ES2197105T3 - Dispositivo robotico de limpieza de suelos. - Google Patents
Dispositivo robotico de limpieza de suelos.Info
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Abstract
Dispositivo robótico de limpieza de suelos que comprende un chasis, ruedas motorizadas que soportan el chasis, un ventilador de aspiración motorizado, una entrada de aire sucio, un agitador rotativo motorizado en la entrada de aire sucio para agitar la superficie a limpiar, y un sistema de control para dirigir el dispositivo en su traslación por una habitación y para distribuir la energía eléctrica a las ruedas motorizadas y al agitador, estando el sistema de control preparado para hacer que el dispositivo funcione en un primer modo de funcionamiento en el cual es suministrada energía eléctrica a las ruedas motorizadas para hacer que el dispositivo se desplace en una dirección de marcha adelante y es suministrada energía eléctrica al agitador, estando el sistema de control preparado además para detectar cuando se haya atorado el agitador, y, en caso de un atoramiento, para intentar eliminar el atoramiento, y tras haber sido eliminado con éxito el atoramiento, para continuar en un segundo modo de funcionamiento.
Description
Dispositivo robótico de limpieza de suelos.
Esta invención se refiere a un dispositivo
robótico de limpieza de suelos y a un método para hacer funcionar a
un dispositivo de este tipo.
Los aspiradores funcionan teniendo un ventilador
que aspira el aire cargado de suciedad a través de una entrada de
aire sucio y a continuación a través de un sistema de separación
que separa la suciedad del aire. La entrada de aire sucio tendrá a
menudo un sacudidor o cepillo cilíndrico que es puesto en rotación
para agitar el revestimiento del piso y desprender la suciedad para
así incrementar la cantidad de suciedad y polvo que es aspirada al
interior del aspirador a través de la entrada de aire sucio.
Son conocidos dispositivos robóticos de limpieza
de suelos. Tales dispositivos pueden desplazarse por sobre una
superficie de trabajo según un trazado predeterminado o bien
mediante cambios aleatorios de la dirección de movimiento, limpiando
la superficie al retirar de la misma el polvo y la suciedad a
medida que se desplazan. El dispositivo puede ser accionado por
baterías y tendrá un chasis, ruedas para soportar el chasis, motores
de accionamiento independientes para accionar las ruedas, un
ventilador de aspiración y un sacudidor o cepillo cilíndrico
rotativo. Se reconoce que el sacudidor o cepillo cilíndrico rotativo
puede ocasionar problemas cuando hay sobre el piso borlas o flecos
de alfombra sueltos y cosas similares, porque las borlas pueden
enredarse con el sacudidor o cepillo cilíndrico.
La Solicitud de Patente Internacional WO 97/40734
intenta abordar este problema en un dispositivo autónomo que tiene
un cepillo cilíndrico. El dispositivo está programado con una
secuencia de forma tal que, si hay una indicación de que se atora el
cepillo cilíndrico (lo cual será a menudo debido a la presencia de
un fleco o de borlas), el motor del cepillo cilíndrico es
desconectado, a continuación de lo cual el motor es conectado de
nuevo de manera transitoria pero en la dirección contraria. Esto
hace que sea posible que los flecos de las alfombras sean
desenrollados del cepillo cilíndrico y liberados. Una vez concluido
este paso de rotación inversa, el motor del cepillo cilíndrico es
parado de nuevo, y a continuación es conectado de nuevo el
accionamiento, con lo cual el cepillo cilíndrico es puesto en
rotación en la dirección de rotación inicial.
Se afirma en la solicitud publicada anteriormente
mencionada que normalmente esto será suficiente para la liberación
del cepillo cilíndrico, para que pueda ser restablecido el
funcionamiento normal en régimen de limpieza. Se dice también que si
esto no fuese así, será repetido el procedimiento de desenredo.
En la solicitud publicada es detectado el
amperaje de la corriente de accionamiento del motor del cepillo
cilíndrico, y dicho amperaje es comparado con un valor límite a fin
de detectar si el cepillo cilíndrico está atorado. Si es sobrepasado
el límite, es cortada la corriente que acciona el motor del cepillo
cilíndrico, y la misma es a continuación aplicada en la dirección
contraria a fin de hacer que el cepillo cilíndrico gire en la
dirección inversa. Cuando debe continuarse la limpieza normal, la
corriente del motor es aplicada de nuevo en la dirección
inicial.
La Solicitud de Patente Internacional WO 99/28800
presenta un aspirador robótico que tiene un cepillo rotativo y en
el cual el cepillo es liberado cortando el suministro de energía
eléctrica al motor y llevando a cabo una serie de maniobras.
En estas dos solicitudes es necesaria una
intervención manual si el aspirador no puede liberar con éxito el
cepillo cilíndrico.
Es un objetivo de la presente invención aportar
un dispositivo robótico de limpieza de suelos que pueda habérselas
con su entorno con mejores resultados.
Según la presente invención, se aporta un
dispositivo robótico de limpieza de suelos que comprende un chasis,
ruedas motorizadas que soportan el chasis, un ventilador de
aspiración motorizado, una entrada de aire sucio, un agitador
rotativo motorizado en la entrada de aire sucio para agitar la
superficie a limpiar, y un sistema de control para dirigir el
dispositivo en su traslación por una habitación y para distribuir la
energía eléctrica a las ruedas motorizadas y al agitador, estando
el sistema de control preparado para hacer que el dispositivo
funcione en un primer modo de funcionamiento en el cual es
suministrada energía eléctrica a las ruedas motorizadas para hacer
que el dispositivo se desplace en una dirección de marcha adelante y
es suministrada energía eléctrica al agitador, estando el sistema
de control preparado además para detectar cuando se haya atorado el
agitador, y, en caso de un atoramiento, para intentar eliminar el
atoramiento, y tras haber sido eliminado con éxito el atoramiento,
para continuar en un segundo modo de funcionamiento.
