Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Bodenflächen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einer Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 23, sowie einem Verfahren zur Bearbeitung von Böden mit der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 25.

Es sind bereits einige Vorrichtung zur Behandlung von Bodenflächen, insbesondere von Scheuersaugmaschinen mit roboterisierten Funktionen aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem ersten Typ solcher Roboter (z.B, gemäss der DE 10 2004 038 074) wird die zu reinigende Bodenfläche nach dem Zufellsprinzip abgefahren. Dieser Typus ist jedoch wenig effiziert, weil die Bodenfläche unnötigerweise mehrfach befahren werden muss.

Bei einem zweiten Typ solcher Roboter (z.B. gemäss der EP-B 3 545 379) wird die zu reinigende Bodenfläche möglichst genau kartiert und ein zweckmässiger Fahrweg (Pfad) bestimmt. Aufgrund der grossen zu erfassenden Datenmenge und der dadurch bedingten aufwändigen Programmierung sind solche roboterisierte Scheuersaugmaschinen teuer und kompliziert in ihrer praktischen Anwendung.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung von Bodenflächen, insbesondere eine Scheuersaugmaschine zu schaffen, weiche mit einem minimalen Programmierungsaufwand eine sichere, einfache und trotzdem adaptierfähige, automatisierte Bedienung gestattet.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung, welche die Merkmale gemäss dem Anspruch 1, einer Verwendung der erfindungsgemässeh Vorrichtung, welche das Merkmal des Anspruchs 23, sowie einem Verfahren zur Bearbeitung von Böden mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, welches die Merkmale des Anspruchs 25 aufweist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen die folgenden: (i) die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine einfache, zeitsparende, durch den Benutzer selbst durchführbare Programmierung durch das Anlernen (teach-and- repeat) und ohne zusätzliche externe Hilfen, z.B. mittels Programmiereinheiten oder externen Computern;

(ii) die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht die einfache Speicherung einer Vielzahl von sicheren und bearbeitungstechnisch durch den Benutzer selbst optimierten Pfaden, welche später ohne ständige Präsenz des Benutzers automatisch abfahrbar sind; und

(iii) die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Abweichung vom erlernten Pfad, wenn beim Abfahren des Pfades neue Hindernisse auftauchen.

Definitionen

„Scheuersaugmaschine“

Scheuersaugmaschinen werden zur Nassreinigung von Hartböden eingesetzt. Dabei verfügen die Maschinen über eine öder mehrere Scheuerbürsten, die mittels Zugabe von Wasser, bzw. von Wasser und Reinigungsmitteln, festhaftende Verschmutzungen am Boden aufscheuern. Bei der Bewegung der Maschine über die Verschmutzungen werden die durch die Bürsten aufgescheuerten und daher durch das Wasser, bzw. das Wasser und Reinigungsmittel angelösten Verschmutzungen mit einer in Fahrtrichtung hinter den Scheuerbürsten liegenden Saugleiste aufgesaugt.

„3D- Tiefenkameras“ 3.D-Tiefnkameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit dem Laufzeitverfahren (englisch: time of flight, TOF, auch ToF) Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht

„Laser-Sensor“

Bei einem Laser Sensor handelt es sich um einen Messwertaufnehmer, der mit der Lasertechnik arbeitet und die gemessene physikalische Größe in ein analoges elektrisches Signal umwandelt. Das heisst, der Laser Sensor ist für die berührungslose Messung ausgelegt. Der Laser Sensor arbeitet mit dem Triangulations-Prinzip.

Solche Sensoren werden im Zusammenhang mit der Erfindung auch als "3D- Tiefenkameras" oder UDAR-Sensoren bezeichnet. „LED-Kommunikationseinheit“

Diese zeigt Betriebs- und Fehlerzustände durch LEDs auf der Oberseite der erfindungsgemässen Vorrichtung an.

„LIDAR-Sensor“

Lidar, auch Ladar, ist eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter. Es ist eine Form des dreidimensionalen Laserscanning. Statt der Radiowellen wie beim Radar werden Laserstrahlen verwendet

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können wie folgt kommentiert werden:

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind direkt am Bedienerhandgriff sämtliche für die Erfassung des abzufahrenden Pfades notwendigen Robotik-Eingaben in das Computersystem eingebbar. Vorzugsweise dient dazu ein Bedienfeld mit einer Anzahl von Folientastatur-Knöpfen zur konventionellen Bedienung der Bodenbehandlungsmaschine sowie ein Touch-Screen für die Robotikeingaben.

