CN107019467B - 机器人真空吸尘器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种与自主覆盖机器人以可旋转方式啮合的弹性可压缩滚轮，所述弹性可压缩滚轮包括：刚性驱动轴；弹性管状部件，其具有纵向轴线且包含：外表面；一个或一个以上叶片，其从所述外表面向外延伸；轮毂，其沿着所述管状部件的所述纵向轴线安置于所述外表面内，所述轮毂在其中形成有用于与所述刚性驱动轴牢固啮合的一个或一个以上啮合元件；多个弹性曲线轮辐，其在所述柔性管状部件的内表面与所述轮毂之间延伸。

Description

机器人真空吸尘器
本申请是申请号为201280018926.2、申请日为2012年4月30日、发明名称为“机器人真空吸尘器”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案交叉参考
本申请案主张对2011年4月29日提出申请的标题为“机器人真空吸尘器(RoboticVacuum)”的第61/481,147号美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明教示涉及一种用于机器人真空吸尘器的清洁头。更具体来说，本发明教示涉及一种用于机器人真空吸尘器的具有经改进清洁能力的清洁头。
背景技术
机器人真空吸尘器设计者及制造者的关注问题尤其包含最大化清洁头的有效性并增加灰尘箱的容积、最小化机器人真空吸尘器的总体大小及生产成本、提供充足清洁能力且防止毛发及其它碎屑中断机器人真空吸尘器的性能或使其性能降级。
灰尘箱收集已从地板真空吸尘及/或清扫的毛发、尘埃及碎屑。较大的灰尘箱容积可允许机器人真空吸尘器在从环境移除较多碎屑之后才要求用户拆卸并清空灰尘箱，此可增加用户满意度。
机器人真空吸尘器通常主要使用一个或一个以上旋转刷及/或向清洁头中且大体朝向灰尘箱吸取碎屑的真空流来从地板移除碎屑。
已知，毛发及例如细绳与线等类似碎屑可被卷入，且使机器人真空吸尘器停转及/或使清洁能力降级。
在许多机器人真空吸尘器中，叶轮可位于机器人真空吸尘器灰尘箱中以将携载清扫的尘埃、毛发及碎屑的空气吸取到灰尘箱中。
发明内容
本发明教示提供一种用于机器人真空吸尘器的经改进清洁头。
在一个实施方案中，与自主覆盖机器人以可旋转方式啮合的可压缩弹性滚轮包含其上具有从外表面向外延伸的一个或一个以上叶片的弹性管状部件。所述弹性管状部件在其中整体形成有在柔性管状部件的内表面与沿着管状部件的纵向轴线安置的轮毂之间延伸的多个弹性曲线轮辐。所述轮毂在其中形成有用于与刚性驱动轴牢固啮合的一个或一个以上啮合元件。在一个实施例中，啮合元件为形成到轮毂的圆周中以用于接纳沿着刚性驱动轴的外表面形成的隆起键元件的一对容座。所述啮合元件使得能够经由弹性曲线轮辐将扭矩从驱动轴转移到弹性管状部件。
在某些实施例中，所述曲线轮辐在柔性管状部件的纵向长度的约5％到约50％或更具体来说柔性管状部件的纵向长度的约10％到约30％或更具体来说柔性管状部件的纵向长度的约10％到约20％内延伸。
在一个实施例中，所述可压缩滚轮进一步包含安置于柔性管状管与刚性驱动轴之间的弹性可压缩材料。举例来说，所述弹性可压缩材料可为热塑性聚氨酯(TPU)泡沫、乙烯基醋酸乙脂(EVA)或聚丙烯泡沫，且在一些实施方案中，所述弹性可压缩材料可永久固定到刚性轴以抵抗原本将逐出所述弹性可压缩材料的剪切力。在一个实施方案中，所述曲线轮辐在横截面上为蛇形的且因此在移除外部(例如，径向)力之后即刻自动回弹到其完全延伸。所述曲线轮辐及轮毂可沿着管状部件的整个纵向长度定位，但仅需要占据纵向长度的一部分。举例来说，在一个实施方案中，所述曲线轮辐及轮毂可仅占据弹性管状部件的长度的约10％到约20％且可沿着管状部件的纵向轴线以管状部件的中心部分为中心，从而留下80％或更多的可压缩弹性材料可沿着其安置的不受阻长度。
在一个方面中，所述一个或一个以上叶片与所述弹性管状部件整体形成且界定从弹性管状部件的一端延伸到另一端的V形片体。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片围绕弹性管部件的圆周等距间隔开。在一个实施例中，所述叶片经对准使得一个V形片体的端与邻近V形片体的中心尖端共面。此布置提供叶片与可压缩滚轮和其啮合的接触表面之间的恒定接触。此不间断的接触消除原本因在接触条件与不接触条件之间变化而形成的噪音。在一个实施方案中，一个或一个以上叶片相对于径向轴线以30°与60°之间的角度α从管状滚轮的外表面延伸且朝向旋转方向倾斜(参见图20)。在一个实施例中，叶片与径向轴线的角度α为45°。使叶片沿旋转方向成角度可降低叶片的根部处的应力，借此降低或消除叶片从弹性管状部件扯下的可能性。所述一个或一个以上叶片接触清洁表面上的碎屑并沿可压缩弹性滚轮的旋转方向引导所述碎屑。
在一个实施方案中，叶片为V形片体，且V的支腿相对于划迹于管状部件的表面上且从弹性管状部件的一端延伸到另一端的线性路径成5°到10°的角度θ(参见图22)。在一个实施例中，V形片体的两个支腿成7°的角度θ。通过将角度θ限制为小于10°，可压缩滚轮可通过模制工艺较容易地制造。比10°陡峭的角度在具有比80A硬的硬度值的弹性体的可制造性上产生故障。在一个实施例中，管状部件及曲线轮辐及轮毂由介于从60A到80A的范围内且包含60A及80A的硬度值的弹性材料注射模制而成。比此范围软的硬度值的材料可展现过早的磨损及灾难性破裂，且较硬硬度值的弹性材料将产生实质阻曳(即，对旋转的阻力)且将导致疲劳及应力断裂。在一个实施例中，弹性管状部件由TPU制造且弹性管状部件的壁具有约1mm的厚度。在一个实施例中，弹性管状部件具有在1/2mm到3mm之间的壁厚。在一个实施例中，弹性管状部件的内径为约23mm且外径为约25mm。在具有多个叶片的弹性管状部件的一个实施例中，由所述多个叶片的尖端扫过的外侧圆周的直径为30mm。
由于一个或一个以上叶片从弹性管状部件的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，因此其可防止绳状元件直接缠绕在弹性管状部件的外表面上。因此，所述一个或一个以上叶片防止毛发或其它细线状碎屑紧紧地缠绕在可压缩滚轮的芯上且降低清洁功效。将叶片界定为V形片体进一步辅助将毛发及其它碎屑从滚轮的端朝向滚轮的中心引导，V形片体的尖顶位于所述中心处。在一个实施例中，V形片体的尖顶与自主覆盖机器人的真空入口的中心直接成直线定位。
可压缩滚轮的这些结构元件实现与经过可压缩滚轮进入真空气道中的物体的接触，同时最小化空隙间隔。可压缩滚轮与清洁头模块之间的紧密空隙(例如，1mm间隙)使来自所述真空气道的真空空气流集中于清洁表面处，借此维持空气流速率。所述滚轮的可压缩性使得大于那些窄空隙间隙的物体能够由一个或一个以上叶片引导到真空气道中。所述可压缩滚轮弹性地扩张且一旦物体经过可压缩滚轮进入真空气道中借此移除接触力便恢复完全结构延伸。
根据本发明教示的各种实施例，清洁头的框架或笼架环绕清洁头且促进清洁头到机器人真空吸尘器底盘的附接。上文所论述的四杆连杆组促进清洁头在其框架内的移动(即，“浮动”)。当具有根据本发明教示的清洁头的机器人真空吸尘器正在操作时，优选地清洁头的底部表面保持实质上平行于地板，且在一些实施例中，优选地所述前滚轮在操作期间被定位成稍高于所述后滚轮以防止所述前滚轮戳进清洁表面中，尤其在从坚固表面(例如，硬木材或地砖)到可压缩表面(例如，地毯)的过渡期间。清洁头在操作期间垂直移动，举例来说，以适应像门槛、通气孔一样的地板不平处或从乙烯基地板移动到地毯。所图解说明四杆连杆组提供将清洁头支撑于框架内且允许清洁头相对于框架移动使得所述清洁头可在机器人真空吸尘器的操作期间垂直调整而不以将致使清洁头脱离其相对于地板的平行位置的方式枢转的简单机构。
当本文中所图解说明的清洁头组件相对于框架及机器人真空吸尘器底盘移动时，所述框架既定保持相对于所述底盘固定。
在另一实施方案中，一种自主覆盖机器人具有底盘，所述底盘具有前向部分及后向部分。驱动系统安装到所述底盘且经配置以操纵机器人越过清洁表面。清洁组合件安装于底盘的前向部分上且其中安装有用于从清洁表面捡取碎屑的两个反旋转滚轮，前向滚轮的纵向轴线位于定位于第二水平面上方的第一水平面中，后向滚轮的纵向轴线位于所述第二水平面上。所述清洁组合件通过在前向端处固定到底盘且在后向端处固定到清洁组合件的连杆组以可移动方式安装到底盘。当机器人从坚固表面过渡到可压缩表面时，所述连杆组从清洁表面提升清洁组合件。所述连杆组实质上平行于清洁表面提升清洁组合件，但使得前滚轮以比后向滚轮快的速率提升。
机器人具有安装于所述底盘的后向部分上的封闭的灰尘箱模块，且封闭的灰尘箱模块界定经由密封真空增压室(其可包含空气入口)与两个反旋转滚轮连通的收集容积。所述密封真空增压室具有定位于所述两个反旋转滚轮上方的第一开口及邻近收集容积的进入口定位的第二开口。所述增压室包括通向收集容积中的实质上水平弹性体或铰接部分。所述实质上水平部分挠曲或枢转以在连杆组使清洁组合件提升时形成向下斜坡以适应清洁表面中的高度差。在一个实施例中，所述实质上水平弹性体部分沿垂直维度挠曲至少5mm，使得通过滚轮从清洁表面升起的碎屑向上行进到增压室中且被向下引导到封闭的灰尘箱中。
在某些实施例中，所述弹性体部分在约1mm到约10mm或更具体来说从约2mm到约8mm或更具体来说从约4mm到约6mm(例如，5mm)的范围中挠曲。
在一个实施例中，所述连杆组以可变速率提升(前轮以比后向轮高的速率提升)，使得从静止状态的最大提升角度小于10°。
前向滚轮被定位成高于后向滚轮，使得在例如硬木材等坚固清洁表面上，前向滚轮悬挂于表面上方且仅后向滚轮进行接触。在机器人从坚固清洁表面过渡到厚的可压缩表面(例如地毯)时，连杆组使整个清洁组合件(包含两个反旋转滚轮)向上且实质上平行于清洁表面升高。另外，所述连杆组以比清洁组合件的后部快的速率提升清洁组合件的前部，使得前向滚轮比后向滚轮快地提升。此不均匀的提升速率适应(举例来说)硬木材地板与地毯之间的过渡，同时降低电流汲取。电流汲取将在沿与机器人的驱动轮相同的方向旋转的前向轮将戳进地毯中的情况下形成峰值。
在一个实施例中，清洁组合件具有清洁头框架及滚轮壳体，且清洁头框架界定所述底盘的所述滚轮壳体以可移动方式链接到的部分。在另一实施方案中，一种自主移动机器人包含底盘，其中安装有与控制系统通信的驱动系统。所述底盘具有穿过其安置的真空气道以用于以将碎屑从安装到所述底盘的清洁组合件递送到安装到所述底盘的碎屑收集箱。所述真空气道在所述清洁组合件与碎屑收集箱之间延伸且与安置于所述碎屑收集箱内的叶轮部件流体连通。连接到所述底盘的清洁头模块具有与其以可旋转方式啮合的前滚轮及彼此邻近且在真空气道的入口下方定位的后滚轮。在一个实施例中，所述前滚轮及后滚轮与所述入口平行纵向对准。在一个实施方案中，所述前滚轮及后滚轮两者为可压缩的。在另一实施方案中，前滚轮及后滚轮中的一者为可压缩滚轮。
