CN103631262A

CN103631262A - 自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法

Info

Publication number: CN103631262A
Application number: CN201210312328.8A
Authority: CN
Inventors: 汤进举
Original assignee: ECOVACS ELECTRICAL Co Ltd
Current assignee: ECOVACS ELECTRICAL Co Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: WO2014032569A1; CN103631262B

Abstract

一种自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法，该限制系统包括：界限标记（300），用于确定作业空间（100）的限定边界位置，包含回归反光材料；自移动机器人（1），在作业空间中行走作业，包括：扫描测距仪（12），通过光信号的发射和接收，形成扫描平面，对作业空间进行扫描测距；控制装置（11），接收扫描测距仪的扫描测距信号，建立作业空间的坐标图；控制装置接收到扫描测距仪从界限标记反射回来的扫描测距信号后，确定界限标记的位置，并根据界限标记的位置确定其限定边界的坐标，从而控制自移动机器人位于限定边界内的区域工作。本发明节省能源，有效工作时间长，灵敏度高且成本低廉。

Description

自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法

技术领域

本发明涉及一种自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法，属于家用小电器制造技术领域。

背景技术

清扫自移动机器人以其体积小巧、运动灵活得到广泛的应用。现有的清扫自移动机器人在清洁房间100’时，通常需要限定自移动机器人的工作区域，如限定仅清扫大厅或卧室。目前主要有三种限定工作区域的方案：方案一：虚拟墙产生装置限定工作区域。如：美国的公开文献US6690134中揭示，虚拟墙产生装置发射一束光作为虚拟墙，自移动机器人探测器探测到该光束后，后退离开该光束，使得自移动机器人工作在虚拟墙产生装置限定的区域内。方案二：磁界线限定工作区域。如：中国的公开文献CN201378281Y中揭示，将磁条铺设在地面上，自移动机器人设置的霍尔传感器探测到该磁条发出的磁信号时，自移动机器人后退离开该磁条，使得自移动机器人工作在磁条所限定的工作区域内。方案三：回归反射体限定工作区域。如：美国的公开文献US20060020370中揭示，将回归反光材料标记铺设在地面上，自移动机器人传感器包含发射器和接收器，当接收器接收从发射器发射到回归反光材料标记后的反射光时，自移动机器人后退离开该回归反光材料标记，使得自移动机器人工作在回归反光材料标记所限定的工作区域内。

现有的上述三种限制自移动机器人工作区域的方案中，都在不同方面存在有相应的缺陷。例如，在方案一中，自移动机器人虽然能通过检测虚拟墙产生装置产生的光束后，后退转向，但虚拟墙装置需持续发射光束，这样就会产生较大的能源浪费。在方案二中，由于磁条铺设在地面上，很容易因受到污染而失效，因此，需要经常更换磁条或者通过给磁条加磁从而防止其失效。在方案三中，由于回归反光标记铺设在地面上，回归反光标记同样也容易因受到污染而失效，在限定的区域间隔较大时，还需要铺设大量的回归反光标记材料，且自移动机器人也需额外增加朝向地面放射光的探测器，导致成本相对提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法，本发明节省能源，有效工作时间长，灵敏度高且成本低廉。

一种自移动机器人行走范围限制系统，包括：界限标记和自移动机器人；其中的界限标记用于确定作业空间的限定边界位置，包含回归反光材料；自移动机器人，在作业空间中行走作业，包括：扫描测距仪和控制装置；扫描测距仪通过光信号的发射和接收，形成扫描平面，对作业空间进行扫描测距；控制装置，接收扫描测距仪的扫描测距信号，建立作业空间的坐标图。控制装置接收到扫描测距仪从界限标记反射回来的扫描测距信号后，确定界限标记的位置，并根据界限标记的位置确定其限定边界的坐标，从而控制自移动机器人在限定边界的区域内作业。

为了便于对自移动机器人的行走范围进行有效限制，所述的作业空间内设有非封闭的开口，所述的界限标记设置在所述非封闭开口处；所述界限标记上落入扫描平面上任意两点的连线所处的直线至少部分形成所述限定边界。

根据作业空间的不同情况，界限标记可以采用多种设置方式，所述的界限标记可以成对分别设置在所述非封闭开口的两侧；所述两个界限标记上分别落入扫描平面上任意两点间的线段至少部分形成所述限定边界；

