DE102014011235A1

DE102014011235A1 - Device and method for overcoming stairs and similar obstacles for household robots such as vacuum cleaners or other autonomous devices

Info

Publication number: DE102014011235A1
Application number: DE102014011235.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Staubsaugroboter sind meist flach gebaut, um unter Möbeln saugen zu können. Treppenstufen sind viel höher und stellen für diese Geräte ein unüberwindliches Hindernis dar. Um dennoch sowohl diese Treppenstufen saugen zu können, als auch höher oder tiefer liegende Stockwerke zu erreichen, ist eine Vorrichtung erforderlich, welche diese Geräte hochheben oder absenken kann. Dennoch soll die Größe und vor allem die Höhe des Gerätes nicht deutlich zunehmen. Das Grundgerät (1) wird um eine Vorrichtung ergänzt, die aus einem Hubrahmen (2) und einem Hebel (3) besteht, wodurch das Grundgerät zum Überwinden des Hindernisses angehoben und auf einer Treppenstufe abgesetzt werden kann. Ein Getriebe, das jeweils an den Drehpunkten des Hebels (3) angeordnet ist, ermöglicht eine horizontale Führung des Gerätes während des Hubvorgangs und eine Bewegung, für deren Steuerung nur ein Motor benötigt wird. Die Anordnung des Hubrahmens auf den Seiten des Gerätes führt zu einer Rotation des Hebels (3) um 360 Grad für eine vollständige Aufstiegsbewegung. Durch die Verlagerung eines Gewichtes oder durch einen zusätzlichen Anschlag kann das Kippen des Gerätes während des Vorganges verhindert werden. Die Vorrichtung eignet sich hervorragend als Ergänzung für Staubsaug- oder Wischroboter im Haushalt oder für ähnlich gebaute, flache Geräte, die aufgrund ihrer kleinen Räder nicht in der Lage sind Treppenstufen oder ähnliche gestufte Hindernisse zu überwinden.Vacuuming robots are usually built flat to be able to suck under furniture. Steps are much higher and represent an insurmountable obstacle for these devices. In order to still be able to suck both these stairs, as well as to reach higher or lower floors, a device is required, which can raise or lower these devices. Nevertheless, the size and especially the height of the device should not increase significantly. The basic unit (1) is supplemented by a device consisting of a lifting frame (2) and a lever (3), whereby the basic unit can be lifted to overcome the obstacle and placed on a step. A gear, which is respectively arranged at the pivot points of the lever (3), allows a horizontal guidance of the device during the lifting operation and a movement whose control only one motor is needed. The arrangement of the lifting frame on the sides of the device leads to a rotation of the lever (3) by 360 degrees for a complete ascent movement. By shifting a weight or by an additional stop the tilting of the device can be prevented during the process. The device is ideal as a supplement for vacuuming or wiping robot in the household or similarly built, flat devices that are not able to overcome stairs or similar stepped obstacles due to their small wheels.

Description

Haushaltsroboter, die z. B. zum Saugen oder Wischen von Fußböden dienen, sollen möglichst klein sein, um sowohl um Möbel herum als auch unter Möbeln hindurch fahren zu können. Typische Geräte sind z. B. in US8474090 B2 oder US8528157 B2 beschrieben. Solche Geräte orientieren sich durch eine autonome Steuerung im Raum und erkennen Hindernisse wie Wände, Stuhlbeine oder Treppenstufen. Diese Hindernisse begrenzen die Aktionsfläche dieser Geräte. Bislang gibt es nur Vorrichtungen, die ein Herabfallen der Geräte an nach unten führenden Treppenstufen verhindert. Andererseits ist es vielfach notwendig, mit diesen Geräte auch höher- oder tieferliegende Stockwerke zu erreichen. Dafür muss bisher der Anwender die Geräte in die weiteren Stockwerke tragen. Für einen größeren Komfort ist es erforderlich, dass die Geräte Treppenstufen auch selbsttätig überwinden können.Household robots z. B. serve for sucking or wiping of floors, should be as small as possible to drive around both furniture and under furniture can. Typical devices are z. In US8474090 B2 or US8528157 B2 described. Such devices are oriented by autonomous control in the room and recognize obstacles such as walls, chair legs or stairs. These obstacles limit the action area of these devices. So far, there are only devices that prevents the devices from falling down stairs. On the other hand, it is often necessary to reach higher or lower floors with these devices. So far, the user has to carry the devices to the other floors. For greater comfort, it is necessary that the devices can overcome steps automatically.

