CN105816105A - 可自动移动的器具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于处理表面的可自动移动的器具，尤其清扫机器人，其具有用于检测至障碍物(4)间距的光学检测装置(3)，其中光学检测装置(3)具有至少一个光源(5)、准直光学装置(6)、转向光学装置(7)以及光传感器。为了提供一种可自动移动的器具，其光学检测装置(3)便于安装以及因此可以精确而快速地进行装配，提出，将准直光学装置(6)和转向光学装置(7)一同构造成整体式构件(8)。此外，本发明还涉及一种可自动移动的器具，在所述可自动移动的器具中，将光源(5)、准直光学装置(6)和转向光学装置(7)布设在同一印制电路板(9)上，其中使准直光学装置(6)借助于托座固持在印制电路板(9)上，所述托座在朝向印制电路板(9)的一侧具有空腔，将光源(5)布设在所述空腔中，并且其中转向光学装置(7)在朝向印制电路板(9)的一侧具有凹槽(10)，将托座布设在所述凹槽(10)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理表面的可自动移动的器具，尤其清扫机器人，其具有用于检测至障碍物间距的光学检测装置，其中光学检测装置具有至少一个光源、准直光学装置、转向光学装置和光传感器。
背景技术
上述的这类可自动移动的器具在现有技术中已众所周知。这种器具被用作表面的处理，例如清扫，并且可以被构造成吸尘机器人、擦拭机器人或者类似的器具。所述器具为了检测至障碍物的间距，通常配备了例如按照三角测量法工作的光学检测装置。当在室内运行时，器具必须识别像例如家具或者墙壁之类的障碍物且通过适当的调配和偏离动作绕行。当靠近障碍物时，控制以及求值装置将使驱动轮停转且释放相应的响应策略。为了对器具四周的障碍物进行识别，将光学检测装置有利地布设成可旋转的，从而可以以最大360°的角度进行检测。
从DE102009023066A1中公知一种例如具有光学检测装置的可自动移动的器具，其中转向光学装置与回转件连接，所述回转件可借助于电动机相对于器具的壳体旋转。回转件以及因此还有转向光学装置可相对于独立布设的准直光学装置旋转。从光源发射的光被准直光学装置扩展且到达转向光学装置，在此处使光这样转向，即，使得此光基本上分布在平行于待处理表面的测量面内。
尽管上述的器具在现有技术中被证明是可靠的，但是光学检测装置的制造，尤其调节非常耗费时间，因为光学检测装置由大量部件，尤其独立的准直光学装置以及可相对于其移动的转向光学装置组成。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种可自动移动的器具，其光学检测装置便于安装以及因此可以精确而快速地进行装配。
为了解决该技术问题，本发明提出，将准直光学装置和转向光学装置一同构造成整体式构件。
借助于同一整体式构件内准直和转向功能的统一，减少了制造时待装配构件的数量。因为迄今为止，准直光学装置和转向光学装置是两个必须尤其还要相对于彼此精密调节的光学构件，现在摒弃了可观的人工成本以及因此还需的时间耗费。准直光学装置和转向光学装置按照本发明本身相对于彼此定向。由此还排除了后续由于准直光学装置相对于转向光学装置的错误的调节而产生的检测误差。总之，因而提供一种可自动移动的器具，在所述可自动移动的器具上，可以尤其舒适且节省时间地安装光学检测装置，并且由此还可以提高检测精度。
本发明提出，整体式构件由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或者玻璃制成。当采用这些材料时，在制造工艺上便于操作整体式构件。例如可以采用通用的注塑法将整体式构件构造成，使得能够引起光束准直和转向。例如可以使整体式构件的第一端部区域为入射光提供一种凸起的表面，同时，可以将整体式构件的第二端部区域用作准直光的反射面。在制造时，可以使整体式构件不间断地且尤其以像例如折射率之类的恒定的材料参数制成。只要所要求的光学功能可以通过整体式构件相应的几何构造加以实现。作为替代方式，还可以考虑使整体式构件由玻璃制成，其中整体式构件在此像其它的玻璃光学装置一样，通过表面的切削加工加以制造。在这种情况下，当制造整体式构件时，可以额外地考虑那些有助于尤其便于安装地操作光学检测装置的几何构造。例如可以将有利的不对称性、把手槽、粘合间隙或者类似的措施引入整体式构件中。因此，在采用PMMA或者还有PC注塑件时，可以使注塑模具已经考虑到相应的的元素。
