机器人清洁器坐标修正方法及机器人清洁器系统

摘要

一种参照充电站的绝对坐标，使用角度传感器的机器人清洁器的坐标修正方法，修正机器人清洁器的坐标，以改进机器人清洁器按路径行驶。该机器人清洁器在充电站处于待用模式；而移动到工作区域以执行给定的工作。当确定积累的角度超过预定的水平时，机器人清洁器停止给定的工作，并返回充电站。机器人清洁器的当前坐标以充电站的参考坐标被校准，而机器人清洁器移动到它返回充电站前所在的先前地点，并从停止处继续给定的工作。

说明书

相关申请的参照

当前申请要求具有2004年10月12日提出的第2004-81200号韩国专利申请的权利，其公开内容通过参考并入这里。

技术领域

本发明涉及自动工作的机器人清洁器，更具体地讲，本发明涉及用于自动机器人清洁器的坐标修正方法。

背景技术

机器人清洁器通常使用安装在主体上的诸如超声传感器的传感器或根据用户的输入信息确定目标区域。然后，机器人计划清洁工作的最有效路径。根据计划，机器人行驶并驱动吸尘部件以从地面吸入灰尘。

一种使这种机器人清洁器沿计划的路径移动的方式是：机器人清洁器使用绝比对坐标系计算当前的位置。另一种方法是：机器人清洁器根据使用相对于清洁区域的参考位置的行驶路径和旋转角度的相对坐标系行驶。

根据使用绝对坐标系的一个实例，机器人清洁器通过CCD摄像机捕获诸如吊灯的天花板上的物体，或分离地安装在天花板上的位置识别标志的图像，并根据所捕获的图像相应地探测其当前位置。然而，由于要求系统快速处理大量数据，使用CCD摄像机会导致成本较高的问题。

根据使用相对坐标系的一个实例，机器人清洁器配置有一个行驶距离传感器以及可以探测机器人清洁器旋转角度的角度传感器。编码器通常被用作行驶距离传感器以探测轮子的旋转圈数，而能够探测相对角度的陀螺仪传感器通常被用作角度传感器。由于机器人清洁器可以根据需要以精确的角度旋转，所以当使用陀螺仪传感器时很容易进行控制。然而，这种陀螺仪传感器通常具有范围为5％到10％的探测误差，而随着机器人清洁器重复旋转操作，由于探测误差的积累会出现问题。因此，机器人清洁器就不能精确地依照计划的路径行驶。

图1以非常夸大的方式显示了机器人清洁器由于陀螺仪传感器误差而偏离计划的路径。机器人清洁器1从开始点S出发而根据计算直接行驶到地点A。使用陀螺仪传感器，机器人清洁器1旋转了90°，按照计算直接行驶，而到达地点B。此时，机器人清洁器1错过了期望的目的地，即地点B，而到达地点B’。使用陀螺仪传感器，机器人清洁器1旋转了90°，按照计算直接行驶，而感知已到达地点C。然而，又由于陀螺仪传感器的探测误差，机器人清洁器1实际上并没有按照计划的路径行驶，而到达了偏移的位置C’。随着探测误差的积累，在地点C，C’处的偏差比在地点B，B’处的更大。带有增加的陀螺仪感器的探测误差，该机器人清洁器1顺序地运动经过地点D，E，F和G。结果，随着它进一步地操作，机器人清洁器1偏离计划的路径越来越远。当机器人清洁器1完成清洁操作时，则还会剩下未被清洁的特定区域。

发明内容

本发明的开发目的在于解决与传统安排相关的上述缺点和其它问题。本发明一方面提供了修正机器人清洁器的坐标系统的方法，以便机器人清洁器可以使用诸如陀螺仪传感器(gyro sensor)的角度传感器有效地按照计划的行驶方向行驶。

