CN116419704A - 机器人表面处理系统 - Google Patents

Abstract

一种真空清洁系统，包括主体、牵引装置和铰接臂，其中铰接臂包括上臂部分和下臂部分，其中上臂部分在肩关节处附接到主体，并且其中下臂部分在肘关节处附接到上臂部分，并且其中末端执行器限定在下臂部分的远端处，其中肩关节和肘关节中的一个是主动关节，并且其中肩关节和肘关节中的另一个是被动关节。本发明提供了一种配备有机器人臂的移动机器人真空吸尘器的特别有利的配置。由于臂关节中的一个是被动的而一个是主动的，因此提供了重量较轻且控制方便的系统。

Description

机器人表面处理系统

技术领域

本发明涉及一种机器人表面处理系统，特别地但不是排他性地涉及一种机器人真空清洁系统。

背景技术

在过去的十年里，机器人真空吸尘器市场增长迅猛。生活方式的改变、可支配收入的增加、城市化以及对节省劳动力设备的日益关注是推动市场增长的一些因素，而且这一趋势似乎将继续下去。

虽然真空吸尘器的机器人化已使更多产品进入市场，但此类机器人的外形并未趋于多样化。一般来说，市场上可用的机器人真空吸尘器是盘状的，高度较低，因此它们可以在家具下面移动，以便在那里进行清洁。主要的技术发展集中在提高导航能力，以提高自主性，以及垃圾箱清空系统和运行时间。然而，总的来说，机器人真空吸尘器市场包括许多通常为圆形的机器，这些机器在差异化方面提供的很少。

已经做出了一些努力来改进机器人真空吸尘器的功能，以应对苛刻的环境。例如，US2020/001468描述了一种机器人圆筒式机器，其具有可以单独移动的清洁头。因此，清洁头可以驱动自己远离机器的主体，以便在家具下面伸展。

US2018/317725和US2010/0256812描述了配备有机器人臂的盘状机器人。然而，这两个示例似乎都不是实际应用，并且机器人臂在每种情况下的效用似乎是有限的。

正是在这种背景下设计了本发明的实施例。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种真空清洁系统，包括主体、牵引装置和铰接臂，其中铰接臂包括上臂部分和下臂部分，其中上臂部分在肩关节处附接到主体，并且其中下臂部分在肘关节处附接到上臂部分，并且其中末端执行器限定在下臂部分的远端处，其中肩关节和肘关节中的一个是主动关节，并且其中肩关节和肘关节中的另一个是被动关节。

本发明提供了一种配备有机器人臂的移动机器人真空吸尘器的特别有利的配置。由于一个臂关节是被动的，另一个是主动的，所以它提供了一个重量更轻、控制方便的系统。

在本发明的一些示例中，铰接臂可以通过驱动机构移动，肩关节可自由旋转，被动关节也是如此。肩关节的旋转运动可以被阻尼和/或它可以被偏置到预定位置。预定位置可以对应于臂的展开状态。在这样的位置，臂可以平放，靠近地板表面。

驱动机构可以包括设置在机器人单元的主体中的至少一个驱动电机。可以提供传动装置或驱动连杆以将驱动从驱动电机传递到肘关节。因此，方便地，容纳在主体内的驱动电机能够驱动肘关节。

从封装的角度来看，传动装置可以至少部分地由铰接臂的上臂部分容纳，这提供了平整的视觉外观以及保护传动装置。

方便地，驱动机构可以配置为引起末端执行器的旋转和末端执行器的线性延伸。因此，驱动机构执行多种功能，而不是简单地以单个自由度驱动单个关节。

肩关节和肘关节可以限定基本上彼此平行的各自的枢转轴线。一种选择是，两条轴线平行于地板表面/地平面，从而使得机器人臂能够枢转通过垂直的运动平面。

铰接臂可以包括用于选择性地将工具安装到其上的工具安装部，并且这使得各种清洁工具能够附接到清洁系统。在真空吸尘器的情况下，铰接臂还可以包括抽吸喷嘴，使得机器人单元限定与抽吸喷嘴连通的气流路径。

铰接臂可以折叠成收起状态，其中铰接臂的上臂部分在基本上垂直于地平面的方向上延伸。这提供了一种特别紧凑的布置，因为臂可以向后折叠抵靠清洁系统的主体以占用较少的地面空间。

值得注意的是，手持式真空吸尘器可以限定纵向轴线，抽吸喷嘴和真空电机沿着该纵向轴线定向，其中手持式真空吸尘器安装到对接接口，使得纵向轴线横向地延伸，并且可选地垂直于由牵引装置限定的地平面。手持式真空吸尘器还可以包括手枪式握把，并且其中，当手持式真空吸尘器安装到对接接口时，手枪式握把在机器人单元的主体的至少一部分上延伸。在本发明的一些示例中，这提供了改进的机器重量分布。当手枪式握把在其端部支撑电池组时，情况尤其如此。

