CN108459593A - 一种具备扫地功能的人机智能合作机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具备扫地功能的人机智能合作机器人系统，该机器人系统包括无线信号发射组、移动电子设备、一个或多个数据处理模块和一个或多个扫地机器人，无线信号发射组包含多个无线信号发射源，移动电子设备和扫地机器人接收来自无线信号发射组的信号，将信号转换为距离信息，并将距离信息传输给数据处理模块，数据处理模块通过这些距离信息计算出移动电子设备和扫地机器人的位置，并基于所述扫地机器人的位置派遣所述扫地机器人前往基于所述移动电子设备的位置确定的清扫区域进行清扫。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域。具体而言，本发明涉及人机智能合作机器人系统领域。
背景技术
市场上现有的扫地机器人使用充电电池运作，按扫描的地图自主定位和移动或者碰撞反弹变向随机行走，同时清扫地面。操作方式以用户通过遥控器或基站远程控制等发出指令来实现，有些机型可侦测障碍物避障，有些机型可由用户搬至某区域按设定范围清扫。
现有扫地机器人因为制图和定位技术不成熟或不精确，在工作过程中无法完全判断地面复杂状况，容易出现失去位置与方向的情况，当地面不平整、有台阶或高低落差、地面有杂物等时，机器人会卡死、失去坐标、无法回充。某些机型由于不具备定位能力，只能通过碰撞反弹的物理原理来变向，甚至会造成家居用品或者机器人自身损坏甚至人身伤害、对用户造成干扰等问题。因为机器人的智能水平不足以真正判断地面清洁状况，尽管有些地面并没有灰尘和垃圾，不需要清扫，但是为了避免遗漏清洁区域机器人还是会全屋清扫，由此电量和时间都浪费在诸多无用功上。
发明内容
本发明所述的机器人系统旨在与用户合作进行工作，机器人系统通过无线信号确定目标清扫区域，在机器人抵达目的地后，对该清扫区域进行清扫；在机器人移动的过程中，可以最合理的幅度实现对移动路径的沿路清扫。由此解决了机器人无法判断地面情况、所处位置和最佳移动路线的问题。以人眼代替机器人的寻迹传感器，以人脑的规划代替机器人的算法；以机器人的重复劳动取代人的劳动，节省机器人智能研发和设备的成本以及投资在扫地吸尘机构上的成本。将人的优势与机器人的优势强强联合，弥补现有扫地机器人的各种弱点，同时将用户从简单重复的劳动中解放出来。
本发明所述的机器人系统人机互动，无需绘制地图，可以提高机器人的工作效率，同时减轻用户的工作负荷，用人的智能弥补了机器人本身的技术局限。
本发明所述的机器人系统包括：无线信号发射组、移动电子设备、一个或多个数据处理模块和一个或多个扫地机器人，无线信号发射组包含多个无线信号发射源，移动电子设备和扫地机器人接收来自无线信号发射组的信号，将信号转换为距离信息，并将距离信息传输给数据处理模块，数据处理模块基于距离信息计算出移动电子设备和扫地机器人的室内位置，并基于扫地机器人的位置派遣扫地机器人前往基于移动电子设备的位置确定的清扫区域进行清扫。
在一个实施方式中，清扫区域是基于一个移动电子设备的位置确定的。在另一个实施方式中，清扫区域是基于多个移动电子设备的位置确定的。在另一个实施方式中，清扫区域是基于移动电子设备的位置的连续移动轨迹确定的。
在一个实施方式中，扫地机器人包含扫地机器人无线信号模块，其可用于接收来自无线信号发射组的信号并将距离信息传输给智能充电桩。
在一个实施方式中，机器人系统还可包括一个或多个智能充电桩，数据处理模块位于智能充电桩内，智能充电桩还可包含智能充电桩无线信号模块，其中智能充电桩无线信号模块可用于接收来自移动电子设备和扫地机器人的距离信息并向移动电子设备和扫地机器人传输信息。
在一个实施方式中，扫地机器人还可包含传感器和运动控制模块。在一个实施方式中，扫地机器人中的传感器将扫地机器人周围的障碍物信息发送至运动控制模块，调整扫地机器人的运动方位避开障碍物。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的机器人系统的示意图。附图标记如下：无线信号发射组1；移动电子设备2；智能充电桩3；扫地机器人4；智能充电桩无线信号模块5；智能充电桩数据信息处理模块6；超声波传感器7；激光传感器8；机器人无线信号模块9；机器人运动控制模块10。
具体实施方式
本发明的机器人系统包括：无线信号发射组、移动电子设备、一个或多个数据处理模块和一个或多个扫地机器人，无线信号发射组包含多个无线信号发射源，移动电子设备和扫地机器人接收来自无线信号发射组的信号，将信号转换为距离信息，并将距离信息传输给数据处理模块，数据处理模块基于这些距离信息计算出移动电子设备和扫地机器人的位置，并基于扫地机器人的位置派遣扫地机器人前往基于移动电子设备的位置确定的清扫区域进行清扫。
