DE10246997A1

DE10246997A1 - Autonomer, von räumlichem Erinnerungsvermögen freier, selbstfahrender und selbststeuernder Reinigungsroboter

Info

Publication number: DE10246997A1
Application number: DE10246997A
Authority: DE
Original assignee: HAPP MANFRED
Current assignee: HAPP MANFRED
Priority date: 2001-09-29
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2003-06-12
Also published as: DE20116069U1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen, autonomen, von räumlichem Erinnerungsvermögen freien selbstfahrenden und selbststeuernden Reinigungsroboter. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Reinigung von Fußböden im Innen- und Außenbereich von Bauwerken, das mit Hilfe des neuen Reinigungsroboters durchgeführt wird. Fahrbare Reinigungsmaschinen, wie Feuchtwischer, sind seit langem bekannt. Diese Reinigungsmaschinen sind voluminös und schwer und bedürfen noch immer einer externen Lenkung oder Fernbedienung, d. h., sie sind nicht autonom im Sinne von selbststeuernd und selbstfahrend. Aufgrund ihrer Größe können sie auch nicht ohne weiteres auf unebenem Untergrund eingesetzt werden. Sofern sie autonom, d. h. selbststeuernd und selbstfahrend, eingesetzt werden sollen, müssen sie wegen ihrer Größe ein elektronisches räumliches Erinnerungsvermögen aufweisen, das verhindert, dass die Reinigungsmaschinen mit stationären Gegenständen, wie Möbeln, oder mit Wänden oder Treppenstufen kollidieren. Dies hat den wesentlichen Nachteil, dass eine Änderung der räumlichen Gegebenheiten eine Umprogrammierung der Reinigungsmaschinen notwendig macht, damit sie beispielsweise auch die Bereiche reinigen, wo zuvor Möbel standen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Reinigungsmaschinen ist, dass sie ohne aufwendige Zusatzgeräte nicht die Böden unter stationären Gegenständen, wie Möbel, Geländer oder Treppen, reinigen können. Nicht zuletzt sind diese Reinigungsmaschinen teuer und bedürfen einer intensiven Wartung.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Reinigungsgerät, das die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweist.
So sollte das Reinigungsgerät nicht voluminös und schwer sein. Außerdem sollten es autonom i. S. von selbststeuernd und selbstfahrend sein. Mit anderen Worten; das Reinigungsgerät sollte ohne permanente Überwachung, ohne eine Fernbedienung und ohne einen elektronisch gespeicherten Lageplan betrieben werden können. Das Reinigungsgerät sollte des weiteren kein räumliches Erinnerungsvermögen benötigen, sondern sollte sich "von selbst" an Änderungen der räumlichen Gegebenheiten anpassen und beispielsweise auch die Bodenbereiche reinigen, wo kurz zuvor Gegenstände standen. Ferner sollte das Reinigungsgerät auch auf unebenem Untergrund eingesetzt werden können und so flach sein, dass es auch die Bereiche unter den stationären Gegenständen problemlos reinigen kann. Nicht zuletzt sollte das Reinigungsgerät problemlos in ein automatisiertes Reinigungssystem und -verfahren integrierbar sein, in deren Rahmen es eine zentrale Vorrichtung zum Aufladen seiner Energiequellen und zum Entfernen des aufgesammelten Schmutzes aufsucht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Bedarf zu decken.

Demgemäß wurde der neue, autonome, von räumlichem Erinnerungsvermögen freie, selbstfahrende und selbststeuernde Reinigungsroboter (1) gefunden, umfassend

- einen nach unten offenen flachen Rahmen (2), eine in den Rahmen (2) eingesetzte flache Reinigungseinheit (3) mit mindestens einer Reinigungsvorrichtung (3.1), die durch die untere Öffnung des Rahmens (2) ragt und Berührung mit dem Untergrund hat,
- einen flachen Energiespeicher (4), der mit der quer zur Reinigungsfahrtrichtung (F) befindlichen Seite (Rückseite) des Rahmens (2) verbunden ist,
- eine flache elektronische Steuereinheit (5), die mit der dem Rahmen (2) abgewandten Seite des Energiespeichers (4) verbunden ist,
- einen flachen Antriebsteil (6), der mit der dem Energiespeicher (4) abgewandten Seite der elektronische Steuereinheit (5) verbunden ist,
- mindestens zwei Antriebsvorrichtungen (7), die mit dem Antriebsteil (6) drehbar verbunden sind, und
- an der dem Energiespeicher (4) abgewandten Seite des Rahmens (2) (Vorderseite) und an der der elektronischen Steuereinheit (5) abgewandten Seite des Antriebsteils (6) (Heckseite) jeweils mindestens einen Sensor (9).

Im folgenden wird der neue, autonome, von räumlichem Erinnerungsvermögen freie, selbstfahrende und selbststeuernde Reinigungsroboter (1) als "erfindungsgemäßer Reinigungsroboter" bezeichnet.

Außerdem wurde das neue Verfahren zur Reinigung eines verschmutzten Untergrunds mit Hilfe mechanischer und/oder elektrostatischer Vorrichtungen gefunden, bei dem man mindestens einen erfindungsgemäßen Reinigungsroboter verwendet und dass im folgenden als "erfindungsgemäßes Reinigungsverfahren" bezeichnet wird.

Weitere Erfindungsgegenstände ergeben sich aus der Beschreibung.

Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters und mit Hilfe des erfindungsgemäßen automatisierten Reinigungsverfahrens gelöst werden konnte.

Insbesondere war es überraschend, dass sich ebene und unebene Böden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters problemlos reinigen ließen, wobei im Falle sehr großer Flächen anstelle eines großdimensionierten Reinigungsgeräts ganz einfach mehrere erfindungsgemäße Reinigungsroboter eingesetzt werden konnten.

Noch mehr überraschte, dass bei dem Einsatz mehrerer erfindungsgemäßer Reinigungsroboter diese nicht miteinander kollidierten, sondern sich nach Kontakt automatisch "aus dem Wege" gingen. Gleiches galt für auf dem zu reinigenden Untergrund oder den zu reinigenden Böden befindliche stationäre Gegenstände, wie Möbel oder geparkte Automobile, die von dem erfindungsgemäßen Reinigungsroboter nach Kontakt umsteuert wurden. Außerdem war es überraschend, dass der erfindungsgemäße Reinigungsroboter sich selbst problemlos aus Ecken, wie beispielsweise Zimmerecken, herausnavigieren konnte, um danach sein Reinigungswerk fortzusetzen. Desgleichen überraschte, dass der erfindungsgemäße Reinigungsroboter sich selbst problemlos an Hindernissen, wie Wände, Tresen, Maschinen u. a., zu Reinigungszwecken entlang navigieren konnte.

Aufgrund der Flachbauweise war der erfindungsgemäße Reinigungsroboter auch in der Lage, die Flächen unter Möbeln mit Bodenfreiheit oder in Garagen oder Parkhäusern geparkte Automobile zu reinigen. Des weiteren überraschte, dass der erfindungsgemäße Reinigungsroboter sich jederzeit von selbst ("autonom") an die gegebenen räumlichen Verhältnisse im Reinigungsbereich anpassen konnte. So war er beispielsweise in der Lage, nach dem Wegrücken eines Möbelstücks, die freigelegte Fläche zu reinigen und das Möbelstücks an der neuen Stelle zu umgehen oder zu unterfahren. Des weiteren war die Reinigung des Untergrunds wegen der besonderen Fortbewegungsweise des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters besonders intensiv, da eine gegebene Stelle stets mehrfach gereinigt wurde.

Außerdem war bei den erfindungsgemäßen Reinigungsrobotern die Verletzungsgefahr erheblich geringer, der Transport und die Handhabung bequemer, und der Energieverbrauch geringer als bei den üblichen und bekannten großdimensionierten Reinigungsgeräten. Wegen ihres modularen Aufbaus konnten die erfindungsgemäßen Reinigungsroboter in überraschend einfacher Weise gewartet werden, oder es konnten schadhafte Teile problemlos entfernt und durch funktionsfähige ersetzt werden. Besonders überraschte, dass die erfindungsgemäßen Reinigungsroboters so ausgelegt werden konnten, dass bei
Bedarf unterschiedliche Reinigungsvorrichtungen eingebaut werden konnten. Bei diesen Reinigungsvorrichtungen konnte es sich auch um Teile von im Handel befindlichen Reinigungsgeräten, wie Kehrmaschinen handeln, die als solche oder nach entsprechender Anpassung in die erfindungsgemäßen Reinigungsroboter eingebaut werden konnten.
Nicht zuletzt konnten die erfindungsgemäßen Reinigungsroboter in überraschend einfacher Weise in ein automatisiertes Reinigungssystem und -verfahren integriert werden, bei denen eine zentrale Vorrichtung automatisch den von den erfindungsgemäßen Reinigungsrobotern aufgesammelten Schmutz entfernte und ihre Energiequellen wieder auflud.
Wegen des außerordentlich vorteilhaften Eigenschaftsprofils konnten die erfindungsgemäßen Reinigungsroboter sowie das erfindungsgemäße automatisierte Reinigungssystem und -verfahren außerordentlich breit eingesetzt werden.

So konnten sie beispielsweise für die Reinigung von Böden in Krankenhäusern, Altenwohnheimen, Hotels, Gaststätten, Privatwohnungen oder Garagen, Parkhäuser oder Parkplätzen, selbst wenn diese voll besetzt sind, mit großem Erfolg eingesetzt werden und führten zu einer erheblichen Einsparung an Reinigungspersonal und Reinigungsmitteln. Außerdem konnten sie mit großem Erfolg im industriellen Bereich eingesetzt werden, beispielsweise um Drehbankspäne kontinuierlich aus dem Bodenbereich um Drehbänke zu entfernen, was die Betriebssicherheit signifikant erhöhte. Insgesamt kam es bei ihrer Verwendung nicht mehr zu Ansammlungen größerer Schmutzmengen, da die Reinigung und die Entsorgung des Schmutzes kontinuierlich ausgeführt werden konnten.

Außerdem konnten der erfindungsgemäße Reinigungsroboter sowie das erfindungsgemäße automatisierte Reinigungssystem und -verfahren zur Dekontamination von Bereichen, die mit toxischen und/oder radioaktiven Feststoffen verseucht waren, mit großem Vorteil eingesetzt werden.

Überraschenderweise konnten all diese Vorteile ohne die Verwendung einer externen Fernbedienung, einer Dauerüberwachung oder einem einprogrammierten räumlichen Lageplan erzielt werden.

Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter ist autonom. Dies bedeutet, dass er unabhängig von einer Fernbedienung, einer Dauerüberwachung und einem beispielsweise elektronisch gespeicherten Lageplan sich selbst steuert und fährt. Außerdem weist er kein elektronisches räumliches Erinnerungsvermögen auf, durch das die räumlichen Gegebenheiten in der zu reinigenden Umgebung beispielsweise elektronisch gespeichert werden, um Kollisionen mit Hindernissen zu vermeiden. Im Gegenteil führt der erfindungsgemäße Reinigungsroboter seine Bewegungen nach dem Zufallsprinzip ausschließlich aufgrund der von seinen Sensoren erhaltenen aktuellen Signale aus. Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters wird durch die Fig. 1 bis 3 schematisch erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters in schräger Seitenansicht.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters in Aufsicht.

Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Reinigungsroboter an der zentralen Vorrichtung zur Aufladung der Energie und zur Leerung des Schmutzauffangbehälters.

Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter umfasst einen nach unten offenen flachen Rahmen. Er kann viereckig, im wesentlichen viereckig mit abgerundeten Ecken, rund, oval, elliptisch, halbkreisförmig, halbovalförmig oder halbellipsenförmig geformt sein. Er kann aus beliebigen Materialien, wie Metall, Holz oder Kunststoff oder Verbunden aus diesen Materialien bestehen. Der flache Rahmen ist nach unten offenen und dient der Fixierung einer flachen Reinigungseinheit, die eine zum flachen Rahmen passende Form hat.

Er enthält übliche und bekannte Befestigungsvorrichtungen mit denen die flache Reinigungsvorrichtung vorzugsweise ablösbar fixiert wird. Beispiele geeigneter Befestigungsmittel sind Muttern, Schrauben, Stifte, Klemmvorrichtungen, spannbare Bänder, Klettverbindungen und Haftschichten. Der flache Rahmen ist den Dimensionen der Reinigungsvorrichtung von vornherein angepasst und/oder er enthält Vorrichtungen, womit der flache Rahmen unterschiedlichen Reinigungsvorrichtungen angepasst werden kann. Beispiele geeigneter Anpassungsvorrichtungen sind die vorstehend genannten Befestigungsvorrichtungen sowie geeignet dimensionierte Einsätze.

Desweiteren umfaßt der erfindungsgemäße Reinigungsroboter eine passend geformte flache Reinigungseinheit, die in den flachen Rahmen eingesetzt wird. Die Reinigungseinheit enthält mindestens eine, insbesondere eine, Reinigungsvorrichtung, die durch die untere Öffnung des flachen Rahmens ragt und mit dem Untergrund Berührung hat. Vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen quer zur Fahrtrichtung des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters angeordnet.

Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen walzenförmig ist. Vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen entgegen der Fahrtrichtung bewegbar, insbesondere drehbar, angeordnet. Die bei dem Reinigungsvorgang ausgeführte Drehung wird durch übliche und bekannte mechanische Antriebe wie Zahnräder oder Zahnriemen, oder durch Elektromotoren bewirkt.

Die Reinigungsvorrichtung hat eine Oberfläche, durch die der zu entfernende Schmutz aufgenommen und zeitweise fixiert wird.

Dies kann beispielsweise durch die elektrostatische Aufladung einer vergleichsweise glatten Oberfläche, die mit einem elektrisch nichtleitenden Material, wie einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff, insbesondere PVC, beschichtet ist oder hieraus besteht, bewerkstelligt werden. Vorzugsweise ist die elektrisch nichtleitende Oberfläche abriebfest.

Dies kann aber auch mechanisch bewerkstelligt werden, indem man die Oberfläche mit abstehenden Borsten, Reliefs oder Klebschichten oder Kombinationen hiervon versieht. Vorzugsweise werden Borsten angewandt.

Die Borsten können die Oberfläche der Reinigungsvorrichtung partiell oder vollständig bedecken. Für die partielle Bedeckung der Oberfläche können die Borsten in unterschiedlicher Weise angeordnet sein. So können Büschel von Borsten über die Oberfläche verteilt sein. Oder die Borsten können in der Form von Borstenreihen angeordnet sein. Die Borstenreihen können als parallele Ringe angeordnet sein, oder eine Borstenreihe kann die Reinigungsvorrichtung spiralförmig umwinden. Außerdem können die Borstenreihen längs der Längsachse der Reinigungsvorrichtung und parallel zueinander angeordnet sein. Selbstverständlich können diese Anordnungen der Borsten miteinander kombiniert werden.

In der Reinigungseinheit ist der Reinigungsvorrichtung oder einer der Reinigungsvorrichtungen mindestens ein, insbesondere ein, Schmutzauffangbehälter zugeordnet. Er dient dazu, den von der Reinigungsvorrichtung vom Untergrund aufgekehrten Schmutz bis zu seiner Entsorgung zu lagern. Dabei kann sich zwischen der Reinigungsvorrichtung und dem Schmutzauffangbehälter eine Abstreifvorrichtung befinden. Der Schmutzauffangbehälter kann ein Kasten oder einen Beutel sein. Der Kasten kann aus Metall, Holz oder Kunststoff bestehen. Der Beutel kann aus Kunststoff, Textil oder Papier bestehen. Es können auch Verbunde dieser Materialien verwendet werden.

