ES2959509T3 - Aparato de limpieza automáticamente desplazable - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un dispositivo de limpieza que se puede mover automáticamente, en particular a un robot aspirador y/o limpiador accionado por un motor eléctrico, que comprende un dispositivo de medición de distancia (2) para medir la distancia del dispositivo de limpieza a un objeto, en el que la distancia El dispositivo de medición (2) tiene un sistema de triangulación óptica, el cual tiene una fuente de luz, un filtro óptico (5) y un detector (6), los cuales están dispuestos de tal manera que la luz en una dirección de propagación, emitida por la fuente de luz. , es primero dispersada por el objeto, donde al menos una parte de la luz dispersada es luego filtrada espectralmente por medio del filtro óptico (5) y donde finalmente la luz filtrada es detectada por el detector (6). Para una configuración ventajosa, el filtro óptico (5) según la invención es un filtro de banda eliminada con una reflectividad de al menos el 90% respecto de al menos una longitud de onda de la luz dispersada, y/o el filtro óptico (5) es un filtro de paso de banda, estando dispuesto un reflector después de dicho filtro de paso de banda en la dirección de transmisión, y/o el filtro óptico (5) es un filtro de corte que tiene una reflectividad de al menos el 90% con respecto a al menos un longitud de onda de la luz dispersada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato de limpieza automáticamente desplazable
La invención se refiere a un aparato de limpieza automáticamente desplazable, en particular a un robot aspirador y/o fregador accionado por motor eléctrico, con un dispositivo de medición de distancias para medir la distancia del aparato de limpieza a un objeto, presentando el dispositivo de medición de distancias un sistema de triangulación óptica con una fuente de luz, un filtro óptico y un detector, que están dispuestos de manera que la luz emitida por la fuente de luz es primero dispersada por el objeto en la dirección de propagación, siendo luego filtrada espectralmente al menos una parte de la luz dispersada mediante medios del filtro óptico y siendo finalmente detectada la luz filtrada por el detector.
En el estado de la técnica se conocen dispositivos de limpieza automáticamente desplazables con un dispositivo de medición de distancias de este tipo. El aparato de limpieza se desplaza automáticamente, por ejemplo en una vivienda, y registra datos de distancia del entorno. Para ello es conocido dotar al dispositivo de medición de distancias de medios para la medición de distancias en todos los ángulos (360°), por ejemplo en forma de un sistema de triangulación óptica, que está dispuesto sobre una plataforma o similar que gira alrededor de un eje vertical.
La publicación DE 102008 014 912 A1 da a conocer un aparato de limpieza automáticamente desplazable con un dispositivo de medición de distancias para medir la distancia del aparato de limpieza a un objeto, por ejemplo un obstáculo como una pared o un mueble. El dispositivo de medición de distancias dispone de un sistema de triangulación cuya fuente de luz irradia luz sobre el objeto a medir. La medición se realiza desde dos posiciones diferentes del aparato de limpieza, pudiendo determinarse la distancia del objeto al robot de limpieza en función del ángulo de la luz dispersada (reflejada) por el objeto. De este modo, el aparato de limpieza obtiene información sobre la distancia de los obstáculos, de modo que pueda adaptar su estrategia de desplazamiento en consecuencia y evitar de antemano el contacto con los obstáculos.
Los sistemas de triangulación conocidos disponen de una fuente de luz, un filtro óptico y un detector. La fuente de luz es, por ejemplo, un diodo láser óptico. El filtro óptico suele ser un filtro paso banda que está configurado para transmitir, es decir, dejar pasar, la luz emitida por la fuente de luz y bloquear, es decir, reflejar o absorber, la luz ambiente. La frecuencia central del filtro paso banda, es decir, la media geométrica (o aproximadamente la media aritmética) entre las frecuencias límite inferior y superior de la banda de frecuencia del filtro corresponde ventajosamente a la longitud de onda del láser.
Desventajoso en los filtros ópticos utilizados es que a menudo solo presentan un grado de transmisión bajo. Un filtro paso banda, que presenta una frecuencia central correspondiente a una longitud de onda de 785 nm y que está configurado como filtro de interferencias, normalmente tiene un grado de transmisión de como máximo el 90%. Por consiguiente, una gran proporción, concretamente al menos el 10%, de la luz se refleja y/o se absorbe y no contribuye al resultado de detección. Por lo tanto, se reduce la intensidad de señal recibida por el detector, lo que puede influir en la precisión de la medición.