在一个实施方案中，所述清洁头组合件进一步包含邻近所述前滚轮定位于自主移动机器人在其上移动的清洁表面正上方的至少两个隆起头凸。每一头凸与邻近头凸分离等于或小于真空气道内的最短横截面尺寸的距离。另外，可在所述前滚轮与后滚轮(其中的至少一者为可压缩的)之间形成的最大距离等于或短于真空气道的最短横截面尺寸。因此，比最短横截面气道尺寸大的任何碎屑将由至少两个头凸远离所述真空气道推动，使得无物体积聚在真空气道中。在一个实施方案中，所述至少两个头凸为跨越清洁头沿着所述前滚轮的长度均匀分布的多个头凸。在另一方面中，所述清洁头组合件包含实质上水平于清洁表面安置且定位于清洁表面与前滚轮及后滚轮之间的一对“乳凸部”或突出部。所述突出部中的每一者沿着滚轮的不可收缩端向内延伸，借此防止物体积聚在滚轮的端之间。举例来说，所述突出部将防止电线在所述前滚轮与后滚轮之间迁移且妨碍驱动电机。
在一个实施方案中，与清洁头模块以可旋转方式啮合的可压缩滚轮包含其上具有从外表面向外延伸的一个或一个以上叶片的弹性管状部件。所述弹性管状部件在其中整体形成有在柔性管状部件的内表面与沿着管状部件的纵向轴线安置的轮毂之间延伸的多个弹性曲线轮辐。所述轮毂在其中形成有用于与刚性驱动轴牢固啮合的一个或一个以上啮合元件。在一个实施例中，啮合元件为形成到轮毂的圆周中以用于接纳沿着刚性驱动轴的外表面形成的隆起键元件的一对容座。所述啮合元件使得能够经由弹性曲线轮辐将扭矩从驱动轴转移到弹性管状部件。
在一个实施例中，所述可压缩滚轮进一步包含安置于柔性管状管与刚性驱动轴之间的弹性可压缩材料。举例来说，所述弹性可压缩材料可为TPU泡沫、EVA泡沫或聚丙烯泡沫，且在一些实施方案中，所述弹性可压缩材料可永久固定到刚性轴以抵抗原本将逐出所述弹性可压缩材料的剪切力。在其它实施方案中，所述弹性可压缩材料可永久固定到柔性管状部件的内表面以抵抗原本将逐出所述弹性可压缩材料的剪切力。在一个实施方案中，所述曲线轮辐在横截面上为蛇形的且因此在移除外部(例如，径向)力之后即刻自动回弹到其完全延伸。所述曲线轮辐及轮毂可沿着管状部件的整个纵向长度定位，但仅需要占据纵向长度的一部分。举例来说，在一个实施方案中，所述曲线轮辐及轮毂可仅占据弹性管状部件的长度的约10％到约20％且可沿着管状部件的纵向轴线以管状部件的中心部分为中心，从而留下80％或更多的可压缩弹性材料可沿着其安置的不受阻长度。
在一个方面中，所述一个或一个以上叶片与所述弹性管状部件整体形成且界定从弹性管状部件的一端延伸到另一端的V形片体。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片围绕弹性管状部件的圆周等距间隔开。在一个实施例中，所述叶片经对准使得一个V形片体的端与邻近V形片体的中心尖端共面。此布置提供叶片与可压缩滚轮和其啮合的接触表面之间的恒定接触。此不间断的接触消除原本因在接触条件与不接触条件之间变化而形成的噪音。在一个实施方案中，一个或一个以上叶片相对于径向轴线以30°与60°之间的角度α从管状滚轮的外表面延伸且朝向旋转方向倾斜。在一个实施例中，叶片与径向轴线的角度α为45°。使叶片沿旋转方向成角度降低叶片的根部处的应力，借此降低或消除叶片从弹性管状部件扯下的可能性。所述一个或一个以上叶片接触清洁表面上的碎屑并沿可压缩滚轮的旋转方向引导所述碎屑。
在一个实施方案中，叶片为V形片体，且V的支腿相对于划迹于管状部件的表面上且从弹性管状部件的一端延伸到另一端的线性路径成5°到10°的角度θ。在一个实施例中，V形片体的两个支腿成7°的角度θ。在一个实施例中，管状部件及曲线轮辐及轮毂由在60A到80A的范围内的硬度值的弹性材料注射模制而成。比此范围软的硬度值的材料可展现过早的磨损及灾难性破裂，且较硬硬度值的弹性材料将产生实质阻曳(即，对旋转的阻力)且将导致疲劳及应力断裂。在一个实施例中，弹性管状部件由TPU制造且弹性管状部件的壁具有约1mm的厚度。在一个实施例中，弹性管状部件具有在1/2mm到3mm之间的壁厚。在一个实施例中，弹性管状部件的内径为约23mm且外径为约25mm。在具有多个叶片的弹性管状部件的一个实施例中，由所述多个叶片的尖端扫过的外侧圆周的直径为30mm。
由于一个或一个以上叶片从弹性管状部件的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，因此其防止绳状元件直接缠绕在弹性管状部件的外表面上。因此，所述一个或一个以上叶片防止毛发或其它细线状碎屑紧紧地缠绕在可压缩滚轮的芯上且降低清洁功效。将叶片界定为V形片体进一步辅助将毛发及其它碎屑从滚轮的端朝向滚轮的中心引导，V形片体的尖顶位于所述中心处。在一个实施例中，V形片体的尖顶与自主覆盖机器人的真空入口的中心直接成直线定位。
可压缩滚轮的这些结构元件实现与经过可压缩滚轮进入真空气道中的物体的接触，同时最小化空隙间隔。可压缩滚轮与清洁头模块之间的紧密空隙(例如，1mm间隙)使来自所述真空气道的真空空气流集中于清洁表面处，借此维持空气流速率。所述滚轮的可压缩性使得大于那些窄空隙间隙的物体能够由一个或一个以上叶片引导到真空气道中。所述可压缩滚轮弹性地扩张且一旦物体经过可压缩滚轮进入真空气道中借此移除接触力便恢复完全结构延伸。
在具有两个可压缩滚轮的实施例中，与具有单个可压缩滚轮的实施例相比，两倍大的物体可在两个可压缩滚轮之间通过而进入真空气道中。举例来说，在具有面向彼此且各自具有多个叶片的两个可收缩滚轮的一个实施例中，弹性管状部件的外表面间隔开7mm的距离。每一可压缩滚轮上的叶片从弹性管状部件的外表面延伸3mm的距离，且每一滚轮上的叶片在其最近接触点处间隔开1mm。在此实施例中，大到14mm的物体可在其去往具有不小于14mm的最短尺寸的真空增压室的途中压缩可压缩滚轮。虽然控制弹性管状部件的外表面之间的间距，但可压缩滚轮的叶片之间的间隙将变化，因为不需要协调一个或一个以上叶片中的每一者的位置的时序。
在某些实施例中，滚轮之间的间隙为约7mm，叶片彼此相距在1mm内，且每一叶片具有约3mm的高度。由于滚轮的可压缩性，此实施例经配置以允许大到约14mm的物品且(举例来说)大小介于从约7mm到约21mm的范围内的物品在滚轮之间通过且进入真空入口及中心增压室中以沉积于灰尘箱内。在某些实施例中，滚轮之间的间隔可介于从5mm到10mm或更具体来说从6mm到8mm的范围内(例如，7mm)。举例来说，叶片的高度可介于从1mm到5mm或优选地从2mm到4mm的范围内(例如，3mm)。举例来说，邻近滚轮的叶片之间的间距可介于从1/2mm到5mm或更具体来说1/2mm到2mm的范围内(例如，1mm)。
在某些实施例中，具有叶片的滚轮可具有约30mm到31mm的直径，且在无叶片的情况下可具有约25mm的管直径，在此实施例中，邻近滚轮的中心轮轴分开约33mm。举例来说，在无叶片的情况下滚轮管的外径可为约15mm到约50mm或更具体来说约20mm到约40mm或更具体来说约25mm到约30mm。
在某些实施例中，可收缩的弹性形状改变滚轮可共变形或弯曲，使得每一滚轮形状改变以准许大于滚轮直径的1/3的碎屑在滚轮之间通过或优选地准许大于滚轮直径的1/2的碎屑通过滚轮。
在本发明教示的某些实施例中，叶片的高度构成滚轮之间的完全分离的小于2/3且优选地滚轮的完全分离的小于1/2且进一步优选地大于完全分离的约1cm。
在一个实施方案中，与自主覆盖机器人以可旋转方式啮合的滚轮包含弹性管状部件，其中具有在柔性管状部件的内表面与沿着管状部件的纵向轴线安置的轮毂之间延伸的多个弹性曲线轮辐。所述轮毂在其中形成有用于与刚性驱动轴牢固啮合的一个或一个以上啮合元件。在一个实施例中，啮合元件为形成到轮毂的圆周中以用于接纳沿着刚性驱动轴的外表面形成的隆起键元件的一对容座。所述啮合元件使得能够经由弹性曲线轮辐将扭矩从驱动轴转移到弹性管状部件。
在一个实施例中，所述可压缩滚轮进一步包含安置于柔性管状薄片与刚性驱动轴之间的弹性可压缩材料。所述弹性可压缩材料可为TPU泡沫、EVA泡沫或聚丙烯泡沫，且在一些实施方案中，所述弹性可压缩材料可永久固定到刚性轴以抵抗原本将逐出所述弹性可压缩材料的剪切力。在一个实施方案中，所述曲线轮辐在横截面上为蛇形的且因此在移除外部(例如，径向)力之后即刻自动回弹到其完全延伸。所述曲线轮辐及轮毂可沿着管状部件的整个纵向长度定位，但仅需要占据纵向长度的一部分。举例来说，在一个实施方案中，所述曲线轮辐及轮毂可仅占据弹性管状部件的长度的约10％到约20％且可沿着管状部件的纵向轴线以管状部件的中心部分为中心，从而留下80％或更多的可压缩弹性材料可沿着其安置的不受阻长度。
在一个方面中，所述弹性可压缩材料沿着驱动轴从轮毂延伸到从驱动轴的一端或两端向内的位置，所述弹性管状部件借此在滚轮的任一端或两端处留下至少一个中空坑室。在一个实施例中，滚轮的每一端在其中具有第一中空坑室及第二中空坑室。所述第一中空坑室为由弹性管状部件及第一防护部件(或凸缘)限界的实质上圆柱形容积，所述第一防护部件(或凸缘)从驱动轴径向向外延伸比弹性管状部件的内半径短的距离且实质上与弹性管状部件的端平行对准。因此，第一防护部件与弹性管状部件的内表面由大到足以容纳迁移到中空坑室中的成股毛发的间隙分离。在一个实施方案中，所述滚轮进一步包含具有一个或一个以上同心壁或罩盖、插入到弹性管状部件的端中且与驱动轴的纵向轴线同心对准的端帽。在一个实施例中，外罩盖部件比内罩盖部件长。所述帽的外罩盖部件装配到罩盖与弹性管状部件之间的间隙中，但不完全阻塞所述间隙使得毛发迁移到第一中空坑室中。迁移到第一中空坑室中的毛发接着可进一步迁移到由内罩盖部件及外罩盖部件、第一防护部件、第二防护部件限界的第二中空坑室中，所述第二防护部件从驱动轴径向延伸且与内罩盖部件的端对准地定位于驱动轴的端上。
第一中空坑室及第二中空坑室收集毛发以便防止毛发干扰旋转驱动元件，举例来说，齿轮。一旦第一及第二中空坑室填满毛发，便将拒收额外毛发且防止其朝向旋转驱动元件迁移。另外，在第一及第二中空坑室内收集的毛发将积累静电荷，其排斥试图迁移到滚轮中的额外毛发。滚轮的驱动端及非驱动端两者具有类似构造的第一及第二中空坑室，其用于收集毛发且防止干扰旋转元件。