Zum Überwinden von Treppenstufen durch fahrende Geräte sind mehrere Ausführungen bekannt. Der einfachste Ansatz besteht aus zwei beweglichen Raupenketten, wie z. B. in US6431296 B1 beschrieben, oder mehrteilige Raupenketten, wie in US8157032 B2 beschrieben. Dabei muss eine Raupenkette länger sein, als die Höhe einer Treppenstufe um diese überwinden zu können. Eine weitere Alternative besteht darin, statt einem Rad drei Räder, die sternförmig angeordnet sind, zu verwenden (siehe z. B. US 8260459 ). Eine Achse mit einem Paar großer Räder und eine weitere Achse mit einem Paar kleiner Räder zu verwenden, ist ebenfalls eine Möglichkeit, Treppenstufen zu überwinden (siehe http://www.stairbot.de/en_beschreib.htm ). Der Nachteil all dieser Vorrichtungen liegt darin, dass das gesamte Gerät deutlich größer sein muss als eine Treppenstufe und damit größer als die bekannten Staubsaugerroboter.To overcome stairs by moving devices several versions are known. The simplest approach consists of two movable tracks, such. In US6431296 B1 described, or multi-part caterpillar tracks, as in US8157032 B2 described. A crawler must be longer than the height of a step to overcome this. Another alternative is to use three wheels, which are arranged in a star shape, instead of one wheel (see, for example, FIG. US 8260459 ). Using an axle with a pair of large wheels and another axle with a pair of small wheels is another way to overcome steps (see http://www.stairbot.de/en_beschreib.htm ). The disadvantage of all these devices is that the entire device must be much larger than a step and thus larger than the known vacuum cleaner robots.

Wenige Veröffentlichungen zeigen Vorrichtungen zum Treppensteigen speziell für Staubsaugroboter: In ( http://www.digitalversus.com/stair-climbing-robot-vacuum-cleanern28852.html ) wird ein Gerät vorgestellt, das ebenso wie die vorher beschriebenen Vorrichtungen, große und speziell geformte Räder braucht, um eine Stufe zu überwinden. Aufgrund der Größe ist es kaum möglich auf einer Treppenstufe zu saugen. In ( KR101016775 bzw. http://www.youtube.com/watch?v=CznrscKo7pA ) wird ein Gerät gezeigt, das eine geringe Grundfläche hat, um diesem Nachteil zu begegnen. Dieses Gerät und die damit zusammen hängende Vorrichtung zum Treppensteigen, benötigt aber eine deutlich größere Höhe als konventionelle Geräte.Few publications show devices for climbing stairs especially for vacuuming robots: In ( http://www.digitalversus.com/stair-climbing-robot-vacuum-cleanern28852.html A device is presented which, like the previously described devices, requires large and specially shaped wheels to overcome a step. Due to the size, it is hardly possible to suck on a step. In ( KR101016775 respectively. http://www.youtube.com/watch?v=CznrscKo7pA ) a device is shown which has a small footprint to address this disadvantage. This device and the associated device for climbing stairs, but requires a much greater height than conventional devices.

Mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung sollen das Problem des Überwindens von Treppenstufen für kleine Geräte gelöst werden und die eben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Es soll also möglich sein, ein Gerät mit einer Höhe kleiner als eine Treppenstufe mit einer einfachen Vorrichtung zu ergänzen, um eine Treppe Stufe für Stufe zu überwinden.With the invention defined in claim 1, the problem of overcoming steps for small devices to be solved and the disadvantages just described are avoided. So it should be possible to supplement a device with a height less than a step with a simple device to overcome a stair step by step.