Además de ello, en el modo de construcción habitual del dispositivo de medición de distancias dentro del aparato de limpieza es necesario disponer el filtro óptico, es decir, el filtro paso banda, y el detector en dos placas de circuitos impresos separadas y ortogonales entre sí. En este caso, el filtro paso banda está dispuesto en una primera placa de circuitos impresos, mientras que el detector está dispuesto en una segunda placa de circuitos impresos perpendicular a éste. Esta disposición resulta inevitablemente de la propiedad de transmisión del filtro paso banda, en donde la luz transmitida se propaga paralela a la primera placa de circuitos impresos a través del filtro paso banda y luego incide en el detector dispuesto perpendicular a la dirección del rayo y, por tanto, también perpendicular a la primera placa de circuitos impresos. Desventajoso en el estado de la técnica es que los componentes eléctricos están divididos en dos placas de circuitos impresos separadas. La conexión eléctrica multinúcleo asociada entre las dos placas de circuitos impresos se suelda o se enchufa a mano y, por lo tanto, es propensa a errores.
Además se conocen otros aparatos de medición de distancias que no están configurados como sistemas de triangulación óptica, pero que presentan filtros al menos parcialmente reflectantes. Por ejemplo, la publicación WO 00/08512 A1 da a conocer un aparato óptico de medición de distancias con un divisor de haz reflectante metálico, que presenta una reflexión del 98%, así como un filtro paso banda conectado aguas abajo y un detector. El documento DE 198 134 56 A1 describe un filtro óptico con un bajo grado de reflexión. La divulgación US 5.124.859 A describe un receptor óptico con un filtro que refleja a una frecuencia de resonancia y un detector.
Por lo tanto, el objeto de la invención es proporcionar un aparato de limpieza con un dispositivo de medición de distancias, en el que se eviten las desventajas mencionadas anteriormente.
Para lograr esto, la invención propone en primer lugar, de acuerdo con la reivindicación 1, un aparato de limpieza automáticamente desplazable con un dispositivo de medición de distancias, en el que el sistema de triangulación óptica está dispuesto con respecto a una placa de circuitos impresos de tal manera que la luz dispersada por el objeto se propaga paralela a la placa de circuitos impresos antes de incidir sobre el filtro óptico, y en el que la luz se desvía por el filtro óptico de modo que se propague en una dirección perpendicular a la placa de circuitos impresos, estando dispuesto el detector en la misma placa de circuitos impresos, y en el que el filtro óptico es un filtro suprime banda con una reflexión de al menos el 90% con respecto a al menos una longitud de onda de la luz dispersada, y en el que el sistema de triangulación presenta dos detectores, estando dispuesto un primer detector en la dirección de reflexión con respecto al filtro óptico para detectar una primera proporción de luz reflejada por el filtro óptico, y un segundo detector está dispuesto en la dirección de transmisión con relación al filtro óptico para detectar una segunda proporción de luz transmitida por el filtro óptico.
De acuerdo con la invención, el filtro paso banda utilizado en el estado de la técnica para configurar el sistema de triangulación se sustituye ahora por un filtro suprime banda. Esto tiene como resultado que la luz que incide en el filtro óptico ya no es transmitida por el filtro óptico, sino que es reflejada por el filtro óptico. Esto cambia la dirección de propagación de la luz dispersada por el objeto. Si el sistema de triangulación óptica está dispuesto con respecto a la placa de circuitos impresos de tal manera que la luz dispersada por el objeto se propaga paralela a la placa de circuitos impresos antes de incidir sobre el filtro óptico, la luz ahora se desvía por el filtro óptico reflectante, es decir, el filtro suprime banda y se propaga en una dirección perpendicular a la placa de circuitos impresos, de modo que ahora el detector se puede disponer directamente en la misma placa de circuitos impresos y no se requiere una segunda placa de circuitos impresos para disponer el sensor. Las realizaciones anteriores son válidas para el caso en que el filtro óptico esté dispuesto con relación al haz de luz incidente de tal manera que el ángulo de incidencia de la luz sobre el filtro óptico sea de 45°. En este caso, resulta un ángulo de 90° entre la luz incidente y la reflejada. Dado que al mismo tiempo no es necesario utilizar una segunda placa de circuitos impresos, se eliminan las conexiones eléctricas todavía necesarias en el estado de la técnica entre la primera placa de circuitos impresos y una segunda placa de circuitos impresos, que tendrían que realizarse manualmente y, por lo tanto, son propensas a errores. El esfuerzo de montaje también se reduce dado que ahora todos los componentes se pueden alojar en una placa de circuitos impresos común. Por último, pero no menos importante, también se mejora la calidad de la transmisión de señal. Por último, la configuración de acuerdo con la invención conduce también a una forma constructiva más compacta del dispositivo de medición de distancias, lo que resulta ventajoso para la integración en la carcasa del aparato de limpieza.
