CN100411827C - 能够指定移动区域的机器人系统 - Google Patents

Abstract

提供了能够使用在地面上印刷的信息指定移动区域并在该范围内移动同时跟踪所印刷的信息的自主移动机器人系统。该机器人系统包括遥控器(100)以及自主移动机器人机体(200)。遥控器(100)在存储器(130)中存储从机器人机体(200)无线接收的地面坐标信息，在显示单元上显示该信息，将由用户输入的一系列坐标信息单元设置为移动区域坐标信息，并且将移动区域坐标信息发送到机器人机体。机器人机体(200)读取印刷在地面上的坐标信息，从所读取的信息中抽取全部坐标信息，将该全部坐标信息作为地面坐标信息无线的发送到遥控器(100)，读取印刷在地面上的坐标信息，并且当跟踪从遥控器无线接收的移动区域坐标信息时在地面上移动。

Description

能够指定移动区域的机器人系统

技术领域

本发明涉及自主移动机器人系统，更具体涉及能够使用印刷在地面上的信息指定移动区域，并在移动区域内移动同时跟踪印刷在地面上的信息的自主移动机器人。

背景技术

为工业的目的开发了机器人，并被用作工业自动化的一部分。机器人还被用来代替人类在人类不能进入的极端环境下收集信息。迅速地发展了机器人技术并应用于最先进的空间开发工业。近来，甚至开发了对人类友好的家用机器人。对人类友好的家用机器人的典型例子是清洁机器人系统。

图1是通用清洁机器人的外部视图。

如图1所示，在通用清洁机器人的机器人机体外壳20的前和后部分上设置第一传感单元30。第一传感单元30通过发射超声波并接收从障碍物反射的超声波检测障碍物。在第一传感单元30的下面，在机器人机体外壳20的前和后部分的每个上设置约两个接触条31a。耦合到接触条31a的传递构件31b延伸进入机壳20的内部。接触条31a沿外壳20的圆柱形表面弯曲。接触条31a还被称为“接触传感器”，由于它们感测它们直接接触的障碍物。

在通用清洁机器人的外壳20的下部左和右部分上设置驱动轮40，使得清洁机器人可以自由移动。通过远程控制信号实现清洁机器人的自动移动，该远程控制信号从遥控器50发送，由在外壳20上的远程控制接收机60接收，并传送到控制机器人的操作的控制器以驱动轮子40。

使用采用磁带的方法和采用单独的红外光束发射机的方法来限制如上所述配置的通用清洁机器人的自动移动。

前一个方法通过将磁带贴在地面上并将霍尔传感器贴在清洁机器人机体上来限制机器人机体的移动。后一个方法以这样一种方式来限制机器人机体的移动，即红外光束发射机用来发送红外光束并且防治机器人机体在红外光束的反方向上移动。

然而，前一种方法必须使用磁带。这增加了清洁机器人系统的费用。安装磁带有许多限制，因为磁带影响电的家用电气、电卡片等。

后一种方法在经济上不是有效的，因为其需要额外购买红外光束发射机，并且必须定期的更换红外光束发射机的电池。

发明内容

因此，鉴于上述问题而提出本发明，本发明的目标是提供允许用户使用遥控器容易地设置移动区域而不需要单独的例如红外光束发射机设备，并且不会使得用户不方便的自主移动机器人系统，以使得机器人机体能够在设置的移动区域内移动。

