CN106896809B

CN106896809B - 具有区域划分的测绘制图

Info

Publication number: CN106896809B
Application number: CN201611137711.9A
Authority: CN
Inventors: A.索尔沃尔德; M.沃尔迈耶; P.施利希卡; F.迈耶; M.梅格尔
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN106983449B; CN106843203B; CN102314176B; CN106940560A; CN106983449A; CN106843202B; CN106896809A; CN106919170B; JP2012011200A; JP5815306B2; CN102314176A; EP2407847A2; CN107065851A; CN106843202A; CN106843203A; CN106940560B; CN106919170A; EP2407847A3; EP2407847B1; CN107065851B

Abstract

本发明首先涉及一种用于自动行驶装置(1)、尤其是用于清洁地面(2)的清洁装置如自动吸尘机和/或自动清扫机的定向方法，所述装置(1)例如通过周边距离测量至少自动完成总区域(G)的测绘制图。为了利于使用地改进尤其这种方法的技术操作，所述装置(1)随后将总区域(G)自动划分为多个子区域(T₁‑T₈)。本发明还涉及一种用于自动行驶装置(1)、尤其是用于清洁地面的清洁装置如自动吸尘机和/或自动清扫机的定向方法，所述装置(1)例如通过周边距离测量完成总区域(G)的测绘制图。为了解决上述技术问题而规定，在总区域(G)的测绘制图过程中同时自动划分子区域(T₁‑T₈)。

Description

具有区域划分的测绘制图

本申请是申请日为2011年7月1日、申请号为201110275106.9，发明名称为“自动行驶装置及其定向方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明首先涉及一种自动行驶装置、尤其是用于清洁地面的清洁装置(如自动吸尘机和/或自动清扫机)的定向方法，其中该装置例如通过周边距离测量而至少自动完成总区域的测绘制图。

背景技术

这样的方法是已知的。在此，在其它实施方式中例如也可以是自行式的运输装置或草坪修剪机的上述装置例如在居所中自动四处移动，并且在此优选在第一工作阶段(如第一清洁作业或运输作业之前)记录下整个环境的地图。为此，优选所有待扫描的区域/空间是开放可接近的。对此公开了，该装置配备有用于周边距离测量的机构，其形式尤其例如是布置在绕垂直轴线转动的平台等上的光学三角定位系统。借助这样的三角定位系统，测距可依照反射来实现，该测距被用于空间定向，进而被用于障碍物识别，以及进一步优选被用于测绘并相应地用于建立空间地图。这样的三角定位系统优选具有光源和用于反射光线的光敏元件。对此，例如参见DE102008014912A1。该专利申请的内容为此被全部纳入本申请公开范围，也为此目的，该专利申请的特征也被纳入本申请的权利要求中。依照周边距离测量所测得的空间边界，必要时在考虑了该空间内可能有的障碍物的情况下，以环境测绘图、尤其是以由多个空间构成的居所的测绘图的形式被存储起来，更优选的是存储在该装置的非易失性存储器中，从而可以在清洁作业或输送作业的过程中引用以便定向。此外还已知的是，结合这样存储的测绘图并依据所存储的其它算法确定该装置的有利的移动策略。

为了实现有利的、还优选为使用者着想的且有意义的移动策略和/或清洁策略，还已知的是划分所存的(尤其是由多个空间构成的居所等)总区域地图，尤其是划分为若干个各空间或区域的子测绘图。这实现了独立确定对各个空间或区域有利的策略，尤其为了驶过地面以便其清洁。这样一来，也例如可有利地召唤该装置进入对应于子测绘图的规定空间，尤其例如是利用了遥控器等。在这种情况下还已知的是，这种对于总环境的子区域划分在装置自动测绘制图的过程中借助使用者干预来进行，其做法是例如使用者借助遥控器或装置上的按钮等发送相应指令来启动或结束划分子区域测绘图。在此还已知的是，为了空间和/或区域的分割，进而为了总区域测绘图的划分，在居所中安设所谓的地标，该地标表示空间边界或区域边界并由该装置在测绘制图过程中测得。

发明内容

关于上述的现有技术，本发明的技术问题在于尤其在操作技术方面进一步改善所述类型的方法。

该问题首先基本通过本发明的如下主题来解决，其中规定，该装置在一次至少自动完成的测绘制图后进行将总区域自动划分为多个子区域。依照所提出的解决方案，得到一种利于操作的方法。存储子测绘图优选不需要使用者方面的干预或指令。相反，该装置优选在建立总区域地图后自动执行这样的子区域划分，这优选结合所存储的预定参数进行。所存储的测绘图据此优选由对应于空间或子区域的子测绘图构成，在此，总区域进一步被适当划分。该装置能根据所提出的方法从中提取出要适当划分的区域内的必要时存在的总地图。基于区域划分，该装置可以进一步优选通过显示器(必要时多个LED)向使用者显示该装置在哪个相应的区域中。

本发明还涉及自动行驶装置尤其是清洁装置的定向方法，该清洁装置负责清洁地面以用于自动吸尘机和/或自动清扫机，该装置例如通过总区域的周边距离测量来完成测绘制图。

基于上述的现有技术，还已知的是所述类型的方法，其中，总区域测绘制图的建立根据使用者在初次定向移动范围内对所述装置的控制来进行。在此情况下，使用者例如借助遥控器控制该装置经过总区域，特别是由多个空间组成的居所，其中，在定向移动过程中优选根据上述类型的周边距离测量进行障碍物扫描，特别是空间边界扫描，在此，由求出的数据建立整个环境的地图并优选存储起来。

以上提出的问题首先基本通过本发明的如下主题来解决，其中规定，在总区域的测绘制图过程中同时进行自动的子区域划分。根据上述的解决方案，得到了便于操作的方法。它优选不需要使用者方面用于设立子测绘图的干预或者说指令。相反，该装置优选在总区域的测绘制图过程中自动执行这样的子区域划分，这优选结合了所存储的预定参数。所存储的测绘图据此优选由对应于各空间或子区域的子测绘图构成，其中该总区域被进一步适当划分。基于区域区分，该装置能进一步优选地通过显示器(必要时是多个LED)向使用者显示其位于哪个对应的区域中。