Bei einer besonderen Ausführungsform umfasst die Bodenbehandlungsmaschine

(i) eine Vorderseite, eine Oberseite, eine Unterseite, zwei Seitenflächen und eine Hinterseite;

(ii) ein oberes frontales Bauteil, ein mittleres Bauteil, ein unteres Bauteil und ein oberes rückwärtiges Bauteil, welche vorzugsweise modular aufgebaut sind; wobei die Bodenbehandlungsmaschine vorzugsweise in Form einer Scheuersaugmaschine zur Reinigung von verschmutzen Bodenflächen realisiert ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform weist die Bodenbehandlungsmaschine, vorzugsweise frontal auf ihrer Oberseite eine visuelle Kamera zur Orientierung und Lokalisierung der Vorrichtung auf. Die Bodenbehandlungsmaschine kann auch mehrere, vorzugsweise vier oder fünf visuelle Kameras aufweisen.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Bodenbehandlungsmaschine vorzugsweise im oberen Bereich ihrer beiden Seitenflächen eine Anzahl von 3D- Tiefenkameras zur Erkennung von Hindernissen aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Bodenbehandlungsmaschine vorzugsweise auf mittlerer Höhe ihrer beiden Seitenflächen und ihrer Vorderseite eine Anzahl von Ultraschallsensoren zur Nah-Erkennung von seitlichen Hindernissen aufweisen.

All diese Mittel gestatten es der Vorrichtung bei einer veränderten Umgebung, d.h. nach erfolgter Erlernung eines Pfades, neuauftretenden Hindernissen auszuweichen, bzw. diese zu umfahren.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Bodenbehandlungsmaschine vorzugsweise auf mittlerer Höhe ihrer Vorderseite einen LIDAR-Sensor zur Erkennung von untenliegenden Hindernissen, z.B. von Treppenstufen aufweisen. Die Bodenbehandlungsmaschine kann auch an ihrer vordersten Stelle einen Kontaktschalter aufweisen zur Vermeidung von Kollisionen mit Hindernissen.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Bodenbehandlungsmaschine in einem unteren frontal vorstehenden Bauteil eine Anzahl von Ultraschall-Treppensensor- Paaren aufweisen, welche nach unten ausgerichtet sind.

Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Bodenbehandlungsmaschine ein optisches Lichtmodul aufweisen, auf welchem ein oder mehrere der folgenden Betriebszustände, vorzugweise mittels unterschiedlicher Farben, darstellbar sind:

(i) Erlernen eines neuen Pfades von einer Startzone bis zu einer Zielzone durch einen Benutzer;

(ii) Verarbeitung des erlernten Pfades; und

(iii) automatisches Abfahren des erlernten Pfades.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor über einen Bus oder andere elektrische Verbindungen mit den Kameras und Sensoren kommunizieren. Der Prozessor kann über einen Bus oder andere elektrische Verbindungen auch mit den Antriebsmitteln der Bodenbehandlungsmaschine und/oder dem Lichtmodul kommunizieren. Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird vorzugsweise in Kompaktbauweise mit einem Verhältnis von Volumen ; Länge im Bereich von 0,25 - 0,70 m ² , vorzugsweise im Bereich von 0,3 - 0,4 m ² realisiert

Das Computersystem ist bei einer besonderen Ausführungsform geeignet auch mehrere voneinander unabhängige Pfade mit unterschiedlichen Start- und Zielzonen zu erlernen und automatisch zu reproduzieren. Bei einer speziellen Ausführungsform ist die Zielzone eines ersten Hades mit der Startzone eines zweiten Pfades verbindbar, so dass nach beendigtem Abfahren des eisten Pfades ein automatischer Transfer der Bodenbehandluhgsmaschine zur Startzone des zweiten Pfades möglich ist.

Die Bodenbehandlungsmaschine ist vorzugsweis so ausgelegt, dass sie mit unterschiedlichen Batterietypen bestückbar ist, insbesondere mit Lithium- Eisenphosphat-Batterien oder mit Bleibatterien.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Vorrichtung weist diese - abgesehen vom Bedienerhandgriff - keine zusätzlichen Mittel für die Eingabe von Robotik-Daten auf, d.h. der Maschinenkörper als solcher (ohne Handgriff) verfügt über keine Bildschirme oder Tastaturen.

