專利名稱：自控移動箱式真空吸塵器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及真空吸塵器領(lǐng)域，特別涉及一種具有一自動吸塵頭的自控真空吸塵器。
背景技術(shù)：
用機(jī)器人和機(jī)器人技術(shù)自動做家務(wù)而無需人進(jìn)行這些費(fèi)時的重復(fù)性工作是公知的。當(dāng)今，技術(shù)和創(chuàng)新是對打掃家庭衛(wèi)生的機(jī)器人的能力的限制因素。電腦處理能力、電池壽命、相機(jī)之類電子傳感器和有效的電動機(jī)的可用性、性價(jià)比或可靠性都足以應(yīng)用在自控消費(fèi)類機(jī)器人中。
若干專利和其他出版物已涉及遙控和自動真空吸塵器。一種系統(tǒng)使用機(jī)器人移動“巨型”普通立式真空吸塵器。大多數(shù)其他系統(tǒng)把真空吸塵器和機(jī)器人制成一體，不管使用外接電源還是內(nèi)置電池。
自動真空吸塵技術(shù)的工作多集中在導(dǎo)航和障礙物檢測和避讓上。機(jī)器人的行進(jìn)路線決定著它是否能成功地打掃整個地面以及它是否會被障礙物檔住。某些系統(tǒng)使用兩組正交的驅(qū)動輪，使得機(jī)器人可在任何兩點(diǎn)之間直接移動，使其可操縱性得以提高。其它自動真空吸塵器樣機(jī)把抽吸機(jī)構(gòu)裝在一樞轉(zhuǎn)或橫向滑動臂上來提高機(jī)器人的工作范圍。更有專利涉及檢測和避讓障礙物的新穎方法。
人能一眼看清一房間中有些什么東西，從而用真空吸塵器把這些東西周圍的地面打掃得干干凈凈。此外，人可通過搬動?xùn)|西打掃難打掃的地方。標(biāo)準(zhǔn)的真空吸塵器當(dāng)前有兩種立式和箱式。立式吸塵器由于體積小、便于操縱、制作成本低而更為流行。相反，箱式真空吸塵器的主要優(yōu)點(diǎn)在于盡管它們使用起來較為不便，但吸塵頭較小。
迄今為止，尚沒有能搬開障礙物進(jìn)行打掃后把障礙物搬回原位的機(jī)器人系統(tǒng)。由于所提出的所有打掃機(jī)器人都體積較大、使用不便，因此它們無法打掃家具底下或周圍區(qū)域。事實(shí)上，能象人那樣進(jìn)行打掃的自動真空吸塵器尚不存在或未見有人提出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種自控、自動、真空吸塵器的各實(shí)施例，該吸塵器與一箱式真空吸塵器類似，從而包括用一軟管連接的一箱和一吸塵頭。箱和吸塵頭各有驅(qū)動機(jī)構(gòu)、在連接它們的軟管的約束下獨(dú)立移動。這種具有打掃和定位優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)只是由于機(jī)器人控制算法、數(shù)碼相機(jī)和微處理器的進(jìn)展才在最近變得可行。在此之前，尚無能操縱一受軟管約束的兩模件系統(tǒng)的高性價(jià)比處理器。
由于該自控真空吸塵器的吸塵頭與其他部分分開，因此吸塵頭可比單模件(整體式)機(jī)器人真空吸塵器小得多。由于機(jī)器人可比人更慢地打掃地面，因此該吸塵頭可比普通真空吸嘴做得更小。小吸塵頭可進(jìn)入、打掃小區(qū)域、包括家具底下和周圍區(qū)域。打掃時，人可把椅子搬開后打掃椅子底下地面。整體式機(jī)器人真空吸塵器太大，無法打掃椅子腿之間、椅子與椅子之間、大多數(shù)家具底下和周圍空間。但是，小吸塵頭可進(jìn)入家具腿之間和任何橫檔底下，從而幾乎可如把椅子搬開后進(jìn)行打掃的人那樣打掃得干干凈凈。
在本發(fā)明一個方面中，提供一種自控箱式真空吸塵器，包括一吸塵頭模件；一與該吸塵頭模件分開的風(fēng)扇模件，其中，該風(fēng)扇模件包括一進(jìn)行導(dǎo)航功能的控制器；以及一連接該吸塵頭模件和該風(fēng)扇模件的軟管。吸塵頭模件和風(fēng)扇模件各包括一提供移動性的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。該控制器可接收相機(jī)、聲波、激光定位器或紅外線傳感器至少之一的傳感輸入數(shù)據(jù)。該控制器可經(jīng)一裝入軟管中或緊貼軟管伸展的有線組件向吸塵頭模件中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供控制信號。該風(fēng)扇模件可經(jīng)該有線組件向吸塵頭模件提供電力。該控制器可用一無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組件向吸塵頭模件中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供控制信號。
該自控箱式真空吸塵器的吸塵頭模件可包括一有至少一個打掃毛刷的打掃毛刷組件。該吸塵頭模件還可包括一電動機(jī)提供動力轉(zhuǎn)動該打掃毛刷，或者，也可用空氣驅(qū)動打掃毛刷轉(zhuǎn)動。打掃毛刷也可不轉(zhuǎn)動。該吸塵頭模件可包括一個或多個電動機(jī)向一提供移動性的驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供動力。該吸塵頭模件還可包括一個或多個向控制器提供數(shù)據(jù)的編碼器，這些數(shù)據(jù)與各驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)動有關(guān)。該驅(qū)動機(jī)構(gòu)可包括風(fēng)扇模件和吸塵頭模件至少之一上的驅(qū)動輪。該驅(qū)動機(jī)構(gòu)也可包括風(fēng)扇模件和吸塵頭模件至少之一上的一履帶系統(tǒng)。該控制器可經(jīng)一無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組件向吸塵頭模件中的各電動機(jī)提供控制信號。該吸塵頭模件可包括向該控制器提供數(shù)據(jù)的一個或多個臟物聲波傳感器、超聲波距離傳感器、濕度傳感器、霉菌傳感器(mold sensor)或機(jī)械接觸式傳感器。該吸塵頭模件可包括至少一個用來把該吸塵頭模件保持在與待打掃表面大致平行接觸的位置上的重物。
