CN107548676A - 地面加工器具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主式地面加工器具，尤其收割机器人，包括壳体、行走机构、用于控制该自主式地面加工器具的控制单元以及至少一个轮单元，该轮单元至少部分可活动地布置在壳体上。提出，该地面加工器具具有传感器单元，该传感器单元构造用于获知轮单元相对于壳体的位置。

Description

地面加工器具

技术领域

本发明涉及一种地面加工器具。

背景技术

自主式地面加工器具一般设计用于通过和地面平行地定向的加工单元加工地面。例如自主式收割机器人的收割机构的刀具和地面平行地定向，以便均匀地修剪草坪。如果地面加工器具部分地行驶到障碍物上或地面加工器具的一个轮子越出一个处于台阶上，则这可能导致地面加工器具陷入倾斜状态。在该倾斜状态中不能保证地面加工单元正常运行。

发明内容

由现有技术得出本发明的任务，即提供一种地面加工器具，该地面加工器具构造为用于探测至少一个轮子从地面抬起。

本发明从一种自主式地面加工器具、尤其收割机器人出发，该地面加工器具包括壳体、行走机构、用于控制该自主式地面加工器具的控制单元以及至少一个轮单元，该轮单元至少部分可活动地布置在壳体上。建议：该地面加工器具具有传感器单元，该传感器单元构造用于获知轮单元相对于壳体的位置。

自主式或至少部分自主式的地面加工器具一般应该在限定的工作区域内自行运动，而不离开该工作区域。已知自主式地面加工器具的多种多样的应用领域，例如作为自主式收割机器人、草坪耕作机器人、地面清扫机器人、除雪机器人、清洁机器人、吸尘器机器人或其它方面的服务机器人。在地面加工器具在户外或在其它没有由围墙限界的空间中应用时，可以优选通过电的限界导体限定要加工的工作区域的外边界。

该自主式地面加工器具的壳体尤其构造为外壳体，该外壳体对外屏蔽自主式地面加工器具的内部部件。该自主式地面加工器具的壳体可以构造成多部分的，例如由一个壳体盖和一个下底组成，该下底布置在壳体的下侧面上。

在这里，“行走机构”尤其要理解为这样一个单元，该单元设置用于自主式地面加工器具的向前运动。优选，行走机构具有电的、机械的和/或气动的马达单元，该马达单元在运行中有利地设置用于产生至少一个驱动轮的旋转运动。尤其优选，马达单元构造为电动马达。此外，行走机构尤其可以包括驱动轮，该驱动轮至少部分地直接或间接和马达单元力锁合地连接。

在上下文中，“传感器单元”尤其要理解为这样一个单元，该单元设置用于感测至少一个特征参量，其中，该感测可以主动地(如尤其通过产生和发送电的和/或磁的测量信号)和/或被动地(如尤其通过感测信号发送器的特征参量变化)进行。可以考虑不同的、专业技术人员认为有意义的传感器单元。该传感器单元尤其构造为非接触式的，其中，非接触式可以理解为：该传感器单元不需要与信号发送器机械接触。

“轮单元”尤其要理解为这样一个单元，该单元包括向前运动元件并且该单元构造用于在壳体上可活动地支承该向前运动元件。向前运动元件例如可以构造为驱动轮或支撑轮。和驱动轮相反，支撑轮不由马达单元直接驱动，而是跟随壳体的由行走机构触发的运动。向前运动元件能够可旋转地支承在轮单元中。向前运动元件的旋转轴线可以有利地构造用于，平行于驱动轮的旋转轴线延伸。此外，轮单元可以绕着垂直轴线至少部分可旋转地支承在壳体上，其中，该垂直轴线基本垂直于壳体的纵轴线并且垂直于向前运动元件的旋转轴线延伸。有利地，壳体的纵轴线基本沿着自主式地面加工器具的直的向前运动方向延伸。尤其是，该向前运动元件绕着垂直轴线可旋转地支承。通过轮单元绕着垂直轴线的可旋转性可以有利地保证，向前运动元件可以进行转向运动。优选，至少轮单元的向前运动元件沿着所述垂直轴线可活动地、尤其可线性可活动地支承，由此，轮单元相对于壳体的位置有利地可以至少部分地改变。尤其是，轮单元的向前运动元件可在相对于壳体的缩回状态和伸出状态之间可活动地支承。缩回状态尤其要理解为，至少向前运动元件和壳体之间的距离是最小的。伸出状态尤其要理解为，至少向前运动元件和壳体之间的距离是最大的。如果自主式地面加工器具在加工面上在正常运行条件下运动，则轮单元、尤其向前运动元件处于缩回状态。如果向前运动元件和工作面有接触，则轮单元尤其处于缩回状态，并且如果向前运动元件和工作面失去接触，则轮单元尤其处于伸出状态。

