专利名称：自行式器具,尤其自行式地面吸尘器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自行式器具，尤其自行式地面吸尘器，包括电机驱动的行走轮、器 具外壳和优选地一个集尘箱，其中，器具设有障碍识别装置，后者由光发射和接收单元组 成，以及设有射束转向元件，以及，为了环形检测至少部分发射和接收单元设置为可旋转 180°或更多。
背景技术：
所述类型的器具例如由DE10242257A1是已知的。为此，在本申请所公开的内容中 全面吸收了该专利申请涉及障碍识别的工作方式和行为策略的内容，也为此目的，此专利 申请的特征也吸纳在本申请的权利要求书中。当自行式器具，尤其是自行式地面吸尘器在房间内行走时，它必须识别物件和空 间界限，以及通过适度的调车运行和避让运动做出反应。在这方面已知，为了障碍识别使用 光学距离传感器。当看到一个阻塞行驶通路的物件时，由微型信息处理机处理光传感器的 接收信号，微型信息处理机命令驱动轮停止或启动器具相应的行为策略。为了能在房间内 部提供合理导航，还已知器具设有障碍识别装置，它检测器具大的周缘范围，并提供至少近 似环形的检测。为此可旋转地设置发射和/或接收单元，此外可绕器具垂直轴旋转，由此达 到180°至270°或更大的扫描角。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明所要解决的技术问题在于，在障碍识别方面进一步改 进所述类型的自行式器具。此技术问题首先和主要通过权利要求1的技术内容解决，其中规定，发射和接收 单元以光学测量方法，亦即相位相关法、光传播时间测量法或外差法之一为基础。基于这些 光学测量方法，从器具边缘起的作用距离或有效距离可达20cm以上，优选地超过50cm，由 此可相应地识别更远处的障碍物或空间界限，从而能启动器具的早期反应。此外，由此还可 以改善器具在房间内的定向。在采用光传播时间法时，测量在发射短的光脉冲与从障碍物 上反射的光命中光接收器之间的行程时间。在采用相位相关法时发射一种经调制的矩形或 正弦形光束，也可以与之不同有另一种周期性的形状。若如此调制的光束命中障碍物，则部 分光能被反射并命中光接收器，该反射光同样是经调制的。基于发射光信号与接收反射光 之间的传播时间确定相位移，它与要测量的距离有关。因此可以电子化方式获知相位移，由 此得出所测的距离值。发射单元控制装置的调制优选地通过频率进行，它与传感器的距离 测量范围相适应。为了在通过相位甄别器评估反射信号时能得到唯一性的测量值，优选地， 要测量的最大距离小于或最大等于调制信号的四分之一波长。因为信号行程从发射单元导 引到被检测对象，并从被检测对象导回在发射单元附近或与发射单元一致的接收单元，所 以在此条件下的信号行程最多等于调制信号的二分之一波长。在这里，可在任何时刻存在 周期性的调制信号；与之不同，按规定的时间间隔活化信号包。外差法按干涉仪的原理工作。在这里，有确定频率的光束优选地调制为正弦形。该频率可连续改变。从障碍物反射 的光线由接收单元探测并与发射的信号作比较。若在发射与接收的信号之间出现结构性干 涉，则离障碍物的距离是当时调制频率波长的若干整数倍。通过叠加和连续改变(扫描) 多个调制频率，可以达到测量的唯一性。下面，也在附图的说明中，多次按其与权利要求1的技术主题或其他权利要求的 特征优选的配合关系，说明本发明的其他特征。但它们按仅与权利要求1或各其他权利要 求个别特征的配合关系或各自独立的表述，也可以是有意义的。此外采用一种形式上为在接收信号的调制与发射的调制信号之间进行相位比较 的评估方法。为此例如设置一个按集成组件形式或按离散结构形式的相位甄别器。两个调 制信号的相位差意味着是反射对象与距离传感器(发射和接收单元)之间距离的期望值。 此外优选地一个信号处理级处于光接收单元与相位甄别器之间，它通过放大器或比较仪提 供。为此，由不同的接收幅度组成的信号处理级始终产生相同的信号幅度，从而可以在检测 对象反射系数的一个宽的范围内实施距离测量。按另一种实施形式，信号处理级附加地有消除或减小基于电磁杂散或外来光的干 扰影响的设备。此设备例如由带通滤波器、锁相环路(PLL)或两者的组合组成。为了消除 放大器或比较仪、PLL或带通滤波器的信号传播时间，可以附加地在发射的调制信号与相位 甄别器之间连接同类构件。按一项设计，不仅信号处理级而且相位甄别器，均存在单一或多 重的布局，其中多重配置利用于评估多个或阵列状或行列状光接收单元的多个接收信号。在多个接收信号的情况下，优选地信号处理级或相位甄别器单一设置，其中借助 乘法器顺序处理不同的接收信号。与借助一个或多个相位甄别器测量距离不同，距离测量通过时间测量实施，它从 调制包的发射时刻一直延伸到伴随而来的信号包接收时刻。在这种情况下距离测量范围与 调制信号的波长无关。若距离测量通过传播时间测量进行，则优选地调制信号不同于或补 充上述信号形式，按选择作为脉冲或脉冲包存在。按本发明对象的进一步发展，规定以这样的方式旋转360°检测，S卩，发射和/或 接收单元为了环形检测连续绕器具的垂直轴旋转，或与之不同实施交替的回转运动，此时 沿一个运动方向达到360°环形检测。