En el segundo modo de funcionamiento, el sistema
de control puede estar preparado para desconectar el agitador o
para dirigir el dispositivo de limpieza para que el mismo dé un
rodeo al sitio en el que se produjo el atoramiento. El dispositivo
de limpieza puede permanecer en el segundo modo de funcionamiento
dentro de una distancia preestablecida o por espacio de un período
de tiempo preestablecido o hasta que se cumpla alguna otra
condición.
Al funcionar en un segundo modo de
funcionamiento, es menos probable que el agitador quede atorado por
segunda vez, con lo cual se ahorra el tiempo y la energía que de
otro modo serían gastados para llevar a cabo los adicionales
intentos de eliminar el atoramiento. Algunos entornos en los que
funcione el dispositivo de limpieza pueden presentar obstáculos
tales como alfombras con borlas que no puedan ser superadas con el
agitador en uso. Al disponer del segundo modo de funcionamiento, el
dispositivo de limpieza es más capaz de habérselas con estos
entornos sin una intervención manual.
Preferiblemente, el dispositivo de limpieza
intenta eliminar el atoramiento a base de desconectar el suministro
de energía eléctrica al agitador y de invertir a continuación el
sentido de rotación de las ruedas motorizadas del dispositivo para
que el dispositivo se desplace en una dirección de marcha
atrás.
Un aspecto adicional de la invención aporta un
dispositivo robótico de limpieza de suelos que comprende un chasis,
ruedas motorizadas que soportan el chasis, un ventilador de
aspiración motorizado, una entrada de aire sucio, un agitador
rotativo motorizado en la entrada de aire sucio para agitar la
superficie a limpiar, y un sistema de control para dirigir el
dispositivo en su traslación por una habitación y para distribuir la
energía eléctrica a las ruedas motorizadas y al agitador, estando
el sistema de control preparado para hacer que el dispositivo
funcione en un primer modo de funcionamiento en el cual es
suministrada energía eléctrica a las ruedas motorizadas para hacer
que el dispositivo se desplace en una dirección de marcha adelante y
es suministrada energía eléctrica al agitador, para detectar cuando
se haya atorado el agitador, y, en caso de un atoramiento, para
intentar eliminar el atoramiento y para almacenar información
representativa de la situación del atoramiento, estando el sistema
de control preparado además para dirigir a continuación el
dispositivo de limpieza en su traslación por la habitación y para
hacer que el dispositivo funcione en un segundo modo de
funcionamiento cuando el dispositivo se aproxima al sitio en el que
se encuentra situado un atoramiento previo.
En el segundo modo de funcionamiento, el sistema
de control puede desconectar el agitador, dirigir el dispositivo de
limpieza para que el mismo dé un rodeo al sitio en el que fue
atorado el agitador, o dirigir el dispositivo para que el mismo no
pase por sobre el sitio en el que fue atorado el agitador más que
en una dirección distinta de la dirección en la que el dispositivo
se aproximó primeramente a dicho sitio.
Al funcionar en un segundo modo de funcionamiento
antes de llegar al sitio en el que se produjo el atoramiento, es
menos probable que el agitador quede atorado otra vez, con lo cual
se ahorra el tiempo y la energía que de otro modo serían gastados
para llevar a cabo los adicionales intentos de eliminar el
atoramiento.
En las reivindicaciones dependientes se exponen
adicionales características preferibles y ventajosas de la
invención.
Para que pueda comprenderse más claramente la
invención, se hará a continuación referencia a los dibujos
acompañantes, en los cuales:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
aspirador robótico que incorpora la invención;
la Figura 2 es una vista que está tomada desde
debajo del aspirador de la Figura 1 y en la cual está eliminada una
pequeña parte para así mostrar el motor de la barra de cepillado y
la transmisión por correa;
la Figura 3 es un diagrama de bloques del
circuito del sistema de manejo de la energía eléctrica y del
sistema de navegación del aspirador de la Figura 1;
la Figura 4 es un diagrama de bloques más
detallado del circuito del sistema de manejo de la energía
eléctrica que está ilustrado en la Figura 3;
la Figura 5 es una vista esquemática que ilustra
el funcionamiento del aspirador de la Figura 1;
las Figuras 6 y 7 son diagramas de flujo que
ilustran el método de funcionamiento del aspirador después de haber
quedado atorada la barra de cepillado.
Haciendo primeramente referencia a la Figura 1 de
los dibujos, está ilustrado en la misma un dispositivo robótico de
limpieza de suelos que está realizado en forma de un aspirador
robótico que comprende un chasis 10, dos ruedas motrices 11, una
caja 12 de alojamiento de la barra de cepillado, dos baterías
recargables 13 y 14, un separador ciclónico 15 del tipo que está
descrito en la Patente Europea Nº EP 042 723, una interfaz de
usuario 16, uno (o varios) detectores de luz 17 y varios sensores
19 y 27 a 31 que serán descritos más en particular en lo que sigue.
Cada rueda motriz 11 tiene una cubierta 11A que es acanalada
transversalmente, está moldeada sobre la llanta y está hecha de
plástico blando con propiedades como las del caucho, lo cual
proporciona un fuerte agarre para la traslación del aspirador. El
detector de luz 17 detecta la luz que es recibida desde los de una
pluralidad de puntos de la brújula en torno al aspirador, y está
descrito más en particular en nuestra Solicitud de Patente
Internacional Nº WO 00/38027. Los detalles del funcionamiento del
detector de luz 17 no son esenciales para la presente invención y no
serán descritos aquí más extensamente.
