ES2234924T3 - Robot movil. - Google Patents
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Abstract
Robot móvil (10) para desplazamiento aleatorio sobre una superficie (16) que comprende una unidad de arrastre (12) y una chistera (14) dentro de la cual está dispuesta la unidad de arrastre (12) y está en contacto con la superficie (16), rodeando la chistera (14) al menos parcialmente a la unidad de arrastre (12), caracterizado porque la unidad de arrastre (12) puede moverse libremente en relación con la chistera (14), y porque la sección transversal de la chistera que es adyacente a la superficie (16) sobre la que se mueve el robot es mayor que la sección transversal de la unidad de arrastre (12), formándose así un espacio (15) entre la chistera (14) y la unidad de arrastre (12) de forma que cuando la unidad de arrastre (12), que es libremente movible dentro de dicho espacio, está en contacto con la chistera, la chistera (14) es empujada de forma aleatoria sobre la superficie (16).
Description
Robot móvil.
La presente invención se refiere a un robot
móvil. En particular, la invención se refiere a un robot de limpieza
móvil.
La acumulación de partículas de polvo sobre las
superficies, y especialmente en los suelos, es un problema general
en viviendas, entornos de oficina, laboratorios y similares. Tales
acumulaciones de polvo son desagradables y, en muchas ocasiones,
representan también un problema de salud para muchos asmáticos. Por
consiguiente, los espacios de los suelos han de lavarse o aspirarse
regularmente. En muchos casos esto se ejecuta manualmente. Es un
objeto de la presente invención proporcionar una solución para la
eliminación automática del polvo, y la presente invención
proporciona un robot móvil que puede llevar a cabo tal tarea. Esta
solución no reemplazará completamente al trabajo de limpieza manual,
pero se ejecutará adicionalmente al mismo, y de esta forma reducirá
la necesidad de limpieza manual. Por tanto, es un objeto de la
presente invención proporcionar un robot móvil que, durante un
periodo determinado de funcionamiento, puede retirar una parte
sustancial de las partículas de polvo que se puede encontrar sobre
una superficie de suelo, por ejemplo, en un entorno de oficinas.
Con la tecnología actual, se tiene conocimiento
de complicados robots móviles. Programas pueden controlar los
movimientos del robot de manera que el mismo pueda desplazarse en un
patrón de desplazamiento deseado.
Por ejemplo, la patente US nº 5.440.216 describe
un robot que es capaz de desplazarse automáticamente a una estación
para cargar sus baterías. La patente US nº 5.787.545 describe
también un robot móvil para aspirar.
Sin embargo, estas dos soluciones son
relativamente complejas y ambas utilizan un procesador para
controlar el movimiento del robot. El objeto de la presente
invención es sin embargo, proporcionar un robot muy simple. Este
puede ser de un diseño y construcción muy sencillos, y ha de poder
producirse a un precio tan económico que los individuos puedan
considerarlo como un suplemento barato al equipo de limpieza
convencional. Esto no es posible con las soluciones que se ha
descrito en la técnica anterior.
Adicionalmente, es un objeto de la presente
invención que el robot proporcionado no comprenda sistemas de
control complicados, y es por consiguiente un objeto no hacer uso de
procesadores de ordenadores para controlar el movimiento del
robot.
En las dos soluciones que están indicadas más
arriba, la unidad de arrastre misma está permanentemente construida
en la chistera misma. Un objeto de la presente invención es, sin
embargo, conseguir una dirección "aleatoria de movimiento" y
esto se consigue mejor si un gran número de diferentes factores
influyen en la "elección de la dirección de movimiento". Un
modo de conseguir esto es someter el robot a muchos "momentos de
impactos", es decir, situaciones en las que el robot, o el
engranaje de arrastre, colisiona con otro objeto, que inicia un
cambio de dirección.
Disponiendo la unidad de arrastre en la chistera
de tal modo que la unidad de arrastre no esté fijada a la chistera,
sino que pueda moverse libremente con relación a ésta, dentro de un
área que es limitada por la chistera, se aumentará sustancialmente
el número de puntos de impacto, o momentos de impacto, ya que el
cambio de dirección será iniciado también cuando el engranaje de
arrastre golpea el interior de la chistera.
