WO2023285204A1

WO2023285204A1 - Antriebseinheit für einen bodenroboter

Info

Publication number: WO2023285204A1
Application number: PCT/EP2022/068531
Authority: WO
Inventors: Maximilian FREMEREY
Original assignee: BSH Hausgeräte GmbH
Priority date: 2021-07-12
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-01-19
Also published as: DE102021207324B4; EP4370004A1; DE102021207324A1

Abstract

Antriebseinheit für einen Bodenroboter, wobei die Antriebseinheit folgendes umfasst: ein erstes Rad; ein zweites Rad; ein Zugmittel, das über beide Räder läuft; ein elastisches Element, um das erste Rad gegenüber dem Bodenroboter nach unten zu drücken; und einen Aktor zur Steuerung einer Vorspannung des elastischen Elements.

Description

ANTRIEBSEINHEIT FÜR EINEN BODENROBOTER

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für einen Reinigungsroboter in einem Haushalt.

Ein Staubsaugroboter ist dazu eingerichtet, sich autonom über eine Bodenfläche zu bewegen und diese zu reinigen. Dazu umfasst der Staubsaugroboter eine Saugeinrichtung und eine Antriebseinrichtung. Eine Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Umfeld des Staubsaugroboters mittels einer Anzahl Sensoren abzutasten und den Staubsaugroboter auf der Bodenfläche zu steuern. Der Staubsaugroboter kann insbesondere in einem Haushalt eingesetzt werden.

Unterschiedliche Bodenbeläge, auf dem Boden liegende Objekte wie Teppiche, Kabel oder Möbelstücke, oder bauliche Gegebenheiten wie Türschwellen oder unebene Abschnitte können große Anforderungen an die Flexibilität der Antriebseinrichtung stellen. Üblicherweise umfasst die Antriebseinrichtung zwei Antriebsräder, die jeweils mittels eines zugeordneten Elektromotors angetrieben werden können. Die Antriebsräder sind rechts und links am Staubsaugroboter angebracht, wobei vor und hinter den Antriebsrädern noch Stützräder vorgesehen sein können. Bevorzugt ist jedes Antriebsrad einzeln aus dem Gerät ausfederbar, sodass ein Bodenkontakt aufrechterhalten werden kann, wenn das Gerät mit einer vorderen oder hinteren Kante auf ein Hindernis aufläuft.

Um ein Hindernis verbessert zu überwinden wurde vorgeschlagen, den Bodenroboter mit einem Kettenantrieb auszustatten. Dieser umfasst ein vorderes und ein hinteres Kettenrad, über die eine Kette läuft, die üblicherweise aus einem Kunststoff gefertigt ist. Gegenüber einem Antriebsrad kann eine Traktion des Kettenantriebs durch die vergrößerte nutzbare Auflagefläche auf dem Untergrund verbessert sein. Gute Traktion allein kann jedoch nicht ausreichen, um alle in einem Haushalt auftretenden Hindernisse effektiv zu überwinden. Insbesondere kann eine vertikale Bewegung der beiden Räder beim Überwinden eines Hindernisses schwer aufeinander abgestimmt werden oder nicht zu allen Hindernissen gut passen. In bestimmten Situationen kann ein bekannter Kettenantrieb sogar nachteilig für das Überwinden eines Hindernisses sein. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Antriebseinheit für einen Bodenroboter. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter ein erstes Rad; ein zweites Rad; ein Zugmittel, das über beide Räder läuft; ein elastisches Element, um das erste Rad gegenüber dem Bodenroboter nach unten zu drücken; und einen Aktor zur Steuerung einer Vorspannung des elastischen Elements. Das erste Rad kann gegenüber dem Bodenroboter vertikal beweglich sein, während das zweite Rad starr angebracht sein kann.

Erfindungsgemäß kann durch Erhöhen oder Verringern der Vorspannung des elastischen Elements ein Vorderteil des Bodenroboters vom Untergrund abgehoben oder ihm angenähert werden. In entsprechender Weise kann ein Hinterteil auf den Untergrund abgesenkt oder von ihm abgehoben werden. So kann der Bodenroboter um die Drehachse der Antriebseinheit nach vorne oder hinten geneigt werden.

Dadurch kann verbessert auf eine vertikale Erhebung aufgeklettert oder kontrolliert in eine Vertiefung eingefahren werden. Der Bodenroboter kann über eines oder mehrere Stützräder verfügen, die vor oder hinter der Drehachse angebracht sind. Der Bodenroboter kann derart gesteuert werden, dass er verbessert beispielsweise eine Stufe nach oben oder nach unten klettert.

Außerdem kann eine Höhe einer am Bodenroboter angebrachten Bearbeitungseinrichtung übereinem befahrenen Untergrund verstellt werden. Umfasst die Bearbeitungseinrichtung beispielsweise eine Saugeinrichtung, so kann ein am Bodenroboter vor oder hinter der Drehachse angebrachter Saugmund in eine vorbestimmte Höhe gefahren werden, um ein Ansaugen am Untergrund zu verhindern und gleichzeitig ein effizientes Absaugen von Schmutz zu gewährleisten.