无线信号发射组可包含例如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个无线信号发射源，这些无线信号发射源可位于室内的不同位置，所发射的无线信号能够覆盖整个室内空间。在一个优选的实施方式中，无线信号发射组包含三个或四个无线信号发射源。
无线信号发射源可发射任意无线信号，所发射信号的示例包括但不限于：蓝牙信号、WIFI信号、ZigBee信号、红外信号、超声波信号、超宽带(UWB)信号等，优选UWB信号。
移动电子设备包括但不限于：手机、平板电脑、笔记本电脑、遥控器等。移动电子设备可包含操作界面。在一个优选的实施方式中，移动电子设备是手机，操作界面是手机APP。
移动电子设备与智能充电桩、扫地机器人与智能充电桩之间的信号传输方式包括但不限于：蓝牙、WIFI、ZigBee、红外、超声波、UWB等，优选的信号传输方式是WIFI。
可通过本领域已知的任何方法将从无线信号发射源处接收到的信号转换为距离信息，上述方法包括但不限于：飞行时间算法(ToF)、到达角度算法(AoA)、到达时间差算法(TDOA)和接收信号强度算法(RSS)。
数据处理模块可基于距离信息，通过本领域已知的任意定位方法计算移动电子设备和扫地机器人的位置。例如，数据处理模块可通过三角测量法确定移动电子设备和扫地机器人的位置，此时移动电子设备和扫地机器人的位置可以智能充电桩或任意无线发射源为基准，以角度和距离表达。
数据处理模块可位于任何设备内，例如集成在扫地机器人、移动电子设备或智能充电桩内。数据处理模块也可位于云端。
机器人可以本领域已知的任意方式自主规划前往清扫区域进行清扫，或由用户按照实时室内布局，规划多个不同的目的地，通过人为干预使机器人以最优路径移动。
清扫区域可以是基于移动电子设备的位置确定的任何的形状和范围。例如，清扫区域可以是以移动电子设备的位置为中心的圆形区域，该区域的半径可以是例如0.1-10米，例如0.5-5米，优选1米；例如，清扫区域可以是不同边长的矩形区域；用户可通过移动电子设备来任意地设定清扫区域的形状和范围。对于不同的移动电子设备的位置，可以设定不同的清扫区域的形状和范围。
在一个实施方式中，清扫区域是基于一个移动电子设备的位置确定的。
在另一个实施方式中，清扫区域是基于多个移动电子设备的位置确定的，此时智能充电桩可根据所有位置信息生成清扫任务路径并发送至机器人，机器人按此路径进行清扫。
在另一个实施方式中，清扫区域是基于移动电子设备的位置的连续移动轨迹确定的，此时移动电子设备持续发出带有移动电子设备的位置的无线信号，机器人可以延迟或保持某一距离的规则，根据接收到的这些无线信号形成连续的移动轨迹，在移动过程中对沿路的地面进行预设幅度的清扫。该距离可以是例如0.1-5米，例如0.5-2米，优选1米。例如，机器人以S型左前右前某角度移动。此过程无需依赖地图，可以人为规划路线或主动干预以避开固定或活动的障碍物，例如人手持电子设备在规划路线时主动绕开已知障碍物形成绕开障碍物的路径，或者搬开路径上可能撞到的家具。当移动电子设备停止移动而依然发出无线信号时，机器人可以无线信号源为中心改变移动轨迹反复清扫当前区域，例如围绕无线信号源按一定的半径做绕圈移动。
在一个实施方式中，扫地机器人包含扫地机器人无线信号模块，其可用于接收来自无线信号发射组的信号并将距离信息传输给智能充电桩。
在一个实施方式中，本发明的机器人系统还可包括一个或多个智能充电桩，数据处理模块可位于智能重复着内，智能充电桩还可包含智能充电桩无线信号模块，其中智能充电桩无线信号模块可用于接收来自移动电子设备和扫地机器人的距离信息并向移动电子设备和扫地机器人传输信息。
在一个实施方式中，扫地机器人还可包含传感器和运动控制模块。传感器包括但不限于超声波传感器和激光传感器。在一个实施方式中，扫地机器人中的传感器将扫地机器人周围的障碍物信息发送至运动控制模块，调整扫地机器人的运动方位避开障碍物。
在一个实施方式中，本发明的机器人系统可包括多个机器人以形成机器人工作组，工作组内各机器人成员由各自的充电桩进行信息共享，自动分析移动电子设备和机器人发出的无线信号，来确定距离第一清扫区域最近的第一机器人，由该第一机器人前往第一清扫区域进行清扫。还可确定距离第二清扫区域最近的第二机器人，可由该第二机器人前往第二清扫区域进行清扫，与第一机器人同时或不同时执行任务。当机器人数量递增时，工作原理同上。
下文根据实施例进一步描述本发明。本领域技术人员应理解，以下实施例仅是示意性的，不构成对本发明的限制。
实施例1.具备定点扫地功能的人机智能合作机器人系统
整套系统包括：包含多个无线信号源的无线信号发射组、手机APP、智能充电桩、扫地机器人。其中智能充电桩中包含无线信号模块(WIFI)、数据信息处理模块等，扫地机器人中包含超声波传感器、激光传感器、无线信号模块、运动控制模块等。