Der Schmutzauffangbehälter kann als solcher aus der Reinigungseinheit herausgenommen und geleert werden. Er kann indes auch mindestens einen, insbesondere einen, verschließbaren Absaugstutzen aufweisen. Dieser kann nach oben oder nach unten gerichtet sein. Werden zwei Absaugstutzen verwendet, kann einer der beiden nach unten und der andere nach oben gerichtet sein. Welche Konfiguration gewählt wird, richtet sich nach der Ausführungsform des nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Reinigungssystems, in das der erfindungsgemäße Reinigungsroboter integriert ist. Insbesondere richtet sich die Konfiguration danach, ob die zentrale Vorrichtung zum Aufladen der Energiequellen und zum Entfernen angesammelten Schmutzes in den Boden eingelassen ist, was bei der industriellen Anwendung vorzugsweise der Fall ist, oder ob sie oberhalb des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters angeordnet ist, was bei der Anwendung im privaten Bereich vorzugsweise der Fall ist.

Vorzugsweise enthält die Reinigungseinheit noch eine mechanische, elektronische und/oder optische Füllstandanzeige für den Schmutzauffangbehälter. Die Füllstandanzeige kann mit einem Signalgeber gekoppelt sein, der den Füllstand an die nachstehend beschriebene elektronische Steuereinheit meldet. Bei Erreichen des maximalen Füllstands kann die elektronische Steuereinheit beispielsweise per Funk die zentrale Vorrichtung aktivieren, die dann den erfindungsgemäßen Reinigungsroboter zu ihr hinlenkt.

Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter enthält desweiteren einen flachen Energiespeicher, der mit der quer zur Reinigungsfahrtrichtung befindlichen Seite, d. h. der Rückseite, des flachen Rahmens verbunden ist. Vorzugsweise ist der Energiespeicher mit dem flachen Rahmen ablösbar verbunden, wobei die vorstehend beschriebenen Befestigungsmittel, vorzugsweise Muttern, Schrauben, Stifte oder Klemmvorrichtungen, verwendet werden können.

Der flache Energiespeicher kann die für den Betrieb erforderliche Energie mechanisch speichern, beispielsweise in Schwungrädern oder Federn. Vorzugsweise wird die Energie elektrisch gespeichert. Demnach handelt es sich bei dem bevorzugten flachen Energiespeicher um eine Batterie oder einen wiederaufladbaren Akkumulator, insbesondere um einen Akkumulator. Die Kapazität des Akkumulators ist vorzugsweise so hoch, dass der erfindungsgemäße Reinigungsroboter während 2 bis 24 Stunden durchgehend betrieben werden kann, bevor der Akkumulator wieder aufgeladen werden muss.

Vorzugsweise weist der Akkumulator noch einen geeigneten elektrischen Kontakt auf, über den er aufgeladen werden kann, ohne dass er dem Reinigungsroboter entnommen werden muss. Geeignete Akkumulator in Flachbauweise sind üblich und bekannt und im Handel erhältlich.

Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter enthält außerdem eine flache elektronische Steuereinheit. Diese ist mit der dem Rahmen abgewandten Seite des flachen Energiespeichers, d. h. seiner Rückseite, vorzugsweise ablösbar verbunden, wobei die vorstehend beschriebenen Befestigungsmittel in Betracht kommen.

Die elektronische Steuereinheit ist insbesondere mit den nachstehend beschriebenen Sensoren und der nachstehend beschriebenen Antriebsvorrichtung sowie gegebenenfalls mit der Füllstandanzeige verbunden, insbesondere verkabelt. Sie empfängt von diesen Teilen elektrische Signale, wertet sie aus und steuert aufgrund dieser Auswertung den nachstehend beschriebenen Antriebsteil. Vorzugsweise handelt es sich bei der elektronischen Steuereinheit um einen Computer insbesondere einen programmierbaren Computer, der vorzugsweise ein frei zugängliches Tastenfeld aufweist. Das Tastenfeld kann noch mit einer abnehmbaren Haube bedeckt sein, die das Tastenfeld vor zufälliger mechanischer Einwirkung schützt. Darüber hinaus kann die elektronische Steuereinheit noch Sender und Empfänger enthalten, über die sie beispielsweise mit der nachstehend beschriebenen zentralen Vorrichtung Signale austauscht. Außerdem kann der Empfänger so ausgelegt werden, dass über ihn der Computer telefonisch programmiert oder der erfindungsgemäße Reinigungsroboter eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann.

Geeignete programmierbare Computer und Sender und Empfänger oder Bausätze zu ihrer Herstellung sind üblich und bekannt und im Handel erhältlich.

Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter enthält desweiteren einen flachen Antriebsteil, der mit der dem Energiespeicher abgewandten Seite der elektronischen Steuereinheit, d. h. ihrer Rückseite, verbunden ist. Vorzugsweise ist der Antriebsteil mit der Rückseite der elektronische Steuereinheit ablösbar verbunden, wobei die vorstehend beschriebenen Befestigungsmittel in Betracht kommen. Der Antriebsteil enthält mindestens zwei Motoren, insbesondere Elektromotoren. Sie treiben die nachstehend beschriebenen Antriebsvorrichtungen an und werden von der elektronischen Steuereinheit gesteuert. Die Motorleistung wird so gewählt, dass der erfindungsgemäße Reinigungsroboter seine Funktion problemlos erfüllen kann und darüber hinaus noch über eine gewisse Leistungsreserve zur Verfügung steht. Geeignete Elektromotoren sind üblich und bekannt und im Handel erhältlich.

