DE102022203701A1

DE102022203701A1 - Reinigungsroboter zur Reinigung eines Untergrunds

Info

Publication number: DE102022203701A1
Application number: DE102022203701.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weickum
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reinigungsroboter (10) zur Reinigung eines Untergrunds (20), mit einem Abgrunddetektor (15) zum Detektieren eines Abgrunds (22), wobei der Reinigungsroboter (10) auch einen Neigungsdetektor (18) zum Detektieren eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters (10) und/oder einen Schlupfdetektor zum Detektieren eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands (13) eines Raupenantriebs (12) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft nach einem ersten Aspekt der Erfindung einen Reinigungsroboter zur Reinigung eines Untergrunds, mit einem Abgrunddetektor zum Detektieren eines Abgrunds.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Reinigungsroboters.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung ein Steuersystem zur Steuerung eines Reinigungsroboters.
Die US 7832048 B2 beschreibt einen Wischroboter, der mit einer Antischlupfregelung ausgerüstet ist, falls seine Antriebsräder auf einem durch den Wischvorgang angefeuchteten Untergrund durchdrehen. Zu diesem Zweck kann der Wischroboter seine Vorwärtsbewegung schlangenlinienförmig fortsetzen oder seine Geschwindigkeit reduzieren oder seine Antriebsräder abschalten und dann langsam wieder anfahren.
In der DE 10 2012 112 740 A1 wird ein selbstfahrenden Roboter offenbart, der mit einem optisch auslesbaren Neigungssensor ausgerüstet ist, beispielsweise in Form einer Libelle oder eines Pendels. Der Roboter weist eine Kamera auf, in deren Blickfeld die die Neigung detektierende Libelle oder das Pendel montiert sind. Damit die Kamera ein weites Blickfeld erfassen kann, kann die Kamera eine Panorama-Kamera sein.
Die DE 10 2018 200 726 A1 erwähnt einen Reinigungsroboter mit einer Steuereinheit, die mit einem Abstandssensor anhand von Abstandsdaten eine Steuergeste detektieren kann. Hierzu erfasst der Abstandssensors den Abstand einer die Steuergeste ausübenden Hand oder eines die Steuergeste ausübenden Fußes und die Bewegungsrichtung der Steuergeste.
Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Reinigungsroboter der eingangs genannten Art vorzuschlagen, um eine Absturzgefahr für den Reinigungsroboter an einem Abgrundrand möglichst zuverlässig zu vermeiden oder zu verringern.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe nach einem ersten Aspekt der Erfindung mit einem gattungsgemäßen Reinigungsroboter, der erfindungsgemäß einen Neigungsdetektor zum Detektieren eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters und/oder einen Schlupfdetektor zum Detektieren eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands eines Raupenantriebs aufweist. Insbesondere, wenn der Reinigungsroboter beispielsweise auf einem eine Neigung und einen Abgrund aufweisenden Untergrund eingesetzt wird, kann die erfindungsgemäße Lösung einem Abrutschen des Reinigungsroboters und seinem daraus resultierenden möglichen Absturz am Abgrund vorbeugen.
Bevorzugt kann sowohl eine Neigung um die Querachse als auch eine Neigung um die Längsachse des Reinigungsroboters detektiert werden. Dadurch kann beispielsweise einem seitlichen Umkippen und/oder einem Abrutschen des Reinigungsroboters vorgebeugt werden.
Kostengünstig und wirkungsvoll kann der Abgrunddetektor mit mindestens einem Infrarotsensor und/oder mit mindestens einem Ultraschallsensor realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Kamera für den Abgrunddetektor verwendet werden.
Insbesondere im Reinigungsbetrieb auf einem geneigten Untergrund kann für den Reinigungsroboter eine Abrutschgefahr bestehen. Daher ist es angebracht einen eventuellen Abgrundrand möglichst früh zu erkennen. Aus diesem Grund kann ein auf den Untergrund oder in den Abgrund gerichteter Abtaststrahl des mindestens einen Infrarotsensors und/oder mindestens einen Ultraschallsensors einen Abtastwinkel zwischen 0° und 90° bezüglich der Vertikalen aufweisen.
Der Abgrunddetektor kann mehrere Infrarotsensoren und/oder Ultraschallsensoren aufweisen, die zur Vertikalen voneinander unterschiedliche Abtastwinkel aufweisen und/oder übereinander angeordnet sind. Dadurch wird ein größerer Bereich des Untergrunds oder des Abgrunds abgetastet und/oder ein vergrößerter Reichweitenbereich mit maximaler Erkennungsgenauigkeit der Sensoren erzielt.
Der Neigungsdetektor kann mindestens einen Neigungssensor aufweisen, der beispielsweise als ein Neigungsschalter oder als ein Beschleunigungssensor ausgebildet sein kann.
Der Schlupfdetektor kann ein Mitlaufrad aufweisen. Das Mitlaufrad rollt auf dem Untergrund ab, um die Relativgeschwindigkeit des Reinigungsroboters zum Untergrund durch die Drehzahl des Mitlaufrads zu bestimmen. Zweckmäßigerweise kann außerdem die Drehzahl des Antriebsrads und/oder des Antriebsbands des Raupenantriebs gemessen werden. Dadurch kann bei einer Drehzahldifferenz der Schlupf des Antriebsrads und/oder des Antriebsbands des Raupenantriebs ermittelt werden. Um ein zuverlässiges Abrollen des Mitlaufrads auf dem Untergrund sicherzustellen, kann es eine raue oder mit Zähnen versehene und/oder eine Hafteigenschaften aufweisende Oberfläche aufweisen.
Um den Abgrund zuverlässig detektieren zu können, kann der Abgrunddetektor am Roboterbug montiert sein. Damit auch bei einem rückwärtigen Fahrmanöver ein Absturz des Reinigungsroboters vermieden werden kann, kann auch am Roboterheck ein Abgrunddetektor vorgesehen sein.
Der Reinigungsroboter kann ein Saugroboter oder ein Saug-Wischroboter oder ein Wischroboter sein.
Der Reinigungsroboter kann eine Grundfläche von weniger als 200 cm² aufweisen. In diesem Fall eignet er sich besonders gut für die Reinigung eines Fahrzeuginnenraums. Außer dem Fußboden kann der Reinigungsroboter auch Fahrzeugsitze oder Ablageflächen reinigen, bei deren Reinigung ein Absturzrisiko für den Reinigungsroboter besteht.
Ferner betrifft die Erfindung nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Reinigungsroboters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

