專利名稱：自行式器具,尤其自行式地面吸塵器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自行式器具，尤其自行式地面吸塵器，包括電機驅動的行走輪、器 具外殼和優選地一個集塵箱，其中，器具設有障礙識別裝置，后者由光發射和接收單元組 成，以及設有射束轉向元件，以及，為了環形檢測至少部分發射和接收單元設置為可旋轉 180°或更多。
背景技術：
所述類型的器具例如由DE10242257A1是已知的。為此，在本申請所公開的內容中 全面吸收了該專利申請涉及障礙識別的工作方式和行為策略的內容，也為此目的，此專利 申請的特征也吸納在本申請的權利要求書中。當自行式器具，尤其是自行式地面吸塵器在房間內行走時，它必須識別物件和空 間界限，以及通過適度的調車運行和避讓運動做出反應。在這方面已知，為了障礙識別使用 光學距離傳感器。當看到一個阻塞行駛通路的物件時，由微型信息處理機處理光傳感器的 接收信號，微型信息處理機命令驅動輪停止或啟動器具相應的行為策略。為了能在房間內 部提供合理導航，還已知器具設有障礙識別裝置，它檢測器具大的周緣范圍，并提供至少近 似環形的檢測。為此可旋轉地設置發射和/或接收單元，此外可繞器具垂直軸旋轉，由此達 到180°至270°或更大的掃描角。
發明內容
鑒于上述現有技術，本發明所要解決的技術問題在于，在障礙識別方面進一步改 進所述類型的自行式器具。此技術問題首先和主要通過權利要求1的技術內容解決，其中規定，發射和接收 單元以光學測量方法，亦即相位相關法、光傳播時間測量法或外差法之一為基礎。基于這些 光學測量方法，從器具邊緣起的作用距離或有效距離可達20cm以上，優選地超過50cm，由 此可相應地識別更遠處的障礙物或空間界限，從而能啟動器具的早期反應。此外，由此還可 以改善器具在房間內的定向。在采用光傳播時間法時，測量在發射短的光脈沖與從障礙物 上反射的光命中光接收器之間的行程時間。在采用相位相關法時發射一種經調制的矩形或 正弦形光束，也可以與之不同有另一種周期性的形狀。若如此調制的光束命中障礙物，則部 分光能被反射并命中光接收器，該反射光同樣是經調制的。基于發射光信號與接收反射光 之間的傳播時間確定相位移，它與要測量的距離有關。因此可以電子化方式獲知相位移，由 此得出所測的距離值。發射單元控制裝置的調制優選地通過頻率進行，它與傳感器的距離 測量范圍相適應。為了在通過相位甄別器評估反射信號時能得到唯一性的測量值，優選地， 要測量的最大距離小于或最大等于調制信號的四分之一波長。因為信號行程從發射單元導 引到被檢測對象，并從被檢測對象導回在發射單元附近或與發射單元一致的接收單元，所 以在此條件下的信號行程最多等于調制信號的二分之一波長。在這里，可在任何時刻存在 周期性的調制信號；與之不同，按規定的時間間隔活化信號包。外差法按干涉儀的原理工作。在這里，有確定頻率的光束優選地調制為正弦形。該頻率可連續改變。從障礙物反射 的光線由接收單元探測并與發射的信號作比較。若在發射與接收的信號之間出現結構性干 涉，則離障礙物的距離是當時調制頻率波長的若干整數倍。通過疊加和連續改變(掃描) 多個調制頻率，可以達到測量的唯一性。下面，也在附圖的說明中，多次按其與權利要求1的技術主題或其他權利要求的 特征優選的配合關系，說明本發明的其他特征。但它們按僅與權利要求1或各其他權利要 求個別特征的配合關系或各自獨立的表述，也可以是有意義的。此外采用一種形式上為在接收信號的調制與發射的調制信號之間進行相位比較 的評估方法。為此例如設置一個按集成組件形式或按離散結構形式的相位甄別器。兩個調 制信號的相位差意味著是反射對象與距離傳感器(發射和接收單元)之間距離的期望值。 此外優選地一個信號處理級處于光接收單元與相位甄別器之間，它通過放大器或比較儀提 供。為此，由不同的接收幅度組成的信號處理級始終產生相同的信號幅度，從而可以在檢測 對象反射系數的一個寬的范圍內實施距離測量。按另一種實施形式，信號處理級附加地有消除或減小基于電磁雜散或外來光的干 擾影響的設備。此設備例如由帶通濾波器、鎖相環路(PLL)或兩者的組合組成。為了消除 放大器或比較儀、PLL或帶通濾波器的信號傳播時間，可以附加地在發射的調制信號與相位 甄別器之間連接同類構件。按一項設計，不僅信號處理級而且相位甄別器，均存在單一或多 重的布局，其中多重配置利用于評估多個或陣列狀或行列狀光接收單元的多個接收信號。在多個接收信號的情況下，優選地信號處理級或相位甄別器單一設置，其中借助 乘法器順序處理不同的接收信號。與借助一個或多個相位甄別器測量距離不同，距離測量通過時間測量實施，它從 調制包的發射時刻一直延伸到伴隨而來的信號包接收時刻。在這種情況下距離測量范圍與 調制信號的波長無關。若距離測量通過傳播時間測量進行，則優選地調制信號不同于或補 充上述信號形式，按選擇作為脈沖或脈沖包存在。按本發明對象的進一步發展，規定以這樣的方式旋轉360°檢測，S卩，發射和/或 接收單元為了環形檢測連續繞器具的垂直軸旋轉，或與之不同實施交替的回轉運動，此時 沿一個運動方向達到360°環形檢測。