当发射和/或接收单元至少部分能旋转地设置时，按一项优选的设计规定，以这 样的方式实施射束的导引，即，使在至少两个光学元件之间的射束的中央射线与一旋转件 的旋转轴线相交或与其重合，其中，所述至少两个光学元件中的至少一个为旋转而设置在 该旋转件上。在此意义上的光学元件是发射和/或接收单元，以及射束转向和射束成形元 件，如透镜和反射镜之类。若射束的中央射线与旋转件的旋转轴线相交，则优选地相关的发 射和/或接收单元同时装在旋转件内，此外就旋转件的旋转轴线而言，安装在与光从旋转 件的出口或光进入旋转件的进口对置的旋转件区段内。若反之中央射线与旋转件的旋转轴 线重合，则当中央射线通常优选地近似水平定向时，在光从旋转件的出口或光进入旋转件 的进口区域内，达到在旋转件内部中央射线的转向，此时可设在旋转件内部的发射和/或 接收单元优选地同轴于旋转件的旋转轴线定向，没有其他射束转向元件。优选地，当中央射 线与旋转轴线重合时，发射和/或接收单元定位在相对于可旋转的旋转件固定的器具外壳 内。这提供发射和/或接收单元在器具内部有利的直接电触点接通。
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按另一项优选的设计，位于沿发射单元射线方向最后的那个射束转向元件装在旋 转件内，相应于环形检测围绕器具的一优选垂直的轴线旋转，以及必要时另一个沿射线方 向设置在所述最后的那个射束转向元件前的射束转向元件，设在旋转件内和/或安装在相 对于旋转件固定的器具内。射束转向元件用于使发射的光束转向到沿一个方向，这一方向 与命中元件的射束的射线方向相交一个角度。与此有关，尤其规定中央射线转向75°至 105°，优选90°，此外从垂直的射线方向转向为沿至少近似水平的射线方向。优选地，另一个设置在所述最后的那个射束转向元件前的光学元件固定安装，优 选相应地设置在相对于旋转件固定的器具内。此光学元件可以涉及一种射束转向或射束成 形元件，也可以是发射单元。相应地，所述在旋转件内最后的那个射束转向元件，是在旋转 件内沿发射单元射线方向观察的第一个光学元件。此外建议，发射单元固定安装以及在旋转件内借助反射镜或反射器实施射束转 向。在这种情况下优选地发射单元设在相对于旋转件固定的器具内并具有一个射线方向， 这一射线方向优选地垂直向上沿旋转件的旋转轴线定向，此外朝着设在旋转件内的反射镜 或反射器的方向，它们用于将射束从垂直方向转向为优选地沿水平方向。另一项设计规定，沿射线方向在射束转向元件后设一个射束成形元件，例如用于 射线集束，还例如用于过滤。基于上述配置，设在射束转向元件后的射束成形元件同样也 设置在旋转件内，从而使此元件为了环形检测在工作时也绕优选地垂直定向的旋转轴线旋 转。与之不同或按组合设计，射束成形元件沿射线轨迹设在射束转向元件前，从而达到沿发 射单元的射线方向在转向前射束成形。在射束转向元件前的射束成形元件，在这里可设在 相对于旋转件固定的器具内，连接在发射单元的下游，但也可以与之不同设在旋转件内部， 由此可以在旋转件的内部达到射束成形和射束转向元件的集束。若不仅沿射线方向在最后 的射束转向元件前，而且在最后的射束转向元件后设置一个射束成形元件，则这些射束成 形元件的延伸平面相交一个与射束转向相适配的角度，优选地是彼此垂直的90°转向角。按另一项优选的设计，位于沿接收单元射线方向的第一个射束转向元件装在旋转 件内，为了环形检测相应地绕器具优选垂直的轴线旋转，以及，必要时另一个沿射线方向设 置在所述第一个射束转向元件后的射束转向元件，设在旋转件内和/或安装在相对于旋转 件固定的器具内。射束转向元件用于使反射的光束转向到沿一个方向，这一方向与命中在 元件上射束的射线方向相交一个角度。与此有关，尤其规定中央射线转向75°至105°，优 选90°，此外从水平的射线方向转向为沿至少近似垂直的射线方向。优选地，另一个设置在所述第一个射束转向元件后的光学元件固定安装，优选相 应地设置在相对于旋转件固定的器具内。此光学元件可以涉及一种射束转向或射束成形元 件，也可以是接收单元。此外建议，接收单元固定安装以及在旋转件内借助反射镜实施射束转向。在这种 情况下优选地接收单元设在相对于旋转件固定的器具内并具有一个射束接收方向，它优选 地沿旋转件的旋转轴线定向，此外从设在旋转件内用于射束转向的反射镜出发，从水平方 向转向为优选地沿垂直方向。另一项设计规定，沿射线方向在射束转向元件前设一个射束成形元件，例如用于 射线集束，还例如用于过滤。基于上述配置，设在射束转向元件前的射束成形元件同样也 设置在旋转件内，从而使此元件为了环形检测在工作时也绕优选地垂直定向的旋转轴线旋转。与之不同或按组合设计，射束成形元件沿射线轨迹设在射束转向元件后，从而达到沿接 收单元的射线方向在转向后射束成形。在射束转向元件后的射束成形元件，在这里可设在 相对于旋转件固定的器具内，连接在接收单元的上游，但也可以与之不同设在旋转件内部， 由此可以在旋转件的内部达到射束成形和射束转向元件的集束。