DE4307125C2 - Verfahren zum selbsttätigen Steuern eines Reinigungsgerätes, insbesondere eines Staubsaugers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Steuern eines Reinigungsgerätes, insbesondere eines Staub­ saugers, wobei eine zu reinigende Fläche durch selbsttätige Führung des Reinigungsgerätes entlang der Kontur der zu reinigenden Fläche automatisch erkannt wird und die Reini­ gung automatisch erfolgt, indem einer geplanten unterteilten Bahn in dem erkannten Reinigungsbereich gefolgt wird.

Ein für ein solches Verfahren geeignetes bekanntes Reini­ gungsgerät (EP 142 594 B1) besteht aus einem Hauptkörper, einer Stoßleiste um den Hauptkörper und mehreren auf der Frontseite der Stoßleiste montierten Abstandssensoren zur Wahrnehmung eines Hindernisses und Erfassung eins Abstands von diesem Hindernis durch Senden und Empfangen von Ultra­ schallwellen. Am Boden des Hauptkörpers des Reinigungs­ gerätes sind ein Vorderrad, links und rechts Hinterräder, ein Staubansauger, eine Staubsammelkammer und ein Kehrmotor für die Staubabsaugung vorgesehen. Aus Untersetzungsge­ trieben bestehende Reduktionsgeräte sind an die beiden Hinterräder angeschlossen, die auch an Radmotoren für den: Antrieb der Räder und an die Abstandssensoren für die Erfassung des laufenden Abstands je nach Radumdrehung ange­ schlossen sind. Im Innern des Hauptkörpers des Reinigungs­ gerätes befinden sich auch ein Steuergerät für die Steue­ rung der selbsttätigen Reinigung und ein Stromversorgungs­ gerät für die Versorgung des Kehrmotors, der Radmotoren bzw. des Steuergerätes mit elektrischem Strom.

Das Steuergerät enthält einen Steuerkreis für die Ausführung der Steuerung des Laufs des Reinigungsgerätes, einen Positionsunterscheidungskreis für die Unterscheidung einer Position des Reinigungsgerätes auf zweidimensionalen Koordinaten (X-Y-Koordinaten) bei jedem Abstand des Gerätes und einen Schaltteil für Ein- und Ausschaltung des Reinigungsgerätes, Betriebsschaltarten, Einstellung einer Startposition für die Reinigung und Steuerung der Empfind­ lichkeitsbereiche aller Sensoren. Außerdem sind vorgesehen ein Fernsteuersender und ein Empfänger für die Fernsteuerung des Reinigungsgerätes, ein Motorantriebsteil für den Antrieb aller Motoren, ein Kontaktsensor, der es erfaßt, wenn die Stoßleiste auf der Außenseite des Reinigungsgerätes in Kontakt mit einem Hindernis ist, und ein Verstärker für die Verstärkung eines erfaßten Signals und das Anlegen des verstärkten Signals an den Betriebssteuerkreis. Der Positionsunterscheidungskreis enthält Abstandssensoren für die Erfassung eines laufenden Abstandes Reinigungsgerätes, z. B. durch Ausgabe eines Impulses proportional zur Um­ drehungsanzahl der Räder, und einen Richtungssensor für die Erfassung der Änderung von Laufrichtungen des Reinigungs­ gerätes. Der Betriebssteuerkreis enthält eine Zentraleinheit (CPU) für die Steuerung des Gesamtbetriebs des Gerätes, Eingangs-/Ausgangsschaltkreise für Eingabe/Ausgabe der Ab­ tast- und Steuerdaten, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) für die Speiche­ rung eines Reinigungsprogramms oder von Daten für Reinigung und Betrieb, einen Taktgenerator für die Versorgung des Betriebssteuerkreises mit einem Betriebstakt, und einen Unterbrechungsregler für die Unterbrechungssteuerung.

