CN107923191B - 自动水池清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种水池清洁机器人(1)，包括喷水式电动液压动力单元/泵(31、34、35)，和垃圾回收主体(2)，还包括为所述动力单元供电的电池(32)，所述动力单元和电池容置于位于所述机器人的主体(2)外部的密封的转架(3)内。所述机器人优选地包括自动换向装置，所述自动换向装置包括固定到所述转架的棘爪(5)、第一止动件(52)和第二止动件(41,42)。

Description

自动水池清洁机器人

技术领域

本发明涉及一种自动水池清洁机器人。

背景技术

为了清洗游泳池及其他水池，目前已有液压机器人，由水池过滤机组提供能量来进行运作。这些机器人通过8～12米的浮管，连接到过滤泵的排出侧或吸入侧。

这些机器人只有在过滤设备有足够动力时方可正常操作。这些机器人的操作会降低初始过滤性能，浮管的操作和存储就不太可行了。

为了避免这些缺点，已有一些独立于过滤装置的电动机器人，由浮动电缆进行供电。这种机器人的主要优点是配备低压安全变压器，由于他们被连接在一个标准的电源插座上，因此安装方便。这些电动机器人的优点是可以即刻操作，并且无需设置，这在一定程度上具有卖点。

这种类型的机器人是由电缆供电的，正如文件FR 2 896 005的图5A和5B所描述的那样。根据这一设计，电缆被连接到转架的锁定部件上，所述锁定部件固定到所述转架的前部、并通过机器人的运动触发。

机器人遇到的一个主要的问题通常是电气电缆缠绕的现象，这种现象可以被机器人的轨迹规划所限制，但是这要求牵引电机与电子控制具备一个复杂的旋转接头连接机器人或机器人的电源电缆。

这种类型的机器人的缺点是，基于水池的尺寸，通常是由8至18米的浮缆操纵的，而且一些用户会对在水中使用电力产生恐惧。

为克服这些缺点，目前已发明了无线的电池供电机器人。

这种机器人是由浮动电池供电的，如文件EP 1 122 382 Al所述，或由水外的车载电池充电，如文件EP 1 689 957 Al所描述的，或者通过感应在水中充电，如文件EP2 669450A1所描述的。

这些机器人经常会被调整电气电缆型号，并且成本远大于基本型号，这就是目前存在的问题。

此外，电动机器人事实上不适合用电池供电，这是因为一些用户会使用编程的或可编程的具有陀螺仪的电子指导系统，倾角传感器，墙壁传感器和多个电机：用于抽吸的泵电机，以及一个或两个牵引电机。这种设备的叠加会增加能耗，而且需要高容量电池。

其他机器人则具有更为简单的设计，它们使用一个具有喷水式推进的单个电机，方向通过定时器换向，如文件EP2 484 847 Al或EP 1 022 411 A1所述。在这种情况下，随机运动的机器人在等待换向的同时，在其周期不可忽略的时间段内可以在墙边保持静止。此操作会消耗能源，这又意味着需要高容量电池。

为了解决这个问题，文件FR 2 896 005 Al中提出了电力电缆机器人，这种机器人的运动不会造成转架系统的锁定，因为这样的运动只发生在转架锁定后，从而使喷水式推进有时可以不断转动，且在这种情况下，机器人不会运动。

另一个众所周知的原理见上述文件FR2 896 005 A1，该文件提出了一种由浮缆驱动的机器人通过旋转喷射推进，当倾斜的钟形件释放止动件时，方向会发生反转。

这种设计，由于自旋转射流完全容置在这个钟形件内，导致设备笨重。

这种类型的装置在机器人运动时，具有较大的流体阻力，这意味着需要动力强大的泵和高容量电池。

本发明解决了这些缺点，提出了由电池供电的机器人，这是一个简单的设计，只用一个电机，无需车载电子器件，阻力低，可以瞬间使得机器人的运动方向逆转。

发明内容

根据本发明的第一方面，为了这一目的，本发明提出了一种水池清洁机器人，包括喷水式电动液压电动单元/泵，和垃圾回收主体，还包括为所述动力单元供电的电池。所述动力单元和电池容置于位于所述机器人的主体外部的密封的转架内。

