機器人清潔器坐標修正方法及機器人清潔器系統的製作方法
2023-05-05 03:19:16
專利名稱：機器人清潔器坐標修正方法及機器人清潔器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及自動工作的機器人清潔器，更具體地講，本發明涉及用於自動機器人清潔器的坐標修正方法。
背景技術：
機器人清潔器通常使用安裝在主體上的諸如超聲傳感器的傳感器或根據用戶的輸入信息確定目標區域。然後，機器人計劃清潔工作的最有效路徑。根據計劃，機器人行駛並驅動吸塵部件以從地面吸入灰塵。
一種使這種機器人清潔器沿計劃的路徑移動的方式是機器人清潔器使用絕比對坐標系計算當前的位置。另一種方法是機器人清潔器根據使用相對於清潔區域的參考位置的行駛路徑和旋轉角度的相對坐標系行駛。
根據使用絕對坐標系的一個實例，機器人清潔器通過CCD攝像機捕獲諸如吊燈的天花板上的物體，或分離地安裝在天花板上的位置識別標誌的圖像，並根據所捕獲的圖像相應地探測其當前位置。然而，由於要求系統快速處理大量數據，使用CCD攝像機會導致成本較高的問題。
根據使用相對坐標系的一個實例，機器人清潔器配置有一個行駛距離傳感器以及可以探測機器人清潔器旋轉角度的角度傳感器。編碼器通常被用作行駛距離傳感器以探測輪子的旋轉圈數，而能夠探測相對角度的陀螺儀傳感器通常被用作角度傳感器。由於機器人清潔器可以根據需要以精確的角度旋轉，所以當使用陀螺儀傳感器時很容易進行控制。然而，這種陀螺儀傳感器通常具有範圍為5％到10％的探測誤差，而隨著機器人清潔器重複旋轉操作，由於探測誤差的積累會出現問題。因此，機器人清潔器就不能精確地依照計劃的路逕行駛。
圖1以非常誇大的方式顯示了機器人清潔器由於陀螺儀傳感器誤差而偏離計劃的路徑。機器人清潔器1從開始點S出發而根據計算直接行駛到地點A。使用陀螺儀傳感器，機器人清潔器1旋轉了90°，按照計算直接行駛，而到達地點B。此時，機器人清潔器1錯過了期望的目的地，即地點B，而到達地點B』。使用陀螺儀傳感器，機器人清潔器1旋轉了90°，按照計算直接行駛，而感知已到達地點C。然而，又由於陀螺儀傳感器的探測誤差，機器人清潔器1實際上並沒有按照計劃的路逕行駛，而到達了偏移的位置C』。隨著探測誤差的積累，在地點C，C』處的偏差比在地點B，B』處的更大。帶有增加的陀螺儀感器的探測誤差，該機器人清潔器1順序地運動經過地點D，E，F和G。結果，隨著它進一步地操作，機器人清潔器1偏離計劃的路徑越來越遠。當機器人清潔器1完成清潔操作時，則還會剩下未被清潔的特定區域。
發明內容
本發明的開發目的在於解決與傳統安排相關的上述缺點和其它問題。本發明一方面提供了修正機器人清潔器的坐標系統的方法，以便機器人清潔器可以使用諸如陀螺儀傳感器(gyro sensor)的角度傳感器有效地按照計劃的行駛方向行駛。
本發明的另一方面在於提供使用坐標修正方法的機器人清潔器，以便機器人清潔器可以使用諸如陀螺儀傳感器的角度傳感器有效地按照計劃的行駛方向行駛。
通過提供機器人清潔器坐標修正方法，實質上可以實現本發明的上述方面與/或其它特徵，該方法包括待用或待機步驟，其中機器人清潔器在充電站處於待用模式；操作步驟，其中機器人清潔器運動到工作區域以執行給定的工作；返回步驟，其中當確定累積的角度超過預定的水平時，機器人清潔器停止給定的工作，並返回充電站；坐標修正步驟，其中利用充電站的參考坐標修正機器人清潔器的當前坐標；以及工作再繼續步驟，其中機器人清潔器運動到它返回充電站前所在的先前地點，並繼續給定的工作。
