Роботизированная головка пылесоса

Ось поворота может быть виртуальной шарнирной осью, образованной рычажным механизмом, связывающим секцию колена с шасси, причем такая соединительная конструкция включает в себя по меньшей мере два соединительных элемента из четырехэлементной соединительной конструкции, включая саму секцию колена, и/или шасси. Если, кроме того, по крайней мере в одном положении рычажного механизма ось поворота оказывается ниже шасси, то при этом происходит особенно эффективное уменьшение или даже полное исключение опрокидывающего момента, поскольку линия действия реактивных сил трения, возникающих между полом и чистящей головкой, идет вдоль пола, то есть очень близко от оси поворота или даже пересекает эту ось, которая определяет линию, вдоль которой сила натяжения шлангового узла передается на чистящую головку. Далее, установкой опорного элемента под выходную концевую секцию воздуховода, которая поддерживала бы воздуховод относительно пола, возможность поворота воздуховода относительно шасси может быть ограничена. Это предпочтительно, чтобы таким образом удерживать воздуховод от достижения границ диапазона его поворота шарнирной оси, тем самым предотвращая передачу сколько-нибудь значительного момента от воздуховода на шасси.

Обеспечением прохождения оси разворота вплотную с осью вращения, относительно которой производится разворот шасси при изменении направления ее перемещения по поверхности пола, достигается уменьшение влияния сил, оказываемых шланговым узлом на чистящую головку, на направления перемещения чистящей головки или даже его полное исключение.

Особенно важное улучшение управляемости чистящей головки может быть достигнуто в такой ее конструкции, в которой система привода содержит по меньшей мере два элемента вращения, которые при их синхронном вращении обеспечивают перемещение чистящей головки в направлении движения, при этом по меньшей мере два элемента вращения отстоят друг от друга в поперечном направлении относительно направления перемещения, вправо и влево от центральной плоскости шасси, ориентированной в направлении перемещения, и в которой, кроме того, для управления чистящей головкой приводная система выполнена управляемой таким образом, что привод элементов вращения производится с различной устанавливаемой по выбору скоростью их вращения. Это особенно важно тем, что позволяет противодействовать ограничению эффективности управления или пропаданию ее вовсе, когда колеса, установленные с одной стороны шасси, испытывают пониженную нагрузку, а колеса, установленные с другой стороны, испытывают повышенную нагрузку, при этом различие между круговыми скоростями колес, расположенных по разные стороны чистящей головки, приводит к возникновению тенденции колес с пониженной нагрузкой к проскальзыванию.

Если входное отверстие воздуховода обращено наверх, и выполненный с возможностью поворота воздуховод присоединяется снизу к части воздушного канала, связанного с насадкой, то таким образом поворотный воздуховод может быть соединен - с сохранением возможности вращения - с неподвижным воздушным каналом, связанным с низко расположенной насадкой, чтобы тем самым сохранить малую величину моментов, возникающих в вертикальной плоскости и передаваемых через это поворотное соединение. Кроме того, с помощью рычажного механизма, установленного между воздуховодом и шасси, секция колена может быть простым образом соединена с шасси с возможностью поворота.

Варианты осуществления роботизированной головки пылесоса

На фиг. 1 показан автономный пылесос (2), состоящий из контейнерного модуля (3), роботизированной чистящей головки (1) и шлангового узла (4), связывающего контейнерный модуль (3) с роботизированной чистящей головкой (1).

В соответствии с настоящим примером, контейнерный модуль (3) является самодвижущимся и самоуправляемым, он содержит систему привода, собственно контейнерный модуль, источник питания, а также электрический вентилятор, предназначенный для создания энергии всасывания. Система привода контейнерного модуля (3) имеет два приводных колеса, расположенные в задних углах (на рисунке видно только одно колесо), а также два опорных колеса, расположенные рядом с местом подсоединения шлангового узла в передней части контейнерного модуля (3) (на рисунке видно только одно опорное колесо).