本发明的另一方面在于提供使用坐标修正方法的机器人清洁器，以便机器人清洁器可以使用诸如陀螺仪传感器的角度传感器有效地按照计划的行驶方向行驶。

通过提供机器人清洁器坐标修正方法，实质上可以实现本发明的上述方面与/或其它特征，该方法包括：待用或待机步骤，其中机器人清洁器在充电站处于待用模式；操作步骤，其中机器人清洁器运动到工作区域以执行给定的工作；返回步骤，其中当确定累积的角度超过预定的水平时，机器人清洁器停止给定的工作，并返回充电站；坐标修正步骤，其中利用充电站的参考坐标修正机器人清洁器的当前坐标；以及工作再继续步骤，其中机器人清洁器运动到它返回充电站前所在的先前地点，并继续给定的工作。

该坐标修正步骤包括如下步骤：使用多个距离传感器，根据充电站的参考坐标对机器人清洁器进行定位；以及将机器人清洁器的当前坐标修正为机器人清洁器的原点。

该充电站包括以相对于机器人清洁器在其上运动的地板实质上垂直的关系设置的参考板。

根据本发明的一个方面，提供一种机器人清洁器系统，包括：充电站；以及机器人清洁器，包括：多个距离传感器；以及通过使用多个距离传感器，用于将其坐标修正充电站的参考坐标。

多个距离传感器被并排设置，其发射部沿实质上相对于机器人清洁器的驱动轴垂直关系被校准。多个距离传感器沿直线设置，其前侧实质平行于驱动轮的轴。

该充电站包括以实质上相对于机器人清洁器在其上运动的地板垂直的关系设置的参考板。

该控制部控制以便：当确定积累的角度超过预定的水平时，机器人清洁器停止给定的工作，并返回充电站；以及通过使用多个距离传感器，以充电站的参考坐标校准机器人清洁器的当前坐标；而机器人清洁器的当前坐标被修正为原点。

采用根据本发明的机器人清洁器的坐标修正方法，当积累的角度传感器误差超过预定水平时，机器人清洁器的原点参照充电站的坐标系被重新校准。相应地，角度传感器的积累误差可以被周期性地修正为“0”，而因此改善了机器人清洁器依路径行驶能力。

因此，采用根据本发明的机器人清洁器，因为当积累的角度传感器误差超过预定水平时，利用机器人清洁器的距离传感器，机器人清洁器的原点能够参照充电站的坐标系被重新校准，因此改善了机器人清洁器依路径行驶能力。

附图说明

参照附图，通过对本发明的特定实施例的描述，本发明上述方面和特性将会更加清楚，其中：

图1为显示为机器人清洁器计划的工作路径以及随着机器人清洁器运动而按其行驶的偏移路径；

图2为使用根据本发明的一个实施例的坐标修正方法的机器人清洁器的框图；

图3为图2的机器人清洁器的仰视图。

图4为显示根据本发明的一个实施例的机器人清洁器的坐标修正方法的流程图；

图5为显示机器人清洁器的运动路径的视图，用于解释根据本发明一个实施例的机器人清洁器的坐标修正方法；

图6为显示使用根据本发明的一个实施例的坐标修正方法的机器人清洁器系统的平面视图；和

图7为图6的机器人清洁器系统的侧视图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的特定实施例。

在下述描述中，即使在不同附图中，同样的附图标号用于同样的部件。在描述中所说明的内容，例如详细结构和部件，仅用于辅助全面理解本发明。因此，很明显，本发明在没有这些确定的内容的情况下也可以实现。此外，由于对已知功能或结构进行不必要的详细描述会使本发明不清楚，所以未对其进行详细描述。

参照图2和图3，根据本发明的一个实施例的机器人清洁器10包括：吸尘部20；传感器部30；前摄像机41；上摄像机42；驱动部50；发射/接收部60；电源70；存储装置81；以及控制部80，所有这些部分均设置在主体11上的适合位置。

只要可以有效地从正在清洁的表面吸入含尘空气，吸尘部20可以被设置成多种形状。在一个实例中，吸尘部20可包括：吸气电机；利用来自吸气电机的吸力吸入含尘空气的吸尘刷；和设置在吸气电机与吸尘刷之间的灰尘室。灰尘室具有分别与吸尘刷和吸尘电机相互连接的吸入端口和排放端口。因此，空气经吸入端口被吸入，灰尘在灰尘室处被分离出来，而清洁的空气经排出端口被排出。

