DE4330475A1

DE4330475A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens oder Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Staubsaugers

Info

Publication number: DE4330475A1
Application number: DE4330475A
Authority: DE
Inventors: Jin Seong Hwang; Jang Woo Lee
Original assignee: Gold Star Co Ltd
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1994-03-10
Also published as: JPH06189877A; SE9302874D0; SE9302874L; US5444893A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Staubsaugers.

Die Fig. 1A bis 1C stellen eine Aufsicht, eine Rückenansicht und eine rechte Seitenansicht eines üblichen sich selbsttätig bewegenden Staubsaugers dar. Wie in den Fig. 1A bis 1C dargestellt, weist der Staubsauger ein Reinigergehäuse 30 und ein Räderpaar auf, nämlich ein linkes Rad 41 und ein rechtes Rad 42, die jeweils an den linken und rechten hinteren Enden des Reinigergehäuses 30 befestigt sind. Eine Schwenkrolle 40 ist in der Mitte des vorderen Abschnittes des Reinigergehäuses 30 angeordnet. Das linke Rad 41 ist mit einem linken Radantrieb 13 über eine Geschwindigkeitsreduktionsvorrichtung 45, die ein Reduktionsgetriebe aufweist, verbunden. In ähnlicher Weise ist das rechte Rad 42 mit einem rechten Antrieb 14 über eine Geschwindigkeitsreduktionsvorrichtung 46, die ein Reduktionsgetriebe aufweist, verbunden. Bei dieser Konstruktion wird jeweils das linke und rechte Rad 41 und 42 individuell von den Antrieben 13 und 14 betätigt. Zwischen den Antrieben 13 und 14 ist ein Sensorpaar 1 angeordnet, um die jeweiligen Umdrehungen der Räder 41 und 42 zu erfühlen. Am unteren Abschnitt des Reinigergehäuses 30 ist ein Stoßfänger 31 befestigt, der den unteren Abschnitt des Reinigergehäuses umgibt. Der Stoßfänger 31 besteht aus einem weichen Gummimaterial, so daß Schläge von dem Reinigergehäuse 30 ferngehalten werden. An dem vorderen Abschnitt des Stoßfängers 31 ist ein Paar von Positionsdiskriminatoren angeordnet, die jeweils für die Unterscheidung der Bedingungen eines Bereiches vor dem Staubsauger einen Empfänger und einen Sender aufweisen. Vor der Schwenkrolle 40 ist an dem Reinigergehäuse 30 eine Ansaugöffnung 51 für das Ansaugen von Staub vorgesehen. Vor den Antrieben 13 und 14 sind Batteriegehäuse 48 und 49 angeordnet, die Batterien enthalten, welche als Kraftquellen für die Antriebe 13 und 14 verwendet werden. Über den Batteriegehäusen 48 und 49 ist eine Steuervorrichtung 53 angeordnet, deren Lage in Fig. 1C dargestellt ist. Das Reinigergehäuse 30 weist ferner an seinem vorderen Abschnitt einen Reinigungsantrieb 50 und eine Staubaufnahmekammer 52 auf. Wenn ein Reinigungsvorgang durchgeführt wird, läuft der Antrieb 50.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung 53 gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 2 weist die Steuervorrichtung 53 einen Abstandssensor 1 für die Ausgabe eines Pulssignals, welches den Umdrehungen des linken und rechten Rades 41 und 42 proportional ist, auf sowie einen Richtungssensor 2, der beispielsweise ein Gyro ist, um einen Wechsel in der Bewegungsrichtung des Staubsaugers zu bestimmen. Eine Positionsdiskriminierungseinheit 3 ist ferner vorgesehen, die ein Ausgangssignal von dem Richtungssensor 2 abfragen kann, um so die Bewegungsrichtung und die zurückgelegte Distanz des Staubsaugers zu bestimmen. Die Positionsdiskriminierungseinheit 3 erarbeitet und leitet kurz die gegenwärtige Position mittels zweidimensionaler Koordinaten für jede vorbestimmte zurückgelegte Distanz des Staubsaugers ab. Die Steuervorrichtung 53 weist ferner einen Gegenstandssensor 4 auf, der an der vorderen Fläche des Staubsaugers angeordnet ist und der Ultraschallwellen emittieren kann, um so die Gegenwart eines Gegenstandes oder einer Wand zu bestimmen, wobei die Steuervorrichtung auch einen Berührungssensor 5 umfaßt, der an der vorderen Fläche des Staubsaugers angeordnet ist und ein Anschlagen des Reinigers ertasten kann. Ferner ist eine Verstärkungsschaltung 7 vorgesehen, um die Ausgangssignale von dem Gegenstandssensor 4 und dem Berührungssensor 5 auf einen geeignete Größe zu verstärken. Die Steuervorrichtung 53 besitzt ferner eine Antriebsschaltung 12 für die reversible Steuerung der Drehungen der Antriebe 13 und 14 und für die Steuerung der Umdrehung des Reinigungsantriebs 50, der an dem Reiniger befestigt ist. Die Steuervorrichtung 53 besitzt ferner einen Steuerungsempfänger und -sender 16 und 17 für die Unterbrechung eines von der Antriebsschaltung 12 abgegebenen Bewegungsbefehls, um so den Reiniger an der Grenze einer Bewegungszone zu stoppen und wahlweise diese Unterbrechungen einstellen zu können, wobei die Steuervorrichtung ferner Manipulationseinheiten 16A und 16B aufweist für die Ein-/Ausschaltung einer Stromquelle des Reinigers, für einen Wechsel des Bewegungsmodus, für ein Setzen einer Startposition und und für die Einstellung der Sensitivität des Bewegungssensors 2, und wobei die Steuervorrichtung ferner eine Steuereinheit 6 hat, um ein von der Positionsdiskriminierungseinheit 3 der Verstärkungsschaltung 7, der Fernsteuerungsempfänger-Schaltung 16 oder der Manipulierungseinheit 16A empfangenes Signal an die Antriebsschaltung 12 zu geben. Der Funktionsweise des konventionellen Reinigers mit der oben erwähnten Konstruktion wird im folgenden in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben.

Falls der Fernsteuerungsempfänger 16 während einer geradlinigen Bewegung des Reinigers ein 90° Links- oder ein 90° Rechts-Drehsignal von einem Fernsteuerungssender 17 empfängt, dreht sich der Reiniger in einem ersten Schritt S1 um 90° nach links oder nach rechts. Zu dieser Zeit werden Daten über die geradlinig zurückgelegte Entfernung vor der Drehung und die Reinigerrichtung nach der Drehung gespeichert. In einem zweiten Schritt S2 werden basierend auf den Daten über die geradlinig zurückgelegte Entfernung und die Reinigerrichtung absolute Koordinaten für die Reinigungsbereiche abgeleitet. In einem dritten Schritt S3 wird eine rechteckige Reinigungszone abgeleitet, die aus den in Schritt S2 abgeleiteten, benachbarten Reinigungsbereichen besteht. Schließlich wird die Reinigung durchgeführt, während sich der Staubsauger in einer zickzackförmigen Art entlang der rechtwinkeligen Reinigungszone und gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge bewegt, nämlich von einem Reinigungsstartbereich zu einem Reinigungsendbereich gemäß einem vierten Schritt S4.

Der Reinigungsmotor 50 wird über einen Zeitraum von dem ersten Schritt S1 bis zu dem vierten Schritt S4 in einem laufenden Zustand gehalten. Wenn der Reinigungsvorgang an dem Reinigungsendbereich vollendet ist, wird der Reinigungsantrieb 50 ausgeschaltet, so daß der Staubsauger zu seinem Anfangszustand, d. h. seinem Bewegungsstartzustand, zurückkehrt.

