CN108926290A - 用于自主清洁机器人的刷子 - Google Patents

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Abstract

一种自主清洁机器人，其包括驱动器，刷子和电机，该驱动器被配置为移动机器人跨过地面表面，该刷子贴近机器人的侧面，该电机被配置为绕旋转轴旋转刷子。该刷子包括毂和臂部，该毂被配置为接合机器人的电机，且该臂部每个从毂向外延伸远离旋转轴，且每个相对于垂直于刷子的旋转轴的平面成角度。每个臂部包括第一部分和第二部分，该第一部分从毂向外延伸远离旋转轴，该第二部分从第一部分向外延伸远离旋转轴。每个臂部的第一部分和平面之间的角度大于每个臂部的第二部分和平面之间的角度。

Description

用于自主清洁机器人的刷子
技术领域
本说明书涉及一种用于自主清洁机器人的刷子。
背景技术
自主清洁机器人可操纵越过地面表面且避开障碍物，同时对地面表面真 空吸尘以从地面表面吸取碎屑。机器人可包括刷子以搅拌地面表面上的碎屑 且从地面表面收集碎屑。例如，刷子可朝向由机器人产生的真空气流引导碎 屑，且该真空气流可引导碎屑进入机器人的集尘箱。
发明内容
在一方面，一种自主清洁机器人，包括驱动器，刷子和电机，该驱动器 被配置为移动机器人跨过地面表面，该刷子贴近机器人的侧面，该电机被配 置为绕旋转轴旋转刷子。该刷子包括毂、臂部和刷毛束，该毂被配置为接合 机器人的电机，且该臂部每个从毂向外延伸远离旋转轴，且每个相对于垂直 于刷子的旋转轴的平面成角度。每个臂部包括第一部分和第二部分，该第一 部分从毂向外延伸远离旋转轴，该第二部分从第一部分向外延伸远离旋转 轴。每个臂部的第一部分和平面之间的角度大于每个臂部的第二部分和平面 之间的角度。每个刷毛束被附接到臂部的相应一个，且从相应臂部的第二部 分向外延伸。
在另一方面，一种可安装到自主清洁机器人的刷子，包括毂，臂部和刷 毛束，该毂被配置为接合自主清洁机器人的电机以使当电机被驱动时刷子绕 旋转轴线旋转以搅动地面表面上的碎屑，臂部每个从毂向外延伸远离旋转轴 线且每个相对于垂直于刷子的旋转轴线的平面成角度。每个臂部包括第一部 分和第二部分，该第一部分从毂向外延伸远离旋转轴，该第二部分从第一部 分向外延伸远离旋转轴。每个臂部的第一部分和平面之间的角度大于每个臂 部的第二部分和平面之间的角度。每个刷毛束被附接到臂部的相应一个，且从相应臂部的第二部分向外延伸。
实施方式可包括下列或本文别处描述的特征中的一个或多个。在一些实 施方式中，刷子是侧部刷子。机器人还可包括主刷子，该主刷子可绕平行于 地面表面的轴线旋转。侧部刷子可被配置以使侧部刷子的刷毛束的至少一部 分可在旋转的部分期间定位在主刷子下方。
在一些实施方式中，旋转轴线大体垂直于地面表面。
在一些实施方式中，刷子是侧部刷子。机器人还可包括前部部分和主刷 子，该前部部分具有大体方形形状，该主刷子沿机器人的前部部分布置。主 刷子可延伸跨过机器人的前部部分的宽度的60％-90％。电机被配置为旋转刷 子，以使每个刷毛束的远侧端部扫过由在机器人的前部部分的宽度的15％和 35％之间的直径限定的圆。
在一些实施方式中，刷子是侧部刷子，且机器人还包括清洁头部模块， 该清洁头部模块包括主刷子，该主刷子可绕平行于地面表面的轴线旋转。侧 部刷子可被安装为靠近清洁头部模块的拐角部分。
在一些实施方式中，该刷子定位为靠近由机器人的前部表面和机器人的 侧面形成的机器人的拐角部分。电机可被配置为旋转侧部刷子，以使每个刷 毛束可定位为超过机器人的前部表面和侧面。
在一些实施方式中，毂的顶部部分包括嵌入部分，该嵌入部分收集由刷 子接合的丝状碎屑。在一些情况下，机器人还包括壳体，且壳体的底部表面 包括嵌入部分，该嵌入部分被配置为接收毂的嵌入部分。毂可被配置为收集 丝状碎屑在由壳体的嵌入部分和毂的嵌入部分限定的区域内。在一些情况 下，机器人还包括开口，该开口接收刷子的毂。该开口可被配置为接收从毂 的嵌入部分接收的丝状碎屑。
在一些实施方式中，毂的高度在0.25厘米和1.5厘米之间。
毂由硬聚合物材料形成，其具有1和10GPa之间的弹性模量，且臂部由 弹性材料形成，其具有0.01和0.1GPa之间的弹性模量。
在一些实施方式中，每个臂部的第一部分和该平面之间的角度在70度 和90度之间。
在一些实施方式中，每个臂部的第一部分和该平面之间的角度在15度 和60度之间。
在一些实施方式中，每个臂部的第一部分和每个臂部的第二部分之间的 角度在100度和160度之间。
在一些实施方式中，每个臂部的第二部分相对于每个臂部的第一部分远 离刷子的旋转方向成角度。
在一些实施方式中，第二部分延伸所沿的轴线和由毂的外部周边限定的 圆之间的角度在30度和60度之间。
前述特征的益处可包括但不限制于，下文描述的和本文别处的描述的那 些。例如，臂部的不同部分的相对角度可使臂部能够朝向地面表面延伸以在 不以妨碍机器人的其他部件的方式定位的情况下接合地面表面。臂部的几何 可阻止旋转的侧部刷子接触机器人的其他移动部件，例如机器人的其他旋转 刷子。
刷子还可包括帮助由刷子接合的丝状碎屑的收集的结构。丝状碎屑(包 括头发，线，地毯纤维等等)可为细长线，其容易围绕自主清洁机器人的旋 转构件缠绕，从而妨碍这些构件的移动。刷子的嵌入部分可阻止丝状碎屑围 绕臂部和刷子的刷毛束缠绕，反而可帮助口丝状碎屑在预定区域内的收集。 这个预定区域可定位为远离臂部和刷毛，以使丝状碎屑不妨碍刷子的移动且 不妨碍刷子的打扫操作。
在机器人包括可旋转主刷子且其中刷子是侧部刷子的实施例中，臂部的 几何使侧部刷子能够在没有侧部刷子和主刷子纠缠的风险的情况下打扫主 刷子直接下方的地面表面的部分。在这方面，主刷子可延伸跨过机器人的宽 度的较大部分，由此相比于具有侧部刷子(其不能容易地打扫主刷子下方)的 机器人而言提供具有更大清洁宽度的机器人。
