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Die Erfindung betrifft einen Roboter zur Oberflächenpflege, beispielsweise einen autonom fahrenden Roboter zur Reinigung eines Fußbodens, mit einem Hauptkörper und mit einem wechselbaren Funktionsmodul, das über eine Schnittstelle an den Hauptkörper koppelbar ist, sowie ein Robotersystem.
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Aus der
DE 10 2016 213 920 A1 sind ein Haushaltsroboter und ein Haushaltsrobotersystem mit unterschiedlich ausgebildeten Funktionsmodulen bekannt. Die verschiedenen Funktionsmodule können über eine mechanische Schnittstelle an den Haushaltsroboter gekoppelt werden. Das Funktionsmodul ist in einer bogenförmigen Ladebucht des Roboters gehalten.
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Die
DE 103 33 395 A1 offenbart ein Bodenreinigungsgerät mit mindestens einem Zusatzmodul, welches mit dem Bodenreinigungsgerät lösbar verbindbar ist. Die
DE 10 2014 105 460 A1 zeigt ein zweites Reinigungsfahrzeug, das einem ersten Reinigungsfahrzeug folgt. Das zweite Reinigungsfahrzeug kann mit dem ersten Reinigungsfahrzeug mechanisch verbunden sein. Die
DE 10 2017 101 936 A1 betrifft einen Reinigungsroboter mit einer Detektionseinrichtung zur Erkennung der Bodenart mit einem Reibwiderstandselement.
DE 10 2018 000 083 A1 beschreibt eine Reinigungsvorrichtung mit einem Chassis, das mit mindestens zwei unterschiedlichen Reinigungsmodulen koppelbar ist.
US 2007 / 0 050 937 A1 beschreibt einen Roboter mit mehreren austauschbaren Arbeitsmodulen.
WO 2018 / 185 645 A2 beschreibt eine Bodenreinigungsmaschine.
WO 1997 / 049 528 A1 beschreibt ein Gerät mit mehreren Modulen für unterschiedliche Aufgaben.
EP 2 918 212 A1 beschreibt einen Reinigungsroboter.
US 5 720 077 A beschreibt einen Reinigungsroboter.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, vorbekannte Roboter weiter hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten und bzgl. der Qualität der Oberflächenpflege zu verbessern, bevorzugt ohne dass sich dadurch andere Parameter wie beispielsweise Herstellkosten, Gewicht, Bauraumbedarf, Robustheit etc. merklich verschlechtern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Roboter zur Oberflächenpflege. Der Roboter umfasst einen Hauptkörper und wenigstens ein wechselbares Funktionsmodul. Das Funktionsmodul ist über eine Schnittstelle an den Hauptkörper koppelbar. Damit lassen sich unterschiedliche Funktionsmodule mit unterschiedlichen Bearbeitungsfunktionen am Hauptkörper anschließen, die jeweils auf ihre Funktion hin optimiert sind. Die Schnittstelle ist in Hauptarbeitsfahrtrichtung gesehen vor einer Pflegekontaktfläche des Funktionsmoduls vorgesehen. Im Betrieb des Roboters zieht der Hauptkörper also das angekoppelte Funktionsmodul über die Bodenfläche. Die Pflegekontaktfläche mindestens eines Funktionsmoduls kann erfindungsgemäß in der Einbaulage des Funktionsmoduls exzentrisch zur Mittellängsachse des Roboters angeordnet sein. Ein so ausgebildeter Roboter bietet mehr Freiheiten bei der konstruktiven Gestaltung der Funktionsmodule. Die verschiedenen Funktionsmodule können besser an die unterschiedlichen Oberflächenpflegefunktionen angepasst werden, weil sie keine konstruktiven Kompromisse zugunsten anderer Funktionen hinnehmen müssen. Insbesondere ermöglicht die exzentrisch zur Mittellängsachse des Roboters angeordnete Pflegekontaktfläche eine gründlichere Oberflächenpflege in Randbereichen, auch wenn sie erfindungsgemäß in Hauptarbeitsfahrtrichtung gesehen hinter dem Fahrantrieb bzw. hinter dem Hauptkörper angeordnet ist.
