(57)【要約】【課題】床処理要素２と、モータ駆動される少なくとも２つの車輪３、４と、処理対象表面の床種類を識別するための検知装置とを有する自律走行可能な床処理装置１を提供する。【解決手段】簡易な方法で床種類を最適に識別するために、検知装置が移動中に表面に接触する摩擦抵抗要素６を有し、走行中に摩擦抵抗要素６は、基準軸７から外方に生じる力が床処理装置１に作用するように表面に接触する。その場合、基準軸７は、車輪３、４の向きにより決定される床処理装置１の主移動方向８と平行に向けられ、かつ、基準軸７に垂直な方向において２つの車輪３、４の間の中央に配置される。さらに、自律走行式床処理装置１の動作方法が提示される。【選択図】図２
2018122092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
床処理要素（２）と、モータ駆動される少なくとも２つの車輪（３、４）と、処理対象表面の床種類を識別するための検知装置と、を有する特に掃除ロボットである自律走行可能な床処理装置（１）において、
前記検知装置が摩擦抵抗要素（６）を有し、前記摩擦抵抗要素（６）が走行中に前記処理対象表面に接触することによって基準軸（７）から外方に生じる力が前記床処理装置（１）に対して作用し、前記基準軸（７）が、前記車輪（３、４）の向きにより決まる前記床処理装置（１）の主移動方向（８）と平行に向いておりかつ前記基準軸（７）に垂直な方向において前記２つの車輪（３、４）の間の中央に位置することを特徴とする床処理装置。
【請求項２】
前記摩擦抵抗要素（６）が、前記処理対象表面を処理するための床処理要素（２）であり、特に前記基準軸（７）に対して垂直に回転する掃除ローラであることを特徴とする請求項１に記載の床処理装置。
【請求項３】
前記摩擦抵抗要素（６）が、前記基準軸（７）に対して垂直に配置されており、かつ、前記基準軸（７）の一方の側における長さが前記基準軸（７）の反対側における長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の床処理装置。
【請求項４】
床種類の識別のために、同じ駆動力における前記２つの車輪（３、４）の回転速度を互いに比較すると共に、検知された回転速度の差を、床種類に依存する基準差と比較するように設定された制御及び評価装置（５）を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の床処理装置。
【請求項５】
前記検知装置が、前記摩擦抵抗要素（６）の駆動モータに設けられた電流計測装置を有し、前記床処理装置（１）の制御及び評価装置（５）が、前記駆動モータの消費する電流を、床種類に依存する基準電流と比較するように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の床処理装置。
【請求項６】
前記検知装置が、光源と受光器とを具備する光の反射計測装置（９）を有し、光源の発光方向が、前記車輪（３、４）により規定される起立面の方に向いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の床処理装置。
【請求項７】
前記光の反射計測装置（９）が距離計測装置であり、特に段差の検知のために構成された距離計測装置であることを特徴とする請求項６に記載の床処理装置。
【請求項８】
床処理要素（２）と、モータ駆動される少なくとも２つの車輪（３、４）と、処理対象表面の床種類を識別するための検知装置とを有する自律走行可能な床処理装置（１）の動作方法において、
床種類の識別のために、同じ駆動力における前記２つの車輪（３、４）の回転速度が互いに比較され、検知された回転速度の差が、床種類に依存する基準差と比較されることを特徴とする床処理装置の動作方法。
【請求項９】
摩擦抵抗要素（６）の駆動モータの消費する電流が計測され、駆動モータの消費する電流が、床種類に依存する基準電流と比較されることを特徴とする請求項８に記載の床処理装置の動作方法。
【請求項１０】