當發射和/或接收單元至少部分能旋轉地設置時，按一項優選的設計規定，以這 樣的方式實施射束的導引，即，使在至少兩個光學元件之間的射束的中央射線與一旋轉件 的旋轉軸線相交或與其重合，其中，所述至少兩個光學元件中的至少一個為旋轉而設置在 該旋轉件上。在此意義上的光學元件是發射和/或接收單元，以及射束轉向和射束成形元 件，如透鏡和反射鏡之類。若射束的中央射線與旋轉件的旋轉軸線相交，則優選地相關的發 射和/或接收單元同時裝在旋轉件內，此外就旋轉件的旋轉軸線而言，安裝在與光從旋轉 件的出口或光進入旋轉件的進口對置的旋轉件區段內。若反之中央射線與旋轉件的旋轉軸 線重合，則當中央射線通常優選地近似水平定向時，在光從旋轉件的出口或光進入旋轉件 的進口區域內，達到在旋轉件內部中央射線的轉向，此時可設在旋轉件內部的發射和/或 接收單元優選地同軸于旋轉件的旋轉軸線定向，沒有其他射束轉向元件。優選地，當中央射 線與旋轉軸線重合時，發射和/或接收單元定位在相對于可旋轉的旋轉件固定的器具外殼 內。這提供發射和/或接收單元在器具內部有利的直接電觸點接通。
5
按另一項優選的設計，位于沿發射單元射線方向最后的那個射束轉向元件裝在旋 轉件內，相應于環形檢測圍繞器具的一優選垂直的軸線旋轉，以及必要時另一個沿射線方 向設置在所述最后的那個射束轉向元件前的射束轉向元件，設在旋轉件內和/或安裝在相 對于旋轉件固定的器具內。射束轉向元件用于使發射的光束轉向到沿一個方向，這一方向 與命中元件的射束的射線方向相交一個角度。與此有關，尤其規定中央射線轉向75°至 105°，優選90°，此外從垂直的射線方向轉向為沿至少近似水平的射線方向。優選地，另一個設置在所述最后的那個射束轉向元件前的光學元件固定安裝，優 選相應地設置在相對于旋轉件固定的器具內。此光學元件可以涉及一種射束轉向或射束成 形元件，也可以是發射單元。相應地，所述在旋轉件內最后的那個射束轉向元件，是在旋轉 件內沿發射單元射線方向觀察的第一個光學元件。此外建議，發射單元固定安裝以及在旋轉件內借助反射鏡或反射器實施射束轉 向。在這種情況下優選地發射單元設在相對于旋轉件固定的器具內并具有一個射線方向， 這一射線方向優選地垂直向上沿旋轉件的旋轉軸線定向，此外朝著設在旋轉件內的反射鏡 或反射器的方向，它們用于將射束從垂直方向轉向為優選地沿水平方向。另一項設計規定，沿射線方向在射束轉向元件后設一個射束成形元件，例如用于 射線集束，還例如用于過濾。基于上述配置，設在射束轉向元件后的射束成形元件同樣也 設置在旋轉件內，從而使此元件為了環形檢測在工作時也繞優選地垂直定向的旋轉軸線旋 轉。與之不同或按組合設計，射束成形元件沿射線軌跡設在射束轉向元件前，從而達到沿發 射單元的射線方向在轉向前射束成形。在射束轉向元件前的射束成形元件，在這里可設在 相對于旋轉件固定的器具內，連接在發射單元的下游，但也可以與之不同設在旋轉件內部， 由此可以在旋轉件的內部達到射束成形和射束轉向元件的集束。若不僅沿射線方向在最后 的射束轉向元件前，而且在最后的射束轉向元件后設置一個射束成形元件，則這些射束成 形元件的延伸平面相交一個與射束轉向相適配的角度，優選地是彼此垂直的90°轉向角。按另一項優選的設計，位于沿接收單元射線方向的第一個射束轉向元件裝在旋轉 件內，為了環形檢測相應地繞器具優選垂直的軸線旋轉，以及，必要時另一個沿射線方向設 置在所述第一個射束轉向元件后的射束轉向元件，設在旋轉件內和/或安裝在相對于旋轉 件固定的器具內。射束轉向元件用于使反射的光束轉向到沿一個方向，這一方向與命中在 元件上射束的射線方向相交一個角度。與此有關，尤其規定中央射線轉向75°至105°，優 選90°，此外從水平的射線方向轉向為沿至少近似垂直的射線方向。優選地，另一個設置在所述第一個射束轉向元件后的光學元件固定安裝，優選相 應地設置在相對于旋轉件固定的器具內。此光學元件可以涉及一種射束轉向或射束成形元 件，也可以是接收單元。此外建議，接收單元固定安裝以及在旋轉件內借助反射鏡實施射束轉向。在這種 情況下優選地接收單元設在相對于旋轉件固定的器具內并具有一個射束接收方向，它優選 地沿旋轉件的旋轉軸線定向，此外從設在旋轉件內用于射束轉向的反射鏡出發，從水平方 向轉向為優選地沿垂直方向。另一項設計規定，沿射線方向在射束轉向元件前設一個射束成形元件，例如用于 射線集束，還例如用于過濾。基于上述配置，設在射束轉向元件前的射束成形元件同樣也 設置在旋轉件內，從而使此元件為了環形檢測在工作時也繞優選地垂直定向的旋轉軸線旋轉。與之不同或按組合設計，射束成形元件沿射線軌跡設在射束轉向元件后，從而達到沿接 收單元的射線方向在轉向后射束成形。在射束轉向元件后的射束成形元件，在這里可設在 相對于旋轉件固定的器具內，連接在接收單元的上游，但也可以與之不同設在旋轉件內部， 由此可以在旋轉件的內部達到射束成形和射束轉向元件的集束。若不僅沿射線方向在第一 個射束轉向元件前，而且在第一個射束轉向元件后設置一個射束成形元件，則這些射束成 形元件的延伸平面相交一個與射束轉向相適配的角度，優選地是彼此垂直的90°轉向角。