該坐標修正步驟包括如下步驟使用多個距離傳感器，根據充電站的參考坐標對機器人清潔器進行定位；以及將機器人清潔器的當前坐標修正為機器人清潔器的原點。
該充電站包括以相對於機器人清潔器在其上運動的地板實質上垂直的關係設置的參考板。
根據本發明的一個方面，提供一種機器人清潔器系統，包括充電站；以及機器人清潔器，包括多個距離傳感器；以及通過使用多個距離傳感器，用於將其坐標修正充電站的參考坐標。
多個距離傳感器被並排設置，其發射部沿實質上相對於機器人清潔器的驅動軸垂直關係被校準。多個距離傳感器沿直線設置，其前側實質平行於驅動輪的軸。
該充電站包括以實質上相對於機器人清潔器在其上運動的地板垂直的關係設置的參考板。
該控制部控制以便當確定積累的角度超過預定的水平時，機器人清潔器停止給定的工作，並返回充電站；以及通過使用多個距離傳感器，以充電站的參考坐標校準機器人清潔器的當前坐標；而機器人清潔器的當前坐標被修正為原點。
採用根據本發明的機器人清潔器的坐標修正方法，當積累的角度傳感器誤差超過預定水平時，機器人清潔器的原點參照充電站的坐標系被重新校準。相應地，角度傳感器的積累誤差可以被周期性地修正為「0」，而因此改善了機器人清潔器依路逕行駛能力。
因此，採用根據本發明的機器人清潔器，因為當積累的角度傳感器誤差超過預定水平時，利用機器人清潔器的距離傳感器，機器人清潔器的原點能夠參照充電站的坐標系被重新校準，因此改善了機器人清潔器依路逕行駛能力。
參照附圖，通過對本發明的特定實施例的描述，本發明上述方面和特性將會更加清楚，其中
圖1為顯示為機器人清潔器計劃的工作路徑以及隨著機器人清潔器運動而按其行駛的偏移路徑；圖2為使用根據本發明的一個實施例的坐標修正方法的機器人清潔器的框圖；圖3為圖2的機器人清潔器的仰視圖。
圖4為顯示根據本發明的一個實施例的機器人清潔器的坐標修正方法的流程圖；圖5為顯示機器人清潔器的運動路徑的視圖，用於解釋根據本發明一個實施例的機器人清潔器的坐標修正方法；圖6為顯示使用根據本發明的一個實施例的坐標修正方法的機器人清潔器系統的平面視圖；和圖7為圖6的機器人清潔器系統的側視圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖更詳細地描述本發明的特定實施例。
在下述描述中，即使在不同附圖中，同樣的附圖標號用於同樣的部件。在描述中所說明的內容，例如詳細結構和部件，僅用於輔助全面理解本發明。因此，很明顯，本發明在沒有這些確定的內容的情況下也可以實現。此外，由於對已知功能或結構進行不必要的詳細描述會使本發明不清楚，所以未對其進行詳細描述。
參照圖2和圖3，根據本發明的一個實施例的機器人清潔器10包括吸塵部20；傳感器部30；前攝像機41；上攝像機42；驅動部50；發射/接收部60；電源70；存儲裝置81；以及控制部80，所有這些部分均設置在主體11上的適合位置。
只要可以有效地從正在清潔的表面吸入含塵空氣，吸塵部20可以被設置成多種形狀。在一個實例中，吸塵部20可包括吸氣電機；利用來自吸氣電機的吸力吸入含塵空氣的吸塵刷；和設置在吸氣電機與吸塵刷之間的灰塵室。灰塵室具有分別與吸塵刷和吸塵電機相互連接的吸入埠和排放埠。因此，空氣經吸入埠被吸入，灰塵在灰塵室處被分離出來，而清潔的空氣經排出埠被排出。
傳感器部30包括能夠探測出到充電站100(參見圖6)的距離的距離傳感器32；可以探測出機器人清潔器10已經行駛距離的行駛距離傳感器33；以及能夠探測出機器人清潔器10的旋轉角度的角度傳感器31。
當機器人清潔器10旋轉以改變行駛方向時，使用角度傳感器31。更具體地講，角度傳感器31探測相對於當前行駛方向機器人清潔器10的旋轉角度。陀螺儀傳感器可以被優選地用作角度傳感器31。