本说明书中描述的主题的一个或多个的实施方式的细节在附图中和下 文的描述阐述。其他潜在特征，方面，和优点将在描述，附图，和权利要求 中变得明显。
附图说明
图1是示出了沿障碍物清洁碎屑的自主清洁机器人的透视图。
图2是从图1中的机器人分离的侧部刷子和主刷子的沿图1中的线2-2 截取的侧视图。
图3是图1中的机器人的底部视图。
图4是图3中的机器人的清洁头部模块的底部透视图。
图5A和5B是图3中的机器人的顶部视图，执行障碍物跟随动作。
图6A-6E分别是侧部刷子的顶部透视图，底部透视图，侧视图，底部视 图和顶部视图。
图7A和7B分别是图6A-6E中的侧部刷子的顶部透视图和顶部视图， 连同侧部刷子的毂的顶部部分的放大插图。
图7C是图6A-6E中的侧部刷子的毂和臂部的横截面侧视图。
图8是被接合到机器人的驱动轴的侧部刷子的横截面侧视图。
相同的参考标号和标记在各图中指示相同的部件。
具体实施方式
参考图1，自主清洁机器人100执行自主清洁操纵，其中机器人100绕 地面表面102自主地移动以通过吸取位于地面表面102的不同部分上的碎屑 104而清洁地面表面102。机器人100的侧部刷子106(其延伸超过机器人的 外周边且可沿旋转方向(还示出在图2中)旋转)朝向机器人的下侧上的主刷子 120a(如图2中所示)打扫机器人100的外周边的外侧的碎屑104。例如，侧 部刷子106朝向机器人前面中的区域打扫碎屑，或将碎屑扫入机器人100的 投影清洁路径。在障碍物跟随动作期间，当机器人100沿障碍物110的周边 行进且机器人100的侧面112a跟踪障碍物110时，侧部刷子106沿障碍物 110打扫碎屑。在具有矩形前部的机器人的实施例中，如图1中所示，侧部 刷子106，定位为靠近侧面112a，延伸超出机器人100的侧面112a以使侧 部刷子106可接近沿障碍物(举例来说壁，家具等等)和障碍物限定的角落处 定位的碎屑104。在一些实施例中，侧部刷子106还延伸超过机器人100的 前向表面114。
在图2描述的实施例中，侧部刷子106相对于机器人100的主刷子120a 的布置被示出。主刷子120a的宽度限定机器人100的清洁宽度118(如图1 中所示)。在自主清洁操作中，主刷子120a被旋转以在机器人100下方引导 碎屑104进入机器人100的清洁箱122(如图1中示意性示出)，且侧部刷子 106被旋转以朝向主刷子120a推动碎屑104。侧部刷子106使机器人100能 够摄取机器人100的主刷子120a的够及范围外侧的碎屑104。例如，参考图 1，侧部刷子106打扫碎屑104进入机器人100的清洁宽度118的投影路径 116，举例来说机器人100的投影清洁路径。投影路径116对应于一区域， 在该区域中地面表面102上的碎屑104将由机器人100摄取，例如通过真空 气流，一个或多个旋转刷子，或它们的组合。
如图2中所示，侧部刷子106可旋转以打扫地面表面102且将碎屑朝向 主刷子120a推进。侧部刷子106绕旋转轴线124(其垂直地远离地面表面102 延伸，且在一些实施例中沿与地面表面102形成小于90度角度的轴线延伸) 旋转。如文中所述，侧部刷子16的几何使当主刷子120a旋转以从地面表面 102摄取碎屑104时，侧部刷子106能够打扫主刷子120a下方的地面表面 102的部分。这允许主刷子120a在不导致自主清洁操作期间主刷子120a和 侧部刷子106的操作受扰乱的情况下沿机器人100的总宽度的更大部分延 伸。
示例的自主清洁机器人
图3描述了机器人100的例子。机器人100包括前部部分128，其具有 大体矩形形状。例如，前部部分128包括机器人的区域(其包括机器人100 的缓冲器129和机器人100的体部131的部分)。前部表面114大体垂直于侧 面112a，112b两者，例如与侧面112a，112b的每个限定85度和95度之间 的角度。机器人100的后部部分130具有大体半圆形形状。
机器人100包括驱动系统，其沿向前驱动方向132(同样被示出在图1中) 跨地面表面移动机器人100。驱动系统包括驱动轮134，其由电机驱动。两 个电机136示意性地示出在图3中，其中每个电机驱动驱动轮134中的一个。 电机136可操作地连接到控制器138(示意性地示出在图3中)，控制器138 被配置为操作电机136以移动机器人100。
控制器138被配置为操纵机器人100的多个动作，包括覆盖动作和障碍 物跟随动作。例如，当机器人100在具有内部部分和包围内部部分的周边的 空间中执行自主清洁操作时。周边由障碍物限定，举例来说空间中的家具， 墙壁等等。在自主清洁操作期间，机器人100选择它的动作中的一个以清洁 空间中的地面表面。在覆盖行为中，机器人100横穿地面表面以清洁封闭空 间的内部部分。例如，机器人100跨该空间前后移动，响应封闭空间的周边 的检测而转向，举例来说使用机器人100的障碍物检测传感器。在障碍物跟 随行为中，机器人100沿障碍物的周边移动，且由此沿该空间的周边移动以 清洁该周边。
如本文中所示，机器人100还包括刷子120a。机器人100可具有一个刷 子或可具有多个刷子，如图3中所示。例如，刷子120a是多个刷子120a，120b中的一个，其沿机器人100的底部表面140暴露到地面表面。刷子120a， 120b被一个或多个电机驱动旋转以打扫地面表面上的碎屑。例如，在图3 描述的实施例中，单个电机142可操作地连接到控制器138，控制器138被 配置为操作电机142以驱动刷子120a，120b两者。刷子120a，120b被配置 为分别绕相应旋转轴线144a，144b旋转。旋转轴线144a，144b平行于地面 表面(机器人100沿该地面表面移动)。
在自主清洁操作期间，刷子120a，120b被驱动以沿相反方向旋转以使 每个刷子120a，120b将碎屑引向入口146到通向清洁箱122的路径。入口 146可为刷子120a和刷子120b之间的空间。在一些实施例中，入口146可 为刷子120a或刷子120b和壳体188(举例来说刷子120a，120b可被安装到 壳体188)之间的空间。例如，机器人100可包括不仅一个刷子。机器人100 包括单个刷子，例如刷子120a或刷子120b，且到通向清洁箱122的通路的 入口可为刷子和壳体188之间的空间。