按一項設計，射束成形元件是一個透鏡，尤其雙面凹透鏡、雙面凸透鏡、平凸透鏡， 或除此之外是透鏡為球形優選地非球形的平凹透鏡。此外，透鏡也可以設計為菲涅爾透鏡 的形式。非球形視準透鏡在這里用于光源的射束聚束。優選地，射束轉向元件為了射束轉向以及必要時也為了射束成形是一個反 射鏡，尤其是平面鏡。與之不同，也可以考慮使用曲面鏡，例如形式上為凹面反射鏡 (Hohlspiegel)或設計為散光鏡，此時可以是球形、橢圓形或非球形。按另一項設計，射束轉向元件也可以是一個棱鏡，或設計為實心件的光導體，與之 不同也可以設計為空心管或光纖光導體。此外，光學元件必要時是濾波器，尤其是按波長的濾波器，例如染色的塑料件，或 光學窄帶濾波器(干涉濾波器)。濾波器也可以是形式上為灰色濾光片的強力濾波器，此外 可以是直線或圓形的極化濾波器。濾波器還可以通過施加相應的例如氟化鎂涂層降低反射 系數。此外光柵也可以構成濾波器。光學元件必要時是光闌，如形式上為分瓣光圈或孔眼光闌的機械光闌。與之不同 采用液晶顯示器光學裝置(LCD Optics)作為光學元件，其中，射線軌跡通過夾入液晶顯示 晶胞(IXD Cell)遮蔽。這也提供了一種構建依據具體狀況改變的動態光闌的方案。光學元件也可以通過一個或多個面平行的透明板構成，例如設計為用于保護發射 和/或接收單元的窗口，該窗口有上述用于射束轉向和/或射束成形的光學特性。按優選的設計，具有或攜帶光學元件的旋轉件用保護罩覆蓋，防止光學元件受外 部影響，尤其機械影響。在這里，保護罩可隨同旋轉地裝在旋轉件本身上。按另一項優選的 設計，設相對于旋轉件固定的保護罩，因此尤其將保護罩固定在器具上。優選地，旋轉件的驅動通過單獨的馬達，尤其電動機實現，在器具投入運行時電動 機直接或通過中間連接的傳動裝置驅動旋轉件。與之不同，旋轉件的驅動與器具走行輪的 驅動耦合，從而使旋轉件的驅動取決于器具的行走運動。在這方面設置將行走輪的驅動導 出旋轉件驅動的傳動裝置。也可以規定與旋轉毛刷電動機耦合。旋轉件的驅動通過摩擦輪離合器進行，與之不同通過齒輪離合器或有齒形皮帶、 平皮帶、三角皮帶或圓皮帶的皮帶傳動裝置進行。此外規定，保護罩由圓筒件組成，它在上部用蓋封閉，尤其同心于旋轉軸線設置的 圓筒件在射線穿過區設計為透明的，或設計為在穿透的射線的波長范圍內是透光的，其中 所述范圍可有光學特性。這種透明或透光的保護罩區域例如設計為射束成形元件。在這種 情況下，保護罩或它的圓筒件起圓柱透鏡的作用。按另一項設計，圓筒件設計為截錐形，它 至少部分透明的壁有在橫截面內平行延伸的外表面和內表面。圓筒件壁在橫截面內也可以 通過兩個圓弧形成，其中優選地在橫截面內觀察的內圓弧半徑，選擇為大于外圓弧半徑。此 外按另一種設計，圓筒件壁的橫截面成形為球形。還可按另一種設計，將圓筒件的壁段設計
7為菲涅爾透鏡，此時外表面設計為連續光滑，為的是防止從外部粘附灰塵。反之，內表面沿 旋轉軸線的軸向觀察設計為分段的，例如使如此設計的菲涅爾透鏡成型有三個沿軸向先后 排列的分段。按一項優選的設計，光學元件，尤其射束成形元件，由光學塑料組成，如聚甲基丙 烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯或聚苯乙烯，還例如由環烯共聚物(C0C)系列組成。它們光學透 明或為了實現過濾功能染色或上漆。也可以考慮使用光學透明或為了實現過濾功能染色或 上漆的玻璃。此外還可以組合兩種或更多種光學材料，例如在纖維光學中利用的那樣，例如 為了充分利用在兩個不同的光學介質的界面上全反射。業已證實有利的是，在一個射線軌跡(發射或接收射線軌跡)內合并不同光學元 件的功能。例如一個濾波器和一個透鏡可合并成一個單側用濾波器覆層的透鏡，還例如一 個曲面鏡與一個棱鏡可合并為一個帶彎曲側的棱鏡。再例如一個反射鏡與一個濾波器可以 合并為一個濾波器覆層的反射鏡。纖維光學的光導體與反射鏡例如合并為一個按照反射角 彎曲的纖維光學的光導體，它造成期望的射束轉向。當光導體由棱柱體組成時，也可以與設 在射線軌跡內的反射鏡相結合，它們合并成一種帶射束轉向的棱柱形光導體。本發明還涉及一種自行式器具，尤其是自行式地面吸塵器，包括電機驅動的行走 輪、器具外殼和優選地一個集塵箱，其中，器具設有障礙識別裝置，它由光發射和接收單元 組成，以及沿周緣分布地固定設置多個射線源和/或多個固定的射線接收器。為了解決本發明所提出的前述技術疑難問題，建議，發射和接收單元以光學測量 方法，亦即相位相關法、光傳播時間測量法或外差法之一為基礎。此技術疑難問題首先和主要通過權利要求24的技術主題解決，其中規定，發射和 接收單元以光學測量方法，亦即相位相關法、光傳播時間測量法或外差法之一為基礎。基于 這些光學測量方法，從器具邊緣起的作用距離可達40cm以上，優選地超過50cm，由此可相 應地識別更遠處的障礙物或空間界限，從而能啟動器具的早期反應。此外，由此還可以改善 器具在房間內的定向。在采用光傳播時間法時，測量在發射短的光脈沖與從障礙物上反射 的光命中光接收器之間的行程時間。在采用相位相關法時發射一種經調制的矩形或正弦形 光束，也可以與之不同有另一種周期性的形狀。