DE112014000174T5

DE112014000174T5 - Rollenbürste für Oberflächenreinigungsroboter

Info

Publication number: DE112014000174T5
Application number: DE112014000174.0T
Authority: DE
Inventors: Brian Doughty
Original assignee: iRobot Corp
Current assignee: iRobot Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-05-21
Also published as: EP2833775A4; CN204950812U; JP2015520639A; WO2014151408A1; JP6231084B2; US20140259475A1; WO2014151501A1; US9326654B2; US10292560B2; EP2833775A1; US20160213217A1; EP2833775B1

Abstract

Eine Rollenbürste (310, 310a, 310b) für eine Reinigungsvorrichtung (100), die einen Bürstenkern (314), der eine Rotationslängsachse (XA, XB) definiert, und drei oder mehr Doppelreihen (325) von Borsten (318, 320, 330), die auf dem Bürstenkern und in gleichmäßigen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns angeordnet sind, umfasst. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Borstenreihe (325a) aus einer ersten Borstenzusammensetzung, die eine erste Höhe (LB, LB1) aufweist, und eine zweite Borstenreihe (325b) aus einer zweiten Borstenzusammensetzung, die steifer als die erste Borstenanordnung ist und eine zweite Höhe (LB, LB2) aufweist. Die zweite Borstenreihe ist in Umfangsrichtung von der ersten Borstenreihe um einen Abstand (DC) beabstandet, der kleiner gleich 10% der ersten Höhe ist. Außerdem ist die erste Höhe kleiner gleich 90% der zweiten Höhe.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Rollenbürsten für Oberflächenreinigungsroboter.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Staubsauger verwendet im Allgemeinen eine Luftpumpe, um einen Unterdruck zum Aufheben von Staub und Schmutz, in der Regel von Fußböden und gegebenenfalls auch von anderen Oberflächen, zu erzeugen. Der Staubsauger sammelt typischerweise Schmutz entweder in einem Staubbeutel oder einem Zyklon zur späterer Entsorgung. Staubsauger, die in Haushalten sowie in der Industrie verwendet werden, existieren in einer Vielzahl von Größen und Modellen, wie z. B. kleine batteriebetriebene Handgeräte, Haushaltszentralstaubsauger, große stationäre industrielle Vorrichtungen, die mehrere hundert Liter Staub bewältigen, bevor sie entleert werden, selbstfahrende Saugwagen zur Behebung von großen Leckagen und Entfernung von Bodenverunreinigungen.
Autonome Roboter-Staubsauger befahren im Allgemeinen unter normalen Betriebsbedingungen einen Wohnraum und steuern zwischen üblichen Hindernissen beim Staubsaugen des Fußbodens. Autonome Roboter-Staubsauger weisen im Allgemeinen Sensoren auf, die es ermöglichen, Hindernissen, wie z. B. Wänden, Möbeln oder Treppen, auszuweichen. Der Roboter-Staubsauger kann seine Fahrrichtung ändern (z. B. wenden oder zurückfahren), wenn er auf ein Hindernis stößt. Der Roboter-Staubsauger kann auch beim Erkennen von außergewöhnlich schmutzigen Stellen auf dem Fußboden die Fahrrichtung oder das Fahrmuster ändern. Haare und andere Kleinteile können sich um die Bürsten wickeln und die Bürsten bei ihrer Rotation blockieren, wodurch der Roboter weniger effizient in seinem Reinigen wird.
KURZDARSTELLUNG
Ein Aspekt der Offenbarung stellt eine drehbare Rollenbürste für eine Reinigungsvorrichtung bereit. Die Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und drei oder mehr Doppelreihen von Borsten, die auf dem Bürstenkern und in gleichmäßigen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns angeordnet sind. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Borstenreihe aus einer ersten Borstenzusammensetzung, die eine erste Höhe aufweist, und eine zweite Borstenreihe aus einer zweiten Borstenzusammensetzung, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist und eine zweite Höhe aufweist. Die zweite Borstenreihe ist von der ersten Borstenreihe in Umfangsrichtung um einen Abstand (z. B. als Kordabstand entlang der Fläche des Bürstenkerns gemessen) beabstandet, der kleiner gleich 10% der ersten Höhe ist. Außerdem ist die erste Höhe kleiner gleich 90% der zweiten Höhe.
Implementierungen der Offenbarung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. In einigen Implementierungen ist die erste Borstenreihe jeder Borsten-Doppelreihe in Rotationsrichtung der Rollenbürste vorderhalb der zweiten Borstenreihe angeordnet. Die Rollenbürste kann Elastomerschaufeln umfassen, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Borstenreihen angeordnet sind. Jede Schaufel erstreckt sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist. Die Schaufeln können eine dritte Höhe aufweisen, die kleiner als die zweite Höhe der zweiten Borstenreihe ist.
In einigen Implementierungen definieren die erste Borstenreihe und die zweite Borstenreihe jeweils eine Chevron-Form, die in Längsrichtung entlang des Bürstenkerns angeordnet ist. Jede der Borsten der ersten Borstenreihe kann einen ersten Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als ein zweiter Durchmesser jeder der Borsten der zweiten Borstenreihe.
Jeder Bürstenkern kann einen in Längsrichtung verlaufenden T-förmigen Kanal zum abnehmbaren Aufnehmen eines Bürstenelements definieren. Das Bürstenelement umfasst einen Anker, der eine T-Form definiert, die für eine verschiebbare Aufnahme in dem T-förmigen Kanal komplementär dimensioniert ist, und mindestens eine Doppelreihe von Borsten oder eine Schaufel, die an dem Anker befestigt ist.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung stellt eine drehbare Rollenbürstenbaugruppe für eine Reinigungsvorrichtung bereit. Die Rollenbürstenbaugruppe umfasst eine erste Rollenbürste und eine zweite Rollenbürste, die entgegengesetzt zur ersten Rollenbürste drehbar angeordnet ist. Die erste Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und drei oder mehr Doppelreihen von Borsten, die auf dem Bürstenkern und in gleichmäßigen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns angeordnet sind. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Borstenreihe aus einer ersten Borstenzusammensetzung, die eine erste Höhe aufweist, und eine zweite Borstenreihe aus einer zweiten Borstenzusammensetzung, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist und die eine zweite Höhe aufweist. Die zweite Borstenreihe ist von der ersten Borstenreihe in Umfangsrichtung um einen Abstand (z. B. als Kordabstand entlang der Fläche des Bürstenkerns gemessen) beabstandet, der kleiner gleich 10% der ersten Höhe ist. Außerdem ist die erste Höhe kleiner gleich 90% der zweiten Höhe. Die zweite Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und drei oder mehr Reihen von Borsten, die auf dem Bürstenkern und in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind.
In einigen Implementierungen ist die erste Borstenreihe jeder Borsten-Doppelreihe in Rotationsrichtung der Rollenbürste vorderhalb der zweiten Borstenreihe angeordnet. Die erste Rollenbürste kann Elastomerschaufeln umfassen, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Borstenreihen angeordnet sind. Jede Schaufel erstreckt sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern der ersten Rollenbürste befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern der ersten Rollenbürste nicht befestigt ist. Des Weiteren können die Schaufeln eine dritte Höhe aufweisen, die kleiner als die zweite Höhe der zweiten Borstenreihe ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Bürste Elastomerschaufeln umfassen, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Borstenreihen angeordnet sind. Jede Schaufel erstreckt sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern der zweiten Rollenbürste befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern der zweiten Rollenbürste nicht befestigt ist. Die Schaufeln können kürzer sein als die Borsten der zweiten Rollenbürste.
In einigen Implementierungen definieren die Reihen von Borsten jeder Rollenbürste jeweils eine Chevron-Form, die in Längsrichtung entlang des jeweiligen Bürstenkerns angeordnet ist. Die erste Rotationsrichtung der ersten drehbaren Bürste kann eine Vorwärtslaufrichtung in Bezug auf die Vorwärtsantriebsrichtung der drehbaren Rollenbürstenbaugruppe sein.
Die Rollenbürstenbaugruppe kann eine Bürstenstange umfassen, die parallel zu einer Borstenreihe angeordnet ist und mit ihr auf einer radial in Bezug auf den entsprechenden Bürstenkern gemessenen Eingriffsstrecke von kleiner gleich 0,60 Zoll in Eingriff kommt. Die Bürstenstange behindert die Rotation der im Eingriff stehenden Rollenbürsten, um Fasern von den im Eingriff stehenden Borsten abzustreifen.
In noch einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein mobiler Oberflächenreinigungsroboter einen Roboterkörper, der eine Vorwärtsantriebsrichtung aufweist, und ein Antriebssystem, das den Roboterkörper über einer Fußbodenfläche stützt, um den Roboter auf der Fußbodenfläche zu lenken. Das Antriebssystem umfasst ein rechtes und ein linkes Antriebsrad, die jeweils an einem rechten bzw. einem linken Abschnitt des Roboterkörpers angeordnet sind. Der Roboter umfasst eine Lenkrollenbaugruppe, die hinterhalb der Antriebsräder angeordnet ist, und ein von dem Roboterkörper gestütztes Reinigungssystem vorderhalb der Antriebsräder. Das Reinigungssystem umfasst eine drehbar angetriebene Rollenbürste, die einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und drei oder mehr Doppelreihen von Borsten, die auf dem Bürstenkern und in gleichmäßigen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns angeordnet sind, umfasst. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Borstenreihe aus einer ersten Borstenzusammensetzung, die eine erste Höhe aufweist, und eine zweite Borstenreihe aus einer zweiten Borstenzusammensetzung, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist und eine zweite Höhe aufweist. Die zweite Borstenreihe ist von der ersten Borstenreihe in Umfangsrichtung um einen Abstand (z. B. als Kordabstand entlang der Fläche des Bürstenkerns gemessen) beabstandet, der kleiner gleich 10% der ersten Höhe ist. Außerdem ist die erste Höhe kleiner gleich 90% der zweiten Höhe.
In einigen Implementierungen kommen mindestens 5% der zweiten Höhe der zweiten Borstenreihe mit der Fußbodenfläche in Eingriff. In einigen Beispielen befindet sich die erste Borstenreihe jeder Borsten-Doppelreihe in Rotationsrichtung der Rollenbürste vorderhalb der zweiten Borstenreihe. Ein Schwerpunkt des Roboters kann vorderhalb der Antriebsräder angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, dass der Roboterkörper um die Antriebsräder nach vorne schwenkt. In einigen Beispielen definiert der Roboterkörper ein rechteckiges Vorderprofil oder ein abgerundetes Profil.
