CN102613947A - 清洁机器人及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种清洁机器人及其控制方法，该清洁机器人，包括一滚轮单元、一感知单元、一第一控制单元以及一第二控制单元。滚轮单元具有多个滚轮。感知单元接收一反射信号，并根据反射信号，产生一检测信号。当检测信号小于等于一参考信号时，第一控制单元根据检测信号，控制滚轮的转动方向，使得清洁机器人与墙面之间的距离等于一第一距离。当检测信号大于该参考信号时，第二控制单元根据检测信号，控制滚轮的转动方向，使得清洁机器人与墙面之间的距离等于一第二距离。第二距离大于第一距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种清洁机器人，特别涉及一种根据墙面轮廓变化而改变行走路径的清洁机器人。
背景技术
随着科技的进步，电子产品的种类愈来愈多，其中清洁机器人(robot)就是其中一种。为了达到清洁的功能，清洁机器人在开始打扫前，可先沿墙行走，并记录行走路径，然后，清洁机器人再根据所记录的数据，开始进行打扫工作。
图1为已知清洁机器人沿墙行走的一可能路径。如图所示，在清洁机器人110沿墙的过程中，墙面可能具有一凹陷区域100。当凹陷区域100的宽度小于清洁机器人110的宽度时，清洁机器人110将无法进入凹陷区域100。然而，清洁机器人110会一直尝试进入凹陷区域100。因此，降低清洁效率。
另外，清洁机器人的基地台(dock)一般置于墙角。当清洁机器人电量不足时，其可沿墙行走，回到基地台进行充电动作。然而，当墙面具有许多凹陷区域时，清洁机器人可能会进入每个凹陷区域，因此造成清洁机器人无法即时回到基地台充电。
发明内容
本发明提供一种清洁机器人，包括一滚轮单元、一感知单元、一第一控制单元以及一第二控制单元。滚轮单元具有多个滚轮。感知单元接收一反射信号，并根据反射信号，产生一检测信号。当检测信号小于等于一参考信号时，第一控制单元根据检测信号，控制滚轮的转动方向，使得清洁机器人与墙面之间的距离等于一第一距离。当检测信号大于该参考信号时，第二控制单元根据检测信号，控制滚轮的转动方向，使得清洁机器人与墙面之间的距离等于一第二距离。第二距离大于第一距离。
本发明还提供一种控制方法，用以控制一清洁机器人。清洁机器人具有一第一控制单元以及一第二控制单元。第一及第二控制单元用以控制清洁机器人的行走路径.本发明的控制方法包括，令清洁机器人接收一反射信号；根据反射信号，产生一检测信号；当检测信号小于等于一参考信号时，选用该第一控制单元，使清洁机器人与一墙面之间的距离等于一第一距离；当检测信号大于参考信号时，选用第二控制单元，使清洁机器人与墙面之间的距离等于一第二距离，其中第二距离大于第一距离。
为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为已知清洁机器人沿墙行走的路径。
图2为本发明的清洁机器人的一可能内部示意图。
图3A及图3B为本发明的清洁机器人的可能行走路径。
图4A为本发明的控制单元210的一可能实施例。
图4B为本发明的控制单元220的一可能实施例。
图5为本发明的控制方法的一可能流程图。
【主要元件符号说明】
110、200：清洁机器人； 100、320、340：凹陷区域；
210：感知单元； 221、222：控制单元；
230：滚轮单元； 310、330：墙面；
331～334：部分； 410、440：差异判断单元；
430、460：控制器； 420：滤波器。
具体实施方式
图2为本发明的清洁机器人的一可能内部示意图。如图所示，清洁机器人200包括，感知单元210、控制单元221、222以及滚轮单元230。滚轮单元230具有多个滚轮。通过这些滚轮的转动，便可使清洁机器人200自行移动至任何地方。
感知单元210接收一反射信号SREX，并根据反射信号SREX，产生一检测信号SDET。本发明并不限定感知单元210的种类。在一可能实施例中，感知单元210具有一超声波接收器，用以接收超声波信号(如反射信号SREX)。
控制单元221及222根据检测信号SDET，控制滚轮单元230，用以调整清洁机器人200与一墙面之间的距离。在本实施例中，控制单元221及222对于检测信号SDET的反应速度不同。
举例而言，当清洁机器人200与一墙面之间的距离在一参考距离内时，控制单元221立即根据检测信号SDET，控制滚轮单元230。由于控制单元221对于墙面的反应速度较高，故可避免清洁机器人200撞上墙面。
相反地，当清洁机器人200与一墙面之间的距离较远时，控制单元222不立即根据检测信号SDET，控制滚轮单元230。因此，由于控制单元222对于墙面的反应速度较慢，故可平滑化清洁机器人200的行走路径，并可避免清洁机器人200一直往狭缝里钻，进而提高行走效率。
图3A为本发明的清洁机器人的一可能行走路径。如图所示，当墙面310不具有凹陷区域时，清洁机器人200与墙面310之间的距离便会小于一参考距离。因此，检测信号SDET将小于等于一参考信号SREF。当检测信号SDET小于等于参考信号SREF时，控制单元221便立即根据检测信号SDET，控制滚轮单元230，使得清洁机器人200与墙面310之间的距离等于一第一距离D1。
