CN100439051C - 具有挤压传感功能的自行机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行机器人的挤压传感技术，其包括：挤压传感单元，用于感测自行机器人顶部上的挤压；和微处理器，用于根据来自挤压传感单元的传感信号对自行机器人的驱动进行控制以使自行机器人能够脱离出现挤压的区域。因而，本发明的优点在于，当感测到自行机器人上的挤压时，通过改变自行机器人的行进方向能够使自行机器人脱离出现挤压的区域，或者当挤压不能被解除时，以语音通知用户该状态以采取任何必要的措施，从而能够防止自行机器人的功能下降和损伤。

Description

具有挤压传感功能的自行机器人及其控制方法

本专利申请要求于2005年4月25日提交韩国专利申请2005-34144的优先权，在此结合参考其全部内容。

技术领域

本发明涉及自行机器人，尤其涉及感测自行机器人的顶部上的挤压的自行机器人的挤压传感技术，并基于感测的结果控制自行机器人的驱动，以便规避障碍物或通知用户感测的结果。

背景技术

已经开发机器人用于工业目的，并作为工厂自动化的一部分。此外，已经用机器人代替人来在人们不能进入的极端环境中收集信息。随着近年来被用于最新的空间开发工业，这样的机器人工程领域不断发展，并在近年来已经开发了与人友善的家庭机器人。与人友善的家庭机器人的一个典型例子是清洁机器人。

作为自行类型的清洁机器人是一种家电，在预定清洁区域比如房屋或办公室中自行的同时吸收灰尘或碎屑。这种清洁机器人包括：移动单元，包括左和右轮马达，用于移动清洁机器人；多个传感器，用于感测障碍物，以防止在清洁区域中碰撞障碍物；和微处理器，用于控制清洁机器人的全部设备，连同吸收灰尘或碎屑的普通真空清洁器的构造

配置这种清洁机器人来连续的打扫清洁区域，同时在机器人在清洁区域中移动期间，当通过安装在机器人中的障碍物传感器感测到障碍物时，通过改变它的移动方向来脱离障碍物。

然而，尽管常规的清洁机器人经障碍物传感器可以感测在确定的可感测的垂直范围内在它的行进路径中存在的障碍物，但不能感测存在可感测的垂直范围之外的水平，特别是，高于可传感的垂直范围的水平上的障碍物。例如，在高于清洁机器人的可感测的垂直范围的水平上存在障碍物，而低于清洁机器人的最高部分的水平，清洁机器人不能感测该障碍物。在此情况下，如果清洁机器人继续行进而没有感测到这种障碍物，清洁机器人可能会被卡在地板和障碍物之间，以至于障碍物向下挤压清洁机器人的顶部。当在此状态下清洁机器人继续行进而不停止时，施加到清洁机器人顶部的挤压力增加，从而引起清洁机器人的主体受到损坏。而且，清洁机器人的移动单元，特别是驱动左和右轮的马达会被严重地损坏。此外，降低了清洁机器人的清洁性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有挤压传感功能的自行机器人以及它的控制方法，通过感测自行机器人顶部的挤压，能够防止上功能下降和自行机器人的损伤，并基于感测的结果来控制自行机器人的驱动以使机器人脱离其中出现挤压的区域。

本发明的另一个目的是提供具有挤压传感功能的自行机器人以及它的控制方法，当在机器人上挤压持续时，通过以语音将该状态通知用户来采取任何需要的措施，能够防止功能下降和自行机器人的损伤。

根据本发明一个方面的自行机器人以响应来自安排在其顶部的压力或挤压传感单元的传感信号产生规避命令，以脱离出现挤压的区域。此外，当即使是在产生了规避命令之后，从挤压传感单元仍然输出传感信号时，自行机器人将上述状态通知用户来采取任何必要的措施。为此，根据本发明的一个方面，提供了具有挤压传感功能的自行机器人.其包括：挤压传感单元，用于感测自行机器人顶部上的挤压；微处理器，用于根据来自挤压传感单元的传感信号控制自行机器人的驱动，以使自行机器人能够脱离出现挤压的区域；存储器，存储用于通知挤压的音频信号；和音频输出单元，用于根据微处理器的控制，把存储器中存储的音频信号变换成可听的声音并输出该可听的声音。