Haciendo referencia a la Figura 2, está montada
en la parte inferior del chasis 10 una cabeza 12 del aspirador que
incluye una abertura de aspiración 2 que está encarada a la
superficie sobre la cual se apoya el aspirador. La abertura de
aspiración 2 es en esencia rectangular y abarca la mayor parte de
la anchura de la cabeza 12 del aspirador. Una barra de cepillado 4
está montada de forma tal que es giratoria en la boca de aspiración
2. La parte eliminada 2A de la parte inferior de la cabeza 12 del
aspirador revela el sistema del motor y la transmisión de la barra
de cepillado dentro de la cabeza 12 del aspirador. En la cabeza 12
del aspirador está montado un motor 22 para accionar la barra de
cepillado 4 por medio de una correa de transmisión 5 que discurre
entre una polea 22A del árbol del motor 22 y la polea 4A de la barra
de cepillado 4. La cabeza 12 del aspirador está montada en el
chasis 10 de forma tal que la cabeza 12 del aspirador es capaz de
flotar sobre la superficie a limpiar. Esto se logra mediante un
montaje que incluye una doble articulación entre la cabeza 12 del
aspirador y el chasis 10. La doble articulación de la conexión
entre la cabeza 12 del aspirador y el chasis 10 está descrita más en
particular en nuestra Solicitud de Patente Internacional Nº WO
00/36965. La misma permite que la cabeza 12 del aspirador se
desplace libremente en una dirección vertical con respecto al chasis
10. Esto permite a la cabeza 12 del aspirador superar pequeños
obstáculos tales como libros, revistas, bordes de alfombras, etc.
De esta manera pueden ser superados obstáculos de una altura de
hasta aproximadamente 25 mm. Una rueda orientable 6 está situada en
el borde posterior del chasis 10 y por medio de una junta giratoria
7 está montada en el chasis de forma tal que es giratoria. La rueda
orientable 6 incluye también una parte 8 que constituye una rampa
abatible que proporciona ayuda adicional cuando el aspirador se
topa con un obstáculo y debe remontarlo. De esta manera, la rueda
orientable 6 no quedará encallada contra el obstáculo después de
haber sido el mismo sobrepasado por las ruedas motrices 11.
La cabeza 12 del aspirador está montada
asimétricamente en el chasis 10, de forma tal que un lado de la
cabeza 12 del aspirador sobresale hasta más allá de la
circunferencia general del chasis 10. Esto permite al aspirador
efectuar la limpieza hasta el borde de una habitación por el lado
del aspirador en el que sobresale la cabeza 12 del aspirador.
El circuito que está ilustrado en la Figura 3
comprende las dos baterías recargables 13 y 14, un sistema 18 de
manejo de las baterías y los motores, un conjunto 9 de motor y
ventilador de aspiración, los motores 20 y 21 para accionar las
ruedas 11 izquierda y derecha del aspirador, el motor 22 para
accionar la barra de cepillado 4 del aspirador, la circuitería de
procesamiento 23 (que incluye un microprocesador y matrices de
puertas programables por campo) para un sistema de navegación 34
(véase la Figura 4), las interfaces 24, 25 de los sensores
izquierdos y derechos, respectivamente, un cuadro 26 de interfaz de
usuario y el detector de luz 17.
El sistema de navegación del aspirador robótico
incluye una pluralidad de sensores de infrarrojos 27, una
pluralidad de sensores ultrasónicos 19, detectores de umbral 30
para detectar la presencia de un localizador de umbral portátil (no
ilustrado) más allá del cual no puede pasar el aspirador robótico,
y uno o varios detectores piroeléctricos 31 para detectar animales
y fuegos. Los sensores de infrarrojos comprenden transmisores de
infrarrojos 27a y receptores de infrarrojos 27b, y los sensores
ultrasónicos 19 comprenden transmisores ultrasónicos 19a y
receptores ultrasónicos 19b. Hay cuatro receptores ultrasónicos
principales 19b que están orientados hacia adelante, hacia atrás y
hacia los lados opuestos del aspirador robótico. Las señales que
son recibidas por estos receptores 19b no tan sólo proporcionan
información que es representativa de la distancia del aspirador
robótico a un accidente de la habitación o a un objeto situado en
la habitación, sino que además la amplitud y anchura de las señales
recibidas varían de acuerdo con el tamaño y la forma del accidente
u objeto y con el tipo de material detectado.
Como se ilustra en la Figura 4, el sistema 18 de
manejo de las baterías y los motores comprende un procesador
central 33 que recibe datos de controladores de las baterías (no
ilustrados) que están en las baterías recargables 13, 14. El
procesador 33 calcula la carga que queda en las baterías 13, 14 y
pasa esta información a la circuitería de procesamiento 23 del
sistema de navegación 34.
El procesador central 33, que es típicamente un
microprocesador Hitachi H8/3334 F, está conectado al cuadro 26 de
interfaz de usuario y suministra energía eléctrica al sistema de
navegación 34 que incluye la circuitería de procesamiento 23 y los
sensores 19 y 27 a 31. Dicho procesador central suministra también
energía eléctrica a los motores 20, 21 y 22 y al conjunto 9 del
ventilador.
Un conmutador 35 está situado en la interfaz de
usuario 16 (véase la Figura 1). El conmutador 35 interactúa
directamente con el procesador 33. Al pulsar el conmutador 35 por
primera vez, es iniciada una secuencia de desconexión de la energía
eléctrica que al final pone al procesador 33 en estado de
inactividad. Al ser el conmutador 35 pulsado por segunda vez, es
activado el procesador 33, que entonces ejecuta una secuencia de
conexión de la energía eléctrica para permitir que el aspirador
robótico sea usado para la limpieza.
