專利名稱：用于雙刷機器人池清潔器的方向控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動推動的自動化池和罐清潔器的方向控制，所述清潔器通過移動位于清潔器殼體的相對端部處的刷而被支撐。
本發(fā)明的技術(shù)背景現(xiàn)有技術(shù)中披露了多種用于控制罐和游泳池清潔器的移動形式的方法和設(shè)備。這些控制的基本目的是確保清潔器在清潔期間基本上經(jīng)過整個待清潔表面。對于罐和地上游泳池，機器人清潔器一般僅與罐或者池的底面接觸。對于地下游泳池，池清潔器被設(shè)計成爬上側(cè)壁，通常到水線，接著倒轉(zhuǎn)移動方向以從側(cè)壁下降并且重新開始穿過池底面的清潔路徑。在一些壁清潔單元中，池清潔器實際沿著壁移動作為其預(yù)定形式移動的一部分以使其沿著不同的路徑下降。在許多情況下，移動形式是隨機的并且池清潔器必須操作許多小時，并且不能保證一些表面沒有被錯過。
這里所用的術(shù)語“池”和“池清潔器”包括用于商業(yè)和工業(yè)的罐、槽、盆等和罐清潔器。
現(xiàn)有技術(shù)的池清潔器包括由一對環(huán)形軌或者帶支撐的池清潔器，所述一對環(huán)形軌或者帶由一對馬達或者一個馬達獨立驅(qū)動；以及被支撐在基本上為圓柱形的清潔刷上的池清潔器，所述基本上為圓柱形的清潔刷又被鏈輪和帶輪的系統(tǒng)驅(qū)動。移動刷可由形成在圓柱形支撐表面中的帶筋的固體聚合物網(wǎng)制成，或者由光滑的或者很粗糙和彈性的泡沫聚合物材料制成。
為了控制池清潔器的移動形式，本領(lǐng)域中所采用的一種方式是提供與用于停止、啟動和/或反轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達的方向的控制器結(jié)合使用的編程處理器。另外，本領(lǐng)域已知的是，通過中斷泵馬達和推進器以產(chǎn)生足以轉(zhuǎn)動整個池清潔器主體的扭力來控制池清潔器在待清潔表面上的取向。在其他情況下，處理器設(shè)有復(fù)雜算法，所設(shè)計的復(fù)雜算法用于使得池清潔器在變向前在預(yù)定時間內(nèi)移動，或者在其他情況下，使其隨機地在待清潔表面上移動，可以預(yù)見的是，提供足夠的時間，池清潔器實際上覆蓋所有浸沒在水中的待清潔的表面。還已經(jīng)披露了這樣的裝置，即，包括用于檢測側(cè)壁或者其他障礙物的一個或者多個傳感器以產(chǎn)生被發(fā)送到處理器使得清潔器的操作程序發(fā)生一些變化的信號。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，關(guān)于具有多于一個驅(qū)動馬達的池清潔器的設(shè)計和組裝的費用是比較大的。當(dāng)這與包括復(fù)雜程序和算法的集成電路裝置和處理器以及相關(guān)控制器的設(shè)計和制造的費用結(jié)合時，顯然附加費用大大增加。另外，關(guān)于雙驅(qū)動馬達的機械聯(lián)動是磨損和需要維護的潛在故障的根源。
因此，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種比現(xiàn)有技術(shù)中僅需要一個驅(qū)動馬達的控制罐和池清潔器的移動方向的設(shè)備和方法簡單且成本低的控制罐和池清潔器的移動方向的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種用于這樣一種罐和池清潔器中的池清潔器方向控制設(shè)備和方法，即，所述罐和池清潔器僅適于清潔底面但也從池的側(cè)壁下降，同時建立規(guī)則和調(diào)節(jié)的移動形式，確保在較短的時間內(nèi)與所有表面清潔接觸。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種使用比較簡單的處理器程序的池清潔器的方向控制系統(tǒng)，包括與已知類型和/或池的尺寸結(jié)合使用的特別調(diào)節(jié)的處理器程序。
本發(fā)明概述利用本發(fā)明的方法和設(shè)備可實現(xiàn)上述目的和其他優(yōu)點，在本發(fā)明的方法和設(shè)備中，池清潔器主體被支撐在一對同軸安裝的但位于池清潔器殼體的相對端部處的分離的刷上，這對刷中的一個例如被公共驅(qū)動裝置驅(qū)動，例如與一個驅(qū)動馬達相連的帶。根據(jù)清潔器的移動方向，驅(qū)動刷也可采取前端位置和后端位置。利用轉(zhuǎn)動延遲離合器機構(gòu)使得每一個驅(qū)動刷以可操作的方式與相應(yīng)的相鄰自由刷相連。兩個刷最好以在公共軸上軸向轉(zhuǎn)動的方式被安裝。
驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)動方向以及池清潔器的移動方向由編程處理器和相關(guān)的控制器確定。當(dāng)改變驅(qū)動馬達的方向改變時，在驅(qū)動刷的預(yù)定角度或者量的弧形移動或者轉(zhuǎn)動下轉(zhuǎn)動延遲離合器使得驅(qū)動的刷與相鄰自由刷脫離。自由刷在預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動刷的部分和/或滿轉(zhuǎn)下停止移動。這具有圍繞固定的自由刷轉(zhuǎn)動或者樞轉(zhuǎn)的效果。
在清潔器殼體的一側(cè)上的前端刷和后端刷進行預(yù)定角度的轉(zhuǎn)動后，離合器接合相鄰的前端和后端自由刷以使在單元的任何一個端部的兩對刷再次同步移動并且清潔器直線前進。