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Der erfindungsgemäße Roboter ist regelmäßig ein selbstfahrender bzw. autonom fahrender Roboter zur Oberflächenpflege. Insbesondere kann ein solcher Roboter autonom, d. h. ohne Benutzereingriff, die Oberflächenpflege durchführen. Als Oberflächenpflege wird in diesem Zusammenhang jegliche pflegende Art der Einwirkung auf eine Oberfläche angesehen, also insbesondere Nassreinigung, Staubsaugen, Desinfektion oder Polieren, aber auch Kehren, Rasenmähen, Vertikutieren etc.. Besonders bevorzugt kann der Roboter ein Bodenpflegeroboter sein.
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Der Hauptkörper, auch als Basismodul oder Basiseinheit bezeichnet, zieht im Betrieb das Funktionsmodul über die Bodenfläche. Damit können Funktionen, die unabhängig von der individuellen Pflegeaufgabe des Funktionsmoduls in allen Einsatzfällen gebraucht werden, im Hauptkörper untergebracht sein, zweckmäßig die Komponenten zur selbstständigen und zielgerichteten Fortbewegung des Roboters. Darüber hinaus sind mehrere oder alle der folgenden Komponenten enthalten: ein Umfelderkennungssystem zur Erkennung des den Roboters umgebenden Umfeldes, ein Steuergerät zur Regelung bzw. Steuerung des Roboters, mindestens ein Fahrantrieb zur Fortbewegung des Roboters und/oder mindestens ein elektrischer Energiespeicher zur Bereitstellung von elektrischer Energie sowie ein Kommunikationsmodul zur Kommunikation des Roboters mit einer Kommunikationseinrichtung des Benutzers bzw. zur Sicherstellung der Konnektivität oder Netzwerktauglichkeit des Roboters. In der Regel wird der Hauptkörper von einem Robotergehäuse ausgebildet bzw. umgeben.
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Die Pflegekontaktfläche des Funktionsmoduls ist die Kontaktfläche an seiner Unterseite, in der das Funktionsmodul pflegend auf die zu pflegende Oberfläche einwirkt. Je nach Funktionsmodul muss es dabei nicht zwingend zu einem tatsächlichen Kontakt zwischen Funktionsmodul und Oberfläche kommen. Beispielsweise kann bei einem Staubsauger-Funktionsmodul oder bei einem Desinfektion-Funktionsmodul der direkte Kontakt zur zu pflegenden Oberfläche ausbleiben. Bei einem Staubsauger-Funktionsmodul kann in einer Ausgestaltung durch eine als Saugmundöffnung ausgestaltete Pflegekontaktfläche lediglich der Staub kontaktlos abgesaugt werden. Der Abstand zwischen der Vorderkante des Roboters bzw. Hauptkörpers und der Schnittstelle ist geringer als der Abstand zwischen der Vorderkante und der Pflegekontaktfläche.
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Die Pflegekontaktfläche kann erfindungsgemäß exzentrisch zur Mittellängsachse des Roboters bzw. des Funktionsmoduls angeordnet sein. Die Mittellängsachse der Pflegekontaktfläche ist also nicht deckungsgleich zur Mittellängsachse des Roboters angeordnet, sondern verläuft seitlich versetzt dazu. Die Pflegekontaktfläche liegt damit einer von zwei Seitenwänden des Robotergehäuses, die sich in dessen Hauptarbeitsrichtung erstrecken, näher. Diese Seitenwand weist erfindungsgemäß während der Rand- bzw. Kantenpflege der zu pflegenden Oberflächen einen geringeren Abstand zum Rand z. B. einer Wand oder einem Sockel auf als die andere. Denn das Steuergerät des Roboters steuert bzw. regelt den Roboter dabei so, dass während einer hindernisfreien Randpflege immer oder überwiegend diese Seitenwand unmittelbar benachbart und im Wesentlichen parallel zum Rand angeordnet ist. Vorteilhaft kann somit der nicht gepflegte Randstreifen zwischen der Pflegekontaktfläche und dem Rand zumindest minimiert werden. Je nach Ausgestaltung kann dann auf eine Seitenbürste zur Reinigung des Rands oder des Randstreifens verzichtet werden.
