可自主行走的清洁设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对表面进行清洁或处理的设备，其中，所述设备具有用于利用光线照射表面的光源和用于探测从所述表面反射的光线的光学探测装置。所述设备通常可以是可自主行走或手动导引的设备。
[0002]此外，本发明还涉及一种运行用于对表面进行清洁或处理的设备的方法，其中，所述表面被光线照射并且被表面反射的光线被探测。
【背景技术】
[0003]上述类型的设备是已知的。所述设备可以例如是用于对地板进行清洁或养护的机器人或用于对草坪进行修剪的机器人。文献DE 103 57 637 Al公开了一种可自主行走的地面清洁设备，所述地面清洁设备适用于对表面、例如瓷砖地面进行湿式清洁。文献DE 10242 257 Al例如公开了一种吸尘/清扫机器人。
[0004]此外在现有技术中还已知的是，这种类型的设备配备有摄像机，所述摄像机完成对待驶过的表面的摄像。摄像通常要被处理，以便识别例如障碍物或沟壑。
[0005]此外从现有技术中还已知的是，对摄像机拍摄的照片进行分析，判断是哪种表面。在实践中清洁活动或处理活动通常应局限在一定的地面区域内、例如若干个房间内。例如尤其应该确保，用于湿式清洁的机器人(也被称为擦洗机器人)仅在适于湿式清洁的表面上施加水和润湿物。由此在现有技术中已经致力于这样配置可自主行走的设备，从而能对相关的表面进行分析并且可靠地对应于确定的类别。基于这种对应，机器人就可以选择适宜的行进和清洁方案。
[0006]尽管在现有技术中已知的设备已经具有用于利用光线照射表面的光源和用于探测从所述表面反射的光线的探测装置，然而这种设备在其对于特定应用场合的光谱分辨率方面尚显不足。因为已知设备的光学探测装置具有标准彩色传感器(RGB传感器(三基色传感器))，仅有三个颜色通道用于探测。在此，尤其通常例如使用所谓的拜耳传感器，其具有棋盘状滤光结构，所述滤光结构通常由50%的绿光滤光器和25%的红光和蓝光滤光器组成。该传感器的弊端在于，每个颜色通道仅发出由光谱的相对较大的部分区域组成的集成式颜色信息。由此在借助这种RGB传感器探测光线之后再没有可供使用的详细信息来反推在表面上反射的光线的原始的光谱分布。对此例如两个绿色表面，这两个表面具有不可区分的不同的绿色色调。
【发明内容】
[0007]由此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于对表面进行清洁或处理的设备以及上述类型的方法，所述设备和方法能利用比现有技术更好的分辨率区分不同的表面。
[0008]为了解决所述技术问题，本发明规定了一种所述类型的用于对表面进行清洁或处理的设备，其中，光学探测装置仅具有至少一个滤光元件和至少一个传感器元件，所述滤光元件和传感器元件布置和设置用于针对至少四个不同的光谱区域探测从所述表面反射的光线。
[0009]利用本发明提供一种用于对表面进行请结合处理的设备，其中，可以利用与现有技术相比更高的分辨率对从表面反射的光线进行光谱分析。与仅具有配备了 RGB滤光器的光学探测装置的已知设备相比，可以针对多于三个的光谱组分区域对反射的光线进行探测和分析。由此例如还能区别不同的绿色色调。这尤其在任何具有几乎相同的结构然而具有不同颜色的表面上都是有益的。这例如可以应用在具有不同颜色的同类型地毯或具有不同绿色色调的同类型草皮上。尤其可行的是，必须在地毯地面上根据不同的颜色涂覆不同的清洁剂，或者应该对承受不同强度的日光照射的草皮进行或大或小程度的修剪。
[0010]光学探测装置由此可以设计为多光谱摄像机、超光谱摄像机或微光谱摄像机的形式。