本發(fā)明的方法和設(shè)備主要利用分別位于池清潔器的前端和后端的一對支撐刷的一側(cè)的差動角位移使得池清潔器轉(zhuǎn)動或者樞轉(zhuǎn)接著接合相應(yīng)的相鄰自由刷，從而消除差動位移并且相鄰驅(qū)動的和自由刷以相同的角速度轉(zhuǎn)動。在一個優(yōu)選實施例中，驅(qū)動和自由刷安裝在一個公共軸上。但是，也可采用其他安裝方式并且在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
應(yīng)該理解的是，可通過完全中斷自由刷的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)驅(qū)動刷和自由相鄰刷的差動角位移，但利用自由刷的低速轉(zhuǎn)動也可產(chǎn)生差動轉(zhuǎn)速，從而大大基本相同的效果，即，在不同角方向上移動的池清潔器的轉(zhuǎn)向。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在每一個腿后的池清潔器路徑的方向的變化角度將由多個因素決定。這些包括池清潔器的寬度；刷的接觸表面的直徑/周長；在自由刷采用同步轉(zhuǎn)速之前驅(qū)動刷的滿和/或部分轉(zhuǎn)的數(shù)量；作用在由池表面(例如，釉面磚對粗糙的混凝土)確定的刷的接觸表面之間的摩擦力；以及刷的種類，例如模制的聚氯乙烯、具有光滑表面的膨脹聚合物泡沫以及具有彈性粗糙表面的聚合物平面。例如，具有直徑為3英寸的刷的池清潔器將具有9.5英寸的周長。前端和后端刷的滿轉(zhuǎn)在理論上使得池清潔器的一端從其起始點移動略小于9英寸的距離。池清潔器的摩擦力、慣性和整體移動將使得實際距離略小。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，在應(yīng)用本發(fā)明的方法和設(shè)備時必須考慮池清潔器的結(jié)構(gòu)(特別包括刷的尺寸及其相對寬度)以及機器在其中操作的池或者罐中的環(huán)境。程序設(shè)計和執(zhí)行是熟悉現(xiàn)有技術(shù)的機器人罐和池清潔器的操作和控制的程序員的領(lǐng)域技能。
在一個優(yōu)選實施例中，第一離合器元件固定在每一個驅(qū)動刷的內(nèi)端和自由刷的相對表面；突出銷或者其他形式的接合元件從驅(qū)動離合器板朝向設(shè)有用于以轉(zhuǎn)動滑動方式接收突出銷的溝槽的第二或者自由板的相對內(nèi)表面延伸。自由離合器板中的溝槽還包括固定接合元件。當(dāng)使得驅(qū)動離合器板轉(zhuǎn)動時，其突出銷在自由板中的溝槽中轉(zhuǎn)動直至它到達自由刷離合器板中的突出接合元件，接著它們同步移動。
當(dāng)驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)時，在驅(qū)動板中的突出銷將在溝槽中移動約一滿轉(zhuǎn)直至它到達自由板中的接合元件。如從本實施例的描述中可以理解的是，對于方向的每一次改變，自由刷保持固定同時在離合器元件完全接合并且采用同步轉(zhuǎn)動之前驅(qū)動刷移動通過約一滿轉(zhuǎn)。
在該實施例的一個變型中，開槽在一側(cè)上的中間離合器板被插在驅(qū)動離合器板面和自由離合器板面之間，所述中間離合器板在其相對表面上包括突出的接合元件。當(dāng)驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)時，驅(qū)動離合器板的表面上的突出銷在接合在相鄰的中間板中的相應(yīng)的銷之前移動約一滿轉(zhuǎn)，從而也使其轉(zhuǎn)動。在中間板的相對側(cè)面上的突出銷繼續(xù)在相鄰的自由離合器板中的相應(yīng)溝槽中轉(zhuǎn)動，但不移動自由板直至它到達自由板的接合元件。該結(jié)構(gòu)在自由刷開始同步移動之前提供了基本兩個滿轉(zhuǎn)。
在該實施例的另一個變型中，中間離合器板的相對側(cè)面設(shè)有溝槽和接合元件。在該實施例中，在自由刷離合器板接合并且使得相連的自由刷同步轉(zhuǎn)動之前完成另一個基本滿轉(zhuǎn)。
在該實施例的另一個變型中，根據(jù)在先實施例的一個帶溝槽的中間離合器板或者兩個帶溝槽的中間離合器板的描述構(gòu)造的多個中間離合器板被插在一個公共轉(zhuǎn)動軸上并且相對的離合器板安裝在自由和驅(qū)動刷上。從在先的描述中可以理解的是，每一個中間離合器板可提供附加的一個或者兩個基本滿轉(zhuǎn)。
還可明顯地看出，各個突出銷和接合元件的寬度將從360度減少角位移?？衫檬沟猛怀龊徒雍显某叽邕_到最小來使得該減小量達到最小，即，利用較窄的耐腐蝕金屬的帶，例如不銹鋼；或者利用模制或者機加工溝槽以在每一個相對表面中留下較窄的材料片。
在本發(fā)明的方法和設(shè)備所涉及的機械延遲離合器機構(gòu)的另一個優(yōu)選實施例中，一段撓性線或者類似的材料的相對兩端與驅(qū)動和自由刷的相對表面相連。當(dāng)驅(qū)動刷在一個方向上轉(zhuǎn)動時，所述線圍繞刷安裝于其上的軸卷繞直至所有的松弛部分已經(jīng)被卷取，此時自由刷開始同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)時，在驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向上的相應(yīng)變化使得松弛部分形成在線中，所述線在第一方向上從軸上解卷，使得自由輪移動。這種效果持續(xù)進行直至驅(qū)動刷已經(jīng)轉(zhuǎn)動到足以再次圍繞軸卷曲所述松弛部分，此時自由刷開始隨著驅(qū)動刷同步移動。
