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Dokumentenidentifikation DE19959440A1 28.06.2001
Titel Verfahrbarer Wagen, insbesondere Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschine
Anmelder Georg Hefter Maschinenbau, 83209 Prien, DE
Erfinder Hefter, Christian, Dipl.-Ing. (FH), 83209 Prien, DE
Vertreter Andrae Flach Haug, 83022 Rosenheim
DE-Anmeldedatum 09.12.1999
DE-Aktenzeichen 19959440
Offenlegungstag 28.06.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.06.2001
IPC-Hauptklasse A47L 11/40
IPC additional class // G01B 21/00  
Zusammenfassung Ein verbesserter verfahrbarer Wagen, insbesondere in Form eines Arbeits- oder Reinigungsgerätes eignet sich insbesondere zum selbsttätigen Verfahren vor allem dadurch, dass zumindest eine Sensoreinrichtung (13, 17) vorgesehen ist, die mit dem zumindest einen lenkbaren Laufrad (7) und/oder einer verschwenkbaren Bodenbearbeitungs- oder Reinigungseinheit bzw. -kopf (3) zumindest relativ mitverschenkbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen verfahrbaren Wagen, insbesondere Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Reinigungsmaschinen sind beispielsweise aus der vorveröffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 98/43527, veröffentlicht am 8. Oktober 1998, hinlänglich bekannt.

Die eigentlichen, der Bodenreinigung dienenden Einrichtungen und Komponenten können dabei aus einer oder beispielsweise zwei zusammenwirkenden, um eine Horizontalachse drehenden Borstenwalzen, aus einem umlaufenden Bürstenband oder beispielsweise aus einer oder mehreren zusammenwirkenden, um zumindest annähernd vertikale Achsen drehende Tellerbürsten oder aus Kombinationen vorstehender Einrichtungen oder dergleichen bestehen.

Darüber hinaus sind auch schon selbstfahrende Arbeitsmaschinen und Reinigungsvorrichtungen bekannt geworden, die über entsprechende Sensoreinrichtungen verfügen. Derartige Sensoreinrichtungen können beispielsweise aus optischen Sensoreinrichtungen unter Verwendung eines Laserstrahls zum Abtasten (beispielsweise in der Horizontalebene) und/oder aus Ultraschallsensoren, Radarsensoren oder dergleichen bestehen. Insbesondere in der heutigen Zeit könnten sogar Sensoren basierend auf einer Kamera mit einem Siliziumchip zur Auswertung des aufgenommenen Bildes verwendet werden.

Um eine entsprechende gute Abtastung des Umfeldes und im Hinblick auf bestehende Hindernisse vornehmen zu können, ist bereits an einem vorbekannten Arbeitsgerät vorgeschlagen worden, insgesamt 96 Sensoren an unterschiedlichsten Stellen anzubringen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein verbessertes Sensorsystem zu schaffen, welches effizient und wirksam arbeitet und dabei kostengünstig aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorzugsweise mit einem Roboter vergleichbare, vorzugsweise selbsttätig und somit automatisch verfahrbare Wagen, insbesondere in Form einer Arbeits- oder Reinigungsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest in Abhängigkeit einer Kurvenfahrt oder einer Verschwenkung einer auf dem Fahrzeug vorgesehenen Betätigungs-, Arbeits- oder Reinigungseinheit, vorzugsweise in Form eines Arbeits- oder Reinigungskopfes, die zumindest eine Sensoreinrichtung zumindest relativ in gleicher Richtung mit verschwenkt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Verschwenkvorgang in unmittelbarer Kopplung zum Winkeleinschlag der Fahrtrichtung oder der Verdrehung des Arbeits- oder Reinigungskopfes erfolgen.