所述的非封闭开口为多个，所述界限标记对应为多个，所述控制装置将相邻两个界限标记的距离与阈值进行比较，距离小于阈值的两个界限标记形成一对，以每对界限标记上分别落入扫描平面上任意两点间的线段，确定多个限定边界；

所述的非封闭开口还可以为多个，设置在每一个非封闭开口处的界限标记由强反射材料和弱反射材料组合而成，且每一非封闭开口处对应设置的界限标记中的强反射材料和弱反射材料的组合方式不同。

所述控制装置对应识别不同的所述组合方式，从而区分多个非封闭开口的设置位置。

在所述的作业空间内设置多个所述的界限标记，多个所述的界限标记将自移动机器人的作业空间分割成多个虚拟作业空间。

所述的界限标记设置在反光膜板上，所述的反光膜板在作业空间内自由移动设置。

本发明还提供一种自移动机器人行走范围限制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：自移动机器人上设有激光测距仪，所述自移动机器人通过从激光测距仪中获知的信息对作业空间进行地图建模，确定任意行走位置的坐标；

步骤2：所述作业空间内设置界限标记，设置在自移动机器人上的激光测距仪发出的信号经界限标记的反射，形成接收信号被激光测距仪接收；

步骤3：将步骤2中的接收信号转换为行走范围限制坐标；

步骤4：确定自移动机器人实际行走位置的坐标，并与步骤3中的行走范围限制坐标进行比较，确认自移动机器人的实际行走位置是否超出限制范围，如超出，则停止或转向；如未超出，则继续行走作业。

在步骤2中，所述界限标记的设置包括如下步骤：

所述的作业空间内设有非封闭的开口，所述的界限标记设置在所述非封闭开口处；

或者，所述的界限标记分别设置在所述非封闭开口的两侧；

或者，所述的非封闭开口为多个，设置在每一个非封闭开口处的界限标记由强反射材料和弱反射材料组合而成，且每一非封闭开口处对应设置的界限标记中的强反射材料和弱反射材料的组合方式不同；

或者，在所述的作业空间内设设置多个所述的界限标记；

或者，所述的界限标记设置在反光膜板400上，所述的反光膜板400在作业空间内自由移动设置。

综上所述，本发明节省能源，有效工作时间长，灵敏度高且成本低廉。

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例一界限标记设置位置示意图；

图2为本发明实施例二界限标记设置位置示意图；

图3为本发明实施例三界限标记设置位置示意图；

图4为本发明实施例四界限标记设置位置示意图；

图5为本发明实施例五界限标记设置位置示意图；

图6为本发明实施例六界限标记设置位置示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例一界限标记设置位置示意图。如图1所示，本发明提供一种自移动机器人行走范围限制系统，包括：界限标记300和自移动机器人1。其中的界限标记300用于确定作业空间100的限定边界位置，包含回归反光材料，例如：回归反光膜。自移动机器人1在作业空间100中行走作业，包括：扫描测距仪12和控制装置11。扫描测距仪12通过光信号的发射和接收，形成扫描平面，对作业空间100进行扫描测距。控制装置11，接收扫描测距仪12的扫描测距信号，建立作业空间100的坐标图。控制装置11接收到扫描测距仪12从界限标记300反射回来的扫描测距信号后，确定界限标记300的位置，并根据界限标记300的位置确定其限定边界的坐标，从而控制自移动机器人1在限定边界的区域内作业。

通常情况下，自移动机器人1的作业空间100为房间100’，房间100’的门可以作为作业空间100内设置的非封闭开口200，根据作业空间100的不同情况，界限标记300可以采用多种方式进行设置。在本实施例中，界限标记300设置在非封闭开口200处的一侧墙面上。因为含有回归反光材料的界限标记300的反射光强度与普通障碍物反射光强度不同，例如：普通障碍物反射回来的反射光的光强度为50坎德拉，而界限标记300反射回来的反射光的光强度为500坎德拉。这样，根据反射光的光强度大小，自移动机器人1能够以此来确定界限标记300的坐标。自移动机器人1的扫描测距仪12测距建模，确定界限标记300的位置，即，自移动机器人1在界限标记300上任取两点坐标相连，得到一条虚拟直线，自移动机器人1用程序控制自身运动范围不得超过该直线上任一点的坐标，以此对运动范围进行控制。较佳的，为了进一步节省控制器的运算量和存储器的存储空间，自移动机器人也可以仅存储该直线上部分线段坐标作为限定边界。也就是说，界限标记300上落入扫描平面上任意两点的连线所处的直线至少部分形成所述限定边界。具体为扫描测距仪12确定界限标记300的位置后，确定限定边界的起始坐标，当扫描到非封闭开口200另一侧收到普通障碍物的反射回来的扫描测距信号时，确定限定边界的终止坐标，即以非封闭开口200所在直线段作为限定边界。由于激光测距仪一般水平旋转扫描测距，因此，得到的虚拟直线为一条水平坐标线，其上的任意两点在同一水平面上。

