移动式机器人

本发明涉及一种移动式机器人。尤其是，本发明涉及一种移动式 清洁用机器人。

各种表面尤其是各种地板上尘粒的收集是住宅、办公场所、实验 室等中一个普遍的问题。这类粉尘的收集是令人不愉快的，并且在许 多时候对气喘者还存在健康的问题。因此，地板空间必须经常清洗或 抽真空。在大多数情况下这是用人工进行。

本发明的目的是提供一种用于自动除去粉尘的解决方案，并且本 发明提供一种能进行这种工作的移动式机器人。这种解决方案将不完 全替代人工清洁工作，而是这种人工清洁的补充，因此减少了对人工 清洁的需要。

这样，本发明的目的是提供一种移动式机器人，这种移动式机器 人在规定工作时间内能除去相当大一部分可在地板表面上，例如在办 公场所发现的尘粒。

在目前技术情况下，人们已经知道复杂的移动式机器人。各种程 序可以控制机器人的运动，以便它能按所希望的运动图形移动。

例如，美国专利NO.5,440,216介绍了一种机器人，该机器人能自 动移动到一个用于给它的电池组充电的场所。美国专利NO.5,787,545 也介绍了一种用于抽真空的移动式机器人。

然而，这两种解决方案都比较复杂，并且二者都采用控制机器人 运动的处理器。

然而，本发明的目的是提供一种很简单的机器人。这必须具有很 简单的设计和构造，并且它必须能如此便宜地生产，以致个人都把它 看作是常规清洁用设备的廉价补充物，用先有技术的解决方案这是不 可能的。

而且，本发明的目的是所提供的机器人不包括复杂的控制系统， 因此一个目的是不用计算机处理器来控制机器人的运动。

在上述两种解决方案中，驱动装置本身永久地装入钢壳本身中。 然而，本发明的目的是实现一种“随机的运动方向”，并且如果有大量 不同因素影响“运动方向的选择”，则实现这点是最佳的。达到这个目 的的一种方法是让机器人经受许多“冲击动量”，亦即其中机器人或传 动机构与其它物体碰撞，开始改变方向的情况。

通过以这种方式将驱动装置安装在钢壳内，以使驱动装置不固定 到钢壳上，但可以相对于钢壳自动由移动，则在一个由钢壳限定的面 积内，冲击点数或冲击动量将显著增加，因为方向的改变也通过传动 机构打击钢壳内部开始。

据我们所知，在先有技术中未介绍这些系统，因此在本发明情况 下提供了一种新的可活动的机器人，并且这可以用于不同的应用。因 为在机器人情况下研究工作的目的是研制一种用于清洁的机器人，其 下面规定的例子针对这一个实施例，但必须指出，本发明包括机器人 本身，并且本发明不限于可用于清洁的机器人。

因此，本发明的中心特点是，使机器人运动的传动机构不固定在 钢壳本身上。

按照本发明所述的驱动装置目前优选的实施例是一种球状物，其 中安装在球状物内部的是一个传动机构，该传动机构使球状物旋转。

因此，本发明其特征在于：它包括一个驱动装置和一个钢壳，此 处驱动装置与表面接触，并且驱动装置安装在钢壳内部并与钢壳无关， 及此处钢壳至少部分地包围驱动装置，在朝表面方向旋转的部分中， 比驱动装置延伸更远，因此在钢壳和驱动装置之间形成一个空间，以 便驱动装置自由地推斥表面并使钢壳随机地在该表面上运动。

本发明更详细的实施例在子权利要求2-13中详细说明。

机器人一个目前优选的实施例包括一种用于除去表面粉尘的清洁 用机器人，其中一个或一个以上清洁用织物以可活动的形式紧固到钢 壳上，上述清洁用织物与待清洁的表面接触。

现在将参照所包括的附图详细说明本发明，其中：

图1以部分剖视图形式示出一个驱动装置是如何安装在一个半球 状物形钢壳内部的，在这个实施例中驱动装置是一种球状物。

图2示出一种紧固到机器人钢壳上的清洁用织物。

图3示出一个真空抽吸装置是如何装配到机器人的钢壳上的。

图4示出为实现规定面积的处理所花时间的模拟试验。

图5示出钢壳的一个可供选择的实施例，及清洁用织物如何紧固 到钢壳上。

图6示出钢壳的一个可供选择的实施例。

参见图1，图1描述了按照本发明所述的中心思想。一个可移动 的机器人10通过将一个驱动装置12安装在钢壳14的内部形成，并安 放在一个表面如地板16上。在所示实施例中，驱动装置由一个带球状 物形外部框架的球状物12和一个内部传动机构组成。用一个球状物作 为机器人的驱动装置是目前优选的实施例，但必须指出，其它驱动装 置也可以用，例如采用轮子的驱动装置。中心思想是驱动装置不固定 到钢壳上。