Der Roboter kann mindestens eine Bodenfreiheitsregler-Rolle umfassen, die von dem Roboterkörper gestützt ist und vorderhalb der Antriebsräder und hinterhalb der Rollenbürste angeordnet ist. Der mindestens eine Bodenfreiheitsregler stellt eine Bodenfreiheitsmindesthöhe von mindestens 2 mm zwischen dem Roboterkörper und der Fußbodenfläche bereit.
In einigen Implementierungen umfasst der Roboter eine zweite Rollenbürste, die entgegengesetzt zur ersten Rollenbürste drehbar angeordnet ist. Die zweite Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und drei oder mehr Reihen von Borsten, die auf dem Bürstenkern und in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind. Die drei oder mehr Reihen von Borsten der zweiten Bürste können Doppelreihen von Borsten sein. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Borstenreihe aus einer ersten Borstenzusammensetzung, die eine erste Höhe aufweist, und eine zweite Borstenreihe aus einer zweiten Borstenzusammensetzung, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist und eine zweite Höhe aufweist. Die zweite Borstenreihe ist von der ersten Borstenreihe in Umfangsrichtung um einen Abstand (z. B. als Kordabstand entlang der Fläche des Bürstenkerns gemessen) beabstandet, der kleiner gleich 10% der ersten Höhe ist. Außerdem ist die erste Höhe kleiner gleich 90% der zweiten Höhe.
Das Reinigungssystem kann ein Auffangvolumen, das an dem Roboterkörper angeordnet ist, einen Luftraum, der über der ersten und der zweiten Rollenbürste angeordnet ist, und eine Leitung, die in pneumatischer Verbindung mit dem Luftraum und dem Auffangvolumen steht, umfassen.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung stellt einen mobilen Oberflächenreinigungsroboter bereit, der einen Roboterkörper, ein Antriebssystem, eine Robotersteuerung und ein Reinigungssystem umfasst. Der Roboterkörper weist eine Vorwärtsantriebsrichtung auf. Das Antriebssystem stützt den Roboterkörper über einer Fußbodenfläche, um den Roboter auf der Fußbodenfläche zu lenken, und steht in kommunikativer Verbindung mit der Robotersteuerung. Das Reinigungssystem, das von dem Roboterkörper gestützt ist, umfasst eine erste und eine zweite Rollenbürste, die von dem Roboterkörper drehbar gestützt sind. Die erste Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und mindestens zwei Längsreihen von Borsten, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind. Jede Borste erstreckt sich weg von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist. All die Borsten weisen eine im Wesentlichen gleiche Länge auf. Der Roboterkörper stützt drehbar die zweite Rollenbürste hinterhalb der ersten Rollenbürste. Die zweite Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und mindestens zwei Längsdoppelreihen von Borsten, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind, wobei jede Doppelreihe eine erste Reihe von Borsten, die eine erste Borstenlänge aufweisen, und eine zu der ersten Borstenreihe benachbarte und zu ihr parallele zweite Reihe von Borsten, die eine zweite Borstenlänge aufweisen, die von der ersten Borstenlänge verschieden ist, aufweist. Die erste und die zweite Borstenreihe jeder Doppelreihe von Borsten sind in Umfangsrichtung entlang des Bürstenkerns durch einen Kordabstand von weniger als ungefähr 0,25 der ersten Länge getrennt. Des Weiteren erstreckt sich jede Borste weg von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist.
In einigen Implementierungen ist die erste Borstenlänge kleiner als 90% der zweiten Borstenlänge. In einigen Beispielen ist die erste Borstenreihe jeder Doppelreihe von Borsten in Rotationsrichtung der zweiten Rollenbürste vorderhalb der zweiten Borstenreihe angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Rollenbürste Schaufeln umfassen, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Reihen von Borsten angeordnet sind. Jede Schaufel umfasst ein Elastomermaterial, das sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist, erstreckt. Die Schaufeln der ersten Rollenbürste können kürzer als die Borsten sein. In einigen Beispielen umfasst die zweite Rollenbürste Schaufeln, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Doppelreihen von Borsten angeordnet sind. Jede Schaufel umfasst ein Elastomermaterial, das sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist, erstreckt. Die Schaufeln der zweiten Rollenbürste können kürzer als die Borsten sein. In einigen Beispielen definieren die Reihen von Borsten jeder Rollenbürste jeweils eine Chevron-Form, die in Längsrichtung entlang des jeweiligen Bürstenkerns angeordnet ist.
In einigen Implementierungen umfasst der Roboter einen ersten und einen zweiten Bürstenmotor. Der erste Bürstenmotor ist mit der ersten Rollenbürste gekoppelt und treibt die erste Rollenbürste in eine erste Richtung an. Der zweite Bürstenmotor ist mit der zweiten Rollenbürste gekoppelt und treibt die zweite Rollenbürste in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, an. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Rotationsrichtung eine Vorwärtslaufrichtung in Bezug auf die Vorwärtsantriebsrichtung sein.
In einigen Implementierungen definiert jeder Bürstenkern einen in Längsrichtung verlaufenden T-förmigen Kanal zum abnehmbaren Aufnehmen eines Bürstenelements. Das Bürstenelement umfasst einen Anker, der eine T-Form definiert, und ist für eine verschiebbare Aufnahme in dem T-förmigen Kanal komplementär dimensioniert. Das Bürstenelement umfasst außerdem mindestens eine Längsreihe von Borsten oder eine Schaufel, die an dem Anker befestigt ist. Das Bürstenelement kann eine Doppelreihe von Borsten umfassen, die an dem Anker befestigt ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Bürstenkern mehrere in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnete, T-förmige Kanäle definieren.
In einigen Implementierungen umfasst das Reinigungssystem eine Bürstenstange, die parallel zu einer oder beiden der Rollenbürsten angeordnet ist und mit den Borsten der einen oder der beiden Rollenbürsten in Eingriff kommt. Die Bürstenstange behindert die Rotation der im Eingriff stehenden Rollenbürsten, um Fasern von den im Eingriff stehenden Borsten abzustreifen. In einigen Beispielen umfasst das Reinigungssystem ferner ein Auffangvolumen, das an dem Roboterkörper angeordnet ist, einen Luftraum, der über der ersten und der zweiten Rollenbürste angeordnet ist, und eine Leitung, die in pneumatischer Verbindung mit dem Luftraum und dem Auffangvolumen steht.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung stellt einen mobilen Oberflächenreinigungsroboter bereit, der einen Roboterkörper, der eine Vorwärtsantriebsrichtung aufweist, und ein Antriebssystem, das den Roboterkörper über einer Fußbodenfläche stützt, um den Roboter auf der Fußbodenfläche zu lenken, umfasst. Das Antriebssystem umfasst ein rechtes und ein linkes Antriebsrad, die jeweils an einem rechten bzw. einem linken Abschnitt des Roboterkörpers angeordnet sind, und eine Lenkrollenbaugruppe, die hinterhalb der Antriebsräder angeordnet ist. Die Lenkrollenbaugruppe umfasst eine Lenkrolle, die zur vertikalen Bewegung gestützt ist, und eine Tragfeder, die die Lenkrolle zur Fußbodenfläche hin vorspannt. Der Roboter umfasst eine Robotersteuerung, die in kommunikativer Verbindung mit dem Antriebssystem steht, und ein von dem Roboterkörper gestütztes Reinigungssystem vorderhalb der Antriebsräder. Das Reinigungssystem umfasst mindestens ein Reinigungselement, das derart ausgelegt ist, dass es mit der Fußbodenfläche in Eingriff kommt, wobei die Tragfeder eine Federkonstante aufweist, die hinreichend ist, um ein hinteres Ende des Roboterkörpers über der Fußbodenfläche zu heben, um den Eingriff des mindestens einen Reinigungselements mit der Fußbodenfläche aufrechtzuerhalten.
In einigen Beispielen umfasst das Reinigungselement eine Rollenbürste, die Borsten aufweist. Die Tragfeder hebt das hintere Ende des Roboterkörpers über der Fußbodenfläche, wodurch veranlasst wird, dass mindestens 5% einer Borstenlänge der Rollenbürstenborsten mit der Fußbodenfläche in Eingriff kommen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Schwerpunkt des Roboters vorderhalb der Antriebsachse angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, dass der Roboterkörper um die Antriebsräder nach vorne schwenkt.
In einigen Implementierungen umfasst der Roboter mindestens einen Bodenfreiheitsregler, der an dem Roboterkörper vorderhalb der Antriebsräder angeordnet ist. Der Bodenfreiheitsregler erhält eine Bodenfreiheitsmindesthöhe (z. B. mindestens 2 mm) zwischen einer unteren Fläche des Roboterkörpers und der Fußbodenfläche aufrecht. Der/Die Bodenfreiheitsregler kann/können vorderhalb der Antriebsräder und hinterhalb des/der Reinigungselements (Reinigungselemente) angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ ist/sind der/die Bodenfreiheitsregler Rolle(n), die drehbar von dem Roboterkörper gestützt ist/sind.
In einigen Implementierungen umfasst das mindestens eine Reinigungselement eine erste Rollenbürste, die von dem Roboterkörper drehbar gestützt ist. Die erste Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und mindestens zwei Längsreihen von Borsten, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind. Jede Borste erstreckt sich weg von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist. All die Borsten weisen eine im Wesentlichen gleiche Länge auf. Das Reinigungselement umfasst ferner eine von dem Roboterkörper drehbar gestützte, zweite Rollenbürste hinterhalb der ersten Rollenbürste. Die zweite Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und mindestens zwei Längsdoppelreihen von Borsten, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Reihe von Borsten, die eine erste Borstenlänge aufweisen, und eine zu der ersten Borstenreihe benachbarte und zu ihr parallele zweite Reihe von Borsten, die eine zweite Borstenlänge aufweisen, die von der ersten Borstenlänge verschieden ist. Die erste und die zweite Borstenreihe jeder Doppelreihe von Borsten sind in Umfangsrichtung entlang des Bürstenkerns durch einen Kordabstand von weniger als ungefähr 0,25 der ersten Länge getrennt. Des Weiteren erstreckt sich jede Borste weg von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist. In einigen Beispielen umfasst das Reinigungssystem einen ersten und einen zweiten Bürstenmotor. Der erste Bürstenmotor ist mit der ersten Rollenbürste gekoppelt und treibt die erste Rollenbürste in eine erste Richtung an. Der zweite Bürstenmotor ist mit der zweiten Rollenbürste gekoppelt und treibt die zweite Rollenbürste in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, an.
