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Die Erfindung betrifft ein selbstfahrendes und treppengängiges Bodenreinigungsgerät zum automatisierten Reinigen eines Bodens, das ein Antriebssystem zur Bewegung des Bodenreinigungsgeräts über die zu reinigende Bodenfläche und eine Gerätesteuerung, die das Bodenreinigungsgerät entlang eines Fahrwegs steuert, aufweist. Das Bodenreinigungsgerät ist zur Überwindung von Stufen bzw. Treppen eingerichtet. Zum Anheben des Gehäuses über die Bodenfläche beim Überwinden von Stufen bzw. Treppen sind an dem Gehäuse ein vorderes Hebewerk und ein hinteres Hebewerk angeordnet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwinden einer Stufe durch ein derartiges selbstfahrendes Bodenreinigungsgerät.
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Selbstfahrende Bodenreinigungsgeräte dienen der automatisierten Reinigung von Bodenflächen. Sie sind beispielsweise als Staubsauger ausgebildet, die dann üblicherweise als Saugroboter bezeichnet werden. Es sind aber auch selbstfahrende Bodenreinigungsgeräte zum Wischen von glatten Bodenbelägen bekannt.
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Die selbstfahrenden Bodenreinigungsgeräte weisen üblicherweise ein Antriebssystem auf, bei dem zwei voneinander beabstandete Antriebsräder unabhängig voneinander mit gegebenenfalls unterschiedlichen Drehzahlen und Drehrichtungen angetrieben werden. Durch die voneinander unabhängige Ansteuerung der Drehrichtungen und Drehgeschwindigkeiten der Antriebsräder kann das Bodenreinigungsgerät beliebige Bewegungen auf der zu reinigenden Fläche ausführen.
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Um eine Reinigung auch unter Möbeln, beispielsweise auch unter Tischen, Stühlen oder auch einem Sofa durchführen zu können, weisen die Bodenreinigungsgeräte bevorzugt eine möglichst geringe Bauhöhe auf. Die geringe Bauhöhe schränkt den Durchmesser der eingesetzten Räder ein, wodurch die Bodenreinigungsgeräte nur auf wesentlich ebenen Flächen eingesetzt werden können. Kleinere Höhenunterschiede, wie beispielsweise bei Türschwellen oder an Teppichkanten können überfahren werden. Größere Höhenunterschiede, wie beispielsweise einzelne Stufen, stellen bereits ein unüberwindliches Hindernis für derartige Bodenreinigungsgeräte dar. Entsprechend sind Treppen ebenfalls ein nicht zu überwindendes Hindernis, wodurch die Bodenreinigungsgeräte im autonomen Betrieb auf die Verwendung innerhalb von einer Wohnungs- oder Hausetage eingeschränkt sind.
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Aus der Druckschrift
KR 10 101 677 B1 ist ein Reinigungsroboter für Treppenstufen bekannt, der Treppen selbstständig reinigen kann. Dieser Roboter weist ebenfalls ein Antriebssystem mit zwei unabhängig voneinander bewegbaren Antriebsrädern auf, die entlang einer in etwa mittig unter dem Roboter positionierten Achse angeordnet sind. Am vorderen und am hinteren Ende des Roboters sind Hebewerke in Form von vertikal verfahrbaren Schiebern vorgesehen, die an ihrem unteren Ende jeweils Stützrollen tragen.
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Der am vorderen Ende des Roboters angeordnete Schieber kann von den Antriebsrädern aus gesehen nach oben verfahren werden, so dass die Stützrollen beim Anfahren einer Treppenstufe auf die Höhe der oberen Trittfläche der Treppenstufe gebracht werden können. Der am hinteren Ende angeordnete vertikal verfahrbare Schieber ist nach unten hin über die zentralen Antriebsräder hinaus verfahrbar. Zum Überwinden der Treppenstufe verfahren parallel der vordere und der hintere Schieber nach unten, wodurch der zentrale Teil des Roboters nach oben auf die Höhe der vorderen Stützräder und damit auf die Höhe der oberen Treppenstufe gebracht wird. Die vorderen und/oder hinteren Stützräder sind ebenfalls aktiv angetrieben, so dass sich der Roboter mit Hilfe der Stützräder auf die Trittfläche der erklommenen Treppenstufe bewegen kann. Sodann wird der hintere Schieber wieder hochgefahren, bis sich die hinteren Stützräder mindestens auf der Höhe der Trittfläche der erklommenen Stufe befinden.