若不仅沿射线方向在第一 个射束转向元件前，而且在第一个射束转向元件后设置一个射束成形元件，则这些射束成 形元件的延伸平面相交一个与射束转向相适配的角度，优选地是彼此垂直的90°转向角。按一项设计，射束成形元件是一个透镜，尤其双面凹透镜、双面凸透镜、平凸透镜， 或除此之外是透镜为球形优选地非球形的平凹透镜。此外，透镜也可以设计为菲涅尔透镜 的形式。非球形视准透镜在这里用于光源的射束聚束。优选地，射束转向元件为了射束转向以及必要时也为了射束成形是一个反 射镜，尤其是平面镜。与之不同，也可以考虑使用曲面镜，例如形式上为凹面反射镜 (Hohlspiegel)或设计为散光镜，此时可以是球形、椭圆形或非球形。按另一项设计，射束转向元件也可以是一个棱镜，或设计为实心件的光导体，与之 不同也可以设计为空心管或光纤光导体。此外，光学元件必要时是滤波器，尤其是按波长的滤波器，例如染色的塑料件，或 光学窄带滤波器(干涉滤波器)。滤波器也可以是形式上为灰色滤光片的强力滤波器，此外 可以是直线或圆形的极化滤波器。滤波器还可以通过施加相应的例如氟化镁涂层降低反射 系数。此外光栅也可以构成滤波器。光学元件必要时是光阑，如形式上为分瓣光圈或孔眼光阑的机械光阑。与之不同 采用液晶显示器光学装置(LCD Optics)作为光学元件，其中，射线轨迹通过夹入液晶显示 晶胞(IXD Cell)遮蔽。这也提供了一种构建依据具体状况改变的动态光阑的方案。光学元件也可以通过一个或多个面平行的透明板构成，例如设计为用于保护发射 和/或接收单元的窗口，该窗口有上述用于射束转向和/或射束成形的光学特性。按优选的设计，具有或携带光学元件的旋转件用保护罩覆盖，防止光学元件受外 部影响，尤其机械影响。在这里，保护罩可随同旋转地装在旋转件本身上。按另一项优选的 设计，设相对于旋转件固定的保护罩，因此尤其将保护罩固定在器具上。优选地，旋转件的驱动通过单独的马达，尤其电动机实现，在器具投入运行时电动 机直接或通过中间连接的传动装置驱动旋转件。与之不同，旋转件的驱动与器具走行轮的 驱动耦合，从而使旋转件的驱动取决于器具的行走运动。在这方面设置将行走轮的驱动导 出旋转件驱动的传动装置。也可以规定与旋转毛刷电动机耦合。旋转件的驱动通过摩擦轮离合器进行，与之不同通过齿轮离合器或有齿形皮带、 平皮带、三角皮带或圆皮带的皮带传动装置进行。此外规定，保护罩由圆筒件组成，它在上部用盖封闭，尤其同心于旋转轴线设置的 圆筒件在射线穿过区设计为透明的，或设计为在穿透的射线的波长范围内是透光的，其中 所述范围可有光学特性。这种透明或透光的保护罩区域例如设计为射束成形元件。在这种 情况下，保护罩或它的圆筒件起圆柱透镜的作用。按另一项设计，圆筒件设计为截锥形，它 至少部分透明的壁有在横截面内平行延伸的外表面和内表面。圆筒件壁在横截面内也可以 通过两个圆弧形成，其中优选地在横截面内观察的内圆弧半径，选择为大于外圆弧半径。此 外按另一种设计，圆筒件壁的横截面成形为球形。还可按另一种设计，将圆筒件的壁段设计
7为菲涅尔透镜，此时外表面设计为连续光滑，为的是防止从外部粘附灰尘。反之，内表面沿 旋转轴线的轴向观察设计为分段的，例如使如此设计的菲涅尔透镜成型有三个沿轴向先后 排列的分段。按一项优选的设计，光学元件，尤其射束成形元件，由光学塑料组成，如聚甲基丙 烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯或聚苯乙烯，还例如由环烯共聚物(C0C)系列组成。它们光学透 明或为了实现过滤功能染色或上漆。也可以考虑使用光学透明或为了实现过滤功能染色或 上漆的玻璃。此外还可以组合两种或更多种光学材料，例如在纤维光学中利用的那样，例如 为了充分利用在两个不同的光学介质的界面上全反射。业已证实有利的是，在一个射线轨迹(发射或接收射线轨迹)内合并不同光学元 件的功能。例如一个滤波器和一个透镜可合并成一个单侧用滤波器覆层的透镜，还例如一 个曲面镜与一个棱镜可合并为一个带弯曲侧的棱镜。再例如一个反射镜与一个滤波器可以 合并为一个滤波器覆层的反射镜。纤维光学的光导体与反射镜例如合并为一个按照反射角 弯曲的纤维光学的光导体，它造成期望的射束转向。当光导体由棱柱体组成时，也可以与设 在射线轨迹内的反射镜相结合，它们合并成一种带射束转向的棱柱形光导体。本发明还涉及一种自行式器具，尤其是自行式地面吸尘器，包括电机驱动的行走 轮、器具外壳和优选地一个集尘箱，其中，器具设有障碍识别装置，它由光发射和接收单元 组成，以及沿周缘分布地固定设置多个射线源和/或多个固定的射线接收器。为了解决本发明所提出的前述技术疑难问题，建议，发射和接收单元以光学测量 方法，亦即相位相关法、光传播时间测量法或外差法之一为基础。此技术疑难问题首先和主要通过权利要求24的技术主题解决，其中规定，发射和 接收单元以光学测量方法，亦即相位相关法、光传播时间测量法或外差法之一为基础。基于 这些光学测量方法，从器具边缘起的作用距离可达40cm以上，优选地超过50cm，由此可相 应地识别更远处的障碍物或空间界限，从而能启动器具的早期反应。此外，由此还可以改善 器具在房间内的定向。在采用光传播时间法时，测量在发射短的光脉冲与从障碍物上反射 的光命中光接收器之间的行程时间。