在本申请的范围内，明确的意图是，在前述段落、权利要求书和/或以下说明书和附图中列出的各个方面、实施例、示例和替代方案，以及特别是其个别特征，可以独立地或以任何组合的方式采取。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合来结合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何最初提交的权利要求或相应地提交任何新权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以根据和/或纳入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初不是以这种方式提交的。

附图说明

现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的上述和其他方面，其中：

图1是根据本发明示例的真空清洁系统的侧视图，该真空清洁系统包括具有机器人臂的机器人驱动模块和安装在机器人驱动模块上的手持式真空吸尘器；

图2是图1的真空清洁系统的透视图，其中机器人臂处于完全展开状态；

图3是真空清洁系统的侧视图，臂处于如图2所示的展开状态；

图4示出了杆式真空吸尘器配置中的手持式真空吸尘器；

图5是手持式真空吸尘器本身的示意图，描绘了它的一些重要的内部部件；

图6a和6b是从后方观察时真空清洁系统的透视图，其中图6a示出了对接在机器人驱动模块上的手持式真空吸尘器，图6b示出了与机器人驱动模块分离的手持式真空吸尘器；

图7a和7b示出了真空清洁系统的比较视图，其中图7b示出了部分剥离的配置，以强调通过机器的气流路径；

图8a-c示出了真空清洁系统的三个比较视图，强调了铰接臂的功能，特别是臂扭转和转向的能力；

图9和10是真空清洁系统从不同视角的局部剖视图，其更详细地示出了与铰接臂相关联的驱动机构；

图11是铰接臂的前臂部分的透视图，以示出隐藏的细节；以及

图12和13是沿前臂部分的侧视图，其示出了在前臂部分的操作模式期间的内部部件。

请注意，不同附图中相同或相似的特征由相似的参考符号表示。

具体实施方式

现在将描述本发明的具体实施例，其中将详细讨论许多特征，以便提供对权利要求书中定义的本发明概念的透彻理解。然而，对于技术人员来说显而易见的是，本发明可以在没有具体细节的情况下实施，并且在一些情况下，为了不不必要地模糊本发明，没有详细描述众所周知的方法、技术和结构。

总之，本发明提供了一种新型的机器人驱动的表面处理系统，其在所示的示例中体现为真空清洁系统。清洁系统是混合设计，其包括机器人驱动单元或模块，以及可拆卸地附接到机器人驱动模块的手持式真空吸尘器。此外，机器人驱动模块配备有机器人臂，其远端携带清洁工具或清洁头。因此，机器人臂为机器人清洁系统提供了扩展的延伸范围，使得它可以在较低的家具下进行清洁。该系统的方便特征是，能够附接到机器人臂远端的清洁工具也可以直接或经由棒延伸管附接到手持式真空吸尘器。因此，清洁系统特别方便，因为用户可以使用手持式真空吸尘器来执行污点清洁或更广泛的清洁任务，例如当它处于棒式真空模式时，但是清洁头可以安装到机器人驱动模块上，使得它可以按照适合用户的时间表执行自主清洁任务。从下面的讨论中，进一步的特征和优点将变得明显。

所示的附图示出了根据本发明的示例的机器人真空吸尘器2。首先参照图1至3，机器人真空吸尘器2包括两个主要部分。第一部分是机器人驱动部分、单元或模块，通常标记为“4”，第二部分是手持式真空吸尘器，通常标记为“6”。如将理解的，手持式真空吸尘器6可以与机器人驱动模块4分离，使得当手持式真空吸尘器6从机器人驱动模块4脱离时，手持式真空吸尘器6可以单独用作真空清洁机，或者手持式真空吸尘器6可以与机器人驱动模块4一起工作以提供自主真空吸尘器系统6。可以看出，图1至3示出了处于对接状态的机器人驱动模块4和手持式真空吸尘器6，而图6b示出了处于分离或未对接状态的机器人驱动模块4。

在这个示例中，机器是真空吸尘器，但是也可以设想进行各种改造，使得它执行其他表面处理功能，例如拖地、抛光、消毒剂喷洒等等。因此，根据本发明的清洁系统也应当被认为扩展到表面处理器具或系统。然而，出于当前的目的，讨论将涉及真空吸尘器，但是应当理解，本发明的实施例可以更广泛地应用于一般的表面处理功能。

回到图1至图3，可以理解，机器人驱动模块4和手持式真空吸尘器6是可对接的，以便用作自推进式机器人真空吸尘器。在这方面，机器人驱动模块4提供机器的移动要求，而手持式真空吸尘器6提供吸力。

