DE19959440A1 - Verfahrbarer Wagen, insbesondere Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschine - Google Patents

Abstract

Ein verbesserter verfahrbarer Wagen, insbesondere in Form eines Arbeits- oder Reinigungsgerätes eignet sich insbesondere zum selbsttätigen Verfahren vor allem dadurch, dass zumindest eine Sensoreinrichtung (13, 17) vorgesehen ist, die mit dem zumindest einen lenkbaren Laufrad (7) und/oder einer verschwenkbaren Bodenbearbeitungs- oder Reinigungseinheit bzw. -kopf (3) zumindest relativ mitverschenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen verfahrbaren Wagen, insbeson­ dere Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschine, nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Reinigungsmaschinen sind beispielsweise aus der vorver­ öffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 98/43527, veröffentlicht am 8. Oktober 1998, hinlänglich bekannt.

Die eigentlichen, der Bodenreinigung dienenden Einrichtun­ gen und Komponenten können dabei aus einer oder beispiels­ weise zwei zusammenwirkenden, um eine Horizontalachse drehenden Borstenwalzen, aus einem umlaufenden Bürstenband oder beispielsweise aus einer oder mehreren zusammenwir­ kenden, um zumindest annähernd vertikale Achsen drehende Tellerbürsten oder aus Kombinationen vorstehender Ein­ richtungen oder dergleichen bestehen.

Darüber hinaus sind auch schon selbstfahrende Arbeits­ maschinen und Reinigungsvorrichtungen bekannt geworden, die über entsprechende Sensoreinrichtungen verfügen. Der­ artige Sensoreinrichtungen können beispielsweise aus opti­ schen Sensoreinrichtungen unter Verwendung eines Laser­ strahls zum Abtasten (beispielsweise in der Horizontal­ ebene) und/oder aus Ultraschallsensoren, Radarsensoren oder dergleichen bestehen. Insbesondere in der heutigen Zeit könnten sogar Sensoren basierend auf einer Kamera mit einem Siliziumchip zur Auswertung des aufgenommenen Bildes verwendet werden.

Um eine entsprechende gute Abtastung des Umfeldes und im Hinblick auf bestehende Hindernisse vornehmen zu können, ist bereits an einem vorbekannten Arbeitsgerät vorgeschla­ gen worden, insgesamt 96 Sensoren an unterschiedlichsten Stellen anzubringen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein verbessertes Sensorsystem zu schaffen, welches effizient und wirksam arbeitet und dabei kostengünstig aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Die vorzugsweise mit einem Roboter vergleichbare, vorzugs­ weise selbsttätig und somit automatisch verfahrbare Wagen, insbesondere in Form einer Arbeits- oder Reinigungsmaschi­ ne zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest in Abhängig­ keit einer Kurvenfahrt oder einer Verschwenkung einer auf dem Fahrzeug vorgesehenen Betätigungs-, Arbeits- oder Reinigungseinheit, vorzugsweise in Form eines Arbeits- oder Reinigungskopfes, die zumindest eine Sensoreinrich­ tung zumindest relativ in gleicher Richtung mit ver­ schwenkt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Verschwenkvorgang in unmittelbarer Kopplung zum Win­ keleinschlag der Fahrtrichtung oder der Verdrehung des Arbeits- oder Reinigungskopfes erfolgen.

Dadurch lässt sich der wesentliche Vorteil realisieren, dass durch die mitschwenkenden Navigationseinrichtungen ein wesentlich größerer Umfeldbereich erfasst werden kann, und zwar immer ausgerichtet auf den entscheidungserhebli­ chen Bereich, in welchem eine Bewegung erfolgt. Dadurch kann die Anzahl der ansonsten benötigten Sensoreinrichtun­ gen von der Anzahl her und damit auch von der Kostenseite her drastisch reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei zumindest eine Sensoreinrichtung, beispielsweise ein Lasersensor in Bodennähe, insbesondere in Höhe der Laufräder oder gering­ fügig darüber, beispielsweise bis etwa in Höhe eines Chas­ sis oder Bodens der Arbeitseinrichtung oder der Reini­ gungsmaschine vorgesehen. Dabei kann es sich um einen in einem horizontalen Winkelbereich selbsttätig arbeitenden, das Umfeld abtastenden, Laserscanner handeln. Obgleich dieser Sensor z. B. in Form eines Laserscanners bereits bei Geradeausfahrt das Umfeld in einem Weitwinkelbereich von links nach rechts (in der Regel symmetrisch zur Mittel­ längsachse) abtastet, bietet die erfindungsgemäße Lösung erhebliche Vorteile. Der erfindungsgemäße Vorteil zeigt sich vor allem bei Kurvenfahrt oder starker Verschwenkung des Arbeits- oder Reinigungskopfes, da erfindungsgemäß hier eine Mitverschwenkung des Sensors erfolgt. Dadurch kann von vornherein das abgetastete Sensorfeld vergleichs­ weise klein gestaltet und sogar gewisse seitliche Totwin­ kel vorgesehen sein, da beispielsweise bei einer Links­ fahrt dann der überwachte und gescannte Bereich mit nach links verschwenkt wird, also die ansonsten bei Geradeaus­ fahrt seitlich liegenden Totzonen mit abgedeckt werden.