在采用相位相关法时发射一种经调制的矩形或正弦形 光束，也可以与之不同有另一种周期性的形状。若如此调制的光束命中障碍物，则部分光能 被反射并命中光接收器，该反射光同样是经调制的。基于发射光信号与接收反射光之间的 传播时间确定相位移，它与要测量的距离有关。因此可以电子化方式获知相位移，由此得出 所测的距离值。发射单元控制装置的调制优选地通过频率进行，它与传感器的距离测量范 围相适应。为了在通过相位甄别器评估反射信号时能得到唯一性的测量值，优选地，要测量 的最大距离小于或最大等于调制信号的四分之一波长。因为信号行程从发射单元导引到被 检测对象，并从被检测对象导回在发射单元附近或与发射单元一致的接收单元，所以在此 条件下的信号行程最多等于调制信号的二分之一波长。在这里，可在任何时刻存在周期性 的调制信号；与之不同，按规定的时间间隔活化信号包。外差法按干涉仪的原理工作。在这 里，有确定频率的光束优选地调制为正弦形。该频率可连续改变。从障碍物反射的光线由 接收单元探测并与发射的信号作比较。若在发射与接收的信号之间出现结构性干涉，则离 障碍物的距离是当时调制频率波长的若干整数倍。通过叠加和连续改变(扫描)多个调制 频率，可以达到测量的唯一性。下面，也在附图的说明中，多次按其与权利要求24的技术主题或其他权利要求的特征优选的配合关系，说明本发明的其他特征。但它们按仅与权利要求24或各其他权利要 求个别特征的配合关系或各自独立的表述，也可以是有意义的。此外采用一种形式上为在接收信号的调制与发射的调制信号之间进行相位比较 的评估方法。为此例如设置一个按集成组件形式或按离散结构形式的相位甄别器。两个调 制信号的相位差意味着是反射对象与距离传感器(发射和接收单元)之间距离的期望值。 此外优选地一个信号处理级处于光接收单元与相位甄别器之间，它通过放大器或比较仪提 供。为此，由不同的接收幅度组成的信号处理级始终产生相同的信号幅度，从而可以在检测 对象反射系数的一个宽的范围内实施距离测量。按另一种实施形式，信号处理级附加地有消除或减小基于电磁杂散或外来光的干 扰影响的设备。此设备例如由带通滤波器、锁相环路(PLL)或两者的组合组成。为了消除 放大器或比较仪、PLL或带通滤波器的信号传播时间，可以附加地在发射的调制信号与相位 甄别器之间连接同类构件。按一项设计，不仅信号处理级而且相位甄别器，均存在单一或多 重的布局，其中多重配置利用于评估多个或阵列状或行列状光接收单元的多个接收信号。在多个接收信号的情况下，优选地信号处理级或相位甄别器单一设置，其中借助 乘法器顺序处理不同的接收信号。与借助一个或多个相位甄别器测量距离不同，距离测量通过时间测量实施，它从 调制包的发射时刻一直延伸到伴随而来的信号包接收时刻。在这种情况下距离测量范围与 调制信号的波长无关。若距离测量通过传播时间测量进行，则优选地调制信号不同于或补 充上述信号形式，按选择作为脉冲或脉冲包存在。按另一项优选的设计，多个射线源通过一个中央射线源实现，该中央射线源被一 个具有许多射线出口的光阑围绕。这相应地只需要一个要激活的射线源，通过它将多个光 束优选沿器具周缘均勻分布地沿径向向外发射。在这里，有一些射束出口的光阑可以是一 个覆盖中央射线源的罩，其中，这些通孔状射束出口在环形壁内构成。按有利的设计，每个 射束出口设有一个尤其形成上为会聚镜(视准管)的光学元件，它使各光束强力集束。沿周缘分布固定设置的射线源或通过光阑造成的多个射束，在障碍物上相应地反 射后，或命中器具相应数量的接收单元，或优选地按针对权利要求1至23所说明的设计，命 中一个可绕器具的垂直轴线旋转360°的接收单元。为防止造成干扰的漫射光，在所设的光阑中，也在必要时设置的覆盖旋转件的保 护罩中，在有针对性地保持透明的区域之外余留的内表面，施加特殊的颜色或涂层，它吸收 除要测量的光束的波长外的所有波长。
下面借助仅表示多种实施例的附图详细说明本发明。附图中图1表示地面吸尘器的透视图；图2表示地面吸尘器下方透视图；图3表示地面吸尘器在地面工作过程中扫描障碍物；图4表示器具的旋转件示意图，该旋转件作为发射单元包括集成在该旋转件内的 光源和一个射束成型元件；图5表示与图4相应的示意图，但涉及另一种实施形式；
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图6表示再一种构成发射单元的实施形式；图7表示按图4的发射单元示意图，但涉及另一种实施形式；图8表示旋转件的示意图，该旋转件作为接收单元包括集成在该旋转件内的接收 传感器和一个射束成形元件；图9表示与图8相应的视图，涉及另一种设计；图10表示另一种实施形式按图8的示意图；图11表示另一种实施形式的旋转件与相关的接收单元；图12表示为器具配设的包括发射单元和相关的接收单元的旋转件示意图；图13表示与图12相应的视图，包括集成在旋转件内的发射和接收单元以及射束 成形元件；图14表示与图13相应的视图，涉及另一种实施形式图15表示器具的局部剖切侧视图，涉及另一种示意表示的实施形式；图16表示图15中区域XVI的局部放大区；图17表示图16中区域XVII的局部放大区；图18表示与图17相应的视图，但涉及另一种实施形式；图19表示另一个与图17相应的视图，按另一种实施形式；以及图20表示通过按另一种实施形式固定的发射单元的水平剖面示意图。
