用於機器人使能的移動產品的定位、位置控制和導航系統的應用的製作方法

2023-07-27 02:14:11 2

用於機器人使能的移動產品的定位、位置控制和導航系統的應用的製作方法
【專利摘要】一種機器人清潔器，包括用於清潔表面的清潔組件和機器人主體。機器人主體容納使機器人清潔器運動的驅動系統和控制機器人清潔器的運動的微控制器。清潔組件位於驅動系統的前方，且清潔組件的寬度大於機器人主體的寬度。一種清潔機器人，包括機器人主體和用於清潔表面的清潔組件。機器人主體容納使機器人清潔器運動的驅動系統和控制機器人清潔器的運動的微控制器。所述清潔組件位於驅動系統的前方，並且所述清潔組件中的每一個都能夠與機器人主體分離，並且所述清潔組件中的每一個都具有獨特的清潔功能。
【專利說明】用於機器人使能的移動產品的定位、位置控制和導航系統 的應用
[0001] 本申請是國際申請日為20〇9年4月24日的名稱為"用於機器人使能的移動產品 的定位、位置控制和導航系統的應用"的中國國家申請號為2〇098〇124 25〇_ 3的專利申請的 分案申請。
[0002] 相關申請
[0003] 本申請要求於2〇〇8年4月24日遞交的、名稱為"用於機器人使能的移動產品的定 位、位置控制和導航系統的應用"的臨時申請No. 61/125, 6別的優先權。

【背景技術】
[0004] 在其核心，機器人地板清潔器集成有至少兩個主要功能系統：（1)清潔機構，其清 潔其放置或移過的區域的地板，和（2)移動機器人平臺，其自動將清潔機構在地板上移動 至不同位置。這兩個功能系統必須充分地工作，使得機器人能夠有效地清潔。
[0005] 隨著這兩個功能系統對整個機器人的設計設置了要求和限制，但開發可以自動在 幾乎多種多樣的高度自由的環境（如，人們的家）中到處移動的移動機器人平臺的挑戰傾 向於成為主要因素，並且至今已經對家庭清潔機器人的設計產生了明顯的影響。
[0006] 根據目前可用的機器人地板清潔器，限制如此之大，以至於至今製造的大多數部 件遵循相同的通用形狀因素。移動機器人平臺包含在具有圓形基座的殼體內，其形狀類似 於冰球但冰球大很多。兩個獨立受控的驅動輪設置在機器人的相對側上的圓圈內。驅動輪 沿著圓圈的中心軸線，該中心軸線平分機器人的前、後各一半。
[0007] 此外，移動機器人平臺具有一個或多個腳輪，用於支撐在機器人的前和/或端，以 提供側向穩定性，並用作機器人懸架的一部分。一些設計僅在前方採用一個小腳輪，但分散 前方較重的重量，以避免機器人向後傾翻。
[0008] 圓形形狀使得機器人更容易在障礙物附近和沿著牆壁移動。在驅動輪完全嵌在該 圓圈內且沿著中心軸線放置時，機器人可以有效地轉動到位，以改變其方向，而不使機器人 的側面撞擊到任何外部障礙物。
[0009] 清潔機器人設計還允許接觸傳感器（如，位於緩衝器上）和接近式傳感器（IR傳 感器）沿著機器人的外側放置，以檢測障礙物，並沿著牆壁和家具前進。在一些設計中，緩 衝器可以作為在機器人轉動時感觸牆壁和障礙物的裝置延伸到圓形基座的邊界之外。目前 的清潔機器人設計還包括位於機器人下方的墜下傳感器，用於在機器人開過危險之前檢測 地板上的掉落物。
[0010] 與這種設計框架一致的例子包括諸如Hetrolux?的Trilobite?、iRobot?的 Roomba?、Yujin的iCleb〇、Sams_?W|^Ken?機器人之類的機器人真空吸塵器， 以及諸如通Qbot?:的Ssoofea?機器人之類的地板擦洗機器人。目前移動機器人平臺可用 的方案的不利方面在於，目前的結構限制了清潔機構的尺寸、到達範圍和效率。
[0011] 在典型的機器人地板清潔器方法中，主清潔機構（如真空刷或攪拌刷）設計為整 個裝配在移動機器人平臺的點地面積內。假設大多數機器人地板清潔器的主平臺行星是圓 形的，則清潔設備需要比機器人本身窄，與整個機器人的尺寸相比，覆蓋較小的區域，且不 能直接一直到達牆壁和進入牆角。對諸如真空吸塵器、刷和其它裝置之類的清潔機構不是 最適宜的，其形狀傾向於為矩形，且不能與圓圈的幾何形狀很好地匹配。
[0012]為了補償這種限制，機器人清潔器的設計者已經添加了小的側旋轉刷形式的"邊 緣清潔"部件，其從機器人的側部伸出。小的側旋轉刷試圖將碎片吸入清潔設備的路徑中， 雖然這具有有限的效率，且通常由於磨損而需要更換。
[0013]用於支撐圓形機器人平臺的輪子和小腳輪的典型布置對清潔機構有其它限制。作 為一種限制，清潔機構不能延伸至輪子或小腳輪所在的區域，這進一步限制了其尺寸和結 構。此外，機器人通常要求更複雜的懸掛系統，以保持清潔機構與地板接觸，進行有效的清 潔，同時維持地板與輪子和小腳輪之間的主要接觸，以使機器人有效地驅動越過地板表面 並越過小的障礙物。
[0014] 己經對典型的機器人地板清潔器結構提出了大量的變形，試圖降低對清潔設備的 限制，並增加其效率，但這些方案仍然將機器人平臺的靈活性和功能的優先級設為高於清 潔機構本身的功能。
[0015] 具有非圓形形狀的產品，如Shaper 1mage_^橢圓形eVac?機器人真空吸塵器， 已經引入投放市場。在這種橢圓形機器人真空吸塵器中，前緣是扁平的，以允許真空吸塵器 平行打開機器人前面的牆壁，但清潔機構仍然嵌在清潔機器人的殼體內，且不延伸至側面。
[0016] 已經公開了其它機器人清潔器設計，其將移動機器人平臺與部分或完全延伸越過 移動機器人平臺的點地面積的清潔設備結合在一起。這些例子包括具有延伸至清潔機器人 殼體外面的柔性尾部的機器人，寶潔（"P&G"），具有尾部清潔模塊的機器人（SC Johnson 和Minolta)，以及相對於移動機器人平臺可移動的清潔模塊（Minolta)。
[0017] 轉讓給P&G的美國專利6, 779, 217公開了一種移動機器人平臺，其利用標準圓形 結構，但還包括三角形尾部形式的柔性"附件"，其中三角形尾部固定有清潔布。這種設計 的優點在於，它可以由延伸的尾部到達牆角，以及沿著家具和牆壁的便於進行清潔。然而， 其清潔能力的延伸到達僅在清潔機器人轉動到合適的位置、以沿著轉動半徑"掠過"時才工 作。雖然"附件"方法提供了有利的收集額外的汙物和灰塵的輔助功能，但這種方法不能克 服放置在移動機器人平臺的點地面積內的主清潔機構的限制。例如，如果清潔機器人沿著 牆壁行進，則它將不能清潔主清潔機構和牆壁之間的大部分間隙，且將僅在清潔機器人進 行轉動的有限區域內這樣做。
[0018] SC Johnson(美國申請序列號No. 10/218,843)公開了一種結構，其將圓形移動機 器人平臺與可以固定清潔布和其它材料的尾部外清潔墊結合在一起。這種清潔機器人設計 允許外清潔墊與清潔機器人一樣寬，且提供了可以延伸越過所述清潔墊的寬度沿著牆壁到 達並進入牆角的擦布的邊緣。用於該機器人清潔器的驅動系統和傳感器將作為移動機器人 平臺的一部分位於前圓形部分中。這種設計的限制是組合形狀因素的較大的尺寸和較長的 形狀，這限制了機器人將如何更好地能夠在緊密的空間內移動。這種機器人清潔器結構將 具有用於沿著牆壁轉動的標準圓形設計的優點，並且在某種程度上，保持能夠碰撞並轉過 前方障礙物的好處。然而,該清潔機器人的延伸的長度將對在緊密空間中的轉動提出了挑 戰，並對進出混亂環境（如聚集在一起的椅子和桌子腿之間）提出了挑戰。尾部墊的額外 長度將阻止清潔機器人移動進入具有圓形截面的機器人可以進入的空間。
[0019] 在美國專利No· 5, 894, 621中，Minolta公開了類似的機器人清潔器結構，清潔墊 拖在移動機器人平臺的尾部，其中該清潔墊將大於機器人本體，以允許更好地接近牆壁和 進行側面清潔。然而，對於給定的總長度和從輪子至清潔墊的距離，這種結構仍將具有相同 的在緊密空間移動的限制。
[0020] 在美國專利No. 5, 72〇, 〇77中，Minolta公開了另一種清潔機器人設計，其中清潔 機構在移動機器人平臺的外面。清潔機器人通過下述方式擴大其延及範圍：（1)使清潔機 構的位置可調整至移動清潔機器人，以及（ 2)相對於清潔機構，使移動機器人平臺驅動輪 改變主方向軸線，以沿不同的方位驅動它。這種機器人清潔器設計在清潔不同的空間方面 提供了更大的靈活性自由度，但面臨這價格明顯更貴，且更複雜。具體地，這種機器人清潔 器設計包括更多的移動部件和更多的傳感器，以判斷位置條件，並控制清潔機構的位置，因 此將很可能導致機器人的實體更大。雖然這可能適合用於大辦公和商用空間的商用機器人 清潔器，但這種公開的清潔機器人設計將不能適合需要在緊密空間，如在靠近一個或多個 牆壁定位的餐桌（其還包括大量的椅子）附近以及在矮的夾具下面很深的位置處進行清潔 的家用機器人清潔器的要求。
[0021] 家用機器人的清潔模式和移動策略也是需要改進的地方。市場上現有的大多數 家用清潔機器人利用隨機或半隨機移動模式控制機器人的驅動行為。這主要是因為，在過 去，不存在有效且成本低的移動方案可以跟蹤機器人的位置，並引導它靈巧地覆蓋期望的 區域，用於清潔地板。
[0022] 相反，清潔機器人通常依賴於相對簡單的一組行為和算法，其結合驅動、障礙物檢 測和避開、牆壁跟蹤和隨機變化，試圖在地板空間附近"反彈"機器人。基本原理是，在足夠 的時間內，通過任意探索房間的過程，機器人將到達可清潔區域中的所有位置。
[0023] 這種方法具有幾個主要限制。首先，機器人必須清潔非常長的時間周期，以實現房 間或家中的其它指定區域的完全覆蓋。如在US專利6, 076, 025中所注意到的那樣，覆蓋的 新區域的比率越明顯下降，機器人操作時間越長。因為機器人預先幾乎不知道它已經清潔 的地方，它繼續清潔之前已經清潔的區域，而不是集中在它還未到達的區域。當覆蓋更多房 間區域或家中區域時，隨機方法對機器人產生消極影響，因為機器人花費相當多的時間清 潔它已經清潔的區域。對於通常較大的房間或家中區域，在機器人能夠到達目標區域中的 所有位置之前，機器人已經用完了電池能量。
[0024] 在轉讓給Honda的美國專利6, 076, 025 ('025專利）中，Honda公開了一種增強的 方法，其通過在隨機移動通過房間的過程期間，使機器人以向外螺旋圖案周期性地進行清 潔。這種方法具有填充不同位置的更多區域和改善相對於純任意方法的效率曲線的優點， 但在隨著覆蓋更多的房間區域而使機器人變得效率差方面存在相同的核心動力。
[0025] 作為另一種限制，描述為隨機或半隨機的清潔策略通常在典型的房間或家中區域 範圍內不產生隨機的清潔覆蓋分布。在其中僅有牆壁且不存在內部障礙物的完全空的房間 中，在一定的時間內，將有相同的機會清潔地板的每個區域。因此對於任一種假定的運行， 房間的一部分將與房間的被清潔的另一部分一樣。當進行或重複更多的運行時，房間的特 定部分將被清潔的機率增加。
[0026] 然而，房間和家中區域不是空的，相反具有各種機器人必須在其附近移動的內部 障礙物。此外，這些障礙物不是隨機分散的。更確切地說，大的障礙物，即家具，聚集在一起 並形成不平坦的進入屏障，機器人從中移動通過。一種普通的例子包括餐桌和椅子，其形成 集中在房間的某個區域中的家具腿的"森林"。另一種普通的例子是起居室家具組，如聚集 成諸如U形或L形結構的圖案的長沙發、矮茶几、無扶手單人椅和靠牆小桌。
[0027] 在理論上，通過以幾乎所有的角度沿著障礙物的周邊撞擊位於所有位置的障礙 物，隨機方法使機器人發現房間中的障礙物之間的開口的機會無限大。然而，這種方法在進 行足夠的排列組合時花費時間，且對於這些排列組合中的大部分，機器人可以頻繁受阻和/ 或從由這些障礙物佔據的區域被偏轉開。最終結果是，採用隨機方法的機器人被"擺布"離 開密集或阻塞區域，並且傾向於保持在更敞開的空間中。這通常使機器人明顯對房間的一 些區域或家中的區域過度清潔，同時不清潔其它區域。換句話說，隨機和/或半隨機引導的 機器人有系統地再三避開並且不清潔一些區域。這導致這些區域的清潔很差，能量利用效 率差，以及過度磨損機器人，並且對覆蓋過度清潔區域的地板造成潛在的磨損。
[0028] 隨機或半隨機方法的這些限制，到達地板的所有區域的通常低的效率，以及重複 錯過地板區域的某些部分的規劃圖案，都對機器人的主清潔功能產生相反的結果。這對採 用用於清潔的具有有限使用周期的消耗性材料的機器人清潔器尤其如此。作為一個例子， 對於如在本發明中描述的採用溼清潔墊的機器人清潔器，流體在地板上的分散將集中在房 間中的某些區域上，可能集中到結合點處並在地板上留下汙點。同時，清潔墊在其清潔時 擦，這意味著隨後才到達的區域將不是溼的或根本未被清潔。
[0029]為了解決這些限制，各公司已經提出並在一些例子開發了採用系統或準系統清潔 策略的機器人。這些機器人通常遵循某個預定的清潔行為或圖案，如以平行排行越過地板， 以提供更均勻且受控的清潔地板區域的方法。例如，Samsung專利No. 7, 480, 958公開了這 些類型的機器人。
[0030]對於房間的敞開區域，平行排行圖案可以比隨機方法更快、時間更少地覆蓋大量 區域。這些圖案還可以具有採用驅動圖案探測位於行路徑上的障礙物當中的敞開區域的好 處。在以平行排行圖案清潔的機器人的情況中，這些行的末端提供了以快的和系統的方式 探測障礙物之間的敞開空間的機會。例如，如果行方向大致垂直於由家具群形成的邊界，則 機器人具有在每個返回通過中試圖進入所述群中的開口的機會。通過控制行之間的間距， 並在試圖在障礙物附近移動時採用試探法，機器人可以更井然有序地發現障礙物之間的隨 機方法最初將錯過的空間。
[0031]系統清潔圖案的挑戰是，該圖案的結構可能太固定而不足以適合成功地覆蓋複雜 環境中的所有區域。雖然隨著時間的隨機清潔策略將允許機器人幾乎總是剛好意外發現其 路徑，但不是有效的或具有相同的成功機會，系統策略單獨不能保證全覆蓋。問題是該圖案 通常具有一個優選的方向，且遵循在其具有多個方向選擇時所進行的規則。因此在平行排 行的例子中，機器人可以結束廚房走廊側的清潔，但錯過其它側。
[0032]為了使結構化的圖案在鬆散的環境中工作，必須向系統添加更多的能力，以跟蹤 機器人的位置，保持它已經清潔的區域的地圖，並確認還未到達的區域。至今，已經開發的 適合家庭清潔機器人的系統很少。作為一個例子，Samsung iiauiiji參真空清潔機器 人採用攝像機形成它清潔的區域的地圖，以提供這些功能中的一些，但這種產品要求複雜 的圖像識別軟體和更昂貴的傳感器以及嵌入機器人中的內部計算硬體。至今，這種產品 比甚至機器人地板清潔器的主導型的高級版還明顯地貴很多，在市場上佔用的份額很少。 Evolution RpbQtics?具有可替換的vSLAM?定位系統，其採用攝像機和直觀模式識別 構造環境地圖，識別機器人所處的位置，並引導機器人，但這種系統通常過於要求比現有清 潔機器人更多的處理和存儲器。Evolution的公開vSLAM定位系統的專利包括美國專利 No. 7, 272, 467 ;7, 177, 737 ;7, 162, 338 ;7, 145, 478 ;7, 135, 992 和 7, 015, 831。對於賣給消 費者的大多數機器人，隨機或半隨機清潔留待作為標準。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的頂部透視圖；
[0034]圖2圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的側視圖；
[0035]圖3圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的自頂向下視圖；
[0036]圖4圖示了根據本發明實施方式的去除了殼體的機器人清潔器；
[0037]圖5圖示了根據本發明實施方式的與機器人驅動本體分開的清潔組件；
[0038]圖6圖示了根據本發明實施方式的驅動組件；
[0039]圖7為根據本發明實施方式的機器人清潔器的底視圖；
[0040]圖8圖示了根據本發明實施方式的具有相對於機器人驅動本體可活動的清潔墊 的機器人清潔器；
[0041]圖9圖示了根據本發明實施方式的去除了殼體的機器人清潔器；
[0042]圖10圖示了根據本發明實施方式的傳感系統；
[0043]圖11圖示了根據本發明實施方式的清潔機器人和停泊站；
[0044]圖12圖示了根據本發明實施方式的清潔機器人的清潔組件，清潔組件的頂面去 掉了；
[0045]圖13圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的框圖；