Der Benutzer fährt das Reinigungsgerät zuerst in eine Start­ position in einem zu reinigenden Bereich und dann durch Fernbetätigung mit Hilfe des Fernsteuersenders geradeaus an: einen ersten Eckpunkt. Während der Geradeausbewegung treibt das Motorantriebsteil unter Steuerung des Betriebssteuer­ kreises im Reinigungsgerät die Radmotoren an. Wenn der Be­ nutzer die Taste NACH LINKS drückt, erfaßt der Richtungs­ sensor die Änderung der Laufrichtung und die Abstands­ sensoren erfassen und speichern auch den Abstand zwischen der Startposition und dem ersten Eckpunkt. Das Reinigungs­ gerät wird dann geradeaus zu einem zweiten Eckpunkt ge­ fahren. Durch fortlaufende Ausführung eines solchen Betriebs speichert der Betriebssteuerkreis die Zwischenabstände der Außenbahn und der Wenderichtungen als Daten der X-Y-Koordi­ naten auf Basis der Daten des Richtungssensors und der Abstandssensoren, wenn der Benutzer das Reinigungsgerät um die Außenbahn eines zu reinigenden Bereichs geradeaus und entlang der Eckpunkte bis zum Endpunkt führt. Ebenfalls auf Basis der gespeicherten Daten wird der gesamte Reinigungs­ bereich in mehrere Reinigungsblöcke durch Ziehung von Längs- und Querlinien, die sich an den Eckpunkten schneiden, unterteilt. Die Reinigungsblöcke werden dann als kombinierte Reinigungsflächen klassifiziert, basierend auf der Korrela­ tion zwischen aneinandergrenzenden Reinigungsblöcken. Wenn der Benutzer danach mit Hilfe des Fernsteuersenders Reini­ gungsstart befiehlt, steuert das Steuergerät den Kehrmotor und auch die Radmotoren so, daß der Hauptkörper des Reinigungsgerätes wechselweise Bewegungen mit Geradeauslauf und Wendung in entgegengesetzte Richtung entlang einer Bahn ausführt, wobei die kombinierten Reingigungsbereiche nach­ einander gereinigt werden. Dabei erfaßt das Reinigungsgerät vorhandene Hindernisse vor ihm und an seinen Seiten mit dem Abstandssensor einen Abstand von den Hindernissen und mit dem Kontaktsensor, ob Kontakt mit dem Hindernis vorhanden ist, wobei die Richtung geändert und die Laufbahn zur rich­ tigen Zeit korrigiert wird und das Reinigungsgerät selbst­ tätig eine Reinigung durch Aufsaugen von Schmutz in die Staubsammelkammer durch die Staubsaugung je nach Antrieb des Kehrmotors ausführt.

Die obige Reinigungsmethode ist jedoch kompliziert und un­ praktisch, weil der Benutzer beim Start der Reinigung zuerst das Reinigungsgerät durch Tastenbetätigung entlang der Kontur des zu reinigenden Bereichs fahren muß. Auch stellt sich ein Problem dadurch, daß schlecht gereinigte Bereiche nicht erfaßt werden, wenn das Reinigungsgerät durch unsachgemäße Bedienung von der Kontur des Reinigungsbereichs abweicht, weil der effektiv zu reinigende Bereich nicht mit dem gereinigten Bereich übereinstimmt. Zwar ist bei einer Abwandlung des beschriebenen Reinigungsgerätes auch ein automatischer Lernmodus für die Erfassung der Kontur des zu reinigenden Bereiches vorgesehen, Einzelheiten der Funktion sind insoweit aber nicht beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausführung einer selbsttätigen Steuerung eines Reinigungsgerätes, wobei ein Reinigungs­ bereich durch Selbstfunktion automatisch erfaßt wird, ohne daß die Konturbahn des Reinigungsbereichs bekannt ist.