具体实施例方式首先借助图1和2表示和说明形式上为清洁机器人的地面吸尘器1，它有一个底 架2，它在下侧带有面朝要保养的地面由电机驱动的走行轮3，以及一个超过底架底部4的 下棱边伸出并同样被电机驱动的毛刷5。底架2被器具罩6覆盖，其中按图示实施形式的地 面清洁器1有一个圆形的基本轮廓。走行轮3沿地面吸尘器1 一般的行驶方向r设在毛刷5后方，以及在毛刷5后方 还设有反向斜挡板7，通过它将扫除的污物抛投在未表示的箱状容器内。沿一般的行驶方向r，在毛刷5前方定位一个形式上为随行轮8的支承轮，基于此 随行轮8，达到地面吸尘器1在要保养的地面上的三点式支承。尽管没有表示，附加地或与毛刷5不同，地面吸尘器1还可以有一个抽吸口。在这 种情况下，在器具1内还设置一个抽风机的电动马达。器具1各电动部件的供电，如走行轮3的电动机、毛刷5的电驱动器，必要时抽风 机和设在器具1内控制器具用的其他电气部件的供电，借助一个未表示的可重复充电的蓄 电池进行。在这种地面吸尘器1中存在识别障碍物9的需求，以防器具1挡死。为此设一个 传感式障碍识别装置10。它由光发射单元11和光接收单元12组成。这些单元11和12中 至少一个，可绕吸尘器1垂直轴线x(沿箭头c)旋转地设在器具罩6的顶盖侧。发射单元11和接收单元12以光学测量法为基础，尤其以相位相关法、光传播时间 测量法或外差法为基础，其中，单元11和单元12中至少一个绕吸尘器1旋转轴线x旋转 360°，实现障碍物环形检测。若仅单元11和单元12之一设置为可以如此旋转，则另一个 单元由一些与吸尘器1固定连接的传感器组成，它们沿吸尘器1圆周均勻排列。
作为发射单元11采用激光二极管，或选择LED或0LED，也可选用以电致发光为基 础工作的光源。优选地，激光二极管有波长为650nm的可见红光，在532nm范围内的可见绿 光，或在780与llOOnm之间红外线范围内的不可见光。此外也可以是在紫外线范围内的光。作为接收单元12使用光接收器，它至少在发射单元选择的波长范围内是敏感的。 接收单元12设计为至少一个光敏晶体管、光电二极管、光敏电阻器、CCD芯片或CMOS芯片， 其中，光接收器设计为检测到达的各光信号的单个接收元件，或设计为用于同时或顺序检 测到达的多个光信号的多元件组或多元件行列。下面详细说明的实施形式设计为使用单个测量射线或光束，实施沿圆周的多点测 量(典型地，在360°旋转时，60至360点测量，优选180点测量)。这采取下述措施达到 至少发射单元11或其一些部分绕垂直轴线旋转，并按某个间隔实施节奏式测量。在发射和/或接收单元12可相应地旋转的设计中，以这样的方式进行光束的导 引，即，使在两个光学元件E (其中至少一个为了旋转装在旋转件13内)之间的射束S的中 央射线M，与旋转件13的旋转轴线x相交或与其重合，其中，沿发射单元11的射线方向位于 最后或沿接收单元12的射线方向为首的射束转向元件14装在旋转件13内，该射束转向元 件14可以是反射镜之类。图4至7表示一些有关发射单元11可旋转设计的实施例。发射单元11可以与同 样旋转的接收单元12配合作用，也可以与之不同，与多个固定在相对于旋转件13固定的器 具1内、沿圆周均勻分布地排列的接收单元12配合作用。图4示意表示旋转件13，它可绕旋转轴线x旋转地灯塔状安装在吸尘器1上。例 如形式上为LED的发射单元11，离旋转轴线x有径向距离地设在旋转件13内。一个光学 元件E相对于发射单元旋转轴线x对置地定位在旋转件13中，该光学元件E在这里是形式 上为双面凸透镜的射束成形元件15。从发射单元11出发的射束S中央射线M与旋转轴线 x相交，在中心穿过射束成形元件15，以及相对于旋转轴线x沿径向向外穿过保护罩圆筒件 17的壁16，壁16设计为至少在透光区是透明的。旋转件13的驱动借助单独的电动机实现，如针对其他实施形式在后面还要详细 说明的那样。基于所述布局，包括发射部分和光学元件E在内的整个发射单元11装在旋转件13 中。光源的供电例如通过设在旋转件13与器具罩盖之间的滑动触头达到。图5表示另一种实施形式。在这里，如也在另一些按图6和7的实施形式中那样， 光源18以这样的方式安装在相对于旋转件13固定的吸尘器1内，即，使得从光源18射出的 射束S中央射线M与旋转轴线x重合。相应地，尽管没有详细表示，不仅器具罩6的顶盖， 而且旋转件13面对着它的底板，在射线穿透区内均制有一个孔。按图5，沿光源18射线方向观察处在最后的那个形式上为反射镜的射束转向元件 14以及相继的另一个光学元件E装在旋转件13内，并因而设置为旋转的，而设在最后的射 束转向元件14之前的那个光学元件E，则位置保持固定在器具1上或内。在图5中采用平 面镜作为处在最后的那个射束转向元件14。沿射线方向在其下游布置一个形式上为会聚镜 (双面凸透镜)的射束成形元件15。图6中，在射束转向元件14 (平面镜)上游设置一个会聚镜作为射束成形元件15。 因为它位于最后的射束转向元件14(在这里是反射镜)之前，所以它不旋转，而是保持固定