在另一实施方案中，一种自主移动机器人包含底盘，其中安装有与控制系统通信的驱动系统。所述底盘具有穿过其安置的真空气道以用于以将碎屑从安装到所述底盘的清洁头组合件递送到安装到所述底盘的碎屑收集箱。所述真空气道在所述清洁组合件与碎屑收集箱之间延伸且与安置于所述碎屑收集箱内的叶轮部件流体连通。连接到所述底盘的清洁头模块具有与其以可旋转方式啮合的管状前滚轮及彼此邻近且在真空气道的入口下方定位的管状后滚轮。前滚轮的纵向轴线位于定位于第二水平面上方的第一水平面中，后滚轮的纵向轴线位于所述第二水平面上，且所述后滚轮在所述清洁头组合件的下部笼架下方延伸以与清洁表面进行接触。所述前滚轮及后滚轮由窄气隙分离，使得从所述真空气道引导的真空抽吸集中于清洁表面上的所述间隙正下方的点处。在一个实施例中，所述窄间隙横跨约1mm及约2mm或在约1mm与约2mm之间的距离。在一个方面中，前滚轮与后滚轮之间的间隙的横截面积实质上等于或小于真空入口的横截面积。此进一步维持清洁表面处的前滚轮与后滚轮之间的间隙正下方的真空浓度。在一个实施例中，间隙的面积与跨越定位于前滚轮及后滚轮上方的真空气道入口截取的平面横截面的面积的比为1:1且范围可高达10:1。在一个实施例中，间隙的面积与跨越定位于前滚轮及后滚轮上方的真空气道入口截取的平面横截面的面积的比为4:1。
另外，在一些实施例中，下部笼架的下部表面定位于清洁表面上方不大于1mm的距离处，借此进一步维持清洁头组合件下方、前滚轮(其在清洁表面上方浮动)下方且向上穿过前滚轮与后滚轮之间的间隙的集中真空。
在一个实施例中，所述真空气道具有从定位于滚轮上方的真空入口到邻近碎屑收集箱定位的气道出口的实质上恒定的非角度横截面。在另一实施例中，所述真空入口沿着前滚轮及后滚轮的纵向轴线向外张开以捕获沿着滚轮的整个长度进入的碎屑。所述真空入口朝向从真空入口延伸的真空气道成角度且将碎屑重新引导到所述真空气道的较小横截面容积中。类似地，气道出口可张开以在碎屑收集箱的整个宽度中分布碎屑而非直接邻近气道出口将碎屑以单一堆排出。通过在真空气道的整个大部分中维持较窄紧缩且仅使真空入口及气道出口张开，最大化穿过真空气道(包含在真空气道中的喉颈或弯部处)的空气流速度。在整个真空气道中维持高空气速度使得碎屑能够通过真空气道的喉颈而非沉淀在那里并阻塞空气流。
在一个实施例中，所述前滚轮及所述后滚轮与真空气道入口平行纵向对准且两个滚轮具有从其外表面向外延伸的一个或一个以上叶片。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片从滚轮的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，且所述前滚轮上的叶片与所述后滚轮上的叶片间隔开1mm的距离。在叶片之间维持间隙允许空气流在前滚轮与后滚轮之间通过，且最小化所述间隙维持清洁表面处前滚轮及后滚轮正下方及其之间的空气流速度。
所述一个或一个以上叶片防止绳状元件(例如，毛发或细线)直接缠绕在滚轮的外表面上且降低清洁功效。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片为V形片体。将叶片界定为V形片体进一步辅助将毛发及其它碎屑从滚轮的端朝向滚轮的中心引导，V形片体的尖顶位于所述中心处。在一个实施例中，V形片体的尖顶与自主覆盖机器人的真空气道入口的中心直接成直线定位。
在另一实施方案中，一种自主移动机器人包含底盘，其中安装有与控制系统通信的驱动系统。所述底盘具有穿过其安置的真空气道以用于以将碎屑从安装到所述底盘的清洁头组合件递送到安装到所述底盘的碎屑收集箱。所述真空气道在所述清洁头组合件与碎屑收集箱之间延伸且与安置于所述碎屑收集箱内的叶轮部件流体连通。连接到所述底盘的清洁头模块具有与其以可旋转方式啮合的管状前滚轮及彼此邻近且在真空气道的入口下方定位的管状后滚轮。前滚轮的纵向轴线位于定位于第二水平面上方的第一水平面中，后滚轮的纵向轴线位于所述第二水平面上，且所述后滚轮在所述清洁头组合件的下部笼架下方延伸以与清洁表面进行接触。所述前滚轮及后滚轮由窄气隙分离，使得从所述真空气道引导的真空抽吸集中于清洁表面上的所述气隙正下方的点处。在一个实施例中，所述气隙横跨1mm及2mm或在1mm与2mm之间的距离。所述清洁头模块在所述清洁头模块的内表面与所述前滚轮及后滚轮的外表面之间以1mm或更小的间距包封每一滚轮的125°与175°之间的外圆周。在一个实施例中，所述清洁头模块以1mm或更小的距离包封每一滚轮的150°的外圆周表面。因此，真空空气流被实质上引导于滚轮之间，且通过滚轮从清洁表面升起的碎屑将通过滚轮之间的气隙流动到真空气道中而非堵塞于滚轮、清洁头模块之间。
另外，在一些实施例中，清洁头的下部笼架的下部表面定位于清洁表面上方不大于1mm的距离处，借此进一步维持清洁头组合件下方、前滚轮(其在清洁表面上方浮动)下方且向上穿过前滚轮与后滚轮之间的间隙的集中真空。
在一个方面中，前滚轮与后滚轮之间的间隙的横截面积实质上等于或小于真空入口的横截面积。此进一步维持清洁表面处的前滚轮与后滚轮之间的间隙正下方的真空浓度。在一个实施例中，间隙的面积与跨越定位于前滚轮及后滚轮上方的真空气道入口截取的平面横截面的面积的比为1:1且范围可高达10:1。在一个实施例中，间隙的面积与跨越定位于前滚轮及后滚轮上方的真空气道入口截取的平面横截面的面积的比为4:1。
在一个实施例中，所述前滚轮及后滚轮与真空气道入口平行纵向对准且两个滚轮具有从外滚轮表面向外延伸的一个或一个以上叶片。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片从滚轮的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，且所述前滚轮上的叶片与所述后滚轮上的叶片间隔开1mm的距离。在叶片之间维持间隙允许空气流在前滚轮与后滚轮之间通过，且最小化所述间隙维持清洁表面处前滚轮及后滚轮正下方及其之间的空气流速度。
在一个实施方案中，叶片为V形片体，且V的支腿相对于划迹于每一滚轮的表面上且从滚轮的一端延伸到另一端的线性路径成5°到10°的角度θ。所述一个或一个以上叶片防止绳状元件(例如，毛发或细线)直接缠绕在滚轮的外表面上且降低清洁功效。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片为V形片体。将叶片界定为V形片体进一步辅助将毛发及其它碎屑从滚轮的端朝向滚轮的中心引导，V形片体的尖顶位于所述中心处。在一个实施例中，V形片体的尖顶与自主覆盖机器人的真空气道入口的中心直接成直线定位。
在另一实施方案中，一种自主移动机器人包含底盘，其中安装有与控制系统通信的驱动系统。所述底盘具有穿过其安置的真空气道以用于以将碎屑从安装到所述底盘的清洁头组合件递送到安装到所述底盘的碎屑收集箱。所述真空气道在所述清洁头组合件与碎屑收集箱之间延伸且与安置于所述碎屑收集箱内的叶轮部件流体连通。连接到所述底盘的清洁头模块具有与其以可旋转方式啮合的管状前滚轮及彼此邻近且在真空气道的入口下方定位的管状后滚轮。前滚轮的纵向轴线位于定位于第二水平面上方的第一水平面中，后滚轮的纵向轴线位于所述第二水平面上，且所述后滚轮在所述清洁头组合件的下部笼架下方延伸以与清洁表面进行接触。所述前滚轮及后滚轮由等于或小于1mm的间隙分离使得从所述真空气道引导的真空抽吸集中于清洁表面上的所述间隙正下方的点处。所述清洁头模块在所述清洁头模块的内表面与所述前滚轮及后滚轮的外表面之间以1mm或更小的距离包封每一滚轮的125°与175°之间的外圆周。在一个实施例中，所述清洁头模块以1mm或更小的间距包封每一滚轮的150°的外圆周表面。因此，真空空气流被实质上引导于滚轮之间，且通过滚轮从清洁表面升起的碎屑将通过滚轮之间的气隙流动到真空气道中而非堵塞于滚轮、清洁头模块之间。
另外，在一些实施例中，清洁头的下部笼架的下部表面定位于清洁表面上方不大于1mm的距离处，借此进一步维持清洁头组合件下方、前滚轮(其在清洁表面上方浮动)下方且向上穿过前滚轮与后滚轮之间的间隙的集中真空。
在一个实施例中，机器人进一步包含安置于碎屑收集箱与叶轮的轴向进口之间的空气过滤器，使得叶轮的轴向进口与空气过滤器的纵向轴线实质上共面。另外，在实施例中，可拆卸空气过滤器盖囊封空气过滤器及叶轮进口。在可拆卸空气过滤器盖及空气过滤器下方界定的容积具有等于叶轮进口的横截面积的横向横截面积，使得空气流在整个容积中保持连续且无空气流收缩及/或紧缩并进入碎屑收集箱中。
在一个实施例中，所述前滚轮及后滚轮与真空气道入口平行纵向对准且两个滚轮具有从外滚轮表面向外延伸的一个或一个以上叶片。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片从滚轮的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，且所述前滚轮上的叶片与所述后滚轮上的叶片间隔开1mm的距离。在叶片之间维持间隙允许空气流在前滚轮与后滚轮之间通过，且最小化所述间隙维持清洁表面处前滚轮及后滚轮正下方及其之间的空气流速度。
在一个实施方案中，叶片为V形片体，且V的支腿相对于划迹于每一滚轮的表面上、从滚轮的一端延伸到另一端的线性路径成5°到10°的角度θ。所述一个或一个以上叶片防止绳状元件(例如，毛发或细线)直接缠绕在滚轮的外表面上且降低清洁功效。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片为V形片体。将叶片界定为V形片体进一步辅助将毛发及其它碎屑从滚轮的端朝向滚轮的中心引导，V形片体的尖顶位于所述中心处。在一个实施例中，V形片体的尖顶与自主覆盖机器人的真空气道入口的中心直接成直线定位。
在另一实施方案中，一种自主移动机器人包含底盘，其中安装有与控制系统通信的驱动系统。所述底盘具有穿过其安置的真空气道以用于以将碎屑从安装到所述底盘的清洁头组合件递送到安装到所述底盘的碎屑收集箱。所述真空气道在所述清洁头组合件与碎屑收集箱之间延伸且与安置于所述碎屑收集箱内的叶轮部件流体连通。连接到所述底盘的清洁头模块具有与其以可旋转方式啮合的管状前滚轮及彼此邻近且在所述真空气道的入口下方定位的管状后滚轮，使得流体空气流从定位于所述滚轮上方的真空气道入口向上行进穿过所述真空气道的前部分并进入所述真空气道的与碎屑收集箱配合的后部分中。
在实施例中，从所述真空气道延伸的前部分(例如，图3中所展示的真空入口392)成斜坡使得顶部内表面将碎屑、特定来说重的碎屑重新引导到真空气道的后部分中。所述前部分的纵向轴线相对于垂直轴线以小于90°且优选地大约45°成斜坡。
在实施例中，从真空气道入口延伸的前部分朝向后部分弯曲。所述前部分可形成(举例来说)具有可变半径的部分抛物线。所述抛物线的顶点可位于后滚轮上方在与真空入口对准的垂直轴线后面。弯曲真空气道的上部表面的内壁将使碎屑偏转到真空气道的后部分中。
