CN108371519B - 可自动行进的地面处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可自动行进的地面处理设备(1)，尤其一种清洁机器人，其具有地面处理元件(2)、至少两个电机驱动的滚轮(3、4)和用于识别待处理表面的地面类型的探测装置。为了以简单的方式和方法实现地面类型的优化识别而规定，所述探测装置具有摩擦阻力元件(6)，在行进运动过程中所述摩擦阻力元件与该表面接触，从而使合成力在参考轴线(7)之外作用在地面处理设备(1)上，其中，所述参考轴线(7)相对于地面处理设备的通过滚轮(3、4)的定向所规定的主运动方向(8)平行地定向，并并且在垂直于所述参考轴线(7)的方向上在滚轮(3、4)之间居中地对准。此外，本发明还涉及一种用于运行可自动行进的地面处理设备(1)的方法。

Description

可自动行进的地面处理设备
技术领域
本发明涉及一种可自动行进的地面处理设备、尤其一种清洁机器人，其具有地面处理元件、至少两个电机驱动的滚轮和用于识别待处理表面的地面类型的探测装置。
此外，本发明还涉及一种用于运行可自动行进的地面处理设备的方法，所述地面处理设备具有地面处理元件、至少两个电机驱动的滚轮和用于识别待处理表面的地面类型的探测装置。
现有技术
该类型的地面处理设备在现有技术中是充分已知的。例如涉及一种抽吸或擦拭机器人，所述抽吸或擦拭机器人能够自动地在待清洁表面上行进，并且在此实施清洁任务，例如抽吸、擦拭等。为了调整表面的相应地面类型的处理类型，设置了探测装置，所述探测装置在处理过程之前首先确定地面类型。由此实现的是，将空间的确定区域排除在处理之外，因为该区域的表面不适合于该处理。在擦拭机器人中可以例如规定，避免对地毯进行湿式清洁。此外还可以在抽吸机器人中例如把风机功率和刷洗功率针对相应的表面进行调整。同样还可以根据识别到的地面类型调节密封唇或支承辊。
为了确定地面类型，在现有技术中已知多种不同的探测装置。通常使用光学测量装置，例如成像测量装置，所述测量装置借助摄像机系统拍摄表面的图像并且与参考图像或参考特征相比较。用于摄像机系统的技术投入以及用于分析图像的图像处理是相应较高的。
此外光学探测装置的弊端通常还在于，只有在待确定的表面相对于环境光被遮挡时，才能达到理想的测量结果。就此而言，这种类型的探测装置需要更多设备方面的投入。
发明内容
因此基于现有技术本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有探测装置的地面处理设备，所述探测装置利用较低的耗费实现地面类型的可靠的确定。
为了解决所述技术问题，本发明规定了一种可自动行进的地面处理设备，在所述地面处理设备中，探测装置具有摩擦阻力元件，在行进运动过程中所述摩擦阻力元件与该表面接触，从而使合成力在参考轴线之外作用在地面处理设备上，其中，所述参考轴线相对于地面处理设备的通过滚轮的定向所规定的主运动方向平行地定向，并且在垂直于参考轴线的方向上在滚轮之间居中地对准。
根据本发明，地面处理设备具有摩擦阻力元件，所述摩擦阻力元件关于通过滚轮在地面处理设备上的位置所定义的参考轴线不对称地布置。例如摩擦阻力元件可以具有相对于滚轮不同的距离。摩擦阻力元件布置在地面处理设备的壳体上，从而使摩擦阻力元件在地面处理设备的正常运行过程中、也即在对表面进行处理的过程中与表面形成接触。由此摩擦阻力元件由于摩擦阻力而承受力作用，所述力作用基于摩擦阻力元件相对于滚轮的非中心布置导致地面处理设备在表面上的漂移。如果两个滚轮承受相同的力特性，地面处理设备笔直地行驶，也即沿其主运动方向运行，所述主运动方向通过滚轮的旋转面规定。然而如果地面处理设备从例如具有较低摩擦阻力的硬质地面变换至地毯地面，摩擦阻力元件与表面之间的摩擦阻力提高。由此在摩擦阻力元件上施加更高的摩擦力，其中，摩擦力的第一部分分散在摩擦阻力元件的布置在参考轴线的一侧上的区域上，并且摩擦力的第二部分分散在摩擦阻力元件的构造在参考轴线的对置的侧上的区域上。由此在地面处理设备的相互对置的侧面上将不同大小的力作用在摩擦阻力元件上并且进而作用在滚轮上。