TW201911702A - 具有蓄電池之地板處理設備 - Google Patents

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大衛 埃爾凱克
格奧爾 哈克特
格哈德 伊森伯格
羅曼 奧爾特曼
安德烈亞斯 施米特
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德商佛維爾克控股公司
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Abstract

本發明係有關於一種地板處理設備(1)，其具有至少一個用電設備(2)、用於為用電設備(2)供電之蓄電池(3)及用於控制地板處理設備(1)之控制裝置(4)。為防止在操作活動期間對蓄電池(3)進行補充充電，本發明提出：控制裝置(4)適於，對一或數個用電設備(2)用來實施及完整地完成預定義的操作活動之可能的能量需求進行測定、將可能的能量需求與儲存在蓄電池(3)中之能量進行對比，並且在所儲存的能量小於能量需求的情形中，透過調整操作活動之一或數個操作參數來減小能量需求，以便成功地實施操作活動。

Description

具有蓄電池之地板處理設備
本發明係有關於一種地板處理設備，其具有至少一個用電設備、用於為該用電設備供電之蓄電池及用於控制該地板處理設備之控制裝置。
此外，本發明係有關於一種操作地板處理設備之方法，該地板處理設備具有至少一個用電設備、用於為該用電設備供電之蓄電池及用於控制該地板處理設備之控制裝置。
在先前技術中之數個不同的實施方案中已知上述類型之地板處理設備。地板處理設備例如可指清潔設備、拋光設備、割草設備或其他設備。此地板處理設備特別是可為形式為行動式機器人之自走式地板處理設備。
應用地板處理設備之蓄電池來為用電設備供電。視工作操作期間所需之能量的具體量，能量需求可能大於儲存在蓄電池中之能量，從而必須為此蓄電池補充充電，以便繼續執行或完整實施此工作操作。
公開案JP 2006-020830 A例如揭露過一種自走式清潔機器人，其中計算出清潔週期所需之清潔時間，其中，由所需的清潔時間算出所需的蓄電池容量並且與所提供的充電容量進行比 較，其中，在目前的充電容量不足的情況下，引起對用於所需的剩餘清潔時間之蓄電池的補充充電。
上述方案之缺點在於，必須終止操作活動來首先為清潔設備之蓄電池補充充電至某個程度，從而完整地結束仍需執行的剩餘清潔。對蓄電池之補充充電一方面較為費時，另一方面，頻繁的補充充電會對蓄電池之使用壽命造成不利影響。
基於上述先前技術，本發明之目的在於，如此地改良地板處理設備，使得在發現蓄電池之能量不足的情況下亦可繼續執行操作活動，從而唯有在完整地實施該操作活動後方必須對該蓄電池進行補充充電。
為達成上述目的，本發明提出：該控制裝置適於對一或數個用電設備用來實施及完整地完成預定義的操作活動之可能的能量需求進行測定、將該可能的能量需求與儲存在該蓄電池中之能量進行對比，並且在該所儲存的能量小於該能量需求的情形中，透過調整該操作活動之一或數個操作參數來減小該能量需求，以便成功地實施該操作活動。
因此，根據本發明：計算出用於該地板處理設備之某個完整的操作任務所需之蓄電池電荷，隨後，在確定目前蓄電池電荷不足的情況下，調整該操作活動之操作參數、包括該地板處理設備之設備參數，以便以目前可供使用之蓄電池電荷完整且成功地完成所規劃的操作活動。如此便毋需立刻對蓄電池至少部分地進行補充充電，此點一方面會延遲工作操作之完成，另一方面亦對蓄電池之使用壽命造成不利影響。蓄電池內實際可供使用之與該蓄電池及 其目前充電容量之狀態有關的能量可說明，是否能夠完整地或以有所變化的操作參數實施所規劃的操作活動。在蓄電池之可供使用的能量藉由有所變化的操作參數亦不足以成功實施操作活動的情況下，當然，亦可中斷該操作活動，以便首先在非使用階段為該蓄電池充電。