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Ähnlich wie bei einem Kraftfahrzeug ist die Hauptarbeitsfahrtrichtung die Fahrtrichtung des Roboters, in die der Roboter bei der normalen Oberflächenpflege überwiegend fährt. Die Richtung senkrecht zur Hauptarbeitsfahrtrichtung ist die Roboterquerrichtung. In der Regel bilden die Antriebselemente des Roboters eine Achse parallel zur Roboterquerrichtung aus.
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Die Schnittstelle kann jede geeignete Schnittstelle sein, um das Funktionsmodul an den Hauptkörper des Roboters reversibel lösbar zu koppeln. Bevorzugt ist die Schnittstelle nur an der Vorderkante bzw. nur im vorderen Bereich der Funktionsmodule vorgesehen. Die Schnittstelle kann einen mechanischen Schnittstellenanteil umfassen, der das Funktionsmodul über eine an sich bekannte formschlüssige Verbindung lösbar an dem Roboter befestigt. Die Verbindung kann beispielsweise über mindestens eine Rastverbindung gesichert werden. Alternativ kann der Schnittstellenanteil auch unter Verwendung von (Elektro-)Magneten ausgestaltet sein. Ein weiterer Schnittstellenanteil kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Hauptkörper und dem Funktionsmodul zu dessen energetischer Versorgung darstellen. Außerdem kann ein informationstechnischer Schnittstellenanteil einen Datenaustausch zwischen dem Hauptkörper und dem Funktionsmodul ermöglichen, um das Funktionsmodul zu steuern und ggf. dessen Arbeitsdaten an das Hauptmodul zu übermitteln.
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In einer Ausgestaltung können der Hauptkörper und das Funktionsmodul über die Schnittstelle derart koppelbar sein, dass das Funktionsmodul nur um eine Roboterquerachse drehbar ist. Das Funktionsmodul ist ähnlich gelenkig angebunden wie ein Bodenbearbeitungsgerät zur Geländeanpassung an einem Traktor. Vorteilhaft können somit etwaige Unebenheiten in der zu pflegenden Oberfläche ausgeglichen werden, ohne dass sich der Abstand zwischen der zu pflegenden Oberfläche und dem Unterboden des Funktionsmoduls merklich ändert. Zudem sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass die Fahrantriebe im unebenen Terrain oder während der Überwindung eines Hindernisses den Bodenkontakt verlieren. Dieser Aspekt der drehbaren Anbindung vom Funktionsmodul ist funktional unabhängig von der konkreten Anordnung und Ausgestaltung der Pflegekontaktfläche.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Funktionsmodul in der Draufsicht T-förmig ausgestaltet sein. Ein Mittelbereich des Funktionsmoduls kann dann schnittstellenseitig in den Hauptkörper hinein ragen und dort vorzugsweise einen Raum zwischen zwei Fahrantrieben einnehmen. Somit lässt sich ein besonders kompakter Roboteraufbau mit einem Hauptkörper und einem daran anschließbaren auswechselbaren Funktionsmodul realisieren, dessen Fahrantrieb dennoch vorteilhaft im Bereich des Schwerpunkts des gesamten Roboters liegt.