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Die bei diesem Roboter vorgesehenen vorderen und hinteren Schieber bedingen jedoch eine Bauhöhe des Roboters, die mindestens so hoch ist, wie die Höhe der zu erklimmenden Treppenstufe. Eine derartige Bauhöhe ist bei einem Roboter, der nur für die Reinigung der Trittflächen einer Treppe verwendet wird, unproblematisch. Bei einem Saugroboter, der die gesamte Bodenfläche einer Wohnung reinigen soll, verhindert eine derartige Bauhöhe jedoch eine Reinigung unter Möbelstücken mit einer geringeren Unterfahrhöhe.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Saugroboter der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei geringer Bauhöhe in der Lage ist, auch Stufen bzw. eine Anordnung mehrerer Stufen in einer Treppe zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird durch ein selbstfahrendes treppengängiges Bodenreinigungsgerät und ein Verfahren mit den jeweiligen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes selbstfahrendes und treppengängiges Bodenreinigungsgerät der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das vordere Hebewerk mindestens einen vorderen Schwenkarm aufweist und das hintere Hebewerk als ein Vertikalhubwerk ausgebildet ist.
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Der vordere Schwenkarm kann im normalen Saugbetrieb seitlich am Gehäuse des Saugroboters angelegt werden. Das hintere Hebewerk kann als Vertikalhubwerk im normalen Saugbetrieb platzsparend eingefaltet werden, so dass die beiden Hebewerke die Bauhöhe des Saugroboters nicht erhöhen und der Saugroboter so nach wie vor zur Reinigung von Möbelstücken mit einer geringen Unterfahrhöhe geeignet ist.
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Zum Überwinden einer Stufe kann der vordere Schwenkarm hochgeschwenkt und auf einen oberen Auftritt einer Stufe aufgelegt werden. Durch Verschwenken des vorderen Schwenkarms bei gleichzeitigem Ausfahren des hinteren Hebewerks kann sich der Saugroboter über das Niveau des unteren Auftritts der Stufe anheben und so den Höhenunterschied der Setzstufe der Stufe überwinden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das hintere Hebewerk als ein Scherenhubwerk mit mindestens zwei sich kreuzenden Gelenkhebeln ausgebildet. Ein derartiges Hebewerk kann bei flacher Bauhöhe eine große Ausfahrhöhe erzielen, wobei die Ausfahrhöhe durch Verwendung mehrerer Paare von sich kreuzenden Gelenkhebeln weiter erhöht werden kann.
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In einer dazu alternativen Ausgestaltung können zwei gegensinnig schwenkbare Gelenkhebel bei dem hinteren Hebewerk vorgesehen sein, die mit jeweils einem Ende am Gehäuse des Saugroboters schwenkbar gelagert sind und deren freies Ende jeweils in einer Führungsschiene gleitend gelagert ist. Auch ein derartiges Hebewerk weist eingefaltet eine geringe Bauhöhe auf und kann eine ausreichende Hubhöhe, die durch die Länge der Gelenkhebel festgelegt ist, zum Überwinden einer üblichen Stufenhöhe erzielen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Saugroboter einen Querträger auf, an dem beabstandet voneinander die Antriebsräder gelagert sind. Der Querträger ist über das hintere Hebewerk mit dem Gehäuse des Saugroboters gekoppelt Auf diese Weise kann das Antriebssystem des Roboters über das hintere Hebewerk nach unten ausgefahren werden. Anders ausgedrückt kann sich das Gehäuse des Saugroboters von dem unteren Auftritt auf seine Antriebsräder nach oben hochdrücken. Die Antriebsräder können so im Klettervorgang verwendet werden, um den Saugroboter nach Anheben auf den oberen Auftritt zu bewegen. Es werden auf diese Weise keine separaten angetriebenen Räder am hinteren Hebewerk benötigt. Eine konstruktiv besonders einfache Ausführung wird erzielt, wenn eine Führungsschiene des hinteren Hebewerks am Querträger ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der vordere Schwenkarm des Bodenreinigungsgeräts L-förmig ausgebildet mit einem in Längsrichtung des