識別された床種類に応じて、前記床処理装置（１）のファンの出力及び/又は前記床処理要素（２）の回転速度が変更され、かつ／又は、識別された床種類に関する情報が前記床処理装置（１）のデジタルの周囲環境マップに記憶されることを特徴とする請求項８又は９に記載の床処理装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床処理要素と、モータ駆動される少なくとも２つの車輪と、処理対象表面の床種類を識別するための検知装置とを有する自律走行可能な床処理装置、特に掃除ロボットに関する。
さらに本発明は、床処理要素と、モータ駆動される少なくとも２つの車輪と、処理対象表面の床種類を識別するための検知装置とを有する自律走行可能な床処理装置の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の床処理装置は、従来公知の技術である（特許文献１等）。例えば、掃除対象表面を自動的に走行でき、その際に吸引や拭き取り等の掃除処理を行う吸引又は拭き掃除ロボットである。処理の種類を表面の各床種類に適応させるために、処理動作に先立って先ず床種類を識別する検知装置が設けられる。その結果、例えば、部屋の所定領域を、その表面が目的に適していないという理由で処理対象から除外することができる。拭き掃除ロボットの場合、例えば、カーペットを湿式掃除から除外するように構成される。さらに、吸引ロボットの場合、例えば、ファン出力及びブラシ出力を、各表面に適応させることができる。同様に、シールリップ又は支持ローラを、識別された床種類に応じて調整することができる。
【０００３】
床種類を識別するために、従来技術においては多様な検知装置が知られている。画像計測装置等の光学的計測装置がしばしば用いられ、それはカメラシステムを用いて表面の画像を記録し、それを基準画像又は基準特性と比較する。カメラシステム及び画像評価のための画像処理は、その技術的負担が極めて大きい。
【０００４】
光学的検知システムの別の問題点は、通常、識別対象である表面が周囲光から遮蔽されている場合にのみ最適な計測結果を得ることができることである。この点において、このような検知装置は、大きなコストを必要とすることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１１３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術に鑑み、本発明の目的は、低コストで信頼性のある床種類の識別を可能とする検知装置を有する床処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的を達成するために、自律走行可能な床処理装置が提示され、その場合、検知装置が、基準軸から外方に生じる力が床処理装置に作用するように、移動中に表面に接触する摩擦抵抗要素を有する。その場合、基準軸は、車輪の向きにより決まる床処理装置の主移動方向と平行に向いており、かつ、基準軸に垂直な方向において２つの車輪の間の中央に位置する。
【０００８】
本発明においては、床処理装置が、床処理装置上の２つの車輪の位置により規定される基準軸に対して非対称に配置された摩擦抵抗要素を有する。例えば、摩擦抵抗要素は、各車輪に対して異なる距離を有することができる。摩擦抵抗要素は、床処理装置の通常の動作中、すなわち表面の処理中に表面と接触した状態となるように、床処理装置のハウジングに配置される。従って、摩擦抵抗要素は摩擦抵抗に基づく力を受け、その力を受けることが、車輪に対する摩擦抵抗要素の非中心配置に起因する床処理装置のドリフトを表面上で生じさせる。２つの車輪が同じ配分の力を受ける場合、床処理装置は、車輪の回転面により決まる真っ直ぐ前方に、すなわちその主移動方向に移動する。しかしながら、床処理装置が、例えば小さい摩擦抵抗を有する硬質床面からカーペット床まで移動していく場合、摩擦抵抗要素と表面との間の摩擦抵抗が増大していく。