若如此調制的光束命中障礙物，則部分光能 被反射并命中光接收器，該反射光同樣是經調制的。基于發射光信號與接收反射光之間的 傳播時間確定相位移，它與要測量的距離有關。因此可以電子化方式獲知相位移，由此得出 所測的距離值。發射單元控制裝置的調制優選地通過頻率進行，它與傳感器的距離測量范 圍相適應。為了在通過相位甄別器評估反射信號時能得到唯一性的測量值，優選地，要測量 的最大距離小于或最大等于調制信號的四分之一波長。因為信號行程從發射單元導引到被 檢測對象，并從被檢測對象導回在發射單元附近或與發射單元一致的接收單元，所以在此 條件下的信號行程最多等于調制信號的二分之一波長。在這里，可在任何時刻存在周期性 的調制信號；與之不同，按規定的時間間隔活化信號包。外差法按干涉儀的原理工作。在這 里，有確定頻率的光束優選地調制為正弦形。該頻率可連續改變。從障礙物反射的光線由 接收單元探測并與發射的信號作比較。若在發射與接收的信號之間出現結構性干涉，則離 障礙物的距離是當時調制頻率波長的若干整數倍。通過疊加和連續改變(掃描)多個調制 頻率，可以達到測量的唯一性。下面，也在附圖的說明中，多次按其與權利要求24的技術主題或其他權利要求的特征優選的配合關系，說明本發明的其他特征。但它們按僅與權利要求24或各其他權利要 求個別特征的配合關系或各自獨立的表述，也可以是有意義的。此外采用一種形式上為在接收信號的調制與發射的調制信號之間進行相位比較 的評估方法。為此例如設置一個按集成組件形式或按離散結構形式的相位甄別器。兩個調 制信號的相位差意味著是反射對象與距離傳感器(發射和接收單元)之間距離的期望值。 此外優選地一個信號處理級處于光接收單元與相位甄別器之間，它通過放大器或比較儀提 供。為此，由不同的接收幅度組成的信號處理級始終產生相同的信號幅度，從而可以在檢測 對象反射系數的一個寬的范圍內實施距離測量。按另一種實施形式，信號處理級附加地有消除或減小基于電磁雜散或外來光的干 擾影響的設備。此設備例如由帶通濾波器、鎖相環路(PLL)或兩者的組合組成。為了消除 放大器或比較儀、PLL或帶通濾波器的信號傳播時間，可以附加地在發射的調制信號與相位 甄別器之間連接同類構件。按一項設計，不僅信號處理級而且相位甄別器，均存在單一或多 重的布局，其中多重配置利用于評估多個或陣列狀或行列狀光接收單元的多個接收信號。在多個接收信號的情況下，優選地信號處理級或相位甄別器單一設置，其中借助 乘法器順序處理不同的接收信號。與借助一個或多個相位甄別器測量距離不同，距離測量通過時間測量實施，它從 調制包的發射時刻一直延伸到伴隨而來的信號包接收時刻。在這種情況下距離測量范圍與 調制信號的波長無關。若距離測量通過傳播時間測量進行，則優選地調制信號不同于或補 充上述信號形式，按選擇作為脈沖或脈沖包存在。按另一項優選的設計，多個射線源通過一個中央射線源實現，該中央射線源被一 個具有許多射線出口的光闌圍繞。這相應地只需要一個要激活的射線源，通過它將多個光 束優選沿器具周緣均勻分布地沿徑向向外發射。在這里，有一些射束出口的光闌可以是一 個覆蓋中央射線源的罩，其中，這些通孔狀射束出口在環形壁內構成。按有利的設計，每個 射束出口設有一個尤其形成上為會聚鏡(視準管)的光學元件，它使各光束強力集束。沿周緣分布固定設置的射線源或通過光闌造成的多個射束，在障礙物上相應地反 射后，或命中器具相應數量的接收單元，或優選地按針對權利要求1至23所說明的設計，命 中一個可繞器具的垂直軸線旋轉360°的接收單元。為防止造成干擾的漫射光，在所設的光闌中，也在必要時設置的覆蓋旋轉件的保 護罩中，在有針對性地保持透明的區域之外余留的內表面，施加特殊的顏色或涂層，它吸收 除要測量的光束的波長外的所有波長。
下面借助僅表示多種實施例的附圖詳細說明本發明。附圖中圖1表示地面吸塵器的透視圖；圖2表示地面吸塵器下方透視圖；圖3表示地面吸塵器在地面工作過程中掃描障礙物；圖4表示器具的旋轉件示意圖，該旋轉件作為發射單元包括集成在該旋轉件內的 光源和一個射束成型元件；圖5表示與圖4相應的示意圖，但涉及另一種實施形式；
9
圖6表示再一種構成發射單元的實施形式；圖7表示按圖4的發射單元示意圖，但涉及另一種實施形式；圖8表示旋轉件的示意圖，該旋轉件作為接收單元包括集成在該旋轉件內的接收 傳感器和一個射束成形元件；圖9表示與圖8相應的視圖，涉及另一種設計；圖10表示另一種實施形式按圖8的示意圖；圖11表示另一種實施形式的旋轉件與相關的接收單元；圖12表示為器具配設的包括發射單元和相關的接收單元的旋轉件示意圖；圖13表示與圖12相應的視圖，包括集成在旋轉件內的發射和接收單元以及射束 成形元件；圖14表示與圖13相應的視圖，涉及另一種實施形式圖15表示器具的局部剖切側視圖，涉及另一種示意表示的實施形式；圖16表示圖15中區域XVI的局部放大區；圖17表示圖16中區域XVII的局部放大區；圖18表示與圖17相應的視圖，但涉及另一種實施形式；圖19表示另一個與圖17相應的視圖，按另一種實施形式；以及圖20表示通過按另一種實施形式固定的發射單元的水平剖面示意圖。
