CN104027042B - 机器人吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人吸尘器，该机器人吸尘器包括：本体；位置检测传感器，配置于上述本体的内部，包括发光部和受光部，上述发光部用于射出光，上述受光部用于接收从上述发光部射出后被障碍物反射或散射的光；以及透明构件，上述发光部射出的光和上述受光部接收的光透射上述透明构件。

Description

机器人吸尘器

技术领域

本发明涉及机器人吸尘器（Robot Cleaner）。

背景技术

机器人吸尘器为无需用户的操作地自己行走在要打扫的区域的同时从地面吸入灰尘等异物，来自动打扫的设备。

通常，就这种机器人吸尘器而言，检测到设在打扫区域的家具、办公用品、墙等障碍物为止的距离，并由此对打扫区域进行映射（mapping），或者控制左轮和右轮的驱动，来躲避障碍物。这种机器人吸尘器具有用于测定到障碍物为止的距离的测距传感器，而上述测距传感器包括受光部和发光部，上述受光部用于朝向障碍物发射光，上述发光部用于接收被障碍物反射或散射的光。

以往，由于将上述受光部和发光部以向外部露出的状态设置，因而存在在打扫的过程中产生的灰尘使构成上述受光部或发光部的透镜、图像传感器等污染的问题，这不仅在测定到障碍物为止的距离时产生误差，还成为对构件的耐久性产生影响的原因。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，提供可防止灰尘等污染物使位置检测传感器污染的现象，并且可以更加准确地测定到障碍物为止的距离的机器人吸尘器。

本发明的机器人吸尘器包括：本体；位置检测传感器，配置于上述本体的内部，包括发光部和受光部，上述发光部用于射出光，上述受光部用于接收从上述发光部射出后被障碍物反射或散射的光；以及透明构件，从上述发光部发射的光和上述受光部接收的光透射该透明构件。

本发明的机器人吸尘器具有能够防止灰尘等污染物使位置检测传感器污染的现象的效果。

并且，本发明的机器人吸尘器具有如下效果：防止对构成发光部或受光部的透镜等精密仪器带来永久性的受损的划痕（scratch）或损坏等的产生，以提高产品的耐久性，并提高掌握障碍物的准确度。

附图说明

图1为示出本发明的一实施例的机器人吸尘器的立体图。

图2示出了图1的机器人吸尘器的底面。

图3为图1的机器人吸尘器的分解立体图。

图4示出了图3的位置检测传感器。

图5为图4的位置检测传感器的分解立体图。

图6示出了本发明的一实施例的机器人吸尘器的要部之间的控制关系。

图7为用于说明测定到障碍物为止的距离的原理的图。

图8为用于说明因透明构件的影响而使由位置检测传感器测定出的到障碍物为止的距离产生误差的原理的图。

图9局部地示出了本发明的一实施例的机器人吸尘器。

图10示出了在图8中用于安装透明构件的结构。

图11局部地示出了本发明的另一个实施例的机器人吸尘器。

图12为按照底座的旋转角度示出在图1的机器人吸尘器中产生的测定误差和对测定误差进行修正的结果的曲线图。

图13A、图13B为比较光透射通过注塑成型来形成的板材a和通过挤出成型来形成的板材b时的情况的，是示出与进行挤出成型的情况相比进行注塑成型的情况下光的畸变更严重的图。

具体实施方式

参照附图详细说明的实施例能使本发明的优点及特征以及实现这些优点及特征的方法更加明确。但本发明不限定于以下公开的实施例，能够以互不相同的各种方式实施，本实施例仅用于使本发明的公开内容更加完整，能够使本发明所属技术领域的普通技术人员更加完整地理解发明的范畴，本发明仅由权利要求的保护范围定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构要素。

图1为示出本发明的一实施例的机器人吸尘器的立体图。图2示出了图1的机器人吸尘器的底面。图3为图1的机器人吸尘器的分解立体图。图4示出了图3的位置检测传感器。图5为图4的位置检测传感器的分解立体图。图6示出了本发明的一实施例的机器人吸尘器的要部之间的控制关系。

