一种机器人的制约装置和制约的系统和方法

摘要

本发明提供一种机器人的制约装置，包括便携式外壳，安装在所述便携式外壳内的信号接收装置和信号发射装置，所述信号接收装置包括至少两个横向设置的朝向所述便携式外壳前方并分别在预定位置和角度范围内接收信号的信号接收单元；所述信号接收装置和所述信号发射装置电连接，以设定所述信号发射装置响应于所述信号接收装置的某一事件而与所述机器人进行通信。本发明还提供采用上述制约装置的制约的系统和方法，包括上述制约装置和机器人。本发明提供的机器人制约装置和制约的系统和和方法，不仅可实现制约机器人在特定的物理空间中工作，且具有省电和可降低突发事件导致机器人脱离原来的物理空间的概率的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人的制约装置和制约的系统和方法。

背景技术

“机器人”是在不需要用户操纵的情况下在工作区内移动，同时执行工作任务。例如机器人清洁器执行诸如但不限于从地板吸取灰尘、杂质或类似物的清洁操作；家庭机器人监视器执行家庭监控；自走式移动装置执行特定任务等。

在使用机器人执行任务时，有时候需要将机器人制约在特定的物理空间中工作。专利号为ZL03103510.9的发明专利公开了一种用于机器人的定位和制约的方法及系统，该专利采用一便携式障碍信号传送器沿一轴发射制约射束，当机器人检测到该制约射束，则回避该制约射束，从而将机器人约束在特定的物理空间内，但是该便携式障碍信号传送器在机器人工作时需要持续不断地发送制约射束，因此耗电量较大；若用户在使用的的时候忘记关掉开关，则，电量很快就会消耗完；另，当机器人在移动到制约射束处时，若便携式障碍信号传送器与机器人之间出现了障碍物，例如此时正好有人或宠物走过，遮挡了障碍信号，导致机器人无法接收到制约射束，使得机器人越过制约射束，脱离了原来的物理空间进入到下一个物理空间工作。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种机器人的制约装置和制约的系统和方法，本发明具有省电且可降低突发事件导致机器人脱离原来的物理空间的概率的优点。

本发明是这样实现的：

一种机器人的制约装置，包括便携式外壳、安装在所述便携式外壳内的用于接收机器人发射的信号的信号接收装置，和用于与机器人进行通信的信号发射装置，所述信号接收装置包括至少两个横向设置的朝向所述便携式外壳前方并分别在预定位置和角度范围内接收信号的信号接收单元；所述信号接收装置和所述信号发射装置电连接，以设定所述信号发射装置响应于所述信号接收装置的某一事件而与所述机器人进行通信。

上述制约装置与机器人配合使用时，将所述制约装置放置在预定空间的开放边缘处（例如房间的门口处），机器人上设有信号发射装置，由于所述制约装置前端的信号接收单元横向设置且分别在预定位置和角度范围内接收信号，因此，当机器人移动到制约装置前方时，所述制约装置前端的信号接收单元先后接收到所述机器人发射的信号，当第N（N>1）个信号接收单元接收到机器人发射的信号后，则所述制约装置的信号发射装置发射一信号给所述机器人，使得所述机器人执行回避动作，返回预定空间继续执行任务。从而将所述机器人限制在预定空间内执行任务。其中，制约装置的信号发射装置给机器人发射信号的的条件是，先后有两个信号接收单元接收到机器人发射的信号。由于所述制约装置在没有接收到所述机器人的信号时，处于休眠或待机状态，没有发射任何信号，只有当接收到机器人的信号并满足一定的条件后才可能发射信号给所述机器人，发射信号后，又可以恢复到休眠状态，因此耗电量很少。