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Ein kreisrundes Robotergehäuse verleiht dem Roboter gute Manövrierfähigkeiten, lässt ihn aber nicht immer jede Raumecke erreichen. Zumindest halbseitig eckig ausgebildete Gehäuse - in einer Draufsicht mit einer D-Form - oder tropfenförmige Gehäuse mit nur einer Ecke lassen einen Roboter mit etwas Manövrieraufwand auch Ecken besser erreichen. Erfindungsgemäß kann der Hauptkörper mit einem gezogenen Funktionsmodul halbrund ausgebildet sein, das Robotergehäuse also bogenförmig in die parallel zueinander und in Hauptfahrtrichtung des Roboters verlaufenden Seitenwände übergehen. Der Übergang kann dabei kontinuierlich oder abrupt sein. In mindestens einer in Hauptarbeitsfahrtrichtung gesehen hinteren Ecke des Robotergehäuses bzw. des Funktionsmoduls können die Seitenwände in der Draufsicht im Wesentlichen senkrecht aufeinander treffen und zumindest eine Ecke bilden. Der erfindungsgemäße Roboter kann also in der Draufsicht D-förmig oder tropfenförmig ausgestaltet sein, wobei zumindest der vordere Bereich des Roboters und damit sein Hauptkörper bogenförmig ausgestaltet sind. Der Ecke bzw. einer der beiden Ecken am Funktionsmodul kann erfindungsgemäß die exzentrisch angeordnete Pflegekontaktfläche zugeordnet sein. So kann beispielsweise ein Staubsaugermodul mit einer asymmetrisch angeordneten Bürstenwalze auch ohne einen Seitenbürsteneintrag eine gute Ecken- und Kantenreinigung ermöglichen. Die obige Gehäuseform ist also besonders vorteilhaft für Roboter, bei denen das Funktionsmodul im hinteren Bereich angeordnet ist. Jene bieten zudem beispielsweise bei Nassreinigungs- oder Politurmodulen den Vorteil, dass die Fahrantriebe nicht durch den im Zuge der Nassreinigung oder der Politur aufgebrachten Feuchtigkeits- oder Politurfilm fahren und so unerwünschte Spuren hinterlassen. Damit lassen sich Raumecken von zu pflegenden Oberflächen gründlicher pflegen. Vorteilhaft kann hierzu der Roboter zunächst einen ersten Rand pflegen, bis er auf einen in einem Winkel - beispielsweise senkrecht zum ersten Rand - angeordneten zweiten Rand trifft. Dank der bogenförmigen vorderen Seitenwand kann sich der Roboter leichter um 90° um seine Hochachse drehen und kurz in die Raumecke zurücksetzen, um dann mit der Pflege des zweiten Rands fortzufahren. Dazu kann die hintere Seitenwand bzw. eine oder die hintere Ecke des Roboters durch eine Fahrt entgegen der Hauptarbeitsfahrtrichtung in die von den beiden Rändern ausgebildete Raumecke gebracht werden.
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Die obige Aufgabe wird ebenso gelöst durch das erfindungsgemäße Robotersystem zur Oberflächenpflege. Das Robotersystem umfasst den oben offenbarten Roboter sowie zumindest ein dort beschriebenes wechselbares Funktionsmodul für eine bestimmte Oberflächenpflegefunktion. Vorzugsweise umfasst das Robotersystem mehrere der folgenden Funktionsmodule: Nasswisch-, Staubsaug-, Desinfektions- oder Polier-Funktionsmodul. Solche Module an sich sind dem Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß können die unterschiedlich ausgebildeten Funktionsmodule unterschiedlich ausgebildete Pflegekontaktflächen aufweisen. Beispielsweise können sich die Pflegekontaktflächen hinsichtlich ihrer Größe, ihrer Geometrie und/oder ihrer räumlichen Anordnung innerhalb der Funktionsmodule und damit auch relativ zum Hauptkörper unterscheiden. Beispielsweise kann eine Pflegekontaktfläche eines ersten Funktionsmoduls einen geringeren Abstand zu einer Seitenwand aufweisen als eine Pflegekontaktfläche eines zweiten Funktionsmoduls. Auch können die Pflegekontaktflächen unterschiedlicher Funktionsmodule unterschiedlich weit von einer hinteren Seitenwand des jeweiligen Funktionsmoduls und/oder von der zu pflegenden Oberfläche beabstandet sein. Vorteilhaft schränken somit funktionsbedingte Vorgaben (z. B. seitliche Anordnung von Reinigungsbürsten) eines bestimmten Funktionsmoduls nicht die weiteren Funktionsmodule ein. Insgesamt kann somit der nicht erreichbare Bereich zwischen der Pflegekontaktfläche und dem Rand der zu pflegenden Bodenfläche verringert werden, wodurch sich insgesamt eine gründlichere Reinigung ergibt. In einem einzigen Funktionsmodul können gleichzeitig auch mehrere Oberflächenreinigungsfunktionen integriert sein.
