DE102021207322A1 - Drive unit for a ground robot - Google Patents

Abstract

Eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter umfasst einen Kettenantrieb mit einem ersten und einem zweiten Kettenrad, über die eine Kette läuft; und ein Antriebsrad, wobei das zweite Kettenrad und das Antriebsrad jeweils antreibbar sind. Dabei liegt ein unteres Ende des Antriebsrads tiefer als ein unteres Ende der Kette, sodass die Kette in einen ebenen Untergrund nur dann eingreift, wenn das Antriebsrad in den Untergrund einsinkt.A drive unit for a floor robot comprises a chain drive with a first and a second chain wheel over which a chain runs; and a drive wheel, wherein the second sprocket and the drive wheel are each drivable. A lower end of the drive wheel is lower than a lower end of the chain, so that the chain only engages in level ground when the drive wheel sinks into the ground.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für einen Reinigungsroboter in einem Haushalt.The present invention relates to a drive unit for a floor robot. In particular, the invention relates to a drive unit for a cleaning robot in a household.

Ein Staubsaugroboter ist dazu eingerichtet, sich autonom über eine Bodenfläche zu bewegen und diese dabei zu reinigen. Dazu umfasst der Staubsaugroboter eine Saugeinrichtung und eine Antriebseinrichtung. Eine Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, mittels einer Anzahl Sensoren ein Umfeld des Staubsaugroboters abzutasten und den Staubsaugroboter auf der Bodenfläche zu steuern. Der Staubsaugroboter kann insbesondere in einem Haushalt eingesetzt werden.A vacuum cleaning robot is set up to move autonomously over a floor area and to clean it in the process. For this purpose, the vacuum cleaning robot includes a suction device and a drive device. A control device is set up to use a number of sensors to scan an area surrounding the robot vacuum cleaner and to control the robot vacuum cleaner on the floor surface. The vacuum cleaning robot can be used in particular in a household.

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.Different floor coverings, objects lying on the floor such as carpets, cables or pieces of furniture, or structural conditions such as doorsteps or uneven sections can place great demands on the flexibility of the drive device. The drive device usually includes two drive wheels, which can each be driven by means of an associated electric motor. The drive wheels are attached to the right and left of the robot vacuum cleaner, with support wheels being able to be provided in front of and behind the drive wheels. Each drive wheel can preferably be individually springed out of the device, so that contact with the ground can be maintained if the device hits an obstacle with a front or rear edge.

Auf bestimmten Untergründen, beispielsweise einem langflorigen Teppich, kann eines der Antriebsräder seine Traktion verlieren, sodass der Staubsaugroboter nur noch schlecht gesteuert werden kann oder schlimmstenfalls steckenbleibt. Zur Verbesserung der Traktion wurde vorgeschlagen, einen Kettenantrieb vorzusehen. Dieser umfasst ein vorderes und ein hinteres Kettenrad, über die eine Kette läuft, die üblicherweise aus einem Kunststoff gefertigt ist. Eine Auflagefläche auf dem Untergrund kann vergrößert sein, sodass eine Seitenführung und eine Traktion verbessert sein können. Allerdings kann der Staubsaugroboter mit den Kettenantrieben weniger wendig sein, beim Betrieb ein stärkeres Geräusch verursachen und eine höhere Energieaufnahme aufweisen. Eine Reichweite des Staubsaugroboters kann dadurch verringert sein.On certain surfaces, such as a long-pile carpet, one of the drive wheels can lose traction, making it difficult to control the robot vacuum cleaner or, in the worst case, getting stuck. To improve traction, it was proposed to provide a chain drive. This includes a front and a rear sprocket, over which a chain runs, which is usually made of a plastic. A contact surface on the ground can be enlarged, so that lateral guidance and traction can be improved. However, the vacuum cleaner robot with the chain drives can be less manoeuvrable, cause a stronger noise during operation and have a higher energy consumption. A range of the vacuum cleaning robot can be reduced as a result.

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.It is an object of the present invention to provide an improved drive unit for a ground robot. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims reflect preferred embodiments.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Antriebseinheit für einen Bodenroboter einen Kettenantrieb mit einem ersten und einem zweiten Kettenrad, über die eine Kette läuft; und ein Antriebsrad, wobei das zweite Kettenrad und das Antriebsrad jeweils antreibbar sind. Dabei liegt ein unteres Ende des Antriebsrads tiefer als ein unteres Ende der Kette, sodass die Kette in einen ebenen Untergrund nur dann eingreift, wenn das Antriebsrad in den Untergrund einsinkt.According to a first aspect of the present invention, a drive unit for a floor robot comprises a chain drive having first and second sprockets over which a chain runs; and a drive wheel, wherein the second sprocket and the drive wheel are each drivable. A lower end of the drive wheel is lower than a lower end of the chain, so that the chain only engages in level ground when the drive wheel sinks into the ground.