具体的行走范围限制方法，包括如下步骤：

步骤1：自移动机器人1上设有激光测距仪，所述自移动机器人1通过从激光测距仪中获知的信息对作业空间100进行地图建模，确定任意行走位置的坐标；

步骤2：所述作业空间100内设置界限标记300，设置在自移动机器人1上的激光测距仪发出的信号经界限标记300的反射，形成接收信号被激光测距仪接收；

步骤3：将步骤2中的接收信号转换为行走范围限制坐标；

步骤4：确定自移动机器人1实际行走位置的坐标，并与步骤3中的行走范围限制坐标进行比较，确认自移动机器人1的实际行走位置是否超出限制范围，如超出，则停止或转向；如未超出，则继续行走作业。

在步骤2中，所述界限标记300的设置包括如下步骤：所述的作业空间100内设有非封闭的开口，所述的界限标记300设置在所述非封闭开口200处。

实施例二

图2为本发明实施例二界限标记设置位置示意图。如图2所示，在本实施例中，界限标记300的设置位置也在非封闭开口200处，但与实施例一的不同之处在于，本实施例中的界限标记300成对分别设置在非封闭开口200两侧的墙面上。在自移动机器人1旋转的过程中，激光测距仪对房间100’进行地图建模，经过建模，自移动机器人1无论走到哪里都知道自己所处的坐标位置，同时，自移动机器人1通过反射回来的信号强度来识别界限标记300的位置。所述两个界限标记300上分别落入扫描平面上任意两点间的线段至少部分形成所述限定边界。也就是说，界限标记300上落入扫描平面上任意两点的连线所处的直线至少部分形成所述限定边界。同样的，为了进一步节省控制器的运算量和存储器的存储空间，自移动机器人也可以仅存储直线的部分线段坐标作为限定边界。具体的，扫描测距仪12确定一侧界限标记300的位置后，确定限定边界的起始坐标，当扫描到非封闭开口200另一侧界限标记300的扫描测距信号时，确定限定边界的终止坐标，即分别在两个界限标记上各取一点，并以两点间的直线段作为限定边界。

实施例三

图3为本发明实施例三界限标记300设置位置示意图。如图3所示，在本实施例中，所述的非封闭开口200为多个，此时所述界限标记300也对应设置为多个，每个界限标记300都各自设置在所对应的非封闭开口200一侧或两侧。自移动机器人1通过反射回来的信号强度来识别界限标记300所在的位置，所述任意两个界限标记300上分别落入扫描平面上的任意两点间形成虚拟线段。在控制装置11内，预存有非封闭开口200宽度的阈值，控制装置11将相邻的任意两个界限标记300所形成的虚拟线段的距离与阈值进行比较，距离小于阈值的两个界限标记300形成一对，以每对界限标记300上分别落入扫描平面上任意两点间的线段，确定多个限定边界。

实施例四

图4为本发明实施例四界限标记300设置位置示意图。如图4所示，在本实施例中，非封闭开口200同样为多个，但与实施例三的不同之处在于，在实施例三中，仅设置了多个非封闭开口200，但是各个非封闭开口200之间不用进行任何区分和鉴别。房间100’作为自移动机器人1的作业空间100，可以包括多个出口，例如：与客厅相连的出口可以是卧室、卫生间、厨房，甚至阳台等等。为了对同一作业空间100内的多个非封闭开口200的设置位置进行区别，设置在每一个非封闭开口200处的界限标记300可以由强反射材料和弱反射材料组合而成，且每一非封闭开口200处对应设置的界限标记300中的强反射材料和弱反射材料的组合方式各不相同。控制装置11同时对不同的组合方式进行识别，从而实现对同一作业空间100内的多个非封闭开口200进行区分。