所述动力单元优选地包括电机和涡轮，所述涡轮通过连接装置连接到所述电机，用于通过机器人底部的嘴将水吸入到所述主体内，通过过滤器后，将水通过喷嘴从所述转架排出。所述转架优选地包括便于获取电池的防水帽。根据本发明优选的实施例，所述喷嘴被设置成使吸入的水沿着与水池底部大致平行的方向被喷出，从而通过所述喷嘴推动所述机器人。

所述转架通过旋转连接件安装在所述机器人的所述主体上，所述旋转连接件包括位于所述主体上的、围绕孔的环形凸缘，该孔用于接收所述转架的环形基座。

根据本发明的特定实施例，所述旋转连接件包括用于将所述转架夹持固定在所述主体上的凸耳。

所述吸入的涡轮为离心式涡轮，包括位于所述转架和主体交界处的入口。

根据本发明的特定实施例，所述主体/转架交界处的涡轮的入口具有喇叭形轮廓。

根据本发明优选的实施例，所述电机是功率小于或等于50W的电机。

根据本发明的第二方面，所述机器人优选地包括自动换向装置，所述自动换向装置包括固定到所述转架的棘爪、第一止动件和第二止动件。

所述棘爪优选地铰接在轴上，所述棘爪上承载有作为可伸缩止动件的所述第一止动件，还包括相对轴位于第一止动件相反一侧的增宽部，从而允许在所述转架的旋转和机器人的运动引起的流体动力推力的作用施加在所述棘爪上的情况下，所述棘爪绕所述轴旋转以使得棘爪下降。

所述棘爪的升力是通过静止状态的机器人的浮力，或由于转架的扭矩而施加在止动件之间的力而引起的转架旋转来获得的。

用于接收所述棘爪的轴优选地被固定在所述转架的底部，使得所述棘爪在所述转架的转动或机器人的运动的作用下向水平方向倾斜时，所述第一止动件抵靠所述第二止动件的其中一个，而当所述棘爪处于垂直位置并且机器人和转架停止时，所述第一止动件与第二止动件脱离。

根据本发明特定的实施例，所述第二止动件是能够移动的，在所述机器人的主体上的第二止动件中的一个或两个、相对由所述轮子限定的位移轴线具有一定角度的偏离，以允许从喷嘴喷射出的水流相对由轮子的方向限定的位移轴线具有或多或少地偏离、并且使得所述机器人的轨迹具有或多或少地弯曲。所述喷嘴优选地在转架上是偏心的，使得所述流体动力推力沿着轴线施加，所述轴线与由所述机器人的轮子方向限定的机器人的主轴之间形成角度。

根据特定的实施例，所述机器人包括圆形的主体，所述转架位于所述主体的中心。

所述机器人可以包括三个指向平行的轮子。

可替代地，所述机器人可以包括两个轮子和一个滚轮。

为了避免机器人在倾斜水池底部移动时会受到阻碍，所述机器人的底部可以包括至少一个位于机器人的运动轴线上的凸起部分。

所述车轮或前滚轮也可以安装在枢转轴上。

根据本发明特定的实施例，所述机器人可以包括一个浮动的太阳能电池板，所述太阳能电池板通过长度略大于水池深度的电缆与所述动力单元相连而进行充电。

附图说明

其他发明的特点和优点将展示于下面的参照图中：

图1：根据本发明的第一方面的机器人的截面侧视图；

图2：图1中的机器人的俯视图；

图3：根据本发明的机器人的转架的透视图；

图4：图3中的转架的仰视图；

图5：根据本发明的一个特定实施例的机器人本体的俯视透视图；

图6A，6B：根据本发明的机器人运动的俯视图；

图7A，7B：根据本发明的一个实施例，在两个操作阶段，转架的侧视图；

图8：根据本发明的机器人的仰视图；

图9：根据本发明的一个实施例的机器人在倾斜的水池底部的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

根据图1，根据本发明的第一方面的机器人1，所述机器人1包括喷水式电动液压动力单元/泵31、34、35及其电池电源32，上述部件容置在位于机器人的主体2之外的密封的转架(tourelle)3内，主体2包括过滤器21形式的垃圾收集装置，并且过滤器21位于机器人下部的具有入水口24的托盘之上。