Bei den konventionellen, sich selbsttätig bewegenden Staubsaugern ist jedoch ein zuverlässiges Erfassen eines Anschlagens des Staubsaugers gegen ein Objekt nur dann sichergestellt, wenn mehrere Sensoren für das Erfassen des Anschlagens in dichter Anordnung um den Staubsauger vorgesehen sind. Die Anordnung von zahlreichen Sensoren erfordert zusätzliche Vorrichtungen, die zu einem Anstieg der Herstellungskosten führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben beim Stand der Technik erwähnten Probleme zu lösen und somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers anzugeben, wobei ein Durchsatz eines Strömungsmittels in einem Verlängerungsrohr erfaßt wird, wobei der Durchsatz in Abhängigkeit von einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung und einer zu reinigenden Fläche variiert, wodurch ein Ansaugarbeitsverhältnis ableitbar ist, und wobei eine Bewegung bestimmt und ein Anschlagen und eine Stufenerfassung basierend auf dem abgeleiteten Ansaugarbeitsverhältnis ermittelt werden.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers anzugeben, wobei die Umdrehungen und ein gegenwärtiger Wert eines Reinigungsantriebs oder ein Drehmomentwert von jedem Bewegungsantrieb erfaßt, und eine Bewegung, ein Anschlagen und eine Stufenerfassung basierend auf den erfaßten Werten ermittelt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens oder Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers folgende Teile auf: ein Verlängerungsrohr, welches mit einer Staubaufnahmekammer verbunden ist, die im Innern eines Reinigergehäuses des Reinigers vorgesehen ist; ein Ansaugelement, das gleitend in dem Verlängerungsrohr angebracht ist; eine Dichtung, die in ein Ende des Verlängerungsrohres eingesetzt ist und eine Strömungsmittel-Leckage durch das Ende des Verlängerungsrohres verhindern kann; ein Ultraschallwellen emittierendes Element, das zwischen dem Verlängerungsrohr und der Staubaufnahmekammer angeordnet ist und eine Ultraschallwelle gemäß einem Durchsatz eines angesaugten Strömungsmittels emittieren kann, ein Paar von Ultraschallwellen-Empfangselementen, die zwischen dem Verlängerungsrohr und der Staubaufnahmekammer angeordnet sind und Ultraschallwellen von dem Ultraschallwellen-Sendeelement empfangen können; eine Einrichtung für die Erfassung des Strömungsmitteldurchsatzes und Berechnung des Ansaugarbeitsverhältnisses, die Ultraschallwellen von den Ultraschallwellen-Empfangselementen empfangen, eine Veränderung in dem Durchsatz des angesaugten Strömungsmittels erfühlen und ein auf den empfangenen Ultraschallwellen basierendes Ansaugarbeitsverhältnis berechnen kann; eine Stoßfängeröffnung, die an einer vorbestimmten Stelle eines Stoßfängers des Reinigers vorgesehen ist; ein vorspringendes Kontaktteil, das sich durch die Stoßfängeröffnung erstreckt und das Ansaugelement abstützen kann und für eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung angeordnet ist; und eine Feder, die das vorspringende Kontaktteil mit dem Stoßfänger verbinden kann.

Wenn nach Einschalten des Reinigers zur Reinigung einer Fläche eine Erkennung der Reinigungszone initiiert wird, wird ein Durchsatz eines durch das Verlängerungsrohr tretende Strömungsmittel durch die Verwendung des Ultraschallwellen emittierenden Elementes und der Ultraschallwellen-Empfangselemente, die an dem Verlängerungsrohr befestigt sind, gemessen, so daß die Menge des Strömungsmittels und das Ansaugarbeitsverhältnis berechnet werden können. Wenn das berechnete Ansaugarbeitsverhältnis einen Wert darstellt, der einem Status entspricht, der weder auf ein Anschlagen noch auf ein Herunterfallen zurückgeht, setzt der Reiniger seine Bewegung fort. Falls das berechnete Ansaugarbeitsverhältnis jedoch einen Wert darstellt, der einem Status entspricht, bei dem eine Stufe erfaßt wurde, wird der Drehradius des Reinigers berechnet, um zu bestimmen, ob der Reiniger drehbar ist. Falls der Reiniger nicht drehbar ist, bewegt sich der Reiniger etwas nach hinten. Bei einer drehbaren Position erkennt der Reiniger die Koordinatenwerte der Position und dreht dann um 90° nach links.

Falls das durch Messung des Strömungsmitteldurchsatzes in dem Verlängerungsrohr berechnete Ansaugarbeitsverhältnis einen Wert darstellt, der einem Status entspricht, in dem ein Anschlagen erfaßt wurde, wird eine Bestimmung durchgeführt, ob der Reiniger drehbar ist. Falls der Reiniger nicht drehbar ist, bewegt sich der Reiniger etwas nach hinten. Bei einer drehbaren Position erkennt der Reiniger die Koordinatenwerte der Position und dreht dann um 90° nach links. Nach Vollendung der 90° Linksdrehung setzt der Reiniger seine Bewegung bis zur Vollendung der Erkennung der Reinigungszone fort. Nach Vollendung der Erkennung der Reinigungszone führt der Reiniger in einer zickzackförmigen Weise die Reinigung für alle der vorbestimmten eingeteilten Reinigungszonen durch.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden die Umdrehungen des Reinigungsantriebs berechnet, um so einen Bewegungsstatus, einen angeschlagenen Status und einen eine Stufe-erfaßten Status des Reinigers zu bestimmen. In diesem Fall wird eine Veränderung in den Umdrehungen des Reinigungsantriebs in Abhängigkeit von einer Variation in einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung des Reinigers und der zu reinigenden Oberfläche benutzt. Diesbezüglich stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens oder Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers dar mit: einem Umdrehungsdetektor, der ein Signal gemäß den Umdrehungen des Reinigungsantriebs ausgeben kann; einer Bestimmungseinheit für die Antriebsumdrehungen, die das Signal von dem Umdrehungsdetektor erfassen und somit die Umdrehungen des Reinigungsantriebs bestimmen kann; und einer Zustandsdiskriminationseinheit, die ein Ausgangssignal der Bestimmungseinheit für die Motorumdrehungen empfangen und so den Zustand, d. h. die Situation des Reinigers, diskriminieren kann. Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens oder Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers bereit, das folgende Schritte umfaßt: Messung der Umdrehungen eines Reinigungsantriebs, die in Anhängigkeit von einer Veränderung einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung des Reinigers und einer zu reinigenden Fläche variieren; Berücksichtigung des gegenwärtigen Zustands des Reinigers als ein Bewegungszustand, wenn die gemessenen Antriebsumdrehungen einer vorbestimmten niedrigen Drehzahl entsprechen, so daß sich der Reiniger kontinuierlich fortbewegt; Berücksichtigung des gegenwärtigen Zustand des Reinigers als einen eine Stufe-erfaßten Zustand, wenn die gemessenen Antriebsumdrehungen einer vorbestimmten hohen Drehzahl entsprechen, und Bestimmung, ob der Reiniger drehbar ist; und Berücksichtigung des gegenwärtigen Zustands des Reinigers als einen angeschlagenen Zustand, wenn die gemessenen Antriebsumdrehungen einer vorbestimmten mittleren Drehzahl entsprechen, und Bestimmung, ob der Reiniger drehbar ist, wodurch ein Anschlagen oder ein Herunterfallen des Reinigers vermieden wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Größe des in dem Reinigungsmotor fließenden Stromes berechnet, um so einen Bewegungszustand, einen angeschlagenen Zustand und einen eine Stufe-erfaßten Zustand des Reinigers zu bestimmen. Dieser Fall verwendet eine Veränderung in der Größe des Stromes des Reinigungsantriebs in Abhängigkeit von einer Veränderung in der Lücke zwischen der Ansaugöffnung des Reinigers und der zu reinigenden Fläche. Die Größe des in dem Reinigungsantrieb fließenden Stromes wird durch eine Strommeßeinrichtung, wie ein Hallelement, erfaßt.

Ein Anschlagen des Reinigers gegen einen Gegenstand kann auch durch eine Veränderung in einem Drehmoment, das einem Bewegungsantrieb des Reinigers zugeführt wird, erfaßt werden. Diesbezüglich stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens oder eines Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers bereit mit: einem Kodiersensor, der die Drehzahlen eines Bewegungsantriebs erfassen kann, Entfernungssensoren, die um den Reiniger angeordnet sind und die Entfernung zwischen dem Reiniger und einem Objekt erfassen können; einer Steuerschaltung, die ein Entfernungserfassungssignal von dem Entfernungssensor empfangen und so die Drehung des Antriebs steuern kann; einer Kodierschaltung, welche ein von dem Kodiersensor ermitteltes Signal für die Drehzahl des Bewegungsantriebs empfangen und dieses in Form eines digitalen Signals ausgeben kann; einer Entfernungssensorschaltung, die ein von dem Entfernungssensor erfaßtes Signal für die Entfernungsinformation empfangen und dieses in Form eines digitalen Signals ausgeben kann; und einem Mikrocomputer, in dem Daten mit einem Referenzdrehmomentwert gespeichert sind und der einen eingegebenen Drehmomentwert aus einem Wert des in dem Bewegungsantrieb fließenden Stromes, einer dem Bewegungsantrieb zugeführten Spannung, einer dem Bewegungsantrieb zugeführten Nennspannung, d. h. einem PWM-Wert, oder einem Drehgeschwindigkeitswert des Bewegungsantriebes berechnen kann und den berechneten Drehmomentwert mit dem Referenzdrehmomentwert vergleichen kann.