设想每个子单元可以提供其自身的电力，使得机器人驱动模块4将包括机载电池组(未示出)以向其相应的驱动电机(未示出)提供电力，而手持式真空吸尘器6包括电池组以向其机载真空电机提供电力。然而，还可以设想，例如在充电期间，机器人驱动模块4和手持式真空吸尘器6之间的电力传输将是有益的。因此，如果用户想要执行他们自己的清洁，例如从房屋中的某些区域现场移除碎片，有用的是，手持式真空吸尘器6可以单独使用，或者以手持式真空吸尘器的形式使用，或者以棒式真空吸尘器的形式使用。然而，手持式真空吸尘器6可以对接到机器人驱动模块4上，使得这两台机器然后用作自主真空吸尘器。

在这一点上，应当理解，机器人驱动模块4还将被提供有合适的导航系统，该导航系统将负责地图绘制、路径规划和任务调度操作。然而，这种功能超出了本讨论的范围，因此将省略对这些方面的进一步解释。

还参照图4和5，将注意到，手持式真空吸尘器具有申请人目前作为Dyson V10或V11销售的机器的形状因子。尽管手持式真空吸尘器6的整体形状因子因此在本领域中是已知的，但是为了更好地理解，以下将简要概述。

手持式真空吸尘器4包括具有细长手柄12的主体10、旋风分离单元14和抽吸入口16。如图所示，抽吸入口16形成为短喷嘴，但是清洁工具或棒延伸件可以根据需要可释放地附接到抽吸入口16。旋风分离单元14具有纵向轴线X并且远离手柄12延伸，使得抽吸入口16位于旋风分离单元14的离手柄12最远的端部。

主体10包括抽吸发生器20，抽吸发生器20包括位于手柄12上方并朝向手柄12后部的电机22和叶轮24。电池26位于手柄12的下方。如图所示，电池26位于手柄12的端部。手柄12采用手枪式握把的形式，并且触发器28设置在手柄12的上端以方便操作。可选地，如这里所见，触发器护板29从手柄向前延伸并围绕触发器28的前部。可以看出，出于人机工程学的原因，手柄12大体上横向于主体的纵向轴线X并且沿着手柄轴线H延伸，从而与其形成角度θ₁，该角度在本示例中为大约110度。

旋风分离单元14包括初级旋风分离器30和多个次级旋风分离器32，它们位于初级旋风分离器30的下游，并围绕轴线X布置成圆形阵列。这种构造在旋风真空清洁技术中是常规的。初级旋风分离器30包括具有圆柱形外壁36和端壁38的仓形式的分离器主体34，圆柱形外壁36和端壁38至少部分地限定了旋风分离器室40。分离器室40是环形的，并且围绕纵向轴线X延伸。因此，分离器室40的轴线与机器的纵向轴线X重合。

就通过机器的流动路径而言，抽吸入口16合并到中心管道42，该中心管道42从端壁38沿机器的纵向轴线X居中地穿过分离器室40。

中心管道42终止于初级旋风分离器入口44，该入口靠近初级旋风分离器30顶端排放到分离器室40中。尽管在图5中没有清楚地示出，但初级旋风器入口44与使用中的分离器室40中的空气运动成切线角，这是常规的。

分离器室40的靠近端壁38的底端和圆柱形外壁36的相邻部分一起限定了脏物收集器或箱46，其用于收集从分离器室40中的周向气流中旋转出来的相对较大的颗粒。端壁38相对于圆柱形外壁36可枢转，使得端壁38可以打开以从箱46排出收集的污垢。在这一点上应当注意，箱打开机构的细节和其他相关细节可能是常规的，因此将省略对这些点的进一步讨论。因此，本讨论将集中于手持式真空吸尘器6的主要方面。

如上所述，旋风分离单元14包括一组次级旋风分离器或“旋风器”32，与初级旋风分离器30优化用于的相对较大的颗粒相比，次级旋风分离器或“旋风器”32具有优化的几何形状，用于从通过机器的空气流中分离细颗粒。气流从初级旋风分离器30的分离器室40通过围绕中心管道42的外部延伸的圆柱形可渗透罩48过渡到次级旋风分离器32。因此，罩48围绕纵向轴线X延伸，并与纵向轴线X同轴。罩48对于空气是可渗透的，其形式为例如网状的穿孔板，因此形成来自分离器室40的空气出口，用于捕获罩48上的纤维材料。

罩48环绕着沿机器纵向延伸的管道50，该管道限定了通向多个相对较小的次级旋风分离器32的入口51。按照通常的方式，次级旋风器32通常是圆锥形的，并在它们各自的尖端52处限定脏物出口，尖端通向细集尘器54中。在该示例中，细集尘器54由旋风分离单元14的外圆柱形壁限定，该外圆柱形壁相对于主脏物收集器46处于径向向外的位置。因此，在这种构造中，当端壁38打开时，主集尘器46和细集尘器54打开，从而脏物可以从机器中排出。