传感器部30包括：能够探测出到充电站100(参见图6)的距离的距离传感器32；可以探测出机器人清洁器10已经行驶距离的行驶距离传感器33；以及能够探测出机器人清洁器10的旋转角度的角度传感器31。

当机器人清洁器10旋转以改变行驶方向时，使用角度传感器31。更具体地讲，角度传感器31探测相对于当前行驶方向机器人清洁器10的旋转角度。陀螺仪传感器可以被优选地用作角度传感器31。

在主体11的前侧上可以安装多个距离传感器32以测量到充电站100的距离。如图3所示，所述多个距离传感器32可被这样安排：其发射部32a实质上垂直于连接轮轴的假想直线57，而更具体地讲，垂直于连接两个轮52的轴的中点的直线。从正视图看，该多个距离传感器32被以规则间隔平行安排。同样优选地，连接距离传感器32的前侧的假想直线37与连接轮52的轴的中点的假想直线57平行，以便距离传感器32的发射部32a的发射侧可以离轮52同样的距离。在如图3所示的具有两个距离传感器32的机器人清洁器10中，且其中：轮52的轴与发射部32a为垂直关系；而连接发射部32a的前侧的直线37与轮52的轴为平行的关系，当两个距离传感器32相对于充电站100的参考板130(参见图6)传感的距离相同时，机器人清洁器10相对于充电站100的参考板130成直角。换言之，机器人清洁器10的x-y坐标系15与充电站100的x-y坐标系统105(参见图6)为平行关系。

任何能够向外部发送输出信号、接收自一个对象反射的信号并根据所接收的信号测量到该对象的距离的传感器，均可以用作距离传感器32。例如，可以使用具有发射红外光的发光元件和接收反射的红外光的光接收元件的红外传感器。作为选择，发射激光束和接收反射的激光束以测量距离的激光传感器也可以被用作距离传感器32。如果有多个用作障碍物传感器的红外传感器或超声传感器，通过按照对距离传感器32的要求安装传感器，这些传感器中的一些可以被用作距离传感器32。

旋转传感器也可被用作行驶距离传感器33。例如，用于探测电机的旋转数的编码器可以被用作旋转传感器。因此，控制部80使用由编码器传感的旋转数可以计算出机器人清洁器10的行驶距离。

前视摄像机或视摄像机41被安装在主体11上以拍摄机器人清洁器10前的图像，并将捕获的图像输出到控制部80。上视摄像机或上摄像机42被安装在主体11上以拍摄机器人清洁器10上方的图像，并将捕获的图像输出到控制部80。前和上摄像机41和42均可以优选的为CCD摄像机。根据出现的需求，前和上摄像机41和42被有选择地安装。例如，通过探测充电站100上的识别标志(未示出)，前摄像机41可以被用于检查充电站100的位置，而通过探测充电站100上方的标志(未示出)，上摄像机42可以被用于检查充电站100的位置。

该驱动部50包括：形成在前侧两端的两个驱动轮52；形成在后侧两端的两个从动轮53；用于分别驱动前侧的两个驱动轮52的一对驱动电机51；以及将驱动轮52的驱动力传送到从动轮53而安装的驱动力传送装置55。该驱动力传送装置55可包括牙轮皮带(同步皮带)和皮带轮。此外，驱动力传送装置55可以由齿轮形成。该驱动轮52可被安装以便其中心轴能成一直线。根据控制部80的控制信号，驱动部50的各个驱动电机51独立地向前或向后旋转。通过分别可变地控制驱动电机51的旋转数，可以改变行驶的方向。

该发射/接收部60经天线61发出数据，并将来自天线61的信号传送到控制部80。因此，经发射/接收部60，机器人清洁器10可以与外部装置90发送和接收信号。外部装置90可包括安装有能够通过其对机器人清洁器10进行监控或控制的程序的计算机系统或遥控器。