Für einen Normalbetrieb ist das elastische Element üblicherweise derart vorgespannt, dass der Bodenroboter einen vorbestimmten Winkel gegenüber einem ebenen, flachen Untergrund einnimmt. Der Normalbetrieb kann eine Fahrt über eine horizontale Fläche umfassen, bevorzugt eine ebene Fläche. Das elastische Element ist dabei bevorzugt teilweise komprimiert, sodass es sich aufgrund einer vertikalen Bewegung bezüglich des Bodenroboters des ersten Rads sowohl zusammenziehen als auch entspannen kann.

Es ist bevorzugt, dass der Aktor ein selbstsperrendes Getriebe umfasst. Dadurch kann verhindert werden, dass der Aktor Energie aufnimmt, während er eine vorbestimmte Position des elastischen Elements nicht verstellen, sondern nur halten muss. Das selbstsperrende Getriebe ist bevorzugt als Untersetzungsgetriebe ausgebildet, um eine Betätigungskraft auf das elastische Element zu erhöhen. Der Aktor kann insbesondere einen Elektromotor umfassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktor eine Kurvenscheibe. Das elastische Element kann zwischen dem ersten Rad und dem Bodenroboter wirken. Die Kurvenscheibe ist bevorzugt seitens des Bodenroboters derart angebracht, dass ein dem Bodenroboter zugeordnetes Ende des elastischen Elements durch Drehen der Kurvenscheibe an den Bodenroboter angenähert oder von diesem entfernt werden kann. Dabei kann das Ende insbesondere vertikal nach unten bewegt werden, um die Federspannung des elastischen Elements zu erhöhen. Die Kurvenscheibe kann beispielsweise eine exzentrische Kreisscheibe oder eine Scheibe mit einer Kontur umfassen, die abschnittsweise die Form einer Spirale aufweist.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktor einen Spindeltrieb. Der Spindeltrieb, auch Gewindespindel genannt, umfasst eine Gewindestange und eine Spindelmutter. Durch Drehen der Gewindestange kann die Spindelmutter linear verstellt werden. In einer Ausführungsform ist die Gewindespindel gegenüber dem Bodenroboter starr angebracht und ein dem Bodenroboter zugeordnetes Ende des elastischen Elements ist an der Spindelmutter befestigt. Mittels des Spindeltriebs kann das Ende des elastischen Elements vereinfacht auf einer geraden Linie bewegt werden. Dabei kann eine Untersetzung der Drehbewegung in die lineare Bewegung bereits realisiert sein.

In noch einer weiteren Ausführungsform ist der Aktor dazu eingerichtet, eine Federhärte des elastischen Elements zu steuern. Wird die Federhärte erhöht, so kann eine Kraft, die zum Komprimieren des elastischen Elements um einen vorbestimmten Betrag erforderlich ist, erhöht werden. Umgekehrt kann ein Senken der Federhärte diesen Betrag erhöhen. Die Federwirkung des elastischen Elements kann so verbessert an unterschiedliche Höheneinstellungen des ersten Rads angepasst sein. Ein Durchschlagen, also ein vollständiges Komprimieren des elastischen Elements, kann verbessert verhindert sein.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Aktors in Abhängigkeit eines mittels der Antriebseinheit zu überwindenden Hindernisses. Das Hindernis kann insbesondere eine vertikal nach oben oder nach unten verlaufende Unebenheit im Untergrund umfassen. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, beim Überfahren der Unebenheit die Vorspannung des elastischen Elements derart anzupassen, dass der Bodenroboter verbessert über die Unebenheit hinweg klettert.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit zusätzlich einen Sensor zur Abtastung eines Umfelds des Bodenroboters, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, ein zu überwindendes Hindernis auf der Basis einer Abtastung des Sensors zu erkennen. Dadurch kann die Antriebseinheit verbessert eigenständig eine Bewegung des Bodenroboters unabhängig von einem zu überwindenden Hindernis steuern. Zur Steuerung der Antriebseinheit können einer oder mehrere Sensoren verwendet werden, die zur Hinderniserkennung und/oder Orientierung des Bodenroboters in einem vorbestimmten Umfeld vorgesehen sein können.

Bevorzugt ist ein Antriebsmotor zum Antrieb des zweiten Rads vorgesehen und das erste Rad liegt bezüglich einer üblichen Fahrtrichtung des Bodenroboters vor dem zweiten Rad. Ein Antriebsmoment des Antriebsmotors kann dazu beitragen, das erste Rad nach unten zu bewegen, um es an den Untergrund anzudrücken. Dadurch kann ein Trum des Zugmittels auf dem Untergrund aufliegen oder an diesen angepresst werden. Das auf dem Untergrund anliegende Trum des Zugmittels kann ein Lasttrum sein.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Räder gleiche Durchmesser haben. Die Fähigkeit der Antriebseinheit, ein Hindernis zu überwinden, kann für eine Fahrtrichtung vorwärts wie rückwärts gut sein. Die Antriebseinheit kann einfach und kompakt aufgebaut sein. Eine Zahl an Gleichteilen kann erhöht sein. Das Zugmittel kann durch die gleichen Radien weniger stark auf Biegung beansprucht werden, sodass seine Zuverlässigkeit oder Lebensdauer vergrößert sein kann.