本发明的另一个目标是提供自主移动机器人系统，其中获得印刷在地面上的坐标信息，并将其发送到可用作遥控器的设备，而且机器人机体在从该设备发送的所限定移动区域内移动。

本发明的还一个目标是提供自主移动机器人，其中使用具有局域通信功能的便携设备来指定清洁范围，并且清洁机器人机体清洁该清洁范围，同时在该清洁范围内移动。

根据本发明的一个方面，通过提供自主移动机器人系统实现上述和其他目标，该自主移动机器人系统包括：遥控器，用于执行与自主移动机器人机体的无线通信；以及自主移动机器人机体，用于从遥控器无线接收的远程控制信号中抽取移动区域坐标信息，读取在地面上印刷的坐标信息，并且当跟踪在地面上的所抽取的移动区域坐标信息时移动，该自主移动机器人机体包括印刷信息读取器，用来读取印刷在地面上的坐标信息；移动区域坐标信息抽取单元，用于从无线地接收的远程控制信号中抽取移动区域坐标信息；移动开始点设置单元，用于从包含在所抽取的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中定位相邻坐标信息单元，并将所定位的坐标信息单元设定为移动开始点；以及坐标信息跟踪单元，用于控制电机的操作，使得机器人机体移动到移动开始点并且在移动区域内移动同时跟踪在移动区域内出现的坐标信息。

由于机器人机体定位并移动到包括在从遥控器发送的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中靠近其当前位置的坐标信息单元，并且在该移动区域内移动同时跟踪在移动区域内出现的坐标信息，可以方便地限制机器人机体的移动，而不需要单独的设备并且不会导致用户的不便。

根据本发明的另一方面，提供一种自主移动机器人系统，包括：遥控器，用来在存储器中存储从自主移动机器人机体无线接收的地面坐标信息，在显示单元上显示该地面坐标信息，将由用户输入的一系列坐标信息单元设置为移动区域坐标信息，并将移动区域坐标信息发送到自主移动机器人机体；以及自主移动机器人机体，用于读取印刷在地面上的坐标信息，从所读取的信息中抽取全部坐标信息，将所抽取的全部坐标信息作为地面坐标信息无线的发送到遥控器，读取印刷在地面上的坐标信息，并且当跟踪在地面上的从遥控器无线接收的移动区域坐标信息时移动；该自主移动机器人系统还包括地面坐标信息抽取单元，用于从通过印刷信息读取器读取的坐标信息中抽取在地面上垂直和水平印刷的坐标的信息(在下文中，称为全部坐标信息(n×m))；以及地面坐标信息发射机，用于通过无线通信单元将所抽取的全部坐标信息发送到遥控器。

由于可以将包括在地面上垂直和水平印刷的坐标信息单元的总数的全部坐标信息发送到遥控器，遥控器可以在存储器中存储该全部坐标信息，并且当设定移动区域时使用它，使得可以适宜的适应例如地面置换的情形。

此外，由于全部坐标信息可以无线的发送到能够与机器人机体通信的便携式设备中，便携式设备可用作能够设定移动区域的遥控器，使得可以正常控制机器人机体的移动，而不管遥控器的丢失或损坏。

附图说明

可以从下面结合附图的详细说明中更加清楚地理解本发明的上述和其他目标、特性和其他优势，其中：

图1是通用清洁机器人的外部视图；

图2是根据本发明的实施例的自主移动机器人系统的框图；

图3是在如图2所示的遥控器100的显示单元上显示的条形码(barcode)的位置；

图4示出根据本发明的实施例在地面上实际印刷的条形码的位置；以及

图5示出根据本发明的实施例的自主移动机器人系统如何读取印刷在地面上的条形码。

具体实施方式

现在，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在下面对本发明的说明中，将省略在此引用的公知功能和结构的说明，当它会使本发明的主题事件不清楚时。

图2是根据本发明的实施例的自主移动机器人系统(更具体的，清洁机器人系统)的框图。图3是在如图2所示的遥控器100的显示单元上显示的条形码的位置，以及图4示出根据本发明的实施例在地面上实际印刷的条形码的位置。图5示出根据本发明的实施例的自主移动机器人系统如何读取印刷在地面上的条形码。

如图2所示，根据本发明的实施例的清洁机器人系统主要包括清洁机器人机体200以及远程控制清洁机器人机体200的遥控器100。

遥控器100可以是清洁机器人机体200的附件，或可以是例如移动电话或具有例如蓝牙模块的局域通信模块的PDA的便携/移动通信终端。在某些情况下，遥控器100可以是家庭网络设备，例如具有无线LAN模块或Zigbee模块并且因此可以与机器人机体200通信的数字TV或中央对讲机。