电源70包括在其中存储从充电站100的电力端子120供应的电力的可充电电池。电源70将电力供应到机器人清洁器10的各个部件，以便机器人清洁器10可以自动行驶和工作。

控制部80用于处理经发射/接收部60接收的信号，并控制机器人清洁器10的各部以根据指示工作。该控制部80控制以便机器人清洁器10使用障碍物传感器(未示出)沿墙壁或障碍物运动，确定清洁工作的区域，并将确定的区域存储在存储装置81中。机器人清洁器的工作区域也可以通过用户输入存储在存储装置81中。对于存储在存储装置81中的操作区域，控制部80计算机器人清洁器10能够最有效地行驶并进行被指示的操作的行驶路线。然后，该控制部80使用行驶距离传感器33和角度传感器31控制驱动部50和灰尘吸入部20，以便机器人清洁器10沿行驶路径行驶，并进行诸如清洁的被指示的操作。当完成所指示的操作时，或当需要充电时，控制部80控制驱动部50，以便机器人清洁器10可以返回到充电站100。使用通常已知的位置识别方法和前摄像机、上摄像机或超声摄像机，控制部80控制以便机器人清洁器10可以返回到充电站100。由于这已为人所知，这里将不再详细描述。

在机器人清洁器10根据指示行驶和工作的同时，该控制部80将机器人清洁器10的旋转角度相加，以获得累积总和，而当累积的总和超过预定值时，该控制部80停止工作。然后，该控制部80控制驱动部50将机器人清洁器10返回到充电站100，并使用多个距离传感器32，控制以便机器人清洁器10被定位在对应于由充电站100的x-y坐标系105设置的参考坐标的坐标中。然后，该控制部80将机器人清洁器10的当前坐标修正到原点。

如上构造的机器人清洁器10与充电站100共同组成了机器人清洁器系统。参照图6和图7，充电站100包括：被固定到地板101上的外壳110；被安装在外壳110一侧并与普通电源连接以供应电力的电源端子120；以及以与充电站100被安装处的地板101实质上垂直关系设置的参考板130。该参考板130的尺寸可以反射来自机器人清洁器10的多个距离传感器32的所有信号。安装充电站100处的地板101优选为平坦的，以便机器人清洁器10可以使用距离传感器32测量出到参考板130的距离，并精确地修正坐标。

现在，将参照图4到图7详细地描述机器人清洁器的坐标修正方法。更具体地讲，坐标修正方法将参照特定实例进行描述，其中机器人清洁器10在清洁工作期间进行坐标修正。

首先，机器人清洁器10在充电站100处于待用状态(步骤S10)；该机器人清洁器10存储清洁操作的区域，并已完成对指定区域进行有效清洁工作的行驶路径的计算。

一接收到启动信号，机器人清洁器10便从充电站100出发，沿计划的路径行驶，并进行清洁工作(步骤S20)。通过使用行驶距离传感器33和角度传感器31，控制部80控制驱动部50，以便机器人清洁器10可以按照计划行驶的路径行驶。参照图5，从充电站100出发的机器人清洁器10移向地点A，利用行驶距离传感器33感应机器人清洁器10是否到达地点A。当机器人清洁器10到达地点A时，通过使用角度传感器31，机器人清洁器旋转90°以对应下一条行驶路径。接下来，机器人清洁器10直接向地点B运动，并通过行驶距离传感器33，检验它是否到达地点B。当到达地点B时，通过使用角度传感器31，机器人清洁器旋转90°以面对下一目标地点C。然后，通过使用行驶距离传感器33和角度传感器31，控制部80控制驱动部50，以按照计划行驶的路径行驶。

该控制部80控制驱动部50，以便机器人清洁器10沿计划的路径行驶，并周期性地检验机器人清洁器10的累积旋转角度是否超过预定程度。该累积旋转角度是指，在工作期间，随着机器人清洁器10旋转，经角度传感器31传感的机器人清洁器10的旋转角度的总和。例如，参照图5，在地点C处，机器人清洁器10的累积旋转角度为180°，该值为在地点A处的90°与地点B处的另一个90°相加的结果。