Erfindungsgemäß ist ein Abstand zwischen einem Untergrund und dem unteren Ende des Antriebsrads kleiner als ein Abstand zwischen dem Untergrund und dem unteren Ende der Kette. Fährt die Antriebseinheit auf einem ebenen, harten Untergrund, beispielsweise Estrich, Parkett oder Linoleum, so kann nur das Antriebsrad Kontrakt zum Untergrund haben. Ein Energieverbrauch für den Antrieb kann gering, eine Geräuschemission niedrig und eine Wendigkeit hoch sein. Auf einem weichen Untergrund, beispielsweise auf einem mittel- oder langflorigen Teppich, kann das Antriebsrad um ein weniges einsinken, sodass die Kette Kontakt mit dem Untergrund bekommt. Durch die derart vergrößerte Auflagefläche kann eine Traktion der Antriebseinheit auf dem Untergrund verbessert sein. So kann automatisch diejenige Antriebsweise aktiviert werden, die für den jeweiligen Untergrund am besten geeignet ist. Ob auf einem kurzflorigen Teppichboden nur das Antriebsrad oder auch die Kette Kontakt zum Untergrund aufweist, kann durch einen entsprechenden Unterschied in Höhen unterer Enden des Antriebsrads und des zweiten Kettenrads bestimmt werden. Für einen üblichen Haushalt haben sich Abstände im Bereich von ca. 1 bis ca. 10 mm als vorteilhaft erwiesen.According to the invention, a distance between a ground and the lower end of the drive wheel is smaller than a distance between the ground and the lower end of the chain. If the drive unit runs on a flat, hard surface, such as screed, parquet or linoleum, only the drive wheel can have contact with the surface. Energy consumption for the drive can be low, noise emissions low and maneuverability high. On a soft surface, such as a medium-pile or deep-pile carpet, the drive sprocket may sink slightly, allowing the chain to make contact with the ground. The traction of the drive unit on the ground can be improved as a result of the bearing surface being enlarged in this way. In this way, the type of drive that is best suited to the respective surface can be activated automatically. Whether only the drive wheel or also the chain is in contact with the ground on a short-pile carpet can be determined by a corresponding difference in the heights of the lower ends of the drive wheel and the second chain wheel. Distances in the range from approx. 1 to approx. 10 mm have proven to be advantageous for a normal household.

Der Bodenroboter ist bevorzugt zum Einsatz in einem Haushalt eingerichtet. Es ist zu beachten, dass die Kette üblicherweise gelenkfrei ausgeführt ist und einen Zahnriemen umfassen kann. Der Zahnriemen kann auf einer den Kettenrädern zugewandten Innenseite Aussparungen zum formschlüssigen Eingriff aufweisen. Auf einer Außenseite kann der Zahnriemen profiliert oder unprofiliert sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Formschluss auf der Innenseite durch einen Reibschluss ersetzt werden; in diesem Fall weisen die Kette und die Kettenräder keine Eingriffselemente auf, sondern liegen aneinander an und übermitteln Kraft in Längsrichtung der Kette per Reibung.The floor robot is preferably set up for use in a household. It should be noted that the chain is usually articulated and may include a toothed belt. The toothed belt can have cutouts for positive engagement on an inner side facing the sprockets. The toothed belt can be profiled or unprofiled on an outside. In yet another embodiment, the form fit on the inside can be replaced by a friction fit; in this case, the chain and the sprockets do not have any meshing elements, but abut one another and transmit force in the longitudinal direction of the chain by friction.

Es ist weiter bevorzugt, dass ein unteres Ende des ersten Kettenrads höher als ein unteres Ende des zweiten Kettenrads liegt, wobei das erste Kettenrad in Fahrtrichtung vorne liegt. Ein Abschnitt der Kette, der auf einer dem Untergrund zugewandten Seite zwischen den Kettenrädern gespannt ist, kann ein Lasttrum bilden. Ein Winkel zwischen einem ebenen Untergrund und dem Lasttrum kann in einem Bereich von ca. 5° liegen. Je weiter das Antriebsrad in den Untergrund einsinkt, desto größer kann ein Abschnitt des Lasttrums sein, der Traktion an den Untergrund übermitteln kann. Die Wirkung der Kette auf den Untergrund kann dadurch verbessert allmählich in Abhängigkeit des Einsinkens in den Untergrund bereitgestellt werden. Einem Einziehen von Teppichfransen oder Teppichflor in den Kettentrieb kann entgegengewirkt sein.It is further preferable that a lower end of the first sprocket is higher than a lower end of the second sprocket, with the first sprocket being forward in the direction of travel. A section of the chain that is stretched between the sprockets on a side facing the ground can form a load span. An angle between an even surface and the load strand can be in a range of approx. 5°. The further the drive wheel sinks into the ground, the greater a portion of the load span that can transmit traction to the ground. The effect of the chain on the subsoil can thereby be improved and gradually provided depending on the sinking into the subsoil. Pulling in of carpet fringes or carpet pile into the chain drive can be counteracted.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Radius des Antriebsrads größer als ein Radius des zweiten Kettenrads einschließlich der Kette. Das Antriebsrad und das zweite Kettenrad können dadurch leichter gegeneinander positioniert werden. Außerdem kann durch den großen Radius des Antriebsrads eine Kletterfähigkeit der Antriebseinheit verbessert sein, insbesondere falls das Antriebsrad nicht hinter dem zweiten Kettenrad liegt.In a particularly preferred embodiment, a radius of the drive wheel is larger than a radius of the second sprocket including the chain. The drive wheel and the second sprocket can be positioned against each other more easily. In addition, the climbing ability of the drive unit can be improved by the large radius of the drive wheel, in particular if the drive wheel is not located behind the second chain wheel.

Das zweite Kettenrad und das Antriebsrad können koaxial angebracht sein. Insbesondere können das zweite Kettenrad und das Antriebsrad auf einer gemeinsamen Achse oder Welle angebracht sein. Dadurch kann die Antriebseinheit platzsparend ausgeführt sein.The second sprocket and the drive wheel can be mounted coaxially. In particular, the second chain wheel and the drive wheel can be mounted on a common axle or shaft. As a result, the drive unit can be designed to save space.