在主體11的前側上可以安裝多個距離傳感器32以測量到充電站100的距離。如圖3所示，所述多個距離傳感器32可被這樣安排其發射部32a實質上垂直於連接輪軸的假想直線57，而更具體地講，垂直於連接兩個輪52的軸的中點的直線。從正視圖看，該多個距離傳感器32被以規則間隔平行安排。同樣優選地，連接距離傳感器32的前側的假想直線37與連接輪52的軸的中點的假想直線57平行，以便距離傳感器32的發射部32a的發射側可以離輪52同樣的距離。在如圖3所示的具有兩個距離傳感器32的機器人清潔器10中，且其中輪52的軸與發射部32a為垂直關係；而連接發射部32a的前側的直線37與輪52的軸為平行的關係，當兩個距離傳感器32相對於充電站100的參考板130(參見圖6)傳感的距離相同時，機器人清潔器10相對於充電站100的參考板130成直角。換言之，機器人清潔器10的x-y坐標系15與充電站100的x-y坐標系統105(參見圖6)為平行關係。
任何能夠向外部發送輸出信號、接收自一個對象反射的信號並根據所接收的信號測量到該對象的距離的傳感器，均可以用作距離傳感器32。例如，可以使用具有發射紅外光的發光元件和接收反射的紅外光的光接收元件的紅外傳感器。作為選擇，發射雷射束和接收反射的雷射束以測量距離的雷射傳感器也可以被用作距離傳感器32。如果有多個用作障礙物傳感器的紅外傳感器或超聲傳感器，通過按照對距離傳感器32的要求安裝傳感器，這些傳感器中的一些可以被用作距離傳感器32。
旋轉傳感器也可被用作行駛距離傳感器33。例如，用於探測電機的旋轉數的編碼器可以被用作旋轉傳感器。因此，控制部80使用由編碼器傳感的旋轉數可以計算出機器人清潔器10的行駛距離。
前視攝像機或視攝像機41被安裝在主體11上以拍攝機器人清潔器10前的圖像，並將捕獲的圖像輸出到控制部80。上視攝像機或上攝像機42被安裝在主體11上以拍攝機器人清潔器10上方的圖像，並將捕獲的圖像輸出到控制部80。前和上攝像機41和42均可以優選的為CCD攝像機。根據出現的需求，前和上攝像機41和42被有選擇地安裝。例如，通過探測充電站100上的識別標誌(未示出)，前攝像機41可以被用於檢查充電站100的位置，而通過探測充電站100上方的標誌(未示出)，上攝像機42可以被用於檢查充電站100的位置。
該驅動部50包括形成在前側兩端的兩個驅動輪52；形成在後側兩端的兩個從動輪53；用於分別驅動前側的兩個驅動輪52的一對驅動電機51；以及將驅動輪52的驅動力傳送到從動輪53而安裝的驅動力傳送裝置55。該驅動力傳送裝置55可包括牙輪皮帶(同步皮帶)和皮帶輪。此外，驅動力傳送裝置55可以由齒輪形成。該驅動輪52可被安裝以便其中心軸能成一直線。根據控制部80的控制信號，驅動部50的各個驅動電機51獨立地向前或向後旋轉。通過分別可變地控制驅動電機51的旋轉數，可以改變行駛的方向。
該發射/接收部60經天線61發出數據，並將來自天線61的信號傳送到控制部80。因此，經發射/接收部60，機器人清潔器10可以與外部裝置90發送和接收信號。外部裝置90可包括安裝有能夠通過其對機器人清潔器10進行監控或控制的程序的計算機系統或遙控器。
電源70包括在其中存儲從充電站100的電力端子120供應的電力的可充電電池。電源70將電力供應到機器人清潔器10的各個部件，以便機器人清潔器10可以自動行駛和工作。
