DE102015101148A1

DE102015101148A1 - Automatically movable device

Info

Publication number: DE102015101148A1
Application number: DE102015101148.4A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Strang
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-07-28
Also published as: ITUB20160202A1; CN105816105A; TW201635969A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein selbsttätig verfahrbares Gerät zur Bearbeitung einer Oberfläche, insbesondere Reinigungsroboter, mit einer optischen Messeinrichtung (3) zur Messung eines Abstandes zu einem Hindernis, wobei die optische Messeinrichtung (3) zumindest eine Lichtquelle (5), eine Kollimationsoptik (6), eine Umlenkoptik (7) und einen Lichtsensor aufweist. Um ein selbsttätig verfahrbares Gerät zu schaffen, dessen optische Messeinrichtung (5) leicht zu montieren ist und somit eine präzise und schnelle Montage ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Kollimationsoptik (6) und die Umlenkoptik (7) gemeinsam als ein monolithisches Bauteil (8) ausgebildet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein selbsttätig verfahrbares Gerät, bei welchem die Lichtquelle (5), die Kollimationsoptik (6) und die Umlenkoptik (7) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (9) angeordnet sind, wobei die Kollimationsoptik (6) mittels einer Fassung auf der Leiterplatte (9) gehaltert ist, welche Fassung auf der der Leiterplatte (9) zugewandten Seite einen Freiraum aufweist, in welcher die Lichtquelle (5) angeordnet ist, und wobei die Umlenkoptik (7) auf der der Leiterplatte (9) zugewandten Seite eine Aussparung (10) aufweist, in welcher die Fassung angeordnet ist.The invention relates to an automatically movable apparatus for processing a surface, in particular cleaning robot, with an optical measuring device (3) for measuring a distance to an obstacle, wherein the optical measuring device (3) at least one light source (5), a collimating optics (6), a deflection optics (7) and a light sensor. In order to provide an automatically movable device, the optical measuring device (5) is easy to assemble and thus enables a precise and quick installation, it is proposed that the collimating optics (6) and the deflection optics (7) together as a monolithic component (8) are formed. Furthermore, the invention relates to an automatically movable device in which the light source (5), the collimating optics (6) and the deflection optics (7) on a common circuit board (9) are arranged, wherein the collimating optics (6) by means of a socket on the Printed circuit board (9) is supported, which version on the circuit board (9) facing side has a free space in which the light source (5) is arranged, and wherein the deflection optics (7) on the circuit board (9) side facing a recess (10), in which the socket is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätig verfahrbares Gerät zur Bearbeitung einer Oberfläche, insbesondere einen Reinigungsroboter, mit einer optischen Messeinrichtung zur Messung eines Abstandes zu einem Hindernis, wobei die optische Messeinrichtung zumindest eine Lichtquelle, eine Kollimationsoptik, eine Umlenkoptik und einen Lichtsensor aufweist.The invention relates to an automatically movable device for processing a surface, in particular a cleaning robot, with an optical measuring device for measuring a distance to an obstacle, wherein the optical measuring device has at least one light source, a Kollimationsoptik, a deflection optics and a light sensor.

Selbsttätig verfahrbare Geräte der vorgenannten Art sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Diese dienen zur Bearbeitung, beispielsweise Reinigung, einer Oberfläche und können als Saugroboter, Wischroboter oder ähnliches ausgebildet sein. Üblicherweise sind die Geräte zur Messung eines Abstandes zu einem Hindernis mit einer optischen Messeinrichtung ausgestattet, welche beispielsweise nach einem Triangulationsverfahren arbeitet. Beim Befahren eines Raumes muss das Gerät Hindernisse wie beispielsweise Möbel oder Wände erkennen und durch angemessene Rangier- und Ausweichbewegungen umfahren. Bei der Annäherung an ein Hindernis veranlasst eine Steuer- und Auswerteeinrichtung das Stoppen der Antriebsräder und löst eine entsprechende Verhaltensstrategie aus. Für eine Hinderniserkennung rund um das Gerät ist die optische Messeinrichtung vorteilhaft drehbar angeordnet, so dass in einem Winkel von bis zu 360° gemessen werden kann.Automatically movable devices of the aforementioned type are well known in the art. These are used for processing, such as cleaning, a surface and can be designed as vacuum robots, wiping robot or the like. Usually, the devices for measuring a distance to an obstacle are equipped with an optical measuring device which operates, for example, according to a triangulation method. When driving in a room, the device must detect obstacles such as furniture or walls and avoid them by appropriate maneuvering and evasive movements. When approaching an obstacle, a control and evaluation device causes the stopping of the drive wheels and triggers a corresponding behavioral strategy. For an obstacle detection around the device, the optical measuring device is advantageously rotatably arranged so that it can be measured at an angle of up to 360 °.

Aus der DE 10 2009 023 066 A1 ist beispielsweise ein selbsttätig verfahrbares Gerät mit einer optischen Messeinrichtung bekannt, wobei eine Umlenkoptik mit einem Drehteil verbunden ist, welches mittels eines Elektromotors relativ zu dem Gehäuse des Gerätes rotierbar ist. Das Drehteil und damit auch die Umlenkoptik rotiert relativ zu einer separat angeordneten Kollimationsoptik. Von der Lichtquelle emittiertes Licht wird von der Kollimationsoptik aufgeweitet und gelangt auf die Umlenkoptik, wobei das Licht so umgelenkt wird, dass dieses im Wesentlichen innerhalb einer Messebene parallel zu einer zu bearbeitenden Oberfläche verläuft.From the DE 10 2009 023 066 A1 For example, an automatically movable device with an optical measuring device is known, wherein a deflection optics is connected to a rotary member which is rotatable relative to the housing of the device by means of an electric motor. The rotating part and thus also the deflection optics rotates relative to a separately arranged collimating optics. Light emitted by the light source is expanded by the collimation optics and reaches the deflection optics, the light being deflected in such a way that it runs essentially parallel to a surface to be machined within a measurement plane.