根据本发明另一个方面的自行机器人感测使自行机器人移动的左和右轮马达的旋转速度，计算自行机器人的行进速度，比较计算的速度和参考速度以确定是否在自行机器人上出现了挤压，和当感测到挤压时，输出规避命令以使自行机器人脱离出现挤压的区域。此外，当即使是在输出规避命令之后仍感测到挤压时，机器人将上述状态以语音通知用户来采取任何必要措施。

为此，根据本发明的另一个方面，提供了：旋转检测单元，用于输出相应于移动自行机器人的左和右轮马达的旋转速度的信号；微处理器，用于当使用来自旋转检测单元的输出信号计算的自行机器人的行进速度低于参考速度时，控制左和右轮马达以使自行机器人能够脱离相应的区域；存储器，存储用于通知挤压的音频信号；和音频输出单元，用于根据微处理器的控制把存储器中存储的音频信号变换成可听的声音并输出该可听的声音。

上述的本发明具有的优点在于，当感测到机器人顶部上的挤压时，通过改变自行机器人的行进方向来使机器人脱离出现压力的区域，或当机器人不能脱离该区域时，以语音通知用户感测的结果来采取任何必要的措施，可以防止功能下降和对自行机器人的损伤。

附图说明

通过结合参考附图的详细描述本发明的示范实施例，本发明的上述和其他的特点以及优点将更加显而易见，其中：

图1是示意地示例了根据本发明优选实施例的具有挤压传感功能的自行机器人的方框图；

图2是示意地示例了根据本发明另一个实施例的具有挤压传感功能的自行机器人的方框图；

图3是示意地示例了根据本发明优选实施例的自行机器人的控制过程的流程图；和

图4是示意地示例了根据本发明另一个实施例的自行机器人的控制过程的流程图。

具体实施方式

下面，将结合参考附图详细描述根据本发明的实施例。

另外，基于本发明的自行机器人是清洁机器人的假设来给出描述，清洁机器人是自行机器人的一种典型示例。

图1是示例了根据本发明优选实施例的具有挤压传感功能的清洁机器人的方框图。参考图1，根据本发明的具有挤压传感功能的清洁机器人除了清洁机器人的基础构造之外，还包括：挤压传感单元160，用于感测清洁机器人上的挤压，并基于感测的结果输出传感信号；存储器170，存储用于通知清洁机器人上的挤压的音频信号；音频输出单元180，用于把存储器170中存储的音频信号变换成可听的声音并输出它；和微处理器150，包括行进控制器151，用于控制驱动单元130的驱动，微处理器150控制清洁机器人的全部设备。

清洁机器人的基础构造包括：吸入单元110，具有用于感测清洁区域中的灰尘或碎屑灰尘传感器，用于吸入通过灰尘传感器感测的灰尘或碎屑；灰尘容纳单元120，用于容纳通过吸入单元110收集的灰尘或碎屑；驱动单元130，包括左和右轮马达131和132，用于移动清洁机器人；电池140，用于对吸入单元110和驱动单元130提供驱动电源；和微处理器150，用于控制清洁机器人的全部设备。由于清洁机器人的基础构造在现有技术中是公知的，因而将省略它的详细描述。

驱动单元130根据来自微处理器150的控制信号控制提供给左和右轮马达131和132的电力的电平以移动清洁机器人。驱动单元130的左和右轮马达131和132被连接到用于移动清洁机器人的左和右轮。因此，根据左和右轮马达131和132的旋转速度和方向，清洁机器人可以前/后和左/右方向行进。例如，如果来自行进控制器151的控制信号表示用于清洁机器人的向右旋转命令，驱动单元130增加提供给左轮马达131的电力的电平，而降低提供给右轮马达132的电力的电平，以便清洁机器人向右转。

挤压传感单元160被安排在例如清洁机器人的顶部，并可以是一个开关，根据接触的连接或断开被打开或关闭，这取决于对它施加的压力；但不限于上述的例子，也可以通过各种压力传感器来实现感测挤压。通常，挤压传感单元160的开关被保持在关断状态，同时清洁机器人在移动。然而，在压力施加到清洁机器人的顶部，即在清洁机器人的顶部上出现挤压的情况下，开关被改变到导通状态，并接着从挤压传感单元160提供传感信号给微处理器150。到微处理器150的传感信号可以是流经开关的电流。微处理器150基于来自挤压传感单元160的传感信号来确定压力被施加到清洁机器人的顶部。