本發明提出：對該操作參數之調整包括對用電設備之操作參數及/或用於地板處理活動之處理構件的調整，以及/或者對該地板處理設備之處理模式的調整。因此，可以不同的方式如此地改變該操作活動，從而需要更少量的能量來實施地板處理活動。例如可將用電設備、例如驅動馬達切換至經濟模式，該模式與常用的標準模式相比需要更少的能量。例如還可透過將濕式清潔模式切換至乾式清潔模式來改變該地板處理設備之操作活動、例如清潔操作，從而毋需設置任何用於將液體輸送至待清潔表面之泵。
該有所變化之操作參數特別是可選自如下組群：用電設備之操作或非操作、用於該地板處理設備之牽引驅動的驅動馬達的轉速、用於地板處理元件之驅動馬達的轉速、風扇之驅動馬達的轉速、施液裝置之驅動或非驅動。因此，可將該地板處理設備之用電設備完全斷開，或者可以有所不同的設備參數進行操作。例如可如此地改變電動馬達，使其轉速減小，並且所需能量亦相應地減少。地板處理設備之用電設備例如可為用於該地板處理設備之輪子、用於經驅動的地板處理元件、用於抽吸風扇之驅動馬達或施液裝置之泵。特別是可以不同的模式驅動該等驅動馬達，例如經濟模式、具有更高清潔功率之增壓模式及其他模式。
每個工作模式可對應不同的操作參數，該等操作參數 例如會影響抽吸功率、刷子功率及/或該地板處理設備之移行速度。但僅在一定程度上實施該影響，從而仍能夠成功結束該地板處理活動。特別是可調整數個操作參數，使得不僅一用電設備、而是數個用電設備共同節省所需的能量差。
本發明提出：該控制裝置適於改變用於環境之定義的空間分區的操作參數。該定義的空間分區例如可為包括一房間或數個房間之住所，以與該住所之一或數個其他空間分區有所不同的操作參數處理該定義的空間分區。該技術方案在採用自走式地板處理設備的情況下特別有利，該地板處理設備具有用於在該環境內自行移動之導航與自定位系統。在該技術方案中，可透過例如一雷射距離系統或影像擷取裝置來創建空間分區之地圖，或者透過使用者在該地板處理設備上之親自輸入或透過外部終端設備之輸入來創建地圖，該終端設備例如為與該地板處理設備處於通訊連接之行動設備、例如智慧型手機或平板電腦。可根據在該環境內所記錄之測量資料製作用於該地板處理設備之環境地圖，該導航與自定位裝置採用該環境地圖。該控制裝置較佳亦可訪問該環境地圖來選出一空間有限的分區，可在該分區內改變一或數個操作參數，以減少該地板處理設備之總能量需求。該控制裝置特別是可選出通常與其他空間分區相比具有較少污染之空間分區。此外，亦可根據處於該處之障礙物的類型及/或數目，以及/或者根據地板覆蓋物之性質，選出針對例如地板處理設備之移動需要較大能量耗損之空間分區。
本發明特別提出：該控制裝置適於在時間上依序實施操作活動的情況下，就數個定義的空間分區而言，在空間上交替地調整操作參數，從而將操作參數在第一操作活動期間匹配至第一分 區內，且將該操作參數在第二操作活動期間匹配至不同於該第一分區之第二分區內。透過在時間上交替調整操作參數使其與數個分區相匹配，便能實現均勻的地板處理效率，使得一操作參數不僅總是與同一分區匹配，確切而言，在該地板處理設備之某個操作時間內觀察，該操作參數均勻地分佈在所有分區內。例如可為節省能量而在第一時間點上在數個分區中之一者內應用經濟模式，而在其餘分區內以標準模式進行處理。在之後的地板處理活動期間，在另一空間分區內設定經濟模式。例如可隨著每個新的操作活動來改變該選擇。