Mit dem Antriebsteil sind mindestens zwei, insbesondere zwei, Antriebsvorrichtungen drehbar verbunden. Die Antriebsvorrichtungen sind an oder unter den Längsseiten des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters angeordnet. Vorzugsweise sind die Antriebsvorrichtungen Räder oder Kettenantriebe. Werden nur zwei Räder verwendet, sind sie vorzugsweise unmittelbar mit dem Antriebsteil verbunden. In diesem Falle befindet sich vorzugsweise im zentralen Bereich des Vorderbereichs des flachen Rahmens an der Unterseite eine Rollvorrichtung. Vorzugsweise ist die Rollvorrichtung ein Rad oder eine Walze, die beide nicht angetrieben werden. Werden auf jeder Längsseiten mindestens zwei Räder angeordnet, oder werden Kettenantriebe verwendet, kann die Rollvorrichtung entfallen.

Bei Bedarf können die Antriebsvorrichtungen auch direkt mit einer Lenkeinheit verbunden sein.

Um die mechanische Stabilität des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters zu steigern, können der Energiespeicher, die elektronische Steuereinheit und der Antriebsteil in einen zweiten flachen Rahmen eingesetzt werden. Dieser zweite flache Rahmen kann fest oder ablösbar, vorzugsweise ablösbar, mit dem vorstehend beschriebenen ersten flachen Rahmen für die Reinigungseinheit verbunden sein. Der zweite flachen Rahmen kann aus den gleichen Materialien wie der erste flache Rahmen bestehen. Dabei kann der zweite flache Rahmen dieselbe oder im wesentlichen dieselbe Form wie der erste flache Rahmen haben. Dies ist vorzugsweise dann der Fall, wenn der erste flache Rahmen viereckig oder im wesentlichen viereckig ist. Dies ist außerdem der Fall wenn die flachen Rahmen halbkreisförmig, halbovalförmig oder halbellipsenförmig sind; dabei sind die beiden Rahmen vorzugsweise an ihren geraden Seiten miteinander verbunden. Ansonsten kann der zweite Rahmen eine Form haben, die sich an eine gebogene Seite des ersten Rahmens gewissermaßen anschmiegt. Außerdem können die gleichen Befestigungsmittel eingesetzt werden. An der den Energiespeicher abgewandten Seite des flachen Rahmens für die Reinigungseinheit, d. h. an der Vorderseite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters, und an der der elektronischen Steuereinheit abgewandten Seite des Antriebsteils, d. h. an der Heckseite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters, ist jeweils mindestens ein Sensor angeordnet. Die Sensoren reagieren auf mechanischen Kontakt oder auf akustische oder elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung. Somit handelt es sich bei den Sensoren vorzugsweise um Infrarotsensoren.

Die Sensoren melden das Auftreffen des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters auf Hindernisse (beispielsweise stationäre Gegenstände, Zimmerecken und/oder mindestens ein weiterer erfindungsgemäßer Reinigungsroboter) an die elektronische Steuereinheit, die daraufhin die Motoren des Antriebsteils so steuert, dass der erflndungsgemäße Reinigungsroboter um den stationären Gegenstand herum, von dem weiteren Reinigungsroboter weg oder aus der Ecke navigiert wird. Dies wird bewerkstelligt, indem die Antriebsvorrichtungen auf einer Längsseite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters in der gewünschten Richtung angetrieben werden, wogegen die Antriebsvorrichtungen auf der anderen Längsseite angehalten werden, oder indem die beiden Antriebsvorrichtungen in entgegengesetzter Richtung angetrieben werden.

Geeignete Sensoren sind üblich und bekannt und im Handel erhältlich. Der erfindungsgemäße Roboter kann darüber hinaus noch im Vorderbereich des ersten flachen Rahmens an beiden Längsseiten jeweils mindestens eine entgegen der Reinigungsfahrtrichtung drehbare Vorrichtung aufweisen. Diese dient dem Transport des Schmutzes, der sich in den Seitenbereichen des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters auf dem Untergrund befindet, auf die Vorderseite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters. Dort wird der Schmutz dann von der Reinigungsvorrichtung aufgenommen und zum Schmutzauffangbehälter befördert. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Vorrichtungen um Rundbürsten.

Bei Verwendung dieser seitlichen, drehbaren Vorrichtungen, insbesondere der Rundbürsten, befindet sich im Vorderbereich des ersten flachen Rahmens an beiden Längsseiten jeweils mindestens ein Sensor. Beispiele geeigneter Sensoren sind die vorstehend beschriebenen. Die seitlichen Sensoren melden den seitlichen Kontakt des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters mit einem Hindernis, beispielsweise einer Wand, an die elektronische Steuereinheit, die die Antriebsvorrichtungen so steuert, dass der erfindungsgemäße Reinigungsroboter an dem Hindernis entlang fährt. Dabei nimmt die mit dem Hindernis in Kontakt stehende seitliche drehbare Vorrichtung, insbesondere die Rundbürste, den an dem Hindernis befindlichen Schmutz auf und transportiert ihn zur Vorderseite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters.