Die Antriebsmittel der Vorrichtung können so ausgelegt sein, dass eine variable Geschwindigkeit der Bodenbehandlungsmaschine ermöglicht wird. Die Dosierungsmittel für die abzugebende Reinigungsflüssigkeit können so ausgelegt sein, dass eine variable Abgabemenge/pro Zeiteinheit an Reinigungsflüssigkeit möglich ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform ist der Bedienerhandgriff an der Hinterseite der Bodenbearbeitungsmaschine nach oben und nach unten klappbar angeordnet. In der nach oben geklappten Stellung kann die Vorrichtung vom Benutzer sowohl konventionell - über das Bedienfeld mittels einer Anzahl von Folientastatur-Knöpfen - als auch roboterisiert mittels des Touch-Screen für die Robotikeingaben eingesetzt werden. Der Bedienerhandgriff kann zwei seitliche Handgriffe umfassen und ein zentral zwischen den beiden Handgriffen angeordnetes Kommandogerät für die Steuerung der Vorrichtung, auf deren nach oben zum Bediener gerichteten Fläche vorzugsweise das Bedienfeld mit einer Anzahl von Folientastatur-Knöpfen zur konventionellen Bedienung der Bodenbehandlungsmaschine sowie des Touch-Screen für die Robotikeingaben angeordnet ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann für die roboterisierte Reinigung von verschmutzen Bodenflächen, Aufträgen von pflegenden Substanzen auf eine Bodenfläche, Versiegelung von Böden oder zum Schleifen von Boden verwendet werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Kombination der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Andockstation für die Bodenbehandlungsmaschine, wobei die Andockstation eine oder mehrere der folgenden Funktionen umfasst

(i) Stromversorgung zur periodischen Aufladung: der Batterien der

Bodenbehandlungsmaschine;

(ii) Reinigungseinrichtung zur Reinigung der Reinigungskomponenten des

Bodenbehandlungsmaschine;

(iii) Vorratstank für ein flüssiges Reinigungsmittel zur periodischen Nachfüllung des Reinigungsmitteitanks der Bodenbehandlungsmaschine; und

(iv) Entleerung des Schmutzwassertanks und Befüllen des Frischwassertanks der Bodenbehandlungsmaschine.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bearbeitung von Böden mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung, welches folgende Schritte umfasst

(i) manueller Transport der Bodenbehandlungsmaschine durch einen Benutzer zu einer Startzone und Eingabe der Startposition an das Computersystem;

(ii) manuelles Abfahren eines vom Benutzer gewählten Pfades bis zu einer Zielzone unter Speicherung: des gewählten Pfades und Eingabe der Zielposition an das Computersystem;

(iii) Verarbeitung der gespeicherten Daten für den befahrenen Pfad im Computersystem, so dass der gespeicherte Pfad automatisch ohne den Benutzer reproduzierbar ist.

Die Speicherung der Daten und ihre Verarbeitung finden vorzugsweise ausschliesslich in der Vorrichtung selbst statt ohne Übertragung an ein externes Gerät. Bei einer besonderen Ausführungsförm umfasst das Verfahren die folgenden automatisierten Schritte:

A) Scheuern des Bodens mittels der erfindungsgemässen Bodenbehandlungsmaschine unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit längs eines vorprogrammierten Pfades; und

B) nachfolgendes Absaugen der verschmutzten Reinigungsflüssigkeit mittels der Bodenbehandlungsmaschine längs des gleichen vorprogrammierten Pfades.

Dadurch kann bei besonders verschmutzen Böden der Reinigungseffekt durch die verlängerte Einwirkzeit der Reinigungsflüssigkeit markant verbessert werden.

Das Scheuern des Bodens mittels der Bodenbehandlungsmaschine unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit längs eines vorprogrammierten Pfades kann aber auch gleichzeitig mit dem Absaugen der verschmutzten Reinigungsflüssigkeit mittels der Bodenbehandiungsmaschine erfolgen.

