自动驱动吸尘器的制作方法

专利名称：自动驱动吸尘器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吸尘器，尤其是感知通过吸尘器软管输入的使用者操作意图后，对 吸尘器主体进行控制的自动驱动吸尘器。
背景技术：
真空吸尘器(下面统称为吸尘器)利用由设置在主体内部的风扇产生的真空压，吸 入清扫面附近的空气，利用主体内部的滤芯等过滤吸入空气所含有的异物。
通常，这种真空吸尘器大体上可分为通过连接管连接吸入装置和主体的分体式，和 吸入装置与主体形成一体的直立式。
最近，吸尘器逐渐得到普及，除宾馆、住宿行业之外，在家庭中，对沙发等部位用 传统的擦、扫很难清扫干净，因此吸尘器的需求量非常大，具有稳定的市场。
上述两种方式吸尘器中，下面对分体式吸尘器结构简单说明。分体式吸尘器包括在 内部设有产生真空压的电机、集尘装置以及移动轮等构成的主体，吸入组件(下面，把 吸嘴、吸入管、吸入管把手3个部分合起来称作吸入组件)，以及连接主体和吸入组件 的柔软的软管。使用者顺着清扫面操作吸入组件时，通过软管连接的主体被使用者拉动 的同时通过安装在内部的电机提供吸入压力，把通过软管收集的灰尘储存在安装于主体 或吸入组件的容纳空间内部。
分体式吸尘器通常把电源线长长地拉出来插在插座上，向电机供电，同时需要拉动 连接在软管上的不容易移动(装有沉重电机)的主体，很费力，而且由于电源线妨碍， 使用上更加不便。
为了解决上述缺点，出现的吸嘴与主体形成一体的直立式吸尘器，也存在一些问题。 由于直立式吸尘器把装有沉重电机的主体向割草机一样移动在清扫面上方，直接进行清 扫，只能在以单纯的清扫且宽阔空间进行清扫时才能使用。为了精细的清扫，需要把额 外的工具连接后才能使用，很难与吸入组件小而轻、用很小的力也能进行精细动作的分 体式吸尘器相比。
对于直立式吸尘器，也有把电机小型化并直接装在吸入组件上的立杆式吸尘器。但 这种吸尘器由于电机的功率小，很难得到满意的吸入性能。也有去掉电源线的充电式吸 尘器，但这种吸尘器装配小功率电机，吸力不足，而且使用时间非常短。加上电池的使 用寿命，需要定期更换电池，因此很难满意地解决原有问题。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种把移动吸尘器的牵引力最小化，并让吸尘 器容易地按使用者想要的方向移动并切换方向，具有感知使用者的吸入组件操作动作自 动地移动的自动驱动(self-driving)功能的吸尘器。为了让吸尘器容易跨过各种障碍物和电源线，让吸尘器主体具有高自动性，并让吸尘器具有即使主体有时处于不稳定状态 也自动校正中心的自我平衡功能(high maneuverable)。
为了解决技术问题，本发明采用的技术方案是 一种自动驱动吸尘器，包括至少具 有一个旋转中心的主体；驱动主体的驱动部；与旋转中心相隔一定距离并与主体结合的 吸入软管结合部；对吸入软管结合部移动时的旋转中心的移动速度或与旋转中心相对的 相对速度进行感知的感知部；根据感知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。
一种自动驱动吸尘器，包括主体；以一个旋转中心支撑以及驱动主体的驱动部；与 旋转中心相隔一定距离，与主体结合的吸入软管结合部；安装在主体的至少一个配置位 置上，对轮转轴的移动速度或与轮转轴移动速度相对的配置位置相对速度进行感知的感 知部；根据感知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。
一种自动驱动吸尘器，包括主体；在停止状态下以两个以下支撑点支撑及驱动主体 的驱动部；与主体结合的吸入软管结合部；安装在主体的至少一个配置位置上，对主体 旋转中心的速度或与主体旋转中心相对的配置位置相对速度进行感知的感知部；根据感 知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。
吸入软管结合部以清扫面为基准，位于与旋转中心或主体重心相互不同的高度。 感知部还包括对加速度信息或角加速度信息进行感知的感知结构。 感知部还包括分别安装在至少两个感知位置上，以某一感知部为准，把另一感知部 的相对速度信息作为感知信息中的一个进行感知的结构。
