РОБОТ-ПЫЛЕСОС С ФУНКЦИЕЙ WI-FI Российский патент 2024 года по МПК G06F7/00 

Область техники

Изобретение относится к бытовой технике, в частности, к роботу-пылесосу, системе робота-пылесоса и способу управления им, более конкретно, к роботу-пылесосу с функцией Wi-Fi, включающей удаленное управление его настройками и контролем состояния его составных элементов. Заявленное устройство робота-пылесоса с функцией Wi-Fi может быть использовано в легкой промышленности при производстве таких устройств.

Уровень техники

Робот-пылесос - это автономное устройство, предназначенное для автоматической уборки поверхности. Он оснащен датчиками и программным обеспечением, которые позволяют ему сканировать и очищать поверхности без участия человека. Многие модели имеют функции картографирования и мобильных приложений для управления удаленно.

Назначение робота-пылесоса - автоматизированная уборка пола в домашних условиях. Он предназначен для сбора пыли, мусора, волос и других мелких загрязнений с полов, ковров и плитки. Робот-пылесос может быть использован для поддержания чистоты в доме без необходимости вручную пылесосить полы. Его датчики и алгоритмы позволяют ему обходить препятствия и автоматически возвращаться на базу для зарядки.

Робот-пылесос также может осуществлять влажную уборку, протирая пол при помощи вращающихся ковриков. Также при помощи робота-пылесоса можно очистить пол от воды путем перемещения вращающейся швабры.

Обычно, робот-пылесос включает в себя устройство всасывания воздуха, расположенное в корпусе пылесоса. После всасывания наружного воздуха, содержащего посторонние примеси, с помощью устройства всасывания воздуха робот-пылесос отделяет посторонние предметы для сбора пыли и выбрасывает чистый воздух, от которого отделены посторонние примеси.

Робот-пылесос с функцией влажной уборки имеет дополнительные компоненты и возможности в сравнении с обычным роботом-пылесосом. В частности, он имеет контейнер для воды, который предназначен для хранения воды, используемой при влажной уборке; моющую насадку, оборудованную микрофиброй или специальным материалом для уборки с использованием воды; систему подачи воды, которая контролирует, какое количество воды выделяется на моющую насадку; резервуар для грязной воды, предназначенный для сбора воды, смешанной с пылью. Помимо этого робот-пылесос с функцией влажной уборки может иметь дополнительные сенсоры для определения влажности пола и избегания излишней влажности.

Наиболее близким аналогом заявленного робота пылесоса является устройство робота-пылесоса, раскрытое в CN110604520A, дата публикации 24.12.2019. Известный робот содержит корпус, средство подметания, средство для влажной уборки, включающий средство подачи жидкости, блок Wi-Fi связи и средство управления подачей жидкости. Блок подачи жидкости подает жидкость на пол. Очистительное устройство использует жидкость для очистки пола.

Блок Wi-Fi связи осуществляет связь с внешним устройством. Средство управления подачей заставляет средство подачи жидкости подавать жидкость на основании информации, введенной от внешнего устройства через блок Wi-Fi связи.

Известная конструкция робота-пылесоса имеет существенный недостаток, который заключается в низкой стабильности беспроводной Wi-Fi коммуникации за счет того, что преобразующий модуль пылесоса не способен анализировать помехи, которые влияют на работу беспроводных сетей Wi-Fi. В результате известная конструкция обусловлена прерывистой или нестабильной работой беспроводного подключения пылесоса к сети Wi-Fi. Это делает дистанционное управление затруднительным, а порой, в связи с отсутствием Wi-Fi связи, невозможным.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства робота-пылесоса с возможностью удаленного управления из приложения при помощи Wi-Fi сети и функцией автоматической фильтрации полученного информационного Wi-Fi сигнала от помех, создаваемых устройствами, окружающими пылесос в момент использования, для повышения стабильности Wi-Fi соединения и бесперебойной работы удаленного управления его работой.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышении стабильности подключения робота-пылесоса к беспроводной сети Wi-Fi для дистанционного управления режимами его работы и мониторинга состояния его блоков при сохранении высокой эффективности работы устройства пылесоса в целом и работы системы приемопередачи Wi-Fi сигналов, встроенной в робот-пылесос, в частности.

Раскрытие изобретения

Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что робот-пылесос с функцией Wi-Fi содержит корпус, внутри которого расположен блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса, а также блок беспроводного Wi-Fi управления, связанного с микроконтроллером модуля управления пылесоса, причем блок беспроводного Wi-Fi управления выполнен с возможностью приемопередачи, регистрации и фильтрации Wi-Fi сигнала на фоне помех.

При этом блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса включает подвижный узел, включающий в себя блок управления двигателями, который соединен с микроконтроллером модуля управления.

Кроме этого блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса включает чистящий блок, который включает в себя блок механизма сухой уборки и блок механизма влажной уборки.

В свою очередь блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса содержит блок сенсоров и датчиков, для обеспечения функционирования пылесоса, который включает, в частности, датчики определения перепада высоты, датчики обнаружении препятствия, датчик наличия контейнера, пассивный датчик определения пройденного расстояния, датчик положения, датчики давления под колесами или опорными точками, камеры, датчики навигации, акустические датчики, датчики жестов, датчики касания.

В качестве датчиков используются инфракрасные, лазерные, ультразвуковые, акустические, оптические датчики, видеокамеры, широкоугольные камеры.

Также робот-пылесос дополнительно содержит систему позиционирования, основанную на методе SLAM (Simultaneous Localization And Mapping).

При этом блок беспроводного Wi-Fi управления выполнен в виде преобразующего модуля Wi-Fi содержащего блок приемопередачи Wi-Fi сигналов, вход которого связан с устройством управления микропроцессора, а выход с блоком анализа и фильтрации, соединенного с блоком памяти помех.

Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что роботизированная система чистки содержит робот-пылесос с функцией Wi-Fi, предназначенный для выполнения уборки при автоматическом перемещении по очищаемой поверхности, и зарядную базовую станцию, выполненную с возможностью соединения с роботом-пылесосом для зарядки электроэнергией аккумулятора, установленного в роботе-пылесосе.

При этом зарядная базовая станция содержит в себе блок связи для передачи информационного сигнала на приемопередатчик робота-пылесоса.

Также зарядная базовая станция имеет оптический датчик, в частности инфракрасный датчик, для обеспечения функционирования системы парковки робота на базовую станцию.

При этом зарядная базовая станция содержит контактные площадки для зарядки робота-пылесоса.

Кроме этого блок связи робота-пылесоса может связываться с пультом дистанционного управления, который управляет работой робота-пылесоса.

Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что способ Wi-Fi управления роботом-пылесосом, включает

- подключение удаленного устройства управления, например, планшета, телефона, компьютера к Wi-Fi сети,

- добавление робота-пылесоса в мобильное приложение удаленного устройства управления,

- осуществление запуска и/или остановки уборки,

- выбор режима уборки,

- настройку плана уборки, выбор помещений,

- настройку планирования уборки в соответствии с расписанием, установленным пользователем,

- осуществление мониторинга состояния робота-пылесоса, включая мониторинг уровня заряда батареи, проверку статуса фильтров, мониторинг состояния блоков датчиков и блока двигателей,

- активацию процесса завершения уборки и возврата на базу.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых использованы следующие обозначения:

1 - модуль управления с микроконтроллером;

2 - аккумуляторная батарея (АКБ);

3 - модуль зарядного устройства;

4 - выключатель питания:

5 - модуль питания;

6 - блок управления двигателями;

7 - двигательный блок (боковые щетки, центральная щетка, вентилятор/турбина);

8 - два колесных двигателя;

9 - блок индикации и ручного управления;

10 - блок видеокамер;

11 - видеоконтроллер;

12 - преобразующий модуль Wi-Fi;

13 - базовая станция;

14 - материнская плата;

15 - набор датчиков робота-пылесоса;

16 - датчик падения;

17 - датчики навигации;

18 - ИК датчики обнаружения препятствий;

19 - датчик обнаружения пыли;

20 - механические датчики бампера;

21 - датчики перепада высот;

22 - датчик определения пройденного расстояния;

23 - датчики построения карты навигации;

24 - микропроцессор;

25 - устройство управления;

26 - блок анализа и фильтрации;

27 - блок приема-передачи данных по беспроводной сети, например, в приложение, установленное на портативное устройство (на чертежах не показано);

28 - блок памяти помех;

29 - кнопка вкл/выкл/старт/стоп;

30 - корпус робота-пылесоса;

31 - левое и правое колесо;

32 - пылесборник;

33 - узел центральной щетки;

34 - крышка отсека АКБ;

35 - боковые щетки;

36 - переднее колесо;

37 - клеммы зарядки;

38 - салфетка/тряпка для влажной уборки;

39 - крепления для салфетки/тряпки;

40 - контейнер для влажной уборки;

41 - отверстие для залива воды;

42 - крышка заливного отверстия;

43 - зарядная база;

44 - блок приемопередачи сигнала;

45 - контактная группа;

100 - система робота-пылесоса.

Хотя настоящее изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на его примерные варианты его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми примерными вариантами осуществления, а, напротив, следует понимать, что различные модификации могут быть изготовлены специалистами в данной области техники без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

На фиг. 1 представлен пример блок-схемы устройства робота-пылесоса в соответствии с аспектами настоящего изобретения.