此外，本發明提出：該地板處理設備具有偵測裝置，該偵測裝置適於對影響該能量需求之環境參數進行偵測並且將其傳輸至該控制裝置。影響該能量需求之環境參數例如可為待處理表面之特性。該偵測裝置尤佳可具有地板感測器，該地板感測器可對待處理表面之地板類型、地板結構、污染類型、污染度或其他參數進行測定。使用者可視情況對該等參數進行調整或補充。隨後，可根據該偵測裝置所記錄之參數來測定該地板處理設備之能量需求。在污染度較高的情況下，例如需要採用與近似潔淨的地板面相比強度更大的清潔活動。在偵測該等環境參數後，該控制裝置較佳首先檢查該地板處理、在此特別是清潔是否能夠以所選擇的操作參數及以可供使用之能量實現。可以如下方式進行該檢查：該地板處理設備首先以常規操作參數進行處理，並且在此過程中確定用於各空間分區之能量需求。由此確定總能量需求並且與可供使用之能量進行對比。在該控制裝置發現該總能量需求大於可供使用之能量的情況下，該控制裝置可調整用於某些空間分區之操作參數，使得該 環境中之所有空間分區中之操作活動皆可以儲存在該蓄電池中之能量實施，而毋需進行補充充電。如前文所述，此點例如可透過改變該地板處理設備之移行速度來實現，或者透過對空間分區實施快速清潔及諸如此類來實現。
此外，本發明提出：該控制裝置對應一資料記憶體，該資料記憶體包含用於實施預定義的操作活動之可能的能量需求的參考資料。在該資料記憶體中例如可儲存有由之前的地板處理活動所構成之資料，使得該控制裝置可確定在例如定義的空間分區內所期望之能量消耗，並且可由此算出用於環境之數個分區的總能量消耗。此外，可保存用於某些設備參數、操作參數、操作類型及/或待處理表面之典型能量消耗，隨後，該控制裝置可在瞭解該目前待處理表面的情況下，用上述能量消耗確定可能的能量需求。該地板處理設備之控制裝置亦可自中央控制裝置接收控制指令，該中央控制裝置佈置在該地板處理設備外部並且透過無線連接與該地板處理設備之控制裝置存在通訊連接。無線通訊連接例如有利地包括WLAN、藍牙或ZigBee。該中央控制裝置可為外部設備之本地裝置或雲伺服器系統之裝置。同樣地，對應於該控制裝置之資料記憶體可為該地板處理設備之自有資料記憶體或外部資料記憶體。
除前述地板處理設備外，本發明還提出一種操作地板處理設備之方法，該地板處理設備具有至少一個用電設備、用於為該用電設備供電之蓄電池及用於控制該地板處理設備之控制裝置，其中，該控制裝置對一或數個用電設備用來實施及完整地完成預定義的操作活動之可能的能量需求進行測定、將該能量需求與儲存在該蓄電池中之能量進行對比，並且在該所儲存的能量小於該能 量需求的情形中，透過調整該操作活動之一或數個操作參數來減小該能量需求，以便成功地實施該操作活動。
該方法特別是用於操作前文所描述之地板處理設備，使得就該地板處理設備而言所闡述之特徵及優點同時亦適用於本發明之方法。
就該方法而言，特別是可改變用電設備之操作參數及/或用於地板處理活動之處理構件及/或該地板處理設備之處理模式。
此外，本發明特別提出：該控制裝置改變用於環境之定義的空間分區的操作參數。
本發明尤佳提出：在時間上依序實施操作活動的情況下，就數個定義的分區而言，該控制裝置在空間上交替地調整操作參數，從而將操作參數在第一操作活動期間匹配至第一分區內，且將該操作參數在第二操作活動期間匹配至不同於該第一分區之第二分區內。
此外，該控制裝置可自該清潔活動開始起便對該地板處理設備之實際能量需求進行監測，並且透過與在該清潔活動時對期望的能量需求實施之計算的結果的永久性協調來測定，該預測是否準確或是否存在需要對該操作參數作出進一步調整之非期望的偏差。
在所有的能量需求計算中，該控制裝置可定期地考慮到，在任何情況下在該蓄電池中皆保留有剩餘能量，該剩餘能量可確保該地板處理設備能夠返回充電站或基座。