Der aus dem ersten Rad, dem zweiten Rad und dem Zugmittel gebildete Zugmitteltrieb kann insbesondere als Kettentrieb mit einem ersten Kettenrad, einem zweiten Kettenrad und einer Kette ausgeführt sein. Die Kette ist bevorzugt gelenklos und kann aus einem Kunststoff herstellbar sein. Zwischen der Kette und den Kettenrädern kann Formschluss in Umlaufrichtung hergestellt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Kraftschluss in Umfangsrichtung durch Reibkraft hergestellt sein; in diesem Fall kann von einem Riementrieb gesprochen werden. Durch die gewählte Konstruktion kann ein Abstand zwischen den beiden Rädern unabhängig von einer Bewegung des ersten Rads um das zweite sein. Eine Spannung des Zugmittels kann daher verbessert konstant gehalten sein. Ein Spannmechanismus kann nicht erforderlich sein.

Ist der Zugmittelantrieb als Kettenantrieb ausgebildet, so kann ein Formschluss zwischen dem Zugmittel und einem Rad mittels einer Vertiefung und einem darin eingreifenden Vorsprung bewirkt werden. So können Kräfte in Umlaufrichtung und/oder senkrecht dazu übermittelt werden.

Insbesondere wenn das Zugmittel gelenklos aufgebaut ist, kann das Zugmittel einen in Richtung der Räder weisenden Steg umfassen, wobei eines der Räder eine radiale Vertiefung zur Aufnahme des Stegs oder eines Abschnitts davon aufweist. In einer Ausführungsform ist der Steg umlaufend und eines der Räder weist eine radiale Nut auf. Üblicherweise liegt der Steg am Zugmittel bezüglich einer Drehachse eines der Räder mittig. Der Steg kann auch außermittig liegen, es ist jedoch bevorzugt, dass der Steg seitens der Räder auf beiden axialen Seiten geführt ist. In einerweiteren Ausführungsform können auch mehrere Stege vorgesehen sein. Durch den Steg kann verhindert werden, dass das Zugmittel in axialer Richtung von einem der Räder abrutscht. Durch den Verzicht auf konventionelle, außen liegende axiale Anlaufscheiben kann ein erforderlicher Bauraum reduziert sein.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Zugmittel eine den Rädern zugewandte Vertiefung auf und wenigstens eines der Räder umfasst einen radialen Steg zum Eingriff in die Vertiefung. Dabei kann der Steg in beiden axialen Richtungen an den Rädern geführt sein. Insbesondere kann der Steg axial ungefähr mittig am Zugmittel ausgebildet sein. Es können auch mehrere Stege vorgesehen sein, die bevorzugt jeweils axial beidseitig geführt sind. Eine Kombination dieser Ausführungsform mit der letztgenannten ist ebenfalls möglich.

Das elastische Element kann insbesondere eine Druckfeder umfassen. Die Druckfeder kann kompakt in der Antriebseinheit untergebracht sein. Auch bei einem Bruch der Druckfeder kann eine elastische Restwirkung verbleiben. Optional kann auch eine Bogenfeder verwendet werden, um das erste Rad auf dem Kreisbogen verbessert zu federn. In alternativen Ausführungsformen können auch eine Spiralfeder oder ein Drehstab zur elastischen Lagerung des ersten Rads verwendet werden. Der Drehstab kann insbesondere längs oder quer zur Fahrtrichtung der Antriebseinheit angebracht sein.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Verfahren zum Steuern eines Bodenroboters mit einer hierin beschriebenen Antriebseinheit, deren Drehachse quer zur Fahrtrichtung verläuft, Schritte des Erfassens eines zu überwindenden Hindernisses; des Neigens des Bodenroboters um die Drehachse in Abhängigkeit des Hindernisses; und des Antreibens des zweiten Rads, um das Hindernis zu überwinden.

Das Verfahren kann zur effizienten Überwindung eines Hindernisses genutzt werden. Das Hindernis kann positiv oder negativ sein, wobei sich ein positives Hindernis gegenüber einem Untergrund erheben kann, auf dem die Antriebseinheit steht, während ein negatives Hindernis gegenüber dem Untergrund abgesenkt sein kann. Vor oder während der Überwindung des Hindernisses kann der Bodenroboter um die Drehachse bezüglich dem Untergrund nach vorne oder hinten geneigt werden. Das Neigen kann jeweils derart erfolgen, dass eine Kraft auf ein vorderes oder hinteres Stützrad gezielt erhöht oder verringert wird. Das Neigen kann so weit erfolgen, dass ein vorderes oder hinteres Ende des Bodenroboters vom Untergrund abhebt, sodass es verbessert auf das Hindernis aufgeschoben oder von ihm abgenommen werden kann. Nachdem das Hindernis überwunden ist, kann der Aktor angesteuert werden, um den Bodenroboter in eine Normalposition um die Drehachse bezüglich eines befahrenen Untergrunds zu bringen. Nach wieder einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein zweites Verfahren zum Steuern eines Bodenroboters mit einer hierin beschriebenen Antriebseinheit, Schritte des Erfassens eines zu bearbeitenden Untergrunds; und des Steuerns einer Vorspannung des elastischen Elements in Abhängigkeit des erfassten Untergrunds, um einen vertikalen Abstand einer Bearbeitungseinrichtung des Bodenroboters vom Untergrund einzustellen.

Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.

Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen:

Figur 1 einen Bodenroboter;

Figur 2 eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter;

Figur 3 eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter beim Überwinden eines Hindernisses;

Figur 4 eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter in einer weiteren Ausführungsform; und

Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Bodenroboters mit einer Antriebseinheit darstellt.

Figur 1 zeigt einen beispielhaften Bodenroboter 100. Der Bodenroboter 100 ist dazu eingerichtet, einen Untergrund zu befahren und zu bearbeiten. Dazu umfasst er eine Bearbeitungseinrichtung 105, die vorliegend beispielhaft eine Borstenwalze umfasst, und eine Antriebseinrichtung 110. Die Antriebseinrichtung 110 umfasst ein linkes und ein rechtes Bodenrad 115, die auf unterschiedlichen Seiten des Bodenroboters 100 angebracht sind und unabhängig voneinander angetrieben werden können. Vor und hinter den Bodenrädern 115 können Stützräder 120 angebracht sein. Fährt der Bodenroboter 100 mit seinem Chassis oder einem Stützrad 120 auf eine Erhebung auf, so können die Bodenräder 115 aufgrund einer elastischen Lagerung automatisch ausfedern. Die Antriebseinrichtung 110 ist bevorzugt an einer Bodenplatte 125 des Bodenroboters 100 angebracht.

Figur 2 zeigt eine Antriebseinheit 200 für eine Bodenroboter 100. Die Antriebseinheit 200 steht beispielhaft auf einem ebenen, flachen Untergrund 205. Die Bodenplatte 125 nimmt einen vorbestimmten Winkel gegenüber dem Untergrund 205 ein. Eine bevorzugte Fahrtrichtung 210 verläuft in der Darstellung von Figur 2 von rechts nach links. Bezüglich eines zur Referenz dargestellten Koordinatensystems entspricht dies der negativen x-Richtung. Eine y-Richtung erstreckt sich vertikal und eine z-Richtung lateral. Koordinatensysteme in weiteren Figuren erleichtern eine geometrische Zuordnung.

Die Antriebseinheit 200 umfasst einen Zugmitteltrieb 215, der ein erstes Rad 220, ein zweites Rad 225 und ein Zugmittel 230 umfasst. Der Zugmitteltrieb 215 ist bevorzugt als Kettentrieb ausgeführt, wobei das Zugmittel 230 weiter bevorzugt eine gelenklose Kette umfasst, die einstückig ausgeführt sein kann und weiter bevorzugt aus einem Kunststoff herstellbar ist. Zwischen dem Zugmittel 230 und den Rädern 220, 225 kann eine Verzahnung zum gegenseitigen Eingriff und zur Übertragung von Kräften in Umfangsrichtung der Räder 220, 225 vorgesehen sein. Die Verzahnung kann auch Kräfte in Querrichtung übertragen.

Ein Halter 235 hält die Räder 220, 225 in einem vorbestimmten relativen Abstand. Der Halter kann als Joch, Balken, Schwinge oder Abstandshalter ausgebildet sein. Dabei ist der Halter 235 um eine Drehachse 240 drehbar gelagert, um die auch das zweite Rad 225 drehbar ist, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. In einer anderen Ausführungsform kann das erste Rad 220 auf eine andere Weise vertikal beweglich gelagert sein. Das zweite Rad 225 ist bevorzugt starr gegenüber dem Bodenroboter 100 gelagert. Mittels eines Antriebsmotors 245 kann das zweite Rad 225 um die Drehachse 240 angetrieben werden. Der Halter 235 ist mittels eines elastischen Elements 250 um die Drehachse 240 vorgespannt, um das erste Rad 220 um die Drehachse 240 bezüglich des Bodenroboters 100 in Richtung des Untergrunds 205 zu drücken. Das elastische Element 250 kann eine Metallfeder, insbesondere eine Zylinderfeder und weiter bevorzugt eine Druckfeder umfassen.

Zur leichteren Erläuterung ist in der dargestellten Ausführungsform das elastische Element 250 an einem Hebel 255 angebracht, der mit dem Halter 235 verbunden ist, und das elastische Element 250 wirkt in horizontaler Richtung. In einer anderen Ausführungsform kann das elastische Element 250 auch platzsparend im Bereich des ersten Rads 220 vorgesehen sein. Insbesondere kann das elastische Element 250 auf eine Achse des ersten Rads 220 wirken. Das elastische Element 250 ist gegenüber dem Bodenroboter 100 gelagert und kann gegenüber einem Lagerbock 260 abgestützt sein, der mit der Bodenplatte 125 verbunden ist. Ein Lager, das den Halter 235 um die Drehachse 240 lagert, kann ebenfalls am Lagerbock 260 angebracht sein.