На фиг. 2 более подробно представлен преобразующий модуль Wi-Fi в соответствии с аспектом настоящего изобретения.

На фиг. 3 показана структурная схема анализа поступающих сигналов микропроцессором.

На фиг. 4 показана логическая схема управления устройством.

На фиг. 5 представлен общий вид варианта выполнения робота-пылесоса со встроенным беспроводным Wi-Fi модулем.

На фиг. 6 показан вариант выполнения нижней части робота-пылесоса в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.

На фиг. 7 показано как устанавливается и снимается пылесборник или контейнер для влажной уборки в корпус робота-пылесоса.

На фиг. 8 раскрыт вариант подготовки контейнера для влажной уборки.

На фиг. 9 показана система робота-пылесоса 100, включающая зарядную базу и робот-пылесос в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения.

На фиг. 10 показаны варианты траекторий движения робота-пылесоса, где а) - движение по спирали (локальная уборка); б) - движение по зигзагу (обработка всей площади); в) - уборка по периметру (вдоль стен); г) - произвольное движение (быстрая уборка).

Осуществление изобретения

С развитием беспроводной технологии WIFI становится возможной передача данных через облако. Таким образом, узнать состояние составных блоков пылесоса, в том числе параметры аккумулятора пылесоса, а также наполненность пылесборника робота можно удаленно через мобильное устройство, например, телефон, планшет, ноутбук и т.п.

В заявленном устройстве используется модуль беспроводной передачи Wi-Fi сигнала для приема-передачи данных о состоянии робота-пылесоса и для дистанционного управления режимами его работы при помощи удаленного устройства управления, например, такого как мобильный телефон, планшет или ноутбук.

Как известно, в беспроводных сетях, в частности, в Wi-Fi сети, в качестве среды распространения сигнала используются радиоволны, а работа устройств и передача данных в сети происходит без использования кабельных соединений. В связи с этим на работу беспроводных сетей воздействует большее количество различного рода помех. В свою очередь Wi-Fi-устройства подвержены воздействию даже небольших помех, которые создаются другими устройствами, в том числе работающими в том же частотном диапазоне.

Так же известно, что в беспроводных Wi-Fi сетях используются два частотных диапазона - 2,4 и 5 ГГц. Беспроводные сети стандарта 802.11b/g работают в диапазоне 2.4 ГГц, сети стандарта 802.11а - 5 ГГц, а сети стандарта 802.11n могут работать как в диапазоне 2.4 ГГц, так и в диапазоне 5 ГГц.

Bluetooth-устройства, беспроводные клавиатуры и мыши также работают в частотном диапазоне 2.4 ГГц, а, следовательно, могут оказывать влияние на работу точки доступа и других Wi-Fi-устройств.

При этом беспроводные устройства Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Например, домашний интернет-центр с точкой доступа Wi-Fi стандарта 802.11b/g имеет радиус действия до 60 м в помещении и до 400 м вне помещения.

В помещении дальность действия беспроводной точки доступа может быть ограничена несколькими десятками метров в зависимости от конфигурации комнат, наличия капитальных стен и их количества, а также других препятствий.

При этом препятствия, такие как стены, потолки, мебель, металлические двери и т.д., расположенные между Wi-Fi-устройствами, могут частично или значительно отражать/поглощать радиосигналы, что приводит к частичной или полной потере сигнала. При этом наличие капитальных стен, включающих бетон и арматуру, листового металла, штукатурки на стенах, стальных каркасов и т.п. также влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу преобразующего модуля любого Wi-Fi-устройства, в том числе пылесоса.

Внутри помещения причиной помех радиосигнала также могут являться зеркала и тонированные окна. Даже человеческое тело ослабляет сигнал примерно на 3 dB.

В таблице 1 показаны потери эффективности сигнала Wi-Fi при прохождении через различные препятствия, которые присутствуют в помещениях. Данные приведены для сети, работающей в частотном диапазоне 2.4 ГГц.

Кроме этого на работу Wi-Fi-устройства и ухудшение качества связи Wi-Fi также влияет различная бытовая техника, работающая в зоне покрытия Wi-Fi сети.

К примеру, микроволновые СВЧ-печи ослабляют уровень сигнала Wi-Fi, так как обычно также работают в диапазоне 2,4 ГГц. Кроме этого детские радионяни - это приборы также работающие в диапазоне 2,4 ГГц, что создает помехи и ухудшается качество связи Wi-Fi. Также на качество связи по Wi-Fi сети влияют мониторы с электронно-лучевой трубкой, электромоторы, беспроводные динамики, работающие на частоте 2,4 или 5 ГГц, некоторые источники электрического напряжения, например, электропроводка, кабели с недостаточным экранированием, а также коаксиальные кабели и разъемы, используемые с некоторыми типами спутниковых тарелок, внешние мониторы и ЖК-экраны, работающие на частоте 2,4 ГГц, беспроводные камеры и другие устройства Wi-Fi, находящиеся в радиусе действия сети Wi-Fi.

Таким образом, различные устройства могут являться источниками помех для регистрации и передачи сигналов по сети Wi-Fi. Как указывалось выше, эти устройства могут включать средства связи и/или электронные устройства, включая как проводные, так и беспроводные устройства (например, микроволновые печи, принтеры, компьютеры, планшеты, телефоны, беспроводные телефоны, сетевые узлы, сетевые устройства, телевизионные приставки, телевизоры, радиоприемники, устройства связи), терминалы, линии электропередач, передатчики, различные протоколы связи, используемые устройствами и тому подобное.

Вместе с тем, в предложенном изобретении было решено использовать фильтрацию на основе данных об этих помехах. Предлагается использовать указанные помехи для создания и/или генерирования картин помех для каждого источника помех.

Общие типы помех можно разделить на взаимные помехи или помехи в совмещенных каналах CCI (co-channel interference), помехи между несущими ICI (inter-carrier interference) из-за модуляции сигнала, электромагнитные помехи EMI (electromagnetic interference) из-за излучения внешнего источника. В свою очередь данные о помехах можно использовать для создания и/или генерирования картин помех для каждого источника помех. Картины интерференции могут быть отображены на карте интерференции, которая может иллюстрировать пространственные отношения картин интерференции, источников интерференции, объектов, не излучающих радиоволны, их комбинаций и т.п. Сформированную интерференционную карту помех можно использовать для оценки неизвестного и/или нового источника помех, например, беспроводного телефона, чтобы определить, как это может повлиять на устройство приемопередачи Wi-Fi, установленного на устройстве, например, таком как робот-пылесос.

Таким образом, предложен робот-пылесос с функцией Wi-Fi для дистанционного управления режимами его работы, а также для дистанционного мониторинга его состояния. При этом конструкция Wi-Fi модуля выполнена с возможностью формирования и сохранения интерференционной картины от каждого источника помех с тем, чтобы проводить сравнение картины помех и удалять все помехи от источников помех и оставлять только картину сигнала, соответствующую сигналу Wi-Fi. Указанное особенно актуально, учитывая, что робот-пылесос работает в автоматическом режиме и самостоятельно перемещается на различное расстояние от источника Wi-Fi сигнала в процессе эксплуатации.

Необходимо повторно отметить, что каждый источник помех имеет свою уникальную интерференционную картину, и именно эти данные можно использовать для создания и/или генерирования сигнатуры помех для каждого источника помех. При этом информация об источнике помех может быть включена в сигнатуру помех, например, рабочая частота, уровень мощности сигнала, местоположение, пользовательская информация и так далее для идентификации источника помех. Чтобы определить, какой источник помех вызвал изменение картины помех, сохраненные сигнатуры помех можно сравнить с данными о помехах, собранными/полученными и сгенерированными картинами помех.

Когда помехи снижают скорость передачи сигнала, может быть скоординирован, например, уровень мощности. Также можно изменить модуляцию сигнала, чтобы улучшить отношение сигнал-шум между полезным сигналом Wi-Fi и сигналом-помехой (шумом).

Кроме этого можно определить и сетевой адрес источника помех по сигнатуре помех. Например, сетевой адрес может содержать адрес интернет-протокола, сетевой адрес, адрес управления доступом к среде (MAC), интернет-адрес и/или т.п.

Реализация преобразующего модуля 12 пылесоса показана на фиг. 2 и основана на использовании Wi-Fi-приемника, сконфигурированного в виде блока приемопередачи 27. При этом блок приемопередачи 27 выполнен с возможностью приема (например, сбора, сбора и измерения) сигналов от источников помех, из которых вычислительное устройство микропроцессора 24 преобразующего модуля Wi-Fi 12 может определять данные о помехах при изменении сигналов за счет проведения сравнения принятых сигналов с имеющейся базой эталонных сигналов, сохраненных в блоке памяти 28. Указанный сравнительный анализ осуществляется в блоке анализа и фильтрации 26 микропроцессора 24. При этом приемник Wi-Fi, выполненный в виде блока приемопередачи 27, может иметь множество каналов приемника, которые способны измерять относительное направление сигнала с наибольшей энергией передачи. Изменения содержания энергии могут указывать на помехи и могут использоваться для определения источника помех. Например, когда содержание энергии измеряется во времени, спектральный анализ может указать приемнику, является ли источник помех частотно-модулированным сигналом или это сигнал со скачкообразной перестройкой частоты. Например, некоторые типы сигналов, такие как Bluetooth (802.15.1) и Zigbee (802.15.4), используют методы скачкообразной перестройки частоты или расширения спектра, которые можно легко обнаружить. В другом примере беспроводные и сотовые технологии, такие как усовершенствованная цифровая беспроводная связь (DECT) и множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), могут иметь четко определенную полосу пропускания.