その結果、増大した摩擦抵抗が摩擦抵抗要素に作用することにより、摩擦力の第１の部分が、摩擦抵抗要素における基準軸の一方の側に形成された部分領域に配分されると共に、摩擦力の第２の部分が、摩擦抵抗要素における基準軸のもう一方の側に形成された部分領域に配分される。従って、床処理装置の互いに反対に位置する各側において異なる大きさの力が摩擦抵抗要素に掛かり、そしてそれにより双方の車輪にも掛かる。その結果、床処理装置における摩擦抵抗要素と表面との接触面積が大きい方の部分領域に対して、それに対応するもう一方の部分領域よりも強いブレーキが掛かることになる。その結果、同じ駆動力で駆動される２つの車輪の回転速度に差を生じることによって、本来の移動方向に対する床処理装置の旋回を生じさせる、すなわち床処理装置がカーブすることとなる。この床種類に依存したドリフトに基づいて、最終的に、床処理装置が走行している表面の床種類を識別することができる。特に、硬質床をカーペット床から区別することができ、毛足の短いカーペットを毛足の長いカーペットから区別することができる等である。基本的に、本発明の目的のためには、摩擦抵抗要素が、基準軸の両側において掃除対象表面に対して異なる大きさの接触面を設けることで十分である。摩擦抵抗要素の両側に対して異なる大きさの抵抗力が作用することにより、床処理装置のドリフトを生じることが重要である。単一の摩擦抵抗要素に替えて、複数の摩擦抵抗要素を床処理装置に配置することもでき、それらの摩擦抵抗要素は全体として基準軸に対して非対称配置及び／又は非対称構成を有する。
【０００９】
摩擦抵抗要素が、処理対象表面の処理のための処理要素であること、特に基準軸に対して垂直方向に回転する掃除ローラであることが提示される。通常は既に床処理装置内に設置されている処理要素が、その本来の床処理機能に加え、同時に、床種類を識別するための検知装置の摩擦抵抗要素として機能する。処理要素は、例えば回転する掃除ローラとすることができ、それは周面上に剛毛要素又は布地の掃除パッドを有する。掃除ローラの周面又は摩擦抵抗要素全体の一部が、床処理装置が表面に置かれていない状態において、車輪により規定される起立面を超えて突出することによって、床処理装置が表面上に置かれた状態のとき、摩擦抵抗要素と表面との間に接触が生じる。例えば、掃除ローラの剛毛又はファイバーと、掃除対象表面のファイバーとの係合が生じる。その結果、例えば、カーペットを硬質床と区別することができる。好適には、床処理中に処理要素が回転し、その場合、車輪の回転方向への回転も、それとは反対方向への回転も可能である。
【００１０】
しかしながら、さらに、床処理装置上に不動に配置された摩擦抵抗要素も可能である。特に簡易型の場合、摩擦抵抗要素を、剛毛帯、シールリップ、又は、床処理装置のハウジング下方に突出する抵抗要素とすることができる。その抵抗要素は、専ら、基準軸に対して非対称な作用に基づいて床処理装置をドリフトさせる抵抗力を生じる目的のために機能する。
【００１１】
摩擦抵抗要素が、基準軸に対して垂直に配置されており、そして基準軸の一方の側における長さが基準軸の反対側における長さよりも長いことが提示される。特に簡易型の場合、摩擦抵抗要素が、回転軸の周りで回転する円筒形の掃除要素であり、基準軸と交差している。従って、摩擦抵抗要素において、基準軸に対し別々の側に延在する双方の部分領域の長さが異なっており、それにより掃除対象表面との接触によって異なる大きさの力を受けることになる。
【００１２】
さらに、床処理装置が制御及び評価装置を有し、それは、床種類を識別するために、同じ駆動力における２つの車輪の回転速度を互いに比較し、そして検知された回転速度の差を、床種類に依存する基準差と比較するように設定されている。上述した、床処理装置の抵抗依存性ドリフトは、駆動される車輪の回転速度の差を生じさせる。なぜなら、摩擦抵抗のより大きい側の車輪は、基準軸について反対側に配置された車輪よりも遅く回転するからである。この回転速度の差は、床処理装置のメモリに記憶された基準差と比較される。基準差はそれぞれ、床処理装置が走行する特定の床種類に特徴的なものである。例えば、カーペット床を走行中の回転速度の差は、硬質床を走行中の回転速度の差よりも大きい。計算された回転速度の差と基準差又は基準差範囲とが一致したならば、実際に走行している床種類を決定することができる。床種類の識別を用いて、その後、表面を最適に処理できるように、掃除の種類、例えば乾式であるか湿式であるか、機械的処理などを設定することができる。