具體實施例方式首先借助圖1和2表示和說明形式上為清潔機器人的地面吸塵器1，它有一個底 架2，它在下側帶有面朝要保養的地面由電機驅動的走行輪3，以及一個超過底架底部4的 下棱邊伸出并同樣被電機驅動的毛刷5。底架2被器具罩6覆蓋，其中按圖示實施形式的地 面清潔器1有一個圓形的基本輪廓。走行輪3沿地面吸塵器1 一般的行駛方向r設在毛刷5后方，以及在毛刷5后方 還設有反向斜擋板7，通過它將掃除的污物拋投在未表示的箱狀容器內。沿一般的行駛方向r，在毛刷5前方定位一個形式上為隨行輪8的支承輪，基于此 隨行輪8，達到地面吸塵器1在要保養的地面上的三點式支承。盡管沒有表示，附加地或與毛刷5不同，地面吸塵器1還可以有一個抽吸口。在這 種情況下，在器具1內還設置一個抽風機的電動馬達。器具1各電動部件的供電，如走行輪3的電動機、毛刷5的電驅動器，必要時抽風 機和設在器具1內控制器具用的其他電氣部件的供電，借助一個未表示的可重復充電的蓄 電池進行。在這種地面吸塵器1中存在識別障礙物9的需求，以防器具1擋死。為此設一個 傳感式障礙識別裝置10。它由光發射單元11和光接收單元12組成。這些單元11和12中 至少一個，可繞吸塵器1垂直軸線x(沿箭頭c)旋轉地設在器具罩6的頂蓋側。發射單元11和接收單元12以光學測量法為基礎，尤其以相位相關法、光傳播時間 測量法或外差法為基礎，其中，單元11和單元12中至少一個繞吸塵器1旋轉軸線x旋轉 360°，實現障礙物環形檢測。若僅單元11和單元12之一設置為可以如此旋轉，則另一個 單元由一些與吸塵器1固定連接的傳感器組成，它們沿吸塵器1圓周均勻排列。
作為發射單元11采用激光二極管，或選擇LED或0LED，也可選用以電致發光為基 礎工作的光源。優選地，激光二極管有波長為650nm的可見紅光，在532nm范圍內的可見綠 光，或在780與llOOnm之間紅外線范圍內的不可見光。此外也可以是在紫外線范圍內的光。作為接收單元12使用光接收器，它至少在發射單元選擇的波長范圍內是敏感的。 接收單元12設計為至少一個光敏晶體管、光電二極管、光敏電阻器、CCD芯片或CMOS芯片， 其中，光接收器設計為檢測到達的各光信號的單個接收元件，或設計為用于同時或順序檢 測到達的多個光信號的多元件組或多元件行列。下面詳細說明的實施形式設計為使用單個測量射線或光束，實施沿圓周的多點測 量(典型地，在360°旋轉時，60至360點測量，優選180點測量)。這采取下述措施達到 至少發射單元11或其一些部分繞垂直軸線旋轉，并按某個間隔實施節奏式測量。在發射和/或接收單元12可相應地旋轉的設計中，以這樣的方式進行光束的導 引，即，使在兩個光學元件E (其中至少一個為了旋轉裝在旋轉件13內)之間的射束S的中 央射線M，與旋轉件13的旋轉軸線x相交或與其重合，其中，沿發射單元11的射線方向位于 最后或沿接收單元12的射線方向為首的射束轉向元件14裝在旋轉件13內，該射束轉向元 件14可以是反射鏡之類。圖4至7表示一些有關發射單元11可旋轉設計的實施例。發射單元11可以與同 樣旋轉的接收單元12配合作用，也可以與之不同，與多個固定在相對于旋轉件13固定的器 具1內、沿圓周均勻分布地排列的接收單元12配合作用。圖4示意表示旋轉件13，它可繞旋轉軸線x旋轉地燈塔狀安裝在吸塵器1上。例 如形式上為LED的發射單元11，離旋轉軸線x有徑向距離地設在旋轉件13內。一個光學 元件E相對于發射單元旋轉軸線x對置地定位在旋轉件13中，該光學元件E在這里是形式 上為雙面凸透鏡的射束成形元件15。從發射單元11出發的射束S中央射線M與旋轉軸線 x相交，在中心穿過射束成形元件15，以及相對于旋轉軸線x沿徑向向外穿過保護罩圓筒件 17的壁16，壁16設計為至少在透光區是透明的。旋轉件13的驅動借助單獨的電動機實現，如針對其他實施形式在后面還要詳細 說明的那樣。基于所述布局，包括發射部分和光學元件E在內的整個發射單元11裝在旋轉件13 中。光源的供電例如通過設在旋轉件13與器具罩蓋之間的滑動觸頭達到。圖5表示另一種實施形式。在這里，如也在另一些按圖6和7的實施形式中那樣， 光源18以這樣的方式安裝在相對于旋轉件13固定的吸塵器1內，即，使得從光源18射出的 射束S中央射線M與旋轉軸線x重合。相應地，盡管沒有詳細表示，不僅器具罩6的頂蓋， 而且旋轉件13面對著它的底板，在射線穿透區內均制有一個孔。按圖5，沿光源18射線方向觀察處在最后的那個形式上為反射鏡的射束轉向元件 14以及相繼的另一個光學元件E裝在旋轉件13內，并因而設置為旋轉的，而設在最后的射 束轉向元件14之前的那個光學元件E，則位置保持固定在器具1上或內。在圖5中采用平 面鏡作為處在最后的那個射束轉向元件14。沿射線方向在其下游布置一個形式上為會聚鏡 (雙面凸透鏡)的射束成形元件15。圖6中，在射束轉向元件14 (平面鏡)上游設置一個會聚鏡作為射束成形元件15。 因為它位于最后的射束轉向元件14(在這里是反射鏡)之前，所以它不旋轉，而是保持固定