参照图1至图6，本发明的一实施例的机器人吸尘器1包括本体10、位置检测传感器20以及透明构件32。

本体10随着左轮61a和右轮62a的旋转，在要打扫的区域（以下，称为打扫区域）内移动，并通过吸入单元70吸入打扫区域内的灰尘或垃圾等异物。

吸入单元70可包括：吸风机72，设在本体10，用于产生吸力；以及吸入口71，使通过吸风机72的旋转来生成的气流吸入。并且，吸入单元70还可以包括：过滤器（未图示），从通过吸入口71吸入的气流中采集异物；以及异物收容器（未图示），积累由上述过滤器采集的异物。

可具有用于驱动左轮61a和右轮62a的行走驱动部60，并且可包括驱动左轮的左轮驱动部61和驱动右轮62a的右轮驱动部62（在图3中，62为设在与左轮驱动部61相反的一侧的右轮驱动部的附图标记）。通过控制部90的控制，左轮驱动部61和右轮驱动部62独立工作，由此实现本体10的前进、后退或旋转。例如，通过左轮驱动部61来使左轮正向旋转，并通过右轮驱动部62来使右轮62a反向旋转的情况下，本体10向左侧或右侧旋转。控制部90也能够以使左轮驱动部61与右轮驱动部62的旋转速度存在差异的方式进行控制，来引导本体10的同时进行前进运动和旋转运动的并进运动。像这种本体10通过控制部90的控制来进行的运动，能够使其躲避或者迂回障碍物。还可以具有用于稳定地支撑本体10的至少一个辅助轮13。

本体10可包括：本体下部11，收容旋转驱动部40、行走驱动部60等；以及本体上部12，覆盖本体下部11。

发光部21用于射出光，可包括：光源；以及准直透镜（collimate lens），使从上述光源射出的光（图4至图5的L1）折射，以使上述光平行地照射。作为光源，可以应用发出红外线或可见光的发光体，例如红外线或可见光发光二极管（LED），但优选为射出激光的发光体。以下，在本实施例中，将激光二极管（LD，Laser Diode）210作为光源。尤其，利用激光的光源210因激光束所具有的单色性、直线性以及连接特性而相比于其他光能够更精密地进行测定。例如，相比于激光，红外线或可见光的测定精密度根据对象体的颜色和材质等周围环境而存在较大的差异。

受光部22可包括图像传感器220，上述图像传感器220用于使被障碍物反射或散射的光（图4至图5的L2）斑成像。图像传感器220为以m×n的矩阵形态排列的多个单位像素的集合体。各单位像素可以由硫化镉光电池（CdS，CADMIUM SULFIDE CELL）、光电二极管（PHOTO DIODE）、光电晶体管（PHOTO TRANSISTOR）、太阳电池（SOLAR CELL）、光电管（PHOTOELECTRIC TUBE）等各种方式的受光元件来实现，这些受光元件将基于光的光信号转换为电信号。并且，受光部22可包括受光透镜230，被障碍物反射或散射的光通过受光透镜230并被折射，从而在图像传感器220成像。受光透镜230可由多个透镜构成。

底座23以可相对于本体10旋转的方式设置，用于支撑发光部21和受光部22。发光部21和图像传感器220能够以维持规定的间隔的方式配置于底座23上。

参照图4至图5，旋转驱动部40用于使底座23旋转，可包括提供旋转力的马达41和传递马达41的旋转力并使底座23旋转的带构件、齿轮等传动机构。作为上述传动机构，使用了与马达41的旋转轴相连接的滑轮（pulley）42和在滑轮42与底座23之间传递马达41的旋转力的带构件43，但并不局限于此。

另一方面，还可以具有用于支撑位置检测传感器20的支架25，底座23能够以可旋转的方式支撑在支架25。支架25可通过螺丝或螺钉等固定构件来固定于下部本体11。

底座盖24与底座23相结合，从而与底座23一体旋转。可在底座盖24与底座23之间形成从发光部21射出的光通过的发光通道21a和由受光部22接收的光通过的受光通道22a。

控制部90对旋转驱动部40和行走驱动部60的工作进行控制。根据实施例，控制部90可将光源210、图像传感器220、行走驱动部60等构成机器人吸尘器1的各部的控制一起执行。例如，控制部90可包括微控制器（MCU，microcontroller unit），上述微控制器对由图像传感器220输入的电信号进行处理。控制部90不一定由一个控制单元（control unit）构成。通常，机器人吸尘器1可包括用于控制各部的多个控制单元，这种情况下，控制部90也可以定义为上述多个控制单元的一部分或全部，只要各控制单元电连接或者通过信号的收发来相连接就可以，各控制单元之间的空间上的配置与对控制部90的定义无关。