机器人100包括真空系统148，其可由控制器138操作以产生自至少一 个入口146穿过路径到清洁箱122的气流，从而收集靠近入口146的碎屑在 清洁箱122中。真空系统148产生负压力以产生气流(其携带通过刷子120a， 120b被引入路径的碎屑)。刷子120a，120b的旋转朝向入口146引导地面表 面上的碎屑以使真空系统148能够输送碎屑进入清洁箱122。
刷子120a，120b每个被布置在机器人100的前部部分128中。这使刷 子120a，120b的宽度能够沿机器人的最大宽度W1的更大部分延伸且更靠 近机器人100的前部延伸，举例来说与刷子被布置在机器人100的半圆形后 部部分130的较窄部分中或定位在接近轮子134的机器人100的中心处的情 况相比。当机器人100的半圆形后部部分130的直径具有W1的宽度，前部 部分128穿过它的几乎整个长度具有宽度W1，举例来说穿过前部部分128 的长度的至少90％或更多。在这方面中，在一些实施方式中，刷子120a，120b 仅被布置在机器人100的前部部分128中以使刷子120a，120b可延伸跨过 宽度W1的较大部分。在一些实施例中，宽度W1对应于前部部分128的宽 度。宽度W1例如在20厘米和40厘米之间(举例来说在20厘米和30厘米之 间，25厘米和35厘米之间，30厘米和40厘米之间，或约30厘米)。刷子120a，120b延伸跨过宽度W2，该宽度W2例如在15厘米和35厘米之间(举 例来说在15厘米和25厘米之间，20厘米和30厘米之间，25厘米和35厘 米之间，或约25厘米)。宽度W2是机器人100的宽度W1的60％-90％(举例 来说在宽度W1的60％和80％之间，65％和85％之间，70％和90％之间，75％ 和90％之间，80％和90％之间，或约75％)。
如本文中所述，机器人100还包括侧部刷子106(当被安装在拐角中时也 被称为拐角刷子)，其可旋转以朝向机器人100的刷子120a，120b打扫碎屑。 侧部刷子106由此与刷子120a，120b和真空系统148协作以从地面表面收 集碎屑在清洁箱122内。
侧部刷子106向外远离机器人100且远离机器人100的底部表面140延 伸。侧部刷子106被安装到机器人100的电机150，该电机150可操作地连 接到控制器138。控制器138被配置为操作电机150以旋转侧部刷子106， 其朝向刷子120a，120b打扫地面表面上的碎屑。侧部刷子106延伸跨过宽 度W3，该宽度W3在2厘米和12厘米之间，举例来说在2厘米和12厘米 之间，2厘米和4厘米之间，4厘米和12厘米之间，6厘米和10厘米之间， 7厘米和9厘米之间，约3厘米或约8厘米。宽度W3在机器人100的宽度 W1的15％和35％之间(举例来说在宽度W1的15％和25％之间，20％和30％ 之间，25％和35％之间，或约25％)。宽度W3在机器人100的宽度W2的 5％和40％之间(举例来说在宽度W1的5％和15％之间，10％和20％之间，20％和30％之间，25％和35％之间，30％和40％之间，约10％或约30％)。对应 于刷子120a，120b的宽度W2与侧部刷子106的宽度W3重叠部分的宽度 W4在例如0.5厘米和5厘米之间(举例来说在0.5厘米和1.5厘米之间，1.5 厘米和4厘米之间，2厘米和4.5厘米之间，2.5厘米和5厘米之间，约1厘 米或约2.5厘米)。
侧部刷子106定位为靠近机器人100的侧面112a，112b中的一个。在 图3的描述的实施例中，侧部刷子106定位为靠近侧面112a以使在侧部刷 子106的旋转期间侧部刷子106的至少一部分延伸超出侧面112a。侧部刷子 106的中心被安装在距离侧面112a 1厘米和5厘米之间(举例来说在距离侧面 112a 1和3厘米之间，2和4厘米之间，3和5厘米之间，或约3厘米)。侧 部刷子106延伸超过侧面112a 0.25厘米和2厘米之间(举例来说至少0.25厘 米，至少0.5厘米，至少0.75厘米，0.25厘米和1.25厘米之间，0.5厘米和 1.5厘米之间，0.75厘米和1.75厘米之间，1厘米和2厘米之间，或约1厘 米)。
侧部刷子106还定位为靠近前部表面114以使在侧部刷子106的旋转期 间侧部刷子106的至少一部分延伸超出机器人100的前部表面114。在一些 实施例中，侧部刷子106的中心被安装在与前部表面114距离1厘米和5厘 米之间(举例来说在从前部表面114距离1和3厘米之间，2和4厘米之间， 3和5厘米之间，或约3厘米)。侧部刷子106延伸超过前部表面112a 0.25 厘米和2厘米之间(举例来说至少0.25厘米，至少0.5厘米，至少0.75厘米， 0.25厘米和1.25厘米之间，0.5厘米和1.5厘米之间，0.75厘米和1.75厘米 之间，1厘米和2厘米之间，或约1厘米或约0.75厘米)。
通过靠近侧面112a和前部表面114，侧部刷子106由此定位为靠近机器 人100的拐角部分152，该拐角部分152由侧面112a和前部表面114限定。 在一些情况下，拐角部分152包括由侧面112a和前部表面114连接的倒圆 部分，其中由侧面112a限定的拐角部分152的段和前部表面114的段形成 大体直角。拐角部分152可适应房内存在的相应拐角几何(举例来说由障碍 物限定)。例如，拐角部分152可适应由房内障碍物限定的相应的直角几何。