Bodenreinigungsgeräts verlaufenden und um eine Querachse schwenkbaren Längsabschnitt und einen dazu quer, insbesondere senkrecht ausgerichteten Querabschnitt. Bevorzugt sind an dem Querabschnitt zwei voneinander beabstandete Hilfsrollen angeordnet. Bei dieser Ausbildung des vorderen Schwenkarm wird vorteilhaft nur ein Schwenklager benötigt. Gleichwohl verhindert der Querabschnitt beim Aufliegen auf dem oberen Auftritt aufgrund seiner Ausdehnung in Querrichtung ein seitliches Kippen des Bodenreinigungsgeräts. Als Auflagepunkte sind insbesondere beabstandete Hilfsrollen geeignet, auf denen das Bodenreinigungsgerät dann rollt, wenn es auf den oberen Auftritt der zu überwindenden Stufe geschoben wird, beispielsweise durch Antrieb der sich noch in Kontakt mit dem unteren Auftritt der Stufe befindenden Antriebsräder.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische isometrische und teiltransparante Ansicht eines selbstfahrenden und treppengängigen Saugroboters; und
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2a–f jeweils zwei schematische Seitenansichten des Saugroboters in verschiedenen Stadien eines Klettervorgangs auf eine Treppenstufe.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines selbstfahrenden treppengängigen Bodenreinigungsgeräts. Beispielhaft ist als Bodenreinigungsgerät ein Saugroboter beschrieben. Ein anmeldungsgemäßes Bodenreinigungsgerät kann jedoch auch als Wischroboter zur Pflege von Glattböden oder als Kombigerät zum Saugen und Wischen ausgebildet sein.
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1 zeigt den Saugroboter in einer isometrischen Ansicht, wobei ein Gehäuse 1 des Saugroboters transparent dargestellt ist, um im Inneren des Saugroboters angeordnete Komponenten darstellen zu können. Von derartigen Komponenten im Inneren des Saugroboters ist in der 1 nur eine Auswahl von im Rahmen der vorliegenden Anmeldung und im Hinblick auf die Kletterfähigkeit relevanten Komponenten wiedergegeben.
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Das Gehäuse 1 des Saugroboters ist flach und zylinderförmig, mit einer im Wesentlichen kreisrunden Grundfläche. An einer Unterseite sind zwei Antriebsräder 2 auf einer in etwa mittig verlaufenden Achse angeordnet. Die Antriebsräder 2 können unabhängig voneinander mit verschiedenen Drehrichtungen und/oder gesteuert von einer Steuereinrichtung des Saugroboters gedreht werden, wodurch der Saugroboter beliebe Bewegungen auf einer Bodenfläche durchführen kann. Neben den Antriebsrädern 2 ist ein Stützrad 3 vorgesehen, das vorliegend verschwenkbar ist und in alternativen Ausgestaltungen auch als Kugel ausgebildet sein kann und durch das ein Kippen des Roboters verhindert wird. Diese Funktion kann jedoch auch von anderen Komponenten des Roboters oder von Gleitflächen an der Unterseite des Gehäuses 1 übernommen werden.
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Weiterhin ist an der Unterseite des Gehäuses 1 eine hier nicht dargestellte Reinigungsvorrichtung angeordnet. Diese Reinigungsvorrichtung umfasst beispielsweise einen Saugmund, d.h. eine sich über die Breite des Saugroboters erstreckende Saugöffnung, die mit einem Sauggebläse und einem Staubfiltersystem verbunden ist. Typischerweise ist entlang des Saugmunds eine rotierende Borstwalze zur Erhöhung der Reinigungswirkung angeordnet. Eine solche Borstwalze ist beispielsweise in den 2a bis 2f dargestellt und mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Die Borstwalze dient dem Herauskämmen von Schmutzpartikeln, beispielsweise aus einem Teppich, die dann nachfolgend vom Sauggebläse aufgenommen werden. Zusätzlich können rotierende Seitenbürsten angeordnet sein, die Schmutzpartikel aus dem Randbereich des Roboters in den Bereich der Reinigungseinrichtung kehren.
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Gegenüber nicht treppengängigen Saugrobotern weist der anmeldungsgemäße Saugroboter zusätzlich im vorderen Bereich ein vorderes Hebewerk 10 und im hinteren Bereich ein hinteres Hebewerk 20 auf.