Ein noch anderer Aspekt der Offenbarung stellt einen mobilen Oberflächenreinigungsroboter bereit, der einen Roboterkörper, der eine Vorwärtsantriebsrichtung aufweist, und ein Antriebssystem, das den Roboterkörper über einer Fußbodenfläche stützt, um den Roboter auf der Fußbodenfläche zu lenken, umfasst. Das Antriebssystem umfasst eine rechte und eine linke Antriebsrad-Baugruppe, die jeweils an dem rechten bzw. dem linken Abschnitt des Roboterkörpers angeordnet sind. Jede Antriebsrad-Baugruppe weist ein Antriebsrad, einen Antriebsrad-Querlenker, der ein erstes Ende, das drehbar mit dem Roboterkörper gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das das Antriebsrad drehbar stützt, aufweist, und eine Antriebsrad-Tragfeder, die das Antriebsrad zur Fußbodenfläche hin vorspannt, auf. Das Antriebssystem umfasst ferner mindestens einen Bodenfreiheitsregler, der vorderhalb der Antriebsräder angeordnet ist, um eine Bodenfreiheitsmindesthöhe zwischen einer unteren Fläche des Roboterkörpers und der Fußbodenfläche aufrechtzuerhalten. Das Antriebssystem umfasst ferner eine Lenkrollenbaugruppe, die hinterhalb der Antriebsräder angeordnet ist und eine Lenkrolle, die zur vertikalen Bewegung gestützt ist, und eine Tragfeder, die die Lenkrolle zur Fußbodenfläche hin vorspannt, umfasst. Der Roboter umfasst ferner eine Robotersteuerung, die in kommunikativer Verbindung mit dem Antriebssystem steht, und ein von dem Roboterkörper gestütztes Reinigungssystem vorderhalb der Antriebsräder. Das Reinigungssystem umfasst mindestens eine Rollenbürste, die derart ausgelegt ist, dass sie mit der Fußbodenfläche in Eingriff kommt und Borsten aufweist. Die Tragfeder weist eine Federkonstante auf, die hinreichend ist, um ein hinteres Ende des Roboterkörpers über der Fußbodenfläche zu heben, um den Eingriff der mindestens einen Rollenbürste mit der Fußbodenfläche aufrechtzuerhalten. In einigen Beispielen weist ein Vorderabschnitt des Roboterkörpers eine flache vordere Fläche auf, und ein hinterer Abschnitt des Roboterkörpers definiert eine Halbkreisform.
In einigen Implementierungen stützen die Tragfedern den Roboterkörper in einer derartigen Höhe über der Fußbodenfläche, die ein Eingriff von mindestens 5% einer Borstenlänge der Rollenbürstenborsten mit der Fußbodenfläche veranlasst. Zusätzlich oder alternativ kann der Antriebsrad-Querlenker eine Länge aufweisen, die zwischen 70% und 150% einer Höhe des Roboterkörpers beträgt. Das erste Ende des Antriebsrad-Querlenkers kann an dem Roboterkörper unterhalb der Hälfte der Höhe des Roboterkörpers angeordnet sein. Außerdem stellen die Antriebsrad-Tragfedern zusammen eine Federkraft, die zwischen 40% und 80% eines Gesamtgewichts des Roboters beträgt. Jedes Antriebsrad kann einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 70% und 120% der Höhe des Roboterkörpers beträgt.
In einigen Implementierungen hebt die Lenkrollen-Tragfeder das hintere Ende des Roboterkörpers über der Fußbodenfläche, um einen Eingriff von mindestens 5% einer Borstenlänge der Rollenbürstenborsten mit der Fußbodenfläche zu veranlassen. Ein Schwerpunkt des Roboters kann vorderhalb der Antriebsräder angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, dass der Roboterkörper um die Antriebsräder nach vorne schwenkt.
Die Bodenfreiheitsmindesthöhe kann mindestens 2 mm betragen. In einigen Beispielen ist/sind der/die Bodenfreiheitsregler vorderhalb der Antriebsräder und hinterhalb der Rollenbürste(n) angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann der Bodenfreiheitsregler eine Rolle sein, die drehbar von dem Roboterkörper gestützt ist.
In einigen Implementierungen umfasst das mindestens eine Reinigungselement eine erste Rollenbürste, die von dem Roboterkörper drehbar gestützt ist. Die erste Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und mindestens zwei Längsreihen von Borsten, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind. Jede Borste erstreckt sich weg von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist. All die Borsten weisen eine im Wesentlichen gleiche Länge auf. Das Reinigungselement umfasst ferner eine von dem Roboterkörper drehbar gestützte zweite Rollenbürste hinterhalb der ersten Rollenbürste. Die zweite Rollenbürste umfasst einen Bürstenkern, der eine Rotationslängsachse definiert, und mindestens zwei Längsdoppelreihen von Borsten, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern angeordnet sind. Jede Doppelreihe von Borsten umfasst eine erste Reihe von Borsten, die eine erste Borstenlänge aufweisen, und eine zu der ersten Borstenreihe benachbarte und zu ihr parallele zweite Reihe von Borsten, die eine zweite Borstenlänge aufweisen, die von der ersten Borstenlänge verschieden ist. Die erste und die zweite Borstenreihe jeder Doppelreihe von Borsten sind in Umfangsrichtung entlang des Bürstenkerns durch einen Kordabstand von weniger als ungefähr 0,25 der ersten Länge getrennt. Des Weiteren erstreckt sich jede Borste weg von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist.
In einigen Implementierungen ist die erste Borstenlänge kleiner als 90% der zweiten Borstenlänge. Die erste Borstenreihe jeder Doppelreihe von Borsten kann sich in Rotationsrichtung der zweiten Rollenbürste vorderhalb der zweiten Borstenreihe befinden.
Die erste Rollenbürste kann Schaufeln umfassen, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Reihen von Borsten angeordnet sind. Jede Schaufel umfasst ein Elastomermaterial, das sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweiten Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist, erstreckt. Die Schaufeln können kürzer als die Borsten sein. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Rollenbürste Schaufeln aufweisen, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Doppelreihen von Borsten angeordnet sind. Jede Schaufel umfasst ein Elastomermaterial, das sich von einem ersten Ende, das an dem Bürstenkern befestigt ist, zu einem zweite Ende, das an dem Bürstenkern nicht befestigt ist, erstreckt, wobei die Schaufeln kürzer als die Borsten sind. Die Reihen von Borsten jeder Rollenbürste können jeweils eine Chevron-Form definieren, die in Längsrichtung entlang des jeweiligen Bürstenkerns angeordnet ist.
Der Roboter kann ferner einen ersten und einen zweiten Bürstenmotor umfassen. Der erste Bürstenmotor kann mit der ersten Rollenbürste gekoppelt sein und kann die erste Rollenbürste in eine erste Richtung antreiben. Der zweite Bürstenmotor kann mit der zweiten Rollenbürste gekoppelt sein und kann die zweite Rollenbürste in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, antreiben. Die erste Rotationsrichtung kann eine Vorwärtslaufrichtung in Bezug auf die Vorwärtsantriebsrichtung sein.
In einigen Implementierungen definiert jeder Bürstenkern einen in Längsrichtung verlaufenden T-förmigen Kanal zum abnehmbaren Aufnehmen eines Bürstenelements. Das Bürstenelement umfasst einen Anker, der eine T-Form definiert und für eine verschiebbare Aufnahme in dem T-förmigen Kanal komplementär dimensioniert ist, und mindestens eine Längsreihe von Borsten oder eine Schaufel, die an dem Anker befestigt ist. Das Bürstenelement kann eine Doppelreihe von Borsten umfassen, die an dem Anker befestigt ist. In einigen Beispielen definiert der Bürstenkern mehrere in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnete T-förmige Kanäle.
In einigen Implementierungen umfasst das Reinigungssystem ferner eine Bürstenstange, die parallel zu einer oder beiden der Rollenbürsten ist und mit den Borsten der einen oder der beiden Rollenbürsten in Eingriff kommt. Die Bürstenstange behindert die Rotation der im Eingriff stehenden Rollenbürsten, um Fasern von den im Eingriff stehenden Borsten abzustreifen. Zusätzlich oder alternativ kann das Reinigungssystem ein Auffangvolumen, das an dem Roboterkörper angeordnet ist, einen Luftraum, der über der ersten und der zweiten Rollenbürste angeordnet ist, und eine Leitung, die in pneumatischer Verbindung mit dem Luftraum und dem Auffangvolumen steht, umfassen.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Implementierungen der Offenbarung sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnung sowie aus den Ansprüchen offensichtlich sein.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
2 ist eine untere Ansicht des in 1 gezeigten Roboters.
3 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Robotersystems.
4 ist eine auseinandergezogene Teilansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
5 ist eine untere Ansicht des in 5 gezeigten Roboters.
6 ist eine entlang der Linie 6-6 gebildete Schnittansicht des in 4 gezeigten Roboters.
7 ist eine untere Teilansicht der Bürsten eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
8 ist eine Teilschnittansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters, die eine Bürstenstangenanordnung darstellt.
9 ist eine seitliche Ansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
10A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Rollenbürste, die Doppelreihen von Borsten aufweist.
10B ist eine Vorderansicht der Rollenbürste von 10A.
10C ist eine Seitenansicht der Rollenbürste von 10A.
11 ist eine Teilschnittansicht eines Beispiels eines Reinigungssystems mit Doppelbürsten.
12A ist eine untere schematische Ansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
12B eine schematische Seitenansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
12C eine schematische Seitenansicht eines Beispiels eines Reinigungsroboters.
12D ist eine schematische Ansicht eines Rads eines Roboters.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein autonomer Roboter, der beweglich gestützt ist, kann eine Fläche reinigen, während er jene Fläche durchquert. Der Roboter kann Kleinteile von der Fläche entfernen, indem er die Kleinteile aufwirbelt und/oder die Kleinteile durch Anwenden eines Unterdrucks (z. B. Teilvakuum) über der Fläche von der Fläche aufhebt und die Kleinteile von der Fläche sammelt.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 umfasst ein Roboter 100 in einigen Implementierungen einen Körper 110, der von einem Antriebssystem 120 gestützt ist, das den Roboter 100 auf der Fußbodenfläche 10 auf der Grundlage eines Antriebsbefehls, der zum Beispiel eine x,- eine y- und eine θ-Komponente aufweist, lenken kann. Der Roboterkörper 110 weist einen vorderen Abschnitt 112 und einen hinteren Abschnitt 114 auf. Das Antriebssystem 120 umfasst ein rechtes und ein linkes Antriebsrad-Modul 120a, 120b. Die Radmodule 120a, 120b liegen im Wesentlichen einander gegenüber entlang einer Querachse X, die durch den Körper 110 definiert ist, und umfassen jeweils einen Antriebsmotor 122a, 122b, der das jeweilige Rad 124a bzw. 124b antreibt. Die Antriebsmotoren 122a, 122b können mit dem Körper 110 lösbar verbunden sein (z. B. über Befestigungselemente oder werkzeuglose Verbindungen), wobei die Antriebsmotoren 122a, 122b fakultativ im Wesentlichen über dem jeweiligen Rad 124a bzw. 124b angeordnet sind. Die Radmodule 120a, 120b können an dem Gehäuse 110 lösbar befestigt sein und durch entsprechende Federn in Eingriff mit der Fußbodenfläche 10 gezwungen sein. Der Roboter 100 kann eine Lenkrolle 126 aufweisen, die derart angeordnet ist, dass sie einen hinteren Abschnitt 114 des Roboterkörpers 110 stützt. Der Roboterkörper 110 trägt eine Energiequelle 102 (z. B. eine Batterie) zum Versorgen aller elektrischen Komponenten des Roboters 100.
