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Die Erfindung betrifft einen Haushaltsroboter. Insbesondere betrifft die Erfindung einen nach einem Baukastensystem aufbaubaren Haushaltsroboter.
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Stand der Technik
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Ein Haushaltsroboter ist dazu eingerichtet, automatisiert über eine Bodenfläche zu fahren, um einen spezifischen Roboterdienst zu verrichten. Dieser Dienst kann beispielsweise den Transport eines Gegenstands oder die Reinigung der Bodenfläche umfassen.
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Unterschiedliche Aufgaben erfordern üblicherweise jeweils einen vollständigen Haushaltsroboter.
EP 1 759 965 B1 schlägt vor, mehrere Funktionsmodule, die jeweils eine zugeordnete Roboteraufgabe lösen können, in einer Vorrichtung derart anzuordnen, dass ein Haushaltsroboter automatisiert eines der Funktionsmodule aufnehmen kann. Dieses System ist jedoch aufwendig und kostenintensiv. Außerdem kann der automatisierte Wechsel des Funktionsmoduls störanfällig sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Technik anzugeben, mittels derer ein Haushaltsroboter mit vorbestimmten Systemkomponenten ausgestattet werden kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßer Haushaltsroboter umfasst eine Antriebseinrichtung; einen Energiespeicher; einen oder mehrere Sensoren zur Abtastung oder Erfassung des Umfelds des Haushaltsroboters; eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Antriebseinrichtung auf der Basis eines Signals der Sensoren mit Energie aus dem Energiespeicher anzusteuern, um eine vorbestimmte Fahrbewegung des Haushaltsroboters zu bewirken; und eine mechanische Schnittstelle, die dazu eingerichtet ist, das Funktionsmodul mittels Formschluss reativbewegungssicher mit dem Haushaltsroboter zu koppeln. Dabei umfasst die mechanische Schnittstelle eine Freigabeeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Formschluss bezüglich einer Raumrichtung aufzuheben. Bei aufgehobenem Formschluss kann das Funktionsmodul insbesondere mittels einer translatorischen Bewegung vom Haushaltsroboter entfernt werden. Dabei verläuft die Translation bevorzugt gerade.
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Der Haushaltsroboter kann auf einfache Weise mit unterschiedlichen Funktionsmodulen ausgestattet werden, sodass er unterschiedliche Funktionen erfüllen kann. Beispielsweise kann ein erstes Funktionsmodul zum Saugen einer Bodenfläche eingerichtet sein, während ein zweites Funktionsmodul zur Nassreinigung der Bodenfläche eingerichtet ist. Ohne Funktionsmodul kann der Haushaltsroboter bereits eine oder mehrere Funktionen bereitstellen, die durch das Funktionsmodul ergänzt oder mitbenutzt werden können. Beispielsweise kann der Haushaltsroboter das Abfahren einer Bodenfläche, das Auffinden eines vorbestimmten Gegenstands auf der Bodenfläche, das Erkennen eines Objekts oder eines Hindernisses, das Anfahren einer vorbestimmten Position oder andere, insbesondere auf die Bewegung des Haushaltsroboters aufbauende Funktionen implementieren. Ein Benutzer kann den Haushaltsroboter je nach Einsatzzweck mit unterschiedlichen Funktionsmodulen ausrüsten, sodass Kosten für die Bewegung des Haushaltsroboters nur einmalig anfallen können. Sollte der Benutzer eine zusätzliche Funktion des Haushaltsroboters wünschen, so kann er ein entsprechendes Funktionsmodul beschaffen und einsetzen. Es kann eine große Vielzahl von Funktionsmodulen bereitgestellt sein, die in einer Ausführungsform von unterschiedlichen Herstellern bereitgestellt werden können, sodass der Benutzer eine verbesserte Auswahl an Funktionsmodulen haben kann. In einer Ausführungsform ist eine Schnittstelle zwischen dem Haushaltsroboter und dem Funktionsmodul so ausgestattet, dass nur Funktionsmodule eines Herstellers mit dem Haushaltsroboter kombiniert werden können. Dadurch kann vermieden werden, dass eine Inkompatibilität zwischen dem Haushaltsroboter und dem Funktionsmodul zu einem unbefriedigenden Gesamtergebnis führt.
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Es ist bevorzugt, dass die mechanische Schnittstelle ferner dazu eingerichtet ist, das Funktionsmodul verdrehsicher mit dem Haushaltsroboter zu koppeln. Über die oben beschriebene translatorische Sicherung des Funktionsmoduls am Haushaltsroboter hinaus kann so verbessert sichergestellt werden, dass das Funktionsmodul in einer eindeutigen Position gegenüber dem Haushaltsroboter gehalten ist, nicht herausfällt und dass die Schnittstelle durch die Bewegung des Haushaltsroboters nicht beeinträchtigt wird.