感知部以旋转中心或移动中心为准，以相反方向相互对称地配置。
感知部还包括根据加速度信息或角加速度信息求得相对速度信息的感知结构。
控制部还包括根据感知部的加速度信息或角加速度信息算出相对速度信息的演算部。
驱动部搭载有通过变化转子的电压或定子的线圈电阻来控制速度的电机，在轮旋转 或停止的状态下都能调节旋转力。
还包括连接主体和驱动部的按与主体或驱动部相反的方向旋转的至少一个连接部件。
连接部件以相对旋转或相对位移的方式与主体连接，并让驱动部的轮相对于主体具 有扭力弹性。
连接部件的旋转中心与主体的旋转中心或驱动部的旋转中心中的某一个一致。 本发明的有益效果是
首先，安装在主体内部的感知部适当地区分使用者的清扫动作以及移动动作，使使 用者移动吸尘器的意图通过吸入软管输入，不需要施加额外的牵引力，而是利用安装在 内部的驱动电机驱动吸尘器，可以让使用者省去移动吸尘器的麻烦。
其次，在吸尘器移动过程中如果碰到缠绕的电源线或陷轮的厚地毯、被子、座垫等 物品时，没必要象现有的吸尘器那样拿起吸尘器搬动，而是在轮子的自行驱动作用下可
4以自动地跨过障碍物。
再次，感知部以及控制部在使用者的意图之外，对主体自身的倾斜进行感知，对吸 尘器的姿势进行控制，可以把吸尘器设计成重心高的不稳定状态，可以大大提高吸尘器 的自动性，而且优雅地取得自动平衡，让使用者在作业的过程中得到很高的满足感。


图1是本发明具有一个轮转轴和一双轮的吸尘器处于准备状态时的侧面示意图。
图2是图1的准备状态下，刚刚开始清扫动作时的侧面示意图。
图3是从图1或图2的状态，进行移动动作时的侧面示意图。
图4是图1 图3的状态下进行反向移动动作时的侧面示意图。
图5 图7是轮转轴和主体旋转中心一致的具有一个轴旋转中心吸尘器，重心位置比
轴旋转中心更高的主体侧面示意图。
图8 图IO轮转轴和主体旋转中心一致的具有一个轴旋转中心吸尘器，重心位置比
轴旋转中心更低的主体侧面示意图。
图11到图15是从图8 图10的结构进行变更，使之具有两个旋转中心的主体侧面
示意图。
图16到图20是从图5 图7的结构进行变更，使之具有两个旋转中心的主体侧面示意图。
图21是具有一个轮转轴和一双轮的吸尘器结构侧剖面示意图。 图22是图21的吸尘器结构正面示意图。 图23是图21的吸尘器结构顶面示意图。 图24是图21的吸尘器结构外观示意图。
图中，10:主体；11:重心；12:第2旋转中心；14:弹簧；15:连接部件；16: 第2连接部件；20:轮；21:轮转轴；30:吸入软管结合部；31:吸入软管结合部中心； 40:吸入组件；41:吸嘴；42:吸入管；43:吸入管把手；50:吸入软管；51:吸入组 件结合部中心；61:吸入电机；62:吸入扇；63:吸入灰尘桶；64:电源线轴；70:驱 动电机；71:齿轮箱；72:变压整流模块；80:控制部；93:第1感知部；94:第2感 知部；103:第3感知部；104:第4感知部
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明
本发明的吸尘器包括至少具有一个旋转中心或移动中心的主体；驱动主体的驱动部； 与旋转中心或移动中心相隔一定距离，与主体结合的吸入软管结合部；对吸入软管结合 部移动时主体与旋转中心相对的相对位移进行感知的感知部；根据感知部的感知信息，
对驱动部进行控制的控制部。
主体和驱动部之间的支撑关系可以采用由一个转轴或两个以下支撑点支撑的不稳定
平衡结构，而主体的重心与移动中心或旋转中心不一致时主体可以以驱动部的轮转轴为中心发生倾斜。
左右主体的移动或倾斜度的吸入软管结合部，根据主体的重心位置、旋转中心位置以及重量，设计软管重量和软管柔软性两个设计因素，以可容易区分清扫动作和移动动作的方式让软管的重量比柔软性最佳化。
吸入软管结合部以清扫面为准可位于与旋转中心或重心相互不同的高度，与吸入软管相同，考虑施加在主体上的旋转矩可以变动其位置。
另外，感知部具有在主体至少有一个设置位置，对主体旋转或移动时的设置位置速度以及加速度进行感知的结构，或者外加包括分别设置在以主体的旋转中心或驱动部的旋转中心为准以相反方向地对称的至少两个感知位置上，把相对于某一个感知部的另一感知部相对速度信息作为感知信息中的一个进行感知的结构。