Чистящая головка (1) (подробно показанная на фиг. 2 и 3) также является самодвижущейся и самоуправляемой, что обусловлено системой привода, включающей систему управления (6), приводной узел (27) и колеса (18). Шланговый узел (4) связан с насадкой (8) чистящей головки (1) таким образом, что создаваемое контейнерным модулем (3) вакуумное разрежение передается на вход этой насадки (8). Чистящая головки (1) более подвижна, чем контейнерный модуль (3), и может проходить под большей частью объектов, таких как мебель или радиаторы. Контейнерный модуль (3), кроме того, оборудован датчиками, поставляющими информацию об окружении, а также системой управления, предназначенной для использования информации, поступающей от датчиков, для планирования маршрутов перемещения контейнерного модуля (3) и чистящей головки (1), а также для проводки контейнерного модуля (3) и чистящей головки (1) по этим маршрутам. Во время работы чистящая головки (1) более подвижна, чем контейнерный модуль (3), который по командам системы управления всегда держится в "радиусе досягаемости" чистящей головки (1), которая перемещается по полу в соответствии со схемой траектории вакуумной чистки. Досягаемость чистящей головки определяется длиной и мобильностью шлангового узла (4). Можно сделать так, чтобы приводной системой была оборудована только чистящая головка (1), которая будет затем с помощью шлангового узла (4) увлекать за собой контейнерный модуль (3).

Подача электроэнергии в автономную систему пылесоса может производиться с использованием перезаряжаемых батареек, топливных элементов или иных автономных источников энергии, а также через бытовую электросеть.

Приводной узел (27) чистящей головки (1) включает в себя электродвигатель (на фиг. не показан), связанный с колесами (18) через трансмиссию, муфты сцепления и тормоза, что позволяет производить выборочное включение и торможение колес (18) по командам системы управления (6). Четыре приводных колеса (18) приводной системы чистящей головки (1) при их синхронном вращении обеспечивают перемещение чистящей головки (1) в направлении движения по стрелке (29). Эти колеса (18) приводной системы разнесены в поперечном направлении относительно направления перемещения, вправо и влево от центральной плоскости (28) шасси (5). Узел привода (27) управляет перемещением чистящей головки (1) с возможностью вращения колес (18) с различной скоростью. Изменение направления перемещения может производиться вращением колес (18), установленных по разные стороны относительно центральной плоскости (28) шасси (5), с различной скоростью, временной блокировкой колес, установленных с одной стороны, и даже вращением колес, установленных по разным сторонам шасси, в противоположном направлении.

Вместо колес или в дополнение к ним система привода может включать и иные элементы перемещения, например гусеницы. Более того, вместо всех этих приводимых во вращение элементов перемещения приводными могут быть только некоторые из них, в то время как другие могут быть только управляемыми.

С передней стороны шасси (5) установлена вакуумная чистящая насадка (8) чистящей головки (1). Эта чистящая насадка (8) ограничивает воздушный канал (30), проходящий через нее. Чистящая насадка (8) через патрубок (31) соединена с воздуховодом (9), по которому воздух, прошедший через воздушный канал (30), поступает в шланговый узел (4). Воздуховод (9) подвешен с возможностью поворотов относительно обычно вертикальной оси вращения (10), "приспосабливаясь" к изменению направления (29) перемещения чистящей головки (1), а также к изменению относительного положения чистящей головки (1) и контейнерного модуля (3) по мере ее возвратно-поступательных перемещений при чистке поверхности пола. Пунктирной линией на фиг. 2 показана различная ориентация шасси (5) и чистящей насадки (8) относительно шлангового узла (4) вследствие изменения направления (29) перемещения чистящей головки.

Шланговый узел (4) может включать в себя провода для подачи электропитания чистящей головке (1), а также соединительные провода для связи чистящей головки с контейнерным модулем (3).

