CN104737085B - 用于自主地检测或处理地面的机器人和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可移动的、自行驶机器人,其用于自主地执行工作。该机器人根据本发明的实施例具有:驱动模块,用于在地面上移动机器人;处理模块,用于在处理过程中执行工作;导航模块,其这样构成,即在处理过程中借助周围环境的地图在地面上为机器人确定导航,并且存储或管理周围环境的一个或多个地图。此外,机器人还包含:至少一个传感器模块,用于探测有关周围环境的结构的信息;分析单元,其这样构成,即确定在处理过程中被处理的表面,并且将该表面与参照物进行对比,并且将有关参照物和实际处理的表面之间的偏差的信息存储起来;通迅模块,其这样构成,即在处理过程中或处理过程结束或中断后与人机界面建立连接,以便传达所存储的有关参照物和实际处理的表面之间偏差的信息,并因此使用户能够介入处理过程,改变周围环境或者开始新的处理过程,其中借助确定的、可预先定义的标准来决定,是否应该按用户的要求传达,或者在无用户要求的情况下传达甚至根本不传达。通迅模块还这样构成,即接受用户的控制命令,取消、继续、修改或重新开始处理过程。

Description

用于自主地检测或处理地面的机器人和方法
技术领域
[0001]本说明书涉及一种用于自主地检测或处理地面的方法,尤其借助自主机器人进行 检测或处理地面的方法。
背景技术
[0002] 许多自行驶的、用于清洁或处理地面的机器人是己知的,并且能够购买得到。原则 上应该在尽可能短的时间内尽量完整地处理地面。在简单的系统中使用随机的导航系统 (例如iRobot公司的EP2287697 A2)即可,无需设立或使用待处理地面所处环境的地图。也 就是说,不必使用涉及障碍物、地面边界、已清洁/未清洁区域的位置信息。在结合局部的移 动策略时,在与障碍物相撞时只(随机地)改变行驶方向。因此例如虽然对地面进行多次清 洁,但不能(最终)确保地面的完全清洁。
[0003] 更复杂的系统设立了周围环境的地图,以便借助SLAM-算法(SLAM: “Simultaneous Localization and Mapping”,“同步定位与地图构建”)有针对性地计划路径以及有针对性 地清洁地面。在此借助传感器来获知地图以及机器人在地图中的位置,例如激光测距仪、借 助摄像头和激光进行的三角测量、接触传感器、测距传感器、加速度传感器等。在新型的具 有这种SLAM-模块的清洁机器人中,设立的地图不是永久性的,即为每个新的清洁过程(即 在结束前一个清洁过程之后)设立新的地图。在这种系统中,基于地图的信息(以何种方式 和方法进行清洁)大多不会通知使用者,使用者不能控制地图的内部应用(例如将地面划分 为待处理和非待处理的区域)。
[0004] 与非永久地图相反,应用永久存储的地图能够实现更有效率的处理过程,因为不 必重复地勘测周围环境。因此能够马上计算出处理过程。在此,能够获知并且再次应用额外 的基于地图的信息(例如问题区域、严重污染的区域等)。在EP 1 967 116 A1中例如获知了 地面的污染程度并且存储在地图中,以便在后面的处理周期中相应地调整处理强度(例如 持续时间、次数)。在Intellibot的US 6,667,592 B2中例如应用了存储的/永久的地图,以 便给地图的单个局部区域分配(可能不同的)功能(例如抽吸、擦拭),这些功能随后由清洁 设备自主完成。在Samsung的US 2009/01824½ A1中将可用的地图拆分成随后一个接一个 进行清洁的局部区域。
[0005] 但从一个处理过程到下一个处理过程出现在待清洁地区中的情况经常可能是变 化的。因此,例如人或未知的物体(例如鞋子或袋子)可能位于待清洁的区域中,或者受到家 具的阻挡。这使机器人很难完全自主地实施处理工作。在许多系统中,由于此原因规定了用 户和机器人之间的交互作用。在此有利的是,如果机器人例如探测到变化的环境,则它有针 对性地要求用户提供帮助。
[0006] 在US 5,995,884 A中描述了一种清洁系统,该系统是计算机的扩展。计算机管理 着可对其进行更新的永久地图。该地图是清洁工作的基础。计算机是用户界面,借助它能够 输出有关可能的障碍物信息。
[0007] 还已知的方法是,借助它排除在处理过程中未触及到的区域,并且随后在相同的 处理过程中或在后继的处理过程中能够事后补做。例如在文献WO 03/014852 A1中描述这 种方法。
[0008] 在US 2010/0313364 A1中描述了一种机器人,它能够在再处理行驶时再次清洗在 处理行驶期间可能未被处理到的区域。
[0009] US 2〇11/〇2643〇5描述了一种方法,其中清洁机器人将有关待清洁区域的地图传 递到外部设备上,并且能以这种方式和方法与用户交互作用。
[0010] 但是,在可能出现不规则情况或不可触及的区域时,用户大多不能对机器人的行 为产生影响,例如在机器人系统中它们根本没有或只能借助临时地图进行工作,或者用户 必须为机器人为每个确定的不规则情况预先规定随后应该采取何种行动。