Также преобразующий модуль 12 выполняет анализ содержания энергии во временной области и может определять частоту повторения импульсов (ЧПИ) источника помех. Анализ содержания энергии во временной области для определения ЧПИ может использоваться в ситуациях, когда анализ сигнала приводит к более чем одному типу источника помех. В одном аспекте вместо анализа сигнала можно использовать анализ во временной области, определяющий ЧПИ источника помех.

В качестве примера использования ЧПИ для определения источника помех рассмотрим микроволновые печи. Микроволновые печи передают либо непрерывную волну, либо длинные циклы сигнала, длящиеся несколько секунд или более. При этом, если сравнивать сигналы микроволновых печей с глобальной системой для мобильных сотовых передатчиков (GSM), то последние имеют относительно более высокую ЧПИ по сравнению с микроволновыми печами (примерно 216 Гц с компонентой 8 Гц). На основе ЧПИ вычислительное устройство может определить, является ли источник помех микроволновым или сотовым передатчиком GSM.

Таким образом, преобразующий модуль Wi-Fi 12 робота-пылесоса за счет своего конструктивного выполнения может определять источники помех, включая источники, которые имеют задокументированные характеристики (эталонные помехи), может определить тип радиочастотных помех и мощность сигнала, присутствующего в определенном месте.

При этом на этапе формирования интерференционной картины она может быть создана и/или сгенерирована на основе принятых данных интерференции. Например, интерференционная картина может содержать один или несколько из следующих элементов: радиоинтерференционная картина, микроволновая

интерференционная картина, их комбинации, и тому подобное. Кроме этого интерференционная картина может содержать частотный спектр, связанный с множеством источников помех. Интерференционная картина храниться в блоке памяти помех 28 и в дальнейшем используется в качестве эталонных сигналов вычислительного устройства микропроцессора 24.

Как показано на блок-схеме на фиг. 1 вариант выполнения устройства робота-пылесоса включает материнскую плату (Main board) 14 с модулем камеры(камер) 10 и видеоконтроллером 11, блоком индикации и ручного управления 9, выполненного, например, в виде дисплея, модулем управления электроприводами двигателей 6, преобразующего модуля Wi-Fi 12 для обеспечения дистанционного управления роботом и осуществления контроля над состоянием его блоков. При этом робот-пылесос может иметь, например, 19ти вольтовый адаптер, который заряжает аккумулятор АКБ 2 через базу для зарядки робота 13. При этом в качестве АКБ 2 может быть использован литий-ионный аккумулятор. АКБ 2 питает все остальные элементы схемы робота-пылесоса. Необходимо отметить, что в случае наличия в роботе-пылесосе таких функций как часы и/или таймер возможно использование дополнительной батарейка-таблетка на материнской плате (на схеме не показано). Как показано на фиг. 1 на модуль управления с микроконтроллером 1 поступают сигналы со всех датчиков 15 робота-пылесоса. Например, это могут быть датчики определения перепада высоты (PSD Sensors) 21, расположенные на дне корпуса устройства, инфракрасные датчики (IR Sensors) 18, которые располагаются непосредственно на бампере робота-пылесоса. При обнаружении препятствия робот-пылесос меняет свое направление. Если ИК-датчики 18 не сработали, но робот все же упирается в препятствие, срабатывают механические датчики бампера (Bumper SWs) 20. На схеме показанной на фиг. 1 также изображены переключатели обнаружения (Detection Switches) 23.

Например, можно использовать гироскоп, установленный сбоку колеса, который помогает определять роботу его положение в пространстве и определяют не оторвались ли колеса робота от пола. Если контакт разомкнут, робот прекращает работу, а датчик наличия пылесборника (на схеме не показан) срабатывает в случае отсутствия или неправильной установки пылесборника 32 или контейнера для влажной уборки 40. Также робот-пылесос может иметь пассивный датчик определения пройденного расстояния (Passive Encoder) 22, а также датчики навигации 17 и датчики построения карты навигации 23.

Датчик положения робота-пылесоса это важный компонент, который позволяет устройству определять свое местоположение и ориентироваться в помещении. Обычно это реализуется с помощью комбинации различных датчиков: инфракрасные датчики используются для обнаружения препятствий и стен; лазерные датчики (LIDAR) позволяют создавать карты окружающей среды и точно определять расстояния до объектов; колесные энкодеры представляют собой датчики, которые прикрепляются к осям или моторам колес робота и меряют, сколько оборотов совершили колеса, что позволяет определить расстояние, на которое переместился робот, и управлять его движением с высокой точностью; гироскопы и акселерометры используются для определения ориентации и изменения направления движения; камеры позволяют создавать изображения для обнаружения местоположения по визуальным признакам. Современные роботы-пылесосы часто используют комбинацию этих датчиков и алгоритмы слияния данных (SLAM) для построения карты помещения и эффективной навигации.

Сенсор обнаружения пола в роботе-пылесосе обычно предназначен для определения типа поверхности (какой вид пола) и регулирования работы устройства в зависимости от этой информации.

Такие сенсоры могут использовать несколько методов для определения типа пола. В частности инфракрасные датчики могут измерять отраженный свет от поверхности и определять, насколько она светлая или темная. Акустические сенсоры могут излучать звуковые волны и анализировать их отражение от пола. Различные типы поверхностей могут отражать звук по-разному. Оптические сенсоры могут использовать световые датчики для анализа цвета или текстуры поверхности. Ультразвуковые датчики могут измерять расстояние до поверхности и определять тип пола на основе этой информации. Сенсор обнаружения пола позволяет роботу-пылесосу адаптировать свою работу, например, изменять мощность всасывания или режимы уборки в зависимости от типа пола (ковровое покрытие, паркет, линолеум и т.д.), чтобы достичь наилучших результатов уборки.

Также одним из важных и сложных задач для робота-пылесоса является определение наличия лестницы. Лестница обычно создает резкое изменение расстояния, что можно использовать для обнаружения. Робот оснащенный инфракрасными датчиками, может обнаруживать изменения расстояния до поверхности. Также при наличии камер робот может использовать алгоритмы компьютерного зрения для анализа изображения и обнаружения характерных признаков лестницы, таких как ступени и вертикальные подъемы. Помимо этого, если робот начинает внезапно наклоняться или изменять свою ориентацию вверх или вниз, это может быть признаком того, что он попал на лестницу. Гироскопы и акселерометры могут помочь в обнаружении подобных изменений. Также датчик LIDAR позволяет роботу создавать трехмерные карты окружающей среды и точно измерять расстояния. Лестница может выглядеть как резкое изменение геометрии поверхности. Обычно роботы используют комбинацию различных датчиков и алгоритмов для обнаружения лестницы и принятия соответствующих мер для безопасности и навигации, таких как остановка, избегание попыток спуска или предупреждение пользователей.

Когда робот находится на горизонтальной поверхности, вертикальное ускорение, вызванное гравитацией, будет близким к 9.81 м/с² (приближенно к ускорению свободного падения на Земле). Изменение этого ускорения может указать на наклон или опрокидывание. Использование акселерометров поможет определить положение робота-пылесоса.

Кроме того, датчики давления под колесами или опорными точками также могут использоваться для определения того, находится ли робот на твердой поверхности.

Как следует из всего вышеизложенного набор датчиков робота-пылесоса, обозначенный на фиг. 1 позицией 15 может иметь довольно обширный список датчиков, поскольку обычно роботы комбинируют данные от гироскопов, акселерометров, лазеров, камер и других дополнительных сенсоров для определения своего положения, предотвращения опрокидывания, определения препятствий, определения типа напольного покрытия и т.п. При этом для того чтобы понять где робот уже убирался, а где еще нет, он также получается информацию со всех вышеперечисленных датчиков и сенсоров 15. Он замеряет пройденное расстояние и угол поворота, а с помощью камеры и датчиков препятствий «понимает» где границы убираемой площади. Робот-пылесос также использует камеры для полноценного построения карты помещения, определения наличия людей и животных в комнате. Также при наличии датчика жестов, робот-пылесос понимает жесты, при помощи которых можно указывать роботу на дальнейшие его действия или менять режим работы.

Учитывая изложенное, в заявленном изобретении представленный на фиг. 1 перечень датчиков, обозначенных позициями 16-23 является примерным и приведен только для понимания сущности заявленного решения и ни в коей мере не должен расцениваться как единственно возможный вариант выполнения набора датчиков 15 робота пылесоса.

В свою очередь модуль управления пылесоса 1 с микроконтроллером выполнен с возможностью получения информации со всех датчиков и сенсоров, установленных в роботе-пылесосе. Учитывая полученную информацию модуль управления 1 передает команду на блок управления двигателями 6, который в свою очередь управляет как основными колесами 31 робота посредством колесных двигателей 8 и меняет их скорость или обеспечивает поворот и/или остановку, так и двигательным блоком 7, посредством которого осуществляется работа боковых щеток 35 робота, а также работа центральной щетки узла 33 и двигателя вентилятора/турбины пылесоса.