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Das vordere Hebewerk 10 weist einen vorderen Schwenkarm 12 auf, der in einem vorderen Schwenklager 11 um eine horizontale Achse schwenkbar am Gehäuse 1 des Saugroboters gelagert ist. Der vordere Schwenkarm 12 weist einen Längsabschnitt 13 auf, der in der Stellung des Schwenkarms 12 der 1 in etwa horizontal nach vorne weist. Die Schwenkachse des vorderen Schwenkarms 12 verläuft quer zum Saugroboter, also parallel zur Achse, auf der die beiden Antriebsräder 2 positioniert sind.
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Der vordere Schwenkarm 12 ist im Wesentlichen L-förmig geformt, wobei sich an dem verschwenkbaren Längsabschnitt 13 ein im zu diesem stehender Querabschnitt 14 anschließt. Am Querabschnitt 14 sind voneinander beabstandet zwei nach unten hervorstehende frei drehbare Hilfsrollen 15 angeordnet.
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Das hintere Hebewerk 20 umfasst zwei Gelenkhebel 22, die an jeweils einem hinteren Schwenklager 21 gelagert sind. Die Schwenkachse der Gelenkhebel 22 verläuft in Längsrichtung des Saugroboters und steht damit senkrecht auf der Schwenkachse des vorderen Schwenkarms 12. Die beiden Gelenkhebel 22 sind an ihrem freien Ende in einem Querträger 23 verschiebbar gelagert, wobei an diesem Querträger 23 das Antriebssystem des Saugroboters und die beiden Antriebsräder 2 befestigt sind.
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Ein Verschwenken der Gelenkhebel 22 gegenüber dem Gehäuse 1 führt zu einem Herausfahren des Querträgers 23 an der Unterseite des Gehäuses, wodurch das Antriebssystem mit den Antriebsrädern 2 nach unten aus dem Gehäuse 1 des Saugroboters ausgefahren werden. Das hintere Hebewerk 20 ist auf diese Weise als ein Vertikalhubwerk ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung können die Gelenkhebel 22 gekreuzt angeordnet sein und am Kreuzungspunkt gelenkig miteinander verbunden sein, so dass ein Scherenhubwerk gebildet ist.
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In dem in 1 dargestellten eingefahrenen Zustand ist das hintere Hebewerk 20 so weit wie möglich und im Idealfall vollständig in eine entsprechende Aussparung in das Gehäuse 1 eingefahren. Das hintere Hebewerk 20 ermöglicht somit ein Anheben des Gehäuses 1 des Saugroboters, ohne dass im Normalbetrieb eine unvorteilhaft hohe Bauhöhe des Saugroboters 1 benötigt wird, die ein Unterfahren unter niedrigen Möbeln verhindern würde.
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Der Saugroboter in 1 ist in der Folge der 2a bis 2f beim Überwinden einer ersten Stufe einer Treppe dargestellt. Von der Treppe sind mit Bezugszeichen der untere Auftritt 5, eine Setzstufe 6 und ein oberer Auftritt 7 der unteren Stufe gekennzeichnet. In den 2a bis 2f ist jeweils eine Seitenansicht der Treppenstufe und des Saugroboters auf der rechten Seite der Figur dargestellt und eine Rückansicht des Saugroboters auf der linken Seite jeder Figur.
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In einem ersten Schritt, dargestellt in der 2a, fährt der Saugroboter auf dem unteren Auftritt 5 vor die Setzstufe 6. Beim Anfahren an die Setzstufe 6 wird der vordere Schwenkarm 12 aus einer Grundstellung, in der er möglichst platzsparend am Gehäuse 1 angelegt ist, in die in 2a gezeigte hochgeschwenkte Stellung verschwenkt, so dass die an seinem vorderen Ende angeordneten Hilfsrollen 15 auf den oberen Auftritt 7 aufsetzen.