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Die translatorische Bewegung kann in einer vertikalen Richtung verlaufen, sodass das Funktionsmodul nach oben von der mechanischen Schnittstelle getrennt werden kann. Der Haushaltsroboter befindet sich üblicherweise in Bodennähe, sodass durch die Entfernbarkeit des Funktionsmoduls nach oben eine ergonomische Handhabung unterstützt werden kann. Durch eine umgekehrte translatorische Bewegung kann das Funktionsmodul in die mechanische Schnittstelle geführt werden. Die Freigabeeinrichtung erlaubt diese Bewegungen nur dann, wenn ein Funktionsmodul mit dem Haushaltsroboter verbunden oder von ihm getrennt werden soll. Andernfalls ist es bevorzugt dazu eingerichtet, das Funktionsmodul formschlüssig in der mechanischen Schnittstelle zu verriegeln.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Materialschnittstelle zum Austauschen von Material zwischen dem Funktionsmodul und dem Haushaltsroboter vorgesehen, wenn das Funktionsmodul mit der mechanischen Schnittstelle verbunden ist. Das Material kann beispielsweise Waschwasser, Schmutzwasser oder Staub umfassen. Insbesondere eine Reinigungsfunktion des Funktionsmoduls kann dadurch unterstützt sein. Das Material kann seitens des Haushaltsroboters beispielsweise in einem Tank oder einem Behälter vorgehalten sein. In weiteren Ausführungsformen kann auch eine Datenschnittstelle zum Austauschen von Informationen zwischen dem Funktionsmodul und der Steuervorrichtung oder eine Energieschnittstelle zum Austauschen von Energie zwischen dem Funktionsmodul und dem Energiespeicher vorgesehen sein. Es ist bevorzugt, dass möglichst alle Schnittstellen geschlossen werden, wenn die mechanische Schnittstelle geschlossen wird, bzw. alle Schnittstellen getrennt werden, wenn die mechanische Schnittstelle getrennt wird. Im Fall der Materialschnittstelle kann beim Trennen ein einseitiger oder beidseitiger Verschluss der Schnittstelle bewirkt werden, um beispielsweise das Austreten von Flüssigkeit oder Staub zu verhindern.
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Die Freigabeeinrichtung kann ein drehbares Steuerelement und ein radial am Steuerelement angeordnetes Eingriffselement umfassen, wobei das Eingriffselement dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Drehstellung des Steuerelements in eine korrespondierende Aussparung einzugreifen oder nicht. Die Aussparung ist üblicherweise am Haushaltsroboter vorgesehen.
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Das Steuerelement und das Eingriffselement können einfach und platzsparend aufgebaut werden. In einer Ausführungsform sind beide Teile kostengünstig aus Kunststoff herstellbar. An dem Steuerelement können in unterschiedlichen radialen Richtungen mehrere Eingriffselemente vorgesehen sein, um eine verbesserte Verteilung von Verriegelungskräften sicherzustellen. Die Eingriffselemente können beispielsweise kugel- oder stiftförmig ausgeführt sein. Die beschriebene Anordnung kann flexibel skaliert werden, um die Verriegelung an die Form eines vorgegebenen Grenzbereichs zwischen dem Haushaltsroboter und dem Funktionsmodul anzupassen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Steuerelement eine Kurvenscheibe und das Eingriffselement einen Bolzen umfasst. Der Bolzen kann mittels eines elastischen Elements gegen die Kurvenscheibe gepresst werden, um eine verbesserte Freigabe sicherzustellen.
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Allgemein ist bevorzugt, dass die Freigabeeinrichtung ein manuelles Betätigungselement umfasst. Insbesondere kann das manuelle Betätigungselement gleichzeitig zur Betätigung der Freigabeeinrichtung und zur Handhabung des Funktionsmoduls eingerichtet sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das manuelle Betätigungselement versenkbar ausgeführt ist. Die Versenkbarkeit kann nach Art eines versenkbaren Drehknopfes eines Ofens oder nach Art einer Betätigung eines Kugelschreibers (z. B. mit einer Herz-Kulisse) realisiert sein. Durch das Versenken des Betätigungselement kann die Oberfläche des Haushaltsroboters frei von zusätzlichen Erhebungen gehalten sein, sodass ein Hängenbleiben des manuellen Betätigungselements an einem Objekt im Bereich der Bodenfläche, beispielsweise einem Möbel, unter dem der Haushaltsroboter durchfährt, verhindert wird.
