专利名称：传感装置以及带有传感装置的自行式地面清扫机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于自行式地面清扫机的用来识别下降台阶的传感装置，具有一用来发射红外线辐射的发射单元和一用来接收红外线辐射的接收单元，和一用来计算所接收的辐射强度的电子处理装置。
此外本发明涉及一种自行式和自转向的地面清扫机，具有一行走机构、一带有支承在行走机构上的驱动轮的电力驱动单元，以及一电气控制单元和一这种传动装置。
背景技术：
借助于自行式和自转向的地面清扫机可以不用操作人员地清扫地面。这里地面清扫机可以沿待清扫地面行驶。如果出现障碍，那么可根据预先规定的控制程序改变行驶方向。为了识别地面或楼梯台阶上坡度陡的降坡，地面清扫机配备一传感装置，它借助于红外线辐射检测待清扫地面，并做成一距离传感器，它对电子控制装置提供电气控制信号。如果检测的距离超过一规定的最大允许距离值，那么地面清扫机同样改变行驶方向。为了测量距离传感装置具有一发射单元，它将红外线辐射对准地面。被地面反射回来的红外线辐射被接收单元接收，反射的辐射的强度由电子处理装置计算。
在这种传感装置方面存在这样的困难，即反射的红外线辐射的强度并不仅仅取决于传感装置离地面的距离，而是强度也与由地面反射的辐射的方向有关。如果地面具有带倾斜于传感装置布置的反射面的区域，例如电线或倒棱的地砖边缘区域的形式，那么发出的红外线辐射便向一个背离接收单元的方向反射，使得在即使距离比较小时只接收到强度弱的信号。
已经有建议采用一种与地点有关的接收单元，其中不是计算反射的辐射的强度，而是在接收单元上红外线辐射的命中点。该命中点与传感装置离待清扫地面的距离有关。然而这种与地点有关的传感装置的特征是高的制造费用，因此造成不可忽略的生产成本。
发明内容
本发明的目的是，这样地改进开头所述类型的传感装置以及地面清扫机，它可以可靠地识别地面下降的台阶或陡峭的降坡，其中传感装置可以成本低廉地制造。
按照本发明这个目的对于开头所述类型的传感装置通过这样的方法实现，即传感装置具有一接收单元以及一第一和第二发射单元，其中第二发射单元设置在离通过接收单元和第一发射单元的连接直线一定距离处。
按照本发明采用两个发射单元，借助于它们可以将红外线辐射对准待清扫地面，各自反射的红外线辐射由一共同的接收单元接收并转变成电信号，此信号输送给电子处理装置，它计算反射红外线辐射的强度。由第二发射单元发射并被地面反射的辐射以一不同于由第一发射单元发射并被地面反射的辐射不同的角度命中接收单元。为此第二发射单元设置在离由接收单元和第一发射单元确定的连接直线一定距离处。实际表明，借助于两个发射单元和一个共同的接收单元的这种布局，通过计算反射辐射的强度可以可靠地识别地面上下降的台阶或陡峭的降坡。这使得可以在具有分布在地面上的电线和/或倾斜于铅垂线布置的地砖倒棱的边缘区域形式的面积段区域内，对于传感装置离地面的距离是否在容许的距离范围内作出可靠的结论，使地面清扫机可以在保持其行驶方向的情况下继续行驶；或者距离在该容许范围之外，地面清扫机存在翻倒的危险，从而要求地面清扫机改变其行驶方向。
为了实现传感装置紧凑和对于装配可以特别方便地操作的结构，如果接收单元及第一和第二发射单元集成在传感装置的一个壳体内，这是有利的。
如果第一和第二发射单元将各自发射的红外线辐射聚焦在一共同的焦点上，则特别有利。实际表明，在这样布置红外线辐射时可以对以下问题作出特别可靠的结论，即传感装置离地面的距离是否超过规定的最大值，从而对于地面清扫机存在翻倒的危险。
一种优选的实施形式的特征为第二发射单元相对于连接直线设置在接收单元和第一发射单元之间。由此传感装置得到特别紧凑的结构。这里如果接收单元和第一发射单元之间的距离大于第二发射单元离连接直线的距离，则特别有利。
本发明传感装置一种可特别成本低廉地制造的实施形式的特征是，第一和第二发射单元分别具有一红外线辐射源，以及一用来进行射束导向，特别是用来聚焦所发射的辐射的光学元件，其中辐射源相互平行布置。这种实施形式的特征是，传感装置可方便地装配。