控制部80用於處理經發射/接收部60接收的信號，並控制機器人清潔器10的各部以根據指示工作。該控制部80控制以便機器人清潔器10使用障礙物傳感器(未示出)沿牆壁或障礙物運動，確定清潔工作的區域，並將確定的區域存儲在存儲裝置81中。機器人清潔器的工作區域也可以通過用戶輸入存儲在存儲裝置81中。對於存儲在存儲裝置81中的操作區域，控制部80計算機器人清潔器10能夠最有效地行駛並進行被指示的操作的行駛路線。然後，該控制部80使用行駛距離傳感器33和角度傳感器31控制驅動部50和灰塵吸入部20，以便機器人清潔器10沿行駛路逕行駛，並進行諸如清潔的被指示的操作。當完成所指示的操作時，或當需要充電時，控制部80控制驅動部50，以便機器人清潔器10可以返回到充電站100。使用通常已知的位置識別方法和前攝像機、上攝像機或超聲攝像機，控制部80控制以便機器人清潔器10可以返回到充電站100。由於這已為人所知，這裡將不再詳細描述。
在機器人清潔器10根據指示行駛和工作的同時，該控制部80將機器人清潔器10的旋轉角度相加，以獲得累積總和，而當累積的總和超過預定值時，該控制部80停止工作。然後，該控制部80控制驅動部50將機器人清潔器10返回到充電站100，並使用多個距離傳感器32，控制以便機器人清潔器10被定位在對應於由充電站100的x-y坐標系105設置的參考坐標的坐標中。然後，該控制部80將機器人清潔器10的當前坐標修正到原點。
如上構造的機器人清潔器10與充電站100共同組成了機器人清潔器系統。參照圖6和圖7，充電站100包括被固定到地板101上的外殼110；被安裝在外殼110一側並與普通電源連接以供應電力的電源端子120；以及以與充電站100被安裝處的地板101實質上垂直關係設置的參考板130。該參考板130的尺寸可以反射來自機器人清潔器10的多個距離傳感器32的所有信號。安裝充電站100處的地板101優選為平坦的，以便機器人清潔器10可以使用距離傳感器32測量出到參考板130的距離，並精確地修正坐標。
現在，將參照圖4到圖7詳細地描述機器人清潔器的坐標修正方法。更具體地講，坐標修正方法將參照特定實例進行描述，其中機器人清潔器10在清潔工作期間進行坐標修正。
首先，機器人清潔器10在充電站100處於待用狀態(步驟S10)；該機器人清潔器10存儲清潔操作的區域，並已完成對指定區域進行有效清潔工作的行駛路徑的計算。
一接收到啟動信號，機器人清潔器10便從充電站100出發，沿計劃的路逕行駛，並進行清潔工作(步驟S20)。通過使用行駛距離傳感器33和角度傳感器31，控制部80控制驅動部50，以便機器人清潔器10可以按照計劃行駛的路逕行駛。參照圖5，從充電站100出發的機器人清潔器10移向地點A，利用行駛距離傳感器33感應機器人清潔器10是否到達地點A。當機器人清潔器10到達地點A時，通過使用角度傳感器31，機器人清潔器旋轉90°以對應下一條行駛路徑。接下來，機器人清潔器10直接向地點B運動，並通過行駛距離傳感器33，檢驗它是否到達地點B。當到達地點B時，通過使用角度傳感器31，機器人清潔器旋轉90°以面對下一目標地點C。然後，通過使用行駛距離傳感器33和角度傳感器31，控制部80控制驅動部50，以按照計劃行駛的路逕行駛。
該控制部80控制驅動部50，以便機器人清潔器10沿計劃的路逕行駛，並周期性地檢驗機器人清潔器10的累積旋轉角度是否超過預定程度。該累積旋轉角度是指，在工作期間，隨著機器人清潔器10旋轉，經角度傳感器31傳感的機器人清潔器10的旋轉角度的總和。例如，參照圖5，在地點C處，機器人清潔器10的累積旋轉角度為180°，該值為在地點A處的90°與地點B處的另一個90°相加的結果。