Die Aufgabe wird mit den in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst, indem das Grundgerät um einen Hubrahmen ergänzt wird, der seitlich an dem Gerät angebracht ist. Dieser Hubrahmen kann das Gerät auf zwei oder drei Seiten umschließen und bildet eine Standplatte während des Hubvorganges. Dieser Hubrahmen ist über einen Hebelmechanismus mit dem Grundgerät verbunden. Damit können Hubrahmen und Grundgerät aus der Ausgangsstellung vertikal nach oben oder unten gegeneinander bewegt werden. Zum Anheben des Gerätes wird der Hubrahmen auf den Boden abgesenkt, in gleicher Bewegungsrichtung weiterbewegt und damit das Grundgerät angehoben. Aufgrund der Mechanik führt das Grundgerät dabei eine kreisförmige Bewegung nach vorne oben aus und kann auf der nächsten Treppenstufe abgesetzt werden. Steht das Grundgerät auf der nächsten Treppenstufe, wird der Hebel, der Hubrahmen und Grundgerät verbindet, gleichsinnig weiterbewegt und führt damit den Hubrahmen in die Ausgangsstellung zurück. Durch ein Wiederholen dieser Bewegung können beliebig viele Stufen überwunden werden.The object is achieved with the features listed in claim 1 by the basic unit is supplemented by a lifting frame, which is attached to the side of the device. This lifting frame can enclose the device on two or three sides and forms a base plate during the lifting process. This lifting frame is connected via a lever mechanism to the basic unit. So that lifting frame and base unit can be moved from the initial position vertically up or down against each other. To lift the device, the lifting frame is lowered to the ground, moved in the same direction of movement and thus raised the base unit. Due to the mechanics, the basic unit executes a circular movement towards the top and can be set down on the next step. If the basic unit is on the next step, the lever connecting the lifting frame and the basic unit is moved in the same direction and thus returns the lifting frame to the initial position. By repeating this movement any number of steps can be overcome.

Durch diese Vorrichtung wird das so ergänzte Gerät kaum größer und auch die Höhe, die deutlich niedriger als eine Treppenstufe sein kann, nimmt nicht zu,. Das Gerät bleibt damit klein und handlich.By this device, the device thus supplemented hardly larger and also the height, which can be significantly lower than a step, does not increase. The device thus remains small and handy.

Diese Vorrichtung ist noch um Maßnahmen zu ergänzen, damit der Schwerpunkt der Vorrichtung stets innerhalb der Aufstandsfläche auf dem Boden bleibt und das Gerät nicht kippt. Eine Möglichkeit ist vorteilhafterweise in Anspruch 2 beschrieben. Dazu benötigt das Grundgerät ein Gegengewicht, das mittels eines Schwenkmechanismus oder einer Horizontalbewegung den Schwerpunkt des Gerätes während der Hubbewegung zuerst innerhalb der Aufstandsfläche des Hubrahmens hält und nach dem Absetzen des Grundgerätes den Schwerpunkt in die Aufstandsfläche des Grundgerätes verlagert. Nach dieser Schwerpunktsverlagerung lässt sich der Hubrahmen ohne Probleme von der unteren Treppenstufe zum Grundgerät auf die höhere Stufe nachholen.This device is still to complement measures so that the center of gravity of the device always remains within the footprint on the ground and the device does not tip over. One possibility is advantageously described in claim 2. For this purpose, the base unit requires a counterweight that keeps the center of gravity of the device during the lifting movement within the footprint of the lifting frame first by means of a pivoting mechanism or a horizontal movement and shifts the focus in the footprint of the basic unit after discontinuation of the basic unit. After this shift of emphasis, the lifting frame can be made up to the higher level without problems from the lower step to the basic unit.

Eine weitere Möglichkeit, das Kippen während der Hubbewegung zu verhindern, ist in Anspruch 3 beschrieben. Hierbei geht es darum, die Aufstandsfläche des Hubrahmens zu vergrößern. Dies kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, in dem am Hubrahmen auf beiden Seiten ein drehbar gelagerter Anschlag angebracht ist, der, bevor der Schwerpunkt des gesamten Gerätes durch die Hubbewegung die Aufstandsfläche verlässt, so bis zum Hindernis ausgeklappt und arretiert wird, dass ein Kippen während der Hub- und Absetzbewegung sicher verhindert wird. Nach der Hubbewegung lässt sich der Anschlag wieder zurückbewegen und der Hubrahmen auf die nächste Treppenstufe zum Grundgerät nachholen und in die Ausgangsstellung zurückführen.Another way to prevent tilting during the lifting movement is described in claim 3. This is about increasing the footprint of the lifting frame. This can advantageously be achieved in that the lifting frame is mounted on both sides of a rotatably mounted stop which, before the center of gravity of the entire device leaves the footprint by the lifting movement, so is folded up to the obstacle and locked, that tilting during the lifting and Absetzbewegung is reliably prevented. After the stroke movement, the stop can be moved back again and catch up the lifting frame on the next step to the basic unit and return to the starting position.