动力单元包括电机31，减速齿轮34和涡轮35，动力单元的功能是从入水口24吸入水，并经过过滤器21，然后通过喷嘴36从转架3喷出。

这种设计的优点是，不会因电池或电机的存在而减少机器人主体内垃圾收集的有效容积，而且只在转架中设置电池和动力单元之间的电连接，从而避免了旋转电连接件的使用。

为了获取电池以及更换电池，例如，转架包括拧紧或夹紧的防水帽33。

动力单元/泵通过主体内的过滤器21收集碎屑，而为了推进机器人，则是将吸入的水沿着基本与水池底部平行的方向通过喷嘴36喷出。

转架3通过旋转连接件被安装在机器人的主体2上，在本实施例中，是通过在机器人的主体2上形成环绕孔的环形凸缘25、而该孔是用于接收转架的环形基座37而实现的。如图3所示，旋转连接件可以包括卡在环形凸缘25之下的凸耳38，从而允许用户替换标准转架，而无需断开电连接，而断开电连接是常见的密封问题的来源。

根据图4，在转架的下部，转架和机器人主体之间的交界处，具有离心涡轮机类型的吸入式涡轮35的入口39，本发明允许在涡轮和涡轮出口的推进喷嘴36之间有一个短的液压回路。此处的入口39具有促进吸水的喇叭形轮廓39a。

转架包括便于获取电池的防水帽33，允许用户来对电池进行充电和更换，以便通过使用额外的电池来提高自主性，或者在使用寿命结束时更换电池。

这种优化的设计使得有可能实现具有50W的有限功率(相对于已知的具有150～200W的功率)、有限电池容量和降低成本(相对于目前已知的电池供电)的节能机器人，使得传统机器人的动力单元/泵的重量可以从6～10kg减少至2kg。

根据图2，机器人包括圆形的主体，转架3位于主体的中心。机器人包括三个指向平行的轮子，在图2所示位移方向的前轮22，和两个后轮23。此处，各轮子是在位于机器人的主体间隔120°的位置上。

喷嘴36会稍微偏离通过前轮22和转架3的中心的直线，从而给机器人横向推力，这将在之后说明。类似地，喷嘴的输出轴线也相对转架的旋转轴线偏离。

根据本发明的第二方面，机器人具有自动换向的装置，包括固定到转架棘爪(palette)5和机器人的主体上的止动件41、42，如图2所示。

换向装置设计成轻便的，对机器人的前进几乎不造成阻力，并且具有低惯性。该装置设计成能释放转架的旋转方式，并能在机器人停止运动时立即锁定在相反的方向上，以便防止机器人堵在墙上。

为此，装置设计成转架的锁定是通过转架自身的旋转而不是由机器人的运动来实现，由此实现非常可靠的自锁系统。

根据图7A和7B，锁定装置包括铰接在轴53上横向的棘爪5，棘爪5上还承载有用作可伸缩止动件的第一止动件52。

在相对轴53的位于第一止动件52相反的一侧，棘爪包括可能为弯曲的增宽部50，其将允许棘爪绕轴53运动；或者由于浮力使棘爪的增宽部50上升，从而使机器人或运动的机器人停下来，从而施加到棘爪上的由机器人的运动引起的流体动力推力的作用下降。增宽部表现为使得第一止动件52绕轴53移动的杠杆。

用于接收棘爪的轴固定在转架的底部，使得当棘爪由于转架的旋转位移或机器人的运动而朝着水平方向倾斜时，第一止动件52抵靠到一对第二止动件41、42的其中一个上，示于俯视图2、5和图6B以及侧视图7A，7B。

另一方面，第一止动件和轴定位成，当棘爪处于垂直、机器人和转架停止时，第一止动件与第二止动件互相脱离。

如图6A所示，设置有动力单元/泵的转架会受到永久的扭矩导致的旋转力，而该扭矩是由喷嘴36的偏心喷射造成的。

面对障碍，如墙M，棘爪会上升，第一止动件脱离第二止动件，并且转架开始旋转。

在没有障碍的情况下，如图6所示，转架与抵靠装置的偏心和偏轴使得机器人产生弯曲的轨迹，沿着轴线D1施加的推力与主轴线D形成角度α,主轴线D由机器人的轮子方向决定。同样，当转架旋转180度，机器人反向移动时，第一止动件与第二止动件接触。