因此，在本发明主题的另一个优选实施方式中规定，子区域划分根据一个子区域的规定面积大小来进行。例如在存储器中，在装置中存储优选固定不变的但必要时也可事先由使用者自由选定的面积阈值。该装置优选在一次测绘制图后、但必要时在这样的测绘制图过程中完成子区域划分，尤其是按照由测绘制图所确定的总区域的自由面积的计算和将自由面积优选划分为同样大小的(如10平方米、15平方米、20平方米、25或30平方米的)子区域。面积阈值此时在一个实施例中取决于总区域的总面积，因此例如在70-90平方米总区域时提供20平方米的面积阈值，或者在110-140平方米总面积时提供30平方米的面积阈值。对此存储的子区域的数量相应地直接取决于所测绘的总区域。在例如70平方米总环境(例如居所)中，在面积阈值例如为20平方米的情况下共设立4个子区域，在此是三个各为20平方米的子区域和一个10平方米的剩余子区域。该装置可位于其中的这些子区域总是通过可视元件被显示，因此使用者能理解这种对应。该总区域划分的形式不一定造成着眼于实际空间边界的区域划分。相反，根据所提出的方案，也可以实现跨空间的子测绘图。就此建议如下所述的其它参数，其例如在考虑规定的面积阈值情况下不允许跨空间的子测绘图，从而例如对于朝向相邻空间开放的50平方米空间，在20平方米面积阈值的情况下在该空间中有3个子面积。

作为上述方案的替代或补充，就不同的地面覆层来进行子区域划分。为此，该装置优选配备有用于检测地面覆层的相应的传感器，进一步配备有例如相应地扫过该装置所经过的地面覆层的触感传感器，或者还有超声波传感器，借此能确定地面覆层的结构、如粗糙度。因此，进一步优选将具有相同粗糙度(相应地具有相同地面覆层)的相连的区域组合成并配属给一个子区域并且优选存储起来，其中，还必要时例如在达到规定的面积阈值时采取相同且相邻的地面覆层的划分。

对此还提出，子区域划分结合几何基础形状(如正方形和/或矩形和/或三角形和/或圆形和/或椭圆形)来进行。在此情况下，总区域的测绘制图的自由面积被分析，据此优选匹配于面积几何形状地尽量最佳匹配几何基础形状。几何形状的匹配优选借助算法来进行，该算法例如按照位势图工作。因此，从在测绘制图中测得的所存储的空间边界中推导出几何基础形状的一定大小，优选是基础形状的类型。因此，例如对于成90°角度的相邻的空间边界(墙壁)，引入呈矩形形状的几何基础形状，进一步优选是具有尽量最大尺寸的矩形。由此留下的测绘图面积优选连续用其它基础形状，优选匹配于各自空间边界以及优选匹配于已经存储的基础形状地在几何形状方面被分割开，以便进一步划分。对此，也可以生成一个位势图，用于最佳地匹配几何基础形状。

在其它实施方式中，针对在一个方向上延伸的长墙壁对测绘制图加以分析。对此，在自动机器中存储墙壁长度的阈值，例如1米、1.5米、2米、2.5米或4米的阈值。从超出规定阈值的墙壁长度起，它被识别为长墙壁。所有识别出的长墙壁对此优选被延长，就是说被假想延长。结合在此得到的虚线交点，优选自动设立不同的子区域。对此还优选的是，在超出所存储的两条平行延伸的虚线之间距离的(例如为0.5米的)最小阈值时，特别是在区域划分时忽略掉较短的墙壁的虚线。

还作为替代或补充提出，在测得了总区域后，通过除以规定数量来确定子区域。在此情况下，首先在自动机器上针对自由面积分析总区域的地图。总面积划分例如通过要给出的区域的数量如3个、4个、6个或10个区域来分。为此，与所测绘的总区域的总面积无关地得到具有同样大小的多个子区域，例如3个、4个、6个或10个子区域。在进一步优选的实施方式中对此规定，有鉴于所检测到的总面积，可变化地预先确定该规定数量，例如在相应分析总区域的测绘图之后在考虑由除法得到的子区域大小的情况下。如果子区域产生其大小超过例如所存储的面积阈值的面积，则相应预设的算法选择较大除数。相应地，如果小于规定的面积阈值，则选择较小的除数。因此，可进一步根据前后相继的计算找到一个除数，该除数可实现划分为分别具有与所存储的面积阈值大小接近的同样大小的多个子面积。除数优选是大于零的自然数。

在本发明的方法中，为了解决本文开头所述类型的问题而建议，将在两道对置的墙壁之间测定的距离与对应于门宽的规定值比较，以便确定一个面积区域作为门区域。优选在自动机器中存储与之相关的阈值，尤其是匹配于普通门宽的阈值，尤其是例如0.6米、0.8米或1米的阈值。如果根据所用算法识别出两道对置墙壁与阈值相比更靠近，则该装置自动将其归类为潜在的门。例如呈门形式的这种狭窄位置优选在自动装置中被自动用来将总区域划分为子区域，从而出现这样的子区域，其必要时除了其它参数外还由空间过渡区如门区域限定边界。门区域的发现导致之前的子区域的结束和必要时设立下个子区域。在进一步的实施方式中，可以根据测绘制图数据并结合典型门框尺寸识别这种空间过渡区。门框一般具有60-100厘米(例如61、73、85或86厘米)的典型通道宽度。门框尺寸优选作为阈值被存储。

在进一步优选的实施方式中，所测得的面积区域的值不仅包括对置墙壁之间距离而且包括平行于地面的墙壁长度，它们均被考虑用于确定作为门区域的面积区域，从而按照有利的方式，可以明确唯一地获得门或门口的典型轮廓尺寸，例如在门宽度的合适区域内由障碍物产生的两道对置墙壁间距优选被排除。门框具有10-50厘米的典型门口进深，门框进深优选作为与之相关的阈值被存在自动机器中。所测量的两道对置墙壁之间距离以及在该距离区域内的与地面平行的墙壁长度涉及所存储的阈值，因此自动机器以此为门口，进一步以此结束或设立一个子区域。几何形状物体优选借助模式识别从所完成的导航图(总区域的测绘图)中提取，其做法是，相应的算法有针对性地搜寻这样的物体，尤其是例如在使用像卡纳(Canny)边沿检测算子的算法的情况下。这样的门宽识别和/或门进深识别也可以在建立总测绘图的过程中导致设立或结束一个子测绘图。