Falls das berechnete Drehmoment nicht geringer als das Referenzdrehmoment ist, wird der Zustand des Reinigers als gegen einen Gegenstand angeschlagener Zustand bestimmt. In diesem Zustand bewegt sich der Reiniger etwas nach hinten und dreht dann nach links oder nach rechts, um den Gegenstand zu passieren. Ist andererseits das berechnete Drehmoment kleiner als das Referenzdrehmoment, wird dieser Zustand als ein nicht-angeschlagener Zustand bestimmt.

Die Erfindung vermeidet somit die Notwendigkeit, daß mehrere Sensoren in dichter Reihenfolge um einen Reiniger angeordnet sein müssen, die ein Anstoßen oder ein Herunterfallen des Reinigers erfassen können. Damit wird das Erfordernis von zusätzlichen Vorrichtungen für die Sensoren vermieden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen erörtert. Es zeigen:

Die Fig. 1A bis 1C eine Aufsicht, eine Rückansicht und eine rechte Seitenansicht eines konventionellen, sich selbsttätig bewegenden Staubsaugers;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung, die in dem konventionellen, sich selbsttätig bewegenden Staubsauger verwendet wird;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, welches die Steuerung des konventionellen, sich selbsttätig bewegenden Staubsaugers;

Fig. 4 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Die Fig. 5A und 5B Schnitte durch die Vorrichtungen nach Fig. 4 zur Darstellung eines nicht-angeschlagenen und eines angeschlagenen Zustandes;

Fig. 6 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach Fig. 3 zur Darstellung eines eine Stufe-erfaßten Zustandes;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Erfassen eines Strömungsmitteldurchsatzes, die in der Vorrichtung nach Fig. 4 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Die Fig. 8A und 8B schematische Darstellungen, die eine Bestimmung des Strömungsmitteldurchsatzes in der Vorrichtung nach Fig. 4 gemäß der Erfindung erläutern.

Fig. 9A ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen den Umdrehungen eines Reinigungsantriebs und eines in dem Reinigungsantrieb fließenden Stroms darstellt, während Fig. 9B ein Diagramm ist, welches die Veränderungen in dem Drehmoment, den Antriebsumdrehungen und der Stromstärke in Abhängigkeit von der Veränderung einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung und einer zu reinigenden Fläche illustriert;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen einem Ansaugarbeitsverhältnis und einer Strömungsmittelmenge;

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm, das die Berechnung des Antriebsarbeitsverhältnisses gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 12 ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsvorgang der Vorrichtung nach Fig. 4 gemäß der Erfindung illustriert;

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Die Fig. 15A bis 15C Schnittansichten der Vorrichtung nach Fig. 14, die einen normalen Bewegungszustand, einen angeschlagenen Zustand und einen eine Stufe-erfaßten Zustand zeigen;

Fig. 16 ein Ablaufdiagramm, welches einen Steuerungsvorgang der Vorrichtung nach Fig. 14 gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;

Fig. 17 ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsvorgang einer Vorrichtung zur Verhinderung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des Innern der Vorrichtung nach Fig. 4. Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Erfassungsvorrichtung für einen Strömungsmitteldurchsatz, die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird. Gemäß den Figuren weist die Vorrichtung ein Verlängerungsrohr 66 auf, das mit einer Staubaufnahmekammer 52 verbunden ist, die im Innern eines Reinigergehäuses 30 angeordnet ist, sowie ein Ansaugelement 51, welches gleitbar in dem Verlängerungsrohr 66 angebracht ist. Eine Dichtung 65 ist in einem Ende des Verlängerungsrohres 66 eingesetzt, um eine Strömungsmittel-Leckage durch das Ende des Verlängerungsrohres 66 zu vermeiden. Zwischen dem Verlängerungsrohr 66 und der Staubaufnahmekammer 52 sind ein Ultraschallwellen emittierendes Element T1 für die Emission von Ultraschallwellen in Abhängigkeit vom Durchsatz eines angesaugten Strömungsmittels und ein Paar von Ultraschallwellen-Empfangselementen T2 und T3 für den Empfang der Ultraschallwellen von dem Ultraschallwellen emittierenden Element T1 angeordnet. Die Vorrichtung weist ferner eine Einheit 153 (Fig. 7) für die Erfassung des Strömungsmitteldurchsatzes und für die Berechnung des Ansaugarbeitsverhältnisses auf, wobei die Einheit die Ultraschallwellen von den Ultraschallwellen-Empfangselementen T2 und T3 empfängt, eine Veränderung in dem Durchsatz des angesaugten Strömungsmittels erfaßt und ein auf den empfangenen Ultraschallwellen basierendes Ansaugarbeitsverhältnis berechnet. Eine Stoßfängeröffnung 58 ist an einer geeigneten Position des Stoßfängers 31 vorgesehen. Ein vorspringendes Kontaktteil 59 erstreckt sich durch die Stoßfängeröffnung 58. Das vorspringende Kontaktteil 59 kann das Ansaugelement 51 abstützen und ist vorwärts und rückwärts bewegbar. Eine Feder 60 ist zwischen dem Stoßfänger 31 und dem vorspringenden Kontaktteil 59 befestigt, um diese Teile so elastisch miteinander zu verbinden.

In dem Ansaugelement 51 sind eine Drehbürste 61 und ein Bürstenantrieb 63 angeordnet. Die Drehbürste 61 ist mit dem Bürstenantrieb 63 über einen Steuerriemen 62 verbunden. Das Ansaugelement 51 besitzt eine benachbart zu dem unteren Ende der Drehbürste 61 angeordnete Ansaugöffnung 67. Das Ansaugelement 51 hat ferner an seinem vorderen unteren Endabschnitt eine geneigte Fläche, so daß der Reiniger leicht angehoben werden kann, wenn er gegen einen Vorsprung oder eine Türschwelle anstößt. Ein Arm 54 ist an geeigneter Stelle an der äußeren Vorderfläche des Ansaugelementes 51 befestigt und weist eine Rolle 55 auf.

Das vorspringende Kontaktteil 59 hat an seinem rückwärtigen Endabschnitt einen Sektorvorsprung 56, der in Eingriff mit der Rolle 55 des Arms 54 steht, sowie einen Vorsprung 591, der das Ende der Feder 60 trägt. Das vorspringende Kontaktteil 59 hat ferner an seinem vorderen Endabschnitt einen Kontaktabschnitt 592, der sich von dem Reinigergehäuse 30 nach außen erstreckt.

Gemäß Fig. 7 hat die Einheit 153 für die Erfassung des Strömungsmitteldurchsatzes und für die Berechnung des Ansaugarbeitsverhältnisses eine Schaltung 153A für die Erfassung des Strömungsmitteldurchsatzes, um Ultraschallwellen von den Ultraschallwellen-Empfangselementen T2 und T3 zu empfangen und einen Durchsatz des angesaugten Strömungsmittels, basierend auf den empfangenen Ultraschallwellen, zu erfassen, sowie eine Schaltung 153B für die Berechnung des Ansaugarbeitsverhältnisses, um ein Signal von der Schaltung 153A für die Erfassung des Strömungsmitteldurchsatzes zu empfangen und eine Strömungsmittelmenge gemäß einer Strömungsmittelmengen-Gleichung von Querschnittsbereich × Strömungsmitteldurchsatz sowie ein Ansaugarbeitsverhältnis gemäß einer Ansaugarbeitsverhältnis-Gleichung von Konstante × Strömungsmittelmenge × Größe des Unterdrucks zu berechnen.

Der Betrieb der Vorrichtung gemäß der oben beschriebenen Konstruktion wird im folgenden in Verbindung mit den Fig. 6 und 8A bis 12 beschrieben.

Falls die Lücke zwischen der rechtwinkligen Ansaugöffnung 67, die an den Bodenabschnitt des Ansaugelementes 51 ausgebildet ist, und einer zu reinigenden Fläche 64 enger wird, wird der Durchsatz eines durch das Verlängerungsrohr tretenden Strömungsmittels allmählich reduziert. Dies führt zu einem Abfall in dem Durchsatz eines Strömungsmittels, welches durch den Reinigungsantrieb 50 tritt, und zu einem Abfall in den Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50. Andererseits steigt der Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66 mit einer größer werdenden Lücke zwischen der Ansaugöffnung 67 und der zu reinigenden Fläche 64 an. Falls die Ansaugöffnung 67 keine einheitliche Lücke entlang ihrer Länge aufweist, sondern an einem ihrer Enden eine größere Lücke hat, wächst der Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66 an. Dabei nehmen auch die Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50 zu. Solche Zustände werden im folgenden beschrieben.