若机器人位于制约装置前方时，有障碍物挡在所述制约装置和所述机器人之间，使得机器人发射的光线只能在一个很小的角度被所述第一个接收单元接收到，机器人继续向前移动时，在一段时间内，第一个信号接收单元和第二个信号接收单元均可能无法接收到机器人发射的信号，机器人再往前移动时，接近第二个信号接收单元的可接收信号的边缘时，机器人发射的信号有可能被第二个信号接收单元接收到，从而使得所述制约装置的信号发射装置向所述机器人发射信号，使得所述机器人执行回避动作返回所述预定空间继续执行任务。从而降低突发事件导致机器人脱离原来的物理空间的概率。当然，如果障碍物太大，机器人发射的信号将无法被制约装置接收。因此在障碍物比较小，且存在时间很短的情况下（例如人或者宠物正好经过机器人与制约装置之间时），本发明提供的技术方案可以有效降低突发事件导致机器人脱离原来的物理空间的概率。

具体地，所述便携式外壳前端对应于每个信号接收单元前端设有狭缝，以限制在预定位置和角度范围内的信号经过所述狭缝后被所述信号接收单元接收。所述狭缝内壁设有斜向所述便携式壳体前端的反射板，以防止超出预定范围内的信号经狭缝内壁反射后被所述信号接收单元接收。

进一步地，所述制约装置顶端设有与所述制约装置上的信号发射装置电连接的全向信号接收装置，所述全向信号接收装置用于接收机器人发射的与之对应的短距离信号。若接收到机器人发射的与之对应的所述短距离信号，则可触发所述制约装置的信号发射装置给机器人发射无线信号，使得所述机器人远离所述制约装置，从而避免所述机器人与所述制约装置发生碰撞。

具体地，所述信号接收单元为光波接收单元或超声波接收单元，所述信号发射装置为无线通信装置。无线通信装置可以为单向或双向的无线通信装置。

本发明还提供一种机器人的制约系统，包括上述制约装置和机器人，所述机器人上设有与所述制约装置上的信号接收单元对应的全向信号发射装置，和与所述制约装置上的信号发射装置进行通信的信号接收装置，所述制约装置上靠近所述机器人一侧的第一个信号接收装置首先接收到机器人发射的信号，所述制约装置上第N个信号接收单元接收到所述机器人发射的信号后，所述制约装置上的信号发射装置发射无线信号，使得机器人执行回避动作以返回预定区域继续执行任务，其中所述N大于1。

进一步地，在一种实施例中所述制约装置上第一个接收到机器人发射的信号的信号接收装置触发所述制约装置上的信号发射装置给机器人发射无线信号以告知所述机器人已进入限制边缘，所述机器人接收到所述制约装置发射的无线信号后保持匀速前进或减速前进或以预设速度前进。

进一步地，该制约系统中制约装置的顶端设有与所述制约装置上的信号发射装置电连接的全向信号接收装置，所述机器人上的全向信号发射装置发射一对应于所述制约装置前端的信号接收单元的长距离信号和一对应于所述制约装置顶端的全向信号接收装置的短距离信号，所述制约装置顶端的全向信号接收装置接收到所述机器人上的全向信号发射装置发射的短距离信号后，所述制约装置上的信号发射装置给所述机器人发射无线信号，使得所述机器人远离所述制约装置。

本发明还提供一种机器人的制约方法，所述制约方法用于上述制约系统中，包括以下步骤：a.在预定区域的开放边缘处放置所述制约装置，使得所述制约装置前端的信号接收单元与预定区域的开放边缘对齐；b.令所述机器人在预定区域内执行任务，所述机器人上的信号发射装置不断发射全向信号；c.当所述机器人运行到预定开放边缘处时，所述机器人发射的信号被所述制约装置前端的信号接收单元先后接收到，当所述信号接收装置的第N个信号接收单元接收到信号后，所述制约装置上的信号发射单元给所述机器人发射无线信号，使得所述机器人执行回避动作以返回预定区域继续执行任务，其中N大于1。

进一步地，上述方法还包括以下步骤：c1.当所述机器人发射的信号被所述制约装置前端的第一个信号接收单元接收到后，所述制约装置上的信号发射单元给所述机器人发射无线信号，使得所述机器人匀速前进或减速前进或以预设速度前进。