在該地板處理設備之操作活動期間的能量消耗可以 能量包絡線形式保存在該控制裝置之資料記憶體中。該能量包絡線包括按時間及/或所行駛的距離順序之能量消耗值，該等能量消耗值透過另一計算步驟而變得平滑。根據對此類針對所有空間分區所保存之能量包絡線的對比觀察，該地板處理設備之控制裝置可在操作活動開始前對空間分區進行測定，可儘可能最佳地以可供使用之能量清潔該分區並且以該途徑透過選擇適宜的空間分區來進行調整。
此外，該地板處理設備可製作能量地圖，該能量地圖為該清潔設備所製作之環境地圖的補充地圖。該能量地圖示出該地板處理設備在該環境中之每個駛過的位置上的實際能量消耗。可在外部中斷設備上、例如行動電話、膝上型電腦或類似設備上將該能量地圖顯示給使用者。在此過程中，可用對應的色值示出能量值，從而以類似於熱圖顯示之方式簡單地識別出在房間之哪個位置上出現特別高或特別低的能量消耗。使用者例如可以該途徑定義空間分區，針對未來的清潔移行，出於節能的角度需要將該等空間分區排除。使用者亦可進行識別並且視情況排除較高能量需求之可能的原因。因此，挪開桌子旁之椅子或將環境中之花瓶移開可產生積極影響，從而實現具有較少改轍操縱之簡化且節能的操作活動。
1‧‧‧地板處理設備
2‧‧‧用電設備
3‧‧‧蓄電池
4‧‧‧控制裝置
5‧‧‧地板處理元件
6‧‧‧風扇
7‧‧‧空間分區
8‧‧‧空間分區
9‧‧‧空間分區
10‧‧‧資料記憶體
11‧‧‧輪子
12‧‧‧距離測量裝置
下面根據實施例詳細闡述本發明。其中：圖1為具有操作參數之第一設定值之地板處理設備，圖2為具有操作參數之第二設定值之該地板處理設備。
圖1示出地板處理設備1之被局部地剖開的立體圖，其建構為自走式清潔機器人。地板處理設備1具有馬達驅動的輪子 11，其用來供地板處理設備1在環境內移動。此外，地板處理設備1具有包含距離測量裝置12之導航裝置，該距離測量裝置在此例如建構為光學三角測量裝置。距離測量裝置12測量相對存在於環境中之障礙物、例如傢俱、牆壁及/或人員之距離。地板處理設備1之控制裝置4用距離測量資料製作該環境之環境地圖，地板處理設備1在移動期間可根據該環境地圖定向。此外，控制裝置4對應一資料記憶體10，其中可既儲存有所製作的環境地圖，又儲存有具有在地板處理設備1之操作活動中、即清潔表面時所應用之操作參數的清潔檔案。
地板處理設備1具有地板處理元件5，其在此為由電動馬達(未繪示)驅動之在待處理表面上塗抹的清潔滾筒。在視圖範圍內，該電動馬達為用電設備2。此外，地板處理設備1具有同樣由電動馬達驅動之風扇6，該風扇為抽吸裝置之主要組成部分，地板處理設備1可藉由該抽吸裝置將灰塵及污物自待清潔表面吸入抽吸室。風扇6之電動馬達同樣為地板處理設備1之用電設備2。為對用電設備2供電，地板處理設備1具有蓄電池3，例如可在用於地板處理設備1之基座上為該蓄電池充電。
此外，地板處理設備1在底側、即在指向待處理表面之殼體側上具有偵測裝置(未繪示)，其適於對例如待處理表面之特性的環境參數進行偵測。該等特性例如包括待處理表面之地板類型及污染度。該偵測裝置在此例如具有記錄地板面之影像的影像擷取裝置。
控制裝置4將該偵測裝置所記錄之影像與參考影像進行對比，以便推測出該表面之地板類型及污染度。資料記憶體10 可就某些地板類型、污染度及待清潔表面之某些空間分區7、8、9、例如住所之房間而言包含表格狀的操作參數，該等操作參數通常適於處理此種具有此類污染度之表面。此外，該等操作參數對應於關於用於操作地板處理設備1所需之用電設備2、即驅動輪子11之驅動馬達、驅動風扇6之驅動馬達及驅動地板處理元件5之驅動馬達的可能的能量需求之說明。
根據圖1及圖2，本發明例如以如下方式實施：首先，確定針對地板處理設備1之某些操作活動的清潔檔案，該等清潔檔案包含一或數個操作參數。該等清潔檔案在此包括例如不同的清潔模式，即相對節能的經濟模式及具有用電設備2之相對較高的能量需求的增壓模式。不同清潔模式之特徵在於不同的操作參數，例如風扇6之某個抽吸功率、地板處理元件5之清潔功率或地板處理設備1藉由經驅動的輪子11之某個移行速度。此外，清潔模式或清潔檔案亦可確定某個清潔類型，例如藉由風扇6及地板處理元件5對待清潔表面之乾式清潔或者將清潔液施加至地板處理元件5及/或待清潔表面之濕式清潔。