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In einem nächsten Schritt, dargestellt in 2b, schwenkt der Saugroboter den vorderen Schwenkarm 12 gegen den Uhrzeigersinn (die Drehrichtung bezieht sich auf die Blickrichtung der 2a bis 2f) und fährt gleichzeitig das hintere Hebewerk 20 aus, in dem die Gelenkarme 22 verschwenkt werden. Beim Ausfahren des hinteren Hebewerks 20 drückt sich das Gehäuse 1 des Saugroboters gegenüber dem Querträger 23 mit Antriebssystem und Antriebsrädern 2 nach oben. Das Verschwenken der Gelenkhebel 22 sowie das Verschwenken des vorderen Schwenkarmes 12 werden dabei koordiniert so durchgeführt, dass das Gehäuse 1 des Saugroboters eine möglichst horizontale Ausrichtung beibehält. Zu diesem Zweck sind gegebenenfalls Neigungssensoren im Saugroboter zur Steuerung der Schwenkantriebe des vorderen Schwenkarms 12 und der hinteren Gelenkhebel 22 verwendet.
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Wenn die Unterseite des Gehäuses 1 des Saugroboters das Niveau des oberen Auftritts 7 erreicht hat, fährt der Saugroboter mit Hilfe der sich nach wie vor auf dem unteren Auftritt 5 befindenden Antriebsräder 2 in Richtung der Setzstufe 6. Diese Situation ist in der 2c dargestellt. Im vorderen Bereich stützt sich dabei der Saugroboter mit Hilfe der Hilfsrollen 15 am vorderen Schwenkarm 12 ab.
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Um ein weiteres Auffahren auf den oberen Auftritt 7 zu ermöglichen, wird, wie in 2d dargestellt, der vordere Schwenkarm 12 zurück in die Grundstellung geschwenkt, bevor die Hilfsrollen 15 an der nächsten Setzstufe anstoßen würden. In diesem Stadium ist der Saugroboter bereits so weit auf den oberen Auftritt 7 aufgefahren, dass er auf dem in 2d nicht dargestellten Stützrad 3 aufliegt. Zudem ist in dieser Situation bereits die Borstwalze 4 in Kontakt mit dem oberen Auftritt 7. Das Stützrad ist üblicherweise ist aktiv angetrieben. Die Borstwalze 4 kann jedoch in Rotation versetzt werden und damit eine Bewegung des Saugroboters auf dem oberen Auftritt 7 herbeiführen oder unterstützen.
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Der Saugroboter fährt dann im Folgenden mit Hilfe seiner Antriebsräder 2, gegebenenfalls unterstützt durch die rotierende Borstwalze 4, so weit auf den oberen Auftritt 7, bis die Antriebsräder 2 an der Setzstufe 6 anliegen. Dabei wird der vordere Schwenkarm 12 wiederum nach vorne geschwenkt, um zur Überwindung einer nächsten Setzstufe auf den nächsthöheren Auftritt aufgesetzt werden zu können.
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Das nach vorne Schwenken des vorderen Schwenkarmes 12 verlagert zudem vorteilhaft den Schwerpunkt des Saugroboters weiter nach vorne. Beim Anliegen der Antriebsräder 2 an der vorderen Setzstufe befindet sich der Schwerpunkt des Saugroboters 1 bereits vollständig über dem oberen Auftritt 7. Das hintere Hebewerk 20 kann darauf hin eingefahren werden, wodurch der Querträger 23 und das Antriebssystem mit den Antriebsrädern 2 wiederum in das Gehäuse 1 des Saugroboters eingefahren werden. Dieser Zustand ist in der 2f dargestellt. Ein weiteres Auffahren auf die obere Setzstufe 7 kann in dieser Situation mit Hilfe der rotierenden Borstwalze 4 und gegebenenfalls mit Hilfe des Stützrads 3 erfolgen, falls dieses aktiv antrieben werden kann.
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Nach weiterem Auffahren auf die obere Setzstufe 7 ist der Saugroboter wiederum in einer Situation, die der in 2a dargestellten entspricht, so dass die nächste Treppenstufe überwunden werden kann.
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Die dargestellte Sequenz kann darüber hinaus in umgekehrter Richtung durchlaufen werden, um eine Treppe bzw. Stufe hinab zu klettern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Stützrad
- 4
- Borstwalze
- 5
- unterer Auftritt
- 6
- Setzstufe
- 7
- oberer Auftritt
- 10
- vorderes Hebewerk
- 11
- vorderes Schwenklager
- 12
- vorderer Schwenkarm
- 13
- Längsabschnitt
- 14
- Querabschnitt
- 15
- Hilfsrolle
- 20
- hinteres Hebewerk
- 21
- hinteres Schwenklager
- 22
- Gelenkhebel
- 23
- Querträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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