如图2所示，遥控器100基本上包括无线通信模块125、存储器130、显示单元、数字输入单元、以及控制器115。无线通信模块125与机器人机体200通信。存储器130存储印刷在地面的坐标信息。显示单元显示坐标信息。数字输入单元允许用户设定移动区域。控制器115控制这些组件存储并显示坐标信息，并且发送由用户选择的移动区域的坐标信息。

例如，无线通信模块125根据系统，可以实施为红外线发射机、例如蓝牙模块或Zigbee模块或其他的无线局域通信模块。存储在存储器130中的坐标信息具体是关于在地面上竖直和水平印刷的坐标信息单元的信息。更具体，该坐标信息是全部地面坐标信息(n×m)，其为由管理者输入或改变并存储在存储器130中的值，或者从机器人机体200发送并存储在存储器130中的值。在图2中，用触摸屏105示例用于显示坐标信息的显示单元，以及用包括多个按键以及触摸屏105的按键输入单元示例用于设定移动区域的数据输入单元。上面没有说明的输入位置检测单元110检测在触摸屏105上输入的移动区域指定位置。在控制器115的控制下，将通过位置检测单元110检测的移动区域指定位置发送为移动区域坐标信息。在控制器115的控制下，在存储器130中存储并管理从机器人机体200发送的全部地面坐标信息(n×m)。

现在将给出清洁机器人机体200的说明，由如上所述构造的遥控器100控制其移动。

作为通用机器人机体，根据本发明的实施例的自主移动机器人机体200包括传感器单元210，具有用于感测障碍物和悬崖的多个传感器。为了机器人机体200的移动，该自主移动机器人还包括左/右轮电机驱动单元220以及旋转量探测器(例如，旋转计数器)230。左/右轮电机驱动单元220根据从下文所述的机体控制器240接收的驱动控制信号驱动左和右轮电机M。旋转量探测器230分别耦合到左和右轮，以检测左和右轮的旋转量，然后将对应于旋转量的旋转数目的数据回馈到机体控制器240。

根据本发明的实施例的清洁机器人200还包括用于与遥控器100无线通信的无线通信单元240。如上为遥控器100所述，该无线通信模块250可实施为红外线发射机，例如蓝牙模块、无线LAN模块或Zigbee模块或其他的无线局域通信模块。当然，无线通信模块250还可以包括符合不同通信协议的各种通信模块以与各种设备通信。

清洁机器人200还包括印刷信息读取器260。印刷信息读取器260安装在机体200的下部，如图5所示，以读取用无色或隐显墨水印刷的坐标信息，该墨水当接收从光发射单元260’发射的光时产生颜色。用2维条形码B表示每个坐标信息单元，如图4所示。当然，可以用其他格式例如通用条形码印刷坐标信息。

控制器240根据存储在存储器270中的控制程序数据控制机器人机体200的操作。例如，控制器240根据如图2所示的多个程序模块或单元241-245控制机器人机体200的操作。

具体的，移动区域坐标信息抽取单元241从通过无线通信模块250接收的远程控制信号中抽取移动区域坐标信息。

移动开始点设置单元242从包含在由移动区域坐标信息抽取单元241所抽取的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中定位相邻坐标信息单元，并将所定位的坐标信息单元设定为移动开始点。

坐标信息跟踪单元243控制左和右轮电机M的操作，使得机体200移动到由移动开始点设置单元所设置的移动开始点，并且机体200在移动区域内移动同时跟踪在移动区域内出现的所有坐标信息。

除了移动区域坐标信息抽取单元241、移动开始点设置单元242以及坐标信息抽取单元243之外，还可以通过包括地面坐标信息抽取单元244和地面坐标信息发送单元245，来实现清洁机器人机体200的系统。地面坐标信息抽取单元244从由印刷信息读取器260读取的地面坐标信息中抽取坐标信息单元的全部坐标信息(n×m)，其在地面上竖直和水平的印刷。地面坐标信息发送单元245通过无线通信模块250将所抽取的全部地面坐标信息发送到遥控器100。