传感器单元尤其构造用于获知轮单元的向前运动元件相对于壳体的位置。有利地可以借助于传感器单元获知，轮单元、尤其轮单元的向前运动元件是处于缩回还是伸出的状态。

传感器单元可以至少部分地布置在印刷电路板上，尤其集成在印刷电路板中。优选，传感器单元的至少一个传感器元件布置在印刷电路板上，有利地集成式构造在印刷电路板中。该印刷电路板尤其是平板状的并且由电绝缘材料构成。此外，该印刷电路板包括导体轨(Leiterbahn)，导体轨构造用于电部件的电触点接通。通过将传感器单元的至少一个部件布置在印刷电路板上，可以有利地减少为传感器单元的部件的相互电连接或者为传感器单元的电部件和控制单元的电部件的连接所需的金属丝的数量。“集成在印刷电路板中”尤其要理解为，构件的外表面、例如传感器元件的外表面被印刷电路板的电绝缘材料基本上完全地包住。有利地，通过构件集成到印刷电路板中可以实现对构件的附加机械保护以及相对于对脏物和潮湿的密封。

印刷电路板可以构造为控制单元的部件。“控制单元”在上下文中尤其要理解为具有信息输入端、信息处理装置和信息输出端的单元。有利地，该控制单元具有至少一个处理器、存储器、运行程序、调节程式、控制程式和/或计算程式。尤其优选，信息输入端与传感器单元这样连接，使得在控制单元中可以使用由传感器单元感测的特征参量来获知轮单元的收缩或伸出状态。有利地，控制单元设计用于，在获知轮单元的伸出状态时使收割机构、尤其使收割机构和行走机构停用。通过控制单元和传感器单元布置在一个印刷电路板上可以有利地节省成本以及节省壳体中的安装空间。

传感器单元可以包括至少一个传感器元件，其中，传感器元件尤其可以构造为传感器线圈。该传感器线圈可以具有一个、有利地具有多个匝。传感器线圈由导电材料构成。有利地，传感器线圈的匝沿着印刷电路板的至少一个平面布置。传感器线圈的匝围绕中心开口布置，在该开口中可以部分地布置绕组体。优选，传感器线圈构造为空心线圈，该空心线圈不包括绕组体或包括一个由非磁性材料制成的绕组体。替换地也可以考虑，传感器元件构造为霍尔传感器。

传感器线圈可以构造为振荡回路的一部分。该传感器线圈在传感器单元中尤其这样连接，使得振荡回路可以被激励而发生电磁固有振动。

振荡回路可以包括放大器，该放大器构造用于保持振荡回路的振幅恒定。由于振荡回路的电流流通部件、例如传感器线圈的电阻，振荡回路的震荡是衰减的。为了使振荡回路的振幅、尤其振荡回路的振荡的振幅保持恒定，需要恒定的能量输入，该能量输入通过放大器来实现。传感器单元有利地构造用于感测为维持振荡回路的恒定振幅所需的能量。