真空气道的前部分及后部分可形成为单一整体式组件，但在一些实施例中，所述后部分为在密封接头处毗连刚性前部分的弹性体部件。在一个实施例中，密封接头为压缩装配，其中刚性前部分插入到弹性体后部分中且通过径向压缩力固定。在另一实施例中，所述密封接头为弹性体包覆模制件。所述密封接头形成防止真空损失的密封真空路径。在实施例中，所述后部分以密封配置端接于邻接碎屑收集箱的开口的凸缘中。因此，真空气道实现顺畅、密封的真空空气流。在一个实施例中，所述弹性体后部分由例如MedipreneTM等热塑性材料或例如SantopreneTM等热塑性硫化橡胶(TPV)制造。在一个实施例中，所述刚性前部分由塑料材料制造，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或耐纶，所述材料具有防静电性质且抵抗毛发的积累。
前滚轮的纵向轴线位于定位于第二水平面上方的第一水平面中，后滚轮的纵向轴线位于所述第二水平面上，且所述后滚轮在所述清洁头组合件的下部笼架下方延伸以与清洁表面进行接触。在一些实施例中，下部笼架的下部表面定位于清洁表面上方不大于1mm的距离处，借此进一步维持清洁头组合件下方、前滚轮(其在清洁表面上方浮动)下方且向上穿过前滚轮与后滚轮之间的间隙的集中真空。
在一个实施例中，所述前滚轮及后滚轮与真空气道入口平行纵向对准且两个滚轮具有从外滚轮表面向外延伸的一个或一个以上叶片。在一个实施例中，所述一个或一个以上叶片从滚轮的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，且所述前滚轮上的叶片与所述后滚轮上的叶片间隔开1mm的距离。在叶片之间维持间隙允许空气流在前滚轮与后滚轮之间通过，且最小化所述间隙维持清洁表面处前滚轮及后滚轮正下方及其之间的空气流速度。
本发明教示的目标及优点将部分地阐述于以下描述中且将部分地从所述描述显而易见或可通过对本发明教示的实践来获悉。将借助于在所附权利要求书中特别指出的元件及组合来实现及获得本发明教示的目标及优点。
将理解，前述一般描述及以下详细描述两者仅为示范性及解释性的且并不限制所主张的本发明教示。
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解说明本发明教示的实施例，并与所述描述一起用于解释本发明教示的原理。
附图说明
图1是根据本发明教示的清洁机器人的实施例的俯视透视图。
图2A是根据本发明教示的机器人真空吸尘器清洁头的示范性实施例的横截面图。
图2B是根据本发明教示的机器人真空吸尘器清洁头的另一示范性实施例的横截面图。
图3是图2A中所描绘的清洁头与对应可拆卸灰尘箱组合的实施例的横截面图。
图4是图2A及3的清洁头及灰尘箱实施例的分解后部透视图。
图5是图2B的清洁头及灰尘箱实施例的后部侧视透视图。
图6是图2A、3及4的清洁头实施例的部分侧视透视横截面图。
图7是图2B中所展示的清洁头的示范性电机及清洁头齿轮箱的侧视透视图。
图8是根据本发明教示的供在清洁头(例如图2B中所展示的清洁头)中使用的叶轮组合件的实施例的侧视透视图。
图9是图5的清洁头实施例的穿过图8中所展示的叶轮截取的横截面图。
图10是根据图2B的清洁头的实施例的横截面图。
图11是图4的清洁头实施例的左侧视图，其展示四杆连杆组的两个臂。
图12是图4的清洁头实施例的右侧视图，其展示四杆连杆组的两个其它臂。
图13是根据本发明教示的用于四杆连杆组悬挂的示范性臂的透视图。
图14是根据本发明教示的用于四杆连杆组悬挂的另一示范性臂的透视图。
图15是图5的实施例的仰视透视图。
图16是图15的清洁头实施例的一部分的仰视透视图，其中滚轮框架打开以暴露滚轮。
图17示意性地图解说明根据本发明教示的实施例的大碎屑通过示范性可收缩弹性滚轮。
图18是根据本发明教示的滚轮的驱动端的示范性实施例的部分横截面图。
图19是根据本发明教示的滚轮的非驱动端的示范性实施例的部分横截面图。
图20是根据本发明教示的弹性滚轮的示范性实施例的侧视透视图。
图21是根据本发明教示的弹性滚轮的示范性实施例的分解侧视透视图。
图22是根据本发明教示具有带轮辐弹性支撑件的滚轮的示范性实施例的横截面图。
图23是根据本发明教示的灰尘箱的前部透视图，其中使前箱门打开。
图24是图23的灰尘箱的俯视透视图，其中使过滤器门打开。
图25是图24的灰尘箱的俯视透视图，其中已拆卸箱顶部及过滤器。
图26是图23的灰尘箱的穿过叶轮壳体截取的横截面图。
图27A到27C示意性地图解说明根据本发明教示的示范性清洁组合件悬挂的三个位置。
图28A及28B是示范性机器人真空清洁组合件的截面图。
图29是示范性机器人真空吸尘器的仰视图。
具体实施方式
根据某些实施例，本发明教示涵盖一种利用具有可收缩但弹性芯的至少一个且举例来说两个滚轮的清洁头或清洁头组合件。可收缩但弹性滚轮的实施例包含具有从其延伸的叶片的外管状表面。可用包含(举例来说)泡沫材料及柔性轮辐中的一者或一者以上的弹性支撑系统在下方支撑所述外管状表面。所述柔性轮辐及泡沫可经设计以具有适合于获得所要的滚轮柔性及弹性的曲率、大小及组成。尽管在某些实施例中可期望使滚轮的柔性及弹性沿着滚轮的整个长度为一致的，但本发明教示涵盖其中滚轮的柔性及弹性沿着其长度变化的实施例。
在某些实施例中，泡沫支撑件可简单地胶合到柔性的弹性滚轮的叶片管状外管且可沿着滚轮的整个长度提供。或者，可将滚轮模制为具有沿着滚轮的整个长度支撑管状管的弹性轮辐。在某些实施例中，可通过弹性轮辐及泡沫两者(举例来说，在滚轮的中心部分处利用弹性轮辐且在其外边缘处利用泡沫，或反之亦然)来提供管状管。可将管状管键接到驱动轴以将扭矩从驱动轴转移到管状管以使滚轮在清洁头中适当地转动。
在本发明教示的各种实施例中，从管状管的外表面延伸、从滚轮的一端延伸到滚轮的另一端的叶片可具有大体V形片体型形状。所述V形片体型形状可促进由滚轮清扫的碎屑朝向滚轮的中心(即，朝向V形片体的尖顶)移动，使得例如毛发等碎屑不陷入滚轮的端中，在所述端中，碎屑可能干扰滚轮及因此清洁头的操作。为了减少由滚轮叶片与地板的相互作用导致的噪音，一个叶片V形片体的尖顶可与邻近叶片的顶点相切。
在本发明教示的某些实施例中，可将尾随(后)滚轮设定为低于导向(前)滚轮。本发明教示的实施例还可在清洁头内采用将滚轮附接到清洁头框架的连杆组，所述连杆组允许所述清洁头使清洁头导向边缘浮动高于清洁头尾随边缘。使导向滚轮保持抬高可防止在机器人真空吸尘器的前向运动期间通常沿与机器人真空吸尘器的轮相同的方向旋转的导向滚轮在真空吸尘器的操作期间戳进地毯中。尾随滚轮在机器人真空吸尘器的前向运动期间通常沿与机器人真空吸尘器的轮相反的方向旋转，且因此在其遇到及/或移动跨越地毯时往往不会冒戳进地毯中的风险。举例来说，前滚轮可与清洁头、结构的底部部分对准以便不突出超过所述底部部分。
在清洁头的某些实施例中，一个可收缩弹性滚轮可平行于另一滚轮对准且“面向”另一滚轮。另一滚轮可类似地为可收缩且弹性的。“面向”另一滚轮可意指，在所述滚轮安装于清洁头中而彼此平行时滚轮叶片的V形片体形状彼此镜射。本发明教示还可使与本文中所揭示的弹性可收缩滚轮与常规机器人真空吸尘器清洁头滚轮或刷子配对。
根据本发明教示的某些实施例的清洁头可提供高速空气系统，从而通过以下操作最大化空气流动速度：将清洁头滚轮设置成靠近在一起(其之间具有最小间距)使得其上的叶片靠近在一起，将清洁头的空气进口管设置于滚轮之间的最小间隔正上方。另外，清洁头的滚轮框架及下部壳体可经成形以最小化滚轮与环绕滚轮的清洁头壳体的部分之间的间隔，以再次最小化真空流的面积从而最大化其速度。清洁头的滚轮框架及下部壳体应足够靠近滚轮以最大化空气流或获得预定水平的空气流，但还应与滚轮间隔开使得碎屑不会塞进其中。
在本发明教示的各种实施例中，空气流从滚轮笔直向上进入具有表面的真空入口中，所述表面可充当偏转表面(例如，其为成角度或弯曲的)以使由滚轮向上清扫的较密集/较重碎屑朝向通向灰尘箱的增压室弹回。通过成角度真空入口来较好地促进使较密集的碎屑朝向增压室及灰尘箱弹回，且此弹回可辅助真空吸尘器将较密集/较重的碎屑移动到灰尘箱。在本发明教示的某些实施例中，所述真空入口可具有抛物线形状或恒定曲率半径，但抛物线形状为优选的。所述真空入口不需要具有恒定半径。所述真空入口可经成形以帮助朝向增压室的中心导引较大碎屑，在所述中心处空气速度为最高的。所述真空入口将空气引导到增压室中且可包括较刚性材料以实现较好的耐磨性且较好地使碎屑朝向灰尘箱弹回。在采用浮动清洁头的本发明教示的实施例中，增压室可包括允许清洁头浮动的较柔性材料。各种实施例涵盖真空入口与增压室的接合面经包覆模制以提供传入空气流在其上流动的平滑表面。
在本发明教示的某些实施例中，在与已恰当安装的可拆卸灰尘箱一起操作期间，从清洁头直到真空叶轮的空气流实质上经密封以防止泄漏降低真空强度。本发明教示的各种实施例在可装卸灰尘箱内采用密封过滤器。过滤器沿着清洁头与真空叶轮之间的空气流的路径定位以防止灰尘迁移到叶轮。所述过滤器优选地为可拆卸的但在安装时经密封以防止空气流泄漏。本发明教示的某些实施例在过滤器腔内包含“过滤器存在”指示器突片。所述过滤器存在指示器突片可在过滤器未经恰当安装时防止真空吸尘器的操作，举例来说，通过防止过滤器门闭合，使得可拆卸灰尘箱无法安装于机器人真空吸尘器中。
具有根据本发明教示的清洁头及灰尘箱的机器人真空吸尘器由于以下各项中的一者或一者以上而具有经改进的流体动力学：叶轮设计、叶轮封闭设计、最小化从滚轮到真空叶轮的空气路径的圈数、最小化从滚轮到真空叶轮的路径的长度、最小化沿着从滚轮到真空叶轮的路径的任何产生漩涡的突出部。举例来说，经改进的流体动力学可允许较低功率的真空叶轮(汲取较少电池电力)为机器人真空吸尘器提供适合量的空气流。
在某些实施例中，可另外或替代地通过维持跨越过滤器并进入叶轮中的空气流的实质上恒定横截面积来最大化空气流动速度。
现在将详细参考本发明教示的实施例，在附图中图解说明本发明教示的实例。举例来说，本文中所揭示及图解说明的清洁头滚轮/刷子可包含如2011年2月16日提出申请的标题为“真空吸尘器刷子(Vacuum Brush)”的第13/028,996号美国专利申请案中所揭示的刷子，所述专利申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。
如本文中所使用，“爬行旋转”将意指滚轮的与机器人的前向移动方向相反(即，与在机器人沿前向方向移动时驱动轮的旋转相反)的旋转。“滚动旋转”将意指相反方向，即，滚轮的沿与驱动轮沿前向方向的旋转相同的方向的旋转。此旋转不需要处于与驱动轮相同的速度，且方向性描述是出于参考目的，即，即使机器人为静止的或向后移动，滚轮也可以“爬行旋转”方式旋转。如本文中所使用，“管”意指“覆盖管”且不需要具有末端或密封端。“连杆组”具有其普通含义，且被视为囊括平面连杆组、四杆连杆组、滑块-曲柄连杆组以及具有枢轴、弹簧、金属丝、细线、绳、凸轮及/或凹槽的链节部件的布置。
