CN113164001A - 用于清洁脏污表面的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自动执行动作尤其是用于清洁脏污表面的设备(1)，其具有至少一个传感器(3)和至少一个驱动件(4)。基于预期的移动方向(B)，该驱动件(4)将该设备(1)分成后部区域(11)和前部区域(12)。传感器(3)是机械式传感器，其用于通过接触地面来确定地面的水平变化并且被布置在该设备(1)的前部区域(12)。

Description

用于清洁脏污表面的设备

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于自动执行动作、特别是用于清洁脏污表面的设备和方法。

背景技术

现有技术中以自动执行动作为目的并且特别用于清洁脏污表面的各种设备是已知的。这些设备的目的是帮助人类准备执行的动作。为此，设备必须能够自动操纵、检测障碍物并自动执行要执行的动作。一个特殊的挑战是避免跌落边缘。

DE102012108008公开一种抽吸装置，其使用红外传感器来防止设备跌落。

现有技术的缺点在于，该设备不能在排放灰尘的环境中使用，因为红外传感器容易受到关于灰尘排放的故障的影响。

US6580246公开一种自动清扫设备，其在设备主体移动时检测障碍物。设备主体运动通过磁传感器测量。

这里的缺点是不能可靠地防止设备跌落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以自动执行动作为目的并且避免现有技术缺点的设备，特别是提供一种用于自动执行动作的设备和方法，从而防止该设备在排放污物的环境中跌落。

该目的通过根据独立权利要求的用于自动执行动作，特别是用于清洁脏污表面的设备和方法来实现。

根据本发明，该设备用于自动执行动作，特别是用于清洁脏污表面，根据本发明的第一方面，该设备包括至少一个传感器和至少一个驱动件，其中驱动件可以是轮，也可以履带。驱动件相对于预期的运动方向将设备分成后部区域和前部区域。根据本发明，传感器是机械式传感器，其用于通过接触地面来检测地面水平面的变化并且被布置在设备的前部区域中。因此，特别是可以检测边缘，使得传感器用作防止跌落的工具。

在上下文中，术语“机械式”是指通过可移动传感器元件感测水平面的变化。例如，应用电学或光学方法来检测传感器元件的运动。最好使用两件式磁性安全开关。

然而，也可以替代地使用电感式传感器、电容式传感器、加速度传感器、超声波传感器或RFID传感器、簧片传感器、霍尔传感器、压电传感器和电阻传感器、应变计、按钮开关、角度传感器，以便感测机械式传感器元件的运动。

在上下文中，用于防止跌落的传感器的布置应理解为对于设备在360°半径内的规定方向运动，传感器相对于该运动方向布置在设备的前部区域中。当存在多种可能的运动时，也可以想到多个传感器。如果设备也例如沿向后的方向移动，则用于防止相对于向后移动的跌落的传感器可以在设备的前部区域中另外布置。

通过具有机械式传感器的设备来检测地面水平面的变化，该设备也可以在有灰尘排放的环境中使用。传感器在设备的前部区域中布置的优点在于，传感器的触发导致设备立即停止并及时防止跌落。

机械式传感器优选实施为压力传感器、应变传感器或力传感器。

通过使用借助压力、应变或力进行测量的机械式传感器，可以减少在有污物排放时易受影响的传感器的错误测量。

传感器优选地集成到轮尤其是转向脚轮的载体中。然而，所述传感器基本上可以集成到在前部区域中的任何类型的轮中，例如，集成到万向轮或麦克纳姆轮中。

这允许传感器的简单设计。由于轮已经与地面接触，因此在必要时用于使传感器与地面接触的附加机构可以省去。

传感器优选地特别布置在旋转刷子的中心。

传感器优选地布置成使得当传感器与地面接触时污物已经被去除。

由于传感器的位置，它可以被保护以免受地面上污物的影响并避免由此造成的错误测量。此外，防止地面上未固定的物体触发传感器。

或者，可以使用至少一个接触板，优选地使用两个接触板。在一个或多个转向轮之后，一个或多个接触板布置在前部区域中。只要转向轮与地面接触，则一个或多个接触板不与地面接触。当地面的水平面突然变化时，转向脚轮与地面失去接触，而在一个接触板或两个接触板与地面之间产生接触。结果，可以产生信号并且因此可以防止跌落。