传感器单元可以构造用于获知信号发送器元件的位置。该信号发送器元件尤其构造为专业技术人员已知的信号发送器元件，其可以设置用于影响振荡回路的衰减。信号发送器元件尤其可以构造用于给振荡回路输出能量，或吸收振荡回路的能量。优选，信号发送器元件对振荡回路的衰减的影响和信号发送器元件相对于传感器单元、尤其相对于传感器线圈的位置相关。

传感器线圈尤其可以围绕印刷电路板中的槽口同心地布置。有利地，由印刷电路板中的槽口形成的空间与由传感器线圈的开口形成的空间相交叠。

信号发送器元件可以布置得可以至少地相对于印刷电路板的槽口可活动。优选，信号发送器元件至少部分地布置在印刷电路板的槽口中。有利地，信号发送器元件可以至少部分可活动地布置在传感器线圈的开口中。

信号发送器元件可以构造为磁阻元件。在此，磁阻元件理解为这样一个构件，该构件至少部分地由磁阻材料构造成。优选，信号发送器元件至少部分地由铁构成。通过信号发送器元件构造为磁阻元件，可以实现对振荡回路的衰减的特别有效的影响。

信号发送器元件尤其可以构造为导向杆。该导向杆尤其至少部分地由含铁的材料、有利地由优质钢构成。导向杆相对于壳体的运动有利地与向前运动元件相对于壳体的运动耦合。

印刷电路板可以具有第二传感器单元，该第二传感器单元构造用于获知另一轮单元的另一信号发送器元件的位置。有利地，可以通过用于两个轮单元的两个传感器单元的集成来进一步节省安装空间以及构件数量。

地面加工器具可以具有密封元件，该密封元件尤其与壳体构造为一体，其中，密封元件构造用于保护传感器单元免受潮湿。有利地，传感器单元(尤其传感器线圈)和轮单元(尤其信号发送器元件)布置在密封元件的不同侧。该密封元件尤其可以构造为壳体的内部空间和壳体的外部空间之间的分隔壁。

密封元件可以具有至少一个罩，其中，该罩尤其至少部分地布置在印刷电路板的槽口中。密封元件尤其可以至少部分地构造为连贯的、穿过槽口的壁，其中，密封元件在槽口的位置上成形为罩。有利地，该罩可以与由印刷电路板限定的平面相交。

信号发送器元件可以至少部分地在密封元件的罩中可可活动地构造。尤其通过信号发送器元件至少部分地布置在罩中可以保证，信号发送器元件可以运动到传感器线圈的开口中以及运动出来。有利地，轮单元构造成可这样固定在密封元件上，使得无脏物或潮湿可以通过轮单元的可活动构件侵入到壳体的内部。

附图说明

另外的优点由下面对附图的说明中得出。在附图中展示本发明的实施例。附图和说明书包含许多特征组合。专业技术人员也可以按照目的单个地考虑这些特征并且概括成有意义的其它组合。

附图示出：

图1a 自主式地面加工器具的透视图；

图1b 自主式地面加工器具的透视图；

图2 不带壳体盖的自主式地面加工器具的透视图；

图3a 轮单元的透视图；

图3b 轮单元的爆炸视图；

图4a 处于缩回状态的轮单元的横截面图；

图4b 处于伸出状态的轮单元的横截面图；

图5 带有传感器单元的印刷电路板的俯视图；

图6a 不带轮单元的自主式地面加工器具透视图；

图6b 带有轮单元的自主式地面加工器具透视图；

图7 印刷电路板的替代实施方式的透视图；

图8a 传感器单元的另一替代实施方式的透视图；

图8b 根据图8a的传感器单元的另一替代实施方式的透视图。

具体实施方式

图1a示出自主式地面加工器具10，该地面加工器具由自主式剪草机构成，该剪草机具有至少一个专业技术人员已知的收割机构20(见图1b)。该自主式地面加工器具10包括至少一个行走机构30、至少一个传感器单元100和至少一个控制单元40，该行走机构具有至少一个驱动轮34。自主式地面加工器具10的壳体12包括例如壳体盖11和下底14。