Weiterhin besteht die Anforderung, dass durch diese Vorrichtung das Grundgerät und der Hubrahmen stets parallel zueinander geführt werden und dass damit das Grundgerät stets in horizontaler Lage gehalten wird. Dies kann vorteilhafterweise wie in Anspruch 4 beschrieben ausgeführt werden. Der Hebel wird um die Achse, die sich am Grundgerät befindet und die durch einen Motor angetrieben wird, kreisförmig bewegt. An der Achse zwischen Hubrahmen und Hebel muss die gleiche Drehbewegung synchron ausgeführt werden, um Hubrahmen und Grundgerät parallel zueinander zu halten. Dafür können zwei Winkelgetriebe eingesetzt werden, das erste treibt eine Achse an, die mit dem Hebel mitgeführt wird, wodurch über ein zweites Winkelgetriebe der Hubrahmen synchron zum Hebelbewegung mitgedreht wird. Alternativ kann am Hubrahmen und am Grundgerät je ein reguläres Zahnrad angebracht sein. Mehrere weitere Zahnräder, deren Achsen mit dem Hebel verbunden sind, und die ineinander und in die Zahnräder von Hubrahmen und Grundgerät greifen, übertragen die Kraft zwischen Grundgerät und Hubrahmen und sorgen so für eine Parallelbewegung von Hubrahmen und Grundgerät. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ebenfalls am Grundgerät und Hubrahmen je ein Zahnrad anzubringen und die notwendige Kraft für die Parallelbewegung durch eine Kette zu übertragen.Furthermore, there is a requirement that the basic unit and the lifting frame are always guided parallel to each other by this device and that thus the basic unit is always kept in a horizontal position. This may advantageously be carried out as described in claim 4. The lever is moved in a circle about the axis, which is located on the basic unit and which is driven by a motor. On the axis between the lifting frame and the lever, the same rotational movement must be carried out synchronously in order to keep the lifting frame and basic unit parallel to one another. For this purpose, two angle gear can be used, the first drives an axis, which is carried along with the lever, which is rotated synchronously to the lever movement via a second angle gear, the lifting frame. Alternatively, a regular toothed wheel can be attached to the lifting frame and to the basic unit. Several other gears, whose axes are connected to the lever, and which engage in each other and in the gears of lifting frame and base unit, transfer the force between the basic unit and lifting frame, thus ensuring a parallel movement of lifting frame and basic unit. Another possibility is to also attach to the base unit and lifting frame ever a gear and to transmit the necessary force for the parallel movement by a chain.

Die so beschriebene Vorrichtung wird noch um eine Steuerung ergänzt, welche ein Verfahren implementiert, das die beschriebenen Bewegungsfolgen ausführen kann. Dazu muss nach Anspruch 5 das Gerät so vor der Treppenstufe positioniert werden, dass die Räder des Gerätes nach dem Absetzen auf der Treppenstufe vollständig auf dieser zum Stehen kommen würden. Im nächsten Schritt schaltet die Steuerung den Motor, der den Hebel der Vorrichtung bewegt, ein und die Hubbewegung beginnt. Auch zum Zeitpunkt des Absetzens läuft der Motor, der den Hebel bewegt, im gleichen Sinne weiter, bis der Hubrahmen wieder seine Ausgangsposition erreicht hat. Im Anschluss wird für die nächste Treppenstufe das Gerät erneut positioniert und der Ablauf beginnt von vorne. Für ein Abwärtssteigen wird das gleiche Verfahren beansprucht, nur in umgekehrter Bewegungsrichtung. Das Gerät positioniert zu Beginn an der Kante der Treppenstufe, so dass die Räder noch vor dieser stehen bleiben. Die Steuerung schaltet dann den Motor, der den Hebel der Vorrichtung bewegt, umgekehrt zur oben beschriebenen Richtung ein, wodurch der Hubrahmen nach zuerst nach oben und dann in einer Kreisbewegung wieder nach unten auf der darunter liegende Stufe abgesetzt wird. Die fortgesetzte gleichsinnige Bewegung des Hebels hebt dann auch das Grundgerät an und führt es auf die darunter liegende Stufe und zur Ausgangsposition zurück.The device described in this way is supplemented by a controller which implements a method which can execute the described sequences of movements. For this purpose, according to claim 5, the device must be positioned in front of the step that the wheels of the device after stopping on the step would completely come to a halt on this. In the next step, the controller turns on the motor, which moves the lever of the device, and the lifting movement starts. Also at the time of settling, the motor that moves the lever continues to run in the same direction until the lift frame has returned to its home position. Afterwards the device is repositioned for the next step and the process starts again. For a descent, the same procedure is claimed, only in the reverse direction. The device initially positions itself at the edge of the step so that the wheels stop in front of it. The controller then turns on the motor which moves the lever of the device in the opposite direction to the direction described above, whereby the lifting frame is set down first on the first and then in a circular motion on the underlying step. The continued movement of the lever in the same direction then also lifts the base unit and returns it to the step below and to the starting position.

Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Gerätes in Seitenansicht ist in a dargestellt. Das Grundgerät kann eine beliebige Form haben, hier als flacher Quader (1) gezeichnet. Das Grundgerät wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über Räder (14) angetrieben, um willkürliche Bewegungen des Gerätes am Boden zu ermöglichen. Von der beschriebenen Vorrichtung ist in dieser Sicht nur der Hubrahmen (2) zu erkennen.An embodiment of such a device in side view is in a shown. The basic device can have any shape, here as a flat cuboid ( 1 ) drawn. The basic device is in the illustrated embodiment via wheels ( 14 ) to allow for arbitrary movements of the device on the ground. Of the device described in this view, only the lifting frame ( 2 ) to recognize.

b zeigt das gleiche Beispiel in einer Sicht von oben. Auch hier ist das Grundgerät (1) ein Quader der auch über die Vorrichtung hinaus verlängert oder verbreitert sein kann, um bei einem Einsatz als Saugroboter auch Ecken zu erreichen (in der Zeichnung oben links und rechts). Der Hubrahmen (2) umschließt das Gerät auf drei Seiten, wobei auch ein zweiteiliger Hubrahmen (nur links und rechts) eine mögliche Ausführungsform ist. Um den Hubrahmen gegenüber dem Grundgerät zu bewegen, wird ein Hebel (3) benötigt. Dieser ist über die Hubrahmenachse (4) mit dem Hubrahmen (2) und eine weitere Hebelachse (5) mit dem Grundgerät verbunden. b shows the same example in a view from above. Again, the basic device ( 1 ) a parallelepiped which can also be extended or widened beyond the device in order to reach corners when used as a suction robot (in the drawing top left and right). The lifting frame ( 2 ) encloses the device on three sides, whereby a two-part lifting frame (only left and right) is a possible embodiment. To move the lifting frame relative to the basic unit, a lever ( 3 ) needed. This is via the Hubrahmenachse ( 4 ) with the lifting frame ( 2 ) and another lever axis ( 5 ) connected to the basic unit.

c zeigt eine Ausführungsform mit Kegelgetriebe, um Hubrahmen und Grundgerät stets parallel zu führen. Ein Motor (13) treibt über die Hebelachse (5) den Hebel (3) an, der damit kreisförmig um die Hebelachse und somit um das Grundgerät herumgeführt wird. Ein erstes Kegelrad (12) ist fest mit dem Grundgerät verbunden und wird nicht angetrieben. Die Hebelachse (5) geht drehbar durch das Kegelrad hindurch. Durch die Bewegung des Hebels wird ein zweites Kegelrad (11) auf dem feststehenden ersten Kegelrad (12) bewegt und treibt wiederum eine Getriebewelle (8) an. Diese Getriebewelle ist mit dem Hebel (3) verbunden und in zwei Lagern (9) und (10) drehbar gelagert. Mit der Drehung der Getriebewelle (8) wird ein drittes Kegelrad (7) bewegt, das ein viertes Kegelrad (6), das mit der Hubrahmenachse (4) verbunden ist, antreibt und damit den Hubrahmen bewegt. Mit diesen vier Kegelrädern werden zwei Winkelgetriebe realisiert. Dadurch wird erreicht, dass Grundgerät und Hubrahmen stets parallel geführt werden. c shows an embodiment with bevel gear to always run the lifting frame and basic unit in parallel. An engine ( 13 ) drives over the lever axis ( 5 ) the lever ( 3 ), which is thus guided around the lever axis in a circular manner and thus around the basic device. A first bevel gear ( 12 ) is permanently connected to the basic unit and is not driven. The lever axis ( 5 ) rotatably passes through the bevel gear. The movement of the lever causes a second bevel gear ( 11 ) on the fixed first bevel gear ( 12 ) and in turn drives a gear shaft ( 8th ) at. This gear shaft is with the lever ( 3 ) and in two warehouses ( 9 ) and ( 10 ) rotatably mounted. With the rotation of the gear shaft ( 8th ) is a third bevel gear ( 7 ), which has a fourth bevel gear ( 6 ), which coincides with the lifting frame axis ( 4 ) is connected, drives and thus moves the lifting frame. With these four bevel gears two bevel gears are realized. This ensures that the basic unit and lifting frame are always guided in parallel.