In einem Fall gemäß der Fig. 8A wird die Menge Q eines in der Verlängerung 66 fließenden Strömungsmittels durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt:

Q = A1×V1 = A2×V2 (1)

Mittels der Gleichung (1) kann V2 durch die Gleichung V2 = (A1/A2)×V1 ausgedrückt werden. Bei dieser Gleichung ist bekannt, daß V2 größer V1 ist, da der Querschnittsbereich A1 größer ist als der Querschnittsbereich A2.

In dem Fall gemäß Fig. 8B wird die Menge Q eines in der Verlängerung 66 fließenden Strömungsmittels durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt:

Q = A3×V3 = A4×V4 (2)

Mittels der Gleichung (2) kann V4 durch die Gleichung V4 = (A3/A4)×V3 ausgedrückt werden. Bei dieser Gleichung ist bekannt, daß V4 kleiner ist als V3, da der Querschnittsbereich A3 kleiner als der Querschnittsbereich A4 ist.

Durch die Analogisierung der Beziehung zwischen der Ansaugöffnung 67 und der zu reinigenden Fläche 64, basierend auf obigen Gleichungen (1) und (2), kann herausgefunden werden, daß der Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66 gemäß Gleichung (1) zunimmt, falls eine weite Lücke zwischen der Ansaugöffnung 67 und der zu reinigenden Fläche 64 auftritt, z. B. wenn eine Stufe erfaßt wird. Andererseits nimmt der Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66 gemäß der Gleichung (2) ab, wenn die Lücke zwischen der Ansaugöffnung 67 und der zu reinigenden Fläche 64 klein ist. Gemäß diesem Prinzip kann das Ansaugarbeitsverhältnis aus einem erfaßten Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66 abgeleitet werden. Die Menge des Strömungsmittels ergibt sich durch Multiplikation des Strömungsmitteldurchsatzes mit dem Querschnittsbereich, durch den das Strömungsmittel tritt. Da das Verlängerungsrohr 66 einen Durchmesser L, wie in Fig. 7 gezeigt, hat, beträgt der Querschnittsbereich πL²/4. Der Querschnittsbereich ist konstant, da das Verlängerungsrohr 66 einen entlang seiner Länge konstanten Durchmesser aufweist. Demgemäß ist die Strömungsmittelmenge proportional dem Strömungsmitteldurchsatz. Falls das Strömungsmittel nicht fließt und einen Durchsatz von 0 hat und das Ultraschallwellen emittierende Element T1 an einer intermediären Position zwischen den Ultraschallwellen-Empfangselementen T2 und T3 angeordnet ist, erreicht eine von dem Element T1 emittierte Ultraschallwelle die Elemente T2 und T3 in gleicher Phase und gleicher Intensität. Unter der Annahme, daß die für die Übertragung der Ultraschallwelle notwendige Zeit t und die Geschwindigkeit c ist, ist die von der Ultraschallwelle zurückgelegte Distanz d = c×t. Wenn das Strömungsmittel mit einem Durchsatz von V strömt und die Ultraschallwelle mit der gleichen Rate mitträgt, können die Elemente T2 und T3 die Ultraschallwelle von dem Element T1 in der gleichen Phase und mit der gleichen Intensität empfangen, indem das Element T1 von seiner intermediären Position zwischen den Elementen T2 und T3 über eine Entfernung b (b = V×t) flußaufwärts des Verlängerungsrohres 66 bewegt wird. In diesem Fall wird die Bedingung von b/c = b/d = b/√² + E² aufgestellt. Demgemäß kann die Strömungsmittelmenge (Querschnittsbereich × Strömungsmitteldurchsatz) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Q = πL²/4×b√² + E².

Gemäß dem KS Standard kann das Ansaugarbeitsverhältnis von der Gleichung Konstante × Strömungsmittelmenge × Größe des Unterdurcks abgeleitet werden. Die Größe des Unterdrucks kann durch Verwendung einer Testvorrichtung herausgefunden werden, um das Ansaugarbeitsverhältnis zu bestimmen. Da die erhaltene Größe des Unterdrucks als eine Konstante gehandhabt werden kann, ist die folgende Bedingung aufzustellen: Ansaugarbeitsverhältnis = Konstante × Strömungsmittelmenge × Größe des Unterdrucks = Konstante × Strömungsmittelmenge = Konstante × Querschnittsbereich × Strömungsmitteldurchsatz = Konstante × Strömungsmitteldurchsatz. Danach besteht eine Beziehung zwischen dem Ansaugarbeitsverhältnis und dem Durchsatz eines durch das Verlängerungsrohr 66 hindurchtretenden Strömungsmittels. Das Ansaugarbeitsverhältnis kann somit direkt aus dem erhaltenen Strömungsmitteldurchsatz abgeleitet werden.

Fig. 10 zeigt eine Beziehung zwischen dem Ansaugarbeitsverhältnis P und der Strömungsmittelmenge Q. Gemäß Fig. 10 wächst das Ansaugarbeitsverhältnis P an, wenn die Strömungsmittelmenge Q größer wird. Solch ein Anstieg in dem Ansaugarbeitsverhältnis P setzt sich solange fort, bis die Strömungsmittelmenge Q einen maximalen Wert Q0 erreicht. Danach nimmt das Ansaugarbeitsverhältnis P allmählich ab. Gemäß der Erfindung wird der Durchsatz eines durch das Verlängerungsrohr 66 hindurchtretenden Strömungsmittels anhand der Verwendung einer Testvorrichtung für die Größe des Unterdrucks abgeleitet. Der abgeleitete Strömungsmitteldurchsatz wird als Referenzwert verwendet. Dieser Referenz-Strömungsmitteldurchsatz wird dann mit einem Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66, gemessen während eines Reinigungsvorganges, verglichen. Falls der Referenz-Strömungsmitteldurchsatz geringer ist als der gemessene Strömungsmitteldurchsatz, wird angenommen, daß ein fremder Gegenstand sich in der Ansaugöffnung 51 oder dem Verlängerungsrohr 66 befindet. In diesem Fall wird ein geeignetes Signal der Steuereinheit 6 zugeführt, die dieses Signal erkennt und einen Benutzer über einen Summer informiert.

Wenn die Messung des Ansaugarbeitsverhältnisses P auf einen Wert P0, der dem maximalen Q0 der Strömungsmittelmenge entspricht, beschränkt ist, ist das Ansaugarbeitsverhältnis P der Strömungsmittelmenge Q proportional. Da die Strömungsmittelmenge Q proportional zu dem Strömungsmitteldurchsatz V ist, ist das Ansaugarbeitsverhältnis P zu dem Strömungsmitteldurchsatz V proportional. Durch Erfassen des Ansaugarbeitsverhältnisses P ist es somit möglich, ein Anstoßen und ein Herunterfallen des Reinigers zu vermeiden. Dieser Vorgang wird im folgenden in Verbindung mit den Fig. 5A und 6 im Detail beschrieben.

Wenn der Reiniger gegen eine Wand oder ein Objekt während seiner Fortbewegung anstößt, wird das vorspringende Kontaktteil 59 nach hinten geschlagen, wodurch die an dem Arm 54 befestigte Rolle 55 sich entlang dem Sektorvorsprung 56 bewegt und somit das Ansaugelement 51 veranlaßt wird, sich von der zu reinigenden Oberfläche 64 abzuheben. Im Ergebnis wächst der Strömungsmitteldurchsatz in dem Verlängerungsrohr 66 an. Zu dieser Zeit entspricht die Strömungsmittelmenge einem Wert Q2, wie in Fig. 10 dargestellt. Da sich der Reiniger anschließend nach hinten bewegt, geht das vorspringende Kontaktelement 59 in seine, vor dem Anschlagen eingenommene, Position zurück aufgrund der Spannkraft der Feder 60. Falls der Reiniger entlang seiner Wegstrecke auf eine Stufe trifft, wie in Fig. 6 beschrieben, wächst der Strömungsmitteldurchsatz stärker an im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Reiniger an einen Gegenstand anstößt. Zu dieser Zeit entspricht die Strömungsmittelmenge dem maximalen Wert Q0. Gemäß Fig. 10 ist das Ansaugarbeitsverhältnis gleich P2 bei der Strömungsmittelmenge Q2, wenn die Stufe erfaßt wird, während das Ansaugarbeitsverhältnis gleich P0 bei der Strömungsmittelmenge Q0 ist, wenn ein Anstoßen auftritt.