图1是清洁机器人10的实施例的俯视透视图，清洁机器人10具有主体或底盘20及以可移动方式连接到主体20的缓冲器30。虚拟墙壁传感器40安置于主体20或缓冲器30上。主体20接纳灰尘箱50，灰尘箱50具有排放口52及将灰尘箱50以可拆卸方式附接到主体20的灰尘箱释放器54。由主体20界定的释放凹部56允许对灰尘箱50的抓握。机器人10可包含安置于主体20上的把手60。主体20可界定把手凹部62以促进对把手60的抓握。安置于主体20上的控制件70可允许对机器人10的操作及/或编程。
图2A及2B是机器人真空吸尘器的类似部分的不同实施例的横截面图，每一图描绘根据本发明教示的清洁头300、100的实施例。一般来说，以下描述将使用由顿号分离的参考编号来描述不同实施例的共同特征以及一个实施例内的匹配特征对。
关于两个实施例，所述清洁头包含前滚轮310、110及后滚轮320、120，每一滚轮具有优选地为实质上刚性且不可收缩的轮轴330、130及环绕轮轴330、130的可收缩弹性芯340、140。举例来说，可收缩弹性芯340、140可包括泡沫材料或例如下文进一步详细描述的曲线轮辐等其它弹性材料。如本文中所使用的“可收缩滚轮”意指具有实质上连续管状外表面的滚轮。在材料受外部压力之后，所述管状外表面即刻弯曲或变形，且在此压力的松弛之后，即刻弹性地恢复到其早先的形状，像气球、球或“漏气续行”轮胎一样。
滚轮310、320、110、120优选地具有圆形横截面。可收缩弹性芯340、140可由具有V形片体叶片360、160的管350、150环绕。根据本发明教示的某些实施例，V形片体叶片360、160为V形片体形的且(举例来说)以相等间隔170围绕管350、150间隔开，但本发明教示涵盖多种叶片隔开间隔及形状。V形片体叶片360、160可布置为5、6、7、8或9个规则间隔开的V形片体叶片且与可收缩管350、150成整体(优选地注射模制为完整部件)且与可收缩管350、150一起变形。在本发明教示的某些实施例中，V形片体叶片360、160的高度H(参见图2A和2B)可经选择以桥接前滚轮310、110与后滚轮320、120之间的间隙G的预选量，举例来说，前滚轮310、110与后滚轮320、120之间的间隙G的至少约一半。在本发明教示的示范性实施例中，前滚轮310、110与后滚轮320、120之间的间隙G为约7mm，且叶片360、160的高度H为约3mm，从而使叶片360、160之间的间隙g为约1mm。
清洁头300、100的滚轮框架380、180及下部壳体390、190可经成形以与滚轮310、320、110、120的外形状互补，使得滚轮框架380、180及下部壳体390、190足够靠近滚轮以最大化滚轮310、320、110、120之间的间隙G中的空气流，但还应与滚轮间隔开使得碎屑不会塞进其中。滚轮框架380、180及下部壳体390、190与滚轮310、320、110、120的接近抵抗从外侧间隙OG吸取空气，使得真空吸取力将在滚轮310、320、110、120之间的间隙G内较强。在本发明教示的某些实施例中，V形片体叶片360、160(或滚轮310、320、110、120的其它最外部分)与滚轮框架380、180及下部壳体390、190的环绕部分之间的空隙可为约1mm。
在本发明教示的各种实施例中，可(举例来说)通过装纳于清洁头内或邻近清洁头装纳的叶轮通过前滚轮310、110与后滚轮320、120之间的气隙G吸取空气。所述叶轮可从清洁头下方的环境将空气吸取到清洁头中，且所产生的真空吸力可辅助滚轮310、320、110、120将尘埃及碎屑从清洁头300、100下方的环境吸取到机器人真空吸尘器的灰尘箱中。在图2A及2B的所图解说明实施例中，真空叶轮通过真空入口392、200将空气(空气流由箭头指示)吸取到可在真空入口392、200与灰尘箱(图1中未展示)之间延伸的中心增压室394、210。
图3是根据本发明教示参考图2A的实施例具有清洁头300的实施例及可拆卸灰尘箱400的实施例的机器人真空吸尘器的一部分的横截面图。可(举例来说)通过装纳于清洁头300内或邻近清洁头300装纳的真空叶轮通过前滚轮310与后滚轮320之间的气隙吸取空气。所述叶轮可从清洁头下方的环境将空气吸取到清洁头中，且所产生的真空吸力可辅助滚轮310、320将尘埃及碎屑从清洁头300下方的环境吸取到机器人真空吸尘器的灰尘箱400中。在图3的所图解说明实施例中，所述真空叶轮(展示于图26中)装纳于灰尘箱内且通过真空入口392将空气吸取到可在真空入口392与灰尘箱400之间延伸的中心增压室394。在所图解说明的实施例中，真空入口392具有成角度表面，所述成角度表面可充当偏转表面使得由滚轮向上清扫且由真空吸力向上吸取的碎屑可撞击真空入口392的成角度壁且朝向中心增压室394及灰尘箱400弹回。通过(举例来说)相对于水平线具有从约30°到约60°的倾斜角度的成角度真空入口来较好地促进使较密集的碎屑朝向中心增压室394及灰尘箱400弹回。真空入口392将空气引导到中心增压室394中。真空入口392可包括较刚性材料以实现较好的耐磨性且较好地使碎屑朝向灰尘箱400弹回。在采用浮动清洁头300的本发明教示的实施例中，中心增压室394可包括允许清洁头300相对于清洁头框架398及灰尘箱400“浮动”的较柔性材料。在此情况中，中心增压室394由弹性体制成，该弹性体的厚度是真空入口392的相对刚性塑料的厚度的大致一半或者比其一半还薄。各种实施例涵盖真空入口392与中心增压室394的接合面在接头396处经包覆模制或以其它方式经平滑化以提供传入空气在其上流动的平滑表面。
在本发明教示的某些实施例中，可提供密封件(未展示)以减少摩擦、提供耐磨性且用作清洁头300与灰尘箱400之间的面密封件。当清洁头在机器人真空吸尘器底盘内上下移动时，清洁头及灰尘箱内的密封件可沿着其表面经受旋转力与平移力的组合。在此些情况中，可借助适应此旋转及平移的机械啮合件(例如，弹性体与弹性体对接接头及/或互锁接头)来使经密封表面朝向彼此压合或偏置。
所图解说明示范性可拆卸灰尘箱400包含可(举例来说)被弹簧加载的释放机构410、用于碎屑收集的腔420、可拆卸过滤器430及过滤器门440，在所图解说明的实施例中，过滤器门440提供空气流腔445，空气流腔445允许空气从过滤器流动到装纳于灰尘箱内的真空叶轮。腔420具有收集容积。下文更详细地描述所述示范性灰尘箱。
图4是图3的清洁头300及灰尘箱400实施例的分解后部透视图。如所展示，灰尘箱400包含释放机构410及过滤器门440。在某些实施例中，真空叶轮将装纳于灰尘箱内在图4中所描述的部分450下方。实际上，图4的部分450可为允许接达真空叶轮的可拆卸面板。底盘位于清洁头框架398上方。在清洁头300内，在清洁头300的前部处图解说明滚轮电机610，且展示齿轮箱620，齿轮箱620执行齿轮减速使得滚轮电机610可驱动定位于滚轮壳体390下方的滚轮。还展示中心增压室394及真空入口392。如图4中所展示，穿过向上成角度的一系列平行板条引导用于从箱排出的排放空气的排气孔以便远离地板引导空气流。此防止在机器人经过时排放空气吹送地板上的灰尘及绒毛。
清洁头300由“四杆连杆组”、“滑块-曲柄连杆组”或准许清洁头300的前部以比后部稍快的速率向上移动的等效机构支撑。与浮动链节成整体的清洁头300的最前部经合成而以比最后部高的速率(例如，100％到120％的速率)提升。或者，与浮动链节成整体的清洁头300经合成而以小角度提升(例如，0％到5％)开始且以较高角度提升(例如，1％到10％)结束地提升。或者，与浮动链节成整体的清洁头300经合成以向上平移固定量且在合成中同时地或稍后向上旋转小的角度(0％到10％)。如此项技术中已知，连杆组通过三个位置或两个位置(功能产生、路径产生或运动产生)的合成确定链节的长度及枢轴位置。
在本描述中对清洁头300、100的大多数描绘展示清洁头300、100处于悬挂位置中，例如，处于其中在机器人提升时重力将牵引清洁头300、100或替代地当机器人底盘在各种地形上移动时由连杆组准许的完全向下延伸在底盘组合件内停止的位置中。图27A到27C中示意性展示的三个位置展示悬挂位置、硬地板操作位置及在机器人与清洁头遇到地毯或小地毯时的位置。
在清洁头300的图4描绘的右侧上展示四杆连杆组的第一链节630及第二链节640(着地链节)且其实质上类似于图5(下文描述)的四杆连杆组的两个连杆组530、560。清洁头在连接两个着地链节630、640的接头之间形成浮动链节，且底盘支撑固定链节。链节630、640邻近于滚轮齿轮箱620延伸且连接到滚轮齿轮箱620而去往框架398，使得滚轮齿轮箱620(及因此连接到其的滚轮)可相对于框架398“浮动”。在清洁头300的相对侧上展示第二平行四杆连杆组的另一第二链节650。还可看到第二平行四杆连杆组的另一第一链节660位于第二链节650下方。链节640、650及660为实质上笔直的。所图解说明四杆连杆组的第一链节630具有弯曲、有点浅的V形状。
图5是根据本发明教示的清洁头的第二实施例的后部侧视透视图，例如图2B中所图解说明的清洁头。在此配置中，叶轮定位于机器人主体内而非清洁箱内，且经由真空入口200通过所述箱抽吸真空空气流。在图5中，可看到中心增压室210及真空入口200以及到真空叶轮500的空气入口导管520。还可在图5中看到真空叶轮500、电机510及滚轮齿轮箱530。相比于参考图4所描述的第一实施例，远侧(图5中)四杆连杆组的第二(着地)链节570包括示范性L形金属丝，其将笼架540连接到叶轮壳体，下文更详细地对此进行图解说明。在将真空叶轮容纳于清洁头内的本发明教示的实施例中，使用金属丝作为第二链节570以在清洁头100中为叶轮500提供更多空间。将叶轮装纳于清洁头内的优点可包含促进较大的灰尘箱腔且允许同一电机来给叶轮及滚轮供应动力。
图6是图2A、3及4的清洁头实施例的部分侧视透视横截面图。可看到前滚轮310、后滚轮320、真空入口392、中心增压室394、滚轮电机610及滚轮齿轮箱620的关系。滚轮电机610经由齿轮箱620以已知的方式驱动前滚轮310及后滚轮320两者。在本发明教示的某些实施例中，滚轮电机610使前滚轮310沿滚动旋转方向旋转以从地板朝向后滚轮320以一角度清扫碎屑，且滚轮电机610使后滚轮320沿爬行旋转方向旋转以捕捉由前滚轮310投掷的碎屑(及其它碎屑)且朝向真空入口以一角度进一步向上清扫所述碎屑，且吸力由真空叶轮提供。所述碎屑可从真空入口392的刚性成角度表面弹回而穿过中心增压室394并进入灰尘箱400中。所图解说明滚轮轮轴330优选地为不可收缩的且能够经由键特征335将扭矩从齿轮箱620转移直到滚轮310、320。所图解说明轮轴330可为实心或空心的且可在335处键接以促进到滚轮310、320的旋转扭矩转移。还展示用以对滚轮管350提供可收缩但弹性支撑的弯曲轮辐340。