11在器具1内。图7表示一种实施形式，其中，在旋转件13内设置形式上为凹面反射镜的曲面镜。 基于其结构设计，它不仅用作射束转向元件14，而且用作射束成形元件15。因为此元件沿 光源18射线方向观察是最后的射束转向元件14，所以它安装在旋转件13内并可绕旋转轴 线x旋转。在图8至11中表示接收单元12的一些可能的结构方案。它们等效于按图4至7 的发射单元实施形式。图8表示一种可能的设计，其中，不仅形式上为光电二极管的接收元 件19，而且形式上为光学透镜的射束成形元件15，均安装在旋转件13内，其中射束成形元 件15使射入的射束S集束，以集中命中接收元件19。在这里，旋转件13也借助单独的电 动机驱动，在旋转的旋转件13与固定的器具1之间接收元件19的电触点接通，借助旋转件 13与器具罩6之间未表示的滑动触头达到。图9表示一种设计，其中，沿命中接收元件19的射线方向观察第一个形式上为反 射镜的射束转向光学元件14以及一个位于它之前的光学元件E旋转，而另一个在第一个射 束转向元件14后的光学元件E则固定安装在器具1内。选择平面镜作为第一个射束转向 元件14。为接收单元12配设会聚镜作为射束成形元件15，当它安置在旋转件13中时可以 旋转，因为这一透镜沿射线方向观察布置在第一个射束转向元件14前。固10表示一种方案，其中，如前面已说明的实施例那样，沿接收单元射线方向第 一个射束转向元件14设计为平面镜，并安装在旋转件13内。作为射束成形元件15的会聚 镜沿射线方向安置在该射束转向元件14后，并因而与接收元件19 一样固定定位在器具1 内。按图11，也可以为接收单元12设一个安装在旋转件13内的曲面镜，它同时用于射 束转向和射束成形。因为该元件是沿射线方向观察第一个射束转向元件14，所以其他任何 光学元件E相对于它固定设置，如在图示的实施例中为接收元件19。按图5至7涉及发射单元11的实施形式以及按图9至11涉及接收单元12的实 施形式，其特征在于，在旋转的旋转件13与相对于它固定的器具1之间的交接区仅穿过射 束S。不需要在旋转件13与器具1之间的电触点接通。图12表示一种发射单元11与接收单元12组合的实施形式。在这里旋转件13中 安装一个棱柱形光导体20作为光学元件E。它主要有两个按90°位置彼此定向的导体柱， 旋转轴线x处于其中一个垂直定向的导体柱中心。在光导体20折拐区内与旋转轴线x成45°的表面21，用于将障碍物9反射的光 束转向为垂直向下，朝着设在器具1内并因而相对于旋转件13位置固定的接收元件19方 向的射束。斜置的表面21被单独的耦合面22中断，后者平行于沿光源18射线方向观察在最 后的那个光导体柱的横截面定向。此耦合面22用于低损失地耦合发射单元的射束，使其中 央射线M在中心穿过光导体柱。从障碍物反射的射束，通过基于耦合面22分开构成的斜置表面，向下偏转为沿与 轴线平行的方向。图13表示组合式发射和接收单元的另一种实施形式。在本实施形式中为接收元 件19配设的会聚镜(射束成形元件15)，同样位于光源18的射线轨迹内。接收元件19同心地围绕光源18设置，例如形式上为环形光电二极管。从光源18发射的光，穿过射束成形 元件15进入处置区，其中射束成形元件15设计为面平行的薄窗。为此，在这里的凸透镜面 朝光源18设有对准射线轨迹的中心孔23，它有一个在透镜对置侧保留面平行的窗口的深 度。因为背对光源18与孔23重叠的面有可忽略不计的弯度，所以它以相对于底面平行表 面的方式作用，从而使该透镜区不造成射束变形。而且，如此保留的窗口不仅对光源18而 且对接收元件19均可防止侵入污物或损坏。射出的测量光束相应地穿过射束成形元件15，没有转向，以及在被障碍物9反射 后，经元件15朝同心于光源18设置的接收元件19的方向回射。图14表示一种实施形式，其中，为在旋转件13中的接收元件19配设一个非球形 的凹面反射镜，作为射束转向元件14。它不仅用于射束转向，而且用于射束成形。此外为光源18配设一个用于射束转向的平面镜24，其中，该平面镜24集成在所述 凹面反射镜内，因此被光导体20照射的区域设计为平面镜，实际上是凹面反射镜内的一个 磨光面。图15和16表示用于旋转件13驱动的一种可能的设计。驱动借助单独设置在器具1内的电动机25，以及电动机25与旋转件13之间的摩 擦轮传动装置26进行。在这里，旋转件13设计为圆筒件27，它设计为基本上透光的以及 被顶段28覆盖。在旋转件13内安装一个射束转向元件14，形式上为一个中心被旋转轴线 x穿过并在一个相对于旋转轴线x轴成45°角布置的平面内延伸的平面镜。在沿径向向外 定向的射线轨迹内，圆筒件27的壁制有射线可穿透的窗口 29。旋转件13或其圆筒件27穿过器具罩6顶侧的孔，摩擦轮传动装置26处于顶的下方。发射单元11的设计相应于按图6的设计，接收单元12的设计相应于按图11的设 计，其中射束转向元件14在这里设计为平面镜。作为发射与接收单元唯一的组成部分，具有加盖的圆筒件27的旋转件13旋转，它 含有射束转向元件14。