Weiter bevorzugt ist ein Anschlag 265 vorgesehen, um eine Bewegung des ersten Rads 220 zu begrenzen. Der Anschlag 265 kann Enden der Kreisbewegung des ersten Rads 220 um die Drehachse 240 festlegen. Außerdem kann der Anschlag 265 den Kreisbogen definieren, auf dem die Achse des ersten Rads 220 um die Drehachse 240 geführt wird, indem der Anschlag 265 einen radialen Abstand der Achse des ersten Rads 220 von der Drehachse 240 bestimmt. Der Anschlag 265 kann eine Kulissenführung umfassen, die wie in Figur 2 dargestellt ist. Dabei kann eine Achse des ersten Rads 220 oder ein mit dem Halter 235 verbundener Führungsbolzen in einer Führungsnut geführt sein. Der Anschlag 265 kann auch mit dem Lagerbock 260 integriert ausgeführt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elastische Element 250 im Bereich des Anschlags 265 angebracht und kann das erste Rad 220 nach unten drücken. Das elastische Element 250 kann als Bogenfeder oder Druckfeder ausgebildet sein, die komprimiert werden kann, bis ihre Windungen aneinander anliegen. Da eine weitere Kompression des elastischen Elements 250 dann nicht möglich ist, kann es somit einen Anschlag für eine vertikale Bewegung des ersten Rads 220 bilden. Das elastische Element kann in der Führungsnut der Kulissenführung des Anschlags 265 angebracht sein.

Die Antriebseinheit 200 kann als separat handhabbare Einheit ausgebildet sein, die durch Anbringen des Lagerbocks 260 am Bodenroboter 100 in diesen eingebaut werden kann. io

Es ist besonders bevorzugt, dass ein Aktor 270 vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, das elastische Element 250 vorzuspannen. Dazu kann der Aktor 270 zwischen dem elastischen Element 250 und dem Lagerbock 260 angebracht sein. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktor 270 einen Elektromotor mit einem selbstsperrenden Getriebe, insbesondere einem Spindeltrieb. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktor 270 eine antreibbare Kurvenscheibe zur vertikalen Verstellung eines Ankerpunkts des elastischen Elements 250 gegenüber dem Bodenroboter 100.

In einer Variante kann der Aktor 270 dazu eingerichtet sein, außer der Vorspannung auch die Federkennlinie des elastischen Elements 250 zu beeinflussen. Zur Veränderung der Federkennlinie kann eine effektive Länge des elastischen Elements 250 oder die Länge eines Hebels, über den es angelenkt wird, verändert werden. Beispielsweise kann eine horizontale Blattfeder als elastisches Element 250 vorgesehen sein, deren erstes Ende mit dem Bodenroboter 250 und deren zweites Ende mit dem ersten Rad 220 beziehungsweise dessen Achse verbunden ist. Das erste Ende kann durch eine auf die Blattfeder aufgeschobene Gleitbuchse gebildet sein, die in einer Schiene an der Bodenplatte 205 beweglich ist und so in seiner Distanz vom zweiten Ende verstellt werden kann. Durch Verringern der Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Ende kann die Federkennlinie verändert werden, indem eine Federhärte vergrößert wird. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform können die Vorspannung und die Federkennlinie gleichzeitig mittels nur eines Aktors 270 verändert werden. Dabei ist bevorzugt eine Erhöhung der Vorspannung mit einer Vergrößerung einer Federkonstanten verbunden und umgekehrt.

Weiter bevorzugt ist eine Steuereinrichtung 275 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, den Antriebsmotor 245 und/oder den Aktor 270 anzusteuern, um eine Bewegung des Bodenroboters 100 zu steuern. Die Steuereinrichtung 275 kann mittels einer Schnittstelle 280 mit einem Sensor 285 oder einer weiteren Steuereinrichtung an Bord des Bodenroboters 100 verbunden sein. Die Schnittstelle 280 kann eine elektrische Steckverbindung umfassen. Die Steuereinrichtung 275 kann dazu eingerichtet sein, einen vorliegenden oder beabsichtigten Fahrzustand des Bodenroboters 100 zu bestimmen oder entgegenzunehmen und die Antriebseinheit 210 in Abhängigkeit des Fahrzustands anzusteuern.

