专利名称：地板处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地板处理系统，其包括一个自行走及自控制的地板处理单元和一个中心充电站，所述地板处理单元包括一个电驱动的地板处理机组和一个可重复充电的供能单元，所述中心充电站用以给供能单元再充电，其中，充电站具有一个发射一种红外目标辐射的发射装置，地板处理单元的一个接收装置在一定方向上可以接收到该目标辐射，用以使地板处理单元在充电站处自动对准和定位。
借助于这种地板处理单元可以处理地板表面，特别是进行清洁，而不需要操作者推着地板处理单元沿着待处理的地板表面移动。相反，地板处理单元设计成可以根据预先设定的控制程序沿着需要处理的地板表面移动，并借助于地板处理机组来处理地板。地板处理单元具有一个可重复充电的供能单元用于供给能量，该供能单元在地板处理过程中逐渐释放电能。供能单元的充电状态可以由地板处理单元的一个电控制系统进行监测，当充电状态低于一个下限值时，地板处理单元会自动驶向所配备的中心充电站，该中心充电站具有给供能单元再充电的能量源。一旦重新充电完毕，地板处理单元就可以继续进行地板表面的处理。
充电站发射装置发射出一种红外目标辐射，以便确保移动式地板处理单元能够识别去往中心充电站的路径，并可以自动驶向充电站和在充电站处进行定位。当地板处理单元沿地板表面移动，进入目标辐射的区域时，地板处理单元的一个接收装置在一定方向上接收到该目标辐射，从而它可以根据接收到的目标辐射进行校准(定向)并驶向充电站。研究发现，地板处理单元的校准和定位并不是在所有的情况下都能很可靠地实现。
本发明的目的在于改进开头所述型式的地板处理系统，使得地板处理单元可以可靠地驶向中心充电站。
就这种类型的地板处理系统而言，本发明的上述目的通过下述方式来实现，即，发射装置包括一个形成目标辐射远场的第一发射单元和一个形成目标辐射近场第二发射单元，其中，与远场相比，近场从充电站出发在一个较宽和较短的区域上延伸。
根据本发明，目标辐射的辐射区域是通过形成一个远场和一个近场而产生的，其中使用了两种不同的发射单元。第一发射单元用于产生目标辐射的远场，即第一发射单元的所有发射能量都提供给远场。具有比远场更宽和更短的空间延伸区域的目标辐射近场是借助第二发射单元产生的。也就是说，与第一发射单元提供给远场的发射能量相比，由第二发射单元提供的发射能量分布在一个较宽的区域内。研究发现，目标辐射的这种类型的辐射区域构造可以确保地板处理单元能够可靠地驶向中心充电站。当地板处理单元在需要处理的地板表面上移动时，即使它在空间上远离充电站，它也会时而不时地进入到远场的范围内，因为远场相对于近场而言具有较窄的、但够得较远的延伸区域。如果地板处理单元的供能单元的充电状态低于一个下限值时，并且这种状态下的地板处理单元进入了近场或者远场的范围内时，它就朝着中心充电站方向自行对准，并驶向中心充电站。在这种情况下，相对较宽的近场使得地板处理单元的定向变得容易，同时够得远的远场使得地板处理单元即使在远离充电站的地方也能够实现对准。
远场的波瓣状构造被证明是特别有利的。在这种情况下，远场具有一个对称轴，该对称轴优选相对于水平线斜向下地取向。例如可以设置成，对称轴相对于水平线向下倾斜大约0.5°到约2°，特别是1°。波瓣状远场相对于其对称轴的开口角度优选大约3°到8°，特别是大约4°到5°，例如4.5°。远场的作用半径在这种情况下例如是8m到12m。
根据本发明的地板处理系统的一个特别优选实施例，第一发射单元至少具有两个发射元件，它们所发射的红外辐射相互叠加。第一发射单元的发射能量相应地由至少两个发射元件提供，其中远场是通过叠加两个发射元件所发射的辐射区域形成的。从而远场具有高的能量密度。
第一发射单元的发射元件优选配备至少一个用于射束导向的光学元件。在这里可以规定把配给单个发射元件的光学元件一体地连接在一起。这大大方便了第一发射单元的装配。
已经被证明有利的是，近场具有至少两个并列设置的场域。
在这种情况下特别有利，近场的各个场域被设计成波瓣状，并且具有各自的对称轴。被证明有利的是，波瓣状的场域被校准成相对于远场的对称轴呈镜面对称。
例如，波瓣状的场域相对于它们各自的对称轴的开口角度大约为10°到20°，特别是15°左右。近场的波瓣状的场域相对于水平线往下倾斜大约3°到8°，特别是5°。
