DE102011001035A1

DE102011001035A1 - Selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät sowie Abstandssensor

Info

Publication number: DE102011001035A1
Application number: DE102011001035A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: DE102011001035B4

Abstract

Die Erfindung betrifft zunächst ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät (1) mit einem auf Ultraschallbasis ausgebildeten Abstandssensor (6), der zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet ist, wobei zufolge eines Austritts der Schallwellen durch einen Austrittsschlitz (9, 9') eine in Schlitzlängsrichtung geformte Erfassungscharakteristik gebildet ist. Um ein Gerät der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Austrittsschlitz (9) vertikal ausgerichtet ist und die Erfassungscharakteristik so beeinflusst ist, dass bei einem horizontalen Abstand (a) von weniger als 100 mm bis hin zu weniger als 25 mm Objekte (11), die kleiner als 10 mm bis 30 mm und/oder beginnend in einer Höhe von mehr als 50 mm bis hin zu mehr als 150 mm sich zu erstrecken, nicht erfasst werden. Zudem betrifft die Erfindung einen Abstandssensor (6) auf Ultraschallbasis, insbesondere für ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät (1), wobei ein Ultraschallsender (S) und/oder Ultraschallempfänger (E) vorgesehen ist, dem in Abstrahl- und/oder Empfangsrichtung ein Kanal (13) nach- bzw. vorgeordnet ist mit einer Austrittsöffnung (T). Um einen Abstandssensor der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Kanal (13) zwei bezogen auf die Achsrichtung sich in einem Winkel zueinander erstreckende Austrittsöffnungen (T, T') aufweist und dass ein Reflektionselement (14) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät mit einem auf Ultraschallbasis ausgebildeten Abstandssensor, der zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet ist, wobei zufolge eines Austritts der Schallwellen durch einen Austrittsschlitz eine in Schlitzlängsrichtung geformte Erfassungscharakteristik ausgebildet ist.
Saug- und/oder Kehrgeräte der in Rede stehenden Art sind bekannt. Diese finden insbesondere Einsatz als autonom arbeitende Reinigungsgeräte im Haushaltsbereich. Um insbesondere Hindernisse bevorzugt frühzeitig zu erkennen, verfügen derartige Geräte über eine entsprechende Hinderniserkennung, vorzugsweise unter Nutzung eines auf Ultraschallbasis ausgebildeten Abstandssensors. Zufolge einer Laufzeitmessung des von dem Hindernis reflektierten Schalls ist auf die Entfernung zu dem Hindernis zu schließen. In Abhängigkeit vom Messergebnis, weiter ggf. in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten ist weiter in den bekannten Ausbildungen ein Auslösen einer zur Hindernisumfahrung abgestimmten Verfahrstrategie vorgesehen. Weiter ist es bekannt, die Schallwellen durch eine maskenartige Schlitzausformung austreten zu lassen, zufolge welcher Schlitzausformung eine bevorzugte Erfassungscharakteristik, weiter bevorzugt in Art einer Bündelung der Schallwellen erreichbar ist.
Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Saug- und/oder Kehrgerät der in Rede stehenden Art insbesondere hinsichtlich einer Hinderniserkennung mittels des Abstandssensors weiter zu verbessern.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass der Schlitz vertikal ausgerichtet ist und die Erfassungscharakteristik so beeinflusst ist, dass bei einem horizontalen Abstand von weniger als 100 mm bis hin zu weniger als 25 mm Objekte, die kleiner als 10 bis 30 mm und/oder beginnend in einer Höhe von mehr als 50 mm bis hin zu mehr als 150 mm sich zu erstrecken, nicht erfasst werden. Die Höhenmaße beziehen sich hierbei bevorzugt auf ein vertikales Maß ausgehend von dem durch das Gerät zu befahrenden Boden. So ist zufolge der vorbeschriebenen Lösung in günstiger Weise eine betriebssichere Erfassung entfernungsnaher Hindernisse durch den geräteseitigen Abstandssensor erreicht, wobei zufolge der gegebenen Erfassungscharakteristik im gerätenahen Bereich, d. h. in einem bevorzugten Abstand von weniger als 100 mm, weiter bevorzugt von weniger als 50 mm, bspw. zwischen einer Wand, die als solches Hindernis erkannt werden muss, und einer Bodenschwelle unterschieden wird, insbesondere weiter solche Hindernisse, die durch das Saug- und/oder Kehrgerät überfahren werden können und so kein Hindernis im Sinne der Hinderniserkennung bedeuten und entsprechend keine Verhaltensstrategie auslösen. Darüber hinaus werden insbesondere in diesem Nahbereich Hindernisse, die sich ab einer Höhe von bevorzugt 130 mm beginnend nach oben erstrecken, d. h. entsprechend einen vertikalen Abstand von bevorzugt 130 mm zum von dem Gerät überfahrenen Boden aufweisen, nicht erkannt und somit entsprechend auch nicht im Hinblick auf eine Hinderniserkennung berücksichtigt. Objekte, die oberhalb von bevorzugt 130 mm, weiter bevorzugt oberhalb eines vorgegebenen, vertikalen Erstreckungsmaßes des Saug- und/oder Kehrgerätes vorgesehen sind bzw. beginnen sich zu erstrecken, werden so im Nahbereich nicht erfasst und entsprechend auch nicht als Hindernis erkannt. Derartige Objekte, wie bspw. Tischplatten von Beistelltischen oder dergleichen, sind hindernisfrei von dem Saug- und/oder Kehrgerät unterfahrbar. Der in dem Gerät vorgesehene Abstandssensor dient darüber hinaus auch der Abstandsmessung bzw. Hinderniserkennung über den Nahbereich hinaus, wobei in diesem Bereich über 100 mm Abstand, bevorzugt über 50 mm Abstand, Objekte, die kleiner sind als 10–40 mm und/oder sich ab einer Höhe von 50–150 mm beginnend erstrecken, durchaus erfasst werden können, zufolge der größeren Entfernung jedoch nicht als die Verfahrstrategie unmittelbar beeinflussende Hindernisse erkannt werden. In weiter bevorzugter Ausgestaltung sind hierzu zwei Abstandssensoren vorgesehen, von welchen ein Abstandssensor ein Ultraschallsender ist und der weitere Abstandssensor ein Ultraschallempfänger, zum Empfang der von dem Ultraschallsender ausgesendeten und von dem Objekt reflektierten Signale. Hierdurch ist ein Sender-Empfänger-Paar gebildet, wobei Schalllinien gleichen Abstands durch Ellipsen um das Sender-Empfänger-Paar gebildet sind. Diese Ellipsen verlaufen in bevorzugter Ausgestaltung in einem Abstand von 10–30 mm, bevorzugt 20 mm, nahezu parallel zu der weiter bevorzugt runden Gerätekante des Saug- und/oder Kehrgerätes, dies weiter bei einer bevorzugten kreisrunden Ausgestaltung des Gerätes und Anordnung des bzw. der Abstandssensoren im Bereich einer umlaufenden, im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Gehäusewand.
Weiter betrifft die Erfindung ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1.