該自控箱式真空吸塵器的風(fēng)扇模件可包括與一電源插座連接的電力線。該風(fēng)扇模件可包括一個或多個向控制器提供數(shù)據(jù)的傳感器，這些數(shù)據(jù)與電力線的位置跟蹤有關(guān)。該風(fēng)扇模件可包括一可充電電池和/或一燃料電池。導(dǎo)航功能可包括定位，定位可包括跟蹤吸塵頭模件。該風(fēng)扇模件可包括一驅(qū)動一風(fēng)扇的電動機(jī)。
在本發(fā)明另一個方面中，提供一種自控箱式真空吸塵器，包括一吸塵頭模件；一與該吸塵頭模件分開的風(fēng)扇模件，其中，該風(fēng)扇模件包括一有導(dǎo)航功能的控制器；一連接該吸塵頭模件和該風(fēng)扇模件的軟管；以及一連接風(fēng)扇模件與一電源插座、從而向風(fēng)扇模件提供電力的電力線。
在本發(fā)明又一個方面中，提供一種自控箱式真空吸塵系統(tǒng)，包括一吸塵頭模件；一與該吸塵頭模件分開、有一驅(qū)動一風(fēng)扇的電動機(jī)的風(fēng)扇模件；一連接該吸塵頭模件和該風(fēng)扇模件、并把灰塵從吸塵頭模件傳送到風(fēng)扇模件的軟管；以及一包括一控制器、向風(fēng)扇模件提供導(dǎo)航控制信號的控制器模件。
在本發(fā)明另一個方面中，提供一種自控箱式真空除塵方法，包括向風(fēng)扇模件提供電力；用一軟管連接一吸塵頭模件與一風(fēng)扇模件；在風(fēng)扇模件上進(jìn)行導(dǎo)航功能；以及按照導(dǎo)航功能的結(jié)果在待打掃表面上推進(jìn)吸塵頭模件和風(fēng)扇模件。進(jìn)行導(dǎo)航功能可包括對風(fēng)扇模件進(jìn)行定位，定位可包括跟蹤吸塵頭模件。該方法還可包括在風(fēng)扇模件上接收來自相機(jī)、聲波、激光定位器或紅外線傳感器至少之一的傳感輸入數(shù)據(jù)。推進(jìn)吸塵頭模件可包括移動一有至少一個打掃毛刷的打掃毛刷組件和可進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)動該打掃毛刷。該方法可進(jìn)一步包括風(fēng)扇模件用無線方式向吸塵頭模件提供控制信號。該方法也可進(jìn)一步包括風(fēng)扇模件經(jīng)一沿該軟管軸向伸展有線組件向吸塵頭模件提供控制信號，并可進(jìn)一步包括風(fēng)扇模件經(jīng)該有線組件向吸塵頭模件提供電力。該方法可進(jìn)一步包括用氣流轉(zhuǎn)動打掃毛刷。打掃毛刷也可靜止不動。
該方法可進(jìn)一步包括向風(fēng)扇模件提供表示吸塵頭模件的運(yùn)動情況的編碼數(shù)據(jù)。該方法可進(jìn)一步包括把吸塵頭模件中的一個或多個臟物聲波傳感器、超聲波距離傳感器、濕度傳感器、霉菌傳感器或機(jī)械接觸式傳感器的傳感數(shù)據(jù)提供給風(fēng)扇模件。該方法可進(jìn)一步包括在吸塵頭模件中提供至少一個重物保持與待打掃表面大致平行接觸。該方法可進(jìn)一步包括把風(fēng)扇模件上的一電力線與一電源插座連接，并可進(jìn)一步包括隨著風(fēng)扇模件的移動伸出或收回該電力線。該方法可進(jìn)一步包括跟蹤電力線位置和向風(fēng)扇模件中的一控制器提供指示電力線位置的傳感數(shù)據(jù)。向風(fēng)扇模件提供電力可包括從一內(nèi)置在風(fēng)扇模件中的電源接收電力。
附圖簡要說明從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中可清楚看出本發(fā)明的上述和其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。這些附圖及其說明只例示出本發(fā)明的某些實(shí)施例，不應(yīng)看成對本發(fā)明范圍的限制。


圖1a為自控箱式真空吸塵器一實(shí)施例的正視立體圖。
圖1b為圖1a所示自控箱式真空吸塵器一實(shí)施例的后視立體圖。
圖2為圖1a和1b所示自控箱式真空吸塵器一箱組件的某些部件的分解圖。
圖3為圖1a和1b所示自控箱式真空吸塵器一吸塵頭組件和軟管的某些部件的分解圖。
圖4為圖1a和1b所示自控箱式真空吸塵器工作過程一實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下對某些實(shí)施例的詳細(xì)說明給出了對本發(fā)明具體實(shí)施例的各種說明。但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。該說明結(jié)合附圖進(jìn)行，在附圖中相同部件用同一標(biāo)號表示。
本發(fā)明一實(shí)施例提供圖1a(正視圖)和圖1b(后視圖)所示的一自控箱式真空吸塵器(ACVC)100。與標(biāo)準(zhǔn)箱式真空吸塵器類似，ACVC 100包括兩主要組件一也可稱為風(fēng)扇模件或控制平臺、將在下文結(jié)合圖2說明的箱組件或模件110，和一用一軟管組件130連接、將在下文結(jié)合圖3說明的吸塵頭組件或模件120。該箱110包括一可在一塊或多塊印刷電路板上實(shí)施的控制器。