In einigen Beispielen sind die Radmodule 120a, 120b beweglich an dem Roboterkörper 110 befestigt (z. B. drehbar angebracht) und erhalten eine Federvorspannung (z. B. zwischen ungefähr 5 und 25 Newton), die die Antriebsräder 124a, 124b nach unten und von dem Roboterkörper 110 weg vorspannt. Zum Beispiel können die Antriebsräder 124a, 124b eine abwärtsgerichtete Vorspannung von ungefähr 10 Newton, wenn sie in eine Einsatzposition verschoben sind, und von ungefähr 20 Newton, wenn sie in eine zurückgezogene Position in dem Roboterköper 110 verschoben sind, empfangen. Die Federvorspannung ermöglicht es, dass die Antriebsräder 124a, 124b Kontakt und Traktion mit der Fußbodenfläche 10 behalten, während beliebige Reinigungselemente des Roboters 100 ebenfalls in Kontakt mit der die Fußbodenfläche 10 stehen.
Der Roboter 100 kann sich auf der Fußbodenfläche 10 mithilfe von verschiedenen Kombinationen von Bewegungen in Bezug auf drei zueinander jeweils senkrechte Achsen bewegen, die durch den Körper 110 definiert sind: eine Querachse X, eine Vorwärts-Rückwärts-Achse Y, und eine vertikale Mittelachse Z. Eine Vorwärtsantriebsrichtung entlang der Vorwärts-Rückwärts-Achse ist mit F gekennzeichnet (nachstehend mitunter als „Vorwärts” bezeichnet), und eine Rückwärtsantriebsrichtung entlang der Vorwärts-Rückwärts-Achse Y ist mit A gekennzeichnet (nachstehend mitunter als „Rückwärts” bezeichnet). Die Querachse X erstreckt sich zwischen einer rechten Seite R und einer linken Seite L des Roboters 100 im Wesentlichen entlang einer Achse, die durch Mittelpunkte der Radmodule 120a, 120b definiert ist.
Unter Bezugnahme auf 2 und 12B wiegt der Roboter 100 in einigen Implementierungen ungefähr 10 bis 60 N im leeren Zustand. Der Roboter 100 kann einen Schwerpunkt in einer Position bis zu 35% der Strecke von der Querachse X (z. B. einer Mittelachse, die die Antriebsräder 124a, 124b verbindet) zur Vorderseite des Roboters 100 (d. h. der Vorderfläche, die der Fahrtrichtung zugewandt ist) aufweisen. Der Roboter 100 kann sich darauf stützen, dass er den größten Teil seines Gewichtes über den Antriebsrädern 124a, 124b aufweist, so dass eine gute Traktion und Beweglichkeit auf Flächen 10 gewährleistet sind. Des Weiteren kann die Lenkrolle 126, die an dem hinteren Abschnitt 114 des Roboterkörpers 110 angeordnet ist, zwischen ungefähr 0 bis 25% des Robotergewichts tragen, und die Lenkrolle 126 fährt auf Vollbremsung, während der Roboter 100 mobil ist. Der Roboter 100 kann zum Stützen zwischen ungefähr 0 und 25% des Robotergewichts und zum Sicherstellen, dass der Vorderabschnitt 112 des Roboters 100 beim Beschleunigen nicht auf dem Boden aufliegt, einen oder mehrere Bodenfreiheitsregler 128a, 128b umfassen, wie z. B. ein rechtes und ein linkes nicht angetriebenes Rad 128a, 128b, die drehbar von dem Roboterkörper 110 gestützt, zu den Antriebsrädern 124a, 124b benachbart und vorderhalb von ihnen angeordnet sind.
Ein Vorderabschnitt 112 des Körpers 110 trägt einen Stoßfänger 130, der (z. B. mithilfe eines oder mehrerer Sensoren) ein oder mehrere Ereignisse auf einem Fahrweg des Roboters 100 erkennt, zum Beispiel wenn die Radmodule 120a, 120b den Roboter 100 auf der Fußbodenfläche 100 während eines Reinigungsprogramms antreiben. Der Roboter 100 kann auf Ereignisse (z. B. Hindernisse, steile Abhänge, Wände), die durch den Stoßfänger 130 erkannt wurden, reagieren, indem die Radmodule 120a, 120b gesteuert werden, um den Roboter 100 als Reaktion auf das Ereignis zu lenken (z. B. weg von einem Hindernis). Obwohl einige Sensoren hier derart beschrieben sind, dass sie an dem Stoßfänger angeordnet sind, können diese Sensoren zusätzlich oder alternativ an einer beliebigen von mehreren verschiedenen Positionen an dem Roboter 100 angeordnet sein.
Eine Benutzerschnittstelle 140, die auf einer Oberseite des Körpers 110 angeordnet ist, empfängt einen oder mehrere Benutzerbefehle und/oder zeigt einen Status des Roboters 100 an. Die Benutzerschnittstelle 140 steht in Kommunikation mit einer Robotersteuerung 150, die von dem Roboter 100 getragen wird, so dass ein oder mehrere Befehle, die durch die Benutzerschnittstelle 140 empfangen werden, die Ausführung eines Reinigungsprogramms durch den Roboter 100 einleiten können.
Unter Bezugnahme auf 3 bis 5 kann der Roboter 100, um eine zuverlässige und stabile autonome Bewegung zu erzielen, ein Sensorsystem 500 umfassen, das mehrere verschiedene Arten von Sensoren 530 aufweist, die in Verbindung miteinander verwendet werden können, um eine hinreichende Wahrnehmung der Umgebung des Roboters zu schaffen, um es dem Roboter 100 zu ermöglichen, intelligente Entscheidungen über in dieser Umgebung auszuführende Handlungen zu treffen. Das Sensorsystem 500 kann Sensoren zur Hinderniserkennung und Hindernisvermeidung (Obstacle Detection Obstacle Avoidance, ODOA), Kommunikationssensoren, Navigationssensoren usw. aufweisen. In einigen Implementierungen umfasst das Sensorsystem 500 entfernungsmessende Sonarsensoren 530a (z. B. an dem vorderen Körperabschnitt 112 angeordnet), Näherungs-Klippensensoren 530b (z. B. Infrarotsensoren), Kontaktsensoren, einen Laserabtaster und/oder ein Imaging Sonar. Zusätzlich oder alternativ können die Sensoren 530 umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Näherungssensoren, ein Sonargerät, ein Radargerät, ein LIDAR (Light Detection And Ranging, das eine optische Fernerkundung umfassen kann, die Eigenschaften von Streulicht misst, um die Entfernung und/oder andere Informationen über ein entferntes Ziel herauszufinden), ein LADAR (Laser Detection and Ranging) usw., Infrarot-Klippensensoren, Kontaktsensoren, eine Kamera (z. B. Messpunktwolke-Bildgebung, dreidimensionale (3D) Bildgebung oder Tiefenkartensensoren, Kamera für sichtbares Licht und/oder Infrarotkamera) usw.
Die Robotersteuerung 150 (die ein Steuersystem ausführt) kann Handlungsweisen ausführen, die den Roboter 100 dazu veranlassen, eine Handlung auszuführen, wie z. B. sich einer Wand folgend, einen Fußboden bürstend zu bewegen, oder die Fahrtrichtung zu ändern, wenn ein Hindernis (z. B. durch ein Stoßfänger-Sensorsystem 400) erkannt wird. Die Robotersteuerung 150 kann den Roboter 100 in eine beliebige Richtung auf der Fußbodenfläche 10 lenken, indem die Drehgeschwindigkeit und die Richtung jedes Radmoduls 120a, 120b unabhängig gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Robotersteuerung 150 den Roboter 100 in die Vorwärts-F-, Rückwärts-A- (nach hinten), Rechts-R- und Links-L-Richtung lenken. Da sich der Roboter 100 im Wesentlichen entlang der Vorwärts-Rückwärts-Achse Y bewegt, kann der Roboter 100 wiederholt abwechselnde Rechts- und Linksumdrehungen vornehmen, so dass sich der Roboter 100 um die vertikale Mittelachse Z hin und her dreht (nachstehend als eine Wackelbewegung bezeichnet). Die Wackelbewegung kann es ermöglichen, dass der Roboter 100 als ein Schrubber während eines Reinigungsvorgangs wirkt. Des Weiteren kann die Wackelbewegung durch die Robotersteuerung 150 genutzt werden, um einen Roboterstillstand zu erkennen. Zusätzlich oder alternativ kann die Robotersteuerung 150 den Roboter 100 derart lenken, dass er sich im Wesentlichen ortsfest dreht, so dass zum Beispiel der Roboter 100 von einem Hindernis wegsteuern kann. Die Robotersteuerung 150 kann den Roboter 100 beim Durchqueren der Fußbodenfläche 10 auf einem im Wesentlichen zufälligen (z. B. pseudo-zufälligen) Pfad lenken. Die Robotersteuerung 150 kann reaktionsfähig gegenüber einem oder mehreren Sensoren 530 sein (z. B. Stoß-, Näherungs-, Wand-, Stillstand- und/oder Klippensensoren), die um den Roboter 100 angeordnet sind. Die Robotersteuerung 150 kann als Reaktion auf von den Sensoren 530 empfangene Signale die Radmodule 120a, 120b umlenken, wodurch veranlasst wird, dass der Roboter 100 beim Behandeln der Fußbodenfläche 10 Hindernisse und Unordnungsstellen umgeht. Wenn der Roboter 100 während des Betriebs stecken bleibt oder sich verfängt, kann die Robotersteuerung 150 die Radmodule 120a, 120b durch eine Reihe von Auswegverhalten leiten, so dass der Roboter 100 ausweichen und normale Reinigungsoperationen wiederaufnehmen kann.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst der Roboter 100 in einigen Implementierungen ein Navigationssystem 600, das zum Lenken des Roboters 100 in einem Pseudozufallsmuster auf der Fußbodenfläche 10 ausgelegt ist, so dass es wahrscheinlich ist, dass der Roboter 100 zu dem Abschnitt der Fußbodenfläche 10 zurückkehrt, auf dem Reinigungsflüssigkeit verblieben ist. Das Navigationssystem 600 kann ein auf Verhalten basierendes System sein, das in der Robotersteuerung 150 gespeichert ist und/oder ausgeführt wird. Das Navigationssystem 600 kann mit dem Sensorsystem 500 kommunizieren, um Fahrbefehle an das Antriebssystem 120 zu bestimmen und auszugeben.