[0046]圖14圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式；
[0047]圖15圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的四分之三視圖；
[0048]圖16圖示了用於機器人主體的不同清潔模塊的例子；
[0049]圖17圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的側面外視圖；
[0050]圖18圖示了根據本發明實施方式的去除了蓋子的機器人清潔器的側面斷面圖； [0051]圖19圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的頂視圖；
[0052]圖20圖示了根據本發明實施方式的去除了蓋子（或殼體）的機器人清潔器的頂 視圖；
[0053]圖21圖示了根據本發明實施方式的去除了蓋子的機器人清潔器的後視圖；
[0054]圖22圖示了根據本發明實施方式的具有可選傳感器的機器人清潔器；
[0055]圖23圖示了根據現有技術的具有作為清潔機構的旋轉刷子的手動地板清潔裝 置；
[0056]圖24圖示了根據現有技術的處於其包裝中的Swiffer清掃器和Swiffer清掃器 的清潔墊組件；
[0057]圖25圖示了根據現有技術的Svvi ITer? Sweeper Vac?，其為具有乾燥墊清潔器 的組合真空吸塵器；
[0058]圖26圖不了根據現有技術的Q〇r〇x Ready to Go Mop ;
[0059]圖27圖示了根據現有技術的Swiffcr? Wet Jcl?;
[0060] 圖28為根據現有技術的Scrubmagnct?裝置；
[0061]圖29圖示了根據本發明實施方式的單次通過平行排行清洗圖案；
[0062] s 3Q圖示了根據本發明實施方式的兩次通過交叉行清洗圖案；
[0063] ?31圖示了根據本發明實施方式的輪廓線跟蹤清潔圖案；
[0064] 圖32圖示了根據本發明實施方式的宏觀和微觀清潔圖案的組合；
[0065] s 33圖示了根據本發明實施方式的系統路徑的深層清潔圖案；
[0066] 圖34圖示了根據本發明實施方式的具有系統圖案的半隨機清潔； C0067] ?35圖示了根據本發明實施方式的具有再生站的清潔圖案；
[°068]圖36圖示了根據本發明實施方式的位於其中位置信息受限的區域中的半隨機清 潔圖案；
[0069]圖37圖示了具有可以固定清潔布的清潔墊的機器人清潔器的實施方式；
[0070]圖38圖示了具有作為清潔機構的一部分的水平旋轉刷子的機器人清潔器的實施 方式；
[0071]圖39圖示了包括用於固定多個清潔布、清潔墊或其它材料的可受載盤的機器人 清潔器的實施方式；
[0072]圖40圖示了包括用於固定多個清潔布、清潔墊或其它材料的可受載盤的機器人 清潔器的實施方式；
[0073]圖41圖不了根據本發明實施方式的包括各種結構的真空和收集容器的機器人清 潔器的實施方式；
[0074]圖42圖示了根據本發明實施方式的採用沿著機器人外部安裝的一個或多個垂直 定向的硬毛刷的機器人清潔器的實施方式；
[0075]圖43圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式，該機器人清潔器 包括水平定向的旋轉刷子，其具有位於刷子上方的將清潔流體分散到刷子前面的區域中的 噴嘴；
[0076]圖44圖示了根據本發明實施方式的採用沿著機器人外部安裝的一個或多個垂直 定向的硬毛刷的機器人清潔器的實施方式；
[0077]圖45圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式，其中機器人為圓 形形式且包括作為環延伸至機器人周邊之外且圍繞機器人的中心軸線旋轉的垂直定向的 圓形刷子；
[0078]圖46圖示了具有作為清潔機構的一部分的水平旋轉刷子的機器人清潔器的實施 方式；
[0079]圖47圖示了根據本發明實施方式的採用採用沿著機器人外部安裝的一個或多個 垂直定向的硬毛刷的機器人清潔器的各種實施方式；以及
[0080]圖48圖示了根據本發明實施方式的採用作為清潔機構的一部分的真空裝置的機 器人清潔器的其它實施方式。 ζ


【發明內容】

[0081]在本發明的一種實施方式中，清潔機器人解決當前延伸清潔範圍的問題，同時通 過採用其中清潔設備（如，保持清潔布的清潔墊）形成移動機器人平臺和整體的主要部分 的獨特結構實現可靠的清潔機器人活動性。在本發明的該實施方式中，清潔設備（1)位於 清潔機器人的前方，以到達行進的清潔路徑的任何部分，（2)沿著清潔機器人的前緣和側面 完全延伸，以使得清潔布到達牆壁、沿著家具，進入角落和到低物體下， （3)在清潔墊的底側 提供大的表面，用於最大化由清潔布覆蓋的地板區域，（4)通過利用清潔墊本身作為機器人 主懸掛點維持清潔布和地板之間的最大接觸，以及（5)最小化清潔機器人的驅動部分相對 於清潔墊的尺寸，以使得整個機器人能夠較小，並能夠在較大的機器人不能到達的狹窄空 間中操作。
[0082]在該實施方式中，清潔機器人設計為利用清潔機構（或設備）作為移動機器人平 臺中的基座模塊，隨後優化剩餘的元件，以補充清潔設備的功能。
[0083]該機器人清潔器結構具有其它優點，包括但不限於：(6)提供形狀因素，其中機器 人清潔器的前部模仿在使用可分離清潔布的常規手動清潔拖把上固定的清潔墊；(7)與為 市場上廣泛利用的手動清潔拖把售賣的標準尺寸的清潔布兼容；( 8)向使用者提供傳達其 功能的立刻熟悉的設計；以及（9)密切跟隨用於連接和去除清潔布的正常使用圖案。
[0084]在本發明的一種實施方式中，主清潔機構或組件為保持幹或溼清潔布的清潔墊。 在本發明的可替換實施方式中，清潔機構（或設備）的功能改變，但核心清潔機器人結構保 持相同。在本發明的一種可替換實施方式中，包括具有動力推進的旋轉刷子和垃圾收集箱 的前清潔機構，該垃圾收集箱為像在本發明中描述的清潔墊一樣的矩形形狀。在本發明的 該實施方式中，清潔機構具有沿著前緣的一個或多個旋轉刷子，以及位於在清潔機器人的 輪子前方的清潔刷後面的一個或多個垃圾箱。
[0085] 在本發明的另一種實施方式中，清潔機構或組件是可分離的和可更換的，使得布 清潔墊固定裝置可以從機器人上去除並用兼容清潔模塊替換，該兼容清潔模塊的特徵例如 是動力推進的旋轉刷子和收集箱。在該實施方式中，兼容清潔模塊可以具有用於與清潔機 器人的剩餘部分鎖定或解鎖的物理接口，以及用於將來自清潔機器人的電力提供至兼容清 潔模塊的電接口，以及在位於清潔模塊上的傳感器和機器人的主計算單元之間提供任何數 據通信。
[0086] 在本發明的另一種實施方式中，清潔組件可以支持自動換布功能，以允許機器人 在來自使用者的命令動作之前長期運行。在這種功能的一種實施方式中，使用者可以將多 個清潔布加載到機器人清潔組件上，且機器人可以機械地去除清潔布，以改變為新的清潔 布。用於去除清潔布的觸發可以包括但不限於：用於給定擦布的清潔時間周期，由給定擦布 覆蓋的區域的大小，和/或感測在擦布上建立的汙物的量，如通過利用擦布附近的反射光 傳感器位置。使用者可以具有用於設置何時在什麼條件下去除擦布的選項。清潔機器人的 主體可以包括清潔布軟體，其位於微控制器的存儲器中或在單獨的存儲器中，其確認何時 需要去除清潔布。可替換地，清潔組件可以包括連接至機器人主體中的微控制器的傳感器， 其確認在擦布上建立的汙物的量並將這種信息傳遞至微控制器。
[0087]用於由機器人去除清潔布的機構可以包括但不限於：具有位於機器人上的機動鉤 子，如位於線程上的鉤子或鉤子組，其在布的區域上旋轉以抓取外面的布並將它拉回機器 人上存儲區域中，使新的布露出以繼續清潔。在本發明的另一種實施方式中,清潔機器人可 以驅動至外墊更換裝置，其中機器人驅動，以與該墊更換裝置物理連接，且該墊更換裝置包 括與外部的布接觸以去除它的機械鉤或鉤組，或者通過鉤的動力推進旋轉將布扯掉，通過 使機器人在墊更換裝置上的鉤子靜止地拉清潔墊的清潔布時遠離該裝置退回，或者這兩種 系統的組合。
[0088] 在本發明的另一種實施方式中，清潔機構可以包括存儲在輥上的清潔布，其中清 潔布從該輥之外進給，在清潔墊的下表面上過渡，並進入收集機構。在本發明的一種實施方 式中，收集機構可以為旋轉銷，其在它轉動時拉緊清潔布，並推動布滾動，使得布的已經暴 露至墊下面的地板表面的部分可以前進，以允許使用布的新的乾淨部分。這種機構允許機 器人在清潔布的一部分變髒時從墊上卷下該部分，並用乾淨部分更換它。在本發明的實施 方式中，用於推進布的觸發可以包括但不限於：用於布的給定部分或區域的清潔時間周期， 由布的給定部分或區域覆蓋的區域的大小，和/或感測在布的給定部分或區域上建立的汙 物的量，如通過利用靠近部的暴露至地板的部分的反射光傳感器位置。使用者可以具有用 於設置何時以及在什麼條件下去除布的選項。在本發明的一種實施方式中，清潔布輥可以 作為加載到清潔機構中的輥由使用者連接，其中使用者將輥送到包括在清潔機構中的收集 筒上。在本發明的一種實施方式中，清潔布輥可以包裝在筒內，該筒內包含原始輥和用於推 進布材料和捲起用過的材料的收集筒，伴隨著允許機器人控制和推進所述輥的機械和/或 電連接。

【具體實施方式】
[0089]下文公開了本發明的實施方式以及採用可替換的清潔機構或模塊的其它實施方 式。
[0090]圖1圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的頂部透視圖。如圖1所示，機 器人清潔器10包括清潔組件11和機器人驅動本體12。清潔組件11位於機器人清潔器的 前部，並提供用於連接清潔布（未示出）的矩形形式。清潔組件11連接至機器人驅動本 體I 2,以形成整體移動機器人平臺10。清潔組件η包括用於將清潔組件U保持在地板上 的頂部16和底部襯墊I 7。頂部16可以為硬質、平坦塑料頂部，或者可以由其它材料製成。 底部襯墊17可以為軟質橡膠墊。底部襯墊I 7延伸至頂部I6的底部和下邊緣附近，以提供 清潔布圍繞側面纏繞的表面。底部襯墊Π 還在機器人清潔器與牆壁、夾具和其它障礙物接 觸時提供柔性邊緣。清潔組件11的這種結構類似於手動拖把上的清潔布標準配置，並提供 所有相同的通過暴露作為清潔布的一部分的寬的下表面以及側邊緣而提供的清潔優點。例 如，它允許清潔組件11進入角落，沿著牆壁，在夾具和其它物體下和附近。
[0091]圖5圖示了根據本發明實施方式的與機器人驅動本體分開的清潔組件。圖5示出 了處於隔離的兩個元件，清潔組件51與機器人驅動本體52分開，以示出這兩個元件的邊界 和它們彼此之間的相對尺寸。在本發明在圖5中圖示的實施方式中，清潔組件 51可以從機 器人驅動本體52上脫離。
[0092]圖3圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的自頂向下視圖。清潔布通過安 裝在清潔組件的頂部32的角落處的四個塑性布固定裝置33a、33b、33c和 33d連接至清潔 組件32。返回參照圖1，清潔組件n的形狀在設計上非常接近採用可拋棄清潔布的標準手 動清潔拖把，並且與由這些拖把採用的標準尺寸的清潔布兼容。
[0093]在本發明的一種實施方式中，清潔組件11不能從機器人主體12上拆卸（或不可 分咼i，、但清潔組件11可以從機器人驅動本體12向前滑出幾釐米，向抽屜一樣。在本發明 的該實施方式中，清潔組件11可以被拉動離開機器人驅動本體U，並且使用者可以使清潔 布的在清潔組件11後端附近的一端成褶皺狀，並將它鎖入後布固定裝置（如，圖 L的19e 和19d^隨後將它纏繞在前布固定裝置周圍並將其鎖定至前布固定裝置（如，圖i的19&和 1%)，就像使用者在普通手動拖把上纏繞清潔布一樣。一旦連接清潔布，使用者將清潔組件 11推回相對於機器人驅動本體12的閉合位置。
[0094]圖8圖示了根據本發明實施方式的具有相對於機器人驅動本體可活動的機器人 清潔器。如圖8所示，清潔組件82可以沿如由箭頭85所示的那樣移動離開驅動本體84。 這種運動在機器人驅動本體84的底部和清潔組件82之間形成空間81。
[0095]在本發明的另一實施方式中，清潔組件可以打開，在清潔組件和不同類型的結構 的機器人殼體之間形成間隙，而不是滑出，但同樣具有形成用於連接和去除清潔布的間隙 的效果。本發明的該實施方式可以包括以相對於機器人殼體的角度拉出清潔組件,如沿結 合相對於殼體的向下和向前運動的方向，而不是嚴格的相對於殼體的向前運動。在機器人 清潔器f另一實施方式中，清潔組件從清潔組件的後部擺動打開，清潔組件在靠近殼體前 面的向前位置處樞轉，清潔組件的後部下降到輪子的水平面以下，以打開用於沿著清潔組 件的後部連接和去除清潔布的間隙。
[0096]在本發明的一種實施方式中，清潔組件11包括在用於將清潔布保持到地板上的 硬質、塑料平頂16和軟質橡膠底部襯墊17上。軟質橡膠底部襯墊17延伸到塑性頂部16 的底部和下邊與附近，以提供在側面附近纏繞清潔布的表面。軟質橡膠底部襯墊17還在機 器人清潔器與牆壁、夾具和其它障礙物接觸時提供柔性邊緣。清潔組件 u的這種結構類似 於手動拖把上的清潔布標準配置，並提供所有相同的通過暴露作為清潔布的一部分的寬的 下表面以及側邊緣而提供的清潔優點。例如，它允許清潔組件丨i進入角落，沿著牆壁，在夾 具和其它物體下和附近。
[0097]圖3圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的自頂向下視圖。在本發明的在 圖3中圖示的實施方式中，清潔組件32包括機器人清潔器的整個點地面積的幾乎一半，這 為在小型機器人清潔器內的清潔提供大的表面積。圖7為根據本發明實施方式的機器人清 潔器的底視圖。圖 7還圖示了與整個機器人清潔器相關的清潔組件71的點地面積。如圖 3所示，機器人驅動本體31可以由殼體38蓋著。在本發明的在圖 3中圖示的實施方式中， 機器人驅動本體31在清潔組件32位於機器人前面的中上部上方延伸。在本發明的一種實 施方式中，機器人驅動本體31的後部容納至少一個電動機、電池以及左、右驅動輪。附圖標 記35指向覆蓋左、右驅動輪的殼體38的側面。在本發明的一種實施方式中，左右輪子設置 在殼體38內部幾毫米深。殼體38在左、右驅動輪之上延伸。左、右驅動輪獨立受控，以提 供不同的驅動系統。在清潔組件32緊後面的輪子的配置為機器人清潔器提供了小的轉動 半徑，並還使具有小的長度的機器人清潔器30進出小的空間。輪子嵌入機器人驅動本體 3丄 中，使得驅動本體的寬度比清潔組件32的寬度窄，如圖3所示。這種結構允許清潔組件 32 順著牆壁延伸到達，並還使清潔時的清掃覆蓋寬。
[0098]如圖3所示，大的外部清潔組件32與最小型機器人驅動本體31的結合為清潔家 庭地板提供了更緊湊有效的設計。相反，在傳統的清潔機器人設計中，清潔組件將需要或者 收縮以裝配到圓形機器人的本體內，或者圓形機器人本體將必須明顯較大（且因此不能夠 裝配到小的空間中），以為保持完整尺寸的清潔組件提供足夠的內部空間。
[0099] 參照圖1，機器人驅動本體12由兩個輪子與地板接觸，即左輪15和右輪（未示 出），其位於清潔組件11後面，分別在驅動本體12的外面左、右邊緣處。清潔組件11提供 了地板上的第三接觸區域。在本發明的在圖1中圖示的實施方式中，底部襯墊（與清潔布一 起）提供地板上的第三接觸區域。清潔組件11沿著地板的表面行進，清潔布提供清潔功能 以及滑動表面，以允許清潔機器人10在地板表面上行進，好像清潔組件11是滑雪橇一樣。 這個三區域系統確保每個位置（兩個輪子和具有清潔布的清潔組件11)在正常操作期間保 持與地板接觸。
[0100] 圖4圖示了根據本發明實施方式的去除了殼體的機器人清潔器。圖4示出了與右 輪4?和左輪43b以及清潔組件44接觸的三個區域，其中去除了機器人清潔器40的殼體。 三區域接觸系統消除了任何其它支撐的需要，如除了兩個驅動輪（如，43a和43b)之外還具 有腳輪。用於額外支撐的腳輪的使用在大多數機器人真空吸塵器上是典型的，以穩定移動 機器人平臺。