[0011]探测装置为此可以具有至少四个滤光元件，其中，每个滤光元件具有与其他滤光元件不同的光谱范围。滤光元件可以例如布置在旋转的滤片上，其中，对于每次测量都分别将一个滤光元件保持在被表面反射的光线的光轴上。由此通过滤片的旋转使所有滤光元件依次朝向反射光，从而使得沿光线的传播方向布置的传感器元件能依次测量光线的不同的光谱组分。根据使用了多少个具有彼此不同的光谱范围的滤光元件，可以改变光学探测装置的分辨率。在此，分辨率随着所使用的滤光元件的数量而增加。原则上，尤其可以在需要特别高的分辨率的光谱组分范围内使用特别多的滤光元件。例如如果是主要具有绿色色调的表面，就应该设有特别多的用于绿色光谱范围的滤光元件，而对于光谱上相邻的部分范围仅需要设置少数几个或甚至不设有滤光元件。
[0012]根据探测装置的光学结构的种类的不同，滤光元件可以是例如带通滤光器或带停滤光器。带通滤光器选择进行透射的光线，而带停滤光器选择进行反射的光线(例如作为双色镜)。
[0013]结合之前所述的滤片的布置建议，探测装置具有为滤光元件共同配属的传感器元件。通过配备了不同滤光元件的滤片的旋转，可以使滤光元件分别相对于反射光线的传播方向位于传感器元件之前，从而使光线在时间上依次分别相对于不同的光谱范围被过滤。
[0014]在此特别有利地，共同配属的传感器元件可以是单独的光电二极管。在滤光元件均匀地沿周向分布在滤片上的情况下，光电二极管则以时间上的复现率被读取，所述复现率等于滤光元件数量与滤片的旋转频率的乘积。由此在光学探测装置从第一滤光元件替换为第二滤光元件之前，建议读取光电二极管。光电二极管可以是成本低廉的批量产品，并且可以在无需大型仪器费用的情况下被读取。此外，还可以使用这种光电二极管，所述光电二极管具有特别大的像素面积和由此特别高的灵敏度。这尤其在分析只能勉强反射的表面时是有利的。
[0015]可选地还能实现的是，探测装置具有多个传感器元件，其中，为每个滤光元件配属有各自的传感器元件。在此，根据光电二极管阵列的类型布置传感器元件，其中，使用至少四个光电二极管有利于根据本发明的多光谱探测。光电二极管阵列在此可以是集成模块，然而或者也可以由单独的光电二极管、必要时甚至由不同的光电二极管组成。在此，为每个传感器元件配属有单独的滤光元件，从而使传感器元件仅探测确定的光谱范围内的光线。在此，传感器元件的滤光特性总体上这样选择，从而使传感器元件覆盖所有的可见光的光谱范围。在使用四个滤光元件和四个相应的传感器元件的情况下，例如红光滤光器和光电二极管可以发挥探测红色光谱范围的作用，而黄光滤光元件和光电二极管可以发挥探测黄色光的作用，绿光滤光元件和光电二极管发挥探测绿色光谱组分的作用，而蓝光滤光元件和光电二极管发挥探测蓝色光谱组分的作用。
[0016]除了上述光电二极管阵列之外还可行的是，探测装置具有CCD芯片(电荷耦合元件芯片)或CMOS芯片(互补金属氧化物半导体芯片)。在此，芯片的不同区域可以被具有不同波长的光线照射，其中，例如逐行地自芯片读取的数据可以分配给光线的确定的光谱范围。根据该设计，多个光电二极管是多余的。
[0017]本发明还规定，探测装置具有光学散射的元件。由此得到了除多个滤光元件的布置之外的备选方案，所述滤光元件各自具有与其他滤光元件不同的光谱范围。在特别简单的设计中，光学散射元件是棱镜或光栅，所述光学散射元件将被表面反射的光线分散成其独立的光谱组分，从而使光谱组分能在空间上分离地触及一个或多个传感器元件。由此可以省去对大量传感器元件的制备。此外，还可以省去之前所述的滤片，所述滤片需要特殊结构以及用于驱动滤片的电动机。由此可以特别简单且可靠地设计光学探测装置。在此，光学散射元件既可以结合单独的传感器元件使用也可以结合CCD芯片或CMOS芯片使用。
[0018]根据本发明还规定，由光源发出的光线的波长被调节得与表面的至少一部分的反射特性相协调。由此，光源可以适宜地在光的光谱范围内进行辐射，表面的一部分具有针对该光谱范围的高反射率。由此，表面可以例如设有一种“隔离带”，所述隔离带针对光谱的不属于可见光的范围具有特别高的反射。为此目的，所述表面例如被标记以人眼不可见的颜色。这种“不可见的颜色”例如被应用在标记纸币中，并且可以通过紫外光被激发，由此发射荧光，所述荧光可以被相应的传感器元件探测到。由此得到了由光源、表面和传感器元件组成的特别系统。此外，还可以在特殊表面上、例如木材