通过被定位以使侧部刷子106的至少一部分延伸超过前部表面114和侧 面112a两者，侧部刷子106可容易地接近和接触机器人10直接下方的区域 外侧的地面表面上的碎屑。例如，侧部刷子106可接近刷子120a，120b的 投影路径116(如图1中所示)外侧的碎屑，以使侧部刷子106可接触碎屑且 推动碎屑进入刷子120a，120b的投影路径。当机器人100沿地面表面行进 时，侧部刷子106可使机器人100能够收集前部表面114前方且与侧面112a相邻的碎屑。此外，侧部刷子106可朝向刷子120a，120b打扫临近拐角几 何的碎屑以使刷子120a，120b可摄取该碎屑。在一些情况下，侧部刷子106 从机器人100的前部表面114的最前点向前延伸。在这样的实施例中，侧部 刷子106可接合临近机器人前部的障碍物的碎屑。
在一些实施例中，机器人100包括清洁头部模块154，其包括刷子120a， 120b。清洁头部模块154还包括一个或多个电机，该电机驱动刷子120a， 120b。在一些实施方式中，清洁头部模块154还包括侧部刷子106(如图3中 所示)和一个或多个电机，该电机驱动侧部刷子106。侧部刷子106被安装为 靠近清洁头部模块154的拐角部分156。例如，侧部刷子106被安装在从拐 角部分156相距0.5厘米和2.5厘米之间(举例来说，0.5厘米和1.5厘米之间， 1厘米和2厘米之间，1.5厘米和2.5厘米之间，约1.5厘米)。清洁头部模块154(包括壳体188，刷子120a，120b，电机(一个或多个)和侧部刷子106)可 在需要时作为整套装置被移除和更换。
侧部刷子106可安装到驱动轴157，该驱动轴157被连接到电机150， 该电机150驱动该侧部刷子106。如图4中所示，侧部刷子106可从清洁头 部模块154移除且由此可从驱动轴157拆卸。
清洁头部模块154可作为一个单元安装到机器人100的剩余部分，且还 可作为一个单元从机器人100的剩余部分拆卸。在一些情况下，该清洁头部 模块154还至少部分地被安装在机器人100的体部131内(如图3中所示)。 这可使得清洁头部模块154的维护更容易执行。例如，清洁头部模块154(包 括它的刷子120a，120b)可由具有新的刷子的新的清洁头部模块容易地替换。 此外，清洁头部模块154可相对于机器人100的机架移动，以使清洁头部模 块154可响应与沿地面表面(机器人在该地面表面上移动)的障碍物接触或响 应地面类型的变化而运动。如果侧部刷子106被布置在清洁头部模块154上， 侧部刷子106和地面表面上的障碍物之间的接触也可使得清洁头部模块154 移动。这可防止损坏刷子120a，120b，侧部刷子106和清洁头部模块154。
参考图5A和5B，在障碍物跟随行为期间，机器人100在障碍物160a 的周边158附近行进，使得侧面112a被定位为与周边158相邻。通过定位 为靠近侧面112a，侧部刷子106被定位为在障碍物跟随行为期间够到沿障碍 物160a的周边158的碎屑。例如，侧面112a相当于机器人100的主导障碍 物跟随侧，以使控制器(如图3中所示)改变机器人100的位置以使侧面临近 跟踪目标或壁。
如图3中所示，机器人100包括多个悬崖传感器137a-137f。悬崖传感 器137a-137f被配置为当地面表面不占据悬崖传感器137a-137f中的一个或多 个下方的区域时提供信号。例如，悬崖传感器137a-137f可为红外发射器和 接收器对，其具有视野的重叠领域，配置为识别何时地面表面存在于悬崖传 感器137a-137f下方且当地面表面不存在重新定向机器人(举例来说重定向机 器人100远离悬崖比如楼梯)。
在图3中的实施例中，侧部刷子106位于拐角部分152中。侧部刷子106 和它的关联电机的定位使得刷子120a，120b从机器人的中心偏置。例如， 刷子120a，120b定位为比侧面112a更靠近侧面112b 0.5厘米至2.5厘米(举 例来说0.5-1.5厘米，1厘米-2厘米，1.5厘米-2.5厘米，或约1厘米)。附加 地，通过定位刷子120a，120b接近侧面112b(举例来说在约3厘米内)，位 于侧面112b上的悬崖传感器137b被安置在刷子120a，120b后方(举例来说 刷子的后方，轮子134的前面)，同时悬崖传感器137e被定位为靠近刷子120。 由此，侧部悬崖传感器137b和137e关于机器人100的前后轴线FA不对称 地定位。机器人100还包括四个附加的悬崖传感器137a，137c，137d和137f。 两个悬崖传感器137c和137d定位为靠近前部表面114、在刷子120a，120b 前方，且两个悬崖传感器137a和137f定位在轮子134的后方。前部悬崖传 感器137c，137d和后部悬崖传感器137a，137f可关于前后轴线FA对称地 定位。
侧部刷子106可旋转穿过清洁区域162。因为侧部刷子106延伸超过侧 面112a和前部表面114，清洁区域162延伸超出侧面112a和前部表面114。 结果，侧部刷子106被配置为接合地面表面102上的清洁区域162内的碎屑， 以使碎屑可被打扫向机器人100的清洁宽度118的投影路径。例如，侧部刷 子106与刷子120a，120b和真空系统148协作以收集超出机器人100的周 边的碎屑在清洁箱122内(如图3中所示)。清洁宽度118不延伸入地面表面 102的临近障碍物160a的周边158的部分164。该部分164的至少一些位于 机器人100下方，因为投影路径116不延伸机器人100的整个宽度W1。在 这方面中，机器人100的刷子120a，120b和真空系统148(如图3中所示)不 收集地面表面102的该部分164内的碎屑，除非这个碎屑被移动入投影路径 116。侧部刷子106，当被旋转时，可帮助碎屑的这个移动。例如，侧部刷子106够到清洁区域162内的碎屑，且由此朝向投影路径116打扫该部分164 中的碎屑，从而使机器人100能够收集位于该部分164内的碎屑。
此外，如图5B中所示，由于侧部刷子106延伸超过前部表面114和侧 面112a两者，侧部刷子106被配置为延伸入由障碍物160a，160b的交点限 定的拐角166。拐角166可能难以由机器人100清洁，因为机器人100的外 部周边的几何体且由于外部周边内的刷子120a，120b的定位。侧部刷子106 延伸超出该外部周边以使碎屑能够从拐角166和其他复杂的障碍物周边几何 (举例来说曲线，裂缝等等)被收集。