Известно, что двигатель робота-пылесоса обычно является электрическим мотором, который создает всасывающую силу для сбора пыли и мусора с пола. Роботы-пылесосы обычно оснащены бесщеточными моторами, которые более эффективны и имеют длительный срок службы. Такие моторы управляются электроникой и алгоритмами, которые позволяют роботу навигировать по помещению и выполнять задачи уборки. Двигатель робота-пылесоса установлен внутри корпуса устройства. Этот двигатель находится вблизи сборной емкости для пыли и других мусорных отходов. Он приводит в движение вентилятор или турбину, которые создают поток воздуха, который используется для всасывания пыли и грязи с пола. Этот процесс позволяет роботу-пылесосу собирать мусор внутри себя и сохранять его в специальном контейнере до тех пор, пока пользователь не решит вынуть и опустошить его.

Для создания всасывающей силы двигатель связан с вентилятором или турбиной, а также с мотором центральной щетки и моторами боковых щеток робота-пылесоса, которые отвечают за вращение щеток или роликов пылесоса. Это движение моторов щеток активирует боковые щетки 35 и центральную щетку в узле 33 и помогает отрывать грязь и пыль от поверхности, а затем направлять ее в поток всасываемого воздуха.

Как показано на фиг. 6 в одном варианте выполнения в нижней части пылесоса расположены колеса для передвижения 31, маленький ролик-колесико 36 для разворота, щетки-метелки 35 для подачи мусора к всасывающему соплу, центральная вращающаяся щетка, установленная в узле центральной щетки 33, контакты-клеммы 37 для зарядной станции, датчики обнаружения перепада высот 21, расположенные на дне корпуса, крышка 34 отсека аккумулятора АКБ. В том случае, если мы устанавливаем контейнер 40 для влажной уборки, то салфетка-тряпка 38 для влажной уборки также располагается внизу и крепится непосредственно к контейнеру 40 для воды (см. фиг. 8).

Как показано на фиг. 5-9 заявленное устройство робота-пылесоса включает в себя основной корпус 30, подвижный узел, который включает в себя блок управления двигателями 6, соединенный с модулем управления с микроконтроллером 1 робота. Блок управления двигателями 6 управляет колесными двигателями 8, которые приводят в движение ведущие колеса 31. Очевидно, что вместо ведущих колес 31 может использоваться гусеничное колесо или что-то подобное, составляющее ходовое колесо в качестве ведомой части. В последующем описании направление вдоль направления ходьбы основного корпуса 30 называется направлением вперед-назад (стрелка показывающая направление на фиг. 9).

Робот-пылесос включает в себя чистящий блок, который включает в себя блок механизма сухой уборки и блок механизма влажной уборки. При этом в случае установки пылесборника 32 в корпус пылесоса 30 в соответствии с примером, показанным на фиг. 7, активизируется блок механизма сухой уборки.

Робот-пылесос включает в себя основной корпус 30, формирующий внешний вид, бампер, установленный на передней поверхности основного корпуса 30. Блок формирования изображения включает в себя блок связи для связи с внешним устройством, таким как базовая станция 43. Кроме того, блок формирования изображения включает в себя блок видеокамер 10 установленных спереди и сзади относительно направления движения робота-пылесоса. Робот-пылесос дополнительно включает в себя часть для сбора мусора и пыли - пылесборник 32, расположенный в основном корпусе 30.

Робот-пылесос может дополнительно включать в себя блок обнаружения препятствий 18, установленный на передней, левой и правой сторонах основного корпуса 30, для обнаружения препятствий, расположенных спереди, а также на левой и правой сторонах робота-уборщика.

Кроме того, робот-пылесос может использовать сигнал обнаружения препятствий, обнаруженный блоком 18 обнаружения препятствий, для подготовки карты. Например, робот-пылесос может распознавать мебель, такую как диван или стол, как препятствие и наносить ее на карту.

Также робот-пылесос может дополнительно включать в себя блок обнаружения звука для обнаружения звука, например, такого как голос пользователя.

Как показано на фиг. 6, робот-пылесос в нижней части содержит колеса 31, боковые щетки 35, переднее колесико 37 и основную щетку, расположенную в узле центральной щетки 33. Подвижные боковые щетки 35 расположены на левом и правом краях относительно центральной части основного корпуса 30. Пара колес 31 предназначена для перемещения вперед, назад и вращения робота. При этом колесные двигатели 8 обеспечивают движение колес 31, а они в свою очередь прикладывают движущую силу к центральному колесику 36, которое установлено спереди основного корпуса 30 и вращается в соответствии с состоянием поверхности пола, по которой движется робот-пылесос. Пара колес 31 расположена симметрично друг другу на основном корпусе 30. В свою очередь поворотное колесо 36 используется для стабилизации положения робота-уборщика и для предотвращения его падения, и выполнено в виде ролика.

Чистящие боковые щетки 35 установлены в нижней части основного корпуса 30, при этом их расположение обеспечивает подметание и направление пыли в сторону узла центральной щетки 33, которая собирает весь мусор и пыль внутрь робота-пылесоса в пылесборник. При этом узлы боковых щеток 35 расположены так, чтобы щетки выступали наружу и сметали пыль с участков, отличных от тех, которые очищаются узлом центральной щетки 33.

Узел основной центральной щетки 33 предусмотрен на впускном отверстии нижней части основного корпуса 30, а основная центральная щетка предназначена для подметания и сбора пыли с пола в нижнюю часть основного корпуса 30.

Центральная щетка включает в себя ролик, механически соединенный с двигателем центральной щетки, и щеточный элемент, установленный на внешней периферийной поверхности валика. То есть ролик центральной щетки вращается приводом двигателя щетки (см. позицию 7 на фиг. 1), а щеточный элемент, прикрепленный к ролику, вращается. За счет этого щеточный элемент центральной щетки направляет пыль с нижней поверхности пола во всасывающее отверстие узла центральной щетки 33.

Робот-пылесос также может собирать посторонние вещества, такие как пыль, используя силу всасывания. То есть узел центральной щетки может быть расположен внутри основного корпуса 30, но может дополнительно включать в себя всасывающую часть, расположенную вокруг основной щетки для создания силы всасывания во всасывающем отверстии узла центральной щетки 33.

Всасывающий блок включает в себя вентилятор или турбину, которая соединена с двигателем вентилятора/турбины. При этом всасывающая часть узла 33 центральной щетки направляет пыль, попавшую во всасывающее отверстие к пылеулавливающей части, используя силу обдува и регулирует силу обдува при помощи модуля управления с микроконтроллером 1.

Узел боковых щеток 35 предназначен для повышения эффективности очистки за счет сметания пыли в переднем и боковом направлениях основного корпуса 30, а также пыли на тех поверхностях пола, где основная центральная щетка не может достать.

Блок источника питания включает в себя аккумуляторную батарею АКБ 2, электрически соединенную с различными компонентами, установленными на основном корпусе 30, включая материнскую плату 14, для подачи энергии и приведения в действие различных компонентов устройства робота-пылесоса и установленных на нем датчиков.

Аккумулятор АКБ 2 представляет собой перезаряжаемую аккумуляторную батарею, которая электрически соединена с базовой зарядной станцией 13 через две зарядные клеммы 37, расположенные в нижней части робота для приема энергии от зарядной станции 13 и выполнения зарядки.

Когда робот-пылесос выполняет уборку в автоматическом режиме, блок 18 обнаружения препятствий проверяет препятствия, такие как мебель, офисные принадлежности, стены и т.п., установленные в зоне уборки, и расстояния до препятствий и перемещает пылесос в соответствии с результатом. Также робот-пылесос активизирует датчики навигации 17 и датчики построения карты навигации 23 и сохраняет полученные данные в памяти.

Учитывая, что заявленное устройство робота-пылесоса обеспечивает возможность управления роботом удаленно при помощи Wi-Fi управления, робот-уборщик включает в себя пользовательский интерфейс, блок формирования изображения, блок связи, блок обнаружения и модуль привода.

Пользовательский интерфейс принимает команду от пользователя и отображает рабочее состояние робота-пылесоса.

Пользовательский интерфейс включает в себя блок ввода для приема информации о резервировании уборки, начала/окончания уборки, создания карты, режима вождения, схемы вождения и т.п., информации о резервировании уборки, состояния зарядки, состояния сбора пыли, схемы вождения, режим вождения и тому подобное. Он включает в себя блок отображения информации.

При этом режим управления включает в себя режим уборки, режим создания карты, режим ожидания, режим стыковки, режим резервирования и т.п.

Пользовательский интерфейс может быть реализован в виде сенсорного экрана. Кроме того, кнопка включения/выключения питания пользовательского интерфейса может представлять собой кнопку, предусмотренную отдельно от сенсорного экрана.

Кроме того, блок ввода пользовательского интерфейса может быть реализован как сенсорная панель, а блок отображения может представлять собой жидкокристаллический дисплей (ЖКД). На представленных чертежах указанный блок ввода пользовательского интерфейса обозначен на фиг. 1 позицией 9 - блок индикации и ручного управления.