Mediante el uso de acuerdo con la invención de un filtro suprime banda, preferiblemente configurado como espejo de interferencia, como filtro óptico del sistema de triangulación resulta además a la ventaja de un mayor grado de reflexión del filtro óptico. En comparación con los filtros paso banda, que normalmente presentan un grado de transmisión de como máximo el 90% con respecto a la frecuencia central, los filtro suprime banda suelen tener una reflexión de más del 90%, con respecto a la frecuencia central. En el sentido de la invención, se recomienda utilizar un filtro suprime banda con una reflexión de al menos el 90%, pero son preferibles filtros suprime banda con reflexiones aún mayores, por ejemplo el 99% o el 99,5% de la intensidad de la luz (con respecto a la frecuencia central). El mayor grado de reflexión en relación con el grado de transmisión de un filtro paso banda da como resultado una mayor intensidad de la proporción de luz que incide en el detector (con intensidad constante de la luz emitida por la fuente de luz), de modo que todavía se puede detectar un objeto con dispersión débil o lejano y se puede medir la distancia.
Los filtros suprime banda (también llamados filtro elimina banda) generalmente presentan un espectro de reflexión que muestra un alto grado de reflexión no solo en una sola longitud de onda. Más bien, el espectro de reflexión presenta regularmente altos grados de reflexión a través de un rango de frecuencia más amplio. Aquellas proporciones de luz espectrales que no caen en el rango de frecuencia altamente reflectante del filtro suprime banda se transmiten o absorben y, por lo tanto, no contribuyen a la proporción de luz reflejada. En general, el espectro de reflexión de un filtro suprime banda (eje x: longitud de onda o frecuencia, eje y: grado de reflexión) da como resultado un grado de reflexión que se acerca a cero en relación con longitudes de onda o frecuencias fuera del máximo de reflexión. Respecto al espectro de reflexión, se definen frecuencias límite, es decir, una frecuencia límite superior y otra inferior, en las que la relación entre la proporción de luz reflejada y la proporción de luz incidente asciende al 70,7%, es decir, la reducción con respecto al valor máximo corresponde a 3 dB. Como parámetro de filtro se obtiene la denominada frecuencia central, que constituye la media geométrica de las frecuencias límite superior e inferior. Normalmente se selecciona un filtro suprime banda de modo que su frecuencia central corresponda esencialmente a la longitud de onda de la luz utilizada. Si una estructura óptica presenta, por ejemplo, un diodo láser con una longitud de onda de 785 nm, se utiliza ventajosamente un filtro suprime banda cuya frecuencia central corresponde esencialmente a esta longitud de onda, es decir, una frecuencia central de aproximadamente 380 THz.
De acuerdo con la invención, el sistema de triangulación presenta dos detectores, estando dispuesto un primer detector en la dirección de reflexión con respecto al filtro óptico para detectar una primera proporción de luz reflejada por el filtro óptico, y estando dispuesto un segundo detector con respecto al filtro óptico en la dirección de transmisión para detectar una segunda proporción de luz transmitida por el filtro óptico. La segunda proporción luminosa transmitida por el filtro elimina banda se desvía a un segundo detector, que está dispuesto en el lado del filtro óptico que apunta lejos del primer detector. La luz transmitida que incide en el segundo detector presenta una longitud de onda que se encuentra fuera del máximo de reflexión del filtro elimina banda. De este modo es posible evaluar una segunda señal del sistema de triangulación, que presenta una segunda longitud de onda. Por ejemplo, es posible utilizar una fuente con al menos dos longitudes de onda de emisión como fuente de luz o utilizar dos o más fuentes de luz cada una con diferentes longitudes de onda de emisión, siendo evaluada la señal de la primera longitud de onda por el primer detector y la señal de la segunda longitud de onda por medio del segundo detector. Esto permite implementar dos o más sistemas de triangulación usando una óptica común, pudiendo optimizarse cada uno de los sistemas de triangulación para un rango de medición de distancia específico. Dado que la luz transmitida por el filtro óptico es perpendicular a la luz reflejada por el filtro óptico (en un ángulo de incidencia de 45°), es necesario disponer también el segundo detector perpendicular al primer detector. Esto puede hacer necesario disponer el segundo detector en una segunda placa de circuitos impresos, que es perpendicular a la primera placa de circuitos impresos y se puede conectar a ella de manera convencional.
Esta forma de realización se combina ventajosamente dado que en la dirección de propagación de la luz, entre el filtro óptico y el segundo detector, está dispuesto un reflector que refleja la segunda proporción de luz transmitida por el filtro óptico sobre el segundo detector. La proporción de luz transmitida por el filtro óptico incide así sobre el reflector y es desviada en 90° por éste, con un ángulo de incidencia del reflector de 45° con respecto a la luz incidente. Por lo tanto, la luz reflejada por el reflector se desvía también hacia la primera placa de circuitos impresos, de modo que allí se puede disponer el segundo detector y no es necesaria una segunda placa de circuitos impresos para disponer el segundo detector. De este modo, el primer y el segundo detector pueden estar dispuestos uno al lado del otro en la primera placa de circuitos impresos, estando las proporciones de luz reflejadas por el filtro óptico o el reflector orientadas paralelas entre sí.