图7、8、9和10中图解说明与图2B及5的清洁头布置互补的清洁头驱动系统的另一实施例。所图解说明示范性驱动系统可与图5的清洁头一起使用，且相比于图2A、4及6的实施例包含可驱动真空叶轮及两个清洁头滚轮两者的电机510。例如图4中所展示的叶轮500等真空叶轮可由输出轴700驱动，前滚轮(例如，图10中的前滚轮110)可由前滚轮驱动轴710驱动，且后滚轮(例如，图10中的后滚轮120)可由后滚轮驱动轴720驱动。清洁头齿轮箱730含有齿轮，所述齿轮允许具有足以驱动真空叶轮的给定旋转速度的电机沿滚动旋转方向以所要旋转速度驱动前滚轮且沿爬行旋转方向以所要旋转速度驱动后滚轮。
所图解说明示范性清洁头齿轮箱730包含图解说明为透明的使得可看到齿轮的齿轮箱壳体740。在所图解说明的实施例中，展示滚轮驱动轴720、710从第一齿轮750及第四齿轮758延伸，滚轮驱动轴710、720分别用于驱动前清洁头滚轮110及后清洁头滚轮110。图7还展示用于连接到真空叶轮驱动轴(参见图8)的电机输出轴700，电机输出轴700直接从电机510的第一端延伸。电机510的另一输出轴从电机的相对端延伸到清洁头齿轮箱730中以驱动所述滚轮。
前滚轮及后滚轮的旋转速度可不同于电机输出的旋转速度且可不同于叶轮的旋转速度。叶轮的旋转速度可不同于电机的旋转速度。在使用中，前滚轮及后滚轮、电机及叶轮的旋转速度可保持实质上恒定。
图8是根据本发明教示的将与图7的组合件一起使用的真空叶轮组合件800的示范性实施例的侧视透视图。所图解说明叶轮组合件800可用于例如图4中所展示的清洁头100等清洁头中。组合件800包含叶轮500、可耦合到图7中所展示的电机输出轴700的耦合器810、叶轮驱动轴820、包含外部分832及内部分834的叶轮壳体830，叶轮壳体830的内部分834包含将从叶轮500排出的空气引导回到环境中的空气出口840。展示齿轮箱盖850沿着叶轮壳体830的外部分延续，所述齿轮箱盖保护提供从驱动轴820到叶轮500的齿轮减速的齿轮(未展示)。
在叶轮组合件800的某些实施例中，驱动轴820为2mm的钢轴且轴衬在任一端上支撑所述驱动轴。在各种实施例中，叶轮壳体830上的肋条可加劲所述壳体以防止在负荷下的变形且限制振动以实现声音降低。所图解说明叶轮壳体830包含用于图5中所展示的链节570的连接点860，使得链节570可将叶轮壳体830连接到笼架540以促进滚轮在底盘内的“浮动”。
图9是图5的机器人真空吸尘器清洁头100的实施例的穿过叶轮500及空气入口导管520的一部分截取的横截面图。还可看到前滚轮110，其中真空入口200的一部分在其上方。展示叶轮500的空气入口导管520的一部分，空气入口导管如所展示配合于叶轮壳体的内部分900内。叶轮500由叶轮壳体的内部分900及叶轮壳体的外部分910封闭。展示叶轮齿轮箱的齿轮920连同在其每一侧上的轴衬930，轴衬930装纳于叶轮壳体的外部分910与齿轮箱盖850之间。所图解说明叶轮500包含可(举例来说)搭扣在一起、紧固、粘附或整体模制的内部分940及外部分950。在使用中，由叶轮500从灰尘箱通过空气入口吸取空气。
图10是图2B及5的清洁头的横截面图，其分别以剖面展示增压室210且以剖面展示空气入口导管520。如图10中所展示，在图2B中所描绘的清洁头的实施例中，中心增压室210为包括(举例来说)聚甲醛(例如，)的低摩擦增压室，所述聚甲醛为在需要高劲度、低摩擦及优越的尺寸稳定性的精密部件中使用的工程热塑性塑料。在本发明教示的某些实施例中，可提供毡密封件220以减少摩擦、提供优越的耐磨性且用作清洁头100与灰尘箱(未展示)之间的面密封件。当清洁头在机器人真空吸尘器底盘内上下移动时，清洁头内及清洁头与灰尘箱之间的所有密封件将沿着其表面经受旋转力与平移力的组合。
图10是图2B的机器人真空吸尘器清洁头的部分横截面图，其图解说明可在真空导管200与中心增压室210之间采用的环形密封件230的示范性实施例。所图解说明环形密封件230可安装到从真空导管200的一端延伸的突出部240，环形密封件230促进真空导管200与中心增压室210的开口250之间的实质上气密配合。所图解说明示范性环形密封件230包含橡胶唇部260，橡胶唇部260经配置以维持真空导管200与中心增压室210之间的气密密封，同时允许真空导管200及中心增压室210在机器人真空吸尘器的操作期间相对于彼此移动。当清洁头相对于机器人真空吸尘器底盘移动时，真空导管200及中心增压室210可相对于彼此移动。在所图解说明的实施例中，中心增压室开口250具有增加的半径以容纳真空导管200及环形密封件230且为真空导管200及中心增压室210的相对移动提供空间。
展示空气入口导管520包含两个部分：前部分及后部分。后部分从灰尘箱延伸到前部分。前部分从后部分延伸到叶轮500。展示旋转及滑动密封布置使空气入口导管520的前部分与空气入口导管520的后部分配合。类似于真空导管200与中心增压室210之间的关于图10所论述的环形密封件230，空气入口导管520的前部分与后部分之间的滑动密封布置包含唇部/突出部(在所图解说明的实施例中展示两个)，所述唇部/突出部维持空气入口与空气输入管道之间的气密密封，同时允许空气入口及空气输入管道在机器人真空吸尘器的操作期间且特定来说在清洁头的部分使用本文中所描述的四杆连杆组“浮动”时相对于彼此移动。
图11展示图4的清洁头的左侧视图，其中展示框架398连同一侧的允许清洁头300的部分相对于框架398及因此机器人真空吸尘器底盘移动的四杆连杆组的所附接链节650及链节660；且图12展示图4的清洁头的右侧视图，其中展示框架398连同相对侧的允许清洁头300的部分相对于框架398及因此机器人真空吸尘器底盘移动的四杆连杆组的所附接链节630及第四链节640。
在本发明教示的各种实施例中，所述四杆连杆组操作而以比后滚轮稍快的速率提升前滚轮。在所图解说明的实施例中，所述四杆连杆组使清洁头“浮动”，且所述连杆组具有稍不同的长度(例如，仅相差数毫米)，且到框架、笼架或清洁头的附接点不形成矩形或平行四边形。
图13及14是根据本发明教示用于四杆连杆组悬挂的示范性链节的透视图，举例来说，图4的实施例的链节550或图12的实施例的链节640。图13描绘实质上笔直链节；图14描绘具有弯曲、有点浅的V形状的链节。在本发明教示的各种实施例中，臂可包括(举例来说)PEI、PC、乙缩醛、耐纶6、PBT、PC/PET、ABS、PET或其组合。
图15是图5的清洁头300及灰尘箱400实施例的仰视透视图，其中灰尘箱400与清洁头300以可拆卸方式啮合。展示滚轮310、320连同处于闭合位置中的滚轮框架380。在本发明教示的实施例中，包含可拆卸滚轮框架380允许接达滚轮310、320以(举例来说)拆卸或清洁滚轮310、320。滚轮框架380可(举例来说)经由已知种类的铰链1525及突片1520以可释放方式及以铰接方式附接到齿轮箱620或下部壳体390。可朝向清洁头的前部按压突片1520以释放滚轮框架380的后侧，且滚轮框架380可枢转打开以提供对滚轮310、320的接达。图15中所展示的所图解说明示范性滚轮框架380在前向边缘上包含多个头凸1500。所述头凸可经提供以在清洁头跨越待清洁的表面浮动时支撑所述清洁头且还将可能进入清洁头的碎屑的大小限制于真空导管的大小。所图解说明示范性滚轮框架380还包含可用于防止绳及其它长细材料被吸取到滚轮310、320之间的“乳凸部(norker)”1510。在本说明书的上下文中，“乳凸部”为短的V形沟槽，如所描绘。“乳凸部”1510位于滚轮310、320的最端处，且另外可防止较大的碎屑在滚轮310的端(在此处滚轮可能并不那么易于压缩)处进入滚轮310、320之间。在一些实施例中，滚轮的管状外壳(其自身可实质上变形)在滚轮的端处邻接硬圆柱形芯。“乳凸部”的用途是防止大于特定大小(例如，大于间隙G)的所捕获物体在最端处堵塞于滚轮之间，在所述最端处所述滚轮可能由于滚轮端处的硬圆柱形芯而不变形。
图16是图15的清洁头的仰视透视图，其中滚轮框架380打开以暴露滚轮310、320。如可看到，由乳凸部1510覆盖的滚轮区域中的一些区域可能并非滚轮的可压缩弹性管350。允许滚轮框架380从下部壳体390释放的突片1520可以可释放方式啮合下部壳体390的闩锁机构1535以闭合滚轮壳体380。滚轮310、320的非驱动端1600展示于图16中且其示范性实施例展示于图19中且下文加以描述。
图17示意性地图解说明大片碎屑D由滚轮310、320容纳，所述滚轮可收缩以允许碎屑D通过滚轮310、320的中心，尽管碎屑D的大小大于所述滚轮之间的间隙。在碎屑D已通过滚轮310、320之后，所述滚轮将由于其弹性而保持(弹回到)其圆形横截面，且所述碎屑将沿方向VB朝向灰尘箱导管向上移动。如所展示，前滚轮310沿滚动旋转方向CC旋转且后滚轮320沿爬行旋转方向C旋转。
图18是根据本发明教示的清洁头滚轮(例如，滚轮110、120、310、320)的实施例的示范性驱动端的横截面图。展示在齿轮箱壳体1810中的滚轮驱动齿轮1800，连同滚轮驱动轴1820及两个轴衬1822、1824。举例来说，滚轮驱动轴1820可具有正方形横截面或六边形横截面，如所属领域的技术人员将了解。展示罩盖1830从滚轮管350内延伸以接触齿轮箱壳体1810及轴承1824且其可防止毛发及碎屑到达齿轮1800。滚轮的轮轴330啮合滚轮驱动轴1820。在所图解说明的实施例中，轮轴330的环绕驱动轴1800的区域包含较大凸缘或防护装置1840及与其向外间隔开的较小凸缘或防护装置1850。凸缘/防护装置1840、1850与罩盖1830协作以防止毛发及其它碎屑朝向齿轮1800迁移。展示其中管350与罩盖1830重叠的示范性管重叠区1860。图18中所展示的驱动端的凸缘及重叠部分可形成迷宫型密封以防止毛发及碎屑朝向齿轮移动。在某些实施例中，尽管有罩盖重叠区1860也设法进入滚轮的毛发及碎屑可在毛发储槽或中空坑室1870内聚集，毛发储槽或中空坑室1870可以实质上防止毛发及碎屑干扰清洁头的操作的方式收集毛发及碎屑。另一毛发储槽或中空坑室可由较大凸缘1840及罩盖1830界定。在某些实施例中，轮轴及环绕可收缩芯优选地从滚轮的此驱动端上的毛发储槽延伸到滚轮的另一非驱动端上的毛发储槽或其它罩盖型结构。在其它实施例中，曲线轮辐替换支撑管350的泡沫的全部或一部分。