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Der Haushaltsroboter umfasst bevorzugt eine Ladebucht, in deren Bereich die mechanische Schnittstelle angebracht ist. Dabei erlaubt die Ladebucht bevorzugt einen mechanischen Zugang des mit der mechanischen Schnittstelle verbundenen Funktionsmoduls zu einer Bodenfläche, auf der sich der Haushaltsroboter befindet. Dadurch kann ein Funktionsmodul, dessen Aufgabe eine Manipulation oder Überwachung der Bodenfläche ist, verbessert unterstützt werden.
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Ein Haushaltsrobotersystem umfasst den oben beschriebenen Haushaltsroboter und wenigstens ein Funktionsmodul. Bevorzugt sind mehrere Funktionsmodule vorgesehen, die sich in ihren Funktionalitäten unterscheiden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung eines Haushaltsroboters;
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2 eine Ausführungsform eines Haushaltsrobotersystems;
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3 einen Koppelvorgang zwischen einem Haushaltsroboter und einem Funktionsmodul;
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4 eine Ausführungsform einer mechanischen Schnittstelle zwischen einem Haushaltsroboter und einem Funktionsmodul;
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5 eine weitere Ausführungsform der Schnittstelle von 4; und
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6 eine Freigabeeinrichtung für die Schnittstelle von 5
darstellt.
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Genaue Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Haushaltsroboters 100. Der Haushaltsroboter 100 umfasst eine Antriebseinrichtung 105 zur Bewegung des Haushaltsroboters 100 über eine Bodenfläche 110, einen Energiespeicher 115, einen oder mehrere Sensoren 120 zur Abtastung eines Umfelds des Haushaltsroboters 100, eine Steuervorrichtung 125 und bevorzugt ein Chassis 130 zur Aufnahme der Komponenten des Haushaltsroboters 100. Die Steuervorrichtung 125 umfasst bevorzugt einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller und ist dazu eingerichtet, eine Bewegung des Haushaltsroboters 100 über die Bodenfläche 110 zu steuern. Dazu kann die Steuervorrichtung 125 insbesondere Sensorsignale eines der Sensoren 120 aufnehmen, verarbeiten und in dessen Abhängigkeit die Antriebseinrichtung 105 mit Energie aus dem Energiespeicher 115 versorgen. Der Energiespeicher 115 kann insbesondere ein wieder aufladbarer Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Akkupacks, sein.
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Es ist bevorzugt, dass der Haushaltsroboter 100 ferner eine Ladebucht 135 zur Aufnahme eines Funktionsmoduls 140 umfasst. Um das Funktionsmodul 140 mit dem Haushaltsroboter 100 mechanisch zu koppeln, ist eine mechanische Schnittstelle 145 vorgesehen. Außerdem ist eine Freigabeeinrichtung 150 vorgesehen, sodass das Funktionsmodul 140 bevorzugt verschiebungs- und drehsicher am Haushaltsroboter 100, insbesondere in der Ladebucht 135, gehalten ist, solange die Freigabeeinrichtung 150 nicht betätigt ist. Nach Betätigung der Freigabeeinrichtung 150 kann das Funktionsmodul 140, insbesondere durch eine vorbestimmte Bewegung, vom Haushaltsroboter 100 getrennt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine Energieschnittstelle 155, eine Datenschnittstelle 160 oder eine Materialschnittstelle 165 zwischen dem Haushaltsroboter 100 und dem Funktionsmodul 140 vorgesehen ist. Weiter ist bevorzugt, dass die Schnittstellen 155 bis 165 derart mit der mechanischen Schnittstelle 145 gekoppelt sind, dass ein möglichst automatisches Verbinden oder Trennen erfolgt, wenn die mechanische Schnittstelle 145 verbunden bzw. getrennt wird. Die Materialschnittstelle 165 kann insbesondere zu einem Behälter 170 des Haushaltsroboters 100 führen, der beispielsweise Wasser oder Reinigungsmittel bereithält.