Der Fahrzustand kann eine durchgeführte oder beabsichtigte Bewegung des Bodenroboters 100 und/oder ein zu überwindendes Hindernis umfassen. Die Steuereinrichtung 275 kann ein Umfeld des Bodenroboters 100 mittels des Sensors 285 abtasten und insbesondere eine Beschaffenheit des Untergrunds 205 bestimmen. Beispielhafte Sensoren 285 umfassen insbesondere einen Abgrundsensor, eine Kamera, ein Gyroskop, ein Drehwinkelsensor zur Bestimmung eines Drehwinkels des zweiten Rads 225 oder des Halters 235, eine Inertialplattform, einen Navigationssensor, beispielsweise auf der Basis einer Kamera oder eines LiDAR-Sensors, einen Momentensensor, der ein Moment oder eine Kraft an einer Welle oder einer Flanschverbindung bestimmt, einen odometrischen Sensor, einen Stromsensor zur Bestimmung eines durch den Antriebsmotor 245 oder den Aktor 270 fließenden elektrischen Stroms, einen Ultraschallsensor und einen Infrarotsensor.

Figur 3 zeigt eine beispielhafte Antriebseinheit 200 beim Überwinden eines Hindernisses 305 in der beispielhaften Form einer Stufe. Von oben nach unten ist die Antriebseinheit 200 in drei aufeinander folgenden Phasen bei der Überwindung des Hindernisses 305 dargestellt.

In einer oberen Darstellung befindet sich das Hindernis 305 bezüglich einer Fahrtrichtung 210 vor der Antriebseinheit 200. In einer mittleren Darstellung hat das erste Rad 220 begonnen, auf das Hindernis 305 zu klettern. Dabei wird das erste Rad 220 nach oben ausgelenkt, während das zweite Rad 225 auf dem Untergrund 205 vor der Stufe bleibt. Das Anheben kann dadurch begünstigt werden, dass eine vertikale Kraft, die auf das erste Rad 220 nach unten wirkt, mittels des Aktors 270 verringert wird.

In einer unteren Darstellung hat das erste Rad 220 das Hindernis 305 erklommen und das zweite Rad 225 befindet sich noch unterhalb des Hindernisses 305. An einer oberen Kante des Hindernisses 305 ist das Zugmittel 230 zwischen den Rädern 220, 225 ausgelenkt. Eine nach unten gerichtete Vorspannung auf das erste Rad 220 kann nun mittels des Aktors 270 vergrößert werden und das zweite Rad 225 kann dazu angetrieben werden, den Bodenroboter 100 weiter in Fahrtrichtung 210 zu bewegen, bis das zweite Rad 225 die Stufe ebenfalls erklommen hat. Anschließend kann die auf das erste Rad 220 wirkende Vorspannung mittels des Aktors 270 wieder auf einen mittleren Wert gesetzt werden, der auch in der oberen Darstellung gelten kann.

Figur 4 zeigt eine Antriebseinheit 200 für einen Bodenroboter 100 in einer weiteren Ausführungsform. Die Antriebseinheit 200 ist an der Bodenplatte 125 des Bodenroboters 100 befestigt dargestellt, wobei das Zugmittel 230 von den Rädern 220 und 225 abgenommen ist. Der Aktor 270 umfasst vorliegend eine Kurvenscheibe 405, die um eine zugeordnete Drehachse 410 gedreht werden kann. Zum Antrieb kann ein Elektromotor, bevorzugt mit einem nachgeschalteten Getriebe, verwendet werden. Die Entfernung eines Umrisses der Kurvenscheibe 405 von der Drehachse 410 in einer vorbestimmten Richtung des Aktors 270 ist von einer Drehstellung der Kurvenscheibe 405 abhängig. Dazu kann die Kurvenscheibe beispielsweise eine exzentrisch aufgehängte Kreisscheibe, eine Ellipse oder eine Scheibe mit einem spiralförmigen Abschnitt umfassen.

Vertikal unterhalb der Drehachse 410 liegt ein Führungsbolzen 415 an der Kurvenscheibe 405 an. Zwischen dem Führungsbolzen 415 und einer Achse des ersten Rads 220 kann das elastische Element 250 wirken, das bevorzugt als Zylinderfeder, insbesondere als Druckfeder, ausgebildet ist. Der Führungsbolzen 415 kann in der Kulissenführung des Anschlags 265 vertikal beziehungsweise auf einem Kreisbogen beweglich aufgenommen sein.

Ein unteres Ende des elastischen Elements 250 kann auf die Achse des ersten Rads 220, und ein oberes Ende auf den Führungsbolzen 415 und somit auf die Kurvenscheibe 405 wirken. Um die Bodenplatte 125 gegenüber einem Untergrund 205 anzuheben, kann die Kurvenscheibe 405 derart gedreht werden, dass der Führungsbolzen 415 radial von der Drehachse 410 weg nach unten gedrückt wird. Diese Bewegung ist durch einen gebogenen Pfeil angedeutet. Wird die Kurvenscheibe 405 umgekehrt so gedreht, dass der Führungsbolzen 415 bezüglich der Bodenplatte 125 weiter vertikal nach oben bewegt werden kann, so kann dadurch eine Höhe der Bodenplatte 125 über einem Untergrund 205 verringert werden.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Steuern eines Bodenroboters 100 mit einer Antriebseinheit 200. Bevorzugt sind zwei Antriebseinheiten 200 vorgesehen, die eine gemeinsame Drehachse 245 aufweisen und seitlich versetzt am Bodenroboter 100 angebracht sind.