Um ein Saug- und/oder Kehrgerät der in Rede stehenden Art insbesondere hinsichtlich einer Hinderniserkennung mittels des Abstandssensors weiter zu verbessern, ist zunächst und im Wesentlichen darauf abgestellt, dass der Austrittsschlitz horizontal ausgerichtet ist und die Empfangscharakteristik so beeinflusst ist, dass Objekte, die sich vertikal bezogen auf eine Oberkante des Austrittsschlitzes ab einer Überhöhung von 40 mm oder mehr bis hin zu einer Überhöhung von 80 mm beginnen zu erstrecken, nicht erfasst werden. Zufolge der vorbeschriebenen Lösung ist in günstiger Weise eine betriebssichere Erfassung entfernungsnaher Hindernisse oberseitig des geräteseitigen Abstandssensors erreicht, wobei zufolge der gegebenen Erfassungscharakteristik im gerätenahen Bereich, d. h. in einem bevorzugten Abstand, weiter bevorzugten vertikalen Abstand von weniger als 80 mm zum Abstandssensor, weiter bevorzugt weniger als 40 mm Objekte, die eine kollisionsfreie Weiterfahrt des Gerätes hindern können, erfasst werden. Objekte, die ausgehend von dem Austrittsschlitz, insbesondere ausgehend von einer Oberkante des Austrittsschlitzes beginnend mit einer Überhöhung von mehr als 40 mm, weiter bevorzugt mehr als 80 mm beginnend sich zu erstrecken, wie bspw. die Tischplatte eines von dem Gerät zu unterfahrenden Tisches, werden nicht erfasst; entsprechend nicht als Hindernis registriert.
Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches 1 oder Anspruches 2 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruches 1 oder Anspruches 2 oder des jeweiligen weiteren Anspruches oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist einem Ultraschallsender in horizontaler Richtung beidseitig ein Ultraschallempfänger zugeordnet, so dass entsprechend weiter bevorzugt in Umfangsrichtung des Gerätes eine abwechselnde Anordnung von Sendern und Empfängern vorgesehen ist. So ergibt sich in weiter bevorzugter Ausgestaltung eine in Umfangsrichtung betrachtete gleichmäßig beabstandete Anordnung von Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern, wobei in diesem Zusammenhang weiter bevorzugt insgesamt vier bis zehn, bevorzugt sechs Abstandssensoren und somit entsprechend drei Ultraschallsender und drei Ultraschallempfänger vorgesehen sind. Diese sind insbesondere zugeordnet dem in üblicher Verfahrrichtung des Gerätes nach vorne weisenden Bereich des Gerätegehäuses. Ultraschallsender und Ultraschallempfänger sind hierbei bevorzugt jeweils nur zum Senden oder Empfangen ausgelegte Sensoren. In weiter bevorzugter Ausgestaltung kommen Ultraschallwandler zum Einsatz, die je nach Ansteuerung in der Lage sind, auf Ultraschallbasis zu senden oder zu empfangen. Ist ein Ultraschallwandler als Sender geschaltet, so agieren weiter bevorzugt die beidseitig benachbarten Ultraschallwandler als Empfänger. Weiter bevorzugt werden die Ultraschallwandler zyklisch geschaltet zwischen einem Sende- und einem Empfangsmodus, so dass jeder Empfangsbereich im nächsten Zyklus ein Sendebereich ist und umgekehrt.
Weiter sind bevorzugt bezogen auf eine zentrale Achse des Saug- und/oder Kehrgeräts und bei einer Größtabmessung des Saug- und/oder Kehrgeräts in horizontaler Richtung von 200 mm–500 mm (bei kreisrundem Grundriss des Gerätes entsprechend der Durchmesser) die Abstandssensoren, gesehen von der zentralen Achse, horizontal mit einem Winkel von 15°–40° zueinander beabstandet, in weiter bevorzugter Ausgestaltung in einem Winkel von 25°. Entsprechend dieser Anordnung sind Sektoren durch ein Sender-Empfänger-Paar gebildet, wobei in weiter bevorzugter Ausgestaltung drei bis zehn Sektoren, weiter bevorzugt fünf Sektoren, vorgesehen sind. So werden weiter bevorzugt durch Anordnung von sechs Ultraschallwandlern fünf Sektoren zu je 25° aufgespannt, innerhalb welcher Sektoren der Abstand zu einer Körperkante auf bis zu 5–20 mm, bevorzugt 10 mm, genau gemessen werden kann. In Abhängigkeit von der konstruktiv eingestellten Abstrahlcharakteristik der Ultraschallwandler und den tolerierbaren Toleranzen in den gehäusenahen Bereichen zwischen den Ultraschallwandlern ergeben sich bei einem bevorzugten kreisrunden Gerät mit einem Durchmesser von 340 mm Sektorwinkel von 25°.
Auch ist bevorzugt die Streuung der Schallwellen in der Breite größer als in der Höhe, dies zufolge entsprechender Ausformung und Ausrichtung des Austrittsschlitzes. Durch ein sog. asymmetrisches Horn, bei welchem die Streuung der Schallwellen in der Breite größer ist als die Streuung in der Höhe, wird das Ultraschallfeld vor den Ultraschallwandlern in horizontaler Richtung so aufgeweitet, dass innerhalb eines Sektors immer ein ausreichendes Echo durch ein Hindernis erzeugt wird. In vertikaler Richtung ist das Horn bevorzugt so ausgerichtet, dass Objekte, welche sich in der Höhe von bevorzugt zwischen 30 und 130 mm erstrecken ein ausreichendes Echo liefern. Objekte, welche sich ausschließlich unterhalb von bevorzugt 30 mm oder oberhalb von bevorzugt 130 mm befinden, liefern ab einer Distanz zur Gerätekante von bevorzugt weniger als 50 mm kein ausreichendes Echo mehr. Die Formung der so gebildeten flachen Schallkeule wird durch den vertikalen Austrittsschlitz mit einer Breite der Abstrahlfläche von bevorzugt 5–10 mm, weiter bevorzugt 7 mm, realisiert, wobei weiter zufolge Beugung an den Randkanten des Austrittsschlitzes das Schallfeld verbreitert wird.
Der Verlauf der Randkantenpaare des Austrittsschlitzes ist nicht zwingend streng parallel. Dieser kann auch gegenüber einer Parallelität etwas abweichen, beispielsweise unter jeweiligem Einschluss eines spitzen Winkels von 1° bis 15° zu einer Parallelen bzw. zu einer ideellen Vertikalen bzw. Horizontalen. Bevorzugt verlaufen insbesondere die an einer Vertikalen ausgerichteten Randkanten des Austrittschlitzes geradlinig, wie auch weiter bevorzugt die quer hierzu ausgerichteten oberen und unteren Randkante, wenn gleich Letztere auch kreisabschnittförmig verlaufen können. Eine hieraus sich ggf. einstellende Verteilungsbeeinflussung in vertikaler Richtung hat für die erfindungsgemäße Nutzung keinen nachteiligen Einfluss.