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Der Haushaltsroboter 100 kann noch weitere Elemente aufweisen, insbesondere eine drahtlose Schnittstelle zur Verbindung mit einem Datennetzwerk. Außerdem kann beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Aktor vorgesehen sein, etwa eine Kamera oder ein Greifer, um eine vom Funktionsmodul 140 unabhängige Grundfunktion des Haushaltsroboters 100 zur realisieren. Das Funktionsmodul 140 kann über die Schnittstellen 145, 155, 160 oder 165 mit dem Haushaltsroboter 100 interagieren, um eine vorbestimmte Aufgabe zu erfüllen. Beispielsweise kann das Funktionsmodul 140 über die Datenschnittstelle 160 die Anforderung übermitteln, eine vorbestimmte Position anzufahren oder ein vorbestimmtes Fahrmanöver durchzuführen. Eine Steuerung in umgekehrter Richtung ist ebenfalls möglich, beispielsweise indem die Steuervorrichtung 125 über die Datenschnittstelle 160 ein Signal an das Funktionsmodul 140 sendet, das eine Anforderung zur Durchführung einer vorbestimmten Funktion betrifft. Diese Funktion kann beispielsweise das Anfertigen eines Bildes durch eine Kamera, das Ein- oder Ausschalten eines Reinigungsmotors oder eine praktisch beliebige andere Funktion des Funktionsmoduls 140 betreffen.
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2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Haushaltsrobotersystems 200 auf der Basis des Haushaltsroboters 100 von 1 und wenigstens eines Funktionsmoduls 140. Der Haushaltsroboter 100 kann mit einem der Funktionsmodule 140 ausgestattet werden, um den Haushaltsroboter 100‘ zu bilden, der um die Funktion des gewählten Funktionsmoduls 140 erweitert ist. Die Funktion des Funktionsmoduls 140 kann insbesondere um die Beweglichkeit des Haushaltsroboters 100 erweitert sein, sodass sich neue Anwendungsfälle abdecken oder bekannte Anwendungsfälle verbessert adressieren lassen. Es ist besonders bevorzugt, dass das Funktionsmodul 140 eine vorbestimmte Form aufweist, die den Haushaltsroboter 100 in vorbestimmter Weise ergänzt. Der Haushaltsroboter 100‘ hat bevorzugt eine geschlossene, also möglichst wenig zerklüftete Oberfläche, um die Gefahr eines Hängenbleibens an einem Objekt oder des Einklemmens eines anderen Objekts möglichst gering zu halten. Zudem ist bevorzugt, dass der Haushaltsroboter 100‘ möglichst flach ist und eine möglichst flache Oberseite aufweist, um eine Bewegung des Haushaltsroboters 100 unter einem Möbel zu gestatten.
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3 zeigt einen Koppelvorgang zwischen dem Haushaltsroboter 100 und einem Funktionsmodul 140. Im oberen Bereich sind das Funktionsmodul 140 und der Haushaltsroboter 100 getrennt dargestellt, im unteren Bereich von 3 sind beide Elemente zum Haushaltsroboter 100‘ vereinigt.
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Die mechanische Schnittstelle 145 ist bevorzugt im Zusammenspiel des Haushaltsroboters 100 mit dem Funktionsmodul 140 implementiert. Ist die mechanische Schnittstelle 145 vollständig hergestellt, so koppelt sie das Funktionsmodul 140 bevorzugt in allen drei Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems mit dem Haushaltsroboter 100 bezüglich translatorischer, und weiter bevorzugt auch bezüglich rotatorischer Bewegungen. Die Freigabeeinrichtung 150 ist dazu eingerichtet, bei Bedarf die Kopplung bezüglich einer Translation zwischen dem Funktionsmodul 140 und dem Haushaltsroboter 100 entlang einer vorbestimmten Raumachse aufzuheben. Diese Raumachse verläuft bevorzugt in einer vertikalen Richtung. Diese Richtung verläuft bevorzugt senkrecht zur Bodenfläche 110 oder schließt mit dieser einen bevorzugt spitzen Winkel ein.
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4 zeigt eine Ausführungsform der mechanischen Schnittstelle 145 zwischen dem Haushaltsroboter 100 und dem Funktionsmodul 140. In beispielhafter Weise ist das Funktionsmodul 140 als leerer Kasten dargestellt, Funktionskomponenten des Funktionsmoduls 140 sind nicht sichtbar. Die Ladebucht 135 des Haushaltsroboters 100 korrespondiert hier in ihrer Form zur äußeren Form des Funktionsmoduls 140. Die Ladebucht 135 ist im Wesentlichen kastenförmig, sodass das Funktionsmodul 140, wenn es aus der dargestellten Stellung nach unten in die Ladebucht 135 abgesenkt ist, in zwei horizontalen Richtungen formschlüssig gehalten ist. In der dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich am Funktionsmodul 140 optionale vertikale Stege 405 vorgesehen, zu denen vertikale Nuten 410 im Bereich der Ladebucht 135 des Haushaltsroboters 100 korrespondieren. Die Kombination der Stege 405 mit den Nuten 410 kann eine vorbestimmte Orientierung des Funktionsmoduls 140 bezüglich des Haushaltsroboters 100 eindeutig festlegen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der mechanischen Schnittstelle 145 von 4. Fas Funktionsmodul 140 trägt hier einen Deckel 505, in dem die Freigabeeinrichtung 150 integriert ist. Der Haushaltsroboter 100 ist nicht dargestellt.