此外，本发明还涉及如下方法，其中，为了解决本文开头提出的问题而建议，将借助地面距离传感器测得的地面高度差值与对应于门槛的规定值进行比较，以确定一个作为门区域的面积区域。相应地按照有利方式，借助合适的传感器装置如减震架传感器装置或者地面距离传感器(触感传感器或者超声波传感器)结合对门槛的跨越来识别一个新的子区域。门槛具有一个相对于周围的地面的典型高度，尤其是具有1-3厘米的高度，该高度优选作为阈值范围被存储在自动机器中。地面高度的测定可能伴随着在横跨过程中对高出的地面区域的长度的进一步测定。门槛与此相关地具有典型的进深，其一般匹配于对应配设的门框的进深。也可以根据该方法获知明确唯一的区域边界，该区域边界导致一个子区域的结束和/或设立。地面高度的测定此时优选以非接触方式完成，进一步优选利用朝向地面的超声波传感器，它的被反射并接收的信号允许获知距所经过地面的距离。在进一步的实施方式中，地面高度分析依据机械扫描来完成，为此设有一个例如铰接安装在装置底面的探臂，其与至地面的相对距离相关地按照角度的铰接位置被测量。借助这样的触感传感器，特别是获知了从地面到地槛的过渡和从地槛又回到地面的过渡，在此，进一步优选可依据两个信号之间的时间和装置移动速度确定高出区域在移动方向上看的长度，以便优选明确唯一地识别出门槛。

本发明还涉及一种如下的方法，在该方法中对此相关地建议测量至天花板的距离。自动机器相应地具有用于测量传感器至空间的天花板的垂直相对距离的机构，尤其是传感器机构。因此，由此例如也可以获知从一个场所如居所至开放平面的过渡，尤其是例如从居所空间区域到阳台的过渡，因为按照所建议的方法，可以确定必要时没有天花板，据此安排自动机器离开该区域并又返回最后经过的空间。优选在自动机器上存储与普通天花板高度相关的阈值。当明显超出所测得的天花板高度时，尤其当获知近似无穷高度时，该区域优选例如在总区域的测绘制图过程中不予考虑，相应地也不设立与之相关的子区域或者单独标注。

在进一步优选的实施方式中，所测定的天花板高度的显著变化，尤其是高度的显著降低被考虑用于确定区域边界。在空间之间的通道(例如门区域)一般以降低的天花板高度为特征。因此，普通空间尤其在居屋区中具有2.30-2.80米的天花板高度，而在门区域内的天花板高度一般约为2.00米。在高度显著变化情况下，尤其在该变化超过20厘米、30厘米、50厘米或更大时，在优选实施方式中该装置自动设立一个新的子区域，或者说结束原先设立的子区域。

本发明还涉及一种如下的方法，在此，为了解决本文开头提出的问题而规定，采取亮度测量和/或颜色测量，明显的亮度和/或颜色对比度差异被考虑用于确定区域边界。为了识别新的子区域，尤其在定向移动以建立测绘图的过程中考虑其它的准则，优选按照亮度信息和/或颜色信息的分析。该装置此时能够依据亮度测量和/或颜色测量确定是否存在显著变化的环境。该信息被用于结束原先设立的子区域和/或设立新的子区域。

为了测量亮度差，优选使用光敏传感器，例如光电二极管或者光电晶体管。例如使用相应的传感器如CCD传感器用于颜色测量，在此，可进一步优选借助合适的软件来确定对比度差，所述对比度差以适当方式为所检测到的图像片段提供特征值，该特征值又表示在与优选设置的周围扫描器的距离值在空间上相对应的情况下合适的用于划定子区域边界的因子。还优选的是，所测得的亮度差和/或颜色对比度差结合优选并行的测量方法的其它结果作为用于验证一个子区域的标志。

对此进一步优选的是，考虑地面和/或墙壁的亮度值和/或颜色对比度。在此利用以下认识，通常，墙壁和门框或者地面覆层在不同的空间中就其颜色和/或就其亮度值而言是不同的。

另一个独立的技术方案规定，附加地对借助摄像机获得的在该空间内的物体的图像进行分析，以便结合图像数据库识别物体例如门把手和/或识别典型结构，如立于空间角落的作为门的壁。自动机器相应具有形式为电子摄像机或CCD传感器的可视检测装置。借助相应的图像处理算法和所存储的已知待识别物体的数据库(如所有已知门把手的数据库)，该物体可以被作为表征特征被用于区域识别并因此起到自动区域识别或区分子区域的作用。因而与之相关地规定，所测得的典型物体如门和/或门把手被考虑用来确定子区域。在优选实施方式中，所设置的摄像机此时拍摄在自动行驶装置前方的区域，这是关于该装置的正常移动方向而言的。在此情况下还优选如此将摄像机定向，使得在待经过地面和天花板之间的高度延伸范围内的物体被检测到。在确定物体例如门把手时，可以将检测角度特别是垂直的检测角度限制到例如80-150厘米之间的高度范围内。

在另一个独立的技术方案中，关于本文开头提出的问题而规定，进行偏移识别，所检测到的偏移的显著变化在划定子区域边界时加以考虑。结合不同的偏移情况，可以判断出变化的环境。此时，该装置在移动过程中始终借助传感器装置，例如用于借助激光扫描器测量距离的传感器装置，进一步优选利用周边距离测量，来检测所经过的实际路程如何与原本通过轮转数所规定的额定路程相差。为此，在其它优选实施方式中，该装置的至少一个轮配设有用于测量轮转数的传感器装置。该特征在不同的地面覆层情况下相对明显地改变。因此，硬地面具有小的偏移，而地毯地面有时具有很高的偏移，例如在装置的每个可能运动方向上在经过的每米行程上有10厘米偏移。作为特征的偏移优选在变化超出通常作用在该表面内的偏移的10％时被视为显著。而且，不同的地毯地面又按照其择优绒毛方向显著不同，这也相应地反映在不同的偏移中。如果该特征对于测绘制图的所有区域都是伴随的，则可以通过该装置由此自动执行对使用者有意义的成不同子区域的划分。