[0011] 在此,为一个或同一个问题进行过于频繁的介入或者重复的介入,用户经常觉得 被打扰。相反,介入过少或缺少介入通常说明机器人不够智能。
[0012] 本发明的目的是,提供一种自主的机器人,它使交互作用与用户的需求和期望以 及机器人的任务范围相适应。
发明内容
[0013] 所述目的通过根据权利要求1所述的可移动机器人以及根据权利要求17所述的方 法得以实现。本发明的不同实施例和改进方案是从属权利要求的内容。
[0014] 下文描述了一种可移动的、自行驶机器人,其用于自主地执行工作。该机器人根据 本发明的实施例具有:驱动模块,用于在地面上移动机器人;处理模块,用于在处理过程中 执行工作;导航模块,其这样构成,即在处理过程中借助周围环境的地图在地面上为机器人 导航,并且存储或管理周围环境的一个或多个地图。此外,机器人还包含:至少一个传感器 模块,用于探测有关周围环境的结构的信息;分析单元,其这样构成,即确定在处理过程中 被处理的表面,并且将该表面与参照物进行对比,并且将有关参照物和实际处理的表面之 间的偏差的信息存储起来;通迅模块,其这样构成,即在处理过程中或处理过程结束或中断 之后与人机界面建立连接,以便传达所存储的有关参照物和实际处理的表面之间的偏差的 信息,并因此使用户能够介入处理过程,改变周围环境或者开始新的处理过程,其中借助确 定的、可预先定义的标准来决定,是否应该按用户的要求传达,或者在无用户要求的情况下 传达甚至根本不传达。通迅模块还这样构成,即接受用户的控制命令,中断、继续、修改或重 新开始处理过程。
[0015] 此外,还描述了一种相应的方法,用于借助自行驶的、自主机器人来自动地执行工 作。该处理模块不必强制地处理地面。同样还能实施单纯地检测或输送任务。不是所有的模 块都必须集成在可移动机器人中。例如分析单元还可在与可移动机器人(例如通过无线电) 通迅的静止计算机上执行分析任务。
[0016] 该可移动的机器人的在上下文中提到的借助地面的处理进行描述的实施例以及 技术特征也能够转换到用于执行其它或附加工作的可移动机器人上。由所述可移动的机器 人执行的工作例如能够包含处理地面、检测地面或周围环境、输送物体、清洁空气和/或执 行娱乐运动。例如在仅用于检测的应用情况下,处理模块并不是强制必须的。
附图说明
[0017] 下面的附图以及其它的描述应该有助于更好地理解本发明。附图中的元件不是一 定理解为限制性的,而只是用于描述本发明的原理。在这些附图中,相同的参考标记表示相 同或类似的部件或具有相同或类似意思的信号。在这些附图中示出了:
[0018] 图1是自行驶的、用于自主地清洁地面的机器人的示例性示意立体图;
[0019] 图2是用于自主地处理地面的机器人的结构的示例性框图;
[0020] 图3是用于自主地清洁地面的机器人在待清洁区域的不同位置上的示例性视图;
[0021] 图4是自行驶的、用于自主地清洁地面的机器人在待清洁区域的示例性视图,该待 清洁区域具有不规则情况;
[0022] 图5是根据本发明的用于自主地处理地面的机器人结构的示例性框图;
[0023] 图6是用于借助用户介入来处理地面的方法的示例性流程图。
具体实施方式
[0024] 图1示出了自行驶的、用于自主地清洁地面的机器人100的示例性示意立体图。图1 还示出了笛卡尔坐标系统,其坐标轴原点位于机器人100的中点。这种设备通常构成为盘状 的,但不是强制必须的。竖轴Z穿过圆盘的中心。纵轴用x表示,并且横轴用y表示。
[0025] 机器人100包含驱动模块(未示出),其具有例如电动马达、变速器和轮子。驱动模 块能够例如设计用于沿向前和向后的方向移动机器人(在图1的视图中是沿X轴),并且围绕 着竖轴旋转(在图1的视图中是z轴)。因此,机器人理轮上能够驶到地面(其与通过x轴和7轴 定义的平面平行)的每个点上。此外,机器人还具有处理模块,例如清洁模块,其设计用于清 洁机器人下方(和/或旁边)的地面。例如,将灰尘和污染颗粒吸到收集器中,或者以机械(或 其它任意)的方式输送到该收集器中。这种机器人是已知的,区别基本上在于对周围环境中 的导航方式,和对地面进行处理(例如清洁操作)时所采用的“策略”。
[0026] 还已知的机器人是,它在未设立或应用地图的情况下就够用。在这种相当简单的 系统中,通常应用随机的导航方法。在此,没有存储与位置有关的信息(如有关障碍物的信 息)或取向点,并且未在处理过程中再次使用。在与局部的运动策略相结合时,这种机器人 通常在与障碍物相撞时(随机地)更换行驶方向。待清洁区域中的地面以这种方式被局部清 洁多次,而其它地面可能根本未被清洁。