加速度信息不只是指线速度，还包括角加速度(利用陀螺传感器的情况下)。
另外，感知部由具有内部演算功能的传感器加微处理器的结构构成时，可以对加速度信息进行积分演算后把处理后的感知信息传送到控制部。
当然，如果感知部只感知加速度信息，则控制部只接收加速度信息后，利用自身的微处理器进行演算，把相应的驱动信号传送到驱动部。
驱动部不是由3个或4个轮子构成，而是以让主体被吸入软管结合部倾斜的方式，在直立状态下以一个旋转中心而支撑或驱动主体，即相似于把轮子同轴旋转式地设置的摄位车(Segway)的结构。
驱动部包括以在轮子旋转或停止的状态下都能精细、迅速地调节旋转力的方式，通过变化转子的电压或定子的线圈电阻控制速度的电机，即直流电机。
在主体和驱动部之间的支撑结构中，主体的重心与驱动部的转轴可以一致(这时主体具有一个旋转中心)，也可以不一致(这时主体具有两个以上旋转中心)，在不一致
时外加结合额外的连接部件和线圈弹簧或扭簧等弹性支撑部件。
具有上述结构的本发明可以有所选择地区分吸入组件的移动动作和清扫动作，并在为了移动向主体10施加外力P时，驱动部产生与之相应的旋转力T，可自动地维持主体10的姿态或移动主体10。
下面说明的本发明实施例仅仅只是一个例子，其构成要素和结合构造对本发明的技术特征所包含的思想不构成限制。
如图1所示，本发明具有一个转轴和一双轮的吸尘器，包括由吸嘴41、吸入管42以及吸入把手43构成的吸入组件40，吸入组件40是使用者的清扫动作直接传送的部分，清扫动作通过吸入软管50传送到吸入软管接合部30。
吸入软管结合部30不是刚性，而是把吸入软管50的移动有效地传送到主体10，起中介作用的部件，如果吸入软管50逐渐靠近主体10时变硬，则即使吸入软管结合部30
的突出长度短或根本不存在，也能把整个移动可以有效地传送到主体io。
但是， 一般的吸入软管50具有柔软的结构，为了区分使用者的移动动作和清扫动作，
6起适当的缓冲作用，因此如果吸入软管50的整体柔软性己被确定，则吸入软管结合部30具有一定部分突出长度对于有效的移动传送更有益。
本发明中，吸入软管50的柔软性和自身重量作为影响向吸入软管结合部30传送的移动量的因素，下面把两种变量分别进行说明。
首先，从吸入软管50的柔软性方面来看1)如果吸入软管50完全是刚性，则清扫动作或移动动作的移动状态毫无区别地直接传向吸入软管结合部30，实际上与直立式或一体式吸尘器没有区别；相反，2)吸入软管50如果是如细绳似的柔软体，则虽然清扫动作中不会传送移动，但直到移动动作完全进行(即，吸入软管50被拉动绷紧)为止不会向吸入软管结合部30传送移动。
从吸入软管50的自重方面来看，在具有一定程度的柔软性前提下，3)如果吸入软管50的重量很沉，则吸入软管的一部分会一直接触在地面，在进行清扫动作时接触在地面的部分几乎不会移动，只有从地面到连接在吸入组件结合部中心51为止的部分(图l的V2 = 0点的左侧部分)移动。这一情况下，虽然清扫动作根本不会被传送，但从地面到连接在吸入软管结合都中心31为i卜的都分(V2 = 0点的右侧部分)，因为吸入软管50的重量会一直处于倾斜状态，与2)相同，与清扫动作的输入与否无关，吸入软管结合部30的倾斜度不会发生变化。相反，4)如果吸入软管50的重量非常轻，则与情况1)相同，与重量相比的柔软性实际上相当于刚体水平，因此清扫动作和移动动作根本没有区别地全部传向吸入软管结合部30。
因此，按本发明的目的，如果想要让吸入软管结合部30把使用者的吸入组件操作动作传向主体IO，让吸尘器按使用者的意图容易转换方向，则要过滤一部分清扫动作，而为了主要把移动动作的移动传向吸入软管结合部30，需要通过试验，把吸入软管50的柔软性和重量调整到与主体10的重量和稳定度相符的程度。另外，不仅要调整吸入软管50的重量，还要同时调整吸入软管结合部30和主体的重量。
下面，参照附图，对吸入软管50等设计因素进行适当选择进行更详细的说明。
图1的情况下，由于吸尘器处于不清扫、不移动的等待状态，因此吸入软管50没有移动量，位于主体10上离轮转轴21相距一定距离的两个点也处于V3=0、 V4 = 0的静止状态。
