CN109254580A - 用于自动行走式的服务设备的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自动行走式的服务设备(1)的运行方法，其中，探测装置(2、3)探测环境内部的障碍物(11)，其中，根据探测装置(2、3)的探测结果建立环境的环境地图(4)，并且其中，服务设备(1)根据环境地图(4)在环境内部行进。为了确保服务设备(1)的理想运行而规定，服务设备(1)的控制装置获得有关基站(5)在环境中的空间位置的信息，其中，还确定了用于服务设备(1)向基站(5)的靠近、回转和/或对接的调转区域(6)，并且其中，在环境地图(4)中存储空间位置和调转区域(6)，其中，在调转区域(6)内部设置用于方向改变的回转点(7)，服务设备(1)在其朝基站(5)的行进运动过程中最晚且与行进路径运动的其余走向无关地在所述回转点上实施最后的方向改变，随后沿直线向基站(5)行进。

Description

用于自动行走式的服务设备的运行方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动行走式的服务设备的运行方法，其中，探测装置探测环境内部的障碍物，其中，根据探测装置的探测结果建立环境的环境地图，并且其中，服务设备根据环境地图在环境内部行进，其中，服务设备的控制装置获得有关基站在环境中的空间位置的信息，其中，还确定了用于服务设备向基站的靠近、回转和/或对接的调转区域。

现有技术

在现有技术中已知一种自动行走式的服务设备的运行方法。

在自动行走式的用于清洁地板的清洁机器人方面公开文献DE 10 2011 000 536A1和DE 10 2008 014 912 A1公开该类型的方法。然而此外，该方法还可以应用于其他服务设备、例如自动行走式运输机器人、割草机器人等。该类型的服务设备优选配备距离传感器，以便例如避免与处于行驶路径上的障碍物的碰撞。距离传感器优选无接触地、例如借助光和/或超声波工作。此外已知的是，机器人设有用于环绕式距离测量的装置，例如光学三角测量系统的形式，所述三角测量系统布置在围绕垂直轴线旋转的平台或其他位置上。借助该系统能够进行环绕式距离测量，用于服务设备在其环境内部的定向，进一步地尤其在服务设备自动实施作业任务的过程中的定向以及进一步优选用于所经过的环境的环境地图的创建。

距离传感器的探测结果被进一步处理成环境地图并且尤其存储在服务设备的不易失的存储器中，从而能够在清洁和/或运输过程期间出于定向目的而调用该环境地图。

此外已知的是，自动行走式的服务设备可以向基站行进并且在该处对接，以便例如为蓄电池充电、清空抽吸物容器或在基站上获得其他服务。为此目的，服务设备通过调转区域向基站靠近，所述调转区域基于服务设备的观察方向位于基站的对接区域之前。由于蓄电池和/或抽吸物容器也可以布置在服务设备的尾部区域中，所以在现有技术中已知的是，服务设备在调转区域中以高达180°调头，以便利用设备尾部在基站上对接。为在调转区域内的靠近以及方向变化，服务设备需要无障碍的空间，以便能够利用规定的运动序列对接在基站上。

如果在调转区域内部具有阻碍服务设备向基站的靠近、回转和/或对接的障碍物，则服务设备只有当在调转区域内部已经开始靠近过程而且服务设备的探测装置察觉到障碍物时才识别该障碍物。当服务设备不能对接在基站上时，服务设备则停止在最后到达的位置上。蓄电池的充电例如由此就不能实现，使得服务设备在蓄电池放空时的最不利情况下完全关闭，并且之前所存储的包括清洁记录在内的行驶路由被从服务设备的工作存储器中删除。

发明内容

基于上述现有技术，本发明所要解决的技术问题在于，提前识别在基站的调转区域中的障碍物，并且由此确保服务设备在基站上的按规定的对接。

为了解决上述技术问题本发明规定，在环境地图中存储空间位置和调转区域，其中，在调转区域内部设置用于方向改变的回转点，服务设备在其朝基站的行进运动过程中最晚且与行进运动的其余走向无关地在所述回转点上实施最后的方向改变，随后沿直线向基站行进。