相应地，该控制部80累加每次机器人清洁器10旋转时使用角度传感器31感应到的机器人清洁器10的旋转角度；存储所获得的旋转角度的累积总和；以及将旋转角度的累积总和与预定累积旋转角度进行比较。该预定累积旋转角度可以由使用者设置。然而，只要不使角度传感器31的累积误差影响到机器人清洁器10的工作，而后来会导致要被清洁的区域的特定地点未被清洁，该预定累积旋转角度被优选地尽可能高地设置。因此，需要根据角度传感器31的精度和吸尘部30的清洁效率合适地设置预定累积旋转角度。

当累积的旋转角度超过预定值时，控制部80停止清洁工作，并控制驱动部50以将机器人清洁器10返回到充电站100(步骤S30)。例如参照图5，如果预定累积旋转角度为630°，当机器人清洁器10到达地点H时，控制部80就停止清洁工作，并控制机器人清洁器10以返回充电站100。此时，该控制部80使用主体11的超声波传感器或上摄像机或前摄像机以将机器人清洁器10返回到充电站100。

当机器人清洁器10到达并在充电站100中时，控制部80修正坐标，以便：机器人清洁器10的x-y坐标系15能够与充电站100的x-y坐标系105平行；而x-y坐标系15的原点能够与自充电站100的x-y坐标系105的原点预定距离处的参考坐标对应或一致(步骤S40)；该参考坐标为以充电站100的位置作为原点的绝对坐标系。该参考坐标可以由使用者事先设置。上述操作包括：操作，其中通过使用多个距离传感器32，机器人清洁器10的控制部80控制以与充电站100的参考板130垂直的关系校准机器人清洁器10；以及操作，其中机器人清洁器10的当前坐标被修正为充电站100的参考坐标。

以下，将更详细地描述：通过使用两个距离传感器32，控制部80以与充电站100的参考板130垂直的关系校准机器人清洁器10的操作。

当机器人清洁器10返回到充电站100时，使用两个距离传感器32，控制部80探测到参考板130的距离d1和d2，并确定所探测的距离d1和d2是否相同。如果两个距离传感器32所探测的距离d1和d2彼此不同时，控制部80控制驱动部50，以便由两个距离传感器32感应的距离d1和d2能够相同。因此，机器人清洁器10的x-y坐标系15变得与充电站100的x-y坐标系统105平行。接下来，控制部80控制驱动部50，以便探测的距离d1和d2能够如预定。因此，机器人清洁器10的x-y坐标系15的原点0与充电站100的x-y坐标系统105的参考坐标对准。相应地，由于控制部80重新将机器人清洁器10设置到原点，坐标修正结束。由于机器人清洁器10返回到充电站100，而参照用作绝对坐标系的充电站100的坐标系统，重新校准了原点，所以由于角度传感器31的错误探测而累积旋转角度的误差变为0。

当完成坐标修正时，控制部80控制驱动部50，以便机器人清洁器10可以运动到它在运动到充电站100前所处的位置。例如，参照图5中的实例，其被控制以便机器人清洁器10可以返回到地点H。更具体地讲，根据其位置信息，控制部80重新计算到先前工作地点的路径，并通过使用行驶距离传感器33和角度传感器31，返回机器人清洁器10。当机器人清洁器10返回到先前的工作地点时，机器人清洁器10按照最初计划的路径再继续过去停止的工作。利用以几个典型实施例描述的本发明，在角度传感器31的累积误差产生不被清洁的区域前，机器人清洁器10返回到充电站100并修正到原点。相应地，当机器人清洁器执行清洁工作时，角度传感器31的积累误差可以保持在预定水平之下。因此，由于机器人清洁器10无偏差地在计划行驶的路径中执行清洁工作，就能够完全清洁整个工作区域。

前述实施例和优点仅用于说明，而不是限制本发明。本发明的思想能够容易地应用于其它类型的设备。并且，对本发明的实施例的描述只是为了说明，而不是限制权利要求的范围，许多变动、修改和变化对本领域所属技术人员而言是很明显的。