正如上文，当机器人移动时，通过由位移引起的水流，棘爪从如图7B所示的位置向图7A所示的水平位置移动，其中，第一止动件52会保持在由机器人主体承载的第二止动件41、42的其中一个上，并且定位在相对转架中心位移轴线垂直的轴线上，从而阻挡转架的旋转。

当机器人停止运动时，由于没有流动的水，因此允许密度小于水的密度的棘爪上升返回到如图7B所示的垂直的位置，在该位置止动件释放并允许承载动力单元/泵的转架可以自由地旋转。

从该旋转起，并且在运动恢复之前，由转台3的旋转引起的流体动力推力作用在朝向水平位置倾斜的棘爪5上，从而将第一止动件52定位在与固定在机器人的主体上的第二止动件41、42干涉的位置，两个止动件的接触引起转架停止旋转。在这个位置上，动力单元的位移基本是在机器人的轮子轴线上，机器人沿着第一方向运动。由旋转引起的棘爪5上的杠杆作用立即被保持止动件锁定的位移相关的杠杆作用取代。

当机器人遇到障碍物，如墙或其他物体时，流体动力推力消失，并且转架扭矩会出现，通过第一止动件52和第二止动件41、42中的一个之间的接触，由于轴53和第一止动件52端部之间的距离d而引起的杠杆F会使棘爪失去平衡而向前倾斜，如图7A的箭头所示，从而使得第一止动件52从第二止动件41释放，以允许旋转运动恢复，棘爪也会向后倾斜，并且第一止动件也会预定位，以便与径向相对的第二止动件42相遇。

动力单元的旋转在接触第二止动件时会停止，然后沿着轮子的轴线输送，然后机器人以基本上与第一方向相反的方向移动(前进/后退)。

在机器人具有三个轴线固定且平行的轮子的情况下，机器人轨迹的变化是由转架旋转期间机器人的移动确保的，机器人在接触墙时的移动如图6A所示。事实上，在转架旋转期间，推进射流穿过垂直于轮子轴线的位置，这引起机器人的至少一个轮子的移动。

此外，根据图5的示例，第二止动件41、42是可移动的，例如在一个旋转的环形板上、突出地穿过槽43，在机器人主体上的其中一个或两个止动件相对由轮子限定的位移轴线具有角度β的偏离，使得喷嘴喷射出的水流或多或少偏离由轮子的方向限定的位移轴线成为可能，并且可以或多或少地弯曲机器人的轨迹以适应特殊形状的水池和避免重复的路径。

可以使用多个定位点替代槽来实现第二止动件的定位，如在机器人主体2的上表面上的用于这些止动件的壳体。

喷嘴相对轮子方向的偏离，也可以减少移动速度的阻力，使得机器人运作效率更高。

根据图8的机器人的仰视图所示的特定实施例，机器人的前轮可以由滚轮22a替代，以提供与池底更大的接触面，从而限制机器人在池底的侧向滑移。

在这张图中，可以看到位于嘴24两侧的用于吸取垃圾的刷子61。

在本实施例中，通过机器人主体2底部的肋条构成的凸起部分60、60’，形成了一种位于移动轴线上的滑动垫，如图9所示，以便在斜坡上限制机器人底部和水池底部之间的接触面积，从而减小机器人运作停止的风险。

根据补充或替代的实施例，轮子或前轮可以安装在枢转轴上，横向挡板可以固定在机器人的主体上，以抵抗机器人的横向位移，减小打滑。电池的充电可以通过将浮动的太阳能电池板由长度略大于水池深度的电缆连接到动力系统而实现。一旦电量充满，电池的充电调节就会启动机器人。

为了消除与密封失效相关的风险，电机可以通过磁耦合而不是齿轮来驱动涡轮。

本发明并不限于上述的示例，特别是具有棘爪5的自动换向装置，以及可以适用于各种类型的机器人、例如液压机器人的止动件。

Claims (18)