在另一个独立的但也可以与上述方案当中的一个或多个结合使用的技术方案中规定，总区域与规定平面图比较，将总区域划分为子区域是根据由规定平面图给出的划分进行的。在自动行驶的清洁装置中，优选存储特别是居所或例如办公楼的一种或多种典型的平面图变化，特别是以数据形式存储在优选非易失的存储器中。每个存储的规定平面图优选具有事先采取的子区域划分。根据例如周边距离测量和/或在教学行驶过程中，完成要经过的且优选待清洁的总区域的测绘图，对此，优选在总区域识别结束后，与存储在优选所携带的存储器中的规定平面图比较，这必要时不用考虑实际的空间延伸范围。此时存在的比较涉及到总区域的整个平面图或者作为替代或补充地涉及到子区域，以便例如将一个空间划分为子区域。因此，进一步例如存储典型的平面图形状，以便例如分隔一个居住区域和用餐区域，或者进一步例如划分带有相连的优选可无阻挡进出的暖房等的居住区域。大面积的凸出区域或者其它的例如卧室和用餐区的空间连接(它们通常与无门且尺寸相对大的通道相连通)按照有利方式因所确定的相似性而被自动识别，以进一步将该区域自动划分为子区域。另外，可以在尤其是居所的所谓的标准平面图中(很相似的居所格局的平面图)给若干空间已经指定了事先规定的空间名称(厨房，走廊，卧室等)，这些空间名称在所规定的与所确定出的平面图的相似情况下被记入所建立的地图中，或者说被分配给若干子区域。通过该抽象的编排归类，更优选的是清洁装置可以给每个子区域分配优选的清洁策略和/或清洁间隔，另外必要时还选择由清洁装置随身携带的清洁工具。

因此在本发明主题的一个改进方案中规定，由装置确定的子区域被显示在显示屏上，从而被相应地显示给使用者看。相应地存在以下可能性，通过显示屏直接向使用者显示该装置当时在哪个空间或子区域中。此外，通过显示屏，也可以显示关于当时执行的装置作业的信息。对此也有以下可能性，例如在以触控屏等形式构成显示屏的情况下，给该装置传输指令，例如该装置应该在哪个空间中或者说朝向哪个子区域移动和/或用于传递其它工作指令。

在本发明主题的一个改进方案中，在自动区域识别之后，可以进行空间边界或子区域边界的手动修正。为此规定，装置使用者也能改变例如借助触控屏显示的区域边界，以改变区域。因此，例如区域边界或者子区域边界可以被移位，以改变将子区域加工至特别对使用者有意义的划分。因此，对此建议例如显示屏，特别是在该装置的遥控器中或移动电话中的触控屏，作为其它替代方式是在计算机上的显示屏，其中，在显示屏上用颜色标记出区域边界或者子区域边界。例如通过用触控笔拾取并拖拽区域边界，可以改变区域边界的相对于总测绘图的位置和/或其取向。

呈自动行驶清洁装置、输送装置或清扫装置形式的装置能利用所提出的方案在没有使用者的外界干预的情况下自动独立地识别出新区域，这利用了在装置中的表示总区域图像的测绘图。地图代表了可通过提出的方案被划分为多个工作区域的环境，这样的划分通过不同的也相互组合的方案来实现。

本发明还涉及自动行驶装置，尤其是用于清洁地面的清洁装置如自动吸尘机和/或自动清扫机。为进一步改善这种装置而建议，该装置具有传感器，用于检测空间的天花板的高度。根据该实施方式，该装置优选除了基本水平的周边距离测量外还适于执行至装置所在空间的天花板侧的边界的垂直距离的测量。为此优选提供超声波传感器装置或红外传感器装置，其中可通过反射的并又由该装置记录下的信号推断出传感器和天花板之间的垂直距离。该空间高度测量优选被用于在总区域如居所的测绘制图范围内进行子区域识别，在此，例如超过30厘米的明显高度差可推断出在相邻空间之间的门区域中的通道。依据该实施方式，也可以阻止从例如台阶区的下行，因为在此情况下在该装置行驶过程中测得的垂直高度逐渐或阶梯地递减。因此，例如低于空间高度最小值进一步触发了该装置停止和/或向回行驶。在优选的实施方式中，这种测量在严格垂直的方向上进行。

关于所有给出的取值范围，所有中间值、特别是按照1米、1厘米、1平方米步长的中间值不仅就一次或多次按照例如所给出的步长宽度从上和/或从下限制所给出的区域边界而言，而且为了表示在所给出范围内的个别值，都被包含在公开范围中。