在一个优选构造中，近场的两个场域的对称轴相对于远场的对称轴呈夹角大约在±10°到±20°之间的，特别是大约±15°的镜面对称。在这种构造情况下，近场的两个场域相对于远场的对称轴斜置，从而近场比远场总体上覆盖更宽的区域。
有利的是，第二发射单元具有至少两个发射元件，而且这两个发射元件所发射的红外辐射被导向不同的方向。从而近场形成于至少两个发射元件的共同作用，这两个发射元件所发射的红外辐射被校准在不同方向上，优选相对于远场的对称轴呈镜面对称。
优选第二发射单元的各发射元件所发射的红外辐射分别形成一个近场场域，即近场的每个场域配有第二发射单元的一个单独发射元件。
第一发射单元和/或第二发射单元的发射元件优选构造成红外线发射二极管。从而可以低成本制造发射装置。
为了简化发射装置的装配，可将红外线发射二极管平行地校准，其中每个二极管都前置一个用于聚焦和/或偏转所发射的红外辐射的光学元件。在这种情况下，如果至少一些光学元件进行一体连接的话，将进一步简化装配过程。例如可以将第一发射单元和第二发射单元各自的光学元件一体连接。光学元件优选由一种塑料材料制成。
在一个特别优选的实施例中，充电站具有一个第三发射单元，用于形成红外辐射的导向场，从而在地板处理单元停靠充电站的过程中对其进行导向。这个构造具有这样的优点，即，借助于第三发射单元发射的红外辐射就可以在充电站的直接邻近区域内实现对地板处理单元的导向。因为地板处理单元在这种情况下仅仅位于充电站邻近的区域内，所以第三发射单元只需要相对较小的发射能量。
使用第三发射单元在充电站的直接邻近区域内对地板处理单元进行导向还具有这样的优点，即，第一和第二发射单元可以布置在充电站的垂直方向上的更高位置上，以便取得更大的作用半径，同时第三发射单元可以布置在充电站停靠点的直接邻近区域内，地板处理单元贴紧该停靠点给供能单元充电。
第三发射单元优选具有唯一一个发射元件，其中在地板处理单元停靠到充电站上面的过程中在发射元件和接收装置之间存在一种直视通信。通过第三发射单元的发射元件的定位，在地板处理单元停靠到充电站上面的过程中构成直视通信，这种直视通信的存在以一种非常简单的方式确保了地板处理单元能够可靠地驶向充电站的停靠点。
红外线发射二极管可以用作第三发射单元的发射元件。
在一个优选的实施例中，地板处理单元的接收装置具有至少两个相互分离设置的红外线感应传感器。这两个传感器优选相互斜向设置，特别是呈120°角。有利的是，传感器各配备一个光学元件来进行射束导向和/或聚焦，使得传感器的红外线敏感区域在水平方向上的角度范围延伸至大于180°。
特别有利的是，接收装置具有四个红外线感应传感器，其中，两个传感器沿着主运动方向向前取向，两个传感器逆着主运动方向向后取向。优点在于，传感器甚至可以感应到从与地板处理单元的主运动方向相反的区域发射到光学元件上的红外辐射。两个向前对准的传感器优选设置在移动式地板处理单元的中间区域。特别有利的是，两个向前设置的传感器相互斜向设置，优选它们之间的夹角为120°。
在一个特别优选的实施例中，接收装置具有两个红外线感应传感器，它们被设置在地板处理单元的一个驱动轮上方的区域内，特别是逆着主运动方向取向。研究表明，这种类型的传感器布置使得接收装置获得了一个高的依赖于方向的红外辐射感应性。两个传感器在这种情况下相隔较远，并被各自定位在地板处理单元的外部区域内。如果红外线被其中一个传感器接受到，则地板处理单元能够自动转向，并朝目标辐射对准，从而两个向前取向的传感器能够接受到同等强度的红外线，而地板处理单元能够跟随目标辐射。
正如开头所述，特别可以借助于地板处理单元来清洁地板表面。在本发明的地板处理单元的一个特别优选实施例中，地板处理单元构成为一个抽吸设备，其包括一个具有吸入口的污物收集容器和一个吸气涡轮，并且中心充电站具有一个抽吸机组以及一个污物接收容器，其中污物收集容器可以通过吸入口被抽吸机组清空，同时供能单元可以在充电站上再充电。借助于这种构造的地板处理系统，地板表面可以可靠地被清洁，同时在地板处理单元正常工作时，吸气涡轮产生抽吸气流，从而污物可以从地板上被捡起并通过吸入口进入到污物收集容器中。在这种情况下，吸气涡轮的驱动是通过一个与可重复充电的供能单元连接的电动马达实现的。如果供能单元的充电状态降到一个预先设定的界限值以下时，地板处理单元会驶向中心充电站，如上所述，从而供能单元可以进行再充电。同时，地板处理单元的污物收集容器在充电过程中被清空。为此中心充电站具有一个可以在充电过程中产生抽吸气流的抽吸机组，从而位于污物收集容器的污物被抽出并转移到充电站的污物接收容器中。