El reflector también puede ser un filtro suprime banda. Por lo tanto, el reflector también presenta un rango de frecuencia en el que refleja una proporción especialmente alta de la luz incidente, concretamente, de manera preferida una proporción de al menos el 90%, preferiblemente al menos el 99% o de forma especialmente preferida al menos el 99,5%. Ventajosamente, la frecuencia central del reflector corresponde a al menos una longitud de onda de la proporción de luz transmitida por el filtro óptico, de modo que el espectro de reflexión del reflector se adapta de forma óptima a la luz que incide sobre él.
Ventajosamente, el reflector presenta un espectro de reflexión que presenta una frecuencia central que se desvía del espectro de reflexión del filtro óptico. Por ejemplo, el espectro de reflexión del filtro óptico puede presentar una frecuencia central que corresponde a una longitud de onda de 785 nm, mientras que el espectro de reflexión del reflector presenta una frecuencia central que corresponde a una longitud de onda en el rango de la luz ambiente visible, por ejemplo 532 nm. En este sentido, con el dispositivo de medición de distancias se puede evaluar tanto en el rango visible como en otro rango distinto, en este caso por ejemplo en el infrarrojo cercano.
Además, el reflector puede presentar un espectro de reflexión que presenta esencialmente dos zonas espectrales separadas entre sí, como en el caso de los filtros de borde. El reflector puede ser, por ejemplo, un filtro de borde que transmite luz con una longitud de onda superior a 780 nm (filtro de paso largo) y refleja luz de longitud de onda más corta, en particular luz visible.
Se recomienda que la frecuencia central del filtro óptico corresponda a una longitud de onda de la luz emitida por la fuente de luz, y que la frecuencia central del reflector corresponda a una longitud de onda de la luz ambiente visible, no correspondiendo la frecuencia central del filtro óptico preferiblemente a una longitud de onda de la luz ambiente visible. Esta configuración garantiza que ambas señales, que se basan en diferentes longitudes de onda, puedan separarse entre sí y que, por ejemplo, la luz de una determinada longitud de onda no sea reflejada en gran medida tanto por el filtro óptico como por el reflector. Más bien, el objetivo es garantizar que las señales se separen de la manera más precisa y completa posible en función de la longitud de onda respectiva. Se recomienda especialmente que las frecuencias centrales del filtro óptico y del reflector presenten la mayor distancia espectral posible entre sí, preferiblemente al menos 50 nm, y que los bordes del espectro del filtro sean lo más pronunciados posibles.
En el sentido de la invención, el filtro suprime banda puede ser un prisma de reflexión, un espejo de interferencia, un espejo semitransparente o una rejilla de reflexión. La ventaja de utilizar filtros de reflexión selectiva (filtros suprime banda) es que, en comparación con los filtros de transmisión selectiva (filtros paso banda), consiguen mayores grados de reflexión que los filtros paso banda, especialmente en el caso de espejos de interferencia o rejillas de reflexión como filtros suprime banda.
Como alternativa a la configuración antes mencionada del dispositivo de medición de distancias con un filtro suprime banda como filtro óptico, la invención propone de acuerdo con la reivindicación 7 que el filtro óptico sea un filtro paso banda, al que en la dirección de transmisión le sigue un reflector. Con esta configuración se puede conseguir también que la luz emitida por la fuente de luz se desvíe en dirección a la placa de circuitos impresos, de modo que el detector se pueda disponer en esta placa de circuitos impresos y se haga innecesario el uso de una segunda placa de circuitos impresos. Combinando un filtro paso banda con un reflector dispuesto detrás de él se simula la guía del haz de un filtro suprime banda, aunque la reflexión de la combinación es menor que la reflexión del filtro suprime banda. En particular, la reflexión resultante de la combinación depende del grado de transmisión del filtro paso banda y de la reflexión del reflector. Ventajosamente, el grado de transmisión del filtro paso banda es lo más alto posible, es decir, la reflexión es lo más baja posible y la reflexión del reflector es lo más alta posible. Como se mencionó anteriormente, los filtros paso banda comunes presentan un grado de transmisión de aproximadamente el 90% con respecto a la frecuencia central, por lo que la reflexión general de la combinación es necesariamente como máximo del 90%. En este sentido, es aconsejable utilizar un reflector que tenga el mayor grado de reflexión posible para mantener las pérdidas de luz que inciden en el detector lo más bajas posibles.
En relación con la combinación de un filtro paso bando y un reflector, de acuerdo con la invención está previsto que el filtro paso banda sea un filtro de interferencias. Es importante que el filtro paso banda muestre el mayor grado posible de grado de transmisión, es decir, el menor grado posible de reflexión, en relación con la frecuencia central.