Die erfindungsgemaße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 genannt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher; erläutert. Es zeigen

Fig. 1A eine schematische Draufsicht auf ein Reinigungsgerät,

Fig. 1B ein schematischer Seitenquerschnitt des Reinigungs­ gerätes gemäß Fig. 1A,

Fig. 2A bis 2D Diagramme von Reinigungsbereich und Lauf Spur,

Fig. 3A und 3B Darstellungen zur Erläuterung des Abstands­ verhältnisses zwischen Reinigungsgerät und Wand und der Korrelation zwischen Geschwindigkeit und Laufrichtung und

Fig. 4A und 4B Ansichten zur Erläuterung einer Methode zum Folgen der Reinigungsbahn.

Zunächst zeigen die Fig. 1A und 1B schematisch die Konstruk­ tion eines Reinigungsgerätes: Um die Außenseite eines Haupt­ körpers 1 des Reinigungsgerätes ist eine Stoßleiste mon­ tiert. Außerdem sind Abstandssensoren 3A bis 3G zur Unter­ scheidung eines Hindernisses und Erfassung des Abstands von diesem durch Aussenden/Empfangen von Ultraschallwellen auf der Vorderseite der Stoßleiste 2 montiert. Abstandssensoren 3H bis 3K sind auf der Rückseite des Hauptkörpers 1 des Reinigungsgerätes montiert. Ein Vorderrad 4, ein linkes und ein rechtes Hinterrad 5a bzw. 5b sowie ein Staubansauger 6, eine Staubsammelkammer 7 und ein Kehrmotor 8 für die Staub­ ansaugung sind am Boden des Hauptkörpers 1 des Reinigungs­ gerätes montiert. Die beiden Hinterräder 5a und 5b sind an aus Untersetzungsgetrieben bestehenden Drehzahlminderungs­ geräten 9a und 9b, und gleichzeitig an Radmotoren 10a und 10b, für den Antrieb der Räder und an Abstandssensoren 11a und 11b für die Erfassung des laufenden Abstands in Überein­ stimmung mit der Radumdrehung angeschlossen. Der Hauptkörper 1 des Reinigungsgerätes enthält außerdem einen Regler 12 für die Steuerung der selbsttätigen Reinigung und ein Stromver­ sorgungsgerät 13 für die Versorgung des Kehrmotors 8, der Radmotoren 10a und 10b und des Reglers 12 mit elektrischem Strom Bürsten 30 für das Abbürsten von Schmutz sind an beiden Vorderseiten montiert, können zum Drehen angetrieben werden und werden durch Anschluß an den Bürsten- oder Kehrmotor 8 mit Antriebskraft versorgt. Ein Gesamtprozeß der selbsttätigen Reinigungsmethode ist als Programm in einem ROM des Reglers 12 gespeichert und eine Zentraleinheit führt die Steuerung von Lauf und Reinigung des Reinigungsgerätes durch Decodierung des Programms im ROM aus.

Die selbsttätige Reinigung wird anhand der Fig. 2A bis 2D erläutert:

Wenn ein Benutzer einen konstanten, von Wänden oder Hinder­ nissen umgebenen Bereich AREA 1 reinigen will, wird das Reinigungsgerät zuerst in einer beliebigen Position "A" innerhalb des Reinigungsbereichs positioniert und an eine Stromversorgung angeschlossen. Der Regler 12 treibt dann die Bürsten 30, den Kehrmotor 6 und die Radmotoren 10a und 10b an, wobei das Reinigungsgerät geradeaus anfährt. Bei der Geradeausfahrt des Reinigungsgerätes erfassen die Abstands­ sensoren 3A bis 3G in jeder Richtung des Reinigungsgerätes die Abstände zur Wand oder Hindernis und das Reinigungsgerät wird bei einer nach dem erfaßten Abstand bestimmten An­ triebsgeschwindigkeit der Räder 5a und 5b in Richtung auf die Wand gefahren. In dieser Zeit wird das Reinigungsgerät parallel zur Wand in einem vorbestimmten Abstand von dieser gehalten, wobei Richtungsänderungen und Lauf des Reinigungs­ gerätes auf der Basis des von den Abstandssensoren 3A bis 3G erfaßten Abstands von der Wand gesteuert werden. Mit anderen Worten bewegt sich das aus der in Fig. 2A gezeigten Stellung "A" gestartete Reinigungsgerät in Richtung auf die Wand, woraufhin es dann unter Einhaltung eines vor bestimmten Ab­ stands von der Wand und parallel zur Wand fährt. Wie aus den Fig. 3A und 3B ersichtlich, sind in der Steuermethode für den Lauf des Reinigungsgerätes entlang der Wand Variations­ regeln und Variationswerte definiert, wobei als mehrwertige Eingänge die Abstände S0 bis S6 zur Wand und von den vorne und an den Seiten des Hauptkörpers 1 des Reinigungsgerätes montierten Abstandssensoren 3A bis 3G erfaßte Hindernisse und als mehrwertige Ausgänge eine Laufgeschwindigkeit v und; eine Laufrichtung w des Reinigungsgerätes verwendet werden. Wenn zum Beispiel die mehrwertigen Eingänge durch die von den auf der linken vorderen Seite des Hauptkörpers 1 des Reinigungsgerätes montierten Abstandssensoren 3A und 3B erfaßten Abständen S0 und S1 bestimmt sind, bestehen Variationswerte aus sieben Schritten, d. h.: "sehr klein" (Schritt 1), "klein" (Schritt 2), "fast klein" (Schritt 3), "richtig" (Schritt 4), "fast groß" (Schritt 5), "groß" (Schritt 6), und "sehr groß" (Schritt 7), und die von den anderen Abstandssensoren 3C und 3G erfaßten Abstände S2 bis S6 haben aus zwei Schritten, d. h. "klein" und "groß" be­ stehende Variationswerte. Der Grund, warum die Abstände S0 und S1 aus sieben Schritten bestehende Variationswerte, und die Abstände S2 bis S6 aus zwei Schritten bestehende Variationswerte haben, liegt darin, daß die parallel zum Reinigungsgerät befindliche Wand von den Abständen S0 bis S1 erfaßt wird. Die Laufgeschwindigkeit v und die Laufrichtung w des Reinigungsgerätes werden zu mehrwertigen Ausgaben mit aus sieben Schritten bestehenden Variationswerten; wenn zum Beispiel w = 0 im Geradeauslauf als Absolutwert einer Positiven w groß wird und eine steile Rechtswendung aus­ führt, und als Absolutwert einer Negativen w groß wird und eine steile Linkswendung ausführt usw., werden Variations­ regeln und Variationswerte so definiert, daß das Reinigungs­ gerät genau die Wand entlang fährt. Dementsprechend fährt das Reinigungsgerät die Wand unter Einhaltung eines Parallelabstands entlang, nachdem das aus Position "A" gemäß Fig. 2A gestartete Reinigungsgerät die Position "B" erreicht hat. Die Position "B" ist eine Position, aus der das Reinigungsgerät in einem vorbestimmten Abstand von und parallel zur Wand gehalten wird (vordefinierter Wert zur Bestimmung von "parallel". In dieser Position initiiert der Regler 12 die Position des Reinigungsgerätes (eine Position [0,0] auf den Koordinaten), und fährt dann das Reini­ gungsgerät im vorbestimmten Abstand parallel zur Wand.

Wenn das Reinigungsgerät den Reinigungsbereich AREA 1 auf der Konturbahn PATH 1 (d. h. Laufspur des Reinigungsgerätes) des Reinigungsbereichs AREA 1 umfährt und auf Position "C" zurückkehrt, stoppt der Regler 12 den Antrieb der Bürsten 30 und des Kehrmotors 8. Während das Reinigungsgerät entlang der Konturbahn PATH 1 fährt, ändert es seine Richtung und korrigiert durch Erfassung einer Wand oder eines Hinder­ nisses mit den Abstandssensoren 3A bis 3K und eines Kontakts mit einem Hindernis mit dem Kontaktsensor 20 rechtzeitig seine Laufbahn; gleichzeitig reinigt es die Konturfläche des Reinigungsbereichs durch Aufsaugung von Schmutz in die Staubsammelkammer 7 durch den Staubansauger 6, durch Antrieb der Bürsten 30 und des Kehrmotors 8.