【００１３】
さらに、検知装置が、摩擦抵抗要素の駆動モータに設けられた電流計測装置を有し、その場合、床処理装置の制御及び評価装置が、駆動モータの消費する電流を、床種類に依存する基準電流と比較するように設定されている。従って、その摩擦抵抗要素は、床処理装置のドリフトを生じさせるものと同じ摩擦抵抗要素とすることができる。しかしながらそれに替えて、別の摩擦抵抗要素とすることもできる。その摩擦抵抗要素は、床種類に依存する摩擦抵抗に応じて規定された電流を消費する駆動モータにより駆動される。もし硬質床の走行から開始して、例えば駆動モータの消費する電流が増大したならば、床処理装置は、現時点では硬質床を離れて、例えばカーペット床を走行していると結論付けられる。摩擦抵抗要素は、例えば床処理装置のサイドブラシとすることができ、それは回転するように装着されている。そのようなサイドブラシは、通常、主移動方向において床処理装置の前面に配置され、例えば吸引物を部屋の隅から床処理装置の吸引ダクトへ移送する役割を担う。サイドブラシは、掃除対象表面に直接接触する、例えば多数の剛毛の束からなる。床の特性に依存して、サイドブラシは異なる強さの摩擦を受ける。すなわち、硬質床では比較的小さい摩擦を受け、それに対しカーペット床では比較的大きい摩擦を受ける。サイドブラシの、又は摩擦抵抗要素全体の駆動モータは回転速度を制御されるので、摩擦が大きくなるほど、駆動モータの消費電流又は消費出力が増大することになる。この電流又は出力を、床種類に関係付けて評価することができる。同じ原理が、サイドブラシとして構成されていない別の摩擦抵抗要素、例えば床処理装置の回転するメインブラシに対しても同様に適用される。メインブラシは、通常、床処理装置の幅に亘って配置されたブラシであり、掃除対象表面の広範囲を処理する。
【００１４】
さらに、検知装置が、光源と受光器を具備する光の反射計測装置を有し、光源の発光方向が実質的に、車輪により規定される起立面の方に向いていることが提示される。検知装置は、摩擦抵抗要素に加え、床種類を識別するために光の反射計測装置も有する。反射計測装置は、例えば距離計測装置であり、それは、本来は段差を検知する役割を担う。光の反射計測装置の光源は、好適には、主移動方向に前方走行している床処理装置が例えば段差等に落ち込むことに対する保護のために、床処理装置の前面領域に配置されている。反射計測装置は、例えば赤外光源及び赤外光受光器を有することができる。光源の光は、探査対象の表面に照射され、そこで反射され、最終的に受光器に当たる。計測される表面の反射率に基づいて、表面の床種類を決定することができる。なぜなら、例えばカーペット床は硬質床（タイル床、木製床等）よりも小さい反射率を有するからである。。
【００１５】
上述した床処理装置に加えて、本発明は、床処理要素と、モータ駆動される少なくとも２つの車輪と、処理対象表面の床種類の識別のための検知装置とを有する自律走行可能な床処理装置の動作方法も同様に提示する。その方法は、床種類を識別するために、同じ駆動力における２つの車輪の回転速度が互いに比較され、検知された回転速度の差が、床種類に依存する基準差と比較されることを含む。床処理装置に関して既に記載したように、本方法は、処理対象表面の床種類が、床処理装置に対して非対称に作用する抵抗力の結果として生じるドリフトに応じて識別されることを含む。そのドリフトは、ここでは２つの車輪の回転速度の差によるものであり、回転速度の差が計測され、そして床種類に依存する基準差と比較されることができる。その他の点については、床処理装置に関して上述した特徴及び利点が適用される。
【００１６】