如果接收单元包括一对红外线辐射敏感的元件，它配设一用来射束导向的光学元件，是有利的。这里射束导向元件设计成转向和/或聚焦元件，它使出现在射束导向元件上的反射的辐射向辐射敏感元件偏转，并集束在此元件上。
接收单元最好配设用来遮蔽背景的光学元件。它可以遮挡背景辐射，由此便于计算接收的信号。用来遮蔽背景的元件可以组合在用于射束引向的元件内。
接收单元和第一、第二发射元件最好相互离开一定距离设置，其中在接收单元和第一发射单元之间以及接收单元和第二发射单元之间分别设置一辐射不能穿透的光学隔离元件。借助于这样的隔离元件可以确保，由发射单元发射的红外线辐射不可能直接击中接收单元，而首先必须被待清扫地面反射。
一种结构特别简单的实施形式的特征是，两个隔离元件形成一做成一体的由红外线辐射不能穿透的材料组成的隔板。这里隔板可以一体地成形在传感装置壳体上。如果隔板构成接收单元和第一、第二发射单元的支承面，则特别有利。由此加强传感装置的机械稳定性。
如开头所提到的那样，此外本发明还涉及一种带一行走机构和一电力驱动单元的自行式和自转向地面清扫机，驱动单元包括支承在行走机构上的驱动轮以及一电子控制装置。为了这样地改进地面清扫机，使得能可靠地识别翻倒危险，按照本发明建议，地面清扫机包含一上述类型的传感装置，它和电子控制装置连接，其中发射的红外线辐射对准待清扫地面。
如上所述，可以通过采用可成本低廉地制造的传感装置可靠地识别翻倒的危险，亦即可以由电子处理装置检测，传感装置离待清扫地面的距离是否超过允许的最大值。
地面清扫机最好包括两个驱动轮，其中相对于地面清扫机的主运动方向在每个驱动轮的前后设一传感装置。从而不管在地面清扫机向前行驶还是向后退时都可靠地识别翻倒的危险。
为了确保，不仅在地面清扫机正面接近一台阶时可以识别翻倒的危险，而且在成一钝角驶上台阶时也能识别翻倒的危险，在本发明地面清扫机的一种特别优选的实施形式中设想，配设于驱动轮的各个前、后传感装置与其相应的连接直线相互对齐。
如果配设于一个驱动轮的各个前后传感装置连同其相应的连接直线与驱动轮的滚动面对齐，则特别有利。
地面清扫机最好包括至少一个支承滚轮，它相对于地面清扫机的主运动方向设置在前传感装置和驱动轮之间。这里如果支承滚轮沿主运动方向离前传感装置的距离至少相当于前传感装置离驱动轮的距离的四分之一，则特别有利。由此可以确保，在地面清扫机接近一下降的台阶时在沿运动方向定位在驱动轮之前的支承滚轮越过台阶边缘之前，可以使地面清扫机及时停止。
对本发明优选实施形式的以下说明结合附图用于较详细的阐述。附图表示图1本发明地面清扫机的示意底视图；图2带有本发明的传感装置的图1中的区域A的放大图。
具体实施例方式
图1中以示意底视图表示一总体用图形标记10表示的自行式和自转向地面清扫机，它包括一构成行走机构14的壳体12，在其顶面上可以安装一在图中未画出的顶盖。在行走机构14上可旋转地固定两个驱动轮16、18，它们分别具有一滚动面17和19，驱动轮16、18可以用它们与待清扫地面接触。
驱动轮16、18分别配设一驱动电机21和23，它固定在行走机构14的底面上。两个驱动电机16、18与定位在行走机构14顶面上的电子控制装置25以及分别与一公知的因此在图中未画出的可重新充电的电池电连接。
行走机构14在其顶面上携带一个公知的因此在图中未画出的吸尘机组，它以常见方式通过吸尘管与一安装在底板15上的垃圾入口28流通连接，其中以常见方式在垃圾入口28和吸尘机组之间安装一垃圾汇集箱(未画出)。
在垃圾入口28区域内可旋转地固定一刷辊30。刷辊30包括径向伸出的清扫刷32，它们穿过垃圾入口28，并借助于它们从待清扫地面上吸收垃圾，并可穿过垃圾入口28甩入吸尘管。刷辊30的转轴34垂直于地面清扫机10的纵轴36布置，并相对于用箭头38形象地表示的地面清扫机的主运动方向定位在驱动轮16和18之前一定距离处。