[0027]由于此原因已研发出更复杂的、“智能”系统,该系统确定周围环境的地图,并且同 时确定机器人在该地图中的相应位置,由此使机器人变得尽量自主,并且达到尽可能好的 清洁效益,因此用户只需稍微或根本不需要进行再处理。这种方法是已知的且称为SLAM-方 法(英语:Simultaneous Localization and Mapping,德语:simultane Lokalisierung und Kartenerstellung,例如见H.Durrant-Whyte and TBailey:,Simultaneous Localization and Mapping (SLAM):Part I The Essential Algorithms,“in: IEEE R〇-botics and Automation Magazine,Bd.l3,Nr_2,S_99-110,Juni 2006)。以这种方式能够 实现有目的性的导航。该地图以及机器人在该地图中的位置在此借助一个或多个传感器查 明。在已知的系统中,为每个新的清洁操作设立新的地图,即这些地图不是永久的。
[0028]与具有临时地图的系统相比,借助下述系统能够实现更有效的处理过程,即在此 系统中,通过机器人设立的地图被永久地存储,并且再次用于后继的清洁操作,因为不必重 新堪查周围环境。附加地,还可查明和再次使用基于地图的信息。因此,例如在地图中标出 严重污染的区域,并且在后继的清洁操作时进行特殊处理。还能够接收用户专用的信息(例 如房间标识)。根据本发明的此处描述的实施例,用户尤其能够通过对有关处理过程或有关 周围环境的消息作出反应而对影响处理过程。该介入可能性或者与之相关的用户应用可以 确保提高消费者对该类机器人的接受度。
[0029]图2是方框图,它示出了用于自主地处理(例如清洁)地面的机器人100的实施例的 示意性构造。也示出了已在上面提到的驱动模块130和处理模块140。这两个模块130和140 由控制和导航模块110控制。导航模块110这样构成,即在清洁操作期间借助周围环境的地 图在地面上为机器人导航。该地图在此以地图数据(map data)的形式存储在控制和导航模 块110的存储器中。为了实现周围环境中的导航,已知用于计划机器人的额定轨迹的不同策 略。通常努力借助尽可能短的策略(路径)来尽量完整地覆盖待处理(例如待清洁)的地面, 以确保实现覆盖这些表面的处理(例如清洁)。
[0030]机器人100还包含传感器模块120,用于探测有关周围环境的结构和/或有关地面 特点的信息。为此目的,传感器模块能够具有一个或多个传感器单元,它们设计用于探测信 息,在此信息的基础上构建周围环境的地图,并且能够明确机器人在该地图上的位置。适合 此目的的传感器例如是激光测距仪、照相机、三角测量传感器、接触传感器,用于识别与障 碍物的相互碰撞等。为了构建地图并且为了同时确定机器人在地图内的位置,如同描述的 一样,应用了SLAM-方法。这样新构建的(暂时的)地图以及相当于它的永久的局部地图能够 聚集在一起,以识别可能的区别。识别到的区别例如可能暗示着障碍物。位于空间的人能够 指例如移动的障碍物(见下方)。
[0031] 借助通迅模块160能够建立朝人机界面200 (human machine interface,HMI)的通 迅连接。在此考虑将个人计算机(PC)作为人机界面,但它也可只指机器人壳体上的简单屏 幕或移动电话或智能电话。外部的屏幕(例如显示屏)能够是人机界面200的一部分。根据本 发明的实施例,该人机界面200能够将有关处理过程或有关周围环境的信息(例如地图信 息)通知用户,并且由用户发出反馈(也就是说用户反馈)。用户例如能够通过PC或设置在机 器人壳体上的按键输出控制命令。当然还已知人机通迅的其它变形方案。该人机界面200能 够为用户呈现存储的信息(其具有在地图中的相应位置),并因此使用户能够介入处理过程 (或备选地是检测操作)或者改变周围环境。人机界面200通过用户输入的控制命令取消、修 改、继续或重新开始处理过程(或检测操作)。
[0032]图3示例性地示出了在待清洁区域G内的位置A上的自主的机器人100。待清洁区域 G在此划分为不同的房间G1和G2,它们通过门彼此连接。在此,不同种类的物体(黑色的表 面)位于单个房间G1、G2中。整个待清洁的表面G连同位于它里面的物体都能够存储在由机 器人100存储的地图中。然后在处理过程时,机器人100能够借助地图处理待清洁区域G。 [0033] 在正常的处理过程时,机器人能够处理整个待清洁区域G,除了这些物体下方的区 域。因此它能够例如从位置A移动到位置A’,以便在第二房间G2中进行处理。
[0034]但还可能出现的情况是,例如物体被推移,局部区域被封闭起来,或者未知的、未 在地图上标出的物体位于待清洁的区域G中。这一点在图4中示例性地示出。在此视图中,第 一房间G1中的物体20被推移(与图3相比),使得机器人100不再能处理区域GN (用小点子示 出)。此外,关闭了朝第二房间G2的门,因此机器人100不能在此房间G2侗样用小点子示出) 中行驶,因此不能执行所述处理工作。