ACVC 100的一實(shí)施例使用一電力線和無袋真空技術(shù)。其他實(shí)施例可使用可充電電池、燃料電池或其它可無需電力線的自含電源。也可使用其它收集臟物、灰塵和垃圾如碎布、紙屑或其它材料的可拆卸容器。模件110和120各使用一驅(qū)動或推進(jìn)系統(tǒng)移動，例如使用由一個或多個電動機(jī)和輪控制電子器件驅(qū)動的前輪或后輪或滑板。圖2和圖3未示出把垃圾與電動機(jī)分開的罩和電子器件或電氣配線之類部件。箱模件110包括一驅(qū)動一真空風(fēng)扇的電動機(jī)。
箱概述下面結(jié)合圖2說明包括該自控箱式真空吸塵器100的控制部分的一實(shí)施例的箱組件或模件110。與標(biāo)準(zhǔn)箱式真空吸塵器一樣，該箱或“風(fēng)扇模件”110包括一真空(抽吸)風(fēng)扇220、袋或垃圾收集區(qū)230、過濾器232和234、電力線組件224和/或電池222，以及必需的開關(guān)和電子器件(未示出)。在一實(shí)施例中，箱110中還裝有包括一電腦或微處理器的機(jī)器人的部件和包括一控制器的其它電子組件210和212、傳感器(其可設(shè)于電子組件210和212上)和傳感器鏡頭214和216、驅(qū)動電動機(jī)和輪組件202和204或履帶(未示出)、及任選輪206。驅(qū)動電動機(jī)可包括幫助遙測的編碼器。數(shù)碼相機(jī)為用于跟蹤和定位的優(yōu)選傳感器，但也可使用聲波、激光雷達(dá)、紅外線和接觸傳感器和/或另外的傳感輔助裝置。
在一實(shí)施例中，該自控真空吸塵器100包括兩個機(jī)器人(箱110和吸塵頭120)并包括與箱連接的兩根系繩(軟管130和電力線組件224中的電力線)。該實(shí)施例使用市電向ACVC 100供電。電力線組件224包括一繞線機(jī)構(gòu)或次組件。一電動機(jī)用來放出電力線或展開電力線，一常力彈簧用來繞回或收回電力線。一由電動機(jī)驅(qū)動、剛性、曲線形推桿為一把電力線插入墻上插座的機(jī)構(gòu)。
電力線用該繞線機(jī)構(gòu)以等于控制器速度的受控速度放出和收回。最大控制器速度多半出現(xiàn)在箱機(jī)器人轉(zhuǎn)動之時而不是出現(xiàn)在箱機(jī)器人直線行進(jìn)之時。編碼器或其他反饋涉及電力線在整個電力線長度中放出或收回的數(shù)量。該繞線機(jī)構(gòu)包括在電力線全部放出或收回時工作的限位開關(guān)。
在一實(shí)施例中，電力線至少長20m?？墒褂萌魏畏险婵瘴鼔m器的電力、受熱、電感、磁和噪聲要求的標(biāo)準(zhǔn)電力線。在一實(shí)施例中，電力線上有便于傳感系統(tǒng)識別的標(biāo)記。
在一實(shí)施例中，箱平臺110有兩塊印刷電路板(PCBs)或電路組件210和212，每一印刷電路板包括兩個數(shù)字相機(jī)或其它傳感器、一微處理器、一微控制器、存儲器和接口。該微處理器可為Intel、Motorola和其他公司的各種微處理器中的任一微處理器。微處理器的運(yùn)行速度一般為100mips或更快。微控制器可為MicrochipTechnology Inc.的PIC系列微處理器、Ubicom，Inc.的SX52或同類微控制器或其他制造商的其它同類微控制器。在另一實(shí)施例中，微控制器可位于可與主板通訊的另一印刷電路板上。微控制器一般向所有電動機(jī)提供低電平控制和處理傳感器和編碼器信息。在一實(shí)施例中，該控制器電子器件控制-控制器驅(qū)動輪電動機(jī)，-控制器驅(qū)動輪編碼器，-繞線器電動機(jī)，
-繞線器編碼器，-繞線器限位開關(guān)，-燈。
前電路組件210的傳感器向前照看吸塵頭120，后電路組件212的傳感器向后照看電力線。可用位于后電路組件212上的傳感器如相機(jī)跟蹤電力線的位置。兩組件210和212使用公知接口(未示出)互相通訊。用作箱/風(fēng)扇模件控制器的這些電路組件210和212用來導(dǎo)航、測繪家庭或建筑物環(huán)境、控制和跟蹤吸塵頭120的位置以及操縱電力線和軟管130。在一實(shí)施例中，該控制器還處理所有用于調(diào)度和所有其它算法的數(shù)據(jù)。
數(shù)字相機(jī)為優(yōu)選的主要系統(tǒng)傳感器。一實(shí)施例使用兩組、每組兩個數(shù)字相機(jī)(立體視野)。兩個例子為使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)和電荷耦合裝置(CCD)的相機(jī)，CMOS和CCD都用于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)用相機(jī)(webcams)中。CMOS相機(jī)可在紅外線區(qū)中工作，從而使得ACVC可在黑暗中工作。在一實(shí)施例中，相機(jī)裝成45°，但也可裝成任何角度，包括水平方向和垂直方向。優(yōu)選的相機(jī)鏡頭提供60-90°的水平視角。主要傳感器也可使用聲波、激光雷達(dá)和超聲波傳感器。
一實(shí)施例包括使用把風(fēng)扇220與垃圾室、箱或容器230分開的過濾器232和一清潔廢氣的高效微粒捕獲(HEPA)過濾器234的無袋技術(shù)。其它實(shí)施例可使用垃圾袋或其它類型的垃圾容器。在不插入AC插座來供電和吸塵時，ACVC 100用電池222供電驅(qū)動驅(qū)動輪202和204(在一實(shí)施例中每個平臺兩個驅(qū)動輪)，從而在房間中移動進(jìn)行打掃。每一驅(qū)動電動機(jī)上有測量移動距離的光編碼器?？蛇x用臟物和濕度傳感器。箱110可有向前照射和/或向后照射的燈。取決于傳感器類型(例如相機(jī))，這些燈可發(fā)出紅外線或可見光。由于某些部件需要供應(yīng)直流電(DC)，因此該ACVC可包括一可包括在任一印刷電路板中的電源(未示出)。