Блок индикации 9 на пылесосе предназначен для того, чтобы предоставлять информацию пользователю о текущем состоянии и работе пылесоса. Этот блок может включать разные индикаторы, светодиодные дисплеи и звуковые сигналы для обеспечения информативности и удобства использования. При этом основные функции, которые имеет блок индикации пылесоса это индикация питания, индикация уровня заполнения контейнера для сбора пыли, индикация состояния фильтра, индикация мощности всасывания, индикация ошибок и т.п. В случае необходимости пылесос может быть дополнен звуковым и/или световым индикатором. При этом звуковые сигналы могут сигнализировать о различных событиях, таких как включение/выключение, окончание уборки и другие, а световые индикаторы могут включаться и сигнализировать о той или иной проблеме, возникшей в процессе работы пылесоса или сигнализировать об уровне заряда АКБ 3 и т.п.

Также блок индикации 9 может быть выполнен в виде светодиодного дисплея, на котором дополнительная информация о состоянии и настройках пылесоса.

Блок формирования изображения собирает изображения окружающие основной корпус пылесоса 30 посредством установленных камер 10 и создает карту помещения с указанием всех обнаруженных препятствий.

При этом посредством использования двумерных цветных камер собираются цветные изображения с по меньшей мере двух камер, установленных на основном корпусе 30 робота. При этом двумерные изображения, полученные блоком видеокамер, используют для получения трехмерного изображения.

Кроме того, блок видеокамер может включать в себя инфракрасный (ИК) приемопередатчик. В то же время каждая из камер может включать в себя камеру глубины, которая является трехмерной камерой. Таким образом, робот-пылесос получает трехмерное изображение, используя по меньшей мере две камеры.

Также для осуществления связи с зарядной базовой станцией 13 в режиме стыковки используется блок приемопередачи сигнала, который получает информационный сигнал из блока 44 базовой станции 13.

Вариативно, блок связи робота-пылесоса может связываться с пультом дистанционного управления (не показан), который управляет работой робота-уборщика.

Вариативно робот-пылесос может содержать

звуковой/акустический датчик, такой как микрофон или группа микрофонов.

При этом для повышения точности распознавания места, подлежащего уборке, робот-пылесос может использовать микрофоны в качестве антенной решетки для распознавания звука.

При работе робота модуль управления с микроконтроллером 1 посредством сигналов, с расположенных на нем датчиков распознает местоположение комнаты на основе двухмерного изображения, полученного блоком видеокамер, а также трехмерного изображения, полученным в результате анализа видеоснимков. Далее робот определяет имеется ли препятствие, в том числе электрическое(ие) устройство(а). После выполняется обработка 2D-или 3D-изображения для распознавания типа и местоположения электрического устройства, и идентифицированная информация о местоположении применяется к карте для создания карты дома.

При этом в случае установки контейнера для влажной уборки 40, который показан на фиг. 8 в корпус пылесоса, активизируется блок механизма влажной уборки. Контейнер для влажной уборки 40 выполнен с возможностью подачи жидкости, такой как вода или чистящая жидкость, хранящейся в ней в приводной блок с помощью двигателя или насоса, например, для разбрызгивания жидкости на землю перед или под корпусом 30 или подачи капельным способом и т.д. Блок подачи жидкости включает в себя блок управления подачей жидкости (на фиг. 1 см. двигательный блок 7, который включает приводной блок насоса для подачи жидкости) соединенный с модулем управления с микроконтроллером 1, через блок управления двигателями 6. После этого посредством контроля и передачи сигнала от модуля управления 1 жидкость подается и контролируется ее подача на пол. При этом блок 15 содержит датчик определения покрытия, посредством которого устанавливается может ли жидкость подаваться на пол. Помимо этого блок управления влажной уборкой может включать в себя вращающийся чистящий корпус (на чертежах не показано), расположенный в нижней части основного корпуса 30 робота-пылесоса. При этом посредством вращающегося чистящего корпуса может быть осуществлена протирка и полировка пола. При этом возможно использование специальных средств для полировки пола, например, полироли для обработки паркета или средств для очищения стекол и окон при мытье пола из керамики или керамогранита.

Как показано на фиг. 1, робот включает в себя датчик обнаружения пыли 19. В качестве датчика 19 обнаружения пыли может использоваться, например, инфракрасный датчик, который определяет не только наличие пыли, но также тип напольного покрытия посредством отражения инфракрасных лучей.

В соответствии с одним аспектом изобретения, модуль управления с микроконтроллером 1 робота-пылесоса последовательно соединен с помощью обратной связи с микропроцессором 24 преобразующего модуля Wi-Fi 12, а именно с устройством управления 25 микропроцессора 24 (см. фиг. 2). В свою очередь микропроцессор 24, а именно устройство управления 25, соединен с блоком приемопередачи 27. Микропроцессор 24 также включает блок анализа и фильтрации 26, первый вход которого подключен к выходу блока приемопередачи 27, а второй вход соединен обратной связью с блоком памяти помех 28. При этом микропроцессор 24 со встроенным устройством управления 25 и вычислительным блоком анализа и фильтрации 26, совместно с блоком памяти помех 28 и блоком приемопередачи 27 образуют преобразующий модуль Wi-Fi 12 робота-пылесоса.

Указанный преобразующий модуль пылесоса 12 выполняет основную функцию - это прием, фильтрация, усиление и передача на микроконтроллер модуля управления 1 информационного Wi-Fi сигнала. При этом предложенная конструктивная реализация преобразующего модуля пылесоса 12 обеспечивает фильтрацию всех принятых сигналов-помех за счет формирования интерференционной картины, которая может содержать один или несколько из следующих элементов: радиоинтерференционная картина, микроволновая интерференционная картина и их комбинации. Кроме этого интерференционная картина может содержать частотный спектр, связанный с множеством источников помех. Интерференционная картина храниться в блоке памяти помех 28 и в дальнейшем используется в качестве эталонных сигналов вычислительного устройства микропроцессора 24, такого как блок анализа и фильтрации 26.

Таким образом, информация, переданная пользователем посредством Wi-Fi сигнала на пылесос, всегда будет выполнена устройством пылесоса вне зависимости от того, насколько сильно указанный информационный Wi-Fi сигнал подвергся влиянию помех от внешних устройств и/или препятствий.

Робот-пылесос оборудован системой навигации для ориентации в пространстве и набором датчиков для защиты от столкновений и падений, а также датчиками для поиска своей зарядной станции. После запуска уборки робот проезжает либо всю доступную, либо определенную пользователем в программе зону уборки с установленным режимом уборки: сухая или влажная с разной интенсивностью всасывания мусора или подачи воды. По окончании уборки робот автоматически возвращается на свою зарядную станцию для подзарядки. В свою очередь зарядная станция может быть оборудована автоматическим контейнером для сброса собранного мусора из робота в стационарный мусороприемник или без оного - и в таком случае пользователю нужно будет вручную вынимать контейнер для сбора пыли из робота для его опорожнения.

При этом робот-пылесос при помощи удаленного Wi-Fi управления может выполнять следующие функции:

1. Регулировку интенсивности всасывания;

2. Регулировку интенсивности подачи воды;

3. Различные режимы уборки (авто, периметр, точечная, зона интенсивной уборки);

4. Создавать карту помещения;

5. Создавать зоны уборки и выделять запретные зоны;

6. Создавать расписание уборок по заданным дням недели и времени с заданными параметрами уборки;

7. Активизировать функцию Find me - поиск робота, если он, например, застрял под диваном;

8. Информировать пользователя о возникших ошибках (ошибки датчиков, моторов, щеток) и о необходимости проведения регламентных работ по обслуживанию;

9. Информировать пользователя о наполнении пылесборника, необходимости замены воды, о необходимости зарядить АКБ и т.п.

Корпус робота 30 представляет собой внешнюю оболочку, которая защищает внутренние компоненты и датчики. Робот пылесос обычно оснащен двумя или более колесами 31 для передвижения по поверхности пола. На фиг.6 показан вариант выполнения робота-пылесоса, который имеет левое и правое колеса 31, а также переднее колесо 36.

Датчики навигации представляют собой стандартные применяемые в указанных устройствах инфракрасные, лазерные или ультразвуковые датчики, которые помогают роботу избегать препятствий и осуществлять навигацию по помещению. Основная система любого робота-пылесоса, отвечающая за построение карты убираемой территории и определение точного местоположения электронного уборщика внутри помещения - это система позиционирования. В основе работы системы лежит метод SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), основная идея которого построение ситуационной карты и локализация объекта в пространстве. Это происходит следующим образом. Сканер, установленный на объекте, проверяет пространство вокруг и по отклику своих датчиков составляет карту местности. В современных роботах-пылесосах построение карты окружающего пространства производят одним из двух типов датчиков: лазерное сканирование пространства и визуальная система навигации.