可以有利地使整体式构件至少在其表面的局部区域具有减反射涂层、金属涂层或者吸收涂层。例如，减反射涂层适宜于整体式构件的那些要被从光源发射的光入射或者射出的表面区域。由此阻止了，入射的或者射出的光发生散射且因此减弱检测所需的光的强度。在整体式构件的行使转向光学装置功能的端部区域，适宜诸如金属涂层之类的高反射涂层，从而使得有尽可能多份额的从光源发射的光能够为检测助力。除此以外，可以在整体式构件的那些未处于检测光的光路上的表面区域设置吸收涂层。尤其可以根据周围光的波长或者波长范围来调整吸收涂层，从而使得无助于检测结果的外来光，不进入光路。此外，可以在整体式构件的那些处于检测光的光路上且因此履行光阑功能的表面区域设置吸收涂层。
此外还设定，将整体式构件和光源布设在同一印制电路板上。尤其可以使印制电路板承载光学检测装置的所有部件，从而使得光学检测装置在被安装到可自动移动的器具上之前可以完整地进行预装配。因此，制造从整体上来说是便于装配的，其中通过在预装配期间更好地配置印制电路板，可以更舒适地布设光源、整体式构件以及或许还有光传感器。可以有利地将光传感器同样布设在印制电路板上，优选在光源附近，从而使得被障碍物反射回来的光在穿过整体式构件以后直射到光传感器上。可以有利地将光传感器构造成例如环形且布设在光源和整体式构件之间的光路上。同样，还可以使被障碍物反射回来的光借助于布设在光路上的转向镜，例如分光镜偏转，从而还可以将光传感器布设在主光路之外。
此外还提出，将整体式构件和/或光源粘接到印制电路板上。尤其可以使印制电路板和/或整体式构件和/或光源为此目的而具有一个或者多个粘合间隙，所述粘合间隙可以充填粘合剂，尤其紫外线硬化式粘合剂。还可以设定，这些部件的局部区域可以伸入该粘合间隙。例如可以使布设在整体式构件上的突出部嵌接到印制电路板的粘合间隙中。借助于待连接部件相互之间的移动来实现光学检测装置的最佳程度的调节。粘合间隙的尺寸，通常可以具有0.05mm至0.2mm的宽度。在此，如果使第一部件的突出部与第二部件的粘合间隙，或者通常也称作装配间隙，以下列方式彼此互补，即他们只在某些方位才可以相互定位，也是有利的。因此从整体上获得一种装配期间的有效辅助。
除此以外还设定，整体式构件在朝向印制电路板的一侧具有凹槽，在所述凹槽中布设光源。按此设想，整体式构件在横截面上具有U形状，其中光源被布设在整体式构件下方，也就是U的边腿之间。借助于这种设计结构，从整体上实现了光源以及整体式构件在印制电路板上的节省空间的布局。在此可以弃除印制电路板上用于固持整体式构件以及与光源相对的可能存在的独立的托座，从而将部件相互之间的调节减小到最小程度。
除了之前所示的可自动移动的器具的第一实施形式，借助于本发明同样还提出一种作为替代方式的第二实施方案，在所述方案中，可自动移动的器具具有光学检测装置，在所述光学检测装置上，光源、准直光学装置和转向光学装置被布设在同一印制电路板上，其中将准直光学装置借助于托座固持在印制电路板上，所述托座在朝向印制电路板的一侧具有空腔，在所述空腔中布设光源，并且同时，转向光学装置在朝向印制电路板的一侧具有凹槽，在所述凹槽中布设托座。
在这种实施方案中，准直光学装置和转向光学装置被构造成两个独立的部件，其中在此也可以将它们一同这样布设在印制电路板上，即，使得它们占用尽可能小的结构空间，同时整合了光源，并且在制造光学检测装置时，同样也要求尽可能少的独立的装配工序。尤其将各部件，也就是准直光学装置、转向光学装置、光源以及或许还有光传感器构造成，使得可以快速和无差错地进行装配以及部件相互之间的调节。从印制电路板向外看，先将光源布设在印制电路板上。该光源被内置在固持准直光学装置的托座的空腔中。在此可以有利地将托座构造成圆柱形，从而将光源布设在圆柱轴线上且使准直光学装置的光轴与圆柱轴线相一致。再将托座布设在转向光学装置的凹槽中，其中转向光学装置在平行于圆柱轴线的横截面上具有U形的基本形状，从而将托座容纳在U的两个边腿之间。在此如通常那样将转向光学装置构造成，使得该转向光学装置可以为从光源发射的光提供反射面。