总之，在使用期间，手持式真空吸尘器6通过用户按压触发器28而被激活，这打开抽吸发生器20。因此，抽吸发生器20建立通过机器的负压差，该负压差通过抽吸入口16抽吸空气流，沿中心管道42向上并进入分离器室40，在分离器室40中，空气流绕纵向轴线X旋转。分离器室40中的旋转流产生旋风作用，将相对较重或较大的脏物颗粒从空气中分离出来。由于通常使用手持式真空吸尘器6的取向，这些大的脏物颗粒将倾向于收集在主脏物收集器46中。然后，部分清洁的空气穿过罩48，沿着管道50进入次级旋风器32，次级旋风器32用于分离较小和较轻的空气颗粒，这些颗粒通过旋风器尖端52排出。清洁空气从次级旋风器32的各个出口60抽出，并通过抽吸发生器20，在那里将清洁空气排放到大气中。

值得注意的是，图5示出了处于“裸露”状态的手持式真空吸尘器，在这种状态下，没有附接到它的清洁工具。然而，应当理解，各种清洁附件可以根据需要联接到手持式真空吸尘器。在这方面，图4示出了带有附接的棒62的手持式真空吸尘器6，棒62将手持式真空吸尘器6转变成杆式真空吸尘器或“棒式真空吸尘器”。这里，棒62的远端又具有附接到其上的电动清洁头64，其优化用于清洁硬地板或诸如地毯和小地毯的其他地板覆盖物。

在描述了手持式真空吸尘器6的整体结构之后，讨论将集中于机器人驱动模块4的结构。在许多附图中可以看到这与手持式真空吸尘器6相结合，但是在图6b和7中也可以看到它本身。

机器人驱动模块4包括主体70，主体70的两侧是一对轮子72，一个轮子位于主体70的一侧。轮子72在该示例中是圆形的，并且包括盘状轮毂74，盘状轮毂74的周边限定或承载牵引表面76。牵引表面76可以由与轮毂74不同的材料制成，以提高在某些表面上的牵引。例如，牵引表面76可以是由防滑橡胶材料或类似材料制成的带状元件，以在硬地板上提供改进的牵引。尽管在该示例中机器人驱动模块4设置有圆形轮子，但也可以设想可以提供另一种类型的滚动装置，例如履带式驱动系统的形式。因此，轮子应被认为是机器人驱动模块4的一种牵引装置。

轮子72位于主体70的两侧并且具有相等的直径。因此，它们的外周限定了假想的圆柱形，该圆柱形限定了滚动轴线73，并且主体70的结构包含在该假想的圆柱形内。更具体地，在所示的示例中，主体70为桶形，其外径略微小于轮子62的外径。换言之，在本示例中，主体70大体上是圆柱形的，并且具有与轮子72的直径大致相同的直径。

主体70可以被认为具有面向前方的侧面78和面向后方的侧面80。面向前方的侧面78支撑机器人臂82的近端或近侧端。面向后方的侧面80限定对接接口、区域或部分84，这将在后面更详细地描述。因此，可以看出，主体60的大致桶状形状被用于机器人臂70和对接部分84的合适的凹部86打断。

机器人臂82相对于主体70是可移动的，并且在其远端上包括末端执行器90，不同类型的清洁工具可以附接到该末端执行器90。如图所示，机器人臂82的端部具有附接到其上的电动清洁头92。因此，机器人臂82为机器人真空吸尘器2提供抽吸流动路径，该抽吸流动路径从机器人臂82的端部沿着机器人臂82延伸到机器人驱动模块4的主体70和手持式真空吸尘器6。图7a和7b以并排视图清楚地示出了这一点，其中机器的一些部件被移除，从而可以理解穿过机器的抽吸/气流路径94。

在所示的实施例中，机器人臂82是铰接的，并且可以在两个主要配置之间移动：收起配置和展开配置，在收起配置中，臂折叠起来抵靠着机器人驱动模块4，在展开配置中，机器人臂在极端位置平行于地板表面101大体上笔直地远离机器人驱动模块4延伸。在图2和3中清楚地示出了完全展开配置，并且在图3中将注意到，机器人臂82的主要部分平行于地板表面101延伸。因此，以这种方式，当处于收起配置时，机器人臂82占用最小的空间，因为它紧靠着机器人驱动模块4折叠，但是它可以方便地在机器人驱动模块4的前面延伸很大的距离，因此它可以在家具下面伸展并进入狭窄的间隙。