a) Detektieren eines Abgrunds und/oder eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters und/oder eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands eines Raupenantriebs,
b) wenn eine kritische Abgrundtiefe und ein vorgegebener Mindestabstand zum Abgrundrand detektiert werden, dann entfernt sich der Reinigungsroboter vom Rand,
c) wenn keine kritische Abgrundtiefe und kein vorgegebener Mindestabstand zum Abgrundrand detektiert werden, aber ein kritischer Wert für den Neigungswinkel und/oder den Schlupf detektiert wird, dann Erhöhung des vorgegebenen Mindestabstands zum Abgrundrand und/oder Reduzierung der Geschwindigkeit des Reinigungsroboters und/oder der Reinigungsroboter entfernt sich vom Rand.

Eine kritische Abgrundtiefe kann vorliegen, wenn der Reinigungsroboter nach einem möglichen Absturz den Höhenunterschied zwischen dem Höhenniveau vor dem Absturz und dem Höhenniveau nach dem Absturz nicht mehr aus eigener Kraft überwinden kann, um den Reinigungsbetrieb fortzusetzen, sodass der Reinigungsbetrieb unterbrochen wäre. Die kritische Abgrundtiefe kann auch einem Vielfachen der Höhe des Reinigungsroboters entsprechen, sodass der Reinigungsroboter durch den Absturz beschädigt werden könnte.
Die Erfindung betrifft außerdem nach einem dritten Aspekt der Erfindung ein Steuerungssystem zur Steuerung eines Reinigungsroboters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Abgrunddetektor, einer Steuereinheit zur Steuerung eines Antriebsmotors und dem Antriebsmotor, wobei das Steuersystem erfindungsgemäß auch einen Neigungsdetektor zum Detektieren eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters und/oder einen Schlupfdetektor zum Detektieren eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands eines Raupenantriebs aufweist.
Für eine maximale Sicherheit können der Abgrunddetektor, der Neigungsdetektor und der Schlupfdetektor kontinuierlich detektieren.
Die Steuereinheit kann die detektierten Signale auswerten, daraus ein Steuersignal erzeugen und an den Antriebsmotor weiterleiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zweckmäßigerweise mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem zur Steuerung des Antriebsmotors und einem in der Steuereinheit ablaufenden Rechenprogramm automatisiert ablaufen.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Reinigungsroboters anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines Reinigungsroboters in einer ersten Betriebssituation;
2 den Reinigungsroboter aus 1 in einer zweiten Betriebssituation;
3 eine zweite Ausführungsform des Reinigungsroboters;
4 eine dritte Ausführungsform des Reinigungsroboters;
5 eine vierte Ausführungsform des Reinigungsroboters;
6 ein schematisches Blockschaltbild eines Steuerungssystems zur Steuerung des Reinigungsroboters.

