CN102890507B - 自走机器人、清洁机器人及其定位方法 - Google Patents

Abstract

一种自走机器人、清洁机器人及其定位方法。该自走机器人可在工作边界所形成的工作区域内执行指定任务，该自走机器人包括：环境信息感测组件、地图建构模块、设定模块、路径规划模块以及驱动模块；环境信息感测组件用以检测自走机器人所处的工作环境信息；地图建构模块与环境信息感测组件电性连接，用以依据工作环境信息建构环境地图；设定模块与地图建构模块电性连接，用以在环境地图上设定工作边界；路径规划模块与设定模块电性连接，用以规划自走机器人在工作边界所形成的工作区域内的工作路径；驱动模块与路径规划模块电性连接，用以驱动自走机器人依工作路径移动。本发明不需使用外部的止挡条或红外线装置来限制工作区域，并可远程遥控。

Description

自走机器人、清洁机器人及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种能在指定范围内工作的自走机器人、清洁机器人及其定位方法。

背景技术

常见的自走机器人以清洁机器人为例，若是要限制清洁机器人的移动范围，需要在清洁机器人所处的工作环境的地面上放置止挡条作为边界标记(Boundary Markers)，让清洁机器人在工作边界内的区域工作。或是在地面上放置红外线装置(如：Virtual WallLighthouse(虚拟墙灯塔))，利用红外线装置发出的红外线来限制清洁机器人的工作范围。不论止挡条或红外线装置，都是需要与清洁机器人搭配的外部装置，在工作环境中，尤其是居家环境中，摆设此类的外部装置，不仅占用空间也不美观，并且还需要花费购买止挡条或红外线装置，不符合经济效益。

先前技术中已公开了图形式机器人工作空间配置系统与方法，该方法利用挂在天花板上的投影机投射出指定工作区域的网格图案，让清洁机器人在网格图案所显示的范围内执行任务。此种限制清洁机器人工作范围的方式，虽然没有在地面上的止挡条或红外线装置，但天花板上的投影机仍是需要与清洁机器人搭配使用的外部的装置。

因此有必要提供一种新的自走机器人，不需使用任何外部装置来限定工作范围，就能达到让自走机器人在指定的区域内工作的目的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种不需与外部组件搭配，就能让机器人在指定的范围内工作的自走机器人以及其定位方法。

为达到上述的目的，本发明提供一种自走机器人，该自走机器人可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务，该自走机器人包括：一环境信息感测组件、一地图建构模块、一设定模块、一路径规划模块以及一驱动模块；该环境信息感测组件用以检测该自走机器人所处的一工作环境信息；该地图建构模块与该环境信息感测组件电性连接，用以依据该工作环境信息建构一环境地图；该设定模块与该地图建构模块电性连接，用以在该环境地图上设定该工作边界；该路径规划模块与该设定模块电性连接，用以规划该自走机器人在该工作边界所形成的该工作区域内的一工作路径；该驱动模块与该路径规划模块电性连接，用以驱动该自走机器人依该工作路径移动。

本发明还提供一种定位方法，该定位方法适用于一自走机器人，使得该自走机器人可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务，该定位方法包括下列步骤：判断该自走机器人是否储存有一环境地图；提供一显示界面，以显示该环境地图；在该环境地图上设定该工作边界；规划该自走机器人在该工作边界所形成的该工作区域内的一工作路径；以及依据该工作路径驱动该自走机器人并动态更新该环境地图。