根据另一方面，一种用于自动清洁脏污表面的设备包括至少一个清洁装置。清洁装置包括清空装置，该清空装置包括用于接收收集到的污物的污物接收空间。清空装置可以在工作姿态和清空姿态之间自动移动，在工作姿态中它从清洁装置接收污物，而在清空姿态中它清空污物接收空间中的污物。清空装置可以通过内部或外部驱动器自动移动。

为了通过外部驱动器启动，该设备可以设置有离合器，外部驱动器可以联接到该离合器上。

替代地，还可以想到在清空装置和外部限制装置之间形成可操作连接。当清空装置被限制时，通过设备的选择性移动，清空装置可以从工作姿态移动到清空姿态。

结果，该设备无需人工协助即可自动清空收集的污物，并为进一步收集污物而提供新的填充空间。避免长时间停机，以确保高效快速的清洁。此外，设备的自动清空使得高度自主性成为可能，并且不需要人员。可以想到，在必要时也可以手动清空污物容器。

该设备优选地包括污物接收空间和可活动地布置在该设备上的封闭件。封闭件能够倾斜、能够上翻地打开和/或拉出。

可移动布置的封闭件允许污物接收空间自动打开并且无需人工协助。

清空装置优选地包括用于确定剩余容积的填充度传感器。

这允许简单地确定仍然存在于污物接收空间中可接收污物的容积。

根据另一方面，一种用于自动清洁脏污表面的设备包括至少一个清洁装置和一个用于产生气流的鼓风装置。鼓风装置可以由用于抽吸空气的抽吸装置形成。在这种情况下，抽吸装置优选地具有用于从抽吸空气中过滤颗粒的过滤器装置。该设备还包括光学检测系统，优选地具有例如用于检测障碍物的图像识别系统和/或激光雷达传感器。鼓风装置的空气引导件，特别是过滤器装置的排气引导件，被布置成使得空气并且优选是过滤的排气被引导经过光学检测系统的检测单元。检测单元通常是照相机，也可以是激光测距单元或红外传感器。

结果，从光学检测单元前面的区域带走污物，并且对污物敏感的检测单元被保护免受污物排放的影响，并且降低由此导致的故障的易感性。

上述清洁装置在其所有方面都优选包括清扫装置。

结果，可以使用图像识别系统在有污物排放的环境中操纵用于清洁脏污表面的清扫装置。

根据另一方面，用于自动执行动作的设备包括至少一个清洁装置和一个可以被激活的辅助运送装置。辅助运送装置可具有附接到设备一端的拉出式把手。至少一个轮布置在相对端。该轮可以是仅在运送情况下才与地面接触的运送轮，也可以是可脱接或不具有自锁机构的驱动轮。如果设备移动到运送姿态，则轮已经接触地面或开始接触地面。所描述的原理类似于具有两个轮的市售拉杆箱的原理。在运送姿态，两个轮接触地面并允许以拉杆箱的方式简化和容易地手动移动设备。

因此，可以容易地手动移动设备。

替代地，辅助运送装置由布置在壳体上的拉出绳形成。该设备则具有与地面接触的至少三个轮，这些轮可以是脱接的或者不具有自锁机构。这些轮优选地布置成使得至少一个轮布置在设备的一端，而至少两个轮布置在相对端处并且与地面接触。