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Das Prinzip der Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht der Unterseite des erfindungsgemäßen Roboters,
- 2 eine schematische Ansicht der Unterseite eines ersten Funktionsmoduls des erfindungsgemäßen Roboters,
- 3 eine schematische Ansicht der Unterseite eines zweiten Funktionsmoduls, und
- 4 eine schematische Ansicht der Unterseite eines dritten Funktionsmoduls.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht der Unterseite eines erfindungsgemäßen Bodenpflegeroboters zur Reinigung eines Fußbodens. Der Roboter ist während der Randpflege gezeigt. Er fährt in Hauptarbeitsfahrtrichtung X parallel zum Rand W, der von einer Wand gebildet wird. Senkrecht zur Hauptarbeitsfahrtrichtung X verläuft die Roboterquerrichtung Y.
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Der Roboter umfasst einen in der Ansicht der 1 im Wesentlichen C-förmigen Hauptkörper 10, in dem ein Umfelderkennungssystem 12, ein Steuergerät 13, zwei Fahrantriebe 14, 15 und ein Energiespeicher 16 aufgenommen sind. Das Umfelderkennungssystem 12 ist benachbart zu einer vorderen, bogenförmigen Seitenwand 11 des Roboters ausgebildet. Hinter dem Umfelderkennungssystem 12 sind das Steuergerät 13 und der Energiespeicher 16 angeordnet. Die Fahrantriebe 14, 15 sind im Hauptkörper 10 jeweils seitlich angeordnet. Die Fahrantriebe 14, 15 sind symmetrisch zu einer Mittellängsachse A angeordnet und liegen auf einer Achse B-B, die parallel zur Roboterquerrichtung Y verläuft.
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An den Hauptkörper 10 ist ein erstes Funktionsmodul 20 gekoppelt. Das erste Funktionsmodul 20 ist in der Ansicht der 1 T-förmig ausgebildet. Es ist hinter dem Umfelderkennungssystem 12, dem Steuergerät 13 und dem Energiespeicher 16 angeordnet. Ein Mittelbereich des Funktionsmoduls 20, quasi der Stil des „T“, ragt in den Hauptkörper 10 hinein und ist damit zumindest teilweise zwischen den Fahrantrieben 14, 15 angeordnet. Der so gestaltete Roboter weist besonders kompakte Außenmaße auf.
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Über eine Schnittstelle 17, 18 ist das Funktionsmodul 20 an den Hauptkörper 10 gekoppelt. Die Schnittstelle 17, 18 kann jede geeignete Form aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist sie derart ausgebildet, dass das Funktionsmodul 20 relativ zum Hauptkörper 10 um eine Achse drehbar ist, die in Roboterquerrichtung Y verläuft. Diese gelenkige Anbindung des Funktionsmoduls 20 an den Hauptkörper 10 verbessert das Pflegeergebnis und die Traktion des Roboters auf unebenen Oberflächen.
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Die vordere Seitenwand 11 ist hier zum besseren Manövrieren in Ecken bogenförmig ausgestaltet und geht in die Seitenwände des Roboters abrupt bzw. mit einem Knick über. Die vordere Seitenwand ist zu beiden Seiten hin bogenförmig ausgestaltet. Die Seitenwand 19 verläuft parallel zur Hauptarbeitsfahrtrichtung X und damit während der Randreinigung im Wesentlichen parallel zum Rand W. Die hinteren Ecken E1, E2 werden von senkrecht aufeinander treffenden Seitenwänden ausgebildet. Der Roboter weist also in der Draufsicht eine die D-förmige Kontur auf, da die vordere Seitenwand 11 zumindest weitgehend bogenförmig ausgebildet ist.