[0101] 圖2圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式的側視圖。在本發 明的在圖2中圖示的實施方式中，機器人清潔器 2〇包括清潔組件26、機器人驅動本體23 和輪子（示出了其中的一個，輪子2?。清潔組件26位於機器人本體23前部的下面，輪子 25位於機器人本體23後部的下面。清潔組件26的下表面21 (如，底部襯墊）相對於地板 稍微彎曲（如，從清潔組件的前部向後部彎曲），遵循採用清潔布的手動地板拖把的標準設 計。這種彎曲幫助清潔布拾取灰塵和汙物，否則這些灰塵和汙物將收集在平坦清潔墊的前 部。通過機器人清潔器的向前運動，所述彎曲將推出清潔墊下面的灰塵和汙物，並利用清潔 布的沿著清潔組件26的底部襯墊的整個表面積的大部分，以捕獲清潔布上的灰塵和汙物。 清潔組件 26可以在前部、後部或前部和後部都稍微彎曲。後部中的彎曲允許機器人在機器 人清潔器反向行駛時捕獲更多的汙物。在本發明的在圖 2中圖示的實施方式中，清潔組件 26的下表面21的彎曲還允許在清潔組件 26在不平的地板上輕微上下顛簸時使清潔組件維 持與地板的均勻接觸。
[0102]機器人驅動本體由殼體29 (圖2中）和38 (圖3中）覆蓋，殼體29和38覆蓋輪子 和機器人驅動本體31 (圖3中）和23 (圖2中）的所有內部電的和機械部件。殼體29為 諸如導航傳感器14 (圖1中）、22 (圖2中）和37 (圖3中）之類的傳感器提供開口。殼體 29還提供開口，用於為機器人清潔器2〇提供用戶界面的按鈕和燈39 (圖3中）和13 (圖1 中）。在本發明的該實施方式中，殼體29還可以包括用於抓住機器人清潔器的把手24，其 在圖2中位於機器人清潔器20的後部（如，在輪子25的後面且在殼體29的後表面上）。 [0 103]殼體29還可以提供關於清潔組件2e的關鍵功能，即在清潔組件2e處於閉合位置 時封閉清潔組件26和機器人清潔器20的剩餘部分之間的任何敞口間隙或捕獲點。如果敞 口間隙露出，則機器人清潔器20可能掛在導線或其它物體上，並陷入混亂。如圖^所示，^ 體的位於輪子2 5的前面的下邊緣27在清潔組件％處於閉合位置時提供了與清潔組件' ^ 更平滑的鎖定（接合或裝配）。在本發明的在圖2中圖示的實施方式中，清潔組件26的後 部形成與殼體的下邊緣平滑裝配（或接合）。在本發明的該實施方式中，封閉空間 28設^ 在所述墊的後部和殼體之間，以允許清潔布的後緣保持在殼體下面。
[0104] 如果清潔組件處於閉合位置，則清潔組件和殼體彼此是固定的，並形成一起移動 的單元。如果清潔組件升高，則殼體與清潔組件一起移動。這種機器人清潔器結果還向清 潔墊施加重量和穩定性。例如，如果清潔機器人行駛到障礙物中，且作用力沿它將推動使清 潔組件的前部向下和使清潔組件的後部向上的方向推動清潔組件，殼體的重量和將殼體保 持在機器人清潔器的後驅動組件上的彈簧的阻力將為反抗該作用力提供槓桿作用。
[0105] 在機器人清潔器的另一實施方式中，清潔組件可以設計為沿相對於殼體的一個或 多個方向自由樞轉。清潔組件可以相對於殼體自由樞轉，因為在清潔組件和殼體之間不存 在任何剛性連接。更確切地說，這兩個元件（即，殼體和清潔組件）將由提供沿一個或多個 方向的目標運轉的樞轉接頭連接。在這種結構的機器人清潔器中，清潔組件相對於殼體的 頂部和後部附近的間隙將存在，以允許用於清潔組件的空間移動，如上下傾斜（或側向移 動）。在機器人清潔器的這種實施方式中，殼體圍繞或在清潔組件附近的表面上的柔性墊圈 或裙形架可以閉合間隙，同時還允許清潔組件移動，並且這可以防止間隙變為灰塵或氣體 碎片的收集點。隨後描述的圖14圖示了在殼體的前部的底部附近具有柔性裙形架的機器 人清潔器，該柔性裙形架用於覆蓋殼體和清潔組件之間的間隙。在本發明的其中殼體和清 潔墊鎖在一起或關閉在一起的一種實施方式中，可以取消墊圈或裙形架。
[0106]如果清潔組件和殼體鎖在一起或關閉在一起，則包括兩個輪子的機器人清潔器驅 動系統設計為相對於清潔組件和殼體獨立移動。這種結構允許輪子保持與地板接觸，而不 管清潔組件的位置。為了實現這種運動自由度和保持地板上的全部三個接觸區域，驅動系 統可以通過樞轉接頭組件連接至殼體和清潔墊。圖9圖示了根據本發明實施方式的去除了 殼體的機器人清潔器。
[0107]圖9為去除了殼體的頂部的機器人清潔器的頂部透視圖。樞轉接頭91 一端連接 至機器人清潔器前部附近的安裝板92。該安裝板吧為機器人驅動本體的固定部分，並連接 至殼體的基座。它還為容納在殼體的前部下面的內部電子組件，如PCB 41 (參見圖4),提 供支撐區域。PCB 41可以位於安裝板92之上的區域。PCB 41可以經由立柱安裝至安裝板 92。安裝板犯於清潔組件Μ的頂部連接，並且可以提供滑動機構，其允許使用者從機器人 驅動本體移出和移入。在本發明的該實施方式中，滑動機構可以包括止動件，以限制可以相 對於殼體將清潔組件拉出多遠。在機器人清潔器的另一種實施方式中，可以以從安裝板上 拉掉整個清潔組件的方式設計滑動機構。在機器人清潔器的另一種實施方式中，清潔組件 可以與殼體連接在一起，且不直接幹擾安裝板，在那裡，殼體和清潔組件之間的連接提供了 期望的相對於殼體移動清潔組件的手段。 ^
[0108]還連接至樞轉接頭91的是中心支架93,其連接至傳動齒輪箱95。傳動齒輪箱 95 連接至左、右輪％和階，以形成內部驅動組件。在本發明的一種實施方式中，支撐輪子％ 和97的內部馬達組件（如，馬達，變速箱和驅動軸）剛性安裝至傳動齒輪箱％，允許在地板 上行進時具有較強的牽引力和穩定性。
[0109]與樞轉接頭91結合，這種結構允許驅動組件相對於清潔組件上升和下降（如將從 側視圖可以看到的那樣），以及相對於清潔組件g4滾動（如將從後視圖可以看到的那樣）。 這種機械結構提供了簡單但高度有效的基於重力的懸掛系統，其中地板上的三個接觸區域 中的任一個（即，輪子96和97或清潔組件94)可以相對自由地抬升或下降，而不影響其它 接觸區域。 '
[oho] 在本發明的該實施方式中，殼體與清潔組件的運動鎖定在一起，在殼體內設置空 間，以允許驅動組件運動。彈簧98在機器人清潔器的後部在傳動齒輪箱95的上方為殼體 提供支撐。在本發明的一種實施方式中，彈簧98沿著機器人的中心軸線設置，使得殼體可 以"浮動"在驅動組件上，而不對輪子96和97在殼體內上下移動的能力產生太多阻力。清 潔組件Μ在地板上的寬的寬度為殼體了提供額外的穩定性，因此當傳動齒輪箱95以及輪 子％和97可以在殼體內轉動時，殼體本身保持非常的水平，因為它由清潔組件94穩定。
[0111]在本發明的該實施方式中，在由機器人清潔器之外的力向下壓時，殼體可以壓在 傳動齒輪箱95上。這具有兩個優點。首先，如果機器人清潔器在低間隙家具下面移動，則 殼體可以降低，並且這可以避免機器人清潔器卡在某個位置。此外，限位或接觸開關99可 以提供檢測殼體是否壓縮到一定安全位置之下，觸發機器人清潔器，以在它被卡住之前反 轉其過程。
[0112]如果殼體被踩踏或一些物體落在其頂部上，則殼體壓在後彈簧98上的能力還為 殼體下降提供空間。在本發明的一種實施方式中，橡膠墊沿著殼體的底部放置在後把手 24(參見圖2)處，使得如果殼體被推向地面，橡膠墊將以防滑抓緊地板的方式提供停止點。 間距是這樣的，即殼體將在殼體與傳動齒輪箱95接觸之前將與地板接觸（參見圖9)。在本 發明的一種實施方式中作為附加的預防措施，殼體和傳動齒輪箱之間的空隙將導致殼體在 直接壓在傳動齒輪箱95上並在它或任何內部結構上施加壓力之前與橡膠輪胎25(參見圖 2)接觸，並停留在輪胎25上。
[0113]傳動齒輪箱後面的立柱可以裝配到沿著後內殼體（在把手凹陷的前面）的狹槽形 導軌，用於保持傳動齒輪箱沿著清潔機器人軸線對準至合適的位置。該立柱和導軌還可以 提供落下限制，用於設置傳動齒輪箱和輪子可以從殼體落下多遠。在本發明的一種實施方 式中，立柱可以設置為使得在殼體處於其水平位置時，它以一定的壓力壓縮彈簧，在殼體上 提供更牢固的固定，但仍在驅動組件提供一定的自由度。在本發明的另一種實施方式中，立 柱和導軌可以設置為具有足夠的空隙，使得在水平位置，殼體輕輕地擱在彈簧上，傳動齒輪 箱具有下落而不幹擾的自由空間。
[0114]在本發明的另一種實施方式中，立柱和/或底部極限的放置可以由使用者通過機 械接口調節，如通過具有不同預設位置的滑動開關調整。通過使用具有不同預設位置的滑 動開關，使用者可以調整壓力和機器人清潔器的運動自由度，以優化適合其環境的懸掛。此 夕卜，在本發明的一種實施方式中，一個或多個限位開關可以作為附加安全措施用來檢測輪 子是否已經下降，如果輪子失去與地板表面的接觸或檢測到使用者已經將機器人抬起，則 關掉馬達。
[0115]圖6圖示了根據本發明實施方式的驅動組件。圖6圖示了驅動組件的主要元件， 包括連接至樞轉接頭68並相對於安裝板62移動的中心支架67。圖6還圖示了傳動齒輪箱 69,其支持馬達65a、65b、電池63以及輪子61a和61b。在本發明的該實施方式中，電池63 在傳動齒輪箱6 9上方中心定位，以為輪子提供重量，以最大化與地板的摩擦力。傳動齒輪 箱還包括變速箱64a、64b,其連接至馬達65a、65b,用於將RPM降低至輪子61a和61b的目 標速度，並用於產生足夠的轉矩，以推動清潔墊（未示出），傳動齒輪箱 69還包括用於測量 輪子61a和61b的有效旋轉的輪轉速計66a、66b。
[0116]除了機器人清潔器的機械設計，傳感系統也是重要的，以允許清潔塾完全露出，並 且不在機器人地板清潔器的常規設計範圍內。
[0117] 在本發明的一種實施方式中，一種具體的設計考慮是，清潔組件的清潔布完全覆 蓋清潔組件的前緣。清潔組件和清潔布設計為使清潔布完全與牆壁和其路徑上的物體接 觸，因此對諸如清潔布的阻礙緩衝器或探針之類的機械裝置不存在空間。而且，難以以清潔 布可以覆蓋它們的任何方式將接近式傳感器放在清潔組件中。這還適於使用的容易性，使 得使用者在將清潔布放在清潔組件上時不必對任何機構採用行動。
[0118]通過比較，傳統的機器人清潔器使用簡單的接觸感測裝置檢測障礙物，如撞擊傳 感器，其安裝在機器人主體的前緣。此外，相同的機器人還可以使用一個或多個IR距離傳 感器或其它類型的接近傳感器，其沿著機器人的前緣放置，以檢測機器人路徑上的障礙物 並幫助避開它們。傳感器沿著機器人的前緣的這种放置是非常普遍的設計，且部分地是驅 動這些標準機器人將清潔機構放置在機器人本體內的因素中的一個，以便其設計和操作不 幹擾傳感器。 在在此描述的清潔機構中心定位的方式中，可替換的傳感器或感測技術可以用來 檢測水平面上的障礙物或掉落物。對於撞擊檢測（或障礙物的檢測），機器人的主控制器 (MCU)可以檢測馬達電流的增加，這種增加意味著機器人清潔器已經撞上障礙物且輪子正 在在馬達上產生額外負荷，同時試圖仍以其目標程序移動機器人清潔器。在本發明的一種 實施方式中，電流傳感器可以將這種信息傳遞至MCU。對於溼清潔應用，其中輪子由於失去 摩擦而太容易滑動，為了檢測到足夠的電流載荷，可以添加加速計，以對機器人清潔系統進 行補償，檢測移動變化，而不依靠輪子。加速計可以將信息傳遞至MCU。在本發明的兩種實 施方式中，感測功能由機器人內的內部系統提供，因此最小化機器人外部設計上的外部限 制。
[0120]在機器人清潔器的另一種實施方式中，陀螺儀可以用來增強機器人清潔器的功能 性，同時維持其非常規設計。大多數傳統機器人清潔器包括某種類型的邊緣清潔形式，通常 稱為牆壁跟蹤。在牆壁跟蹤中,傳統結構是採用側面安裝的IR接近式傳感器允許機器人與 牆壁平行移動，但僅稍微離開牆壁，以最小化與牆壁的碰撞。在這些傳統機器人清潔器中， 碰撞可以觸發機器人的機械碰撞傳感器，以及在延長的時間內與牆壁和夾具接觸。
[0121]在在此描述的機器人清潔器中，其中清潔墊完全露出，並設為比機器人的殼體寬， 用於邊緣清潔的功能要求在清潔布纏繞在清潔墊側面周圍的情況下使清潔機器人特意接 合併沿著牆壁摩擦，而不是以一定的距離避開離牆壁。在本發明的一種實施方式中，陀螺儀 可以用來幫助進行這種功能，從而當清潔機器人與牆壁接觸時，沿一個方向轉動，並隨後使 輪子以稍微大的速度移動離開牆壁，使清潔墊的靠近牆壁的側面在清潔時向著牆壁費力前 進並沿著它移動。在本發明的該實施方式中並在這些條件下，陀螺儀可以用來幫助確定清 潔機器人沿著牆壁保持直線向前，即使輪子特意滑動以保持對牆壁的壓力。
[0122]在機器人清潔器的另一種實施方式中，相同的方法可以用來沿著家具和障礙物附 近的清潔，其中邊緣可能不是直線。當邊緣不是直線時，相同的費力前進技術用來緊靠家具 或障礙物，且陀螺儀將關於機器人轉動量的信息提供至微控制器（MCU)，這允許MCU比較來 自輪轉速計的估計轉動,並且如果存在一定閾值範圍的差異，則確定存在提供阻力的表面。 [0123]在邊緣清潔的另一實施方式中，機器人清潔器可以以槓桿作用對清潔墊的前緣的 平直形狀進行影響，以與牆壁和諸如小地毯之類的其它直面垂直對準，陀螺儀隨後用來將 機器人轉動90度，以沿平行於牆壁或小地毯的方向進行清潔。
[0124]在另一種實施方式中，陀螺儀還通過補充撞擊檢測系統來支持機器人清潔器的功 能性（特別是在溼的表面上）。陀螺儀可以指示機器人清潔器在清潔墊的一側撞擊到障礙 物時扭轉。來自陀螺儀的信息可以提供至微控制器（MCU)，其將命令驅動組件運轉，並使清 潔機器人避開障礙物。這將允許輪子繼續旋轉，並且如果希望，驅動清潔機器人避開障礙 物。在類似的應用中，陀螺儀可以指示機器人在其由轉動上的障礙物阻塞時不轉動，且輪子 繼續旋轉。
[0125]在另一種實施方式中，微控制器（MCU)可以利用機器人的幾何形狀，結合陀螺儀， 以確定障礙物的大致位置。作為一個例子，通過具有至機器人前面的直且寬的前緣（如清 潔墊和清潔組件提供的），並且嵌入的輪子比清潔墊的寬度窄，機器人將在撞擊障礙物時， 基於障礙物的位置，經歷不同的旋轉力。例如，如果清潔機器人移動到椅子腿中，其中清潔 墊的右側與椅子腿接觸，則輪子的放置將使機器人的相對側產生向前旋轉的趨向，且右側 由椅子腿阻止。如果清潔機器人以清潔墊的相對側撞擊椅子腿，貝U旋轉力將沿相反的方向。 並且如果機器人撞擊位於清潔墊中間的椅子腿，則旋轉力將居中且將消除。通過測量接觸 障礙物時的轉動度數，陀螺儀可以允許微控制器（MCU)估計障礙物相對於機器人的位置， 並將其作為輸入，以規劃障礙物附近的路徑或進行其它調整。這種方法提供的好處是，其通 常要求分段式緩衝器或多個接近式傳感器在機器人前面確定障礙物位置，而不需要採用這 些傳感器並保持清潔組件的前緣免受阻礙。在本發明的實施方式中，類似的方法可以用來 基於與障礙物接觸形成的旋轉阻力檢測沿著清潔機器人側面或後面的障礙物。在本發明的 實施方式中，可以結合來自馬達的反向電流、輪轉速計輸入、加速計輸入和/或其它關於清 潔機器人運動的傳感器反饋，以幫助檢測與障礙物的接觸，和/或幫助測量來自障礙物的 阻力的方向。
[0126]圖1〇圖示了根據本發明實施方式的傳感系統。圖10示出了清潔組件的截面圖。 圖10提供了另一種調整傳感功能以裝配在清潔機構中的例子。在傳統的機器人清潔器中， IR傳感器用來檢測地板表面上的掉落物，以防止機器人驅散壁架併到樓梯下。為了發揮作 用，墜下傳感器需要放置為離輪子前面足夠遠，以允許器人清潔器及時停止。它們還需要相 對於地板相對直地向下指向，並且因此隱藏在機器人平臺下面的某個位置處。清潔組件提 供了採用傳統IR傳感器的挑戰，在於在清潔墊上沒有位置設置傳統的 IR傳感器，因為清潔 組件在正常操作期間由清潔布覆蓋。
[0127]在本發明的在圖10中圖示的一種實施方式中，使用定製墜下傳感器系統，其內置 在清潔組件本身中。該系統包括機械槓桿106,其一端安裝在單支點103上，另一端具有延 伸穿過清潔組件中的孔的加重物體101。在本發明的一種實施方式中，所述孔可以處於清潔 組件的底部襯墊中，並將槓桿106保持在水平位置，同時所述物體由清潔組件和清潔下面 的地板表面支撐。如果清潔組件開始在壁架上行進，加重物體1〇2將在加重物體越過邊緣 時下降至較低的位置（如圖10的右手側所示），並且槓桿將向下傾斜，以啟動接觸開關 1〇5 或104或其它限位檢測傳感器，其連線至機器人的MCU,以觸發避開行為（或使機器人清潔 器停止沿該方向移動）。
[0128]因為加重物體101安裝至清潔組件相對於清潔布纏繞清潔墊的前緣和後緣周圍 的位置的中間，布材料的自然動作（或行進）允許加重物體1〇1下落，即使是在使用者將清 潔墊緊密地纏繞在頂部上時。在本發明的一種實施方式中，少量的彈性材料可以永久固定 在墜下傳感器101和102的上方，以提供密封屏障，用於防止來自溼清潔墊的流體或灰塵通 過墜下傳感器101和102附近的開口滲入清潔組件。