Dadurch lässt sich der wesentliche Vorteil realisieren, dass durch die mitschwenkenden Navigationseinrichtungen ein wesentlich größerer Umfeldbereich erfasst werden kann, und zwar immer ausgerichtet auf den entscheidungserheblichen Bereich, in welchem eine Bewegung erfolgt. Dadurch kann die Anzahl der ansonsten benötigten Sensoreinrichtungen von der Anzahl her und damit auch von der Kostenseite her drastisch reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei zumindest eine Sensoreinrichtung, beispielsweise ein Lasersensor in Bodennähe, insbesondere in Höhe der Laufräder oder geringfügig darüber, beispielsweise bis etwa in Höhe eines Chassis oder Bodens der Arbeitseinrichtung oder der Reinigungsmaschine vorgesehen. Dabei kann es sich um einen in einem horizontalen Winkelbereich selbsttätig arbeitenden, das Umfeld abtastenden, Laserscanner handeln. Obgleich dieser Sensor z. B. in Form eines Laserscanners bereits bei Geradeausfahrt das Umfeld in einem Weitwinkelbereich von links nach rechts (in der Regel symmetrisch zur Mittellängsachse) abtastet, bietet die erfindungsgemäße Lösung erhebliche Vorteile. Der erfindungsgemäße Vorteil zeigt sich vor allem bei Kurvenfahrt oder starker Verschwenkung des Arbeits- oder Reinigungskopfes, da erfindungsgemäß hier eine Mitverschwenkung des Sensors erfolgt. Dadurch kann von vornherein das abgetastete Sensorfeld vergleichsweise klein gestaltet und sogar gewisse seitliche Totwinkel vorgesehen sein, da beispielsweise bei einer Linksfahrt dann der überwachte und gescannte Bereich mit nach links verschwenkt wird, also die ansonsten bei Geradeausfahrt seitlich liegenden Totzonen mit abgedeckt werden.

Alternativ oder ergänzend ist erfindungsgemäß zumindest eine oder vorzugsweise mehrere höherliegende Sensoreinrichtungen vorgesehen, die beispielsweise vor der Verkleidung des selbsttätig verfahrbaren Wagens oder der Reinigungseinrichtung angeordnet ist. Es kann sich hierbei um einen baum- oder säulenartigen Aufbau handeln, der mit der Lenk- oder Verschwenkeinrichtung des Lenkmechanismus und/oder des verschwenkbaren Arbeits- oder Reinigungskopfes gekoppelt ist. Bei einem Verschwenken des Arbeits- oder Reinigungskopfes kann auch diese Sensoreinrichtung, d. h. zum Beispiel die Sensorsäule mit verschwenkt und jeweils in Laufrichtung ausgerichtet werden.

In einer weiteren Abwandlung der Erfindung kann diese höherliegende Sensoreinrichtung aber auch unterhalb einer Verkleidung des selbsttätig verfahrbaren Arbeits- oder Reinigungsgerätes angeordnet sein, wenn zumindest Teile der Abdeckung, hinter der die entscheidungserheblichen Sensoreinrichtungen sitzen, für diese Sensoreinrichtung quasi "durchsichtig" sind oder an entsprechenden Stellen Fensterdurchlassöffnungen vorgesehen sind. Wichtig ist nur, dass in einem ausreichenden Winkelbereich auch unterhalb einer derartigen Verkleidung des Arbeits- oder Reinigungsgerätes die entsprechenden Sensoreinrichtungen mitverschwenkt werden können.

Die Erfindung wird vor allem für den Fall einer vorzugsweise selbstfahrenden Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschine beschrieben. Die Erfindung kann aber gleichermaßen für jedes verfahrbare Fahrzeug angewendet werden, insbesondere auch ein selbstfahrbares Fahrzeug. Darunter können beispielsweise auch Rasenmäher fallen, automatisch verfahrbare Rasensprenganlagen, Agrarmaschinen, Straßenreinigungs- oder Bearbeitungsmaschinen, Schneepflugfahrzeuge etc. Eine Begrenzung auf bestimmte verfahrbare Fahrzeuge oder Arbeits- oder Reinigungsmaschinen ist nicht gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische vereinfachte Darstellung eines Reinigungsgerätes mit einer erfindungsgemäßen mit verschwenkbaren Sensoreinrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine zu Fig. 3 entsprechende Draufsicht, jedoch nicht bei Geradeausfahrt, sondern bei Linkskurven-Fahrt; und

Fig. 5 eine auszugsweise schematische Seitendarstellung zur Erläuterung, dass die Sensoreinrichtung und der Sensorbaum auch als taktiles Sensorelement ausgebildet und/oder ein zusätzliches Sensorelement, insbesondere taktiles Sensorelement, vorgesehen sein kann, um den Boden abzutasten.

In Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele eines Bodenbearbeitungs- bzw. Bodenreinigungsgerätes gezeigt, welches von seinem Grundaufbau her dem aus der vorveröffentlichten internationalen PCT-Anmeldung WO 98/43527 bekannten Bodenreinigungsmaschine entspricht. Eine derartig aufgebaute Bodenreinigungsmaschine weist einen Bearbeitungskopf 3 auf, der um eine vertikale Achse herum verschwenkbar ist, wobei der Reinigungskopf ferner über eine mit verschwenkbare Laufrolle 5 gemeinsam um die vertikale Verschwenkachse verschwenkbar ist. Bevorzugt liegt die vertikale Verschwenkachse versetzt zum vertikalen Durchmesser durch die mitverschwenkbare Laufrolle. Bezüglich Aufbau und Funktionsweise eines derartigen Reinigungsgerätes wird auf die vorstehend genannte Vorveröffentlichung WO 98/43527 in vollem Umfang verwiesen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Soweit Funktion und Aufbau in dieser Vorveröffentlichung beschrieben sind, kann im vorliegenden hierauf verzichtet werden.

Um beispielsweise ein aus der vorstehend genannten Veröffentlichung bekanntes Bodenbearbeitungsgerät als selbsttätig laufenden Automaten auszugestalten, kann nunmehr eine entsprechende Elektrik und Elektronik vorgesehen sein, die das Bodenbearbeitungsgerät entsprechend einer vorgegebenen Bahn oder Bahnbereich entsprechend verfährt.

Ein derartiges automatisches und selbsttätig verfahrbares Bodenbearbeitungsgerät ist in der Praxis aber nur dann sinnvoll einsetzbar, wenn es auf Hindernisse im Reinigungsbereich eigenständig reagieren kann. Dies erfordert zunächst die Erkennung derartiger Hindernisse. Derartige Hindernisse können beispielsweise durch sich im Reinigungsbereich aufhaltende Personen gegeben sein oder durch Gegenstände, die beispielsweise neu aufgestellt, an anderer Stelle aufgestellt oder verschoben wurden etc.

Um derartige Hindernisse bzw. die Begrenzung der Bearbeitungs- oder Reinigungsfläche stets selbsttätig zu überwachen und elektronisch auswerten zu können, umfasst das Bodenbearbeitungsgerät gemäß den Fig. 1 bis 4 eine erste untere Sensoreinrichtung 13, die beispielsweise aus einem Laserscanner bestehen kann.

In den Figuren ist dabei zum einen die Sensoreinrichtung 13 sowie ein zugehöriges Abtastfeld 15 gezeigt, längs welchem der Laserstrahl permanent und automatisch durch den Laserscanner hin- und herbewegt wird. Innerhalb dieses Feldes kann in einem bestimmten Abstandsrahmen vom eigentlichen Sensor 13 aus durch Auswertung von Reflektionslicht erkannt werden, ob sich in diesem Bereich Hindernisse befinden.

Genauso gut kann es sich aber auch um eine andere Sensoreinrichtung handeln, beispielsweise ein Sensor auf Basis eines Radargerätes, eines Infrarotgerätes, Ultraschallsensoren etc. Möglich ist aber auch der Einsatz einer Kamera, um ein entsprechendes aufgefangenes optisches Bild durch heute bereits bekannte und mögliche elektronische Auswertmethoden zu analysieren und auf das Vorhandensein von Begrenzungen oder Hindernissen zu überprüfen und in Abhängigkeit davon die Weiterfahrt, die Geradeaus- oder Kurvenfahrt der selbsttätig verfahrbaren Reinigungsmaschine zu verändern oder zumindest zu beeinflussen.

Ferner ist eine zweite Sensoreinrichtung 17 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel oberhalb der ersten Sensoreinrichtung 13 angeordnet ist. Die zweite Sensoreinrichtung umfasst einen säulenartigen Aufbau mit einer Vielzahl dort ausgebildeter und beispielsweise übereinander an den gegenüberliegenden Seitenbereichen 19 und im Frontbereich 21 sitzenden Sensoreinrichtungen 23, beispielsweise in Form von Ultraschallsensoreinrichtungen 23.

Während die erste Sensoreinrichtung bevorzugt unmittelbar oberhalb des Bodenbereiches, beispielsweise in Höhe der Laufräder 5 und 7 oder beispielsweise bis zur Höhe des Chassis 25 der Arbeits- oder Bodenbearbeitungsmaschine liegend angeordnet ist, so ist die sogenannte zweite Sensoreinrichtung 17 bevorzugt oberhalb des Chassis 25, also oberhalb der Bodenfläche, im gezeigten Ausführungsbeispiel oberhalb der Laufräder 7, angeordnet und erstreckt sich dort bei Geradeausfahrt in der Mittellängssymmetrieebene, wobei die mehreren frontseitig und an den gegenüberliegenden Seiten 19 angeordneten Sensoren 13 mehr oder weniger stark vertikal übereinanderliegend angeordnet sind, im gezeigten Ausführungsbeispiel an einer Art Sensorsäule 27.