在該實施例中，在自由刷開始移動之前驅(qū)動刷的角位移范圍受幾個變量影響，包括線的長度、線卷繞所需的軸的直徑和安裝在自由和驅(qū)動刷的相對表面上的線的各個端部的相對徑向位置。
應(yīng)該理解的是，這里所用的詞語“線”包括編織的不銹鋼線、編織的尼龍、尼龍單絲、由芬芳聚酰胺纖維形成的繩和能夠反復(fù)卷繞和解卷同時抵擋撓曲疲勞和/或加工硬化和在張力下不適當(dāng)張緊的其他人造和天然材料。
在另一個優(yōu)選實施例中，易變可膨脹的元件(例如囊)位于在驅(qū)動刷上的殼體和在自由刷上的相應(yīng)殼體之間并且加壓流體逐漸被加入到可膨脹的元件中，當(dāng)驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)時，在自由刷和驅(qū)動刷之間具有預(yù)定的差動位移。當(dāng)驅(qū)動馬達在反轉(zhuǎn)其方向之前停止時，加壓流體從可膨脹的元件排出，所述可膨脹的元件從其與自由刷相連或者相關(guān)聯(lián)的殼體元件接合的位置收縮。在該實施例中，來自于池的加壓水流可被便利地引入到可膨脹的元件中，例如，安裝在自由刷的相對兩端的殼體的方向上徑向和/或軸向逐漸膨脹的聚合物囊。當(dāng)馬達停止時，囊減壓并且流體排出，從而自由刷與驅(qū)動刷脫離并且使清潔器改變其移動方向。
在另一個實施例中，驅(qū)動和自由刷的相對端面設(shè)有軌道齒輪系統(tǒng)，在各個中心和軌道齒輪元件上的齒輪齒的尺寸和數(shù)量是預(yù)定的以使得自由刷脫開，從而實現(xiàn)池清潔器的所需轉(zhuǎn)向角度。
也可利用電磁離合器，并且離合器板的接合啟動被編程在處理器中。在利用電磁機構(gòu)的實施例中，驅(qū)動刷在預(yù)定的時間內(nèi)獨立于自由刷操作以完成主體的轉(zhuǎn)向，接著電磁離合器被通電以使自由刷與驅(qū)動刷同步移動。在驅(qū)動馬達停止的同時，程序控制器脫開電磁離合器；接著當(dāng)驅(qū)動馬達在相反的方向上啟動時在控制器中的定時器啟動，并且重復(fù)程序步驟。
在相關(guān)的實施例中，電磁離合器被朝向接合彈簧偏壓以產(chǎn)生驅(qū)動和自由刷的同步移動；脫開是間歇的以產(chǎn)生方向變化。當(dāng)電池提供動力時該操作方法是優(yōu)選的。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，可利用其他方法和設(shè)備基于時間間隔或者預(yù)定角位移在驅(qū)動和自由刷之間產(chǎn)生差動位移以在驅(qū)動馬達停止和反向后實現(xiàn)池清潔器的所需方向變化。例如，可啟動螺線管以推動在驅(qū)動刷或者自由刷上的可轉(zhuǎn)向移動離合器板使其與相對離合器板接合或者脫開。其他一些電磁結(jié)構(gòu)可被利用以達到所需的結(jié)果。
應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的方法在池清潔器整個操作過程中在池清潔器在其上的移動的表面的方向上提供力矢量的泵馬達連續(xù)工作。該向下的推力使得池清潔器牽引部分一直與表面保持接觸。與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，這種方式的改進之處在于，泵馬達停止或者其轉(zhuǎn)速大大降低以在轉(zhuǎn)向操作過程中減小刷之間的摩擦力。根據(jù)本發(fā)明，通過停止刷在清潔器的一側(cè)上的移動同時使得各個相鄰的刷在清潔器的相對側(cè)面上轉(zhuǎn)動，提供足夠的牽引以在各個相鄰刷的移動同步之前使得單元轉(zhuǎn)到新的所需的移動方向，不減小用于將基本中立漂浮的池清潔器保持在其移動的水平或者垂直表面上的向下的力矢量。
方向控制程序在另一個方面，本發(fā)明還提供一種用于以一種高效重復(fù)的方式控制池清潔器的移動以使得池清潔器基本上通過待清潔的池或者罐的整個表面而與其外形(例如矩形、曲線形或者兩者的結(jié)合)無關(guān)的新穎的程序和系統(tǒng)。該方向控制程序適于僅清潔池或者罐的底面以及有效地控制池清潔器在池的底壁和側(cè)壁中的移動。
在一個優(yōu)選實施例中，池清潔器的編程方向移動是在預(yù)定的時間段內(nèi)沿著第一較長的腿；驅(qū)動馬達停止和方向被反轉(zhuǎn)；在池清潔器的一側(cè)的任何一端的驅(qū)動刷在預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)內(nèi)以比自由刷大的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動以使得清潔器主體轉(zhuǎn)動；接著自由刷接合以與各個相鄰的驅(qū)動刷同步移動，并且池清潔器在驅(qū)動馬達停止和轉(zhuǎn)向前較小的時間段內(nèi)沿著第二腿前進；上述步驟重復(fù)預(yù)定數(shù)量的周期，接著在基本上為較長的腿所用時間兩倍的時間內(nèi)驅(qū)動馬達的動力持續(xù)不中斷；在延長的運行時間后，驅(qū)動，馬達停止并且其轉(zhuǎn)向；原始步驟重復(fù)與上述相同預(yù)定數(shù)量的周期。
在對處理器編程時，參考馬達的速度、刷的直徑/周長以及清潔器在其中操作的池或者罐的尺寸確定池清潔器橫穿較長和較短的腿所需的時間。例如，高速驅(qū)動馬達可在帶驅(qū)動池清潔器中產(chǎn)生大約每分鐘60英尺的速度同時常規(guī)(較低)速度馬達將在池的底面上產(chǎn)生大約每分鐘30英尺的清潔器速度。