推進(jìn)和方向控制機(jī)構(gòu)在一實(shí)施例中，位于ACVC兩邊上的兩個驅(qū)動輪和電動機(jī)組件202和204獨(dú)立工作以推進(jìn)ACVC和控制ACVC的方向。當(dāng)這兩個組件的轉(zhuǎn)動方向相同時，ACVC前進(jìn)或后退。如它們的轉(zhuǎn)動方向相反，ACVC原地打轉(zhuǎn)。如它們的轉(zhuǎn)動方向相同但轉(zhuǎn)速不同，ACVC就沿一弧線旋轉(zhuǎn)。在這類系統(tǒng)中使用輪一般需要一個或多個自位輪或滑板206保持穩(wěn)定。也可使用坦克中那樣的履帶取代驅(qū)動輪和自位輪。用電子器件對電源進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)，使得驅(qū)動機(jī)構(gòu)以不同速度工作。一實(shí)施例使用與驅(qū)動輪電動機(jī)連成一體的編碼器幫助確定ACVC的實(shí)際運(yùn)動和速度。
另一種普通驅(qū)動系統(tǒng)類似于一普通汽車或遙控車。一電動機(jī)轉(zhuǎn)動兩個輪子(前輪或后輪)。一第二電動機(jī)或伺服電動機(jī)使得輪子圍繞垂直軸線轉(zhuǎn)動。由于與地面之間的摩擦力，車輛按照方向輪胎的方向運(yùn)動。該種驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個驅(qū)動電動機(jī)，但操縱起來不如兩驅(qū)動輪驅(qū)動系統(tǒng)那么自如。
使用在機(jī)器人中的另一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)為一使用“全向輪”的三驅(qū)動輪系統(tǒng)，其中，各輪之間相距120°，由一電動機(jī)驅(qū)動。例如由Acroname銷售的一全向輪為一可同時圍繞兩垂直軸線轉(zhuǎn)動的輪。橫向轉(zhuǎn)動微型輪布置在運(yùn)動主角的周邊上。這些側(cè)部轉(zhuǎn)動輪使得主輪不受牽連地在運(yùn)動方向之外的一方向上轉(zhuǎn)動。使用正確控制算法，可使用這三個輪子使得車輛實(shí)際上在任何方向上運(yùn)動，包括直接向側(cè)向運(yùn)動。
吸塵頭和軟管概述下面結(jié)合圖3說明自控箱式真空吸塵器100的吸塵頭或吸塵模件120和軟管組件130。吸塵頭120包括驅(qū)動電動機(jī)和輪子、用于移動的一履帶系統(tǒng)或其他機(jī)構(gòu)。在一實(shí)施例中，吸塵頭120用一具有輪312的左驅(qū)動輪和電動機(jī)組件310和一具有輪316的右驅(qū)動輪和電動機(jī)組件314推進(jìn)。在一實(shí)施例中，最大連續(xù)速度為約20-25cm/s，但可用電子器件對電動機(jī)電力進(jìn)行脈寬調(diào)制，以控制吸塵頭的速度小于該最大速度。
盡管帶有驅(qū)動組件和輪子，但吸塵頭120比普通箱式真空吸塵器的吸塵嘴小得多，因此可打掃很難進(jìn)入的區(qū)域。由于該機(jī)器人無需急急忙忙地而是可慢慢地打掃房間，因此吸塵頭的尺寸可減小。為了保持吸塵頭120與待打掃地面接觸，塑料頂殼332和/或塑料底殼334中有一個或多個重物330。例如，可使用兩個重物，它們在吸塵頭120中的位置在其它實(shí)施例中可不同。吸塵頭120還使用重物330或其它類似方法獲得平衡和穩(wěn)定以通過地面上的門檻或其它障礙物。在一實(shí)施例中，吸塵頭120包括與驅(qū)動電動機(jī)組件310和314連成一體的編碼器。編碼器也可不與驅(qū)動電動機(jī)組件連成一體。吸塵頭120可包括傳感器如臟物聲波傳感器、超聲波距離傳感器、機(jī)械接觸式傳感器、濕度傳感器和霉菌傳感器來幫助進(jìn)行打掃。
吸塵頭的四面上可有感知板(sensitized bumpers)或接觸傳感器伸展在其整個高度、長度和寬度上。這些感知板檢測吸塵頭是否伸入該房間一物體中。
一實(shí)施例包括一與普通箱式真空吸塵器的吸塵嘴類似的吸塵頭。該吸塵頭120包括一受電動機(jī)驅(qū)動的拍打式毛刷320。該打掃毛刷組件用一DC電動機(jī)供電，從而可在正反兩個方向上以各種轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動以適合于打掃各種地面并克服各種故障。該受電動機(jī)驅(qū)動的毛刷系統(tǒng)可把長毛絨厚地毯打掃得干干凈凈。該打掃毛刷組件320做成使得吸塵頭120的至少一邊可吸去墻上的灰塵。
吸塵頭的另一實(shí)施例包括一氣流驅(qū)動、“渦輪”拍打式毛刷。該渦輪毛刷由該箱式真空吸塵器中的風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流驅(qū)動。與普通箱式真空吸塵器一樣，該受氣流驅(qū)動的子系統(tǒng)無需動力，因此軟管和吸塵頭無需為該渦輪毛刷供電。該渦輪毛刷適合于打掃薄地毯。
在另一實(shí)施例中，吸塵頭120可包括一靜止毛刷。這是一種最簡單的吸塵頭，因?yàn)樗幕顒硬考?shù)少、體積小。這種吸塵頭適合于打掃硬地面如木頭地板或鋪磚地面。
其它實(shí)施例可包括一用于清除液體的真空吸塵器的機(jī)構(gòu)或一完整的拖把系統(tǒng)。這種真空吸塵器包括一緊貼地面的小吸頭和控制/風(fēng)扇模件中的一臟水儲槽。拖把系統(tǒng)既需要吸水系統(tǒng)又需要把水和清洗液噴到地面上的噴水系統(tǒng)。此外，控制/風(fēng)扇模件有一清洗水儲槽。
箱110用一共擠壓成形的軟管組件130與吸塵頭120連接，該軟管組件可包括一電氣配線352中的電力和控制/數(shù)據(jù)線。電氣配線352可裝在軟管350中，也可緊貼軟管350(內(nèi)表面或外表面)伸展。也可使用標(biāo)準(zhǔn)的傳輸電力的箱式真空吸塵器軟管或拉伸軟管。一實(shí)施例使用一可使得吸塵頭從控制模件移動兩米的軟管。需要時軟管與吸塵頭或控制器的接頭可包括圍繞X、Y和Z軸線中一根軸線或多根軸線的樞軸。