存储器170可以是非易失性存储器，其中数据可以被读取和写入，比如EEPROM或闪存。驱动清洁机器人的操作程序和有关数据被存储在存储器170中。通过微处理器150访问和控制存储器170中存储的数据。根据本发明的一个方面，存储器170存储用于通知用户信息的音频信号，该信息表示已经感测到清洁机器人顶部上的挤压。通过音频输出单元180把这种音频信号变换成可听的声音，并接着将其输出。

音频输出单元180可以由下述来构成，例如语音源再现芯片，比如YAMAHA芯片，以再现以音频源形式存储在存储器170中的音频信号，或DSP芯片，以再现以MP3形式存储在存储器170中的音频信号。通过微处理器150的控制，访问和再现存储器170中存储的音频信号以经音频输出装置比如扬声器输出。

控制清洁机器人的全部设备的微处理器150包括：行进控制器151，用于控制具有左和右轮马达131和132的驱动单元130的操作；和挤压传感处理器152，用于当从挤压传感单元160接收传感信号时，输出控制信号到行进控制器151以使清洁机器人能够根据规避算法脱离相应的区域，和当即使是在响应传感信号能够使清洁机器人脱离相应的区域之后，从挤压传感单元160仍连续的接收到传感信号时，将控制信号提供给音频输出单元180以用语音通知用户上述的状态。

基于清洁机器人的操作程序，行进控制器151通过输出控制命令来控制驱动单元131移动清洁机器人。当挤压传感处理器152从挤压传感单元160接收传感信号时，它发送控制命令给行进控制器151以使清洁机器人根据规避算法脱离清洁机器人受挤压的区域。该规避算法可以是控制命令，该控制命令引起清洁机器人后退移动，和相对于先前的方向以反方向旋转再移动。

与此同时，当即使是在能够使清洁机器人根据规避算法脱离受挤压的区域之后，仍从挤压传感单元160连续的接收传感信号时，挤压传感处理器152确认清洁机器人没有脱离那个区域，并然后输出控制信号给音频输出单元180以通知用户挤压传感音频告警消息，比如“感测到清洁机器人上的挤压”。

音频输出单元180响应来自挤压传感处理器152的控制信号访问存储器170中存储的音频信号，并接着把访问的音频信号变换成可听的声音以便经音频输出装置比如嵌入在清洁机器人中的扬声器输出它。

因而，本发明的优点在于，当传感倒顶部上给出的挤压或压力时，通过根据规避算法改变清洁机器人的移动方向使清洁机器人能够脱离相应的区域，或者当机器人没有脱离该区域时，通知用户上述状态以采取任何必要的措施，能够防止功能下降和清洁机器人的损伤。

图2示意地示例了根据本发明另一个实施例的具有挤压传感功能的自行机器人的方框图。如图所示，根据本发明的清洁机器人的驱动单元130进一步包括旋转检测单元133，用于输出相应于左和右轮马达131和132的旋转速度的信号。在该结构中，挤压传感处理器152使用从旋转检测单元133提供的脉冲信息计算清洁机器人的行进速度；和当计算的行进速度低于参考速度时，输出控制信号到行进控制器151，以使清洁机器人能够根据规避算法脱离相应的区域，并当即使是在根据旋转速度控制清洁机器人的驱动之后，计算的行进速度仍低于参考速度时，将控制信号提供给音频输出单元180以便经语音通知用户这一状态。

旋转检测单元133提供相应于移动清洁机器人的驱动单元130的左和右轮马达131和132的旋转速度的信号。就是说，旋转检测单元133包括左轮检测单元133-1，用于产生表示左轮马达131的RPM的脉冲信号，和右轮检测单元133-2，用于产生表示右轮马达132的RPM的脉冲信号。

当控制信号从微处理器150的行进控制器151被输出到驱动单元130时，驱动单元130响应控制信号驱动左或右轮马达131或132来移动清洁机器人。此时，旋转检测单元133的左轮检测单元133-1和右轮检测单元133-2产生分别表示左和右轮马达131和132的RPM的脉冲信号，并接着输出脉冲信号到挤压传感处理器152。