进一步地，上述方法中，所述制约装置顶端设有与所述制约装置上的信号发射装置电连接的全向信号接收装置，所述机器人上的全向信号发射装置发射一对应于所述制约装置前端的信号接收单元的长距离信号和一对应于所述制约装置顶端的全向信号接收装置的短距离信号，所述制约方法还包括：所述制约装置顶端的全向信号接收装置接收到所述机器人上的全向信号发射装置发射的短距离信号后，所述制约装置上的信号发射装置给所述机器人发射无线信号，使得所述机器人远离所述制约装置。

上述方法中，当所述机器人收到执行回避动作的信号后，若此时机器人已经完成了对预定区域的清扫，则所述机器人对接收到的信号不做响应，而是按照预设程序执行其他任务。

在另一种实施例中，当所述机器人收到执行回避动作的信号后，若此时机器人已经完成了对预定区域的清扫，则所述机器人向制约装置发送一无线信号，使得所述制约装置恢复初始状态。

由上述内容知，本发明提供的机器人的制约装置和制约的系统和方法，不仅可实现制约机器人在特定的物理空间中工作，且具有省电和可降低突发事件导致机器人脱离原来的物理空间的概率的优点。

附图说明

图1是本发明一种实施例提供的制约装置的结构示意图；

图2a和图2b是图1所示的制约装置的俯视平面结构示意图；

图3、图4和图5是一种实施例中机器人与制约装置组成的制约系统的示意图；

图6是一种实施例中制约装置的工作流程示意图；

图7和图8是一种实施例中机器人与制约装置组成的制约系统中有障碍物阻挡时的示意图；

图9是一种实施例中机器人与制约装置组成的制约系统的示意图；

图10是一种实施例中机器人与制约装置组成的制约系统的示意图；

图11是一种实施例中制约装置的工作流程示意图；

图12是一种实施例中制约装置的工作流程示意图；

图13是另一种实施例提供的制约装置的结构的示意图；

图14是另一种实施例中机器人与制约装置组成的制约系统的示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1、图2a、图2b和图3，本实施例提供一种机器人的制约装置100，包括便携式外壳101，安装在所述便携式外壳101内的用于接收机器人200发射的信号的信号接收装置102，和用于与机器人200进行通信的信号发射装置103，所述信号接收装置102包括两个横向设置的朝向所述便携式外壳101前方并分别在预定位置和角度范围内接收信号的信号接收单元1021和1022，所述信号接收装置102和所述信号发射装置103电连接；以设定所述信号发射装置103响应于所述信号接收装置102的某一事件而与所述机器人200进行通信。

本实施例中，设定所述信号发射装置103在第二个接收到信号的信号接收单元1022接收到机器人发射的信号（即上文所述的“某一事件”）后与所述机器人200进行通信。其中，当机器人200经过所述便携式外壳101前方时，第一个接收到所述机器人200发射的信号的信号接收单元为第一个信号接收单元，以此类推，第N（N>1）个接收到所述机器人200发射的信号为第N（N>1）个信号接收单元。

所述便携式外壳101前端对应于每个信号接收单元1021和1022的前端设有狭缝1023和1024，以限制在预定位置和角度范围内的信号经过所述狭缝1023或1024后被所述信号接收单元1021或1022接收。所述狭缝1023和1024的内壁设有斜向所述便携式壳体前端的反射板1025，以防止超出预定位置和角度范围内的信号经所述狭缝1023或1024的内壁反射后被所述信号接收单元1021或1022接收。

图2a中，虚线所示的区域分别为信号接收单元1021和1022接收到信号的预定位置和角度范围，即，在所示区域内发射的全向发射信号（这里的全向发射信号是指在水平方向上360度扩散发射的信号），可以被相对应的信号接收单元1021或1022接收到。