附图说明

以下，结合仅表示多个实施例的附图来详细说明本发明，其中：

图1以透视图示出了呈地面清洁装置形式的自动行驶装置；

图2是由多个空间构成的居所的示意平面图图；

图3是存储在该装置中的总区域地图的示意图；

图4是在装置侧将总面积分析和划分为同样大小的子面积之后的对应于图3的地图的视图；

图5是对应于图4的视图，但在根据除法划分了总面积之后；

图6是另一个对应于图4的视图，但在将总面积划分为具有不同地面覆层的子面积之后；

图7是另一个实施例的地图，此时总面积按照对纵向延伸的面积边界的分析被划分为若干子面积；

图8是在分析环境地图之后的环境地图的示意图，所述分析用于在产生位势图之后利用几何基础形状将总面积划分为若干子区域；

图9是图8在分析位势且匹配第一几何基础形状后的视图；

图10是图9在分析结束且将总面积相应划分为子面积之后的视图；

图11示出了涉及总区域的图3所示的测绘图按照关于所算出的门口的测绘图的分析被划分为若干子区域；

图12以垂直截面示意图表示门槛区域，在此，该装置具有用于检测地面高度的地面距离传感器；

图13是两个相邻空间的区域的垂直截面示意图，这两个空间通过门口相互连通，其中，该装置具有用于检测空间高度的传感器；

图14以示意透视图表示带有对应配设的门的门区域，该装置具有摄像机和分析装置，用于检测物体例如门把手；

图15以示意图表示所检测到的门把手图像；

图16以示意图表示装置遥控器的带有触控屏的子区域，用于显示测绘图，尤其是通过该装置自动建立的子区域的测绘图；

图17是由多个空间组成的居所的另一个平面图示意图；

图18是图17所示的居所平面图的、存在该装置中的总区域的测绘图的示意图；

图19是存储在装置存储器内的标准平面图视图，其包括在其中画出的子区域边界；

图20示出了根据图18的总区域依据所确定的总区域与如图19所示的所存储平面图的相似性被划分为若干子区域；

图21表示另一个总区域的局部剖视图；

图22表示带有所画出的子区域标记的所存储的子区域平面图；

图23示出了根据图21的总区域根据所确定的总区域或总区域截面与图22的平面图截面的相似性被划分为若干子区域。

具体实施方式

首先，参照图1示出和描述了呈吸尘机和/或清扫机形式的装置1，其进一步呈自动行驶的家用地面装置的形式。该装置具有底盘，底盘在朝向要养护的地面2的底侧装有电动机驱动的行驶轮3以及优选具有超出底盘底面下边缘的、同样由电动机驱动的刷子4。底盘由装置罩壳5从上方勾住，其中，装置1具有圆形轮廓。关于装置1以吸尘机和/或清扫机的形式构成，例如参见DE10242257A1。该专利申请的内容为此被全部纳入本申请公开范围，也为此目的，该专利申请的特征被纳入本申请权利要求中。

此外，也没有示出地，装置1可以除刷子4之外还具有或替代刷子4地具有吸气开口。在此情况下，在装置1中还设有电动的吸气机马达。

装置1的各个电气部件的供电如对行驶轮3的电动机、刷子4的电动驱动器、必要时对吸气机和此外对其它设置在装置1中的用于控制装置的电子器件的供电通过未示出的可反复充电的蓄电池进行。

装置1还配设有传感器机构6。传感器机构设置在装置1的罩壳5的顶侧并可绕同时是装置1的中央垂直轴线的垂直轴线x转动。传感器机构6优选由三角定位系统构成，借此可以执行周边距离测量(绕轴线x环视360°)。

三角定位系统优选是光学系统，其中，在一个实施方式中优选是呈光源形式、且尤其呈LED或激光二极管形式的发射器，此外，光源发射单色光、尤其是可见光，但必要时也可以是肉眼看不到的光，如红外光。此外，三角定位系统具有接收器，它进一步优选呈光敏元件的形式。在此，例如是PSD元件，或者是具有线性结构即一维结构的CCD元件或CMOS元件。还优选的是，设置在光敏元件前面的一个接收透镜是接收器的组成部分。

借助上述的传感器机构6，首先实现障碍物识别，从而装置1能不碰撞地在地面2上或者说在其周围环境中运动。此外进一步优选的是，通过传感器机构6实现对环境(在此是空间R₁-R₆)的周边距离测量，在此所确定出的至环境中的障碍物和墙壁的距离值被用来建立总区域G的测绘图K，测绘图K存储在装置1中。测绘图K此外也可在装置1的由使用者控制的初次教学行驶中建立。根据所存的测绘制图K并优选借助传感器机构6的环境扫描，装置1能明确唯一地确定在其环境或者说测绘图K中的自身位置，并必要时在显示屏7(例如设计为装置1的遥控器9的触控屏8)上显示，该位置进一步优选同时被显示在显示屏7上的测绘图K内。

为了适当地清理各个空间R₁-R₆或者说各个区域(必要时是一个空间的子区域)而要求将由测绘图K所示的总区域(见图3)在测绘制图过程中或在测绘制图结束后划分为多个子区域，从而尤其是依据由使用者发出的指令可有针对性地让该装置经过这样的子区域并且必要时清理其地面覆层。

为了设立这样的子区域，设有如以下将描述的不同的方法。

因而，根据第一实施方式(见图4)，在第一定向移动过程中由该装置自动建立的总区域G的测绘图K就自由面积而言在该装置中结合预定算法被加以分析，随后，总区域G被划分为子区域T₁-T₆，这些子区域T₁-T₆具有至少近似的且进一步优选是相同的面积大小。相应地，划分按照已定下的平方米数进行，其中，该规定条件优选在装置中被编程输入。在进一步的实施方式中，子区域大小设定为固定不变是根据对总区域大小的分析来实现的，因此例如对于由空间R₁-R₆组成的居所W的例如160平方米总面积，出现各为20平方米的子区域T₁-T_n划分，而对于例如80平方米的居所W总面积，出现各为10平方米的子区域T₁-T_n划分。此外，也可通过使用者干预来预先选择每个子区域的面积大小，例如借助为装置1配设的遥控器9。因而，使用者例如可以在不同的、必要时固定的子面积大小的情况下选择，例如进一步按照5平方米的步长。

尤其是如图4的视图所示，依据划分为同样大小的面积，得到子区域T₁-T₆，它们不一定只属于一个空间R₁-R₆或完全覆盖一个空间R₁-R₆。相反，在所示的例子中出现将空间R₁划分为3个同样大小的子区域T₁-T₃，其中空间R₅和R₆被共同的子区域T₆覆盖。子区域T₅延伸经过过走廊式空间R₄的整个面积，进一步部分进入空间R₂和R₃的面积，这两个空间的其余面积共同构成子区域T₄。

图5的视图示出了在完成测绘制图K后划分总区域G的一种替代的可行方式。在此，依据除以预定的、必要时结合前面的分析被调整了的和通过使用者例如用遥控器9设定的除数的除法由装置对总区域G面积进行的自动划分在对测绘图K进行的相应分析之后进行。在所示的实施例中，总区域G的面积被分为8个相同的子区域T₁-T₈，在所示的实施例中，空间R₅按照子面积被划分为包括空间R₆且延伸到空间R₅的子区域T₈以及子区域T₇，子区域T₇覆盖走廊空间R₁以及空间R₅的子区域。