在本发明的一个优选实施例中，充电站具有一个抽吸口，它在地板处理单元停靠期间与地板处理单元的吸入口对齐。充电站具有一个斜坡，抽吸口设置在上面，其中地板处理单元在停靠中心充电站的过程中沿斜坡行驶，从而定位在地板处理单元底壁上的吸入口可以与抽吸口对齐地定位。
下面结合附图详细地说明本发明的一种优选实施形式，其中
图1地板处理单元停靠到中心充电站时，本发明的地板处理系统的示意侧视图2图1中的地板处理系统的示意纵向剖视图；图3地板处理系统的中心充电站的前视图；图4沿着图3中线4-4的部分剖视图以及图5沿着图3中线5-5的部分剖视图。
在图1和图2中示意的本发明的地板处理系统是一种总体上用符号10表示的地板清洁系统。该地板清洁系统10包括一个构成为自行走的及自控制的抽吸设备12的移动式地板处理单元和一个中心充电站14。
抽吸设备12包括外壳16，外壳16包括顶壁18和底壁20，在它们中间确定一个抽吸通道22。在顶壁18上面放有盖子24，为了使得视图清楚，盖子并未在图2中示出。外壳16设置了一个行驶机构，两个驱动轮26以一种已知的、仅在图中示意性示出的方式可旋转地安装在其上面，其中每个驱动轮都配备有一个已知的电驱动马达(未示出)。驱动马达的控制是通过一个电子控制系统28来实现的，这个电子控制系统是已知的，并在图2中以框架形式表示，它通过未在图中示出的控制线与驱动马达连接。
底壁20在一个前部的、朝着充电站14的区域内具有吸入口30，它被在吸入口30上方旋转安装的刷辊34的清扫刷32贯通。刷辊34通过一个电动马达36旋转驱动，该电动马达36位于顶壁18上，在刷辊34的上方，并通过一种本身已知从而未在图中示出的传动机构与刷辊34耦合。
外壳16在其后部的、背对充电站14的区域内支承着一个吸气涡轮40，它可以被电驱动马达42旋转驱动，并通过一个抽吸接管44与抽吸通道22处于流动连接。
抽吸设备12所消耗电量的补给是通过一个可重复充电的供能单元来实现的，该供能单元是由顶壁18支承的、在图2中示出的可重复充电的电池46。
在抽吸通道22内设置一个污物过滤器48，抽吸通道22的位于污物过滤器48和吸入口30之间的区域形成了污物收集容器50，它的装载程度可以被一个与控制系统28电连接的料位传感器52监测到。
为了清洁地板表面，吸气涡轮40产生一股抽吸气流，用于将污物从地板表面通过吸入口30转送到污物收集容器50当中。从地板上拾取污物也得到了刷辊34的帮助。在这种情况下，抽吸设备12根据预先设定的控制程序沿着需要处理的地板自动移动，直至控制系统28监测到电池46的充电状态低于一个下限值时，或者料位传感器52侦察到污物收集容器50已满载时。如果至少一个上述条件被满足的话，抽吸设备12就自动驶向充电站14，在充电站上电池46可以进行充电，并清空污物收集容器50。
充电站14具有一个包围一个抽吸机组56以及一个污物接收容器58的外壳54，污物接收容器58受到抽吸机组56的负压作用。
在充电站14的外壳54的侧面安装有一悬伸臂60，在悬伸臂背离外壳54的一端上有一端壁62，该端壁62通过盖板64以及支承板66与外壳54连接在一起。支承板66构造成阶梯状，其包括一个前支承板部段68和一个朝着外壳54的后支承板部段70，这两个部段通过一个倾斜延伸的阶梯72连接成一体。
有一斜坡74成型在外壳54上面，位于支承板66的垂直下方，且与之相隔一段距离。斜坡74具有一个抽吸口76，其通过一个吸出通道78与污物接收容器58连接在一起。
在斜坡74的朝向外壳54的一端和后支承板部段70之间设置有一个支撑壁80，它具有两个接触元件82和84。充电站14具有一个本身已知的、故未在图中示出的充电器，该充电器可以与供电网相连接，并且可以通过未在图中示出的引线与电接触元件82和84连接在一起。
与充电站14的电接触元件82和84相配，在抽吸设备12的盖子24的外侧固定有图1中示出的两个电触针86、88，它们通过未在图中示出的连接导线与可重复充电的电池46连接在一起。通过电接触元件82、84以及与之相配的电触针86及88，电能能够从充电站14转移到抽吸设备12上面，以便给电池46充电。