在一個優(yōu)選實施例中，前進的較短的腿足以使得池清潔器前進超過池的底部寬度的一半的距離。對于裝有常規(guī)的或者低速馬達的池清潔器，一個完整周期所需的時間為1分鐘，其中較長的腿所需的時間為36秒，較短的腿所需的時間為24秒。在該實施例中，在30個這樣的周期后，長腿和短腿的順序顛倒。在該操作模式下，池清潔器從池的一側(cè)通過Z字形路徑移動。當(dāng)這發(fā)生時，清潔方式的相對方向顛倒，即，如果池清潔器在前30個周期內(nèi)圍繞池的周邊逆時針方向移動，接著清潔器穿過池并且到達相對的水線，相對于池的周邊下30個周期將為順時針方向。
在該操作模式下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝有高速馬達并且所達到的方向角度變化為15度至60度的使用本發(fā)明的方法和設(shè)備的池清潔器在不規(guī)則的曲線形構(gòu)造的大型家用游泳池中操作時，一個小時經(jīng)過周長3.5次。
所選擇的電池操作根據(jù)本發(fā)明，與高效清潔形式結(jié)合的具有一個驅(qū)動馬達的池清潔器的操作的高效模式能夠使得該單元由船用可充電電池提供動力。本發(fā)明的設(shè)備和方法的另一個優(yōu)點是，它無需池清潔器沿著池的水線水平移動以在驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)向后采用一個新的移動方向。
來自于外部電源的浮動電源電纜的消除使得池清潔器更有效并且消除了程序被施加在基本中立漂浮池清潔器的作用力中斷的可能性。電池通電操作還消除了在單元在水線處操作時電源電纜將干擾刷的移動的危險。
水銀開關(guān)的使用在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，處理器和控制器電路包括當(dāng)池清潔器主體在任何一端從基本水平的位置移動到70度或者更大的角度時啟動的水銀開關(guān)。該信號開始定時操作階段，之后驅(qū)動馬達停止并轉(zhuǎn)向。這樣，當(dāng)池清潔器到達側(cè)壁并且從基本水平方向移動到基本垂直方向時，水銀開關(guān)的移動完成了能夠產(chǎn)生由處理器接收的啟動時鐘電路的信號的電路。在預(yù)定時間段(例如可為8至20秒)后，驅(qū)動馬達停止并且其方向顛倒。在從水銀開關(guān)接收信號后的預(yù)定時間間隔可足以確保在馬達轉(zhuǎn)向之前池清潔器到達池的水線。
在該實施例中，前進的較長的腿最好足以使得池清潔器在每一個周期中橫穿池的寬度的大約二分之一；前進的較長的腿無需在操作程序中預(yù)定，這是由于當(dāng)單元開始其壁的下降時池清潔器最后將通過水銀開關(guān)產(chǎn)生一個信號。
如在先前的優(yōu)選實施例中，處理器可最好被編程以在一個周期模式中操作，并且移動方向的周期性變化是從逆時針到順時針，反之亦然。
在使用兩個馬達驅(qū)動同軸安裝但獨立刷對中的每一個的實施例中，處理器的程序可包括在預(yù)定數(shù)量的周期后顛倒轉(zhuǎn)動方向的步驟。這將使得池清潔器相對于游泳池的周邊從順時針移動模式變?yōu)槟鏁r針模式，無需使得池清潔器完全橫穿底部，并且如果適合的話，池的相對側(cè)壁如在上述一個驅(qū)動馬達實施例中描述的。
當(dāng)池清潔器到達水線時，在定時停止和驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)向之前池清潔器的縱向軸線將基本上在垂直于水線的方向上。在該構(gòu)造中，當(dāng)驅(qū)動馬達使得位于清潔器殼體的同一側(cè)上的前和后刷的每一對中的一個轉(zhuǎn)動時單元進行角轉(zhuǎn)動以改變方向。在池清潔器已經(jīng)以較小的銳角到達水線并且關(guān)于水銀開關(guān)信號的產(chǎn)生的定時操作不足以使得單元采用在側(cè)壁上的基本垂直的位置，但是池清潔器將沿著不同于水線的路徑返回底部。但是，根據(jù)本發(fā)明的改進的編程控制方法構(gòu)造和操作的池清潔器不會對其在完成池的清潔所需的時間內(nèi)覆蓋待清潔的表面的能力產(chǎn)生不良影響。
兩個驅(qū)動馬達的備選實施例盡管上述本發(fā)明的優(yōu)選實施例利用在刷同步轉(zhuǎn)動后實現(xiàn)延遲的機械裝置使得一對同軸的相鄰刷中的一個延遲啟動從而在具有一個驅(qū)動馬達的情況下很有效地操作，但這種很有效的清潔形式也可利用第二驅(qū)動馬達來實現(xiàn)。在利用兩個驅(qū)動馬達的實施例中，無需離合器或者其他延遲聯(lián)動機構(gòu)。成對的前和后刷的每一個獨立地響應(yīng)于獨立的驅(qū)動馬達的動作轉(zhuǎn)動。程序被編程以便以上述具有一個自由刷的實施例所述的方式操作其中一個驅(qū)動馬達。在啟動相鄰刷的轉(zhuǎn)動中的預(yù)定延遲輸入到處理器程序中以達到關(guān)于移動形式的相同的最終結(jié)果，但沒有在池清潔器主體的任何一端處的相鄰刷之間的機械聯(lián)動。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，第二驅(qū)動馬達的使用增大了材料成本和組裝池清潔器的勞動力，增加重量以及增加操作和維護費用。第二驅(qū)動馬達的增加還可使其利用安裝在池清潔器主體中的自備電池變的不實際，這是由于耗用功率大大增加。
附圖的簡要說明下面參照附圖進一步對本發(fā)明進行詳細描述，在附圖中

圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的池清潔器的殼體被局剖的頂部側(cè)透視圖；圖2是用于本發(fā)明中轉(zhuǎn)動延遲離合器機構(gòu)的一個實施例的分解圖；圖3是圖2的離合器組件在線3-3的橫截面圖；圖4是圖3的實施例在線4-4的橫截面圖；圖5是轉(zhuǎn)動延遲離合器組件的另一個實施例的分解透視圖；圖6是轉(zhuǎn)動離合器組件的另一個實施例的透視圖；圖7是圖6的離合器組件在線7-7的橫截面圖；圖8是圖6中所示的組件的一部分在線8-8的橫截面圖；圖9是圖6的離合器組件的分解透視圖；圖10是用于本發(fā)明的轉(zhuǎn)動延遲離合器組件的另一個實施例的部分橫截的頂視圖；圖11是與圖11類似的一個變型實施例的圖；圖12是本發(fā)明的方法所涉及的池清潔器在基本為圓形的池中移動的示意圖；圖13A和13B是本發(fā)明的方法所涉及的池清潔器在不規(guī)則形狀的池中移動的示意圖；以及圖14A和14B是本發(fā)明的方法的另一個實施例的類似于圖13A和13B的示意圖。
現(xiàn)參見圖1，其中示出了具有殼體102的池清潔器100，所述殼體102的上部具有用于從過濾器泵排水以推動清潔器刷與待穿過的表面接觸的出口104。把手101設(shè)置在殼體102的頂部附近以提升和搬運清潔器。在殼體的每一端處，一對刷12、14是以可轉(zhuǎn)動的方式同軸安裝的。一個驅(qū)動馬達110軸裝于接合驅(qū)動帶114的驅(qū)動帶輪112上。
刷12的外端裝有驅(qū)動帶輪120，驅(qū)動帶114位于驅(qū)動帶輪120上。下面，刷12被稱為“驅(qū)動刷”。
相鄰刷14安裝在公共軸16上，與刷12分離并且可在下面詳細描述的限度內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。下面，在描述本發(fā)明的設(shè)備和方法時刷14被稱為“自由刷”。
為了進一步便于描述和理解本發(fā)明，驅(qū)動刷12在附圖中用陰影線表示以與自由刷14區(qū)分開。
繼續(xù)參見圖1中所示的實施例，延遲離合器裝置30位于刷12和14之間并且同軸地安裝在軸16上。
現(xiàn)參見圖2，具有軸向開口40的驅(qū)動離合器板32固定安裝在驅(qū)動刷12的內(nèi)部和內(nèi)端。在所示的實施例中，驅(qū)動離合器板32具有環(huán)形凹槽34，接合元件36伸入環(huán)形凹槽34中。還設(shè)置調(diào)節(jié)螺釘38以進一步調(diào)節(jié)，如下面所述。相對的離合器板62固定安裝在自由刷14的內(nèi)端并且其內(nèi)表面的構(gòu)造與板32類似。
如在該實施例中進一步示出的，分別具有突出的接合元件44和54的一對中間離合器元件42和52安裝在板32和62之間。當(dāng)驅(qū)動離合器板32經(jīng)過足夠的轉(zhuǎn)數(shù)時，突出元件36和接合元件44、54都接觸并且自由刷同步移動。在驅(qū)動馬達和驅(qū)動刷12反轉(zhuǎn)后，自由刷14保持不動直至中間離合器元件轉(zhuǎn)動足以使接合元件返回與突出元件接觸。在該實施例中，在自由刷開始同步移動之前被驅(qū)動輪基本上轉(zhuǎn)三個整圈。
現(xiàn)參見圖3，其中示出了表示固定的離合器板和轉(zhuǎn)動的中間離合器元件42和44的配合布置的截面圖?？梢郧宄乜吹?，所有元件以可轉(zhuǎn)動的方式被安裝在軸16上。
圖4的截面圖示出了在離合器板32上的突出元件36接觸接合元件44和54的關(guān)系。從該截面圖中可以看出，在板32的周邊中的調(diào)節(jié)螺釘38可下降以相對于突出元件36使得中間離合器元件42定位。
可調(diào)節(jié)的延遲驅(qū)動離合器板組件的一個備選優(yōu)選實施例被示意性地示出在圖5的分解圖中。在所示的實施例中，相對的離合器板72和92分別設(shè)有多個可移動的可調(diào)節(jié)的突出元件74和94。中間離合器元件82和84分別設(shè)有位置適于接合徑向突出的接觸元件76和96的接合元件83和85。如在上述實施例中，離合器組件同軸安裝在軸16上，軸16還支撐刷12和14。
該延遲驅(qū)動離合器組件的實施例能夠在自由刷接合和同步操作之前僅通過將在端部離合器板72、92中的一個或者兩個上的一個或者多個突出元件74、94徑向向內(nèi)移動到中央空間中以在小于以整圈的情況下接觸接合元件83和/或85來對獨立的轉(zhuǎn)動數(shù)量進行調(diào)節(jié)。如上所述，這種調(diào)節(jié)能力可在驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)向時特別適應(yīng)池清潔器轉(zhuǎn)動的角度和弧形。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，其他結(jié)構(gòu)和構(gòu)造也可使用以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)或者部分轉(zhuǎn)動的數(shù)量。例如，滑動接合銷(未示出)可安裝在端部離合器板72、92中的一個或者兩個上以在軸向上移動接觸固定的接合元件83、85。
另一個實施例如在圖6至圖9中所示，其中相同的元件用與前述的附圖標記表示。中間板122也安裝在端部驅(qū)動板72和端部驅(qū)動板92中間的軸16上。在該構(gòu)造中，端板分別設(shè)有多個銷71和91，并且中間板122設(shè)有貫穿被銷71和91接合的板的至少一個銷121。從對圖5的調(diào)節(jié)螺釘74和94的功能的描述中可以理解的是，銷122朝向板122的前進分別控制了驅(qū)動和從動板72和92之間的轉(zhuǎn)動。參考前面所述的變量和池清潔器進行的方向變化的所需角度確定銷71和91的數(shù)量和布置以及它們穿過板的情況。這樣，圖6-9的實施例使得池清潔器的使用者調(diào)節(jié)銷的位置以適應(yīng)待清潔的池的要求。