室内放置多个固定位置无线信号源(如UWB等)作为参考点，操作界面如手机APP将会获得来自这些信号源的基于ToF计算所得距离信息，手机与智能充电桩通过WIFI模块连接，将距离信息通过WIFI反馈至智能充电桩数据信息处理模块。智能充电桩数据信息处理模块利用手机此时与各个信号源之间的距离信息基于三角测量法确定手机所在室内的位置。同样的方式，扫地机器人无线信号模块也读取对各个信号源的基于ToF计算所得距离数值，并传至智能充电桩数据信息处理模块，计算出机器人的室内位置。手机和机器人的位置以智能充电桩为基准，以角度和距离表达。当用户手持手机到达需要清扫地点，即可使用手机APP一键标记并设定清扫半径，智能充电桩同时获取此位置信息，派遣扫地机器人根据此位置信息到达清扫区域进行清扫。在前往指定位置的过程中，扫地机器人中的超声波传感器和激光传感器将机器人周围例如1米内的障碍物信息传至运动控制模块，调整运动方位避开障碍物。当用户同时标记多个清扫地点时，充电桩数据信息处理模块将根据所有位置信息生成清扫任务路径，发送至扫地机器人运动控制模块，按此路径逐个地点进行清扫。
实施例2.具备跟踪扫地功能的人机智能合作机器人系统
整套系统包括：包含多个无线信号源的无线信号发射组、手机APP、智能充电桩、扫地机器人。其中智能充电桩中包含无线信号模块(WIFI)、数据信息处理模块等，扫地机器人中包含超声波传感器、激光传感器、无线信号模块、运动控制模块等。
室内放置多个固定位置无线信号源(如UWB等)作为参考点，操作界面如手机APP将会获得来自这些信号源的基于ToF计算所得距离信息，手机与智能充电桩通过WIFI模块连接，将距离信息通过WIFI反馈至智能充电桩数据信息处理模块。智能充电桩数据信息处理模块利用手机此时与各个信号源之间的距离信息基于三角测量法确定手机所在室内的位置。同样的方式，扫地机器人无线信号模块也读取对各个信号源的基于ToF计算所得距离数值，并传至智能充电桩数据信息处理模块，计算出机器人的室内位置。。手机和机器人的位置以智能充电桩为基准，以角度和距离表达。用户使用手机APP设定跟随距离(例如1米)，机器人运动控制模块根据智能充电桩传来的实时位置信息(机器人位置和手机位置)，调整运动状态，保持自身位置与手机位置在设定的范围内跟踪，在移动过程中以预设的幅度沿路实现跟踪清扫。同时机器人搭载的超声波传感器和激光传感器传输周围障碍物信息至机器人控制模块，调整跟踪过程中的运动状态和路径。
Claims (8)
1.一种机器人系统，所述机器人系统包括无线信号发射组、移动电子设备、一个或多个数据处理模块和一个或多个扫地机器人，所述无线信号发射组包含多个无线信号发射源，所述移动电子设备和所述扫地机器人接收来自所述无线信号发射组的信号，将所述信号转换为距离信息，并将所述距离信息传输给所述数据处理模块，所述数据处理模块基于所述距离信息计算出所述移动电子设备和所述扫地机器人的位置，并基于所述扫地机器人的位置派遣所述扫地机器人前往基于所述移动电子设备的位置确定的清扫区域进行清扫。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，所述清扫区域是基于一个所述移动电子设备的位置确定的。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，所述清扫区域是基于多个所述移动电子设备的位置确定的。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，所述清扫区域是基于所述移动电子设备的位置的连续移动轨迹确定的。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的机器人系统，所述扫地机器人包含扫地机器人无线信号模块，所述扫地机器人无线信号模块可用于接收来自所述无线信号发射组的信号并将所述距离信息传输给所述智能充电桩。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的机器人系统，所述机器人系统还可包括一个或多个智能充电桩，所述数据处理模块可位于所述智能充电桩内，所述智能充电桩还可包含智能充电桩无线信号模块，其中所述智能充电桩无线信号模块可用于接收来自所述移动电子设备和所述扫地机器人的所述距离信息并向所述移动电子设备和所述扫地机器人传输信息。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的机器人系统，所述扫地机器人还可包含传感器和运动控制模块，所述传感器将所述扫地机器人周围的障碍物信息发送至所述运动控制模块，调整所述扫地机器人的运动方位避开障碍物。
8.根据权利要求7所述的机器人系统，所述传感器包括超声波传感器和激光传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180828 |