Im folgenden wird der Betrieb des Reinigers in Verbindung mit Fig. 12 beschrieben.

Da gemäß Fig. 12 eine Erkennung für eine Reinigungszone initiiert wird, wenn der Reiniger beginnt, eine zu reinigende Fläche 64 zu reinigen, wird ein Durchsatz eines durch das Verlängerungsrohr 66 tretendes Strömungsmittel gemessen, wobei das Ultraschallwellen emittierende Element T1 und die Ultraschallwellen-Empfängerelemente T2 und T3, befestigt an dem Verlängerungsrohr 66, benutzt werden, so daß die Menge Q des Strömungsmittels und das Ansaugarbeitsverhältnis P berechnet werden können. Der Reiniger wird sich weiter fortbewegen, wenn das berechnete Ansaugarbeitsverhältnis gleich P1 ist, das mit einem Zustand korrespondiert, in dem weder ein Anstoßen noch ein Herunterfallen erfaßt wird. Falls das berechnete Ansaugarbeitsverhältnis gleich P0 ist, das einem Zustand entspricht, in dem eine Stufe erfaßt wurde, wird der Drehradius des Reinigers berechnet, um zu bestimmen, ob der Reiniger drehbar ist. Ist der Reiniger nicht drehbar, bewegt er sich etwas nach hinten. Bei einer drehbaren Position erkennt der Reiniger die Koordinatenwerte seiner Position und dreht dann um 90° nach links.

Falls das durch Bestimmung des Strömungsmitteldurchsatzes in dem Verlängerungsrohr 66 berechnete Ansaugarbeitsverhältnis gleich P2 ist, entsprechend einem Zustand, bei dem ein Anstoßen erfaßt wurde, wird eine Bestimmung durchgeführt, ob der Reiniger drehbar ist. Ist der Reiniger nicht drehbar, bewegt er sich etwas nach hinten. Bei einer drehbaren Position erkennt der Reiniger die Koordinatenwerte seiner Position und dreht dann um 90° nach links. Nach Vollendung dieser 90° Linksdrehung bewegt sich der Reiniger weiter fort, bis die Erkennung der Reinigungszone abgeschlossen ist. Nach Vollendung dieser Erkennung der Reinigungszone führt der Reiniger in zickzackförmiger Weise eine Reinigung für alle der vorbestimmten aufgeteilten Reinigungszonen durch.

Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 15 A bis 15C sind Querschnittsansichten eines Reinigers, in dem die Vorrichtung nach Fig. 14 benutzt wird. Die Fig. 15A zeigt einen Zustand, bei dem der Reiniger sich entlang einer normalen Bodenfläche bewegt. Die Fig. 15B zeigt einen Zustand, bei dem der Reiniger gegen einen Gegenstand gestoßen ist. Die Fig. 15C zeigt einen Zustand, bei dem der Reiniger eine Stufe erfaßt hat.

Gemäß Fig. 14 weist die Vorrichtung nach der Erfindung ein Ansaugelement 51, eine Dichtung 65 und ein vorspringendes Kontaktelement 59 auf, die alle in gleicher Weise konstruiert sind wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4. Die Vorrichtung hat ferner eine Gehäuseöffnung 30′, die in dem Reinigergehäuse 30 ausgebildet ist und einen Stababschnitt des vorspringenden Kontaktelementes 59 aufnehmen kann. Ein Ventil 71 ist an dem oberen Ende des Ansaugelementes 51 befestigt und kann sich öffnen und schließen. Das Ventil 71 ist an einem seiner Seitenabschnitte mit dem Ansaugelement 51 verbunden. Gemäß dieser Ausführungsform hat das vorspringende Kontaktelement 59 eine Nocke 69, die an einem hinteren Ende des Stangenabschnitts ausgebildet ist. Ein Betätigungselement 70 erstreckt sich von der äußeren Fläche des Ansaugelementes 51 nach vorne, so daß sein vorderes Ende in Eingriff mit der Nocke 69 des vorspringenden Kontaktelementes 59 steht. Wenn sich die Nocke 69 nach hinten bewegt, gleitet das Betätigungselement 70 entlang der Nocke 69, wodurch das Ansaugelement 51 veranlaßt wird, sich nach oben zu bewegen. Eine Feder 60 ist um den Stangenabschnitt des vorspringenden Kontaktelementes 59 zwischen dem vorspringenden Kontaktelement 59 und einem Abschnitt des Reinigergehäuses 30, welches die Gehäuseöffnung 30′ umgibt, angeordnet.

Der Betrieb dieser Ausführungsform nach Fig. 14 wird im folgenden mit der Betriebsbeschreibung in Verbindung mit Fig. 4 verdeutlicht.

Wenn der Reiniger sich entlang einer normalen Bodenfläche, wie in Fig. 15A dargestellt, bewegt, besteht eine Lücke δ1 zwischen dem Ansaugelement 51 und der Oberfläche 64. In diesem Fall wird eine vorbestimmte Last dem Reinigungsantrieb 50 zugeführt, wodurch das Drehmoment des Reinigungsantriebs 50 ansteigt, wie durch den Wert X₃′′ in Fig. 9A angezeigt ist. Im Ergebnis nimmt die Drehzahl des Reinigungsantriebs 50 ab, wie durch den Wert X₃ anzeigt, während der durch den Reinigungsantrieb 50 fließende Strom im Betrag ansteigt, wie durch den Wert X₃′ in Fig. 9A dargelegt ist. Wenn der Reiniger während seiner Fortbewegung gegen einen Gegenstand stößt, wie in Fig. 15B gezeigt, wird das vorspringende Kontaktelement 69 nach hinten gegen die Federkraft der Feder 60 geschlagen, wodurch die Nocke 69 dazu veranlaßt wird, sich nach hinten zu bewegen. Durch die Rückwärtsbewegung der Nocke 69 gleitet das Betätigungselement 70 entlang der Nocke 69, wodurch das Ansaugelement 51 veranlaßt wird, sich nach oben zu bewegen. Im Ergebnis ist die Lücke zwischen dem Ansaugelement 51 und der zu reinigenden Fläche 64 gleich δ2. Zu dieser Zeit entspricht das Drehmoment des Reinigungsantriebs 50 dem Wert X₂′′ gemäß Fig. 9A. Die Drehzahl des Reinigungsantriebs 50 hat den Wert X₂ von Fig. 9A, während der durch den Reinigungsantrieb 50 fließende Strom den Wert X₂′ von Fig. 9A besitzt.

Wenn der Reiniger eine Stufe erfaßt, wird die Lücke zwischen dem Ansaugelement 51 und der zu reinigenden Fläche 64 größer, wie durch den Wert δ3 angezeigt ist. In diesem Fall wird der Reinigungsantrieb 50 stark belastet, wodurch das Drehmoment des Reinigungsantriebs 50, wie durch den Wert X₁′′ wie in Fig. 9A angezeigt, abnimmt. Im Ergebnis steigt die Drehzahl des Reinigungsantriebs 50, wie durch den Wert X₁ in Fig. 9A angezeigt, während der durch den Reinigungsantrieb 50 fließende Strom im Betrag abnimmt, wie durch den Wert X₁′ in Fig. 9A angezeigt ist.

Durch Erfassen der Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50 und anschließender Bestimmung der Beziehung zwischen den Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50 dem Betrag des Stromes, der in dem Reinigungsantrieb 50 fließt, kann der Reiniger auf jede auftretende Situation reagieren.

Fig. 13 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Fig. 13 weist die Vorrichtung einen Umdrehungsdetektor 73 auf, der ein Signal gemäß den Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50 ausgeben kann, wobei die Vorrichtung ferner eine die Antriebsumdrehungen messende Einheit 74, welche das Signal von dem Umdrehungsdetektor 73 erfassen und so die Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50 bestimmen kann, und eine Zustandsdiskriminierungseinheit 75 aufweist, die eine Ausgangssignal von der die Antriebsumdrehungen messende Einheit 74 empfangen und so den Zustand, d. h. die Situation des Reiniger, diskriminieren kann.