Лазерное сканирование пространства происходит с помощью лидара (или, как его еще называют, LDS-датчика) - прибора, применяемого для точных измерений в газообразной среде. Датчик содержит источник и приемник лазерного или светового луча (в маломощных девайсах применяют светодиоды, излучающие потоки света в инфракрасном диапазоне). Для обеспечения кругового обзора LDS-сенсор вращается вокруг своей оси с довольно высокой частотой. Испускаемый световой луч, встречаясь с препятствиями на своем пути (стены, крупная мебель и т.д.), отражается от них и улавливается приемником лидара. Расстояние до препятствия вычисляется по временной задержке между генерацией и приемом лазерного луча. Это позволяет построить карты и довольно точно вычислить положение пылесоса в помещении.

Визуальная система навигации, называемая также безлидарной системой, основана на использовании широкоугольной камеры. Используемые камеры называются «камерами глубины» или ToF-камерами (Time of Flight, что в буквальном переводе означает «время полета»). ToF-камера представляет собой источник света, излучающий в инфракрасном спектре, и светочувствительную матрицу, улавливающую интенсивность отраженного света. Их принцип действия схож с лазерным определением расстояния. Камера рассчитывает время с момента испускания пучка света до момента его фиксации на светочувствительной матрице, вычисляет расстояние до объекта в соответствии с временной задержкой и составляет объемную карту помещения. Это позволяет роботу-пылесосу эффективнее навигировать по комнатам и убирать даже большие дома без потери напряжения.

Кроме этого при удаленном управлении при помощи Wi-Fi коммуникации пользователи могут устанавливать в приложении зоны уборки, указывая конкретные области, которые требуют внимания. Это может быть полезно для фокусировки на уборке определенных участков. Также указанное действие пользователь может произвести непосредственно на пульте управления пылесоса или при помощи панели управления на корпусе пылесоса в том случае, если не хочет использовать приложение на своем удаленном устройстве (телефоне, планшете, ноутбуке и т.п.).

В отличие от системы позиционирования, сканирующей пространство вокруг пылесоса на несколько метров, датчики ориентирования способны выявить препятствие в пределах одного метра. Как правило, для выявления преград используют датчики двух типов: ультразвуковые и инфракрасные. Принцип их действия схож. В обеих конструкциях имеются передатчик и приемник сигнала. В качестве самого сигнала используют либо звуковые волны, неслышимые человеческому уху (частотой свыше 20 кГц), или световые лучи инфракрасного диапазона. Ведущую роль в системе играет ультразвуковой датчик. Обычно он располагается в передней части устройства. В свою очередь инфракрасные сенсоры располагают на боковых поверхностях робота по его периметру. Они дополняют основной датчик, обеспечивая пылесосу возможность кругового отслеживания препятствий. При обнаружении препятствий, управляющая программа вносит корректировку в траекторию движения робота-пылесоса и уводит его в сторону. Боковые датчики выполняют еще одну функцию. Они обеспечивают движение робота вдоль стены, когда нужно убрать по периметру помещения. Как правило, сенсоры позволяют выдерживать интервал от стены на уровне 10-15 мм. Этого вполне достаточно для уборки мусора подвижными щетками робота-пылесоса.

В случае, когда препятствие не попало в зону действия ни одного из перечисленных датчиков и столкновение с поверхностью все же произошло, в работу вступает третья группа датчиков, установленная в подвижном бампере робота-пылесоса, - это датчики касания. При срабатывании они посылают сигнал в центральный процессор, а тот в свою очередь оперативно корректирует траекторию движения робота. Датчики касания выполнены либо в виде обычных концевых выключателей, либо в формате оптопары, в которой световой луч прерывается подвижным «флажком» в момент нажатия на передний бампер робота.

Кроме вышеуказанных датчиков в роботе пылесосе используются также датчики системы безопасности, которые предназначены для защиты робота-пылесоса от падений и неправильного его использования со стороны пользователя.

Защиту от падения с высоты обеспечивает группа датчиков, установленная в нижней части по периметру устройства. Это уже привычные инфракрасные сенсоры, с тем же принципом действия, но вот логика их работы существенно отличается. Датчик постоянно отслеживает наличие твердой поверхности под колесами робота-пылесоса. Как только она пропадает (робот подъехал к краю ступени или пытается съехать с высокого порожка), центральный процессор получает тревожный сигнал с датчика и изменяет траекторию движения робота-пылесоса.

Кроме этого в мотор-редукторах, приводящих в движение колеса пылесоса, установлены датчики опрокидывания робота. В том случае, если одно или оба колеса окажутся вывешенными, срабатывание датчиков приведет к остановке моторов. Это убережет аккумуляторную батарею от разрядки. Возобновление работы возможно только после установки робота-пылесоса на ровную поверхность. Датчик опрокидывания обычно представляет собой концевой выключатель, разрывающий цепь питания при опрокидывании пылесоса или вывешивании одного из колес.

Также, для предотвращения использования робота-пылесоса без контейнера для сбора мусора, в приемный лоток устанавливают датчик наличия контейнера. В качестве примера можно привести самый простой датчик - концевой выключатель. Однако в некоторых случаях может быть использован геркон (герметизированный магнитоуправляемый контакт) механически замыкающий (или размыкающий) электрическую цепь при должном изменении напряженности магнитного поля.

Помимо указанных датчиков в системе робота-пылесоса предусмотрена и возможность возвращения на базовую станцию после уборки или в случае необходимости пополнения заряда аккумулятора. Обычно эту систему называют системой парковки на базовую станцию. При выполнении процесса возвращения на базовую станцию, задействуют две системы. На первом этапе используется система позиционирования, которая отвечает за текущее положение устройства по отношению к базовой станции. Алгоритм определяет кратчайший оптимальный маршрут. Когда робот-пылесос находится в зоне видимости базовой станции, в работу включаются датчики парковки.

Система работает следующим образом. В базовой станции расположен мощный инфракрасный светодиод, выполняющий функцию маяка. В корпусе робота-пылесоса имеется пара оптических приемников, захватывающих луч маяка. Каждый из приемников передает процессору модуля управления 1 свое значение расстояния до маяка, а тот корректирует маршрут движения таким образом, чтобы оба значения сигналов сравнялись по величине. Как только это происходит, считается, что робот занял позицию прямо перед базой, после чего происходит его парковка на контактных площадках базовой станции.

Помимо этого робот содержит сенсоры для обнаружения грязи, в качестве которых обычно используются инфракрасные или оптические датчики. Робот обнаруживает грязь и пыль на полу и осуществляет сбор мусора.

Робот-пылесос может автоматически возвращаться к своей базовой станции для зарядки, когда его батарея разряжается, и продолжать уборку с места, где остановился, после полной зарядки.

Робот-пылесос вариативно может быть оборудован сенсорами, которые позволяют им определять края и ступеньки, чтобы избегать падений и повреждений.

Также вариативно робот-пылесос может иметь систему самоочистки, которая помогает очистить бак для сбора мусора и фильтры, минимизируя вмешательство пользователя.

Очевидно, что датчики робота-пылесоса превращают его в полностью автономное устройство, способное самостоятельно навести порядок в доме.

Контейнер для влажной уборки также является важным составным элементом робота-пылесоса. Он представляет собой бак для хранения воды, которая используется при влажной уборке. Для осуществления влажной уборки, робот-пылесос имеет механизм влажной уборки, который может выдавать воду на пол и использовать специальную ткань или щетку для влажной уборки. Тряпка или салфетка для влажной уборки обычно крепиться при помощи креплений на нижнюю часть контейнера для влажной уборки. Пример выполнения такого контейнера и способ крепления тряпки для влажной уборки показан на фиг. 8.

Кроме этого робот-пылесос в своем составе имеет пылесборник 32, который представляет собой контейнер для сбора пыли и грязи во время сухой уборки.

Робот может быть также оснащен фильтрами, чтобы задерживать мельчайшие частицы пыли. В частности, робот-пылесос может быть оборудован специальными фильтрами НЕРА или другими антиаллергенными фильтрами, которые задерживают аллергены и пыль, делая воздух в помещении более чистым.

Также робот-пылесос может быть оснащен звуковыми сигналами и светодиодными индикаторами, которые сообщают пользователю о состоянии уборки, состоянии батареи и другой важной информации.

Учитывая, что на сегодняшний день возможности использования искусственного интеллекта стали доступными за счет увеличения мощности процессоров, вариативно робот-пылесос может иметь встроенные алгоритмы машинного обучения, которые позволяют роботу адаптироваться к конкретной среде и улучшать эффективность уборки.

Также для удобства пользователя на корпусе робота может быть размещен блок управления с кнопками, которые позволяют пользователю непосредственно управлять роботом без использования приложения или дистанционного управления.

В то же время робот пылесос может поддерживать голосовое управление, что позволяет пользователям командовать им с помощью голосовых ассистентов, таких, например, как Алиса Yandex или Маруся VK.

Эти компоненты и функции обеспечивают роботу-пылесосу с функцией влажной уборки возможность автоматизированной и эффективной уборки дома, обеспечивая при этом удобство управления и настройки со стороны пользователя.

Пример осуществления работы робота-пылесоса с функцией влажной или сухой уборки согласно предложенному изобретению.