[0035] 传感器单元能够用于在现有的地图(还未记录)上识别障碍物,该传感器单元提供 构建地图所需的环境信息。接触传感器能够探测到碰撞,用于测量驱动单元载荷电流的电 流传感器能够探测到,机器人何时(例如在地毯的流苏上)被绊住。其它的传感器单元例如 能够通过驱动轮的旋转探测到机器人是否被绊住。能够设置其它的传感器单元,例如其构 造可用于查明地板的污染程度。探测到的环境信息能够与机器人在地图上的位置(其从属 于各信息)一起传递到控制和导航模块110上。“突然”出现的并且短时间再次“消失不见的” 障碍物暗示着空间中的移动,尤其是在空间中移动的人。因此机器人识别到,是否有人在空 间中移动并且尤其能够对此作出反应。
[0036] 机器人100可这样构成,即有目的性地发起与用户的交互作用,以便将该不完全的 地面覆盖通知用户,并且通知机器人应该再次进行处理未处理到的局部区域,使得能够消 除该不完全覆盖的情况。但是,用户容易觉得过于频繁的介入是令人困扰的。
[0037] 图5示出了用于自主地处理地面的机器人的另一实施例。该机器人与图2所示的实 施例的区别在于附加的分析单元150。分析单元150能够加工不同的信息,并且借助特定的 标准来决定,是否应该发起与用户的交互作用。如果发起交互作用,则也还可以确定,是否 只在获得用户要求之后才实施该交互作用,还是自动地通过机器人实施该交互作用。机器 人的行为能够以这种方式和方法与待清洁区域G中的给出的情况相匹配,并且与用户的期 望和需求相匹配。
[0038]如图5所示,分析单元150能够作为自主的模块来执行。但它也例如能够集成在导 航模块110、通迅模块160或机器人1〇〇的任意部件中。此外还可能的是,分析单元150不是设 置在机器人100中,而是例如设置在所用的人机界面200中(例如在计算机或智能电话中)。 [0039]在图6中示例性地示出了用于调节机器人行为的方法。例如首先给机器人提供一 个参照物。它能够给机器人预先设定待清洁区域以及该区域的期望达到的覆盖情况。该参 照物能够事先由用户以地图的形式预先设定,在该地图中记录了待清洁的区域。但是,该参 照物也能够通过机器人自身,例如通过勘测行驶或在执行处理过程中来设立。如果需要,这 样设立或者通过用户预先给定的参照物也能够自动地通过机器人借助用户交互作用来调 节。
[0040] 地图形式的参照物能够是所谓的特征地图,其中机器人的周围环境从各特征中概 括而成。这些特征然后能够借助逻辑规则连接成目标。这种目标例如是房间或位于房间中 的物体。一旦提供了这种地图,则能够在处理过程之前计算待达到的表面。借助路径计划, 例如能够从机器人的当前位置检测空间的所有点的可抵达性。
[0041] 然后在处理过程时,机器人能够测量实际处理的表面。在进行所述测量时,例如能 够将驶过的表面一起记录下来。这一点例如借助已存储的地图来实现,但例如也可借助新 制定的地图来实现,并且能够将该新制定的地图与现有的地图进行对比。在测量时制定的 地图类型能够与存储的地图的类型相匹配。例如,借助网格-地图(一种借助网络(网格)进 行分区的地图)对局部区域同时进行描述,并且该局部区域能够与特征地图联系在一起。这 一点能够通过以下方式实现,即该局部区域转换成“特征”(例如局部区域的通过直线或横 木进行的描述),并且插入这些特征地图中(在最简单的情况下是指某条线的终点以及包含 点的某条线的信息)。但是也能够简单地记录在现有的格栅地图中,其方式是:将每个格栅 点(其相对应的表面已被处理)都标记为已处理。 L0042J除/测星地面覆盖情况以外还在处理期间识别出障碍物,该地面覆盖基本上能够 通过记录已处理的表面来实现。此外,还能进一步“扫描”周围环境,以识别新的目标。因此, 例如能够通过目标识别(例如门把手的识别)并且在图片数据库的帮助下将门识别出来。探 测到的目标能够记录在地图中。
[0043]通过机器人自身能够引起待处理的区域的不完整处理,其方式是:它能够自主地 中断该区域或部分区域的处理。例如,如果机器人在一个区域中探测到(过多的)人,这些人 可能会破坏其处理过程或者,或者机器人可能通过它的处理过程来干扰这些人。机器人为 何中断处理操纵的原因同样可以和地图相关。这种关联性例如能够通过以下方式实现,即 相应的目标(例如空间、空间中的一部分、家具部件,其例如由特征构成)与这些原因联系在 一起。
[0044]后继分析的基础是处理过程时实现的地面测量。在下面的分析中,将参照物和执 行的测量相互进行对比。这些现有的数据在此能够进行编辑,并且将相关的(有兴趣的)参 数(例如经清洁的表面,未清洁的区域、未清洁的原因)提取出来。以各种不同的方式来进行 的对比,是在处理过程结束时和/或在处理过程中的一个或多个时间点进行。如果在处理过 程中实施这种对比,则该对比局限于己完成处理过程的区域。为此,待加工的区域既在参照 物中也在真实的测量时划分为局部区域。当完成了局部区域的处理过程,才开始进行对比。 [0045]已知各种不同的算法来实施所述对比。例如,这些算法可以是网格点与网格点的 对比(例如在应用参照的和生成的网格地图的情况下),或者也可以结合基于规则的逻辑, 以便能够确定其复杂的关系。复杂分析的优点是,在每次(局部)测量过程之后重新呈现出 更新后的测量地图。如果关闭的门完全阻塞了朝向房间的通道,则例如由于特征地图中的 逻辑规则事后能够将该关闭的门看作是障碍物。因此,在未识别目标的情况下,能够借助逻 辑来识别关闭的门,或者在前面的测量步骤中对门的探测进行证实。