本发明还提供一种清洁机器人，该清洁机器人用以在一工作边界所形成的一工作区域内执行清洁任务，该清洁机器人包括：一环境信息感测组件，该环境信息感测组件用以检测该清洁机器人所处的一工作环境信息；一地图建构模块，该地图建构模块用以依据该工作环境信息建构一环境地图；一设定模块，该设定模块与该地图建构模块电性连接，用以在该环境地图上设定该工作边界；一路径规划模块，该路径规划模块与该设定模块电性连接，用以规划该清洁机器人在该工作边界所形成的该工作区域内的一工作路径；一驱动模块，该驱动模块与该路径规划模块电性连接，用以驱动该清洁机器人依该工作路径移动；一存储单元，该存储单元用以储存该环境地图、该工作边界以及该工作区域；一显示界面，该显示界面与该设定模块电性连接，用以显示该环境地图；以及一通信模块，该通信模块与该设定模块电性连接，用以通过一外部的通信平台，而与一外部的电子装置通信。

本发明的自走机器人不需使用外部的止挡条来设定工作边界或利用红外线装置来限制自走机器人的工作区域，亦可接受远程遥控，让使用者可利用外部电子装置通过通信平台来指定自走机器人的工作区域或控制自走机器人。

附图说明

图1为本发明的一实施例的自走机器人的架构示意图。

图2为本发明的一实施例的自走机器人的显示界面与环境地图的示意图。

图3为本发明的一实施例的自走机器人的使用状态示意图。

图4为本发明的一实施例的自走机器人与外部的电子装置通信的示意图。

图5为本发明的定位方法的步骤流程图。

主要组件符号说明：

自走机器人    1              环境信息感测组件    10

设定模块      30             地图建构模块        20

存储单元      60             路径规划模块        40

通信模块      80             驱动模块            50

输入装置      90             显示界面            70

环境地图      120            工作边界            140

电子装置      130、130a      工作区域            Z1

通信平台      110            工作路径            150

客厅          121       卧室        122

储存按钮      71        地图按钮    72

地图清单      721

步骤          S1、S2、S3、S4、S5、S11、S12

家具          100、101、102、103、104、105

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

首先请参考图1至图4的关于依据本发明的一实施例的自走机器人。其中图1为依据本发明的一实施例的自走机器人的架构示意图；图2为依据本发明的一实施例的自走机器人的显示界面与环境地图的示意图；图3为依据本发明的一实施例的自走机器人的使用状态示意图；图4为依据本发明的一实施例的自走机器人与外部的电子装置通信的示意图。

本发明的自走机器人为一种可在指定区域内执行特定任务的移动装置。在本发明的一实施例中，本发明的自走机器人为一清洁机器人，其可在指定区域内执行清扫任务，但本发明不以此为限，本发明的自走机器人也可为执行其他任务的自走机器人，例如自动除草机或自动洗地机。

如图1所示，依据本发明的一实施例，本发明的自走机器人1可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务。自走机器人1包括环境信息感测组件10、地图建构模块20、设定模块30、路径规划模块40、驱动模块50、存储单元60、显示界面70以及通信模块80。环境信息感测组件10用以检测自走机器人1所处的工作环境的工作环境信息；地图建构模块20与环境信息感测组件10电性连接，用以依据环境信息感测组件10测得的工作环境信息建构环境地图。设定模块30与地图建构模块20电性连接，用以在环境地图上设定工作边界。路径规划模块40与设定模块30电性连接，用以规划并控制自走机器人1在工作边界所形成的工作区域内的工作路径。驱动模块50与路径规划模块40电性连接，用以驱动该自走机器人1依该工作路径移动。存储单元60与设定模块30电性连接，用以储存环境地图、工作边界以及工作区域。显示界面70与该设定模块电性连接。通信模块80与设定模块30电性连接，用以通过外部通信平台，让自走机器人1与外部的电子装置通信。需注意的是，上述各个模块与装置可为硬件装置、软件程序、固件、电路回路或其组合。