Alternativ oder ergänzend ist erfindungsgemäß zumindest eine oder vorzugsweise mehrere höherliegende Sensorein­ richtungen vorgesehen, die beispielsweise vor der Ver­ kleidung des selbsttätig verfahrbaren Wagens oder der Reinigungseinrichtung angeordnet ist. Es kann sich hierbei um einen baum- oder säulenartigen Aufbau handeln, der mit der Lenk- oder Verschwenkeinrichtung des Lenkmechanismus und/oder des verschwenkbaren Arbeits- oder Reinigungs­ kopfes gekoppelt ist. Bei einem Verschwenken des Arbeits- oder Reinigungskopfes kann auch diese Sensoreinrichtung, d. h. zum Beispiel die Sensorsäule mit verschwenkt und jeweils in Laufrichtung ausgerichtet werden.

In einer weiteren Abwandlung der Erfindung kann diese höherliegende Sensoreinrichtung aber auch unterhalb einer Verkleidung des selbsttätig verfahrbaren Arbeits- oder Reinigungsgerätes angeordnet sein, wenn zumindest Teile der Abdeckung, hinter der die entscheidungserheblichen Sensoreinrichtungen sitzen, für diese Sensoreinrichtung quasi "durchsichtig" sind oder an entsprechenden Stellen Fensterdurchlassöffnungen vorgesehen sind. Wichtig ist nur, dass in einem ausreichenden Winkelbereich auch un­ terhalb einer derartigen Verkleidung des Arbeits- oder Reinigungsgerätes die entsprechenden Sensoreinrichtungen mitverschwenkt werden können.

Die Erfindung wird vor allem für den Fall einer vorzugs­ weise selbstfahrenden Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschi­ ne beschrieben. Die Erfindung kann aber gleichermaßen für jedes verfahrbare Fahrzeug angewendet werden, insbesondere auch ein selbstfahrbares Fahrzeug. Darunter können bei­ spielsweise auch Rasenmäher fallen, automatisch verfahr­ bare Rasensprenganlagen, Agrarmaschinen, Straßenreini­ gungs- oder Bearbeitungsmaschinen, Schneepflugfahrzeuge etc. Eine Begrenzung auf bestimmte verfahrbare Fahrzeuge oder Arbeits- oder Reinigungsmaschinen ist nicht gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische vereinfachte Darstel­ lung eines Reinigungsgerätes mit einer erfindungsgemäßen mit verschwenkbaren Sen­ soreinrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf das Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine zu Fig. 3 entsprechende Draufsicht, jedoch nicht bei Geradeausfahrt, sondern bei Linkskurven-Fahrt; und

Fig. 5 eine auszugsweise schematische Seitendar­ stellung zur Erläuterung, dass die Sensor­ einrichtung und der Sensorbaum auch als taktiles Sensorelement ausgebildet und/­ oder ein zusätzliches Sensorelement, ins­ besondere taktiles Sensorelement, vorgese­ hen sein kann, um den Boden abzutasten.

In Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele eines Bodenbearbeitungs- bzw. Bodenreinigungsgerätes gezeigt, welches von seinem Grundaufbau her dem aus der vorver­ öffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 98/43527 bekannten Bodenreinigungsmaschine entspricht. Eine der­ artig aufgebaute Bodenreinigungsmaschine weist einen Be­ arbeitungskopf 3 auf, der um eine vertikale Achse herum verschwenkbar ist, wobei der Reinigungskopf ferner über eine mit verschwenkbare Laufrolle 5 gemeinsam um die ver­ tikale Verschwenkachse verschwenkbar ist. Bevorzugt liegt die vertikale Verschwenkachse versetzt zum vertikalen Durchmesser durch die mitverschwenkbare Laufrolle. Be­ züglich Aufbau und Funktionsweise eines derartigen Reini­ gungsgerätes wird auf die vorstehend genannte Vorveröf­ fentlichung WO 98/43527 in vollem Umfang verwiesen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Soweit Funktion und Aufbau in dieser Vorveröffentlichung beschrieben sind, kann im vorliegenden hierauf verzichtet werden.

Um beispielsweise ein aus der vorstehend genannten Ver­ öffentlichung bekanntes Bodenbearbeitungsgerät als selbst­ tätig laufenden Automaten auszugestalten, kann nunmehr eine entsprechende Elektrik und Elektronik vorgesehen sein, die das Bodenbearbeitungsgerät entsprechend einer vorgegebenen Bahn oder Bahnbereich entsprechend verfährt.

Ein derartiges automatisches und selbsttätig verfahrbares Bodenbearbeitungsgerät ist in der Praxis aber nur dann sinnvoll einsetzbar, wenn es auf Hindernisse im Reini­ gungsbereich eigenständig reagieren kann. Dies erfordert zunächst die Erkennung derartiger Hindernisse. Derartige Hindernisse können beispielsweise durch sich im Reini­ gungsbereich aufhaltende Personen gegeben sein oder durch Gegenstände, die beispielsweise neu aufgestellt, an ande­ rer Stelle aufgestellt oder verschoben wurden etc.

Um derartige Hindernisse bzw. die Begrenzung der Bear­ beitungs- oder Reinigungsfläche stets selbsttätig zu über­ wachen und elektronisch auswerten zu können, umfasst das Bodenbearbeitungsgerät gemäß den Fig. 1 bis 4 eine erste untere Sensoreinrichtung 13, die beispielsweise aus einem Laserscanner bestehen kann.

In den Figuren ist dabei zum einen die Sensoreinrichtung 13 sowie ein zugehöriges Abtastfeld 15 gezeigt, längs welchem der Laserstrahl permanent und automatisch durch den Laserscanner hin- und herbewegt wird. Innerhalb dieses Feldes kann in einem bestimmten Abstandsrahmen vom eigent­ lichen Sensor 13 aus durch Auswertung von Reflektionslicht erkannt werden, ob sich in diesem Bereich Hindernisse befinden.

Genauso gut kann es sich aber auch um eine andere Sensor­ einrichtung handeln, beispielsweise ein Sensor auf Basis eines Radargerätes, eines Infrarotgerätes, Ultraschall­ sensoren etc. Möglich ist aber auch der Einsatz einer Kamera, um ein entsprechendes aufgefangenes optisches Bild durch heute bereits bekannte und mögliche elektronische Auswertmethoden zu analysieren und auf das Vorhandensein von Begrenzungen oder Hindernissen zu überprüfen und in Abhängigkeit davon die Weiterfahrt, die Geradeaus- oder Kurvenfahrt der selbsttätig verfahrbaren Reinigungsmaschi­ ne zu verändern oder zumindest zu beeinflussen.

Ferner ist eine zweite Sensoreinrichtung 17 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel oberhalb der ersten Sensoreinrichtung 13 angeordnet ist. Die zweite Sensorein­ richtung umfasst einen säulenartigen Aufbau mit einer Vielzahl dort ausgebildeter und beispielsweise überein­ ander an den gegenüberliegenden Seitenbereichen 19 und im Frontbereich 21 sitzenden Sensoreinrichtungen 23, bei­ spielsweise in Form von Ultraschallsensoreinrichtungen 23.

Während die erste Sensoreinrichtung bevorzugt unmittelbar oberhalb des Bodenbereiches, beispielsweise in Höhe der Laufräder 5 und 7 oder beispielsweise bis zur Höhe des Chassis 25 der Arbeits- oder Bodenbearbeitungsmaschine liegend angeordnet ist, so ist die sogenannte zweite Sen­ soreinrichtung 17 bevorzugt oberhalb des Chassis 25, also oberhalb der Bodenfläche, im gezeigten Ausführungsbeispiel oberhalb der Laufräder 7, angeordnet und erstreckt sich dort bei Geradeausfahrt in der Mittellängssymmetrieebene, wobei die mehreren frontseitig und an den gegenüberliegen­ den Seiten 19 angeordneten Sensoren 13 mehr oder weniger stark vertikal übereinanderliegend angeordnet sind, im gezeigten Ausführungsbeispiel an einer Art Sensorsäule 27.