Que sepamos nosotros, tales sistemas no han sido
descritos en la técnica anterior, y por consiguiente, con la
presente invención se proporciona un nuevo robot que se puede usar
para muchas aplicaciones diferentes. Como el objeto del trabajo de
desarrollo con el robot fue desarrollar un robot para la limpieza,
los ejemplos que se facilita más abajo están encaminados hacia tal
realización, pero hay que hacer constar que la invención comprende
el robot propiamente dicho, y la invención no se limita a robots que
puedan usarse para la limpieza.
Por tanto, un rasgo central de la presente
invención es que el engranaje de arrastre que efectúa el movimiento
del robot no esté fijado a la chistera misma.
Una realización actualmente preferida de la
unidad de arrastre de acuerdo con la invención es una bola en la
que, dispuesto dentro de la bola hay un engranaje de arrastre que
efectúa una rotación de la bola.
Por tanto, la presente invención se caracteriza
porque la unidad de arrastre puede moverse libremente en relación
con la chistera, y porque la sección transversal de la chistera que
es adyacente a la superficie sobre la que se desplaza el robot es
mayor que la sección transversal de la unidad de arrastre,
formándose de este modo un espacio entre la chistera y la unidad de
arrastre, de forma que cuando la unidad de arrastre que es
libremente movible dentro de dicho espacio está en contacto con
la chistera, la chistera sea empujada de manera aleatoria sobre la
superficie.
Realizaciones más detalladas de la invención
están descritas en las reivindicaciones secundarias
2-13.
Una realización actualmente preferida del robot
comprende un robot de limpieza para retirar el polvo de una
superficie, en el que uno o más paños de limpieza que están en
contacto con la superficie que hay que limpiar, están fijados a la
chistera de una manera amovible.
La presente invención será descrita con más
detalle haciendo referencia a las figuras anexas, en las que:
La figura 1 muestra, en un segmento de una
sección, cómo está dispuesta una unidad de arrastre, en esta
realización una bola, dentro de una chistera de forma
semiesférica.
La figura 2 muestra un paño de limpieza fijado a
la chistera del robot.
La figura 3 muestra cómo se instala una unidad de
aspiración a la chistera del robot.
La figura 4 muestra una simulación del tiempo que
se tardará en realizar el tratamiento de una superficie dada.
La figura 5 muestra una realización alternativa
de una chistera, y cómo se fija un paño de limpieza a la misma.
La figura 6 muestra una realización alternativa
de la chistera.
Con referencia a la figura 1, se describe el
concepto central de acuerdo con la invención. Se establece un robot
móvil 10 disponiendo una unidad de arrastre 12 dentro de una
chistera 14, y se coloca sobre una superficie 16 tal como un suelo
16. En la realización mostrada, la unidad de arrastre consiste en
una bola 12 con un bastidor exterior en forma de bola y un engranaje
de arrastre interno.
El uso de una bola como unidad de arrastre para
el robot constituye la realización actualmente preferida, pero se
debe hacer constar que también se puede usar otras unidades de
arrastre, por ejemplo unidades de arrastre que usan ruedas. El
concepto central es que la unidad de arrastre no está fijada a la
chistera.
El engranaje de arrastre (no mostrado en las
figuras) que se usa dentro de la bola puede ser de cualquier clase,
y así la invención no comprende el engranaje de arrastre en sí. Por
ejemplo, se puede usar engranajes de arrastre para bolas, como se ha
descrito en WO 99/30876 WO 97/25239, y las patentes US números
4.733.737, 4.726.800, 4.541.814 y 4.501.569. El engranaje de
arrastre tiene circuitos de control electrónicos para arrancar y
parar el engranaje de arrastre, y una fuente de energía, por ejemplo
baterías. Un engranaje de arrastre actualmente preferido para la
bola comprende un peso, cuya posición se puede cambiar por medio de
un engranaje de arrastre, y en el que el peso se mueve a lo largo
del interior del bastidor de la bola para cambiar el centro de
gravedad de la bola cuando ejecuta un movimiento de la bola. Por
tanto, el principio de arrastre se basa en un momento de
rotación.
Hay que poner énfasis en que proporcionar un
robot móvil barato constituye un objeto de la presente invención, y
las direcciones de los movimientos del robot no son por consiguiente
controladas, es decir, no se hace uso de redes neurales artificiales
o "lógica inteligente" o lógica de control orientada a
memoria.