挤压传感处理器152从旋转检测单元133的左轮检测单元133-1和右轮检测单元133-2的每一个接收分别表示左和右轮马达131和132的RPM的脉冲信号，并接着计算清洁机器人的行进速度。接着比较计算的行进速度和清洁机器人的参考速度，以检查是否在清洁机器人上出现挤压，并基于挤压的出现，提供控制信号给行进控制器151以根据规避算法改变清洁机器人的行进方向，使清洁机器人能够脱离挤压。

例如，在当正常移动时，压力或挤压力已经施加到清洁机器人的顶部的情况下，由于挤压，机器人将会以相比于参考速度的降低的速度移动。因而，旋转检测单元133输出脉冲信号，该脉冲信号具有不同于正常行进期间所产生的脉冲信号的脉冲周期。

在从旋转检测单元133输出的脉冲信号的脉冲周期中的变化持续预定时间的情况下，挤压传感处理器152确认在机器人上出现挤压，并输出控制命令以使清洁机器人根据规避算法脱离相应的区域。

在使用规避算法控制清洁机器人之后，基于从旋转检测单元133的左轮检测单元133-1和右轮检测单元133-2输出的脉冲信号来计算行进速度，然后比较计算的行进速度和参考速度。如果计算的行进速度等于参考速度，挤压传感处理器152确认解除了挤压状态并接着能够继续执行清洁功能。

此时，如果在比较中计算的行进速度低于参考速度，挤压传感处理器152确认挤压状态不能被解除并接着输出控制信号给音频输出单元，来以语音通知用户挤压传感告警消息，比如“感测到清洁机器人上的挤压”。

尽管上述实施例中公开了具有分开安装的旋转检测单元133和挤压传感单元160，但本发明不限于上面的例子，而可以只用旋转检测单元133来实现，其中也可以感测清洁机器人上的挤压。

图3是示意地示例了根据本发明优选实施例的自行机器人的控制程序的流程图。如图所示，当在步骤S101用户输入用于清洁机器人的驱动命令时，步骤S103，清洁机器人根据驱动命令执行清洁功能。

执行清洁功能期间，当压力或挤压力已经施加到清洁机器人的顶部时，挤压传感单元160提供传感信号给微处理器150的挤压传感处理器152。在步骤S105，当在预定的时间从挤压传感单元160连续的接收到传感信号时，在步骤S107，挤压传感处理器152根据规避算法发送控制命令到行进控制器151以使清洁机器人脱离相应的区域。

在该处理过程中，规避算法可以是控制命令，其允许清洁机器人后退移动，和相对于先前的方向以反方向旋转，并接着再移动。

行进控制器151响应从挤压传感处理器152发送的控制信号对驱动单元130进行驱动，以便控制清洁机器人脱离该区域。

步骤S109，当甚至是在根据规避算法控制了清洁机器人之后，仍从挤压传感单元160连续接收传感信号时，挤压传感处理器152确认机器人还没有脱离出现挤压的区域，并接着在步骤S111输出控制信号给音频输出单元180，以语音通知给用户挤压传感告警消息，比如“感测到机器人上的挤压”。

这就是说，音频输出单元180响应来自挤压传感处理器152的控制信号，防问存储器170中存储的音频信号，并接着把访问的音频信号变换成可听的声音，经音频输出装置比如在清洁机器人中提供的扬声器进行输出。

当用户根据清洁机器人的挤压传感告警消息输入了驱动停止命令时，在步骤S113，清洁机器人的清洁功能结束。

图4是示意地示例了根据本发明另一个实施例的自行机器人的控制程序的流程图。如图所示，在本实施例中，基于移动清洁机器人的驱动单元130的左和右轮马达131和132的旋转速度来感测清洁机器人上的挤压。

具体地，在步骤S201，当输入用于清洁机器人的驱动命令时，在步骤S203，微处理器150的行进控制器151输出控制信号给驱动单元130以执行清洁功能。接着，驱动单元130用来驱动左和右轮马达131和132以响应控制信号来移动清洁机器人。整个处理过程中，旋转检测单元133的左和右轮检测单元133-1和133-2产生表示相关马达的RPM的脉冲信号，并在步骤S205，分别输出脉冲信号给挤压传感处理器152。