Перед первым включением пылесоса с функцией Wi-Fi и осуществлением работы производится сканирования области при помощи включения блока приемопередачи 27. Указанное включение может производиться вручную при помощи нажатия соответствующей кнопки на корпусе пылесоса, либо ЖК экране пылесоса (указанные элементы широко известны и поэтому на фигурах не показаны), которое активирует блок ручного управления пылесоса для передачи сигнала на микроконтроллер модуля управления 1 пылесоса и дальнейшую передачу команды на блок приемопередачи 27 через устройство управления 25 микропроцессора 24. После сканирования осуществляется анализ сигналов от всех существующих вокруг пылесоса источников помех при помощи блока анализа и фильтрации 26 с записью полученных данных об интерференционных картинах в память блока памяти помех 28. Этот шаг позволит обеспечить более эффективную работу преобразующего модуля 12 пылесоса. Очевидно, что в большом офисном пространстве, в котором сигнал Wi-Fi может беспрепятственно проходить десятки метров и в квартире, заставленной разного рода приборами, включая холодильник, телевизор и т.п., где сигнал Wi-Fi будет переотражаться от поверхностей, поглощаться и подвергаться влиянию электромагнитных излучений сигналов от работающих приборов, интерференционная картина помех будет существенно различаться.

Принятые сигналы помех записываются в блок памяти помех 28 в качестве дополнительных эталонных сигналов помех. Таким образом, в блоке памяти помех 28 преобразующего модуля Wi-Fi 12 формируется дополнительная база данных о полученных интерференционных картинах сигналов от множества источников помех фактически расположенных вокруг устройства робота-пылесоса и влияющих на эффективность приема Wi-Fi сигнала. При этом в блоке памяти помех 28 имеются сохраненные данные эталонных сигналов интерференционных картин сигналов помех от задокументированных источников помех, например, такие типы сигналов, как Bluetooth (802.15.1) и Zigbee (802.15.4), которые используют методы скачкообразной перестройки частоты или расширения спектра, которые можно легко обнаружить. То есть в блоке памяти помех 28 сохраняются дополнительные данные - это данные об интерференционных картинах помех, сформированных от источников помех вокруг пылесоса. Таким образом, при осуществлении анализа сигнала в блоке анализа и фильтрации 26 их классификация будет значительно упрощена за счет сравнения с сигналами, имеющимися в блоке памяти 28 всех имеющихся в нем эталонных сигналов интерференционных картин сигналов. При этом такое первоначальное сканирование необходимо осуществить во всех комнатах квартиры и/или офиса для облегчения последующей работы пылесоса и бесперебойного получения информационного Wi-Fi сигнала, а также передачи информационного Wi-Fi сигнала на удаленное устройство управления.

В результате из блока анализа и фильтрации 26 в устройство управления 25 микропроцессора 24 поступает информационный управляющий Wi-Fi сигнал, который далее передается на микроконтроллер модуля управления 1 пылесоса.

Кроме этого устройство пылесоса может дать обратную связь пользователю через преобразующий модуль Wi-Fi 12 о состоянии рабочих блоков робота-пылесоса, в том числе, о наличии/отсутствии достаточного уровня заряда в аккумуляторном блоке, о температуре двигателя, температуре аккумуляторной батареи, об обрабатываемой поверхности и установке необходимого уровня мощности (повышение или понижение мощности пылесоса) и т.п. В этом случае, данные с микроконтроллера модуля управления 1 попадают на устройство управления 25 микропроцессора 24, далее передаются в блок приемопередачи 27, который излучает информационный сигнал на удаленное устройство пользователя.

Далее осуществляется сбор информации о своей окружающей среде с помощью встроенных сенсоров и камер. Как было указано выше, эти сенсоры могут включать в себя инфракрасные, лазерные и ультразвуковые датчики, а также камеры для видеонаблюдения. Собранная информация позволяет роботу создать карту помещения. Далее на основе полученной информации и карты помещения, робот планирует оптимальный маршрут для уборки. Он может использовать алгоритмы, такие как SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), чтобы определить свое местоположение в помещении и избегать препятствий. В случае осуществления сухой уборки робот активирует механизм сухой уборки, включая встроенную щетку и пылесос. Он начинает движение по помещению, поднимая пыль, грязь и мелкие частицы с пола. Сенсоры обнаруживают загрязненные области и сосредотачиваются на них. После завершения сухой уборки, робот активирует механизм для влажной уборки. При этом специальная ткань увлажняется из бака для воды и протирает пол, удаляя пятна и освежая его. Количество воды и интенсивность влажной уборки может быть настроено пользователем. В процессе работы робот собирает грязь и воду в соответствующие баки. Когда бак для сбора мусора наполняется, робот возвращается на базовую станцию для опорожнения и зарядки. Бак для воды также может быть опорожнен и заполнен, если это необходимо. По завершении уборки робот отправляет уведомление на мобильное устройство пользователя и останавливается на своей базовой станции. Пользователь может проверить статус уборки и, если необходимо, перенастроить или запланировать следующую уборку через мобильное приложение или другой метод управления.

Разберем конкретный пример.

Сигнал, несущий информацию о запросе уровня заряда аккумуляторной батареи (пользователь формирует удаленный запрос о текущем уровне заряда АКБ), поступает с любого из устройств, поддерживающих передачу и прием Wi-Fi сигнала, на Wi-Fi роутер (модем), где обрабатывается и далее принимается преобразующим модулем Wi-Fi 12 робота-пылесоса. Блок приемопередачи 27 преобразующего модуля Wi-Fi 12 передает весь спектр сигналов, полученных из окружающего пространства, в микропроцессор 24 в блок анализа и фильтрации 26, далее по запросу блока анализа и фильтрации 26 из памяти блока памяти помех 28 передается информация об интерференционной картине эталонных помех. Блок анализа и фильтрации 28 осуществляет действия посредством раскрытого на фиг. 3 алгоритма. В частности, первоначально полученный сигнал анализируется с тем, чтобы выявить наличие «нового» сигнала, который отсутствует в базе данных блока памяти помех 28. В случае положительного решения о наличии «нового» сигнала помех, блок анализа и фильтрации 26 передает информацию об интерференционной картине новой помехи в блок памяти помех 28 и там этот сигнал сохраняется в качестве дополнительного эталонного сигнала. В случае, если полученный сигнал имеется в сохраненной базе данных эталонных сигналов, проводится сравнение полученного сигнала с сигналами из блока памяти помех 28. Далее анализируется, имеется ли среди сигналов нужный нам информационный Wi-Fi сигнал, осуществляется фильтрация и все сигналы-помехи удаляются, а далее передается только информационный сигнал Wi-Fi.

Преобразованный сигнал поступает из управляющего устройства 25 микропроцессора 24 на микроконтроллер модуля управления 1 робота-пылесоса. Модуль управления 1 осуществляет подключение к блоку аккумуляторной батареи АКБ 2 и преобразует величину существующего уровня заряда АКБ 2 пылесоса в электрический сигнал, который передается от контроллера модуля управления 1 через устройство управления 25 микропроцессора 24 в блок приемопередачи 27 и далее на Wi-Fi роутер, а затем на одно из вышеназванных командных устройств пользователя.

В свою очередь пользователь, получив информацию об уровне заряда АКБ пылесоса, формирует задание о повышении уровня заряда АКБ до 75%. При этом указанный необходимый уровень заряда АКБ устанавливается пользователем удаленно при помощи любого устройства, поддерживающего Wi-Fi соединение, например, компьютера, или планшета, или мобильного телефона и т.п. Сигнал, несущий информацию о необходимости зарядить АКБ до 75%, заданный пользователем, поступает с любого из указанных устройств на Wi-Fi роутер (модем), где обрабатывается и далее принимается преобразующим модулем Wi-Fi 12 робота-пылесоса. Блок приемопередачи 27 преобразующего модуля 12 передает весь спектр сигналов, полученных из окружающего пространства в микропроцессор 24 в блок анализа и фильтрации 26, далее по запросу блока анализа и фильтрации 26 из памяти блока памяти помех 28 передается информация об интерференционной картине эталонных помех. Блок анализа и фильтрации 26 осуществляет действия посредством раскрытого на фиг.3 алгоритма.

Преобразованный сигнал поступает из управляющего устройства 25 микропроцессора 24 на контроллер модуля управления 1 пылесоса. Модуль управления 1 осуществляет подключение к электрической сети посредством активизации аккумуляторного блока питания 2 через модуль зарядного устройства 3 путем подключения робота к базовой станции 13. Уровень заряда АКБ 2 контролируется посредством системы управления батареи (BMS - Battery Management System) - электронной системы, встроенной в аккумулятор, которая управляет заряд/разрядным процессом аккумуляторной батареи, отвечает за безопасность ее работы, проводит мониторинг состояния батареи, оценку вторичных данных работоспособности.

При этом сигнал об уровне заряда АКБ 2 поступает на контроллер модуля управления 1, который сравнивает уровень заряда с тем уровнем, который задан удаленным командным устройством (например, таким как компьютер, планшет, мобильный телефон) и когда он достигает 75%, отключает пылесос от базовой станции 13. При этом информационный сигнал о достижении заданного уровня заряда АКБ 2 пылесоса от микроконтроллера модуля управления 1 через микропроцессор 24, а именно устройство управления 25 поступает в блок приемопередачи 27 и далее передается на Wi-Fi роутер, а затем на одно из вышеназванных командных устройств пользователя.