Obwohl sich die vorgenannten Geräte im Stand der Technik bewährt haben, ist die Herstellung, insbesondere Justage, der optischen Messeinrichtung sehr zeitaufwendig, da die optische Messeinrichtung aus einer Vielzahl von Einzelteilen, insbesondere einer separaten Kollimationsoptik und einer dazu beweglichen Umlenkoptik, besteht.Although the above-mentioned devices have proven themselves in the prior art, the production, in particular adjustment, of the optical measuring device is very time-consuming, since the optical measuring device consists of a large number of individual parts, in particular a separate collimating optics and a deflection optics movable with respect thereto.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbsttätig verfahrbares Gerät zu schaffen, dessen optische Messeinrichtung leicht zu montieren ist und somit eine präzise und schnelle Montage ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide an automatically movable device whose optical measuring device is easy to assemble and thus enables precise and quick installation.

Zur Lösung schlägt die Erfindung vor, dass die Kollimationsoptik und die Umlenkoptik gemeinsam als ein monolithisches Bauteil ausgebildet sind.To solve the invention proposes that the collimating optics and the deflection optics are formed together as a monolithic component.

Durch die Vereinigung der Funktionen Kollimation und Umlenkung innerhalb eines gemeinsamen monolithischen Bauteils wird die Anzahl der bei der Herstellung zu montierenden Bauteile verringert. Da es sich bisher bei der Kollimationsoptik und der Umlenkoptik um zwei optische Bauteile handelt, welche feinjustiert werden müssen, insbesondere auch relativ zueinander, entfällt nun ein erheblicher Arbeits- und damit auch Zeitaufwand. Die Kollimationsoptik und die Umlenkoptik sind gemäß der Erfindung inhärent relativ zueinander ausgerichtet. Dadurch sind in Folge auch Messfehler ausgeschlossen, welche durch eine mangelhafte Justage der Kollimationsoptik relativ zu der Umlenkoptik entstehen. Insgesamt wird somit ein selbsttätig verfahrbares Gerät geschaffen, bei welchem die optische Messeinrichtung besonders komfortabel und zeitsparend zu montieren ist und sich dadurch auch die Messgenauigkeit erhöht.By combining the functions of collimation and deflection within a common monolithic component, the number of components to be assembled during manufacture is reduced. Since so far in the collimating optics and the deflection optics are two optical components, which must be fine-tuned, especially relative to each other, now eliminates a considerable amount of work and thus time. The collimating optics and the deflection optics are inherently aligned relative to each other according to the invention. As a result, measurement errors are excluded as a result, which arise due to a poor adjustment of the collimating optics relative to the deflection optics. Overall, therefore, an automatically movable device is provided, in which the optical measuring device is to be mounted in a particularly comfortable and time-saving manner, thereby also increasing the measuring accuracy.

Es wird vorgeschlagen, dass das monolithische Bauteil aus Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Glas gefertigt ist. Das monolithische Bauteil ist bei Verwendung dieser Materialien fertigungstechnisch einfach zu handhaben. Beispielsweise können übliche Kunststoffspritzverfahren eingesetzt werden, um das monolithische Bauteil so auszubilden, dass es einerseits eine Kollimation und andererseits eine Umlenkung eines Lichtstrahls bewirkt. Beispielsweise kann ein erster Endbereich des monolithischen Bauteils eine konvexe Oberfläche für eintretendes Licht bereitstellen, während ein zweiter Endbereich des monolithischen Bauteils als Reflexionsfläche für das kollimierte Licht dient. Bei der Herstellung kann das monolithische Bauteil ohne Unterbrechung und insbesondere mit konstanten Materialparametern, wie beispielsweise dem Brechungsindex, gefertigt werden. Insofern werden die gewünschten optischen Funktionen durch eine entsprechende geometrische Gestaltung des monolithischen Bauteils erreicht. Alternativ kommt auch eine Herstellung des monolithischen Bauteils aus Glas in Frage, wobei das monolithische Bauteil dabei – wie andere Glasoptiken – durch spanabhebende Oberflächenbearbeitung hergestellt wird. In diesem Zusammenhang können bei der Herstellung des monolithischen Bauteils zusätzlich geometrische Gestaltungen berücksichtigt werden, welche zu einer besonders montagefreundlichen Handhabung der optischen Messeinrichtung beitragen. Beispielsweise können vorteilhafte Asymmetrien, Griffmulden, Klebefugen oder ähnliches in das monolithische Bauteil eingebracht werden. Im Falle eines Spritzgusses von PMMA oder auch PC kann folglich bereits die Spritzgussform entsprechende Elemente berücksichtigen.It is proposed that the monolithic component is made of polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or glass. The monolithic component is easy to handle using these materials in terms of manufacturing technology. For example, conventional plastic injection molding can be used to form the monolithic component so that it causes a collimation on the one hand and on the other hand, a deflection of a light beam. For example, a first end portion of the monolithic member may provide a convex surface for incoming light while a second end portion of the monolithic member serves as a reflection surface for the collimated light. During production, the monolithic component can be manufactured without interruption and in particular with constant material parameters, such as, for example, the refractive index. In this respect, the desired optical functions are achieved by a corresponding geometric design of the monolithic component. Alternatively, a production of the monolithic glass component comes into question, the monolithic component is - as other glass optics - produced by machining surface treatment. In this context, in the production of the monolithic component, additional geometric configurations can be taken into account, which contribute to a particularly easy-to-assemble handling of the optical measuring device. For example, advantageous asymmetries, recessed grips, glued joints or the like can be introduced into the monolithic component. Consequently, in the case of injection molding of PMMA or even PC, the injection mold can already take appropriate elements into account.