在球状物内部使用的传动机构(图中未示出)可以是任何种类的， 因此本发明不包括传动机构本身。例如，可以用如WO99/30876，WO 97/25239，及美国专利号Nos.4,733,737，4,726,800，4,541,814和4,501,569 中所述的用于球状物的传动机构。传动机构具有使传动机构起动和停 止的电子控制电路和一个电源例如蓄电池。用于球状物的目前优选的 传动机构包括一个重块，该重块的位置可以利用驱动装置改变，并且 这里重块沿着球状物的框架内部运动，以便当重块造成球状物的运动 时球状物的重心改变。因此驱动原理是基于旋转的动量。

必须强调，提供一种便宜的移动式机器人是本发明的目的，并且 机器人的运动方向因此而不加控制，即没有使用人工神经网络或“模 糊逻辑”或存储器定向控制逻辑。

在一个优选实施例中，钢壳14是如图1所示的半球状物形，在朝 地板方向转动的部分中具有一个直径，该直径稍大于球状物12的直 径。钢壳14的高度优选的是也稍大于球状物12的直径。这在钢壳14 和球状物12之间形成一个空间15。球状物12将在这个空间15内部 运动，并且当球状物12推斥钢壳14时，球状物12和钢壳的联合作用 将使sm kkd w 10运动。当机器人10撞击一个物体例如椅子腿或一部 分墙壁时，机器人10的逃逸控制将根据无限数目的随机搜索。这意味 着当机器人10撞击物体时方向会“随意地“变化。球状物12的运动 动力学和它与墙壁相撞之间的联合作用也受空间15限制，即驱动装置 和钢壳之间的碰撞使球状物获得任意的运动图形，而与机器人10碰撞 的物体无关。样机试验表明，机器人10能很好地“脱离”地板上的实 际障碍物。

球状物12的形式使其具有低摩擦力抵抗地板运动。球状物12可 以用任何材料制造，但构成球状物12外表面的材料必须具有足够的抵 抗地板的摩擦力，以便球状物12的旋转运动造成，球状物12相对于 地板运动。

钢壳14可以用许多不同的方法制造。上述解决方案，参见图1， 仅是一种可供选择的方案。在这个解决方案中，整个球状物都被钢壳 包围。钢壳的另一些有代表性的实施例在下面说明。

本发明的另一方面涉及一种清洁用机器人。这里中心思想是能将 清洁用装置固定到钢壳上。在这种“清洁用机器人”试验中，发明人 表明，利用带静电织物，能有效地从待清洁的地板上除去灰尘和污物。

为了建立一个清洁机器人，必须能将清洁用装置固定到钢壳上。

因此，图2示出一种钢壳，安装在钢壳下面部分的是一种用于固 定清洁用织物的Velcro(商标名)搭扣系统。

在图5和6中示出钢壳的可供选择的实施例。在图6中，钢壳不 是一种半球状物形的包围整个球状物的帽，而不过是一个调节球状物 运动面积范围15的框架20。这个框架具有一足够用于球状物和框架 之间碰撞的高度，以便实施框架的运动。

而且，一个实施例在图5中示出，其中钢壳在朝地板方向旋转的 部分中具有一个径向上向外延伸的部分28，以便形成一个清洁用织物 30可以紧固于其上的表面。

本发明目前最优选的实施例是一种图5和6中所示部件的组合， 即钢壳不过是一个框架，但具有用于紧固清洁用织物30的向外延伸的 部分28。

清洁用织物可以固定到例如Velcro 26上(在大多数情况下，Velcro 固定到钢壳上就足够了，因为织物材料本身经常自己附着到Velcro 上)。这种解决方案意味着清洁用织物30放在钢壳14的一部分28和 地板16之间受挤压，即织物安装在钢壳14自身的下面。因此，安装 在清洁用织物中的是一个开口，以便驱动装置与地板接触。