[0046]在分析时,例如,能够根据成本函数对表面进行评估。在使用清洁机器人时,例如, 针对第i个局部表面Ai,由期望的吸尘情况Si (能够从前面的处理过程中得知)和(未处理的) 局部表面仏中计算出乘积,并从中按如下公式得出可能的局部-清洁效益R1:
[0047] Ri = Ai • Si • ffi, (1)
[0048] 其中是指第i个局部表面Ai的权重(见下文)。如果(根据定义)例如对于所有局 部表面设定为Si= 1,作为清洁效益的特殊情况可以得到其面积效益。通过将所有表面M和 所有标记i的部分-清洁效益Ri合计成数量I,来获得完整的(总的)清洁效益R:
[0049] R= SielRi. . . (2)
[0050] 因此,通常严重污染的表面比通常污染轻微的表面具有更高的清洁效益。在清洁 效益高的表面上,用于非清洁的“成本”是很高的。该清洁效益是用于通常的成本函数,机器 人应该将该成本函数降至最低。备选地或附加计算出表面的处理风险。风险例如指机器人 卡在滑溜或光滑的地面上。该风险能够通过调节权重因子(其通常能够设为1)来加以考虑。 该成本函数作为标准能够顾及到,以便决定有关处理过程、障碍物、识别到的目标或类似目 的的信息是否按用户的要求才传达给用户,或者在无用户要求的情况下传达甚至根本不传 达。
[0051]这种成本函数能够通过前面的用户反馈来适应和调节。在前面的用户输入命令重 复时,该用户输入命令是指小的未处理的局部区域不应再进行处理,在面积较小时(例如通 过权重因子Wi)降低了算出的可能的效益。
[0052] 如果例如在餐桌的下方通常由于椅子堵住了住宅的区域,因此机器人不能进入该 区域,所以用户通知该机器人,不再注意该区域。但对于住宅中椅子和沙发椅的位置来说, 上一次处理过程与下一次处理过程都有很大的区别。因此在处理过程中能够封锁餐桌下方 的区域,但在后继的处理过程中局部或完全封锁。通过分析能够确保,该区域在每次处理过 程中再次识别为用餐区域,以便可靠地避免未通知用户的情况。
[0053] 在特征地图(其划分为目标)中,这一点例如通过以下方式实现,抽像出来的目标 “餐桌下方的区域”是一个非常不明确的有关位置、形状和大小的描述。此外,该目标还例如 与“椅子障碍物”联系在一起。机器人能够以这种方式将房间中不可抵达的区域(其由于椅 子障碍不可触及)识别为用餐区域,其未传达给用户。
[0054] 在许多情况下,由于信息受到限制,机器人借助其传感器元件能够测量的区域并 不能被识别出来。由于此原因,能够从成本函数中计算出探测概率。该探测概率能够例如通 过发现障碍物(例如椅子障碍物)来提高。因此,该分析的结构也能够是未处理区域的静态 描述。
[0055] 在分析过程中,例如也可得出新的信息。因此,例如将在测量步骤中探测到的门把 手解释为之前未发现的(因此未处理的)区域的门。在分析时例如还需要考虑的是,仅对整 个待处理的区域进行部分处理。这一点能够通过以下方式实现,即相应地调节参照物。
[0056]在下面的步骤中例如能够决定,将哪些信息传达给用户和/或希望从用户处得到 什么反馈。通过将分析和决定的步骤分开,能够赋予该方法多个结构,因此能够借助少量的 费用产生复杂的行为模式。但还可能的是,将分析和决定过程组合在一起。
[0057]例如,借助在分析时提取出来的数据,能够在做决定时借助预先定义的规则来做 决定。在简单的情况下,例如将计算出来的清洁效益与阈值(额定值,例如最大可能的清洁 效益的定义的一部分)进行对比,并在此基础上做出决定。但也能够执行复杂的状态机 (state-machines)。因此还能在传达给用户之前额外地确定机器人的电池充电状态。用户 能够要求对未处理的表面立即进行再处理,但可能借助给出的电池充电状态无法实现,因 为其电量过低。在这种情况下,如果该机器人的电池充电状态足以进行再处理,机器人才通 知用户。例如还能考虑当前的时间。在很晚的夜晚或者深夜能够不再立即通知用户,而是推 迟到第二天。
[0058]例如还能够检测用户是否留在房子里。只要用户呆在房子里,且用户登陆局部 WLAN网络(无线局域网),则机器人能够对用户是否在房子里进行检测。除了这些提到的因 素以外或备选的是,还能够考虑许多其它因素,借助它们能够对所做的决定(g卩)是否应该 通知用户或何时通知用户)产生影响。
[0059]在进行交互作用时,根据做出的决定编辑用于用户的数据,并且传递到人机界面 上。数据显示的方式在此能够根据人机界面的类型而变化。因此,例如能够在未加工区域中 的地图上用颜色标出,并且只通过可绘图的用户界面(例如通过智能电话应用软件)来示 出。