Mit Vorteil kann das monolithische Bauteil zumindest in Teilbereichen seiner Oberfläche eine Antireflexbeschichtung, Metallbeschichtung oder Absorptionsbeschichtung aufweisen. Beispielsweise empfiehlt sich eine Antireflexbeschichtung an denjenigen Oberflächenbereichen des monolithischen Bauteils, in welchen das von der Lichtquelle emittierte Licht ein- bzw. austritt. Hierdurch wird verhindert, dass das eintretende bzw. austretende Licht gestreut wird und somit die Intensität des für die Messung benötigten Lichtes geschwächt wird. In dem Endbereich des monolithischen Bauteils, welcher als Umlenkoptik funktioniert, empfiehlt sich eine hochreflektierende Beschichtung, beispielsweise eine Metallbeschichtung, so dass ein möglichst großer Anteil des von der Lichtquelle emittierten Lichtes zur Messung beiträgt. Darüber hinaus kann eine Absorptionsbeschichtung in denjenigen Oberflächenbereichen des monolithischen Bauteils vorgesehen sein, welche nicht im Strahlengang des Messlichtes liegen. Insbesondere kann die Absorptionsbeschichtung auf die Wellenlänge bzw. den Wellenlängenbereich eines Umgebungslichtes abgestimmt sein, so dass Fremdlicht, welches nicht zum Messergebnis beiträgt, nicht in den Strahlengang gelangt. Des Weiteren kann eine Absorbtionsbeschichtung auch in denjenigen Oberflächenbereichen des monolithischen Bauteils vorgesehen sein, welche im Strahlengang des Messlichts liegen und somit die Funktion einer optischen Blende erfüllen. Advantageously, the monolithic component may have an antireflection coating, metal coating or absorption coating at least in partial areas of its surface. For example, an antireflection coating on those surface regions of the monolithic component in which the light emitted by the light source enters or exits is recommended. This prevents that the entering or emerging light is scattered and thus the intensity of the light required for the measurement is weakened. In the end region of the monolithic component, which functions as deflection optics, a highly reflective coating, for example a metal coating, is recommended, so that the largest possible proportion of the light emitted by the light source contributes to the measurement. In addition, an absorption coating may be provided in those surface areas of the monolithic component which are not in the beam path of the measurement light. In particular, the absorption coating can be matched to the wavelength or the wavelength range of an ambient light, so that extraneous light, which does not contribute to the measurement result, does not enter the beam path. Furthermore, an absorption coating can also be provided in those surface regions of the monolithic component which lie in the beam path of the measuring light and thus fulfill the function of an optical diaphragm.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das monolithische Bauteil und die Lichtquelle auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Insbesondere kann die Leiterplatte alle Komponenten der optischen Messeinrichtung tragen, so dass es möglich ist, die optische Messeinrichtung vor der Montage in dem selbsttätig verfahrbaren Gerät vollständig vorzumontieren. Die Herstellung wird somit insgesamt montagefreundlicher, wobei durch den besseren Zugriff auf die Leiterplatte während der Vormontage eine komfortablere Anordnung der Lichtquelle, des monolithischen Bauteils und gegebenenfalls auch des Lichtsensors möglich ist. Der Lichtsensor kann vorteilhaft ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet sein, vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Lichtquelle, so dass das von dem Hindernis zurückreflektierte Licht nach Durchlaufen des monolithischen Bauteils auf den Lichtsensor trifft. Vorteilhaft ist der Lichtsensor beispielsweise ringförmig ausgebildet und im optischen Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem monolithischen Bauteil angeordnet. Ebenso ist es auch möglich, das von dem Hindernis rückreflektierte Licht durch einen im Strahlengang angeordneten Umlenkspiegel, beispielsweise einen Teilerspiegel, umzulenken, so dass der Lichtsensor auch außerhalb des Hauptstrahlengangs angeordnet sein kann.Furthermore, it is provided that the monolithic component and the light source are arranged on a common printed circuit board. In particular, the printed circuit board can carry all components of the optical measuring device, so that it is possible to completely pre-assemble the optical measuring device prior to assembly in the automatically movable device. The production is thus generally easier to install, with a better access to the circuit board during pre-assembly a more comfortable arrangement of the light source, the monolithic component and optionally also of the light sensor is possible. The light sensor can advantageously also be arranged on the circuit board, preferably in the immediate vicinity of the light source, so that the light reflected back from the obstacle strikes the light sensor after passing through the monolithic component. Advantageously, the light sensor is, for example, annular and arranged in the optical beam path between the light source and the monolithic component. Likewise, it is also possible for the light reflected back from the obstacle to be deflected by a deflecting mirror arranged in the beam path, for example a divider mirror, so that the light sensor can also be arranged outside the main beam path.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das monolithische Bauteil und/oder die Lichtquelle auf die Leiterplatte geklebt ist. Insbesondere kann die Leiterplatte und/oder das monolithische Bauteil und/oder die Lichtquelle zu diesem Zweck einen oder mehrere Klebespalte aufweisen, welche mit Kleber, insbesondere UV-aushärtendem Kleber, gefüllt sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Teilbereich eines dieser Elemente in diesen Klebespalt hineinragt. Beispielsweise kann ein an dem monolithischen Bauteil angeordneter Vorsprung in einen Klebespalt der Leiterplatte hineingreifen. Durch Bewegung der miteinander zu verbindenden Elemente lässt sich eine optimale Justage der optischen Messeinrichtung erreichen. Die Größe eines Klebespaltes kann typischerweise eine Weite von 0,05 mm bis 0,2 mm aufweisen. Vorteilhaft ist dabei auch, wenn ein Vorsprung eines ersten Elementes und ein Klebespalt, oder allgemein auch Montagespalt, eines zweiten Elementes in der Art miteinander korrespondieren, dass diese nur in einer bestimmten Orientierung zueinander ausgerichtet werden können. Insgesamt ergibt sich somit eine wirksame Hilfe während der Montage.Furthermore, it is proposed that the monolithic component and / or the light source is glued to the printed circuit board. In particular, the circuit board and / or the monolithic component and / or the light source for this purpose have one or more adhesive gaps, which are filled with adhesive, in particular UV-curing adhesive. It can also be provided that a subregion of one of these elements projects into this adhesive gap. For example, a projection arranged on the monolithic component can reach into an adhesive gap of the printed circuit board. By moving the elements to be joined together, an optimal adjustment of the optical measuring device can be achieved. The size of an adhesive gap may typically have a width of 0.05 mm to 0.2 mm. It is also advantageous if a projection of a first element and an adhesive gap, or generally also assembly gap, of a second element correspond to one another in such a way that they can only be aligned with one another in a specific orientation. Overall, this results in an effective help during assembly.

Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das monolithische Bauteil auf der der Leiterplatte zugewandten Seite eine Aussparung aufweist, in welcher die Lichtquelle angeordnet ist. In diesem Sinne weist das monolithische Bauteil in einem Querschnitt eine U-Form auf, wobei die Lichtquelle unter dem monolithischen Bauteil, d. h. zwischen den Schenkeln des U, angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung wird insgesamt eine platzsparende Anordnung der Lichtquelle und des monolithischen Bauteils auf der Leiterplatte erreicht. Etwaige separate Fassungen zur Halterung des monolithischen Bauteils auf der Leiterplatte und relativ zu der Lichtquelle entfallen dabei, so dass die Justage der Elemente zueinander auf ein Mindestmaß reduziert wird.In addition, it is provided that the monolithic component on the side facing the circuit board has a recess in which the light source is arranged. In this sense, the monolithic component has a U-shape in a cross-section, the light source under the monolithic component, d. H. between the legs of the U, is arranged. As a result of this configuration, a space-saving arrangement of the light source and of the monolithic component on the printed circuit board is achieved overall. Any separate versions for holding the monolithic component on the circuit board and relative to the light source omitted, so that the adjustment of the elements is reduced to each other to a minimum.

Neben der zuvor dargestellten ersten Ausführungsform eines selbsttätig verfahrbaren Gerätes wird mit der Erfindung ebenfalls eine alternative, zweite Ausführungsvariante vorgeschlagen, bei welcher das selbsttätig verfahrbare Gerät eine optische Messeinrichtung aufweist, bei welcher die Lichtquelle, die Kollimationsoptik und die Umlenkoptik auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind, wobei die Kollimationsoptik mittels einer Fassung auf der Leiterplatte gehaltert ist, welche Fassung auf der der Leiterplatte zugewandten Seite einen Freiraum aufweist, in welcher die Lichtquelle angeordnet ist, und wobei die Umlenkoptik auf der der Leiterplatte zugewandten Seite eine Aussparung aufweist, in welcher die Fassung angeordnet ist.In addition to the previously described first embodiment of an automatically movable device, the invention likewise proposes an alternative, second embodiment in which the automatically movable device has an optical measuring device in which the light source, the collimation optics and the deflection optics are arranged on a common printed circuit board, wherein the collimating optics is mounted on the printed circuit board by means of a socket, which socket on the side facing the printed circuit board has a free space in which the light source is arranged, and wherein the deflection optics on the side facing the printed circuit board has a recess in which the socket is arranged is.