该目的还通过一种通过设备自动清洁脏污表面的方法来实现。

该方法包括以下步骤：

-测量污物接收空间的剩余容积的规定设定值，

-如果达到设定值，将设备移动到靠近污物收集区域的位置，

-自动打开可移动的污物接收空间，和

-将污物从污物接收空间清空到污物收集区域中。

设定值在此例如可以是预定的填充度、填充重量和/或时间点。

这种方法的优点是自主操作和自动、高效和快速检测设备何时移动到污物接收区域。

该目的还通过一种通过设备自动清洁脏污表面的方法来实现。

该方法包括以下步骤：

-通过传感器与地面的接触，检测在运动方向上位于驱动件前面的地面区域中水平面变化，

-如果检测到地面水平面没有变化，则继续清洁过程，和

-如果检测到地面水平面的变化，则终止设备的移动并可选地输出信号和/或改变方向。

这种方法的优点是自动、高效或快速地检测地面水平面的变化，以防止设备跌落和/或损坏。要输出的信号可以是通过无线电、邮件或短信的光信号、声音信号或无线故障消息。

该目的还通过一种通过设备自动清洁脏污表面的方法来实现。

该方法包括以下步骤：

-通过激光雷达传感器或图像识别系统确定空间上分配给站的图像的位置，

-通过测量与已确定位置的图像的至少一个距离，通过激光雷达传感器或3D摄像头实时确定设备相对于该站的相对位置，和

-根据确定的相对位置将设备移至该站。

该方法还优选包括以下步骤：

-确定图像提供的代码，和

-执行分配给代码的动作。

或者，激光雷达传感器或照相机可以被设计为感应和评估3D代码。

这种方法的优点是可以精确确定设备的实际位置，并在检测到代码时执行动作。

通过设备自动清洁脏污表面的方法优选包括以下步骤：

-如果设定值不符合设定标准，则继续清洁过程，

-如果设定值符合设定标准，尤其充电站或集尘区域中的污物接收站，则移动设备，和

-如果到达该站，则执行命令，特别是对接和充电，直到达到最大充电容量或清空污物接收空间。

设定标准可以是集尘容器的负载状态、填充度或填充重量。

这种方法的优点是当满足预定的设定标准时自动移动到站。站可以例如是充电站或尘埃接收区域。

该目的还通过一种通过设备自动清洁脏污表面的方法来实现。

该方法包括以下步骤：

-产生气流，特别是通过抽吸装置抽吸空气，

-可选地通过过滤器装置过滤抽吸装置的排气流，和

-通过引导空气流特别是过滤后的排气流从光学检测系统旁边(特别是照相机的区域)经过，来去除污物。

鼓风机或压缩空气源也可以用作抽吸装置的替代物。

通过这种方法，可以在有污物排放的环境中使用对污物排放敏感的光学传感器。在所述污物沉积在例如镜头上之前，污物从与光学检测系统相邻的区域被去除，或者如果需要，已经沉积在镜头上的污物也可以去除。

该目的还通过一种通过设备自动清洁脏污表面的方法来实现。

该方法包括以下步骤：

-通过传感器尤其是光传感器检测一个或多个参照物，和

-基于所确定的一个或多个参照物确定一个动作区域。控制设备的移动使其不退出动作区域。然而，也可以想到在检测到参照物时触发预定动作。

参照物可以在随机无源元件(即不需要电源的元件)的基础上起作用，特别地可以通过电磁波的检测来体现，例如以RFID元件、光学元件的形式，例如反射器或其它无源元件，例如物体、点、条、图像等。提供设有反射器的交通引导元件，特别是交通锥标。