示例的侧部刷子
图6A-6E描述了一种侧部刷子106的实施例。这个实施例关于X轴，Y 轴和Z轴被描述。侧部刷子106的旋转轴线124平行于Y轴。如本文中描 述的，在一些情况下，Y轴平行于垂直地从地面表面延伸的竖直轴线，尽管 在其他实施方式中，Y轴和竖直轴线形成非零角度。
参考图6A，侧部刷子106包括毂168，臂部170和刷毛束172。侧部刷 子106关于旋转轴线124轴对称。侧部刷子106被安装以使当侧部刷子106 绕旋转轴线124旋转时它可打扫机器人下方的地面表面的一部分以朝向刷子 120a，120b推进地面表面上的碎屑。由侧部刷子打扫的地面表面的部分还包 括刷子120a，120b的至少一个的直接下方的一部分。如本文中描述的，毂 168，臂部170和刷毛束172被配置以使侧部刷子106可在不干涉刷子120a，120b的操作的情况下在刷子120a，120b下方打扫。
参考图6B，毂168包括半球形体部171，具有具有圆形横截面，举例来 说沿垂直于旋转轴线124的平面。在一些实施例中，圆O1(如图6E中所示)， 由毂的外部周边限定，当沿Y轴观察时。圆O1具有1厘米和3厘米之间的 直径D1(如图6E中所示)，(举例来说在1厘米和2厘米之间，1.5厘米和2.5 厘米之间，2厘米和3厘米之间，或约2厘米)。
毂168被配置为接合机器人100的侧部刷子电机(举例来说电机150)(如 图3中所示)。例如，如图6A中所示，毂168包括孔175，该孔设置大小和 尺寸以接合驱动轴157(如图4中所示)。当孔175被接合到驱动轴157时， 该孔175使扭矩能够从侧部刷子电机传递到毂168以使侧部刷子电机可旋转 侧部刷子106。在一些情况下，毂168的至少一部分被定位在机器人100的 底部表面140上方(如图3中所示)。
毂168的高度H1(如图6C所示)在0.25厘米和1.5厘米之间(举例来说 0.25厘米和1厘米之间，0.5厘米和1.25厘米之间，0.75和1.5厘米之间， 或约0.75厘米)。例如，高度H1由最低点(臂部170在该最低点处被附接到 毂168)和孔175的最高表面限定。由于毂168是硬塑料部件，毂168上的冲 击力可在没有实质衰减的情况下传递到驱动轴157。结果，毂168上的冲击 力可能损坏驱动轴157。高度H1是相对小的，以便毂168不太可能接触沿 地面表面的障碍物。毂168的相对小的高度可由此阻止对于驱动轴157或侧 部刷子电机的损坏。如本文中所描述的，毂168可为清洁头部模块154的一 部分。结果，毂168上的冲击可使得清洁头部模块154作为一个单元移动， 从而缓冲由于冲击引起的冲击力且阻止对于侧部刷子106的损坏。
毂168，臂部170和刷毛束172可由不同材料形成。例如，毂168是整 体塑料部件，臂部170，刷毛束172或两者从毂168延伸。毂168由硬聚合 物材料形成，其具有1和10GPa之间的弹性模量，且臂部170由弹性体材料 形成，其具有0.01和0.1之间的弹性模量。例如，毂168由聚碳酸酯或丙烯 腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene)形成，且臂部170由弹性体 形成。臂部170由此比毂168更容易变形。臂部170充当用于刷毛束172的 防护套，其保持每个刷毛束的刷毛在一起同时也可变形，以使刷毛束172和 臂部170可响应与地面表面和地面表面上的障碍物的接触而一起变形。结果， 臂部170可防止刷毛束170被损坏。
参考图6C，臂部170从毂168向外延伸远离侧部刷子106的旋转轴线 124。臂部170每个沿0.5厘米和2.5厘米之间的长度L1(如图6D中所示)(举 例来说在0.5厘米和1.5厘米之间，1厘米和2厘米之间，1.5厘米和2.5厘 米之间，或约1.5厘米)延伸。长度L1对应于从每个臂部170的近侧部端177a 到远侧端部177b的直线长度，其中近侧端部177a被附接到毂168。
每个臂部170相对于垂直于刷子106的旋转轴线124的平面173成角度。 臂部170由两个部分174，176形成，该两个部分相对于平面173成不同的 角度。该不同的角度部分174，176允许臂部170实现以下两者：跨越机器 人100和地面表面之间的垂直距离和形成对于刷毛束172的期望打扫圆。例 如，最接近于毂168的臂部170的部分174的倾斜(相对于平面173)大于远 离毂168的臂部170的部分176的倾斜(相对于平面173)。
当侧部刷子106被安装到驱动轴157时，第一部分174和第二部分176 每个朝向地面表面向下延伸。在这方面，尽管毂168的高度H1可为小的以 便毂168以间隙高度定位在地面表面上方，第一部分174和第二部分176向 下延伸以使刷毛束172能够接触地面表面。
第一部分174和第二部分176还每个从毂168(举例来说沿平面173的方 向)向外延伸。第一部分174在每个臂部170的近侧端部177a处被附接到毂 168，且从毂168向外延伸远离旋转轴线124。第二部分176从第一部分174 向外延伸远离旋转轴线124，且在每个臂部170的远侧端部177b处终止。例 如，参考图6D，第一部分和第二部分两者向外延伸远离旋转轴线124以使 当侧部刷子106绕旋转轴124旋转时每个臂部的远侧端部177b扫过圆O2。 当沿Y轴观察时，该圆O2对应于由每个臂部170的远侧端部177b的外侧 点扫过的圆。圆O2具有2厘米和4厘米之间的直径D2(举例来说在2厘米 和3厘米之间，2.5厘米和3.5厘米之间，3厘米和4厘米之间，或约3厘米)。 通过每个向外延伸远离旋转轴线124，第一部分174和第二部分176允许侧 部刷子106从机器人100向外延伸，举例来说延伸且覆盖超出机器人100的 外部周边的区域，且覆盖机器人的清洁宽度外侧和机器人100下方的区域。