如图2b中，两个信号接收单元1021和1022的接收信号的区域可形成A、B、C、D四个区域，当机器人如图中空心箭头指示的方向移动时，信号接收单元1021最先接收到机器人发送的信号，可将其定义为第一信号接收单元，信号接收单元1022第二个接收到机器人发射的信号，可将其定义为第二信号接收单元。当机器人在B区时，两个信号接收单元1021和1022均无法接收的到机器人发射的信号；当机器人在C区时，两个信号接收单元1021和1022均可接收的到机器人发射的信号；当机器人在D区时，仅有信号接收单元1022接收到机器人发射的信号。信号发射装置103响应于所述信号接收装置100的两个信号接收单元先后接收到机器人200发射的信号（即“某一事件”）而与所述机器人200进行通信。若只有一个信号接收单元接收到机器人发射的信号，则制约装置100上的信号发射装置103将不会发射令机器人200执行回避动作的信号。具体地，机器人在A区或B区时，制约装置100上的信号发射装置103将不会发射令机器人200执行回避动作的信号，只有机器人在C区或D区时制约装置100上的信号发射装置103才会发射令机器人200执行回避动作的信号。

如图3、图4和图5所示，上述制约装置100与机器人200配合使用时，组成一种机器人的制约系统。将所述制约装置100放置在预定空间的开放边缘300处（例如房间的门口处，图中用虚线表示），机器人200上设有全向信号发射装置201，图中机器人200上的空心箭头表示机器人正常移动时的前进方向,。全向信号装置201设置在机器人200顶部前端。为了使得当机器人200在开放空间300的边缘301附件处发射的信号能被制约装置100更容易接收到，因此本实施例中机器人200的信号发射装置201采用全向信号发射装置，由于全向信号发射装置201在专利号为ZL03103510.9的发明专利中已有采用（该专利中附图标记为44的区域即为附图标记为34的第二红外发射器发射的全向信号发射装置形成的信号区），本实施例在此不作详细说明。在别的实施例中，就图4来说，若采用定向的信号发射装置，例如采用大体上朝向右侧发射信号的信号发射装置，则需要将所述制约装置100放置于机器人的右侧。由于所述制约装置100前端的信号接收单元1021和1022横向设置且分别在预定位置和定角度范围内接收信号，因此，当机器人200移动到制约装置100前方时，所述制约装置100前端的信号接收单元1021和1022先后接收到所述机器人200发射的信号（本实施例中信号接收单元1021先接收到信号），当信号接收单元1022接收到机器人200发射的信号后，则所述制约装置100的信号发射装置103发射一无线信号给所述机器人200，使得所述机器人200执行回避动作，返回预定空间继续执行任务。从而将所述机器人200限制在预定空间内执行任务。信号发射装置103给机器人200发送的无线信号，可以是经调制的，可以被机器人200识别的一串数据，机器人200识别该数据后，可对应到机器人的内部程序算法，从而执行该程序算法执行回避动作。机器人200执行的回避动作，可以是专利ZL03103510.9中已描述的回避动作。或者其他该专利中未描述的其他可使得机器人200最终返回预定空间内的回避动作。

如图6所示。所述制约装置100在没有接收到所述机器人200的信号时，处于休眠或待机状态，没有发射任何信号，只有当N（N>1）个信号接收单元（本实施例中第N个信号接收单元是1022）接收到机器人200的信号后才发射信号给所述机器人200，发射信号后又可以恢复到休眠或待机状态，因此耗电量很少。

本发明实施例中制约装置100在某一事件发生时给机器人200发射无线信号，可以仅发送一次后恢复到休眠或待机状态，也可以在该某一事件持续发生的的情况下，持续发送信号。