Die Antriebseinheit kann ferner eine Einrichtung zur Unterbrechung eines Antriebsmoments an das zweite Kettenrad umfassen. In einer ersten Variante kann das zweite Kettenrad mittels einer Kupplung mit dem Antriebsrad gekoppelt oder von ihm gelöst werden. In einer zweiten Variante kann ein eigener Antrieb für das zweite Kettenrad vorgesehen sein. In beiden Varianten kann der Kettenantrieb abgeschaltet werden, während der Bodenroboter mittels des Antriebsrads angetrieben wird. Der Kettenantrieb kann selektiv zugeschaltet werden, wenn beispielsweise bestimmt wurde, dass das Antriebsrad keine optimale Kraftübertragung zum Untergrund bereitstellen kann. Der nicht mitlaufende Kettenantrieb kann nicht unnötig Energie verbrauchen, sodass der Bodenroboter auf der Basis eines vorbestimmten Energiebudgets schneller oder weiterfahren kann.The drive unit may further include means for interrupting drive torque to the second sprocket. In a first variant, the second chain wheel can be coupled to the drive wheel or detached from it by means of a clutch. In a second variant, a separate drive can be provided for the second chain wheel. In both variants, the chain drive can be switched off while the floor robot is driven by the drive wheel. The chain drive can be switched on selectively if, for example, it has been determined that the drive wheel cannot provide optimal power transmission to the ground. The non-following chain drive cannot consume energy unnecessarily, allowing the ground robot to travel faster or farther based on a predetermined energy budget.

Das erste Kettenrad kann einen kleineren Radius als das zweite Kettenrad aufweisen. Die Antriebseinheit kann dadurch weiter verbessert platzsparend ausgeführt sein. Außerdem können die Kettenräder leichter derart angebracht sein, dass das Lasttrum den hierin beschriebenen vorbestimmten Winkel zum Untergrund einnimmt.The first sprocket may have a smaller radius than the second sprocket. As a result, the drive unit can be implemented in a further improved space-saving manner. In addition, the sprockets can more easily be mounted such that the load span assumes the predetermined angle to the ground described herein.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind Achsen der Kettenräder an einem Träger angebracht, wobei der Träger um eine Drehachse schwenkbar ist, die näher an der Achse des ersten Kettenrads als an der Achse des zweiten Kettenrads liegt. Insbesondere können die Drehachse und die Achse des zweiten Kettenrads auf unterschiedlichen Seiten der Achse des ersten Kettenrads liegen. Diese Ausführungsform kann als gezogener Träger oder gezogene Schwinge bezeichnet werden. eine Variante mit geschobener Schwinge ist ebenfalls möglich.In a further preferred embodiment, axles of the sprockets are attached to a carrier, the carrier being pivotable about an axis of rotation which is closer to the axis of the first sprocket than to the axis of the second sprocket. In particular, the axis of rotation and the axis of the second sprocket can lie on different sides of the axis of the first sprocket. This embodiment may be referred to as a towed beam or a towed swingarm. a variant with a shifted swing arm is also possible.

In einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich ein drittes Kettenrad vorgesehen sein, das bezüglich des zweiten Kettenrads dem ersten Kettenrad gegenüberliegt. Die Kette kann nach Art eines Dreiecks über die Kettenräder laufen. Das Lasttrum kann sich jeweils zwischen dem zweiten Kettenrad und dem in Fahrtrichtung liegenden ersten oder dritten Kettenrad einstellen. Der hierin beschriebene Winkel zwischen dem Lasttrum und dem Untergrund kann dadurch sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt gelten.In a further embodiment, a third sprocket can also be provided, which is opposite the first sprocket with respect to the second sprocket. The chain can run over the sprockets in the manner of a triangle. The tight strand can be set between the second sprocket and the first or third sprocket in the direction of travel. The angle described here between the load strand and the ground can therefore apply both when driving forwards and when driving backwards.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist ein elastisches Element vorgesehen, um den Träger nach unten auszuschwenken. Insbesondere kann der Träger um die Drehachse vom Bodenroboter aus nach unten, in Richtung des Untergrunds ausgeschwenkt werden. Überfährt der Bodenroboter ein Hindernis oder eine Stufe, so kann das Ausschwenken einen Kontakt des Antriebsrads oder der Kette zum Untergrund verbessert sicherstellen. Eine Fähigkeit des Bodenroboters, Hindernisse zu überfahren oder zu überklettern, kann verbessert sein. Eine Vorspannung und eine Steifigkeit des elastischen Elements können in Abhängigkeit eines Gewichts des Bodenroboters derart vorbestimmt sein, dass sich ein vorgegebener Abstand zwischen einer Unterseite des Bodenroboters und einem Untergrund einstellt. Das elastische Element kann beispielsweise eine Zylinderfeder, eine Spiralfeder oder einen Drehstab umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Elastomer als elastisches Element eingesetzt werden, beispielsweise in Form eines elastischen Kissens.In a further preferred embodiment, an elastic element is provided in order to pivot the carrier downwards. In particular, the carrier can be pivoted downwards about the axis of rotation from the floor robot, in the direction of the ground. If the floor robot runs over an obstacle or a step, swiveling out can ensure improved contact between the drive wheel or the chain and the ground. An ability of the ground robot to run over or climb over obstacles may be improved. A pretension and a rigidity of the elastic element can be predetermined as a function of the weight of the floor robot in such a way that a predetermined distance is set between an underside of the floor robot and a ground. The elastic element can include, for example, a cylindrical spring, a spiral spring or a torsion bar. In a further embodiment, an elastomer can also be used as an elastic element, for example in the form of an elastic cushion.

Laufflächen des Antriebsrads und der Kette können entsprechend der unterschiedlichen Bedingungen, unter denen sie Traktion zum Untergrund übermitteln sollen, gestaltet sein.Treads of the drive wheel and chain can be designed according to the different conditions under which they are intended to transmit traction to the ground.

