CN107835653B - 用于处理表面的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理表面(21)的设备(1)、尤其清洁机器人，所述设备具有用于识别所述表面(21)类型的探测装置(2)，所述探测装置(2)具有用于用光照射所述表面(21)的光源(3、4、5、6)和用于探测被所述表面(21)反射的光的传感器(7)。为了改良所述表面(21)类型的识别，在此规定，所述传感器(7)配有形成多个子容积(13、14、15、16)的三维遮光座(12)，其中，每个子容积(13、14、15、16)分别配属于所述传感器(7)的不同的传感器局部面(8、9、10、11)，并且相邻的传感器局部面(8、9、10、11)借助所述遮光座(12)在光学上彼此隔开，由此防止光从第一子容积(13)中转移至第二子容积(14)中。此外，本发明还涉及一种运行用于处理所述表面(21)的设备(1)的方法。

Description

用于处理表面的设备
技术领域
本发明涉及一种用于处理表面的设备、尤其清洁机器人，所述设备具有用于识别该表面的类型的探测装置，所述探测装置具有用于用光照射该表面的光源和用于探测被该表面反射的光的传感器。
背景技术
上述类型的设备在现有技术中充分已知，如此尤其形式是可自主行进的清洁机器人，用于清洁和/或护理地板或地面覆层。例如可以是吸尘器和/或湿擦设备。
文献DE 10 2013 113 426 A1(也作为US 2014/1066047 A1公开)涉及例如一种清洁设备，具有用于建立供行进表面的摄影图像的装置，其中，可以在地板覆层的种类方面评估图像，并且其中，在清洁设备的行进策略和/或在设置清洁参数、如离地距离、刷子转速等方面可以利用识别出的地面覆层。
尽管所述清洁设备在现有技术中已知，但仍期望持续改良。
发明内容
基于前述的现有技术，本发明所要解决的技术问题在于，实现一种具有用于识别表面的类型的探测装置的设备，在该设备中能够以更高的可靠性识别表面的类型。
为解决上述技术问题，本发明规定，所述探测装置的传感器配有形成多个子容积的三维的遮光座(Blendenkulisse)，其中，每个子容积分别配属于所述传感器的一个不同的传感器局部面，并且相邻的传感器局部面借助所述遮光座在光学上彼此隔开，由此防止光从第一子容积中投射至第二子容积中。
由此，所述遮光座用作光学的遮光板，该遮光板将所述传感器划分成多个、例如四个传感器局部面，并且同时各个传感器局部面在光学上、即以光技术相互隔开，从而使得在遮光座的仅一个子容积内部被表面反射的光到达传感器的仅一个传感器局部面上。由此可以实现的是，仅利用唯一的传感器在现有技术测量可靠性更高的情况下构造探测装置，因为该传感器借助遮光座被划分为各个单独的传感器局部面，该传感器局部面能够分别评估射到相应传感器局部面上的光。由此可以特别简单且低成本地制造探测装置。此外不需要同时或依次读取多个传感器的测量数据，这会影响测量循环的持续时间。在测量期间，遮光座优选靠近地面地布置在待处理表面上方，从而使在遮光座的子容积中的环境光进入最小化，并且仅使源自探测装置的光源在表面上反射的光在测量时起作用，这最终改善表面类型识别的可靠性。
此外规定，所述遮光座的每个子容积配有自有光源。通过给遮光座的每个子容积、尤其在每个子容积中分别布置一个自有的光源，就遮光座的每个子容积而言，单独照射待处理表面。此外，所述遮光座可以直接放置在表面上，从而使环境光不再能从外部进入遮光座中。通过给每个子容积分配自有的光源，可以以相同或不同的方式照射表面的相应局部面，从而在不同的子容积内部或者出现或者不出现类似的照明情况。
备选地规定，所述遮光座配有共同的光源，其中，每个子容积配有光源的自有的光输出口元件、尤其光纤。根据所述设计方案，不必为每个子容积安装自有的光源。而是所有子容积可以配有共同的光源，该光源发出的光借助导光元件导入各子容积。在此，该光源有利地布置在子容积的外部，从而由此不会出现位置损失。例如光源可以布置在遮光座外部、有利地也可布置在处理设备的设备壳体上，其中，借助导光元件(光纤)实现使光射入每个单独的子容积中。该导光元件有利地是光纤，因为光纤成本特别低并且可以灵活地适合于遮光座或设备壳体的空间条件。相对于给遮光座的每个子容积布置单独的光源，通过共同的光源可以实现低成本地制造探测装置，并且由此低成本地制造用于处理表面的设备。