其他光学元件E，如从射束转向元件14垂直向下伸入器具1内的光 导体20、接收元件19、光源18和此外构成射束成形元件15的准直仪透镜30，固定安装在器 具1内。另一个设在机器人1内的电子设备31控制光源18的输出信号，以及用于处理通 过接收元件19截获的光信号，用于尤其根据行驶特性恰当地控制器具1。在图示的实施例中，旋转件13用保护罩32覆盖。它主要由上面用盖34封闭的圆 筒件33组成。按另一种设计，保护罩32设计为整体，在这种情况下它也可以与图示的圆柱 形不同，只要不引起对射线轨迹有害的影响。保护罩32旋转固定地装在器具罩6上。固定的透明圆筒件33保护在内部的旋转机械，尤其是包括射束转向元件14的旋 转件13。圆筒件33允许无阻碍通过光束和反射光用于距离测量。盖34向上封闭此系统。 它用不透光的材料制造在图示的实施例中，盖34设有径向伸出的凸缘35。当器具与障碍物碰撞时，它将 脉冲收集在传感器区域内，以及保护圆柱体33防止损坏，尤其刮伤透明区。除了由圆柱体33构成的环形出口窗之外的所有区域，可至少在壁内侧刷漆或涂 层，以阻断漫射光。此外，圆柱体的透明区可施加特殊的颜色或涂层，它能吸收除测量用的光束外所有的波长。尤其由图17的放大详图可以看出，透明设计的圆筒件33设计为严格的圆柱形，包 括相应地同轴于旋转轴线x定向的外表面和内表面。按另一种设计，这些平行面也可以相 对于轴线成锐角延伸，成为圆筒件33的截锥状设计。按图18的另一种实施形式规定，在横截面内观察，圆筒件33的壁由两个圆弧构 成，在这种情况下优选地，沿径向在内部成为内表面的圆弧礼，选择为大于成为外表面的圆 弧Ra，由此同时赋予圆筒件33的透明部分一种射束成形特性。按图19所示的圆筒件33也可以设计为菲涅尔透镜的类型。在图示的实施例中， 圆筒件33由沿轴向三个串联的单个分段36组成，它们相互通过粘结或焊接拼合。在这里， 所形成的外表面光滑设计，防止灰尘粘附在可能的缝隙中。反之，内表面分段阶梯式，构成 一个菲涅尔透镜状的壁。若只设一个相应于上述设计可旋转的接收单元12，则可以沿器具1的圆周分布地 布置多个光源18作为发射单元11，它们适应于接收单元12的旋转速度，按节奏发射脉冲式 光束，它们被旋转的接收元件19截获。与设置多个单个光源18不同，按图20的示意图设一个中央射线源37。它用一个 罩38覆盖，罩38将其环形壁39成形为光阑40。为此在壁39内沿圆周均勻分布六个通孔 41作为射线出口。罩38的壁39和顶设计为不透光的，所以这一个射线源37造成多个穿过通孔41 的测量射束，其中，射线源37沿360°的圆周角放射。按有利的设计，每个通孔41设有一个形式上为会聚镜的射束成形元件15，它将各 自放射的光束强力集束。所有公开的特征均为(本)发明的重要内容。在本申请所公开的内容中也全面吸 收了相关的/所属的优先权文件(在先申请文件副本)所公开的内容，也为此目的，这些文 件的特征吸纳在本申请的权利要求书中。各从属权利要求以其可选的并列的撰写方式都代 表了各个有独立意义的、在现有技术基础上进行的富于独创性的进一步发展，尤其可以这 些从属权利要求为基础分别提出申请。附图标记列表
1地面吸尘器
2底架
3走行轮
4底架底部
5毛刷
6器具罩
7污物挡板
8随行轮
9障碍物
10障碍识别装置
11发射单元
12接收单元
13旋转件
14射束转向元件
15射束成形元件
16壁
17圆筒件
18光源
19接收元件
20光导体
21表面
22耦合面
23孔
24平面镜
25电动机
26摩擦轮传动装置
27圆筒件
28顶段
29窗口
30准直仪透镜
31电子设备
32保护罩
33圆筒件
35盖
35凸缘
36分段
37射线源
38罩
39壁
40光阑
41通孔
c旋转方向
r行驶方向
E光学元件
M中央射线
S射束
x旋转轴线
1权利要求
一种自行式器具，尤其自行式地面吸尘器(1)，包括电机驱动的行走轮(3)、器具外壳和优选地一个集尘箱，其中，器具(1)设有障碍识别装置(10)，该障碍识别装置(10)由光发射和接收单元(11，12)组成，以及设有射束转向元件，以及，为了环形检测，至少一部分发射和接收单元(11、12)设置为可旋转180°或更多，其特征为所述发射和接收单元(11，12)以光学测量方法，亦即相位相关法、光传播时间测量法或外差法之一为基础。
2.按照权利要求1所述的器具，其特征为，设置旋转360°检测。
3.按照权利要求1或2所述的器具，其特征为，在所述发射和/或接收单元(11，12)至 少部分可旋转地设置时，以这样的方式实施射束的导引，即，使在至少两个光学元件(E)之 间的射束(S)的中央射线(M)与一旋转件(13)的旋转轴线(x)相交或与该旋转轴线(x) 重合，其中，所述至少两个光学元件(E)中的至少一个为旋转而设置在该旋转件(13)上。
4.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，一个沿发射单元(11)射线方向位 于最后的射束转向元件(14)安装在所述旋转件(13)内。
5.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，设置在所述最后的那个射束转向 元件(14)之前的另一光学元件(E)固定安装。