La chistera 14 que en una realización preferida
es una chistera semiesférica, como se muestra en la figura 1, tiene
en la sección que está vuelta hacia el suelo, un diámetro que es
algo mayor que el diámetro de la bola 12. La altura de la chistera
14 es también preferiblemente algo mayor que el diámetro de la bola
12. Esto establece un espacio 15 entre la chistera 14 y la bola 12.
La bola 12 se moverá dentro de este espacio 15, y la acción
combinada de la bola y la chistera hará moverse al robot 10 cuando
la bola 12 empuja contra la chistera 14. Cuando el robot 10 golpea
un objeto, por ejemplo la pata de una silla o una sección de una
pared, el control de escape del robot 10 se basará en un número
infinito de exploraciones aleatorias. Esto implica que la dirección
cambie "de forma aleatoria" cuando el robot 10 choca contra un
objeto. La acción conjunta entre la dinámica de movimiento de la
bola 12 y su colisión con las paredes es definida también por el
espacio 15, es decir, colisiones entre la unidad de arrastre y la
chistera hacen que la bola adquiera un patrón de movimiento
arbitrario independiente de los objetos con los que colisione el
robot 10. Pruebas realizadas con el prototipo han puesto de
manifiesto que el robot 10 es perfectamente capaz de librarse "de
barreras físicas" presentes en el suelo.
La forma de la bola 10 hace que la bola 10 se
mueva con baja fricción contra el suelo. La bola se puede fabricar
en cualquier material, pero el material que constituye la superficie
exterior de la bola 10 debe tener una fricción suficiente contra el
suelo para que los movimientos de rotación de la bola hagan que la
bola 10 se mueva en relación con el
suelo.
suelo.
La chistera 14 se puede fabricar de muchos modos
diferentes. La solución que se ha descrito más arriba, con
referencia a la figura 1, es solamente una alternativa. En esta
solución, toda la bola está rodeada por la chistera. Otras
realizaciones representativas de la chistera son explicadas a
continuación.
Un aspecto adicional de la invención se refiere a
un robot de limpieza. El concepto central es aquí que resulta
posible fijar el medio de limpieza a la chistera. En el ensayo de
este "robot de limpieza" el inventor ha comprobado que usando
paños electrostáticos se elimina eficazmente el polvo y la suciedad
del suelo que hay que limpiar.
Para establecer un robot de limpieza ha de ser
posible sujetar medios de limpieza con la chistera.
Así, la figura 2 muestra una chistera en la que
dispuesto en la sección inferior de la chistera hay un sistema
velcro para sujetar un paño de limpieza.
Realizaciones alternativas de la chistera están
representadas en las figuras 5 y 6. En la figura 6, la chistera no
tiene una forma semiesférica que rodee a toda la bola, sino
solamente un bastidor 20 que establece los límites del área de
movimiento 15 para la bola. El bastidor tiene una altura que es
suficiente para las colisiones entre la bola y el bastidor para
efectuar un movimiento del bastidor.
Adicionalmente, en la figura 5 se muestra una
realización en la que la chistera, en la sección que está vuelta
hacia el suelo, tiene una sección 28 extendida radialmente hacia
fuera para establecer una superficie en la que se puede fijar el
paño de limpieza 30.
La realización actualmente más preferida de la
invención es una combinación de los rasgos mostrados en las figuras
5 y 6, es decir, las chistera es simplemente un bastidor, pero con
una sección 28 extendida hacia fuera para la fijación de un paño de
limpieza 30.
El paño de limpieza se puede sujetar, por
ejemplo, a la chistera con velcro 26 (en la mayoría de los casos es
suficiente con sujetar el velcro a la chistera ya que el material
del paño por sí solo se fijará frecuentemente con el velcro). Esta
solución implica que el paño de limpieza 30 sea presionado entre la
sección 28 de la chistera 12 y el suelo 16, es decir, el paño está
colocado debajo de la chistera misma 12. Por tanto, formada en el
paño de limpieza hay una abertura tal que la unidad de arrastre esté
en contacto con el suelo.
La sección 28 puede tener una forma circular,
pero también son posibles otras realizaciones, por ejemplo, se ha
ensayado ahora una sección cuadrada 28, con un paño cuadrado 30,
para ver si limpia más eficazmente a lo largo de las paredes y en
los rincones. Adicionalmente, se mencionará que las dimensiones del
paño 30 no necesitan ser idénticas a la forma de la sección 28. En
una realización preferida, el paño se prolonga más que la sección 28
de manera que la parte más externa del paño sea más flexible (ya
que no está en contacto con la sección 28) para que pueda
desplazarse en una pequeña distancia ascendiendo por superficies
adyacentes (tales como paredes).