根据规定，所述子容积内部的光具有用于照射表面的确定的照明参数，其中，至少两个子容积内部的照明参数彼此不同。通过所述设计方案，能够以不同的方式照射被照明表面的局部面，从而可以探测表面的不同特征，并且由此可以将不同子容积或不同传感器局部面的测量结果组合成整体更加可靠的测量结果。由此，不仅利用单一照明参数的光照射待测量表面，而且利用具有许多不同的照明参数的光照射待测量表面，例如在四个传感器局部面的情况下使用四个不同的照明参数。通过所述设计方案，能够以更高的准确度区分许多不同的表面类型。尤其也通过不同的照明参数，不仅可以区分硬地面和地毯地面，而且例如也可以区分相互间不同的硬地面，从而例如向所述表面上施加针对每一种硬地面类型不同的水分量，而不会由于湿度过高损坏表面。通过在照明座内部使用不同的照明参数，在具有第一照明参数的子容积内部显现表面特征，所述特征例如在具有第二照明参数的第二子容积内部是不可见的。由此，根据表面类型的不同，特定的照明方式使表面特征的显现变难或变容易。通过利用许多不同的照明参数照射表面，由此产生多个同时的测量结果，这些测量结果以特别的组合能够更可靠地推断出表面类型。由此，通过照明座能够实现以不同的照明参数进行测量，而各子容积的光分量不会相互影响。在此，每个光分量配属于唯一的、共同的传感器的确定的传感器局部面，这显著减少了探测设备的设备配置。在照明参数类似的情况下，待处理表面的相邻局部面例如在相对于光源和传感器的角度分别相同的情况下被照射，从而子容积的测量结果可以相互间作比较并且必要时可以确定局部面的偏差，以便避免测量到并非待处理表面特有的伪迹(Artefakt)。
根据规定，所述照明参数是光的与角度相关的辐射强度、光在被照射表面上的入射角、光源和传感器之间和/或光输出口区域和传感器之间的角度、光源和/或光输出口区域与被照射表面的距离、光的偏振状态和/或光的各向同性。通过这些照明参数，借助每个子容积内部的光源或光源的光输出口区域以一定的入射角、一定的波长、偏振、各向同性等等照射表面。光的各向同性可以理解为光束的光线的差异性方向(abweichendeRichtung)，其中，在光的各向同性较低的情况下，光束的光线呈现平行性。而当光完全各向同性时，光束的光线彼此不平行。光的各向同性例如可以通过光源/光输出口区域发出的光在粗糙的表面上的反射实现。此外，为了提供不同的照明参数例如可以在第一子容积内部使用点状光源，而在第二子容积内部使用面状光源。此外可以直接或间接照射表面。可以垂直或以不等于90°的角度照射表面。此外也可以用条纹图样照射表面。这例如可以通过光源配有缝隙遮光板而实现。另外的照明参数也是可行的。
此外规定，所述传感器配有评估装置，该评估装置设置用于，对借助传感器局部面接收到的光在确定的表面参数、尤其表面的光泽度、颜色和/或纹理方面进行评估。该评估装置有利地具有微处理器和用于存储测量数据以及已知表面的参考数据的存储器。该评估装置或者可以布置在所述探测装置自身中或者布置在用于处理表面的设备的另外的子区域上。该评估装置在确定的表面参数方面评估接收到的光，从而评估待识别表面的不同的特征。这些特征例如可以仅在硬地面的情况下显现和/或仅与地毯地面相关。为了确定表面参数，必要时对应子容积内部的确定的照明参数是必需的。例如为了确定表面的颜色，建议用白光照明。此外，为了识别表面的显微结构也需要使用特定波长的光。
所述表面参数例如可以是表面的光泽度、颜色和/或纹理。由此，在遮光座的第一子容积内部例如可以在高光点(Glanzpunkt)、与波长相关的最大反射率、反射光谱等方面评估传感器局部面接收的测量信号，从而可以推断出表面的类型。例如，存在高光点表示是硬地面，因为地毯地面通常不显示高光点。备选地或附加地，颜色同样可以推断某种表面类型。此外，表面纹理也是引人注意的，因为例如地毯或地毯地面显示不同于例如硬地面的表面结构。
根据规定，至少两个传感器局部面的被评估的表面参数彼此不同。由此，在照明座子容积的每一个中确定不同的表面参数，从而整个遮光座内部的全部被评估的表面参数导致整体上可靠地识别表面类型。在此，探测装置具有越多的子容积或传感器局部面，则可以越准确地识别表面类型。
根据规定，所述评估装置被设置用于，使至少两个传感器局部面的表面参数逻辑上相互关联，并且比较该表面参数与已知表面的参考数据以便确定表面类型。通过多个传感器局部面的表面参数相结合形成表征确定的表面类型的逻辑组合。借助评估装置比较所述测得的组合与包含表面参数的保存在存储器中的组合的参考数据。由此能够可靠地识别当前测得的表面。测得的表面参数的数量越多，则能够越可靠地识别表面类型。