如图2所示，刚刚开始清扫动作时，吸入组件40顺着清扫面前进，吸入组件结合部中心51也按V1〉0发生移动，但是移动量在吸入软管50与地面接触的点上V2"0，被相当大地吸收，只有P^O的微量传向吸入软管结合部中心31。
这时，观察主体10的两个点(下面分别称为V3、 V4)速度，首先以轮转轴21为中心位于下侧，即靠近于清扫面的点V4的速度依然是0，但是以轮转轴21为中心位于上侧的点V3的V3^0，产生微小的速度。这时如果想要补正V3的变动信号，则向轮20施加微小的旋转力(力矩)T^O即可。但是这一情况下，实际上轮子几乎不会旋转，主体IO不会前进或后退，保持直立状态，即相对于吸入软管50清扫动作，移动稳立的状态。图3是从图1或图2的状态，进行移动动作时的侧面示意图。
如图3所示，吸入组件40离清扫面远离一定高度移动，因此吸入组件结合部中心51以V1》0诱发大的移动量，从而吸入软管50从地面脱离。从地面脱离的吸入软管50的最低点速度是大于0， V2>0，而吸入软管50的整体移动，让吸入软管结合部30或吸入软管结合部中心31承受P>0的作用力。
当然，P〉0的力让主体向前倾斜，倾斜度的变化使两个点具有相互不同的速度V3〉0、V4<0，因此为了让主体IO维持平衡，追随吸入组件40，需要向轮20施加一定量以上的旋转力T〉0。
但是，如果主体10移动得太快， 一直维持倾斜状态，则具有V3 = V4>0的特定值。但是实际清扫过程中，出现这种很快的速度根本不可能，大部分情况下是主体倾斜的速度快于主体顺着地面移动的速度，即V3和V4具有反向矢量。
在旋转力T的作用下轮20旋转，使主体10前进，从而主体10的平衡状态不会被破坏，而自动地跟着吸入组件40或吸入管50移动，使用者没必要为了牵引主体10费力气。
图4是图1 图3的状态下进行反向移动动作时的侧面示意图。
图4与图3的情况在所有方面相反。在这一情况下，虽然有可能存在与图面不同的吸入软管50接触在地面的状况，但是无论是什么情况，吸入软管50的最低点速度V2〈0是不会变的。从而，主体10以与图3相反的方式动作，得到平衡。
在图4的情况下，吸入组件40或吸入管50后退，与主体重叠之前，主体10会自动地先行后退，而使用者没必要为了让主体10向后移动而施加额外的动作。
如图1 图4所示，由于具有一定重量和柔软性的软管下垂接触于地面，吸入组件40以及吸入软管50的"清扫动作"移动被忽略或得到相消，而施加在主体的外部输入信息可以近似为"作用在软管结合部的作用力矢量(P)"。
在整个控制过程中，产生重要影响的是与力P相关的主体10的两个特定点速度V3、V4，以及主体10的旋转中心(图1 图4的轮转轴21)的速度，而各速度可以通过多种方法测定以及分析。
另外，除了主体10的速度矢量V3、 V4、 V，还存在需要追加考虑的重要设计因素，而主体的"重心"位置以及重量W大小和主体旋转中心是2个时的主体"第2旋转中心"的位置是重要的设计因素，而位于轮转轴21和主体特定部分(比如重心点)拉近两者的弹簧14部件的弹性系数也是可考虑的因素。
另外，V3、 V4测定点以轮转轴21为中心，位于相互对称的位置，而主体10以轮转轴21为中心与轮20 —体地旋转时，作为V3和V4的中心点，轮转轴21的速度V为上下两个对称点的速度矢量之合，即V = V3 + V4。
这里，只要得到V3、 V4，即可以简单地求出V，从而可以容易判断吸尘器主体是处于移动状态还是以停止的状态下正在倾斜。
通过上述方式区分主体处于清扫状态还是单纯移动状态，对于吸尘器的驱动设计是
8非常重要的设计要素。这是因为，如果是清扫状态，则驱动部需要以相对高旋转力-低转速状态进行驱动/支撑，而如果是移动状态，则驱动部需要以相对低旋转力-高转速状态进行驱动/支撑。
当然，在V二V3+V4的情况下，主体10在与轮20近似相同的速度旋转(倾斜)的近似条件下动作。但是由于吸尘器不是赛格威(segway)或单轮自行车等高速水平移动的装置，因此假设充分成立。
下面，对在满足V = V3 + V4条件的最佳位置安装有速度感知部的本发明一具体实施例进行说明(当然，速度感知部的位置不受限于V二V3 + V4的近似概念)