6.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述发射单元(11)固定安装以及 在所述旋转件(13)内借助反射镜或反射器实施射束转向。
7.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，沿射线方向在所述射束转向元件 (14)之后设一个射束成形元件(15)。
8.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束成形元件(15)沿射线轨 迹设在所述射束转向元件(14)前。
9.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，一个沿接收单元(12)射线方向处 于第一个的射束转向元件(14)装在所述旋转件(13)内。
10.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，设置在所述第一个射束转向元件 (14)后的另一光学元件(E)固定安装。
11.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述接收单元(12)固定安装以 及在所述旋转件(13)内借助反射镜实施射束转向。
12.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，沿射线方向在所述射束转向元件 (14)前设一个射束成形元件(15)。
13.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束成形元件(15)沿射线 轨迹设在射束转向元件(14)后。
14.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束成形元件(15)是一个 双面凸透镜。
15.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束转向元件(14)是一个平面镜。
16.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束转向元件(14)是一个曲面镜。
17.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束转向元件(14)是一个 凹面反射镜。
18.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述射束转向元件(14)是一个棱镜。
19.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述旋转件(13)被保护罩(32)覆盖。
20.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述旋转件(13)由一单独的电 动机(25)驱动。
21.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述驱动通过摩擦轮离合器进行。
22.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述保护罩(32)由圆筒件(33) 组成，该圆筒件(33)在上部用一盖(34)封闭。
23.按照上述任一项权利要求所述的器具，其特征为，所述盖(34)设计为不透光的。
24.一种自行式器具，尤其是自行式地面吸尘器(1)，包括电机驱动的行走轮(3)、器 具外壳和优选地一个集尘箱，其中，所述器具(1)设有障碍识别装置(10)，该障碍识别装置 (10)由光发射和接收单元(11，12)组成，以及沿周缘分布地固定设置多个射线源和/或多 个固定的射线接收器，其特征为所述发射和接收单元(11，12)以光学测量方法，亦即相位 相关法、光传播时间测量法或外差法之一为基础。
25.按照权利要求24所述的器具，其特征为，所述多个射线源通过一个中央射线源 (37)实现，该中央射线源(37)被一个具有许多射线出口的光阑(40)围绕。
全文摘要
本发明涉及一种自行式器具，尤其自行式地面吸尘器(1)，包括电机驱动的行走轮(3)、器具外壳和优选地一个集尘箱，其中，器具(1)设有障碍识别装置(10)，它由光发射和接收单元(11，12)组成，以及设有射束转向元件，以及，为了环形检测至少部分发射和接收单元(11、12)设置为可旋转180°或更多。为了在障碍识别方面进一步改进所述类型自行式器具的设计，建议，发射和接收单元(11，12)以光学测量方法，亦即相位相关法、光传播时间测量法或外差法之一为基础。
文档编号A47L9/19GK101856208SQ20101014409
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年4月1日
发明者丹尼尔·朱伯, 哈拉尔德·温多弗, 弗兰克·迈耶, 德克·格拉芬戈尔特 申请人:德国福维克控股公司