返回参考图6C，第一部分174从毂168向下延伸。在一些实施例中， 第二部分176也从第一部分174向下延伸。通过从毂168向下延伸，臂部170 使刷毛束172能够定位为接触侧部刷子106下方的地面表面的部分。例如， 每个臂部170在近侧端部177a(举例来说近侧端部177a的最低点)和远侧端 部177b(举例来说远侧端部177b的最低点)之间的高度H2在0.25和1.5厘米 之间(举例来说在0.25厘米和1厘米之间，0.5厘米和1.25厘米之间，0.75厘米和1.5厘米之间，或约0.8厘米)。
在一些实施例中，每个臂部170的第一部分174和平面173之间的角度 A1大于每个臂部的第二部分和平面173之间的角度A2。角度A1和A2对 应于当轴线(第二部分176沿该轴线延伸)平行于X轴延伸时，在X-Y平面内 测量的角度。每个臂部170的第一部分174相对于第二部分176向上成角度， 以使第一部分174相对于平面173的角度比第二部分176相对于平面173的 更陡峭的角度更浅。角度A1在70和90度之间(举例来说在70和80度之间， 75度和85度之间，80度和90度之间，或约80度)。角度A2在0和60度 之间(举例来说在15和60度之间，15度和45度之间，15度和30度之间， 或约30度)。
每个臂部170的第二部分176相对于第一部分174沿与侧部刷子106的 旋转方向108相反的方向成角度。例如，参考图6E，每个臂部170从毂168 的沿圆O1的部分延伸。角度A3对应于(i)沿X-Z平面且臂部170的第二部 分176延伸所沿的轴线，和(ii)切线到圆形O1且延伸穿过第二部分176的轴 线与圆形O1的交点的线181之间的角度。角度A3在例如30和60度之间(举 例来说在30和50度之间，35度和55度之间，40度和60度之间等等)。在 一些情况下，每个臂部170的第一部分174沿径向轴线且由此大体垂直于切 线181延伸。第二部分176相对于切线181的这个角度可减轻当臂部170在 侧部刷子106旋转期间弯曲时沿臂部170的应力集中。
在一些实施方式中，回到参考图6B，每个臂部170的第一部分174和 每个臂部170的第二部分176之间的角度A4在100和160度之间(举例来说 在100和140度之间，110度和150度之间，120度和160度之间，或约130 度)。刷毛束172每个包括多个刷毛，当侧部刷子106在自主清洁操作期间 被旋转时，该刷毛打扫地面表面。返回参考图2，侧部刷子106的刷毛束172 可打扫地面表面102且将碎屑朝向主刷子120a推进。当侧部刷子旋转时每 个刷毛束172被重新定位。例如，刷毛束172的至少一部分(举例来说刷毛 束172a，如图2中所示)在侧部刷子106旋转的一部分期间和主刷子120a旋 转期间可定位在主刷子120a下方。
在图6A-6E中的描述的实施例中，刷毛束172从臂部170沿相对于垂直 于旋转轴线124的轴线(举例来说延伸穿过同心圆O1,O2或O3的任一个的半 径的轴线)成非零角度的轴线延伸。在一些实施方式中，刷毛束172的每个 平行于垂直轴线延伸。
刷毛束172每个包括被组装为束的多个可弯曲纤维。参考图6B，刷毛 束172的每个从臂部170的相应的第二部分176延伸，每个刷毛束172在相 应的远侧端部180处终止。刷毛束172从臂部170沿平行于臂部170的第二 部分176延伸所沿轴线的轴线延伸。刷毛束172超出臂部17的长度L2(如图 6B和6D中所示)在1厘米和5厘米之间(举例来说在1厘米和4厘米之间， 1.5厘米和4.5厘米之间，2厘米和5厘米之间，约2.5厘米，或约3厘米)。 长度L2对应于从每个臂部170的远侧部端177b到每个刷毛束172的远侧端 部180的直线长度。长度L2是臂部170的长度L1的40％和80％之间(举例 来说在臂部170的长度L1的40％和60％之间，50％和70％之间，60％和80％ 之间，约50％，约60％，或约70％)。每个臂部170的远侧端部177b(举例来 说远侧端部177b的最低点)和每个刷毛束172的远侧端部180之间的每个刷毛束172的高度H3在0.25厘米和2厘米之间(举例来说在0.25厘米和1.5 厘米之间，0.5厘米和1.75厘米之间，0.75厘米和2厘米之间，或约1厘米)。
每个刷毛束172的至少远侧端部180配置为接合地面表面，且接合地面 表面上的碎屑以将该碎屑朝向机器人100的刷毛推进(如图2中所示)。在这 方面，返回参考图2，刷毛束172的每个的至少一部分可定位为超出机器人 的前部表面114和侧面112a。
参考图6D，每个刷毛束172的远侧端部180扫过圆O3，其对应于当沿 Y轴观察时由每个刷毛束172的远侧端部180打扫的圆。圆180由直径D3 限定。在一些情况下，如果侧部刷子106被安装以使它的旋转轴线124平行 于垂直轴线，该直径D3等于宽度W3(如图3中所示)。替代地，如果侧部刷 子106在相对于垂直轴线成角度处被安装，直径D3可不同于宽度W3。在 这方面，直径D3例如在2厘米和10厘米之间(举例来说在2厘米和6厘米 之间，6厘米和10厘米之间，7厘米和9厘米之间，或约8厘米)。在一些 情况下，直径D1(如图6E中所示)在直径D3的10％和40％之间(举例来说在 直径D3的10％和30％之间，15％和35％之间，20％和40％之间，或约25％)。 在一些情况下，直径D2在直径D3的20％和50％之间(举例来说在直径D3 的20％和40％之间，25％和45％之间，或30％和40％之间)。
在一些情况下，刷毛束172被附接到臂部170，毂168，或两者。例如， 刷毛束172的近侧端部(未示出)被附接到臂部170或毂168。替代地或附加 地，刷毛束172延伸穿过臂部170且沿臂部170的长度或长度的一部分被附 接到臂部170。