这导致的是，地面处理设备的具有在摩擦阻力元件与地面之间较大作用面的区域与相应其他部分区域相比更剧烈地制动。有鉴于此，导致了被相同驱动力驱动的滚轮的转速差，所述转速差又导致地面处理设备相对于初始行进方向的偏转，也即地面处理设备采取转弯行驶。根据该与地面类型相关的漂移而最终识别表面的地面类型，地面处理设备在所述表面上行驶。尤其能够这样区分硬质地面和地毯地面，短纤维地毯地面和长纤维地毯地面等。原则上在本发明的范畴内摩擦阻力元件在参考轴线两侧提供相对于待清洁表面不同大小的接触面是足够的。关键在于，不同大小的阻力作用在摩擦阻力元件的两侧，从而导致地面处理设备的漂移。取代唯一一个摩擦阻力元件，还可以在地面处理设备上布置多个摩擦阻力元件，所述摩擦阻力元件总体上具有关于参考轴线的非对称的布置和/或构造。
根据规定，摩擦阻力元件是用于处理待处理表面的处理元件，尤其是垂直于参考轴线旋转的清洁辊。通常无论如何都处于地面处理设备上的处理元件由此除了其本来的处理功能之外还同时附加地作为用于地面类型的识别的探测装置的摩擦阻力元件。处理元件可以例如是旋转式的清洁辊，所述清洁辊在其周向面上具有刷元件或纺织的清洁覆层。清洁辊或一般来说摩擦阻力元件的周向面的子区域在地面处理设备未支立在表面上的状态下突伸超过由滚轮构成的支立面，从而在地面处理设备支立在表面上的情况下导致摩擦阻力元件与表面之间的接触，例如导致刷元件或清洁辊的纤维伸入待清洁表面的纤维中。由此可以将例如地毯地面与硬质地面区分开来。有利地，地面处理元件在地面处理过程中旋转，其中，能够沿滚轮的旋转方向以及相反方向实现旋转。
然而此外，不可活动地布置在地面处理设备上的摩擦阻力元件也是可行的。在一种特别简单的情况下，摩擦阻力元件可以涉及刷条、密封唇或在地面处理设备的壳体下方前突的阻力元件，所述阻力元件仅用于引发阻力的目的，所述阻力鉴于相对于参考轴线的非对称作用而导致地面处理设备的漂移。
根据规定，摩擦阻力元件相对于参考轴线垂直地布置，并且在参考轴线的一侧上具有比在参考轴线的对置侧上更大的长度。在一种特别简单的情况下，摩擦阻力元件是绕旋转轴线旋转的筒状的清洁元件，所述清洁元件与参考轴线相交。阻力元件的在参考轴线的不同侧上延伸的两个子区域在此长度不同，并且由此在与待清洁表面接触时承受不同大小的力。
此外还规定，地面处理设备具有控制和分析装置，所述控制和分析装置设计用于，为识别地面类型将滚轮在相同驱动力下的转速相互比较，并且将所确定的转速差与和地面类型相关的参考差相比较。上述地面处理设备的与阻力相关的漂移导致被驱动滚轮的转速差，因为处于具有更大摩擦阻力的一侧上的那个滚轮与基于参考轴线布置在对置侧上的被驱动滚轮相比没那么快速地旋转。该转速差与存储在地面处理设备的存储器中的参考差相比较，所述参考差分别表征确定的地面类型，地面处理设备在所述地面类型上行驶。例如在地毯地面上行驶时的转速差大于在硬质地面上行驶时的转速差。如果发现计算得出的转速差与参考差或参考差范围相一致，可以判断出当前所行经的地面类型。在获知地面类型时，可以随后设置清洁类型、例如干式或湿式的机械处理等，以便能够优化地实施处理。
此外还规定，探测装置具有配属于摩擦阻力元件的驱动电机的电流测量装置，其中，地面处理设备的控制和分析装置设计用于，将通过驱动电机消耗的电流与和地面类型相关的参考电流相比较。摩擦阻力元件在此可以是相同的摩擦阻力元件，所述摩擦阻力元件也导致引发地面处理设备的漂移。然而作为备选，也可以是额外的摩擦阻力元件。摩擦阻力元件通过驱动电机驱动，所述驱动电机根据与地面类型相关的摩擦阻力消耗规定的电流。如果从行经硬质地面开始例如通过驱动电机消耗的电流升高，则可以就此推断，已经离开硬质地面并且地面处理设备此时在例如地毯地面上行驶。摩擦阻力元件可以例如是地面处理设备的侧刷，所述侧刷可旋转地支承。这种侧刷通常相对于主运动方向布置在地面处理设备的前部，并且用于将抽吸物从例如空间角落移动至地面处理设备的抽吸通道中。侧刷由例如多个刷束组成，所述刷束具有与待清洁表面的直接接触。根据地面性质的不同，侧刷受到不同强度的摩擦、也即在硬质地面上受到相对较弱的摩擦，而在地毯地面上受到更强的摩擦。由于侧刷或者一般来说摩擦阻力元件的驱动电机是转速调节的，所以在摩擦较强时导致驱动电机更高的电流或功率消耗。该电流或功率可以基于地面类型被分析。相同的原理同样适用于其他不构造为侧刷的摩擦阻力元件，例如地面处理设备的旋转式的主刷。主刷通常是布置在地面处理设备的宽度上的刷件，所述刷件大面积地处理待清洁表面。