仅接收移动区域的坐标信息，并在移动区域内移动同时跟踪在移动区域内出现的坐标信息的机器人机体，可以被认为是根据本发明的第一实施例的自主移动机器人系统。

包括具有存储在地面印刷的全部坐标信息(n×m)的存储器的遥控器100以及由遥控器控制的机器人机体的机器人系统，可以被认为是根据本发明的第二实施例的自主移动机器人系统。

其中机器人机体获取在地面印刷的全部坐标信息(n×m)并将其发送到遥控器100的机器人系统，可以被认为是根据本发明的第三实施例的自主移动机器人系统。

现在将参照附图详细说明根据本发明的实施例的自主移动机器人系统的操作。

首先，将给出清洁机器人机体200如何获得并将在地面上垂直和水平印刷的全部坐标信息(n×m)发送到遥控器100的说明。

用户将清洁机器人机体200放置在地面300上，如图4所示，并使用遥控器100移动机器人机体200。假设在地面上垂直和水平的印刷了6×4个2维条形码B(即，以6×4矩阵)。还假设该2维条形码包含它们自己的位置坐标信息，例如第一个坐标(1，1)，第二个坐标(1，2)，...，和第24个坐标(4，6)，以及印刷在地面上的条形码的全部坐标信息(n×m)。即，每个坐标信息单元(即，每个条形码)包括其位置坐标信息和全部坐标信息。

当机器人机体200在上述假设下在地面300上移动时，机器人机体200可以通过安装在机器人机体200的底部的光发射单元260’和印刷信息读取器260读取印刷在地面300上的坐标信息单元(即，2维条形码)，如图5所示。具体的，当光发射单元260’在电能施加到光发射单元260’时发出特定波长范围的光时，通过印刷信息读取器260检测到2维条形码，该2维条形码被化学处理以使得响应于特定波长范围而产生颜色。将所检测的条形码信息传送到地面坐标信息抽取单元244。然后地面坐标信息抽取单元244从所检测的条形码(坐标)信息中抽取印刷在地面上的坐标信息单元的全部坐标信息，并将所抽取的全部坐标信息传送到地面坐标信息发送单元245。然后地面坐标信息发送单元245无线地将所抽取的全部坐标信息发送为地面坐标信息。

从清洁机器人机体200无线发送的地面坐标信息由在遥控器100中的无线通信模块125接收，然后在控制器100的控制下存储在存储器130中。

将给出如何使用从清洁机器人机体200接收地面坐标信息的遥控器100或者具有其中由制造商、管理者等存储地面坐标信息的存储器130的遥控器100来指定移动区域，以及清洁机器人机体200如何在所指定的移动区域内移动的说明。

当用户想要指定移动区域时，用户指示遥控器100显示地面坐标信息。然后遥控器100中的控制器115读取并在用作显示单元的触摸屏105上显示在存储器130中存储的地面坐标信息。在图3中说明了在触摸屏105上显示的坐标信息的实例。如果如图2所示在触摸屏105上显示n×m地面坐标信息单元，用户可以输入位置以在触摸屏105上指定移动区域。还可以使用方向或数字键输入用于指定移动区域的位置。在本发明的实施例中，假设用第1、第6、第19和第24坐标信息单元指定移动区域。

一旦用户如上所述输入位置以指定移动区域，输入位置检测单元110检测并将移动区域指定位置信息传送到控制器115。然后控制器115将移动区域指定位置信息设置为移动区域坐标信息并通过无线通信模块125将其发送到清洁机器人机体200。

将从遥控器100无线发送的移动区域坐标信息作为部分远程控制信号，通过机器人机体200的无线通信模块250传送到坐标信息抽取单元241。移动区域坐标信息抽取单元241从无线接收的远程控制信号中抽取移动区域坐标信息，并将其传送到移动开始点设置单元242。移动开始点设置单元242从包含在所抽取的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中定位靠近当前位置的坐标信息单元，并将所定位的坐标信息单元设定为移动开始点。例如，当由印刷信息读取器269当前读取的坐标信息是(2，2)并且所接收的移动区域坐标信息单元是(1，1)、(1，6)、(4，1)以及(4，6)时，移动开始点设置单元242将坐标(1，1)设置为移动开始点的坐标。