Beispielsweise kann eine Lauffläche der Kette weicher als eine Lauffläche des Antriebsrads sein. Die weiche Lauffläche der Kette kann für eine gute Traktion auf weichem Boden sorgen, während die harte Lauffläche des Antriebsrads einen niedrigen Energieverbrauch, eine hohe Wendigkeit oder niedrige Geräuschemissionen bei Fahrt auf einem harten Untergrund begünstigen kann. Die Laufflächen können jeweils beispielsweise aus einem Kunststoff oder Gummi herstellbar sein. Die Lauffläche des Antriebsrads kann aus einem anderen Material als eine Felge, eine Radscheibe oder eine Nabe gefertigt sein. Die Kette kann ebenfalls unterschiedliche Materialien umfassen, beispielsweise ein zugfestes Material, das mit einem Material für die Lauffläche einseitig überzogen sein kann. Alternativ kann die Kette auch durchgehend aus nur einem Material herstellbar sein.For example, a running surface of the chain can be softer than a running surface of the drive wheel. The soft tread of the chain can ensure good traction on soft ground, while the hard tread of the drive wheel can favor low energy consumption, high maneuverability or low noise emissions when driving on hard ground. The running surfaces can each be produced from a plastic or rubber, for example. The tread of the driving wheel can be made of a different material than a rim, a wheel disc or a hub be made. The chain can also comprise different materials, for example a tensile material which can be coated on one side with a material for the tread. Alternatively, the chain can also be produced continuously from just one material.

Ein Profil einer Lauffläche der Kette kann gröber und/oder tiefer als ein Profil einer Lauffläche des Antriebsrads sein. Das Profil der Kette kann beispielsweise hervorstehende Materialblöcke oder Einkerbungen im Material der Lauffläche umfassen. Das Antriebsrad ist bevorzugt ebenfalls profiliert, um einen Schlupf des Antriebsrads auf einem glatten, ebenen Untergrund möglichst zu minimieren. Der Bodenroboter kann dadurch präziser gesteuert werden. Eine Navigation des Bodenroboters auf der Basis einer Drehung des Antriebsrads kann erleichtert sein.A profile of a running surface of the chain can be coarser and/or deeper than a profile of a running surface of the drive wheel. The profile of the chain may include, for example, protruding blocks of material or indentations in the tread material. The drive wheel is preferably also profiled in order to minimize slippage of the drive wheel on a smooth, level surface as much as possible. This allows the floor robot to be controlled more precisely. Navigation of the ground robot based on rotation of the drive wheel can be facilitated.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bodenroboter eine hierin beschriebene Antriebseinheit. Bevorzugt umfasst der Bodenroboter zwei Antriebseinheiten, die insbesondere links und rechts des Bodenroboters eingesetzt werden können. Die Antriebseinheiten können miteinander identisch oder spiegelbildlich ausgeführt sein. Der Bodenroboter kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine durch ihn befahrene Bodenfläche zu bearbeiten, bevorzugt zu reinigen. Beispielsweise kann der Bodenroboter einen Saugroboter oder einen Wischroboter umfassen.According to a second aspect of the present invention, a floor robot comprises a drive unit as described herein. The floor robot preferably comprises two drive units, which can be used in particular on the left and right of the floor robot. The drive units can be identical to one another or designed as mirror images. The floor robot can in particular be set up to process, preferably to clean, a floor area that it drives over. For example, the floor robot can include a vacuum robot or a wiping robot.

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

• 1 einen Bodenroboter;
• 2 eine Bodenplatte eines Bodenroboters mit zwei Antriebseinheiten;
• 3 eine Seitenansicht einer Antriebseinheit für einen Bodenroboter;
• 4 eine Schnittansicht einer Antriebseinheit für einen Bodenroboter;
• 5 und 6 perspektivische Darstellungen einer Antriebseinheit an einer Bodenplatte;
• 7 und 8 Seitenansichten einer Antriebseinheit an einer Bodenplatte, jeweils in unterschiedlichen Positionen,
• darstellen.

The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:

• 1 a ground robot;
• 2 a bottom plate of a floor robot with two drive units;
• 3 a side view of a drive unit for a floor robot;
• 4 a sectional view of a drive unit for a floor robot;
• 5 and 6 perspective representations of a drive unit on a base plate;
• 7 and 8th Side views of a drive unit on a base plate, each in different positions,
• represent.

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. 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. 1 shows an example of a ground robot 100. The ground robot 100 is set up to drive on and work on a subsurface. For this purpose, it includes a processing device 105, which includes a brush roller in the present example, and a drive device 110. The drive device 110 includes a left and a right ground wheel 115, which are attached to different sides of the ground robot 100. Support wheels 120 can be attached in front of and behind the ground wheels 115 . If the ground robot 100 drives onto an elevation with its chassis or a support wheel 120, the ground wheels 115 can spring out automatically due to an elastic mounting.

2 zeigt eine Bodenplatte 205 eines Bodenroboters 100 mit einer linken und einer rechten Antriebseinheit 210. Die Antriebseinheiten 210 können gemeinsam eine Antriebseinrichtung 110 bilden. Jede Antriebseinheit 210 kann ein Bodenrad 115 und einen zugehörigen Antrieb am Bodenroboter 100 ersetzen. Die dargestellten Antriebseinheiten 210 sind spiegelbildlich aufgebaut; in einer anderen Ausführungsform können jedoch auch identisch aufgebaute Antriebseinheiten 210 auf unterschiedlichen lateralen Seiten eines Bodenroboters 100 eingesetzt werden. Bevorzugt sind die Antriebseinheiten 210 jeweils als separat handhabbare Einheiten ausgeführt, sodass sie leicht am Bodenroboter 205 montiert und bei Bedarf, etwa zur Wartung, abgenommen werden können. 2 shows a floor plate 205 of a floor robot 100 with a left and a right drive unit 210. The drive units 210 can together form a drive device 110. Each drive unit 210 can replace a ground wheel 115 and an associated drive on the ground robot 100 . The drive units 210 shown are constructed as mirror images; in another embodiment, however, drive units 210 of identical construction can also be used on different lateral sides of a ground robot 100 . The drive units 210 are preferably each designed as separately manageable units, so that they can be easily mounted on the floor robot 205 and removed if necessary, for example for maintenance.