Unter Bezugnahme auf 2 bis 8 umfasst der Roboter 100 in einigen Implementierungen ein Reinigungssystem 160, das ein Reinigungsteilsystem 300, wie z. B. ein Trockenreinigungssystem, aufweist. Das Trockenreinigungssystem 300 umfasst mindestens eine Rollenbürste 310 (z. B. mit Borsten und/oder Flügelklappen), die sich parallel zu der Querachse X erstreckt und von dem Roboterkörper 10 drehbar gestützt ist, um in Kontakt mit der Fußbodenfläche 10 zu kommen. Die Bürste 310 umfasst ein erstes und ein zweites Ende 311, 313, wobei jedes Ende lösbar mit dem Roboterkörper 110 verbunden ist. Das Reinigungssystem 160 umfasst einen Reinigungskopf 180 zum Aufnehmen der Rollenbürste 310. Die Rollenbürste 310 kann lösbar mit dem Reinigungskopf 180 verbunden sein. In dem dargestellten Beispiel ist der Reinigungskopf 180 in dem Vorderabschnitt 112 des Roboterkörpers 110 angeordnet. In einigen Beispielen definiert der Reinigungskopf 180 eine Vertiefung 184, die eine rechteckige Form aufweist, zum Aufnehmen der Rollenbürste(n) 310. Die Vertiefung 184 ermöglicht es, dass die Bürste(n) 310 zum Reinigen in Kontakt mit der Fußbodenfläche 10 steht/stehen. Der Reinigungskopf 180 definiert außerdem einen Luftraum 182, der über der Rollenbürste 310 angeordnet ist. Eine Leitung oder Kanalführung 208 stellt eine pneumatische Verbindung zwischen dem Luftraum 182 und dem Auffangvolumen 202b bereit.
Die Rollenbürste 310a, 310b kann durch einen entsprechenden Bürstenmotor 312a, 312b oder durch einen der Radantriebsmotoren 122a, 122b angetrieben werden. Die angetriebene Rollenbürste 310 wirbelt Kleinteile auf der Fußbodenfläche 10 auf, wobei die Kleinteile in den Saugpfad zum Abtransportieren in das Auffangvolumen 202b befördert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die angetriebene Rollenbürste 310 die aufgewirbelten Kleinteile von der Fußbodenfläche 10 weg und in einen zu der Rollenbürste 310 benachbarten Auffangbehälter (nicht dargestellt) oder in eine der Kanalführungen 208 befördern. Die Rollenbürste 310 kann rotieren, so dass die entstehende Kraft auf den Fußboden 10 den Roboter 100 vorwärts schiebt. Der Roboterkörper 110 kann eine abnehmbare Abdeckung 104 aufweisen, die Zugang zum Auffangbehälter ermöglicht, und kann einen Griff 106 zum lösbaren Zugriff auf das Auffangvolumen 202b aufweisen.
In einigen Implementierungen umfasst der Roboterkörper 110 eine Seitenbürste 140, die an dem unteren Vorderabschnitt 112 des Roboterkörpers 110 angeordnet ist. Die Seitenbürste 140 wirbelt Kleinteile auf der Fußbodenfläche 10 auf, wobei die Kleinteile in den Saugpfad eines Saugmoduls 162 befördert werden. In einigen Beispielen erstreckt sich die Seitenbürste 140 über den Roboterkörper 110 hinaus, wodurch ermöglicht wird, dass die Seitenbürste 140 Kleinteile in schwer zugänglichen Stellen, wie z. B. Ecken und um Möbel herum, aufwirbelt.
Unter Bezugnahme auf 9 bis 10C umfasst das Reinigungssystem 160 in einigen Implementierungen eine erste und eine zweite Rollerbürste 310a, 310b. Die Bürsten 310a, 310b rotieren gleichzeitig, um Schmutz von einer Fläche 10 zu entfernen. Jede Bürste 310a, 310b weist einen Bürstenkern 314 auf, der eine Rotationslängsachse X_A, X_B definiert. Die Bürsten 310a, 310b rotieren gleichzeitig um ihre Rotationslängsachsen X_A, X_B, um Schmutz von einer Fläche 10 zu entfernen. Des Weiteren können die Bürsten 310a, 310b in dieselbe Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen um ihre jeweilige Längsachse X_A, X_B rotieren. In einigen Beispielen umfasst der Roboter 100 einen ersten und einen zweiten Bürstenmotor 312a, 312b. Der erste Bürstenmotor 312a ist mit der ersten Rollenbürste 310a gekoppelt und treibt die erste Rollenbürste 310a in eine erste Richtung an. Der zweite Bürstenmotor 312b ist mit der zweiten Rollenbürste 310b gekoppelt und treibt die zweite Rollenbürste 310a in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, an. Die erste Rotationsrichtung kann eine Vorwärtslaufrichtung in Bezug auf die Vorwärtsantriebsrichtung F sein.
Unter Bezugnahme auf 6 und 9 weist die erste Rollenbürste 310a in einigen Implementierungen mindestens zwei Längsreihen 315 von Borsten 318, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern 314 angeordnet sind. Jede Borste 318 erstreckt sich weg von einem ersten Ende 318a, das an dem Bürstenkern 314 befestigt ist, zu einem zweiten Ende 318b, das an dem Bürstenkern 314 nicht befestigt ist. All die Borsten 318 können eine im Wesentlichen gleiche Länge L_B aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 6 sowie 10A bis 10C weist die zweite Rollenbürste 310b in einigen Implementierungen mindestens zwei Längsdoppelreihen 325 von Borsten 320, 330, die in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern 314 angeordnet sind. Jede Doppelreihe 325 weist eine erste Reihe 325a von Borsten 320, die eine erste Borstenlänge L_B1 aufweisen, und eine zu der ersten Borstenreihe 325a benachbarte und zu ihr parallele zweite Reihe 325b von Borsten 330, die eine zweite Borstenlänge L_B2 aufweisen, die von der ersten Borstenlänge L_B1 verschieden ist (z. B. ist die zweite Borstenlänge L_B2 größer als die erste Borstenlänge L_B1). Die erste und die zweite Borstenreihe 325a, 325b sind in Umfangsrichtung entlang des Bürstenkerns 314 durch einen schmalen Abstand getrennt. In einigen Beispielen beträgt der Kordabstand weniger als ungefähr 0,25 der ersten Borstenlänge L_B1. Außerdem kann sich jede Borste 320, 330 weg von einem ersten Ende 320a, 330a, das an dem Bürstenkern 314 befestigt ist, zu einem zweiten Ende 320b, 330b, das an dem Bürstenkern 314 nicht befestigt ist, erstrecken. In einigen Beispielen ist die erste Borstenlänge L_B1 kleiner als 90% der zweiten Borstenlänge L_B2. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Borstenreihe 325a jeder Doppelreihe 325 von Borsten 320, 330 in Rotationsrichtung R_B der zweiten Rollenbürste 310b vorderhalb der zweiten Reihe 325b von Borsten 330 angeordnet sein.
In einigen Implementierungen der zweiten Rollerbürste 310b ist die erste Reihe 325a von Borsten 320 aus einer ersten Borstenzusammensetzung ausgebildet und die zweite Reihe 325b von Borsten 330 ist aus einer zweiten Borstenzusammensetzung ausgebildet, und die erste Borstenzusammensetzung ist steifer als die zweite Borstenzusammensetzung. Die erste Borstenlänge L_B1 ist möglicherweise nicht größer als 90% der zweiten Borstenlänge L_B2, und die erste Reihe 325a und die zweite Reihe 325b können durch einen schmalen Abstand von nicht mehr als 10% der zweiten Borstenlänge L_B2 (d. h. nicht mehr als 10% der Länge der längeren Borsten 330) getrennt sein. In einigen Beispielen weist die zweite Rollenbürste 310b drei oder mehr Doppelreihen von Borsten 320, 330 auf, die äquidistant entlang des Umfangs des Bürstenkerns um 60 bis 120 Grad beabstandet sind. Anordnen von mehr als fünf Doppelreihen 325 ist kostspielig und führt außerdem zu einer übermäßigen Leistungsaufnahme von dem Motor, der die zweite Rollenbürste 310b antreibt. Anordnen von weniger als drei Doppelreihen 325 führt zu einer mangelhaften Reinigungsleistung, da die Borsten 330 die zu reinigende Fläche nicht mit einer hinreichenden Häufigkeit berühren.
Die erste Rollenbürste 310a kann drei oder mehr Reihen von Borsten 318 einer einzelnen Höhe umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Rollenbürste 310a eine oder mehrere Doppelreihen 325 von Borsten 320, 330 umfassen, die mit jenen, die hier unter Bezugnahme auf die zweite Rollenbürste 310 von 10C gezeigt und beschrieben sind, identisch sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf 7 und 9 sagt ein Borstenversatz O in einer Bürste 310, wie weit, in Bezug auf die beabsichtigte Richtung R_A der Rotation der Bürste 310, nach vorne oder nach hinten von der Mittelachse X_A, X_B der Bürste 310 die Borsten 318, 320, 330 befestigt sind. Borsten 318, 320, 330, die vorderhalb der Mittelachse X_A, X_B befestigt sind, werden beim Kontakt mit dem Fußboden 10 naturgemäß nach hinten gepfeilt, während Borsten 318, 320, 330, die hinterhalb der Mittelachse X_A, X_B befestigt sind, weiter in den Fußboden 10 angetrieben werden (was zu einer höheren Leistungsaufnahme und einem möglichen „Bürstenrückprall” führt). Borsten 318, 320, 330, die vorderhalb der Mittelachse X_A, X_B der Bürste 310 befestigt sind, ergeben längere Borsten 318, 320, 330 für den gleichen Wirkdurchmesser, wodurch eine Bürste 310 erzeugt wird, die verhältnismäßig weniger steif ist. Folglich kann beim Durchqueren und Reinigen einer Teppichbodenfläche 10 eine Stromaufnahme oder ein Energieverbrauch im Vergleich zu einer nach hinten versetzten Borstenanordnung erheblich reduziert werden. In einigen Implementierungen weisen die Borsten 318, 320, 330 einen Versatz von zwischen 0 und 3 mm (z. B. 1 mm) nach hinten von der Mittelachse X_A, X_B der Bürste 310.
