CN101621952B - 机器人及用于控制该机器人的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人，其包括感测高度能被越过的障碍物的第二缓冲器。因此，机器人可越过该障碍物而无需避开。

Description

机器人及用于控制该机器人的方法

技术领域

本发明涉及一种机器人及用于控制该机器人的方法，特别是一种能够分辨可被越过(或可逾越)的障碍物的机器人及用于控制该机器人的方法。

背景技术

清洁机器人(一种移动机器人)在诸如房屋或办公室之类的空间中自动行进的同时，吸入灰尘或碎屑。清洁机器人包括感测障碍物的传感器。然而，传感器不能分辨在清洁机器人前方的障碍物的尺寸或高度。因此，即使感测到一清洁机器人足以越过的障碍物时，清洁机器人在其行进过程中仍会绕道而行以避开该障碍物。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种机器人以及一种用于控制该机器人的方法，其中该机器人具有能够感测可被越过的障碍物并有效地越过该障碍物的第二缓冲器(bumper)。

技术方案

为了实现以上目的，本发明提供一种机器人，其包括：壳体；第一缓冲器，联接到壳体并设置成用于感测要避开的障碍物；以及第二缓冲器，设置成用于感测机器人能够越过的可逾越的障碍物。

为了实现以上目的，本发明还提供一种机器人，其包括：壳体；联接到壳体的第一缓冲器，其中第一缓冲器设置在与第二缓冲器不同的高度处，其中第二缓冲器设置成通过接触障碍物来感测障碍物，其中基于由第一缓冲器和第二缓冲器感测的信号来确定要避开的障碍物和要越过的障碍物。

为了实现以上目的，本发明还提供一种用于控制该机器人的方法，其包括：设置壳体；将第一缓冲器联接至壳体，使得第一缓冲器设置成用于感测障碍物；以及设置第二缓冲器，使得第二缓冲器设置成用于感测障碍物；以及在第一缓冲器未感测到障碍物信号而第二缓冲器感测到障碍物信号时，确定机器人被设置为越过障碍物。

由于根据本发明的机器人包括感测高度能被越过(可逾越)的障碍物的第二缓冲器，所以不仅易于分辨能被越过的障碍物，而且可以越过感测到的障碍物而无需避开。另外，由于机器人通过第一缓冲器感测要避开的障碍物并通过第二缓冲器分辨能被越过的障碍物，所以可以容易地执行控制操作。

此外，当机器人与障碍物直接接触以估量障碍物的高度时，可准确地分辨障碍物是要避开的还是能被越过的(可逾越的)。在这种情况下，在机器人逾越能被越过的障碍物时，第二缓冲器可沿壳体的向下方向相对转动。因此，机器人的前端可被容易地升起，由此，机器人于是可容易地越过障碍物。

此外，机器人可感测能被越过的障碍物，如门槛，以便由此分辨房间或起居室的边界，籍此机器人可感测清洁区域(即，待清洁的区域)。

通过阅读以下结合附图对本发明进行的详细说明，本发明的前述及其它的目的、特征、方案以及优点将会更显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的机器人的立体图。

图2是示出图1中的机器人的内部结构的立体图。

图3是示出图1中的机器人的下部的立体图。

图4是示出图1所示的吸嘴的上部立体图。

图5是示出图1中的吸嘴的下部立体图。

图6是图1中的机器人的剖视图。

图7是示出图6中的缓冲单元的示意性剖视图。

图8是图7中的第二缓冲器的局部剖切的立体图。

图9是示出图7中的第二缓冲器的立体图。

图10是示出图7中的缓冲单元的操作的一个实例的视图。

图11是示出图7中的缓冲单元的操作的另一个实例的视图。

图12和图13是示出图6中的第二缓冲器的操作状态的视图。

图14是示出图6中的第一缓冲器的操作状态的一个实例的视图。

图15是根据本发明的另一个实施例的机器人的缓冲单元的剖视图。

具体实施方式

以下将参考附图详细地阐述根据本发明的机器人的优选实施例。

参考图1到图3，机器人100包括：构成外观的壳体110；空气吸入装置120，安装在壳体110内，从壳体110的下部吸入空气及将空气排出到壳体110的外部；吸嘴单元130，安装在壳体110上，并且与空气吸入装置120连接以提供吸入外部空气所经由的流动通道，并包括搅动起地板上的灰尘的搅动器(agitator)134；以及集尘装置140，独立地收集来自于从吸嘴单元130吸入的空气中的碎屑。