Während das Reinigungsgerät die Wand entlang fährt, werden auf Basis der von den Abstandssensoren 3A und 3K erfaßten Daten über den Abstand zur links vom Reinigungsgerät be­ findlichen Wand und auch der vom Positionsunterscheidungs­ kreis 15 erfaßten Daten der Position des Reinigungsgerätes die Positionskoordinate X der linken Wand kalkuliert und die kalkulierte Koordinate X im RAM 27 gespeichert. Immer wenn eine vorbestimmte Anzahl n (wobei n 2) gespeicherter Koor­ dinaten X erreicht wird, werden Koordinaten mit höherer Zuverlässigkeit unter n Koordinaten ausgewählt und als Mittelpunktkoordinate im RAM 27 gespeichert. Durch Wieder­ holung der vorher beschriebenen Operation erhält man mehrere Mittelpunktkoordinaten für eine Wand und dann für die anderen Wände.

Wenn das Reinigungsgerät wie vorher beschrieben aus der in Fig. 2A gezeigten Position "A" die Wände entlang zur Position "C" fährt, erkennt die Zentraleinheit 2A im Regler 14 den gesamten Reinigungsbereich AREA 1, dessen mehreckige Innenseite aus Linien besteht, die die gespeicherten Mittel­ punktkoordinaten X verbinden, und als restlichen Reinigungs­ bereich die restliche Fläche AREA 2 ausschließlich des Bereichs, der während des Laufs entlang der Konturbahn PATH 1 gereinigt wurde.

Wenn dann gemäß Fig. 2C angenommene parallele Linien LINE Abstände haben, die geringer sind als die im restlichen Reinigungsbereich AREA 2 vermutete Breite des Hauptkörpers 1 des Reinigungsgerätes, wird, wie in Fig. 2D gezeigt, die Bahn PATH 2, die abwechselnd die Enden paralleler Linien LINE auf beiden Seiten koppelt, als Reinigungslaufbahn ein­ gestellt, und das Reinigungsgerät durch Antrieb der Bürsten 30, des Kehrmotors 8 und der Radmotoren 10a und 10b die Reinigungslaufbahn PATH 2 entlang gefahren, wobei die restliche Reinigungsfläche AREA 2 gereinigt wird.

In dieser Zeit fährt das Reinigungsgerät die Reinigungs­ laufbahn PATH 2 ohne Abweichung von dieser Bahn entlang. Der Positionsunterscheidungskreis im Regler 12 erfaßt die laufende Position des Hauptkörpers 1 des Reinigungsgerätes und kalkuliert eine Abstandsdifferenz dI der Abweichung von der beabsichtigten Bahn PATH 2 und eine Winkeldifferenz dA zwischen der beabsichtigten Bahn PATH 2 und der von PATH 2 abgewichenen Bahn. Die wie vorher beschriebenen kalkulierten Differenzen dI (Abstandsdifferenz) und dA (Winkeldifferenz) werden gemäß Fig. 4A mehrwertige Eingaben; Laufgeschwindig­ keit v und Richtung W des Reinigungsgerätes werden mehr­ wertige Ausgaben. Dementsprechend weicht das Reinigungsgerät nicht von seiner Bahn ab, weil Variationsregel und Variationswerte bestimmen, daß der beabsichtigten Laufbahn PATH 2 gefolgt wird. Wenn zum Beispiel die Abstandsdifferenz dI und die Winkeldifferenz dA mehrwertige Steuereingaben mit je nach Abweichungsgröße aus fünf Schritten bestehenden Variationswerte werden und eine Laufgeschwindigkeit v und eine Laufrichtung w mehrwertige Steuerausgaben werden, wie das beim Lauf der Wand entlang der Fall ist, werden Variationsregel und Variationswerte dementsprechend so definiert, daß das Reinigungsgerät von der Reinigungs­ laufbahn PATH 2 nicht abweicht.