在用于建立测绘图K的定向移动中也可实现细化测绘制图、即设立子区域。因此在一个实施方式中，装置1配备有呈触感传感器形式的地面覆层传感器，更优选的是配备有呈超声波传感器形式的地面覆层传感器，其对准地面2以分析当前的地面覆层。因此，地毯地面造成与硬地面明显不同的反射信号，从而根据相应的测量能推断出各自的地面覆层。作为其进一步的替代或优选是补充，通过相应的传感器装置来考虑装置1在不同地面覆层上出现的偏移。为此，装置1在优选实施方式中具有传感器装置6，用于借此确定例如在到达呈墙壁等形式的障碍物之前的额定行程。同时通过另一预设的传感器装置记录一个、更优选是两个行驶轮3的转数，以求出实际走过的实际路程。该特征随着不同的地面覆层而相对显著变化。硬地面显示出小的偏移量，而地毯地面显示出与之相比更高的、在每个可行运动方向上在1米行程内例如为10厘米的偏移量。此外，不同地毯地面还就其优选方向而言显著不同。这在根据图2的平面图视图中通过不同取向的箭头10来代表。

因此，在所示的实施例中，空间R₅和R₆铺设有呈绒毛方向相同的地毯地面形式的地面覆层B₅。而空间R₄铺设有呈硬地面、如复合地板形式的地面覆层B₄，空间R₂铺设有呈本身又与硬地面或地毯地面不同的软木地板形式的地面覆层B₃。空间R₁的一个区域和整个空间R₃在所示的实施例中铺设有瓷砖等。相应的地面覆层用B₂表示。空间R₁的其余区域在所示的实施例中铺设有呈地毯地面形式的地面覆层B₁，其中，绒毛方向(箭头10)与地面覆层B₅的绒毛方向相反。

地面覆层和/或尤其是地毯地面的绒毛方向的改变在建立测绘图K的过程中被装置1用来分隔子区域T₁-T₆，其中，相同地面覆层或者说具有相同的表面粗糙度和/或绒毛方向(优选在规定公差范围内)的关联区域被组成一个子区域并被存储起来(见图6的空间R₅和R₆的子区域)。

事先建立的测绘图关于在共同的垂直平面内延伸的长墙壁的分析也被仔细研究。因此，优选在装置中存储与之相关的最小墙壁长度，例如1米或2米的最小墙壁长度。如果根据在所存的算法的帮助下的相应计算发现对应或超过最小墙壁长度的墙壁走向，则它被认为是“长”墙壁。所有被发现的长墙壁在程序里被延长，从而根据图7的视图所示的点划线得到了网格，借此将总区域G划分为子区域T₁-T₅。如果长墙壁的两条延长线间距小于规定的最小阈值，如小于20厘米或10厘米，则其中一条线在划分区域时被忽略掉，在如图7所示的实施例中是线L₀。

进一步作为上述方案的替代或补充，图8至图10涉及以下方法，其中，事先建立的总区域G的测绘图K就自由面积而言被加以分析，对此尽量最佳地将预定的几何基础形状11匹配到自由面积中。基础形状11可以是正方形和/或矩形和/或三角形和/或圆形和/或椭圆形。几何形状或者基本轮廓11的匹配优选借助算法产生，该算法进一步优选按照位势图工作。

为了建立位势图P，首先要识别所有在测绘图K内的障碍物、特别是墙壁。障碍物获得最低位势P0。据此，接着给所有的相邻区域配以下一个较高的位势P1。该步骤一直重复，直到所有区域被填满(见图8)。在图8至图10所示的测绘图K中共有6个不同的位势P₀-P₅，其中，位势从该障碍物(墙壁，必要时还带有经过测绘的障碍物、如柜子等)起增大，位置距离障碍物越远越大。

位势P₀-P₅被分析，由此得到以下总体说明，位势越高，周围的自由面积越大。根据本发明，该分析被用于子区域T₁-T₄划分。因此，首先如图9示意所示，在最高位势P₅周围匹配入一个尽量最大的基础形状11，在此，基础形状11的选择取决于墙壁或障碍物按照周长的走向。因此，根据图9的视图，对应于最高位势P₅区域，匹配入一个延伸尺寸最大的正方形。据此，在下一步骤中在不考虑已识别出的子区域T₁的面积的情况下重新生成位势图P。图9的视图示出了相应的结果。上述的位势分析和尽量大面积的基础形状11的匹配一直重复进行，直到所有的测绘图K被覆盖并且结合几何基础形状11被划分为相应的子区域T₁-T₄。

将总区域G划分为子区域的另一特征是将空间相互连通的门口12。对此，在一个方法中，事先建立的测绘图K针对可能存在的待检测的门口12被加以分析，这进一步是结合这种门口12或者说预设门框的按照轮廓的典型延长尺寸。门口12或者说门框一般具有典型的60-100厘米的标准化的门宽a，尤其是例如61厘米、73.5厘米，此外还具有在进出方向上的10-50厘米的典型门口进深b。这种典型的必要时标准化的门宽a和门口进深b的尺寸被存储在装置侧的存储器中并用于与借助模式识别从所建立的测绘图K中提取出的几何形状物体O比较，对此，相应规定的算法有针对性地在测绘图K内搜寻这样的物体。图3举例示出了这种可推断为门口12的物体O。

依据结合分析所识别出的门区域或者说门口12，总区域G被划分为图11所示的子区域T₁-T₆。

在考虑门口12的情况下将总区域G划分为子区域的另一可能性在于识别门槛13。门槛尤其在旧式建筑区域中安置在门口12区域内的地面上并且相应地是高出于地面2的凸出部分。

装置1优选在底盘底面、尤其优选是在通常的移动方向r上朝向装置1端侧区域地配设有地面距离传感器14。图12示出了这样的布置，在此，超声波传感器作为地面距离传感器14。其信号朝下指向地面2，在此，可根据信号的渡越时间测量，确定地面距离传感器14和地面2表面之间的距离c。