d zeigt in vier Schritten (A–D) wie durch ein solches Gerät mit der beschriebenen Vorrichtung eine Treppenstufe (15) überwunden werden kann. Schritt A ist die Ausgangsstellung, wie auch in a bereits gezeigt. Wenn das Gerät sich über seine Antriebsräder (14) richtig positioniert hat, wird der Hubrahmen (2) durch eine Drehbewegung des Hebels (3) zum Boden abgesenkt und durch eine Fortsetzung der Bewegung das Grundgerät (1) angehoben. Das Grundgerät bewegt sich auf einer Kreisbahn nach oben vorwärts und wird in Schritt C auf der Treppenstufe (15) wieder abgesenkt. Sobald das Grundgerät auf der Treppenstufe zum Stehen gekommen ist, kann in Schritt D der Hubrahmen (2) im weiteren Verlauf der Bewegung des Hebels (3) nachgeholt werden und senkt sich zum Grundgerät (1) wieder ab. Am Ende der Ausführung der Schritte kehrt das Gerät wieder in den Grundzustand A zurück, allerdings auf der nächsten Stufe stehend. Zum Herabsteigen der Treppe werden die Schritte A–D in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. d shows in four steps (A-D) as by such a device with the device described a step ( 15 ) can be overcome. Step A is the starting position, as well as in a already shown. When the device is above its drive wheels ( 14 ), the lifting frame ( 2 ) by a rotational movement of the Levers ( 3 ) lowered to the ground and by continuing the movement of the basic unit ( 1 ) raised. The basic unit moves forwards in a circular path and in step C on the step ( 15 ) lowered again. As soon as the basic unit has come to a stop on the step, in step D the lifting frame ( 2 ) in the further course of the movement of the lever ( 3 ) and descends to the basic device ( 1 ) again. At the end of the execution of the steps, the device returns to the ground state A, but standing on the next step. To descend the stairs, steps A-D are performed in reverse order.

In dieser Beschreibung von d wurde noch außer Acht gelassen, dass der Schwerpunkt des gesamten Gerätes durch die Bewegung der Vorrichtung verschoben wird und teilweise außerhalb der Aufstandsflächen liegen könnte. In einem solchen Fall würde das Gerät im Schritt C oder D kippen.In this description of d The fact that the center of gravity of the entire device was displaced by the movement of the device and could partly lie outside the contact areas was ignored. In such a case, the device would tip in step C or D.