图5 图7是轮转轴和主体旋转中心一致的具有一个轴旋转中心的主体10侧面示意图。首先，如图6所示，重心11高于轮转轴21的不稳定平衡的逆振子情况下，由于P=0，旋转力T不是总是维持0，而是安装在主体10内部的感知部对两个点的速度V3、 V4进行感知，以此向左右施加微量的旋转力T，从而在不稳定平衡状态下不会翻倒。
为了感知速度V3、 V4，可以使用设置在两个点的陀螺传感器，在主体10动作的同时对累积的当前角度和当前速度进行感知。
陀螺传感器(gyro-sensor)是利用物体旋转时产生垂直于速度方向的科里奥利力的原理，对角速度进行检测的装置。通常，陀螺传感器用于数码相机或车辆动力学控制装置等，有单轴陀螺传感器和双轴陀螺传感器模块等。
通过陀螺传感器感知的角速度，从角加速度出发，通过把感知位置的几何坐标上直接代入感知的角加速度求得线加速度，或者通过测定与角加速度有关的位置变化量除以时间求得线速度。
陀螺传感器的输出形式是模拟信号。在本发明的吸尘器上作为感知部安装陀螺传感器时，为了根据感知部的感知信息向驱动部传送驱动信号，在控制部上可以外加设置把模拟信号转换成数字信号的A/D转换器。
为了感知数度V3、 V4，可以把满足F二ma运动公式(以力为基础的)的感知信息进行测定的角速度传感器分别设置，把从特定时间开始累积的相应位置加速度感知信息量进行积分，求得两者的相对速度。
对于速度V3、 V4的感知位置来说，虽然使用V二V3 + V4近似公式，选择了以力P作用时主体10旋转的旋转中心(产生速度V的位置)为原点相互对称的两个点，但是为了测定速度不是一定要选择产生速度V3、 V4的点，而是可以根据需要选择在位于主体10的任意点。
为了容易地区别主体10的原位旋转运动(清扫动作)和前进运动(移动动作)，需要有V的绝对值或者与速度V3、 V4相应的V的相对值，因此把成为比较对象的两个点以旋转中心为原点尽量远离为宜。
以上述方式安装加速度传感器，由控制部按时间把加速度感知信息进行二次积分，可以算出速度V3、 V4点的水平垂直位移量或当前角度信息，由设置在控制部内的微处理
9器演算，得到的相对速度信息和旋转中心的移动速度信息，向驱动部发送需要的旋转方向和旋转力。
图6的不稳定平衡状态被破坏时的状态就是图5和图7，这一情况下，重心11向翻倒的方向移动，因此重心下降的速度更快，为了让速度V向中心倾倒的方向增加，轮20的旋转力需要以更大的变动量准确地施加。
如图5、图7所示，选择重心高的不稳定控制时，主体10的自动性会大大提高，在使用的整个过程中向左右优雅地晃动，可以提高使用者的满意度，但为了维持姿势需要增加额外驱动能量，即使存在微小的外力P时也要做出应对，很难有效地区分移动动作和清扫动作。
图8 图10是轮转轴和主体的旋转重心一致的具有一个轴旋转中心，重心11位置更低的主体10侧面示意图。
如图9所示，重心11低于轮转轴21的稳定平衡状态下，与图6不同，当P^时，旋转力T也维持0，这时主体10象不倒翁似的维持稳定状态。
当然，虽然这时也可以通过求速度V3、 V4求出主体10的当前角速度和当前移动速度，但是如果按图8 图IO所示的那样设计成较低的重心，则主体在相同的速度V3、 V4上可以更加稳定地动作，从而感知部的感知速度以及控制部的控制速度有余地。从而可以使用比图5 图7应答速度更慢的传感器以及在控制部中使用计算速度更差的微处理器。
图9的稳定平衡状态向左右破坏的状态是图8以及图10。这一情况下，重心11向与翻倒的方向相反的方向移动，产生回复力，重心不会轻易被破坏，在产生微小的水平相对速度V3 + V4 (由于V3和V4的符号不同，因此从矢量角度来看是相加)时，V不会发散而收敛，因此不施加外加的旋转力也可以。
上述内容的意义非常重要。重心11设计得越低，对小而断续的V3+V4的变化，即对清扫动作(V收敛)的感知越敏感，而对从小的变动开始向中间以上扩展的V3+V4的连续变动，即对移动动作(V发散)的感知越迟钝。
把图1 图4的内容和图5 10的内容综合考虑时，如果吸入软管50的重量重、柔韧性小，则可以设计成如图8 10所示的重心11低的稳定平衡主体10，如果吸入软管50轻而柔韧性大，则可以设计成如图5 7所示的重心11高的不稳定平衡主体10。
上述设计因素，可以根据内设的吸入电机功率等级、吸入灰尘桶的大小和重量以及与销售对象的年龄代相关的操作力等，多样地调节，通过实际使用试验可以更加完美地调节。