特に、摩擦抵抗要素の駆動モータの消費する電流を計測し、駆動モータの消費する電流が、床種類に依存する基準電流と比較されることも提示される。この実施形態によれば、本方法は、処理対象表面の種類の決定が、床処理装置のドリフトに基づくのみでなく、さらに、異なる床種類に対して調整される摩擦抵抗要素の駆動モータの電流又は出力の消費の変化に基づいても行われることを含む。
【００１７】
さらに、光源を用いて光が処理対象表面に照射され、表面から反射して受光器に戻ってきた光の成分が評価されることが提示される。計測された表面の反射率に基づいて、表面の種類を決定することができる。
【００１８】
最後に、識別された床種類に応じて床処理装置のファンの出力及び／又は床処理要素の回転速度を変化させること、及び／又は、識別された床種類の情報が床処理装置のデジタルの周囲環境マップに記憶されることを提示できる。特に表面の処理のための処理時間に関して、そして向上した掃除性能等に関して、特に処理対象表面の床種類に基づいた床処理装置のエネルギー管理を最適化することができる。さらに、識別後のカーペット床、タイル床、木製床等の正確な位置を、デジタルの周囲環境マップにマーク付けし、そしてこれらの情報を床処理装置の今後の処理サイクルにおいて用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による床処理装置の外観斜視図である。
【図２】図２は、床処理装置の底面図である。
【図３】図３は、床処理装置のドリフト動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施例を示した図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、ここでは掃除ロボットとして構成されている本発明による床処理装置１を示す。床処理装置１は、ここでは例えば木製床である表面上に配置されている。床処理装置１は、自律走行可能でありかつナビゲーション及び自己位置認識装置を有し、それを用いて空間内の方向付けが可能である。床処理装置１は、２つの車輪３、４（図２参照）と、ここではブラシローラとして構成された床処理要素２とを有する。床処理装置１は、一方では双方の車輪３、４により、そして他方では床処理要素２の接触面１３により、掃除対象表面上で支持される。その場合、床処理装置１の移動のための車輪３、４及び掃除を行うための床処理要素２の双方がモータ駆動される。床処理装置１は、車輪３、４の回転面により決まる主移動方向８を有する。床処理要素２は、主移動方向８に対して垂直に配置され、床処理装置２は回転軸１０の周りで回転する。
【００２１】
床処理装置１はさらに、同様にモータ駆動されるサイドブラシ１２を有し、それは特に部屋の隅及び部屋の境界を掃除するのに適している。さらに、床処理装置１は、距離計測装置１１を有し、ここでは例えば、床処理装置１の内部に配置された三角測量装置として構成されており、好適には３６０°の角度範囲における障害物を計測することができる。距離計測装置１１は、ナビゲーション及び自己位置認識装置の一部である。
【００２２】
図２は、床処理装置１の底面図を示す。さらにここでは、床処理装置１の下方に位置する表面までの距離を計測する役割を果たす２つの反射計測装置９を視ることができる。特に、この反射計測装置９は、例えば段差等の凹部への床処理装置１の落ち込みに対する保護のために適している。距離計測装置９は、光源及び受光器（双方とも図示せず）を有し、光源は処理対象表面である掃除対象表面に光線を照射する。この光線は、少なくとも部分的に表面により反射されるか又は散乱され、通常、ある割合で反射計測装置９の受光器に戻り、距離計測のために評価されることができる。距離計測装置９はさらに、処理対象表面の床種類を識別する役割を果たす。なぜなら、反射率に応じて床種類も推定できるからであり、例えば、カーペットは、タイル床や木製床等の硬質床よりも反射率が小さい。
【００２３】