In e ist eine Erweiterung des Gerätes durch eine Vorrichtung zur Verschiebung des Schwerpunktes zu sehen. Sobald die Vorrichtung die Ausgangsstellung (Schritt A von d) verlässt muss ein Gegengewicht (16) z. B. mittels eines weiteren Hebels so bewegt werden, dass der Schwerpunkt während des Bewegungsablaufs bis zum Aufsetzen des Grundgerätes innerhalb der Aufstandsfläche des Hubrahmens (2) bleibt. Schritt B1 von e zeigt, wie das Gegengewicht (16), das am Grundgerät (1) drehbar gelagert ist, gleichzeitig mit der Hubbewegung des Grundgerätes nach rechts bewegt wird. Das Gegengewicht (16) bleibt so lange ausgeklappt, bis das Grundgerät (1) auf der Treppenstufe (15) aufsetzt (Schritt C1). Danach muss zuerst das Gegengewicht (16) wieder eingeklappt werden und dadurch der Schwerpunkt zum Grundgerät verlagert werden, bevor der Hubrahmen angehoben werden kann. Schritt D1 zeigt den Zeitpunkt, nachdem der Schwerpunkt die Aufstandsfläche des Grundgerätes erreicht hat und der Hubrahmen (2) durch eine weitere Drehung des Hebels (3) wie bereits in d gezeigt nachgeholt wird. Auch hier kehren der Hubrahmen und das Gegengewicht am Ende des Bewegungsablaufs in ihre Ausgangsstellung zurück, allerdings auf der nächsten Stufe stehend. Zum Herabsteigen der Treppe werden die Schritte A, B1, C1 und D1 in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt.In e is an extension of the device by a device for shifting the center of gravity to see. Once the device is at the home position (step A of d ) leaves a counterweight ( 16 ) z. B. be moved by means of a further lever so that the focus during the movement until the placement of the basic unit within the footprint of the lifting frame ( 2 ) remains. Step B1 of e shows how the counterweight ( 16 ) on the basic unit ( 1 ) is rotatably mounted, is moved simultaneously with the lifting movement of the basic unit to the right. The counterweight ( 16 ) remains unfolded until the basic device ( 1 ) on the step ( 15 ) (step C1). After that, first the counterweight ( 16 ) are folded back and thus the focus shifted to the basic unit before the lifting frame can be raised. Step D1 shows the time after the center of gravity has reached the footprint of the basic unit and the lifting frame ( 2 ) by a further rotation of the lever ( 3 ) as already in d shown is brought up. Again, the lifting frame and the counterweight at the end of the movement return to their original position, but standing on the next level. To descend the stairs, steps A, B1, C1 and D1 are performed in reverse order.

Das Gegengewicht (16) muss entweder an einem langen Hebelarm montiert sein, oder eine Masse haben, die in der gleichen Größenordnung wie das Grundgerät ist. Eine Alternative, um ein Kippen des Gerätes zu verhindern, zeigt f.The counterweight ( 16 ) must either be mounted on a long lever arm or have a mass of the same order of magnitude as the basic unit. An alternative to prevent tilting of the device shows f ,

In f ist das Gerät mit der beschriebenen Vorrichtung im Vergleich zu d um einen Anschlag (17) erweitert. In der Ansicht ist nur eine Seite zu erkennen, aber typischerweise ist der Anschlag auf der anderen Seite gleichartig ausgeführt. Dieser Anschlag ist in der Grundstellung (Schritt A2) platzsparend parallel zum Hubrahmen angebracht. Der Anschlag (17) ist über eine Anschlagachse (18) drehbar am Hubrahmen angebracht. In der gleichen Bewegungsausführung wie in d, Schritt B wird jetzt in Schritt B2 von f dieser Anschlag gleichzeitig vor (in der Zeichnung nach links) geklappt. Der Anschlag (17) wird solange weiterbewegt, bis er auf die Treppe (15) auftrifft. Dann kann das Grundgerät (1) in seiner Hubbewegung weitergeführt werden und eine Verschiebung des Schwerpunktes des gesamten Gerätes, auch über die Aufstandsfläche des Hubrahmens hinaus, führt nicht mehr zu einem Kippen. (Schritt C2). Sobald das Grundgerät (1) auf der Treppenstufe (15) aufsetzt, kann genauso wie in Schritt D von d auch in Schritt D2 von f der Hubrahmen durch die fortgeführte Drehung des Hebels (3) wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeführt werden. Der Anschlag (17) wird durch eine Rückwärtsbewegung wieder in seine Ausgangsstellung zurückgebracht. Auch hier werden zum Herabsteigen der Treppe die Schritte A2–D2 in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Voraussetzung ist, dass die Vorrichtung mit Hubrahmen (2), Hebel (3) und Anschlag (17) so leicht ausgeführt ist, dass der Schwerpunkt in Schritt D2 innerhalb der Aufstandsfläche des Grundgerätes bleibt. Der Antrieb des Anschlags kann vorteilhafterweise mit einem Schneckengetriebe ausgeführt sein, da damit ein Arretierung leicht erreichbar ist und da im Schritt C2 – im Vergleich zur bloßen Drehung des Anschlags – bei der Bewegung des Grundgerätes relativ große Kräfte auf den Anschlag einwirken.In f is the device with the described device compared to d around a stop ( 17 ) expanded. The view shows only one side, but typically the stop on the other side is similar. This stop is mounted in the basic position (step A2) to save space parallel to the lifting frame. The attack ( 17 ) is via a stop axis ( 18 ) rotatably mounted on the lifting frame. In the same movement execution as in d Step B will now be in step B2 of f this stop at the same time before (in the drawing to the left) folded. The attack ( 17 ) is moved on until he is on the stairs ( 15 ). Then the basic device ( 1 ) are continued in its stroke movement and a shift in the center of gravity of the entire device, even beyond the footprint of the lifting frame, no longer leads to a tilting. (Step C2). Once the basic device ( 1 ) on the step ( 15 ), just as in step D of d also in step D2 of f the lifting frame by the continued rotation of the lever ( 3 ) are returned to its original position. The attack ( 17 ) is returned to its original position by a backward movement. Again, steps A2-D2 are performed in reverse order to descend the stairs. The condition is that the device with lifting frame ( 2 ), Levers ( 3 ) and stop ( 17 ) is performed so easily that the center of gravity remains in the footprint of the base unit in step D2. The drive of the stop can be advantageously carried out with a worm gear, as a lock is easily accessible and since in step C2 - in comparison to the mere rotation of the stop - act relatively large forces on the stop during the movement of the base unit.