图11到图15是从图8 图10的结构进行变更，使之具有两个旋转中心的主体10侧面示意图。图11 15中，主体IO具有两个旋转中心而不是一个，即具有轮转轴21和第2旋转中心12。轮转轴21和第2旋转中心12可以通过连接部件15连接。设有连接主体重心11和轮转轴11之间的弹簧14部件，当主体倾斜时，与轮20的动作无关，防止主体io翻倒。
当然，弹簧14部件的形状和结构没有限制，弹簧14不对旋转支撑，只是对第2旋转中心12的旋转进行支撑，因此可以在第2旋转中心12轴上设置扭簧，只要是约束第2旋转中心12和连接部件15之间的相对旋转运动，则可以采用任何连接方式。
在如图ll的状态下，主体10具有重心11被支撑在第2旋转中心12，而轮20通过轮转轴21支撑通过连接部件15传送的主体重量。
图12以及图13是向图11的状态左右施加微小水平力F的状态。这时，连接部件15与主体10—体化，向左右晃动。而图12是与图IO实质相同的状态，图13是与图8实质相同的状态(当然力P和力P的水平分量力F不相同)。
对图12和图13的状态详细说明力F小而柔和的作用的状态，即可以当作使用者移动吸尘器的状态，对使用者的移动速度以及移动操作以力学角度分析，在这基础上结合弹簧14部件的弹性系数以及弹性连接位置，以及主体10重心11位置和主体重量W、外加吸入软管50的重量和柔软性等多个设计因素，设计成使之在使用者的移动动作作用下有所选择地成为图12或图13的状态。
另外，图14以及图15是从图11的状态左右施加冲击性的水平力F的状态。这时，连接部件15相对于主体10相反地旋转。
当然，如果把图14以及图15的主体重心11的位置与轮转轴21的位置相比，则可以发现处于比图12和图13更向旁边移动的状态。但这一情况下，由于弹簧14的回复力向轮转轴21方向自动发生，因此主体10强烈地要回复到图12或图13的状态。
图14以及图15的状态是使用者急剧拉或推吸尘器的状态，而这一情况下施加在轮20上的旋转力T需要更大。但使用者急剧移动吸尘器的情况会很少发生，大部分情况下使用者快速进行清扫时瞬间地出现图14以及图15的状态。
图16到图20是从图5 图7的结构进行变更，使之具有两个旋转中心的主体侧面示意图。图16 20中，与图11 15相同，主体IO具有两个旋转中心而不是一个，即具有轮转轴21以及第2旋转中心12，而这里的第2旋转中心12高于轮转轴21和主体重心11。从而主体以第2旋转中心12为轴旋转时，相当于做单振子(simple pendulum)运动，主体以轮转轴21为中心旋转时相当于做逆振子(inverted pendulum)运动。
在图16 20中，轮转轴21和第2旋转中心12与图11 15相同，通过连接部件15连接，还具有连接连接部件15和主体10的第2连接部件16。第2连接部件16与连接部件15处于可相对旋转的销支撑(jointed with pin)状态，而与主体10处于不相互旋转的固定支撑状态。因此，轮20进行动作后为了让主体回复原位，需要在主体重心ll和轮转轴21之间追加弹性连接两者的弹簧14部件。
弹簧14部件的形状和结构没有限制，由于该部件不对旋转支撑而只是对第2旋转中心12的旋转进行支撑的部件，因此可以在第2旋转中心12轴上设置扭簧，只要是约束第2旋转中心12和连接部件15之间的相对旋转运动，则可以采用任何形状、任何连接方式。
在图16的状态下，主体10具有重心11被支撑在第2旋转中心，而轮20通过轮转轴21支撑有连接部件15，传送主体重量。
图17以及图18是向图11的状态左右施加微小水平力F的状态。这时，连接部件15与主体10—体化，向左右晃动。而图17是与图7实质相同的状态，图18是与图5实质相同的状态(当然力P和力F不相同)。
对图17和图18的状态详细说明力F小而柔和的作用的状态，即可以当作使用者移动吸尘器的状态，对使用者的移动速度以及移动操作以力学角度分析，在这基础上结合弹簧14部件的弹性系数以及弹性连接位置，以及主体10重心11位置和主体重量W、外加吸入软管50的重量和柔软性等多个设计因素，设计成使之在使用者的移动动作作用下有所选择地成为图17或图18的状态。