Bei dieser Ausführungsvariante sind die Kollimationsoptik und die Umlenkoptik als zwei separate Elemente ausgebildet, wobei diese auch hier gemeinsam so auf der Leiterplatte angeordnet sind, dass diese einen möglichst geringen Bauraum beanspruchen, gleichzeitig die Lichtquelle integrieren und ebenfalls auch möglichst wenige einzelne Montageschritte bei der Herstellung der optischen Messeinrichtung erfordern. Insbesondere sind die einzelnen Elemente, d. h. die Kollimationsoptik, die Umlenkoptik, die Lichtquelle und gegebenenfalls auch der Lichtsensor, so ausgebildet, dass eine schnelle und fehlerfreie Montage und Justage der Elemente zueinander möglich ist. Von der Leiterplatte aus betrachtet ist zunächst die Lichtquelle auf der Leiterplatte angeordnet. Diese Lichtquelle ist in einen Freiraum einer die Kollimationsoptik halternden Fassung eingebracht. Dabei kann die Fassung vorteilhaft zylindrisch ausgebildet sein, so dass die Lichtquelle auf der Zylinderachse angeordnet ist und die optische Achse der Kollimationsoptik mit der Zylinderachse übereinstimmt. Die Fassung wiederum ist in einer Aussparung der Umlenkoptik angeordnet, wobei die Umlenkoptik in einem Querschnitt parallel zu der Zylinderachse eine U-förmige Grundform aufweist, so dass die Fassung zwischen die beiden Schenkel des U aufgenommen ist. Die Umlenkoptik ist dabei wie üblich so ausgebildet, dass diese eine Reflexionsfläche für das von der Lichtquelle emittierte Licht bereitstellt.In this embodiment, the collimating optics and the deflection optics are formed as two separate elements, wherein these are also arranged here together on the circuit board, that these require the least possible space, at the same time integrate the light source and also require as few individual assembly steps in the production of the optical measuring device. In particular, the individual elements, ie the collimating optics, the deflection optics, the light source and possibly also the light sensor, are designed so that a quick and error-free assembly and adjustment of the elements to each other is possible. Viewed from the circuit board from the first light source is arranged on the circuit board. This light source is introduced into a free space of a holder supporting the collimation optics. In this case, the socket can be advantageously cylindrical, so that the light source is arranged on the cylinder axis and the optical axis of the collimating optics coincides with the cylinder axis. The socket in turn is arranged in a recess of the deflection optics, wherein the deflection optics in a cross section parallel to the cylinder axis has a U-shaped basic shape, so that the socket is received between the two legs of the U. As usual, the deflection optics are designed so that they provide a reflection surface for the light emitted by the light source.

Auch in Bezug auf diese Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass die Kollimationsoptik und/oder die Umlenkoptik zumindest in Teilbereichen ihrer Oberfläche eine Antireflexbeschichtung, eine Metallbeschichtung oder eine Absorptionsbeschichtung aufweist. Die damit erreichbaren Vorteile ergeben sich wie zuvor in Bezug auf eine Beschichtung des monolithischen Bauteils der ersten Ausführungsform erläutert.It is also advantageous with respect to this embodiment that the collimation optics and / or the deflection optics have an antireflection coating, a metal coating or an absorption coating, at least in partial areas of their surface. The achievable advantages result as previously explained with respect to a coating of the monolithic component of the first embodiment.

Sowohl in Bezug auf die erste Ausführungsform mit einem monolithischen Bauteil, als auch in Bezug auf die zweite Ausführungsform mit separater Kollimationsoptik und Umlenkoptik ist es vorteilhaft, dass die Umlenkoptik ein Prisma ist und/oder dass die Kollimationsoptik eine Linse ist. In dem Falle der ersten Ausführungsform ist das monolithische Bauteil so ausgebildet, dass ein erster Endbereich des monolithischen Bauteils als Linse ausgebildet ist, welche eine konvexe Oberfläche für das von der Lichtquelle emittierte Licht bereitstellt, und ein zweiter Endbereich als Prisma ausgebildet ist, welcher eine Reflexionsfläche aufweist. Durch den linsenartigen ersten Endbereich tritt das Licht in das monolithische Bauteil ein und gelangt in den monolithisch mit der Linse ausgebildeten zweiten Endbereich, welcher die Reflexionsfläche bereitstellt. Zur Bereitstellung der Reflexionsfläche kann der zweite Endbereich die Form eines Umlenkprismas aufweisen, so dass das in einem 45° Winkel zu der Reflexionsfläche propagierende Licht insgesamt um 90° umgelenkt wird.Both with regard to the first embodiment with a monolithic component, and with respect to the second embodiment with separate collimation optics and deflection optics, it is advantageous for the deflection optics to be a prism and / or for the collimation optics to be a lens. In the case of the first embodiment, the monolithic member is formed such that a first end portion of the monolithic member is formed as a lens providing a convex surface for the light emitted from the light source, and a second end portion is formed as a prism having a reflection surface having. The light enters the monolithic component through the lens-like first end region and enters the monolithically formed with the second end portion, which provides the reflection surface. In order to provide the reflection surface, the second end region may have the form of a deflecting prism, so that the light propagating at a 45 ° angle to the reflection surface is deflected by a total of 90 °.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. Show it:

1: ein selbsttätig verfahrbares Gerät in perspektivischer Ansicht, 1 : an automatically movable device in perspective view,

2: das selbsttätig verfahrbare Gerät mit einer optischen Messeinrichtung in einer geschnittenen Ansicht, 2 : the automatically movable device with an optical measuring device in a sectional view,

3: eine erste Ausführungsform einer optischen Messeinrichtung in geschnittener Ansicht, 3 FIG. 1 shows a first embodiment of an optical measuring device in a sectional view, FIG.

4: die optische Messeinrichtung in einer perspektivischen Seitenansicht, 4 : the optical measuring device in a perspective side view,

5: die optische Messeinrichtung in einer Seitenansicht, 5 : the optical measuring device in a side view,

6: eine zweite Ausführungsform einer optischen Messeinrichtung in einer Seitenansicht, 6 FIG. 2: a second embodiment of an optical measuring device in a side view, FIG.

7: eine dritte Ausführungsform einer optischen Messeinrichtung in einer geschnittenen Ansicht, 7 FIG. 3: a third embodiment of an optical measuring device in a sectional view, FIG.