透明构件32可固定于本体10。在本体10的前侧形成有开口部，可通过设在上述开口部的透明构件框架31来固定透明构件32（参照图9）。

图7为用于说明测定到障碍物为止的距离的原理的图。图8为用于说明因透明构件的影响而使由位置检测传感器测定出的到障碍物为止的距离产生误差的原理的图。

从光源210射出的光与受光透镜230的主轴C之间具有规定的角度Θ。尤其，角度Θ与测定到物体为止的距离的准确性有着密切的关系，若上述角度值太小，则有可能难以测定到位于近距离的物体为止的距离，相反，若角度值太大，则有可能难以测定到位于远距离的物体为止的距离。因此，角度Θ应具有适当的值，优选地，上述角度Θ应具有能测定到位于0.1m至4m的物体为止的距离的值。

与光源210分开地配置有图像传感器220，在图像传感器220与上述物体或障碍物300之间配置有受光透镜230。此时，将障碍物300与受光透镜230之间的距离定义为物体距离“L”，利用以下数学式1来计算上述物体距离“L”。

$L=\frac{-\mathrm{fg}}{p-f\tan \mathrm{\Θ}}......\left(1\right)$

在这里，f为焦距，g为光源与受光透镜230之间的间隔，Θ为从光源210射出的光与受光透镜230的主轴C形成的角度，p为被物体反射或散射的光在图像传感器220成像的光斑与图像传感器220的中心o之间的距离。

图8为用于说明因透明构件的影响使由位置检测传感器测定出的到障碍物为止的距离产生误差的原理的图。参照图8，从发光部21射出的光或被障碍物反射或散射的光通过透明构件32的同时被折射。这种光的折射将对在图像传感器220成像的光斑的位置p′产生影响，其结果，使得在由位置检测传感器20测定出的到障碍物为止的距离（以下，称为“测定距离”）与实际距离之间产生误差（以下，称为“测定误差”）。

为了减小测定误差，首先，可想到将透明构件32形成为曲面的方案。测定误差在光垂直地通过透明构件32时最小，因而通过使透明构件32具有曲率，来减小光的入射角（基于与相对于面的法线之间的关系测定的角度）。从这样的观点来看，结合槽33a、33b可包括至少一个曲线区间S2、S3，安装于结合槽33a、33b的透明构件32也可以呈与曲线区间S2、S3相应的曲面的形态。这种情况下，透明构件32可通过注塑成型来呈曲面的形态，但注塑成型因工艺上的限制而很难对薄膜形态的薄的板材进行成型，而且很难消除双折射现象。因此，优选地，透明构件32通过挤出成型来形成。相对于注塑成型，挤出成型不仅有利于形成更薄的板材，还可以减少双折射引起的光的畸变。图13A、图13B为比较光透射通过注塑成型来形成的板材a和通过挤出成型来形成的板材b时的情况的，示出了与进行挤出成型的情况相比进行注塑成型的情况下光的畸变更严重。

图9局部地示出了本发明的一实施例的机器人吸尘器。图10示出了在图8中安装透明构件的结构。参照图9至图10，透明构件32由可使从发光部21发射的光和由受光部22接收的光透射的透明的材质形成。透明构件32配置于障碍物与发光部21之间或者障碍物与受光部22之间。

透明构件框架31可沿着透明构件32的长度方向延伸，并包括至少一个结合槽，上述透明构件32的长边插入于上述至少一个结合槽。上述至少一个结合槽可包括彼此相向的一对结合槽33a、33b，透明构件32的长边分别插入于各结合槽33a、33b。当然，也可以进一步形成将结合槽33a、33b之间相连接的结合槽（未图示），透明构件32的短边可插入于这些结合槽。

透明构件框架31可包括第一框架构件31a和第二框架构件31b，可在第一框架构件31a和第二框架构件31b分别形成第一结合槽33a和第二结合槽33b。因这种结构而可以容易地设置透明构件32。例如，可向第一结合槽33a插入透明构件32的一侧长边，并在该状态下向第二结合槽33b插入透明构件32的相反的一侧的长边，来将第一框架构件31a与第二框架构件31b进行结合。