Las líneas de comunicación 36 entre el procesador
33 y el sistema de navegación 34 llevan datos relativos a las
baterías 13, 14, al conjunto 9 del aspirador y a la fuente de
energía 37 en una dirección, e información de control en la otra
dirección.
El sistema 18 de manejo de las baterías y los
motores incluye una fuente de energía 37 para dar un suministro
regulado de energía al sistema de navegación 34. La fuente de
energía 37 y los motores 20, 21 y 22 y el conjunto 9 del aspirador
tienen sensores de corriente (no ilustrados), y éstos permiten al
procesador 33 supervisar la corriente tomada por la fuente de
energía 37 y los motores 20, 21 y 22 y el conjunto 9 del ventilador
y desconectar el correspondiente suministro de energía eléctrica si
es sobrepasado un límite predefinido. La información relativa a la
corriente tomada por los motores 20 y 21 proporciona también una
indicación del gradiente y tipo de superficie por sobre la cual se
traslada el aspirador. Las salidas de los sensores de corriente son
señales analógicas. Éstas son acondicionadas y son a continuación
convertidas en valores digitales para su subsiguiente procesamiento
por parte de convertidores de analógico a digital que están
integrados en el procesador 33 y están en comunicación con el
sistema de navegación 34.
Los motores 20, 21 y 22 de tracción y de la barra
de cepillado requieren control de velocidad por modulación por
anchura de impulsos (PWM). El sistema tiene por consiguiente tres
generadores de PWM que son capaces de proporcionar una PWM de un
0-100% a > 50 kHz con una resolución de 1/128.
El control por PWM de los motores 20, 21 y 22 es efectuado en el
sistema de navegación 34.
El hecho de estar previstos dos sistemas de
procesamiento independientes 23 y 33 permite que cada sistema
efectúe una comprobación de integridad del otro sistema respectivo
y desconecte el aspirador si se detecta un fallo.
El método específico para hacer funcionar y
dirigir al aspirador robótico no es parte de la presente invención.
Baste con decir que el sistema de control y navegación 34 conducirá
el aspirador por una zona a limpiar y los diversos sensores 19 y 27
a 31 detectarán cualesquiera localizadores de umbral portátiles y
obstáculos que haya en la habitación y otros accidentes de la
habitación tales como esquinas de la habitación y chimeneas, y la
circuitería de procesamiento 23 dirigirá el aspirador robótico para
que evite todos esos obstáculos y cambie de dirección cuando se
llegue a una esquina de la habitación. En nuestra Solicitud de
Patente Internacional Nº WO 00/38025 está descrito más
detalladamente un específico método de funcionamiento. El sistema
de navegación ahí descrito incluye un aparato detector de luz. Esto
permite que el aspirador se sitúe en una habitación identificando
cuándo los niveles de luz detectados por el aparato detector de luz
son iguales o prácticamente iguales a los niveles de luz
anteriormente detectados por el aparato detector de luz. La
información recibida del aparato detector de luz en conjunción con
la información recibida de los sensores que sirven para evitar los
obstáculos es utilizada para dirigir el aspirador en su traslación
por la habitación. Un aspecto de la presente invención hace uso de
la capacidad del sistema de navegación para localizar el aspirador
en la habitación.
En un modo de funcionamiento, por consiguiente,
el aspirador robótico de la presente invención es típicamente
colocado junto a una pared de una habitación a limpiar y es
activado con energía para desplazarse hacia adelante junto a la
pared y por consiguiente por el borde de la habitación. Los
diversos sensores 19, 27-31 detectarán cualesquiera
obstáculos que estén presentes en la habitación y otros accidentes,
tales como las esquinas de la habitación y las chimeneas, y el
sistema de navegación 34 dirigirá el aspirador robótico a fin de
evitar todos esos obstáculos y cambiar de dirección cuando se
llegue a un accidente de una habitación. En cada cambio de
dirección (punto de cambio de rumbo), el sistema de navegación 34
almacenará en la memoria 50 la información recibida del detector de
luz 17 y también de los receptores ultrasónicos 19b. Dicho sistema
de navegación almacenará también la información relativa a la
dirección en la que debe girar el aspirador en cada punto de cambio
de rumbo. Dicho sistema de navegación también observará
periódicamente la información recibida del detector de luz 17 y de
los receptores ultrasónicos 19b y comparará esto con la información
previamente almacenada. Cuando el aspirador robótico llegue a un
sitio en el cual la información recibida del detector de luz 17 y
de los cuatro receptores ultrasónicos principales 19b sea igual o
prácticamente igual a la información previamente almacenada, el
sistema de navegación 34 determinará que el aspirador robótico ha
concluido un viaje completo en torno a la habitación. El sistema de
navegación 34 está programado para hacer que el aspirador robótico
se desplace hacia el interior con un desplazamiento igual a una
anchura del aspirador o a prácticamente una anchura del aspirador.
El sistema de navegación 34 será entonces capaz de identificar los
adicionales puntos de cambio de rumbo a base de comparar la
información recibida del detector de luz 17 y de los cuatro
receptores ultrasónicos principales 19b con la información
previamente almacenada, y esto permitirá al aspirador robótico
autodirigirse en torno a la habitación avanzando en general en
espiral hacia el interior mientras evita simultáneamente todos los
obstáculos que haya en su recorrido.
Si el aspirador robótico es colocado inicialmente
en el centro de la habitación, se desplazará hasta que encuentre
una pared o un obstáculo. Si encuentra una pared, seguirá entonces
el recorrido anteriormente descrito. Si encuentra un accidente (tal
como una chimenea central) o un obstáculo en el centro de la
habitación, efectuará todo un circuito en torno al accidente u
obstáculo y seguirá entonces un recorrido en general en espiral
hacia el exterior, aún evitando los obstáculos según y cuándo sea
necesario.