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Die Freigabeeinrichtung 150 umfasst ein manuelles Betätigungselement 510, das vorliegend als Drehknopf ausgeführt ist. Der Drehknopf ist um eine vertikale Achse drehbar und in Abhängigkeit seiner Drehposition werden eines oder mehrere Eingriffselemente 515 in einer Richtung bewegt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung verläuft, in der das Funktionsmodul 140 an den Haushaltsroboter 100 angenähert werden kann, um die mechanische Schnittstelle 145 zu schließen. Das Betätigungselement 510 kann insbesondere versenkbar ausgeführt sein. Dazu kann das Betätigungselement 510, insbesondere entgegen der Kraft eines elastischen Elements, in das Funktionsmodul 140 eingedrückt werden. Ein von einem Kugelschreiber bekannter Mechanismus kann das Betätigungselement 510 in dieser Position halten, bis es erneut eingedrückt wird.
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6 zeigt die Freigabeeinrichtung 150 für die Schnittstelle 145 in der Ausführungsform von 5. Der Deckel 505 des Funktionsmoduls 140 ist in einer bezüglich der Darstellung von 5 umgedrehten Position dargestellt, wobei im oberen Bereich von 6 die Freigabeeinrichtung 150 gesperrt ist, und im unteren Bereich geöffnet bzw. betätigt.
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Die Freigabeeinrichtung 150 umfasst eine Kurvenscheibe 605 als Steuerelement, wobei die Kurvenscheibe 605 um eine Drehachse 610 drehbar gelagert ist. Die Drehung kann insbesondere mittels des Betätigungselements 510 von 5 gesteuert werden. In der dargestellten Ausführungsform ist an der Kurvenscheibe 605 in einem radialen Abschnitt von der Drehachse 610 ein Splint 615 vorgesehen, der in einem Langloch 620 einer Abdeckung 625 geführt ist, um den Drehwinkel der Kurvenscheibe 605 auf einen vorbestimmten Bereich zu begrenzen. Die Abdeckung 625 liegt bezüglich der Kurvenscheibe 605 auf der entgegengesetzten Seite des Deckels 505 und ist an diesem befestigt.
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In der dargestellten Ausführungsform sind vier Eingriffselemente 515 vorgesehen, die miteinander jeweils einen Winkel von ca. 90° einschließen. Ein Eingriffselement 515 ist bevorzugt in einer Führung 630 aufgenommen, die am Deckel 505 befestigt ist. Ein elastisches Element 635 presst das Eingriffselement 515 radial nach innen gegen die Kurvenscheibe 605. Eine radiale Position des Eingriffselements 515 ist damit von der Form der Kurvenscheibe 605 und ihrer Drehstellung um die Drehachse 610 abhängig. Die gezeigte Ausführungsform kann vollständig aus Kunststoff hergestellt werden, in einer Ausführungsform ist lediglich das elastische Element 635 aus einem Metall hergestellt.
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Es ist zu beachten, dass die Freigabeeinrichtung 150 hier am Funktionsmodul 140 ausgeführt ist, in einer anderen Ausführungsform jedoch auch umgekehrt am Haushaltsroboter 100 ausgebildet sein kann. Dabei kann insbesondere das Eingriffselement 115 am Haushaltsroboter 100 angebracht und dazu eingerichtet sein, zur Verriegelung des Funktionsmoduls 140 in eine am Funktionsmodul 140 vorgesehene Aussparung einzugreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Haushaltsroboter
- 105
- Antriebseinrichtung
- 110
- Bodenfläche
- 115
- Energiespeicher
- 120
- Sensor
- 125
- Steuervorrichtung
- 130
- Chassis
- 135
- Ladebucht
- 140
- Funktionsmodul
- 145
- mechanische Schnittstelle
- 150
- Freigabeeinrichtung
- 155
- Energieschnittstelle
- 160
- Datenschnittstelle
- 165
- Materialschnittstelle
- 170
- Behälter
- 200
- Haushaltsrobotersystem
- 405
- Steg
- 410
- Nut
- 505
- Deckel
- 510
- Betätigungselement
- 515
- Eingriffselement
- 605
- Kurvenscheibe
- 610
- Drehachse
- 615
- Splint
- 620
- Langloch
- 625
- Abdeckung
- 630
- Führung
- 635
- elastisches Element
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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