[0129]圖11圖不了根據本發明實施方式的清潔機器人和停泊站。停泊站11〇還可以稱 為停泊塢。在本發明的一種實施方式中，機器人清潔器116可以行駛至停泊站no。停泊站 110可以包括斜坡112,並且在本發明的一種實施方式中，斜坡 112可以為可摺疊斜坡。停 泊站可以包括襯墊去除帶113。在本發明的該實施方式中，襯墊去除帶113可以將舊襯墊從 清潔組件上拿掉。停泊站110可以包括舊襯墊儲存井115。停泊站110可以包括充電接頭 114。充電接頭114可以停放機器人清潔器的後部。停泊站no可以包括N 〇rthStar房間 投影儀111，用於提供定位信號。在本發明的一種實施方式中，停泊站可以包括輔助導航信 號燈，其可以位於停泊站110的頂部的前部，以提供轉向信號，幫助機器人定位，與停泊站 對準和/或駛入停泊站。在本發明的一種實施方式中，停泊站 110可以包括新襯墊儲存井。 [0130]圖13圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的框圖。機器人清潔器可以 包括中央微控制器單元（MCU) 130、電源管理模塊131、楔入傳感器132、電池132b、H-電橋 133、電流傳感器134、編碼器134e、用戶接口按鈕135和LED135a。機器人清潔器還可以包 括墜下傳感器136。MCU130為中央微控制器單元，其負責運行所有導航軟體和清潔軟體，為 傳感器服務（如，接收信息和控制傳感器），接收信息並控制用戶界面按鈕135,並連接電源 管理模塊1 31。在本發明的一種實施方式中，導航軟體和清潔覆蓋軟體存儲在微控制器上的 存儲器中。在本發明的一種實施方式中，導航軟體和清潔覆蓋軟體存儲在與微控制器分開 的存儲器中。包括導航軟體和清潔覆蓋軟體存儲器可以是可更新的或可更改的。電源管理 模塊131包括電子組件和電路，其負責控制電池充電，限制充電/放電電流，以確保安全，並 調整電池電壓。楔入傳感器13 2用來檢測其中機器人清潔器將要卡在障礙物下面的情況， 如，卡在小空隙家具下。
[0131]墜下傳感器136設計為檢測機器人清潔器前方的突然墜落，如樓梯和其它類型的 壁架。在本發明的一種實施方式中，墜下傳感器136還可以檢測清潔組件是否從地板上抬 升，如機器人是否駛至小毯子和其它低的物體的邊緣，作為避免在這些區域上行駛的裝置。 馬達控制模塊I 33為用於控制DC馬達的扭矩、速度和旋轉方向的電子組件或電路。馬達控 制模塊可以為H-電橋，其用來控制換向DC馬達。電流傳感器134可以向DC馬達的控制算 法提供電流反饋。在本發明的一種實施方式中，控制軟體可以位於微控制器 130的存儲器 中。編碼器134e為DC馬達的控制算法提供速度和旋轉方向反饋。用戶界面按鈕135位於 機器人清潔器上。用戶界面按鈕135包括用於通電/斷電和清潔模式選擇的按鈕。 LED135a 為用於向使用者提供視覺反饋的發光二極體。LH)可以在電池狀態、充電狀態和清潔模式類 型上提供反饋。
[0132]機器人清潔器可以包括蜂鳴器135b。蜂鳴器為向使用者提供音頻反饋的揚聲器。 [0133]在本發明的一種實施方式中，機器人清潔器可以包括陀螺儀137。陀螺儀137可以 感測機器人清潔器方位的變化。在本發明的一種實施方式中，機器人清潔器可以包括掃描 振蕩器13幾。掃描振蕩器l：37b是為模數轉換器提供校正電路的電路。在本發明的一種實 ^方式中，機器人清潔器可以包括2D加速計1：38。 2D加速計138為用於測量機器人速度的 突然變化的傳感器。2D加速計可以測量兩個方向的速度的變化。2D加速計 138幫助檢測 撞擊到障礙物，並檢測機器人卡住，如，當由使用者拾起並移動機器人清潔器時。2D加速計 將任何檢測到的速度信息變化提供至MCU131。例如，當機器人清潔器撞擊到障礙物時，機器 人清潔器的速度快速改變，2D加速計檢測這些變化。類似地，如果使用者拾起機器人清潔 器，則加速計可以檢測由重力和使用者運動引起的緩慢改變的速度（或加速度）。
[0134] 在本發明的一種實施方式中，機器人清潔器可以包括NorthStar?傳感器139。 NorthStar?傳感器提供機器人清潔器相對於由一個或多個外部投影裝置投射在天花板或 機器人上方的其它表面上的一個或多個紅外線點的絕對位置，並將該信息提供至MCU 130， 用於為導航軟體利用。在本發明的一種實施方式中，NorthStar?傳感器還可以檢測和跟 蹤由一個或多個外部裝置供電的視線紅外信號燈的位置。在本發明的一種實施方式中，寬 位置NortbStar_A源紅外LED 139a可以設置在機器人清潔器上，與NorthStar?傳感器 139結合。由ISferthStar?傳感器測量的來自寬位置NorthStar?點源紅外LED 139a的反 射可以提供關於諸如至牆壁、家具和其它大型物體的接近度和方向之類的環境的信息。在 本發明的一種實施方式中，窄位置MorthStar?點源紅外led 13%可以位於機器人清潔器 上，與Northstar傳感器139結合。由NorthStar?傳感器測量的來自窄位置NorthStari) 點源紅外LED I3%的反射可以檢測機器人清潔器何時行駛到諸如椅子、床、沙發和桌子之 類的低懸掛面下面。在本發明的一種實施方式中，來自寬位置LED 139a和/或窄位置led 13%的傳感器讀數可以用來以測量值本身或與其它關於房間或家中區域中的位置的感測 數據結合來識別房間或家中區域中的具體位置。
[0135]圖14圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式。機器人清潔器140 包括機器人主體141和清潔模塊142。機器人主體可以包括驅動系統和底盤、導航傳感器和 控制電子組件、用戶界面、把手和對接連接。清潔模塊142可以包括清潔布、墊或其它材料， 其適用於地板表面。在本發明的該實施方式中，清潔模塊142攜帶電池。清潔模塊142可 以安裝至機器人底盤。在機器人清潔器的一些模型中，清潔模塊142是可拆卸的，且可以與 具有其它清潔功能的清潔模塊進行交換。
[0136]圖15圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的四分之三視圖。機器人清潔 器150包括機器人主體Ιδ?、具有快速釋放選件（未示出）的萬向接頭和清潔模塊152。機 器人主體151和清潔模塊152類似於圖14中圖示的實施方式。萬向接頭將清潔模塊152 連接至機器人底盤。在本發明的一種實施方式中，萬向接頭允許清潔模塊152有一定的自 由度順從地板表面。在機器人清潔器的一些模型上，萬向接頭提供可拆卸選件，以便清潔模 塊152可以由具有不同清潔功能的另外的清潔模塊關掉。在本發明的其中電池位於清潔模 塊1δ2內的一種實施方式中，萬向接頭還可以將來自電池的電力連接至機器人主體 151中 的主線束。
[0137] 圖I6圖示了用於機器人主體的不同清潔模塊的例子。清潔模塊162為具有機動 清掃刷和拉圾箱的清潔模塊。清潔模塊163包括非常寬的清潔墊，其可以用於溼擦洗或幹 擦洗。清潔模塊164包括洗滌液容器、噴霧器或分配器、以及吸收劑清潔墊。
[0138]圖Π 圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的側面外視圖。機器人清潔器 Π 0包括內部電源和馬達控制裝置171、後把手172、包括輪子的驅動系統173、機器人主體 1了4、以及包括主傳感器和(PU的組件175和清潔模塊17 6。清潔模塊176類似於圖14中的 清潔模塊142。組件Π 5包括安裝在其上的位於存儲器中的軟體，當執行該軟體時，控制導 航和清潔行為。
[0139] 圖18圖示了根據本發明實施方式的去除了蓋子的機器人清潔器的側面斷面圖。 機器人清潔器180包括電源和馬達控制板181、機器人框架和底盤182、包括主傳感器和CPU 的組件183、清潔模塊184以及具有快速釋放機構的萬向接頭185。清潔模塊184類似於圖 14中的清潔模塊142。萬向接頭185包括如圖15中描述的功能性。包括主傳感器和CPU 的組件183包括以上在圖17中描述的功能性。
[0140] 圖I9圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的頂視圖。機器人清潔器190 包括清潔模塊192、保護墊圈/裙形架193以及機器人主體191。保護墊圈/裙形蓋193在 機器人本體1則和清潔模塊192之間形成間隙，同時允許清潔模塊192樞轉並傾斜於地板 表面。
[0141] 圖20圖示了根據本發明實施方式的去除了蓋子（或殼體）的機器人清潔器的頂 視圖。機器人清潔器200包括電源和馬達控制板201、外殼體202、內框架和底盤、左右輪差 動驅動系統202、輪組件203、主控制板204、電池槽205和接近式傳感器206。機器人清潔 器200包括清潔模塊207,其類似於之前在圖14中描述的清潔模塊142。電源和馬達控制 板201連接至用於數據傳輸和供電的主線。電源和馬達控制板201可以帶有（或連接）外 部充電埠。輪組件包括輪子203w、輪軸203a、變速箱203g、馬達203w和編碼器203e。主 控制板204可以包括H〇rthst_?傳感器204η、具有主CPU的PCB204p、程序選擇按鈕204b 和指示燈2041。
[0142] 清潔模塊207可以容納左、右電池槽2〇5。接近式傳感器 2〇6可以是可選的，並可 以用於前方、側面和後方視圖。
[0143] 圖21圖示了根據本發明實施方式的去除了蓋子的機器人清潔器的後視圖。圖21 中圖示的機器人清潔器包括用戶界面按鈕211、NorthStar傳感器212、內框架和底盤213、 左右輪子差動驅動和驅動系統214。驅動系統XXX包括輪子214w、輪軸214a、變速箱214g、 馬達214m和編碼器214e。
[0144] 本發明的實施方式可以包括根據本發明實施方式的機器人清潔器和停泊站。停泊 站可以包括NorthStai#室內投影儀、可摺疊式坡道、襯墊去除帶、舊襯墊儲存容器、輔助導 航信號燈和充電連接器。襯墊去除站從機器人清潔器的清潔模塊上取下舊襯墊。充電連接 器可以與機器人清潔器的後部連接。
[0145] 圖22圖示了根據本發明實施方式的具有可選的傳感器的機器人清潔器。機器人 清潔器220可以包括後墜下傳感器221，其位於機器人主體222的後部。後墜下傳感器221 可以防止輪子從表面邊緣後退，同時沿相反方向轉動或行進。在本發明的一種實施方式中， 可選的後墜下傳感器可以內置在機器人主體殼體內。機器人清潔器220可以包括可伸縮傳 感器/緩衝器223,其安裝在清潔模塊的一側（或兩側）上。側面可伸縮傳感器/緩衝器 223在清潔模塊224的邊緣之上延伸。當側面可伸縮傳感器/緩衝器223感測或撞擊到牆 壁或障礙物時，側面可伸縮傳感器/緩衝器2?在清潔模塊2?上方縮回，以允許完全到達 牆壁並且因此對牆壁進行清潔。
[0146] 機器人清潔器還可以包括前部安裝的可伸縮傳感器緩衝器或緩衝器225。圖22圖 示了左前可伸縮緩衝器225和右前可伸縮緩衝器22 6。右前可伸縮緩衝器由虛線227圖示 為處於縮回位置。前部可伸縮緩衝器225和226在與牆壁或障礙物接觸時縮回到清潔模塊 2?的前緣的後面。機器人清潔器還可以包括安裝在清潔模塊224上的墜下傳感器。前部 墜下傳感器可以檢測將要避開的邊緣、樓梯或其它墜下環境。前部墜下傳感器228可以位 於可伸縮傳感器/緩衝器225、226或223上（如圖22中所示），並且當可伸縮緩衝器與牆 壁或物體接觸時可以從路上縮回。
[0147]接下來的部分描述清潔機器人平臺的結構和功能。這種機器人清潔器平臺可以以 多種實施方式實現，其包括但不限於：具有專用清潔機構的清潔機器人，具有兩個或多個清 潔機構的單個清潔機器人、以及與多個可拆卸清潔附近兼容的清潔機器人、或者上述清潔 機器人的組合。作為例子示出的機器人清潔器的一種實施方式包括：
[0148] 1)前部清潔模塊，用於將清潔材料（如一次性布或墊）直接保持到地板表面上， 其中該模塊可以連接至機器人的主底盤，具有或不具有允許與地板進行最大接觸的柔性接 頭。
[0149] 2)電池組，位於前部清潔模塊中，用於將機器人提供電力，以及將清潔模塊施加重 量，以增加由清潔布或墊施加至地板表面的壓力的大小
[0150] 3)兩個動力推進的輪子組件，連接至前部清潔模塊後面的機器人底盤（採用或不 米用懸掛結構）位置
[0151] 4)主底盤，將所有的元件保持在一起
[0152] 5) NoittStar?定位傳感器，靠近前部清潔模塊放置，以提供定位信息
[0153] 6)主控制板，具有到所有的電子元件中的微處理器、存儲器和〗/〇,用於控制機器 人功能和行為
[0154] 7)軟體，在微處理器上運行，以進行所有的功能和行為
[0155] 8)輪子或馬達編碼器，其跟蹤機器人上的每個輪子的運動，並採用該信息幫助控 制其路徑和計算其運動
[0156] 9)電路，其使得微處理器能夠測量馬達的電流，作為檢測機器人何時已經通過其 殼體的一部分與障礙物接觸的裝置，而不需要機械緩衝器、接近式傳感器或其它電子裝置 (雖然可以可選地採用這些系統）
[0157] 10)殼體，覆蓋機器人的本體
[0158] η)用戶界面的按鈕、指示燈和/或其它裝置，其使得能夠使用者能夠打開和關閉 機器人、選擇程序和明白其狀態
[0159]基於期望的功能性，其它傳感器可以與機器人集成在一起，這將在下文中更詳細 地描述。
[0160]機器人清潔器可以包括其它模塊選項。用於機器人清潔器的實施方式的其它模塊 選項可以包括但不限於：
[0161] 1)可拆卸的輪子，用於改變至不同的驅動表面。
[0162] 2)傳感器模塊，用於添加其它元件。
[0163] 3)可拆卸的和/或可更新的主處理器和/或存儲器，用於更新機器人的清潔程序 和能力。
[0164] 4)可拆卸的前部清潔模塊，其由機械釋放裝置、磁連接、電連接和/或其它機構連 接，以向使用者提供一個或多個功能，可以包括但不限於：
[0165] a)使使用者能夠從機器人本體上卸下清潔模塊，以使得使用者容易清洗該模塊和 的清潔材料，如塾、布、海綿、刷子、罐、溶液和/或其它清潔 兀件，隨後用更新的材枓重新連接至清潔模塊。 清潔模塊，並將該模塊重新連接至到替換位置，以使清潔模 和'或更有效地使用清潔材料。-種實施方式包括但不限 度，賄爾機器人後細·賴贓面向前部，用 於火& 7、匕材料可0|;傾向於積聚在墊前部的大部分區域的情況。
[0167] C)使使用者能夠卸下清潔模塊，以將它插入充電裝置，對電池再充電，而不必連 整個機器人。
[0168] 1使使用者^夠卸下清潔觀，以用新的但類似的更換清潔機更換它，和，或 用於與機器人本體兼容但提供其它和/或不同清潔能力的功能不同的清潔模塊代替。這些 附件的實施方式包括但不限於： ^
[0169] i)清潔模塊，保持固定清潔材料，如布、墊、海綿或其它材料。
[0170] ii)、清潔模$，其可以包括動力推進的機械清潔裝置，如電動刷、除塵器、擦光輪、 真空吸塵器、流體或蒸汽清潔設備、電動墊、布或海綿，和/或其它電動裝置，通過其本身或 與其它電動裝置、固定清潔材料、和/或用於從地板上聚集材料的垃圾收集箱結合。
[0171] iii)清潔模塊，其可以分配清潔溶液和/或流體、施加用於清潔的蒸汽、採用噴 霧、泡沫溶液和/或其它用於清潔的可分配材料。
[0172] iv)包括空氣和/或地板表面清新裝置的清潔模塊。包括用於提供更多的支撐、牽 引和有效負載能力的輔助驅動系統和/或非動力推進的輪子（如果模塊功能需要）的清潔 模塊。採用兩個或多個認可系統組合的清潔模塊。
[0173] 5)影響具有用於不同清潔任務的可拆卸模塊的能力，以提供其它支持功能，可以 包括但不限於：
[0174] a)調整清潔裝置的形狀因素，以最優化性能，同時維持標準的機器人本體。
[0175] b)調整位於清潔模塊內的電池或電源的數量，以使它與清潔機構的具體要求相匹 配。包括機器人可以用來更新的存儲軟體、數據、指令和/或清潔模塊內的控制電子組件， 和/或採用其可用的程序與清潔模塊的功能相匹配。
[0176] c)包括增強的傳感器、驅動機構，和/或其它增加機器人能力和/或增強其性能的 系統。
[0177] 一些機器人清潔器結構利用擴展傳感器能力。機器人和/或清潔模塊的設計實 行可以包括用於增加性能的其它傳感器結構，其中其它傳感器結構的實施方式包括但不限 於：