当设置了移动开始点时，坐标信息跟踪单元243控制电机的操作，使得机体200向移动开始点移动。当机器人机体200移动到移动开始点时，坐标信息跟踪单元243控制电机的操作，使得机体200在由用户设定的移动区域内移动，同时跟踪在设定的移动区域内出现的所有坐标信息单元。

因此，清洁机器人机体200可以正常的清洁由用户指定的范围。

假设遥控器100和清洁机器人机体200构成单独的自主移动机器人系统而说明了本发明的实施例。然而，不是清洁机器人机体200的附件的移动通信终端或能够执行无线局域通信的家庭网络设备也可以被设置成遥控器100并与清洁机器人机体200结合以构成单独的自主移动机器人系统。这是可能的，因为符合不同的通信协议的电的家用电器或具有无线局域通信模块的通信设备或例如移动电话或PDA的移动通信，可以根据上述的操作原理控制清洁机器人机体200的移动。

如从上面说明明显可知，根据本发明的机器人系统具有各种优势。例如，机器人机体定位并移动到在包括在从遥控器发送的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中靠近其当前位置的坐标信息单元，并在该移动区域内移动同时跟踪在移动区域内出现的坐标信息单元，使得可以方便的限制机器人机体的移动，而不需要单独的装置并且不给用户带来不便。

而且，由于可以将包括在地面上垂直和水平印刷的坐标信息单元的总数的全部坐标信息发送到遥控器，遥控器可以将该全部坐标信息存储在存储器中并且当设置移动区域时使用，使得可以适宜的适应例如地面替换的情形。

此外，由于可以无线的将全部坐标信息发送到能够与机器人机体通信的便携设备中，便携设备可用作能够设置移动区域的遥控器，使得可以正常的控制机器人机体的运动，而不管遥控器的丢失或损坏。

尽管为了示例的目的说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员将明白，可以有上述实施例的各种变形以及其他等效实施例，而不背离如所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神。

Claims (12)

1. 一种自主移动机器人系统，包括：

遥控器(100)，用于执行与自主移动机器人机体(200)的无线通信；以及

自主移动机器人机体(200)，用于从遥控器(100)无线接收的远程控制信号中抽取移动区域坐标信息，读取在地面上印刷的坐标信息，并且当跟踪在地面上的所抽取的移动区域坐标信息时移动；

其中自主移动机器人机体(200)包括：

印刷信息读取器(260)，用于读取在地面上印刷的坐标信息；

移动区域坐标信息抽取单元(241)，用于从无线的从遥控器(100)接收的远程控制信号中抽取移动区域坐标信息；

移动开始点设置单元，用于从包含在所抽取的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中，将最靠近自主移动机器人机体(200)的坐标信息单元设定为移动开始点；以及

坐标信息跟踪单元(243)，用于控制电机的操作，使得自主移动机器人机体(200)移动到移动开始点，然后当跟踪在地面上的移动区域坐标信息时移动。

2. 如权利要求1所述的自主移动机器人系统，其中遥控器(100)抽取并显示多个先前存储的在地面上印刷的坐标信息单元，将由用户输入的一系列坐标信息单元设置为移动区域坐标信息，并且将移动区域坐标信息发送到自主移动机器人机体(200)。

3. 如权利要求1或2所述的自主移动机器人系统，其中在地面上印刷的坐标信息包括多个坐标信息单元以及每个坐标信息单元包括在地面上印刷的坐标信息单元的全部坐标信息和该坐标信息单元的位置坐标信息。