壳体110设置为呈具有一定高度的圆盘形状。在壳体110内设有空气吸入装置120、吸嘴单元130以及与吸嘴单元130相连通的集尘装置140。另外，在壳体110两侧的下部安装用于使机器人100运动的左驱动轮150和右驱动轮160。左驱动轮150和右驱动轮160分别通过左轮马达151和右轮马达161而进行转动，其中左轮马达151和右轮马达161由控制器180控制；并且，机器人100能够进行直进、后退、枢转以及转动。在壳体110的底部设置辅助轮170，以防止壳体110的下表面与地板直接接触并使机器人100与地板之间的摩擦接触最小化。

在壳体110的前部安装控制器180，该控制器包括用于控制机器人100的驱动的各种电气部件。另外，在控制器180的后侧安装有向机器人100的每个组件供电的电池190。在电池190的后侧安装产生空气吸入力的空气吸入装置120；在空气吸入装置120的后侧安装集尘装置安装部140a，使得集尘装置140能够安装在该集尘装置安装部140a上。集尘装置140以相互配合的方式被固定地保持(catch)于集尘装置安装部140a，并且可附连至集尘装置安装部140a的后侧或可从集尘装置安装部140a的后侧拆卸。

在集尘装置140的下侧设置吸嘴单元130。吸嘴单元130将碎屑连同空气一起从地板吸入。空气吸入装置120倾斜地安装在电池190与集尘装置140之间；并包括与电池190电连接的马达(未示出)和与马达的转轴连接且促使空气流动的风扇(未示出)。吸嘴单元130安装成面向壳体110的底部，以使吸入口132暴露于壳体110的下方。

参考图4到图6，吸嘴单元130包括嘴壳体131以及搅动器134，其中嘴壳体131安装在壳体110上并具有吸入口132和排出孔133，搅动器134安装在嘴壳体131内的吸入口132的侧部以搅动起地板上的灰尘。吸入口132以相连通的方式形成在壳体110的下表面上以面向地板；排出孔133形成为与集尘装置140相连通，以将通过吸入口132吸入的空气引导至集尘装置140。在嘴壳体131的下表面上安装辅助轮131a以防止吸入口132紧密地贴附至地板。吸入口132通过由空气吸入装置120产生的空气吸力吸入积聚在地板上的碎屑，并且排出孔133经由连通容器133a与集尘装置140相连接。

在嘴壳体131的下表面上沿机器人的向前/向后行进方向形成多个吸入凹部132a。吸入凹部132a设置成用作吸入位于嘴壳体131前方的地板上的碎屑所经由的通路，并防止吸入口132被堵塞，进而防止设置在空气吸入装置120处的马达过载。搅动器134的两端被可转动地连接在吸入口132的两个侧壁上，以使搅动器134可转动往复转动(reciprocally rotate)从而使地板或地毯上的灰尘被掸起而漂浮在空气中。在搅动器134的外周表面上沿螺旋方向形成多个叶片134a，并且这些以螺旋形式设置的叶片134a之间可安装衬套。

为了操作搅动器134，嘴壳体131包括搅动器马达134b和带134c，该带134c作为动力传递机构以将搅动器马达134b的动力传递给搅动器134。因此，当搅动器马达134b的转动力经由带134c传递到搅动器134时，搅动器134转动以将碎屑从地板掸起至吸入口132。