相應地，該控制部80累加每次機器人清潔器10旋轉時使用角度傳感器31感應到的機器人清潔器10的旋轉角度；存儲所獲得的旋轉角度的累積總和；以及將旋轉角度的累積總和與預定累積旋轉角度進行比較。該預定累積旋轉角度可以由使用者設置。然而，只要不使角度傳感器31的累積誤差影響到機器人清潔器10的工作，而後來會導致要被清潔的區域的特定地點未被清潔，該預定累積旋轉角度被優選地儘可能高地設置。因此，需要根據角度傳感器31的精度和吸塵部30的清潔效率合適地設置預定累積旋轉角度。
當累積的旋轉角度超過預定值時，控制部80停止清潔工作，並控制驅動部50以將機器人清潔器10返回到充電站100(步驟S30)。例如參照圖5，如果預定累積旋轉角度為630°，當機器人清潔器10到達地點H時，控制部80就停止清潔工作，並控制機器人清潔器10以返回充電站100。此時，該控制部80使用主體11的超聲波傳感器或上攝像機或前攝像機以將機器人清潔器10返回到充電站100。
當機器人清潔器10到達並在充電站100中時，控制部80修正坐標，以便機器人清潔器10的x-y坐標系15能夠與充電站100的x-y坐標系105平行；而x-y坐標系15的原點能夠與自充電站100的x-y坐標系105的原點預定距離處的參考坐標對應或一致(步驟S40)；該參考坐標為以充電站100的位置作為原點的絕對坐標系。該參考坐標可以由使用者事先設置。上述操作包括操作，其中通過使用多個距離傳感器32，機器人清潔器10的控制部80控制以與充電站100的參考板130垂直的關係校準機器人清潔器10；以及操作，其中機器人清潔器10的當前坐標被修正為充電站100的參考坐標。
以下，將更詳細地描述通過使用兩個距離傳感器32，控制部80以與充電站100的參考板130垂直的關係校準機器人清潔器10的操作。
當機器人清潔器10返回到充電站100時，使用兩個距離傳感器32，控制部80探測到參考板130的距離d1和d2，並確定所探測的距離d1和d2是否相同。如果兩個距離傳感器32所探測的距離d1和d2彼此不同時，控制部80控制驅動部50，以便由兩個距離傳感器32感應的距離d1和d2能夠相同。因此，機器人清潔器10的x-y坐標系15變得與充電站100的x-y坐標系統105平行。接下來，控制部80控制驅動部50，以便探測的距離d1和d2能夠如預定。因此，機器人清潔器10的x-y坐標系15的原點0與充電站100的x-y坐標系統105的參考坐標對準。相應地，由於控制部80重新將機器人清潔器10設置到原點，坐標修正結束。由於機器人清潔器10返回到充電站100，而參照用作絕對坐標系的充電站100的坐標系統，重新校準了原點，所以由於角度傳感器31的錯誤探測而累積旋轉角度的誤差變為0。
當完成坐標修正時，控制部80控制驅動部50，以便機器人清潔器10可以運動到它在運動到充電站100前所處的位置。例如，參照圖5中的實例，其被控制以便機器人清潔器10可以返回到地點H。更具體地講，根據其位置信息，控制部80重新計算到先前工作地點的路徑，並通過使用行駛距離傳感器33和角度傳感器31，返回機器人清潔器10。當機器人清潔器10返回到先前的工作地點時，機器人清潔器10按照最初計劃的路徑再繼續過去停止的工作。利用以幾個典型實施例描述的本發明，在角度傳感器31的累積誤差產生不被清潔的區域前，機器人清潔器10返回到充電站100並修正到原點。相應地，當機器人清潔器執行清潔工作時，角度傳感器31的積累誤差可以保持在預定水平之下。因此，由於機器人清潔器10無偏差地在計劃行駛的路徑中執行清潔工作，就能夠完全清潔整個工作區域。