在充电站14的端壁62上，沿垂直方向上下布置地装有一个第一发射单元90和一个第二发射单元92，它们分别包括两个红外线发射二极管94、95及96、97，这在图3、图4和图5中看得特别清楚。二极管94、95、96和97都各自前置一个光学的转向和聚焦元件98、99、100及101，其中第一发射单元90的两个光学元件98和99相互连接成一体，同样第二发射单元92的两个光学元件100和101也连接成一体。第一发射单元90和第二发射单元92分别发射红外辐射。第一发射单元90所发射的红外辐射形成了在图4中示出的远场103，该远场呈波瓣状，具有对称轴104。远场103的作用半径的范围大约是8m到12m，该远场是第一发射单元90的两个红外线发射二极管94、95的红外辐射叠加所形成的。远场103集中在一个相对狭窄的空间区域内，波瓣状远场103相对于对称轴104的开口角度α是4.5°。对称轴104相对于水平线往下倾斜大约1°。
第二发射单元92的两个红外线发射二极管96和97所发射的红外辐射形成了在图5中示出的波瓣状的场域106及108，它们合在一起形成了第二发射单元92所发射的红外辐射的近场110。两个波瓣状的场域106和108都有各自的对称轴112及114，这两根对称轴相对于图5中虚线所示的远场103的对称轴104呈镜面对称，而且它们各自与对称轴104形成的倾斜角β都是15°。两个波瓣状的场域106和108相对于各自对称轴112及114的开口角度γ同样都是15°。近场110的作用半径为大约1.5m到4.5m，场域106及108的对称轴112和114相对于水平线往下倾斜大约5°。
充电站14除了具有第一发射单元90和第二发射单元92外，还包括一个具有单个红外线发射二极管118的、固定在阶梯72上的第三发射单元118，其中该二极管118未设置光学的转向或聚焦元件。红外线发射二极管118所发射的红外辐射指向悬伸臂60和斜坡74之间的区域。
为了接收到第一发射单元90、第二发射单元92和第三发射单元116所发射的红外目标辐射，抽吸设备12包括两个向前取向的、与抽吸设备12的控制系统28耦合的红外线感应传感器120。从而使发射单元90、92和116所发射的红外目标辐射能够几乎无阻碍地射到红外线感应传感器120上，抽吸设备12的盖子24具有配备给每个传感器120的、对于红外线透明的窗户122。此外，还使用了两个分别定位在驱动轮上方的、向后取向的传感器，不过它们未在图中示出。
当抽吸设备12在需要清洁的地板表面行走时，如果抽吸设备12的控制系统28识别出电池46的充电状态低于一个下限值时，或者污物收集容器15已经满载时，抽吸设备12就会根据发射单元90、92和116所发射的目标辐射自行校准，并自动驶向充电站14。在中心站14的区域内，借助于由第三发射单元116发射的、在斜坡74的区域内形成红外导向区域的红外辐射，抽吸设备12能够可靠地被导向斜坡74，从而抽吸设备12一直沿着斜坡74往上走，直至抽吸设备12的电触针86和88与充电站14的电接触元件82和84机械接触和电接触为止，从而充电电流能够流向电池46。其中，抽吸设备12处在斜坡74上的这样一个位置，即，抽吸口76与吸入口30是对齐的。一旦充电电流通过电接触元件82和84，抽吸机组56就开始工作，从而形成了一股穿过抽吸设备12的抽吸通道22和在图2中用箭头124示意的吸出通道78的吸出气流，由此，在电池46进行再充电的同时将污物收集容器50清空。
权利要求
1.地板处理系统，其包括一个自行走及自控制的地板处理单元和一个中心充电站，所述地板处理单元包括一个电驱动的地板处理机组、一个可重复充电的供能单元和一个电控系统，所述中心充电站用以给供能单元再充电，其中，充电站具有一个发射一种红外目标辐射的发射装置，地板处理单元的一个接收装置在一定方向上可以接收到该目标辐射，用以使地板处理单元在充电站处自动对准和定位，其特征在于，所述发射装置具有一个形成目标辐射的远场(103)的第一发射单元(90)和一个形成目标辐射的近场(110)的第二发射单元(92)，其中，与远场相比，近场(110)从充电站(14)出发在一个较宽和较短的区域上延伸。
2.根据权利要求1所述的地板处理系统，其特征在于，远场(103)构造成波瓣状。