Bei einer besonderen Ausführungsform können für einzelne Teile des zu speichernden Pfades:

(i) unterschiedliche Geschwindigkeiten der Bodenbehandlungsmaschine; und/oder

(ii) unterschiedliche Abgabemengen/pro Zeiteinheit an Reinigungsflüssigkeit; angewendet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die umfassende Bedienung der Vorrichtung als konventionelle Bodenreinigungsmaschine wie auch die gesamten Eingaben zur Nutzung als Reinigungsroboter ausschliesslich über den Bedienerhandgriff.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung wird im Folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung; Fig. 2 auf der rechten Seite eine perspektivisch Ansicht auf das Lichtmodul der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemässen Vorrichtung und auf der linken Seite eine

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines oberen frontalen Bauteils der erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier visuellen Kameras;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines mittleren Bauteils der erfindungsgemässen Vorrichtung mit drei Ultraschallsensoren für die Hinderniserkennung und drei LIDAR Treppensensoren;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines unteren Bauteils der erfindungsgemässen Vorrichtung mit vier Ultraschall-Treppensensor-Paaren; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Bedienerhandgriffs der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Touch-Screen für die Robotikeingaben und fünf Folientastatur- Knöpfen für die konventionelle Bedienung der Bodenbehandlungsmaschine.

Die in den Fig, 1 und 6 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in Form einer Scheursaugmaschine zur Reinigung von verschmutzen Bodenflächen umfasst als Grundausstattung eine konventionelle Bodenbehandlungsmaschihe 2 (Fig. 1), welche mittles des Bedienerhandgriffs 1 (Fig. 6) durch den Benutzer bewegt und gelenkt werden kann. Die Bodenbehandlungsmaschine 2 weist die üblichen Bauteile auf, wie ein Gehäuse, Räder; Saugbalken, Batterien, Antriebe für die Räder, Vakuumpumpe, Tank für das Reinigungsmittel etc.

Die Bodenbehandlungsmaschine 2 besitzt eine Vorderseite 4, eine Oberseite 5, eine Unterseite 6, zwei Seitenflächen 7 und eine Hinterseite 8, sowie ein oberes, frontales Bauteil 16, ein mittleres Bauteil 17, ein unteres Bauteil 18 und ein oberes rückwärtiges Bauteil 19.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in Kompaktbauweise mit einem Verhältnis von Volumen : Länge von 0,35 m ² realisiert, Sie ist zudem so ausgelegt, dass sie mit unterschiedlichen Batterietypen bestückbar ist, insbesondere mit Lithium- Eisenphosphat-Batterien oder mit Bleibatterien. Zusätzlich ist die Bodenbehandlungsmaschine 2 mit einem Computersystem, Prozessor, Speicher und einer Steuerung zur Betätigung der Antriebsmittel der Bodenbehandlungsmaschine 2 ausgestattet, weiches mit einer Anzahl von Kameras 3,9 und Sensoren 10,11,12 kommuniziert. Der Prozessor kommuniziert über einen Bus oder andere elektrische Verbindungen mit den Kameras 3,9 und den Sensoren 10,11,12, sowie auch mit den Antriebsmitteln der Bödenbehandlungsmaschine 2 und dem Lichtmodul 13.

Das Computersystem, Prozessor, Speicher und die Steuerung zur Betätigung der Antriebsmittel der Bodenbehandlungsmaschine 2 sind aufgrund ihres erheblichen Volumens im Maschinenkörper untergebracht.

Wie in Figur 2 dargestellt sind im oberen, rückwärtigen Bauteil 19, welches als Lichtmodul 13 ausgebildet ist und über die beiden Seitenflächen 7 seitlich hinausragt, zwei 3D-Tiefenkameras 9 zur Erkennung von Hindernissen angeordnet Mittels des optischen Lichtmoduls 13 können mehrere Betriebszüstände dargestellt werden, welche durch das Aufleuchten von verschiedenen Farben unterscheidbar sind, nämlich:

(i) Erlernen eines neuen Pfades von einer Startzone bis zu einer Zielzone durch einen Benutzer;

(ii) Verarbeitung des erlernten Pfades; und

(iii) automatisches Abfahren des erlernten Pfades.

Durch die farblichen Anzeigen können Fehler der Vorrichtung angezeigt und Korrekturmöglichkeiten angeboten werden. Durch diese Anzeigen sind auch für weitere Raumbenutzer aufgrund der relativ grossen Dimensionen des Lichtmoduls sowie seine von allen Seiten sichtbare Anbringung die Betriebszustände der Vorrichtung jederzeit erkennbar.