8: eine optische Messeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung in geschnittener Darstellung, 8th FIG. 2 is a sectional view of an optical measuring device according to another embodiment of the invention; FIG.

9: die optische Messeinrichtung gemäß 8 in einer perspektivischen Ansicht. 9 : the optical measuring device according to 8th in a perspective view.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes selbsttätig verfahrbares Gerät 1, welches als Reinigungsroboter ausgebildet ist. Das Gerät 1 verfügt über eine optische Messeinrichtung 3, mit welcher Hindernisse 4 auf einer zu reinigenden Oberfläche 2 erkannt werden können. Die optische Messeinrichtung 3 dient beispielsweise zur Messung eines Abstandes des Gerätes 1 zu dem Hindernis 4 mittels eines Triangulationsverfahrens. Dabei ist das Gerät 1 so ausgebildet, dass eine Messung über einen Umfangswinkel von 360° möglich ist. Hierzu ist ein Drehteil 15, welches zumindest einen Teil der optischen Messeinrichtung 3 aufnimmt, außerhalb des Gerätes 1 angeordnet und um eine Drehachse x rotierbar. Dadurch wird das von einer Lichtquelle 5 emittierte Licht durch eine Öffnung 16 vorteilhaft parallel zu der zu reinigenden Oberfläche 2 geführt, so dass eine entsprechende Detektion von Hindernissen 4 stattfinden kann. 1 shows an inventive self-moving device 1 , which is designed as a cleaning robot. The device 1 has an optical measuring device 3 with which obstacles 4 on a surface to be cleaned 2 can be recognized. The optical measuring device 3 For example, it is used to measure a distance of the device 1 to the obstacle 4 by means of a triangulation method. Here is the device 1 designed so that a measurement over a circumferential angle of 360 ° is possible. This is a turned part 15 which comprises at least a part of the optical measuring device 3 picks up, outside the device 1 arranged and rotatable about a rotation axis x. This is what a light source does 5 emitted light through an opening 16 advantageous parallel to the surface to be cleaned 2 guided, so a corresponding detection of obstacles 4 can take place.

2 zeigt die in dem Gerät 1 angeordnete optische Messeinrichtung 3. Diese weist eine Lichtquelle 5, beispielsweise eine Laserdiode, ein monolithisches Bauteil 8 sowie eine Leiterplatte 9 auf, welche mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 17 verbunden ist. Die optische Messeinrichtung 3 ist drehfest mit dem Drehteil 15 verbunden, welches Drehteil 15 mittels eines Motors 13 und eines Getriebes 14 um 360° um die Drehachse x rotierbar ist. Daneben weist die optische Messeinrichtung 3 einen Lichtsensor auf, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist. Dieser Lichtsensor kann entweder ebenfalls auf der Leiterplatte 9 oder davon losgelöst angeordnet sein. Das gezeigte monolithische Bauteil 8 weist einen ersten Endbereich auf, welcher als Kollimationsoptik 6 ausgebildet ist und einen zweiten Endbereich, welcher als Umlenkoptik 7 ausgebildet ist. 2 shows the in the device 1 arranged optical measuring device 3 , This has a light source 5 , For example, a laser diode, a monolithic component 8th and a circuit board 9 on, which with an evaluation and control device 17 connected is. The optical measuring device 3 is non-rotatable with the rotating part 15 connected, which turned part 15 by means of a motor 13 and a gearbox 14 can be rotated 360 ° about the axis of rotation x. In addition, the optical measuring device 3 a light sensor which is not in the figures is shown. This light sensor can either also on the circuit board 9 or be detached from it. The monolithic component shown 8th has a first end portion, which as Kollimationsoptik 6 is formed and a second end portion, which as Umlenkoptik 7 is trained.

Die optische Messeinrichtung 3 gemäß dieser gezeigten Ausführungsvariante funktioniert so, dass die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 während einer Fahrt des Gerätes 1 ein Signal zur Emission von Licht an die Lichtquelle 5 übermittelt. Ebenso veranlasst die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 den Motor 13 zur Betätigung des Getriebes 14, woraufhin die drehfest mit dem Drehteil 15 verbundene Leiterplatte 9 rotiert. Entsprechend dem aktuellen Drehwinkel der optischen Messeinrichtung 3 verlässt das von der Lichtquelle 5 emittierte Licht die innerhalb des Drehteils 15 angeordnete Öffnung 16 in eine andere Richtung parallel zu der Oberfläche 2, so dass eine Messung nach Hindernissen 4 rundum das Gerät 1 möglich ist. Sofern mittels der optischen Messeinrichtung 3 ein nahendes Hindernis 4 erkannt wird, veranlasst die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 ein Anhalten oder eine Richtungsänderung des Gerätes 1.The optical measuring device 3 According to this embodiment variant shown works so that the evaluation and control device 17 during a ride of the device 1 a signal to emit light to the light source 5 transmitted. Likewise causes the evaluation and control device 17 the engine 13 for actuating the gearbox 14 , whereupon the rotationally fixed with the rotating part 15 connected circuit board 9 rotates. According to the current angle of rotation of the optical measuring device 3 leaves that from the light source 5 emitted light within the rotating part 15 arranged opening 16 in a different direction parallel to the surface 2 , making a measurement for obstacles 4 all around the device 1 is possible. If by means of the optical measuring device 3 an approaching obstacle 4 is detected causes the evaluation and control device 17 a stop or a change of direction of the device 1 ,

Die 3 bis 7 zeigen Ausführungsformen einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung, bei welcher die Kollimationsoptik 6 und die Umlenkoptik 7 als ein gemeinsames monolithisches Bauteil 8 ausgebildet sind.The 3 to 7 show embodiments of a first embodiment of the invention, in which the Kollimationsoptik 6 and the deflection optics 7 as a common monolithic component 8th are formed.