参考图7A，毂168的顶部部分182被配置为收集由侧部刷子106接合 的丝状碎屑。在自主清洁操作期间，丝状碎屑(包括头发，线，地毯纤维等 等)可在侧部刷子106旋转期间围绕侧部刷子106缠绕。丝状碎屑(如果围绕 臂部170或刷毛束172缠绕)可阻碍侧部刷子106的操作。如果丝状碎屑围 绕侧部刷子电机的驱动轴缠绕，该丝状碎屑还可阻碍侧部刷子电机的操作。 毂168的顶部部分182被配置以使丝状碎屑被收集在远离臂部170和刷毛束172的区域内。
如图7A-7C中所示，毂168的顶部部分182包括嵌入部分184，以收集 由侧部刷子106接合的丝状碎屑。由于臂部170和刷毛束172相对于旋转轴 线124的角度(如图6A中所示)，丝状碎屑趋于朝向毂168的顶部部分182 聚集。参考图4和8，清洁头部模块154包括开口186，该开口也被配置为 收集丝状碎屑。驱动轴157延伸穿过开口186。在这方面，侧部刷子106在 开口186处被安装到驱动轴157。
如图8中所示，毂168的嵌入部分184被定位为接收丝状碎屑，且开口 186被定位为从嵌入部分184接收丝状碎屑。嵌入部分184和沿壳体188的 嵌入部分187，限定丝状碎屑被收集的区域。壳体188可为清洁头部模块154 的壳体或机器人100的壳体。挡块190绕开口186圆周地布置(其延伸穿过 嵌入部分187)以抑制丝状碎屑移动超过由嵌入部分184和嵌入部分187限定 的区域。如果丝状碎屑移动超过这个区域，丝状碎屑被收集在开口186中。例如，丝状碎屑围绕驱动轴157被收集。
为了移除由侧部刷子106收集的丝状碎屑，该侧部刷子106从驱动轴157 卸下。由于挡块190，丝状碎屑趋于收集在开口186的外侧，从而使得移除 丝状碎屑的过程更容易。例如，一旦侧部刷子106卸下，由嵌入部分184和 嵌入部分187限定的区域容易手动地接近。用户可卸下侧部刷子106且手动 地从该区域移除丝状碎屑。
其他实施方式
一些实施方式已被描述。然而，应理解各种修改可被做出。
例如，尽管侧部刷子106被描述为延伸超过机器人100的前部表面114 和侧面112a，在一些实施方式中，侧部刷子106延伸超过仅机器人100的前 部表面114或仅机器人100的侧面112a。
侧部刷子106的毂168在图2中被示出为被定位在刷子120a，120b的 前面。例如，毂168在旋转轴线144a，144b两者的前面。在一些实施方式 中，毂168水平地定位为邻近刷子120a，120b。在一些实施方式中，侧部刷 子106被定位在刷子120a，120b的后面，举例来说使得毂168被安装在刷 子120a，120b的后面。
如图2中所示，旋转轴线124大体垂直于地面表面(举例来说旋转轴线 124是大体竖直的)。例如，该旋转轴线124和地面表面形成85度和90度之 间的角度。替代地，在一些实施例中，旋转轴124在相对于垂直轴线成非零 角度处。例如，旋转线轴124和地面表面形成小于85度的角度(举例来说在 60和85度之间，70度和80度之间，约75度等等)。在这方面，旋转轴线 124和竖直轴线形成大于5度的角度(举例来说在5和30度之间，10度和20 度之间，约15度等等)。
在一些实施方式中，刷子120a，120b包括具有外表面的滚筒，其接合 并刷动地面表面上的碎屑。外表面可例如为圆柱形的。在一些情况下，刷子 120a，120b包括刷毛，其接合并刷动碎屑。
尽管侧部刷子106和刷子120a，120b被描述为由多个电机驱动，在一 些实施方式中，侧部刷子106和刷子120a，120b由一个电机驱动。机器人 100包括动力传动系统，其将扭矩从电机传递到刷子106，120a，120b的每 个。替代地，机器人100包括三个不同电机，每个被配置为驱动刷子106， 120a，120b的相应的一个。
尽管机器人100在图3中被描述为包括两个刷子120a，120b，在一些实 施例中，机器人包括一个刷子，其可绕平行于地面表面的轴线旋转。该单个 刷子将地面表面上的碎屑朝向机器人的箱引导。此外，尽管刷子120a，120b 被描述为具有相等的宽度W2，在一些实施方式中，刷子中的一个长于刷子 中的另一个。例如，一个刷子的宽度是另一个刷子的宽度的70％-90％。
尽管机器人100在图3中被描述为包括一个侧部刷子106，在一些实施 方式中，机器人100包括多个侧部刷子。例如，侧部刷子中的一个定位为靠 近侧面112a，而另一个侧部刷子定位为靠近侧面112b。在一些实施例中， 如果机器人100包括多个侧部刷子，在障碍物跟随行为期间侧面112a，112b 的任一个被定位为临近障碍物。机器人100不具有主要障碍物跟随侧。在这 方面，为了在障碍物附近清洁，机器人100不需要重定向以使机器人100的跟随侧被定位为靠近障碍物。
尽管侧部刷子106被示出且被描述为拐角刷子，其定位为邻近机器人 100的右侧面112a，在一些实施例中，该拐角刷子可反而被定位在机器人100 的左侧面112b上。该机器人100的主要障碍物跟随侧可对应于机器人100 的左侧而不是机器人100的右侧。
尽管侧部刷子106被示出且被描述为拐角刷子，定位为靠近机器人100 的右侧面112a，在一些实施例中，机器人可包括两个拐角刷子，其中一个被 定位在右侧面上，且另一个被定位在机器人100的左侧面112b上。
在一些附加的实施例中，机器人100可为方形形状，且包括四个拐角刷 子，其中每个拐角上或附近定位一个。具有四个拐角刷子将允许机器人100 沿前后方向移动，同时仍然从超出机器人100的周边处打扫脏物进入路径。
尽管图6A-6E中的臂部170被描述为从毂168向外延伸远离侧部刷 子106的旋转轴线124，在一些实施方式中，臂部170从毂168大体径向 地向外延伸远离旋转轴线124。例如，臂部170沿垂直于旋转轴线124的 平面从旋转轴线124沿轴辐射延伸。在一些情况下，每个臂部170的至少 第一部分174沿径向轴线延伸，举例来说沿径向轴线且向下。第二部分176沿相对于径向轴线成非零角度的轴线延伸(举例来说向下且沿该轴线)。在图 6A-6E中的描述的实施例中，侧部刷子106包括五个不同臂部170和五个 相应的不同的刷毛束172。然而，在其他实施方式中，侧部刷子可包括两个， 三个，四个，六个或更多不同的臂部和不同的刷毛束。尽管描述的实施例示 出了每个臂部单个刷毛束，在替代实施方式中，侧部刷子可每个臂部包括两 个或多个刷毛束。