如图所示，机器人臂82包括上臂部分100和下臂或“前臂”部分102。上臂部分100具有联接到主体70的第一端104和联接到前臂部分102的第二端106。类似地，前臂部分102包括联接到上臂部分100的第一端108和限定末端执行器90的第二端110。

尽管机器人臂82可以以各种方式构造，但是应当注意，在所示的实施例中，上臂部分100具有两部分结构，使得它包括基本平行的臂构件100a、100b。这为机器人臂82提供了坚固的结构和更能抵抗挠曲和扭曲的合适的扭转刚度。

上臂部分100和主体70之间的连接通过限定在主体60中的一对插座112来实现，所述一对插座112接收一对上臂构件100a、100b的相应近端以限定肩关节114。尽管在图1-3中未示出，但主体70可以包括合适的驱动系统以在肩关节114处相对于主体70枢转上臂部分100。类似地，上臂构件100a、100b的远端限定轭式肘关节116，前臂部分102的端部接收在该肘关节116中。肘关节116适当地构造成允许前臂部分102相对于上臂部分100枢转。因此，两个臂构件或“支柱”100a、100b基本上彼此平行，并且各自连接在肩关节114和肘关节116之间。

在这一点上，应当注意，在该示例中，上臂构件100a、100b沿着它们的整个长度平行。然而，这种配置不是必需的，其他选项也是可能的。例如，上臂部分100可以包括与主体70接合并且然后分叉成平行臂部分的单个支柱。在这样的示例中，平行的臂构件100a、100b可以在肩关节和肘关节114、116之间延伸超过上臂部分100长度的至少25％。可选地，平行的臂构件100a、100b可以在肩关节和肘关节114、116之间在上臂部分100的长度的至少50％或甚至至少75％上延伸。

值得注意的是，肩关节114和肘关节116限定各自的枢转轴线114'、116'。如图所示，枢转轴线114'、116'平行于地平面布置。因此，枢转轴线114'、116'也平行于滚动轴线73，并且垂直于手持式真空吸尘器6的纵向轴线X。借助于枢转轴线114’、116’的平行水平布置，铰接臂82布置成绕肩关节114和肘关节116枢转通过基本竖直的平面P。

在这个图示的示例中，当从侧面观察时，上臂部分100具有折曲形状，因此上臂构件100a、100b中的每一个包括第一部分120，该第一部分120相对于第二部分122限定较小的角度。这在图3中可以最好地看到，图3清楚地示出，当机器人臂82处于完全展开位置时，上臂部分100的显著部分，即其第二部分122的整体，邻近地面101定位。这是有益的，因为它使得机器人臂82的显著部分能够平躺在相邻的地板表面101上。上臂构件100a、100b的第一部分120从主体70的肩关节114向下倾斜，然后伸直以平行于地板延伸。

如上所述，机器人臂82可以从图2和图3所示的伸展或展开位置折回到图1所示的收起状态。它也可以被控制定位在两个极端位置之间。上臂部分100的两部分平行结构在这种情况下是有益的，因为它允许下臂部分102围绕肘关节116枢转并至少部分地嵌套、重叠或位于上臂部分100的平行的臂构件100a、100b之间。这允许用于机器人臂82的特别紧凑的装载布置，其中上臂部分100和前臂部分102相互平行。如图1所示，例如，在收起位置，下臂部分102垂直定向，并且被平行的上臂构件100a、100b的至少一部分，即被其第二部分122包围。此外，机器人臂82的上末端不是机器人真空吸尘器2的最高点，因为尽管其垂直取向，但其低于手持式真空吸尘器6的上末端所达到的垂直高度，这由线V表示。这在图1中可以清楚地看到。换句话说，机器人臂82的任何部分都不延伸到机器人真空吸尘器2的上末端上方。

上臂部分100的两部分结构还在气流路径如何从清洁头通向到主体70方面提供了灵活性。例如，上臂构件100a、100b中的一个可以配置为限定气流路径，而上臂构件100a、100b中的另一个可以配置为承载所需的机械和电气部件以给肘关节116供电。图7a和7b清楚地示出了这一点，其中第一管部分130从前臂部分102内从清洁头92垂直向上延伸，并且第一管部分130弯曲180度角以形成第二管部分132，第二管部分132向下延伸穿过上臂部分100的臂部分100a中的一个并进入机器人驱动模块4的主体70。这里，第一和第二管部分130、132通过可旋转的袖带接头131连接。

如上所述，主体70限定对接部分84，对接部分84接受手持式真空吸尘器6，使得完成通过机器的气流路径并因此提供抽吸源。当手持式真空吸尘器6与机器人驱动模块4对接时，手持式真空吸尘器6相对于地板表面布置成直立取向(见图3)。以这种方式，手持式真空吸尘器6的纵向轴线X在所示的示例中基本上是垂直的。