In einigen Implementierungen ist eine Abstandsstrecke D_S, die entlang der Y-Achse gemessen wird, zwischen den Rotationslängsachsen X_A, X_B größer gleich einem Durchmesser Φ_A, Φ_B der Bürsten 310a, 310b. In einigen Beispielen sind die Bürsten 310a, 310b derart voneinander beabstandet, dass distale zweite Enden 318b, 320b, 320c der jeweiligen Borsten 318, 320, 330 um einen Abstand von ungefähr 1 bis 10 mm beabstandet sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf 6, 9 sowie 10A bis 10C umfasst eine oder beide Bürsten 310a, 310b in einigen Implementierungen Schaufeln 340, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Reihen 315 von Borsten 318 oder Doppelreihen 325 von Borsten 320, 330 angeordnet sind. Jede Schaufel 340 umfasst ein Elastomermaterial, das sich von einem ersten Ende 340a, das an dem Bürstenkern 314 befestigt ist, zu einem zweiten Ende 318b, das an dem Bürstenkern 314 nicht befestigt ist, erstreckt. Die Schaufeln 340 verhindern, dass sich Haare um den Bürstenkern 314 wickeln. Außerdem halten die Schaufeln 340 die Haare zum leichteren Entfernen und Reinigen in Richtung des Außenabschnitts des Bürstenkerns 314 hin. Die Schaufeln 340 können sich geradlinig erstrecken, oder sie können eine Chevron-Form auf dem Bürstenkern 314 definieren. Die Schaufeln 340 können kürzer als die Borsten 318, 320, 330 sein. Die Schaufeln 340 erleichtern das Entfernen von Haaren, die um den Bürstenkern 314 gewickelt sind, da die Schaufeln 340 verhindern, dass sich die Haare tief um den Bürstenkern 314 festwickeln. Außerdem erhöhen die Schaufeln 340 die Luftströmung vorbei an den Bürsten 310a, 310b, was wiederum die Ablagerung von Haaren und anderen Kleinteilen in dem Staubbehälter 202b erhöht. Da die Haare nicht tief um den Kern 314 der Bürste 310 gewickelt sind, kann der Unterdruck die Haare weiterhin von der Bürste 310 wegziehen.
In einigen Implementierungen definiert jeder Bürstenkern 314 einen in Längsrichtung verlaufenden T-förmigen Kanal 360 zum abnehmbaren Aufnehmen eines Bürstenelements 370. Das Bürstenelement 370 umfasst einen Anker 372, der eine T-Form definiert und für eine verschiebbare Aufnahme in dem T-förmigen Kanal 360 komplementär dimensioniert ist, und mindestens eine Längsreihe von Borsten 318, 320, 330 oder eine Schaufel 340, die an dem Anker 372 befestigt ist. Der T-förmige Anker 372 ermöglicht es einem Benutzer, das Bürstenelement 370 für die Wartung auf den Bürstenkern 314 auf- und von ihm herunterzuzuschieben, während auch Loslösen der Borsten beim Betrieb der Bürste 310 verhindert wird. In einigen Beispielen definiert der Kanal 360 andere Formen zum abnehmbaren Aufnehmen eines Bürstenelements 370, das eine komplementäre Form aufweist, die derart bemessen ist, dass sie in dem Kanal 360 verschiebbar aufgenommen wird. Die Kanäle 360 können in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern 314 angeordnet sein. Die Schaufeln 340 weisen eine Höhe L_V auf, die kleiner als die Höhe L_B2 der zweiten Borstenreihe 325b ist.
Unter Bezugnahme auf 11 können in einigen Implementierungen, insbesondere jenen, in denen der Roboter 110 einen hohen Energieverbrauch aufweist, die Bürsten 310a, 310b, während der Luftraum 182 Kleinteile aufsammelt, die Kleinteile von dem Luftraum 182 abstreifen, wodurch die Kleinteilansammlung minimiert wird. In einigen Beispielen weist die Doppelreihe 325 von Borsten 320, 330 eine erste Reihe 325a mit einem Borstendurchmesser φ_A von 0,003 bis 0,010 Zoll (z. B. 0,009 Zoll), die zu einer zweiten Borstenreihe 325b, die einen Borstendurchmesser φ_B von zwischen 0,001 und 0,007 Zoll (z. B. 0,005 Zoll) aufweist, benachbart und zu ihr parallel ist. Die erste Borstenreihe 325a (die Borstenreihe mit kleinerem Durchmesser) ist verhältnismäßig steifer als die zweite Borstenreihe 325b (die Borstenreihe mit größerem Durchmesser), um zu verhindern, dass sich Fäden um den Bürstenkern 314 wickeln. Des Weiteren können die Borsten 320, 330 von mindestens einer der Borstenreihen 325a, 325b hinreichend lang sein, damit sie sich mit dem Luftraum 182 überlagern, wodurch die Innenseite des Luftraums 182 sauber gehalten wird und ein längerer Griff in Übergänge und Fugenlinien auf der Fußbodenfläche 10 ermöglicht wird. Wenn der Roboter 100 Haare von der Fläche 10 aufhebt, werden die Haare möglicherweise nicht direkt von der Fläche 10 in den Auffangbehälter 202b überführt, sondern es kann vielmehr etwas Zeit erfordern, bis die Haare von der Bürste 310 in den Luftraum 182 und anschließend in den Auffangbehälter 202b wandern. Dichtere und/oder steifere Borsten 320, 330 können die Haare auf der Bürste 310 einfangen, was zu einer verhältnismäßig geringeren Ansammlung der Haare in dem Auffangbehälter 202b führt. Daher ermöglicht eine Kombination aus weichen und steifen Borsten 320, 330, wobei die weichen Borsten 330 länger als die steifen Borsten 320 sind, dass die Haare in den längeren weichen Borsten 330 eingefangen werden und daher schneller in den Auffangbehälter 202b wandern. Außerdem ermöglicht die Kombination aus dichteren und/oder steiferen Borsten 320, 330 ein Wiederaufsammeln von Kleinteilen, insbesondere von Haaren, von unzähligen Oberflächentypen. Die erste Reihe von Borsten 325a ist wirksam beim Aufheben von Kleinteilen von harten Bodenbelägen und harten Teppichen. Die weichen Borsten weisen eine bessere Nachgiebigkeit auf und sind besser bei der Übergabe von gesammelten Haaren in den Luftraum.
Wenn das Reinigungssystem 160 Kleinteile von der Fußbodenfläche 10 saugt, können Schmutz und Kleinteile an dem Luftraum 182 des Reinigungskopfs 180 anhaften. Der Reinigungskopf 180 kann mit dem Roboterkörper 110 und/oder dem Reinigungssystem 160 lösbar verbunden sein, um eine Abnahme durch den Benutzer zu ermöglichen, damit all gesammelter Schutz oder Kleinteile aus dem Reinigungskopf 180 gereinigt werden. Anstatt dass eine erhebliche Demontage des Roboters 100 zum Reinigen erforderlich ist, kann vielmehr ein Benutzer den Reinigungskopf 180 zum Entleeren des Auffangvolumens 202b abnehmen (z. B. durch Lösen von werkzeuglosen Verbindungs- oder Befestigungselementen), indem ein auf dem Roboterkörper 110 angeordneter Griff 106 ergriffen und gezogen wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 7 umfasst der Reinigungskopf in einigen Implementierungen einen Drahtbügel 190, um zu verhindern, dass sich größere Gegenstände (z. B. Drähte, Kabel und Kleidungsstücke) um die Bürsten wickeln. Die Drahtbügel können vertikal oder horizontal angeordnet sein, oder sie können eine Kombination sowohl aus einer vertikalen als auch einer horizontalen Anordnungen umfassen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 8 umfasst der Roboter 100 in einigen Implementierungen mindestens eine Bürstenstange 200a, 200b, die parallel zu einer der Rollenbürsten 310a, 310b angeordnet ist und mit den Borsten 318, 320, 330 der einen von den Rollenbürsten 310a, 310b in Eingriff kommt. Die Bürstenstange(n) 200a, 200b behindern die Rotation der im Eingriff stehenden Rollenbürsten 310a, 310b, um Fasern oder Fäden von den im Eingriff stehenden Borsten 318, 320, 330 abzustreifen. Wenn die Bürsten 310a, 310b rotieren, um eine Fußbodenfläche 10 zu reinigen, kommen die Borsten 318, 320, 330 mit der Bürstenstange 200a, 200b in Kontakt. Die Bürstenstange(n) 200a, 200b wirbelt Kleinteile (z. B. Haare) an den Enden der Bürsten 310a, 310b auf und lässt sie in die Unterdruckluftströmung zur Ablagerung in dem Auffangvolumen 202b mitgehen. Die Rollenbürste 310 ermöglicht es, dass der Roboter 100 seine Ansammlung von Kleinteilen, insbesondere Haaren, in dem Auffangbehälter 202b vergrößert und ein Verfangen von Haaren an den Bürsten 310a, 310b reduziert. In einigen Beispielen behindert eine Bürstenstange 200a minimal lediglich die zweite Borstenreihe 325b und behindert nicht die steiferen Borsten der ersten Borstenreihe 325a. Die Bürstenstange 200a, 200b kann das zweite Ende 330b der weicheren Borsten 330 der zweiten Borstenreihe 325b behindern und mit ihnen auf einer radial in Bezug auf den jeweiligen Bürstenkern 314 gemessenen Eingriffsstrecke E von 0,010 bis 0,060 Zoll der Länge L_B2 der weicheren Borsten 330 in Eingriff kommen.
Unter Bezugnahme auf 2, 5, 6, 12A und 12B umfasst der Roboter 100 in einigen Implementierungen eine Lenkrollenbaugruppe 126, die in dem hinteren Abschnitt 114 des Roboters 100 angeordnet ist und um die Vorwärts-Rückwärts-Achse Y angeordnet sein kann. Die Lenkrollenbaugruppe 126 umfasst eine Lenkrolle 127a, die für eine vertikale Bewegung gestützt ist, und eine Tragfeder 127b, die die Lenkrolle 127a zur Fußbodenfläche 10 hin vorspannt. Die Tragfeder 127b weist eine Federkonstante auf, die hinreichend ist, um einen hinteren Abschnitt 114 des Roboterkörpers 110 über der Fußbodenfläche 10 zu heben, um einen Eingriff des mindestens einen Reinigungselements (z. B. der Rollenbürsten 310a, 310b) mit der Fußbodenfläche 10 aufrechtzuerhalten. Die Tragfeder 127b stützt das hintere Ende 116 des Roboterkörpers 110 in einer Höhe H über der Fußbodenfläche 10, wodurch veranlasst wird, dass mindestens 5% einer Borstenlänge L_B (z. B. der ersten und/oder der zweiten Borstenlänge L_B1, L_B2) der Rollenbürstenborsten 318, 320, 330 mit der Fußbodenfläche 10 in Eingriff kommen. Der Schwerpunkt CG des Roboters 100 kann vorderhalb der Antriebsachse (0 bis 35%) angeordnet sein, um dabei zu helfen, den Vorderabschnitt 112 des Körpers 110 nach unten zu halten, wodurch der Eingriff der Rollenbürsten 310a, 310b mit dem Fußboden 10 veranlasst wird. Zum Beispiel ermöglicht die Positionierung des Schwerpunktes es dem Roboterkörper 110, um die Antriebsräder 124a, 124b nach vorne zu schwenken.