图19是根据本发明教示的清洁头滚轮(例如，滚轮110、120、310、320)的实施例的示范性非驱动端的横截面图。展示滚轮的非驱动端的销1900及轴衬1910安坐于清洁头下部壳体390中。罩盖(举例来说)借助支腿1922从轴衬壳体1920延伸到滚轮管350中以环绕销1900及轴衬1910以及具有较小凸缘或防护装置1932及较大凸缘或防护装置1934的轮轴插入件1930，较大凸缘1934向外延伸以几乎接触罩盖1920的内表面。展示其中管350与罩盖1920重叠的示范性管重叠区1960。图19中所展示的驱动端的凸缘/防护装置及重叠部分可形成迷宫型密封以防止毛发及碎屑朝向齿轮移动。所述罩盖优选地经成形以防止毛发进入到滚轮的内部中且防止毛发迁移到销的区域。在某些实施例中，尽管有罩盖重叠区1960也设法进入滚轮的毛发及碎屑可在毛发储槽或中空坑室1970内聚集，毛发储槽或中空坑室1970可以实质上防止毛发及碎屑干扰清洁头的操作的方式收集毛发及碎屑。另一毛发储槽或中空坑室可由较大凸缘1934及罩盖1920界定。
图20图解说明示范性面向的间隔开的V形片体叶片滚轮，例如图3的前滚轮310及后滚轮320。可看到轮轴330的凸缘1840及1850，也可看到支撑管状管350的泡沫140。滚轮310、320面向彼此，此意指，在所图解说明的实施例中，V形片体形叶片360为镜像。所图解说明示范性滚轮的每一V形片体形叶片包含中心尖顶365及在前滚轮310上从中心尖顶365向下延伸且在后滚轮320上从中心尖顶365向上延伸的两个侧或支腿367。叶片360的V形片体形状可远离滚轮的侧且朝向滚轮的中心抽吸毛发及碎屑以进一步防止毛发及碎屑朝向滚轮端(在此处毛发及碎屑可能干扰机器人真空吸尘器的操作)迁移。
图21图解说明滚轮(例如图20的滚轮310)的示范性实施例的分解侧视透视图。展示轮轴330连同其驱动端的凸缘1840及1850。还展示非驱动端的轮轴插入件1930及凸缘1934，连同非驱动端的罩盖1920。展示两个泡沫插入件140，其装配到管状管350中以为所述管提供可收缩弹性芯。在某些实施例中，所述泡沫插入件可由曲线轮辐(例如，图6中所展示的轮辐340)替换或可与曲线轮辐组合。所述曲线轮辐可支撑滚轮310的在两个泡沫插入件140之间的中心部分且可(举例来说)与滚轮管350及V形片体叶片360整体模制。
图22图解说明具有支撑V形片体叶片管350的曲线轮辐340的示范性滚轮的横截面图。如所展示，所述曲线轮辐可具有沿第一方向为曲线的第一(内)部分342及沿相反方向缺少曲线或弯部的第二(外)部分344。所述部分的相对长度可变化且可基于例如模制要求及所要坚度/可收缩性/弹性等因素来选择。滚轮的中心轮毂2200可经定大小及成形以与驱动滚轮的轮轴(例如，图21的轮轴330)配合。为了将旋转扭矩从轮轴转移到滚轮，所图解说明滚轮包含经配置以接纳轮轴的突出部或键335(参见图6)的两个凹部或啮合元件/容座2210。所属领域的技术人员将理解，存在用于配合轮轴与滚轮的将把旋转扭矩从轮轴转移到滚轮的其它方法。
图23是根据本发明教示的灰尘箱400的示范性实施例的前部透视图。所述灰尘箱在其顶部表面上包含释放机构410及过滤器门440。在某些实施例中，真空叶轮将装纳于灰尘箱内在所述箱的顶部表面的部分450下方。实际上，顶部表面的部分450可为允许接达真空叶轮的可拆卸面板。图23的实施例还图解说明过滤器门释放机构2300，如图24中所展示，过滤器门释放机构2300可包含弹性突片2400及所述突片以已知方式啮合的凹部2410。展示灰尘箱400的门2310处于打开位置中，从而暴露铰链2330及用于碎屑收集的腔420。门2310包含开口2320，开口2320优选地在大小及位置上与(举例来说)图5及6中所展示的清洁头300的中心增压室394相匹配。叶轮壳体2340位于壳体内。在所图解说明的实施例中，叶轮壳体2340朝向灰尘箱腔420的一侧定位。
图24是图23的灰尘箱400的俯视透视图，其展示过滤器门440处于暴露过滤器430及部分地界定空气流腔445的壁442、444、446的打开位置中，空气流腔445允许空气从过滤器430流动到装纳于灰尘箱腔420内的真空叶轮。在所图解说明的实施例中，空气从中心增压室(例如，图5的中心增压室394)流动穿过灰尘箱400的门2310中的开口2320、穿过过滤器430并沿图24的箭头的方向穿过空气流腔445以到达真空叶轮。过滤器430优选地为可释放的且包含突片430T，突片430T允许用户从灰尘箱拆卸过滤器430(举例来说)以进行清洁及/或替换。图24的示范性实施例在过滤器腔内包含任选“过滤器存在”指示器突片2430。举例来说，过滤器存在指示器突片2430可在过滤器430未经恰当安装时防止机器人真空吸尘器的操作，举例来说，通过移动到防止过滤器门440闭合(此又防止可拆卸灰尘箱400安装于机器人真空吸尘器中)的位置。在本发明教示的优选实施例中，所述过滤器密封于灰尘箱的环绕部分内。可在过滤器上、在灰尘箱上或在过滤器及灰尘箱两者上采用密封件。
图25是图23及24的灰尘箱400的一部分的俯视透视图，其中已从灰尘箱及过滤器430拆卸顶部部分。在示范性实施例中，使用多个杆2510将过滤器430保持于灰尘箱内。所属领域的技术人员将了解，可使用其它布置来支撑过滤器并将其保持于灰尘箱内。在本发明教示的某些实施例中，空气流腔445的横向横截面积(例如，横向于纵向轴线截取的横截面)等于叶轮开口2500的横截面积，使得空气流在整个容积中保持恒定且无空气流收缩及/或紧缩并进入碎屑收集箱中。
图26是图23到25的灰尘箱的穿过叶轮壳体2340、叶轮电机2610及叶轮截取的横截面图。可看到从空气流腔445到叶轮的路径。
所属领域的技术人员根据对本文中所揭示的教示(在下文细节及描述中阐述其一些示范性实施例)的说明书及实践的考虑将明了本发明教示的其它实施例。
在本发明教示的某些实施例中，一个或一个以上叶片与弹性管状部件整体形成且界定从弹性管状部件的一端延伸到另一端的V形片体。在一个实施例中，所述一个或一个以上V形片体叶片围绕弹性管部件的圆周等距间隔开。在一个实施例中，所述叶片经对准使得一个V形片体的端与邻近V形片体的中心尖端共面。此布置提供V形片体叶片与可压缩滚轮和其啮合的接触表面之间的恒定接触。此不间断的接触消除原本因在接触条件与不接触条件之间变化而形成的噪音。在一个实施方案中，一个或一个以上V形片体叶片相对于径向轴线以30°与60°之间的角度α从管状滚轮的外表面延伸且朝向旋转方向倾斜(参见图20)。在一个实施例中，V形片体叶片与径向轴线的角度α为45°。使V形片体叶片沿旋转方向成角度降低叶片的根部处的应力，借此降低或消除叶片从弹性管状部件扯下的可能性。所述一个或一个以上V形片体叶片接触清洁表面上的碎屑并沿可压缩滚轮的旋转方向引导所述碎屑。
在一个实施方案中，叶片为V形片体，且V的支腿相对于划迹于管状部件的表面上且从弹性管状部件的一端延伸到另一端的线性路径成5°到10°的角度θ(参见图22)。在一个实施例中，V形片体的两个支腿成7°的角度θ。通过将角度θ限制为小于10°，可压缩滚轮可通过模制工艺来制造。比10°陡峭的角度在具有比80A硬的硬度值的弹性体的可制造性上产生故障。在一个实施例中，管状部件及曲线轮辐及轮毂由60A与80A之间的硬度值的弹性材料注射模制而成。比此范围软的硬度值的材料可展现过早的磨损及灾难性破裂，且较硬硬度值的弹性材料将产生实质阻曳(即，对旋转的阻力)且将导致疲劳及应力断裂。在一个实施例中，弹性管状部件由TPU制造且弹性管状部件的壁具有约1mm的厚度。在一个实施例中，弹性管状部件具有在1/2mm到3mm之间的壁厚。在一个实施例中，弹性管状部件的内径为约23mm且外径为约25mm。在具有多个V形片体叶片的弹性管状部件的一个实施例中，由所述多个叶片的尖端扫过的外侧圆周的直径为30mm。
由于一个或一个以上V形片体叶片从弹性管状部件的外表面延伸在一个实施例中达弹性管状滚轮的直径的至少10％的高度，因此其防止绳状元件直接缠绕在弹性管状部件的外表面上。因此，所述一个或一个以上叶片防止毛发或其它细线状碎屑紧紧地缠绕在可压缩滚轮的芯上且降低清洁功效。将叶片界定为V形片体进一步辅助将毛发及其它碎屑从滚轮的端朝向滚轮的中心引导，V形片体的尖顶位于所述中心处。在一个实施例中，V形片体的尖顶与自主覆盖机器人的真空入口的中心直接成直线定位。
上文所论述的四杆连杆组实施例促进清洁头在其框架内的移动(“浮动”)。当具有根据本发明教示的清洁头的机器人真空吸尘器正在操作时，优选地清洁头的底部表面保持实质上平行于地板，且在一些实施例中，优选地前滚轮110、310在操作期间被定位成稍高于后滚轮120、320。然而，清洁头在操作期间应能够垂直移动，举例来说，以适应像门槛、通气孔一样的地板不平处或从乙烯基地板移动到地毯。所图解说明四杆连杆组提供将清洁头支撑于框架内且允许清洁头相对于框架移动使得所述清洁头可在机器人真空吸尘器的操作期间垂直调整而不以将致使清洁头脱离其相对于地板的平行位置的方式枢转的简单机构。如所展示，在所图解说明的示范性实施例中，顶部链节及底部链节两者可搭扣装配到清洁头组合件。顶部链节将框架连接到叶轮壳体的外部分。底部链节也将框架连接到叶轮壳体的外部分。当本文中所图解说明的清洁头组件相对于框架及机器人真空吸尘器底盘移动时，所述框架既定保持相对于所述底盘固定。如所图解说明的示范性实施例中所展示，框架可经剖切以允许对连杆组的完全视觉及物理接达。
当本文中所图解说明的清洁头组件相对于框架及机器人真空吸尘器底盘移动时，所述框架既定保持相对于所述底盘固定。
在某些实施例中，所述连杆组以可变速率提升(前轮以比后向轮高的速率提升)，使得从静止状态的最大提升角度小于10°。在一个实施例中，所述连杆组为四杆连杆组，其绕清洁组合件对称放置使得每一杆连杆组的前向端邻近清洁组合件的前向边缘而附接。
在另一实施方案中，自主覆盖机器人具有包含前向部分及后向部分的底盘。驱动系统安装到所述底盘且经配置以操纵机器人越过清洁表面。清洁组合件安装于底盘的前向部分上且其中安装有用于从清洁表面捡取碎屑的两个反旋转滚轮，前向滚轮的纵向轴线位于定位于第二水平面上方的第一水平面中，后向滚轮的纵向轴线位于所述第二水平面上。所述清洁组合件通过在前向端处固定到底盘且在后向端处固定到清洁组合件的连杆组以可移动方式安装到底盘。当机器人从坚固表面过渡到可压缩表面时，所述连杆组从清洁表面提升清洁组合件。所述连杆组实质上平行于清洁表面提升清洁组合件，但使得前滚轮以比后向滚轮快的速率提升。
在本发明教示的某些实施例中，所述中心增压室包括通向收集容积中的实质上水平弹性体部分。所述实质上水平弹性体部分挠曲以在连杆组使清洁组合件提升时形成向下斜坡以适应清洁表面中的高度差。在一个实施例中，所述实质上水平弹性体部分沿垂直维度挠曲至少5mm，使得通过滚轮从清洁表面升起的碎屑向上行进到增压室中且被向下引导到封闭的灰尘箱中。
图28A及28B图解说明当将机器人真空吸尘器放置于清洁表面上时(举例来说，在机器人真空吸尘器的操作之前或期间)在连杆组提升清洁组合件时中心增压室394挠曲以形成向下斜坡。