另外，图19以及图20是从图11的状态左右施加冲击性的水平力F的状态。这时，连接部件15相对于主体10相反地旋转。
当然，如果把图19以及图20的主体重心11的位置与轮转轴21的位置相比，则可以发现处于比图17和图18更向旁边移动的状态。但这一情况下，由于弹簧14的回复力向轮转轴21方向自动发生，因此主体10强烈地要回复到图17或图18的状态。
图19以及图20的状态是使用者急剧拉或推吸尘器的状态。而大部分情况下，由于图16 20都是不稳定平衡状态，因此图19或图20在极短的时间内发生。但是，如果想在极短的时间内，轮20需要急剧的旋转力T时，弹簧14部件以主体的重量为基础，起对拉动轮20的旋转能量进行储存的储存空间作用。
如图11 图15所示，以单振子为基础结合逆振子的吸尘器主体，与单纯的单振子方式的重心低的吸尘器(图8 图10)相比，自动性能增加，稳定性降低。相反，如图16 图20所示的以逆振子为基础，结合单振子的吸尘器主体，与单纯逆振子方式重心高的吸尘器(图5 图7)相比虽然自动性低，但稳定性增加。
对于需要实现本发明技术思想的设计人员来说，可以根据需要的稳定性和自动性，从图5 图20中适当地选择，并适当地选择吸入软管50的材料以及结构，以此达到自行控制以及自动驱动性能的目的。
为了把具有图5 图20的运动机构的吸尘器主体IO按吸入软管结合部30的移动进行驱动或控制，需要具有对感知部的感知信息进行处理，以驱动信号输出的控制部，以及根据控制部发送的驱动信号，把轮20按需要的旋转力或转速驱动的驱动部。
控制部在内部设有计时装置，具有把感知部的加速度信息转换为速度的积分电路或者把感知部的位移信息转换成速度的微分电路，从而可以按时间变化算出速度或角速度，有设置在控制部内的微处理器对其进行演算，把与算出的值相应的旋转方向和需要的旋转力传送到驱动部。
驱动部可安装自由调节转速的电机，比如直流电机，可以把一个电机安装在一个轴
12上，或者分别安装在主体两侧轮上，分别调节左右轮的旋转力。
为了使用适用于本发明吸尘器的直流电机，需要在主体内部设置把家用交流电转换成直流电并变压的电压整流模块。从变压整流模块接收直流电源的直流电机，可以通过调整定子线圈的电阻或变化转子的电压改变速度。另外，直流电机具有转速越小旋转力T
越大的特点，而且转速的变化连续而自由，对于本发明主体io的姿势控制以及驱动控制
非常适合。
图21是具有一个转轴和一双轮的吸尘器结构侧剖面示意图。如图21所示，在主体IO的下部，设有电源线轴64。因此把电线向下可360°旋转地抽出后，具有自带驱动力的轮子20，可以容易地跨过电源线(一般的吸尘器由于使用者拉动吸尘器，轮很难跨过电源线)。
在图21中，最重的吸入电机61和其他的重物——驱动电机70、齿轮箱71、用于驱动电机的变压整流模块72、电源线轴64等，可以在考虑主体11重心(图21中没有显示)位置的情况下，配置在靠近于轮转轴21的部位。
在图21中，吸入电机61连接有传送旋转力的吸入扇62，在吸入扇62上连接有从吸入软管结合部30延伸的内部吸入管。另外，还设置按吸入扇62的旋转圆周方向延伸的吸入灰尘桶63。
图21中，对角加速度/加速度或与之相应的角度/位移的第1感知部93和第2感知部以轮转轴21为中心，按一定距离上下对称地配置。感知部93、 94的值单纯相加时可以得到在轮转轴上外加安装第3感知部的效果。
从第1感知部93和第2感知部94接收感知信息的控制部81安装有内设有微处理器(micro computer)的控制器的电路板，根据第1、第2感知部传感器感知的信息，通过内部计算，向驱动电机71发送驱动信号。
图22 图24中，这一概念得到扩展，第3感知部103和第4感知部104可以追加安装在主体10剩余的侧面，从而通过测定第1感知部93和第3感知部103、第2感知部94和第4感知部104的相对速度，吸尘器侧面的运动适用到在吸尘器上面的运动(吸尘器的方向调整驱动运动)。
图22是图21的吸尘器结构正面示意图。吸入软管结合部30不一定必需安装在主体IO的中央，可以根据情况安装在靠近于某一侧轮的部位。另外，第l、 2感知部可以设置在主体的某一侧面或者另一侧面或者主体中央剖面等任何地方,也可以如图所示，把第1、2、 3、 4等四个感知部设置在两侧面。