参考图6到图14，机器人10包括缓冲单元200。缓冲单元200包括第一缓冲器210和第二缓冲器220。第一缓冲器210设置在壳体110的前部并在与要避开的障碍物1接触时感测该障碍物。当第一缓冲器210与要避开的障碍物1接触时，第一缓冲器210用于在向后移动的同时吸收冲击并感测要避开的障碍物1。第一缓冲器210包括缓冲器板212和传感器214，该缓冲器板212设置在壳体110的前表面并可向机器人100的前方/后方移动，该传感器214感测缓冲器板212的移动。缓冲器板212包括接触部213和滑动部215，接触部213与要避开的障碍物1接触，滑动部215设置在接触部213的后表面上并插入且突出至壳体110的内侧。滑动部215可沿壳体110在机器人100的前/后方向上滑动地运动。传感器214设置在壳体110内并与滑动部215接触，以感测第一缓冲器210是否已与要避开的障碍物1发生碰撞。另外，传感器214将被感测的障碍物的障碍物感测信号传递到控制器180。

第二缓冲器220设置成具有一定的高度，感测高度能被越过的可逾越的障碍物2(即：可越过的障碍物2)；以及当与可逾越的障碍物2接触时，越过该可逾越的障碍物2。当第二缓冲器220越过可逾越的障碍物2时，其向壳体110的下方转动以越过可逾越的障碍物2。第二缓冲器220包括感测板222、臂224、传感器226以及引导构件(引导件)230，其中感测板222与可逾越的障碍物2接触，臂224设置为从感测板222向后侧突出，传感器226设置在壳体110内并与臂224接触以感测可逾越的障碍物2的信号，引导构件230设置在壳体110中并引导臂224的滑动运动和相对转动。

感测板222包括周围部222a以及弯折部222b，其中周围部222a设置在壳体110的外部的边缘，弯折部222b与周围部222a连接并设置在壳体110的下部。臂224设置成从感测板222的后表面向机器人100的后侧突出。臂224包括杆部224a以及铰接部224b，其中杆部224a形成为朝向引导构件230延伸得很长，铰接部224b沿引导构件230移动及转动。铰接部224b形成为呈柱状，以便可沿引导构件230滑动地运动并在引导构件230中转动。铰接部224b垂直于杆部224a并沿机器人100的左/右方向设置。

传感器226设置在引导构件230中，并且通过与铰接部224b接触而产生信号。可安装各种类型的传感器，在本发明的实施例中，安装触觉开关(tactile switch)型传感器。引导构件230是用于引导臂224的可向前/向后滑动地运动及转动的构件。引导构件230包括杆凹部232以及铰接凹部234，其中杆部224a被插入到杆凹部232中，铰接凹部234设置成垂直于杆凹部232。这些铰接凹部234形成于杆凹部232的左右两侧，铰接部224b插入到相应的铰接凹部234中并沿向前/向后方向滑动地运动及转动。

传感器226设置在杆凹部232的后端部，当杆部224a滑动地运动到机器人100的后侧时，传感器226感测杆部224a。引导构件230可以与壳体110一体地形成；在本发明的实施例中，引导构件230与壳体110一起组装并固定。臂224和引导构件230可以仅安装在感测板222的中心部的一个位置处；在本发明的实施例中，为了更平稳地引导感测板222的滑动运动及相对转动，在壳体110的左右两侧安装多个臂224和引导构件230。

提供弹力的弹性构件228设置成在引导构件230中对臂224向前施压。这些弹性构件228设置在铰接凹部234中。因此，当没有外力施加于臂224时，臂224位于壳体110的前侧；在与要避开的障碍物1或与可逾越的障碍物2发生碰撞的情况下，臂224向后滑动地运动同时挤压弹性构件228。为了在臂224相对转动时使臂224返回到其原始位置，在引导构件230与臂224之间设置复位弹簧229。在本发明的实施例中，复位弹簧229设置在臂224的下侧以支撑臂224。

现在将参考图12和图13详细地阐述机器人100越过可逾越的障碍物2的过程。

当机器人100在行进中与可逾越的障碍物2形成接触时，可逾越的障碍物2与第一缓冲器210和第二缓冲器220中的、设置在下侧的第二缓冲器220接触。当可逾越的障碍物2与第二缓冲器220彼此接触时，第二缓冲器220的感测板222因接触引起的冲击而向后移动，并且与感测板222一体连接的臂224也向后移动。臂224对设置在引导构件230内的弹性构件228施压，并与设置在引导构件230中的传感器226形成接触以产生信号。控制器180基于从传感器226传递的信号，确定感测板222所接触的障碍物是可逾越的障碍物2。