[0178] 1)用於檢測和幫助機器人避開樓梯、壁架和其它墜下區域的一個或多個墜下傳感 器在機器人和/或清潔模塊上的放置。
[0179] 2)用於檢測與物體的接觸的一個或多個機械撞擊傳感器在機器人上的放置。
[0180] 3)用於測量離牆壁、物體和/或其它障礙物的距離以避開它們的-個或多個接近 式傳感器放置，而不需要在諸如牆壁跟蹤之類的具體行駛和/或清潔行為中進行接觸和/ 或接合。
[0181] 4) 一個或多個發光光學流量傳感器的放置，所述發光光學流量傳感器用於為相對 地面運動提供其它測量和/或為檢測墜下區域提供可替換手段，檢測機器人何時已經被抓 起，檢測是否和/或如何跟蹤機器人已經被手動移動。
[0182] 5)NorthStar信號發射裝置在機器人本身上的放置，以利用NorthStar的能力提 供周圍環境的其它信息和/或擴展機器人的操作，可以包括但不限於：
[0183] a)檢測機器人何時位於可能阻礙它的來自NorthStar室內發射的主移動信號的 直接觀察的桌子或其它物體的下面。
[0184] b)檢測牆壁和/或其它物體的存在、接近和/或大致位置。
[0185] c)通過離開它們的本體的發射的光的反射和/或靠近傳感器的運動檢測使用者 的姿態。
[0186] d)上述系統的任何組合。
[0187]用於機器人清潔器的設計實施方案的一種選擇解決了將清潔模塊、材料和/或機 構放在機器人前面的問題，使它的模塊能夠一直到達牆壁和障礙物附近的邊緣，同時要檢 測障礙物和/或避免跌落在邊緣和樓梯上。在常規的清潔機器人中，傳感器機構放在前面， 用於最大化障礙物和危險的檢測。這些傳感器通常包括緩衝傳感器、IR或聲納接近式傳感 器和/或IR墜下傳感器。清潔機構通常放在這些傳感器的後面，當機器人與牆壁、障礙物 和/或危險接觸時限制了它到達多遠。
[0188] 作為一種替換實施方式,可以集成在這種基礎結構中的一種可行設計是可伸縮墜 下、牆壁和/或障礙物檢測系統。這種選擇可以獨立使用和/或與放在機器人的其它位置 (如機器人的側面和/或背面）上的其它傳感器的使用集成在一起，以提供其它能力和/或 保護。這種系統可以由但不限於下述結構構成：
[0189] -個或多個緩衝器，其在清潔模塊的前緣上方延伸，和/或在清潔模塊的側面上 延伸，其中緩衝器在它們與牆壁、物體和/或障礙物物理接觸時在清潔模塊上縮進，和/或 被推入（如通過彈簧和/或其它傳感器安裝的機構），並在機器人移動離開障礙物時返回它 們的中間位置。
[0190]其中當被推入時，緩衝器允許清潔模塊和相關清潔材料和/或機構完全與地板接 觸，到牆壁、物體和/或其它障礙物的邊緣，和/或如果需要，可以進行接觸，以清潔牆壁和 /或其它物體的垂直基底。
[0191]緩衝器包括一個或多個傳感器，當緩衝器伸出時，所述傳感器可以看到清潔模塊 的邊緣，並用於下述任務中的一個或多個，包括但不限於：
[0192] 1)通過聚焦在機器人路徑上的地板區域上的一個或多個傳感器的使用進行墜下 檢測，以防止機器人開向壁架和/或開到樓梯的下面。
[0193] 2) -種實施方式可以包括但不限於，其中墜下傳感器還可以用來檢測機器人是否 已經從地面上抬升並相應地改變其操作模式。
[0194] 3)運動跟蹤，其中一個或多個光學運動跟蹤傳感器指向地板，其可以跟蹤機器人 在地板表面上的運動。
[0195] 4) 一種實施方式可以包括但不限於具有至少兩個傳感器的系統，所述至少兩個傳 感器安裝在機器人的相對側，以跟蹤機器人的前後運動以及轉動運動。當其它定位信息不 可用時，這種信息可以獨立使用，以估計機器人的位置，和/或可以與來自其它定位傳感器 和導航系統的信息一起使用，以增強機器人位置的估計。
[0196] 5)傳感器系統的實施方式還可以包括但不限於這種功能，其中相同的傳感器還可 以用來檢測機器人是否已經從地面上抬升並相應地改變其操作模式。
[0197] 機器人路徑上的障礙物檢測，如向前行進和/或轉動。
[0198] 6)牆壁和側面物體檢測，使得機器人能夠將其本身與牆壁和/或由物體形成的輪 廓對齊，並進行傳統的牆壁跟蹤行為，其可以包括但不限於：
[0199] 7)沿著牆壁邊緣進行清潔
[0200] 8)沿著家具和其它物體的周邊進行清潔
[0201] 將其系統路徑與室內的牆壁和障礙的外形對齊，其中一種實施方式可以包括但不 限於之前的圖1-7中示出的圖案，其中機器人將其一部分或大部分對齊為平行於房間或區 域的主邊界。
[0202] 9)進行周邊跟隨行為，以在位置信息不可用或不可靠時向回移動至房間中的其它 位置。
[0203] 10)映射房間或和/或區域的邊界。
[0204] 11)信號燈和/或其它物體檢測，其可以用來幫助機器人停靠和/或進行要求機器 人將清潔模塊其它裝置對準的操作。
[0205] 12) -種實施方式可以包括但限於行駛到停靠斜坡上，並停在用圖案和/或反應 材料標記的具體區域上，其中機器人在該斜坡上的該位置的放置是進行維修、自我清潔和/ 或其它操作功能的一部分。
[0206] 13)撞擊檢測，其中緩衝器位置變化提供了與牆壁、障礙物和/或物體接觸的指 〇
[0207] 實施方式可以包括但不限於接觸開關機構，其檢測緩衝器的位置變化和/或縮 回。
[0208] 其它實施方式可以包括但不限於集成傳感器功能的使用，用於檢測緩衝器已經被 推入。例子包括採用來自邊緣檢測傳感器、接近檢測傳感器、運動跟蹤傳感器和/或其它傳 感器的讀數的變化，以檢測傳感器處於縮回位置，以及上述方法的任何組合。
[0209] 其中緩衝器和集成傳感器在中間位置為使機器人在能夠修正其路徑之前在邊緣 上行駛太遠提供保護。這種傳感器的實施方式可以包括但不限於：
[0210] 1)平行於後輪的最外位置（從距離背對面地行進穿過機器人的中心軸線的垂直 距離測量的）放置能夠進行邊緣檢測的傳感器，或者比輪子更向外向邊緣延伸。
[0211] 在本發明的一種實施方式中，清潔模塊設計為比輪子基座寬，因此傳感器放置可 以在清潔模塊兩側上，和/或在清潔模塊的左右部分的越過輪子基座延伸的前緣上。
[0212] 用於墜下檢測的其它實施方式可以包括但不限於使墜下傳感器內置在清潔模塊 下側的目標區域，需要其保護在邊緣和/或地下室跌落，但修改傳感器結構，以在清潔機構 的具體條件中工作，如能夠在由清潔墊、布或其它材料覆蓋時起作用。
[0213] 在一種其中機器人具有連接至清潔模塊的基底、用於清潔地板的清潔布或墊的實 施方式中，墜下傳感器可以通過布或墊材料發射信號，並可以校正，以解釋前後通過所述材 料的信號的中斷，並採用閾值範圍，檢測傳感器何時在墜下區域上行進。這種校正可以是預 先計算的，和/或基於環境材料和/或用於清潔任務的具體材料動態調整。在一種實施方 式中，這可以作為自動診斷進行，可以或可以不包括使機器人到處行駛以校正，和/或使機 器人行駛至受控環境，如在基站上，其允許它校正與地板存在和/或不存在接觸的閾值。其 它實施方式可以包括但不限於還採用傳感器讀數估計聚積在布或墊上的灰塵和/或其它 材料的量，和/或在地板的特定區域中拾取的灰塵和/或材料的量，以增強機器人的清y吉性 能，和/或提供用戶反饋。
[0214]機器人清潔器的其它實施方式可以包括不同的生產觀念或設計要素，其可以與系 統和/或非系統定位系統結合，以使得能夠進行智能化清潔。可行的實施方式的範圍包括 但不限於下文列出的觀念、功能元件和/或設計要素或其組合。
[0215]關鍵的功能性特性可以包括低成本活動機器人，每個設計為用於具體的清潔任務 或選擇任務組（簡單但有效的清潔機構和附件），其是快速、靈活、重量輕7安靜的，且具有 非常敏捷的用於系統清潔的導航和控制系統。 '
[0216]設計屬性可以包括開放/有機設計。機器人清潔裝置的各個方面應當仿效日常居 家清潔產品和器具的功能性元件，以幫助將目的和功能傳遞至消費者。
[0217]圖23_28提供了作為根據現有技術的普通清潔產品情況的一般參考點。然而，每 個機器人需要結合和重點強調尚級機器人的/功能性的特徵,其明顯區分該產品並表達其 智能和自動能力的元素。 '
[0218]其它設計屬性可以包括：1)機器人清潔器應當看起來比市場上現有的機器人清 潔產品的體積小很多，（如Rci?nba?)(質量小）；2)機器人清潔器更適於運動、更快、敏 捷，（如，如HoQinba?是小型貨車，則在此描述的機器人為跑車）；3)對機器人清潔器來 說，理想的是到地面保持較低，用於清潔和到達；以及4)每個機器人的主動清潔功能是"英 雄（hero) "特徵（採取突出的聚焦）。
[0219]對於有效的覆蓋，對於中型機器人，機器人的寬度可能需要10至12英寸大。小型 機器人將強調速度和進入狹小空間的能力。機器人清潔器的驅動系統可以放在後部，比例 上應當感覺較小（如，具有較窄的點地面積）。驅動系統可以具有裝配在彎曲的邊界內的兩 個後輪或兩個罐體胎面。機器人清潔器的驅動系統可以由自帶電池（如，4-8AA)驅動的，並 且可以是再充電的。
[0220] 結構可以在側面延伸，以提供向前結構（擋泥板）的一部分-如用於安裝樓梯和 牆壁檢測IR傳感器。機器人清潔器的某些設計可以用於柔性接頭/旋轉接頭連接某些機 器人的前後，如，用於用墊清潔裝置達到角落中。機器人的由固體塑料製成的任何外邊緣應 當彎曲，以避免在機器人轉動時撞到物體。機器人清潔器可以具有使前方清潔裝置柔性的 方式，至少在前角，如，使清潔墊固定裝置的端部為柔性橡膠，因此所述墊在其沿著某物體 摩擦時抬升。
[0221] 機器人清潔器的其它設計元件可以包括：l)N〇rthStar導航傳感器將在驅動系統 的頂部以最佳狀態進行；2)機器人清潔器具有用於與充電站連接的電源線，充電站連接最 大可能是朝向底盤的後部，且可能在下面。
[0222]圖23圖示了根據現有技術的具有作為清潔機構的旋轉刷子的手動地板清潔裝 置。
[0223]中型機器人或機器人清潔器可以包括但不限於：地板清掃器、幹墊清潔裝置、具有 幹墊清潔裝置的組合真空吸塵器、機器人地板磨光器/擦光輪和機器人地板擦洗器。
[0224] 地板清掃器可以包括具有後箱的旋轉刷子。地板清掃器：
[0225] 1)設計用於第一級清潔
[0226] 2)刷起毛皮屑微粒、短頭髮、小碎片
[0227] 3)設計為在硬木地板、瓷磚地板和短長度毛毯上工作
[0228] 4)可以或可以不具有與清掃機構聯合使用的布或墊，其中刷子可以放在抓取剩餘 灰塵的布或墊的前面
[0229] 地板清掃器的兩種方案可以實施為包括水平滾動刷或兩個反向旋轉刷子。
[0230] F1 :水平滾動刷包括如下述特徵：
[0231] 1)可以結合前部滾動刷，前部滾動刷可以或可以不延伸到機器人框架之外（以放 大的尺寸示出一種，以強調功能）
[0232] 2)延伸到框架之外將改善到達牆壁底部和夾具下面的範圍
[0233] 3)採用多個它們到達的表面區域接觸
[0234] 4)滾動刷可以是一次性或可重複使用和/或可洗的
[0235] 5)在一種情況中機器人底盤和驅動系統位於刷子的後面
[0236] 6)半圓形後體或許是導航最實用的，但更方形的形狀可以是一種選擇。
[0237] F2 :如在F1中一樣，兩個反向旋轉刷子（清道夫類型）結構可以包括延伸到機器 人側面之外用於最大到達的刷光機構。
[0238] 地板清掃器的附件包括：
[0239] F3:停泊站，其可以：
[0240] 1)對電池再充電
[0241] 2)將垃圾箱倒空到更大的固定容器中（如站中具有真空吸塵器）
[0242] 3)真空吸塵器還可以自我清潔除塵刷。
[0243] F4 :-種實施方式可以包括但不限於：
[0244] 1)除塵機器人行駛到停泊站中。（如，可以從後進入）。它源自在垃圾箱頂部處的 埠的正上方的噴嘴下面-這使得所述站從垃圾箱吸出汙物到更大的容器中。
[0245] 2)停泊站可以設計為使得機器人還可以向前行駛到停泊站中，並採用真空吸塵器 清潔刷子。
[0246] 3)如果由布或墊，某種抓取機構位於停泊站下面，在布或墊的正下面。當機器人退 出時，髒的墊子被卸下，隨後真空吸塵器將其吸入存儲連接中。
[0247] 另一種中型機器人清潔器是用於硬木和瓷磚地板的千墊式清潔器。幹墊式清潔器 可以包括如下特徵：
[0248] 1)設計用於第二級清潔
[0249] 2)採用布一樣的墊用於收集更小的微粒、汙物和灰塵
[0250] 3)應當包括一些前部試探器/緩衝器，用於檢測和避免行駛到地毯上
[0251] 幹墊式清潔器可以具有三種實施方案：
[0252] D1 :第一種設計是在前部具有單個固定墊的基礎設計
[0253] 1)這種設計看起來像後面具有驅動機構的拖把
[0254] D2 :第二種設計包括相同的後底盤，但對滾筒/傳送帶機構上的多個墊進行自動 換墊
[0255] D3 :第三種設計將Swiffer?墊放在機器人本體的下面，使得它拾取滾筒錯過的灰 塵。
[0256] 1)如果其是正方向形狀，則它將向後走-輪子在中間。
[0257] 2)根據該方法，一種想法是讓使用者將小堆墊加載到後部中。（在彈簧加載的盤 中可以為5或8個-所述彈簧加載的盤顛倒安裝）。這種方法使得它們正好可以倒出髒東 西，同時使清潔的墊準備工作。（或者在停泊站處進行自動去除）。如果存在堆棧，可以通 過使側部或后角部透明而顯示它，其中使用者看到堆棧和剩下多少。
[0258] 千墊式機器人清潔器的附件可以包括：
[0259] D4 :駛上型停泊站元件和選項
[0260] 1)低坡道形狀-機器人駛入和上去，支持以退出
[0261] 2)對電池進行再充電
[0262] 3)靜態刷從清潔墊上獲取其它一些灰塵，並將碎片導入箱中（如當機器人開上去 和退出時）
[0263] 4)對於具有多個墊的機器人，可以抓住並扯掉髒的墊，以露出乾淨的墊。機構可 以包括：a)停泊站上的機構，具有在機器人停泊在該站上時抓住並扯掉墊的齒或其它元 件（其可以由其自身的馬達驅動，或者在機器人停泊在停泊站上時由機器人的輪子供給動 力）山）靜止和/或收縮方向齒或其它抓取元件，其內置在停泊站內，設計為允許機器人開 到停泊站上，隨後在機器人退出停泊站時接合併固定布或墊；c)自動拔和/或翻轉機構，用 於將移出擋道的髒布或墊和/或移入存儲區域，當下一個髒布或墊需要更換時為機器人重 復該過程留下空間。
[0264] 5)可替換地，停泊站和機器人可以設計為使得機器人可以將在去除墊時將髒或墊 推入存儲/廢物艙中，其中一種實施方式可以包括但不限於使機器人倒退、轉動和倒進停 泊站中，其中緩衝器或邊緣在機器人上提供了用於從停泊站上鏟掉墊並放入存儲艙中的表 面。
[0265] 圖24圖不了根據現有技術的處於其封裝中的Swiffer清掃器和Swiffer清掃器 的清潔墊組件。
[0266]機器人清潔器還可以為具有用於清潔硬木和瓷磚地板的幹墊式清潔器的組合真 空吸塵器。具有幹墊式清潔器的組合真空吸塵器：
[0267] 1)設計為用於第一級和第二級清潔
[0268] 2)採用真空吸塵器以首先獲得較大的碎片
[0269] 3)採用布一樣的墊收集較小的微粒、汙物和灰塵
[0270]具有幹墊式清潔器的組合真空吸塵器的一種實施方案是：V1:墊前幹墊式清潔器 的設計D1與墊前的真空吸塵器的組合
[0271]圖25圖示了根據現有技術的Swiffe雜Sweepe_^(&其為具有幹墊式清潔器 的組合真空吸塵器。
[0272]中型機器人清潔器還可以為用於硬表面地板的溼墊式清潔器。溼墊式清潔器：
[0273] 1)設計為作為擦洗的替換
[0274] 2)不同的地板表面將具有不同的清潔容積，如：
[0275] 3)廚房和浴室瓷磚清潔器
[0276] 4)硬木地板清潔器
[0277] 溼墊式清潔器可以有兩種實施方案：
[0278] 1)W1 :具有機載噴霧器的吸水墊，單個墊結構包括存儲在記載容器（或可更換瓶） 中的清潔溶液。這種設計包括噴撒溶液的前噴霧噴嘴。這種設計還應當包括防止意外噴在 毛毯上/或牆壁上、地板邊緣上的機構（如，實施方式在墊前面可以具有低試探器或延伸緩 衝器，以檢測地板表面的變化）。
[0279] W2 :與設計W1的觀念相同，但具有自動更換墊
[0280] W3 :與設計W2和W1的觀念類似，但具有蒸汽清潔系統，其集成為根據溫度和使用 的加熱溶液幫助從地板上鬆開更多的汙物和其它目標材料，幫助殺死表面上的細菌和/或 消毒，加上通過吸水墊材料、抽吸裝置和/或其它裝置重新從地板表面上吸收汙物、材料和 流體。
[0281] 中型溼墊式清潔器的附件可以為：
[0282] 1)W4 :駛上型充電、乾燥站。基礎實施方案可以類似於幹墊式清潔器附件D3,但下 面具有用於在清潔完成之後抓取任何過度的溼度和讓墊乾燥的承屑盤