真空气道的前部分及后部分可形成为单一整体式组件，但在一些实施例中，所述后部分为在密封接头处毗连刚性前部分的弹性体部件。在一个实施例中，密封接头为压缩装配，其中刚性前部分插入到弹性体后部分中且通过径向压缩力固定。在另一实施例中，所述密封接头为弹性体包覆模制件。所述密封接头形成防止真空损失的密封真空路径。在实施例中，所述后部分以密封配置端接于邻接碎屑收集箱的开口的凸缘中。因此，真空气道实现顺畅、密封的真空空气流。在一个实施例中，所述弹性体后部分由例如MedipreneTM等热塑性材料或例如SantopreneTM等热塑性硫化橡胶(TPV)制造。在一个实施例中，所述刚性前部分由塑料材料制造，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或耐纶，所述材料具有防静电性质且抵抗毛发的积累。
图29是根据本发明教示的清洁机器人的实施例的仰视图。
所属领域的技术人员根据对本文中所揭示的本发明教示的说明书及实践的考虑将明了本发明的其它实施例。打算将说明书及实例仅视为示范性，其中本发明教示的真实范围及精神由所附权利要求书指示。

Claims (41)

1.一种用于与自主覆盖机器人能够旋转啮合的弹性可压缩滚轮，所述滚轮包括：
弹性软管，所述弹性软管具有内表面和外表面且界定纵向轴；
轮毂，所述轮毂沿着所述纵向轴而安置于所述管的内部；
刚性驱动轴，所述刚性驱动轴支撑所述轮毂且能够旋转地附接至所述机器人；
弹性轮辐，所述弹性轮辐在所述管的所述内表面与所述轮毂之间延伸，所述轮辐悬挂所述管以围绕所述轮毂浮动且将来自所述驱动轴的扭矩转移至所述管，每一轮辐的路径长度比所述驱动轴与所述管的所述内表面之间的径向距离长，允许所述管在碎屑撞击期间即刻变形，其中所述管和所述轮辐是弹性变形，所述管和所述轮辐从未变形形状朝向所述纵向轴至变形形状而收缩，且弹性反弹回至所述未变形形状；及
至少一个叶片，所述叶片从所述管的所述外表面向外延伸。
2.根据权利要求1所述的滚轮，其进一步包括安置于所述弹性软管与所述驱动轴之间的弹性可压缩材料。
3.根据权利要求2所述的滚轮，其中所述弹性可压缩材料包括泡沫弹性体。
4.根据权利要求3所述的滚轮，其中所述泡沫弹性体包括热塑性聚氨酯、乙烯基醋酸乙脂或聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的滚轮，其中所述轮辐界定蛇形的横截面。
6.根据权利要求1所述的滚轮，其中所述轮辐占据所述管的长度的10％到20％且以所述管的所述长度的中心点为中心。
7.根据权利要求1所述的滚轮，其中所述至少一个叶片相对于所述管的径向轴以30°与60°之间的角度从所述管的所述外表面延伸，且朝向所述滚轮的旋转方向倾斜。
8.根据权利要求7所述的滚轮，其中所述至少一个叶片的所述角度相对于所述管的所述径向轴的所述角度为45°。
9.根据权利要求1所述的滚轮，其中所述至少一个叶片与所述管整体形成且界定V形片体，所述片体具有中心尖端、从所述中心尖端延伸到所述管的第一端的第一支腿及从所述中心尖端延伸到所述管的第二端的第二支腿。
10.根据权利要求9所述的滚轮，其进一步包括围绕所述管的圆周等距间隔开的多个叶片。
11.根据权利要求10所述的滚轮，其进一步包括至少五个叶片，所述叶片经对准以具有与邻近片体的中心尖端共面的一个片体的所述支腿的远端。
12.根据权利要求11所述的滚轮，其中所述叶片的尖端扫过的外侧圆周的直径为约30mm。
13.根据权利要求9所述的滚轮，其中所述V形片体的所述第一支腿和所述第二支腿相对于划迹于所述管的所述外表面上且从所述管的第一端延伸到所述管的第二端的线性纵向路径成5°到10°的角度布置。
14.根据权利要求13所述的滚轮，其中所述V形片体的所述第一支腿和所述第二支腿相对于所述线性纵向路径成约7°。
15.根据权利要求1所述的滚轮，其中所述轮毂进一步包括内表面和外表面，其中所述管、所述轮辐和所述轮毂由弹性材料整体且同质形成，所述弹性材料具有在60A到80A之间的硬度值。
16.根据权利要求1所述的滚轮，其中所述至少一个叶片具有所述管的直径的至少10％的高度。
17.一种用于覆盖机器人的清洁组合件，所述清洁组合件包括：
清洁头框架及滚轮壳体，所述清洁头框架界定所述滚轮壳体以可移动方式链接到或以不可移动方式附接到所述机器人的一部分；
前向滚轮及后向滚轮，所述前向滚轮及后向滚轮相对于彼此在所述滚轮壳体中反向旋转以从被所述滚轮啮合的清洁表面捡取碎屑，所述前向滚轮及所述后向滚轮经布置以实质上维持两个滚轮之间的横截面积，但在使大碎屑通过时准许所述两个滚轮之间的收缩，每一滚轮包括：
整体且同质形成的具有内表面和外表面的弹性体外管，所述弹性体外管界定纵向轴；及
部分被空气占据的内弹性芯，所述内弹性芯比所述外管更具弹性且经配置以将所述外管偏置为弹回，所述芯包括：
轮毂，所述轮毂沿着所述外管的所述纵向轴安置；及
弹性轮辐，所述弹性轮辐在所述外管的所述内表面与所述轮毂之间延伸，所述轮辐悬挂所述外管以围绕所述轮毂浮动且将来自所述轮毂的扭矩转移至所述外管，每一轮辐的路径长度比所述轮毂与所述外管的所述内表面之间的径向距离长，允许所述外管在碎屑撞击期间即刻变形，所述碎屑大于所述两个滚轮之间的所述横截面积。
18.根据权利要求17所述的清洁组合件，其进一步包括布置在所述滚轮的后向的封闭的灰尘箱模块，所述封闭的灰尘箱模块界定经由密封真空增压室与所述两个反向旋转滚轮连通的收集容积。
19.根据权利要求18所述的清洁组合件，其中所述密封真空增压室具有定位于所述两个反向旋转滚轮上方的第一开口及定位于所述收集容积的入口处的第二开口。
20.一种用于与自主覆盖机器人能够旋转啮合的弹性可压缩滚轮，所述滚轮包括：
弹性软管，所述弹性软管具有内表面和外表面且界定纵向轴；
轮毂，所述轮毂沿着所述纵向轴安置于所述弹性软管的内部；
刚性驱动轴，所述刚性驱动轴支撑所述轮毂且能够旋转地附接至所述机器人；
弹性轮辐，所述弹性轮辐在所述管的所述内表面与所述轮毂之间延伸，所述轮辐悬挂所述管以围绕所述轮毂浮动且将来自所述驱动轴的扭矩转移至所述管，每一轮辐的路径长度比所述驱动轴与所述管的所述内表面之间的径向距离长，允许所述管在碎屑撞击期间即刻变形；及
至少一个叶片，所述叶片从所述管的所述外表面向外延伸，
其中所述至少一个叶片与所述管整体形成且界定V形片体，所述片体具有中心尖端、从所述中心尖端延伸到所述管的第一端的第一支腿及从所述中心尖端延伸到所述管的第二端的第二支腿。
21.一种与自主覆盖机器人旋转地啮合的弹性可压缩滚轮，所述弹性可压缩滚轮包括：
弹性管状部件，所述弹性管状部件具有在所述弹性管状部件的第一端与第二端之间横跨的纵向轴，且包含：
外表面，及
一或多个叶片，所述叶片与所述弹性管状部件整体形成且从所述外表面向外延伸，所述一或多个叶片界定V形片体，每一片体具有中心尖端、从所述中心尖端延伸到接近所述弹性管状部件的所述第一端的第一支腿、及从所述中心尖端延伸到接近所述弹性管状部件的所述第二端的第二支腿；
弹性可压缩材料，所述弹性可压缩材料安置于所述弹性管状部件中；及
轴衬壳体，所述轴衬壳体延伸到所述弹性管状部件的所述第一端或所述第二端中，且形成重叠区。
22.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，其进一步包括沿着所述弹性管状部件的所述纵向轴而安置于所述外表面内的轮毂。
23.根据权利要求22所述的弹性可压缩滚轮，其中所述轮毂占据所述弹性管状部件的长度的10％到20％。
24.根据权利要求22所述的弹性可压缩滚轮，其进一步包括在所述弹性管状部件的内表面与所述轮毂之间延伸的多个弹性轮辐。
25.根据权利要求24所述的弹性可压缩滚轮，其中所述弹性管状部件、所述轮辐及所述轮毂由弹性材料整体且同质形成，所述弹性材料具有在60A到80A之间的硬度值。
26.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，所述轴衬壳体进一步包括环绕与所述纵向轴轴向对准的销的轴衬。
27.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，其中所述弹性可压缩材料包括泡沫弹性体。
28.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，所述弹性可压缩材料进一步包括两个泡沫插入件。
29.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，其中所述泡沫弹性体是热塑性聚氨酯泡沫、乙烯基醋酸乙脂泡沫或聚丙烯泡沫中的一种。
30.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，其中所述一或多个叶片围绕所述弹性管状部件的圆周等距间隔开。
31.根据权利要求30所述的弹性可压缩滚轮，其中所述一或多个叶片包括至少五个叶片。
32.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，其中所述一或多个叶片具有所述弹性管状部件的直径的至少10％的高度。
33.根据权利要求21所述的弹性可压缩滚轮，其中弹性管状部件具有在1/2mm到3mm之间的壁厚。
34.一种清洁机器人，其包括：
碎屑收集容积；
真空入口，所述真空入口经配置以将碎屑递送到所述碎屑收集容积；
滚轮壳体，所述滚轮壳体与所述真空入口气动连通；及
可压缩滚轮，所述可压缩滚轮与所述真空入口相对，所述可压缩滚轮包括弹性管状部件，所述弹性管状部件具有在其第一端与第二端之间横跨的纵向轴，且包含：
外表面，
一或多个叶片，所述叶片与所述弹性管状部件整体形成且从所述外表面向外延伸，所述一或多个叶片界定V形片体，每一片体具有中心尖端、从所述中心尖端延伸到接近所述弹性管状部件的所述第一端的第一支腿、及从所述中心尖端延伸到接近所述弹性管状部件的所述第二端的第二支腿，及
弹性可压缩材料，所述弹性可压缩材料安置于所述弹性管状部件中。
35.根据权利要求34所述的清洁机器人，所述可压缩滚轮进一步包括延伸到所述管的所述第一端或所述第二端中且形成重叠区的轴衬壳体。
36.根据权利要求34所述的清洁机器人，其中所述一或多个叶片从圆周壁延伸形状改变管的直径的至少10％的高度。
37.根据权利要求34所述的清洁机器人，其中所述滚轮壳体与所述可压缩滚轮的径向最外部分间隔开小于或等于约1mm。
38.根据权利要求34所述的清洁机器人，其中所述纵向轴与所述真空入口平行纵向对准。
39.根据权利要求34所述的清洁机器人，其进一步包括沿着所述弹性管状部件的所述纵向轴而安置于所述外表面内的轮毂。
40.根据权利要求39所述的清洁机器人，其中所述轮毂占据所述弹性管状部件的长度的10％到20％。
41.根据权利要求34所述的清洁机器人，其中所述弹性可压缩材料包括两个泡沫插入件。
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