3 zeigt einen Schnitt durch die optische Messeinrichtung 3, wobei die auf der Leiterplatte 9 angeordnete Lichtquelle 5 Licht auf den als Kollimationsoptik 6 ausgebildeten Endbereich des monolithischen Bauteils 8 emittiert. Durch die gekrümmte Fläche der Kollimationsoptik 6 wird das Lichtbündel kollimiert und gelangt zu der Umlenkoptik 7, wo dieses in einem 90° Winkel reflektiert wird und das monolithische Bauteil 8 wieder verlässt. Erkennbar ist die Lichtquelle 5 in der dargestellten Bildebene unter dem monolithischen Bauteil 8 angeordnet, wobei zwischen der Leiterplatte 9 und dem monolithischen Bauteil 8 eine Aussparung 10 gegeben ist, in welcher die Lichtquelle 5 angeordnet ist. 3 shows a section through the optical measuring device 3 taking the on the circuit board 9 arranged light source 5 Light on the as Kollimationsoptik 6 trained end portion of the monolithic component 8th emitted. Through the curved surface of the collimation optics 6 the light beam is collimated and reaches the deflection optics 7 where this is reflected at a 90 ° angle and the monolithic component 8th leaves again. Visible is the light source 5 in the illustrated image plane under the monolithic component 8th arranged, being between the circuit board 9 and the monolithic component 8th a recess 10 is given, in which the light source 5 is arranged.

4 zeigt eine perspektivische Außenansicht der optischen Messeinrichtung 3 gemäß 3. Zu erkennen ist die U-förmige Ausbildung des monolithischen Bauteils 8, wobei sich die beiden Schenkel der U-Form jeweils auf einer Seite der Lichtquelle 5 befinden. 4 shows an external perspective view of the optical measuring device 3 according to 3 , Evident is the U-shaped design of the monolithic component 8th , wherein the two legs of the U-shape in each case on one side of the light source 5 are located.

5 zeigt eine entsprechende Seitenansicht der optischen Messeinrichtung 3 von der der Reflektionsfläche der Umlenkoptik 7 abgewandten Seite. 5 shows a corresponding side view of the optical measuring device 3 from the reflection surface of the deflection optics 7 opposite side.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher das monolithische Bauteil 8 mittels einer Klebeverbindung mit der Leiterplatte 9 verbunden ist. Sowohl die Leiterplatte 9 als auch das monolithische Bauteil 8 weisen Klebespalte 18 auf, in welche auf die Leiterplatte 9 bzw. das monolithische Bauteil 8 aufgebrachter Kleber eindringen kann, um an der gewünschten Stelle für eine Verbindung zur Verfügung zu stehen. Der Klebespalt 18 verläuft beispielsweise nutförmig innerhalb der Leiterplatte 9 und/oder des monolithischen Bauteils 8. Während der Verbindung des monolithischen Bauteils 8 mit der Leiterplatte 9 ist der in die Klebespalte 18 eingebrachte Kleber noch flüssig, so dass eine Justage der beiden Elemente zueinander erfolgen kann. So dann wird der Kleber ausgehärtet, beispielsweise durch Aushärtung mittels UV-Licht. 6 shows a further embodiment in which the monolithic component 8th by means of an adhesive bond with the circuit board 9 connected is. Both the circuit board 9 as well as the monolithic component 8th have adhesive gaps 18 on, in which on the circuit board 9 or the monolithic component 8th Applied adhesive can penetrate to be available at the desired location for a connection. The glue gap 18 runs, for example, groove-shaped within the circuit board 9 and / or the monolithic component 8th , During the connection of the monolithic component 8th with the circuit board 9 is the one in the glue column 18 introduced adhesive still liquid, so that an adjustment of the two elements can be done to each other. So then the adhesive is cured, for example by curing by means of UV light.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher das monolithische Bauteil 8 an Befestigungslöchern 19 der Leiterplatte 9 befestigt ist. Dabei können an dem monolithischen Bauteil 8 Vorsprünge ausgebildet sein, welche in die Befestigungslöcher 19 hineingreifen. Vorteilhaft können als Befestigungsloch 19 vertikale elektrisch leitende Verbindungen (VIA) der Leiterplatte 9 verwendet werden. 7 shows a further embodiment in which the monolithic component 8th at mounting holes 19 the circuit board 9 is attached. In this case, on the monolithic component 8th Projections formed in the mounting holes 19 hineingreifen. Can advantageously as a mounting hole 19 vertical electrically conductive connections (VIA) of the printed circuit board 9 be used.

Die 8 und 9 zeigen eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, bei welcher die optische Messeinrichtung 3 eine Kollimationsoptik 6 und eine dazu separat ausgebildete Umlenkoptik 7 aufweist.The 8th and 9 show a second embodiment of the invention, in which the optical measuring device 3 a collimation optics 6 and a separately formed deflection optics 7 having.