另一方面，透明构件框架31可包括向透明构件32侧凹陷从而包围位置检测传感器20的收容槽34，上述收容槽34使得位置检测传感器20能够接近透明构件32。收容槽34可形成在第一框架构件31a以及第二框架构件31b中的至少一个。

透明构件32可由根据结合槽33a、33b的形态而变形的柔性材质形成。优选地，如上所述，可通过挤出成型来形成薄膜形态。由于透明构件32与结合槽33a、33b的曲线区间S2、S3相对应地弯曲从而形成曲面，因而可容易地形成具有所需的曲率的曲面。

结合槽33a、33b也可以具有直线区间S1，这种情况下，可分别在直线区间S1的两侧形成曲线区间S2、S3。像这样，隔着直线区间S1在两侧形成曲线区间S2、S3的情况下，安装于结合槽33a、33b的透明构件32中，与直线区间S1相对应的平面部与本体10的正面相向，并且在上述平面部的两侧，以相互对称的方式分别形成与曲线区间S2、S3相对应的曲面部。曲线区间S2、S3以使透明构件32的曲面部的凹面与发光部21或受光部22相向的方式弯曲。

图11局部地示出了本发明的另一个实施例的机器人吸尘器。参照图11，透明构件320可由位置检测传感器20固定。如上所述，位置检测传感器20可包括：底座23′，以可相对于本体10旋转的方式配置，用于支撑发光部21和受光部22，底座盖240，与底座23′一体旋转，用于覆盖底座23′；这种情况下，可在底座盖240形成开口部，在上述开口部固定透明构件320。在图11中，透明构件320呈平面形态，但并不局限于此，与上述实施例中的透明构件32一样，也可以呈曲面形状，其成型方法同样也可以为注塑成型、挤出成型中的某一中方法，但优选地，通过挤出成型来形成，这有利于减少光的畸变。

图12为示出在图1的机器人吸尘器中在不同的底座的旋转角度下产生的测定误差和对测定误差进行修正的结果的曲线图。参照图12，控制部90可基于与位置检测传感器20相距相同距离的各物体的实际距离，对位置检测传感器20检测出的测定距离进行修正。

对透明构件32的光的入射角根据底座23的旋转角度而不同，因此测定误差根据底座23的旋转角度而不同。

在曲线图中，将正面设为0°，将向左侧方向的旋转角度设为负（-）值，并将向右侧方向的旋转角度设为正（+）值来示出的。

测定距离a是，每隔规定的旋转角度（例如，分别相差15°）测定从机器人吸尘器1到位于相同的距离的物体为止的距离而得出的，呈现旋转角度越大测定误差就越大的倾向。尤其，在大致为30°的旋转角度区间，测定误差为5％以内，相当近似于实际距离。但是，随着旋转角度逐渐增大，测定误差将成为不可忽视的程度，因此，具有需要对测定距离进行修正的必要性。

就对测定距离的修正而言，根据对各旋转角度的测定误差值进行插补而求得的式，推定随着旋转角度的测定误差值的变化倾向，由此能够对测定距离进行修正。例如，在本曲线图中，若考虑以旋转角度作为x轴且以各旋转角度的测定误差作为y轴的坐标（x，y），则可以求得与各旋转角度相对应的测定误差y。

y＝[（在没有透明构件32的状态下在图像传感器220成像的光斑的位置）―（在有透明构件32的状态下在图像传感器220成像的光斑的位置）]/在没有透明构件32的状态下在图像传感器220成像的光斑的位置

已知，存在各种各样的利用这种坐标值来求得可推定坐标值之间的值的函数的插补法。例如，如图12所示，无修正时的测定误差a具有随着旋转角度增大而测定误差的增幅也增大的特性，因而作为用于对误差进行修正的插补函数，可简单地应用二次多项式以上的函数，但并不局限于此，也可以考虑对数函数、指数函数等各种函数。

另一方面，可通过实验预先了解这种测定误差，因而可按照到物体为止的距离对插补函数进行定义，并且由控制部90基于这些插补函数按照旋转角度对在图像传感器220成像的光斑的位置进行修正，来获得更加接近于实际距离的值。