Die Beugung an den Randkanten, insbesondere an den vertikalen oder zumindest an einer Vertikalen ausgerichteten Randkanten, ist durch beispielsweise durch Verrunden derselben erreicht. Die Einflussnahme der Verrundung der Vertikalkanten auf die Beugung der Schallwellen wirkt hierbei nach dem physikalischen Prinzip der ”Beugung von Wellen am Spalt”. Demnach ist eine deutlichere Beugung zu erwarten, je schärfer die Kante ist. Somit entspricht der optimale Radius 0 mm, ist jedoch auf jeden Fall deutlich kleiner als das Maß der Wellenlänge, die bei 40 kHz etwa 8,5 mm beträgt, da zu große Radien die erwünschte halbkreisförmige Abstrahlung unterbinden und eine ein- oder mehrfingrige Schallkeule erzeugen würden, die für den vorliegenden Zweck völlig ungeeignet wären. In bevorzugter Ausgestaltung sind alle umlaufenden Kanten des Austrittschlitzes ”scharfkantig”, weisen entsprechend einen Radius von 0 mm auf. Weitere Verrundungsformen, zum Beispiel in Form eines Exponentialtrichters, die der Abstrahlung der gesamten Energie ohne störende Reflexionen an Kanten bei gleichmäßiger Verteilung aller Frequenzen dienen, sind bevorzugt nicht vorgesehen. Da die vorliegende Erfindung monofrequent arbeitet und eine gezielte Schallbeugung erwünscht ist, bedarf die Schallaustrittsöffnung solcher Formgebungsmaßnahmen nicht.
Um eine Ausbreitung der Schallwellen unmittelbar entlang der Gehäusefläche des Gerätes zu vermeiden, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Außenfläche des Gehäuses, in welcher Fläche die Austrittsschlitze ausgebildet sind, Strukturnuten aufweist, die umgebend zu den Austrittsschlitzen verlaufen. Entsprechend ist umgebend zu den Austrittsschlitzen eine Oberflächenstrukturierung der Gehäuseoberfläche, insbesondere der bevorzugt vertikal ausgerichteten Oberfläche der umlaufenden Wandung des Gerätes vorgesehen, wobei die Böden der Strukturnuten hinter eine Austrittsebene der Austrittsschlitze treten, entsprechend bevorzugt horizontal in Richtung auf die zentrale Achse des Gerätes hin versetzt sind. In diesem Zusammenhang ist weiter bevorzugt, dass eine Strukturnut eine Tiefe aufweist, die 1/8–3/8, weiter bevorzugt 1/4 der Wellenlänge der Schallwellen entspricht. Hierdurch ist der im Rippengrund reflektierte Schall um 180° zur direkt laufenden Welle phasenverschoben und die Amplitude durch Überlagerung in der Summe reduziert. Dies gilt bevorzugt sowohl für die direkte Ausbreitungsrichtung zwischen den Ultraschallwandlern als auch für die Ausbreitung nach vertikal oben oder unten mit einer Reflektion am Boden oder einem Überhang, der oberhalb des vertikalen Maximalmaßes im Nahbereich von bevorzugt 130 mm angeordnet ist. Hierzu sind weiter die Strukturnuten bzw. die Rippen und Vertiefungen derselben konzentrisch zu dem jeweiligen Austrittsschlitz verlaufend angeordnet.
Das Empfangssignal wird bevorzugt mit Hilfe eines Korrekturwertes umgerechnet, wobei der Korrekturwert eine maximale Amplitude oder die Steigung der Amplitude zwischen zwei vorgegebenen Schwellwerten einschließt. Die Ultraschallwandler senden abwechselnd einen Impuls aus, welcher mindestens aus einer Halbwelle eines Rechteck- oder Sinussignals besteht (bevorzugt zehn Wellenzüge oder Schwingungen im Rechteck) mit vorzugsweise einer Trägerfrequenz von 20–200 kHz, bevorzugt 40 kHz. Mit den beiden benachbarten Empfängern wird die Zeit bis zum Eintreffen eines zurücklaufenden Echos gemessen (Überschreiten eines Schwellwertes mit einer Komparatorschaltung). Die Beziehung zwischen Abstand und gemessener Schalllaufzeit wird durch eine Geradengleichung bestimmt, wobei der gemessene Abstand sich aus dem Produkt der Schallgeschwindigkeit und der halben gemessenen Schalllaufzeit ergibt, ergänzt um einen Offset-Wert, bedingt durch den Abstand der Ultraschallwandler und das Ansprechverhalten der Wandler und Elektronik. Durch den Anstieg des Empfangssignals nach einer Zeitfunktion, bspw. e^x, ist die gemessene Laufzeit amplitudenabhängig, entsprechend abhängig vom Reflektionsgrad und der Größe des Objekts. Zur Korrektur dieses Fehlers wird bevorzugt eine weitere Messgröße, z. B. die maximale Amplitude oder die Steigung bei einem bestimmten Schwellwert des Empfangssignals gemessen und für eine rechnerische Korrektur verwendet, weiter bevorzugt zufolge Messung der Amplitude und Korrektur über eine e-Funktion sowie Messung der Steigung durch Messung einer zweiten Laufzeit bei einer geringfügig höheren Schwelle und Korrektur durch eine e-Funktion.
Der elektrische Sendeimpuls wird bevorzugt durch eine Gegentaktstufe erzeugt, die einen Piezoschallwandler schwingen lässt. Die mechanischen Schwingungen des Wandlers erzeugen das akustische Signal. Das akustische Echo wird durch die benachbarten Piezowandler wieder aufgefangen. Nach einer ersten Verstärkung des Signals wird dieses bevorzugt demoduliert. Dieses Standardverfahren eliminiert das Trägersignal, wonach das Echosignal bevorzugt wirksam verstärkt wird und so für eine nachfolgende Auswertung deutlicher gemacht wird. Durch die Maßnahme ist eine kontinuierliche Signalauswertung möglich, dies bei hoher Qualität durch Steigerung der Empfindlichkeit. Anschließend wird das Signal mit bevorzugt zwei verschiedenen Referenzspannungen verglichen, wonach das Vergleichsergebnis als digitales Signal an einen Prozessor weitergeleitet wird. Durch die Laufzeit von Impulsaussendung bis Echoeingang wird der Abstand bestimmt und über die Zeitdifferenz der beiden Komparatorschwellen die Steigung des Echos ermittelt, wodurch eine Korrektur der Laufzeitmessung möglich ist. Hierbei können die beiden Komparatorschwellen in Form von zwei separaten Komparatoren oder als ein umschaltbarer Komparator aufgebaut sein.
Der Abstand bis zur Aussendung eines nächsten Impulses (Impulsfrequenz) wird bevorzugt durch die größte Entfernung, aus welcher noch ein Echo zurückkommen kann, festgelegt. Hier entspricht eine Entfernung von ca. 15 m einer Wartezeit von 0,1 Sekunden. Zur Erhöhung der Messrate können die Sendeimpulse in unterschiedlichen Zeitabständen gesendet werden (Modulation der Impulsfrequenz). Ein Echo, welches aus einer vorangehenden Messung stammt, wird dann immer zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen, während die Echos aus der aktuellen Messung zu nahezu gleichen Zeiten zurückkommen. Hierbei hat lediglich die Bewegung des Reinigungsgerätes Einfluss.
Durch die gezielte Ausblendung von Objekten, welche niedriger als bevorzugt 30 mm sind, ist das Gerät in der Lage, bspw. über Türschwellen hinweg den nächsten Raum zu erreichen, entsprechend das Arbeitsgebiet zu erweitern. Gleichzeitig wird die Erkennung von Hindernissen, welche ausgehend vom Boden höher als bevorzugt 30 mm sind, sichergestellt, weiter insbesondere Objekte, welche höher sind als bevorzugt 30 mm und kleiner als bevorzugt 130 mm. Der Vergleich des Eingangssignals mit zwei Schwellwerten vermindert hierbei mögliche Nahfeldmessfehler, ohne hierbei mehrere Messungen mitteln zu müssen. Dies führt zu einer höheren Datenrate und Datenqualität bei gleicher Messrate. Bei Nutzung eines umschaltbaren Komparators ergibt sich eine günstige Verringerung des Schaltungsaufwandes.