在定向移动和随之建立测绘图K的过程中，装置1在经过门口12时跨过门槛13，门槛13根据由地面距离传感器14确定的缩短距离c’被识别出。对此还优选的是，尤其关于地面距离传感器14同地面2之间距离c与地面距离传感器14同门槛13表面之间距离c’的差值大小，存储一个最小阈值，因而不考虑例如在从较高的地毯地面到硬地面的过渡区内的差异。因此，例如设定10或15毫米的最小阈值大小(c和c’之差)。

另外，在进出方向上看的门槛13进深也可被考虑用来识别门口12。为此，优选在装置中存储典型的门口进深b。如果差值(门槛13垂直高度)以及门槛进深大小(必要时在考虑公差的情况下)对应于存储值，则由装置1自动识别出门口12，据此，结束此前经过的子区域并设立一个新的子区域。在移动方向上的门槛进深例如结合借助传感器机构6的距离测量被确定，或者利用雷达传感器，该雷达传感器用于检测在门槛13起点时记录升起和在门槛13结束时记录降低之间的行程。

作为上述方式的替代或补充，装置1还根据图13的视图配备有用于检测天花板高度d的超声波传感器15。超声波传感器15或红外传感器在所示的实施例中安置在装置罩壳5的顶面，在此，其测量射线垂直向上。借助渡越时间测量，推导出至天花板16的垂直距离。对天花板高度d的测量优选在用于编制测绘图K的定向移动中进行，在此，在装置1移动过程中在移动方向r上检测到天花板高度d的显著变化。因此，在门口12的区域内的天花板高度d’与最初的天花板高度d相比显著缩小如30-80厘米的大小。缩小的天花板高度d’可推断出门口12，据此，装置1在测绘图过程中自动结束此前经过的子区域并设立一个新子区域。

在进一步优选的实施方式中，天花板高度测量与在天花板高度d’缩小的区域内的行程测量相结合地进行，所确定出的行程对应于门口进深b。如果所确定出的尺寸b在存储于装置1内的门口进深尺寸的取值范围内，则它此外是走过门口12的标志。

此外，总区域G的划分结合预定的物体17如门把手进行。当检测到门把手18时，必要时与其中一种前述的用于识别门口12的方法相结合地进行相应的分析。

装置1为此配备有图像识别系统，其包括电子摄像机19和在装置内部的分析装置。借助目视检测装置和相应的图像处理算法以及所存的所有要考虑的已知物体17尤其是门把手18的数据库，作为表征的特征可被用于区域识别，尤其是识别门口12，进一步用于自动将总区域G划分为子区域。在装置1移动过程中由摄像机19检测的区域或者说该区域的图像A始终与存在数据库内的信息比较。如果在所示的实施例中发现门把手18，则这对装置1来说是用于一个至少相邻的门口12的标志，从而该门口例如在继续定向移动过程中在相应地进出时被识别和检测出，即使它必要时没有对应于通常的、优选存储起来的关于门宽和门口进深和必要时门高的数值。

亮度信息和/或颜色信息的分析还优选提供另一个用于识别新的子区域的准则。该装置此时可以在相应的传感器帮助下完成尤其在装置1移动方向上在装置1前面的区域的亮度测量和/或颜色测量。这更好的是针对地面2以及相邻的墙壁和/或可能有的门框等等。在此情况下，总是检查是否存在亮度值和/或颜色测量值的显著变化，在此充分利用以下认识，在不同空间内的地面覆层和墙壁以及还有门框等等在光反射和/或颜色方面是不同的。

如果设有用于装置1的遥控器9，则它优选具有显示屏7，尤其用于显示由装置1传输给遥控器9的具有用于区分子区域T₁-T₈的区域边界BG的测绘图K。在图16所示的示意例子中，示出了带有对应于图5的实施例的子区域的测绘图K。

此外，在测绘制图K中显示出装置1的当前位置，从而直观地告诉使用者装置1的当前所在地。

借助必要时其它预设的按钮20，可通过遥控器9向装置1传输指令，例如用于调用、启动或停止清理作业等的指令。此外，尤其在显示屏7呈触控屏8形式的情况下，指挥在某个空间或者说某个子区域内的装置1直接通过显示屏7来进行，为此，例如给使用者提供触控笔21。

在本发明主题的改进方案中，使用者也借助这样的触控笔21事后操作由装置1自动建立的子区域，尤其根据由分隔线TL表示的区域边界BG的移位。因此，例如结合预定算法将空间R₅划分为各自对应于一个相邻的空间的两个子区域T₇和T₈是不期望的。使用者借助触控笔21拾取分隔该空间的区域边界BG并将该区域边界拖拉到期望位置，这进一步使子区域T₈面积相应缩小和子区域T₇相应增大。与此相关，也可以设立一个新的区域边界BG，用于进一步在所示的实施例中给空间R₅分配一个独立的子区域。区域划分边界的每次变化优选被存起来，从而它们又存在于装置下次开动时。

结合图17至图20，以下将描述将总区域划分为子区域的另一种实施方式。图17所示的居所W平面图在所示的空间R₁(例如起居室)中示出了在结构上未明确划分的用餐区R₁’。空间R₁的两个区域的分隔的光学的、但装置1的传感器装置无法识别的标识由突伸入该空间的缩短的墙板22和与之相接的台阶23给出。

借助上述的传感器装置，装置1完成如图18所示的总地图G，总地图以跨区域和跨空间的方式示出了面积边界，在此也相应由墙板22和台阶23限定。

可以按照一种或多种的上述方法来将总地图G划分为若干子区域。作为其替代或与之组合地还规定，所建立的总地图G与存放在装置1和/或遥控器9的优选非易失性的存储器内且因而预先规定的平面图GR比较。这种所存储的预定平面图GR如图19所示。即便当该平面图的面积大小或各个面积的长宽比例不一定与所建立的总地图G的面积大小或长宽比例相同时，根据所确定的与这种标准平面图GR的相似性，可以对总地图G执行自动的划分，这进一步采用了存放在标准平面图GR内的规定区域边界BG’。

因此，在所示的实施例中，尤其可以看到在图17中用R₁表示的空间根据相应的分析方法被划分的相似情况，这又是按照在所存放的平面图GR中的规定区域边界BG’的走向。相应地，根据图20的视图的总地图G被划分为子区域T₁-T₅，其中，子区域T₂包括根据图17的视图的用餐区R₁’，这又延长了墙板22的走向并且设立一条与之垂直延伸的区域边界BG。