前述實施例和優點僅用於說明，而不是限制本發明。本發明的思想能夠容易地應用於其它類型的設備。並且，對本發明的實施例的描述只是為了說明，而不是限制權利要求的範圍，許多變動、修改和變化對本領域所屬技術人員而言是很明顯的。
權利要求
1.一種機器人清潔器的坐標修正方法，包括控制機器人清潔器以在充電站處於待用模式；將機器人清潔器從充電站運動到工作區域以執行給定的工作；當確定積累的角度超過預定的水平時，中止機器人清潔器執行給定的工作，並將機器人清潔器返回到充電站；以充電站的參考坐標，修正機器人清潔器的當前坐標；以及將機器人清潔器移動到它返回充電站前所在的先前地點，並繼續給定的工作。
2.根據權利要求1所述的坐標修正方法，其中所述修正步驟包括以下步驟通過使用多個距離傳感器，將機器人清潔器定位在充電站的參考坐標；和將機器人清潔器的當前坐標修正到機器人清潔器的原點。
3.根據權利要求2所述的坐標修正方法，其中所述充電站包括以相對於機器人清潔器在其上運動的地板實質上垂直的關係設置的參考板。
4.一種機器人清潔系統，包括充電站；和機器人清潔器，包括多個距離傳感器；和用於通過使用多個距離傳感器，將其坐標修正到充電站的參考坐標的控制部。
5.根據權利要求4所述的機器人清潔器系統，其中所述多個距離傳感器被並排設置，其發射部以相對於機器人清潔器的驅動輪的軸實質上垂直的關係被對準或成一直線。
6.根據權利要求5所述的機器人清潔器系統，其中多個距離傳感器沿直線布置，其前側實質平行於驅動輪的軸。
7.根據權利要求5所述的機器人清潔器系統，其中所述充電站包括以相對於機器人清潔器在其上運動的地板實質上垂直的關係設置的參考板。
8.根據權利要求7所述的機器人清潔器系統，其中所述控制部控制機器人清潔器，以當確定累積的角度超過預定水平時，停止給定的工作；返回充電站；通過使用多個距離傳感器，以充電站的參考坐標校準機器人清潔器的當前坐標；將機器人清潔器的當前坐標被修正到原點。
9.一種用於機器人清潔器的坐標修正方法，包括移動機器人清潔器以執行給定的工作；和當機器人清潔器的運動的累積角度超過預定水平時，將機器人清潔器返回到充電站。
10.根據權利要求9所述的坐標修正方法，還包括一旦機器人清潔器返回到充電站，修正機器人清潔器的當前坐標到充電站的參考坐標。
11.根據權利要求10所述的坐標修正方法，還包括在修正到參考坐標後，將機器人清潔器移動到它返回充電站前所在的先前地點。
12.根據權利要求11所述的坐標修正方法，還包括重新開始給定的工作。
13.根據權利要求9所述的坐標修正方法，其中修正機器人清潔器的當前坐標到充電站的參考坐標，包括控制多個距離傳感器以將機器人清潔器定位在充電站的參考坐標；和將機器人清潔器的當前坐標修正到機器人清潔器的原點。
14.根據權利要求13所述的坐標修正方法，其中所述多個距離傳感器被並排設置，其發射部以相對於機器人清潔器的驅動輪的軸實質上垂直的關係被對準或成一直線。
全文摘要
一種參照充電站的絕對坐標，使用角度傳感器的機器人清潔器的坐標修正方法，修正機器人清潔器的坐標，以改進機器人清潔器按路逕行駛。該機器人清潔器在充電站處於待用模式；而移動到工作區域以執行給定的工作。當確定積累的角度超過預定的水平時，機器人清潔器停止給定的工作，並返回充電站。機器人清潔器的當前坐標以充電站的參考坐標被校準，而機器人清潔器移動到它返回充電站前所在的先前地點，並從停止處繼續給定的工作。
文檔編號B25J13/00GK1759797SQ200510059069
公開日2006年4月19日 申請日期2005年3月22日 優先權日2004年10月12日
發明者宋貞坤, 丁參鍾, 金祺萬, 李周相, 高將然, 林廣洙 申請人:三星光州電子株式會社