Zudem betrifft die Erfindung einen Abstandssensor auf Ultraschallbasis, insbesondere für ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät, wobei ein Ultraschallsender und/oder Ultraschallempfänger vorgesehen ist, dem in Abstrahl- und/oder Empfangsrichtung ein Kanal nach- bzw. vorgeordnet ist mit einer Austrittsöffnung in Achsrichtung des Kanals.
Abstandssensoren der in Rede stehenden Art sind bekannt. Diese finden insbesondere Anwendung in Saug- und/oder Kehrgeräten, weiter bevorzugt in Geräten gemäß Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, weiter entsprechend bevorzugt in autonom arbeitenden Reinigungsgeräten im Haushaltsbereich. Derartige Abstandssensoren dienen insbesondere zur Hinderniserkennung, wobei zufolge einer Laufzeitmessung des von einem Hindernis reflektierten Schalls auf die Entfernung zu dem Hindernis zu schließen ist. Dem Ultraschallsender und/oder Ultraschallempfänger des Abstandssensors ist bevorzugt mit in Schallrichtung betrachtetem Abstand zur Austrittsöffnung angeordnet, wobei die Schallwellen zwischen Austrittsöffnung und Ultraschallempfänger bzw. Ultraschallsender in einem Kanal geführt sind.
Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, einen Abstandssensor der in Rede stehenden Art in vorteilhafter Weise weiter zu verbessern.
Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruches 10 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass der Kanal zwei bezogen auf die Achsrichtung sich in einem Winkel zueinander erstreckende Austrittsöffnungen aufweist und dass ein Reflektionselement vorgesehen ist, um einen Teil der Schallwellen entsprechend der weiteren Austrittsöffnung umzuleiten. Zufolge dieser Ausgestaltung ist ein Abstandssensor angegeben, mittels welchem eine Ultraschall-Abstandsmessung in zwei winklig zueinander ausgerichteten Richtungen erreicht werden kann. Dem dem Ultraschallsender in Schallrichtung nachgeordneten bzw. dem dem Ultraschallempfänger in Schallrichtung vorgeordneten Kanal sind hierzu zumindest zwei Austrittsöffnungen zugeordnet, welche mit Bezug auf die Achsrichtung des Kanals, weiter mit Bezug auf eine durch die vorgegebene Anordnung des Ultraschallsensors bzw. Ultraschallempfängers vorgegebene Schallwellenausrichtung bevorzugt in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet sind, weiter bevorzugt in einem Winkel von 10° bis 90°, so weiter bevorzugt bspw. 30°, 45°, 60°, 75° oder 90°. Ein bevorzugt in dem Kanal vorgesehenes Reflektionselement leitet hierbei einen Teil der Schallwellen entsprechend in Richtung auf die weitere Austrittsöffnung um, so bevorzugt bei einer Anordnung von zwei einen Winkel von 90° zueinander einschließenden Austrittsöffnungen eine Umlenkung der Schallwellen um 90° erbringend. Entsprechend ist zufolge der vorgeschlagenen Lösung allein mit einem Ultraschallsender ein Aussenden von Ultraschallwellen in zwei zueinander winklig angestellten Richtungen ermöglicht, darüber hinaus auch bei einem Ultraschallempfänger der Empfang von winklig zueinander durch die Austrittsöffnungen eintretenden, reflektierten Schallwellen, wobei hier ein Teil der Schallwellen zufolge des Reflektionselements bevorzugt in Parallelausrichtung zu den durch die andere Austrittsöffnung eintretenden Schallwellen umgeleitet werden. Die Aufteilung der Schallwellen insbesondere mit Bezug auf einen Ultraschallsender auf die mindestens zwei Austrittsöffnungen ist bevorzugt gleichmäßig gewählt. Alternativ ist eine Aufteilung der Schallwellen zufolge Anordnung und Ausgestaltung des Reflektionselementes vorgesehen, bei welcher durch eine der Austrittsöffnungen ein größerer Anteil an Schallwellen pro Zeiteinheit geleitet wird als durch die winklig hierzu ausgerichtete weitere Austrittsöffnung. Das Prinzip der Schallteilung ist hierbei bevorzugt unabhängig vom verwendeten Laufzeitverfahren, kann darüber hinaus sowohl bei Sender- und Empfängerpaaren, als auch bei Transducern verwendet werden.
Weiter bevorzugt ist die Erfassungscharakteristik des Abstandssensors gemäß den Ausführungen bzgl. der vorbeschriebenen Ansprüche 1 und 2 beeinflusst, welche Charakteristik insbesondere hinsichtlich Laufzeit, Laufzeitfehler und Winkelempfindlichkeit von der bevorzugten Schallteilung unberührt bleibt. Die Gestaltung des Kanals mit Anordnung eines Reflektionselements und die Anordnung und bevorzugte Ausgestaltung der winklig zueinander ausgerichteten Austrittsöffnungen beeinflusst die Schallamplitude und die Richtcharakteristik wie beschrieben. Hinsichtlich ergänzender oder alternativer Merkmale im Zusammenhang mit dem in Rede stehenden Abstandssensor gilt für deren anspruchsmäßige Zuordnung das Gleiche wie oben bzgl. der gerätebezogenen Merkmale aufgeführt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches 10 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert. Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen Merkmalen des Anspruches 10 oder des jeweiligen weiteren Anspruches oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
So ist in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das Reflektionselement nur einen Teil einer Querschnittsfläche des Kanals abdeckt, weiter bevorzugt mit Bezug auf eine Projektion auf eine Fläche senkrecht zur Achsrichtung des Kanals. Das Reflektionselement ist hierbei bevorzugt mittig angeordnet, alternativ bevorzugt zugeordnet einem Randbereich, wobei einseitig oder alternativ beidseitig des Reflektionselementes nicht reflektierte Schallwellen unbeeinflusst vorbeigeleitet werden. Jeder Austrittsöffnung ist hierbei bevorzugt ausgehend von dem das Reflektionselement aufweisenden Bereich ein Kanal zugeordnet. Durch die Länge der Kanäle kann die Gesamtlaufzeit in den winklig zueinander verlaufenden Messrichtungen verändert werden. Hierdurch können die Laufzeiten, welche eine Reaktion des Gerätes erfordern, aufeinander abgestimmt werden.
Die Schallwellen werden zufolge Anordnung des Reflektionselementes in dem Kanal bevorzugt in einen Hauptanteil und in einen Nebenanteil aufgeteilt, wobei der Hauptanteil weiter bevorzugt insbesondere bei Anordnung des Abstandssensors in einem selbsttätig verfahrbaren Saug- und/oder Kehrgerät durch die Austrittsöffnung geleitet ist, die eine Abstandsmessung bevorzugt in Verfahrrichtung des Gerätes vor diesem Gerät vornimmt, um so insbesondere Hindernisse, die im Verfahrweg des Gerätes stehen, zu erfassen. Der im Vergleich hierzu bevorzugt kleinere Nebenanteil wird bevorzugt senkrecht zum Hauptanteil umgelenkt, weiter bevorzugt in Betriebsstellung eines Gerätes nach vertikal oben durch die entsprechend vorgesehene Austrittsöffnung, zur Erkennung von sich insbesondere über dem Gerät befindlichen Hindernissen, die bei einem Unterfahren durch das Gerät zu einer Kollision führen können.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist das Reflektionselement zur Trennung zu der reflektionsfreien, verbleibenden Querschnittsfläche von einer Trennwand flankiert, welche Trennwand weiter bevorzugt sich bis zur weiter bevorzugt parallel zu der Querschnittsfläche erstreckenden Sensorfläche des Ultraschallsenders bzw. Ultraschallempfängers erstreckt, um so eine eindeutige Aufteilung zu erreichen. Je nach Anforderung an die Schallverteilung kann eine solche Trennwand oder auch die Anordnung mehrerer Trennwände entfallen.