Gemäß Fig. 15 werden die Umdrehungen des Reinigungsantriebs 50 gemessen, wenn der Reiniger mit der Erkennung einer Reinigungszone beginnt. Wenn der gemessene Wert dem niedrigen Wert in der Darstellung von Fig. 9A entspricht, wird angenommen, daß der Reiniger eine normale Wegstrecke ausführt. In diesem Fall wird der Reiniger sich kontinuierlich fortbewegen. Falls die Drehzahl des Reinigungsantriebs 50 hoch ist, wird angenommen, daß der Reiniger eine Stufe erfaßt hat. In diesem Fall wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Reiniger drehbar ist. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Bestimmung wird der Reiniger sofort um 90° nach links drehen oder sich nach hinten bewegen zu einem Bereich, in dem der Reiniger drehbar ist.

Wenn die Drehzahl des Reinigungsantriebs 50 einen mittleren Wert besitzt, wird die Bestimmung wie in dem vorhergehenden Fall durchgeführt und es wird entschieden, ob der Reiniger drehbar ist. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Bestimmung wird der Reiniger sofort um 90° nach links drehen oder sich nach hinten zu einem Bereich bewegen, in dem der Reiniger drehbar ist. Dieser Zustand entspricht einem Zustand, bei dem ein Anstoßen erfaßt wurde. In diesem Fall wird die Feder 60 in einem zusammengedrückten Zustand aufgrund der rückwärtigen Bewegung des vorspringenden Kontaktelementes 59 gehalten. Ferner wird das Ansaugelement 51 in einem etwas angehobenen Zustand gehalten. Wenn sich der Reiniger nach hinten bewegt, drückt die Feder 60 das vorspringende Kontaktelement 59 nach vorne, wodurch das Ansaugelement 51 sich nach unten bewegt.

Nach der Linksdrehung um 90° erkennt der Reiniger die Koordinatenwerte der Position, in der er sich befindet. Der Reiniger wird sich dann kontinuierlich fortbewegen, bis die Erkennung der Reinigungszone vollendet ist. Nach Vollendung dieser Erkennung der Reinigungszone werden die oben beschriebenen Betriebszustände wiederholt, bis die Reinigung insgesamt beendet ist. Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung kann ein Anstoßen und Herunterfallen des Reinigers auch dadurch verhindert werden, daß der Betrag des durch den Reinigungsantrieb 50 fließenden Stromes erfaßt wird, der in Abhängigkeit von der Lücke zwischen der Ansaugöffnung 67 des Reinigers und der zu reinigenden Fläche 64 variiert, sowie durch eine Stromstärke-Meßvorrichtung, wie z. B. einen Sensor, und durch Bestimmung eines Fortbewegungszustandes, eines angestoßenen Zustandes und eines eine Stufe-erfaßten Zustandes des Reinigers, wobei diese Bestimmung durch Erfassen der Drehzahl des Reinigungsantriebs 50 geschieht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Anstoßen des Reinigers durch eine Variation in einem Drehmoment, das jedem Bewegungsantrieb des Reinigers zugeführt wird, erfaßt werden. In diesem Fall ist eine Anstoß-Erfassungsvorrichtung vorgesehen, die einen Kodiersensor, der die Drehzahlen der Bewegungsantriebe 13 und 14 erfassen kann aufweist sowie mehrere Abstandssensoren, die um den Reiniger angeordnet sind und die die Distanz zwischen dem Reiniger und einem Objekt erfassen können. Ferner ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die die erfaßte Distanzinformation von dem Distanzsensor dekodieren und so die Drehungen der Antriebe steuern kann. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Eingangs/Ausgangsschaltung, die eine Dateneingabe und eine Datenausgabe durchführen kann, eine Steuerbetriebsschaltung, welche einen Betrieb der Eingangs- und Ausgangsdaten durchführen kann und die Bewegungs- und Antriebsbefehle steuern kann, einen Mikrocomputer mit einem Speicher, in dem Daten und Programme gespeichert sind, einer Kodierschaltung, die Informationen über die Drehzahlen des linken und rechten Bewegungsantriebs, erfaßt durch den Encoder-Sensor, in Form von digitalen Informationen dem Mikrocomputer zuführen kann, eine den Bewegungsantrieb antreibende Einheit, die den linken und den rechten Bewegungsantrieb unter der Steuerung des Mikrocomputer steuert, und eine Entfernungssensorschaltung, welche Informationen über die von dem Distanzsensor erfaßte Distanz in Form von digitalen Informationen dem Mikrocomputer zuführt.

In diesem Fall hat die den Bewegungsantrieb antreibende Einheit einen D/A-Wandler für die Umwandlung der digitalen Steuerinformation von dem Mikrocomputer in ein analoges Signal, ein Substrahierwerk für die Ausgabe von Fehlerinformationen über einen Betrag der Antriebsstromstärke, eine Steuerungsvorrichtung für die Aufnahme der Fehlerinformationen und somit für die Steuerung des zu minimierenden Betrages des Antriebsstromes, eine Antriebsschaltung für den Antrieb der Bewegungsantriebe gemäß eines Ausgangssignals von der Steuervorrichtung, eine den Strom messende Schaltung, wie einen Hallsensor, für die Messung eines in jedem Bewegungsantrieb fließenden Stromes und für die Zurückführung des gemessenen Stromwertes zu dem Substrahierwerk, und einen A/D-Wandler für die Umwandlung des gemessenen Stromwertes von der Strommeßschaltung in ein digitales Signal und für die Zuführung des digitalen Signales zu dem Mikrocomputer in Form einer Information für die Bestimmung des Drehmomentes, das jedem Bewegungsantrieb zugeführt wurde.

Der Mikrocomputer berechnet das Lastdrehmoment aus dem Wert des Stromes, der in jedem Bewegungsantrieb fließt, und den Drehzahlen des Bewegungsantriebs, vergleicht das durch Errechnung erzielte Ergebnis mit einem Referenzwert, der für den angestoßenen Zustand des Reinigers gültig ist, und führt gemäß dem Vergleichsergebnis Berechnungen in Zusammenhang mit der Bestimmung des angestoßenen Zustands durch.

Der Betrieb dieser Ausführungsform wird im folgenden in Verbindung mit Fig. 17 beschrieben.

Der Mikrocomputer erfaßt über den Distanzsensor die Distanz von dem Reiniger zu einem Objekt, das in jeder Richtung angeordnet sein kann, liest über die Distanzsensorschaltung den erfaßten Distanzwert und liest ferner mittels der Kodierschaltung einen Wert gemäß der Drehzahl jedes Bewegungsantriebs.

Der Mikrocomputer analysiert dann anhand der gemessenen Entfernung die den Reiniger umgebende Umgebung, bestimmt einen geeigneten Wert für eine angepaßte Drehzahl für jeden Bewegungsantrieb, und gibt über die den Bewegungsantrieb antreibende Einheit einen Wert für einen Antriebsstrom aus, der dem Wert der Drehzahl entspricht. Dementsprechend werden die Antriebe bewegt, so daß eine Reinigung während der Bewegung des Reinigers durchgeführt wird.

Während des Reinigens wird ein gemessener Wert eines durch jeden Bewegungsantrieb fließenden Strombetrages durch den A/D-Wandler gelesen.

Danach berechnet der Mikrocomputer ein Lastdrehmoment von jedem Bewegungsantrieb, wobei der gemessene Wert des durch den Bewegungsantrieb fließenden Strombetrages verwendet wird und der gemessene Wert der Drehzahl des Bewegungsantriebs mittels des Kodiersensors und der Kodierschaltung gelesen wird.

Die Berechnung des Lastdrehmomentes kann unter Verwendung eines bekannten Bewegungssteuerprogrammes durchgeführt werden. Unter der Annahme, daß die gegenwärtige Programmschleife von Verfahren, die periodisch in dem Bewegungssteuerprogramm wiederholt werden, K ist, kann das Lastdrehmoment T_L(K) jedes Bewegungsantriebs gemäß der folgenden Gleichung (3) berechnet werden:

T_L(K) = Ka×ia(K)-Bm×Wm(K)-Jm×[Wm(K)-Wm(K-1)] (3)

worin Ka eine Drehmomentkonstante des Bewegungsantriebs darstellt, ia(K) ein gemessener Wert des in dem Antrieb fließenden Strombetrages bei dem gegenwärtigen Kreislauf ist, Bm ein viskoser Reibungskoeffizient des Antriebs ist, Wm(K) ein gemessener Wert der Drehzahl des Antriebs bei dem gegenwärtigen Kreislauf ist, Wm(K-1) ein gemessener Wert der Drehzahl des Antriebs bei dem vorhergehenden Kreislauf ist und Jm ein Drehträgheitskoeffizient des Antriebes ist. Wenn der Reiniger gegen ein Objekt stößt, unterliegt jeder Bewegungsantrieb einem erhöhten Drehmoment. Falls das berechnete Drehmoment T_L(K) nicht geringer ist als ein Referenzdrehmoment für einen Anstoß, wird dieser Zustand als ein angeschlagener Zustand bestimmt. Ist das berechnete Drehmoment T_L(K) kleiner als das Referenzdrehmoment, wird dieser Zustand als ein Zustand gewertet, bei dem kein Anstoßen erfolgt ist.