在本发明的一实施例中，环境信息感测组件10在工作环境中所测得的工作环境信息指的是工作环境中各物件与自走机器人1的距离与方位，藉此知道各物件在工作环境中的相对位置，以建立环境地图。本发明的环境信息感测组件10适用的组件有：红外线感测器、超声波感测器、激光感测器、或视觉辨识装置，如：相机或摄像机等类似功能的组件。如图2及图3所示，地图建构模块20将环境信息感测组件10取得的工作环境信息建构成环境地图120，以显示工作环境中各物件所在的位置。而本实施例的环境地图120将显示在显示界面70上(如图2所示)，且显示界面70是设于自走机器人1上的屏幕。但本发明不以此为限，显示界面70也可是外部电子装置的显示屏幕。

如图2所示，由本实施例的环境地图120可看出本发明的自走机器人1所在的工作环境为一室内空间，包括一客厅121以及一卧室122，而家具100、101、102、103、104、105分别设在客厅121或卧室122内，但本发明适用的空间不以室内为限，室外空间也适用。在环境地图120建构完成后，使用者可利用一输入装置90在显示界面70上，对环境地图120指定工作边界140，让设定模块30将此工作边界140所包围的区域设定为工作区域Z1，在此需注意的是，工作区域Z1为一虚拟边界，在工作环境中并不存在。使用者若点选显示界面70上的储存按钮71即可将环境地图120(包括客厅121与卧室122)、工作边界140以及工作区域Z1都储存于存储单元60内。以后使用者只需要点选地图按钮72中的地图清单721就可指定已储存的工作区域(客厅121、卧室122或工作区域Z1)，或是重新圈选新的工作边界。在此需注意的是，本发明的自走机器人1的工作区域不限于使用者在显示界面70上手动圈选的虚拟边界所形成的范围。自走机器人1的工作区域也可以是实体的空间，以本实施例(图2)为例，自走机器人1的工作区域也可以直接就是客厅121或卧室122，并且使用者使用的输入装置90为一触控笔，但本发明不以此为限，输入装置也可以是鼠标或键盘等输入装置。

在本实施例中，被指定的工作区域是工作边界140所包围而成的工作区域Z1，此时自走机器人1的路径规划模块40将依照工作区域Z1所涵盖的面积来规划自走机器人1在工作区域Z1内的工作路径150。如图3所示，本实施例的路径规划模块40所规划的工作路径150为常见的牛耕步(Boustrophedon)，让自走机器人1在工作区域Z1内来回移动直到指定任务完成为止，但本发明不以此为限，工作路径150仅是举例说明，其他的路径规划方式也适用于本发明。自走机器人1在工作区域Z1内的工作路径150规划完成后，自走机器人1利用驱动模块50在工作区域Z1内依据工作路径150移动。依据本发明的一实施例，自走机器人1会在工作区域Z1内依照工作路径150执行清扫任务直到工作区域Z1的区域都被清扫过为止。在本发明的一实施例中，驱动模块50包括一对滚轮，以滚动的方式驱使自走机器人1移动，而滚轮驱动只是本发明的自走机器人1的一种实施方式，本发明并不以此为限。此外，本发明的自走机器人1利用一同时定位与建构地图技术(Simultaneous localization and mapping，SLAM)控制本发明的自走机器人1的移动方向与位置。再者，当自走机器人1依工作路径150移动时，环境信息感测组件10会检测即时工作环境信息以确保自走机器人1在工作区域Z1移动时能避开工作边界140或其他实体障碍物(如：家具)，让自走机器人1在执行任务时不会超出工作边界140(如图3所示)。在自走机器人1依工作路径150移动的同时，地图建构模块20依环境信息感测组件10测得的该即时工作环境信息动态更新该环境地图120，以增加环境地图120的正确性。藉由上述结构，本发明的自走机器人1不需使用外部的止挡条来设定工作边界或利用红外线装置来限制自走机器人1的工作区域。在此需注意的是，SLAM为学术界与相关产业界发展已久的技术，因此关于SLAM的详细运作原理与方式将不在此赘述。