随后，控制器180操控驱动轮150和160，以使壳体110继续向前移动。当壳体110连续地向前移动时，机器人100的驱动力在机器人100与可逾越的障碍物2形成接触的状态下发挥作用，由此，感测板222在支撑可逾越的障碍物2时，向壳体110的下方相对转动。感测板222在被支撑于铰接凹部234后侧的端部时，基于铰接部224b转动；并在壳体110向前移动时使感测板222产生相对转动。当感测板222转动超过特定角度时，由于驱动轮150和160的作用力，感测板222与可逾越的障碍物2发生滑移(slip)。随着滑移的发生，感测板222越过可逾越的障碍物2，与此同时，壳体110的前端因可逾越的障碍物2而处于相较于壳体的后端升高的状态。

当驱动轮150和160连续操作时，驱动轮150和160能越过可逾越的障碍物2。可逾越的障碍物2可包括划定房间界线的门槛等。当可逾越的障碍物2与第二缓冲器220之间的接触被解除时，通过这些弹性构件228和复位弹簧229，臂224向前移动并相对转动到臂224的原始位置。

第二缓冲器220可感测存在于待被机器人100清洁的区域中的门槛，由此它可感测房间与起居室之间或多个房间之间的边界。另外，由于机器人100可通过简单地越过可逾越的障碍物2而移动到由可逾越的障碍物2阻挡的空间，所以能扩展可清洁的区域。

现在将参考图14，详细地阐述机器人100经过要避开的障碍物1的过程。当壳体110与要避开的障碍物1发生碰撞时，要避开的障碍物1与第一缓冲器210和第二缓冲器220均形成接触。第一缓冲器210和第二缓冲器220的传感器214和226分别产生障碍物信号。因此，控制器180感测由传感器214产生的信号并改变机器人100的运动方向。

在本发明的实施例中，第一缓冲器210的缓冲器板212的前部和第二缓冲器220的感测板222的前部设置成在同一条线上，由此，当要避开的障碍物1与它们接触时，缓冲器板212和感测板222同时操作，并且通过从传感器214传递的信号可确定要避开的障碍物1。

图15是示出根据本发明另一个实施例的机器人300的视图。在以下说明中，将阐述其与前述实施例的不同之处。

在根据本发明的前述实施例的机器人100中，第一缓冲器210的缓冲器板212的前部和第二缓冲器220的感测板222的前部设置成在同一条线上，由此，当要避开的障碍物1与它们接触时，缓冲器板212和感测板222同时操作，并且通过从传感器214传递的信号可确定要避开的障碍物1。

然而，相比较而言，在图15所示的机器人300中，第一缓冲器210设置为相较于第二缓冲器220突出(即：位于第二缓冲器220的前方)。当壳体110与要避开的障碍物1形成接触时，要避开的障碍物1首先与第一缓冲器210接触，随后与第二缓冲器220接触。于是，在第二缓冲器220操作之前，可确定要避开的障碍物1。

在如上所示的这些实施例中，第一缓冲器设置成用于感测要避开的障碍物1；但是，可替换地，机器人可通过用无线电波代替碰撞来感测障碍物1。

另外，在上述实施例中，第二缓冲器向壳体的下方相对地转动。然而，本发明并不限于此，在没有这种相对转动的情况下，第二缓冲器可在壳体沿面对方向移动时确定可逾越的障碍物，并帮助机器人越过可逾越的障碍物。在这种情况下，第二缓冲器的结构得以简化。

另外，在上述实施例中，第二缓冲器在与可逾越的障碍物接触时确定该可逾越的障碍物，但是本发明不限于此。第二缓冲器可通过使用无线电波、红外线等来确定可逾越的障碍物。另外，机器人可基于来自第一缓冲器和第二缓冲器的信号确定可逾越的障碍物。即，对于根据本发明的机器人，不仅第二缓冲器能独立地分辨可逾越的障碍物，而且第一缓冲器和第二缓冲器都可用于分辨可逾越的障碍物和要避开的障碍物。

尽管如此阐述了本发明，但是显而易见的是本发明可以按照各种方式进行变型。这些变型不应被视为偏离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有此类修改均将涵盖于所附权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种机器人，包括：