与规定的、优选存储在存储器中的标准平面图的比较不一定仅涉及例如结合图17-图20所示的总平面图，而是此外优选也涉及局部平面图，进一步尤其涉及建筑类型的构造例如包括凸出部分和温室的局部平面图。因此，根据图21-图23的实施例，完成一个包括空间R₁的总制图G，为该空间优选无障碍地且更优选以没有标记子区域边界的分隔壁的方式配设有温室区(空间R₁’)。与优选存放在存储器中的平面图GR的比较导致与根据图22的平面图GR的相似性的确定。虽然在此相似的设立区域在平面图上并不精确对应于在总测绘制图的过程中所检测到的空间区域R₁’的平面图，但还是存在相似性。在相应平面图GR中规定的区域边界BG’被纳入测绘图K中，以将总地图G划分为子区域T₁和T₂。

所有被公开的特征(本身)对发明都是实质性的。为此，在本申请公开内容中也包含了相应的/附加的优先权文献(在先申请副本)的全部公开内容，也为此在本申请的权利要求中纳入这些文献的特征。从属权利要求在其选择性并列的措辞中表述了独立的、有创造性的对现有技术的改进，尤其是为了基于这些权利要求提出分案申请。

附图标记列表

1 装置；

2 地面；

3 行驶轮；

4 刷子；

5 装置罩壳；

6 传感器装置；

7 显示屏；

8 触控屏；

9 遥控器；

10 箭头；

11 基础形状；

12 门口；

13 门槛；

14 地面距离传感器；

15 超声波传感器；

16 天花板；

17 物体；

18 门把手；

19 摄像机；

20 按钮；

21 触控笔；

22 墙板；

23 台阶；

A 图像；

B₁-B₅ 地面覆层；

BG 区域边界；

BG’ 规定区域边界；

G 总地图；

GR 平面图；

K 测绘图；

L₀ 线；

O 物体；

P 位势图；

P₀-P₅ 位势；

R₁-R₆ 空间；

T₁-T₈ 子区域；

TL 分隔线；

W 居所；

a 门宽；

b 门口进深；

c 距离；

c’ 距离；

d 天花板高度；

d’ 天花板高度；

r 移动方向；

x 轴线。

Claims

1.一种用于定向自动行驶装置(1)的方法，其中，该装置(1)通过周边距离测量自动进行对总区域(G)的测绘制图，其特征在于，借助地面距离传感器(14)检测到的地面高度的差值与对应于门槛(13)的规定值比较，以确定作为门区域的面积区域，其中，将门槛相对于周围的地面的典型高度作为阈值范围被存储，并且其中，在横跨过程中测量高出的地面区域的长度，其中，检测获知从地面到门槛的过渡以及从门槛回到地面的过渡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该装置(1)随后将该总区域(G)自动划分为多个子区域(T₁-T₈)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该装置(1)通过周边距离测量进行对总区域(G)的测绘制图，其特征在于，在总区域(G)的测绘制图过程中，同时将总区域(G)自动划分为多个子区域(T₁-T₈)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述自动行驶装置(1)是用于清洁地面(2)的清洁装置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述自动行驶装置(1)是自动吸尘机或自动清扫机。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，划分为多个子区域是根据子区域(T₁-T₈)的预定面积大小进行的。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，划分为多个子区域是针对不同的地面覆层(B₁-B₅)进行的。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，划分为多个子区域是结合几何基础形状(11)来进行的，和/或由所检测到的空间边界推导出所述几何基础形状(11)的一定大小。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测总区域(G)后，通过除以规定数量来确定同样大小的子区域(T₁-T₈)，和/或有鉴于所检测到的总面积，可变化地预先确定该规定数量。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将在两个对置墙壁之间测量的距离与对应于门宽(a)的规定值比较，以确定作为门区域的面积区域。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所检测到的面积区域的值不仅包括对置墙壁的间距而且包括平行于地面的墙壁长度(b)，它们均被用于确定作为门区域的面积区域。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量从地面至天花板(16)的距离(d,d’)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所检测到的从地面至天花板的距离(d,d’)的显著变化被考虑用于确定区域边界(BG)。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行亮度测量和/或颜色测量，并且亮度的显著区别和/或颜色对比度的显著区别被考虑用于确定区域边界(BG)。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，考虑地面(2)和/或墙壁的亮度值和/或颜色对比度。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于借助摄像机(19)采集到的、位于空间内的物体(17)的图像(A)进行分析，以便结合图像数据库识别物体(17)，和/或以便识别结构。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述物体(17)是门把手(18)。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述结构是成角度地竖立在空间内的作为门的壁。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所检测到的物体(17)被用于确定子区域(T₁-T₈)。

20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行偏移识别，所检测到的偏移的显著变化在划定子区域边界时加以考虑。

21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述总区域(G)与规定的平面图(GR)比较，按照由规定的平面图(GR)所得到的划分来将总区域(G)划分为子区域。

22.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由装置(1)确定的子区域被显示在显示屏(7)上和/或使该装置(1)的使用者可以从所示出的子区域(T₁-T₈)中选择出一个或多个子区域和/或使该装置(1)的使用者可改变所示出的区域边界(BG)以改变所述子区域(T₁-T₈)。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，该装置(1)的使用者可借助触控屏(8)改变所示出的区域边界(BG)以改变所述子区域(T₁-T₈)。

24.一种自动行驶装置(1)，其特征在于，该装置(1)能够通过根据权利要求1至23中任一项所述的方法定向。

25.一种自动行驶装置(1)，所述自动行驶装置(1)具有用于检测从地面至天花板(16)的距离的传感器(15)，并且所述装置(1)具有地面距离传感器(14)，借助所述地面距离传感器检测到的地面高度的差值与对应于门槛(13)的规定值比较，以确定作为门区域的面积区域，其中，将门槛相对于周围的地面的典型高度作为阈值范围被存储在该装置(1)中，并且其中，在横跨过程中测量高出的地面区域的长度，其中，检测获知从周围的地面到门槛的过渡以及从门槛回到周围的地面的过渡。