Das Verfahren 500 kann mittels einer Steuereinrichtung 275 durchgeführt werden, die zur Steuerung einer Bewegung eines Bodenroboters 100 eingerichtet ist. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 275 eine Nutzfunktion des Bodenroboters 100 steuern, insbesondere eine Bearbeitung eines Untergrunds 205 mittels einer Bearbeitungseinrichtung 105. Die Steuervorrichtung kann mit einer Vielzahl Sensoren 285 verbunden sein, die dazu eingerichtet sind, ein Umfeld des Bodenroboters 100 abzutasten. Auf der Basis abgetasteter Informationen kann insbesondere ein Hindernis 305 im Bereich des Bodenroboters 100 bestimmt werden. Das Verfahren 500 kann dazu eingesetzt werden, das Hindernis 305 mit dem Bodenroboter 100 durch Steuerung der Antriebseinheit 200 zu überwinden.

In einem ersten Schritt 505 kann das zu überwindende Hindernis 305 erfasst werden. Insbesondere kann bestimmt werden, ob das Hindernis 305 eine Erhebung (positives Hindernis 305) oder eine Absenkung (negatives Hindernis 305) im Untergrund 205 umfasst. Auch ein mehrfaches Hindernis 305, beispielsweise in Form einer vertikalen oder horizontalen Anordnung von Erhebungen und/oder Absenkungen kann bestimmt werden. Der Bodenroboter 100 kann in eine Position oder Stellung bezüglich des Hindernisses gebracht werden, der ein Überfahren des Hindernisses 305 in einem möglichst stumpfen Winkel, insbesondere ca. 90°, erlaubt. Zum Manövrieren des Bodenroboters 100 können Antriebsmotoren 245 eines oder mehrerer vorhandener Antriebseinheiten 200 passend angesteuert werden.

In einem Schritt 510 kann der Bodenroboter 100 um die Drehachse 240 geneigt werden. Dabei kann die Bodenplatte 125 an einem vorderen oder hinteren Ende des Bodenroboters 100 angehoben werden. Zum Neigen des Bodenroboters 100 kann an einer Antriebseinheit 200 der Aktor 270 angesteuert werden, um das erste Rad 220 stärker oder weniger stark in vertikaler Richtung vorzuspannen. Der Aktor kann angesteuert werden, bis der Bodenroboter 100 eine vorbestimmte Neigung erreicht hat. Die erreichte Neigung kann mittels eines Sensors bestimmt werden. In einem Schritt 515 kann der Antriebsmotor 245 angesteuert werden, sodass sich das zweite Rad 225 um die Drehachse 240 dreht und über das Zugmittel 230 eine Traktionskraft auf den Untergrund 205 ausübt, um den Bodenroboter 100 in Richtung des Hindernisses zu bewegen.

In einem Schritt 520 kann auf das Hindernis 305 aufgefahren werden. Bei einem positiven Hindernis 305 kann bestimmt werden, dass das erste Rad 220 auf das Hindernis aufläuft bzw. an diesem emporklettert. Bei einem negativen Hindernis 305 kann überwacht werden, wie sich das erste Rad 220 in das Hindernis 305 absenkt. Dazu kann beobachtet werden, wie weit das erste Rad 220 eingefedert ist. Das Auffahren kann beendet sein, wenn sich das erste Rad 220 maximal nach oben beziehungsweise unten bewegt hat.

Optional kann das Hindernis 305 eine zweite Kante aufweisen, die anschließend in entsprechender Weise befahren werden kann. So kann ein zu überfahrendes, auf einem ebenen Untergrund liegendes Objekt als Abfolge eines positiven und eines negativen Hindernisses 305 aufgefasst werden.

Nach dem Überwinden des Hindernisses 305 kann der Bodenroboter 100 in einem Schritt 525 zurückgeneigt werden, um eine für einen Normalbetrieb vorgesehene Neigung einzunehmen. Dazu kann ein zuvor angehobenes Ende der Bodenplatte 125 wieder abgesenkt werden, oder ein zuvor abgesenktes Ende kann angehoben werden. Es ist zu beachten, dass das Anheben und Absenken der Bodenplatte 125 in den Schritten 510 und 525 auch begleitend zu einem Überfahren des positiven oder negativen Hindernisses 305 im Schritt 520 gesteuert werden kann.

Das Verfahren 500 kann in leicht abgewandelter Form auch zu einem anderen Zweck ausgeführt werden.

Durch das Steuern der Vorspannung des elastischen Elements 250 kann nicht nur der Bodenroboter 100 geneigt, sondern auch ein vertikaler Abstand zwischen einem vorbestimmten Punkt am Bodenroboter 100 und dem Untergrund 205 vergrößert oder verkleinert werden. Ist am Bodenroboter eine Bearbeitungseinrichtung 105 vorgesehen, so kann deren vertikaler Abstand vom Untergrund 205 durch Verändern der Vorspannung des elastischen Elements 250 verändert werden. Das Verfahren 500 kann daher auch angewendet werden, um eine Funktion der Bearbeitungsvorrichtung 105 zu unterstützen.