Diese Sensorsäule 27 ist mit dem Bearbeitungs- oder Reini­ gungskopf ebenfalls wieder mit verschwenkbar fest verbun­ den, im gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar auf der ersten Sensoreinrichtung 13 aufbauend montiert, so dass die erste und zweite Sensoreinrichtung bei entsprechender Kurvenfahrt bzw. Verschwenkung des Arbeits- bzw. Reini­ gungskopfes 3 selbsttätig in Reinigungs- und Fahrtrichtung ausgerichtet werden.

Der Gesamtaufbau ist also derart, dass mittels einer un­ terhalb des Chassis 25 angeordneten vertikalen Verschwenk­ achse der Arbeits- oder Bodenbearbeitungskopf 3 von links nach rechts verschwenkbar ist, wobei dieser Verschwenkkopf bei Geradeausfahrt bis über die vordere Begrenzung 29 (Fig. 2) übersteht und die erwähnte zweite Sensorein­ richtung 17 an diesem überstehenden Sensortragabschnitt 31 gehalten und montiert ist. Die Anordnung einschließlich der frontseitigen Gehäuseabdeckung 33 des Bodenbearbei­ tungsgerätes ist derart, dass auch bei Seitenverschwenkung diese zweite Sensoreinrichtung 17 beispielsweise in Form der Sensorsäule 27 nicht mit der Gehäuseabdeckung 33 kol­ lidieren kann.

Bei der Draufsicht gemäß Fig. 4 ist bei entsprechender Verschwenkbewegung nach links die gleichzeitige Mitver­ schwenkung der ersten Sensoreinrichtung 13 mit der ent­ sprechenden Ausrichtung des Abtastfeldes 15 und die ge­ meinsame Mitverschwenkung der an der Sensorsäule 27 ausge­ bildeten zweiten Sensoreinrichtung 17 ersichtlich.

Da durch diese technische Maßnahme stets der entschei­ dungserhebliche Bereich abgetastet und ausgewertet wird, kann gegenüber herkömmlichen Sensoreinrichtungen die Zahl der einzelnen Sensorelemente drastisch reduziert werden.

Fig. 5 entspricht der Seitendarstellung nach Fig. 4. Bei Fig. 5 ist ferner noch vorgesehen, dass die Sensorein­ richtung 13, 17 insgesamt als taktiles Sensorelement 41 wirkt. Fährt mit anderen Worten der verfahrbare Wagen, beispielsweise in Form der erläuterten Bodenreinigungs­ maschine, an einen Gegenstand an, der beispielsweise auch oberhalb des Bodens in Richtung Maschine vorragt, kann entweder der nach oben hin vorstehende Sensorbaum in Form der zweiten Sensoreinrichtung 17 oder aber auch die unten­ liegende erste Sensoreinrichtung 13 bei Berührung mit dem betreffenden Gegenstand - da beide Einheiten gemeinsam oder getrennt als taktile Sensoreinrichtungen 41 ausge­ bildet sind - ein entsprechendes Signal auslösen, um die weiteren Vorwärtsfahrt zu stoppen und bei Bedarf bei­ spielsweise wieder ein Stück rückwärts und dann seitlich weiterzufahren, insbesondere dann, wenn es sich um eine selbstverfahrbare Fahreinrichtung handelt.

Alternativ oder ergänzend kann auch noch eine weitere Sensoreinrichtung 141, insbesondere in Form einer taktilen Sensoreinrichtung 141', vorgesehen sein, die im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 aus einer nach vorne und unten vorstehenden stabförmigen Tasteinrichtung 45 be­ steht, die unten mit einer Rolle oder nach einem entgegen der Fahrtrichtung umgelegten Tastabschnitt 45' versehen ist. Fährt die erläuterte Fahreinrichtung, beispielsweise in Form einer Bodenreinigungsmaschine, auf eine auf einem Stockwerk in Richtung nach unten verlaufende Treppe zu, so würde diese Boden-Sensoreinrichtung 141, insbesondere in Form einer taktilen Sensoreinrichtung 141, sofort erken­ nen, dass die Bodenfläche an einer Stufe oder einem Ab­ grund endet und das Fahrzeug stillsetzen bzw. eine Rich­ tungsumkehr zur Seite hin oder nach rückwärts hin oder eine entsprechend überlagerte Bewegung bei Bedarf iniziie­ ren. Dadurch kann also das Fahrzeug vor einem Absturz z. B. bei Treppen oder Rampen geschützt werden.