Gemäß dieser Ausführungsvariante ist die Kollimationsoptik 6 eine Linse, welche in einer Fassung 11 gehaltert ist. Die Fassung 11 ist zylindrisch ausgebildet und steht mit einer Stirnseite auf der Leiterplatte 9. Zur Verbindung der Fassung 11 mit der Leiterplatte 9 ist ebenfalls wieder eine Klebeverbindung vorgesehen. Diese Klebeverbindung kann ebenfalls die Lichtquelle 5 mit der Leiterplatte 9 verbinden. Mittels der Fassung 11 sind die Kollimationsoptik 6 und auch die Lichtquelle 5 so zueinander ausgerichtet, dass die Flächennormale der Austrittsöffnung der Lichtquelle 5 auf der optischen Achse der Kollimationsoptik 6 liegt. Die Lichtquelle 5 befindet sich innerhalb eines Freiraums 12 der Fassung 11, welcher einerseits von der Kollimationsoptik 6 und andererseits von der Leiterplatte 9 begrenzt ist. Die Fassung 11 wiederum ist in einer Aussparung 10 der Umlenkoptik 7 angeordnet, welche U-förmig ausgebildet ist. Gemäß 9 ist zu erkennen, dass die Fassung 11 in der von den Schenkeln der U-förmigen Umlenkoptik 7 begrenzten Aussparung 10 angeordnet ist. Bei der Herstellung dieser optischen Messeinrichtung 3 ist zunächst die Lichtquelle 5 auf der Leiterplatte 9 anzuordnen, sodann kann die Fassung 11, gegebenenfalls mitsamt der Kollimationsoptik 6, darüber angeordnet werden und anschließend die Umlenkoptik 7 auf die Leiterplatte 9 montiert werden.According to this embodiment, the collimation optics 6 a lens, which in a version 11 is held. The version 11 is cylindrical and stands with a front side on the circuit board 9 , To connect the socket 11 with the circuit board 9 is again provided an adhesive connection. This adhesive bond can also be the light source 5 with the circuit board 9 connect. By means of the version 11 are the collimation optics 6 and also the light source 5 aligned with each other so that the surface normal of the outlet opening of the light source 5 on the optical axis of the collimation optics 6 lies. The light source 5 is located within a free space 12 the version 11 , which on the one hand by the Kollimationsoptik 6 and on the other hand, from the circuit board 9 is limited. The version 11 in turn is in a recess 10 the deflection optics 7 arranged, which is U-shaped. According to 9 it can be seen that the version 11 in the of the legs of the U-shaped deflection optics 7 limited recess 10 is arranged. In the manufacture of this optical measuring device 3 is first the light source 5 on the circuit board 9 to arrange, then the version 11 , optionally together with the collimation optics 6 Be arranged above it and then the deflection optics 7 on the circuit board 9 to be assembled.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gerätdevice
22: Oberflächesurface
33: Optische MesseinrichtungOptical measuring device
44: Hindernisobstacle
55: Lichtquellelight source
66: Kollimationsoptikcollimating optics
77: Umlenkoptikdeflecting
88th: Monolithisches BauteilMonolithic component
99: Leiterplattecircuit board
1010: Aussparungrecess
1111: Fassungversion
1212: Freiraumfree space
1313: Motorengine
1414: Getriebetransmission
1515: Drehteilturned part
1616: Öffnungopening
1717: Auswerte- und SteuereinrichtungEvaluation and control device
1818: Klebespaltbonding gap
1919: Befestigungslochmounting hole
xx: Drehachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009023066 A1 [0003]

Claims

Automatically movable device ( 1 ) for processing a surface ( 2 ), in particular cleaning robots, with an optical measuring device ( 3 ) for measuring a distance to an obstacle ( 4 ), wherein the optical measuring device ( 3 ) at least one light source ( 5 ), a collimation optics ( 6 ), a deflection optics ( 7 ) and a light sensor, characterized in that the collimation optics ( 6 ) and the deflection optics ( 7 ) together as a monolithic component ( 8th ) are formed.

Device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the monolithic component ( 8th ) is made of polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or glass.

Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the monolithic component ( 8th ) has an antireflection coating, metal coating or absorption coating at least in partial areas of its surface.

Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the monolithic component ( 8th ) and the light source ( 5 ) on a common printed circuit board ( 9 ) are arranged.

Device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the monolithic component ( 8th ) and / or the light source ( 5 ) on the printed circuit board ( 9 ) is glued.

Device ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the monolithic component ( 8th ) on the circuit board ( 9 ) facing side a recess ( 10 ), in which the light source ( 5 ) is arranged.

Automatically movable device ( 1 ) for processing a surface ( 2 ), in particular cleaning robots, with an optical measuring device ( 3 ) for measuring a distance to an obstacle ( 4 ), wherein the optical measuring device ( 3 ) at least one light source ( 5 ), a collimation optics ( 6 ), a deflection optics ( 7 ) and a light sensor, characterized in that the light source ( 5 ), the collimation optics ( 6 ) and the deflection optics ( 7 ) on a common printed circuit board ( 9 ), wherein the collimation optics ( 6 ) by means of a version ( 11 ) on the printed circuit board ( 9 ), which version ( 11 ) on the circuit board ( 9 ), a free space ( 12 ), in which the light source ( 5 ), and wherein the deflection optics ( 7 ) on the circuit board ( 9 ) facing side a recess ( 10 ), in which the socket ( 11 ) is arranged.

Device ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the collimation optics ( 6 ) and / or the deflection optics ( 7 ) has an antireflection coating, metal coating or absorption coating at least in partial areas of its surface.

Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the deflecting optics ( 7 ) is a prism.

Device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the collimation optics ( 6 ) is a lens.