此外规定，所述传感器是摄像芯片、尤其CCD传感器或CMOS传感器。在此，根据各子容积的布置方式评估所述摄像芯片的传感器面。其中，例如在四个子容积的情况下，所述传感器面也被划分成四个、有利地一样大的传感器局部面。在此，评估装置关联性地评估和/或读出每个传感器局部面，从而可以将测得的表面参数明确地分配给遮光座的确定的子容积。
除了前述用于处理表面的设备以外，本发明同样提出一种运行设备、尤其前述设备的方法，其中，利用光照射表面，并且评估被表面反射的光以便识别表面类型。按照本发明的方法包含，光在配属于传感器的三维遮光座的多个光学隔开的子容积中发射，照射到表面上并且被该表面反射到传感器的配属于相应子容积的传感器局部面上，其中，在第一子容积内部发出的光的照明参数有别于在第二子容积内部发出的光的照明参数，并且其中，在表面的彼此间存在偏差的表面参数方面评估传感器局部面接收到的光。在此，所述方法的实施和特征类似于先前在用于处理表面的设备方面所做的阐述。
附图说明
以下结合实施例进一步阐述本发明。在附图中：
图1示出按照本发明的设备的立体视图，
图2示出设备的侧视图，
图3示出探测装置的侧视图，
图4示出探测装置的底视图，
图5示出遮光座的第一子容积，
图6示出遮光座的第二子容积，
图7示出遮光座的第三子容积，
图8示出遮光座的第四子容积，
图9示出传感器拍摄的图像，
图10示出具有用于评估的参考数据的表格。
具体实施方式
图1示出按照本发明的设备1，设备1此处构造为可自主行进的抽吸机器人。设备1具有行进轮以及用于驱动该行进轮的电动机。此外，设备1可以配备导航装置(未示出)，该导航装置能够实现设备1在房间内部的自动定位。所述导航装置通常包含用于识别障碍物和房间状况的装置。
图2示出设备1的侧视图，其中，用虚线示出构造在设备1中的探测装置2，其用于识别表面21的类型。该探测装置2以探测面对准待测量的表面21、此处例如地毯地面。
图3示意性地示出探测装置2的侧视图。探测装置2具有传感器7，该传感器7此处是具有摄像芯片(CCD-Chip)的摄像机，探测装置2还具有三维遮光座12，该遮光座12构造为伞状并且在其上侧上支承传感器7。所述遮光座12具有多个子容积13、14、15、16，在示出的侧视图中仅能看到其中两个子容积13、14。子容积13、14、15、16中的每一个都配有传感器7的确定的传感器局部面8、9、10、11。此外，每个子容积13、14、15、16中布置有自有光源17、18、19、20(参照图5至图8)。所述遮光座12如此构造，使得子容积13、14、15、16被遮光座12的壁在光学上彼此隔开，从而光不能在子容积13、14、15、16之间传播，也就是说，在确定的子容积13、14、15、16中发出的光不能投射到其它的子容积13、14、15、16中。由此，子容积13、14、15、16可以理解为遮光座12的在光技术上隔开的区域，此处，在所述区域中，自有光源17、18、19、20分别发出光，照射在待识别表面21的局部面上，并且其中，每个子容积13、14、15、16配有传感器7的传感器局部面8、9、10、11，该传感器局部面被表面21反射的光照射。
图4从底部示出探测装置2，也就是说，从表面21朝遮光座12观察。可以看到遮光座12的各个子容积13、14、15、16，这些子容积分别配有传感器7的传感器局部面8、9、10、11。
图5至图8分别在竖直剖面图中示出子容积13、14、15、16之一。由相应的光源17、18、19、20发出的光具有用于照射所述表面21的针对相应子容积13、14、15、16特征化的照明参数。由此可以在子容积13、14、15、16内部实现表面21的不同的照明条件，并且仅利用一个(所有子容积13、14、15、16共用的)传感器7探测。通过不同的照明参数在相应传感器局部面8、9、10、11上显现出表征当前被测量的表面21的不同的表面参数。传感器7接收到的全部信号可以在逻辑上相互关联并且合并成一个总数据项，该总数据项形成该表面21的类型的结论。
图5示出遮光座12的第一子容积13，在第一子容积13中布置第一光源17和第一传感器局部面8。该光源17如此布置在子容积13内部，使得该光源17垂直照射待识别的表面21。在此，光源17仅照射表面21的有限的子区域，该子区域相对于遮光座12的子容积13的出口面仅具有较小的面积份额。根据表面21的类型，确定比例的光可以从表面21到达传感器局部面8。如果表面21例如是地毯地面，则光在表面21上散射，从而使漫射的光份额射到传感器局部面8上。与此相反，如果是硬地面，被垂直照射的表面21基本上垂直反射光，从而仅相对较小的光份额射到传感器局部面8上。由此可以借助所谓的“高光点”区分硬地面和地毯地面。