Воздуховод (9) имеет входное отверстие (11), расположенное сверху шасси (5), секцию (12) колена, проходящую после по потоку входного отверстия (11), секцию (13) вылета, идущую прямолинейно от секции (12) колена до расположенной за ним выходной концевой секции (14). Входное отверстие (11), предпочтительно, соосно с осью вращения (10).

Поскольку воздуховод (9), к которому подсоединен шланговый узел (4), подвижен относительно оси вращения (10), то тем самым возникновение со стороны шлангового узла (4) каких-либо значительных моментов вращения, оказывающих воздействие на чистящую головку (1), а значит и на направление ее перемещения, исключено.

Кроме того, в настоящем примере горизонтальная проекция воздуховода (9) выходит за контуры шасси (5), а также приводной системы (6, 18, 27) при любой ориентации воздуховода (9). Это исключает такое положение воздуховода (9) и шлангового узла (4) при их разворотах относительно шасси (5) и приводной системы (6, 18, 27), которое могло бы привести к столкновению шлангового узла (4) или воздуховода (9) с шасси(5), с колесами (18) или с какими-либо иными частями приводной системы. В настоящем примере горизонтальная проекция воздуховода (9) при его развороте в такое положение, когда он оказывается впереди чистящей насадки (8), находится за пределами контура этой чистящей насадки, а это значит, что воздуховод может разворачиваться в такие положения, при которых он оказывается впереди чистящей насадки (8), без касания шланговым узлом (4) этой чистящей насадки (8).

Ось вращения (10) ориентирована по существу перпендикулярно поверхности (7) пола помещения, на которую опирается чистящая головка (1) (то есть, во время работы пылесоса эта ось по существу вертикальна), так что воздуховод (9) разворачивается относительно оси по существу в горизонтальной плоскости, и под действием силы тяжести воздуховод (9) не будет стремиться занять самое нижнее положение. Кроме того, когда шасси (5) при своем перемещении по полу изменяет направление и при этом оказывается между осями вращения колес (18), ось вращения (10) вплотную приближается к оси вращения вращательных элементов, создающих перемещение. Таким образом, силы, воздействующие на чистящую головку (1) со стороны шлангового узла (4), не оказывают никакого или почти никакого влияния на направление перемещения чистящей головки (1).

Как хорошо видно на фиг. 3, воздуховод (9) подвешен и имеет такую форму, что во время работы пылесоса линия (15) действия силы натяжения (20) шлангового узла (4) на чистящую головку (1) через воздуховод (9) проходит ниже дальнего конца секции (12) колена воздуховода (9).

Сила натяжения (20), воздействующая на чистящую головку (1), вызывает реактивную силу в противоположном направлении, проявляющуюся в виде трения между чистящей головкой (1) и полом. Линия действия этой силы проходит на уровне пола. Соответственно, сила натяжения (20) и сила трения приводят к возникновению опрокидывающего момента, воздействующего на чистящую головку (1). Поскольку линия (15), вдоль которой сила натяжения (20) гибкого шлангового узла (4) передается на чистящую головку (1), проходит под дальним концом секции (12) колена воздуховода (9), на расстоянии от него, эта линия идет вдоль точек, в которых чистящая головка (1) касается пола (7) на уровне, более низком, чем дальний конец секции (12) колена воздуховода, вдоль которого линия действия силы шла бы в том случае, если бы шланговый узел был бы непосредственно связан с секцией (12) колена, как это обычно и делается в поворотных соединениях шлангового узла пылесоса. Вследствие низкого расположения линии (15) опрокидывающий момент, обусловленный силой натяжения (20) и ответными на нее силами трения, значительно уменьшен. Уменьшенный опрокидывающий момент, в свою очередь, приводит к уменьшению "уменьшения нагрузки" на колеса (18"), расположенные со стороны чистящей головки (1), противоположной той, в сторону которой направлен воздуховод (9), вызываемой этим опрокидывающим моментом. Соответственно уменьшается и отрицательное влияние такого "уменьшения нагрузки" на управляемость чистящей головки (1).