图23是图21的吸尘器结构顶面示意图。图24是图21的吸尘器结构外观示意图。图21 图24显示的内部结构可以为了改变吸尘器的自动性和稳定性，随时变更。
综上所述，本发明的内容并不局限在的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
权利要求
1、一种自动驱动吸尘器，其特征在于包括至少具有一个旋转中心的主体；驱动主体的驱动部；与旋转中心相隔一定距离并与主体结合的吸入软管结合部；对吸入软管结合部移动时的旋转中心的移动速度或与旋转中心相对的相对速度进行感知的感知部；根据感知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。
2、 一种自动驱动吸尘器，其特征在于包括主体；以一个旋转中心支撑以及驱动主 体的驱动部；与旋转中心相隔一定距离，与主体结合的吸入软管结合部；安装在主体的 至少一个配置位置上，对轮转轴的移动速度或与轮转轴移动速度相对的配置位置相对速 度进行感知的感知部；根据感知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。
3、 一种自动驱动吸尘器，其特征在于包括主体；在停止状态下以两个以下支撑点 支撑及驱动主体的驱动部；与主体结合的吸入软管结合部；安装在主体的至少一个配置 位置上，对主体旋转中心的速度或与主体旋转中心相对的配置位置相对速度进行感知的 感知部；根据感知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。
4、 根据权利要求l、 2或3所述的自动驱动吸尘器，其特征在于吸入软管结合部 以清扫面为基准，位于与旋转中心或主体重心相互不同的高度。
5、 根据权利要求l、 2或3所述的自动驱动吸尘器，其特征在于感知部还包括对 加速度信息或角加速度信息进行感知的感知结构。
6、 根据权利要求l、 2或3所述的自动驱动吸尘器，其特征在于感知部还包括分 别安装在至少两个感知位置上，以某一感知部为准，把另一感知部的相对速度信息作为 感知信息中的一个进行感知的结构。
7、 根据权利要求6所述的自动驱动吸尘器，其特征在于感知部以旋转中心或移动 中心为准，以相反方向相互对称地配置。
8、 根据权利要求6所述的自动驱动吸尘器，其特征在于感知部还包括根据加速度 信息或角加速度信息求得相对速度信息的感知结构。
9、 根据权利要求5所述的自动驱动吸尘器，其特征在于控制部还包括根据感知部 的加速度信息或角加速度信息算出相对速度信息的演算部。
10、 根据权利要求l、 2或3所述的自动驱动吸尘器，其特征在于驱动部搭载有通过变化转子的电压或定子的线圈电阻来控制速度的电机，在轮旋转或停止的状态下都能 调节旋转力。
11、 根据权利要求l、 2或3所述的自动驱动吸尘器，其特征在于还包括连接主体和驱动部的按与主体或驱动部相反的方向旋转的至少一个连接部件。
12、 根据权利要求ll所述的自动驱动吸尘器，其特征在于连接部件以相对旋转或 相对位移的方式与主体连接，并让驱动部的轮相对于主体具有扭力弹性。
13、 根据权利要求ll所述的自动驱动吸尘器，其特征在于连接部件的旋转中心与 主体的旋转中心或驱动部的旋转中心中的某一个一致。
全文摘要
本发明公开了一种自动驱动吸尘器，包括至少具有一个旋转中心或移动中心的主体；驱动主体的驱动部；与旋转中心或移动中心相隔一定距离，与主体结合的吸入软管结合部；对吸入软管结合部移动时主体与旋转中心相对的相对位移进行感知的感知部；根据感知部的感知信息，对驱动部进行控制的控制部。通过安装在主体内部的感知部适当地区分使用者的清扫动作以及移动动作，利用安装在内部的驱动电机驱动吸尘器，从而可以让使用者省去移动吸尘器的麻烦。可以大大提高吸尘器的自动性，而且优雅地取得自动平衡，让使用者在作业的过程中得到很高的满足感。
文档编号G05D1/02GK101554302SQ20081005270
公开日2009年10月14日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者宣昌和, 崔奎天, 郑敞旭, 郑景善, 闵珠英, 黄根培 申请人:乐金电子(天津)电器有限公司