相对于主运动方向38在垃圾入口28后面，在底板15上镜像对称于纵轴36可自由旋转地支承两个支承滚轮40、42，其转轴平行于刷辊30的转轴34和平行于驱动轮16及18的共同转轴44布置。
地面清扫机10可借助于驱动轮16、18和支承滚轮40、42沿主运动方向38向前和逆着此方向38向后行驶。这里可以在由吸尘机组产生的抽吸气流的作用下从待清扫地面上抽吸垃圾，这时刷辊30可以用来补充接收垃圾。通过单侧开动两个驱动电机21和23之一可以实现地面清扫机10的转动。
如果地面清扫机10接近待清扫地面上一个下降的台阶或其他陡峭的降坡，那么这样的台阶或降坡便被地面清扫机10识别，接着它改变其行驶方向，以避免地面清扫机翻倒。为此在壳体12的底面上固定总共四个传感装置50、51、52、53，其中传感装置50和51配设于驱动轮16，传感装置50相对于主运动方向38设置在驱动轮16之前，传感装置51设置在驱动轮16之后。传感装置52和53以相应的方式配设于驱动轮18，其中传感装置52相对于主运动方向38定位在驱动轮18之前，传感装置53定位在驱动轮18之后。借助于传感装置50至53可以测量壳体12离待清扫地面的距离。如果此距离超过规定的最大值，地面清扫机10便停下来，以便接着沿相反方向继续行驶。
传感装置50至53设计成同样的。因此下面仅仅详细说明传感装置50，它示意表示在图2中。它包括一传感器壳体55，此壳体包围一第一发射单元57和一第二发射单元59，借助于它们可以分别将聚焦的红外线辐射倾斜于铅垂线对准待清扫地面，还包围一共同的接收单元61，以接收被地面反射回来的红外线辐射和提供与强度有关的电信号。
在每个传感装置50至53中各接收单元61通过一信号线63与一集成在电子控制装置25中的电子处理装置65连接，它以常用的因此在这里不加详细说明的方法根据所接收的红外线辐射强度计算上述的电信号，并在壳体12和待清扫地面之间超过最大距离时给电子控制装置25提供报警信号，使得地面清扫机停止行驶，接着向相反方向继续行驶。接收单元61与第一发射单元57相结合确定一连接直线67，第二发射单元59离连接直线67一定距离处并且相对于连接直线67设置在接收单元61和第一发射单元57之间。
第一发射单元57和第二发射单元59设计成一样的，并分别包括一发射红外光的二极管69形式的红外辐射源以及一用来聚焦由发射光线的二极管69发射的红外线辐射的光学聚焦元件71。这里来自两个发射单元57和59的发光二极管69的聚焦辐射集束在一共同的焦点上。
接收单元61具有一光电晶体管73形式的红外光敏感元件，它前面同样连接一光学聚焦元件75，它使击中接收单元61的红外线辐射向光电晶体管73方向偏转，并集束到光电晶体管73上。
在接收单元61和第一及第二发射单元57、59之间设置一由红外线辐射不穿透的材料组成的壳体嵌件77。这里壳体嵌件77构成发射和接收单元57、59和61的机械支承，并包含做成一体的壳壁78，接收单元61以及第一发射单元57和第二发射单元59平面地贴合在该壳壁上，此外它确保由发射单元57和59发射的红外线辐射不会直接到达接收单元61。
因为第二发射单元59倾斜于连接直线67设置，由发射单元57和59发射并由地面反射的射束以不同的角度命中接收单元61。实际表明，通过这样的布置分布在地面上的电线或倾斜布置的反射面，例如地砖倒棱的边缘区域，不会对翻倒危险的测试造成影响。
由图1可见，配设于一个驱动轮16或18的传感装置50、51或52、53分别与其连接直线67相互对齐，并与相配驱动轮16或18相应的滚动面17或19对齐。相对于主运动方向38位于前面的传感装置50和42相对于纵轴36设置在刷辊30转轴34的高度上，使支承滚轮40和42相对于纵轴36定位在前面的传感装置50和52与驱动轮16、18之间。这里支承滚轮40、42离前面的传感装置50、52的距离相对于纵轴36而言约为驱动轮16和18的共同转轴44离前面的传感装置50和52的距离的三分之一。