这种方法的优点在于不需要任何额外的控制单元或昂贵的编程来定义动作区域或设备的动作。动作区域可以简单地通过定位参照物来定义。

该目的还通过一种系统实现，该系统包括用于自动清洁脏污表面的设备和一个或多个参照物。

这种系统因为它易于使用而特别有利。此外，在其应用中，它为动作区域的选择提供了高度的灵活性。

附图说明

下面将参照附图中的实施例更详细地解释本发明。在附图中：

图1示出设备的第一实施例的侧视图，

图2示出图1所示设备的实施例的立体图，

图3示出图1所示设备的实施例的仰视图，

图4a示出图1所示设备的实施例在地面水平面改变时处于工作姿态的侧视图，

图4b示出当地面水平面变化时设备的折叠装置的示意图，

图5示出图1所示设备的实施例在清空姿态的侧视图，

图6示出图1所示设备的实施例处于工作姿态的侧视图，该设备具有拉出式把手，

图7示出图1所示设备的实施例处于工作姿态的侧视图，该设备具有拉出式把手并且去掉污物接收空间，

图8示出图1所示设备的实施例处于运送姿态的侧视图，该设备具有拉出式把手，

图9示出布置在光学检测系统上的排气引导件的示意图，

图10示出设备的控制的简图，

图11示出设备的位置确定系统的简图，以及

图12示出设备的另一个实施例的立体图。

具体实施方式

图1中示出的设备1用于排放灰尘的工业环境中自动实施清洁。设备1包含壳体10，当沿运动方向B观察时，壳体10被两个驱动轮4分成前部区域12和后部区域11。在前部区域12中有清洁装置2，其部分被壳体10隐藏。清洁装置2包含两个并排放置的旋转刷20(见图3)。在旋转刷20的前边缘之后，呈折叠装置形式的传感器3分别在前部区域12中沿移动方向B布置(参见图3/4)。此外，在前部区域12中存在光学检测系统6。后部区域11包括清空装置5和污物接收空间51(见图5)。在图1中，清空装置5被示为处于工作姿态P1。

图2示出在清洁装置2上方的前部区域12中的光学检测系统6的照相机60，其用于确定设备1的位置和/或检测障碍物。照相机60具有镜头61。光学检测系统6确定例如位于空间中的图像的位置(另见图11)。在检测图像时，设备1的相对位置可以通过分别在图像的边缘处距图像的两个距离d1、d2的测量来确定(参见图11)。此外，图像被分配了代码，当光学检测系统6检测到图像时，该代码导致设备1执行由代码确定的动作。代替图像，可以布置标记，例如，空间中的两个信号条或两个信号点。在确定相对位置之后，设备1自动移动到相对于代码的位置确定的位置。替代地或附加地，基于所确定的数据执行动作。

图像或标记的位置的示例可以是充电站91或用于清空污物接收空间51的污物接收站55(见图10)。

设备的计算机单元90可以包括一个或多个设定标准(见图10)。只要设定值不符合设定标准，设备1的清洁过程就继续进行。另一方面，如果设定值符合设定标准，则设备1执行为其提供的动作。例如，这可以是启动充电站91以便为电池充电，或者启动污物接收站55以便清空污物接收空间51。

图3、图4a和图4b示出设备1的下部视图和侧视图中的清洁装置2和两个折叠装置3。清洁装置2包括两个旋转的圆形刷子20，每个都具有刷盘21。例如为了收取纤尘，还考虑一个或多个其它刷子，通常为绕水平轴旋转的刷子(参见图3中的水平刷子22)。两个圆形刷子20并排布置在设备1的前部区域12中。两个折叠装置3布置在刷子20的周边，优选地相对于刷盘21偏心，并且可以各自绕轴旋转(见图4b)。图4b中示意性示出的折叠装置3在每种情况下都包括轴30、触点31和具有载体32和轮33的转向脚轮。具有轮33的载体32可枢转地布置在轴30上。只要载体32位于正常位置，具有布置在载体32上的触头的触点31是闭合的。如果地面的水平面没有变化，则清洁过程由设备1继续。当地面的水平面变化时，载体32向下枢转，并且电触点31断开。设备1停止并优选地发送信号和/或改变其运动方向，以避免地面水平面的变化。图4a示出处于停止姿态P3的设备1，在该停止姿态处地面的水平面发生变化，并且折叠装置3向下折叠。

两个折叠装置3可以彼此独立地触发。取决于设备1相对于地面水平面变化的角度，一个或两个折叠装置3可以向下折叠。

图5示出设备1的清空装置5。清空装置5包括污物接收空间51、封闭件52、填充度传感器54(见图10)和内部驱动器53(见图10)。封闭件52可以通过驱动器53例如通过枢转自动移动。封闭件52可以采取两个位置，打开位置或关闭位置。

图5示出当封闭件52处于打开位置时处于清空姿态P2的设备1。使用控制器9(见图10)进行清空。控制器9包括计算机单元9和填充度传感器54。填充度传感器54确定污物接收空间51的剩余容积。计算机单元90将由填充度传感器54确定的剩余容积与规定的设定值进行比较。填充度传感器54例如是超声波传感器，它是非接触的并且对污物不敏感。然而，可替代地想到触觉传感器。还可以想到通过重量或基于设备1的行驶特性通过测量加速度来确定填充水平。如果剩余容积符合规定的设定值，则计算机单元90激活设备1的驱动件4。然后设备1移动到与污物接收站55的污物收集区域相邻的位置。污物收集区域的相邻位置的到达通过光学检测系统6(见图2)使用照相机60来检测。这又通过计算机单元90激活驱动器53，该驱动器53自动打开封闭件52。充满污物的污物接收空间51被清空到污物接收站55的污物收集区域中。污物收集区域可以是专用容器或者简单地是地面上的孔穴。