Zur leichteren Verbindung mit anderen hierin gezeigten Figuren ist eine bevorzugte Fahrtrichtung 215 eingezeichnet, die einer Bewegung des Bodenroboters 100 nach vorne entspricht. Bezüglich der Ausführungsform von 1 kann dabei die Bearbeitungseinrichtung 105 in Fahrtrichtung vor den Antriebseinheiten 210 liegen.For easier connection with other figures shown herein, a preferred direction of travel 215 is indicated, which corresponds to a forward movement of the ground robot 100 . Regarding the embodiment of 1 the processing device 105 can be in front of the drive units 210 in the direction of travel.

3 zeigt eine Seitenansicht einer Antriebseinheit 210 für einen Bodenroboter 100. Rein beispielhaft ist die in 2 rechts dargestellte Antriebseinheit 210 abgebildet. Die bevorzugte Fahrtrichtung 215 erfolgt von rechts nach links. 3 shows a side view of a drive unit 210 for a floor robot 100 2 drive unit 210 shown on the right. The preferred direction of travel 215 is from right to left.

Die Antriebseinheit 210 steht auf einem Untergrund 305, der vorliegend eben und hart ist. Die Antriebseinheit 210 umfasst einen Träger oder eine Schwinge 310, die um eine Drehachse 315 drehbar ist, die quer zur Fahrtrichtung 215 in horizontaler Richtung verläuft. Die Drehachse 315 kann an einem Lagerbock 320 befestigt sein, der mit der Bodenplatte 205 des Bodenroboters 100 verbunden sein kann. Ein elastisches Element 325 bewirkt ein Drehmoment um die Drehachse 315, um die Schwinge 310 in Richtung des Untergrunds 305 auszufedern. Das elastische Element 325 ist bevorzugt wie dargestellt als Zylinderfeder, insbesondere als Zugfeder, ausgeführt.The drive unit 210 stands on a base 305, which is flat and hard in the present case. The drive unit 210 comprises a carrier or a rocker 310 which can be rotated about an axis of rotation 315 which runs transversely to the direction of travel 215 in the horizontal direction. The axis of rotation 315 can be fastened to a bearing block 320 which can be connected to the base plate 205 of the ground robot 100 . An elastic element 325 causes a torque about the axis of rotation 315 in order to rebound the rocker 310 in the direction of the ground 305 . The elastic element 325 is preferably designed as a cylindrical spring, in particular as a tension spring, as shown.

An der Schwinge 310 sind ein Antriebsrad 330 und ein Raupenantrieb oder Kettenantrieb 335 angebracht. Der Kettenantrieb 335 umfasst ein erstes Kettenrad 340, ein zweites Kettenrad 345 und eine Kette 350, die über das erste und das zweite Kettenrad 340, 345 läuft. Das Antriebsrad 330, das erste Kettenrad 340 und das zweite Kettenrad 345 sind jeweils drehbar gegenüber der Schwinge 310 gelagert. Das Antriebsrad 330 und das zweite Kettenrad 345 sind derart angebracht, dass ein unterster Punkt der Kette 350 einen vorbestimmten Abstand zum Untergrund 305 aufweist, wenn das Antriebsrad 330 auf dem Untergrund 305 aufsteht, ohne in diesen einzusinken. Dieser Abstand beträgt in der dargestellten Ausführungsform ca. 1,5 mm.A drive wheel 330 and a caterpillar drive or chain drive 335 are attached to the swing arm 310 . The chain drive 335 includes a first sprocket 340, a second sprocket 345 and a chain 350 running over the first and second sprockets 340,345. The drive wheel 330, the first chain wheel 340 and the second chain wheel 345 are each rotatably mounted relative to the rocker 310 . The drive wheel 330 and the second chain wheel 345 are attached in such a way that a lowest point of the chain 350 has a predetermined distance from the ground 305 when the drive wheel 330 stands up on the ground 305 without sinking into it. In the illustrated embodiment, this distance is approximately 1.5 mm.

Zur Realisierung dieses Abstands sind das Antriebsrad 330 und das zweite Kettenrad 345 koaxial miteinander an der Schwinge 310 gelagert, wobei ein Radius des Antriebsrads 330 größer als ein Radius des Kettenrads 345 einschließlich der darauf laufenden Kette 350 ist. Der Unterschied der Radien kann dem Höhenunterschied der untersten Punkte des Antriebsrads 330 und der Kette 350 auf dem zweiten Kettenrad 345 entsprechen. Das erste Kettenrad 340 hat bevorzugt einen kleineren Radius als das zweite Kettenrad 345 und ist weiter bevorzugt derart an der Schwinge 310 angebracht, dass sein tiefster Punkt um einen vorbestimmten Betrag höher als der tiefste Punkt des zweiten Kettenrads 345 liegt. Dadurch kann der tiefste Punkt der Kette 350 am ersten Kettenrad 340 höher als der tiefste Punkt am zweiten Kettenrad 345 liegen.To realize this distance, the drive wheel 330 and the second chain wheel 345 are mounted coaxially with one another on the rocker 310, with a radius of the drive wheel 330 being larger than a radius of the chain wheel 345 including the chain 350 running thereon. The difference in radii may correspond to the difference in height of the lowest points of the drive sprocket 330 and the chain 350 on the second sprocket 345 . The first sprocket 340 preferably has a smaller radius than the second sprocket 345 and more preferably is attached to the swingarm 310 such that its lowest point is higher than the lowest point of the second sprocket 345 by a predetermined amount. This allows the lowest point of the chain 350 on the first sprocket 340 to be higher than the lowest point on the second sprocket 345 .