床処理要素２、すなわちブラシローラは、ここでは同時に摩擦抵抗要素６である。摩擦抵抗要素６は、床処理装置１が処理対象表面上に載置された状態のとき、その接触面１３により処理対象表面に接触する。表面の床種類に応じて、すなわち、カーペット床であるか硬質床であるかに応じて、摩擦抵抗要素６は、床処理装置１の移動中に多かれ少なかれ表面に対する摩擦力を生じさせる。摩擦抵抗要素６は、床処理装置１の基準軸７に対して非対称に配置されている。基準軸７は、床処理装置１の主移動方向８に対して平行に向いており、かつ、基準軸７に垂直な方向に関しては、２つの車輪３、４の間の中央に配置されている。その結果、摩擦抵抗要素６は、基準軸７の一方の側においてより大きく延在し、その反対側よりも接触面１３がより大きい部分を有する。表面上での床処理装置１の移動中、床処理装置１の２つの半部において力の不均衡が生じる。なぜなら、床処理装置１の車輪３を有する半部に対して、車輪４を有する反対側の半部に対するよりも遙かに大きな摩擦力が作用するからである。その結果、床処理装置１は、それまで沿っていた主移動方向８から逸れて、処理対象表面に対する接触面１３のより大きな部分がある側にその方向を変える。ここでは、それは床処理装置１における車輪３が配置されている半部である。
【００２４】
図３は、前方移動中における床処理装置１のドリフトを示し、それは摩擦抵抗要素６の非対称配置により生じる。図３において右から主移動方向８に走行している床処理装置１が、摩擦抵抗要素６に作用する摩擦力により左に旋回することによって、それまで沿っていた主移動方向８から逸れる。摩擦力の作用により、駆動される車輪３、４の回転速度の差を生じ、ここでは摩擦抵抗要素６のより大きい部分を有する床処理装置１の半部にある車輪３が、もう一方の車輪４よりもその回転速度が小さくなる。この回転速度の差は、床処理装置１の制御及び評価装置５（図２参照）により計算され、そして、所定の床種類における特徴的な基準差と比較される。基準差は、例えば床処理装置１のメモリに記憶することができ、制御及び評価装置５はそれにアクセスすることができる。さらに、基準差を外部サーバのメモリに記憶することもでき、制御及び評価装置５は、無線通信を用いてそれにアクセスすることができる。基準差は、例えば差の範囲の形態で設けることもでき、それにより、計算された回転速度の差が所定の差の範囲内に含まれていれば一致と認定される。一致した場合、処理対象面の床種類を信頼性をもって決定することができる。
【００２５】
床種類の識別に応じて、その後、処理対象表面の目標とする処理を制御することができる。特に、床処理装置１の吸引ファンの出力や床処理要素２の回転速度等を具体的に適応させ得る等である。さらに、例えば床処理装置１のナビゲーションシステムによりアクセスされる周囲環境マップに対して、例えばカーペット等の特定の床種類の位置に関する情報を付与することもできる。
【００２６】
床種類の識別の信頼性をさらに高めるために、床種類を識別するためのさらに付加的な方法を提供することができる。このために、例えば上述した反射計測装置９を用いることができ、それは現在走行中の表面の反射を評価して既知の床種類と関係付ける。さらに、床処理要素２及び／又はサイドブラシ１２の駆動モータの電流消費を計測しかつ評価することもできる。
【００２７】
ここでは本発明を、吸引ロボットとして構成された床処理装置１に関して説明したが、床処理装置１は、原理的に、拭き掃除ロボット、組合せによる吸引拭き掃除装置等としてとして構成することもできる。さらに、床処理装置は、表面の掃除のみを行うものではなく、別の処理作業、例えば、磨き作業、削り作業、オイル拭き等を行うものとすることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  床処理装置
２  床処理要素
３  車輪
４  車輪
５  制御及び評価装置
６  摩擦抵抗要素
７  基準軸
８  主移動方向
９  反射計測装置
１０  回転軸
１１  距離計測装置
１２  サイドブラシ
１３  接触面
【図１】
2018122092.tif 000003
【図２】
2018122092.tif 000004
【図３】
2018122092.tif 000005