En otra realización alternativa, el paño de
limpieza mismo está dispuesto sobre la chistera. Esta realización no
está representada en las figuras.
Si hay que fijar a la chistera 14 equipo con una
gravedad específica considerable en relación con la chistera, por
ejemplo un dispositivo para la limpieza por aspiración, la chistera
puede estar equipada con bolas/ruedas (no mostradas en las figuras)
dirigidas hacia el suelo de forma que se reduzca la fricción de la
chistera contra el suelo.
Como se ha mencionado anteriormente, el patrón de
movimiento del robot 10 es gobernado por las colisiones que surgen
entre el robot y los objetos de la habitación "patas de sillas"
(paredes y similares), y por las colisiones que se producen entre
la unidad de arrastre y el interior de la chistera. El robot se
habrá desplazado por consiguiente, al cabo de un cierto tiempo, en
un patrón "árbitrario/aleatorio" a través del suelo. Se puede
hacer cálculos en los que se tiene en cuenta parámetros tales como
la extensión y forma del suelo, mobiliario (patas de sillas y patas
de mesa, otros equipo de oficina y similares), superficie y
extensión de los dispositivos de limpieza, la velocidad del robot,
etc, para poder estimar el tamaño de la fracción del suelo que será
tratada durante un tiempo dado. Por ejemplo, se puede estimar que el
95% del suelo es tratado al menos una vez si se deja moverse al
robot durante 2 horas.
Como el robot no reemplazará completamente a la
limpieza convencional, una estimación de, por ejemplo el 95%,
resultará suficiente en la mayoría de los casos. Se puede pensar
pues que el robot trabaja en un entorno de oficinas un par de horas
cada día una vez que el personal ha terminado su jornada de trabajo.
Véase el ejemplo 1 que sigue.
Como medio de limpieza se puede usar, por
ejemplo, trapos. Se prefiere usar trapos cargados
electrostáticamente que están disponibles en el mercado. Los mismos
atraen las partículas de polvo cuando son arrastrados a través de
las superficies de suelo. Como se ha mencionado más arriba, la forma
de estos trapos está adaptada a la aplicación particular junto con
el robot de limpieza, es decir, posiblemente equipado con velero
adaptado al velcro del robot, y están equipados con una
abertura adaptada para posicionar la chistera y/o la unidad de
arrastre.
Los robots de limpieza de este tipo, como se
muestra en la figura 2, pueden ser de cualquier tamaño, pero para el
prototipo que se ha desarrollado, la bola tiene un diámetro de 10
centímetros, y la chistera tiene un diámetro, para la sección vuelta
hacia el suelo, de aproximadamente 20 centímetros.
En la figura 3 se muestra una realización en la
que el equipo de limpieza es una unidad de aspiración. En la
realización mostrada en la figura, la chistera misma está conformada
como una unidad de aspiración, de tal modo que la unidad de arrastre
empuje la unidad de aspiración a lo largo de la superficie del
suelo. De nuevo se prefiere que el robot de limpieza sea muy
sencillo, y para establecer una aspiración es en principio
suficiente con dos cámaras 27 y 22 en las que un ventilador 29
establece una depresión de forma que el aire sea aspirado a través
de una válvula unidireccional 23 por medio de una serie de aberturas
24 dirigidas hacia la superficie del suelo, y dentro de la cámara
22. El aire es filtrado por el filtro 25 antes de salir de la
cámara 27. Alternativamente, una unidad de aspiración está sujeta
con una chistera del tipo mostrado en la figura 2 o en la figura
6.
Como la invención es ejemplificada con referencia
a su aplicación como robot de limpieza, es decir, equipada con un
trapo o un aspirador, hay que poner énfasis en que el concepto
general de la invención consiste en disponer una unidad de arrastre
con un engranaje de arrastre en la chistera de tal modo que los
mismos efectúen un movimiento a través del suelo. Por tanto, la
invención no se limita a robots que limpian, pero tales robots de
limpieza mostrados en las figuras constituyen actualmente las
realizaciones más preferidas de la invención.
Una simulación basada en un modelo teórico está
representada en la figura 4.