另一方面，本发明的机器人吸尘器的控制方法能够以可由处理器读取的代码实现，该代码记录在可由设在机器人吸尘器的处理器读取的记录介质中。作为这种记录介质，只要能够存储可由处理器读取的形式的数据就可以。例如，有只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、光盘只读存储器（CD-ROM）、磁带、软盘、光学数据存储装置等，也能够以载波的形态体现，比如通过互联网传输等。并且，可由处理器读取的记录介质也可以分散在通过网络连接的计算机系统中来存储并执行代码。

Claims (16)

1.一种机器人吸尘器，其特征在于，包括：

形成有开口部的本体；

位置检测传感器，配置于上述本体的内部，包括发光部和受光部，上述发光部用于射出光，上述受光部用于接收从上述发光部射出后被障碍物反射或散射的光，并且包括使接收到的光斑成像的图像传感器；以及

透明构件，从上述发光部射出的光和上述受光部接收的光透射该透明构件；

透明构件框架，固定于上述本体的开口部，用于固定上述透明构件；

从上述发光部射出的光直接入射上述透明构件，被上述障碍物反射或散射的光透过上述透明构件被上述受光部接收。

2.根据权利要求1所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述透明构件框架包括至少一个结合槽，上述结合槽沿着上述透明构件的长度方向延伸，上述透明构件的长边插入于上述至少一个结合槽。

3.根据权利要求2所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述至少一个结合槽包括彼此相向地配置的一对结合槽。

4.根据权利要求3所述的机器人吸尘器，其特征在于，

上述透明构件框架包括分别形成有上述结合槽的第一框架构件和第二框架构件；

若在上述透明构件的一个长边插入于在上述第一框架构件和第二框架构件中的一个框架构件形成的结合槽的状态下使两个上述框架构件相结合，则上述透明构件的另一个长边插入于另一个框架构件。

5.根据权利要求3所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述透明构件由根据上述结合槽的形状而变形的柔性材质形成。

6.根据权利要求5所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述结合槽包括曲线区间。

7.根据权利要求6所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述透明构件的与上述曲线区间相对应的曲面部的凹面，与上述发光部或受光部相向。

8.根据权利要求5所述的机器人吸尘器，其特征在于，

上述结合槽包括：

直线区间；以及

分别形成在上述直线区间的两侧的曲线区间。

9.根据权利要求8所述的机器人吸尘器，其特征在于，分别形成在上述直线区间的两侧的多个曲线区间相互对称。

10.根据权利要求1所述的机器人吸尘器，其特征在于，在上述透明构件框架形成有向上述透明构件一侧凹陷从而包围上述位置检测传感器的收容槽，使得上述位置检测传感器能够配置在接近上述透明构件的位置。

11.根据权利要求1所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述透明构件通过挤出成型来形成。

12.根据权利要求1所述的机器人吸尘器，其特征在于，上述透明构件为板状的薄膜。

13.根据权利要求1所述的机器人吸尘器，其特征在于，还包括控制部，上述控制部基于与上述受光部相距相同距离的各物体的实际距离，对上述位置检测传感器所检测的测定距离进行修正。

14.根据权利要求13所述的机器人吸尘器，其特征在于，

上述控制部针对上述位置检测传感器的每个旋转角度，根据与上述位置检测传感器相距相同距离的各物体的实际距离和上述位置检测传感器所检测的测定距离之间的误差，对上述光斑的位置进行修正，并基于修正后的位置计算到上述障碍物为止的距离。

15.一种机器人吸尘器，其特征在于，包括：

本体；

位置检测传感器，配置于上述本体的内部，包括发光部和受光部，上述发光部用于射出直射光，上述受光部用于接收从上述发光部射出后被障碍物反射或散射的光，并且包括使接收到的光斑成像的图像传感器，上述位置检测传感器设置为能够旋转，使得从上述发光部射出的光的行进方向能够改变；以及

透明构件，从上述发光部射出的光和上述受光部接收的光透射该透明构件，该透明构件由上述位置检测传感器固定，使得从上述发光部射出的光以固定的角度入射该透明构件；

从上述发光部射出的光直接入射上述透明构件，被上述障碍物反射或散射的光透过上述透明构件被上述受光部接收。

16.根据权利要求15所述的机器人吸尘器，上述位置检测传感器包括：

底座，以能够相对于上述本体旋转的方式配置，用于支撑上述发光部和上述受光部，以及

底座盖，用于覆盖上述底座，该底座盖与上述底座一体旋转；

在上述底座盖形成有开口部，在上述开口部固定有上述透明构件。