如果地面清扫机10沿主运动方向38行驶，那么由前面的传感装置50和52结合电子处理装置65在到达一下降的台阶时识别壳体12和待清扫地面之间超过最大距离。这促使，在支承滚轮40和42到达由传感装置50和52识别的台阶之前地面清扫机10停止行驶。接着地面清扫机10倒转其行驶方向，使地面清扫机10重新离开台阶。如果传感装置50、51、52、53中只有一个识别到地面上的台阶或陡峭的降坡，那么地面清扫机10进行向背离台阶的方向的转动。
权利要求
1.用于自行式地面清扫机的用来识别下降台阶的传感装置，具有一个用于红外线辐射的发射和接收单元以及一用来计算所接收的辐射的强度的电子处理装置，其特征为传感装置(50、51、52、53)具有一接收单元(61)以及一第一和一第二发射单元(57、59)，其中第二发射单元(59)设置在离一通过接收单元(61)和第一发射单元(57)的连接直线(67)一定距离处。
2.按权利要求1的传感装置，其特征为传感装置(50、51、52、53)具有一壳体(55)，它容纳接收单元(61)以及第一和第二发射单元(57、59)。
3.按权利要求1或2的传感装置，其特征为第一和第二发射单元(57、59)将红外线辐射聚焦在一共同的焦点上。
4.按权利要求1、2或3的传感装置，其特征为第二发射单元(59)相对于连接直线(67)设置在接收单元(61)和第一发射单元(57)之间。
5.按上述权利要求之任一项的传感装置，其特征为第一和第二发射单元(57、59)分别具有一红外线辐射源(69)以及一用来对发出的辐射进行射束导向的光学元件(71)，其中辐射源(69)相互平行布置。
6.按上述权利要求之任一项的传感装置，其特征为接收单元(61)包括一对红外线辐射敏感的元件(73)，它配设一用于射束导向的光学元件(75)。
7.按上述权利要求之任一项的传感装置，其特征为接收单元(61)配设一用来遮蔽背景辐射的光学元件。
8.按上述权利要求之任一项的传感装置，其特征为接收单元(61)以及第一和第二发射单元(57、59)相互离开一定距离设置，其中在接收单元(61)和第一发射单元(57)之间以及在接收单元(61)和第二发射单元(59)之间分别设一不透辐射的光学隔离元件(77)。
9.按权利要求8的传感装置，其特征为隔离元件形成一做成一体的由一种红外线辐射不穿透材料组成的隔板(78)。
10.自行式和自转向的地面清扫机，具有一行走机构和一带有支承在行走机构上的驱动轮的电力驱动单元以及一电子控制装置，其特征为地面清扫机(10)包括一按上述权利要求之任一项的传感装置(50、51、52、53)，它与电子控制装置(25)连接，其中发射的红外线辐射对准待清扫地面。
11.按权利要求10的地面清扫机，其特征为地面清扫机(10)具有两个驱动轮(16、18)，其中相对于地面清扫机的主运动方向(38)在每个驱动轮(16、18)前、后分别设一传感装置(50、51；52、53)。
12.按权利要求11的地面清扫机，其特征为各配设于一个驱动轮(16、18)的前、后传感装置(50、51；52、53)与其相应的连接直线(67)相互对齐。
13.按权利要求11或12的地面清扫机，其特征为各配设于一个驱动轮(16、18)的前、后传感装置(50、51；52、53)与驱动轮(16、18)的滚动面(17、19)对齐。
全文摘要
本发明涉及一种用于自行式地面清扫机的用来识别下降的台阶的传感装置，具有红外线辐射发射和接收单元以及一用来计算所接收的辐射的强度的电子处理装置。为了这样地改进传感装置，使得能够可靠地检测出地面上下降的台阶或陡峭的降坡，并且传感装置可以成本低廉地制造，按照本发明建议，传感装置具有接收单元以及一第一和一第二发射单元，其中第二发射单元设置在离一通过接收单元和第一发射单元的连接直线一定距离处。此外推荐一种具有这种传感装置的地面清扫机。
文档编号G01S17/88GK1666114SQ03816114
公开日2005年9月7日 申请日期2003年6月13日 优先权日2002年7月8日
发明者R·迪尔, G·本斯勒, J·开普勒, J·扬岑 申请人:阿尔弗莱德凯歇尔有限公司及两合公司