壳体；

第一缓冲器，联接到所述壳体，所述第一缓冲器设置成用于感测要避开的障碍物；以及

第二缓冲器，设置成用于感测所述机器人能够越过的可逾越的障碍物。

2.如权利要求1所述的机器人，其中所述第二缓冲器设置成通过接触可逾越的障碍物来感测所述可逾越的障碍物。

3.如权利要求1所述的机器人，其中所述第二缓冲器设置成能相对于所述壳体相对移动。

4.如权利要求1所述的机器人，其中所述第二缓冲器设置成能相对于所述壳体相对转动。

5.如权利要求4所述的机器人，其中所述第二缓冲器设置成能向所述壳体的下方相对转动。

6.如权利要求1所述的机器人，其中所述第二缓冲器设置在所述第一缓冲器的下侧。

7.如权利要求1所述的机器人，还包括：

设置成用于使所述机器人移动的驱动轮，其中所述驱动轮设置成越过由所述第二缓冲器感测到的所述可逾越的障碍物的高度。

8.如权利要求1所述的机器人，其中所述第二缓冲器设置成能沿所述机器人的向前与向后方向相对移动，并设置成能相对于所述壳体相对移动。

9.如权利要求1所述的机器人，其中所述第二缓冲器包括：

设置成与所述壳体间隔开的感测板，其中所述感测板设置成用于接触所述可逾越的障碍物；

设置成从所述感测板向所述壳体突出的臂；

设置于所述壳体的引导件，其中所述引导件设置成用于引导所述臂的转动和移动；以及

设置于所述引导件的传感器，其中所述传感器设置成通过所述臂的移动来感测所述可逾越的障碍物；

10.如权利要求9所述的机器人，其中所述感测板包括：

设置于所述壳体前方的周围部；以及

连接到所述周围部的弯折部，其中所述弯折部设置在所述壳体的下部。

11.如权利要求9所述的机器人，其中所述臂包括：

杆部，设置成沿所述引导件的方向从所述感测板突出；以及

铰接部，设置成沿使得所述铰接部与所述杆部相交的方向突出，其中所述铰接部设置成能关于所述引导件相对移动及相对转动。

12.如权利要求11所述的机器人，其中所述引导件包括：

设置成允许所述杆部插入的杆凹部；以及

设置成允许所述铰接部插入的铰接凹部，其中所述铰接凹部设置为引导所述铰接部的滑动运动。

13.如权利要求12所述的机器人，其中所述铰接部基本上呈柱形形状。

14.如权利要求9所述的机器人，其中所述第二缓冲器还包括设置在所述臂与所述引导件之间的弹性构件，其中所述弹性构件设置成在所述臂移动时支撑所述臂。

15.如权利要求9所述的机器人，其中所述第二缓冲器还包括设置在所述臂与所述引导件之间的复位弹簧，其中所述复位弹簧设置为在所述臂转动时支撑所述臂。

16.如权利要求1所述的机器人，其中所述第一缓冲器设置成位于所述第二缓冲器的前方。

17.如权利要求1所述的机器人，其中所述第一缓冲器在接触要避开的障碍物的同时，感测所述要避开的障碍物。

18.一种机器人，包括：

壳体；

第一缓冲器，联接到所述壳体，其中所述第一缓冲器设置成通过接触障碍物来感测所述障碍物；以及

第二缓冲器，设置在与所述第一缓冲器不同的高度处，其中所述第二缓冲器设置成用于通过接触障碍物来感测所述障碍物，

其中基于由所述第一缓冲器和所述第二缓冲器感测到的障碍物信号，来确定要避开的障碍物和要越过的障碍物。

19.一种控制机器人的方法，包括：

设置壳体，将第一缓冲器联接到所述壳体以使所述第一缓冲器设置成用于感测障碍物，以及设置第二缓冲器以使所述第二缓冲器设置成用于感测障碍物；以及

当所述第一缓冲器未感测到障碍物信号而所述第二缓冲器感测到障碍物信号时，确定所述机器人被设置成越过所述障碍物。

20.根据权利要求19所述的控制机器人的方法，还包括：

将所述第二缓冲器设置在所述第一缓冲器的下侧。

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