此外，藉由距離測量裝置12對待清潔空間之空間分區7、8、9進行檢測，或者替代地透過在地板處理設備1上或與地板處理設備1處於通訊連接之外部終端設備上輸入來將空間分區傳輸至地板處理設備1。此外，藉由該偵測裝置偵測影響用電設備2之能量需求的環境參數。該偵測識別例如可實施光學地板識別，或作為替代方案實施聲學地板識別。地板處理設備1之使用者可視情況對偵測結果進行調整或補充。
在偵測環境參數及為清潔檔案定義某些清潔參數 後，地板處理設備1之控制裝置4檢查使用者所選擇的操作活動、即例如某個清潔模式是否能夠以蓄電池3之目前充電狀態實施，亦即，儲存在蓄電池3中之能量是否足以在應用定義的操作參數的情況下實施該操作活動。可如此地實施該檢查，使得地板處理設備1首先以預設定的標準操作參數實施加工，並且在此過程中測定用電設備2在各空間分區7、8、9內之能量需求。由所需的能量算出用於地板處理設備1之所有用電設備2的總能量消耗並且與儲存在蓄電池3中之能量進行對比。在控制裝置4發現該總能量消耗大於儲存在蓄電池3中之能量的情況下，控制裝置4對用於所有待清潔分區7、8、9之例如兩個空間分區7、8的操作參數進行調整。如此便能以目前所儲存的能量清潔所有空間分區7、8、9。有所變化的操作參數在此例如為地板處理設備1在清潔操作期間之平均移行速度的變化(增大)，從而整體上縮短用於清潔操作之總時間。藉此，對空間分區7、8實施整體上需要更少能量之快速清潔。就此而言，可採用粗略清潔，其中如此地調整地板處理設備1之移行策略，從而視情況僅對待清潔區域之主表面進行清潔，而不對難以觸及的表面、例如需要進行數個改轍步驟之包含椅子的餐桌組下方進行清潔。為平衡地實施轉彎，以不徹底的方式實施包含數個前進與後退運動之對房間角落的清潔，其中，產生未被駛過及未被清潔之角區，其可被使用者在粗略清潔的範圍內容許。
此外，清潔檔案可就空間分區7、8、9而言輪換，使得(就地板處理設備1之較長的操作時間而言)所有空間分區7、8、9內之清潔品質保持均勻。作為自動調整操作參數之替代方案，地板處理設備1或與其存在通訊連接之外部設備亦可將調整操作參數 之必要性通知給使用者，隨後，使用者可同意或拒絕針對操作參數之建議。在操作活動期間，亦可在灰塵量感測器偵測到局部的污物總量暫時性地有所增大的情況下，在短時間內增大能量需求。
此外，地板處理設備1之偵測裝置可確定蓄電池3處於哪個狀態下，亦即，該蓄電池之目前的充電狀態如何及老化狀態如何。如此便能測定出目前所儲存之可供使用的能量。可連續地或者以隨機或確定的時間間隔檢測上述資訊。
地板處理設備1可由先前的操作活動確定用電設備2之典型能量消耗。此外，可保存用於某些操作參數、操作類型、污染度及諸如此類之典型能量消耗，隨後，控制裝置4例如可根據習知地板類型及根據所選擇的操作參數來用該等能量消耗確定能量需求。控制裝置4原則上可為地板處理設備1之本地控制裝置4或外部的中央處理單元，該中央處理單元佈置在地板處理設備1外部並且透過無線的或有線的通訊通道與地板處理設備1存在通訊連接。該中央處理單元例如可為雲伺服器系統之部分。