如果准直光学装置和/或转向光学装置至少在其表面的局部区域具有减反射涂层、金属涂层或者吸收涂层，对于这种实施形式来说也是有利的。由此获得的优点，如之前针对第一实施形式的整体式构件的涂层所述的那样得出。
对于具有整体式构件的第一实施形式以及具有独立的准直光学装置和转向光学装置的第二实施形式来说，如果转向光学装置是一种棱镜以及/或者准直光学装置是一种透镜的话，是有利的。在第一实施形式的情况下，这样构造整体式构件，使得整体式构件的第一端部区域能够被构造成透镜，所述透镜可以为从光源发射的光提供凸起表面，而将第二端部区域构造成具有反射面的棱镜。借助于透镜状的第一端部区域，光入射到整体式构件上并且到达与透镜构造成一体且提供反射面的第二端部区域。为了提供反射面，可以使第二端部区域具有偏转棱镜的形状，从而使以45°角传输到反射面上的光整个地偏转90°。
附图说明
接下来根据实施例对本发明进行详细说明。附图中：
图1：表示可自动移动的器具的立体视图，
图2：表示具有光学检测装置的可自动移动的器具的剖视图，
图3：表示光学检测装置的第一实施形式的剖视图，
图4：表示光学检测装置的侧向立体视图，
图5：表示光学检测装置的侧视图，
图6：表示光学检测装置的第二实施形式的侧视图，
图7：表示光学检测装置的第三实施形式的剖视图，
图8：表示按照本发明的另一种实施方案的光学检测装置的剖视图，
图9：表示按照图8的光学检测装置的立体视图。
具体实施方式
图1表示被构造成清扫机器人的按照本发明的可自动移动的器具1。所述器具1具有光学检测装置3，借助于所述光学检测装置3可以识别待清扫表面2上的障碍物4。光学检测装置3例如被用作借助于三角测量法来检测器具1至障碍物4的间距。在此将器具1设计成，使得可以在360°的圆周角上进行检测。为此将容纳了至少一部分光学检测装置3的回转件15，布设在器具1之外且可绕旋转轴x旋转。由此使从光源5发射的光通过孔16能够有利地平行于待清扫的表面2，从而可以对障碍物4进行相应的检测。
图2表示布设在器具1中的光学检测装置3。该光学检测装置3具有例如是激光二极管的光源5，整体式构件8以及与求值以及控制装置17连接的印制电路板9。光学检测装置3防旋转地与回转件15连接，所述回转件15借助于马达13以及传动机构14可绕旋转轴x旋转360°。此外，光学检测装置3还具有在图中未示出的光传感器。可以将该光传感器同样布设在印制电路板9上，也可以与之脱开布设。所示的整体式构件8具有被构造成准直光学装置6的第一端部区域以及被构造成转向光学装置7的第二端部区域。
按照图示的这种实施方案的光学检测装置3是这样运行的，即求值以及控制装置17在器具1运行期间，传送一种用于发射光的信号到光源5上。同时，求值以及控制装置17促动了用于操作传动机构14的马达13，接着，与回转件15防旋转地连接的印制电路板9旋转。从光源5发射的光，根据光学检测装置3当前的旋转角度，沿与表面2平行的另一方向离开布设在回转件15内的孔16，从而可以检测器具1四周的障碍物4。假如借助于光学检测装置3来识别近处的障碍物4时，求值以及控制装置17将使器具1停住或者改变方向。
图3至7示出本发明的第一实施方案的实施形式，其中将准直光学装置6和转向光学装置7构造成同一整体式构件8。
图3表示经过光学检测装置3剖示的剖视图，此时布设在印制电路板9上的光源5，将光发射到被构造成准直光学装置6的整体式构件8的端部区域。光束通过准直光学装置6的曲面被平行校准且到达转向光学装置7，在此处，该光束被以90°的角度反射且再次离开整体式构件8。可以看出，光源5在所示的图纸平面中被布设在整体式构件8的下方，其中在印制电路板9和整体式构件8之间有一凹槽10，在所述凹槽10中布设了光源5。
图4表示按照图3的光学检测装置3的外形立体视图。可以看出整体式构件8的U形构造，其中U形的两个边腿分别位于光源5的一侧。
图5表示光学检测装置3的远离转向光学装置7的反射面一侧的相应的侧视图。