Anders ausgedrückt kann ein Kettentrum der Kette 350, das jeweils tiefste Punkte der Kettenräder 340 und 345 miteinander verbindet, einen vorbestimmten Winkel mit dem Untergrund 305 einschließen. Dieser Winkel beträgt vorliegend ca. 5°. Wie später noch genauer gezeigt wird, kann dieser Winkel vergrößert werden, wenn die Schwinge 310 um die Drehachse 315 nach unten ausfedert, sodass der Kettenantrieb 335 und das Antriebsrad 330 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 315 bewegt werden.In other words, a chain strand of the chain 350, which connects the lowest points of the sprockets 340 and 345 to one another, can enclose a predetermined angle with the ground 305. In the present case, this angle is approximately 5°. As will be shown later in more detail, this angle can be increased when the rocker 310 springs down about the axis of rotation 315 so that the chain drive 335 and the drive wheel 330 are moved clockwise about the axis of rotation 315 .

Ebenfalls an der Schwinge 310 kann ein Antriebsmotor 355 angebracht sein, der auf das Antriebsrad 330 wirkt. Das zweite Kettenrad 345 ist bevorzugt ebenfalls antreibbar, wozu es insbesondere drehstabil mit dem Antriebsrad 330 verbunden sein kann. In einer weiteren Ausführungsform kann eine steuerbare Kupplung 360 vorgesehen sein, um einen Drehmomentschluss zwischen dem Antriebsrad 330 und dem zweiten Kettenrad 345 herzustellen oder zu unterbrechen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein dedizierter weiterer Antriebsmotor 355 vorgesehen sein, der auf das zweite Kettenrad 345 wirkt. Eine Kraftübertragung zwischen dem Antriebsmotor 355 und dem Antriebsrad 330 kann mittels eines Getriebes 365 erfolgen, das insbesondere als Stirnradgetriebe ausgeführt und an oder in der Schwinge 310 vorgesehen sein kann.A drive motor 355 which acts on the drive wheel 330 can also be attached to the rocker 310 . The second chain wheel 345 can preferably also be driven, for which purpose it can be connected to the drive wheel 330 in a rotationally stable manner. In a further embodiment, a controllable clutch 360 can be provided in order to establish or interrupt a torque connection between the drive wheel 330 and the second chain wheel 345 . In yet another embodiment, a dedicated further drive motor 355 acting on the second chain wheel 345 can be provided. Power can be transmitted between the drive motor 355 and the drive wheel 330 by means of a gear 365 , which can be designed in particular as a spur gear and can be provided on or in the rocker 310 .

4 zeigt eine Schnittansicht einer Antriebseinheit 210 für einen Bodenroboter 100. Der Darstellung liegt die in 3 gezeigte Ausführungsform zugrunde. Die Fahrtrichtung 215 verläuft vom Betrachter weg in die Zeichenebene hinein. Im rechten Bereich ist eine Vergrößerung eines Abschnitts eingezeichnet, die im linken Abschnitt mit einem Kreis gekennzeichnet ist. 4 shows a sectional view of a drive unit 210 for a floor robot 100. The representation is in 3 embodiment shown. The direction of travel 215 runs away from the viewer into the plane of the drawing. An enlargement of a section is shown in the right area, which is marked with a circle in the left section.

In der dargestellten Ausführungsform ist eine Antriebswelle des Getriebes 365 gegenüber der Schwinge 310 einseitig gelagert. Auf die Antriebswelle ist das zweite Kettenrad 345 drehmomentschlüssig aufgesteckt. Eine weitere drehmomentschlüssige Verbindung hält das Laufrad 330 am zweiten Kettenrad 345. Zwischen dem Getriebe 365 und dem zweiten Kettenrad 345, sowie zwischen diesem und dem Laufrad 330 kann jeweils eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung vorgesehen sein. Die formschlüssige Verbindung kann in Form ineinander eingreifender Polygone und die kraftschlüssige Verbindung in Form einer Passung realisiert sein.In the illustrated embodiment, a drive shaft of the transmission 365 is mounted on one side relative to the rocker 310 . The second chain wheel 345 is slipped on the drive shaft in a torque-locking manner. Another torque-locking connection holds the running wheel 330 on the second sprocket 345. Between the gear 365 and the second sprocket 345, and between this and the running wheel 330, a positive or non-positive connection can be provided in each case. The form-fitting connection can be implemented in the form of polygons engaging in one another and the non-positive connection in the form of a fit.

In der gewählten Ausführungsform umfasst das Antriebsrad 330 einen Reifen 405, der radial außen aufgezogen ist, um eine Lauffläche des Antriebsrads 330 zu bilden. Der Reifen 405 kann beispielsweise angespritzt, verklebt, aufgeschrumpft oder durch Spannkraft am restlichen Antriebsrad 330 gehalten sein. Der Reifen 405 kann auf einer radialen Außenseite profiliert sein und umfasst vorliegend eine umlaufende Mittelnut.In the selected embodiment, the drive wheel 330 comprises a tire 405 which is mounted radially on the outside in order to form a running surface of the drive wheel 330. The tire 405 can, for example, be injection molded, glued, shrunk on or held on the remaining drive wheel 330 by clamping force. The tire 405 can be profiled on a radially outer side and in the present case includes a circumferential central groove.

Die Kette 350 ist vorliegend beispielhaft einstückig ausgeführt und umfasst ein radial inneres Profil zum Eingriff in die Kettenräder 340, 345, und eine Lauffläche zum Eingriff mit dem Untergrund 305. Die Lauffläche kann ebenfalls ein Profil aufweisen.The chain 350 is embodied in one piece here, for example, and comprises a radially inner profile for engaging in the sprockets 340, 345, and a running surface for engaging with the ground 305. The running surface can also have a profile.