Действующий на чистящую головку (1) опрокидывающий момент проявляется особенно негативно в том случае, когда основное воздействие силы натяжения (20) шлангового узла направлено поперек направления перемещения чистящей головки, как показано на фиг.3. Различное сцепление чистящей головки (1) с полом по разным ее сторонам отрицательно сказывается на способности системы привода вести чистящую головку (1) вдоль предопределенного пути, особенно по мягкому полу, например, покрытому ковром с высоким ворсом. Это особенно важно, если - как в настоящем примере - изменение направления перемещения выполняется выборочным принуждением колес (18') одной из боковых сторон чистящей головки (1) к вращению со скоростью, отличной от скорости вращения колес (18"), расположенных с другой стороны чистящей головки (1). Когда, например, колеса (18"), расположенные с одной стороны, испытывают пониженную нагрузку, а колеса (18'), расположенные с другой стороны, испытывают повышенную нагрузку, различие между круговыми скоростями колес, расположенных по разные стороны чистящей головки, будет способствовать возникновению тенденции колес (18") с пониженной нагрузкой к проскальзыванию, что приводит или к снижению эффективности управления, или к пропаданию ее вовсе.

Подобный же отрицательный эффект, связанный с уменьшением нагрузки по внешней стороне и увеличением нагрузки по противоположной стороне вследствие возникновения опрокидывающего момента, наблюдается и в остальных вращающихся элементах, установленных вместо колес, например, в гусеницах.

Однако, если управление выполняется изменением ориентации приводных колес или иных управляемых элементов, то "боковая" нагрузка или ее уменьшение отрицательно сказывается на точности управления, если на пути перемещения встречается препятствие, которое необходимо преодолеть, например порог, край ковра или кабель питания. Кроме того, особенно в таких чистящих головках, их дополнительная нагрузка или уменьшение нагрузки в направлении "вперед-назад", что приводит к увеличению нагрузки на ее переднюю часть и к уменьшению нагрузки на ее заднюю часть или наоборот, отрицательно влияет на точность управления, поскольку задняя или передняя часть чистящей головки при этом относительно легко соскальзывает в сторону.

В примере, показанном на фиг. 3, воздуховод (9) содержит расположенную за по потоку секцией (13) вылета выходную секцию (14) и по меньшей мере частично проходит в горизонтальном направлении снаружи шасси (5) и приводной системы (6, 18, 27), спускаясь затем относительно секции (13) вылета вниз. В рабочем состоянии самая нижняя часть выходной секции (14) воздуховода находится на уровне, более низком, чем верхняя часть шасси (5), приводная система (6, 18, 27) и чистящая насадка (8). Таким образом, линия (15), по которой производится передача силы натяжения (20) шлангового узла (4) на чистящую головку (1), образована самым простым конструктивным образом.

Более того, поскольку шланговый узел (4) присоединяется к воздуховоду (9) в непосредственной близости от пола (7), то к воздуховоду (9) от пола (7) идет лишь относительно короткая часть шлангового узла (4), то есть воздуховод (9) несет на себе лишь относительно малую часть веса шлангового узла (4). Соответственно, составляющая веса шлангового узла, несомого воздуховодом (9), в (нежелательном) возникновении обусловленного опрокидывающим моментом уменьшения нагрузки на колеса (18"), расположенные с той стороны чистящей головки (1), которая направлена от воздуховода (9), относительно мала.