接下来在步骤S207，挤压传感处理器152使用从旋转检测单元133的左和右轮检测单元133-1和133-2输出的表示各个马达的RPM的脉冲信号，计算清洁机器人的行进速度。此后，在步骤S209，其比较计算的行进速度和清洁机器人的参考速度，并且如果计算的行进速度等于参考速度，控制它继续清洁功能。

另一方面，如果计算的行进速度慢于参考速度，在步骤S211，挤压传感处理器152确认在清洁机器人上已经出现挤压，并接着输出控制信号到行进控制器151以根据规避算法来改变行进方向，并使清洁机器人能够脱离挤压。

在应用了规避算法之后，在步骤S213，挤压传感处理器152使用从旋转检测单元133的每个左和右轮马达检测单元133-1和133-2输出的脉冲信号再次计算清洁机器人的行进速度，并接着比较计算的行进速度和参考速度。如果计算的行进速度等于参考速度，挤压传感处理器152确认挤压状态已经被解除，并接着使其继续执行清洁功能。

与此同时，如果计算的行进速度慢于参考速度，在步骤S215，挤压传感处理器152确认使用规避算法不能解除清洁机器人上的挤压，并接着输出控制信号到音频输出单元180来以语音通知用户挤压传感告警消息，比如“感测到机器人上的挤压”。

当用户根据挤压传感告警消息输入了驱动停止命令时，在步骤S217清洁机器人的清洁功能结束。

如上所述，根据本发明的具有挤压传感功能的自行机器人及其控制方法，通过感测自行机器人顶部上的压力或挤压，并根据规避算法对自行机器人的驱动进行控制，能够使机器人脱离出现挤压的区域，可以防止功能下降和自行机器人的损伤。

而且，本发明在自行机器人使用规避算法不能脱离在机器人上已经出现挤压的区域的情况下，通过以语音把上述状态通知给用户以采取任何必要的措施，能防止自行机器人的功能下降和损伤。

尽管已经结合参考实施例描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，在不脱离下述权利要求所定义的本发明的范围的情况下，可以作出形式和细节的各种变化。

Claims (8)

1.一种具有挤压传感功能的自行机器人，包括：

挤压传感单元，用于感测自行机器人顶部上的挤压；

微处理器，用于根据来自挤压传感单元的传感信号对自行机器人的驱动进行控制，以使自行机器人能够脱离出现挤压的区域；和

旋转检测单元，用于输出与使自行机器人移动的左和右轮马达的旋转速度相应的信号，

其中当通过使用来自旋转检测单元的输出信号所计算的自行机器人的行进速度低于参考速度时，该微处理器控制左和右轮马达以使自行机器人能够脱离相应的区域。

2.根据权利要求1的自行机器人，其中该挤压传感单元是设置在自行机器人顶部上的导通/关断开关。

3.根据权利要求1的自行机器人，其中当即使在根据挤压传感信号对自行机器人的驱动进行控制之后，仍连续地接收到挤压传感信号时，或者当即使在根据自行机器人的行进速度对自行机器人的驱动进行控制之后，自行机器人的行进速度仍低于参考速度时，微处理器以语音通知用户上述状态。

4.根据权利要求3的自行机器人，其中该自行机器人包括：

存储器，存储用于通知处于挤压状态的音频信号；和

音频输出单元，用于在微处理器的控制下把存储器中存储的音频信号变换成可听的声音，并输出该可听的声音。

5.根据权利要求1或2任一权利要求的自行机器人，其中该自行机器人是清洁机器人。

6.一种控制自行机器人的方法，包括步骤：

从感测自行机器人顶部上挤压的挤压传感单元接收传感信号；

根据该传感信号对自行机器人的驱动进行控制，以使自行机器人能够脱离出现挤压的区域；

从旋转检测单元接收与移动自行机器人的左和右轮马达的旋转速度相应的信号；以及

当通过使用从所述旋转检测单元接收的信号来计算的自行机器人的行进速度低于参考速度时，控制左和右轮马达以使自行机器人能够脱离相应的区域。

7.根据权利要求6的方法，进一步包括步骤：当即使在根据挤压传感信号对自行机器人的驱动进行控制之后，仍连续地接收到挤压传感信号时，或者当即使在根据自行机器人的行进速度对自行机器人的驱动进行控制之后，自行机器人的行进速度仍低于参考速度时，以语音通知用户上述状态。

8.根据权利要求6的方法，其中该自行机器人是清洁机器人。

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