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Vom ersten Funktionsmodul 20, einem Staubsaug-Funktionsmodul, ist lediglich die Pflegekontaktfläche 22 dargestellt. Sie ist exzentrisch bezüglich der Mittellängsachse A angeordnet, so dass sie näher an die Seitenwand 19 heranreicht als an die gegenüberliegende parallele Seitenwand. Andere Komponenten, wie beispielsweise der Antrieb der Rundbürste, sind auf der bezogen auf die Seitenwand 19 distalen Seite der Pflegekontaktfläche 22 angeordnet. Innerhalb der Pflegekontaktfläche 22 trifft eine nicht dargestellte rotierende Rundbürste des Staubsaug-Funktionsmoduls 20 auf die zu reinigende Oberfläche auf. Zwischen dem äußeren Rand der Pflegekontaktfläche 22 und der Seitenwand 19 verbleibt aufgrund der notwendigen Lagerung der Rundbürste lediglich ein in 1 vergrößert dargestellter Abstand d, der einen schmalen, nicht erfassten Oberflächenbereich hinterlässt. Dennoch kann auf eine zusätzliche Seitenbürste zur Reinigung des Randes W verzichtet werden.
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In der 2 ist das erste Funktionsmodul 20 im ungekoppelten Zustand gezeigt. Die Pflegekontaktfläche 22 weist eine Mittelachse C-C auf, die versetzt zur Mittellängsachse A-A des Funktionsmoduls 20 angeordnet ist.
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In der 3 ist ein zweites Funktionsmodul 30 im ungekoppelten Zustand gezeigt, das ein Nasswisch-Funktionsmodul darstellt. Es weist ebenfalls eine Pflegekontaktfläche 32 mit einer Mittelachse C-C auf, die seitlich versetzt zur Mittellängsachse A-A des Funktionsmoduls 30 angeordnet ist, um Randbereiche besser zu erfassen, und in Hauptarbeitsfahrtrichtung X tiefer ausgebildet ist.
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Ein drittes Funktionsmodul 40 ist in der 4 als Desinfektion-Funktionsmodul gezeigt. Es weist keine exzentrisch angeordnete Pflegekontaktfläche 42 auf, sondern wirkt beidseits der Mittelachse A gleichartig auf die Bodenoberfläche ein. Seiner Funktion angepasst ist die Pflegekontaktfläche 42 in Querrichtung B lang und in Hauptarbeitsfahrtrichtung X schmal ausgebildet.
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Die in den 2 bis 4 gezeigten Funktionsmodule 20, 30, 40 weisen dieselben mechanischen Schnittstellen aus und sind allesamt geeignet, an den Hauptkörper 10 des Roboters (vgl. 1) angekoppelt zu werden. Die Funktionsmodule 20, 30, 40 unterscheiden sich jedoch in ihren Oberflächenpflegefunktionen. Zur bestmöglichen Ausübung ihrer Funktionen weisen die Funktionsmodule 20, 30, 40 die unterschiedlichen Pflegekontaktflächen 22, 32, 42 auf, die sich hinsichtlich ihrer Größe und/oder ihrer Anordnung unterscheiden.
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Der Roboter und die Funktionsmodule 20, 30, 40 sind in den Figuren stark vereinfacht dargestellt. Der Hauptkörper 10 des Roboters (vgl. 1) bildet zusammen mit mindestens zwei unterschiedlichen Funktionsmodulen 20, 30, 40 (vgl. 2-4) ein Robotersystem zur Oberflächenpflege aus. Viele weitere Komponenten, die dem Fachmann geläufig sind, wurden vereinfachend weggelassen.
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Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Robotern und Funktionsmodulen um Beispiele handelt, kann deren Ausgestaltung in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So kann der Roboter auch für andere Bodenpflegefunktionen ausgebildet sein, beispielsweise zum Mähen, Vertikutieren, Kehren und/oder Düngen. Außerdem schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrmals oder mehrfach vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hauptkörper
- 11
- vordere Seitenwand
- 12
- Umfelderkennungssystem
- 13
- Steuergerät
- 14, 15
- Fahrantrieb
- 16
- Energiespeicher
- 17, 18
- Schnittstelle
- 19
- Seitenwand
- 20, 30, 40
- Funktionsmodul
- 22, 32, 42
- Pflegekontaktfläche
- A-A
- Mittellängsachse
- B-B
- Achse der Fahrantriebe 14, 15
- C-C
- Mittelachse des Funktionsmoduls
- d
- Abstand
- E1, E2
- Ecke
- W
- Rand
- X
- Hauptarbeitsfahrtrichtung
- Y
- Roboterquerrichtung