部分28可以具有一圆形形状，但其它实施例也可以。例如，目前 试验的是一个方形部分28，用一块方形织物30，看看这个沿着墙壁和 拐角处清洁是否更有效。而且，应该提到，织物30的尺寸不必与部分 28的形状相同。在一优选实施例中，织物比部分28延伸更远，以便 织物的最外面部分更柔软(因为它不与部分28接触)，因此它可以在 邻接的表面(如墙壁)向上移动一个小距离。

在另一个优选实施例中，将清洁用织物本身安装在钢壳上。这个

实施例在图中未示出。

如果将相对于钢壳具有相当大比重的设备固定到钢壳14上，例如 用于真空清洁的装置，则钢壳可以装备有若干球状物/轮(图中未示出) 向下朝向地板，以便减少钢壳对地板的摩擦。

如上所述，机器人10的运动图形由机器人与室内物体(椅子腿， 墙壁等)之间所产生的碰撞，及由驱动装置和钢壳内部之间发生的碰 撞操纵。因此，在一规定时间之后，机器人将以“任意的/随机”图形 横跨地板运动。考虑到清洁装置的面积和范围，机器人的速度等，对 其中一些参数如地板，家具(椅子腿和桌子腿，其它办公设备等)的 面积和形状可以进行计算，以便可以估计在一规定时间将要处理的地 板部分尺寸。例如，如果机器人能移动2小时，则可以估计至少一次 处理地板的95％。

因为机器人不完全取代常规的清洁，所以估计例如95％在大多数 情况下足够用。那么可以想象，在全体员工结束他们的工作日之后， 在一个办公场所中机器人每天工作两小时。见下面例1。

除尘器可以例如用作清洁装置。优选的是用静电除尘器，并且这 些静电除尘器可以在市场上买到。当静电除尘器推过地板时，它们将 吸引尘粒。如上所述，这些除尘器的形状适合于与清洁用机器人一起 的特殊应用，亦即可以装置有适合机器人的Velcro，并且它们具有一 个适合于设置钢壳和/或驱动装置的开口。

如图2所示的这种类型清洁用装置可以是任何尺寸，但对于已研 制出来的样机，球状物具有一10cm的直径，而钢壳用于朝地板方向 旋转部分具有一约20cm的直径。

在图3中示出一个实施例，此处清洁设备是一种真空抽吸装置。 在图3所示实施例中，钢壳本身成形为一种真空抽吸装置，因此驱动 装置沿着地板的表面推动真空抽吸装置。另外优选的是，清洁用机器 人很简单，并且为了形成真空抽吸作用，原则上具有两个室20和22 就够了，其中一个风扇26形成一个负压力，以便利用许多朝下面向地 板表面的开口24穿过一个单向阀23吸入空气并进入室20中。空气在 从室20排出之前通过过滤器25过滤。

可供选择地，真空抽吸装置固定到图2或图6所示类型的钢壳上。

正如本发明参照作为清洁用机器人的应用所举例说明的，亦即装 备有除尘器或真空吸尘器，应该强调指出，本发明的一般思想包括这 样将带有传动机构的驱动装置安装在钢壳中，以便这些装置在一起产 生横跨地板的运动。因此，本发明不限于清洁用的机器人，但如附图 所示的这些清洁用机器人是本发明目前最优选的实施例。 例1-模拟实施

一种根据理论模型的模拟实验在图4中示出。

Atot：总面积(cm2)

Kb：织物宽度(cm)

Kh：织物速度(cm/sec)

A(i)：覆盖面积(cm2)；i是一个系数每秒更新一次。

A(i+1)＝A(i)+(Kb×Kh)× Atot-A(i)

                        Atot

每次次更新(亦即每秒)加上一个新的面积Kb*Kh，该新面积 Kb*Kh用一个随已覆盖面积而减少的一个系数调整。在参数值 Atot＝5m*6m＝30m2(300000cm2)，Kb＝20cm和Kh＝50cm/sec情况下， 它将花11 1/2分钟来覆盖上述面积的90％。参见图4，图4示出静电 除尘器所覆盖的面积与工作时间之间的关系。