參見圖10，其中示意性地示出了使用在分別與驅(qū)動刷組件12和自由刷組件14相連的板52和54之間延伸的撓性線56的延遲驅(qū)動機構(gòu)。根據(jù)該實施例，在驅(qū)動刷12完成足夠角位移后，驅(qū)動刷12和相關(guān)的板52的移動將導(dǎo)致線56螺旋卷繞在支撐自由刷組件14的軸16上。
如圖11中所示，軸16可設(shè)有直徑較大的殼體60，直徑較大的殼體60需要較少的線56的卷繞以去除所有松弛部分并且使得自由刷14與刷12同步移動。線56的相對端部的連接點58和59的位置變化也用于當(dāng)線中的松弛部分被卷取時改變板54和相關(guān)的自由刷經(jīng)受的轉(zhuǎn)數(shù)和角位移。應(yīng)該理解的是，從圖11的軸16或者軸筒60解開線所需的轉(zhuǎn)數(shù)將是在自由刷14開始與驅(qū)動刷12同步移動之前所需的總轉(zhuǎn)數(shù)的一半。
從圖10和11中示意圖中理解的是，板52、54的位置可靠得較近，并且它們可被組裝在一個保護殼體62中，如陰影線所示?；蛘?，板52和54可設(shè)有環(huán)形開口或者邊緣以使它們緊密地安裝在一起以封閉線。反轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達的方向使得線解卷接著卷繞在軸筒或者軸60上，從而在每一次轉(zhuǎn)向時使得池清潔器轉(zhuǎn)向。
現(xiàn)參見圖12，其中示意性地示出了在具有周邊102的大型基本為圓形的灌或者池101中操作的池清潔器100的可控制的移動形式。池清潔器100具有前和后驅(qū)動刷12和同軸安裝的自由刷14。在所示的操作模式中，池清潔器100在第一位置102A接近和接觸側(cè)壁；驅(qū)動馬達和驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向顛倒并且在足以使得清潔器轉(zhuǎn)動在15度至60度的范圍內(nèi)的一個角度的轉(zhuǎn)數(shù)下操作，接著與自由刷14同步操作以沿著較短的腿(S)移動，接著，單元停止并且方向反轉(zhuǎn)以沿著較長的腿(L)移動到在池100的周邊的第二位置102B。
該移動形式沿著交替的長腿和短腿(L、S)繼續(xù)進行直至在接觸點102C處完成預(yù)定數(shù)量的周期。接著，沿著長腿和短腿的移動順序被顛倒使得清潔器10朝向池100的中心移動以使池清潔器不返回接觸與其分開的側(cè)壁。從圖12的示意圖中可以看出，池清潔器按照編程的方向控制繼續(xù)進行直至其到達在相對側(cè)壁上的位置102E。當(dāng)程序反轉(zhuǎn)時，池清潔器100相對于池101的周邊102的移動形式從逆時針變?yōu)轫槙r針。
現(xiàn)參見圖13，其中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選操作方法的池清潔器100的可控方向移動。池清潔器100開始上移并且在預(yù)定數(shù)量的周期中離開不規(guī)則形狀的池101的側(cè)壁。根據(jù)圖3的示意圖，在池的側(cè)面上的點102A處的第一周期數(shù)量結(jié)束時，超長的腿L’使得池清潔器穿過池的整個底面并且在102E處從相對側(cè)壁下降。接著，池清潔器采用其編程清潔操作以沿著預(yù)定的長腿和短腿移動，但在該周期過程中沿著順時針方向移動。
現(xiàn)參照圖14A和14B描述另一種操作模式，其中示意性地示出了裝有水銀開關(guān)的池清潔器的可控方向移動，所述水銀開關(guān)在池清潔器主體的取向從水平移動到預(yù)定的70度角時產(chǎn)生信號。當(dāng)池清潔器100在壁上向上移動時，水銀開關(guān)信號被處理器接收并且在驅(qū)動馬達停止和反轉(zhuǎn)之前時鐘提供8秒的延遲。接著處理器定時器在其反轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達的方向之前使得池清潔器經(jīng)過池的中部。這樣，池清潔器在基于交替的水銀開關(guān)和時間控制的程序上工作。長腿(M)被水銀開關(guān)控制，同時短腿(T)被定時器控制。
該周期重復(fù)預(yù)定數(shù)量的次數(shù)，接著當(dāng)池清潔器從壁下降并且經(jīng)過池的中部時，它不反轉(zhuǎn)，當(dāng)時間控制改變水銀控制時，但繼續(xù)移動通過池并且回復(fù)其程序，但在順時針方向移動。
從上面的描述中可以看出，本發(fā)明的控制池清潔器的移動的方法和設(shè)備可在不借助于嵌入在處理器中的必須有控制器執(zhí)行的復(fù)雜算法的情況下完成?？刂魄鍧嵠饕苿拥难b置相對簡單使得設(shè)備在待清潔的池或者罐的特定條件下被調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制自動推動機器人池清潔器的方向移動的方法，包括下列步驟a.提供池清潔器，所述池清潔器具有同軸安裝在池清潔器的相對兩端的第一對和第二對雙刷，用以在橫向于移動方向的軸上旋轉(zhuǎn)，第一對刷安裝在一側(cè)，第二對刷安裝在清潔器的相對一側(cè)，利用刷的轉(zhuǎn)動推動池清潔器，所述池清潔器具有至少一個以可操作的方式與第一對刷連接的驅(qū)動馬達用以進行同步驅(qū)動；b.啟動至少一個驅(qū)動馬達以便利用第一和第二對刷的同步轉(zhuǎn)動，沿著基本上直的路徑在第一方向上推動池清潔器；c.停止和反轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達以便以大于第二對刷的轉(zhuǎn)動角速度轉(zhuǎn)動第一對刷，從而使得池清潔器樞轉(zhuǎn)通過預(yù)定的方向角度變化；以及d.