在图2中展示不带壳体盖11的自主式地面加工器具10，由此直观展示了传感器单元100在壳体12中的布置。传感器单元100构造用于获知轮单元50相对于地面加工器具10的壳体12的位置。收割机构20构造为可根据获知的轮单元50的位置而关闭。如果通过传感器单元100获知，轮单元50不处于缩回状态而是轮单元50处于伸出状态，则收割机构20关闭。

传感器单元100配属于控制单元40。控制单元40尤其构造用于控制和调节自主式地面加工器具10。例如控制单元40构造用于根据地面加工器具10的感测到的位置对地面加工器具10导航。控制单元40包括至少一个印刷电路板42，在该印刷电路板上布置至少一个微型处理器44。

行走机构30具有马达单元32，该马达单元设置用于驱动轮34的驱动。此外，行走机构30具有另一马达单元32，该另一马达单元设置用于行走机构30的另一驱动轮34的驱动。该马达单元32和该另一马达单元32构造为电动马达。此外，该马达单元32和另一马达单元32可以借助于自主式地面加工器具10的控制单元40相互分开地控制。因此，行走机构30构成差速驱动单元。在此，借助于所述驱动轮34和所述另一驱动轮34之间的转速差以专业技术人员已知的类型和方式实现转向功能。

所述马达单元32和所述另一马达单元32布置在自主式地面加工器具10的壳体12内。在此，所述马达单元32和所述另一马达单元32分别通过行走机构30的轴单元(没有示出)与所述驱动轮34或者与所述另一驱动轮34连接。在此，分别在驱动轮34和马达单元32之间或者在另一驱动轮34和另一马达单元32之间布置行走机构30的两个变速器单元(没有示出)中的一个，用于增速传动和/或减速传动。不过也可以考虑，驱动轮34和另一驱动轮34分别直接与马达单元32或者与另一马达单元32连接。驱动轮34和另一驱动轮34分别布置在壳体12的相互背离的侧上。

除两个驱动轮34外，自主式地面加工器具10还具有轮单元50和另一轮单元50，两个轮单元至少部分可活动地布置在地面加工器具10的壳体12上并且构造基本相同。轮单元50具有支撑轮54，该支撑轮可绕轮单元50的旋转轴线2旋转地支承(见图3a和图3b)。此外，该轮单元具有垂直轴线3，该垂直轴线垂直于旋转轴线2延伸。轮单元50相对于壳体12可绕垂直轴线3旋转地支承。此外，轮单元50可沿着垂直轴线3相对于壳体12线性运动地支承。轮单元50尤其可以沿着垂直轴线3在缩回状态(见图4a)和伸出状态(见图4b)之间占据任意位置。

轮单元50具有轮悬挂装置，该轮悬挂装置构造为可借助于两个螺钉56与支撑轮54连接。轮悬挂装置包括基体52和导向杆58，该导向杆沿着垂直轴线3延伸。导向杆58与轮单元50的基体52抗扭转地连接。轮单元50通过固定单元60固定在地面加工器具10上，例如固定在地面加工器具10的壳体12的下底14上，该固定单元在部分区段上构造为套筒形。固定单元60与地面加工器具10的固定例如通过螺钉56实现。固定单元60具有套筒形的导向元件70，该导向元件部分地包围导向杆58。轮单元50的导向杆58通过第一轴承元件64和第二轴承元件66可旋转地并且相对于壳体可线性运动地受支承。轴承元件64,66尤其构造为滑动轴承元件。第一和第二轴承元件64,66布置在固定单元60上，尤其在固定单元60的导向元件70的相对置的端部区域上。

如图4a所示，第一轴承元件64贴靠在固定单元60的套筒形导向元件70上和地面加工器具10的壳体12上，尤其贴靠在下底14上。第二轴承元件66同样贴靠在固定单元60的套筒形导向元件70上和推力轴承元件68上。在缩回状态，第二轴承元件66和轮单元50的基体52贴靠在推力轴承元件68上。在缩回状态，地面加工器具10的自重作用在轮单元50上。呈推力轴承盘形式的推力轴承元件68构造用于保证在缩回状态下轮单元50的基体52绕着垂直轴线3旋转。