当检测信号SDET大于参考信号SREF时，表示墙面310具有凹陷区域，如区域320。因此，改由控制单元222根据检测信号SDET，控制滚轮单元230，使得清洁机器人200与墙面310之间的距离等于距离D2。在本实施例中，距离D2大于距离D1。
在本实施例中，控制单元222会使清洁机器人200对于墙面变化的反应较慢。本发明并不限定控制单元222如何控制清洁机器人200。在一可能实施例中，控制单元222钝化检测信号SDET，并根据钝化后的结果，控制滚轮单元230，使得滚轮转动的方向不会有太大的变化。在其它实施例中，控制单元222延迟处理检测信号SDET，并根据延迟结果，控制滚轮单元230的滚轮转动方向。
本发明并不限定控制单元222的构成电路。在一可能实施例中，控制单元222具有一比例-积分-微分控制器(PID controller)、一相位落后控制器(Phase lag controller)、一模糊控制器(Fuzzy controller)或是一学习控制器(Learning controller)。
另外，在其它可能实施例中，控制单元222具有一滤波器。滤波器滤除检测信号SDET的高频成分，用以忽略清洁机器人200与墙面310之间的距离变化。在本实施例中，滤波器的截止频率(cutofffrequency)与清洁机器人200的宽度有关。
举例而言，假设清洁机器人沿墙行走的速度为200mm/s，并且清洁机器人的宽度为320mm。如果不希望清洁机器人钻进宽度为320mm以下的凹陷区域时，则可将滤波器的截止频率(fc)设定成0.625Hz(fc＝v/d＝200/320)。
本发明并不限定滤波器的种类。在一可能实施例中，滤波器可为一无限脉冲响应滤波器(infinite impulse response filter；IIR filter)、一有限脉冲响应滤波器(finite impulse response filter；FIR filter)、一卡尔曼滤波器(KalmanFilter)或是一粒子滤波器(particle filter)。
当清洁机器人200离开区域320时，检测信号SDET将小于等于参考信号SREF，故改由控制单元221控制滚轮单元230。
图3B为本发明的清洁机器人的一可能行走路径。当清洁机器人200沿墙面330的第一部分331及第二部分332行走时，检测信号SDET将小于等于参考信号SREF，故由控制单元221控制滚轮单元230。此时，清洁机器人200与墙面330之间的距离为D1。
当清洁机器人200沿墙面330的第三部分333行走时，由于第三部分333为一凹陷区域340，故检测信号SDET将大于参考信号SREF。因此，改由控制单元222控制滚轮单元230。在本实施例中，凹陷区域340的宽度大于清洁机器人200的宽度，因此，清洁机器人200会进入凹陷区域340。但是，在凹陷区域340中，清洁机器人200与墙面330的第三部分333之间的距离先等于距离D2，然后再等于距离D3。在一可能实施例中，距离D3等于距离D1。在其它实施例中，距离D3大于距离D1，但小于距离D2。
当清洁机器人200进入第四部分334时，检测信号SDET将小于等于参考信号SREF，故由控制单元221控制滚轮单元230。此时，清洁机器人200与墙面330之间的距离为D1。
图4A为本发明的控制单元210的一可能实施例。如图所示，控制单元210包括一差异判断单元410以及一控制器430。差异判断单元410判断检测信号SDET与参考信号SREF之间的差异Err。控制器430根据差异结果Err，控制滚轮单元230。本发明并不限定控制器430的种类。举例而言，控制器430可为PID控制器、一相位领先控制器(Phase lead controller)、或是一学习控制器。
图4B为本发明的控制单元220的一可能实施例。如图所示，控制单元220包括一滤波器420、一差异判断单元440以及一控制器460。滤波器420处理检测信号SDET。在一可能实施例中，滤波器420为一低通滤波器，用以滤除检测信号SDET的高频成分。
差异判断单元440判断参考信号SREF与滤波器420的处理结果之间的差异Err。控制器460根据差异结果Err，控制滚轮单元230。在本实施例中，控制器460为一相位落后控制器，用以延迟控制滚轮单元230。
在其它实施例中，可省略滤波器420。当滤波器420被省略时，差异判断单元440直接判断参考信号SREF与检测信号SDET之间的差异。控制器460再对差异判断单元440的判断结果进行钝化处理，使得滚轮的转动方向不会有太大的变化。
图5为本发明的控制方法的一可能流程图。本发明的控制方法用以控制一清洁机器人的行走路径。首先，令清洁机器人沿墙行走，并令清洁机器人接收一反射信号(步骤S510)。本发明并不限定反射信号的种类。在一可能实施例中，反射信号为一超声波信号。
判断清洁机器人与一墙面之间的距离是否大于一参考距离(步骤S520)。在本实施例中，通过反射信号，便可得知清洁机器人与一墙面之间的距离是否大于一参考距离。举例而言，可先将反射信号转换成一检测信号，然后再判断检测信号是否大于一参考信号。