Diese Sensorsäule 27 ist mit dem Bearbeitungs- oder Reinigungskopf ebenfalls wieder mit verschwenkbar fest verbunden, im gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar auf der ersten Sensoreinrichtung 13 aufbauend montiert, so dass die erste und zweite Sensoreinrichtung bei entsprechender Kurvenfahrt bzw. Verschwenkung des Arbeits- bzw. Reinigungskopfes 3 selbsttätig in Reinigungs- und Fahrtrichtung ausgerichtet werden.

Der Gesamtaufbau ist also derart, dass mittels einer unterhalb des Chassis 25 angeordneten vertikalen Verschwenkachse der Arbeits- oder Bodenbearbeitungskopf 3 von links nach rechts verschwenkbar ist, wobei dieser Verschwenkkopf bei Geradeausfahrt bis über die vordere Begrenzung 29 (Fig. 2) übersteht und die erwähnte zweite Sensoreinrichtung 17 an diesem überstehenden Sensortragabschnitt 31gehalten und montiert ist. Die Anordnung einschließlich der frontseitigen Gehäuseabdeckung 33 des Bodenbearbeitungsgerätes ist derart, dass auch bei Seitenverschwenkung diese zweite Sensoreinrichtung 17 beispielsweise in Form der Sensorsäule 27 nicht mit der Gehäuseabdeckung 33 kollidieren kann.

Bei der Draufsicht gemäß Fig. 4 ist bei entsprechender Verschwenkbewegung nach links die gleichzeitige Mitverschwenkung der ersten Sensoreinrichtung 13 mit der entsprechenden Ausrichtung des Abtastfeldes 15 und die gemeinsame Mitverschwenkung der an der Sensorsäule 27 ausgebildeten zweiten Sensoreinrichtung 17 ersichtlich.

Da durch diese technische Maßnahme stets der entscheidungserhebliche Bereich abgetastet und ausgewertet wird, kann gegenüber herkömmlichen Sensoreinrichtungen die Zahl der einzelnen Sensorelemente drastisch reduziert werden.

Fig. 5 entspricht der Seitendarstellung nach Fig. 4. Bei Fig. 5 ist ferner noch vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung 13, 17 insgesamt als taktiles Sensorelement 41 wirkt. Fährt mit anderen Worten der verfahrbare Wagen, beispielsweise in Form der erläuterten Bodenreinigungsmaschine, an einen Gegenstand an, der beispielsweise auch oberhalb des Bodens in Richtung Maschine vorragt, kann entweder der nach oben hin vorstehende Sensorbaum in Form der zweiten Sensoreinrichtung 17 oder aber auch die untenliegende erste Sensoreinrichtung 13 bei Berührung mit dem betreffenden Gegenstand - da beide Einheiten gemeinsam oder getrennt als taktile Sensoreinrichtungen 41 ausgebildet sind - ein entsprechendes Signal auslösen, um die weiteren Vorwärtsfahrt zu stoppen und bei Bedarf beispielsweise wieder ein Stück rückwärts und dann seitlich weiterzufahren, insbesondere dann, wenn es sich um eine selbstverfahrbare Fahreinrichtung handelt.