导向杆58在轴向上沿着垂直轴线3至少部分地借助于涨紧卡圈元件72支承。涨紧卡圈元件72可以经过导向元件70的壁上的槽口74固定在导向杆58上。在伸出状态(见图4b)，第二轴承元件66被涨紧卡圈72这样加载，使得防止轮单元50的基体52不失落。

轮单元50的基体52具有圆形凸缘53，该凸缘可活动地布置在固定单元60的圆形槽63中。在缩回状态，圆形凸缘53可以基本完全被圆形槽63接收。有利地，通过圆环凸缘53布置在槽63中提高了轮单元50的强度。优选，第一和第二轴承元件64,66以及固定单元60由塑料构成。

传感器单元100构造用于获知信号发送器元件59的位置，并且具有呈传感器线圈102形式的传感器元件101。信号发送器元件59例如构造为导向杆58。如图5所示，可以在控制单元40的印刷电路板42中集成有第一传感器单元100和第二传感器单元100。传感器线圈102通过导体轨构成，该导体轨布置、尤其埋入在印刷电路板42的内部层中。以此保护传感器线圈102免受脏物和潮湿以及机械损坏。传感器线圈102尤其围绕印刷电路板42的槽口46同心地布置。传感器线圈102是带有放大器104的振荡回路的一部分，所述放大器构造用于共振地激励振荡回路。传感器单元100测量振荡的振幅并且借助于放大器104自动地将振荡的实际值调节到振荡的额定值，以保持振动恒定。此外，传感器单元100构造用于感测特征参量，该特征参量描述为维持共振的振荡回路所需的能量。通过给状态参量可以获知共振的振荡回路吸收了多少能量，从中可以求得相应于振荡回路中的电阻部件的电阻值或Rp值。

振荡回路中的电阻部件构造为信号发送器元件59，该信号发送器元件例如构造为轮单元50的导向杆58，其中，导向杆58由磁阻材料制成。导向杆58可相对于壳体12可活动地布置在印刷电路板42的槽口46中(见图4a和图4b)。导向杆58尤其是布置在槽口46中的唯一磁阻部件。在轮单元50的缩回状态，导向杆58贯穿槽口46。在伸出状态，导向杆58布置在槽口46之外，有利地在槽口46之下。有利地，在轮单元50的缩回状态，导向杆58这样布置在传感器单元100的有效范围内，使得用于维持振荡回路的能量与在伸出状态为维持振荡回路所需的能量不同。通过求得电阻值或Rp值，传感器单元100可以获知，轮单元是处于缩回状态还是伸出状态。同样可以考虑传感器单元100仅感测关于为维持振荡回路所需的能量的特征参量并且控制单元40求得电阻值以及求得轮单元50的状态。

因为传感器单元100和控制单40的电部件，例如微型处理器44和放大器104，位于印刷电路板42上，印刷电路板42借助密封元件18有利地被保护免受脏物和潮湿的侵入。图6a中示出拆除了轮单元50的地面加工器具10的下侧。图6b中示出根据图6a下侧带有安装了的轮单元50。用于接收轮单元50的凹陷16有利地这样构造，使得阻止脏物和潮湿进入壳体12的内部。凹陷16布置在壳体12的下底14中并且尤其不具有进入壳体内部的贯通开口。下底14的凹陷16尤其这样造型，使得凹陷16的壁穿过印刷电路板42中的槽口46这样伸入，以致密封元件18以罩19的形式构成(见图4a)并且由此构成壳体的内部空间和壳体的外部空间之间的分隔壁。在轮单元50固定于自主式地面加工器具10的壳体12上的状态中，导向杆58可活动地布置在罩19中。