具体来说，本实施例中界限标记300中的回归反光材料为强弱反射材料间隔设置而成的回归反光膜。回归反光膜采用强反射和弱反射两种材料间隔设置而成，通过对回归反光膜上的两种强弱反射材料进行编号，采用不同的设置方式，就可以形成不同的代码组合。例如：如果设定强反射材料的代码为“1”，弱反射材料的代码为“0”，根据强弱材料不同的设置顺序，可以得到反光膜的代码为“101010”，“110101”，“001001”，“101101”等等各种组合。当自移动机器人1检测到的代码与内置程序中的相同时，认为该反光膜所在的虚拟直线为不可超越的，以此对自移动机器人1的行动范围进行限定。当然，在本方案中，需使反光膜的编码与自移动机器人1内置程序中的设定一致。进一步的，通过对回归反光膜进行编码区别界限标记300，从而确定不同界限标记300的位置。如：客厅通过多扇门连接多个房间100’，若该多扇门两侧墙壁均设置同样的界限标记300，则自移动机器人1无法识别该多扇门，也无法将不同的门区别开，就可能会出现以任意两个界限标记300确定虚拟墙的混乱情况出现。因此，当作业空间100中有多个非封闭开口200时，本发明可以通过“101010”，“110101”，“001001”，“101101”的组合方式，分别设置在A门、B门、C门和D门。此时，自移动机器人1可通过该编码识别A门、B门、C门和D门所在的坐标位置，不会以任意两回归反光膜确定虚拟墙。且用户还可以通过其自移动机器人1内置程序设定，控制自移动机器人1可以通过或者不准通过一扇门或多扇门。另外，自移动机器人1还可以以A门、B门、C门和D门所在的位置为参照物，进行路径规划清扫。合理安排自移动机器人1在作业空间100中的行走作业路径，提高工作效率。

实施例五

图5为本发明实施例五界限标记300设置位置示意图。如图5所示，在本实施例中，不再将界限标记300设置在作业空间100的非封闭开口处，而是直接将多个界限标记300设置在作业空间100的内部，比如：设置在房间内部的某一固定位置。这样，就可以将作业空间100人为分割成不同的虚拟作业空间100，进而控制自移动机器人1对作业空间100进行全部或部分地清扫。

实施例六

图6为本发明实施例六界限标记300设置位置示意图。如图6所示，在前述的五个实施例中，都是将界限标记300设置在固定位置，无论是设置在作业空间100的非封闭开口处，也就是屋门侧的墙壁上，还是设置在作业空间100内部，无论是设置在非封闭开口处的一侧，还是设置在两侧，都存在不易更换界限标记300位置的缺陷。为了便于对作业空间100进行任意地分割，在作业空间100也就是房间100’内部，还可以设有一个或多个可移动的反光膜板400，并在反光膜板400上设置界限标记300。这样使用者就可以根据需要，对作业空间100进行任意划分。例如：客厅左半区域是干净的，而右半区域是脏的，仅需要对右半区域进行清理作业。则可以通过在客厅中间设置回归反光膜板400来限定自移动机器人1只在客厅的右半边工作。实际设置回归反光膜板400也非常简单，即在竖直小板上贴设回归反光膜，方便用户移动该回归反光膜板400来限定自移动机器人1的工作区域即可。

本发明所提供的界限标记，在作业空间中无论采用上述的哪种设置方式，其工作原理都是相同的。当然，在实际的操作过程中，对于界限标记的设置方式也不局限于上述六个实施例所述的内容。上述不同的实施例中，自移动机器人行走范围限制方法所包括的步骤也是基本相同的，在实施例一已经得到了充分说明，因此在其他的实施例中没有赘述。

本发明的工作原理具体来说，激光测距仪（LDS）在测量距离时，放射物材质不同，其返回信号的强度也是不同的，根据此特性可以在自移动机器人的作业空间即房间内设置特制的材料，作为界限或虚拟墙来使用。在房间的门两侧或其他区域各放上一块这种材料，材料之间就形成一个虚拟区域，自移动机器人在行走时检测到这种材料的强度，就不会越过材料之间的区域。另外，选用一种反射强的材料和一种反射弱的材料，做成强弱相间的形状，即对其进行编码操作，形成条码状，当机器检测到这种状态，则不会越过此区域。本发明通过在非封闭处的墙壁上贴设回归反光膜来限定自移动机器人的工作区域。当LDS探测到该回归反光膜时，自移动机器人确定该回归反光膜之间的区域为虚拟墙区域，对应执行规避动作，从而将自移动机器人限定在该工作区域。