在大致竖直地定向下，手持式真空吸尘器6布置在对接部分84中，使得其手柄12指向前方。也就是说，手柄12的线性部分与主体60的前后轴线F对齐。如图1-3所示，手持式真空吸尘器6在对接接口84中的布置及其取向使得手柄12在机器人驱动模块4的主体70的顶部上方延伸。相对于地板表面/地平面101，手柄12通常是水平的，尽管应当理解，在所示的实施例中，手柄12不是精确地水平的，而是与其限定小角度。

从真空清洁系统2的侧视图可以特别清楚地看出，手柄12在机器人驱动模块4上方沿前后方向F延伸成使得其越过并延伸超过由轮子72限定的滚动轴线73。值得注意的是，电池26位于手柄12的端部，并且在所示的布置中，当手持式真空吸尘器6对接在机器人驱动模块4上时，电池26可以被认为处于悬臂布置中。因此，电池26支撑在手柄12的端部上，当手持式真空吸尘器6对接在机器人驱动模块4上时，手柄12沿水平方向延伸。

值得注意的是，手柄12和电池26具有组合的长度，使得电池26的端部处于大致与轮子72的端部成一直线的水平位置。因此，电池26可以被认为在机器人驱动模块4的至少一部分的顶部上延伸。此外，应当注意，手柄12延伸的方向与机器人臂82的方向对准，以便与机器人臂82平行。因此，手柄12可以被认为指向真空清洁系统2的向前方向。这种布置的一个好处是，电池26的重量提供了平衡效果，因为电池26位于滚动轴线73的与手持式真空吸尘器6的主体10相对的另一侧。与铰接臂82的质量一起，这种布置提供了为机器人驱动模块4的双轮布置提供平衡的方便手段。

现在转向图6a和图6b，这些图示出了手持式真空吸尘器6如何对接到机器人驱动模块4上的方面。图6a示出了手持式真空吸尘器6对接在机器人驱动模块4上的真空清洁系统2，而图6b示出了机器人驱动模块4本身。

对接部分84采用限定在机器人驱动模块4的主体70的后侧80中的凹部的形式，并且包括基部140和弯曲壁142。

弯曲壁142的形状大致与手持式真空吸尘器6的箱的圆形几何形状相匹配。因此，手持式真空吸尘器6看起来以背负式配置部分地“坐”在机器人驱动模块4中。基部140大体上是圆形的，并限定了大体上平坦的环形平台143，用于接收手持式真空吸尘器6的箱的前端。

如图6b所示，气流连接器144限定在对接区域84的地板140的中心，并且该气流连接器144配置为与手持式真空吸尘器6的抽吸入口16配合。类似地，位于气流连接器144旁边的是电连接器146，其配置为与手持式真空吸尘器6的相应电连接器148配合。

尽管气流连接器144完成了穿过机器的气流路径，从清洁头92沿着机器人臂82进入主体70，通过对接部分84并最终到达手持式真空吸尘器6，但电连接器146可以提供机器人驱动模块4和手持式真空吸尘器6之间的电力和/或数据传输。例如，就电力而言，主体70可选择容纳比手持式真空吸尘器6更大的电池系统，因此使机器人驱动单元4能够为手持式真空吸尘器6供电可能是有利的。类似地，当出于充电的目的将真空清洁系统2对接到适当的地面对接站时，手持式真空吸尘器6可以通过机器人驱动模块4充电。

现在转向图8a-c和图9至13，讨论将更具体地集中于机器人臂82的功能性。

前面的讨论解释了机器人臂82围绕其平行的肩关节114和肘关节116铰接，使得它能够从机器人驱动模块4的主体70向外展开，以改善真空吸尘器的延伸范围。图8a-c示出了真空清洁系统2，其中机器人臂82已经展开到中间状态，但是明显地示出了进一步的功能。除了可旋转的肩关节144和肘关节116之外，机器人臂82还包括可旋转的腕点160。这在允许真空清洁系统2围绕地板表面操纵自身方面可以特别有用。值得注意的是，腕关节160的动作意味着末端执行器90围绕腕轴线160’旋转，该腕轴线160’与前臂部分102的主轴线对齐，并且在该示例中垂直于肘关节116的轴线116’。图8b示出了相对于机器人驱动模块4向右旋转的腕关节160，这有助于在该方向上转向机器人驱动模块4，并且相反，图8c示出了相对于机器人驱动模块4向左转向的腕关节160。应当注意的是，这些图中没有示出地板表面，但是暗示了它的存在。