图7中示出印刷电路板42a的一个替代实施方式。传感器单元100a布置在附加的单独印刷电路板42a上，该印刷电路板可以借助于电接触元件与控制单元的印刷电路板(没有示出)连接。传感器单元100a同样包括呈传感器线圈形式的传感器元件(没有示出)，该传感器线圈构造用于获知信号发送器元件59a的位置，该信号发送器元件构造为轮单元50a的导向杆58a。在该实施方式中，固定单元60a构造为密封元件18a。该固定单元60a构造用于使印刷电路板42a固定在轮单元50a上。有利地，固定单元60a这样造型，使得该固定单元作为闭合的壁伸入到印刷电路板42a的槽口46a中并且形成罩19a，轮单元50a的导向杆58a可活动地布置在该罩中。

图8a和图8b中示出传感器单元的一个替代实施方式100b。传感器单元100b包括呈霍尔传感器102b形式的传感器元件101b，该霍尔传感器布置在印刷电路板42b上。印刷电路板42b可以构造为控制单元40b的部件。霍尔传感器102b有利地构造用于探测轮单元50b的位置。轮单元50b的导向杆58b的运动与信号发送器元件59b的运动耦合，其中，信号发送器元件59b的位置可以通过霍尔传感器102b获知。信号发送器元件59b例如构造为磁铁108b。有利地，可活动地支承的导向杆58b由密封元件18b这样包裹，使得没有脏物或没有湿气可以到达霍尔传感器102b。有利地，密封元件18b通过自主式地面加工器具10b的壳体12b的下底14b以罩19b的形式构成。

Claims (15)

1.自主式地面加工器具，尤其收割机器人，包括壳体(12)、行走机构(30)、用于控制所述自主式地面加工器具(10)的控制单元(40)、至少一个轮单元(50)，所述轮单元至少部分可活动地布置在所述壳体(12)上，其特征是，所述地面加工器具(10)具有传感器单元(100；100a；100b)，所述传感器单元构造用于获知所述轮单元(50；50a；50b)相对于所述壳体(12)的位置。

2.按照权利要求1所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述传感器单元(100；100a；100b)至少部分地布置在印刷电路板(42；42a；42b)上，尤其在印刷电路板(42；42b)中。

3.按照前述权利要求之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述印刷电路板(42；42b)构造为所述控制单元(40)的部件。

4.按照前述权利要求之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述传感器单元(100；100a；100b)包括至少一个传感器元件(101；101b)，其中，所述传感器元件(101)尤其构造为传感器线圈(102)。

5.按照权利要求4所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述传感器线圈(102)构造为振荡回路的一部分。

6.按照前述权利要求之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述传感器单元(100；100a；100b)构造用于获知信号发送器元件(59；59a；59b)的位置。

7.按照权利要求4至6之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述传感器线圈(102)围绕所述印刷电路板(42)中的槽口(46)尤其同心地布置。

8.按照权利要求6或7所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述信号发送器元件(59；59a；59b)相对于所述印刷电路板(42；42a；42b)的所述槽口(46)至少部分可活动地布置。

9.按照权利要求6至8之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述信号发送器元件(59；59a)构造为磁阻元件。

10.按照权利要求6至9之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述信号发送器元件(59；59a)构造为导向杆(58；58a)。

11.按照前述权利要求之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述印刷电路板(42)具有第二传感器单元(100)，所述第二传感器单元构造用于获知另一轮单元(50)的另一信号发送器元件(59)的位置。

12.按照前述权利要求之一所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述地面加工器具(10)具有密封元件(18；18a；18b)，所述密封元件尤其与所述壳体(12)构造成一体，其中，所述密封元件(18；18a；18b)构造用于保护所述传感器单元(100；100a；100b)免受潮湿。

13.按照权利要求12所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述密封元件(18；18a；18b)具有至少一个罩(19；19a；19b)。

14.按照权利要求13所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述罩(19；19a；19b)与通过由所述印刷电路板(42；42a；42b)限定的平面相交。

15.按照权利要求13或14所述的自主式地面加工器具，其特征是，所述信号发送器元件(59；59a；59b)至少部分可活动地构造在所述密封元件(18；18a；18b)的所述罩(19；19a；19b)中。