Воздуховод (9) является относительно жесткой конструкцией, например, существенно более жесткой, чем гибкий шланговый узел (4) пылесоса. Так что во время работы его выходная секция (14) остается на относительно постоянном уровне чуть выше поверхности пола (7) независимо от нагрузок, которые он испытывает на практике. Поскольку, кроме того, воздуховод (9) имеет возможность вращения только относительно оси вращения (10), противомомент, возникающий в противоположном направлении относительно опрокидывающего момента, воздействующий со стороны выходной секции (14) воздуховода (9) на секцию вылета (13) при передаче на нее через выходную секцию (14) силы натяжения шлангового узла, эффективно передается от воздуховода (9) на шасси (5), тем самым вызывая понижение эффективного положения этой линии (15) передачи натяжения.

На фиг.4 показан альтернативный вариант чистящей головки (101) в соответствии с настоящим изобретением, в котором секция (112) колена подвешена с возможностью поворота относительно шасси (105) вокруг оси (116) поворота, обычно перпендикулярной оси вращения (110) и проходящей под дальним концом секции (112) колена, на удалении от него, в направлении, поперечном линии (115) передачи натяжения шлангового узла. Секция вылета (113) идет радиально относительно оси вращения (110) и в поперечном направлении относительно оси (116) поворота между секцией (112) колена и выходной концевой частью (114), идущей за секцией (113) вылета.

Поскольку во время работы воздуховод (109) поворота относительно шасси (105) вокруг оси (116) поворота, которая расположена в общей горизонтальной плоскости и пересекает линию (115) силы, действующей со стороны шлангового узла (104) на шасси (105), то пока воздуховод (9) находится в том диапазоне, в котором он имеет возможность свободного перемещения относительно оси (116) поворота (пренебрегая слабым моментом трения), никакой момент относительно оси (116) поворота от воздуховода (109) к чистящей головке (101) передаваться не может. Соответственно, линия (115), вдоль которой со стороны шлангового узла (104) на чистящую головку (101) передается сила натяжения (120), будет пересекать ось (116) поворота, проходящую под дальним концом секции (112) колена на удалении от него.

Подвеска воздуховода (109) к шасси (105) и подсоединение его к ней, предпочтительно, выполнено таким образом, что ось (116) поворота может разворачиваться вместе с перемещением воздуховода (109), оставаясь при этом по существу перпендикулярной линии (115) действия силы натяжения, если воздуховод (109) повернут.

Кроме того, вследствие поворота воздуховода (109) вес части шлангового узла (104), не касающейся пола (107), не приводит к возникновению воздействующего на шасси (105) опрокидывающего момента.

В соответствии с этим примером ось (116) поворота является виртуальной осью вращения, определенной конструкцией (117), связывающей секцию (112) колена с шасси (105). Виртуальная ось (116) поворота проходит под шасси (105) и совпадает с поверхностью пола (107), так что линия (115), вдоль которой со стороны шлангового узла на чистящую головку (101) передается сила натяжения, проходит вдоль пола (107). Поскольку линия действия реактивных сил трения, возникающих между полом (107) и чистящей головкой (1), также проходит вдоль пола (107), то при этом не создается никакого значительного опрокидывающего момента. Предпочтительно, чтобы ось вращения была расположена на расстоянии менее 2 см от пола, более предпочтительно, чтобы она была к нему ближе 1 см.

В данном примере конструкция, связывающая секцию (112) колена с шасси (105), включает две пары соединительных элементов (135), (136) из четырехэлементного рычажного механизма, а остальные пары элементов образуются самой секцией (112) колена и шасси (105). Здесь возможно также использование и других соединительных элементов, например, сферического механизма скольжении или устройства на подшипниках.

На выходной концевой части (114) воздуховода (109) установлено опорное колесо (124), удерживающее воздуховод (109) на поверхности (107) пола и уменьшающее трение между воздуховодом (109) и поверхностью (107) пола. Опора, обеспечиваемая этим опорным колесом (124), ограничивает возможность разворотов воздуховода (109) относительно шасси (105) и, соответственно, диапазон перемещения конструкции (117). Это полезно, поскольку воздуховод (109) при этом не достигает границ диапазона разворота вокруг оси вращения, и тем самым предотвращается передача момента относительно оси (116) поворота от воздуховода (109) на шасси (105). Как вариант, вместо опорного колеса (124) может использоваться опора иного вида, например опора скольжения, а сама опора может быть установлена на шланговому узле, предпочтительно, как можно ближе к воздуховоду.