Ansonsten kann der erfindungsgemäße Reinigungsroboter noch mit akustischen und/oder optischen, insbesondere optischen, Signalgebern, wie Leuchten, ausgerüstet sein, die der Betriebssicherheit und/oder dem Wiederauffinden des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters dienen. Er kann auch mit Helligkeitssensoren ausgerüstet werden, die dem Anschalten oder Abschalten des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters bei Lichtwechsel, beispielsweise bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang, dienen. Außerdem kann er, insbesondere für die Dekontamination, mit Kameras ausgerüstet werden.

Überraschenderweise erweisen sich die bei den üblichen und bekannten Reinigungsgeräten notwendigen Stoßkanten, Gummierungen oder Schaumgummierungen bei den erfindungsgemäßen Reinigungsrobotern als überflüssig, weil sie weitgehend oder völlig berührungslos arbeiten. Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter wird vorzugsweise in Flachbauweise ausgeführt. D. h., dass die Oberseite der Anordnung aus erstem Rahmen und Reinigungseinheit, des Energiespeichers, der elektronischen Steuereinheit sowie der Anordnung aus Antriebseinheit und Antriebsvorrichtungen oder der Anordnung aus zweitem Rahmen, Energiespeicher, elektronischer Steuereinheit, Antriebseinheit und Antriebsvorrichtungen den gleichen oder im wesentlichen den gleichen Abstand vom Untergrund haben. Vorzugsweise hat die Oberseite einen maximalen Abstand von 2 bis 10, bevorzugt 2,5 bis 9, besonders bevorzugt 3 bis 8 und insbesondere 3,5 bis 7 cm vom Untergrund.

Aufgrund dieser Flachbauweise kann der erfindungsgemäße Reinigungsroboter auch zur Reinigung der Flächen, die sich unterhalb von stationären Gegenständen, wie Treppen oder Möbel, insbesondere Schränke, Stühle, Tische, Betten, Automobile usw., befinden, eingesetzt werden.

Die Länge des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters, d. h. der Abstand von seiner Vorderseite zu seiner Heckseite, kann breit variieren und richtet sich nach den Erfordernissen des Einzelfalls. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Reinigungsroboter 10 bis 80, bevorzugt 15 bis 70 und insbesondere 20 bis 60 cm lang.

Ebenso kann die Breite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters, d. h. der 25 Abstand seiner beiden Längsseiten voneinander, breit variieren. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Reinigungsroboter 5 bis 80, vorzugsweise 10 bis 70 und insbesondere 15 bis 60 cm breit. Vorzugsweise ist dabei die Länge größer oder gleich der Breite des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt durch den Zusammenbau der vorstehend beschriebenen Einzelteile, wobei übliche und bekannte Vorrichtungen und Verfahren angewandt werden.

Wegen des modulartigen Aufbaus des erfindungsgemäßen Reinigungsroboters ist er besonders einfach zu warten. Außerdem können schadhafte Teile in einfacher Weise ausgebaut und durch funktionsfähige ersetzt werden.

Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter und seine Verwendung in dem erfindungsgemäßen automatisieren Reinigungsverfahren werden anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
In den Figuren haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung: 1 erfindungsgemäßer Reinigungsroboter,
2 nach unten offener, viereckiger flacher Rahmen,
3 viereckige flache Reinigungseinheit (Kehrmaschine),
3.1 Reinigungsvorrichtung (walzenförmige Bürste),
3.2 Schmutzauffangbehälter aus Kunststoff,
3.3 nach oben gerichteter, verschließbarer Absaugstutzen,
3.4 optische Füllstandanzeige,
3.5 Abstreifvorrichtung,
4 flacher Energiespeicher (Akkumulator mit elektrischem Kontakt zur Aufladung an der zentralen Vorrichtung 12),
4.1 elektrischer Kontakt,
5 flache elektronische Steuereinheit (programmierbarer Computer mit Tastenfeld),
5.1 Tastenfeld,
6 flacher Antriebsteil mit zwei Elektromotoren,
6.1 Elektromotoren,
7 Antriebsvorrichtungen (schmale Räder),
8 Rollvorrichtung (Rad),
9 Infrarotsensoren,
10 Rahmen für den Energiespeicher 4), die elektronische Steuereinheit 5 und den Antriebsteil 6,
11 seitliche angeordnete Rundbürsten,
12 zentrale Vorrichtung zum Aufladen des Akkumulators 4 und zum Entfernen des angesammelten Schmutzes aus dem Schmutzauffangbehälter 3.2,
12.1 Andockstelle für den Absaugstutzen 3.3
12.2 elektrischer Kontakt zum Aufladen des Akkumulators 4 über den elektrischen Kontakt 4.1,
A Abstand der Oberseite vom Untergrund,
L Länge des Reinigungsroboters 1,
B Breite des Reinigungsroboters 1 und
F Reinigungsfahrtrichtung.
Der erfindungsgemäße Reinigungsroboter (1) dient der automatischen Reinigung eines verschmutzten Untergrunds mit Hilfe mechanischer und/oder elektrostatischer, insbesondere mechanischer, Vorrichtungen, wobei die Reinigung autonom und selbststeuernd durchgeführt wird.
Bei der Reinigung rückt der erfindungsgemäße Reinigungsroboter (1) in Fahrtrichtung (F) eine durch die programmierte elektronische Steuereinheit (5) festgelegte Strecke 1, beispielsweise 1 m, bevor hält an, setzt eine durch die elektronische Steuereinheit (5) festgelegte Strecke 2, beispielsweise 80 cm, zurück, um dann wieder die festgelegte Strecke 1 vorzurücken. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt, so dass jede in Fahrtrichtung (F) befindliche Stelle des Untergrunds mehrfach gereinigt wird.
Bei der Vorwärtsbewegung in der Reinigungsfahrtrichtung (F) nimmt die sich entgegen der Fahrtrichtung (F) drehende walzenförmige Bürste (3.1) die Schmutzpartikel auf und befördert sie durch die Drehung zu der Abstreifvorrichtung (3.5), wo sie abgestreift und in den Schmutzauffangbehälter (3.2) befördert werden.
Detektieren die an der Vorderseite und/oder an der Heckseite, insbesondere an der Vorderseite, angeordneten Sensoren (9) den Kontakt mit einem Hindernis, geben sie ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit (5). Die elektronische Steuereinheit (5) bewirkt, dass der Reinigungsroboter (1) um eine festgelegte Strecke 2 zurückversetzt wird und danach um einen von 90 Grad abweichenden Winkel zum ursprünglichen Fahrtrichtung (F) gedreht wird, wonach er wieder solange vorrückt, bis die Sensoren (9) erneut den Kontakt mit dem Hindernis an die elektronische Steuereinheit (5) melden. Dies wird solange wiederholt, bis das Hindernis umgegangen ist.
Bei den Hindernissen kann es sich um stationäre Gegenstände, wie Möbel, Wände, Treppen, geparkte Automobile oder Maschinen, oder um andere Reinigungsroboter (1) handeln. Aufgrund der vorstehend beschriebenen automatischen Maßnahmen vermag der Reinigungsroboter (1) die stationäre Gegenstände zu umgehen oder an ihnen entlang zufahren und den anderen Reinigungsrobotern (1) aus dem Weg zu gehen.
Bei dem Hindernis kann es sich auch um eine Zimmerecke handeln, aus der sich der erfindungsgemäße Reinigungsroboter (1) in der vorstehend beschriebenen Weise herausnavigiert.
Haben die Hindernisse eine Bodenfreiheit, die größer ist als der maximale Abstand (A) der Oberseite des Reinigungsroboters (1) zum Untergrund, was beispielsweise bei Tischen, Schränken, Stühlen, Betten oder geparkten Automobilen häufig der Fall ist, kann der Reinigungsroboter (1) unter den Hindernissen hindurchfahren und die darunter befindlichen Flächen reinigen.
Melden die an einer der Längsseiten im Vorderbereich des Rahmens (2) angeordneten Sensoren (9) der elektronischen Steuereinheit (5) den Kontakt mit einem nicht umgehbaren Hindernis, beispielsweise einer Wand, bewirkt die Steuereinheit (5), dass sich der Reinigungsroboter (1) an dem Hindernis, beispielsweise an der Wand, entlang bewegt, wobei die auf der betreffenden Längsseite befindliche Rundbürste (11) in direktem Kontakt mit dem Hindernis ist. Die Rundbürste (11) ist so geformt, dass sie bei der Drehung entgegen der Fahrtrichtung (F) den an der Wand befindlichen Schmutz vor den Reinigungsroboter (1) befördert, wo er anschließend von der walzenförmigen Bürste (3.2) aufgenommen und über die Abstreifvorrichtung (3.5) in den Schmutzauffangbehälter (3.2) befördert wird.
Bei Erreichen der maximale Füllhöhe im Schmutzauffangbehälter (3.2) oder nach einer gewissen von der Steuereinheit (5) festgelegten Zeitspanne aktiviert die Steuereinheit (5) die zentrale Vorrichtung (12) beispielsweise durch ein akustisches Signal oder Funksignal, insbesondere durch ein Funksignal. Die zentrale Vorrichtung (12) lenkt daraufhin den Reinigungsroboter (1) durch ausgesandte Funksignale und/oder akustische Signale, insbesondere Funksignale, zu ihr hin.
Der Reinigungsroboter (1) dockt an der zentralen Vorrichtung (12) derart an, dass die elektrischen Kontakte (4.1) und (12.2) einerseits und der Absaugstutzen (3.3) und die Andockstelle (12.1) andererseits direkt miteinander verbunden sind. Danach wird der Akkumulator (4) wieder aufgeladen, und der angesammelten Schmutz wird aus dem Schmutzauffangbehälter (3.2) abgesaugt. Die Steuereinheit (5) ist derart programmiert, dass sie nach einer gewissen Zeitspanne, in der die Aufladung des Akkumulators (4) und das Absaugen des Schmutzes beendet sind, den Reinigungsroboter (1) wieder zur Reinigung schickt.
Werden mehrere Reinigungsroboter (1) in der aufgezeigten Weise verwendet, können auch sehr große Flächen problemlos und rasch gereinigt werden. Hierdurch kann im übrigen auch der Einsatz großer Reinigungsgeräte, die wartungsintensiv und aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts unfallträchtig sind, vermieden werden. Außerdem können Wohnungen, Hotels, Gaststätten, Krankenhäuser, Altenheime, Fabriken, Lager, Parkplätze, Garagen, Parkhäuser oder andere Gebäude in der Abwesenheit von Bedienungspersonal beispielsweise während der Nacht automatisch und kontinuierlich gereinigt werden. Bei Tagesanbruch können die Reinigungsroboter (1) zu den zentralen Vorrichtung (12) gelenkt werden, wo sie entleert, aufgeladen und bis zur späteren Verwendung geparkt werden.