在一實(shí)施例中，箱110經(jīng)控制/數(shù)據(jù)線與吸塵頭120上的一微控制器(未示出)通訊。在另一實(shí)施例中，電氣配線352直接連接吸塵頭120中的電部件(例如電動機(jī)和傳感器)與箱110中的控制電路，從而吸塵頭120中無需控制電路。盡管吸塵頭120中無需微控制器，但這一結(jié)構(gòu)隨著導(dǎo)線數(shù)的增加會變得臃腫。在另一實(shí)施例中，使用公知無線技術(shù)在箱與吸塵模件之間傳送控制信號和傳感數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，不管該機(jī)器人是外接電源供電還是電池或燃料電池供電，吸塵頭驅(qū)動電動機(jī)310和314(以及毛刷組件320中的任選電動機(jī))的供電直接從箱110傳給吸塵頭120中的電動機(jī)。此外，吸塵頭中的編碼器、臟物傳感器或其他傳感器的傳感信息經(jīng)電氣配線352直接傳給箱控制器。電氣配線352的端頭如圖3所示。一優(yōu)選實(shí)施例盡可能減少控制器110與吸塵頭120之間的導(dǎo)線數(shù)。一般使用五根導(dǎo)線，兩根用于供電，三根用于傳送和接收控制和數(shù)據(jù)信號。
在另一實(shí)施例中，控制器110使用X10之類低成本網(wǎng)絡(luò)接口連接器和方法直接控制各電動機(jī)和收集吸塵頭中各傳感器的數(shù)據(jù)?？刂颇＜臀鼔m頭模件也可使用各種公知技術(shù)、包括超聲波部件進(jìn)行無線通訊。
在吸塵頭120包括一微控制器的該實(shí)施例中，箱控制器110向吸塵頭的微控制器發(fā)出基本指令，該微控制器對這些指令作出解釋后正確控制吸塵頭中的所有電動機(jī)和傳感器。例如，控制器110可指令吸塵頭120筆直向前移動12英寸。該微控制器啟動驅(qū)動機(jī)構(gòu)(例如兩驅(qū)動輪)，監(jiān)視編碼器直到每輪移動正確距離，然后使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。如超聲波或接觸傳感器檢測到一障礙物，該微控制器停下吸塵頭120后把存在該障礙物的信息傳給控制器110。
在另一實(shí)施例中，箱110包括真空和驅(qū)動部件，但控制器和傳感器可裝在一獨(dú)立控制機(jī)器人或第三模件(未示出)上。這些機(jī)器人然后用一無線系統(tǒng)通訊。第三模件也可靜止不動而不是一移動機(jī)器人。
定位、導(dǎo)航、和控制在某些實(shí)施例中，自控箱式真空吸塵器100為一兩機(jī)器人系統(tǒng)，例如見本申請人的同在審理中、相當(dāng)于美國專利No.＿＿的美國專利申請No.09/449,177。在一實(shí)施例中，該真空吸塵器的箱部作為系統(tǒng)控制器(即該引用專利申請的導(dǎo)航機(jī)器人)。該箱部中除了機(jī)器人和真空部件還有相機(jī)和電子器件。吸塵頭作為該引用專利申請的功能機(jī)器人。兩機(jī)器人系統(tǒng)與該自控箱式真空吸塵系統(tǒng)的差別在于在該真空吸塵系統(tǒng)中用軟管連接兩機(jī)器人。軟管增加了復(fù)雜性，但該吸塵頭機(jī)器人由于在一實(shí)施例中無需控制部件而一般比所述功能機(jī)器人簡單。該真空吸塵系統(tǒng)在這兩組件之間還無需無線通訊接口。
圖4流程圖示出由自控箱式真空吸塵器100進(jìn)行的導(dǎo)航、定位和控制過程400的一實(shí)施例。過程400主要由控制器110進(jìn)行和操縱。移動機(jī)器人很難保持對其位置和方向(定位)進(jìn)行跟蹤。一般來說，定位的計(jì)算量最大的部分是移動機(jī)器人隨著自身的移動跟蹤自身的位置。主平臺(箱/控制器110)不常移動。它在需要到達(dá)一房間的一新部分中進(jìn)行打掃或改變其位置以跟蹤和控制吸塵頭時才移動。
相反，一靜止不動系統(tǒng)跟蹤一移動物體的位置時計(jì)算量較小。該自動箱式真空吸塵器100由于多半是吸塵頭120而不是箱110移動而所需處理量減小。
導(dǎo)航、定位和控制過程400從起始狀態(tài)402開始后進(jìn)到控制器110進(jìn)行定位以確定其位置的狀態(tài)404。ACVC 100的一實(shí)施例把相機(jī)用作主要(光)傳感器。控制器110使用與使用界標(biāo)或其他可用信息的一個或多個定位算法的任何組合相組合的航位推算法跟蹤其位置。其它實(shí)施例除了光傳感器或取代光傳感器可使用聲波、雷達(dá)、激光雷達(dá)和紅外線傳感器。同樣，控制器110可使用任何公知的定位方法或各方法的組合而不是使用上述航位推算法和界標(biāo)識別。定位方法見上述引用專利申請。
進(jìn)到狀態(tài)406后，控制器110使用其傳感器獲知吸塵頭120。吸塵頭模件120的位置一旦確定，過程400進(jìn)到狀態(tài)408，此時控制器110保持不動的同時確定吸塵頭120的下一步打掃任務(wù)。進(jìn)到狀態(tài)410時，控制器110把在狀態(tài)408確定的任務(wù)信息傳給吸塵頭120。如上所述，任務(wù)信息可傳給吸塵頭120上的一微控制器，也可直接傳給吸塵頭中的電動機(jī)和/或其它部件。然后過程400繼續(xù)到狀態(tài)412，指令吸塵頭120開動其電動機(jī)和/或傳感器進(jìn)行從控制器110收到的任務(wù)。進(jìn)到狀態(tài)414時，控制器110使用比方說上述引用專利申請所述跟蹤算法跟蹤吸塵頭120。過程400進(jìn)到狀態(tài)408時控制器110確定吸塵頭的下一項(xiàng)任務(wù)。