Claims (15)

1. Verfahrbarer Wagen, insbesondere Arbeits- oder Boden­ reinigungsmaschine, mit zumindest einem verschwenkbaren Rad bzw. einer verschwenkbaren Laufrolle (5) und/oder einer verschwenkbaren Betätigungs-, Arbeits- oder Reini­ gungseinheit bzw. -kopf (3) sowie zumindest einer Sensor­ einrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensoreinrichtung (13, 17, 141, 141') vorgesehen ist, die mit dem zumindest einen lenkbaren Laufrad (7) und/oder einer verschwenkbaren Betätigungs-, Arbeits- oder Reini­ gungseinheit bzw. -kopf (3) zumindest relativ mit ver­ schwenkbar ist.

2. Wagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sensoreinrichtung (13, 17, 141, 141') ent­ sprechend dem Winkeleinschlag des lenkbaren Laufrades (7) und/oder entsprechend dem Winkeleinschlag der verschwenk­ baren Betätigungs-, Arbeits- oder Reinigungseinheit bzw. kopf (3) entsprechend mit verschwenkbar ist.

3. Wagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) in Höhe der Laufräder (5) vorzugsweise bis etwa in Höhe eines Chassis (25) des ver­ fahrbaren Wagens, insbesondere in Form eines Bodenbear­ beitungs- oder Reinigungsgerätes, angeordnet ist.

4. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (17) oberhalb der Laufrollen (5) und/oder oberhalb eines Chassis (25) an­ geordnet ist.

5. Wagen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Sensoreinrichtung (17) mehrere Einzelsensoren (23) umfaßt, die übereinander und seitlich zueinander angeord­ net sind.

6. Wagen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Geradeausfahrt bzw. unverschwenkten Bearbeitungs- bzw. Reinigungseinheit oder -kopf (3) die mehreren Sensor­ elemente (23) etwa symmetrisch zur vertikalen Mittellängs­ achse des Bearbeitungs- oder Reinigungsgerätes angeordnet sind.

7. Wagen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die mehreren Sensoreinrichtungen (23) an einem sich im wesentlichen mit Vertikalkomponente erstrec­ kenden und in Fahrtrichtung vorlaufenden, vorzugsweise säulenartigen, Tragelement angeordnet sind.

8. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die in Vorwärtsrichtung und in linker wie rechter seitlicher Ausrichtung und übereinander angeordne­ ten Sensorelemente (23) aus Ultraschallsensoren bestehen.

9. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die untenliegende Sensoreinrichtung (13) vorzugsweise aus einem in einem bestimmten seitlichen Winkelbereich wirkenden Laser- oder Radarsensor besteht.

10. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zumindest eine Sensoreinrichtung (141, 141') vorgesehen ist, die aus einer taktilen Sensorein­ richtung besteht.

11. Wagen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Sensoreinrichtung (141, 141') mit der Sensor­ einrichtung (13) in Höhe der Laufräder (5) und/oder mit der Sensoreinrichtung (17) oberhalb der Laufrollen (5) und/oder oberhalb eines Chassis (25) vorgesehen und/oder mit dieser Sensoreinrichtung (13, 17) gekoppelt ist.

12. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine spezielle Sensoreinrichtung (141, 141') zur Überwachung der Bodenfläche zur Erkennung einer Vertiefung eines Absatzes, einer Rampe oder dergleichen vorgesehen ist.

13. Wagen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (141, 141') zur Überwachung der Bodenfläche aus einer taktilen Sensoreinrichtung (141, 141') besteht.

14. Wagen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zur. Überwachung der Bodenfläche, insbesondere in Form einer taktilen Sen­ soreinrichtung (141, 141'), in Form eines an dem Wagen in dessem vorderen Bereich zumindest vor dessen vordersten Laufrad (5) ausgebildet und/oder wirksam ist.

15. Wagen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Sensoreinrichtung (141, 141') mit einer Rolle oder einem Tastabschnitt (45') mit der Bodenfläche in Berührung steht.