[0060]还可能的是,将机器人的决定以多种不同的方式同时传达给用户。因此除了上述 通过智能手机应用软件用颜色突出未处理的区域以外,还能发送具有信息简短概括的邮 件。此外,还能将未完全处理的原因传达给用户,以便用户尽量简单地消除该原因,以便能 够重新进行地面处理。
[0061] 除了信息流向用户以外,还希望从用户处得到反馈。因为期望的反馈的类型能够 取决于传递的信息,所以还能将期望的回答的类型传达给用户。因此例如出现“厨房不能清 洁,因为门被关上了,一旦需要我清洁厨房,请通知”,则只是等待操作通知,而在出现“请将 要再次处理的局部区域标出来”时,则机器人是在等待具有局部区域的地图描述。
[0062] 此外,在交互作用期间能够将前面的决定传达给用户,其方式是:将不想通知用户 的局部区域以所示的地图上用颜色突出来。以这种方式使用户能够修正前面的反馈。用户 为此例如在地图上选出相应的区域,并且删除“未通知”这一记录。
[0063]通过机器人的行为能够作出决定,或者根据用户反馈来影响未来的决定。例如在 用户作肯定回答时(要求进行工作)传递到下一模块,但在用户作否定回答时(不要求进行 工作)则断开。但还可能的是,将用户的回答与前面的回答以及其它规则联系起来,以便一 方面决定当前应该执行哪些工作(例如完整地或局部地对局部区域进行再清洁),另一方面 为未来的交互作用做好准备。
[0064]如果用户通知机器人稍晚地为“未处理的局部区域”开始新的处理尝试,则机器人 一直等待,直到确认用户不在房子中(例如通过局部WLAN网络中的记录),然后安排新的尝 试。如果用户再次传达出他不希望再处理低于鞋子表面的且位于前厅中的区域,则机器人 能够相应地适应该分析或决定规则,因此用户未来就不再会被小的未处理的表面纠缠,这 些表面很可能源自前厅中位于其周围的鞋子。
[0065]备选地,该用户反馈能够存储在参照地图中,并且对此产生相应的影响。因此,例 如抽象而来的目标“前厅”能够用特性“27cm2以下的表面”来表示。准确说来,能够将前厅完 全从通知中排除,其方式是:将用于前厅的参照物设定为“不需清洁”。
[0066]在准备工作时,编辑由该方法决定的工作,使得机器人能够执行该工作。该工作的 实施在此取决于机器人的能力。因此在此模块中在存在着多个未处理的表面时,应该能够 为这些表面起动另一处理尝试,例如执行以下步骤:1.根据不同的标准(例如处理尝试的可 达到性、风险)选出表面。2.计算朝单个表面的路径。3.将路径清单传达给机器人。
[0067]下面借助五个范例分析详细地阐述了根据本发明的用于自主地处理地面的机器 人1〇〇的功能。
[0068] 第一范例:在处理过程(例如通过用户相应地调节日历来触发)时移动客厅的沙 发,使得机器人不能驶入或清洁位于它下面的区域(例如沙发挪动得靠近墙壁,使得墙壁和 沙发之间没有机器人的位置)。用户在处理过程中不在房子里,在处理过程结束之后才回 来。机器人清洁了房子的其余区域,并且将当前的处理过程存储起来,并且回到它的充电 站。
[0069]接下来,机器人分析该地图并且查明,如果沙发再次移到原来的位置,是否能达到 主要的清洁效益(即待清洁的房子的清洁度的改善程度)。如果达到了主要的清洁效益,则 机器人将未清洁的房子区域(在此范例中该未清洁的区域在沙发下面)通知用户(通过人机 界面200),并且给出相应的理由(例如该区域不能驶入,位置不够)。
[0070]然后用户介入清洁操作,只要将沙发再次推回,则机器人具有足够的位置用于清 洁。随后,用户能够(通过人机界面200,例如机器人上的按键)将“Finish Cleaning Kommando”的命令(清洁结束)传达给机器人。借助存储的周围环境地图以及有关未清洁区 域的信息,机器人现在能够有目的性地尝试驶入和清洁沙发后面的区域。如果该沙发被充 分地移开,则例如(只)清洁沙发后面的区域,并因此结束整个房子的清洁操作。
[0071] 但对此备选地,用户还能告诉机器人,他以后不想收到有关移动沙发的通知。在这 种情况下,机器人能够将该信息与目标“沙发”在地图上联系起来,并且存储在地图中,并且 如果能够实现主要的清洁效益,则以后在移动沙发时不再询问。此外,通过将用户交互作用 与地图联系起来,并且通过将该联系存储起来,还能在以后将该信息(不希望被该区域阻塞 的情况打扰)在地图中展示给用户。用户能够以这种方式随后处理和改变该联系。
[0072] 通过由机器人传达的信息,用户还知道机器人很难抵达沙发后面的区域。为了提 高未来清洁操作的效果,用户现在还能够使该机器人很难触及的区域变得容易抵达。但是, 机器人也可能从用户的简单指令中知道,就障碍物的信息而言能够从用户处获得哪些行 为,并且在以后加以考虑。
[0073]第二范例:在清洁操作时餐桌下方的位置因椅子受到阻碍,使得无法良好地实现 桌子下方的清洁覆盖。机器人将该区域忽略,并且继续在其它位置清洁。在房子清洁结束之 后,机器人回到基站。与存储的地图和先前的清洁效果相比,在此对清洁地图进行分析,该 忽略的区域通常是严重污染的区域,因此能够达到更大的清洁效益。由于此原因,机器人通 知用户,无法清洁桌子下方的区域,因为椅子脚太窄了。