11在器具1內。圖7表示一種實施形式，其中，在旋轉件13內設置形式上為凹面反射鏡的曲面鏡。 基于其結構設計，它不僅用作射束轉向元件14，而且用作射束成形元件15。因為此元件沿 光源18射線方向觀察是最后的射束轉向元件14，所以它安裝在旋轉件13內并可繞旋轉軸 線x旋轉。在圖8至11中表示接收單元12的一些可能的結構方案。它們等效于按圖4至7 的發射單元實施形式。圖8表示一種可能的設計，其中，不僅形式上為光電二極管的接收元 件19，而且形式上為光學透鏡的射束成形元件15，均安裝在旋轉件13內，其中射束成形元 件15使射入的射束S集束，以集中命中接收元件19。在這里，旋轉件13也借助單獨的電 動機驅動，在旋轉的旋轉件13與固定的器具1之間接收元件19的電觸點接通，借助旋轉件 13與器具罩6之間未表示的滑動觸頭達到。圖9表示一種設計，其中，沿命中接收元件19的射線方向觀察第一個形式上為反 射鏡的射束轉向光學元件14以及一個位于它之前的光學元件E旋轉，而另一個在第一個射 束轉向元件14后的光學元件E則固定安裝在器具1內。選擇平面鏡作為第一個射束轉向 元件14。為接收單元12配設會聚鏡作為射束成形元件15，當它安置在旋轉件13中時可以 旋轉，因為這一透鏡沿射線方向觀察布置在第一個射束轉向元件14前。固10表示一種方案，其中，如前面已說明的實施例那樣，沿接收單元射線方向第 一個射束轉向元件14設計為平面鏡，并安裝在旋轉件13內。作為射束成形元件15的會聚 鏡沿射線方向安置在該射束轉向元件14后，并因而與接收元件19 一樣固定定位在器具1 內。按圖11，也可以為接收單元12設一個安裝在旋轉件13內的曲面鏡，它同時用于射 束轉向和射束成形。因為該元件是沿射線方向觀察第一個射束轉向元件14，所以其他任何 光學元件E相對于它固定設置，如在圖示的實施例中為接收元件19。按圖5至7涉及發射單元11的實施形式以及按圖9至11涉及接收單元12的實 施形式，其特征在于，在旋轉的旋轉件13與相對于它固定的器具1之間的交接區僅穿過射 束S。不需要在旋轉件13與器具1之間的電觸點接通。圖12表示一種發射單元11與接收單元12組合的實施形式。在這里旋轉件13中 安裝一個棱柱形光導體20作為光學元件E。它主要有兩個按90°位置彼此定向的導體柱， 旋轉軸線x處于其中一個垂直定向的導體柱中心。在光導體20折拐區內與旋轉軸線x成45°的表面21，用于將障礙物9反射的光 束轉向為垂直向下，朝著設在器具1內并因而相對于旋轉件13位置固定的接收元件19方 向的射束。斜置的表面21被單獨的耦合面22中斷，后者平行于沿光源18射線方向觀察在最 后的那個光導體柱的橫截面定向。此耦合面22用于低損失地耦合發射單元的射束，使其中 央射線M在中心穿過光導體柱。從障礙物反射的射束，通過基于耦合面22分開構成的斜置表面，向下偏轉為沿與 軸線平行的方向。圖13表示組合式發射和接收單元的另一種實施形式。在本實施形式中為接收元 件19配設的會聚鏡(射束成形元件15)，同樣位于光源18的射線軌跡內。接收元件19同心地圍繞光源18設置，例如形式上為環形光電二極管。從光源18發射的光，穿過射束成形 元件15進入處置區，其中射束成形元件15設計為面平行的薄窗。為此，在這里的凸透鏡面 朝光源18設有對準射線軌跡的中心孔23，它有一個在透鏡對置側保留面平行的窗口的深 度。因為背對光源18與孔23重疊的面有可忽略不計的彎度，所以它以相對于底面平行表 面的方式作用，從而使該透鏡區不造成射束變形。而且，如此保留的窗口不僅對光源18而 且對接收元件19均可防止侵入污物或損壞。射出的測量光束相應地穿過射束成形元件15，沒有轉向，以及在被障礙物9反射 后，經元件15朝同心于光源18設置的接收元件19的方向回射。圖14表示一種實施形式，其中，為在旋轉件13中的接收元件19配設一個非球形 的凹面反射鏡，作為射束轉向元件14。它不僅用于射束轉向，而且用于射束成形。此外為光源18配設一個用于射束轉向的平面鏡24，其中，該平面鏡24集成在所述 凹面反射鏡內，因此被光導體20照射的區域設計為平面鏡，實際上是凹面反射鏡內的一個 磨光面。圖15和16表示用于旋轉件13驅動的一種可能的設計。驅動借助單獨設置在器具1內的電動機25，以及電動機25與旋轉件13之間的摩 擦輪傳動裝置26進行。在這里，旋轉件13設計為圓筒件27，它設計為基本上透光的以及 被頂段28覆蓋。在旋轉件13內安裝一個射束轉向元件14，形式上為一個中心被旋轉軸線 x穿過并在一個相對于旋轉軸線x軸成45°角布置的平面內延伸的平面鏡。在沿徑向向外 定向的射線軌跡內，圓筒件27的壁制有射線可穿透的窗口 29。旋轉件13或其圓筒件27穿過器具罩6頂側的孔，摩擦輪傳動裝置26處于頂的下方。發射單元11的設計相應于按圖6的設計，接收單元12的設計相應于按圖11的設 計，其中射束轉向元件14在這里設計為平面鏡。作為發射與接收單元唯一的組成部分，具有加蓋的圓筒件27的旋轉件13旋轉，它 含有射束轉向元件14。其他光學元件E，如從射束轉向元件14垂直向下伸入器具1內的光 導體20、接收元件19、光源18和此外構成射束成形元件15的準直儀透鏡30，固定安裝在器 具1內。