A_{tot}: El área total (cm^{2})
K_{b}: Anchura del paño (cm)
K_{h}: Velocidad del paño (cm/seg)
A(i): Area (cm^{2}) que es cubierta;
i es un índice que se actualiza cada segundo
A(i+1)
= A(i) +(K_{b} * K_{h}) * \frac{A_{tot} -
A(i)}{A_{tot}}
Para cada actualización (es decir, cada segundo)
se añade una nueva área, K_{b} * K_{h} que se ajusta con un
factor que disminuye con el área que ya se ha cubierto. Con los
valores de parámetro A_{tot} = 5m*6m = 30 m^{2} (300000
cm^{2}),
K_{b} = 20 cm y K_{h} = 50cm/seg se tardará, por ejemplo 111/2 minutos en cubrir el 90% del area. Se hace referencia a la figura 4 que muestra la relación entre el área en porcentaje que es cubierta por el trapo electrostático y el tiempo de funcionamiento.
K_{b} = 20 cm y K_{h} = 50cm/seg se tardará, por ejemplo 111/2 minutos en cubrir el 90% del area. Se hace referencia a la figura 4 que muestra la relación entre el área en porcentaje que es cubierta por el trapo electrostático y el tiempo de funcionamiento.
Claims (13)
1. Robot móvil (10) para desplazamiento aleatorio
sobre una superficie (16) que comprende una unidad de arrastre (12)
y una chistera (14) dentro de la cual está dispuesta la unidad de
arrastre (12) y está en contacto con la superficie (16), rodeando la
chistera (14) al menos parcialmente a la unidad de arrastre (12),
caracterizado porque la unidad de arrastre (12) puede moverse
libremente en relación con la chistera (14), y porque la sección
transversal de la chistera que es adyacente a la superficie (16)
sobre la que se mueve el robot es mayor que la sección transversal
de la unidad de arrastre (12), formándose así un espacio (15) entre
la chistera (14) y la unidad de arrastre (12) de forma que cuando la
unidad de arrastre (12), que es libremente movible dentro de dicho
espacio, está en contacto con la chistera, la chistera (14) es
empujada de forma aleatoria sobre la superficie (16).
2. Robot móvil (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la chistera (14) está
conformada como un cuerpo de forma semiesférica.
3. Robot móvil (10) de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque la chistera (14)
tiene forma de bastidor.
4. Robot móvil (10) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la
unidad de arrastre (12) tiene la forma de una bola (12) con un
engranaje de arrastre interno.
5. Robot móvil (10) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque no
tiene lógica inteligente, sino que el patrón de movimiento está
basado únicamente en un número infinito de exploraciones
aleatorias.
6. Robot móvil (10) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque
con la chistera (14), o como una parte de la chistera (14), se ha
dispuesto medios para limpiar la superficie (16).
7. Robot móvil (10) de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque los medios mencionados
comprenden uno o más paños (30).
8. Robot móvil (10) de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque los trapos (30) son
del tipo de paños electrostáticos.
9. Robot móvil (10) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1-8, caracterizado porque
los paños de limpieza (30) están fijados a la chistera (14), y
porque son tensados por encima de ésta de tal modo que una sección
de los paños de limpieza (30) esté en contacto con la superficie
(16) que hay que limpiar.
10. Robot móvil (10) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1-9, caracterizado porque en
los paños de limpieza (30), preferiblemente en el centro del paño,
se recorta una abertura adaptada para posicionar la chistera
(14).
11. Robot móvil (10) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9-10, caracterizado porque,
con la chistera (14) comprendiendo una sección que se extiende sobre
la superficie del suelo (16), como se ha descrito en la figura 5, la
forma del paño del limpieza (30) está adaptada a este prolongamiento
(28) de manera que el paño de limpieza (30) pueda disponerse sobre
el lado inferior del prolongamiento (28) de forma que se posicione
entre la chistera (14) y la superficie (16) que hay que limpiar.
12. Robot móvil (10) de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque el medio de limpieza
comprende medios para aspiración.
13. Robot móvil (10) de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizado porque la chistera (14)
está conformada como una unidad de aspiración con dos compartimentos
(27 y 22) dispuestos en la unidad, y un ventilador (29) para
establecer una depresión en los compartimentos (20, 22), de manera
que el aire que contiene partículas de polvo sea aspirado del
entorno por medio de las aberturas (24) y dentro de los
compartimentos (22, 27).
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| ES2234924T3 true ES2234924T3 (es) | 2005-07-01 |
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