3.根据权利要求1或2所述的地板处理系统，其特征在于，第一发射单元(90)具有至少两个发射元件(94，95)，它们所发射的红外辐射相互叠加。
4.根据权利要求3所述的地板处理系统，其特征在于，第一发射单元(90)的发射元件(94，95)配有一用于射束导向的光学元件(98，99)。
5.根据上述权利要求之任一项所述的地板处理系统，其特征在于，近场(110)具有至少两个并排设置的场域(106，108)。
6.根据权利要求5所述的地板处理系统，其特征在于，场域(106，108)构造成波瓣状，并且各自具有一个对称轴(112，114)。
7.根据权利要求5或6所述的地板处理系统，其特征在于，场域(106，108)被校准成相对于远场(103)的一个对称轴(104)呈镜面对称。
8.根据权利要求6或7所述的地板处理系统，其特征在于，两个场域(106，108)的对称轴(112，114)相对于远场(103)的对称轴(104)分别以大约10°至约20°的角度(β)倾斜。
9.根据上述权利要求之任一项所述的地板处理系统，其特征在于，第二发射单元(92)具有至少两个发射元件(96，97)，其中各发射元件(96，97)所发射的红外辐射对准不同的方向。
10.根据权利要求9所述的地板处理系统，其特征在于，第二发射单元(92)的各发射元件(96，97)所发射的红外辐射分别形成近场(110)的一个场域(106，108)。
11.根据上述权利要求之任一项所述的地板处理系统，其特征在于，第一发射单元(90)和/或第二发射单元(92)的发射元件构成为红外线发射二极管(94，95，96，97)。
12.根据权利要求11所述的地板处理系统，其特征在于，配备给每个发射单元(90，92)的红外线发射二极管(94，95；96，97)相互平行设置，并且在各二极管(94，95；96，97)前面分别设置一个光学元件(98，99，100，101)，用来对所发射的红外辐射进行聚焦和/或转向。
13.根据上述权利要求之任一项所述的地板处理系统，其特征在于，充电站(14)具有一个第三发射单元(116)，用以形成目标辐射的导向区域，以便在地板处理单元(12)停靠充电站(14)的过程中对其进行导向。
14.根据权利要求13所述的地板处理系统，其特征在于，第三发射单元(116)包括唯一一个发射元件(118)，其中在地板处理单元(12)停靠在充电站(14)时，在发射元件(118)和地板处理单元(12)的接收装置(120)之间形成一种直视通信。
15.根据权利要求14所述的地板处理系统，其特征在于，第三发射单元(116)的发射元件构成为红外线发射二极管(118)。
16.根据上述权利要求之任一项所述的地板处理系统，其特征在于，接收装置具有至少两个设置在地板处理单元(12)的中间区域的红外线感应传感器(120)。
17.根据上述权利要求之任一项所述的地板处理系统，其特征在于，地板处理单元构成为一抽吸设备(12)，其包括一个具有吸入口(30)的污物收集容器(50)和一个吸气涡轮(38)，并且，中心充电站(14)具有一个抽吸机组(56)以及一个污物接收容器(58)，其中污物收集容器(50)可通过吸入口(30)被抽吸机组(56)吸排，同时供能单元(46)可由充电站(14)再充电。
全文摘要
本发明涉及一种地板处理系统，其包括一个自行走及自控制的地板处理单元和一个中心充电站，所述地板处理单元包括一个电驱动的地板处理机组、一个可重复充电的供能单元和一个电控系统，所述中心充电站用以给供能单元再充电，其中，充电站具有一个发射一种红外目标辐射的发射装置，地板处理单元的一个接收装置在一定方向上可以接收到该目标辐射，用以使地板处理单元在充电站处自动对准和定位。为了使地板处理单元能够可靠地驶向中心充电站，本发明提出，发射装置具有一个形成目标辐射的远场的第一发射单元和一个形成目标辐射的近场的第二发射单元，其中，与远场相比，近场从充电站出发在一个较宽和较短的区域上延伸。
文档编号G05D1/02GK1666162SQ03816084
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
发明者拉尔夫·迪尔, 约阿希姆·开普勒, 罗格·斯库马尔, 戈特弗里德·本茨勒 申请人:阿尔弗莱德凯歇尔有限公司及两合公司