肩关节114和肘关节116可以由它们自己的单独的驱动电机驱动。然而，其他选择也是可能的。例如，一种可能性是单个驱动电机可以位于肘关节116处，并且这将使得肘关节116能够伸展和缩回，从而也驱动肩关节114。在这方面，肘关节116将是主动关节，因为它由其各自的驱动电机驱动，而肩关节114将是被动关节114，因为尽管它可以自由旋转，但它不会被主动驱动。

图9和10示出了为机器人臂82提供驱动机构的方法的示例，驱动机构总体上表示为170。如所讨论的，驱动机构170被布置成驱动肘关节116，肘关节116又导致上臂部分100围绕肩关节114枢转。驱动机构170还被布置成驱动腕关节160，如将被解释的。

总之，驱动机构170包括第一和第二驱动电机172,174，其中每个驱动相应的轴176,178。在所示的示例中，驱动电机172、174都容纳在主体70内。可以设想，驱动电机172、174可以直接布置成使得电机的主轴与驱动轴成一直线。然而，为了便于封装，这里驱动电机172、174经由短驱动环175、177连接到相应的驱动轴176、178。

在本示例中，驱动轴176、178也容纳在主体70内，并且为了方便起见，这里示出为同轴安装，尽管它们可以彼此独立地自由旋转。

驱动轴176、178各自配置为协作并驱动以驱动连杆180、182形式的相应传动装置。驱动连杆、构件或“带”180、182远离主体70延伸并链接到位于肘关节116处的相应驱动链轮184、186。

尽管在图9中未示出，但驱动带180、182从主体70沿着上臂部分100的右侧部分100b延伸。由于图9是剖视图，所以上臂部分100b的壳体在图中未示出，而是暴露了驱动带。为了沿着上臂部分100的折曲形状引导驱动带180、182，在沿着驱动带180、182的行程的大约三分之一处设置合适的驱动带张紧器187。注意，为了便于说明和理解，主体70的内部在这里被简化，使得与讨论不相关的部件没有被示出。

如图9和图10所示，驱动链轮184、186位于肘关节116处，但起不同的作用。依次取每个驱动链轮。第一驱动链轮184位于图9中的左侧，并且链接到第一驱动带180。在该示例中，第一驱动链轮184大于第二驱动链轮186，但是相对尺寸差异仅仅是由于驱动电机、驱动轴和驱动链轮之间所需的传动装置。第一驱动链轮184与驱动环190连接或可驱动地相关联，通过驱动环190旋转扭矩从第一驱动链轮184传递到前臂部分102。这可以通过驱动环190和前臂部分102之间的齿形或花键接合来实现，该齿形或花键接合在附图中未示出，但本领域技术人员将会理解。因此，第一驱动电机172的操作经由相应的驱动轴176驱动第一驱动带180，因此驱动第一链轮184，第一链轮184绕肘关节116的轴线116’枢转前臂部分102。由于清洁头92的质量保持机器人臂82接地，肘关节116的延伸导致机器人臂82延伸，因此推动清洁头92穿过地板。

尽管第一驱动链轮184驱动前臂部分102的角度延伸，但第二驱动链轮186起不同的作用。更具体地，第二驱动链轮186既驱动腕关节160的角度旋转，又使末端执行器90能够相对于前臂部分102线性延伸。

前臂部分102在图11、12和13中更详细地示出，并且现在也将参考这些图以便更详细地描述腕关节160的运动学。

转到可旋转的腕关节160，如上面已经解释的，它由第二驱动电机174操作，第二驱动电机174经由第二驱动轴178和第二驱动带182连接到第二驱动链轮186。尽管在图9中看不到，但在图10中可以更好地理解的是，第二驱动链轮186联接到轴192，轴192延伸穿过相对较大的第一驱动链轮184并终止于从链轮194。从链轮194与另一驱动带196相关联，该另一驱动带196的第一端绕在从链轮194上，然后穿过直角导向件198并具有绕在另一从链轮200上的第二端，该另一从链轮200安装到前臂部分102的可旋转空气管202上。如图10所示，可旋转空气管202连接到前臂部分102的末端执行器90，并因此连接到清洁头92。因此，第二驱动电机174的旋转经由第二驱动轴178驱动第二驱动带182，然后导致空气管202旋转，从而以图8a-c所示的方式“转向”清洁头92。

除了使末端执行器90绕前臂部分102的主轴线旋转之外，第二驱动带182还能够操作以使末端执行器90沿着前臂部分102的主轴线102’线性地延伸和缩回。

图11示出了前臂部分102的透视图，并且可以看到驱动带196，其穿过如图10所示的直角导向件198，并与可旋转的空气管202的齿形驱动部分204接合，使得齿形驱动部分204的旋转也旋转末端执行器90。