恢復(fù)第二對雙刷和第一對刷的同步轉(zhuǎn)動，從而使得池清潔器沿著與第一方向偏離一定角度的基本上直的路徑在第二方向上移動。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，池清潔器設(shè)有轉(zhuǎn)動延遲離合器，它同軸地位于池清潔器的任何一端的第一和第二對雙刷的每一個之間，方法的步驟(d)包括使得第一對驅(qū)動刷轉(zhuǎn)過預(yù)定數(shù)量的角轉(zhuǎn)動同時第二對自由刷保持不動；以及利用離合器接合第二對刷以啟動第二對與第一對刷的同步轉(zhuǎn)動。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括與第一和第二對刷的相對表面中的每一個相連的固定離合器板，所述方法包括轉(zhuǎn)動第一固定板直至它接合在第二對刷上的相對板以啟動第二對刷與第一對刷的同步轉(zhuǎn)動。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括與第一和第二對刷中的每一個的相對表面相連的固定離合器板以及在所述固定的離合器板之間的軸上轉(zhuǎn)動安裝的至少一個中間自由板，所述方法包括轉(zhuǎn)動第一固定板以接合至少一個中間自由板并且繼續(xù)所述轉(zhuǎn)動以接合在第二自由刷上的相對固定板以啟動第二對刷與第一對刷的同步轉(zhuǎn)動。
5.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括在與在每一個軸上的第一和第二刷的相對表面中的每一個相連的相對端部元件之間延伸并且與軸卷繞接觸的細長撓性元件，所述方法包括轉(zhuǎn)動第一對刷以首先解開所述撓性元件，接著在相反方向上重新卷繞撓性元件直至第二對自由刷的同步轉(zhuǎn)動啟動。
6.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括可轉(zhuǎn)動地位于第一和第二刷中的每一個的相對端部之間的可膨脹的元件，所述方法包括提供一種加壓流體以使得可膨脹的元件延伸與第二刷摩擦接合，同時第一刷轉(zhuǎn)動，從而啟動第二對刷與第一對刷的同步轉(zhuǎn)動。
7.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括兩件式軌道齒輪組件，兩件式軌道齒輪組件的第一轉(zhuǎn)動元件與每一個第一刷相連，兩件式軌道齒輪組件的第二轉(zhuǎn)動元件與每一個第二刷相連，從而當(dāng)?shù)谝凰⒌霓D(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)時使得第一和第二軌道齒輪元件臨時脫開并且在第一刷的預(yù)定轉(zhuǎn)動后接合。
8.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括電磁離合器接合組件和相關(guān)裝置，以在第一對刷轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)后以預(yù)定間隔啟動第一與第二刷的接合。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述池清潔器設(shè)有以可操作的方式與第一對刷相連的第一驅(qū)動馬達、以可操作的方式與第二對刷相連的第二驅(qū)動馬達，以及響應(yīng)于處理器信號來控制各個馬達的操作速度和方向的控制器，所述方法還包括下列步驟e.同時啟動第一和第二驅(qū)動馬達以在第一方向推動池清潔器；f.停止第一和第二驅(qū)動馬達并且以大于第二馬達的轉(zhuǎn)速啟動第一馬達使其在相反方向轉(zhuǎn)動；以及g.在預(yù)定時間后，啟動第二驅(qū)動馬達，用于與第一驅(qū)動馬達同步轉(zhuǎn)動。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在步驟(f)中第二馬達保持停止。
11.權(quán)利要求1所述的方法還包括根據(jù)一個程序操作池清潔器，在所述程序中，池清潔器在第一預(yù)定時間內(nèi)在第一方向上被推動并且在小于第一預(yù)定時間的第二預(yù)定時間內(nèi)在偏離一定角度的第二方向上被推動，以及重復(fù)該編程移動方式。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，池清潔器在第二時間內(nèi)橫穿在池的側(cè)壁之間的距離的大約一半。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在構(gòu)成原始周期的預(yù)定數(shù)量的周期內(nèi)重復(fù)該編程移動方式，接著在為第一時間兩倍的延長時間內(nèi)在第一方向上推動池清潔器，接著池清潔器停止并且接著重復(fù)初始周期。
14.權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在池清潔器清潔池底和側(cè)壁的時間周期中，池清潔器從順時針變?yōu)槟鏁r針移動方式。
15.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個驅(qū)動馬達是由電池供電的。
16.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述池清潔器還包括具有垂直于池清潔器所處表面的力矢量的泵排出流，并且在清潔周期中所述泵連續(xù)工作。
