可自主行走的清潔設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)表面進(jìn)行清潔或處理的設(shè)備，其中，所述設(shè)備具有用于利用光線照射表面的光源和用于探測(cè)從所述表面反射的光線的光學(xué)探測(cè)裝置。所述設(shè)備通?？梢允强勺灾餍凶呋蚴謩?dòng)導(dǎo)引的設(shè)備。
[0002]此外，本發(fā)明還涉及一種運(yùn)行用于對(duì)表面進(jìn)行清潔或處理的設(shè)備的方法，其中，所述表面被光線照射并且被表面反射的光線被探測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0003]上述類型的設(shè)備是已知的。所述設(shè)備可以例如是用于對(duì)地板進(jìn)行清潔或養(yǎng)護(hù)的機(jī)器人或用于對(duì)草坪進(jìn)行修剪的機(jī)器人。文獻(xiàn)DE 103 57 637 Al公開了一種可自主行走的地面清潔設(shè)備，所述地面清潔設(shè)備適用于對(duì)表面、例如瓷磚地面進(jìn)行濕式清潔。文獻(xiàn)DE 10242 257 Al例如公開了一種吸塵/清掃機(jī)器人。
[0004]此外在現(xiàn)有技術(shù)中還已知的是，這種類型的設(shè)備配備有攝像機(jī)，所述攝像機(jī)完成對(duì)待駛過(guò)的表面的攝像。攝像通常要被處理，以便識(shí)別例如障礙物或溝壑。
[0005]此外從現(xiàn)有技術(shù)中還已知的是，對(duì)攝像機(jī)拍攝的照片進(jìn)行分析，判斷是哪種表面。在實(shí)踐中清潔活動(dòng)或處理活動(dòng)通常應(yīng)局限在一定的地面區(qū)域內(nèi)、例如若干個(gè)房間內(nèi)。例如尤其應(yīng)該確保，用于濕式清潔的機(jī)器人(也被稱為擦洗機(jī)器人)僅在適于濕式清潔的表面上施加水和潤(rùn)濕物。由此在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)致力于這樣配置可自主行走的設(shè)備，從而能對(duì)相關(guān)的表面進(jìn)行分析并且可靠地對(duì)應(yīng)于確定的類別?；谶@種對(duì)應(yīng)，機(jī)器人就可以選擇適宜的行進(jìn)和清潔方案。
[0006]盡管在現(xiàn)有技術(shù)中已知的設(shè)備已經(jīng)具有用于利用光線照射表面的光源和用于探測(cè)從所述表面反射的光線的探測(cè)裝置，然而這種設(shè)備在其對(duì)于特定應(yīng)用場(chǎng)合的光譜分辨率方面尚顯不足。因?yàn)橐阎O(shè)備的光學(xué)探測(cè)裝置具有標(biāo)準(zhǔn)彩色傳感器(RGB傳感器(三基色傳感器))，僅有三個(gè)顏色通道用于探測(cè)。在此，尤其通常例如使用所謂的拜耳傳感器，其具有棋盤狀濾光結(jié)構(gòu)，所述濾光結(jié)構(gòu)通常由50%的綠光濾光器和25%的紅光和藍(lán)光濾光器組成。該傳感器的弊端在于，每個(gè)顏色通道僅發(fā)出由光譜的相對(duì)較大的部分區(qū)域組成的集成式顏色信息。由此在借助這種RGB傳感器探測(cè)光線之后再?zèng)]有可供使用的詳細(xì)信息來(lái)反推在表面上反射的光線的原始的光譜分布。對(duì)此例如兩個(gè)綠色表面，這兩個(gè)表面具有不可區(qū)分的不同的綠色色調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]由此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于對(duì)表面進(jìn)行清潔或處理的設(shè)備以及上述類型的方法，所述設(shè)備和方法能利用比現(xiàn)有技術(shù)更好的分辨率區(qū)分不同的表面。