Alternativamente a las configuraciones antes mencionadas del dispositivo de medición de distancias con un filtro suprime banda o un filtro paso bando como filtro óptico, de acuerdo con la reivindicación 8 se propone que el filtro óptico sea un filtro de borde con una reflexión de al menos el 90% con respecto a al menos una longitud de onda de la luz dispersada. Con esta configuración también se puede conseguir que la luz emitida por la fuente de luz se desvíe en dirección a la placa de circuitos impresos, de modo que el detector se pueda disponer en esta placa de circuitos impresos y se haga innecesario el uso de una segunda placa de circuitos impresos. De manera especialmente preferida, el filtro de borde presenta una reflexión de al menos el 95% o de manera particularmente preferida del 98%, correspondiendo la reflexión a partir de una cantidad del 98% o de manera particularmente preferida mayor que el 99,5% a la reflexión de un filtro suprime banda y la luz que incide en el detector presenta por lo tanto la mayor intensidad posible.
Por último, se recomienda en todos los casos que el dispositivo de medición de distancia presente únicamente una placa electrónica para disponer tanto la fuente de luz como el filtro óptico y el detector o detectores.
A continuación, la invención se explica con más detalle mediante ejemplos de realización. Muestran:
la Fig. 1: una vista en perspectiva de un aparato de limpieza de acuerdo con la invención;
la Fig. 2: una vista desde abajo del aparato de limpieza;
la Fig. 3: un dispositivo de medición de distancias (no de acuerdo con la invención) de acuerdo con una primera forma de realización;
la Fig. 4: un dispositivo de medición de distancias de acuerdo con una segunda forma de realización; la Fig. 5: un dispositivo de medición de distancias (no de acuerdo con la invención) de acuerdo con una tercera forma de realización;
la Fig. 6: un dispositivo de medición de distancias (no de acuerdo con la invención) de acuerdo con una cuarta forma de realización;
Las Figuras 1 y 2 muestran un aparato de limpieza 1 automáticamente desplazable, aquí en forma de un robot aspirador accionado electromotrizmente. El aparato de limpieza 1 presenta una carcasa de aparato 19 que, entre otras cosas, encierra al menos parcialmente dos ruedas 20, un rodillo de limpieza 21, un cepillo 22 y un dispositivo de medición de distancias 2. Además, en el lado de la carcasa de aparato 19 orientado hacia arriba está dispuesta una salida de luz 23, a través de la cual la luz emitida por una fuente de luz 4 del dispositivo de medición de distancias 2 puede salir al exterior. El dispositivo de medición de distancias 2 puede girar 360° dentro de la carcasa de aparato 19, estando abierta en 360° la correspondiente salida de luz 23 en un plano de salida horizontal, de modo que la luz pueda salir en una gama angular de 360°. Delante del aparato de limpieza 1 se encuentra un objeto 3 hacia el que se mueve el aparato de limpieza 1.
Las Figuras 3 a 6 muestran diferentes formas de realización de un dispositivo de medición de distancias 2. Los dispositivos de medición de distancias 2 presentan respectivamente una fuente de luz 4, un filtro óptico 5 y un detector 6, que están dispuestos en una disposición de haces ópticos de tal manera que desde la luz emitida por la fuente de luz 4 (no representada en las Figuras 3 a 6), que se ha dispersado sobre el objeto 3, incide primero en una óptica 13, que es, por ejemplo, una lente de enfoque, luego se filtra espectralmente mediante el filtro óptico 5 y finalmente al menos con respecto a una primera proporción de luz 8 es detectada por un detector 6. Tanto la óptica 13 como el filtro óptico 5 y el primer detector 6 están dispuestos en la primera placa de circuitos impresos 11 del dispositivo de medición de distancias 2.
La primera placa de circuitos impresos 11 presenta además una barrera de luz14, aquí configurada como barrera de luz bifurcada, que determina la orientación angular del dispositivo de medición de distancias 2 dispuesto de forma giratoria en la carcasa de aparato 19. En la primera placa de circuitos impresos 11 también están dispuestos un regulador de tensión 16, un procesador 17 (microcontrolador) y una electrónica de excitación láser 18. La primera placa de circuitos impresos 11 soporta también una carcasa de dispositivo de medición 15, en la que se alojan los componentes individuales del dispositivo de medición de distancias 2.
Además de los componentes representados anteriormente, el dispositivo de medición de distancias 2 mostrado en la Figura 4 presenta además un segundo detector 7, que está dispuesto detrás del filtro óptico 5 en la dirección de transmisión de la luz. El segundo detector 7 está dispuesto en una segunda placa de circuitos impresos 12, que a su vez está soportada por la primera placa de circuitos impresos 11.
El dispositivo de medición de distancias 2 de acuerdo con la Figura 5 presenta un reflector 10 en la dirección de transmisión del filtro óptico 5, así como un segundo detector 7. El reflector 10 y el segundo detector 7 están dispuestos en la primera placa de circuitos impresos 11.
El dispositivo de medición de distancias 2 de acuerdo con la Figura 6 presenta un reflector 10 y el primer detector 6 detrás del filtro óptico en la dirección de transmisión. Tanto el reflector 10 como el primer detector 6 están dispuestos en la primera placa de circuitos impresos 11.
A continuación, se explica la funcionalidad de los dispositivos de medición de distancias 2 individuales.