综上所述，本发明通过在作业空间内采用不同的方式设置界限标记，无论是设置在墙壁或者是可移动的反光膜板上，都减少了污染和损耗，节省能源；同时延长了界限标记的有效工作时间长，寿命长，成本低廉，实现对作业空间内作业区域的任意分割，使用方便且灵敏度高。

Claims

1.一种自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述的限制系统包括：

界限标记（300），用于确定作业空间（100）的限定边界位置，包含回归反光材料；

自移动机器人（1），在作业空间（100）中行走作业，包括：

扫描测距仪（12），通过光信号的发射和接收，形成扫描平面，对作业空间（100）进行扫描测距；

控制装置（11），接收扫描测距仪（12）的扫描测距信号，建立作业空间（100）的坐标图；

其中，控制装置（11）接收到扫描测距仪（12）从界限标记（300）反射回来的扫描测距信号后，确定界限标记（300）的位置，并根据界限标记（300）的位置确定其限定边界的坐标，从而控制自移动机器人（1）在限定边界的区域内作业。

2.如权利要求1所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述的作业空间（100）内设有非封闭的开口，所述的界限标记（300）设置在所述非封闭开口（200）处；所述界限标记（300）上落入扫描平面上任意两点的连线所处的直线至少部分形成所述限定边界。

3.如权利要求2所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述的界限标记（300）成对分别设置在所述非封闭开口（200）的两侧；所述两个界限标记（300）上分别落入扫描平面上任意两点间的线段至少部分形成所述限定边界。

4.如权利要求1所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述的非封闭开口（200）为多个，所述界限标记（300）对应为多个，所述控制装置（11）将相邻两个界限标记（300）的距离与阈值进行比较，距离小于阈值的两个界限标记（300）形成一对，以每对界限标记（300）上分别落入扫描平面上任意两点间的线段，确定多个限定边界。

5.如权利要求2所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述的非封闭开口（200）为多个，设置在每一个非封闭开口（200）处的界限标记（300）由强反射材料和弱反射材料组合而成，且每一非封闭开口（200）处对应设置的界限标记（300）中的强反射材料和弱反射材料的组合方式不同。

6.如权利要求5所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述控制装置（11）对应识别不同的组合方式，从而区分多个非封闭开口（200）的设置位置。

7.如权利要求1所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，在所述的作业空间（100）内设置多个所述的界限标记（300），多个所述的界限标记（300）将自移动机器人（1）的作业空间（100）分割成多个虚拟作业空间（100）。

8.如权利要求1-7任一项所述的自移动机器人行走范围限制系统，其特征在于，所述的界限标记（300）设置在反光膜板400上，所述的反光膜板400在作业空间（100）内自由移动设置。

9.一种自移动机器人行走范围限制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：自移动机器人（1）上设有激光测距仪，所述自移动机器人（1）通过从激光测距仪中获知的信息对作业空间（100）进行地图建模，确定任意行走位置的坐标；

步骤2：所述作业空间（100）内设置界限标记（300），设置在自移动机器人（1）上的激光测距仪发出的信号经界限标记（300）的反射，形成接收信号被激光测距仪接收；

步骤3：将步骤2中的接收信号转换为行走范围限制坐标；

步骤4：确定自移动机器人（1）实际行走位置的坐标，并与步骤3中的行走范围限制坐标进行比较，确认自移动机器人（1）的实际行走位置是否超出限制范围，如超出，则停止或转向；如未超出，则继续行走作业。

10.如权利要求9所述的自移动机器人行走范围限制方法，其特征在于，在步骤2中，所述界限标记（300）的设置包括如下步骤：

所述的作业空间（100）内设有非封闭的开口，所述的界限标记（300）设置在所述非封闭开口（200）处；

或者，所述的界限标记（300）分别设置在所述非封闭开口（200）的两侧；

或者，所述的非封闭开口（200）为多个，设置在每一个非封闭开口（200）处的界限标记（300）由强反射材料和弱反射材料组合而成，且每一非封闭开口（200）处对应设置的界限标记（300）中的强反射材料和弱反射材料的组合方式不同；

或者，在所述的作业空间（100）内设设置多个所述的界限标记（300）；

或者，所述的界限标记（300）设置在反光膜板400上，所述的反光膜板400在作业空间（100）内自由移动设置。