So kann im Schritt 505 eine Beschaffenheit oder ein Material eines zu befahrenden Untergrunds 205 bestimmt werden. Im Schritt 510 kann der vertikale Abstand der Bearbeitungseinrichtung 105 in Abhängigkeit der Beschaffenheit oder des Materials eingestellt werden. Beispielsweise kann auf einem glatten, harten Untergrund 205 ein geringerer Abstand eingestellt werden als auf einem weichen Untergrund oder einem langflorigen Teppich, sodass ein Festsaugen am Untergrund 205 vermieden werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform kann die vertikale Höhe auch aufgrund eines anderen Betriebsparameter des Bodenroboters 100 eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Stromaufnahme eines Saugwerks ansteigen, wenn ein von der Bearbeitungseinrichtung 105 umfasster Saugmund zu stark an den Untergrund angesaugt wird. Die Stromaufnahme des Saugwerks kann bestimmt und die vertikale Höhe in Abhängigkeit der bestimmten Stromaufnahme gesteuert werden.

Die beiden Varianten des Verfahrens 500 können miteinander integriert sein, sodass die Einstellung der Höhe des Bodenroboters 100 über dem Untergrund 205 auch mit gleichzeitiger Verstellung aufgrund eines zu überwindenden Hindernisses 305 erfolgen kann.

Bezugszeichen

100 Bodenroboter

105 Bearbeitungseinrichtung

110 Antriebseinrichtung

115 Bodenrad

120 Stützrad

125 Bodenplatte

200 Antriebseinheit

205 Untergrund

210 Fahrtrichtung

215 Zugmitteltrieb

220 erstes Rad

225 zweites Rad

230 Zugmittel

235 Halter

240 Drehachse

245 Antriebsmotor

250 elastisches Element

255 Hebel

260 Lagerbock

265 Anschlag

270 Aktor

275 Steuereinrichtung

280 Schnittstelle

285 Sensor

305 Hindernis

405 Kurvenscheibe

410 Drehachse 415 Führungsbolzen

500 Verfahren

505 Hindernis erfassen 510 Bodenplatte anheben

515 Antriebsmotor ansteuern

520 Hindernis überfahren

525 Bodenplatte absenken

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Antriebseinheit (200) für einen Bodenroboter (100), wobei die Antriebseinheit (200) folgendes umfasst:

- ein erstes Rad (220);

- ein zweites Rad (225);

- ein Zugmittel (230), das über beide Räder (220, 225) läuft;

- ein elastisches Element (250), um das erste Rad (220) gegenüber dem Bodenroboter (100) nach unten zu drücken; und

- einen Aktor (270) zur Steuerung einer Vorspannung des elastischen Elements (250).

2. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 1, wobei der Aktor (270) ein selbstsperrendes Getriebe umfasst.

3. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 2 wobei der Aktor (270) eine Kurvenscheibe (405) umfasst.

4. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 2, wobei der Aktor (270) einen Spindeltrieb umfasst.

5. Antriebseinheit (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aktor (270) dazu eingerichtet ist, eine Federhärte des elastischen Elements (250) zu steuern.

6. Antriebseinheit (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuereinrichtung (275) zur Steuerung des Aktors (270) in Abhängigkeit eines mittels der Antriebseinheit (200) zu überwindenden Hindernisses (305).

7. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Sensor (285) zur Abtastung eines Umfelds des Bodenroboters (100); wobei die Steuervorrichtung (275) dazu eingerichtet ist, ein zu überwindendes Hindernis (305) auf der Basis einer Abtastung des Sensors (285) zu erkennen.

8. Antriebseinheit (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche; ferner umfassend einen Antriebsmotor (245) zum Antrieb des zweiten Rads (225), wobei das erste Rad (220) bezüglich einer üblichen Fahrtrichtung (210) des Bodenroboters (100) vor dem zweiten Rad (225) liegt.

9. Antriebseinheit (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Räder (220, 225) gleiche Durchmesser haben.

10. Verfahren (500) zum Steuern eines Bodenroboters (100) mit einer Antriebseinheit (215) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drehachse (240) quer zur Fahrtrichtung verläuft; wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst:

Erfassen (505) eines zu überwindenden Hindernisses (305);

Neigen (510) des Bodenroboters (100) um die Drehachse (240) in Abhängigkeit des Hindernisses (305); und

- Antreiben (515) des zweiten Rads (220), um das Hindernis (305) zu überwinden.

11. Verfahren (500) zum Steuern eines Bodenroboters (100) mit einer Antriebseinheit (215) nach einem der vorangehenden Ansprüche; wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst:

Erfassen (505) eines zu bearbeitenden Untergrunds (205); und

Steuern (510) einer Vorspannung des elastischen Elements (250) in Abhängigkeit des erfassten Untergrunds (205), um einen vertikalen Abstand einer

Bearbeitungseinrichtung (105) des Bodenroboters (100) vom Untergrund (205) einzustellen.