Más específicamente, si el aspirador parte del
punto A indicado en la Figura 5 y se traslada a lo largo del borde
de la habitación junto a la primera pared W1 en el sentido de las
agujas del reloj, en el punto B detectará la presencia de la segunda
pared W2 delante de él, y girará 90º a la derecha. El aspirador
sabrá ya por los sensores que hay una pared W2 a su izquierda. El
aspirador continuará entonces hasta llegar al punto C, en el que
detectará la presencia de la tercera pared W3 delante de él, y
girará 90º a la derecha de nuevo para desplazarse junto a la
tercera pared W3. El aspirador está programado para mantener un lado
junto a la pared más cercana o al obstáculo más cercano o junto al
circuito de la habitación que haya sido más recientemente
recorrido. Así, cuando el aspirador llegue al punto D, girará de
nuevo 90º y seguirá la cuarta pared W4 hasta llegar al punto E,
donde girará de nuevo a la derecha hasta acercarse de nuevo al
punto B. En el punto B, el detector de luz 17 y los cuatro
receptores ultrasónicos principales 19b detectarán una información
que es igual o prácticamente igual a la que detectaron cuando el
aspirador estaba anteriormente en el punto B. En este punto, el
aspirador se desplazará hacia el interior efectuando un
desplazamiento igual o prácticamente igual a una anchura del
aspirador para pasar al punto B', y continuará entonces para seguir
el recorrido completo inicial en torno a la habitación pero por
dentro del recorrido de ese viaje inicial con un desplazamiento
igual a una anchura del aspirador con respecto al mismo. Si el
aspirador se topa con obstáculos durante sus desplazamientos en
torno a la habitación, los sensores 27-31 los
detectarán y el aspirador les dará un rodeo.
La información representativa del nivel de luz
detectado en cada punto de cambio de rumbo (cada cambio de
dirección significativo) será almacenada en memoria junto con la
información de los cuatro receptores ultrasónicos principales 19b.
Cuando el aspirador regrese a los puntos de cambio de rumbo
similares, como p. ej. los puntos de cambio de rumbo C', C''; D',
D''; E', E''; etc., las informaciones sobre los dos puntos similares
serán asociadas una con otra en la memoria a fin de formar una
cadena de información. Esto indicará al aspirador que ha regresado
a un punto conocido, e indicará también al aspirador cuando ha sido
limpiado el piso de la habitación, aparte de las superficies
ocupadas por los obstáculos.
Se describe a continuación el método de
funcionamiento haciendo referencia al diseño de habitación
ejemplificativo que está ilustrado en la Figura 5 y al diagrama de
flujo que está ilustrado en la Figura 6. En la Figura 5, el número
de referencia 40 representa una alfombra circular que tiene borlas
en torno a su borde. El microprocesador observa regularmente la
corriente suministrada al motor de la barra de cepillado (paso 100).
Mientras efectúa su segundo viaje en torno a la habitación, el
aspirador se encontrará con el borde con borlas de la alfombra 40
en el punto 41. Si las borlas son lo suficientemente largas, hay un
riesgo de que las mismas se enreden en la barra de cepillado 4. Si
las borlas se enredan con la barra de cepillado 4, tiene lugar el
siguiente procedimiento de desenredo: En el paso 102, el
microprocesador 33 detectará un incremento del amperaje de la
corriente suministrada al motor 22 de la barra de cepillado que es
indicativo de una importante reducción de la velocidad de rotación
de la barra de cepillado 4. Esto es a su vez indicativo de un
atoramiento de la barra de cepillado. El microprocesador 33 envía
entonces una señal al sistema de navegación 34, que está programado
para desconectar el suministro de energía eléctrica al motor 22 de
la barra de cepillado (paso 104). El sistema de navegación 34
identificará también el punto 41 como un punto ``peligroso'' de
cambio de rumbo que es almacenado en la memoria 50 junto con la
información de los receptores ultrasónicos 19b. La dirección de
aproximación al punto 41 queda también almacenada en la memoria 50.
El sistema de navegación 34 está programado para parar los motores
de accionamiento 20 y 21 y para hacer que a continuación los mismos
funcionen en sentido inverso (paso 106). El sistema de navegación
34 observa los sensores 19b situados en la parte delantera o en la
parte trasera del aspirador para detectar una variación de la
distancia del aspirador a la pared W3 o W1. Esto confirma que el
aspirador está moviéndose, y puede ser también utilizado para
determinar cuándo el aspirador ha recorrido una distancia X
predeterminada hasta haber llegado a un punto 42. A título de
ejemplo, X puede ser de 20 cm, o una distancia equiparable a la
longitud del aspirador. En el punto 42, el sistema de navegación 34
parará los motores de accionamiento 20, 21 para hacer que se pare
el aspirador. A continuación, el sistema de navegación 34 pondrá de
nuevo en marcha el motor 22 (paso 108) y supondrá que la barra de
cepillado ha sido desenredada a no ser que reciba del
microprocesador 33 una señal que indique que la barra de cepillado
está aún atorada o ha quedado atorada de nuevo (paso 110).
En este punto ha quedado concluida la secuencia
de desenredo. El sistema de navegación 34 está programado para
continuar entonces en uno de varios modos alternativos.
En el primer modo, el sistema de navegación 34
parará de nuevo la barra de cepillado 4 (paso 112) tomando en
consideración el punto ``peligroso'' de cambio de rumbo
correspondiente a este sitio, pero seguirá por lo demás dirigiendo
el aspirador a lo largo de la línea D' - E' como está ilustrado en
la Figura 5 hasta llegar al punto de cambio de rumbo E' (paso 116).