[0008]為了解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明規(guī)定了一種所述類型的用于對(duì)表面進(jìn)行清潔或處理的設(shè)備，其中，光學(xué)探測(cè)裝置僅具有至少一個(gè)濾光元件和至少一個(gè)傳感器元件，所述濾光元件和傳感器元件布置和設(shè)置用于針對(duì)至少四個(gè)不同的光譜區(qū)域探測(cè)從所述表面反射的光線。
[0009]利用本發(fā)明提供一種用于對(duì)表面進(jìn)行請(qǐng)結(jié)合處理的設(shè)備，其中，可以利用與現(xiàn)有技術(shù)相比更高的分辨率對(duì)從表面反射的光線進(jìn)行光譜分析。與僅具有配備了 RGB濾光器的光學(xué)探測(cè)裝置的已知設(shè)備相比，可以針對(duì)多于三個(gè)的光譜組分區(qū)域?qū)Ψ瓷涞墓饩€進(jìn)行探測(cè)和分析。由此例如還能區(qū)別不同的綠色色調(diào)。這尤其在任何具有幾乎相同的結(jié)構(gòu)然而具有不同顏色的表面上都是有益的。這例如可以應(yīng)用在具有不同顏色的同類型地毯或具有不同綠色色調(diào)的同類型草皮上。尤其可行的是，必須在地毯地面上根據(jù)不同的顏色涂覆不同的清潔劑，或者應(yīng)該對(duì)承受不同強(qiáng)度的日光照射的草皮進(jìn)行或大或小程度的修剪。
[0010]光學(xué)探測(cè)裝置由此可以設(shè)計(jì)為多光譜攝像機(jī)、超光譜攝像機(jī)或微光譜攝像機(jī)的形式。
[0011]探測(cè)裝置為此可以具有至少四個(gè)濾光元件，其中，每個(gè)濾光元件具有與其他濾光元件不同的光譜范圍。濾光元件可以例如布置在旋轉(zhuǎn)的濾片上，其中，對(duì)于每次測(cè)量都分別將一個(gè)濾光元件保持在被表面反射的光線的光軸上。由此通過(guò)濾片的旋轉(zhuǎn)使所有濾光元件依次朝向反射光，從而使得沿光線的傳播方向布置的傳感器元件能依次測(cè)量光線的不同的光譜組分。根據(jù)使用了多少個(gè)具有彼此不同的光譜范圍的濾光元件，可以改變光學(xué)探測(cè)裝置的分辨率。在此，分辨率隨著所使用的濾光元件的數(shù)量而增加。原則上，尤其可以在需要特別高的分辨率的光譜組分范圍內(nèi)使用特別多的濾光元件。例如如果是主要具有綠色色調(diào)的表面，就應(yīng)該設(shè)有特別多的用于綠色光譜范圍的濾光元件，而對(duì)于光譜上相鄰的部分范圍僅需要設(shè)置少數(shù)幾個(gè)或甚至不設(shè)有濾光元件。
[0012]根據(jù)探測(cè)裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)的種類的不同，濾光元件可以是例如帶通濾光器或帶停濾光器。帶通濾光器選擇進(jìn)行透射的光線，而帶停濾光器選擇進(jìn)行反射的光線(例如作為雙色鏡)。
[0013]結(jié)合之前所述的濾片的布置建議，探測(cè)裝置具有為濾光元件共同配屬的傳感器元件。通過(guò)配備了不同濾光元件的濾片的旋轉(zhuǎn)，可以使濾光元件分別相對(duì)于反射光線的傳播方向位于傳感器元件之前，從而使光線在時(shí)間上依次分別相對(duì)于不同的光譜范圍被過(guò)濾。
[0014]在此特別有利地，共同配屬的傳感器元件可以是單獨(dú)的光電二極管。在濾光元件均勻地沿周向分布在濾片上的情況下，光電二極管則以時(shí)間上的復(fù)現(xiàn)率被讀取，所述復(fù)現(xiàn)率等于濾光元件數(shù)量與濾片的旋轉(zhuǎn)頻率的乘積。由此在光學(xué)探測(cè)裝置從第一濾光元件替換為第二濾光元件之前，建議讀取光電二極管。光電二極管可以是成本低廉的批量產(chǎn)品，并且可以在無(wú)需大型儀器費(fèi)用的情況下被讀取。此外，還可以使用這種光電二極管，所述光電二極管具有特別大的像素面積和由此特別高的靈敏度。這尤其在分析只能勉強(qiáng)反射的表面時(shí)是有利的。