图6示出第二子容积，在该子容积中布置第二光源18以及第二传感器局部面9。该光源18如此布置在子容积14的内部，使得所述表面21不被直接照射。而是光源18对准子容积14的角区域，从而光源18发出的辐射被遮光座12的内壁反射并且漫射且间接地照射表面21。此外，光源18发出的光在该角区域上扩展，从而射到表面21的辐射在扩展的光锥内部从不同的角度射到表面21上。不同表面21、例如硬地面和地毯地面或相互间不同的硬地面和/或地毯地面的漫射照射又引起不同的反射信号，从而借助传感器局部面9接收的光可以推断出表面21的类型。此处，子容积14内部的布置方式用于识别木材特有的色调，也就是说，用于识别表面参数“颜色”，以及用于识别表面21的纹理。如果该纹理例如具有优选方向，有较大的可能性能排除表面21是地毯地面或PVC覆层。确切地说，表面21可能是具有纹理的木地板。
图7示出具有第三光源19和第三传感器局部面10的第三子容积15。该光源19利用光学轴线大致平行于所述表面21地定向，其中，发出的光由于锥形扩展的光束部分直接以倾斜的角度射到表面21上，并且其它的部分在遮光座12的壁上被反射，必要时漫射到表面21上。所述传感器局部面10接收表面21反射的光，此处例如在表面参数“黑色像素比例”方面试验该反射光。如果传感器局部面10接收的光信号具有特别高的黑色像素比例，则可以推断出是地毯地面。而如果黑色像素的比例较低，则可能是木材或PVC作为表面21。
图8示出遮光座12的第四子容积16，在该子容积中布置三个光源20以及传感器局部面11。所述光源20彼此平行布置，使得发出的光分量大致彼此平行延伸并且光呈条状射到所述表面21上。由此在待识别的表面21上出现条纹图样，根据该条纹图样的明暗过渡可以推断出表面21的类型。如果表面21例如是地毯地面，则该过渡具有不规则的结构。而例如在PVC或尤其木材的情况下，表面21越平坦，所述明暗过渡也越清晰。
图9以摄影图像的形式示出传感器7探测到的全部光信号。该摄影图像按照各个传感器局部面8、9、10、11被划分。在此，每个传感器局部面信号由于子容积13、14、15、16内部的不同的照明参数而反映出不同的表面参数。此处示出传感器局部面8、9、10、11的相应信号。配属于传感器局部面8的图像用于测定高光点，配属于传感器局部面9的图像用于测定纹理，配属于传感器局部面10的图像用于测定黑色像素在图像上的比例，以及配属于传感器局部面11的图像用于评价明暗过渡。此处例如可以看到，所述表面21未示出高光点，不具有纹理的优选方向，具有较高的黑色像素比例并且明暗过渡不是直线。这些表面参数在逻辑上彼此结合成一个总数据项，并且与已知表面21的参考数据作比较以便确定表面21的类型，所述参考数据存储在评估装置的数据存储器内。如果当前测得的数据项与存储的数据项相一致，则能够可靠地确定表面21的类型。保存在数据存储器中的参考数据可以保存为表格。在前述示例中，表格外观例如如图10中所示。
有利地当所述设备1在表面21上行进时实施用于识别表面21类型的方法。在此，所述传感器7持续运行。就每个子容积13、14、15、16而言提取确定的表面参数。这些表面参数在逻辑上相互关联并且用于识别表面21。
通常，监督学习的方法被用于评估。这种方法例如包含训练阶段，在该训练阶段中，所述评估装置示出大量的不同表面21。各个表面21是已知的并且以其附属的表面参数存储在数据存储器内。在此，同样可行的是，不仅能识别已知的表面参数，而且也能识别有偏差的相似表面参数，评估装置可以自动分配所述相似表面参数。由此，表面21的不同类型也可以被识别，这些类型的表面参数不相同但是相似，从而所述评估装置可以将这些表面参数分配给表面21的确定的类型。
利用当前测得的表面21的类型的知识，然后可以借助设备1控制所述表面21的进一步的处理方式。如果识别出的表面21是地毯地面，则设备1例如避免弄湿表面21并且清洁过程例如局限于吸除和/或刷除。
附图标记列表
1 设备
2 探测装置
3 光源
4 光源
5 光源
6 光源
7 传感器
8 传感器局部面
9 传感器局部面
10 传感器局部面
11 传感器局部面
12 遮光座
13 子容积
14 子容积
15 子容积
16 子容积
17 光源
18 光源
19 光源
20 光源
21 表面

Claims (15)