另一個設在機器人1內的電子設備31控制光源18的輸出信號，以及用于處理通 過接收元件19截獲的光信號，用于尤其根據行駛特性恰當地控制器具1。在圖示的實施例中，旋轉件13用保護罩32覆蓋。它主要由上面用蓋34封閉的圓 筒件33組成。按另一種設計，保護罩32設計為整體，在這種情況下它也可以與圖示的圓柱 形不同，只要不引起對射線軌跡有害的影響。保護罩32旋轉固定地裝在器具罩6上。固定的透明圓筒件33保護在內部的旋轉機械，尤其是包括射束轉向元件14的旋 轉件13。圓筒件33允許無阻礙通過光束和反射光用于距離測量。蓋34向上封閉此系統。 它用不透光的材料制造在圖示的實施例中，蓋34設有徑向伸出的凸緣35。當器具與障礙物碰撞時，它將 脈沖收集在傳感器區域內，以及保護圓柱體33防止損壞，尤其刮傷透明區。除了由圓柱體33構成的環形出口窗之外的所有區域，可至少在壁內側刷漆或涂 層，以阻斷漫射光。此外，圓柱體的透明區可施加特殊的顏色或涂層，它能吸收除測量用的光束外所有的波長。尤其由圖17的放大詳圖可以看出，透明設計的圓筒件33設計為嚴格的圓柱形，包 括相應地同軸于旋轉軸線x定向的外表面和內表面。按另一種設計，這些平行面也可以相 對于軸線成銳角延伸，成為圓筒件33的截錐狀設計。按圖18的另一種實施形式規定，在橫截面內觀察，圓筒件33的壁由兩個圓弧構 成，在這種情況下優選地，沿徑向在內部成為內表面的圓弧禮，選擇為大于成為外表面的圓 弧Ra，由此同時賦予圓筒件33的透明部分一種射束成形特性。按圖19所示的圓筒件33也可以設計為菲涅爾透鏡的類型。在圖示的實施例中， 圓筒件33由沿軸向三個串聯的單個分段36組成，它們相互通過粘結或焊接拼合。在這里， 所形成的外表面光滑設計，防止灰塵粘附在可能的縫隙中。反之，內表面分段階梯式，構成 一個菲涅爾透鏡狀的壁。若只設一個相應于上述設計可旋轉的接收單元12，則可以沿器具1的圓周分布地 布置多個光源18作為發射單元11，它們適應于接收單元12的旋轉速度，按節奏發射脈沖式 光束，它們被旋轉的接收元件19截獲。與設置多個單個光源18不同，按圖20的示意圖設一個中央射線源37。它用一個 罩38覆蓋，罩38將其環形壁39成形為光闌40。為此在壁39內沿圓周均勻分布六個通孔 41作為射線出口。罩38的壁39和頂設計為不透光的，所以這一個射線源37造成多個穿過通孔41 的測量射束，其中，射線源37沿360°的圓周角放射。按有利的設計，每個通孔41設有一個形式上為會聚鏡的射束成形元件15，它將各 自放射的光束強力集束。所有公開的特征均為(本)發明的重要內容。在本申請所公開的內容中也全面吸 收了相關的/所屬的優先權文件(在先申請文件副本)所公開的內容，也為此目的，這些文 件的特征吸納在本申請的權利要求書中。各從屬權利要求以其可選的并列的撰寫方式都代 表了各個有獨立意義的、在現有技術基礎上進行的富于獨創性的進一步發展，尤其可以這 些從屬權利要求為基礎分別提出申請。附圖標記列表
1地面吸塵器
2底架
3走行輪
4底架底部
5毛刷
6器具罩
7污物擋板
8隨行輪
9障礙物
10障礙識別裝置
11發射單元
12接收單元
13旋轉件
14射束轉向元件
15射束成形元件
16壁
17圓筒件
18光源
19接收元件
20光導體
21表面
22耦合面
23孔
24平面鏡
25電動機
26摩擦輪傳動裝置
27圓筒件
28頂段
29窗口
30準直儀透鏡
31電子設備
32保護罩
33圓筒件
35蓋
35凸緣
36分段
37射線源
38罩
39壁
40光闌
41通孔
c旋轉方向
r行駛方向
E光學元件
M中央射線
S射束
x旋轉軸線
1權利要求
一種自行式器具，尤其自行式地面吸塵器(1)，包括電機驅動的行走輪(3)、器具外殼和優選地一個集塵箱，其中，器具(1)設有障礙識別裝置(10)，該障礙識別裝置(10)由光發射和接收單元(11，12)組成，以及設有射束轉向元件，以及，為了環形檢測，至少一部分發射和接收單元(11、12)設置為可旋轉180°或更多，其特征為所述發射和接收單元(11，12)以光學測量方法，亦即相位相關法、光傳播時間測量法或外差法之一為基礎。
2.按照權利要求1所述的器具，其特征為，設置旋轉360°檢測。
3.按照權利要求1或2所述的器具，其特征為，在所述發射和/或接收單元(11，12)至 少部分可旋轉地設置時，以這樣的方式實施射束的導引，即，使在至少兩個光學元件(E)之 間的射束(S)的中央射線(M)與一旋轉件(13)的旋轉軸線(x)相交或與該旋轉軸線(x) 重合，其中，所述至少兩個光學元件(E)中的至少一個為旋轉而設置在該旋轉件(13)上。
4.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，一個沿發射單元(11)射線方向位 于最后的射束轉向元件(14)安裝在所述旋轉件(13)內。
5.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，設置在所述最后的那個射束轉向 元件(14)之前的另一光學元件(E)固定安裝。