图6至图8示出如何实施设备1的手动运送。

图6示出设备1的运送设备7。设备1被示出处于工作姿态P1，并具有拉出式把手70。把手70布置在设备1的一端13处。在相对端14处，至少布置一个轮71，该轮71在工作姿态P1不与地面接触。为了运送该设备，它被移动到运送姿态(见图8)。

在图7中，设备1被示出处于工作姿态P1，并具有拉出式把手70，而没有污物接收空间51的(见图5)。污物接收空间51或其部分被移除，使得设备可以移动到运送姿态(见图8)。

污物接收空间的盖子或整个污物接收空间51可以使用固定装置(例如通过闩锁机构或磁铁)附接(未示出)至把手70或壳体10(见图1)。

图8示出在不存在污物接收空间51的情况下通过提起把手7使轮71如何移动到与地面接触。设备1的手动运送是可能的。

图9示出排气引导件8，其用于将尘埃从邻近检测单元60的镜头61的区域去除。这通常是光学检测系统6的照相机。

通过排气引导件8引导的空气由抽吸装置82产生(见图7)。抽吸装置设有过滤器装置80。抽吸装置82和过滤器装置80布置在设备1的后部区域11中。光学检测系统7布置在设备1的前部区域中。

排气引导件8被布置成使得由抽吸装置82产生的排气81被引导至光学检测系统6，进入设备1的前部区域12，并流过照相机60的镜头61的表面(见图9中的箭头)。

图10示出设备1的控制器9的基本组件的示意图。控制器9包括计算机单元90、填充度传感器54或照相机60、驱动件4或内部或外部驱动器53。控制器用于启动污物接收站55或充电站91并用于在到达这些站时执行动作。填充度传感器54或摄像机60检测设定标准。设定标准使用计算机单元90与规定的设定值进行比较。如果设定标准和设定值相符合，则驱动件4或内部或外部驱动器53被激活，并且设备1移动到污物接收站55或充电站91。如果设备1到达污物接收站55或充电站91，则实施相应的动作例如进行充电、清空。

图11示出用于确定设备1的位置的系统。位置确定系统包括信号板62、光学检测系统6和计算机单元90(见图10)。该系统特别用于确定设备相对于污物接收站55或充电站91的位置。光学检测系统6检测信号板62，信号板可以包含例如图像和/或代码。计算机单元90基于与信号板边缘62的距离d1、d2来确定，以便确定相对于信号板62的相对位置。设备1基于相对位置来启动污物接收站55或充电站91，并执行由图像或代码定义的动作。除了图像，还可以提供单独的标记。

图12示出在清洁装置2上方的前部区域12中的光学检测系统6的激光雷达传感器63，该传感器用于确定设备1的位置和/或检测障碍物。此外，图12中的实施例基本与根据图11的实施例系统相对应。

Claims (18)

1.一种用于自动执行动作、尤其用于自动清洁脏污表面的设备(1)，包括至少一个用于防止跌落的传感器(3)和至少一个驱动件(4)，其中，所述驱动件(4)关于预期的移动方向(B)限定该设备(1)的后部区域(11)和前部区域(12)，其特征在于，所述传感器(3)为机械式传感器并被设计成通过与地面接触来确定地面水平面(N)的变化并且被布置在所述前部区域中(12)。

2.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述传感器(3)被设计成通过压力、应变或力进行测量。

3.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述传感器(3)被设计成集成到轮的支座中、特别是转向脚轮(32,33)中。