当检测信号小于等于参考信号时，表示清洁机器人与一墙面之间的距离并未大于一参考距离，故令清洁机器人内的一第一控制单元，控制清洁机器人的移动方向，使清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第一距离(步骤S530)。
本发明并不限定如何使清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第一距离。在本实施例中，当检测信号小于等于参考信号时，选用一相位领先控制器处理检测信号(步骤S531)。在其它实施例中，可使用其它控制器处理检测信号。接着，对检测信号进行运算(步骤S532)，然后再根据运算结果，下达控制命令(步骤S533)，用以使清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第一距离。
然而，当检测信号大于参考信号时，表示清洁机器人与一墙面之间的距离大于一参考距离，故令清洁机器人内的一第二控制单元，控制清洁机器人的移动方向，使清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第二距离(步骤S540)。在本实施例中，第二距离大于第一距离。
同样地，本发明亦不限定如何使清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第二距离。在一可能实施例中，当检测信号大于参考信号时，选用一相位落后控制器处理检测信号(步骤S541)。同样地，在其它实施例中，也可使用其它控制器。
在本实施例中，对检测信号进行滤波处理(步骤S542)。在其它实施例中，可对检测信号进行延迟处理。然后，再令相位落后控制器对处理后的结果进行运算(步骤S543)，并根据运算结果，下达控制命令(步骤S544)，用以使清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第二距离。
由于清洁机器人会根据本身与墙面之间的距离，适当地调整本身的行走路径，故可保持行走路径的平滑。举例而言，当清洁机器人与墙面之间的距离小于一参考距离时，选用一第一控制单元，控制清洁机器人，使其与墙面保持一较小距离。当清洁机器人与墙面之间的距离大于一参考距离时，选用一第二控制器，使清洁机器人与墙面保持一较大距离。由于清洁机器人的行走路径不会有太大的变化，故可增加行走效率。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
Claims (11)
1.一种清洁机器人，包括：
一滚轮单元，具有多个滚轮；
一感知单元，接收一反射信号，并根据该反射信号，产生一检测信号；
一第一控制单元，当该检测信号小于等于一参考信号时，该第一控制单元根据该检测信号，控制这些滚轮的转动方向，使得该清洁机器人与一墙面之间的距离等于一第一距离；以及
一第二控制单元，当该检测信号大于该参考信号时，该第二控制单元根据该检测信号，控制这些滚轮的转动方向，使得该清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第二距离，该第二距离大于该第一距离。
2.如权利要求1所述的清洁机器人，其中该反射信号为一超声波信号。
3.如权利要求1所述的清洁机器人，其中该第二控制单元延迟该检测信号，并根据延迟结果，控制这些滚轮。
4.如权利要求1所述的清洁机器人，其中该第一控制单元包括一相位领先控制器，该第二控制单元包括一相位落后控制器。
5.如权利要求4所述的清洁机器人，其中该第二控制单元还包括一滤波器，当该检测信号大于该参考信号时，该滤波器处理该检测信号，该相位落后控制器根据处理后的检测信号，控制这些滚轮的转动方向。
6.如权利要求5所述的清洁机器人，其中该滤波器的截止频率与该清洁机器人的宽度有关。
7.如权利要求5所述的清洁机器人，其中该滤波器为一无限脉冲响应滤波器、一有限脉冲响应滤波器、一卡尔曼滤波器或是一粒子滤波器。
8.如权利要求1所述的清洁机器人，其中该第二控制单元具有一比例-积分-微分控制器、一模糊控制器或是一学习控制器。
9.一种控制方法，用以控制一清洁机器人，该清洁机器人具有一第一控制单元以及一第二控制单元，该第一及第二控制单元用以控制该清洁机器人的行走路径，包括：
令该清洁机器人接收一反射信号；
根据该反射信号，产生一检测信号；
当该检测信号小于等于一参考信号时，选用该第一控制单元，使该清洁机器人与一墙面之间的距离等于一第一距离；以及
当该检测信号大于该参考信号时，选用该第二控制单元，使该清洁机器人与该墙面之间的距离等于一第二距离，该第二距离大于该第一距离。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中当该第二控制单元被选用时，该第二控制单元延迟该检测信号，并根据延迟结果，使该清洁机器人与该墙面之间的距离等于该第二距离。
11.如权利要求9所述的控制方法，其中当该第二控制单元被选用时，该第二控制单元对该检测信号进行滤波。
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