1.一种用于处理表面(21)的设备(1)，所述设备(1)具有用于识别所述表面(21)的类型的探测装置(2)，所述探测装置(2)具有用于利用光照射所述表面(21)的光源和用于探测被所述表面(21)反射的光的传感器(7)，其特征在于，所述传感器(7)配有形成多个子容积(13、14、15、16)的三维的遮光座(12)，其中，每个子容积(13、14、15、16)分别配属于所述传感器(7)的不同的传感器局部面(8、9、10、11)，并且其中，相邻的传感器局部面(8、9、10、11)借助所述遮光座(12)在光学上彼此隔开，由此防止光从第一子容积(13)中投射至第二子容积(14)中。
2.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述遮光座(12)的每个子容积(13、14、15、16)配有自有的光源(17、18、19、20)。
3.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述遮光座(12)配有共同的光源，其中，每个子容积(13、14、15、16)配有光源的自有的光输出口元件。
4.按照前述权利要求之一所述的设备(1)，其特征在于，所述子容积(13、14、15、16)内部的光具有用于照射所述表面(21)的确定的照明参数，其中，至少两个子容积(13、14、15、16)内部的照明参数彼此不同。
5.按照权利要求4所述的设备(1)，其特征在于，所述照明参数是以下参数中的至少一个参数，即光的与角度相关的辐射强度、光在被照射表面(21)上的入射角、所述光源和所述传感器(7)之间的角度、光输出口区域和所述传感器(7)之间的角度、所述光源与被照射表面(21)的距离、光输出口区域与被照射表面(21)的距离、光的偏振状态、光的光束的光线的平行性或不平行性。
6.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述传感器(7)配有评估装置，所述评估装置设置用于，对借助所述传感器局部面(8、9、10、11)接收到的光在确定的表面参数方面进行评估。
7.按照权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，至少两个传感器局部面(8、9、10、11)的被评估的表面参数彼此不同。
8.按照权利要求6或7所述的设备(1)，其特征在于，所述评估装置被设置用于，使至少两个传感器局部面(8、9、10、11)的表面参数逻辑上相互关联，并且与已知表面(21)的参考数据相比较，以便确定所述表面(21)的类型。
9.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述传感器(7)是摄像芯片。
10.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述传感器(7)是CCD传感器或CMOS传感器。
11.按照权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)设计为清洁机器人。
12.按照权利要求3所述的设备(1)，其特征在于，所述光输出口元件是光纤。
13.按照权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，所述表面参数是所述表面(21)的光泽度、颜色和/或纹理。
14.一种运行用于处理表面(21)的设备(1)的方法，其中，利用光照射所述表面(21)，并且评估被所述表面(21)反射的光以便识别所述表面(21)的类型，其特征在于，光在配属于传感器(7)的三维遮光座(12)的多个光学隔开的子容积(13、14、15、16)中发射，照射到所述表面(21)上并且被所述表面(21)反射到所述传感器(7)的配属于相应子容积(13、14、15、16)的传感器局部面(8、9、10、11)上，其中，在第一子容积(13)内部发射的光的照明参数有别于在第二子容积(14)内部发射的光的照明参数，并且其中，对所述传感器局部面(8、9、10、11)接收到的光在所述表面(21)的彼此不同的表面参数方面进行评估。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，所述设备(1)按照权利要求1至13之一来设计。
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