因此，其他实施方式是在权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种自主清洁机器人，包括：
驱动系统，配置为移动机器人跨过地面表面；
侧部刷子，靠近机器人的侧面；以及
电机，配置为绕旋转轴线旋转侧部刷子，
其中侧部刷子包括
毂，配置为接合机器人的电机，
多个臂部，每个从毂向外延伸远离旋转轴线，且每个相对于垂直于侧部刷子的旋转轴线的平面成角度，每个臂部包括第一部分和第二部分，所述第一部分从毂向外延伸远离旋转轴线，所述第二部分从第一部分向外延伸远离旋转轴线，每个臂部的第一部分和所述平面之间的角度大于每个臂部的第二部分和所述平面之间的角度，以及
多个刷毛束，每个刷毛束被附接到多个臂部的相应一个，且从相应臂部的第二部分向外延伸。
2.根据权利要求1所述的机器人，其中
侧部刷子是拐角刷子，
机器人还包括主刷子，所述主刷子可绕平行于地面表面的轴线旋转，以及
侧部刷子被配置以使侧部刷子的刷毛束的至少一部分可在旋转的部分期间定位在主刷子下方。
3.根据权利要求1所述的机器人，其中所述旋转轴线大体垂直于地面表面。
4.根据权利要求1所述的机器人，其中侧部刷子是拐角刷子，且所述机器人还包括：
前部部分，具有大体矩形形状，以及
主刷子，沿机器人的前部部分布置，所述主刷子延伸跨过机器人的前部部分的宽度的60％至90％。
5.根据权利要求4所述的机器人，其中电机被配置为旋转侧部刷子，以使每个刷毛束的远侧端部扫过由在机器人的前部部分的宽度的15％和35％之间的直径限定的圆。
6.根据权利要求1所述的机器人，其中
所述机器人还包括：
清洁头部模块，包括主刷子，所述主刷子可绕平行于地面表面的轴线旋转，所述侧部刷子被安装为靠近清洁头部模块的拐角部分。
7.根据权利要求1所述的机器人，其中
所述侧部刷子被定位为靠近由机器人的前部表面和机器人的侧面形成的机器人的拐角部分，以及
所述电机被配置为旋转侧部刷子，以使每个刷毛束可定位为超过机器人的前部表面和侧面。
8.根据权利要求1所述的机器人，其中毂的顶部部分包括嵌入部分，所述嵌入部分收集由侧部刷子接合的丝状碎屑。
9.根据权利要求8所述的机器人，还包括壳体，
其中壳体的底部表面包括嵌入部分，所述嵌入部分被配置为接收毂的嵌入部分，以及
其中所述毂被配置为收集丝状碎屑在由壳体的嵌入部分和毂的嵌入部分限定的区域内。
10.根据权利要求8所述的机器人，还包括开口，所述开口接收侧部刷子的毂，所述开口被配置为收集从毂的嵌入部分接收的丝状碎屑。
11.根据权利要求1所述的机器人，其中毂的高度在0.25厘米和1.5厘米之间。
12.根据权利要求1所述的机器人，其中所述毂由硬聚合物材料形成，其具有在1GPa和10GPa之间的弹性模量，且臂部由弹性材料形成，其具有在0.01GPa和0.1GPa之间的弹性模量。
13.根据权利要求1所述的机器人，其中每个臂部的第一部分和所述平面之间的角度在70度和90度之间。
14.根据权利要求1所述的机器人，其中每个臂部的第二部分和所述平面之间的角度在15度和60度之间。
15.根据权利要求1所述的机器人，其中每个臂部的第一部分和每个臂部的第二部分之间的角度在100度和160度之间。
16.根据权利要求1所述的机器人，其中每个臂部的第二部分相对于每个臂部的第一部分远离侧部刷子的旋转方向成角度。
17.根据权利要求1所述的机器人，其中第二部分延伸所沿的轴线和由毂的外部周边限定的圆之间的角度在30度和60度之间。
18.一种侧部刷子，其可安装到自主清洁机器人，所述侧部刷子包括：
毂，配置为接合自主清洁机器人的电机以使当电机被驱动时侧部刷子绕旋转轴线旋转以搅动地面表面上的碎屑；
多个臂部，每个从毂向外延伸远离旋转轴线，且每个相对于垂直于侧部刷子的旋转轴线的平面成角度，每个臂部包括第一部分和第二部分，所述第一部分从毂向外延伸远离旋转轴线，所述第二部分从第一部分向外延伸远离旋转轴线，每个臂部的第一部分和所述平面之间的角度大于每个臂部的第二部分和所述平面之间的角度，以及
多个刷毛束，每个刷毛束被附接到多个臂部的相应一个，且从相应臂部的第二部分向外延伸。
19.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中毂的顶部部分包括嵌入部分，所述嵌入部分收集地面表面上且由侧部刷子接合的丝状碎屑。
20.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中毂的高度在0.25厘米和1.5厘米之间。
21.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中所述毂由硬聚合物材料形成，其具有在1GPa和10GPa之间的弹性模量，且臂部由弹性材料形成，其具有在0.01GPa和0.1GPa之间的弹性模量。
22.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中每个臂部的第一部分和所述平面之间的角度在70度和90度之间。
23.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中每个臂部的第一部分和所述平面之间的角度在15度和60度之间。
24.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中每个臂部的第一部分和每个臂部的第二部分之间的角度在100度和160度之间。
25.根据权利要求18所述的侧部刷子，其中每个臂部的第二部分相对于每个臂部的第一部分远离侧部刷子的旋转方向成角度。
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