Das Reflektionselement ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Reflektorfläche, weiter bevorzugt eine quer zur Achsrichtung sich weiter bevorzugt frei spannende Fläche, die weiter bevorzugt mit Bezug auf die senkrecht zur Achsrichtung betrachtete Querschnittsfläche des Kanals zur entsprechenden winkelmäßigen Umlenkung der Schallwellen winklig angestellt ist. Alternativ ist das Reflektionselement eine Gitterfläche, wodurch eine Teilreflektion erreicht werden kann. Entsprechend erfolgt eine Umleitung der Schallwellen bei Auftreffen auf die Gitterlinien, bspw. Gitterstäbe, während durch die gittermäßig aufgespannten Maschen die Schallwellen ohne Umleitung frei durchtreten können.
Bei Messsystemen mit Sendern und Empfängern gilt das Vorbeschriebene für Sender und Empfänger gleichermaßen, wobei bei den Empfängern der Schall entsprechend zusammengeführt wird.
Zufolge der vorbeschriebenen Lösung ist ein Abstandssensor angegeben, welcher mit nur einem Sender und/oder Empfänger eine gleichzeitige Messung in unterschiedlichen Richtungen ermöglicht.
Bezüglich aller angegebenen Wertebereiche sind alle Zwischenwerte, insbesondere in 1-(mm-)Schritten, sowohl hinsichtlich einer ein- oder mehrfachen Einengung der angegebenen Bereichsgrenzen in bspw. der angegebenen Schrittweite, von oben und/oder von unten, wie auch zur Darstellung singulärer Werte innerhalb der angegebenen Bereiche hiermit in die Offenbarung eingeschlossen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Saug- und/oder Kehrgerät in perspektivischer Darstellung;
2 einen schematischen Horizontalschnitt durch den umlaufenden Wandungsbereich des Gerätes mit in der Wandung angeordneten Abstandssensoren;
3 den vergrößerten Bereich III in 2;
4 in schematischer Seitenansicht das Saug- und/oder Kehrgerät im Zuge eines Verfahrens desselben, wobei im Verfahrweg des Gerätes ein Objekt mit einer Höhe von weniger als 30 mm vorgesehen ist;
5 eine der 4 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem Objekt in einer Höhe von mehr als 130 mm;
6 eine weitere der 4 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem Objekt im Verfahrweg, welches sich zumindest in einer Höhe zwischen 30 mm und 130 mm erstreckt;
7 ein Abstand-Zeit-Diagramm;
8 ein weiteres Diagramm, die Amplitude des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Zeit betreffend;
9 eine perspektivische Ausschnittdarstellung des Gerätes, eine zweite Ausführungsform betreffend;
10 in perspektivischer Detaildarstellung die Innenansicht zu 9, bei aufgeschnitten dargestellter Gerätehaube;
11 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene XI in 10;
12 eine perspektivische Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene XII in 11.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 ein Saug- und/oder Kehrgerät 1 in Form eines selbsttätig verfahrbaren Reinigungsroboters, insbesondere für den Haushaltsbereich. Dieses Gerät besitzt ein Chassis, welches unterseitig, dem zu pflegenden Boden 5 zugewandt, elektromotorisch angetriebene Verfahrräder 2 sowie eine über die Unterkante des Chassisbodens hinausragende, gleichfalls elektromotorisch angetriebene Bürste 3 trägt. Das Chassis ist überfangen von einer Gerätehaube 4, wobei das Gerät 1 einen kreisförmigen Grundriss aufweist. Bezüglich der Ausgestaltung des Gerätes 1 als Saug- und/oder Kehrgerät wird auf die DE 102 42 257 A1 verwiesen. Der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zwecke, Merkmale dieser Patentanmeldung in Ansprüche vorliegender Erfindung mit einzubeziehen.
Das Saug- und/oder Kehrgerät 1 verfügt weiter über eine nicht dargestellte Steuereinheit, in welcher u. a. in Abhängigkeit von einer Hinderniserkennung eine angepasste Verfahr-/Verhaltensstrategie hinterlegt ist.
Hierzu ist weiter das Saug- und/oder Kehrgerät 1 mit auf Ultraschallbasis ausgebildeten Abstandssensoren 6 versehen. Diese sind in der umlaufenden, im Vertikalschnitt vertikal ausgerichteten Wandung 7 der Gerätehaube 4 angeordnet, weiter zugeordnet dem in üblicher Verfahrrichtung r des Gerätes 1 weisenden Bereich.
Entsprechend der Kreisgrundrissform des Gerätes 1 sind auch die Abstandssensoren 6 bei Anordnung derselben in einer gemeinsamen Horizontalebene unter Belassung gleichmäßiger Abstände zwischen den Sensoren 6 kreisabschnittförmig positioniert, wobei zwei benachbarte Abstandssensoren 6 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf eine zentrale, vertikale Achse x des Gerätes 1 einen Winkel α von 25° einschließen. Dieser Winkel α von bevorzugt 25° stellt sich ein bei einer bevorzugten horizontalen Größtabmessung d (entsprechend dem Durchmesser) des Gerätes von etwa 340 mm.
Jeder Abstandssensor 6 ist gemäß der Darstellung in 3 gegenüber der Außenfläche der Wandung 7 um das in radialer Richtung betrachtete Dickenmaß der Wandung 7 versenkt angeordnet. Die nach radial außen gerichtete Aus- bzw. Eintrittsfläche des jeweiligen Abstandssensors 6 ist radial zurückversetzt innerhalb einer nach radial außen offenen Sensoraufnahme 8 positioniert, welche zudem einen Kanal 13 für die gesendeten bzw. empfangenen Schallwellen bildet, insbesondere dann, wenn wie weiter bevorzugt der Abstandssensor 6 über das Dickenmaß der Wandung 7 hinaus versenkt angeordnet ist.
Jeder Sensoraufnahme 8 ist radial außen ein Austrittsschlitz 9 zentral zugeordnet. Dieser ist vertikal ausgerichtet, d. h. weiter parallel ausgerichtet zur zentralen Geräteachse x mit einem vertikalen Erstreckungsmaß, das bevorzugt dem 1,5- bis 3-Fachen der quer hierzu betrachteten Breite in Umfangsrichtung der Wandung 7 entspricht. Der in der Sensoraufnahme 8 angeordnete Abstandssensor 6 weist bevorzugt einen gegenüber den größten Abmessungen des Austrittsschlitzes 9 vergrößerten Außendurchmesser auf.