[0015]可選地還能實(shí)現(xiàn)的是，探測(cè)裝置具有多個(gè)傳感器元件，其中，為每個(gè)濾光元件配屬有各自的傳感器元件。在此，根據(jù)光電二極管陣列的類型布置傳感器元件，其中，使用至少四個(gè)光電二極管有利于根據(jù)本發(fā)明的多光譜探測(cè)。光電二極管陣列在此可以是集成模塊，然而或者也可以由單獨(dú)的光電二極管、必要時(shí)甚至由不同的光電二極管組成。在此，為每個(gè)傳感器元件配屬有單獨(dú)的濾光元件，從而使傳感器元件僅探測(cè)確定的光譜范圍內(nèi)的光線。在此，傳感器元件的濾光特性總體上這樣選擇，從而使傳感器元件覆蓋所有的可見光的光譜范圍。在使用四個(gè)濾光元件和四個(gè)相應(yīng)的傳感器元件的情況下，例如紅光濾光器和光電二極管可以發(fā)揮探測(cè)紅色光譜范圍的作用，而黃光濾光元件和光電二極管可以發(fā)揮探測(cè)黃色光的作用，綠光濾光元件和光電二極管發(fā)揮探測(cè)綠色光譜組分的作用，而藍(lán)光濾光元件和光電二極管發(fā)揮探測(cè)藍(lán)色光譜組分的作用。
[0016]除了上述光電二極管陣列之外還可行的是，探測(cè)裝置具有CCD芯片(電荷耦合元件芯片)或CMOS芯片(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體芯片)。在此，芯片的不同區(qū)域可以被具有不同波長(zhǎng)的光線照射，其中，例如逐行地自芯片讀取的數(shù)據(jù)可以分配給光線的確定的光譜范圍。根據(jù)該設(shè)計(jì)，多個(gè)光電二極管是多余的。
[0017]本發(fā)明還規(guī)定，探測(cè)裝置具有光學(xué)散射的元件。由此得到了除多個(gè)濾光元件的布置之外的備選方案，所述濾光元件各自具有與其他濾光元件不同的光譜范圍。在特別簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中，光學(xué)散射元件是棱鏡或光柵，所述光學(xué)散射元件將被表面反射的光線分散成其獨(dú)立的光譜組分，從而使光譜組分能在空間上分離地觸及一個(gè)或多個(gè)傳感器元件。由此可以省去對(duì)大量傳感器元件的制備。此外，還可以省去之前所述的濾片，所述濾片需要特殊結(jié)構(gòu)以及用于驅(qū)動(dòng)濾片的電動(dòng)機(jī)。由此可以特別簡(jiǎn)單且可靠地設(shè)計(jì)光學(xué)探測(cè)裝置。在此，光學(xué)散射元件既可以結(jié)合單獨(dú)的傳感器元件使用也可以結(jié)合CCD芯片或CMOS芯片使用。
[0018]根據(jù)本發(fā)明還規(guī)定，由光源發(fā)出的光線的波長(zhǎng)被調(diào)節(jié)得與表面的至少一部分的反射特性相協(xié)調(diào)。由此，光源可以適宜地在光的光譜范圍內(nèi)進(jìn)行輻射，表面的一部分具有針對(duì)該光譜范圍的高反射率。由此，表面可以例如設(shè)有一種“隔離帶”，所述隔離帶針對(duì)光譜的不屬于可見光的范圍具有特別高的反射。為此目的，所述表面例如被標(biāo)記以人眼不可見的顏色。這種“不可見的顏色”例如被應(yīng)用在標(biāo)記紙幣中，并且可以通過(guò)紫外光被激發(fā)，由此發(fā)射熒光，所述熒光可以被相應(yīng)的傳感器元件探測(cè)到。由此得到了由光源、表面和傳感器元件組成的特別系統(tǒng)。此外，還可以在特殊表面上、例如木材