Für die Koordination der Bewegungsabläufe ist weiterhin eine Steuerung erforderlich, welche die Motoren und Antriebe in der beschriebenen Reihenfolge, abhängig von den Randbedingungen ein- bzw. ausschaltet.For the coordination of the movements of a control is still required, which turns on and off the motors and drives in the order described, depending on the boundary conditions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 8474090 B2 [0001]
US 8528157 B2 [0001]
US 6431296 B1 [0002]
US 8157032 B2 [0002]
US 8260459 [0002]
KR 101016775 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://www.stairbot.de/en_beschreib.htm [0002]
http://www.digitalversus.com/stair-climbing-robot-vacuum-cleanern28852.html [0003]
http://www.youtube.com/watch?v=CznrscKo7pA [0003]

Claims

A device for overcoming stairs and similar obstacles for household robots such as vacuum cleaners or other autonomous devices as an extension of a basic unit that can move by means of wheels or the like and a controller on a level ground and can detect stairs or similar obstacles, characterized in that a. this basic unit has a lifting frame, which is attached to the side of the device and b. the lifting frame can enclose the device on two or three sides and c. wherein by means of a lever mechanism of the lifting frame from the initial position can be moved vertically up or down and d. lowered the lifting frame for lifting the device to the ground and moved in the same direction of movement and thus the base unit can be raised and e. that the basic unit can be placed by this circular movement at an elevated or lower position, and f. is returned by the continued movement of the lifting frame this back to initial position.

Device according to claim 1, wherein, in order to prevent tilting during movement, a counterweight is connected to the base unit, which can be moved relative to the base unit, for example by means of a rotary or horizontal movement, such that the center of gravity of the entire apparatus always within the footprint of the lifting frame or the basic unit remains.

Apparatus according to claim 1, wherein on the lifting frame a rotatably mounted stopper is mounted, which, before the center of gravity of the entire device leaves the contact surface by the lifting movement, is unfolded and locked to the obstacle that a tilting during the lifting and Absetzbewegung sure is prevented.

Device according to one of the preceding claims, in which the lever connecting the lifting frame and the basic unit is driven by a motor whose axis directly moves the lever and which is characterized in that a. by means of two angular gears or b. by means of a multi-stage transmission or c. by means of a chain drive the lifting frame is always guided parallel to the base unit and thus the basic unit is always kept horizontal during the lifting process.

Method and control for a device according to one of the preceding claims, which after detection of an obstacle, such as a step, a. the device to upgrade i. positioned according to the height of the obstacle in the distance in front of the obstacle that the wheels of the device after stopping on the obstacle completely on this can come to a halt and then ii. turns on the motor to move the device to move the lift frame down to raise the base, and then iii. the motor for moving the device off again when the lifting frame has returned to its original position, b. or, if a descent is required, i. The device is positioned so that the wheels just stop in front of the edge, and then ii. Turning the motor to move the device in to a) reversed direction to move the lifting frame upwards, settle at a lower level and make up the basic unit and then iii. the motor for moving the device turns off again when the base unit has performed the downward movement and the lifting frame has returned to its original position.