Wie in Fig. 3 dargestellt sind frontal auf der Oberseite 5 der Bödenbehandlungsmaschine 2 in einem oberen, frontalen Bauteil 16 insgesamt vier visuelle Kameras 3 zur Orientierung und Lokalisierung der Bodenbehandlungsmaschine 2 angebracht. Die Kameras 3 sind links und rechts, nach vorne und nach oben ausgerichtet

Wie in Figur 4 dargestellt sind im mittleren Bauteil 17 auf mittlerer Höhe der beiden Seitenflächen 7 und der Vorderseite 4 insgesamt vier Ultraschallsensor-Paare 10,11 zur Nah-Erkennung von seitlichen Hindernissen angebracht sowie links und rechts an der Vorderseite 4 je ein Laser-Sensor 12 zur Erkennung von untenliegenden Hindernissen, z.B. von Treppenstufen, angebracht

Wie in Figur 5 dargestellt sind im unteren Bauteil 18 insgesamt vier Ultraschall- Treppensensor-Paare 10 angebracht, welche nach unten ausgerichtet sind.

An der vordersten Stelle der Bodenbehandlungsmaschine 2 ist ein Kontaktschalter angebracht zur Vermeidung von Kollisionen mit Hindernissen.

Wie in Fig, 6 dargestellt weist der Bedienerhandgriff 1 ein Bedienfeld 20 mit einer Anzahl von Folientastatur-Knöpfen 14 zur konventionellen Bedienung der Bodenbehandlungsmaschine 2 sowie einen Touch-Screen 15 für die Robotikeingaben auf.

Das Gomputersystem der erfindungsgemässen Vorrichtung kann mehrere voneinander unabhängige Pfade mit unterschiedlichen Start- und Zielzonen erlernen und nach erfolgter Speicherung automatisch reproduzieren. Die Startzone - zu der die Bodenbehandlungsmaschine 2 zurückgebracht werden muss, um den erlernten Pfad zu reproduzieren - umfasst eine Fläche von einem Quadratmeter, so dass die Anfangs- Positionierung keine besonderen Anforderungen stellt. Die Zielzone eines ersten Pfades kann auch mit der Startzone eines zweiten Pfades verbunden werden, so dass nach beendigtem Abfahren des ersten Pfades ein automatischer Transfer der Bodenbehandlungsmaschine 2 zur Startzone des zweiten Pfades möglich ist.

Die gesamte Steuerung wird durch den Operator/Benutzer am Bedienerhandgriff 1 ausgeführt, d.h. das Erlernen des Pfades (einschliesslich der Eingabe der Start- und Zielposition) und die anschliessende Repetierung wie auch alle anderen Operationen wie das Speichern von erlernten Pfaden. Aber auch die konventionelle Arbeit als Scheuersaugmaschine ist möglich.

Die in den Figuren 1 - 6 dargestelite erfindungsgemässen Vorrichtung in Form einer Scheuersaugmaschine kann so modifiziert werden, dass sie sich nicht nur für die roboterisierte Reinigung von verschmutzen Bodenflächen, sondern auch für das Auftragen von pflegenden Substanzen auf eine Bodenfläche, Versiegelung von Böden oder das Schleifen von Böden eignet Die Batterien der Bodenbehandlungsmaschine 2 lassen sich durch Andocken der Bodenbehandlungsmaschine 2 an eine mit einer Stromversorgung versehenen Andockstation periodisch Aufladen. Die Andockstation kann auch eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung der Reinigungskomponenten der Bodenbehandlungsmaschine 2, einen Vorratstank für ein flüssiges Reinigungsmittel zur periodischen Nachfüllung des Reinigungsmitteltanks der Bodenbehandlungsmaschine umfassen, sowie die Entleerung des Schmutzwassertanks und Befüllen des Frischwassertanks der Bodenbehandlungsmaschine 2 gestatten.

Ein Verfahren zur Bearbeitung von Böden mit der in den Figuren 1 - 6 dargestellten Vorrichtung umfasst folgenden Schritte:

(i) manueller Transport der Bodenbehandlungsmaschine 2 durch einen Benutzer zu einer Startzone und Eingabe der Startposition an das Computersystem;

(ii) manuelles Abfahren eines vom Benutzer gewählten Pfades bis zu einer Zielzone unter Speicherung des gewählten Pfades und Eingabe der Zielposition an das Gompütersystem;

(iii) Verarbeitung der gespeicherten Daten für den befahrenen Pfad im Computersystem, so dass der gespeicherte Pfad automatisch ohne den Benutzer reproduzierbar ist.

Diese Verarbeitung geschieht lokal in der erfindungsgemässen Vorrichtung und benötigt keine Übertragung von Daten an ein externes Gerät.

Obwohl wie oben beschrieben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorliegen, sind diese so zu verstehen, dass die verschiedenen Merkmale sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination verwendet werden können.

Diese Erfindung ist daher nicht einfach auf die oben erwähnten, besonders bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.