Die vertikal verlaufenden Randkanten des jeweiligen Austrittsschlitzes 9 sind mit Bezug auf einen Querschnitt gemäß 3 scharfkantig, gegebenenfalls einen Verrundungsradius von beispielsweise 1 mm aufweisend, zur Bildung von Beugekanten 10. Die Breite der Schlitzaustrittsfläche in Umfangsrichtung der Wandung 7 betrachtet beträgt bevorzugt 7 mm.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs gleichmäßig zueinander beabstandete Abstandssensoren 6 vorgesehen, wobei weiter bevorzugt jeder Abstandssensor 6 als Ultraschallwandler ausgebildet ist, entsprechend weiter bevorzugt abwechselnd ansteuerbar ist zum Senden oder Empfangen von Ultraschallsignalen.
Jedem als Sender fungierenden Abstandssensor 6 ist zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig ein Abstandssensor 6 in Funktion eines Empfängers zugeordnet, wobei je ein Sender-Empfänger-Paar einen Sektor bildet. Entsprechend ergeben sich bei bevorzugt sechs Abstandssensoren fünf Sektoren.
Die Abstandssensoren 6 sind weiter so ausgelegt, dass über diese neben der üblichen Erkennung von weiter entfernten Hindernissen mittels Ultraschall auch Objekte 11 im Nahbereich erfasst werden können, die die freie Bewegbarkeit des Gerätes 1 beeinträchtigen können. So ist zufolge der Ausrichtung des Austrittsschlitzes 9 sowie der Ausbildung von Beugekanten 10 eine Erfassungscharakteristik ausgebildet, die in einem Abstand vom Gerät 1 zum Objekt 11 von weniger als 25–100 mm, bevorzugt von weniger als 50 mm (Abstand a) solche Objekte 11 nicht erfasst, die (in vertikaler Erstreckungsrichtung betrachtet) ein maximales Erstreckungsmaß b von 10–40 mm, bevorzugt 30 mm, nicht erreichen und/oder die sich erst ab einem Minimalmaß c von 50 bis 150 mm, bevorzugt 130 mm, oberhalb des Bodens 5 beginnend erstrecken. Das vorbeschrieben Minimalmaß c entspricht hierbei bevorzugt der vertikalen Höhe des Gerätes 1, weiter bevorzugt dem 1,1- bis 1,2-Fachen der Gerätehöhe, so dass derartige Objekte auch im Nahbereich zu keiner Beeinflussung der Verhaltens- oder Verfahrensstrategie des Gerätes 1 führt, da solche Objekte 11 unterfahren werden können. Objekte 11 mit einem vertikalen Erstreckungsmaß b von der Bodenebene betrachtet, stellen auch keine die Verfahrens- bzw. Verhaltensstrategie beeinflussende Hindernisse dar. Hierbei kann es sich bspw. um eine Bodenschwelle handeln, die von dem Saug- und/oder Kehrgerät 1 überfahren werden kann.
Objekte 11, die sich zumindest im Bereich zwischen dem Maximalmaß b und dem Minimalmaß c im Nahbereich (entsprechend innerhalb des Abstandsmaßes a) befinden, werden hingegen als Hindernisse erkannt, was zu einer entsprechenden Verhaltensstrategie führt.
Durch die vorgesehenen Beugekanten 10 im Bereich des Schallaustritts bzw. Schalleintritts ist die Breite der Schallwellen, d. h. die Erstreckung in Horizontalrichtung zufolge Streuung größer als in der Höhe.
Schalllinien L gleichen Abstands werden durch Ellipsen um je ein Sender-Empfänger-Paar gebildet, wobei die Ellipsen in einem Abstand von bevorzugt 2 cm nahezu parallel zur im Grundriss betrachtet runden Gerätekante bzw. Wandung 7 verlaufen. Durch die sechs Abstandssensoren (Ultraschallwandler) werden fünf Sektoren zu je 25° aufgespannt, innerhalb welcher der Abstand zu einem Objekt 11 auf bevorzugt etwa 10 mm genau gemessen wird.
Der Austrittsschlitz 9 eines jeden Abstandssensors 6 formt ein asymmetrisches Horn, womit das Ultraschallfeld vor den Abstandssensoren 6 in horizontaler Richtung so aufgeweitet wird, dass innerhalb eines Sektors immer ein ausreichendes Echo durch ein Objekt 11 erzeugt wird.
Weiter ist die Außenfläche der Gerätehaube 4 bzw. der Wandung 7 so gestaltet, dass sich Schallwellen nicht unmittelbar entlang der Gehäusefläche ausbreiten können. Dies ist erreicht durch eine Rippenstruktur mit konzentrisch zu dem jeweiligen Austrittsschlitz 9 verlaufenden Strukturnuten 12. Letztere erstrecken sich über die gesamte vertikale Höhe der Wandung 7 und weisen eine mit Bezug zu der zentralen Achse x radiale Tiefe auf, die bevorzugt einem Viertel der Wellenlänge der Schallwellen entspricht. Hierdurch ist der im Rippengrund reflektierte Schall um 180° zur direkt laufenden Welle phasenverschoben und die Amplitude durch Überlagerung in der Summe reduziert. Dies gilt sowohl für die direkte Ausbreitungsrichtung zwischen den Abstandssensoren 6 als auch für die Ausbreitung nach vertikal oben oder unten mit einer Reflektion am Boden 5 oder an einem überhangartigen Objekt 11, wie dies bspw. in 5 dargestellt ist.
Die Abstandssensoren 6 senden abwechselnd einen Impuls aus. Dieser besteht mindestens aus einer Halbwelle eines Rechteck- oder Sinussignals (bevorzugt zehn Schwingungen im Rechteck) mit vorzugsweise einer Trägerfrequenz von 40 kHz.
Mit den beiden jeweils zum Sender S benachbarten Empfängern E wird die Zeit bis zum Eintreffen eines zurücklaufenden Echos gemessen, zufolge Überschreiten eines Schwellwertes mit einer Komparatorschaltung. Die Beziehung zwischen Abstand und gemessener Schalllaufzeit wird durch eine Geradengleichung bestimmt L = a × t/2+L_o wobei mit L der gemessene Abstand, mit a die Schallgeschwindigkeit, mit t die gemessene Schalllaufzeit und mit L_o der Offset bedingt durch den Abstand der Ultraschallwandler und das Ansprechverhalten der Wandler und Elektronik definiert ist (vgl. hierzu auch 7).
Wie weiter aus der Darstellung in 8 zu erkennen, ist durch den Anstieg des Empfangssignals nach einer Zeitfunktion (bspw. e^x) die gemessene Laufzeit t amplitudenabhängig, entsprechend abhängig vom Reflektionsgrad und der Größe des Objekts 11. Zur Korrektur dieses Fehlerwertes wird bevorzugt eine weitere Messgröße, bspw. die maximale Amplitude A oder die Steigung St, St' bei einem bestimmten Schwellwert des Empfangssignals gemessen und für eine rechnerische Korrektur verwendet. So wird bevorzugt eine Messung der Amplitude und Korrektur über eine e-Funktion, sowie die Messung der Steigung durch Messung einer zweiten Laufzeit bei einer geringfügig höheren Schwelle und Korrektur durch eine e-Funktion. In 8 ist das Echo eines größeren Objekts 11 mit O und das Echo eines kleineren Objekts 11 mit O' gekennzeichnet, wobei weiter mit K und K' eine erste und zweite Komparatorschwelle zur Bestimmung der Steigung St, St in Abhängigkeit von dem Echo O, O' bezeichnet ist. Das Bezugszeichen u stellt in 9 in Abhängigkeit von den Schnittpunkten zwischen den Komparatorschwellen K, K' und den Echosignalen großer und kleiner Objekte O, O' den Messfehler zwischen großen und kleinen Signalen dar.