1.一种水池清洁机器人（1），包括喷水式电动液压动力单元（31，34，35），和用于垃圾回收的机器人的主体（2），其特征在于：还包括为所述动力单元供电的电池（32）和位于所述机器人的主体（2）外部的密封的转架（3），所述动力单元和所述电池容置于位于所述转架内，所述转架（3）通过旋转连接件安装在所述机器人的所述主体（2）上，所述机器人包括自动换向装置，所述自动换向装置包括固定到所述转架的棘爪（5）、第一止动件（52）和位于所述机器人的主体上的第二止动件（41，42），所述棘爪（5）是横向的并且铰接在轴（53）上，所述棘爪（5）上承载有所述第一止动件（52），当所述棘爪在所述转架的转动或所述机器人的运动的作用下向水平方向倾斜时，所述第一止动件（52）抵靠所述第二止动件（41，42）的其中一个，当所述棘爪处于垂直位置并且所述机器人和所述转架停止时，所述第一止动件与第二止动件脱离。

2.根据权利要求1所述的机器人（1），其特征在于：包括相对所述轴（53）位于第一止动件（52）相反一侧的增宽部（50），从而允许在所述转架的旋转和机器人的运动引起的流体动力推力的作用施加在所述棘爪上的情况下，所述棘爪绕所述轴（53）旋转以使得所述棘爪下降。

3.根据权利要求1所述的机器人（1），其特征在于：所述喷水式电动液压动力单元包括电机（31）和涡轮（35），所述涡轮（35）通过连接装置（34）连接到所述电机，用于通过机器人底部的嘴（24）将水吸入到所述机器人的主体内，通过过滤器（21）后，将水通过喷嘴（36）从所述转架（3）排出。

4.根据权利要求1、2或3所述的机器人（1），其特征在于：所述转架包括便于获取电池的防水帽（33）。

5.根据权利要求3所述的机器人（1），其特征在于：所述喷嘴被设置成使吸入的水沿着与水池底部大致平行的方向被喷出，从而通过所述喷嘴（36）推动所述机器人。

6.根据权利要求1、2或3所述的机器人（1），其特征在于：所述旋转连接件包括位于所述机器人的主体（2）上的、围绕孔的环形凸缘（25），该孔用于接收所述转架的环形基座（37）。

7.根据权利要求6所述的机器人（1），其特征在于：所述旋转连接件包括用于将所述转架夹持固定在所述机器人的主体上的凸耳（38）。

8.根据权利要求3所述机器人（1），其特征在于：所述涡轮（35）为离心式涡轮，包括位于所述转架和机器人的主体交界处的入口。

9.根据权利要求8所述的机器人（1），其特征在于：所述入口（39）具有喇叭形轮廓（39a）。

10.根据权利要求3所述的机器人（1），其特征在于：所述电机为功率小于或等于50W的电机。

11.根据权利要求2所述的机器人（1），其特征在于：所述第二止动件（41，42）是能够移动的，在所述机器人的主体上的第二止动件中的一个或两个、相对由轮子限定的位移轴线具有一定角度（β）的偏离，以允许从喷嘴喷射出的水流相对由轮子的方向限定的位移轴线具有或多或少地偏离、并且使得所述机器人的轨迹具有或多或少地弯曲。

12.根据权利要求11所述的机器人（1），其特征在于：所述喷嘴（36）在转架上是偏心的，使得所述流体动力推力沿着轴线（D1）施加，所述轴线（D1）与由所述机器人的轮子方向限定的机器人的主轴（D）之间形成角度（α）。

13.根据权利要求1、2或3所述的机器人，其特征在于：包括圆形的机器人的主体（2），所述转架（3）位于所述机器人的主体（2）的中心。

14.根据权利要求中1、2或3所述的机器人（1），其特征在于：包括三个指向平行的轮子（22，23）。

15.根据权利要求1、2或3中任一项所述的机器人（1），其特征在于：包括两个轮（23）和一个滚轮（22a）。

16.根据权利要求1、2或3中任一项所述的机器人（1），其特征在于：包括至少一个凸起部分（60，60’），所述凸起部分（60，60’）位于所述机器人的运动轴线上。

17.根据权利要求15所述的机器人（1），其特征在于：所述两个轮或所述滚轮安装在枢转轴上。

18.根据权利要求1、2或3所述的机器人（1），其特征在于：包括浮动太阳能电池板，所述太阳能电池板通过长度略大于水池深度的电缆与所述喷水式电动液压动力单元相连而进行充电。

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