此外还可以规定，探测装置具有具备光源和光接收器的光学反射测量装置，其中，光源的光辐射方向基本沿通过滚轮构成的支立平面的方向定向。除了摩擦阻力元件之外，探测装置由此还可以具有用于识别地面类型的光学的反射测量装置。所述反射测量装置可以例如是距离测量装置，所述距离测量装置主要用于探测凹陷。光学反射测量装置的光源优选布置在地面处理设备的前部区域中，以便使沿主运动方向向前行驶的地面处理设备例如避免在楼梯的台阶等处掉落。反射测量装置可以例如具有红外光源和红外接收器。光源的光投射在待探测的表面上，并且在该表面上反射并且最终入射在光接收器上。根据受测量表面的反射率，可以判断表面的地面类型，因为例如地毯地面具有比硬质地面(瓷砖、木地板等)更低的反射率。
除了上述地面处理设备之外，利用本发明还规定了一种用于运行自动行进的地面处理设备的方法，所述地面处理设备具有地面处理元件、至少两个电机驱动的滚轮和用于识别待处理表面的地面类型的探测装置，其中，所述方法包括，为识别地面类型而将至少两个滚轮在相同驱动力下的转速相互比较，其中，所确定的转速差与和地面类型相关的参考差相比较。如上基于地面处理设备所述，所述方法包括，根据漂移识别待处理表面的地面类型，所述漂移基于在地面处理设备上非对称作用的阻力而产生。所述漂移又由滚轮的转速差引起，所述转速差可被测量并且与和地面类型相关的参考差相比较。此外还适用以上根据地面处理设备所述的技术特征和优点。
尤其可以规定，测量通过摩擦阻力元件的驱动电机消耗的电流，其中，通过驱动电机所消耗的电流与和地面类型相关的参考电流相比较。根据该设计方式，所述方法包括，不仅根据地面处理设备的漂移，而且还额外地根据摩擦阻力元件的驱动电机的变化的电流或功率消耗来确定待清洁表面的类型，所述电流或功率消耗根据不同的地面类型而设置。
此外还可以规定，借助光源使光朝待清洁表面定向，并且分析从该表面反射回光接收器上的光份额。基于被测量表面的反射率可以判断出该表面的类型。
最后可以规定，根据已识别的地面类型改变地面处理设备的风扇的功率和/或地面处理元件的转速，和/或将关于已识别的地面类型的信息存储在地面处理设备的数字化环境地图中。尤其还可以根据待处理表面的地面类型优化地面处理设备的能量管理，尤其在用于处理表面的处理时长方面、在用于改进的清洁功率等方面。此外还能实现的是，在识别之后将地毯、瓷砖、木地板等的准确位置标注在数字化环境地图中并且在地面处理设备的将来的处理循环中使用该信息。
附图说明
以下结合实施例对本发明进行更详尽的阐述。在附图中：
图1示出根据本发明的地面处理设备自外部观察的立体图，
图2示出地面处理设备的底视图，
图3示出地面处理设备的漂移前进。
具体实施方式
图1示出根据本发明的地面处理设备1，所述地面处理设备在此被构造为抽吸机器人。地面处理设备1定位在表面上、在此定位在例如木地板上。地面处理设备1能够自动行进，并且具有导航和自定位装置，利用所述导航和自定位装置能够实现在房间内部的定向。地面处理设备1具有两个滚轮3、4(参照图2)以及地面处理元件2，所述地面处理元件在此构造为刷辊。地面处理设备1一方面通过两个滚轮3、4，并且另一方面利用地面处理元件2的接触面13支承在待清洁表面上，其中，无论是用于地面处理设备1的前行的滚轮3、4还是用于执行清洁的地面处理元件2都被电机式驱动。地面处理设备1具有主运动方向8，所述主运动方向通过滚轮3、4的旋转平面规定。地面处理元件2垂直于该主运动方向8地布置，其中，地面处理元件2绕旋转轴线10旋转。