Der elektrische Sendeimpuls wird durch eine Gegentaktstufe erzeugt, die einen Piezoschallwandler schwingen lässt. Die mechanischen Schwingungen des Wandlers erzeugen das akustische Signal. Letzteres wird durch die benachbarten Abstandssensoren 6 bzw. Piezowandler wieder aufgefangen. Nach einer ersten Verstärkung des Signals wird dieses bevorzugt demoduliert. Dieses Standardverfahren eliminiert das Trägersignal, wonach das Echosignal bevorzugt wirksam verstärkt wird und so für eine nachfolgende Auswertung deutlicher gemacht wird. Durch die Maßnahme ist eine kontinuierliche Signalauswertung möglich, dies bei hoher Qualität durch Steigerung der Empfindlichkeit. Anschließend wird das Signal mit zwei verschiedenen Referenzspannungen verglichen, wobei ein Vergleichsergebnis als digitales Signal an einen Prozessor weitergeleitet wird. Durch die Laufzeit von Impulsaussendung bis Echoeingang wird der Abstand bestimmt, über die Zeitdifferenz der beiden Komparatorschwellen K, K' die Steigung St, St des Echos O, O', wodurch eine Korrektur der Laufzeitmessung ermöglicht ist. Die beiden Komparatorschwellen K, K' sind bevorzugt in Form von zwei separaten Komparatoren oder alternativ als ein umschaltbarer Komparator aufgebaut.
Die 9 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei welcher zusätzlich zu einer in Verfahrrichtung r des Gerätes 1 bevorzugt vorgesehenen Hinderniserkennung bzw. Abstandsmessung zugleich auch eine Abstandsmessung mit Bezug auf den von dem Gerät 1 zu befahrenden Boden 5 nach vertikal oben erfolgt, um so einem Festfahren des Gerätes 1 beim Unterfahren von Hindernissen entgegenzuwirken.
Wie insbesondere aus der Ausschnittdarstellung in 9 zu erkennen, sind zumindest einem Teil der wandungsseitig vorgesehenen Austrittsschlitze 9 in radialer Zuordnung gerätehaubenoberseitig, im Betrieb des Gerätes 1 horizontal und somit bevorzugt bodenparallel ausgerichtete weitere Austrittsschlitze 9' zugeordnet, weiter insbesondere zwei parallel zueinander und mit Abstand zueinander verlaufende Austrittsschlitze 9. Auch diese Austrittsschlitze 9' weisen einen langgestreckt rechteckigen Grundriss auf, wobei die Längsseite eines jeden Austrittsschlitzes 9' bevorzugt parallel verläuft zu einer sich auf die Achse x beziehenden Radialen, die weiter bevorzugt eine Symmetrieachse für die Austrittsschlitze 9' darstellt. Die Austrittsschlitze 9 und 9' bilden Austrittsöffnungen T und T'.
Auch die die Oberkanten der Austrittsschlitze 9 umgebende Oberfläche der Gerätehaube 4 ist bevorzugt so gestaltet, dass sich Schallwellen nicht unmittelbar entlang der Haubenoberfläche ausbreiten können, wozu auch hier konzentrisch zur Anordnung der beiden Austrittsschlitze 9' verlaufende Strukturnuten 12 zur Ausformung einer Rippenstruktur vorgesehen sind. Die Tiefe, bevorzugt parallel zur Achse x betrachtet, entspricht bevorzugt einem Viertel der Wellenlänge der Schallwellen.
Wie weiter insbesondere aus 9 zu erkennen, sind bevorzugt nicht jedem wandungsseitigen Austrittsschlitz 9 haubenoberseitig Austrittsschlitze 9' zugeordnet.
Die Austrittsöffnungen 9' können in einer Ausgestaltung entsprechend den wandungsseitigen Austrittsschlitzen 9 mit Beugekanten 10 versehen sein.
Den einer Radialen zugeordneten oberflächenseitigen Austrittsschlitzen 9' sowie dem zugeordneten wandungsseitigen Austrittsschlitz 9 ist bevorzugt ein gemeinsamer Abstandssensor 6 zugeordnet, wobei auch hier weiter bevorzugt der Abstandssensor 6 als Ultraschallwandler ausgebildet ist, entsprechend weiter bevorzugt abwechselnd ansteuerbar ist zum Senden oder Empfangen von Ultraschallsignalen, weiter entsprechend abwechselnd einen Ultraschallsender S und einen Ultraschallempfänger E ausbildend.
Der Abstandssensor 6 ist in einer Sensoraufnahme 8 aufgenommen, mit einem sich an die Sensorfläche des Abstandssensors 6 anschließenden Kanal 13. Dieser Kanal 13 weist eine zentrale Achse y auf, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich bevorzugt die Rotationsachse der Sensoraufnahme 8 aufnimmt. Die Achse y erstreckt sich bevorzugt unter paralleler Ausrichtung zur zentralen Geräteachse x, beidseitig welcher Achse y oberflächenseitig der Gerätehaube 4 die Austrittsschlitze 9 angeordnet sind. Der Abstandssensor 6 ist entsprechend mit seiner Sensorfläche bevorzugt unmittelbar in Richtung auf die oberflächenseitigen Austrittsschlitze 9' gerichtet.
Innerhalb des Kanals 13 ist bevorzugt unmittelbar im Anschluss an die Sensorfläche des Abstandssensors 6 ein Reflektionselement 14 in Form einer Reflektorfläche vorgesehen. Diese erstreckt sich in einem bevorzugten Winkel von 45° zur Erstreckung der quer zur Achse y ausgerichteten Sensorfläche des Abstandssensors 6, zur Ablenkung von ausgesandten Schallwellen um 90° nach radial außen durch den zugeordneten wandungsseitigen Austrittsschlitz 9 bzw. zur entsprechenden Ablenkung der reflektierten und durch die Austrittsschlitze 9 einfallenden Schallwellen nach vertikal unten in Richtung Abstandssensor 6.
Das Reflektionselement 14 bzw. die hierdurch gebildete Reflektorfläche erstreckt sich hierbei nur über einen Teil einer Querschnittsfläche des Kanals 13, dies weiter mit Bezug auf eine Projektion auf eine Fläche senkrecht zur Ausrichtung der Achse y. So ist entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine mit Bezug auf die Querschnittsfläche mittige Anordnung des Reflektionselementes 14 vorgesehen, wobei beidseitig des Reflektionselementes 14 die Querschnittsfläche freigehalten ist. Das Reflektionselement 14 weist bevorzugt eine quer zur Längserstreckung desselben betrachtete Breite von 6 mm bis 10 mm, weiter bevorzugt 8 mm auf, deckt somit weiter bevorzugt in Hauptschallrichtung nach vertikal oben eine Fläche ab, die bevorzugt größer ist als die Summe der beidseitig verbleibenden freien Durchtrittsflächen.