[0283] 2)W5 :用來設置清潔區域邊界的迷你型錐形標（如在門口較寬位置處）。這可以 為高、薄的自由直立式裝置，其可以像街燈/或非常薄的桌燈一樣查看東西。這可以為12 至18英寸高，頂部放置隔開約8英寸的兩個二極體（可以為具有兩個垂直立柱的U形，或 者為T形）
[0284] 圖26圖示了根據現有技術的Clorox Ready to Go Mop。圖27圖示了根據現有技 術的Swiffcr⑤ Wct&_。
[0285] 本發明的實施方式可以為機器人地板擦洗器，其設計為對耐用硬面地板（尤其是 廚房和浴室）進行深度溼式清潔。機器人地板擦洗器的一種實施方案是：
[0286] S1 :機器人地板擦洗器可以為溼墊式自動換墊（W2)與前部的擦洗刷的組合。機 器人在前面噴出清潔流體，並系統地前後刷洗。機器人用於墊擦洗區域並吸收溶液。一種 實施方式可以使墊在機器人的其它端上-其中機器人轉動180度，並用它的墊在區域上行 走。一種可替換實施方式使使擦洗機構相對緊湊，並正好放在墊的前面，因此機器人在其向 前行駛時吸收清潔溶液
[0287] 中型機器人清潔器的另一種實施方式可以為機器人地板磨光器/擦光輪，其設計 為用於拋光步驟，作為為硬地板表面添加保護塗層/增加光澤。
[0288] 機器人地板磨光器/擦光輪的一種實施方案可以包括：
[0289] 1)B1 :具有高速拋光墊的地板單元。拋光墊可以為一對反向旋轉墊（與F2結構一 樣）或其它結構（如具有纏繞在其周圍的墊的水平滾筒）。機器人地板磨光器/擦光輪包 括上蠟、拋光液體容器、噴霧分配器以及拋光和吸收多餘液體的軟墊。
[0290] 還可以具有微型機器人清潔器，其比中型機器人清潔器小。換句話說，微型機器人 為用於較小的任務的小機器人。微型機器人可以為中型機器人尺寸的一半到三分之一。微 型機器人可以具有不同結構的NorthStar?，其中傳感器放在中間基座單元中，信號燈在機 器人清潔器上。微型機器人可以或可以不需要自動停泊。微型機器人的例子包括但不限 於：
[0291] 桌面機器人清潔器
[0292] 桌面機器人清潔器可以設計為清潔餐桌、矮茶几、小的地板區域（如，斑點清潔）。
[0293] 桌面機器人清潔器的一種實施方案包括：
[0294] ΤΙ :用於收集碎屑等的迷你版F1或F2(旋轉刷和容器），具有添加的墊
[0295] 1)具有邊緣檢測，用於避免從桌子上掉下
[0296] 2)小的墊將提供清潔/除塵/拋光
[0297] 迷你型溼式地板機器人清潔器
[0298] 迷你型溼式地板機器人清潔器設計為清潔小浴室、廚房中的斑點或溢出。迷你型 地板機器人清潔器進入角落和物體後面。
[0299] 迷你型溼式地板機器人清潔器的兩種實施方案包括：
[0300] 麗1 :簡單的溼墊清潔機器人
[0301] 1)墊最可能處於固定位置（不更換）_幾乎與溼墊板的D1 -樣
[0302] 2)識別墊側面，以在其移動時沿著牆壁和其它邊緣進行清潔
[0303] MW2 :迷你版S1 (擦洗刷），但不具有噴霧器
[0304] 1)清潔機器人僅具有刷子和吸水墊
[0305] 迷你型溼式地板機器人清潔器的其它附件包括：
[0306] MW3 :可攜式清潔基站。
[0307] 1)基站保持溫水、清潔溶液和用於捕獲水的容器
[0308] 2)機器人開來，基站衝洗墊子並將新的溶液塗到墊子上
[0309] 3)基站具有NorthStar?JI蹤一個或多個機器人的位置
[0310] 4)在需要時，使用者應當能夠用把手抓起基站，並將它插入牆壁用於充電
[0311] 迷你乾式地板機器人清潔器/除塵器
[0312] 迷你千式地板機器人清潔器/除塵器設計為努力進入以到達（家具後面的）位 置，並覆蓋角落和基板
[0313] 迷你乾式地板機器人清潔器/除塵器的兩種實施方案：
[0314] MD1 :基於刷子的清潔器。基於刷子的清潔器：
[0315] 1)具有到達地板和側面（如基板）的旋轉刷子
[0316] 2)可以包括墊子或一次性除塵材料
[0317] 3)具有箱驅動裝置和改進設計，以避免鉤在繩索上或粘到物體上。
[0318] 4)可以結合前滾動刷，前滾動刷可以或可以不延伸到機器人清潔器框架之外（示 出了具有放大尺寸的刷子，以強調功能）
[0319] 5)延伸到框架之外將改善到達牆壁底部和夾具下面的範圍
[0320] 6)採用多個它們到達的表面區域接觸
[0321] 7)滾動刷可以是一次性或可重複使用和/或可洗的
[0322] S)在一種情況中機器人底盤和驅動系統位於刷子的後面
[0323] 9)半圓形後體或許是導航最實用的，但更方形的形狀可以是一種選擇。
[0324]圖28為根據現有技術的? 魯裝置。
[0325]本發明中描述的導航系統的目標是提供在鬆散環境中進行系統清潔的全部好處， 但以明顯低的成本製造可提供給廣大消費市場的產品。
[0326]在本發明的一種實施方式中，這個目標通過由區域方法對區域進行清潔而實現， 其中機器人在每個通過本地地圖和局部傳感器定位系統的使用系統地清潔房間或家中區 域的一段，隨後移動以清潔其它區域。區域尺寸的減小允許使用較低成本的傳感器，其中區 域的尺寸設置為使得機器人能夠在來自傳感器的正常噪聲和移位總和使機器人失去其位 置之前跟蹤其通過區域的位置。
[0327]在本發明的一種實施方式中，系統支持使用幹和/或溼消耗清潔布，其中區域清 潔方法使得機器人能夠在均勻地行進通過房間時使用布進行清潔，以便如果使用者在清潔 過程期間換布時，新的乾淨的布通常用來清潔地板的新的區域（與已經覆蓋的清潔區域相 對）。
[0328] 在本發明的一種實施方式中，機器人採用全球定位系統與本地定位系統的結合， 以布置區域以確保對房間或家中區域有良好的整體覆蓋，以便由系統設置的目標區域能夠 到達。如同本地定位系統一樣，對用於全球定位系統的傳感器進行成本優化，使得全球系統 的範圍、精度和可靠性有效，足以能夠提供合適的本地區域的重疊部分，但不要求其本身在 整個房間或家中區域中都保持高度精確的全球位置。
[0329] 這種功能通過採用與低成本傳感器和元件的獨特組合清潔策略和軟體實現。
[0330]在本發明的一種實施方式中，傳感器和元件的組合包括下述要求的中任何或所 有：安裝在清潔機器人上的低成本IR基全球定位傳感器；低成本IR發射器，其作為與機 器人分開的單獨物理裝置建立，發射機器人可以檢測的IR光點（或光點）；輪轉速計，其 連接至機器人的驅動馬達；馬達電流感測裝置，連接至機器人的驅動馬達，用於在機器人已 經接觸到障礙物時通過在輪子的阻力中檢測到的反饋進行感測；和安裝在機器人上的陀螺 儀。在於2005年3月25日遞交的NorthStar專利申請序列號No. 11/090, 621中描述了 NorthStaf?系統的例子和它的潛在功能，在2008年9月19日遞交的機器人遊戲專利申請 序列號No. 12/234, 565中還描述了其它能力和結構。
[0331]該系統可以包括各種結構的IR發射器。實施方式可以包括但不限於電池供電單 元、牆壁可插接單元、或也是電池操作的牆壁可插接單元的組合。發射器具有一個或多個IR LED，其在天花板上發射NorthStar傳感器可以檢測到以定位其位置的IR光點。在本發明 的一種實施方式中，發射器可以具有不同頻率的指向不同方向的三個、四個、五個或更多個 光點，以擴展檢測信號的範圍，其中傳感器還可以定位所述光點中的至少兩個，以確定其位 置。採用這種方法，傳感器可以選擇提供更好的定位信息的不同光點，如通過選擇具有相對 於其位置具有用於計算機器人位置的最佳方位的光點，和/或基於它們的強度選擇光點以 提供最好的信噪比。在本發明的一種實施方式中，兩個或多個IR發射器可以用來通過以不 同的IR頻率將IR光點投射到房間或家中的不同區域而擴大覆蓋範圍，包括但不限於覆蓋 不同的房間或家中的區域，以使得能夠進行房間-至-房間清潔和導航。
[0332] 在本發明的一種實施方式中，傳感器和元件的成本如此低，使得沒有一個傳感器 和元件本身能夠提供足夠可靠的信息以提供完整的方案，但當相互結合使用並採用該清潔 策略時，整個系統可以產生比隨機清潔機器人更有效的清潔系統，並且導航系統越複雜越 貴，貝ll更有效。
[0333] 在可替換實施方式中可以使用可替換的傳感器，其可以包括但不限於：加速計，用 作檢測機器人已經與障礙物接觸的另一種裝置；IR接近式傳感器，用於檢測障礙物並沿著 牆壁和障礙物移動；墜下傳感器，用於檢測機器人是否將要越過壁架；和/或可以支持機器 人導航的其它傳感器，如在此引用的。
[0334] 在本發明的一種實施方式中，可以以下述結構實現本地清潔行為。機器人採用陀 螺f和輪轉速計跟蹤其在本地區域地圖內的位置，其中轉速計使得機器人能夠基於行駛的 距離在地圖上繪製其位置，陀螺儀使得機器人能夠在機器人轉動時修正轉速計中的漂移， 以在本地地圖提供更好的機器人方向和位置精度。障礙物的檢測和其它基於位置的傳感器 信息可以包括在本地地圖中，用於繪製將要清潔的區域，在障礙物附近規劃路徑，探索新的 區域和未覆蓋的區域，並關閉標記為完成的區域。
[0335]在本發明的一種實施方式中，機器人最初沿著沿一個方向行進通過房間的平行排 行等級圖案進行清潔1機器人利用陀螺儀進行均勻的180度轉動，並保持所述列的平行方 位，其中角度在所述行之間足夠靠近，使得所述行重疊並最小化所述行之間未被覆蓋的任 何間隙。當機器人從一行轉向下一行時，左右轉動的交替幫助抵消內部陀螺儀漂移，並長時 間延伸述圖案（且因此更大的區域）。機器人採用輪子轉速測量，用於測量所述行的長 度，並採用來自陀螺儀的修正和來自其它傳感器對障礙物的檢測，建立區域地圖。
[0336]在本發明的實施方式中，機器人可以被編程，以沿著一行清潔，隨後轉向下一行， 直到一個或多個事件發生，這些事件可以包括：到達障礙物；到達最大行長度；試圖在障礙 物附近移動，直到機器人已經沿著所述行移動最少量的距離；試圖基於相對於之前行的位 置在障礙物附近移動；試圖障礙物附近移動，直到撞到最大數量的障礙物；和/或用機器人 內部的本地地圖到達目標區域的邊界。
[0337]在本發明的一種實施方式中，機器人可以完整地掃過區域，隨後採用確認本地地 圖上還未被清潔的區域的算法，以使機器人移動到這些區域，並清潔它們，更新地圖同時定 位仍然可靠。機器人還可以關閉被確定由作為不可清潔區域的障礙物阻塞的任何邊界。沿 著未被障礙物阻塞的清潔區域的周邊的邊界還可以儲存在地圖上，隨後用來確定將要清潔 的相鄰區域。
[0338]在本發明的實施方式中，機器人對行的最大長度和區域內允許的行數的數量設置 限制，因此試圖覆蓋的區域保持在允許來自傳感器的合併讀數和修正的積累誤差和漂移的 公差內。所述限制可以通過多個措施進行設置，包括但不限於：行的長度和/或行的數量的 值固定；基於環境動態設置所述尺寸中的一種或二者，如果機器人檢測到可清潔區域窄且 寬，因此能夠以更多的行、當較短的長度完成；行駛的時間或區域的測量；和/或通過所述 值與其它傳感器的比較對傳感器漂移進行反饋，其中清潔區域尺寸變大，直到累積誤差達 至IJ閾值。
[0339]在本發明的一種實施方式中，一旦完成一個區域，機器人將採用來自全球定位系 統（如，改進的機器Northstar定位系統）重新定位其位置，隨後規劃下一個清潔區域的位 置。這個過程可以包括將來自區域中的本地映射區域的數據更新至全球地圖，其在機器人 清潔房間中的更多區域時進行填寫。
[0340]在本發明的一種實施方式中，全球定位系統可以跟蹤機器人的進展，同時作為並 行過程清潔本地區域。在確定全球定位系統對該區域具有最低水平的可靠度的情況中，在 全球地圖中發現的一定尺寸的間隙可以拷貝到本地地圖上，如果需要，使機器人再次訪問 並重新清潔這些區域，以在該系統中提供冗餘。
[0341]在本發明的一種實施方式中，在訪問可靠的全球位置信息受限或在機器人當前位 置處不能立刻獲得的情況中，重新定位可以通過多個措施實現。例子可以包括但不限於返 回具體參考點（或多個可用參考點中的一個），其中機器人可以重新校正其位置，繪製下一 次清潔區域的目標位置，並行駛到該區域，開始接下來的區域圖案。在使用全球定位系統的 情況中，機器人自動追蹤由全球定位系統提供的信號，直到它到達它可以將過程繪製到參 考點的區域。
[0342] 在最小的情況中，參考點可以位於靠近充電站的範圍內，或一些其它機器人用作 起始位置的"大本營"形式。機器人可以使用一個或多個發射信號向回尋址到充電站，且如 果需要，相對於充電站的位置本身，其中它的位置和方位估計位於高度自信的水平。
[0343] 在本發明的一種實施方式中，機器人還可以採用來自陀螺儀的信息重新定位，裡 程計和其它傳感器用來測試全球定位系統的可靠性，以動態確定全球系統何時提供用於重 新定位的足夠精確的信息。作為一個例子，本地傳感器為一定時間內的多次採樣提供讀數， 並且當全球位置讀數變化與從本地傳感器估計的變化相匹配時，隨後機器人可以重新定 位。作為後退方法，機器人可以採用全球定位系統返回"安全點"，在那裡它對它的相對位置 具有高度的確定性，而不需要來自其它傳感器的其它或新的確認。
[0344] 在本發明的一種實施方式中，機器人可以採用本地地圖和來自本地傳感器（陀螺 儀和轉速計等）的輸入在區域方法中進行清潔，並從一個區域移動到另一個區域，對於其 在清潔運行中的操作的一部分或全部，不需要使用全球定位系統。在本發明的實施方式中， 一旦完成一個清潔區域，機器人可以通過多種措施移動至新的位置，開始新的清潔區域，所 述措施包括但不限於：基於本地地圖和傳感器行駛至現有區域內的估計位置，並開始清潔 延伸到現有清潔區域之外的新的區域；基於用於重新定位機器人的本地傳感器的使用行駛 至現有區域之外估計位置，隨後開始新的清潔區域；和/或行駛至相對於現有清潔區域的 任意位置，隨後開始新的清潔區域。
[0345] 在本發明的實施方式中，多種技術可以用來擴展清潔區域，和/或基於環境更有 效地組織區域的配置。在採用具有有限範圍或在房間中僅具有一片覆蓋的低成本全球定位 系統的情況中，區域清潔圖案可以與周期性重新定位相結合，以允許區域圖案運行較長並 在較大的區域上運行。作為一個例子，如果房間的中間區域具有良好的全球定位信號（如 從IR光點發射器或其它電光源發射的），則機器人可以對準清潔圖案（如平行排行），以便 機器人在行進通過一個或多個行（如在中間或在所述行的端部中的一個處）的過程中進出 全球覆蓋區域。通過在機器人處於全球覆蓋範圍時重新校正其位置，機器人可以基本上將 漂移重新設為零或某個較低的值，並根據本地傳感器繼續清潔圖案。這種過程還可以特別 無論何時在發現可靠的全球位置信號時進行。
[0346] 在本發明的一種實施方式中，配置清潔圖案的策略可以用來進一步改善區域或者 整個區域的覆蓋率。作為一種技術的例子，機器人可以在同一區域或同一組區域內進行兩 次或多次通過，以確保更好的清潔。這可以包括改變多次通過之間的系統圖案的主方向，以 露出多次通過之間的邊界，並且可能延伸到第一次通過錯過的區域中。例子可以包括但不 限於：在單次時間內使機器人沿一個方向清潔該區域，隨後沿不同的方向（或者垂直或某 個其它角度）開始重新清潔整個區域，其中房間或區域可以基於圖案和環境分成不同的區 域；每次機器人運行時使機器人在每個區域進行兩次通過；或者成對改變角度，使得機器 人在每次清潔選一個新的角度，隨後沿垂直角度通過。這些方法的好處在於，它們的多次通 過將可能在多次覆蓋的區域內去除其它汙物-並且可能使清潔功能在地板表面中的不同 紋理範圍更好地工作-同時比隨機方法提供更均勻的覆蓋率。
[0347]在本發明的一種可替換實施方式中，基於發現的區域，所述區域可以更加靈活和 緊急。一種例子可以包括米用映射，以在系統清潔圖案的第一次通過之後露出全球地圖中 的敞開邊界。機器人隨後可以採用該信息以清潔進入邊界，並且在那裡發現新的區域，重複 系統清潔圖案和邊界選擇過程。
[0348]在上述任一種實施方式中，機器人還可以採用周邊清潔（包括牆壁跟蹤和障礙物 跟隨），以關閉由系統圖案覆蓋區域中的邊界，以及在發現的新的區域中觸發另一系統清潔 區域。周邊清潔可以作為一個過程在一個區域標記為完成之前在該區域中進行，作為在訪 問多個區域之後穿過所述區域的過程進行，或者基於發現的障礙物的尺寸和機器人可以沿 著牆壁行進的長度作為在區域內和之間二者的結合，而不離其目標位置太遠。