地面处理设备1此外还具有同样电机式驱动的侧刷12，所述侧刷尤其适用于空间角落和空间边界的清洁。此外，地面处理设备1还具有距离测量装置11，所述距离测量装置在此被构造为布置在地面处理设备1内部的三角测量装置，并且能够测量相对于障碍物、优选在360°角度范围内的障碍物的距离。距离测量装置11是导航和自定位装置的部分。
图2示出自下观察的地面处理设备1的视图。可以看到在此还设置了两个反射测量装置9，所述反射测量装置用于相对于布置在地面处理设备1下方的表面的距离测量。该反射测量装置9尤其适用于保护地面处理设备1不在凹陷处、例如在楼梯台阶处掉落。反射测量装置9具有光源和光接收器(两个均未示出)，其中，光源将光射束指向待清洁表面。该光射束至少部分在表面上反射或散射，其中，通常有份额返回至反射测量装置9的光接收器，并且可以被分析用于距离测量。反射测量装置9此外还用于确定待清洁表面的地面类型，因为借助该表面的反射率可以判断出地面类型，因为例如地毯比硬质地面、例如瓷砖地面或木地板反射更弱。
地面处理元件2、也即刷辊，在此同时还是摩擦阻力元件6，所述摩擦阻力元件在地面处理设备1处于在待清洁表面上的支立状态下以摩擦阻力元件的接触面13接触待清洁表面。根据表面的地面类型的不同，例如根据地毯地面或硬质地面的不同，摩擦阻力元件6在地面处理设备1前行时将或多或少的摩擦力施加在表面上。摩擦阻力元件6关于地面处理设备1的参考轴线7非对称地布置。参考轴线7平行于地面处理设备1的主运动方向8地定向并且此外还相对于垂直于参考轴线7的方向在两个滚轮3、4之间居中地定位。由此，摩擦阻力元件6在参考轴线7的一侧具有比在对置侧更大的超出部和更大的接触面13的部分。当地面处理设备1在表面上前行时出现相对于地面处理设备1的两个半侧的力失衡，因为在地面处理设备1的具有滚轮3的半侧上所作用的摩擦力明显大于在具有滚轮4的对置侧上的摩擦力。有鉴于此，地面处理设备1离开上述主运动方向8朝一侧偏离，在该侧上接触面13的更大部分组成待清洁表面。这在此是地面处理设备1的半侧，在该半侧上布置有滚轮3。
图3示出地面处理设备1在前行过程中的偏离，所述偏离通过摩擦阻力元件6的非对称布置导致。在根据图3的视图中自右沿主运动方向8行进的地面处理设备1通过施加在摩擦阻力元件6上的摩擦力向左偏转，从而离开原先的主运动方向8。通过摩擦力的作用导致被驱动滚轮3、4的转速差，其中，在此在地面处理设备1的具有更大份额摩擦阻力元件6的半侧上的滚轮3比另一滚轮4具有更小的合成转速。该转速差通过地面处理设备1的控制和分析装置5(见图2)计算并且与表征确定地面类型的参考差相比较。参考差可以例如存储在地面处理设备1的存储器中，控制和分析装置5能够访问所述存储器。此外还能实现的是，参考差存储在外置服务器的存储器上，并且控制和分析装置5借助无线通信访问该存储器。参考差可以例如以差值范围的形式给定，从而当计算出的转速差落在确定的差值范围内时识别为一致。当一致时待清洁表面的地面类型能够被可靠地确定。
根据对地面类型的获知可以由此控制待处理表面的针对性处理。尤其可以实现的是，有目的地调整地面处理设备1的抽吸风扇、地面处理元件2的转速等。此外还能实现的是，地面处理设备1的导航系统所访问的环境地图设有关于确定的地面类型、例如地毯的位置的信息。
为了进一步提高确定地面类型的可靠性，可以规定，补充地使用用于地面类型确定的方法。为此可以例如使用上述反射测量装置9，所述反射测量装置分析当前行经表面的反射并且与已知的地面类型相匹配。此外还能实现的是，测量并且分析地面处理元件2和/或侧刷12的驱动电机的电流消耗。
尽管本发明在此基于构造为抽吸机器人的地面处理设备1进行了描述，然而还可以将地面处理设备1构造为擦拭机器人、组合式抽吸擦拭设备等。还能实现的是，地面处理不仅用于表面的清洁，而且还用于其他处理任务、例如抛光、打磨、上油等。
附图标记清单
1 地面处理设备
2 地面处理元件
3 滚轮
4 滚轮
5 控制和分析装置
6 摩擦阻力元件
7 参考轴线
8 主运动方向
9 反射测量装置
10 旋转轴线
11 距离测量装置
12 侧刷
13 接触面。

Claims (13)