En el dispositivo de medición de distancias 2 mostrado en la Figura 3, no de acuerdo con la invención, el filtro óptico 5 está diseñado como filtro suprime banda. Éste presenta una reflexión de, por ejemplo, un 99% con respecto a su frecuencia central, que en este caso corresponde, por ejemplo, a la longitud de onda de un diodo láser óptico (fuente de luz 4) de 785 nm. El filtro óptico 5 está configurado aquí, por ejemplo, como filtro monocromático, de modo que presente una reflexión nítida como máximo a 785 nm. La reflexión en relación con otras longitudes de onda se acerca a cero. La luz reflejada por el objeto 3 llega así al filtro óptico 5 y se refleja en una proporción del 99%, la primera proporción de luz 8. La proporción de luz restante del 1% es absorbida o transmitida por el filtro óptico 5 (no representado en la Figura 3) y no llega al detector 6. La primera proporción de luz 8 incide en el detector 6 y allí se evalúa en el marco de la triangulación óptica. Para ello el dispositivo de medición de distancias 2 dispone del procesador 17.
El filtro suprime banda está configurado por ejemplo como espejo de interferencia, por ejemplo como sustrato de vidrio con un revestimiento dieléctrico multicapa. Dependiendo del grado de reflexión deseado y de la frecuencia central deseada del filtro suprime banda, se deben utilizar diferentes materiales de revestimiento y, en caso necesario, materiales de sustrato.
Como alternativa a la configuración del filtro óptico como filtro suprime banda, también son posibles otras formas de realización, por ejemplo filtros de borde (de paso largo, de paso corto) o filtros graduados. Estos presentan entonces, por ejemplo, grados de reflexión típicos. Por ejemplo, con respecto a un filtro de borde, la reflexión puede ascender al menos al 90%. La trayectoria del haz óptico mostrada permanece por lo demás intacta.
La reflexión selectiva en longitud de onda del filtro óptico 5 permite separar la luz emitida por la fuente de luz 4 de la luz ambiente del dispositivo de medición de distancias 2, que también es dispersada por el objeto 3 a medir y, por tanto, incide también sobre la óptica. 13 y el filtro óptico 5. Con ayuda de los grados de reflexión dependientes de longitud de onda se separa la luz de la fuente de luz 4 de la luz ambiente, de modo que la luz de la fuente de luz 4 contribuye exclusivamente o en mayor medida con respecto a la luz ambiente al resultado de medición.
La Figura 4 muestra una forma de realización de acuerdo con la invención. En ella está dispuesto un segundo detector 7 en la dirección de transmisión del filtro óptico 5 detrás del filtro óptico 5 y está diseñado para detectar la luz transmitida por el filtro óptico 5. En esta forma de realización, la luz emitida por la fuente de luz 4 y, por tanto, también reflejada por el objeto 3, presenta al menos dos longitudes de onda diferentes. Una primera longitud de onda corresponde a la frecuencia central del filtro óptico 5, de modo que la primera proporción de luz 8 correspondiente es reflejada por el filtro óptico 5 e incide en el primer detector 6. Una segunda proporción de luz 9, respecto a la cual el filtro óptico 5 presenta solo un bajo grado de reflexión, es transmitida por el filtro óptico 5 y llega al segundo detector 7. El segundo detector 7 también está conectado al procesador 17 y puede evaluarse de manera correspondiente al detector 6. Además, el segundo detector 7 también se puede utilizar para detectar luz ambiente y/o para detectar una proporción de luz transmitida por el filtro óptico 5, que presenta una longitud de onda correspondiente a la frecuencia central. Por ejemplo, con una reflexión del 98%, esta proporción transmitida corresponde al 2%.
Tanto el primer detector 6 como el segundo detector 7 pueden estar configurados como fotodiodos, conjuntos de fotodiodos y/o chips CCD/CMOS. Los detectores 6, 7 también pueden en este caso detectar adicionalmente solo longitudes de onda individuales o determinados rangos de longitud de onda, de modo que se puede realizar una selección adicional de longitudes de onda.
De acuerdo con las formas de realización mostradas, es posible así que el detector 6 mida la luz de una primera longitud de onda, por ejemplo 785 nm, mientras que el segundo detector 7 mide la luz con una longitud de onda diferente, por ejemplo 532 nm. De este modo, la luz reflejada por el objeto 3 se puede evaluar en dos longitudes de onda diferentes, lo que permite captar información adicional sobre el objeto, en particular el color de su superficie. Esto puede ser especialmente ventajoso para objetos 3 que, debido a sus propiedades superficiales, solo presentan un bajo grado de reflexión respecto a determinadas longitudes de onda o rangos de longitudes de onda, de modo que uno de los detectores 6, 7 podría detectar, por ejemplo, solo una baja intensidad de luz.