图6表示另一实施形式，其中整体式构件8借助于粘合连接与印制电路板9连接。印制电路板9以及整体式构件8具有粘合间隙18，涂敷到印制电路板9或者整体式构件8上的粘合剂可以渗入到所述粘合间隙18中，以便在所要求的位置提供连接。粘合间隙18例如呈槽状地在印制电路板9和/或整体式构件8内延伸。在连接整体式构件8和印制电路板9时，渗入到粘合间隙18中的粘合剂仍是液态的，从而可以进行两个部件相互之间的调节。之后，粘合剂例如通过借助于紫外线的硬化作用而完全硬化。
图7表示另一实施形式，其中将整体式构件8固定在印制电路板9的固定孔19上。此时，可以在整体式构件8上设置嵌接到固定孔19中的突出部。可以有利地将印制电路板9的竖直的导电连接(VIA),作为固定孔19使用。
图8和9表示本发明的第二实施方案，其中光学检测装置3具有准直光学装置6以及与之分开构建的转向光学装置7。
按照这种实施方案，准直光学装置6是一种固持在托座11中的透镜。所述托座11被构造成圆柱形且借助于端面直立在印制电路板9上。为了连接托座11和印制电路板9，同样再次设置粘合连接。这种粘合连接同样可以连接光源5和印制电路板9。借助于托座11，可以将准直光学装置6以及还有光源5相互定位成，使得光源5的射出孔的面的法线位于准直光学装置6的光轴上。光源5位于托座11的空腔12内，所述空腔12一侧以准直光学装置6为界，而另一侧以印制电路板9为界。再将托座11布设在被构造成U形的转向光学装置7的凹槽10中。按照图9可以看出，托座11被布设在由U形的转向光学装置7的边腿所围成的凹槽10中。在制造这种光学检测装置3时，先将光源5布设在印制电路板9上，然后可以将托座11，或许连同准直光学装置6一起布设在其上方，接着将转向光学装置7安装到印制电路板9上。
附图标记清单
1器具
2表面
3光学检测装置
4障碍物
5光源
6准直光学装置
7转向光学装置
8整体式构件
9印制电路板
10凹槽
11托座
12空腔
13马达
14传动机构
15回转件
16孔
17求值以及控制装置
18粘合间隙
19固定孔
x旋转轴
Claims (10)
1.一种用于处理表面的可自动移动的器具(1)，尤其清扫机器人，具有用于检测至障碍物(4)间距的光学检测装置(3)，其中光学检测装置(3)具有至少一个光源(5)、准直光学装置(6)、转向光学装置(7)以及光传感器，其特征在于，将准直光学装置(6)和转向光学装置(7)一同构造成整体式构件(8)。
2.按照权利要求1所述的器具(1)，其特征在于，整体式构件(8)由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或者玻璃制成。
3.按照上述权利要求中任一项所述的器具(1)，其特征在于，整体式构件(8)至少在其表面的局部区域具有减反射涂层、金属涂层或者吸收涂层。
4.按照上述权利要求中任一项所述的器具(1)，其特征在于，将整体式构件(8)和光源(5)布设在同一印制电路板(9)上。
5.按照权利要求4所述的器具(1)，其特征在于，将整体式构件(8)和/或光源(5)粘接到印制电路板(9)上。
6.按照权利要求4或5所述的器具(1)，其特征在于，整体式构件(8)在朝向印制电路板(9)的一侧具有凹槽(10)，在所述凹槽(10)中布设光源(5)。
7.一种用于处理表面(2)的可自动移动的器具(1)，尤其清扫机器人，具有用于检测至障碍物(4)间距的光学检测装置(3)，其中光学检测装置(3)具有至少一个光源(5)、准直光学装置(6)、转向光学装置(7)以及光传感器，其特征在于，将光源(5)、准直光学装置(6)和转向光学装置(7)布设在同一印制电路板(9)上，其中使准直光学装置(6)借助于托座(11)固持在印制电路板(9)上，所述托座(11)在朝向印制电路板(9)的一侧具有空腔(12)，将光源(5)布设在所述空腔(12)中，并且其中转向光学装置(7)在朝向印制电路板(9)的一侧具有凹槽(10)，将托座(11)布设在所述凹槽(10)中。
8.按照权利要求7所述的器具(1)，其特征在于，准直光学装置(6)和/或转向光学装置(7)至少在其表面的局部区域具有减反射涂层、金属涂层或者吸收涂层。
9.按照上述权利要求中任一项所述的器具(1)，其特征在于，转向光学装置(7)是棱镜。
10.按照上述权利要求中任一项所述的器具(1)，其特征在于，准直光学装置(6)是透镜。
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