4. 如权利要求1或2所述的自主移动机器人系统，其中自主移动机器人机体(200)还包括：

地面坐标信息抽取单元(244)，用于从由印刷信息读取器(260)读取的坐标信息中抽取在地面上印刷的多个坐标信息单元的全部坐标信息；以及

地面坐标信息发送单元(245)，用于通过无线通信模块(250)将所抽取的全部坐标信息作为地面坐标信息发送到遥控器(100)。

5. 如权利要求1或2所述的自主移动机器人系统，其中遥控器(100)包括：

无线通信(125)模块，用于执行与自主移动机器人机体(200)的无线通信；

存储器(130)，用于存储在地面上印刷的坐标信息；

显示单元，用于显示坐标信息；

数字输入单元，用于接收由用户输入的用于设定移动区域的信息；以及

控制单元(115)，用于控制遥控器(100)的整体操作以存储并显示坐标信息，并且将坐标信息无线发送到自主移动机器人机体(200)。

6. 如权利要求5所述的自主移动机器人系统，其中数字输入单元包括触摸屏(105)和按键输入单元(120)的一个或两个。

7. 如权利要求6所述的自主移动机器人系统，其中遥控器(100)还包括：

输入位置检测单元(110)，用于将在触摸屏(105)上输入的位置检测为用来指定移动区域的位置，并将移动区域指定位置信息输出到控制单元(115)。

8. 一种自主移动机器人系统，包括：

遥控器(100)，用来在存储器(130)中存储从自主移动机器人机体(200)无线接收的地面坐标信息，在显示单元上显示该地面坐标信息，将由用户输入的一系列坐标信息单元设置为移动区域坐标信息，并将移动区域坐标信息发送到自主移动机器人机体(200)；以及

自主移动机器人机体(200)，用于读取印刷在地面上的坐标信息，从所读取的信息中抽取全部坐标信息，将所抽取的全部坐标信息作为地面坐标信息无线的发送到遥控器(100)，读取印刷在地面上的坐标信息，并且当跟踪在地面上的从遥控器无线接收的移动区域坐标信息时移动；

其中自主移动机器人机体(200)包括：

印刷信息读取器(260)，用于读取在地面上印刷的坐标信息；

地面坐标信息抽取单元(244)，用于从由印刷信息读取器(260)读取的坐标信息中抽取在地面上印刷的多个坐标信息单元的全部坐标信息；

地面坐标信息发送单元(245)，用于通过无线通信模块(125)将所抽取的全部坐标信息作为地面坐标信息发送到遥控器(100)；以及

移动开始点设置单元，用于从包含在从遥控器(100)无线接收的移动区域坐标信息中的多个坐标信息单元中，将最靠近自主移动机器人机体(200)的坐标信息单元设定为移动开始点；以及

坐标信息跟踪单元(243)，用于控制电机的操作，使得自主移动机器人机体(200)移动到移动开始点，然后当跟踪在地面上的移动区域坐标信息的同时移动。

9. 如权利要求8所述的自主移动机器人系统，其中在地面上印刷的坐标信息包括多个坐标信息单元以及每个坐标信息单元包括在地面上印刷的坐标信息单元的全部坐标信息和坐标信息单元的位置坐标信息。

10. 如权利要求8或9任何一个所述的自主移动机器人系统，其中遥控器(100)包括：

无线通信模块(125)，用于执行与自主移动机器人机体(200)的无线通信；

存储器(130)，用于存储从自主移动机器人机体(200)无线接收的地面坐标信息；

显示单元，用于显示地面坐标信息；

数字输入单元，用于接收由用户输入的用于设定移动区域的信息；以及

控制单元(115)，用于控制遥控器(100)的整体操作以存储并显示坐标信息，并且将坐标信息无线发送到自主移动机器人机体(200)和从自主移动机器人机体(200)无线接收坐标信息。

11. 如权利要求10所述的自主移动机器人系统，其中数字输入单元包括触摸屏(105)和按键输入单元(120)的一个或两个。

12. 如权利要求11所述的自主移动机器人系统，其中遥控器(100)还包括：

输入位置检测单元(110)，用于将在触摸屏(105)上输入的位置检测为用来指定移动区域的位置，并将移动区域指定位置信息输出到控制单元(115)。

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