In einigen Beispielen ist die Lenkrollenbaugruppe 126 eine vertikal federbelastete Drehlenkrolle 126, die vorgespannt ist, um in Kontakt mit der Fußbodenfläche 10 zu bleiben. Die Baugruppe 126 der vertikal federbelasteten Drehlenkrolle kann verwendet werden, um zu erkennen, falls der Roboter 100 nicht mehr in Kontakt mit einer Fußbodenfläche 10 steht (z. B. wenn der Roboter 100 sich rückwärts an einer Treppe bewegt, was gestattet, dass die vertikal federbelastete Drehlenkrolle 126 herunterfällt). Außerdem hält die Lenkrollenbaugruppe 126 den hinteren Abschnitt 114 des Roboterkörpers 110 weg von der Fußbodenfläche 10 und verhindert, dass der Roboter 100 die Fußbodenfläche 10 kratzt, wenn er die Fläche 10 durchquert oder wenn der Roboter 100 auf Hindernisse steigt. Außerdem ermöglicht die Baugruppe 126 der vertikal federbelasteten Drehlenkrolle eine Toleranz bezüglich der Lage des Schwerpunktes CG, um Kontakt zwischen den Rollenbürsten 310a, 310b und dem Fußboden 10 aufrechtzuerhalten.
In einigen Implementierungen umfasst der Roboter 100 mindestens einen Bodenfreiheitsregler 128, der an dem Roboterkörper 110 in einem Vorderabschnitt 112 vorderhalb der Antriebsräder 124a, 124b angeordnet ist. In einigen Beispielen ist der Bodenfreiheitsregler 128 eine Rolle oder ein Rad, die/das von dem Roboterkörper 110 drehbar gestützt ist. Der Bodenfreiheitsregler 128 kann eine rechte und eine linke Rolle 128a, 128b sein, die vorderhalb der Antriebsräder 124a, 124b und hinterhalb der Rollenbürsten 310 angeordnet sind. Die Bodenfreiheitsregler/-rollen 128a, 128b können eine Bodenfreiheitshöhe C (z. B. mindestens 5 mm) zwischen einer unteren Fläche 118 des Roboterkörpers 110 und der Fußbodenfläche 10 aufrechterhalten.
Unter Bezugnahme auf 12B bis 12D ist in einigen Implementierungen jedes Antriebsrad 124a, 124b drehbar durch einen Antriebsrad-Querlenker 123, der ein erstes Ende 123a, das schwenkbar mit dem Roboterkörper 110 gekoppelt ist, und ein zweites Ende 123b, das das Antriebsrad 124a, 124b drehbar stützt, aufweist, und eine Antriebsrad-Tragfeder 125, die das Antriebsrad 124a, 125b zur Fußbodenfläche 100 hin vorspannt, gestützt. In einigen Beispielen ist der Antriebsrad-Querlenker 123 eine Halterung (12C), die einen Drehpunkt 127a, eine Raddrehachse 127b und einen Federanker 127c, der von dem Drehpunkt 127a und der Raddrehachse 127b beabstandet ist, aufweist. Eine Feder 125, die den Federanker 127b vorspannt, veranlasst den Querlenker 123 zum Rotieren um den Drehpunkt 127a (z. B. einen Stützpunkt), um die Antriebsräder 124a, 124b zur Fußbodenfläche 10 hin zu bewegen. In einigen Beispielen ist der Querlenker 123 eine L-förmige Halterung, die einen ersten und einen zweiten Schenkel 123L ₁, 123L ₂ aufweist. Der Drehpunkt 123a, 127a der Halterung 123 kann in unteren 25% einer Höhe H_R des Roboters 100 angeordnet sein und befindet sich zumindest unterhalb der Hälfte der Höhe H_R des Roboterkörpers 100 in Bezug auf die Fußbodenfläche 10. Zusätzlich oder alternativ kann eine Hypotenuse der L-förmigen Halterung 123 eine Länge L_A aufweisen, die zwischen 70% und 150% der Höhe H_R des Roboterkörpers 110 beträgt. In einigen Beispielen stellen die Antriebsrad-Tragfeder(n) 125 zusammen eine Federkraft F_S bereit, die zwischen 40% und 80% eines Gesamtgewichts W des Roboters 100 beträgt (z. B. F_S = 0,5 W). Jedes Antriebsrad 124a, 124b kann einen Durchmesser φ_D aufweisen, der zwischen 75% und 120% der Höhe H_R des Roboterkörpers 110 beträgt.
In einigen Implementierungen verhalten sich die Räder 124a, 124b je nach der Richtung der Radrotation unterschiedlich (z. B. dickere Fußbodenoberfläche oder Übergang von anderen Oberflächen). Die Traktion ist die maximale Reibungskraft, die zwischen zwei Flächen (den Roboterrädern 124a, 124b und der Fußbodenfläche 10) ohne Schlupf erzeugt wird. Eine Rotation der Räder 124a, 124b im Uhrzeigersinn und eine Rotation der Räder 124a, 124b entgegen dem Uhrzeigersinn ist nur dann gleich, wenn die Traktion T = 0, oder wenn sinβ = – R / L, (1) wobei β der Winkel zwischen dem Antriebsrad-Querlenker 123 in Bezug auf einen horizontalen oberen Abschnitt des Roboterkörpers 110 ist. R ist der Radius des Rads 124a, 124b, und L_A ist die Länge des Radlenkers 123. Die Traktion ist gleich null lediglich dann, wenn sich der Drehpunkt auf der Fußbodenfläche 10 befindet. Daher sollte, um das Verhalten in die schwache Richtung zu verbessern, der Drehpunkt möglichst nah am Null und daher möglichst nah der Fußbodenfläche 10 sein. Je tiefer sich der Drehpunkt befindet, umso besser ist die Leistung der Räder 124a, 124b. Die zwei nachfolgenden Gleichungen werden zum Verbessern der Radleistung in Betracht gezogen:
wobei β der Winkel zwischen dem Antriebsrad-Querlenker 123 in Bezug auf einen horizontalen oberen Abschnitt des Roboterkörpers 110 ist. R ist der Radius des Rads 124a, 124b, und L_A ist die Länge des Radlenkers 123. F_S ist die normale Federkraft und F_n ist die maximale zulässige Gewichtsgrenze. Auf der Grundlage der vorstehenden Gleichungen beträgt in einigen Beispielen, bei einer normalen Federkraft F_S = 2,5 lbf (konstant), der Radradius R = 41 mm, der Radlenker weist eine Länge L_A = 80 mm auf, mu = 0,8 (Reibungskoeffizient). Außerdem kann der Lenker einen Anfangswinkel = 16,0° bilden. In einigen Beispielen beträgt die maximale zulässige F_n (Gewichtsgrenze) 2,51 lbf pro Rad.
In einigen Implementierungen weist der Roboter 100 einen vorderen Körperabschnitt 112, der eine flache vordere Fläche aufweist (z. B. einen flachen linearen Stoßfänger 130), und einen hinteren Körperabschnitt 114, der eine Halbkreisform definiert, auf. Wenn sich der Roboter 100 einer Ecke nähert und in der Ecke steckenbleibt, muss der Roboter 100 möglicherweise rückwärts fahren, um der Ecke und/oder Wand zu entkommen. In einigen Beispielen wird eine höhere Traktion benötigt, wenn sich der Roboter 100 rückwärts bewegt, um die Fähigkeiten zum Entkommen zu verbessern, wenn der Roboter 100 steckengeblieben ist.
Mehrere Implementierungen wurden beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Demzufolge liegen weitere Implementierungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Drehbare Rollenbürste (310, 310a, 310b) für eine Reinigungsvorrichtung (100), wobei die Rollenbürste (310, 310a, 310b) umfasst: einen Bürstenkern (314), der eine Rotationslängsachse (X_A, X_B) definiert, und drei oder mehr Doppelreihen (325) von Borsten (318, 320, 330), die auf dem Bürstenkern (314) und in gleichen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns (314) angeordnet sind, wobei jede Doppelreihe (325) von Borsten (318) umfasst: eine erste Borstenreihe (325a), die eine erste Borstenzusammensetzung umfasst und eine erste Höhe (L_B, L_B1) aufweist, und eine zweite Borstenreihe (325b), die eine zweite Borstenzusammensetzung umfasst, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist, und die eine zweite Höhe (L_B, L_B2) aufweist, wobei die zweite Borstenreihe (325b) von der ersten Borstenreihe (325a) um einen Abstand (D_C), der kleiner gleich 10% der ersten Höhe (L_B1) ist, in Umfangsrichtung beabstandet ist, wobei die erste Höhe (L_B1) kleiner gleich 90% der zweiten Höhe (L_B2) ist.
Rollenbürste (310, 310a, 310b) nach Anspruch 1, wobei die erste Borstenreihe (325a) jeder Borsten-Doppelreihe (325) in Rotationsrichtung der Rollenbürste (310, 310a, 310b) vorderhalb der zweiten Borstenreihe (325b) angeordnet ist.
Rollenbürste (310, 310a, 310b) nach Anspruch 1, die ferner Elastomerschaufeln (340) umfasst, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Borstenreihen (325, 325a, 325b) angeordnet sind, wobei sich jede Schaufel (340) von einem ersten Ende (340a), das an dem Bürstenkern (314) befestigt ist, zu einem zweiten Ende (340b), das an dem Bürstenkern (314) nicht befestigt ist, erstreckt.
Rollenbürste (310, 310a, 310b) nach Anspruch 3, wobei die Schaufeln (340) eine dritte Höhe (L_V) aufweisen, die kleiner als die zweite Höhe (L_B2) der zweiten Borstenreihe (325b) ist.
Rollenbürste (310, 310a, 310b) nach Anspruch 1, wobei die erste Borstenreihe (325a) und die zweite Borstenreihe (325b) jeweils eine Chevron-Form definieren, die in Längsrichtung entlang des Bürstenkerns (314) angeordnet ist.
Rollenbürste (310, 310a, 310b) nach Anspruch 1, wobei jede der Borsten (318, 320) der ersten Borstenreihe (325a) einen ersten Durchmesser (Φ_A) aufweist, der kleiner ist als ein zweiter Durchmesser (Φ_B) jeder der Borsten (318, 330) der zweiten Borstenreihe (325b).