1 zeigt einen Reinigungsroboter 10 mit einem Gehäuse 11 und einem mit einem Antriebsband 13 versehenen Raupenantrieb 12 zur Reinigung eines waagrechten Untergrunds 14 ohne Abgrund. Der Reinigungsroboter 10 weist einen Abgrunddetektor 15 zum Detektieren eines eventuellen Abgrunds auf. Der Abgrunddetektor 15 ist mit einem Sensor 16 ausgestattet. Der Sensor 16 kann ein Infrarotsensor, ein Ultraschallsensor oder eine Kamera sein. Der Sensor 16 erzeugt einen Abtaststrahl 17, um einen Untergrund 14 nach dem eventuellen Abgrund abzutasten. Ferner ist der Reinigungsroboter 10 mit einem Neigungsdetektor 18 zum Detektieren eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters 10 ausgerüstet. Mit dem Neigungsdetektor 18 soll ein kritischer Neigungswinkel des Reinigungsroboters 10, der aus einem großen Neigungswinkel des Untergrunds 14 resultieren kann, erfasst werden, um ein Abrutschen des Reinigungsroboters 10 in einen Abgrund zu vermeiden.
2 zeigt den Reinigungsroboter 10 auf einem geneigten Untergrund 20, der an einem Abgrundrand 21 an einen Abgrund 22 angrenzt. Der Abtaststrahl 17 ist in den Abgrund 22 gerichtet, sodass der Abgrunddetektor 15 ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit zur Steuerung eines Antriebsmotors des Reinigungsroboters 10 weiterleitet. Zusätzlich detektiert der Neigungsdetektor 18 einen bestimmten Neigungswinkel des Reinigungsroboters 10. Daraufhin leitet der Neigungsdetektor 18 ein diesbezügliches Signal ebenfalls an die Steuereinheit. Die Steuereinheit verarbeitet die erhaltenen Signale zu einem Steuerbefehl, um den Antriebsmotor des Reinigungsroboters 10 anzusteuern. Somit kann der Reinigungsroboter 10 beispielsweise seine Geschwindigkeit verlangsamen oder sich vom Abgrundrand 21 entfernen, um einen Absturz zu vermeiden.
3 zeigt einen Reinigungsroboter 30, der auf einem Untergrund 31 fährt und einen Abgrunddetektor 32 mit zwei übereinander angeordneten Sensoren 33 und 35 aufweist. Die Sensoren 33 und 35 können Infrarotsensoren oder Ultraschallsensoren sein. Die Sensoren 33 und 35 leiten einen Abtaststrahl 34 und 36 in einen Abgrund 37. Die Abtaststrahlen 34 und 36 weisen zur Vertikalen unterschiedliche Abtastwinkel auf. Durch die übereinander angeordneten Sensoren 33 und 35 und die unterschiedlichen Abtastwinkel der Abtaststrahlen 34 und 36 kann ein größerer Bereich des Untergrunds 31 oder des Abgrunds 37 abgetastet und/oder ein vergrößerter Reichweitenbereich mit einer maximalen Erkennungsgenauigkeit der Sensoren realisiert werden.
4 zeigt einen Reinigungsroboter 40, der zusätzlich zum Abgrunddetektor 15 und zum Neigungsdetektor 18 auch einen hier nicht gezeigten Schlupfdetektor aufweist. Der Schlupfdetektor ist mit einem Mitlaufrad 42 versehen, das auf dem Untergrund 41 abrollt, um die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Reinigungsroboter 40 und dem Untergrund 41 zu messen. Das Mitlaufrad 42 ist zwischen dem Gehäuse 11 und dem Raupenantrieb 12 montiert.
In einer weiteren Ausführungsform rollt bei einem Reinigungsroboter 50 ein mit dem Schlupfdetektor zusammenwirkendes Mitlaufrad 52, das benachbart zu einer Außenseite des Raupenantriebs 12 angebracht ist, auf einem Untergrund 51 ab (siehe 5).
Die Mitlaufräder 42 und 52 sind mit umlaufend angeordneten Zähnen versehen, damit die Mitlaufräder 42 und 52 zuverlässig auf dem Untergrund 41 und 51 abrollen können.
6 zeigt ein Steuerungssystem 60 mit einer Steuereinheit 61. Die Steuereinheit 61 wertet die bei ihr zusammenlaufenden Signale eines Abgrunddetektors 62, eines Neigungsdetektors 63 und eines Schlupfdetektors 64 aus und erzeugt daraufhin ein Steuersignal, das an den Antriebsmotor 65 weitergeleitet wird.
Bezugszeichenliste