[0074] 然后,用户能够使得该区域更易到达(例如通过将椅子放在桌子上),并且借助“完 成清洁”键使机器人对遗漏的区域进行重新的清洁尝试。但备选地,用户还能决定,它通常 倾向于用手来清洁该区域,并且将该区域作为排除区域在地图上标出来。机器人在这种情 况下不再试图驶入该区域中。因此,也减少了粘在此处的危险。
[0075]第三范例:在清洁操作时机器人“发现”,门被关上或挡住了。机器人清洁了房子的 其余区域,并且回到其基站。接下来通过分析清洁地图得出,整个房间由于关闭的门不可驶 入和清洁。在用户(或由他自身)询问时,机器人(通过人机界面200)将未清洁的房子区域通 知用户,并且与其最后一次清洁操作相比(在此情况下相当于关闭的房间)并且给出相应的 理由(例如,该房间不能驶入,门关了)。
[0076]现在用户介入清洁操作,将门打开,因此机器人能够驶入该房间中。随后,用户能 够(再次通过人机界面200,例如机器人上的按键)将“Finish Cleaning Kommando”的命令 (清洁结束)传达给机器人。借助存储的周围环境地图以及有关未清洁区域的信息,机器人 现在能够有目的性地尝试驶入和清洁该房间。如果达到了这一点,则能够结束整个房子的 清洁操作。为了提高未来清洁操作的效果,用户现在还能够注意将通向该房间的门打开。 [0077] 但对此备选地,用户能够(通过人机界面200,例如通过其它按键)通知机器人,他 希望只有该门打开时,才清洁该房间。例如在后继的对话中,它例如还能选择,如果该房间 自一个多星期以来(或其它可定义的时间段)未被清洁,则期望得到新的通知。然后,机器人 能够将该有关期望行为的信息与相应的地图位置联系起来,并且存储起来,并且以后按用 户的期望进行操作。
[0078]第四范例:机器人中断其对厨房的当前清洁操作,因为太多移动的障碍物(例如 人)导致该清洁操作延迟得太长(基于可预先定义的时间规定)。机器人清洁了房子的其余 区域,将当前的清洁操作存储起来,并且回到其基站。在对清洁地图进行分析之后,机器人 决定它应该通知用户,因为通过厨房的清洁能够产生主要的清洁效益。它(通过人机界面 2〇〇)将未充分清洁的房子区域的信息发送给用户(在此情况下相当于未充分清洁的厨房区 域)并且给出相应的理由(例如该区域未充分清洁一移动物体太多)。
[0079]用户能够(通过人机界面200,例如机器人上的按键)将“Finish Cleaning Kommando”的命令(清洁结束)传达给机器人。现在,机器人能够有目的性地驶入并且清洁厨 房。如果达到了这一点,则能够结束整个房子的清洁操作。通过获得的信息,用户现在还知 道,机器人在原本的时间很难清洁厨房(由于人太多)。为了提高以后清洁操作的效果,用户 现在例如能够改变机器人的日历,以致以更高的可能性使更少的人在新选择的时间段内留 在厨房中。
[0080]在没有合适时间来清洁该房间的情况下,用户也可要求机器人以后即使有移动目 标也要尽可能有效地清洁厨房。还可能存在的可能性是,指示机器人在清洁操作时再次处 理该区域,以便即使有移动目标也能确保更好的覆盖。该信息也能记录到地图中,并且以后 能够使机器人与期望的行为相匹配。
[0081] 第五范例:可移动的机器人用于仔细检查设立在建筑物中的饮水机、复印机、自动 咖啡机、照明设备等),并且在出现没有预料到的目标或(未经授权的)人之后搜索该建筑 物。为此目的,在先前进行检测时,该可移动的机器人已经构建了周围环境的完整地图。机 器人不能驶入该空间,因为滑动门卡住了。机器人仔细检查了建筑物的其余地方,并且回到 其起始位置,并且经由邮件通过无线的LAN-接口(LAN:local area network)通知用户(例 如晚间门卫),该空间不能检查。用户可以修理该卡住的门,再通过回复邮件使机器人能够 继续进行检查。
[0082] 在第五范例中人机界面200例如通过邮件客户端在计算机上构成,并且通迅模块 150通过机器人的无线LAN接口构成,其可通过(局部)网络与用户通迅。但是,人机界面200 和通迅模块150的其它实施方式也是可行的。
[0083]该可移动的机器人的在上下文中借助地面的处理进行描述的实施例以及技术特 征也能够转换到用于执行其它工作的可移动的机器人上。在此能考虑所有能够由自主的、 自行驶的机器人实施的工作。这些工作例如能够包含检测地面或周围环境、输送物体、清洁 空气和/或执行娱乐运动。在执行其它不同于地板处理的工作或额外工作的机器人中,所述 的处理模块140能够相应地构成。在许多情况下,例如在只是监控或仔细检查空间、表面或 物体时,处理模块140不是必需的。