In der beschriebenen Ausführungsform fährt das Reini­ gungsgerät gemäß Darstellung in Fig. 2A im Uhrzeigersinn die Wand entlang fährt, jedoch kann der Prozeß der Erkennung des Reinigungsbereichs ebenso ausgeführt werden, wenn das Reinigungsgerät entgegen dem Uhrzeigerlauf die Wand entlang fährt. Aus den Fig. 2C und 2D geht auch hervor, daß die parallelen Linien LINE und die Reinigungslaufbahn PATH 2 die Reinigungsbereiche AREA 1 und AREA 2 horizontal unterteilen, aber der Reinigungsprozeß wird identisch ausgeführt, wenn die Reinigungsbereiche AREA 1 und AREA 2 vertikal unterteilt werden.

Wie oben beschrieben, ist das Reinigungsgerät nach der vor­ liegenden Erfindung praktisch im Gebrauch, weil das Reini­ gungsgerät automatisch der Kontur eines von Wänden oder Hindernissen umgebenen Reinigungsbereiche folgt, dabei den Reinigungsbereich selbst erkennt und dann diesen Bereich von selbst reinigt. Um schlecht gereinigte Bereiche durch un­ sachgemäße Bedienung von Fernbedienungen zu verhindern, wird der geplanten Laufbahn durch Anwendung mehrwertiger Steuerung genau gefolgt und der zu reinigende Bereich einwandfrei und korrekt gereinigt.

Claims (4)

1. Verfahren zum selbsttätigen Steuern eines Reinigungs­ gerätes, insbesondere eines Staubsaugers, bestehend aus folgenden Schritten:

• a) selbsttätiges Anfahren einer Startposition (B), in der das Reinigungsgerät parallel zur Wand steht und in der ein vorbestimmter Abstand zur Wand erreicht ist,
• b) Reinigung der Konturfläche des Reinigungsbe­ reiches bei gleichzeitiger Erlangung von Positionsinformationen jeder Wand durch selbst­ tätiges Abfahren der Konturfläche des Reinigungs­ bereiches parallel zu den Wänden unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstands zu den Wänden, wobei die Positionskoordinaten jeder Wand aus den Ab­ standsdaten, die von in entgegengesetzter Rich­ tung zu jeder Wand positionierten Abstands­ sensoren erfaßt werden, sowie aus den Positions­ daten des Reinigungsgerätes gewonnen und ge­ speichert werden und wobei jedesmal dann, wenn eine bestimmte Koordinatenanzahl erreicht ist, aus den Positionskoordinaten die Positionskoordinate mit höherer Zuver­ lässigkeit ausgewählt und als Mittelpunktkoordi­ nate gespeichert wird,
• c) Definition des noch zu reinigenden Bereiches nach den Mittelpunktkoordinaten,
• d) Erstellung einer hin- und hergehenden Laufbahn des Reinigungsgerätes innerhalb des noch zu reinigenden Bereiches,
• e) Folgesteuerung des Reinigungsgerätes auf dieser Laufbahn.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bewegungsablauf des Reinigungsgerätes in Schritt b) über Laufgeschwindigkeit und Laufrichtung des Reinigungsgerätes durch mehrwertige, logische Schlußfolgerungen gesteuert wird und wobei die von Abstandssensoren des Reinigungsgerätes erfaßten Abstände zu jeder Wand als Eingaben verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt c) aus Linien, die die gespeicherten Mittelpunktkoordinaten mitein­ ander verbinden, der zu reinigende Gesamtbereich und die noch zu reinigende Restfläche gebildet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Schritt e) das Folgen der Laufbahn über die Laufgeschwin­ digkeit und Laufrichtung des Reinigungsgerätes gesteuert werden, die durch mehrwertige Schlußfolgerungen ermittelt werden, und wobei die von der vorgegebenen Laufbahn ab­ weichende Abstands- und Winkeldifferenz als Eingaben ver­ wendet werden.