Wie in der Vergrößerung besonders gut erkennbar ist, stützt sich die Antriebseinheit 210 gegenüber dem Untergrund 305 zunächst nur mittels des Antriebsrads 330 ab. Erst wenn dieses in den Untergrund 305 einsinkt, der Untergrund 305 eine entsprechende Unebenheit aufweist oder das Antriebsrad 330 durch vertikale Belastung ausreichend verformt wird, gelangt die Kette 350 des Kettenantriebs 335 in Eingriff mit dem Untergrund 305. Der Eingriff kann auch dadurch hergestellt werden, dass der Bodenroboter 100 von oben so weit belastet wird, dass die Schwinge 310 einfedert, bis die Kette 350 am ersten Kettenrad 340 so tief liegt wie ein unterster Punkt des Antriebsrads 330.As can be seen particularly well in the enlargement, the drive unit 210 is initially only supported by the drive wheel 330 in relation to the base 305 . Only when this sinks into the subsurface 305, the subsurface 305 is correspondingly uneven or the drive wheel 330 is sufficiently deformed by vertical loading does the chain 350 of the chain drive 335 engage with the subsurface 305. The engagement can also be produced in that the floor robot 100 is loaded from above to such an extent that the rocker 310 deflects until the chain 350 on the first chain wheel 340 is as low as a lowest point of the drive wheel 330.

5 und 6 zeigen perspektivische Darstellungen einer Antriebseinheit 210 an einer Bodenplatte 205 eines Bodenroboters 100. Die Bodenplatte 205 umfasst eine Aussparung, durch die ein Abschnitt der Antriebseinheit 210 nach unten herausragt. Ohne Gewichtsbelastung schwenkt das elastische Element 325 die Schwinge 310 aus, sodass ein vergrößerter Abschnitt der Antriebseinheit 210 durch die Aussparung ragt. 5 and 6 show perspective representations of a drive unit 210 on a base plate 205 of a ground robot 100. The base plate 205 comprises a recess through which a section of the drive unit 210 protrudes downwards. It swivels without any weight bearing elastic element 325 from the rocker 310 so that an enlarged portion of the drive unit 210 protrudes through the recess.

Es ist zu erkennen, dass der Reifen 405 des Antriebsrads 330 ein axial zweigeteiltes Profil aufweist. Das erste Kettenrad 340 kann eine oder zwei axiale Anlaufscheiben umfassen, die axial außen an der Kette 350 anliegen können, um ein Abspringen der Kette 350 vom ersten Kettenrad 340 zu verhindern. Auch am zweiten Kettenrad 340 können eine oder mehrere Anlaufscheiben vorgesehen sein. Bevorzugt ist das Antriebsrad 330 so gestaltet, dass es ein Abgleiten der Kette 350 in Richtung des Antriebsrads 330 verhindert, sodass auf dieser axialen Seite keine separate Anlaufscheibe am zweiten Kettenrad 340 erforderlich ist.It can be seen that the tire 405 of the drive wheel 330 has an axially divided profile. The first sprocket 340 may include one or two axial thrust washers that may rest axially on the outside of the chain 350 to prevent the chain 350 from jumping off the first sprocket 340 . One or more thrust washers can also be provided on the second chain wheel 340 . The drive wheel 330 is preferably designed in such a way that it prevents the chain 350 from slipping in the direction of the drive wheel 330, so that no separate thrust washer is required on the second chain wheel 340 on this axial side.

7 und 8 zeigen Seitenansichten einer Antriebseinheit 210 an einer Bodenplatte 205 eines Bodenroboters 100, jeweils in unterschiedlichen Positionen. Mit Bezug auf 2 zeigt 7 eine linke Antriebseinheit 210 und 8 eine rechte Antriebseinheit 210. Eine Fahrtrichtung 215 läuft in beiden Darstellungen von rechts nach links. 7 and 8th show side views of a drive unit 210 on a base plate 205 of a floor robot 100, each in different positions. Regarding 2 indicates 7 a left drive unit 210 and 8th a right-hand drive unit 210. A direction of travel 215 runs from right to left in both illustrations.

In beiden Figuren ist die Antriebseinheit 210 jeweils in drei unterschiedlichen Stellungen bezüglich der Bodenplatte 205 dargestellt. Die unterschiedlichen Positionen werden bei entsprechend unterschiedlich starkem Ausfedern um die Drehachse 315 eingenommen. Ist der Bodenroboter 100 vollständig vom Untergrund 305 abgenommen, so schwenkt die Antriebseinheit 210 vollständig aus. Die vollständig eingefederte Position kann eingenommen werden, wenn sich der Bodenroboter 100 bei maximaler Zuladung auf einem ebenen Untergrund 305 befindet.The drive unit 210 is shown in each of the two figures in three different positions with respect to the base plate 205 . The different positions are assumed with correspondingly different degrees of rebound around the axis of rotation 315 . If the floor robot 100 has been completely removed from the base 305, the drive unit 210 swivels out completely. The fully compressed position can be assumed when the floor robot 100 is located on a level surface 305 with maximum payload.