6.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述發射單元(11)固定安裝以及 在所述旋轉件(13)內借助反射鏡或反射器實施射束轉向。
7.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，沿射線方向在所述射束轉向元件 (14)之后設一個射束成形元件(15)。
8.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束成形元件(15)沿射線軌 跡設在所述射束轉向元件(14)前。
9.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，一個沿接收單元(12)射線方向處 于第一個的射束轉向元件(14)裝在所述旋轉件(13)內。
10.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，設置在所述第一個射束轉向元件 (14)后的另一光學元件(E)固定安裝。
11.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述接收單元(12)固定安裝以 及在所述旋轉件(13)內借助反射鏡實施射束轉向。
12.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，沿射線方向在所述射束轉向元件 (14)前設一個射束成形元件(15)。
13.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束成形元件(15)沿射線 軌跡設在射束轉向元件(14)后。
14.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束成形元件(15)是一個 雙面凸透鏡。
15.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束轉向元件(14)是一個平面鏡。
16.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束轉向元件(14)是一個曲面鏡。
17.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束轉向元件(14)是一個 凹面反射鏡。
18.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述射束轉向元件(14)是一個棱鏡。
19.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述旋轉件(13)被保護罩(32)覆蓋。
20.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述旋轉件(13)由一單獨的電 動機(25)驅動。
21.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述驅動通過摩擦輪離合器進行。
22.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述保護罩(32)由圓筒件(33) 組成，該圓筒件(33)在上部用一蓋(34)封閉。
23.按照上述任一項權利要求所述的器具，其特征為，所述蓋(34)設計為不透光的。
24.一種自行式器具，尤其是自行式地面吸塵器(1)，包括電機驅動的行走輪(3)、器 具外殼和優選地一個集塵箱，其中，所述器具(1)設有障礙識別裝置(10)，該障礙識別裝置 (10)由光發射和接收單元(11，12)組成，以及沿周緣分布地固定設置多個射線源和/或多 個固定的射線接收器，其特征為所述發射和接收單元(11，12)以光學測量方法，亦即相位 相關法、光傳播時間測量法或外差法之一為基礎。
25.按照權利要求24所述的器具，其特征為，所述多個射線源通過一個中央射線源 (37)實現，該中央射線源(37)被一個具有許多射線出口的光闌(40)圍繞。
全文摘要
本發明涉及一種自行式器具，尤其自行式地面吸塵器(1)，包括電機驅動的行走輪(3)、器具外殼和優選地一個集塵箱，其中，器具(1)設有障礙識別裝置(10)，它由光發射和接收單元(11，12)組成，以及設有射束轉向元件，以及，為了環形檢測至少部分發射和接收單元(11、12)設置為可旋轉180°或更多。為了在障礙識別方面進一步改進所述類型自行式器具的設計，建議，發射和接收單元(11，12)以光學測量方法，亦即相位相關法、光傳播時間測量法或外差法之一為基礎。
文檔編號A47L9/19GK101856208SQ20101014409
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月29日 優先權日2009年4月1日
發明者丹尼爾·朱伯, 哈拉爾德·溫多弗, 弗蘭克·邁耶, 德克·格拉芬戈爾特 申請人:德國福維克控股公司