4.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述传感器(3)在空间上布置在刷子的区域中。

5.如前述权利要求3至5之一所述的设备，其特征在于，所述传感器(3)被设计成集成到折叠式转向脚轮(32,33)中。

6.一种尤其如前述权利要求之一所述的用于自动清洁脏污表面的设备(1)，包括至少一个清洁装置(2)，其特征在于，所述设备(1)包括清空装置(5)，所述清空装置包括用于接收所收集到的污物的污物接收空间(51)，其中所述清空装置(5)能在能自所述清洁装置(2)接收污物的工作姿态(P1)与能清空污物的清空姿态(P2)之间自动移动。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述污物接收空间(51)具有封闭件(52)，该封闭件活动地特别是能倾斜地、能上翻开地和/或能拉出地安置在所述设备(1)上。

8.如权利要求6至7之一所述的设备，其特征在于，所述清空装置(5)包括用于确定剩余容积的填充度传感器(54)。

9.一种特别是如前述权利要求之一所述的用于自动清洁脏污表面的设备(1)，包括至少一个清洁装置(2)，其特征在于，所述设备(1)包括用于产生气流的鼓风装置、特别是用于抽吸空气的抽吸装置(82)以及用于从空气中过滤颗粒的过滤器装置(80)以及光学检测系统(6)优选是图像检测系统、特别优选是用于检测障碍物的激光雷达传感器，其中所述鼓风机装置的空气引导件且特别是所述过滤器装置(80)的排气引导件(8)被布置成使空气(81)在所述光学检测系统(6)旁经过。

10.如权利要求1至9之一所述的装置，其特征在于，所述清洁装置(2)包括清扫装置。

11.一种特别是如前述权利要求之一所述的用于自动执行动作、特别是用于自动清洁脏污表面的设备(1)，包括至少一个清洁装置(2)，其特征在于，所述设备(1)包括能被激活的辅助运送装置(7)。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述辅助运送装置(7)在所述设备(1)的一端(13)具有拉出式把手(70)，并且所述设备包括至少一个轮(4,71)，所述轮被布置在对置一端(14)处并在运送姿态下接触或能接触到地面。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述运送装置(7)包括布置在所述壳体(10)上的拉出绳(70)以及至少三个轮，所述三个轮优选布置成使至少一个轮布置在所述设备(1)的一端(13)而至少两个轮布置在对置一端(14)并与所述地面接触。

14.一种借助设备(1)自动清洁脏污表面的方法，包括以下步骤：

-测量污物接收空间(51)的剩余容积的规定设定值，

-如果达到所述设定值，则将所述设备(1)移动到接近污物收集区域的位置，

-自动打开所述污物接收空间(51)，以及

-将污物从所述污物接收空间(51)清空到所述污物收集区域。

15.一种借助设备(1)自动清洁脏污表面的方法，包括以下步骤：

-通过传感器(3)与所述地面的接触来检测在运动方向(B)上位于所述驱动件(4)前方的地面区域的水平面变化，

-如果检测到地面水平面没有变化，则继续清洁过程，

-如果检测到地面水平面的变化，则终止所述设备(1)的移动并优选输出信号和/或进行方向改变。

16.一种借助设备(1)自动清洁脏污表面的方法，包括以下步骤：

-通过激光雷达传感器或图像检测系统来确定在空间上被分配给站(55,91)的图像(62)的位置，

-通过测量距已确定位置的图像(62)的至少一个距离，借助激光雷达传感器或3D照相机实时确定该设备(1)相对于该图像(62)的相对位置，和

-根据确定的相对位置将所述设备(1)移动到所述站，

优选包含其它步骤：

-确定通过所述图像(62)提供的代码，和

-执行分配给所述代码的动作。

17.如权利要求14至16之一所述的方法，包括以下步骤：

-如果设定值不符合设定标准，则继续清洁过程，

-如果设定值符合设定标准、尤其是所述充电站(91)或所述污物收集区域的设定标准，则移动所述设备(1)，和

-如果到达所述站，则执行命令，特别是对接和充电，直至达到最大充电容量或清空所述污物接收空间(51)。

18.一种借助设备(1)自动清洁脏污表面的方法，包括以下步骤：

-产生气流、特别是通过抽吸装置(82)抽吸空气，

-可选地通过过滤器装置(80)过滤所述抽吸装置(82)的排气流(81)，和

-通过使空气流特别是过滤后的排气流(81)在旁边流过，从邻近所述设备的光学检测系统(6)的区域除去灰尘。

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