Входной конец (111) воздуховода (109) обращен наверх, и через него воздуховод (109), выполненный с возможностью поворотов, присоединяется снизу к части (125) воздушного канала, связанного с насадкой (108). Этот механизм, таким образом, позволяет присоединить поворотный воздуховод (109) с сохранением возможности его вращения, к неподвижной части (125) воздушного канала, связанного с низко расположенной насадкой (108), чтобы тем самым сохранить величину моментов, возникающих в вертикальной плоскости и передающихся через это поворотное соединение, на низком уровне. Кроме того, такое решение позволяет выполнить поворотное соединение между секцией (112) колена и шасси (105) простым образом, с использованием установленного между воздуховодом (109) и шасси (105) рычажного механизма (117). Часть (125) воздушного канала, к которому подсоединен воздуховод (109), связывается с насадкой (108) гибким каналом (126), при этом обеспечивается соединение между шарнирно поворотной частью (125) воздушного канала и неподвижной насадкой (108).

Роботизированная чистящая головка, предназначенная для использования как часть автономной системы пылесоса, содержащей контейнерный модуль и шланговый узел, соединяющую чистящую головку с контейнерным модулем. Чистящая головка имеет шасси, систему привода, вакуумную чистящую насадку и воздуховод. Воздуховод связан с областью всасывания воздуха, ограниченной чистящей насадкой. Он подвешен с возможностью разворота относительно оси вращения и содержит расположенный в верхней части вышеуказанной шасси входной торец, а также идущую за входным торцом часть секции колена, а, кроме того, воздуховод подвешен и сконфигурирован таким образом, что линия направления силы натяжения, воздействующей со стороны шлангового узла через воздуховод на шасси, к которой эта шланговый узел подсоединена, проходит под дальним концом секции колена воздуховода, на удалении от него.

Из всего вышеизложенного лицу, сведущему в данной области, ясно, что в рамках объема изобретения, определенного пунктами формулы изобретения, возможны также и многие другие варианты его исполнения, отличные от вышеописанных примеров. Например, возможно использование чистящей головки в соответствии с настоящим изобретением в комбинации со стационарным контейнерным модулем. Такой стационарный контейнерный модуль может быть - через сеть воздуховодов, встроенных в стену, в пол и/или в потолок здания, - связан с установленными в комнатах и вмонтированными в стены разъемами. Чистящая головка через относительно длинный шланговый узел пылесоса также может быть подключена к одному из этих вмонтированных в стены разъемов. Шланговый узел, предпочтительно, должен быть достаточно длинным для того, чтобы чистящая головка могла автономно произвести чистку по крайней мере существенной части помещения.

Кроме того, воздуховод может быть образован из нескольких частей, например секция колена, секция вылета и выходная часть могут представлять собой отдельные трубчатые элементы, при сборке которых и образуется воздуховод. Как вариант, воздуховод может быть образован как единый гнутый трубчатый элемент.

После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения лицами, сведущими в данной области и работающими с системами, подобными заявленному изобретению, могут быть придуманы и осуществлены иные модификации описанных здесь вариантов исполнения. В формуле изобретения слово "содержит" не исключает иные элементы или шаги. Тот простой факт, что некоторые величины упоминаются в разных, взаимно независимых один от другого пунктах формулы изобретения, не означает ограничение на совместное, дающее эффект использование этих величин. Какие-либо ссылки, присутствующие в пунктах формулы изобретения, не следует рассматривать как ограничивающие объем патентных притязаний.

На изобретение выдан Патент Российской Федерации RU2443388
Автор: Сплинтер Александр П.

Разместил статью: admin
Дата публикации:  19-07-2013, 17:37

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!