El ejemplo de realización de acuerdo con la Figura 5 muestra un dispositivo de medición de distancias 2, no de acuerdo con la invención, que también presenta un filtro óptico 5 y un primer detector 6. Como ya se explicó con referencia a las figuras anteriores, el filtro óptico 5 está configurado como un filtro suprime banda, de modo que refleja la luz reflejada por el objeto 3 al detector 6 en relación con la frecuencia central a un grado de reflexión muy alto de, por ejemplo, el 99,5%. La segunda proporción de luz 9 transmitida por el filtro óptico 5, que presenta longitudes de onda que difieren de la frecuencia central del filtro óptico 5, incide en el reflector 10, desde donde se refleja al menos parcialmente. El reflector 10 puede ser también un filtro suprime banda, que ventajosamente presenta una frecuencia central que se desvía de la frecuencia central del filtro óptico. Alternativamente, el reflector 10 también puede estar configurado como reflector de banda ancha, que presenta un grado de reflexión aproximadamente alto a través de un amplio rango de frecuencias. La luz reflejada por el reflector 10 incide en el segundo detector 7 y allí puede evaluarse. De acuerdo con esta forma de realización, tanto el primer detector 6 como el segundo detector 7 están dispuestos en la primera placa de circuitos impresos 11, de modo que no se requiere una segunda placa de circuitos impresos 12. El reflector 10 puede ser un espejo metálico, un espejo de interferencia formado por capas dieléctricas o un prisma de reflexión. Las superficies del reflector 10 y del filtro óptico 5 son preferiblemente planas, pero también pueden estar microestructuradas, como es el caso de una lente de Fresnel o de una lenslet.
Alternativamente, el filtro óptico 5 también puede ser, por ejemplo, un filtro de borde, que puede presentar un grado de reflexión menor (pero al menos el 90%).
La Figura 6 muestra otra forma de realización, no de acuerdo con la invención, en la que el dispositivo de medición de distancias 2 presenta en primer lugar un filtro óptico 5 en la dirección de propagación de la luz reflejada por el objeto 3 detrás de la óptica 13, que está configurado como filtro paso banda y luego presenta un reflector 10. El filtro óptico 5 configurado como filtro paso banda está configurado de tal manera que transmite luz que corresponde a la longitud de onda de la fuente de luz 4. El filtro paso banda presenta un grado de transmisión elevado respecto a esta longitud de onda, que es por ejemplo del 90%. La primera proporción de luz 8 transmitida por el filtro paso banda incide sobre el reflector 10, que muestra un alto grado de reflexión con respecto a la longitud de onda de la primera proporción de luz 8. La luz reflejada por el reflector 10 incide en el primer detector 6 y es evaluada por el procesador 17. El filtro paso banda puede ser un prisma de transmisión, una rejilla de transmisión, un divisor de haz o un conjunto de lentes, que consta de una gran cantidad de lentes individuales. De acuerdo con esta forma de realización, los componentes del dispositivo de medición de distancias 2 también están dispuestos sobre una placa de circuitos impresos común, concretamente la primera placa de circuitos impresos 11, de modo que se prescinde de una segunda placa de circuitos impresos 12. A diferencia de las formas de realización representadas anteriormente, la intensidad de luz de la primera proporción de luz 8 que incide en el primer reflector 6 es menor, ya que el grado de transmisión del filtro óptico 5 es menor que la reflexión de los filtro suprime banda convencionales.
Aunque aquí se ha descrito que el dispositivo de medición de distancias 2 puede girar 360°, naturalmente también es posible disponerlo de forma resistente al giro dentro de la carcasa de aparato 19. En una forma de realización de este tipo, las mediciones de distancia solo se pueden realizar en una dirección determinada (por ejemplo, la dirección de marcha actual del aparato de limpieza 1).
Lista de símbolos de referencia
1 aparato de limpieza
2 dispositivo de medición de distancias
3 objeto
4 fuente de luz
5 filtro óptico
6 primer detector
7 segundo detector
8 primera proporción de luz
9 segunda proporción de luz
10 reflector
11 primera placa de circuitos impresos
12 segunda placa de circuitos impresos
13 óptica
14 barrera de luz
15 carcasa de aparato de medición
16 regulador de tensión
17 procesador
18 electrónica de excitación láser
19 carcasa de aparato
20 ruedas
21 rodillo de limpieza
22 cepillo
23 salida de luz
Claims (8)
1. Aparato de limpieza (1) automáticamente desplazable, en particular un robot aspirador y/o fregador accionado electromotrizmente, con un dispositivo de medición de distancias (2) para medir la distancia del aparato de limpieza (1) a un objeto (3), presentando el dispositivo de medición de distancias (2) un sistema de triangulación óptica con una fuente de luz (4), un filtro óptico (5) y un detector (6), que están dispuestos de manera que la luz emitida por la fuente de luz (4) se disperse primero por el objeto (3) en la dirección de propagación, en donde al menos una proporción de luz dispersada se filtra espectralmente mediante el filtro óptico (5) y la luz filtrada es finalmente detectada por el detector (6), caracterizado por que el sistema de triangulación óptica está dispuesto con relación a una placa de circuitos impresos (11) de tal manera que la luz dispersada por el objeto (3) se propaga paralela a la placa de circuitos impresos (11) antes de incidir en el filtro óptico (5), y la luz se desvía por el filtro óptico (5) de manera que se propague en una dirección perpendicular a la placa de circuitos impresos (11), disponiéndose el detector (6) en la misma placa de circuitos impresos (11), y siendo el filtro óptico (5) un filtro suprime banda con una reflexión de al menos el 90% respecto a al menos una longitud de onda de la luz dispersada, y presentando el sistema de triangulación dos detectores (6, 7), estando dispuesto un primer detector (6) en la dirección de reflexión con respecto al filtro óptico (5) para detectar una primera proporción de luz (8) reflejada por el filtro óptico (5), y estando dispuesto un segundo detector (7) en la dirección de transmisión con respecto al filtro óptico (5) para detectar una segunda proporción de luz (9) transmitida por el filtro óptico (5).