Таким образом, пользователь получает информацию как о первоначальном уровне заряда АКБ 2 пылесоса, так и об уровне заряда АКБ 2, соответствующего заданному пользователем значению. При этом команда от устройства пользователя будет выполнена даже в случае ослабления Wi-Fi сигнала, так как предложенное решение обеспечит стабильное Wi-Fi соединение вне зависимости от месторасположения Wi-Fi роутера (далеко от места расположения пылесоса, например, в другой комнате) и шумов, возникающих при работе разного рода устройств (смарт-ТВ, микроволновые печи, игровые приставки, холодильник и т.п.).

Как следует из всего сказанного выше за счет обработки сигналов в преобразующем модуле Wi-Fi 12 обеспечивается повышение качества Wi-Fi связи, что в свою очередь обеспечивает повышение стабильности подключения робота-пылесоса к беспроводной сети Wi-Fi для дистанционного управления режимами его работы и мониторинга входящих в его состав блоков.

В качестве приложения для удаленного управления может использоваться приложение IQ НОМЕ.

Прием и передача данных между портативным устройством с установленным приложением и устройством, принимающим команды (блоком приемопередачи в корпусе пылесоса), осуществляется с использованием такого вида связи/соединения как Wi-Fi.

Таким образом, предложенный робот-пылесос с функцией Wi-Fi, включающий перечисленные выше элементы, обеспечивает как удаленное управление, так и удаленный мониторинг состояния блоков пылесоса из приложения при помощи Wi-Fi сети за счет эффективной функции автоматической фильтрации полученного информационного Wi-Fi сигнала от помех, создаваемых устройствами и препятствиями, окружающими пылесос, что повышает стабильность Wi-Fi соединения и бесперебойную работу удаленного управления и мониторинга пылесоса.

При этом очевидно, что принцип работы робота-пылесоса может быть любой, в том числе:

1) Только для сухой уборки - классический способ уборки при помощи воздуха и давления. Мусор собирается в сухом виде. Для сбора может использоваться контейнер или емкость с водой.

2) Для влажной уборки - с использованием воды или пара. Функция влажной уборки может быть реализована разными способами, как с непрерывной подачей воды, так и посредством съемного резервуара с водой, который смачивает тряпку из микрофибры.

3) С циклонным фильтром - такой фильтр использует вихревой поток большой скорости и помещает всю грязь в пластиковый контейнер. Для того, чтобы уловить мелкие частицы пыли, размером от 0,1 мкм до 1,0 мкм, на выходе электродвигателя устанавливают фильтр тонкой очистки (ЕРА/НЕРА).

4) С аквафильтром - такой фильтр смачивает загрязненный воздух, пыль намокает и оседает на фильтре. Аквафильтр имеет высокий показатель удержания частиц пыли и дополнительно увлажняет воздух, но также нуждается в постфильтрации воздуха фильтром НЕРА.

Главным образом необходимо реализовать назначение робота-пылесоса, а именно автоматическую уборку пыли и загрязнений с поверхностей посредством всасывания потоком воздуха.

В свою очередь посредством Wi-Fi реализуются следующие основные функции заявленного устройства, например:

1) установка целевой мощности в зависимости от поверхности (пол, ковер, кафель);

2) контроль и мониторинг уровня заряда АКБ;

3) регулировка интенсивности всасывания;

4) регулировка скорости вращения основной щетки;

5) статистика проведенных уборок;

6) рекомендации по уборке и по уходу за прибором;

7) информирование пользователя об ошибках и необходимости проведения сервисного обслуживания;

8) удаленное информирование пользователя: недостаточный уровень заряда АКБ, перегрев двигателя, перегрев АКБ, об остаточном времени работы устройства, об общем времени работы устройства для уборки заданной площади с учетом покрытий и т.п.;

9) возможность создания пользователем персональных режимов, наиболее подходящих под его требования.

Как следует из описания возможных выполнений заявленного изобретения, предложенный робот-пылесос с функциями удаленного управления и мониторинга состояния его рабочих блоков обеспечивает достижение заявленного технического результата, заключающегося в повышении стабильности подключения пылесоса к беспроводной сети Wi-Fi при сохранении высокой эффективности работы устройства пылесоса в целом и работы блока приемопередачи Wi-Fi сигналов, встроенного в пылесос, в частности.

Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения»; доказанную в разделе «Осуществление и промышленная реализация изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость предложенного устройства; решение поставленных задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленное устройство удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.

Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать ее промышленным способом.

Группа изобретений относится к бытовым устройствам с Wi-Fi соединением. Робот-пылесос с функцией Wi-Fi содержит корпус, внутри которого расположен блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса, а также блок беспроводного Wi-Fi управления, связанного с микроконтроллером модуля управления пылесоса, причем блок беспроводного Wi-Fi управления выполнен с возможностью приемопередачи, регистрации и фильтрации Wi-Fi сигнала на фоне помех. Способ Wi-Fi управления роботом-пылесосом заключается в подключении удаленного устройства управления, добавлении робота-пылесоса в мобильное приложение удаленного устройства управления, осуществлении запуска и/или остановки уборки, выборе режима уборки, настройке плана уборки, выборе помещений, настройке планирования уборки в соответствии с расписанием, установленным пользователем, осуществлении мониторинга состояния робота-пылесоса, включая мониторинг уровня заряда батареи, проверку статуса фильтров, мониторинг состояния блоков датчиков и блока двигателей, активацию процесса завершения уборки и возврата на базу. Технический результат заключается в повышении стабильности подключения пылесоса к беспроводной сети Wi-Fi для дистанционного управления режимами его работы и мониторинга состояния рабочих блоков при сохранении высокой эффективности работы устройства пылесоса в целом и работы блока приемопередачи Wi-Fi сигналов, встроенного в робот-пылесос, в частности. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

1. Робот-пылесос с функцией Wi-Fi, содержащий корпус, внутри которого расположен блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса, а также блок беспроводного Wi-Fi управления, связанного с микроконтроллером модуля управления пылесоса, причем блок беспроводного Wi-Fi управления выполнен в виде преобразующего модуля Wi-Fi с возможностью приемопередачи, регистрации, фильтрации Wi-Fi сигнала на фоне помех и содержит блок приемопередачи Wi-Fi сигналов, вход которого связан с устройством управления микропроцессора, а выход с блоком анализа и фильтрации, соединенным с блоком помех.

2. Робот-пылесос по п. 1, отличающийся тем, что блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса включает подвижный узел, включающий в себя блок управления двигателями, который соединен с микроконтроллером модуля управления.

3. Робот-пылесос по п. 1, отличающийся тем, что блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса включает чистящий блок, который включает в себя блок механизма сухой уборки и блок механизма влажной уборки.

4. Робот-пылесос по п. 1, отличающийся тем, что блок выполнения функций уборки, перемещения и ориентирования пылесоса содержит блок сенсоров и датчиков для обеспечения функционирования пылесоса, который включает, в частности, датчики определения перепада высоты, датчики обнаружении препятствия, датчик наличия контейнера, пассивный датчик определения пройденного расстояния, датчик положения, датчики давления под колесами или опорными точками, камеры, датчики навигации, акустические датчики, датчики жестов, датчики касания.

5. Робот-пылесос по п. 4, отличающийся тем, что в качестве датчиков используются инфракрасные, лазерные, ультразвуковые, акустические, оптические датчики, видеокамеры, широкоугольные камеры.

6. Робот-пылесос по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит систему позиционирования, основанную на методе SLAM (Simultaneous Localization And Mapping).

7. Роботизированная система чистки, содержащая робот-пылесос с функцией Wi-Fi по п. 1, предназначенный для выполнения уборки при автоматическом перемещении по очищаемой поверхности, и зарядную базовую станцию, выполненную с возможностью соединения с роботом-пылесосом для зарядки электроэнергией аккумулятора, установленного в роботе-пылесосе.

8. Роботизированная система чистки по п. 7, отличающаяся тем, что зарядная базовая станция содержит в себе блок связи для передачи информационного сигнала на приемопередатчик робота-пылесоса.

9. Роботизированная система чистки по п. 7, отличающаяся тем, что зарядная базовая станция имеет оптический датчик, в частности инфракрасный датчик, для обеспечения функционирования системы парковки робота на базовую станцию.

10. Роботизированная система чистки по п. 7, отличающаяся тем, что содержит контактные площадки для зарядки робота-пылесоса.

11. Роботизированная система чистки по п. 7, отличающаяся тем, что блок связи робота-пылесоса выполнен с возможностью установления связи с пультом дистанционного управления, который управляет работой робота-пылесоса.

12. Способ Wi-Fi-управления роботом-пылесосом с функцией Wi-Fi по п. 1, включающий

- подключение удаленного устройства управления, например планшета, телефона, компьютера, к Wi-Fi сети,

- добавление робота-пылесоса в мобильное приложение удаленного устройства управления,

- осуществление запуска и/или остановки уборки,

- выбор режима уборки,

- настройку плана уборки, выбор помещений,

- настройку планирования уборки в соответствии с расписанием, установленным пользователем,

- осуществление мониторинга состояния робота-пылесоса, включая мониторинг уровня заряда батареи, проверку статуса фильтров, мониторинг состояния блоков датчиков и блока двигателей,

- активацию процесса завершения уборки и возврата на базу.