。传感器8例如就可以随之探知间距9的变化，在此基础上评估单元优选激发驱动单元17，以使齿轮传动装置14朝相反对置的方向转动，因此在机架侧连接点10和轮子侧连接点11之间的间距12又被减小。进而弹簧7的偏移被减小，因此弹力下降并且轮子3可以借助悬挂件5又相对机架2移入。
附图标记列表
1 行走装置
2 机架
3 轮子
4 轮子轴线
5 悬挂件
6 地面
7 弹簧
8 传感器
9 间距
10 机架侧的连接点
11 轮子侧的连接点
12 间距
13 转动轴线
14 齿轮传动装置
15 齿轮
16 线性齿形件
17 驱动单元
18 障碍物

Claims (12)

1.一种行走装置(1)，其具有机架(2)和多个轮子(3)，其中，至少一个轮子(3)能够被驱动，并且能够被驱动的轮子(3)通过支承该轮子(3)的且相对于所述机架(2)能够运动的悬挂件(5)与机架(2)相连接，其特征在于，轮子(3)为了支承在地面(6)上处在施加弹力的弹簧(7)的作用下，所述行走装置(1)能够在所述地面(6)上运行，并且轮子(3)借助所述悬挂件(5)能够相对于所述机架(2)移入或移出，其中，弹力与由于移入或移出所导致的弹力的增大或减小无关地并且还与行走装置(1)的倾斜程度无关地能够被改变，其中，所述行走装置(1)具有评估装置和驱动单元(17)，所述评估装置用于断定障碍物(18)的存在，方法是，所述评估装置将所探测的在传感器(8)的预先确定的平面与地面(6)之间的间距(9)和先前探测的间距(9)作比较并且在间距(9)当前减小时断定障碍物(18)的存在，并且所述驱动单元(17)根据断定结果移动所述弹簧(7)的机架侧的连接点(10)或另选地移动所述弹簧(7)的轮子侧的连接点(11)，方法是，所述轮子(3)的位置相对所述机架(2)被移动。
2.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，弹力能够独立地变化。
3.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，根据由传感器(8)测取的、与移入或移出量相对应的间距(9)能够调节弹力。
4.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，根据由传感器(8)测取的、机架(2)和地面(6)之间的间距(9)能够调节弹力。
5.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，所述弹簧(7)是气压式弹簧。
6.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，所述弹簧(7)被设计为由于弹性变形而起作用的弹性件。
7.按权利要求1至6之一所述的行走装置(1)，其特征在于，所述弹簧(7)具有机架侧的连接点(10)和轮子侧的连接点(11)，其中，这些连接点(10、11)的距离(12)决定了弹力的量值。
8.按权利要求7所述的行走装置(1)，其特征在于，这些连接点(10、11)的距离能够调节，以便改变弹力。
9.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，所述悬挂件(5)是摇杆，其围绕转动轴线(13)可转动地铰接在所述机架(2)上，并且轮子(3)与所述转动轴线(13)相间隔地固定在所述摇杆上。
10.按权利要求9所述的行走装置(1)，其特征在于，轮子侧的连接点(11)布置在摇杆上。
11.按权利要求7所述的行走装置(1)，其特征在于，在连接点(10、11)的决定起作用的弹力量值的距离(12)发生变化的情况下，连接点(10、11)为了改变弹力能够相对于机架(2)和/或悬挂件(5)位移。
12.按权利要求1所述的行走装置(1)，其特征在于，所述行走装置(1)是可自主行走的地面清洁设备。
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