Es ist zu erkennen, dass das Lasttrum der Kette 350 in Abhängigkeit des Grads des Ein- bzw. Ausfederns der Schwinge 310 unterschiedliche Winkel zu einem Untergrund 305 bzw. der Bodenplatte 205 einnimmt. Je weiter die Schwinge 310 ausgefedert ist, desto größer kann dieser Winkel sein, der auch als Anstellwinkel bezeichnet werden kann. Je größer der Anstellwinkel ist, desto größer kann eine Stufe oder ein anderes Objekt sein, das der Bodenroboter 100 überwinden kann. Insbesondere kann die Kette 350 am Lasttrum automatisch an das Hindernis angelegt werden, wenn der Bodenroboter 100 mit seinem Chassis, etwa der Bodenplatte 205 oder einem vorderen Stützrad 120, auf das Hindernis auffährt. So kann das Hindernis verbessert automatisch überwunden werden.It can be seen that the load side of the chain 350 assumes different angles to a base 305 or the base plate 205 depending on the degree of compression or rebound of the rocker 310 . The further the rocker 310 is deflected, the larger this angle can be, which can also be referred to as the angle of attack. The larger the angle of attack, the larger a step or other object that the ground robot 100 can negotiate. In particular, the chain 350 can be automatically applied to the obstacle on the load strand when the floor robot 100 drives onto the obstacle with its chassis, for example the base plate 205 or a front support wheel 120 . In this way, the obstacle can be automatically overcome in an improved manner.

Bezugszeichenlistereference list

100100

Bodenroboterground robot

105105

Bearbeitungseinrichtungprocessing facility

110110

Antriebseinrichtungdrive device

115115

Bodenradground wheel

120120

Stützrad jockey wheel

205205

Bodenplattebottom plate

210210

Antriebseinheitdrive unit

215215

Fahrtrichtung driving direction

305305

Untergrundunderground

310310

Schwingeswingarm

315315

Drehachseaxis of rotation

320320

Lagerbockbearing block

325325

elastisches Element elastic element

330330

Antriebsraddrive wheel

335335

Kettenantriebchain drive

340340

erstes Kettenradfirst sprocket

345345

zweites Kettenradsecond sprocket

350350

KetteChain

355355

Antriebsmotordrive motor

360360

Kupplungcoupling

365365

Getriebe transmission

405405

Reifentires

Claims (11)

Antriebseinheit (210) für einen Bodenroboter (100), wobei die Antriebseinheit (210) folgendes umfasst: - einen Kettenantrieb (335) mit einem ersten (340) und einem zweiten Kettenrad (345), über die eine Kette (350) läuft; - wobei das zweite Kettenrad (345) antreibbar ist; - ein antreibbares Antriebsrad (330); - wobei ein unteres Ende des Antriebsrads (330) tiefer als ein unteres Ende der Kette (350) liegt, - sodass die Kette (350) in einen ebenen Untergrund (305) nur dann eingreift, wenn das Antriebsrad (330) in den Untergrund einsinkt.Drive unit (210) for a ground robot (100), the drive unit (210) comprising the following: - A chain drive (335) with a first (340) and a second sprocket (345) over which a chain (350) runs; - wherein the second sprocket (345) is drivable; - a drivable drive wheel (330); - wherein a lower end of the drive wheel (330) is lower than a lower end of the chain (350), - so that the chain (350) engages in a level surface (305) only when the drive wheel (330) sinks into the ground. Antriebseinheit (210) nach Anspruch 1, wobei ein unteres Ende des ersten Kettenrads (340) höher als ein unteres Ende des zweiten Kettenrads (345) liegt; und das erste Kettenrad (340) in Fahrtrichtung (215) vorne liegt.Drive unit (210) after claim 1 wherein a lower end of the first sprocket (340) is higher than a lower end of the second sprocket (345); and the first sprocket (340) is at the front in the direction of travel (215). Antriebseinheit (210) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Radius des Antriebsrads (330) größer als ein Radius des zweiten Kettenrads (345) einschließlich der Kette (350) ist.Drive unit (210) after claim 1 or 2 , wherein a radius of the drive wheel (330) is greater than a radius of the second sprocket (345) including the chain (350). Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Kettenrad (345) und das Antriebsrad (330) koaxial angebracht sind.Drive unit (210) according to any one of the preceding claims, wherein the second sprocket (345) and the drive wheel (330) are mounted coaxially. Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Einrichtung zur Unterbrechung eines Antriebsmoments an das zweite Kettenrad (345).A drive unit (210) as claimed in any one of the preceding claims, further comprising means for interrupting drive torque to the second sprocket (345). Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Kettenrad (340) einen kleineren Radius als das zweite Kettenrad (345) aufweist.A drive unit (210) according to any one of the preceding claims, wherein the first sprocket (340) has a smaller radius than the second sprocket (345). Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Achsen der Kettenräder (340, 345) an einem Träger (310) angebracht sind; und der Träger (310) um eine Drehachse (315) schwenkbar ist, der näher an der Achse des ersten Kettenrads (340) als an der Achse des zweiten Kettenrads (345) liegt.A drive unit (210) according to any one of the preceding claims, wherein axles of the sprockets (340, 345) are mounted on a carrier (310); and the carrier (310) is pivotable about an axis of rotation (315) closer to the axis of the first sprocket (340) than to the axis of the second sprocket (345). Antriebseinheit (210) nach Anspruch 7, ferner umfassend ein elastisches Element (325), um den Träger (310) nach unten auszuschwenken.Drive unit (210) after claim 7 , further comprising an elastic element (325) to pivot the carrier (310) downwards. Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Lauffläche der Kette (350) weicher als eine Lauffläche des Antriebsrads (330) ist.Drive unit (210) according to one of the preceding claims, wherein a running surface of the chain (350) is softer than a running surface of the drive wheel (330). Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Profil einer Lauffläche der Kette (350) gröber und/oder tiefer als ein Profil einer Lauffläche des Antriebsrads (330) ist.Drive unit (210) according to one of the preceding claims, wherein a profile of a running surface of the chain (350) is coarser and/or deeper than a profile of a running surface of the drive wheel (330). Bodenroboter (100), umfassend eine Antriebseinheit (210) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Ground robot (100) comprising a drive unit (210) according to any one of the preceding claims.

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