當(dāng)箱控制器110要移動時，它在狀態(tài)416下找到吸塵頭的位置并把吸塵頭120停止在一已知位置上。此時吸塵頭120用作移動控制器110的一已知固定界標(biāo)。這使得箱控制器110在狀態(tài)418進(jìn)行反向跟蹤，反向跟蹤的計(jì)算量也比全定位例行程序小。反向跟蹤見上述提及的專利申請。
應(yīng)該看到，比方說可通過組合各狀態(tài)或把一任務(wù)程序中的各任務(wù)組合在一起來改變過程400的某些特定狀態(tài)和/或狀態(tài)次序。在吸塵頭中有微控制器的實(shí)施例中，較高級指令或任務(wù)程序可從該控制器傳給吸塵頭微控制器。過程400還可有其它實(shí)施例。
盡管以上詳細(xì)說明結(jié)合各實(shí)施例示出、說明和指出了本發(fā)明各新穎特征，但應(yīng)指出，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可在本發(fā)明范圍內(nèi)對所示裝置或過程的形式和細(xì)節(jié)作出各種省略、替代和改變。在其它實(shí)施例中可對該基本設(shè)計(jì)作出種種改動。本發(fā)明范圍由所附權(quán)利要求而不是由上述說明限定。在權(quán)利要求的等同意義和范圍內(nèi)作出的所有改變都包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自控箱式真空吸塵器，包括一吸塵頭模件；一與所述吸塵頭模件分開的風(fēng)扇模件，其中所述風(fēng)扇模件包括一執(zhí)行導(dǎo)航功能的控制器；以及一連接所述吸塵頭模件和所述風(fēng)扇模件的軟管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件和風(fēng)扇模件各包括一提供移動性的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述控制器接收相機(jī)、聲波、激光雷達(dá)或紅外線傳感器至少之一的傳感輸入數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述控制器通過一裝入所述軟管中或緊貼所述軟管伸展的有線組件向所述吸塵頭模件中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件通過所述有線組件向所述吸塵頭模件提供電力。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述控制器通過一無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組件向所述吸塵頭模件中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件包括一有至少一個打掃毛刷的打掃毛刷組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件還包括一電動機(jī)提供動力轉(zhuǎn)動所述打掃毛刷。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自控箱式真空吸塵器，其中用空氣驅(qū)動所述打掃毛刷轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述打掃毛刷不轉(zhuǎn)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件包括一個或多個電動機(jī)向一提供移動性的驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供動力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件包括一個或多個向所述控制器提供數(shù)據(jù)的編碼器，其中所述數(shù)據(jù)與各驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)動有關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括所述風(fēng)扇模件和吸塵頭模件至少之一上的驅(qū)動輪。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括所述風(fēng)扇模件和吸塵頭模件至少之一上的一履帶系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述控制器通過一無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組件向所述吸塵頭模件中的各電動機(jī)提供控制信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述吸塵頭模件包括向所述控制器提供數(shù)據(jù)的一個或多個臟物聲波傳感器、超聲波距離傳感器、濕度傳感器、霉菌傳感器或機(jī)械接觸式傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述吸塵頭模件包括至少一個用來把所述吸塵頭模件保持在與待打掃表面大致平行接觸的位置上的重物。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件包括一與用于連接到一電源插座的電力線。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述風(fēng)扇模件包括一個或多個向所述控制器提供數(shù)據(jù)的傳感器，其中所述數(shù)據(jù)與所述電力線的位置跟蹤有關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件包括一可充電電池。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件包括一燃料電池。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述導(dǎo)航功能包括定位。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自控箱式真空吸塵器，其中定位包括跟蹤吸塵頭模件。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件包括一驅(qū)動一風(fēng)扇的電動機(jī)。