10: Reinigungsroboter
11: Gehäuse
12: Raupenantrieb
13: Antriebsband
14: Untergrund
15: Abgrunddetektor
16: Sensor
17: Abtaststrahl
18: Neigungsdetektor
20: Untergrund
21: Abgrundrand
22: Abgrund
30: Reinigungsroboter
31: Untergrund
32: Abgrunddetektor
33: Sensor
34: Abtaststrahl
35: Sensor
36: Abtaststrahl
37: Abgrund
40: Reinigungsroboter
41: Untergrund
42: Mitlaufrad
50: Reinigungsroboter
51: Untergrund
52: Mitlaufrad
60: Steuerungssystem
61: Steuereinheit
62: Abgrunddetektor
63: Neigungsdetektor
64: Schlupfdetektor
65: Antriebsmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7832048 B2 [0004]
DE 102012112740 A1 [0005]
DE 102018200726 A1 [0006]

Claims

Reinigungsroboter (10, 30, 40, 50) zur Reinigung eines Untergrunds (14, 20, 31, 41,51), mit einem Abgrunddetektor (15, 32, 62) zum Detektieren eines Abgrunds (22, 37), dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsroboter (10) einen Neigungsdetektor (18) zum Detektieren eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters (10, 30, 40, 50) und/oder einen Schlupfdetektor zum Detektieren eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands (13) eines Raupenantriebs (12) aufweist.
Reinigungsroboter (10, 30, 40, 50) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgrunddetektor (15, 32, 62) mindestens einen Infrarotsensor (16) und/oder mindestens einen Ultraschallsensor (16) aufweist.
Reinigungsroboter (10, 30, 40, 50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf den Untergrund (14, 20, 31, 41,51) oder in den Abgrund (22, 37) gerichteter Abtaststrahl (17, 34, 36) des mindestens einen Infrarotsensors (16) und/oder mindestens einen Ultraschallsensors (16) einen Abtastwinkel zwischen 0° und 90° bezüglich der Vertikalen aufweist.
Reinigungsroboter (30) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgrunddetektor (32) mehrere Infrarotsensoren (33, 35) und/oder Ultraschallsensoren (33, 35) aufweist, die zur Vertikalen zueinander unterschiedliche Abtastwinkel aufweisen und/oder übereinander angeordnet sind.
Reinigungsroboter (10, 30, 40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der Neigungsdetektor (18) mindestens einen Neigungssensor aufweist.
Reinigungsroboter (40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupfdetektor ein Mitlaufrad (42, 52) aufweist.
Reinigungsroboter (40, 50) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitlaufrad (42, 52) eine raue oder mit Zähnen versehene und/oder eine Hafteigenschaften aufweisende Oberfläche aufweist.
Reinigungsroboter (10, 30, 40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgrunddetektor (15, 32) am Roboterbug montiert ist.
Verfahren zur Steuerung eines Reinigungsroboters (10, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Detektieren eines Abgrunds und/oder eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters (10, 30, 40, 50) und/oder eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands (13) eines Raupenantriebs (12), b) wenn eine kritische Abgrundtiefe und ein vorgegebener Mindestabstand zum Abgrundrand (21) detektiert werden, dann entfernt sich der Reinigungsroboter (zehn, 30, 40, 50) vom Abgrundrand (21), c) wenn keine kritische Abgrundtiefe und kein vorgegebener Mindestabstand zum Abgrundrand (21) detektiert werden, aber ein kritischer Wert für den Neigungswinkel und/oder den Schlupf detektiert wird, dann Erhöhung des vorgegebenen Mindestabstands zum Abgrundrand (21) und/oder Reduzierung der Geschwindigkeit des Reinigungsroboters (10, 30, 40, 50) und/oder der Reinigungsroboter (10, 30, 40, 50) entfernt sich vom Abgrundrand (21).
Steuerungssystem (60) zur Steuerung eines Reinigungsroboters (10, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Abgrunddetektor (62), einer Steuereinheit (61) zur Steuerung eines Antriebsmotors (65) und dem Antriebsmotor (65), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (60) auch einen Neigungsdetektor (63) zum Detektieren eines Neigungswinkels des Reinigungsroboters (10, 30, 40, 50) und/oder einen Schlupfdetektor zum Detektieren eines Schlupfs eines Antriebsrads und/oder eines Antriebsbands (13) eines Raupenantriebs (12) aufweist.