En este punto la barra de cepillado 4 será puesta de nuevo en
funcionamiento y continuará girando durante el resto del programa
de limpieza a no ser que se vea interrumpida por otro enredo p. ej.
en el punto 43. Por consiguiente, en este modo la parte restante de
la línea D' - E' representa un tramo del recorrido de limpieza
durante el cual el ventilador de aspiración 9 funciona pero el motor
22 de la barra de cepillado no lo hace.
En el segundo modo el sistema de navegación 34
está programado para guiar el aspirador y hacer que el mismo se
desplace hacia adelante a lo largo de la línea D' - E' con la barra
de cepillado 4 desconectada hasta un punto 44 que está situado a una
distancia Y predeterminada más allá del punto 41 (paso 114). La
distancia entre los puntos 42 y 44 es mayor que la distancia X que
el aspirador recorre hacia atrás desde el punto 41. El motor 22 de
la barra de cepillado es entonces conectado de nuevo para reiniciar
la rotación de la barra de cepillado 4 cuando se espera que el
aspirador haya superado las borlas de la alfombra. Esta distancia es
medida por los sensores ultrasónicos 19 de la misma manera como fue
medida la distancia X. A título de ejemplo, la distancia recorrida
en el desplazamiento hacia adelante podría ser el doble de la
distancia X que es recorrida hacia atrás. El aspirador continuaría
entonces bajo el control del sistema de navegación 34 según la
Figura 5 a lo largo del resto de la línea D' - E'. En este modo
sería limpiada sin que girase la barra de cepillado 4 tan sólo una
distancia relativamente corta (de p. ej. 40 cm).
En el tercer modo el sistema de navegación 34
está programado para continuar limpiando el piso de la habitación
según el recorrido en espiral que está ilustrado en la Figura 5
pero con el motor 22 de la barra de cepillado desconectado durante
el resto de la operación de limpieza (paso 118).
En el cuarto modo de funcionamiento, después de
haber sido ejecutado el procedimiento de desenredo anteriormente
descrito el sistema de navegación 34 está programado para continuar
según el recorrido en espiral que está ilustrado en la Figura 5 pero
considerando al punto 41 como un obstáculo por sobre del cual el
aspirador no puede pasar (paso 119). Así, siempre que el aspirador
se aproxime o llegue a acercarse al punto 41, el sistema de
navegación 34 hará lo necesario para que el aspirador no pase
directamente por sobre el punto 41, sino que le dé un rodeo.
Naturalmente, es posible que el nuevo recorrido del aspirador le
lleve a pasar por sobre otra parte del borde de la alfombra 40 con
borlas, y será entonces identificado un adicional punto peligroso
de cambio de rumbo. Este adicional punto de cambio de rumbo será
tratado de la misma manera como el punto de cambio de rumbo
inicial.
Debe entenderse que la habitación que está
ilustrada en la Figura 5 tiene un diseño sencillo y que, en la
realidad, la habitación contendría muebles y otros objetos a los
que el aspirador daría un rodeo. Así, puede ser que el aspirador
tenga que pasar por sobre el punto 41 en el cual quedó atorada la
barra de cepillado 4 en otro punto en la operación de limpieza. El
diagrama de flujo de la Figura 7 muestra cómo funciona el aspirador.
En el paso 200, el sistema de navegación 34 compara el punto actual
con los de la lista almacenada de puntos en los que ha quedado
anteriormente atorada la barra de cepillado. Si el sistema de
navegación determina que el aspirador está junto a uno de los
puntos almacenados, puede llevar a cabo una de varias acciones para
intentar impedir un adicional atoramiento de la barra de cepillado.
En el paso 210, el sistema de navegación dirige el aspirador para
hacer que el mismo dé un rodeo al punto en el que se produjo el
atoramiento. Como alternativa, en el paso 220 el motor 22 de la
barra de cepillado puede ser desconectado por espacio de un período
de tiempo inmediatamente antes y después de pasar por sobre el
punto 41 en todas y cada una de las ocasiones en las que esto
suceda. Como alternativa, en el paso 230 el aspirador compara la
actual dirección de aproximación al punto en el que se produjo el
atoramiento con la dirección de aproximación almacenada y funciona
de forma tal que puede pasar por sobre el punto 41 siempre que la
dirección de aproximación al mismo no sea la misma como la de
cuando quedó anteriormente atorada la barra de cepillado 4. Cuando
el aspirador navegue en torno a la habitación de manera controlada
con un recorrido regular tal como el recorrido espiral que está
ilustrado en la Fig. 5, en una subsiguiente vuelta completa a la
habitación el aspirador regresará a un punto similar de la
habitación, como es p. ej. el caso de los puntos 41 y 43. El paso
de comparación 200 admite un margen para una diferencia de
situación de al menos la distancia del paso entre vueltas
completas.
La barra de cepillado 4 del aspirador de las
Figuras 1 a 5 es accionada a aproximadamente 3000 rpm \pm 500 rpm
(en dependencia de la superficie que sea limpiada) mediante una
reducción de 2:1 de la velocidad del motor 23, que por consiguiente
funciona al doble de la velocidad de la barra de cepillado 4. El
acoplamiento de transmisión es una correa elástica, y cuando el
motor no es alimentado con energía eléctrica la barra de cepillado 4
gira libremente con mucha facilidad. Hemos comprobado que al hacer
que el aspirador invierta el sentido de marcha recorriendo así una
corta distancia con el motor 22 de la barra de cepillado
desconectado para que la barra de cepillado 4 pueda girar
libremente la fuerza de tracción de las ruedas motrices 1 sobre un
piso normal es suficiente en la mayoría de las circunstancias para
liberar la barra de cepillado de las borlas de una alfombra o
alfombrilla.