Wenn der Reiniger gegen ein Objekt stößt, unterliegt zumindest einer der Bewegungsantriebe, die Antriebe für das linke und rechte Rad darstellen, einem erhöhten Drehmoment. Zu diesem Zeitpunkt ist das berechnete Drehmoment T_L(K) signifikant höher als das Lastdrehmoment (= 0) bei einem normalen Bewegungszustand, d. h. dem Zustand, in dem kein Anstoßen erfolgt.

Wenn die berechneten Drehmomente T_L(K) von beiden Bewegungsantrieben niedriger sind als die Referenzdrehmomente, wird das Reinigungsverfahren fortgesetzt. Falls das berechnete Drehmoment T_L(K) von wenigstens einem der Bewegungsantriebe nicht kleiner als das Referenzdrehmoment ist, werden die Bewegungsantriebe so gesteuert, daß der Reiniger sich etwas nach hinten bewegt und dann nach links oder nach rechts dreht, um den Gegenstand zu passieren.

Andererseits kann der gleiche Effekt, wie oben beschrieben, dadurch erzielt werden, daß ein Lastdrehmoment T_L(K) aus einem Befehlswert eines Antriebsstrombetrages, der jedem Bewegungsantrieb zugeführt wird, berechnet wird. Das Lastdrehmoment T_L(K) wird in dem Mikroprozessor durch den Befehlswert des Antriebsstrombetrages für ia(K) der Gleichung (3) berechnet.

Wenn die Bewegungsantriebe auf Basis einer zugeführten Spannung, anstatt des Strombetrages, gesteuert werden, kann der gleiche Effekt dadurch erzielt werden, daß ein Lastdrehmoment T_L(K) aus einem Befehlswert einer jedem Bewegungsantrieb zugeführten Antriebsspannung oder aus einem gemessenen Wert einer dem Antrieb zugeführten Spannung berechnet wird. Das Lastdrehmoment T_L(K) wird in dem Mikroprozessor durch den Befehlsspannungswert oder den gemessenen Spannungswert für ia(K) in der Gleichung (3) berechnet.

Der gleiche Effekt kann für den Fall erreicht werden, wo die Bewegungsantriebe in einer Pulslängenmodulations (PWM)-Weise gesteuert werden. Bei der PWM-Steuerung werden die Bewegungsantriebe auf Basis einer Größe einer den Bewegungsantrieben zugeführten Spannung, d. h. eine PWM-Wertes, gesteuert. In diesem Fall wird das Lastdrehmoment T_L(K) durch den PWM-Wert für ia(K) in der Gleichung (3) berechnet.

Gemäß der obigen Beschreibung wird deutlich, daß es bei der Erfindung nicht notwendig ist, mehrere Sensoren, die dicht um einen Reiniger angeordnet sind und die ein Anstoßen und Herunterfallen des Reinigers erfassen können, vorzusehen, wodurch das Erfordernis von zusätzlichen Vorrichtungen für die Sensoren eliminiert wird. Dies reduziert die Herstellungskosten.

Die Offenbarung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat nur beispielshaften Charakter. Fachleute werden erkennen, daß zahlreiche Modifikationen, Zusätze und Equivalente möglich sind, ohne daß der Schutzumfang der Erfindung, wie in den Ansprüchen offenbart, verlassen wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers mit:
einem Verlängerungsrohr, welches mit einer Staubaufnahmekammer verbunden ist, die im Innern eines Reinigergehäuses des Reinigers angeordnet ist;
einem Ansaugelement, welches gleitend in dem Verlängerungsrohr angebracht ist;
einer Dichtung, welche in ein Ende des Verlängerungsrohres eingesetzt ist und eine Strömungsmittel-Leckage durch das Ende des Verlängerungsrohres verhindert;
einem Ultraschallwellen emittierenden Element, welches zwischen dem Verlängerungsrohr und der Staubaufnahmekammer angeordnet ist und Ultraschallwellen gemäß einem Durchsatz eines angesaugten Strömungsmittels emittiert;
einem Paar von Ultraschallwellen-Empfangselementen, welche zwischen dem Verlängerungsrohr und der Staubaufnahmekammer angeordnet sind und Ultraschallwellen von dem Ultraschallwellen emittierenden Element empfangen;
einer den Strömungsmitteldurchsatz erfassenden/das Ansaugarbeitsverhältnis berechnenden Einrichtung, welche die Ultraschallwellen von den Ultraschallwellen-Empfangselementen empfängt, eine Veränderung in dem Durchsatz des angesaugten Strömungsmittels erfaßt und ein auf den empfangenen Ultraschallwellen basierendes Ansaugarbeitsverhältnis berechnet;
einer Stoßfängeröffnung, welche an einer vorbestimmten Stelle eines Stoßfängers des Reinigers vorgesehen ist;
einem vorspringenden Kontaktelement, welches sich durch die Stoßfängeröffnung erstreckt und dazu dient, das Ansaugelement zu stützen und welches angeordnet ist, um sich nach vorn und hinten zu bewegen; und
einer Feder, die das vorspringende Kontaktelement mit dem Stoßfänger elastisch verbinden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Ansaugelement
eine Drehbürste und einen Bürstenantrieb aufweist, die beide über einen Steuerriemen miteinander verbunden und im Innern des Ansaugelementes angeordnet sind;
eine Ansaugöffnung hat, die benachbart zu einem unteren Ende der Drehbürste angeordnet ist;
eine an einem vorderen Endabschnitt des Ansaugelementes angeordnete, geneigte Fläche aufweist, die ein einfaches Anheben des Reinigers erlaubt, wenn dieser gegen einen Vorsprung oder eine Türschwelle stößt; und einen
Arm hat, der an einer vorbestimmten Stelle an einer äußeren Fläche des Ansaugelementes befestigt und mit einer Rolle versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das vorspringende Kontaktelement einen Sektorvorsprung, der in Kontakt mit dem Ansaugelement sein kann;
einen ein Ende der Feder abstützenden Vorsprung; und
einen von dem Reinigergehäuse nach außen vorspringenden Kontaktabschnitt aufweist, der in Kontakt mit einem Gegenstand gelangen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die den Strömungsmitteldurchsatz erfassende/das Ansaugarbeitsverhältnis berechnende Einrichtung eine Schaltung zum Erfassen des Strömungsmitteldurchsatzes aufweist, um die Ultraschallwellen von den Ultraschallwellen-Empfangselementen zu empfangen und, basierend auf den empfangenen Ultraschallwellen, einen Durchsatz des angesaugten Strömungsmittels zu erfassen; und eine Schaltung für die Berechnung des Ansaugarbeitsverhältnisses hat, um ein Ausgangssignal von der Schaltung für die Erfassung des Strömungsmitteldurchsatzes zu empfangen und eine Strömungsmittelmenge mit einer Strömungsmittelmengen-Gleichung gemäß Querschnittsbereich × Strömungsmitteldurchsatz sowie ein Ansaugarbeitsverhältnis mit einer Ansaugarbeitsmittelverhältnis-Gleichung gemäß Konstante × Strömungsmittelmenge × Größe des Unterdrucks zu berechnen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Ansaugelement ein Betätigungselement aufweist, welches an einer vorbestimmten Stelle des Ansaugelementes vorgesehen ist und mit dem vorspringenden Kontaktelement betriebsmäßig verbunden ist, so daß sich das Ansaugelement gemäß den Rückwärts- und Vorwärtsbewegungen des vorspringenden Kontaktelementes nach unten und oben bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das Ansaugelement ein Ventil aufweist, das an einem oberen Ende des Ansaugelementes befestigt ist und sich frei öffnen und schließen läßt, wobei das Ventil an einer seiner Seitenabschnitte mit dem Ansaugelement verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das vorspringende Kontaktelement eine Nocke aufweist, welche in Kontakt mit dem Betätigungselement treten kann, so daß das Betätigungselement frei entlang der Nocke gleitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Ultraschallwellen emittierende Element und die Ultraschallwellen-Empfangselemente an einer inneren Fläche des Verlängerungsrohres so befestigt sind, daß das Ultraschallwellen emittierende Element gegenüber den Ultraschallwellen-Empfangselementen angeordnet ist.

9. Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Erfassen eines Durchsatzes eines Strömungsmittels, der sich in Abhängigkeit einer Veränderung in einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung des Reinigers und einer zu reinigenden Fläche verändert, wobei ein Ultraschallwellen emittierendes Element und ein Paar von Ultraschallwellen-Empfangselementen verwendet wird;
(b) Berechnung einer Strömungsmittelmenge durch Multiplikation des Strömungsmitteldurchsatzes mit einem Querschnittsbereich, durch den das Strömungsmittel fließt;
(c) Berechnung eines Ansaugarbeitsverhältnisses auf Basis der berechneten Strömungsmittelmenge;
(d) Bestimmung eines Bewegungszustandes des Reinigers auf Basis des in Schritt (c) errechneten Ansaugarbeitsverhältnisses nachdem eine Reinigungszonenerkennung gestartet wurde, Vorwärtsbewegen des Reinigers oder Bestimmung, ob gemäß des bestimmten Reinigerbewegungszustandes der Reiniger drehbar ist, und Rückwärtsbewegen des Reinigers, wenn der Reiniger nicht drehbar ist;
(e) Erkennung der Koordinatenwerte der gegenwärtigen Position des Reinigers, wenn der Reiniger drehbar ist, Drehen des Reinigers nach links und anschließendes Vorwärtsbewegen des Reinigers; und
(f) Bestimmung, ob die Reinigungszonenerkennung vollendet worden ist, Zurückgehen zu Schritt (a), wenn die Reinigungszonenerkennung noch nicht vollendet gewesen ist, und Vollendung eines Reinigungsvorganges des Reinigers, wenn die Reinigungszonenerkennung vollendet worden ist.

10. Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Messung der Umdrehungen eines Reinigungsantriebes, die sich in Abhängigkeit von einer Veränderung in einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung des Reinigers und einer zu reinigenden Fläche verändern;
Berücksichtigung des gegenwärtigen Zustandes des Reinigers als einen Bewegungszustand, wenn die gemessenen Antriebsumdrehungen einer vorbestimmten niedrigen Drehzahl entsprechen, und Durchführung einer kontinuierlichen Reinigerbewegung;
Berücksichtigung des gegenwärtigen Zustandes des Reinigers als einen eine Stufe-erfaßten Zustand, wenn die gemessenen Antriebsumdrehungen einer vorbestimmten hohen Drehzahl entsprechen, und Bestimmung, ob der Reiniger drehbar ist; und
Berücksichtigung des gegenwärtigen Zustandes des Reinigers als einen angeschlagenen Zustand, wenn die gemessenen Antriebsumdrehungen einer vorbestimmten mittleren Drehzahl entsprechen, und Bestimmung, ob der Reiniger drehbar ist, wodurch ein Anstoßen und Herunterfallen des Reinigers vermieden wird.

11. Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Erfassen eines Betrages eines durch einen Reinigungsantrieb fließenden Stromes, der sich in Abhängigkeit von einer Veränderung einer Lücke zwischen einer Ansaugöffnung des Reinigers und einer zu reinigenden Fläche verändert, wobei eine Strommeßeinrichtung, wie ein Hallsensor verwendet wird; und
Bestimmung des Stromstärkezustandes des Reinigers auf Basis des erfaßten Strombetrages, wobei der Zustand einem Bewegungszustand, einem angeschlagenen Zustand und einem eine Stufe-erfaßten Zustand entspricht, wodurch ein Anstoßen und herunterfallen des Reinigers vermieden wird.

12. Verfahren zur Vermeidung eines Anstoßens und Herunterfallens eines sich selbsttätig bewegenden Reinigers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Berechnung eines einem Bewegungsantrieb zugeführten Drehmomentes;
Vergleich des berechneten Drehmomentes mit einem Referenzwert, der einem angestoßenen Zustand des Reinigers entspricht; und
Festsetzung des gegewärtigen Zustandes des Reinigers als ein angeschlagener Zustand, wenn das berechnete Drehmoment nicht niedriger als der Referenzwert ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Berechnung des Drehmomentes unter Verwendung der folgenden Gleichung periodisch durchgeführt wird: T_L(K) = Ka×ia(K)-Bm×Wm(K)-Jm×[Wm(K)-Wm(K-1)]wobei T_L(K) ein dem Bewegungsantrieb im gegenwärtigen Kreislauf zugeführtes Drehmoment ist, K den gegenwärtigen Kreislauf bedeutet, Ka eine Drehmomentkonstante des Bewegungsantriebes ist, ia(K) ein gemessener Wert eines in dem Bewegungsantrieb fließenden Strombetrages im gegenwärtigen Kreislauf ist, Bm ein viskoser Reibungskoeffizient des Bewegungsantriebes ist, Wm(K) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im gegenwärtigen Kreislauf ist, Wm(K-1) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im vorhergehenden Kreislauf ist und Jm einen Drehträgheitskoeffizienten des Bewegungsantriebes darstellt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Drehmomentberechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung periodisch durchgeführt wird: T_L(K) = Ka×ia(K)-Bm×Wm(K)-Jm×[Wm(K)-Wm(K-1)]wobei T_L(K) ein dem Bewegungsantrieb im gegenwärtigen Kreislauf zugeführtes Drehmoment ist, K der gegenwärtige Kreislauf ist, Ka eine Drehmomentkonstante des Bewegungsantriebes ist, ia(K) ein gemessener Wert eines Antriebsstrombetrages, der in dem Bewegungsantrieb fließt, im gegenwärtigen Kreislauf ist, Bm ein viskoser Reibungskoeffizient des Bewegungsantriebes ist, Wm(K) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebes im gegenwärtigen Kreislauf ist, Wm(K-1) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im vorhergehenden Kreislauf ist und Jm einen Drehträgheitskoeffizienten des Bewegungsantriebes darstellt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Drehmomentberechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung periodisch durchgeführt wird: T_L(K) = Ka×ia(K)-Bm×Wm(K)-Jm×[Wm(K)-Wm(K-1)]wobei T_L(K) ein dem Bewegungsantrieb im gegenwärtigen Kreislauf zugeführtes Drehmoment ist, K der gegenwärtige Kreislauf ist, Ka eine Drehmomentkonstante des Bewegungsantriebes ist, ia(K) ein gemessener Wert einer dem Bewegungsantrieb zugeführten Antriebsspannung im gegenwärtigen Kreislauf ist, Bm ein viskoser Reibungskoeffizient des Bewegungsantriebes ist, Wm(K) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im gegenwärtigen Kreislauf ist, Wm(K-1) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im vorhergehenden Kreislauf ist und Jm einen Drehträgheitskoeffizienten des Bewegungsantriebes darstellt.

16. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Drehmomentberechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung periodisch durchgeführt wird: T_L(K) = Ka×ia(K)-Bm×Wm(K)-Jm×[Wm(K)-Wm(K-1)]wobei T_L(K) ein dem Bewegungsantrieb im gegenwärtigen Kreislauf zugeführtes Drehmoment ist, K der gegenwärtige Kreislauf ist, Ka eine Drehmomentkonstante des Bewegungsantriebes ist, ia(K) ein gemessener Wert einer dem Bewegungsantrieb zugeführten Spannung im gegenwärtigen Kreislauf ist, Bm ein viskoser Reibungskoeffizient des Bewegungsantriebes ist, Wm(K) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im gegenwärtigen Kreislauf ist, Wm(K-1) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im vorhergehenden Kreislauf ist und Jm einen Drehträgheitskoeffizienten des Bewegungsantriebes darstellt.

17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Drehmomentberechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung durchgeführt wird: T_L(K) = Ka×ia(K)-Bm×Wm(K)-Jm×[Wm(K)-Wm(K-1)]wobei T_L(K) ein dem Bewegungsantrieb im gegenwärtigen Kreislauf zugeführtes Drehmoment ist, K der gegenwärtige Kreislauf ist, Ka eine Drehmomentkonstante des Bewegungsantriebes ist, ia(K) ein dem Bewegungsantrieb im gegenwärtigen Kreislauf zugeführter PWM-Wert ist, Bm ein viskoser Reibungskoeffizient des Bewegungsantriebes ist, Wm(K) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im gegenwärtigen Kreislauf ist, Wm(K-1) ein gemessener Wert einer Drehzahl des Bewegungsantriebs im vorhergehenden Kreislauf ist und Jm einen Drehträgheitskoeffizienten des Bewegungsantriebes darstellt.