Alternativ oder ergänzend kann auch noch eine weitere Sensoreinrichtung 141, insbesondere in Form einer taktilen Sensoreinrichtung 141', vorgesehen sein, die im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 aus einer nach vorne und unten vorstehenden stabförmigen Tasteinrichtung 45 besteht, die unten mit einer Rolle oder nach einem entgegen der Fahrtrichtung umgelegten Tastabschnitt 45' versehen ist. Fährt die erläuterte Fahreinrichtung, beispielsweise in Form einer Bodenreinigungsmaschine, auf eine auf einem Stockwerk in Richtung nach unten verlaufende Treppe zu, so würde diese Boden-Sensoreinrichtung 141, insbesondere in Form einer taktilen Sensoreinrichtung 141, sofort erkennen, dass die Bodenfläche an einer Stufe oder einem Abgrund endet und das Fahrzeug stillsetzen bzw. eine Richtungsumkehr zur Seite hin oder nach rückwärts hin oder eine entsprechend überlagerte Bewegung bei Bedarf iniziieren. Dadurch kann also das Fahrzeug vor einem Absturz z. B. bei Treppen oder Rampen geschützt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahrbarer Wagen, insbesondere Arbeits- oder Bodenreinigungsmaschine, mit zumindest einem verschwenkbaren Rad bzw. einer verschwenkbaren Laufrolle (5) und/oder einer verschwenkbaren Betätigungs-, Arbeits- oder Reinigungseinheit bzw. -kopf (3) sowie zumindest einer Sensoreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensoreinrichtung (13, 17, 141, 141') vorgesehen ist, die mit dem zumindest einen lenkbaren Laufrad (7) und/oder einer verschwenkbaren Betätigungs-, Arbeits- oder Reinigungseinheit bzw. -kopf (3) zumindest relativ mit verschwenkbar ist.
  2. 2. Wagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sensoreinrichtung (13, 17, 141, 141') entsprechend dem Winkeleinschlag des lenkbaren Laufrades (7) und/oder entsprechend dem Winkeleinschlag der verschwenkbaren Betätigungs-, Arbeits- oder Reinigungseinheit bzw. kopf (3) entsprechend mit verschwenkbar ist.
  3. 3. Wagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) in Höhe der Laufräder (5) vorzugsweise bis etwa in Höhe eines Chassis (25) des verfahrbaren Wagens, insbesondere in Form eines Bodenbearbeitungs- oder Reinigungsgerätes, angeordnet ist.
  4. 4. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (17) oberhalb der Laufrollen (5) und/oder oberhalb eines Chassis (25) angeordnet ist.
  5. 5. Wagen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Sensoreinrichtung (17) mehrere Einzelsensoren (23) umfaßt, die übereinander und seitlich zueinander angeordnet sind.
  6. 6. Wagen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Geradeausfahrt bzw. unverschwenkten Bearbeitungs- bzw. Reinigungseinheit oder -kopf (3) die mehreren Sensorelemente (23) etwa symmetrisch zur vertikalen Mittellängsachse des Bearbeitungs- oder Reinigungsgerätes angeordnet sind.
  7. 7. Wagen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Sensoreinrichtungen (23) an einem sich im wesentlichen mit Vertikalkomponente erstreckenden und in Fahrtrichtung vorlaufenden, vorzugsweise säulenartigen, Tragelement angeordnet sind.
  8. 8. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Vorwärtsrichtung und in linker wie rechter seitlicher Ausrichtung und übereinander angeordneten Sensorelemente (23) aus Ultraschallsensoren bestehen.
  9. 9. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die untenliegende Sensoreinrichtung (13) vorzugsweise aus einem in einem bestimmten seitlichen Winkelbereich wirkenden Laser- oder Radarsensor besteht.
  10. 10. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensoreinrichtung (141, 141') vorgesehen ist, die aus einer taktilen Sensoreinrichtung besteht.
  11. 11. Wagen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Sensoreinrichtung (141, 141') mit der Sensoreinrichtung (13) in Höhe der Laufräder (5) und/oder mit der Sensoreinrichtung (17) oberhalb der Laufrollen (5) und/oder oberhalb eines Chassis (25) vorgesehen und/oder mit dieser Sensoreinrichtung (13, 17) gekoppelt ist.
  12. 12. Wagen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine spezielle Sensoreinrichtung (141, 141') zur Überwachung der Bodenfläche zur Erkennung einer Vertiefung eines Absatzes, einer Rampe oder dergleichen vorgesehen ist.
  13. 13. Wagen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (141, 141') zur Überwachung der Bodenfläche aus einer taktilen Sensoreinrichtung (141, 141') besteht.
  14. 14. Wagen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zur. Überwachung der Bodenfläche, insbesondere in Form einer taktilen Sensoreinrichtung (141, 141'), in Form eines an dem Wagen in dessem vorderen Bereich zumindest vor dessen vordersten Laufrad (5) ausgebildet und/oder wirksam ist.
  15. 15. Wagen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die taktile Sensoreinrichtung (141, 141') mit einer Rolle oder einem Tastabschnitt (45') mit der Bodenfläche in Berührung steht.






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