El motor 22 de la barra de cepillado consume
normalmente unos 0,6 amperios a 36 voltios. Esto produce un par de
40 mNm en el motor y de aproximadamente 80 mNm en la barra de
cepillado 4. Si la intensidad de la corriente llega a ser de más de
1,00 amperio, el sistema de navegación 34 iniciará el procedimiento
de desenredo que ha sido expuesto anteriormente.
Los motores de accionamiento 20 y 21 están
acoplados a las respectivas ruedas 11 mediante engranajes
reductores (no ilustrados) y proporcionan un par de 360 mNm. Hay
que señalar que la entrada de aire sucio 2 está situada detrás de
las ruedas motrices 11 en la traslación normal hacia adelante
(hacia la esquina inferior izquierda en la Figura 1). Durante la
traslación del aspirador hacia atrás al desenredar una borla de
alfombra, el agarre de las ruedas será incrementado debido a la
dirección de la fuerza de tracción ejercida en toda borla que haya
quedado enganchada en la barra de cepillado 4, incrementado con ello
la fuerza de tracción disponible para desplazar el aspirador hacia
atrás y para con ello desenredar la borla.
Se comprenderá que el hecho de que haya quedado
atorada la barra de cepillado puede ser detectado usando medios
distintos de un sensor de corriente que constituye los medios
utilizados según lo descrito anteriormente. Todo sensor que produzca
una señal que sea suministrada al microprocesador 33 cuando la
barra de cepillado reduzca su velocidad hasta quedar parada o
virtualmente parada logrará el mismo efecto como el dispositivo
sensor de corriente anteriormente mencionado. Por ejemplo, sensores
de infrarrojos dispuestos en las inmediaciones de la barra de
cepillado pueden ser usados de manera conocida para detectar la
velocidad de rotación de la barra de cepillado, y puede ser enviada
una señal al microprocesador cuando la velocidad llegue a ser
inferior a un valor preestablecido. Si bien aquí se describe que el
sistema de control almacena información de sensores tal como las
mediciones de sensores de luz y sensores ultrasónicos que son
indicativas de una situación en una habitación, podría ser también
almacenada información de situación real. Serán obvias para un
lector que sea un experto en la materia otras variantes y
modificaciones de las características específicas de la realización
anteriormente descrita.
Claims (33)
1. Dispositivo robótico de limpieza de suelos que
comprende un chasis, ruedas motorizadas que soportan el chasis, un
ventilador de aspiración motorizado, una entrada de aire sucio, un
agitador rotativo motorizado en la entrada de aire sucio para agitar
la superficie a limpiar, y un sistema de control para dirigir el
dispositivo en su traslación por una habitación y para distribuir
la energía eléctrica a las ruedas motorizadas y al agitador, estando
el sistema de control preparado para hacer que el dispositivo
funcione en un primer modo de funcionamiento en el cual es
suministrada energía eléctrica a las ruedas motorizadas para hacer
que el dispositivo se desplace en una dirección de marcha adelante
y es suministrada energía eléctrica al agitador, estando el sistema
de control preparado además para detectar cuando se haya atorado el
agitador, y, en caso de un atoramiento, para intentar eliminar el
atoramiento, y tras haber sido eliminado con éxito el atoramiento,
para continuar en un segundo modo de funcionamiento.
2. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 1, en el que, en caso de un atoramiento, el sistema
de control está preparado para desconectar el suministro de energía
eléctrica al agitador e invertir la rotación de las ruedas
motorizadas del dispositivo para hacer que el dispositivo se
desplace en una dirección de marcha atrás.
3. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 2, en el que el dispositivo está preparado para
desplazarse en una dirección de marcha atrás recorriendo una
distancia preestablecida.
4. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 3, en el que la distancia preestablecida es medida
detectando la variación de la distancia del dispositivo a un objeto
o una pared de la habitación que se limpia mientras el dispositivo
es desplazado en una dirección de marcha atrás.
5. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 4, en el que la distancia del dispositivo a un
objeto o una pared de la habitación que se limpia es detectada
ultrasónicamente.
6. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 5, que está preparado para conectar de
nuevo el suministro de energía eléctrica al agitador después de
haberse desplazado en una dirección de marcha atrás.
7. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 6, que está preparado para desplazarse en
una dirección de marcha adelante después de haberse desplazado en
una dirección de marcha atrás.
8. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que, en el segundo modo de
funcionamiento, el sistema de control está preparado para
desconectar el agitador.
9. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 8, en el que el sistema de control está preparado
para mantener el dispositivo de limpieza en el segundo modo de
funcionamiento dentro de una distancia preestablecida.
10. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 8, en el que el sistema de control está preparado
para mantener el dispositivo de limpieza en el segundo modo de
funcionamiento por espacio de un período de tiempo
preestablecido.
11. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 8, en el que el sistema de control almacena en uso
información representativa de puntos de la zona en la cual funciona
el dispositivo, y en el que el sistema de control está preparado
para mantener el dispositivo de limpieza en el segundo modo de
funcionamiento hasta que el dispositivo de limpieza llega al
siguiente punto almacenado.
12. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que, en el segundo modo de
funcionamiento, el sistema de control está preparado para dirigir
el dispositivo de limpieza para hacer que el mismo dé un rodeo al
punto en el que quedó atorado el agitador.
13. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, que está preparado para memorizar
la localización del dispositivo en la cual quedó atorado el
agitador.
14. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 13, que está preparado para memorizar la dirección
de aproximación del dispositivo al punto en el cual quedó atorado
el agitador.
15. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 14, que está preparado para seguir posteriormente
limpiando el piso mientras el dispositivo es dirigido de forma tal
que no pasa por sobre el punto en el cual quedó atorado el agitador
más que en una dirección distinta de la dirección de la primera
aproximación a dicho punto.
16. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 13, que está preparado para continuar posteriormente
limpiando el piso siendo dirigido de forma tal que si se pasa por
sobre el punto en el cual quedó atorado el agitador, el suministro
de energía eléctrica al agitador es desconectado justo antes de que
el dispositivo llegue a ese punto.
17. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 16, en el que la distancia antes de dicho punto está
preestablecida.
18. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 16 o 17, en el que el sistema de control está
preparado para conectar de nuevo el suministro de energía eléctrica
al agitador después de haber pasado el dispositivo por sobre el
punto en el cual quedó atorado el agitador.
19. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 18, en el que el sistema de control está preparado
para conectar de nuevo el suministro de energía eléctrica al
agitador después de haber recorrido el dispositivo una distancia
preestablecida tras haber pasado por sobre dicho punto.
20. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 19, en el que la distancia preestablecida es medida
mediante sensores ultrasónicos previstos en el dispositivo.
21. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones 18 a 20, en el que el suministro de energía
eléctrica al agitador es conectado de nuevo cuando el dispositivo
llega a continuación a un punto de cambio de rumbo.
22. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 13, en el que el sistema de control está preparado
para continuar limpiando el piso mientras dirige el dispositivo de
forma tal que, si tiene lugar una aproximación al punto en el cual
quedó atorado el agitador, dicho punto es tratado como un
obstáculo, y se evita pasar por sobre el mismo.
23. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que, si el agitador queda
atorado un número de veces predeterminado, el sistema de control
está preparado para desconectar el suministro de energía eléctrica
al agitador y el dispositivo continúa limpiando el piso mientras el
agitador permanece desconectado.
24. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo tiene un
indicador de aviso, y, si el agitador sigue atorado tras haber
transcurrido un período de tiempo predeterminado después de la
primera detección de un atoramiento del agitador, es activado el
indicador de aviso.
25. Dispositivo de limpieza según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en que el sistema de control está
preparado para verificar cuándo la velocidad de rotación del
agitador haya descendido hasta llegar a ser inferior a un umbral
indicativo de un atoramiento del agitador.
26. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 25, en el que la velocidad del agitador es detectada
a base de detectar la corriente consumida por el motor del
agitador.
27. Método para hacer funcionar a un dispositivo
robótico de limpieza de suelos que comprende un chasis, ruedas
motorizadas que soportan el chasis, un ventilador de aspiración
motorizado, una entrada de aire sucio, un agitador rotativo
motorizado en la entrada de aire sucio para agitar la superficie a
limpiar, y un sistema de control para dirigir el dispositivo en
torno a una habitación y para distribuir la energía eléctrica a las
ruedas motorizadas y al agitador, comprendiendo el método los pasos
de hacer que el sistema de control haga que el dispositivo funcione
en un primer modo de funcionamiento en el cual es suministrada
energía eléctrica a las ruedas motorizadas para hacer que el
dispositivo se desplace en una dirección de marcha adelante y es
suministrada energía eléctrica al agitador, detectar cuándo haya
quedado atorado el agitador, y, en caso de un atoramiento, intentar
eliminar el atoramiento, y tras haber sido eliminado con éxito el
atoramiento, pasar a funcionar en un segundo modo de
funcionamiento.
28. Dispositivo robótico de limpieza de suelos
que comprende un chasis, ruedas motorizadas que soportan el chasis,
un ventilador de aspiración motorizado, una entrada de aire sucio,
un agitador rotativo motorizado en la entrada de aire sucio para
agitar la superficie a limpiar, y un sistema de control para
dirigir el dispositivo en su traslación por una habitación y para
distribuir la energía eléctrica a las ruedas motorizadas y al
agitador, estando el sistema de control preparado para hacer que el
dispositivo funcione en un primer modo de funcionamiento en el cual
es suministrada energía eléctrica a las ruedas motorizadas para
hacer que el dispositivo se desplace en una dirección de marcha
adelante y es suministrada energía eléctrica al agitador, para
detectar cuando se haya atorado el agitador, y, en caso de un
atoramiento, para intentar eliminar el atoramiento y para almacenar
información representativa de la situación del atoramiento, estando
el sistema de control preparado además para dirigir a continuación
el dispositivo de limpieza en su traslación por la habitación y
para hacer que el dispositivo funcione en un segundo modo de
funcionamiento cuando el dispositivo se aproxima al sitio en el que
se encuentra situado un atoramiento previo.
29. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 28, en el que, en el segundo modo de funcionamiento,
el sistema de control está preparado para desconectar el
agitador.
30. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 29, en el que el dispositivo de control está
preparado para mantener el dispositivo de limpieza en el segundo
modo de funcionamiento dentro de una distancia preestablecida.
31. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 29, en el que el sistema de control está preparado
para mantener el dispositivo de limpieza en el segundo modo de
funcionamiento por espacio de un período de tiempo
preestablecido.
32. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 28, en el que, en le segundo modo de funcionamiento,
el sistema de control está preparado para dirigir el dispositivo de
limpieza para hacer que el mismo dé un rodeo al punto en el que
quedó atorado el agitador.
33. Dispositivo de limpieza según la
reivindicación 28 que está preparado para memorizar también la
dirección de aproximación del dispositivo al punto en el cual quedó
atorado el agitador, y en el que, en el segundo modo de
funcionamiento, el sistema de control está preparado para dirigir
el dispositivo de forma tal que el mismo no pase por sobre el punto
en el cual quedó atorado el agitador más que en una dirección
distinta de la dirección de la primera aproximación a dicho
punto.
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