[0349]用於集成定位、位置和導航系統的新的方式、方法、設計、技術和方案為需要在曰 常環境中運行的活動機器人使得的產品提供新的和獨特的好處和能力。為了圖示目的，在 本文檔中描述和圖示的【具體實施方式】主要在活動地板清潔機器人的背景中進行描述，其中 所述好處和能力代表了性能相對於隨機、半隨機地板清潔方法和/或由市場上的前沿消費 機器人清潔產品採用的其它方法的明顯進步。可以利用定位、位置和導航系統的機器人清 潔裝置的可行實施方式的描述包括但不限於附圖中描述的產品、觀念和結構。
[0350]在此描述的情況米用基於紅外的定位系統，還可以容易地由採用其它定位措施的 裝置使得，包括但不限於採用下述方式的裝置：可視圖案識別、可見光檢測、雷射反射、裡程 計、光學導航感測、慣性感測、熱檢測、運動檢測、聲音檢測、無線電波檢測、物理接觸檢測、 靠近檢測、磁場檢測、電場檢測或它們的任何組合。基於紅外的定位系統的一種實施方式可 以包括來自改進機器人的NorthStar?,其在現有申請中引用了，即於2005年3月25曰遞 交的美國專利申請序列號No· 11/〇9〇, 621，通過引用將其結合於此。
[0351]為了這些描述的目的，定位、位置和/或導航系統的應用包括但不限於：確定物理 空間內的一個或多個裝置、物體、場所和/或邊界沿著一個或多個維度的位置的能力；從用 在應用性能中的一個或多個其它點對一個或多個裝置、物體、場所和/或邊界的相對位置 提供部分信息的能力；對用在操作性能中的一個或多個裝置、物體、場所和/或邊界的位置 進行估計的能力；引導一個或多個活動裝置和/或物體沿著規劃的和/或未規劃的路程通 過一個或多個物理空間的能力；在其中裝置、物體、場所和/或邊界之間的點的信息可以或 不可以利用的物理空間內的兩個或多個物體、裝置、場所和/或邊界之間移動的能力；存儲 用於在隨後的位置及時獲取和使用的一個或多個裝置、物體、場所、邊界、路徑和/或覆蓋 區域的位置信息、確認和/或其它位置指示的能力；映射用在應用性能中的一個或多個代 表場所、裝置、物體、邊界、路徑和/或覆蓋區域的能力；檢測和/或發現關於一個或多個物 理環境的位置信息的能力，該位置信息用來適應和/或增強這些環境中的一個或多個任務 的性能；採用位置信息幫助確認和/或對一個或多個環境進行分類以適應這些環境中的一 個或多個任務的性能的能力；和/或採用上述能力和/或與定位、位置和/或導航相關的其 它能力中的一個或多個直接和/或間接控制一個或多個裝置的能力。
[0352]定位系統的實施方案可以採取多種實施方式，但仍能夠具有在此描述的功能。定 位系統的實施方式的例子包括：
[0353] 1)傳感器（或傳感器組和集成傳感系統）在機器人或機器人使能的裝置上的放 置，其使得機器人或機器人使能的裝置得到相關位置信息，其中發射一個或多個信號的其 它物體和/或裝置可以或可以不用於幫助獲取位置信息。
[0354] 2)傳感器（或傳感器組和集成傳感系統）在機器人或機器人使能的裝置上的放 置，其使得機器人或機器人使能的裝置通過其環境的被動和z或主動測量得到相關位置信 息，通過由一個或多個系統在單個時間點處進行的位置和/或通過由一個或多個系統從一 定時間範圍內的一系列測量獲取的測量的綜合，和/或與運動的控制、導航圖案的執行和/ 或位置相關行為的性能結合。這種方法的一種實施方式包括但不限於來自改進機器人的 VSLAM?，其通過於2006年3月21日遞交的美國專利Νο·7,015, 831、20〇6年12月5日 遞交的美國專利No. 7, 145,478中引用了，通過引用將其結合於此。其它實施方式可以包括 但不限於一個或多個接近式傳感器與一個或多個路徑跟隨行為的聯合使用，所述路徑跟隨 行為引導機器人或機器人使能的裝置相對於環境的物理特性的運動。這種方法的一種例 子可以是具有一個或多個接近式傳感器的機器人，所述一個或多個接近式傳感器測量離牆 壁、物體和/或背景內的其它固定邊界，並進行路徑跟隨行為，其中機器人在環境附近的重 復系列循環或圈中沿著牆壁、物體和其它邊界的輪廓移動，機器人最初沿著區域的周邊移 動，並且一旦每次完成一圈則向內移動其位置（如由接近式傳感器測量到的那樣），以便它 逐漸移動至區域的中心，直到它到達所述中心和/或覆蓋所述周邊內的大多數區域。（參見 圖31)
[0355] 3)傳感器（或傳感器組和集成傳感系統）在中間裝置上的放置，其檢測並提供一 個或多個機器人、機器人使能的裝置和/或其它裝置的位置信息，並緩存該信息和/或發送 命令回到一個或多個機器人、機器人使能的裝置，其可以或可以不發送幫助傳感器確定它 們的位置的信號。
[0356] 4)傳感器（或傳感器組和集成傳感系統）在一個或多個獨立裝置之間的放置，其 中來自傳感器的數據傳遞至一個或多個機器人、機器人使能的裝置和/或其它裝置。
[0357] 5)上述方法-或用於讀取和報導機器人、機器人使能的裝置和/或其它裝置的位 置信息和/或確認的方法的任何組合。
[0358] 6)上述方法的任何使用，添加集成第三方平臺或裝置，如電視遊戲系統（如， Nintendo? Wii?、X-Bqx3S0?，Pla^Stti繼-- 等）、手持遊戲系統（PSP， Minteudo?DS?等）、行動電話、可攜式電話、PDA，mp3裝置、電視、計算機或網際網路使能 的遊戲系統（如，在線遊戲），以幫助結合位置信息，確認裝置、傳輸信息、提供計算、規劃路 徑、監控任務性能和完成、將從一次操作收集的信息傳遞至隨後的操作、更新參考數據集和 /或行為、激活用戶界面，和/或幫助與一個或多個機器人和/或機器人使能的裝置的定位 相關的操作。
[0359] 由定位系統採用的傳感器可以為幫助提供各種遊戲物體的確認和/或任何相關 位置信息的任何元件、元件組或集成系統。這些傳感器元件和系統可以包括但不限於紅外 傳感器；照相機、成像器和/或其它視覺傳感器；雷射測距儀或其它雷射傳感器，紅外檢測 器和/或發射器；輪子編碼器或其它裡程計傳感器；光學導航傳感器；加速計，傾角傳感器， 陀螺儀，或其它位置和/或慣性傳感器；熱傳感器；運動傳感器；擴音器，超聲波傳感器和/ 或其它聲音傳感器；RFID傳感器和/或其它射頻傳感器；接觸傳感器；接近式傳感器；磁傳 感器；電場傳感器；和/或它們的任何組合。作為感測裝置的一部分，作為其它處理裝置的 一部分，或作為過程的組合，該系統可以採用來自傳感器的原始讀數，或者包括原始傳感器 值的處理。
[0360]裝置和/或物體可以設計為傳感器提供檢測它們的裝置，通過主動和/或被動方 法，作為定位系統的一部分。主動方法可以包括但不限於將標誌放置在一個或多個裝置上， 所述這種發射傳感器可以檢測的信號並用來獲得物體的確認和/或相對位置信息。標誌可 以包括但不限於：紅外光發射器，紅外光點發射器，其它可見或不可見光發射器，雷射發射 器，熱發射器、聲音和聲波發射器、控制物體運動的運動發射器或裝置，RFID或其它射頻發 射器，磁發射器，電場發射器，或它們的任何組合。被動方法可以包括任何方法，其中傳感器 可以檢測一個或多個物體或裝置，而不需要信號源自所述物體或裝置。這些方法可以包括 但不限於一個或多個物體或裝置或物體上的可視識別、物體的反射光檢測、物體的物理形 狀或結構的識別、物體的運動的識別、或它們的任何組合。
[0361] 採用定位系統這種和其它實施方式、技術和/或應用的其它例子可以在2008年9 月I 9日遞交的Evolution Robotics的美國專利申請序列號No. 12/234, 543的申請中找到， 通過引用將其結合於此。
[0362] 用於增強機器人或機器人使能的裝置在諸如地板護理和之前描述的其它定位相 關的應用之類的任務的性能和能力的定位系統的使用包括但不限於：
[0363] 1)通過控制機器人的位置和/或路徑採用位置信息系統地清潔地板的能力；執行 與地板表面相關的覆蓋和/或清潔圖案，以確保良好的和均勻的覆蓋；基於用戶輸入執行 與地板表面相關的定製覆蓋和/或清潔圖案；優化適於環境條件、障礙物位置、不同類型的 地板表面（如，地毯VS.硬木VS.瓷磚，等）和/或位置特定信息的覆蓋和/或清潔圖案； 保持跟蹤清潔的和未清潔的區域和/或露出的和未露出的區域；和/或上述方法的組合。 採用位置信息的覆蓋和清潔圖案的實施方式可以包括但不限於：
[0364] a)包括一個或多個直線圖案的路徑，其可以包括但不限於機器人在其沿著行狀圖 案從房間的一側到另一側行進時清潔的地方，和/或機器人沿行狀圖案從房間的一側到另 一側清潔和清潔且隨後沿垂直於第一行狀圖案的第二行狀圖案（圖30)向回跨越的地方， 和/或機器人通過組合整體直線路徑和其它非直線運動清潔的地方。圖29圖示了根據本 發明實施方式的單次通過平行排行清潔圖案。圖30圖示了根據本發明實施方式的兩次通 過交叉行清洗圖案。
[0365] b)在其中機器人通過採用房間的牆壁和/或邊緣（和/或其它物體和邊界）幫助 限定其路徑的輪廓跟隨方法進行清潔並在覆蓋地板表面的移動中進行系統調整的情況中， 其中一種實施方式可以包括但不限於平行於房間和/或物體的邊緣行駛，並在每次完成的 圈完成時向內移動一定的距離，直到它到達區域的中心，或它可以最接近區域的中心（圖 31)。圖31圖示了根據本發明實施方式的輪廓跟隨清潔圖案。
[0366] c)在其中機器人以較小的子分段清潔房間的情況中，採用一個或多個系統"微型" 圖案在一個分段內進行清潔，其中可以由物理邊界、可見邊界、用戶定義的邊界和/或適於 環境條件的邊界限定一個分段，隨後在其它分段上重複該圖案，直到採用用於限定和/或 在子分段之間移動的"微型"圖案到達地板的所有敞開區域（圖32)。圖32圖示了根據本 發明實施方式的宏觀和微觀圖案的組合。
[0367] d)其中機器人在它進行清潔時沿著整體行狀、螺旋或其它圖案移動至其路徑，但 在該路徑的每段內執行多種較小的圖案，以採用沿著該路徑的多次通過提供更深層清潔 (圖33)。圖33圖示了根據本發明實施方式的具有系統路徑深層清潔圖案。
[0368] e)機器人以半隨機圖案在地板的特定部分進行清潔，但採用覆蓋的區域的跟蹤， 以間歇地將其位置重新定位至未覆蓋區域，和/或保持在某個邊界內，隨後在它已經實現 足夠的覆蓋時移動到地板的新的部分上，其中一種實施方式可以包括但不限於採用避開行 為移動離開覆蓋區域，以概率方式引導本身到達未覆蓋區域（圖34)，以及其中另一種實施 方式可以包括但不限於快速動作，其中機器人的本地運動可以快且不可預測，如使整個機 器人快速旋轉，以快速的動作拋光、擦洗或清潔地板。圖34圖示了根據本發明實施方式的 具有系統圖案的半隨機清潔。
[0369] f)其中機器人採用上述方法和/或其它變形中的一種進行清潔，並通過房間邊緣 附近和/或房間中的物體附近的清潔而完成。
[0370] g)其中機器人採用清潔圖案持續將任何殘留的物質和/或流體推向地板的特定 區域，以將它集中到一個或多個特定位置，由用戶、機器人和/或其它裝置收集（圖35)。圖 35圖示了根據本發明實施方式的具有再生站的清潔圖案。
[0371] h)其中機器人採用上述清潔方法和/或其它變形中的一種或多種，但進行多次循 環，在多次循環中它改變其在清潔過程中的不同階段的行為，如作為一種實施方式，用一個 系統首先去除汙物，並採用第二系統施加保護性的拋光；和/或上述方法的任何組合。
[0372] 機器人用其中機器人返回允許它更新其清潔機構的一個或多個站的上述方法和/ 或其它變形進行清潔的能力可以包括但不限於：
[0373] 1)卸載收集的汙物、流體、消耗品和/或廢料，2)取新的清潔材料、流體和/或消 耗品，和/或對其電池再充電）和/或返回清潔它最後留下的，或在需要時繼續新的區域； 機器人採用上述方法中的一種進行清潔，並基於覆蓋的區域、操作時間和/或其它措施更 新它自身的清潔機構；和/或上述方法的任何組合。一種實施方式可以類似於在以上在圖 35中展示的方法。
[0374] 2)採用位置信息移動至一個或多個基站的能力，具有或不具有觀察基站的直達電 路，來自相同的房間/區域內和/或來自房間/區域之外，其中機器人可以或可以不進行路 徑規劃技術，以形成至一個或多個基站優化路線。一種實施方式可以包括但不限於其中站 包括位置信號發射器，其使得機器人能夠自動學會所述站的物理位置，和/或如果所述站 從其起始點移開，則允許機器人自動重新校正所述站的物理位置。
[0375] 3)隨機或半隨機地在其中位置信息本地不可用、僅間歇可用和/或不可靠的區域 進行清潔的能力，同時能夠移回位置信息可用的區域。（圖 36展示了其中機器人在其中位 置本地不可用的桌子下面進行清潔的一種實施方式。）圖36圖示了根據本發明實施方式的 在位置信息受限的區域中的半隨機清潔圖案。
[0376] 4)以一定程度的系統覆蓋率在其中位置信息本地不可用、僅間歇可用和/或不可 靠的區域中進行清潔的能力，通過由這些區域相對於一個或多個已知區域的邊界，和/或 通過使用離一個或多個已知位置的距離、方位和/或相對位置的其它測量或估計 （如但不 限於馬達和/或輪子的控制，來自馬達的反饋，裡程表讀數、加速計讀數，羅盤傳感器讀數， fc螺儀傳感器讀數，接近式傳感器讀數，撞擊傳感器讀數，光學流量傳感器讀數，基於視覺 的傳感器讀數，基於聲音的傳感器讀數，衰弱、反射和/或多路信號的信號強度的測量，和/ 或提供相位位置指示的其它系統。），估計這些區域的位置。在與圖36中示出的情況相關 的一種實施方式中，機器人可以在從桌子下面露出的任何適合重新獲取它的位置，並採用 該位置信息通過該上述方法增加桌子下面的覆蓋區域的估計。
[0377] 5)採用位置信息從一個房間向另一個方向和/或從一個區域向另一個區域行進 同時系統地保持清潔合併的區域的能力，其中機器人可以或可以不進行路徑規劃技術、障 礙物和/或敞開區域的映射，和/或用戶在路徑上的輸入，以在不同的房間和/或區域中的 位置之間形成優化的路線。
[0378] 6)從一個房間向另一個房間和/或從一個區域向另一個區域行進的能力，其中位 置信息可以在房間和/或區域之間的過渡區域中連續可用或不可用，其中機器人可以採用 用於在位置信息本地不可用、僅間歇可用和/或不可靠的區域中轉移的一種或多種方法， 通過由這些區域相對於一個或多個已知區域的邊界，和/或通過使用離一個或多個已知位 置的距離、方位和/或相對位置的其它測量或估計（如但不限於馬達和/或輪子的隨機和 /或半隨機探索、控制，來自馬達的反饋，裡程表讀數、加速計讀數，羅盤傳感器讀數，陀螺儀 傳感器讀數，接近式傳感器讀數，撞擊傳感器讀數，光學流量傳感器讀數，基於視覺的傳感 器讀數，基於聲音的傳感器讀數，衰弱、反射和/或多路信號的信號強度的測量，和/或提供 相位位置指示的其它系統。），估計這些區域的位置。
[0379] 7)通過將一個或多個活動裝置放置到為機器人提供一個或多個參考點的輔助系 統以導出其相對位置而擴展覆蓋範圍和/或增強位置估計精度的能力。一種實施方式可以 包括一種系統，其中機器人本身臨時將一個或多個活動和/或物體放置在已知位置處的系 統，並採用這些裝置和/或物體獲取和/或增強特定區域的位置信息，並且可以具有或不具 有重新得到所述裝置以在其它區域中重複該過程的能力。
[0380] 8)採用一個或多個發射信號的起源和/或一個或多個發射信號的反射的檢測在 障礙物附近移動和/或移動通過敞開路徑（如但比限於門口、走廊、家具附近的路徑，等） 的能力，其中原始反射的信號的直接檢測可用或不可用，和/或可以不夠強至提供立即的 和/或可靠的絕對本地位置信息。
[0381] 9)採用一個或多個發射信號的衰弱檢測和/或來自遠離一個或多個信號的源點 的反射與探索行為結合以逐漸向其中信號較強的區域和/或最終前進到信號足夠強以獲 取本地位置信息的能力。
[0382] 10)採用位置信息使得用戶能夠訓練和/或向機器人提供通過邊界、聚焦區域 (如，光點清潔）、將跟隨的特定路徑、將執行的圖案、覆蓋順序、將避開的區域和/或確保 不錯過的區域來幫助限定區域、路徑、行為、優先權和/或用於清潔的技術的其它輸入的能 力。一種實施方式可以包括但不限於使得用戶能夠在訓練周期期間控制機器人的運動和/ 或其它動作的裝置和/或結構，其中機器人記錄位置信息和/或與這些位置的目標清潔行 為相關的其它用戶輸入。這種方法的實施方式可以包括但不限於：指向裝置，其使得用戶 指導機器人到哪裡,其可以包括或不包括向機器人輸入為改為分配不同的清潔行為的其它 命令的裝置；用戶可以保持和/或穿戴、以便機器人可以在用戶移動通過環境時可以跟隨 的裝置；用RF控制器或其它類型的遠程控制控制的機器人的裝置；遠程控制該機器人可以 跟蹤的其它活動機器人或裝置的裝置；和/或其中用戶在機器人記錄其位置和/或目標清 潔行為時在目標區域內到處手動移動機器人。另一組實施方式可以包括其中機器人觀察手 動或遠程控制的第二裝置的運動，並且該機器人記錄第二裝置的運動以學會用於清潔的位 置信息的裝置和/或結構。上述系統的訓練可以包括或不包括多室和/或多區域存儲器系 統，從而訓練信息可以依靠具體的房間和/或區域，其中機器人可以在檢測和/或被指令它 處於某個房間/區域中時訪問訓練信息。