根據一種特別的實施方式，可根據使用者所選擇的清潔檔案來清潔三個空間分區7、8、9。如圖1所示，應在需要風扇6之某個抽吸功率及地板處理元件5之某個刷子功率的增壓模式中清潔所有的空間分區7、8、9。在確定所有參與操作活動之用電設備2的總能量需求後，控制裝置4發現，儲存在蓄電池3中之能量不足以在所有的分區7、8、9中完整地實施期望的清潔檔案。如圖2所示，控制裝置4如此地修改該清潔檔案，從而在具有較小能量需求之經濟模式中清潔空間分區7、8、9中之兩個、即空間分區7及8。始終在增壓模式中處理另一分區9。為在所有分區7、8、9 中實現近似相同的清潔品質，亦可時間上交替地在其餘空間分區7、8中應用增壓模式，使得以增壓模式處理之空間分區7、8、9的清潔活動有所不同。隨後，下一清潔操作係指以增壓模式處理空間分區7或空間分區8，而以經濟模式處理其他空間分區8、9或7、9。

Claims (10)

  1. 一種地板處理設備，其具有至少一個用電設備(2)、用於為該用電設備(2)供電之蓄電池(3)及用於控制該地板處理設備(1)之控制裝置(4)，其特徵在於：該控制裝置(4)適於對一或數個用電設備(2)用來實施及完整地完成預定義的操作活動之可能的能量需求進行測定、將該可能的能量需求與儲存在該蓄電池(3)中之能量進行對比，並且在該所儲存的能量小於該能量需求的情形中，透過調整該操作活動之一或數個操作參數來減小該能量需求，以便成功地實施該操作活動。
  2. 如請求項1之地板處理設備，其中，對該操作參數之調整包括對用電設備(2)之操作參數及/或用於地板處理活動之處理構件的調整，以及/或者對該地板處理設備(1)之處理模式的調整。
  3. 如請求項1或2之地板處理設備，其中，該操作參數選自如下組群：該用電設備(2)之操作或非操作、用於該地板處理設備(1)之牽引驅動的驅動馬達的轉速、用於地板處理元件(5)之驅動馬達的轉速、風扇(6)之驅動馬達的轉速、施液裝置之驅動或非驅動。
  4. 如前述請求項中任一項之地板處理設備，其中，該控制裝置(4)適於改變用於環境之定義的空間分區(7、8、9)的操作參數。
  5. 如請求項4之地板處理設備，其中，該控制裝置(4)適於在時間上依序實施操作活動的情況下，就數個定義的空間分區(7、8、9)而言，在空間上交替地調整操作參數，從而將操作參數在第一操作活動期間匹配至第一分區(7、8、9)內，且將該操作參數在第二操作活動期間匹配至不同於該第一分區(7、8、9)之第二分區(7、8、9)內。
  6. 如前述請求項中任一項之地板處理設備，更包括偵測裝置，其適於對影響該能量需求之環境參數、特別是待處理表面之特性進行偵測並且將其傳輸至該控制裝置(4)。
  7. 如前述請求項中任一項之地板處理設備，其中，該控制裝置(4)對應一資料記憶體(10)，該資料記憶體包含用於實施預定義的操作活動之可能的能量需求的參考資料。
  8. 一種操作地板處理設備之方法，該地板處理設備(1)具有至少一個用電設備(2)、用於為該用電設備(2)供電之蓄電池(3)及用於控制該地板處理設備(1)之控制裝置(4)，其特徵在於：該控制裝置(4)對一或數個用電設備(2)用來實施及完整地完成預定義的操作活動之可能的能量需求進行測定、將該能量需求與儲存在該蓄電池(3)中之能量進行對比，並且在該所儲存的能量小於該能量需求的情形中，透過調整該操作活動之一或數個操作參數來減小該能量需求，以便成功地實施該操作活動。
  9. 如請求項8之方法，其中，改變該用電設備(2)之操作參數及/或用於地板處理活動之處理構件及/或該地板處理設備(1)之處理模式。
  10. 如請求項8或9之方法，其中，該控制裝置(4)改變用於環境之定義的空間分區(7、8、9)的操作參數，特別是在時間上依序實施操作活動的情況下，就數個定義的空間分區(7、8、9)而言，在空間上交替地調整操作參數，從而將操作參數在第一操作活動期間匹配至第一分區(7、8、9)內，且將該操作參數在第二操作活動期間匹配至不同於該第一分區(7、8、9)之第二分區(7、8、9)內。
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