Rollenbürste (310, 310a, 310b) nach Anspruch 1, wobei jeder Bürstenkern (314) einen in Längsrichtung verlaufenden, T-förmigen Kanal (360) zum abnehmbaren Aufnehmen eines Bürstenelements (370) definiert, wobei das Bürstenelement (370) umfasst: einen Anker (372), der eine T-Form definiert, die für eine verschiebbare Aufnahme in dem T-förmigen Kanal (360) komplementär dimensioniert ist, und mindestens eine Doppelreihe (325, 325a, 325b) von Borsten (318, 320, 330) oder eine Schaufel (340), die an dem Anker (372) befestigt ist.
Drehbare Rollenbürstenbaugruppe (180) für eine Reinigungsvorrichtung (100), wobei die Rollenbürstenbaugruppe (180) umfasst: eine erste Rollenbürste (310, 310a), umfassend: einen Bürstenkern (314), der eine Rotationslängsachse (X_A) definiert, und drei oder mehr Doppelreihen (325) von Borsten (318, 320, 330), die auf dem Bürstenkern (314) und in gleichen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns (314) angeordnet sind, wobei jede Doppelreihe (325) der Borsten (318, 320, 330) umfasst: eine erste Borstenreihe (325a), die eine erste Borstenzusammensetzung umfasst und eine erste Höhe (L_B1) aufweist, und eine zweite Borstenreihe (325b), die eine zweite Borstenzusammensetzung umfasst, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist, und die eine zweite Höhe (L_B2) aufweist, wobei die zweite Borstenreihe (325b) von der ersten Borstenreihe (325a) um einen Abstand (D_C), der kleiner gleich 10% der ersten Höhe (L_B1) ist, in Umfangsrichtung beabstandet ist, wobei die erste Höhe (L_B1) kleiner gleich 90% der zweiten Höhe (L_B2) ist, und eine zweite Rollenbürste (310, 310b), die entgegengesetzt zur ersten Rollenbürste (310, 310a) drehbar angeordnet ist, wobei die zweite Rollenbürste (310, 310b) umfasst: einen Bürstenkern (314), der eine Rotationslängsachse (X_B) definiert, und drei oder mehr Reihen (315) von Borsten (318), die auf dem Bürstenkern (314) und in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern (314) angeordnet sind.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 8, wobei die erste Borstenreihe (325a) jeder Borsten-Doppelreihe (325) in Rotationsrichtung der Rollenbürste (310, 310a) vorderhalb der zweiten Borstenreihe (325b) angeordnet ist.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 8, wobei die erste Rollenbürste (310a) Elastomerschaufeln (340) umfasst, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Borstenreihen (325, 325a, 325b) angeordnet sind, wobei sich jede Schaufel (340) von einem ersten Ende (340a), das an dem Bürstenkern (314) der ersten Rollenbürste (310a) befestigt ist, zu einem zweiten Ende (340b), das an dem Bürstenkern (314) der ersten Rollenbürste (310a) nicht befestigt ist, erstreckt.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 10, wobei die Schaufeln (340) eine dritte Höhe (L_V) aufweisen, die kleiner als die zweite Höhe (L_B2) der zweiten Borstenreihe (325b) ist.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 8, wobei die zweite Bürste (310b) Elastomerschaufeln (340) umfasst, die zwischen und im Wesentlichen parallel zu den Borstenreihen (325, 325a, 325b) angeordnet sind, wobei sich jede Schaufel (340) von einem ersten Ende (340a), das an dem Bürstenkern (314) der zweiten Rollenbürste (310b) befestigt ist, zu einem zweiten Ende (340b), das an dem Bürstenkern (314) der zweiten Rollenbürste (310b) nicht befestigt ist, erstreckt.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 12, wobei die Schaufeln (340) kürzer als die Borsten (318) der zweiten Rollenbürste (310b) sind.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 8, wobei die Reihen (315, 325) von Borsten (318, 320, 330) jeder Rollenbürste (310, 310a, 310b) jeweils eine Chevron-Form definieren, die in Längsrichtung entlang des jeweiligen Bürstenkerns (314) angeordnet ist.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 8, wobei die erste Rotationsrichtung der ersten drehbaren Bürste (310a) eine Vorwärtslaufrichtung in Bezug auf eine Vorwärtsantriebsrichtung (F) der drehbaren Rollenbürstenbaugruppe (180) ist.
Rollenbürstenbaugruppe (180) nach Anspruch 8, die ferner eine Bürstenstange (200a, 200b) umfasst, die parallel zu einer Borstenreihe (315, 325) angeordnet ist und mit ihr auf einer radial in Bezug auf den entsprechenden Bürstenkern (314) gemessenen Eingriffsstrecke (E) von kleiner gleich 0,060 Zoll in Eingriff kommt, wobei die Bürstenstange (200a, 200b) die Rotation der im Eingriff stehenden Rollenbürste (310, 310a, 310b) behindert, um Fasern von den im Eingriff stehenden Borsten (318, 320, 330) abzustreifen.
Mobiler Oberflächenreinigungsroboter (100), umfassend: einen Roboterkörper (110), der eine Vorwärtsantriebsrichtung (F) aufweist, ein Antriebssystem (120), das den Roboterkörper (110) über einer Fußbodenfläche (10) stützt, um den Roboter (100) auf der Fußbodenfläche (10) zu lenken, wobei das Antriebssystem (120) ein rechtes und ein linkes Antriebsrad (124a, 124b) umfasst, die jeweils an einem rechten bzw. einem linken Abschnitt des Roboterkörpers (110) angeordnet sind, eine Lenkrollenbaugruppe (126), die hinterhalb der Antriebsräder (124a, 124b) angeordnet ist, und ein Reinigungssystem (160), das von dem Roboterkörper (110) vorderhalb der Antriebsräder (124a, 124b) gestützt ist, wobei das Reinigungssystem (160) eine drehbar angetriebene Rollenbürste (310) aufweist, umfassend: einen Bürstenkern (314), der eine Rotationslängsachse (X_A, X_B) definiert, und drei oder mehr Doppelreihen (325) von Borsten (318, 320, 330), die auf dem Bürstenkern (314) und in gleichen Abständen entlang eines Umfangs des Bürstenkerns (314) angeordnet sind, wobei jede Doppelreihe (325) von Borsten (318, 320, 330) umfasst: eine erste Borstenreihe (325a), die eine erste Borstenzusammensetzung umfasst und eine erste Höhe (L_B, L_B1) aufweist, und eine zweite Borstenreihe (325b), die eine zweite Borstenzusammensetzung aufweist, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist, und die eine zweite Höhe (L_B, L_B2) aufweist, wobei die zweite Borstenreihe (325b) von der ersten Borstenreihe (325a) um einen Abstand (D_C), der kleiner gleich 10% der ersten Höhe (L_B1) ist, in Umfangsrichtung beabstandet ist, wobei die erste Höhe (L_B1) kleiner gleich 90% der zweiten Höhe (L_B2) ist.
Roboter (100) nach Anspruch 17, wobei mindestens 5% der zweiten Höhe (L_B2) der zweiten Borstenreihe (325b) mit der Fußbodenfläche (10) in Eingriff kommen. 19 Roboter (100) nach Anspruch 17, wobei ein Schwerpunkt (CG) des Roboters (100) vorderhalb der Antriebsräder (124a, 124b) angeordnet ist, wodurch ermöglicht wird, dass der Roboterkörper (110) nach vorne um die Antriebsräder (124a, 124b) schwenkt.
Roboter (100) nach Anspruch 17, wobei der Roboterkörper (110) ein rechteckiges Vorderprofil oder ein abgerundetes Profil definiert.
Roboter (100) nach Anspruch 17, der ferner mindestens eine Bodenfreiheitsregler-Rolle (128, 128a, 128b) umfasst, die von dem Roboterkörper (110) gestützt ist und vorderhalb der Antriebsräder (124a, 124b) und hinterhalb der Rollenbürste (310) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Bodenfreiheitsregler-Rolle (128, 128a, 128b) eine Bodenfreiheitsmindesthöhe (C) von mindestens 2 mm zwischen dem Roboterkörper (110) und der Fußbodenfläche (10) bereitstellt.
Roboter (100) nach Anspruch 17, wobei die erste Borstenreihe (325a) jeder Borsten-Doppelreihe (325) in Rotationsrichtung der Rollenbürste (310) vorderhalb der zweiten Borstenreihe (325b) angeordnet ist.
Roboter (100) nach Anspruch 17, wobei das Reinigungssystem (160) eine erste und eine zweite drehbar angetriebene Rollenbürste (310, 310a, 310b) umfasst, wobei die zweite Rollenbürste (310, 310b) entgegengesetzt zur ersten Rollenbürste (310, 310a) drehbar angeordnet ist, wobei die erste Rollenbürste (310, 310a) die drei oder mehr Doppelreihen (325) von Borsten (318, 320, 330) aufweist, wobei die zweite Rollenbürste (310, 310b) umfasst: einen Bürstenkern (314), der eine Rotationslängsachse (X_B) definiert, und drei oder mehr Reihen (315) von Borsten (318), die auf dem Bürstenkern (314) und in Abständen in Umfangsrichtung um den Bürstenkern (314) angeordnet sind.
Roboter (100) nach Anspruch 23, wobei die drei oder mehr Reihen (315) von Borsten (318) der zweiten Rollenbürste (310, 310b) Doppelreihen (325) von Borsten (320, 330) sind, wobei jede Doppelreihe (325) von Borsten (320, 330) umfasst: eine erste Borstenreihe (325a), die eine erste Borstenzusammensetzung umfasst und eine erste Höhe (L_B, L_B1) aufweist, und eine zweite Borstenreihe (325b), die eine zweite Borstenzusammensetzung aufweist, die steifer als die erste Borstenzusammensetzung ist, und die eine zweite Höhe (L_B, L_B2) aufweist, wobei die zweite Borstenreihe (325b) von der ersten Borstenreihe (325a) um einen Abstand (D_C), der kleiner gleich 10% der ersten Höhe (L_B1) ist, in Umfangsrichtung beabstandet ist, wobei die erste Höhe (L_B1) kleiner gleich 90% der zweiten Höhe (L_B1) ist.
Roboter (100) nach Anspruch 23, wobei das Reinigungssystem (160) ferner umfasst: ein Auffangvolumen (202b), das an dem Roboterkörper (110) angeordnet ist, einen Luftraum (182), der über der ersten und der zweiten Rollenbürste (310a, 310b) angeordnet ist, und eine Leitung (208), die in pneumatischer Kommunikation mit dem Luftraum (182) und dem Auffangvolumen (202b) steht.