Das sich quer durch den Kanal 13 erstreckende Reflektionselement 14 ist beidseitig flankiert von einer Trennwand 15, die sich bevorzugt ausgehend von dem Reflektionselement 14 in Betriebsstellung des Gerätes 1 nach vertikal unten bis zu der zugewandten Sensorfläche des Abstandssensors 6 erstrecken. Somit ist eine Unterteilung der Schallwellen in drei Kanalabschnitte erreicht, nämlich einen dem Reflektionselement 14 zugeordneten zentralen Kanalabschnitt und den zwei beidseitig desselben verbleibenden Kanalabschnitten, die in Erstreckungsrichtung der Achse y betrachtet sich weiter erstrecken bis zu den oberflächenseitigen Austrittsschlitzen 9'. Die Trennwände 15 weisen bevorzugt eine Wandungsstärke von 0,3 bis 0,7 mm, weiter bevorzugt 0,5 mm auf. Die durch diese Trennwände 15 abgeteilten Flächen bestimmen die Intensität des Schalls in den Kanalabschnitten. Hierdurch kann die Reichweite der unterschiedlichen Messeinrichtungen angepasst werden.
Über den mittleren, dem Reflektionselement 14 zugeordneten Kanalabschnitt wird die Messung in Verfahrrichtung r des Gerätes 1 bedient, welche bevorzugt eine Reichweite von maximal 100 mm bis 300 mm erfordert. Die flankierenden segmentartigen Kanalabschnitte werden zur Messung nach bevorzugt vertikal oben verwendet, wobei hier bevorzugt nur eine Reichweite von 40 bis 80 mm, weiter bevorzugt 50 mm über die Austrittsschlitze 9' hinaus erforderlich ist.
In der zeichnerisch dargestellten Lösung ist der Abstandssensor 6 vertikal eingebaut, so dass der Schall für den Unterfahrschutz direkt durch die zwei segmentartigen Kanalabschnitte beidseitig des Reflektionselements 14 über die Austrittsschlitze 9' ausgeleitet wird. Der Hauptteil wird über die um 45° geneigte Reflektionsfläche um 90° umgelenkt und in Verfahrrichtung r durch den Austrittsschlitz 9 ausgeleitet. Durch die Länge der Schallkanäle, weiter insbesondere durch die Länge der segmentartigen Kanalabschnitte in Richtung der oberflächenseitigen Austrittsschlitze 9' und durch die Länge des in Radialichtung sich erstreckenden, vom Kanal 13 senkrecht ausgehenden Kanals in Richtung Austrittsschlitz 9 kann die Gesamtlaufzeit in beiden Messrichtungen verändert werden. Hierdurch können die Laufzeiten, welche eine Reaktion des Gerätes 1 erfordern, aufeinander abgestimmt werden.
Beim Schallempfang wird über das Reflektionselement 14 der durch den wandungsseitigen Austrittsschlitz 9 einfallende Schall entsprechend zielgerichtet in Richtung auf den Abstandssensor 6 umgelenkt.
Weiter alternativ kann der Abstandssensor 6 auch so angeordnet sein, dass dessen Hauptschallanteil direkt über den wandungsseitigen Austrittsschlitz 9 geleitet wird, während der kleinere Schallanteil über ein Reflektionselement 14 nach vertikal oben in Richtung auf die oberflächenseitigen Austrittsschlitze 9' gelenkt wird.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Saug- und/oder Kehrgerät
2: Verfahrrad
3: Bürste
4: Gerätehaube
5: Boden
6: Abstandssensor
7: Wandung
8: Sensoraufnahme
9: Austrittsschlitz
9': Austrittsschlitz
10: Beugekante
11: Objekt
12: Strukturnut
13: Kanal
14: Reflektionselement
15: Trennwand
a: Abstandsmaß
b: Maximalmaß
c: Minimalmaß
d: Größtabmessung
r: Verfahrrichtung
t: Laufzeit
u: Messfehler
x: Achse
y: Achse
A: Amplitude
E: Empfänger
K: Komparatorschwelle
K: Komparatorschwelle
L: Schalllinie
O: Echo, großes Objekt
O': Echo, kleines Objekt
S: Sender
St: Steigung
St': Steigung
T: Austrittsöffnung
T': Austrittsöffnung
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10242257 A1 [0044]

Claims

Selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät (1) mit einem auf Ultraschallbasis ausgebildeten Abstandssensor (6), der zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet ist, wobei zufolge eines Austritts der Schallwellen durch einen Austrittsschlitz (9, 9') eine in Schlitzlängsrichtung geformte Erfassungscharakteristik ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsschlitz (9) vertikal ausgerichtet ist und die Erfassungscharakteristik so beeinflusst ist, dass bei einem horizontalen Abstand (a) von weniger als 100 mm bis hin zu weniger als 25 mm Objekte (11), die kleiner als 10 mm bis 30 mm und/oder beginnend in einer Höhe von mehr als 50 mm bis hin zu mehr als 150 mm sich zu erstrecken, nicht erfasst werden.
Selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsschlitz (9) horizontal ausgerichtet ist und die Empfangscharakteristik so beeinflusst ist, dass Objekte (11), die sich vertikal bezogen auf eine Oberkante des Austrittsschlitzes (9') ab einer Überhöhung von 40 mm oder mehr bis hin zu einer Überhöhung von 80 mm beginnen zu erstrecken, nicht erfasst werden.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass einem Ultraschallsender (S) in horizontaler Richtung beidseitig ein Ultraschallempfänger (E) zugeordnet ist.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine zentrale Achse (x) des Saug- und/oder Kehrgeräts (1) und bei einer Größtabmessung (d) des Saug- und/oder Kehrgeräts (1) in horizontaler Richtung von 200 bis 500 mm die Abstandssensoren (6), gesehen von der zentralen Achse (x), horizontal mit einem Winkel (α) von 15° bis 40° zueinander beabstandet sind.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuung der Schallwellen in der Breite größer ist als in der Höhe.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenfläche des Gehäuses, in welcher Fläche die Austrittsschlitze (9) ausgebildet sind, Strukturnuten (12) aufweist, die umgebend zu den Austrittsschlitzen (9) verlaufen.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strukturnut (12) eine Tiefe aufweist, die 1/8 bis 3/8 der Wellenlänge der Schallwellen entspricht.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturnuten (12) konzentrisch zu einem Austrittsschlitz (9) verlaufen.
Saug- und/oder Kehrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal mit Hilfe eines Korrekturwertes umgerechnet wird, wobei der Korrekturwert eine maximale Amplitude (A) oder die Steigung (St, St') der Amplitude (A) zwischen zwei vorgegebenen Schwellwerten (K, K') einschließt.
Abstandssensor (6) auf Ultraschallbasis, insbesondere für ein selbsttätig verfahrbares Saug- und/oder Kehrgerät (1), wobei ein Ultraschallsender (S) und/oder Ultraschallempfänger (E) vorgesehen ist, dem in Abstrahl- und/oder Empfangsrichtung ein Kanal (13) nach- bzw. vorgeordnet ist mit einer Austrittsöffnung (T) in Achsrichtung des Kanals (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (13) zwei bezogen auf die Achsrichtung sich in einem Winkel zueinander erstreckende Austrittsöffnungen (T, T') aufweist und dass ein Reflektionselement (14) vorgesehen ist, um einen Teil der Schallwellen entsprechend der weiteren Austrittsöffnungen (T') umzuleiten.
Abstandssensor nach Anspruch 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionselement (14) nur einen Teil einer Querschnittsfläche des Kanals (13) abdeckt.
Abstandssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionselement (14) eine Reflektorfläche ist.
Abstandssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionselement (14) eine Gitterfläche ist.