25.一種自控箱式真空吸塵器，包括一吸塵頭模件；一與所述吸塵頭模件分開的風(fēng)扇模件，其中，所述風(fēng)扇模件包括一有導(dǎo)航功能的控制器；一連接所述吸塵頭模件和所述風(fēng)扇模件的軟管；以及一連接所述風(fēng)扇模件與一電源插座、從而向所述風(fēng)扇模件提供電力的電力線。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件包括一驅(qū)動一風(fēng)扇的電動機(jī)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述電力線隨著所述風(fēng)扇模件的移動放出和收回。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件包括一個或多個向所述控制器提供數(shù)據(jù)的傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的自控箱式真空吸塵器，其中一個或多個傳感器中的至少一個傳感器用來跟蹤所述電力線位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的自控箱式真空吸塵器，其中，一個或多個傳感器包括一個或多個編碼器、臟物聲波傳感器、超聲波距離傳感器、濕度傳感器、霉菌傳感器或機(jī)械接觸式傳感器。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述風(fēng)扇模件通過一沿所述軟管軸向伸展的有線組件向所述吸塵頭模件供電。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述風(fēng)扇模件包括一收集由所述吸塵頭模件清除的臟物、灰塵和/或垃圾的可拆卸容器。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件包括一具有至少一個打掃毛刷的打掃毛刷組件。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述吸塵頭模件還包括一有至少一個推進(jìn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述吸塵頭模件還包括一引導(dǎo)所述吸塵頭運(yùn)動的操縱機(jī)構(gòu)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述控制器向所述吸塵頭模件中的至少一個電動機(jī)發(fā)出控制信號。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述吸塵頭模件還包括一電動機(jī)提供轉(zhuǎn)動所述打掃毛刷的動力。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的自控箱式真空吸塵器，其中用空氣驅(qū)動所述打掃毛刷的轉(zhuǎn)動。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述打掃毛刷靜止不動。
40.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中，所述風(fēng)扇模件包括一有至少一個推進(jìn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)和一引導(dǎo)所述風(fēng)扇模件的運(yùn)動的操縱機(jī)構(gòu)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述控制器向所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)中的至少一個電動機(jī)發(fā)出控制信號。
42.根據(jù)權(quán)利要求25所述的自控箱式真空吸塵器，其中所述導(dǎo)航功能包括定位和跟蹤。
43.一種自控箱式真空吸塵系統(tǒng)，包括一吸塵頭模件；一與所述吸塵頭模件分開、有一驅(qū)動一風(fēng)扇的電動機(jī)的風(fēng)扇模件；一連接所述吸塵頭模件和所述風(fēng)扇模件、把灰塵從所述吸塵頭模件傳送到所述風(fēng)扇模件的軟管；以及一包括一控制器、向所述風(fēng)扇模件提供導(dǎo)航控制信號的控制器模件。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述吸塵頭模件、風(fēng)扇模件和軟管一起構(gòu)成一真空吸塵器，所述控制器模件與所述吸塵頭模件和所述風(fēng)扇模件分開。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述控制器模件向所述吸塵頭模件提供導(dǎo)航控制信號。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中所述控制器模件可移動。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述控制器模件用來對所述風(fēng)扇模件和吸塵頭模件進(jìn)行定位和跟蹤。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述控制器模件包括一個或多個向所述控制器提供數(shù)據(jù)的傳感器。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個傳感器包括相機(jī)、聲波傳感器、激光雷達(dá)傳感器或紅外線傳感器至少之一。