[0084]本发明借助示例性的构造方案进行描述,但本发明也能够在本公开文献的基本理 念和保护范围的内部进行改进。因此,在应用基本原理的情况下,本申请应该能够覆盖本发 明的大量变形方案、应用方案或适应方案。此外,本申请还可覆盖本公开文献的这种变化形 式,其描述了现有技术中的已知且常见的实践情况,本发明是以该实践情况为基础的。本发 明并不局限于上面提到的细节,而且能够根据所附的权利要求进行修改。

Claims (18)

1. 一种可移动的自行驶机器人,其用于自主地执行工作,所述机器人具有:驱动模块 (130),用于在地面上移动机器人(100);处理模块(140),用于在处理过程中执行工作;导航 模块(110),其这样构成,即在处理过程中借助周围环境的地图在地面上为机器人(100)导 航,并且存储或管理周围环境的一个或多个地图; 至少一个传感器模块(120),用于探测有关周围环境的结构信息;分析单元(150),其这 样构成,即确定在处理过程中被处理的表面,并且将该表面与参照物进行对比,并且将参照 物和在处理过程中实际处理的表面之间的偏差的信息存储起来; 通迅模块(160),其这样构成,即在处理过程中或处理过程结束或中断之后与人机界面 (200)建立连接,以便传达所存储的有关参照物和实际处理表面之间的偏差信息,并因此使 用户能够介入处理过程,改变周围环境或者开始新的处理过程,其中借助预设偏差决定,所 存储的参照物和实际处理表面之间的偏差信息是否应该按用户的要求传达,或者在无用户 要求的情况下传达甚至根本不传达。
2. 根据权利要求1所述的机器人(100),该通迅模块(160)还可这样构成,即接受用户的 控制命令,中断、继续、修改或重新开始处理过程。
3. 根据权利要求1所述的机器人(100),其中通过用户能够将参照物输入机器人(100) 中并且能够改变该参照物,和/或机器人(100)能够自主地设立参照物和改变现有的参照 物。
4. 根据权利要求2所述的机器人(100),该机器人这样构成,即通过分析至少一个前面 的处理过程和/或前面的用户控制命令来设立或改变参照物。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的机器人(1〇〇),其中分析单元(150)通过记录驶过 的路径来确定在处理过程时已处理的表面。
6. 根据权利要求1所述的机器人(100),其中在处理过程时由传感器模块持续地探测有 关周围环境的结构信息,并且对这些信息进行分析,并且归类为已知的目标、障碍物或人。
7. 根据权利要求1所述的机器人(100),在处理过程中和/或在处理过程结束时至少一 次地确定己处理的表面。
8. 根据权利要求1所述的机器人(100),该机器人这样构成,即确定未处理的表面的清 洁效益和/或面积效益。
9.根据权利要求8所述的机器人(100),该机器人这样构成,即根据成本函数(R)来评估 表面。
10. 根据权利要求9所述的机器人(100),其中能够通过前面的用户反馈调整该成本函 数。
11. 根据权利要求10所述的机器人(100),用于决定是否应该按用户的要求传达,或者 在无用户要求的情况下传达甚至根本不传达的标准是未处理表面的清洁效益或面积效益, 或者是表面的成本函数。
12. 根据权利要求11所述的机器人,其中计算出属于未清洁的局部表面的部分一成本 函数,并且从中形成整体成本函数,其中根据该整体成本函数来决定,是否以及以何种方式 通过人机界面与用户进行接触。
13. 根据权利要求1所述的机器人(1〇〇),其中通过传递到移动电话、智能电话、计算机、 电视设备和/或显示器,来传达存储的有关参照物和实际处理的表面之间的偏差信息。
14. 根据权利要求1所述的机器人(loo),其中包括传达有关参照物和实际处理的表面 之间的偏差信息以及有关未处理和/或用户反馈的原因信息,以使用户能够修正其反馈。
15. 根据权利要求1所述的机器人(100),该机器人这样构成,即将用户反馈存储在周围 环境的地图中。 __
16. 根据权利要求1所述的机器人(100),该机器人这样构成,即借助特定的标准来决 定,有关参照物和实际处理的表面之间的偏差信息是否立即传达还是随后传达。
17. 根据权利要求16所述的机器人(1〇〇),随后传达信息的标准是时间、电池充电状态、 用户的在场与否和/或先前输入的用户反馈。
18. —种借助自行驶的、自主机器人(100)自动执行工作的方法,该方法包含: 存储和管理至少一个周围环境地图; 启动处理过程,并且借助设置在机器人(100)上的处理模块(140)来执行工作; 在处理过程中借助周围环境地图来在地面上为机器人导航; 在处理过程中通过至少一个设置在机器人(1〇〇)上或机器人中的传感器模块(120)探 测周围环境结构的信息; 确定在处理过程中处理的表面; 将在处理过程中实际处理的表面与参照物进行对比; 查明参照物和实际处理的表面之间的偏差信息;借助预设偏差来决定,查明的参照物 和实际处理的表面之间的偏差信息是否应按用户的要求传达,或者在无用户要求的情况下 传达甚至根本不传达。
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