本发明中所述的制约装置100处于休眠或待机状态时，制约装置上的信号接收单元依然处于可接收信号的状态。

如图7和图8所示，若机器人200位于制约装置100前方时，有障碍物挡在所述制约装置100和所述机器人200之间，使得机器人200发射的光线只能在一个很小的角度被所述第一个接收单元1021接收到，机器人200继续向前移动时，在一段时间内，第一个信号接收单元1021和第二个信号接收单元1022均无法接收到机器人200发射的信号；机器人200再往前移动，接近第二个信号接收单元1022的可接收信号范围的边缘时，机器人200发射的信号有被第二个信号接收单元1022接收到，从而所述制约装置100的信号发射装置103向所述机器人200发射无线信号，使得所述机器人200执行回避动作返回所述预定空间300继续执行任务。从而降低突发事件导致机器人200脱离原来的物理空间的概率。当然，如果障碍物太大，机器人200发射的信号将无法被制约装置100接收。制约装置100将失去原有功能。因此在障碍物比较小，且存在时间很短的情况下（例如人或者宠物正好经过机器人与制约装置之间时），本发明提供的技术方案可以有效降低突发事件导致机器人200脱离原来的物理空间的概率。

进一步地，如图9所示，在一种改进实施例中，所述制约装置100顶端设有与所述制约装置100上的信号发射装置103电连接的全向信号接收装置105。由于全向信号接收装置105在专利号为ZL03103510.9的发明专利中已有描述（该专利中附图4即全向信号接收装置的结构示意图），本实施例在此不作详细说明。所述机器人200上的全向信号发射装置201发射一对应于所述制约装置100前端的信号接收单元1021和1022的长距离信号202和一对应于所述制约装置100顶端的全向信号接收装置105的短距离信号203所述全向信号接收装置105用于接收机器人200发射的与之对应的短距离信号203。若接收到机器人200发射的与之对应的所述短距离信号203，则所述制约装置100的信号发射装置103给机器人200发射无线信号，使得机器人200远离所述制约装置100，从而避免机器人碰撞到制约装置100而改变其位置。所述机器人200可通过掉头转向驶离制约装置100，也可以后退远离所述制约装置100。这里所述的长距离信号202至少可以覆盖到预定空间的边缘长度，使得该长距离信号可以被制约装置100前端的信号接收单元接收到；通常长距离信号可以设置为3~5米；短距离信号203的范围可以设置为当机器人200与制约装置100邻近时至少能覆盖到全向信号接收装置105，以避免碰撞。通常短距离信号可以设置为0.3~0.5米。

具体地，所述信号接收单元1021和1022为与机器人200的信号发射单元201发射的信号类型对应的信号接收单元，本实施例中，机器人200上的信号发射装置201为红外信号发射装置，因此，制约装置100上的信号接收单元1021和1022为红外信号接收单元。所述信号发射装置103为2.4G无线通信装置。为降低成本，本实施例中无线通信装置为单向通信装置，即，信号发射装置103可以给机器人200发射信号，而无法实现机器人200给信号发射装置103发送无线信号。

在别的实施例中，机器人200上的信号发射装置201还可以为超声波发射装置，相应的，制约装置100上的信号接收单元1021和1022为超声波接收单元。在别的实施例中，无线通信装置也可以为双向通信装置以实现更复杂的程序算法；也可以采用wifi、蓝牙和现有的无线通信技术。

进一步地，如图10所示，在一种实施例中，所述制约装置100上第一个接收到机器人200发射的信号的信号接收装置1021（对应于机器人在图2b中的A区时）可触发所述制约装置100上的信号发射装置103给机器人200发射无线信号以告知机器人200已进入预定空间300的边缘301附近，随后所述机器人200保持匀速前进或减速前进或以预设速度前进，从而避免机器人在进入限制边缘时速度太快而冲出预定空间300。图11所示为制约装置100在这种状态下的工作流程图，初始状态下，制约装置处于休眠或待机模式（这种状态下耗电很少），当第一个信号接收装置1021接收到机器人200发射的信号（即“某一事件”发生），则触发信号发射装置103给机器人200发射无线信号1（机器人接收到该信号后保持匀速前进或减速前进或以预设速度前进），当第二个信号接收装置1022接收到机器人发射的信号（即另一“事件”发生），则信号发射装置103给机器人200发射无线信号2（机器人接收到该信号后执行回避动作返回预定空间）。