50.一種自控箱式真空吸塵方法，包括向風(fēng)扇模件提供電力；用一軟管連接一吸塵頭模件與一風(fēng)扇模件；在所述風(fēng)扇模件上進(jìn)行導(dǎo)航功能；以及按照所述導(dǎo)航功能的結(jié)果在待打掃表面上推進(jìn)所述吸塵頭模件和風(fēng)扇模件移動。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中執(zhí)行所述導(dǎo)航功能包括對所述風(fēng)扇模件進(jìn)行定位。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中定位還包括跟蹤所述吸塵頭模件。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中，還包括在所述風(fēng)扇模件上接收來自相機(jī)、聲波傳感器、激光雷達(dá)傳感器或紅外線傳感器至少之一的傳感輸入數(shù)據(jù)。
54.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中推進(jìn)所述吸塵頭模件包括移動一有至少一個打掃毛刷的打掃毛刷組件。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)動所述打掃毛刷。
56.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括從所述風(fēng)扇模件用無線方式向所述吸塵頭模件提供控制信號。
57.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括從所述風(fēng)扇模件通過一沿所述軟管軸向伸展的有線組件向所述吸塵頭模件提供控制信號。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，進(jìn)一步包括從所述風(fēng)扇模件通過所述有線組件向所述吸塵頭模件提供電力。
59.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，進(jìn)一步包括用氣流轉(zhuǎn)動所述打掃毛刷。
60.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述打掃毛刷靜止不動。
61.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括向所述風(fēng)扇模件提供表示所述吸塵頭模件的運(yùn)動情況的編碼數(shù)據(jù)。
62.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括把所述吸塵頭模件中的一個或多個臟物聲波傳感器、超聲波距離傳感器、濕度傳感器、霉菌傳感器或機(jī)械接觸式傳感器的傳感數(shù)據(jù)提供給所述風(fēng)扇模件。
63.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括在所述吸塵頭模件中提供至少一個重物保持一與待打掃表面大致平行接觸的位置。
64.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括把所述風(fēng)扇模件上的一電力線與一電源插座連接。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，進(jìn)一步包括隨著所述風(fēng)扇模件的移動放出或收回所述電力線。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的方法，進(jìn)一步包括跟蹤所述電力線位置；以及向所述風(fēng)扇模件中的一控制器提供指示電力線位置的傳感數(shù)據(jù)。
67.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中，向所述風(fēng)扇模件提供電力包括從一內(nèi)置在所述風(fēng)扇模件中的電源接收電力。
全文摘要
一種自控箱式真空吸塵器(100)，包括一吸塵頭模件(120)、一與該吸塵頭模件分開的真空吸塵風(fēng)扇模件(110)、和一連接該吸塵頭模件與該真空吸塵風(fēng)扇模件的軟管組件(130)。該真空吸塵風(fēng)扇模件包括一對該風(fēng)扇模件和吸塵頭模件執(zhí)行導(dǎo)航和控制功能(400)的控制器(210、212)。該控制器也可與真空吸塵風(fēng)扇模件和吸塵頭模件分開，并可移動。真空吸塵風(fēng)扇模件和吸塵頭模件各包括一用于推進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)(202、204、310、314)。吸塵頭模件包括一打掃毛刷組件(320)，該打掃毛刷組件可由電動機(jī)驅(qū)動，也可由空氣驅(qū)動。吸塵頭模件還可包括一與該控制器通訊的微控制器。
文檔編號G05D1/02GK1531405SQ02808350
公開日2004年9月22日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者布雷特·A·沃勒克, 布雷特 A 沃勒克, A 科塞爾克, 哈維·A·科塞爾克, L 戈拉赫爾, 大衛(wèi)·L·戈拉赫爾 申請人:幻影自動化機(jī)械公司