如前述，显示界面70不局限于设在自走机器人1本身的屏幕上，显示界面70也可是外部电子装置130或电子装置130a的显示屏幕。如图4所示，自走机器人1可通过通信模块80经由通信平台110将环境地图120传到外部电子装置130或电子装置130a的显示屏幕上，使用者可以利用电子装置130或电子装置130a的显示屏幕来圈选并设定自走机器人1的工作边界。并且，通过通信模块80的设计，本发明的自走机器人1亦可接受远程遥控，让使用者可利用外部电子装置130或电子装置130a通过通信平台110来指定自走机器人1的工作区域或控制自走机器人1。在此需注意的是，本发明的一实施例的通信平台110为因特网，电子装置130为个人数字助理，电子装置130a为个人计算机，但本发明不以此为限，任何设有屏幕的电子装置皆适用。

请参考图5，图5为本发明的定位方法的步骤流程图。本发明的定位方法适用于一自走机器人1，使得自走机器人1可在工作边界所形成的工作区域内执行指定任务。以下为说明方便，请一并参考图1至图4的实施例，在此实施例中自走机器人1为一清洁机器人，可在工作边界140所形成的工作区域Z1内执行清扫任务，需注意的是本发明的定位方法不以适用于上述附图所示者为限。本发明的定位方法包括下列步骤：

步骤S1：判断自走机器人1是否储存有环境地图120。

若存储单元60储存有环境地图120，执行步骤S2。

若存储单元60没有环境地图120，执行步骤S11。

本发明的自走机器人1若是在同一环境中被使用过(执行过任务)，存储单元60会存有相对应的环境地图120供使用者可点选(如图2所示)。

步骤S2：提供一显示界面70，以显示环境地图120。

环境地图120会显示在显示界面70上，而显示界面70可设于自走机器人1上，或显示在外部电子装置130或130a的显示屏幕上。若是利用外部电子装置130或130a的显示屏幕显示，则需通过通信平台110让外部电子装置130或130a与自走机器人1通信(如图4所示)。

步骤S3：接受在环境地图120上设定工作边界140。

如图2所示，使用者在环境地图120上圈选工作边界140。此时设定模块30会将该工作边界140所包围的区域设定为工作区域Z1。

步骤S4：规划自走机器人1在工作边界140所形成的工作区域Z1内的一工作路径150。

如图3所示，路径规划模块40将依照工作区域Z1的覆盖面积来规划自走机器人1在工作区域Z1内的工作路径150。本实施例所使用的规划方法为牛耕步，让自走机器人1在工作区域Z1内来回移动直到指定任务完成为止，但本发明不以此为限，任何其他的路径规划方法皆适用。

步骤S5：依据工作路径150而驱动自走机器人1并动态更新该环境地图120。

如图5所示，自走机器人1可通过驱动模块50驱动自走机器人1在工作区域Z1依照工作路径150移动，以执行指定任务。并且由于利用一同时定位与建构地图技术控制本发明的自走机器人1的移动方向与位置，在自走机器人1依工作路径150移动的同时，地图建构模块20依环境信息感测组件10测得的即时工作环境信息动态更新该环境地图120，以增加环境地图120的正确性。

步骤S11：通过环境信息感测组件10检测自走机器人1所处的一工作环境信息。

若是第一次使用本发明的自走机器人1或是本发明的自走机器人1第一次在某一工作环境内使用，存储单元60没有储存相对应的环境地图120时，必须让自走机器人1取得环境地图120以利于后续作业。取得环境地图120的方式是通过环境信息感测组件10并利用SLAM技术测得工作环境信息(工作环境中各物件与自走机器人1的距离与方位)。

步骤S12：依据该工作环境信息建构一环境地图120。

地图建构模块20利用环境信息感测组件10取得的工作环境信息来建构环境地图120。当环境地图120建构完成后，执行步骤S2至步骤S5，此为重复步骤，将不再赘述，请参考步骤S2至步骤S5的相关段落。