然而，前臂部分102还包括驱动开关系统210。总之，驱动开关系统210包括离合器机构212和外引导套筒214。离合器机构212联接到外引导套筒214，以便对其相对于可旋转空气管202的轴向位置施加控制。尽管这里未示出，但是应当理解，如本领域技术人员将理解的，离合器机构212可以是电磁控制的。

离合器机构212的目的是控制引导套筒214的位置，并且在这样做时，控制引导套筒214是否能够与可旋转的空气管202一起旋转，或者引导套筒214是否相对于前臂部分102并且更具体地，相对于其外壳216固定。

引导套筒214具有两个主要位置。第一位置如图12所示，其中可以看出，当与图13中离合器机构212已经向右移动的位置相比时，引导套筒214向左移动。在第一位置，离合器机构212将引导套筒214的端部拉向前臂外壳216的壁或隔板218。该壁在其轴向表面上限定径向肋状结构220，引导套筒214的端部222可以与该径向肋状结构220接合。因此，当引导套筒214被离合器机构212拉动到第一位置时，引导套筒214与径向肋状结构220相互啮合，径向肋状结构220将引导套筒214互锁到前臂外壳216。

相反，当离合器机构214将引导套筒214向右移动，即移动到如图13所示的第二位置时，引导套筒214自由旋转。事实上，引导套筒214具有与设置在旋转管202上的一组径向齿226相配合的内缺口表面224。因此，可旋转管202的旋转被锁定在引导套筒214上。

如图11所示，引导套筒214的内表面限定周向间隔开的线性花键230，该线性花键230与限定在可旋转空气管202的伸缩或可延伸部分234的外表面上的对应线性肋232结合。可旋转空气管202的伸缩部分234与非伸缩部分236配合。在所示的示例中，非伸缩部分236相对于前臂固定，并且位于肘关节116的近端，而伸缩部分234位于肘关节116的远端。

伸缩部分234限定内螺纹238，内螺纹238与限定在非伸缩部分236的远端的外表面上的外螺纹240配合。因此，当非伸缩部分236被驱动旋转时，并且当引导套筒214相对于外壳216保持静止时，伸缩部分234通过线性运动被引导套筒214引导。这在图13中是显而易见的，因为末端执行器90被示出为相对于其在图12中的位置处于相对延伸的轴向位置。

因此，从上面可以明显看出，通过使用单个驱动电机，可以方便地控制前臂部分旋转，从而能够操纵附接到其上的清洁头，还可以延伸，因此可以进一步延伸机器人臂的延伸范围。

在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，对所示示例的各种修改是可能的。

Claims (15)

1.一种真空清洁系统，包括：

机器人单元，包括主体、牵引装置和铰接臂，

其中，所述铰接臂包括上臂部分和下臂部分，其中，所述上臂部分在肩关节处附接到所述主体，并且其中，所述下臂部分在肘关节处附接到所述上臂部分，并且其中，末端执行器限定在所述下臂部分的远端处，

其中，所述肩关节和所述肘关节中的一个是主动关节，并且其中，所述肩关节和所述肘关节中的另一个是被动关节。

2.根据权利要求1所述的真空清洁系统，其中，所述铰接臂能够在大致竖直的平面内移动。

3.根据权利要求1或2所述的真空清洁系统，其中，所述铰接臂能够通过驱动机构移动。

4.根据权利要求3所述的真空清洁系统，其中，所述肩关节能够自由旋转。

5.根据权利要求4所述的真空清洁系统，其中，能够自由旋转的肩关节的旋转被阻尼。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的真空清洁系统，其中，所述肩关节的自由旋转运动被偏置到预定位置。

7.根据权利要求6所述的真空清洁系统，其中，所述预定位置对应于所述臂的展开状态。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的真空清洁系统，其中，所述驱动机构包括设置在所述机器人单元的主体中的至少一个驱动电机。

9.根据权利要求8所述的真空清洁系统，其中，所述驱动机构包括用于将驱动从所述驱动电机传递到所述肘关节的传动装置。

10.根据权利要求9所述的真空清洁系统，其中，所述传动装置至少部分地由所述铰接臂的上臂部分容纳。

11.根据权利要求3至10中任一项所述的真空清洁系统，其中，所述驱动机构配置为引起所述末端执行器的旋转和所述末端执行器的线性延伸。

12.根据前述权利要求中任一项所述的真空清洁系统，其中，所述末端执行器能够附接到抽吸工具。

13.根据权利要求12所述的真空清洁系统，其中，抽吸导管至少部分地由所述下臂部分限定。

14.根据权利要求13所述的真空清洁系统，其中，所述抽吸导管还至少部分地由所述上臂部分限定。

15.根据前述权利要求中任一项所述的真空清洁系统，其中，所述铰接臂由与传感器系统通信的机载控制器控制。

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