17.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述池清潔器還包括當(dāng)池清潔器在任何一端從基本水平的取向移動到大約70度或者更大的角度時啟動的信號發(fā)生取向傳感器，并且所述方法包括響應(yīng)于表示池清潔器在側(cè)壁上升的信號，在預(yù)定的時間內(nèi)推動池清潔器，在預(yù)定的時間后終止池清潔器的移動，以及反轉(zhuǎn)移動方向以使得池清潔器沿著與池清潔器從壁上升的路徑偏離一定角度的路徑從壁下降。
18.一種自動推動機器人池清潔器，包括池清潔器殼體，所述池清潔器殼體具有同軸安裝在殼體的相對兩端的第一對和第二對雙刷以在與移動方向橫交的軸上轉(zhuǎn)動，第一對刷安裝在一側(cè)，第二對刷安裝在清潔器的相對一側(cè)，利用刷的轉(zhuǎn)動推動池清潔器；b.可操作連接的至少一個可反轉(zhuǎn)的驅(qū)動馬達，以便同步驅(qū)動第一對刷；c.用于控制至少一個驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)動方向從而控制池清潔器的方向移動的控制器；以及d.同軸地位于每一對第一和第二刷之間的轉(zhuǎn)動延遲離合器，從而在啟動第二對刷的同步轉(zhuǎn)動之前利用第一對驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向的反轉(zhuǎn)使得離合器與第二對刷臨時脫開，從而使得池清潔器樞轉(zhuǎn)過預(yù)定方向變化角度，從而使得池清潔器沿著與在反轉(zhuǎn)之前的方向偏離一定角度的基本直的路徑的方向移動。
19.權(quán)利要求18所述的池清潔器，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括與在池清潔器的任何一端的第一和第二對雙刷中的每一個相連的離合器板，和在每一個離合器組件中的至少一個離合器接合元件，在接合在第二離合器板以啟動第二對刷與第一對刷的同步轉(zhuǎn)動之前，與第一對驅(qū)動刷相連的離合器板轉(zhuǎn)過預(yù)定數(shù)量的轉(zhuǎn)動角度同時第二對自由刷保持不動。
20.權(quán)利要求18所述的池清潔器，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器組件包括與第一和第二對刷的相對表面相連的固定離合器板，以及在所述固定的離合器板之間的軸上轉(zhuǎn)動安裝的至少一個中間自由板，轉(zhuǎn)動與第一對驅(qū)動刷相連的離合器板以接合至少一個中間自由板并且繼續(xù)所述轉(zhuǎn)動以接合在第二自由刷上的相對板以啟動第二對刷與第一對刷的同步轉(zhuǎn)動。
21.權(quán)利要求18所述的池清潔器，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器組件包括在每一個軸上的刷的相對表面相連的相對端部元件之間延伸并且與軸卷繞接觸的細長撓性元件，第一對刷的轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)導(dǎo)致從軸上解開所述撓性元件，接著在相反方向上重新卷繞撓性元件直至第二對刷的同步轉(zhuǎn)動啟動。
22.權(quán)利要求18所述的池清潔器，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器包括可轉(zhuǎn)動地位于第一和第二刷中的每一個的相對端部之間的可膨脹的元件，所述可膨脹的元件與加壓流體源連通，從而加壓流體可控地進入可膨脹的元件使得可膨脹的元件延伸與第二刷摩擦接合，同時第一刷轉(zhuǎn)動，從而啟動第二對刷與第一對刷同步轉(zhuǎn)動。
23.權(quán)利要求18所述的池清潔器，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器組件包括兩件式軌道齒輪組件，兩件式軌道齒輪組件的第一轉(zhuǎn)動元件與每一個第一刷相連，兩件式軌道齒輪組件的第二轉(zhuǎn)動元件與每一個第二刷相連，從而當(dāng)?shù)谝凰⒌霓D(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)時使得第一和第二軌道齒輪元件臨時脫開。
24.權(quán)利要求18所述的池清潔器，其特征在于，轉(zhuǎn)動延遲離合器組件包括電磁離合器接合組件和相關(guān)裝置，以便根據(jù)來自可編程控制器的信號以預(yù)定間隔啟動第一與第二刷的接合。
全文摘要
一種自動推動機器人池清潔器(100)具有同軸安裝在池清潔器的相對兩端的第一對驅(qū)動刷(12、14)和第二對自由刷以在與移動方向橫交的軸(16)上轉(zhuǎn)動。第一對刷安裝在一側(cè)并且被驅(qū)動馬達(110)驅(qū)動；第二對刷安裝在清潔器的相對一側(cè)。轉(zhuǎn)動延遲離合器同軸地位于池清潔器的任何一端的第一和第二對雙刷的每一個之間，從而在啟動第二對刷的同步轉(zhuǎn)動之前利用第一對驅(qū)動刷的轉(zhuǎn)動方向的反轉(zhuǎn)使得離合器與第二對刷臨時脫開，從而使得池清潔器樞轉(zhuǎn)過預(yù)定方向變化角度。在每一次反轉(zhuǎn)后，使得池清潔器沿著與在反轉(zhuǎn)之前的方向偏離一定角度的基本直的路徑的方向上移動。高效清潔程序允許利用電池為在從側(cè)壁上升以及清潔底面的池清潔器中的驅(qū)動馬達和水泵馬達供電。
文檔編號B08B1/00GK1902369SQ200480039830
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者G·埃爾利奇, T·霍爾瓦思 申請人:水溶液產(chǎn)品公司