此处需注意的是，本发明的定位方法并不以上述的步骤次序为限，只要能达到本发明的目的，上述的步骤次序亦可加以改变。需注意的是，上述仅为实施例，而非限制于实施例。譬如不脱离本发明的基本架构者，皆应为本发明所要求保护的权利范围，而应当以权利要求书的范围为准。

Claims (5)

1.一种自走机器人，该自走机器人可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务，其中该工作边界为一虚拟边界，该自走机器人包括：

一环境信息感测组件，该环境信息感测组件用以检测该自走机器人所处的一工作环境信息；

一地图建构模块，该地图建构模块与该环境信息感测组件电性连接，用以依据该工作环境信息建构一环境地图，以供一使用者利用一输入装置于一显示界面上，对该环境地图指定工作边界；

一设定模块，该设定模块与该地图建构模块电性连接，用以在该环境地图上设定该工作边界，当该使用者对该环境地图指定该工作边界后，该设定模块将该工作边界所包围的区域设定为该工作区域；

一路径规划模块，该路径规划模块与该设定模块电性连接，用以规划该自走机器人在该工作边界所形成的该工作区域内的一工作路径；

一驱动模块，该驱动模块与该路径规划模块电性连接，用以驱动该自走机器人依该工作路径移动；

一存储单元，该存储单元与该设定模块电性连接，用以储存该环境地图、该工作边界以及该工作区域；

一显示界面，该显示界面与该设定模块电性连接，用以显示该环境地图；以及

一通信模块，该通信模块与该设定模块电性连接，用以通过一外部的通信平台，而与一外部的电子装置通信，其中当该自走机器人依该工作路径移动时，该地图建构模块依该环境信息感测组件所测得的一即时工作环境信息动态更新该环境地图。

2.如权利要求1所述的自走机器人，其中该工作路径为牛耕步。

3.如权利要求1至2中的任一项所述的自走机器人，其中该环境信息感测组件为一红外线感测器、一超声波感测器、一激光感测器、一相机、或一摄像机。

4.一种定位方法，该定位方法适用于一自走机器人，使得该自走机器人可在一工作边界所形成的一工作区域内执行指定任务，其中该工作边界为一虚拟边界，该定位方法包括下列步骤：

判断该自走机器人是否储存有一环境地图，若该自走机器人没有储存该环境地图，则通过一环境信息感测组件检测该自走机器人所处的一工作环境信息并依据该工作环境信息建构一环境地图，其中该环境地图利用同时定位与建构地图技术所建构；提供一显示界面，以显示该环境地图，以供一使用者利用一输入装置于该显示界面上，对该环境地图指定工作边界；

规划该自走机器人在该工作边界所形成的该工作区域内的一工作路径；以及

依据该工作路径驱动该自走机器人并动态更新该环境地图。

5.一种清洁机器人，该清洁机器人用以在一工作边界所形成的一工作区域内执行清洁任务，其中该工作边界为一虚拟边界，该清洁机器人包括：

一环境信息感测组件，该环境信息感测组件用以检测该清洁机器人所处的一工作环境信息；

一地图建构模块，该地图建构模块用以依据该工作环境信息建构一环境地图，以供一使用者利用一输入装置于一显示界面上，对该环境地图指定工作边界；

一设定模块，该设定模块与该地图建构模块电性连接，用以在该环境地图上设定该工作边界，当该使用者对该环境地图指定该工作边界后，该设定模块将该工作边界所包围的区域设定为该工作区域；

一路径规划模块，该路径规划模块与该设定模块电性连接，用以规划该清洁机器人在该工作边界所形成的该工作区域内的一工作路径；

一驱动模块，该驱动模块与该路径规划模块电性连接，用以驱动该清洁机器人依该工作路径移动；

一存储单元，该存储单元用以储存该环境地图、该工作边界以及该工作区域；

一显示界面，该显示界面与该设定模块电性连接，用以显示该环境地图；以及

一通信模块，该通信模块与该设定模块电性连接，用以通过一外部的通信平台，而与一外部的电子装置通信。