1.一种可自动行进的地面处理设备(1)，其具有地面处理元件(2)、至少两个电机驱动的滚轮(3、4)和用于识别待处理表面的地面类型的探测装置，其特征在于，所述探测装置具有摩擦阻力元件(6)，其中，所述摩擦阻力元件关于通过滚轮在地面处理设备上的位置所定义的参考轴线(7)不对称地布置，在行进运动过程中所述摩擦阻力元件与所述表面接触，从而使合成力在所述参考轴线(7)之外作用在地面处理设备(1)上，其中，所述参考轴线(7)相对于地面处理设备的通过滚轮(3、4)的定向所规定的主运动方向(8)平行地定向，并且在垂直于所述参考轴线(7)的方向上在滚轮(3、4)之间居中地对准，并且其中，摩擦阻力元件由于摩擦阻力而承受力作用，所述力作用基于摩擦阻力元件相对于滚轮的非中心布置导致地面处理设备在所述表面上的漂移。
2.根据权利要求1所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述摩擦阻力元件(6)是用于处理待处理表面的处理元件。
3.根据权利要求1或2所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述摩擦阻力元件(6)相对于参考轴线(7)垂直地布置，并且在参考轴线(7)的一侧上具有比在参考轴线(7)的对置侧上更大的长度。
4.根据权利要求1或2所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述地面处理设备(1)设置有控制和分析装置(5)，所述控制和分析装置设计用于，为识别地面类型将滚轮(3、4)在相同驱动力下的转速相互比较，并且将所确定的转速差与和地面类型相关的参考差相比较。
5.根据权利要求1或2所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述探测装置具有配属于摩擦阻力元件(6)的驱动电机的电流测量装置，其中，地面处理设备(1)的控制和分析装置(5)设计用于，将通过驱动电机消耗的电流与和地面类型相关的参考电流相比较。
6.根据权利要求1或2所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述探测装置具有具备光源和光接收器的光学反射测量装置(9)，其中，光源的光辐射方向沿通过滚轮(3、4)构成的支立平面的方向定向。
7.根据权利要求6所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述光学反射测量装置(9)是距离测量装置。
8.根据权利要求1所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述地面处理设备(1)是清洁机器人。
9.根据权利要求2所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述用于处理待处理表面的处理元件是垂直于参考轴线(7)旋转的清洁辊。
10.根据权利要求7所述的地面处理设备(1)，其特征在于，所述距离测量装置构造用于探测凹陷。
11.一种用于运行根据上述权利要求中任一项所述的可自动行进的地面处理设备(1)的方法，所述地面处理设备具有地面处理元件(2)、至少两个电机驱动的滚轮(3、4)和用于识别待处理表面的地面类型的探测装置，其特征在于，为识别地面类型而将滚轮(3、4)在相同驱动力下的转速相互比较，其中，所确定的转速差与和地面类型相关的参考差相比较。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，测量通过摩擦阻力元件(6)的驱动电机消耗的电流，其中，通过驱动电机所消耗的电流与和地面类型相关的参考电流相比较。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，根据已识别的地面类型改变地面处理设备(1)的风扇的功率和/或地面处理元件(2)的转速，和/或将关于已识别的地面类型的信息存储在地面处理设备(1)的数字化环境地图中。
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