在某种情况下，若机器人200因为速度太快而冲出了预定区域的边缘，但是，在冲出预定空间前，第二个接收到机器人200的信号的信号接收单元1022已经触发所述信号发射装置103给机器人200发射无线信号，因此，在这种情况下，机器人200仍然可以回到预定空间内。

如图12所示，可以设置制约装置100根据机器人200在返回预定空间时，机器人200发射的信号是否再次被之前第一个接收到信号的信号接收装置1021接收到来确定机器人是否返回到预定空间300内，当制约装置100确定机器人200已返回制约空间300，则停止向机器人200发送无线信号，重新进入休眠模式，以节省电量。

如图13所示，在另一种实施例中，提供一种制约装置100’。与前面的实施例不同的是，该制约装置100’包括3个信号接收单元，即，比图1和图2所示的制约装置100增加了一个信号接收单元1022’。如图14所示，接收单元1022’的作用与前述的实施例中1022的作用类似，当机器人200发射的信号被接收单元1022’接收到，且在此前已有信号接收单元1021或1022接收到机器人发射的全向信号，则所述制约装置100的信号发射装置103给机器人发送无线信号，使得机器人200执行回避动作，返回预定空间内。

综上所述可总结出本发明提供的一种机器人的制约方法，所述制约方法用于上述制约系统中，该制约方法包括以下步骤：a.在预定空间300（例如房间）的开放边缘301处放置所述制约装置100，使得所述制约装置100前端的信号接收单元与预定区域的开放边缘平齐；b.令机器人200在预定空间300内执行任务，机器人上200的信号发射装置201不断发射全向信号；c.当机器人200运行到预定空间300的开放边缘301附近处时，机器人200上发射的信号被所述制约装置100前端的信号接收单元先后接收到，当所述信号接收装置100的第N（N>1）个信号接收单元接收到所述机器人200发射的信号后，所述制约装置100上的信号发射单元103给所述机器人200发射无线信号，使得所述机器人200执行回避动作以返回预定区域继续执行任务。

进一步地，参照图10和图11，上述方法还包括以下步骤：c1.当所述机器200上发射的信号被所述制约装置100前端的第一个信号接收单元1021接收到后，所述制约装置100上的信号发射单元103给所述机器人200发射无线信号，使得所述机器人200匀速前进或减速前进或以预设速度前进。

进一步地，上述方法中，所述制约装置100顶端设有与所述制约装置100上的信号发射装置103电连接的全向信号接收装置105，所述机器人200上的全向信号发射装置201发射一对应于所述制约装置100前端的信号接收单元的长距离信号202和一对应于所述制约装置100顶端的全向信号接收装置105的短距离信号203，所述制约方法还包括：所述制约装置100顶端的全向信号接收装置105接收到所述机器人200上的信号发射装置201发射的短距离信号203后，所述制约装置100上的信号发射装置103给所述机器人200发射无线信号，使得所述机器人200远离所述制约装置100。

上述方法中，当所述机器人200收到执行回避动作的信号后，若此时机器人200已经完成了对预定空间的任务，则所述机器人200对接收到的信号不做响应，而是按照预设程序执行其他任务。在这种情况下，可以在机器人200与制约装置100之间设置双向无线通信装置，使得机器人200可以发送无线信号给制约装置，使得制约装置100重新进入休眠模式。当机器人200离开已完成任务的空间，则制约装置100可以限制其再次进入已完成任务的空间，而只能留在未执行完任务的空间。

由上述内容知，本发明提供的机器人的定位和制约的系统和方法，不仅可实现制约机器人在特定的物理空间中工作，且具有省电和可降低突发事件导致机器人脱离原来的物理空间的概率的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限定本发明，本领域技术人员还可以根据以上实施例的描述做出若干演变；凡在本发明的构思内所做的修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围内。

本发明附图旨在便于说明技术方案的原理和过程的示意图，图中比例可能与文字描述或实际产品不符，但是不影响本发明技术方案的表达。图示的产品、尺寸、比例等并不用于限定本发明。