Claims

1. Autonomer, von räumlichem Erinnerungsvermögen freier, selbstfahrender und selbststeuernder Reinigungsroboter (1), umfassend
einen nach unten offenen flachen Rahmen (2),
eine in den Rahmen (2) eingesetzte flache Reinigungseinheit (3) mit mindestens einer Reinigungsvorrichtung (3.1), die durch die untere Öffnung des Rahmens (2) ragt und Berührung mit dem Untergrund hat,
einen flachen Energiespeicher (4), der mit der quer Reinigungsfahrtrichtung (F) befindlichen Seite (Rückseite) Rahmens (2) verbunden ist,
eine flache elektronische Steuereinheit (5), die mit der dem Rahmen (2) abgewandten Seite des Energiespeicher (4) verbunden ist,
einen flachen Antriebsteil (6), der mit der dem Energiespeicher (4) abgewandten Seite der elektronische Steuereinheit (5) verbunden ist,
mindestens zwei Antriebsvorrichtungen (7), die mit dem Antriebsteil (6) drehbar verbunden sind, und
an der dem Energiespeicher (4) abgewandten Seite des Rahmens (2) (Vorderseite) und an der der elektronischen Steuereinheit (5) abgewandten Seite des Antriebsteils (6) (Heckseite) jeweils mindestens einen Sensor (9).

2. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (3) mit dem Rahmen (2) ablösbar verbunden ist.

3. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) ablösbar mit den Rahmen (2) verbunden ist.

4. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (5) ablösbar mit dem Energiespeicher (4) verbunden ist.

5. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsteil (6) mit der elektronischen Steuereinheit (5) ablösbar verbunden ist.

6. Reinigungsroboter(1), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4), die elektronische Steuereinheit (5) und der Antriebsteil (6) in einen viereckigen flachen Rahmen (10) eingesetzt sind.

7. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (10) mit dem Rahmen (2) ablösbar verbunden ist.

8. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseiten der Anordnung aus Rahmen (2) und Reinigungseinheit (3), des Energiespeichers (4), der elektronischen Steuereinheit (5) und der Anordnung aus Antriebseinheit (6) und Antriebsvorrichtungen (7) oder der Anordnung aus Rahmen (10), Energiespeicher (4), elektronischer Steuereinheit (5), Antriebseinheit (6) und Antriebsvorrichtungen (7) den gleichen oder im wesentlichen den gleichen Abstand (A) vom Untergrund haben.

9. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand vom Untergrund 2 bis 10 cm beträgt.

10. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass seine Länge (L) 10-80 cm beträgt.

11. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass seine Breite (B) 5 bis 80 cm beträgt.

12. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass L größer oder gleich B ist.

13. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung oder die Reinigungsvorrichtungen (3.1) quer zur Fahrtrichtung (F) angeordnet ist oder sind.

14. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen (3-1) walzenförmig ist.

15. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung Vorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen (3.1) von der Oberfläche abstehende Borsten aufweist.

16. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten die Oberfläche partiell oder völlig bedecken.

17. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen (3.1) entgegen der Fahrtrichtung (F) bewegbar angeordnet ist.

18. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen (3.1) entgegen der Fahrtrichtung (F) drehbar angeordnet ist.

19. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung oder mindestens eine der Reinigungsvorrichtungen (3.1) elektrostatisch aufgeladen ist.

20. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsvorrichtung oder mindestens einer der Reinigungsvorrichtungen (3.1) mindestens ein Schmutzauffangbehälter (3.2) zugeordnet ist.

21. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmutzauffangbehälter (3.2) mindestens einen verschließbaren Absaugstutzen (3.3) aufweist.

22. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugstutzen (3.3) oder mindestens eine der Absaugstutzen (3.3) nach oben gerichtet ist.

23. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugstutzen (3.3) oder mindestens einer der Absaugstutzen (3.3) nach unten gerichtet ist.

24. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (3) eine mechanische, elektronische und/oder optische Füllstandanzeige (3.4) für den Schmutzauffangbehälter (3.3) aufweist.

25. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) ein Akkumulator ist.

26. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (5) ein programmierbarer Computer ist.

27. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (6) mindestens zwei Elektromotoren (6.1) enthält.

28. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtungen (7) an den Längsseiten angeordnete Räder oder Kettenantriebe sind.

29. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Rollvorrichtung (8) enthält, die mit der Unterseite des Rahmens (2) in seinem dem Energiespeicher (4) abgewandten Bereich (Vorderbereich) verbunden ist.

30. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollvorrichtung (8) ein Rad oder eine Walze ist.

31. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (9) auf mechanischen Kontakt oder auf akustische oder elektromagnetische Strahlung reagieren.

32. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (9) Infrarotsensoren sind.

33. Reinigungsroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorderbereich des Rahmens (2) an beiden Längsseiten jeweils mindestens eine entgegen der Fahrtrichtung (F) drehbare Vorrichtung (11) angebracht ist, durch die der in den Seitenbereichen des Reinigungsroboters (1) auf dem Untergrund befindliche Schmutz vor den Reinigungsroboter (1) transportiert werden kann.

34. Reinigungsroboter (1) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Vorrichtungen (11) um Bürsten handelt.