[0383]另一組實施方式可以包括但不限於機器人可以檢測並與其定位系統結合以適應 期清潔行為的一個或多個裝置和/或物體的物理放置，如但不限於限定邊界、限定跟隨方 向、限定避開區域、限定聚焦用於深層清潔的區域、限定採用特定類型的清潔模式（如作為 一種可行的例子僅在某個毛毯區域上進行蒸汽清潔）的區域的裝置。
[0384] 11)採用定位信息使機器人通過探索其跟蹤位置信息的地方併集成環境（如但不 限於：障礙物檢測，地板表面類型，汙染濃度較高的區域，區域之間的通路，關於環境的用戶 輸入，和/或其他措施）的了解以適應其他清潔路線和/或其它操作以為環境優化性能而 了解區域的能力。
[0385] 12)採用定位信息通過機器人的物理定位集成用戶輸入影響機器人如何學習和/ 或更高效和/或有效地學習特定區域的能力。
[0386] a) -種實施方式可以包括但不限於使用戶將機器人放在座位起始點的房間角落 (如底部右角）並將該放置於其機器人從一個角落向另一個角落以從由至左的行進進行清 潔。
[0387] b)另一種實施方式可以包括使用者將機器人放在多個位置中，以在房間邊界、覆 蓋區域、目前起始點和/或清潔方向，和/或清潔時使用的圖案上訓練它。
[0388] 13)集成連接至位置信息的位置確認的能力，如關於它位於的房間的類型（如廚 房、餐廳、其它類型的房間）的輸入，以優化機器人選擇的行為和/或算法，以試圖基於多種 結構模型中的一種和該類型房間的最可能的情況清潔該房間。
[0389] a) -種實施方式可以採用NorthStar發射器的房間ID的選擇（如，通過它的頻 率或其它措施），以指示房間的類型，機器人上的NorthStar傳感器在檢測到信號和房間ID 時據此立刻注意到。在這種情況中，例如，如果指示該房間的房間ID為餐廳，則機器人可以 選擇設計為檢測主餐桌位置、跟蹤桌子整個周邊附近的主清潔路徑，並使用用於清潔桌子 下面（在那裡它希望與桌子和椅子的腿進行接觸）的路線的行為和/或算法。
[0390] 14)使位置信息從一個裝置傳遞至另一個裝置以優化系統性能的能力，通過可以 包括但不限於將定位系統的全部或一部分包含在可以連接至各種機器人、機器人使能的裝 置和/或非機器人裝置的模塊化可拆卸裝置中的措施，以便位置信息和/或來自該模塊的 操作的學習與一個或多個機器人結合，機器人使能的裝置和/或非機器人裝置可以在該模 塊隨後於其它機器人或機器人使能的裝置聯合時使用，如在2008年9月19日遞交的申請 序列號 No. 12/234, 543、名稱為 "Transferrable Intelligent Control Device" 中描述的 那樣，通過引用將其結合於此。
[0391] a)另一種實施方式可以包括但不限於其中用於轉換信息的裝置主要是數字的，而 不是物理的，以便位置信息和/或來自一個或多個機器人的操作的其它學期可以由具有其 它機器人或機器人使能的裝置的電子裝置共享（如通過有線通信、無線通信、電子數據存 儲裝置的使用、通過計算平臺的下載、和/或其它措施），在其中機器人或裝置在相同的環 境中運行但可以進行或不進行類似的任務的情況中。
[0392] b)另一種實施方式可以包括上述相同的方法，但其中所述學習不限於特定環境， 而是可以提供對不同環境中的多個機器人和器人使能的裝置上定位相關行為的更一般的 學習和/或應用，這是通過提煉環境描述和確認最可能成功進行的哪一種行為或行為的組 合和/或預測哪一種行為可以最好地進行給出新的環境、特定的機器人或機器人使能的裝 置平臺，期望的用戶目標、和/或其它情況而完成的。在2005年5月3日授權的美國專利 No. 6, 889, 118中公開了這種技術的描述，通過引用將其結合於此。
[0393] 17)採用位置信息和/或上述能力中的一種或多種以調整兩個或多個機器人上的 行為和/或共同進行一個或多個任務的能力，其可以包括但不限於為每個機器人指定具體 的任務，為每個機器人指定區域，和/或共享所進行的任務信息和/或覆蓋的區域，以使機 器人作為繼承系統而不是獨立的裝置進行運轉。
[0394] 圖37圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式，其包括可以固定 清潔布得清潔墊，但以不同的形狀因素和殼體結構進行。所述墊從輪子向前向外延伸，並且 這種設計允許機器人本體相對於清潔墊的尺寸更大。在本發明的一種實施方式中，殼體內 的其它體積可以容納其它清潔機構，其可以包括採用清潔墊作為進口噴嘴的真空吸塵器。 清潔布可以覆蓋清潔墊下面的全部真空吸塵器進口區域的一部分，以便將汙物吸入作為過 濾器的清潔布中，以添加額外的從地板上去除灰塵、汙物和碎片的能力。在機器人清潔器的 模型中，基於設計是否允許汙物越過清潔墊，機器人可以具有或不具有收集汙物的內部垃 圾箱。
[0395] 圖38和圖46圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的各種實施方式，其採 用水平旋轉刷子作為清潔機構的一部分。機器人清潔器可以包括位於刷子後面用於收集灰 塵、汙物和碎片的收集箱。刷子可以是作為單個元件或以兩個多個部分的形式可拆除的。刷 子可以是一次性的。刷子可以由非編制材料（類似於在其它實施方式中描述的清潔布中的 材料）或作為清潔功能的一部分在刷子本身上收集汙物和灰塵的其它類型的材料構成。 [0 396]圖39和圖40圖不了根據本發明實施方式的機器人清潔器的各種實施方式，其包 括用於保持多個清潔布、清潔墊或其它材料的可受載盤。附圖中的組件與包括位於機器人 的相對端處的滾動刷的機器人集成在一起,但該機構可以與其它機器人本體一起使用。清 潔布可以以各種方式加載到機器人中，包括但不限於將清潔布或清潔墊加載到可受載盤的 頂部，或打開可受載盤上的蓋子將允許使用者將清潔布或清潔墊放在盤中。在機器人清潔 器的模型中，髒或舊的清潔布和清潔墊可以由使用者手動去除，如通過將底部清潔布或清 潔墊從可受載盤的側面扯出，或將清潔布或清潔墊從機器人的底部扯出，留下乾淨和新的 清潔布或清潔墊露出和準備使用。在機器人清潔器的模型中，用於機器人的停泊站可以是 可用的，機器人可以自動與停泊站連接在一起，其中機器人到停泊站中的進入點包括方向 齒或某種類型的夾取表面，從而當機器人退出停泊站時從機器人上拉掉底部清潔墊，因此 提供了自動去除清潔布或清潔墊的措施。
[0397]圖41圖不了根據本發明實施方式的機器人清潔器的各種實施方式，其包括各種 結構的真空吸塵器和收集箱。在該結構中包括清潔墊，設置在真空吸塵器的進口區域的後 面，以允許所述墊拾取真空吸塵器可能已經錯過的灰塵、汙物和碎片。在機器人清潔器的模 型中，機器人的高度可以延伸，以為真空系統提供更多的空間，提供電池和箱空間，以提供 更好的真空強度和碎片容量。在機器人清潔器的模型中，收集箱是透明的，以允許使用者^ 易看到機器人到達其最大保持容量，並需要倒空所述箱，不要求使用者手動打開和/或去 除所述箱以檢查器狀態。 t〇398] 圖42、圖44和圖47圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的各種實施方式， 其採用沿著機器人外面安裝的一個或多個垂直定向的硬毛刷。機器人清潔器可以包括用於 存儲機器人用擦洗刷分配使用的清潔流體。機器人清潔器可以包括用於存儲已經由機器人 上的其它機構從地板上拾取的用過的清潔流體和汙物的第二容器箱。在機器人清潔器的模 型中，可以使用不同結構的刷子和地板溶液，如使用一個刷子擦，另一個刷子旋轉墊子擦亮 地板。在機器人清潔器的模型中，不同的溶液可以分配到不同的刷子機構內火附近，如靠近 擦洗刷的清潔溶液和磨光刷或墊需要的上蠟溶液。
[0399] 圖43圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的各種實施方式，其包括水平 定向的旋轉刷子，其具有位於刷子上方的噴嘴，該噴嘴將清潔流體分配到刷子前方的區域 中。這種機器人清潔器的模型可以被編程以驅動至某個位置，隨後在噴霧之前退回固定的 距離，以確保機器人不噴射到靠近清潔區域的牆壁或地板的其它表面上，如地毯。
[0400] 圖45圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的實施方式，其中機器人為圓 形形式並包括垂直定向的圓形刷子，其作為環延伸至機器人周邊之外並圍繞機器人的中心 軸線旋轉。為了最大化刷子的範圍，機器人的輪子和其它機構放在刷子的環內。在機器人清 潔器的模型中，刷子可以在所有側邊露出，部分如圖45中示出的那樣露出，如在機器人的 前面，或者完全由機器人的殼體覆蓋。在機器人清潔器的模型中，可以使用反向旋轉刷子， 其中一個或多個刷子嵌入沿相反方向行進的另一個刷子的環內。在其中刷子的一部分在人 的側面露出的機器人清潔器的模型中，刷子可以以它們延伸越過外機器人殼體周邊和能夠 與側面障礙物和牆壁接觸的區域的方式傾斜，用於提供除地板表面清潔之外的側面清潔。
[0401] 圖47圖示了根據本發明實施方式的具有垂直定向安裝的外擦洗刷的不同結構的 機器人清潔器的各種實施方式。在機器人清潔器的模型中，一個或多個擦洗刷單元可以與 機器人主體分離，用於獨立使用。這可以包括其中可分離的刷子單元具有自身的殼充電電 池，其向刷子功能提供動力同時與機器人主體分離。可分離刷子單元中的電池能夠在連接 至機器人主體時從主機器人上充電，以及連接至機器人主體能夠由主機器人的動力系統使 用。可分離刷子單元和機器人主體之間的控制接口可以允許主機器人在連接時控制可分離 刷子單元的功能。在機器人清潔器的模型中，可分離刷子可以設計為手動使用，如手持推動 的刷子。在機器人清潔器的模型中，可分離刷子單元可以具有其自己的用於自主操作的控 制系統。為了支持自主操作，可分離刷子單元還可以具有其自己的用於定位的裝置，其可以 包括但不限於：採用清潔刷的選擇移動刷子單元，採用嵌入清潔刷單元的輪子移動和控制 刷子單元，和/或這兩種方法的組合。在機器人清潔器的模型中，機器人主體可以發射使得 可分離刷子單元能夠遠離和返回機器人主體移動以自主分離和重新連接的信號或信號組。 在機器人清潔器的模型中，可分離刷子單元可以發射使得機器人主體能夠確定可分離刷子 單元的相對位置並遠程發送命令以控制可分離刷子單元的運動的信號或信號組。在本發明 的殼替換實施方式中，類似的系統可以用於主機器人，以控制可以構造為具有多種清潔功 能的一個或多個遠程清潔裝置。
[0402] 圖37圖示了根據本發明實施方式的機器人清潔器的各種實施方式，其包括可以 保持清潔布的清潔墊。真空軟管可以安裝在機器人的外面，向上引向與地板表面平齊的前 方進氣口。多個軟管可以用來在進氣口橫截面內提供更均勻的溶液分布。清潔墊、清潔布 或其它清潔材料可以與或不予真空功能結合使用。
[0403] 可以在硬體或軟體或二者的組合（如，可編程邏輯陣列）中實現本發明。除非另 有說明，包括為本發明的一部分所的算法不是固有地與任何特定的計算機或其它設備相關 聯。特別地，各種通用機器可以與根據在此的教導寫入的程序一起使用，或者他可以更便於 構建更專用的設備（如，集成電路），以執彳丁特定的功能。因此，本發明可以以在~'個或多 個可編程計算機系統中執行的一個種或多種電腦程式執行，每個可編程計算機系統包括 至少一個處理器、至少一個數據存儲系統（其可以包括易失和非易失性存儲器和/或存儲 元件），至少一個輸入裝置或埠、以及至少一個輸出裝置或埠。程序代碼應用於輸入數 據，以進行在此描述的功能，並產生輸出信息。輸出信息以熟知的方式應用於一個或多個輸 出裝置。
[0404] 每種這種程序可以以任何期望的計算機語言（包括機器、彙編，或高級程序、邏 輯、對象面向目標程式語言）實現，以與計算機系統通信。在任一種情況中，所述語言可以 為已編譯語言或解釋語言。
[0405] 每種這種電腦程式優選存儲在或下載至通用或專用可編程計算機可讀的存儲 介質或裝置（如，固態存儲器或介質，或磁或光學介質），用於在存儲介質或裝置由計算機 系統讀取時配置和運行計算機，以進行在此描述的程序。獨創性的系統還可以認為作為計 算機可讀存儲介質而實現，用電腦程式配置，其中如此配置的存儲介質使計算機系統以 特定和預定的方式運行，以進行在此描述的功能。
[0406] 已經描繪了本發明的多種實施方式。然而，將會理解，在不偏離本發明的精神和範 圍的前提下可以進行多種修改。例如，上述步驟的一些可以是順序獨立的，因此可以以不同 於所描述的順序進行。因此，其它實施方式在接下來的權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種自主操作刷子單元，用於清潔表面，所述自主操作刷子單元包括： 用於自主操作的控制系統； 用於移動的裝置，所述用於移動的裝置包括外部安裝的垂直定向的清潔刷，其中清潔 刷的旋轉移動刷子單元；和 可充電電池，所述可充電電池向刷子功能提供動力。
2. 根據權利要求1所述的刷子單元，還包括： 清潔箱，用於存儲由垂直定向的清潔刷分配的清潔流體；和 分配箱，用於存儲分配的清潔流體和由刷子單元收集的汙物。
3. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷包括第一清潔刷和第二清 潔刷。
4. 根據權利要求3所述的刷子單元，其中第一清潔刷在與第二清潔刷相反的方向上旋 轉。
5. 根據權利要求3所述的刷子單元，其中第一清潔刷和第二清潔刷在相同方向上旋 轉。
6. 根據權利要求3所述的刷子單元，其中第一清潔刷和第二清潔刷垂直於刷子單元的 運動方向對齊。
7. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷的每一個使用具有硬毛刷 或者拋光墊的刷子配置。
8. 根據權利要求7所述的刷子單元，其中清潔溶液最接近硬毛刷分配，且上蠟溶液最 接近拋光墊分配。
9. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷使用不同的刷子配置。
10. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷使用相同的刷子配置。
11. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷能夠從刷子單元拆卸。
12. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷連接有多個清潔布。
13. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中垂直定向的清潔刷成角度使得垂直定向的 清潔刷延伸越過刷子單元的周邊並能夠與側面障礙物接觸以提供側面清潔。
14. 根據權利要求1所述的刷子單元，其中控制系統還包括微控制器，所述微控制器與 多個傳感器通信且控制刷子單元的運動。
15. 根據權利要求14所述的刷子單元，還包括加速計，以檢測刷子單元的運動的變化， 並與微控制器相互作用以確認所述變化。
16. 根據權利要求14所述的刷子單元，還包括陀螺儀，以檢測刷子單元的方位變化並 與微控制器相互作用，其中微控制器利用對應於方位變化的信息以控制刷子單元的運動。
17. 根據權利要求14所述的刷子單元，還包括墜下傳感器，以向微控制器指示刷子單 元下的表面已經下落預定的距離。
18. 根據權利要求14所述的刷子單元，還包括安裝在刷子單元的感測障礙物的側面上 的撞擊傳感器。
19. 根據權利要求14所述的刷子單元，其中微控制器執行導航軟體以確定刷子單元的 運動。
【文檔編號】A47L11/00GK104248395SQ201410458774
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2009年4月24日 優先權日:2008年4月24日
【發明者】麥可·杜利, 保羅·皮爾金南, 尼克拉·羅曼諾夫, 丘力虎, 恩裡科·迪貝爾納多, 麥可·斯託特, 加布裡埃爾·布裡森 申請人:艾羅伯特公司