2. Aparato de limpieza (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que entre el filtro óptico (5) y el segundo detector (7) está dispuesto un reflector (10) que refleja la segunda proporción de luz (9) transmitida por el filtro óptico (5) en el segundo detector (7).
3. Aparato de limpieza (1) según la reivindicación 2, caracterizado por que el reflector (10) es un filtro suprime banda.
4. Aparato de limpieza (1) según la reivindicación 2, caracterizado por que el reflector (10) presenta un espectro de reflexión que presenta una frecuencia central que se desvía del espectro de reflexión del filtro óptico (5).
5. Aparato de limpieza (1) según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que la frecuencia central del filtro óptico (5) corresponde a una longitud de onda de la luz emitida por la fuente de luz (4), y que la frecuencia central del reflector (10) corresponde a una longitud de onda de la luz ambiente visible, no correspondiendo preferiblemente la frecuencia central del filtro óptico (5) a una longitud de onda de la luz ambiente visible.
6. Aparato de limpieza (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el filtro suprime banda es un espejo de interferencia.
7. Aparato de limpieza (1) automáticamente desplazable, en particular un robot aspirador y/o fregador accionado electromotrizmente, con un dispositivo de medición de distancias (2) para medir la distancia del aparato de limpieza (1) a un objeto (3), presentando el dispositivo de medición de distancias (2) un sistema de triangulación óptica con una fuente de luz (4), un filtro óptico (5) y un detector (6), que están dispuestos de manera que la luz emitida por la fuente de luz (4) se disperse primero por el objeto (3) en la dirección de propagación, en donde al menos una proporción de la luz dispersada se filtra espectralmente mediante el filtro óptico (5) y la luz filtrada es finalmente detectada por el detector (6), caracterizado por que el sistema de triangulación óptica está dispuesto con relación a una placa de circuitos impresos (11) de tal manera que la luz dispersada por el objeto (3) se propaga paralela a la placa de circuitos impresos (11) antes de incidir en el filtro óptico (5), y la luz se desvía por el filtro óptico (5) de manera que se propague en una dirección perpendicular a la placa de circuitos impresos (11), disponiéndose el detector (6) en la misma placa de circuitos impresos (11), y siendo el filtro óptico (5) un filtro paso banda, aguas abajo del cual en la dirección de transmisión hay dispuesto un reflector (10), siendo el filtro paso banda un filtro de interferencia.
8. Aparato de limpieza (1) automáticamente desplazable, en particular un robot aspirador y/o fregador accionado electromotrizmente, con un dispositivo de medición de distancias (2) para medir la distancia del aparato de limpieza (1) a un objeto (3), presentando el dispositivo de medición de distancias (2) un sistema de triangulación óptica con una fuente de luz (4), un filtro óptico (5) y un detector (6), que están dispuestos de manera que la luz emitida por la fuente de luz (4) se disperse primero por el objeto (3) en la dirección de propagación, en donde al menos una proporción de luz dispersada se filtra espectralmente mediante el filtro óptico (5) y la luz filtrada es finalmente detectada por el detector (6), caracterizado por que el sistema de triangulación óptica está dispuesto con relación a una placa de circuitos impresos (11) de tal manera que la luz dispersada por el objeto (3) se propaga paralela a la placa de circuitos impresos (11) antes de incidir en el filtro óptico (5), y la luz se desvía por el filtro óptico (5) de manera que se propague en dirección perpendicular a la placa de circuitos impresos (11), disponiéndose el detector (6) en la misma placa de circuitos impresos (11), y siendo el filtro óptico (5) un filtro de borde con un grado de reflexión de al menos el 90% con respecto a al menos una longitud de onda de la luz dispersada, y presentando el dispositivo de medición de distancias (2) solo una placa de circuitos impresos (11) para disponer tanto la fuente de luz (4) así como el filtro óptico (5) y el detector (6, 7).
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