通过本发明实现的是，自动的服务设备在自动行进过程中提前获得有关在位于基站之前的调转区域内部存在障碍物的信息。有关障碍物存在的信息然后可以被使用，以便改变向基站的导航。探测装置在此构造为，探测服务设备的环境的至少一个子区域，尤其也探测环境内部的一个或多个基站的位置。一旦已知至少一个基站的位置，就可以监控所述至少一个基站的调转区域。无论是基站的位置还是调转区域和/或回转点(服务设备在所述回转点上在基站前回转、也即改变其方向)，都可以例如通过XY坐标和/或基站相对于在环境内部的空间边界的安置角定义。方向改变可以包括高达180°的回转，从而使服务设备例如以其尾部区域靠近基站。根据本发明，在调转区域内部定义用于方向改变的回转点。调转区域可以不仅给定唯一一个回转点，还可以给定多个用于方向改变的回转点。所述一个或多个回转点定义在调转区域内部的位置，服务设备在其至基站的行进路径上最晚在所述位置上采取必要的方向改变，随后沿直线向基站行进。在回转点与基站之间由此规定了用于服务设备的行进运动的直线，从而使服务设备在经过回转点之后定向地驶向基站，必要时在容忍确定的角度范围的情况下。回转点不仅确定用于几度的较小的方向改变，而且还确定180°的回转机动。因此对于以前部区域驶向基站的服务设备以及向后向基站上对接的服务设备来说，都有在调转区域内部的确定的位置，也即回转点，在所述回转点上服务设备实施最后的行进运动校准，并且然后在没有其他方向改变的情况下沿直线驶向基站。在回转点上实施的方向改变可以包含直至运动方向完全颠倒的改变。调转区域的尺寸以及位置优选通过基站的位置和安置角定义。在监控调转区域时，为了服务设备的可能的对接过程而探测基站的位置以及障碍物在调转区域中的存在。优选地，在服务设备的在环境内的行进运动和/或服务作业过程中持续地或以确定的时间间隔进行监控。尤其提前地、以至于在服务设备尚未为了对接在基站上而开始靠近过程或对接过程时就进行监控。具体而言根据本发明的方法的流程为，探测装置首先探测基站在环境内部的存在，并且随后确定基站在环境中的位置，尤其通过XY坐标和/或基站在环境内部的安置角定义基站在环境中的位置。所述方法还包括，将服务设备从服务设备的当前位置开始的靠近、回转或对接运动的模型建立在环境地图中，其中，尤其考虑调转区域和/或维护设备的回转点。随后监控调转区域，尤其在与障碍物的可能的碰撞方面监控，其中，持续地或根据情况在服务设备的对接期望开始之前进行监控。环境地图的建立以及基站和调转区域在环境地图中的登入可以在服务设备本身内部或转移至基站中或外置设备中进行，所述外置设备具有相应的存储器和为此合适的计算设备。

此外还规定，关于基站的空间位置的信息借助服务设备的探测装置探测。在该设计方式中，服务设备本身探测障碍物是否存在于基站的调转区域中。服务设备的探测装置尤其可以是图像检测装置、例如摄像头和/或CCD芯片或CMOS芯片。此外，服务设备还可以具有计算设备，所述计算设备这样评估通过探测装置记录的图像，即基站是否存在于该环境中。因此可以根据图像对比测算出基站的位置。

此外还可以规定，在服务设备与基站相连期间检测基站的位置，其中，尤其根据在服务设备在基站上开始的行进运动的起始时刻服务设备的地点来确定所述位置。根据该设计方式，在服务设备处于基站上期间，服务设备的清洁过程的起始点被确定。服务设备的探测装置识别出服务设备当前处于基站上，并且将其在环境内部的当前位置定义为基站的空间位置，必要时以系数校准，所述系数给定了在对接状态下服务设备相对于基站的相对位置的程度。

此外还可以规定，服务设备的探测装置根据布置在基站上的编码识别基站，其中，所述编码具有关于基站的信息，并且其中，探测装置尤其是以光学方式探测编码的激光扫描装置或图像检测装置。为此目的，基站具有编码、尤其光学编码。该编码可以是例如QR编码、条形码或其他能够借助服务设备的探测装置读取并且识别的图像编码。编码的内容涉及基站的一个或多个信息，例如存在基站的信息和/或关于基站的种类的信息和必要时关于基站在环境内部的当前安置角和/或当前位置的信息。

作为备选可以规定，使用者将关于基站的空间位置的信息传递至服务设备。在此，使用者可以将信息尤其手动地借助具有与服务设备的通信连接的外置终端设备传递至服务设备。在一种特别简单的设计方式中可行的是，使用者通过服务设备的输入界面、例如键盘或触摸屏将信息直接输入服务设备。此外还可以为此使用使用者的外置终端设备，例如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、台式机等。外置终端设备可以优选以无线方式与服务设备通信、例如通过WLAN、蓝牙、紫蜂技术等。然而有线连接的通信也是可行的。

根据规定，使用者将基站的位置登入显示在外置终端设备的显示屏上的环境地图中。在使用者的外置终端设备上安装了应用程序，所述应用程序显示环境地图并且允许使用者对环境地图进行改变和/或补充，尤其允许使用者将基站的位置通过键盘例如以X、Y坐标的形式或直接在显示该环境地图的触摸屏上登入。

此外还规定，调转区域基于其中所存在的障碍物借助服务设备的探测装置和/或借助基站的探测装置被监控。由此，一方面服务设备本身的探测装置能够采取对障碍物的探测，而且另一方面还能够备选或补充地利用基站的探测装置进行探测，基站的探测装置优选同样是图像检测装置。在此特别有利的是，基站的探测装置能够直接或永久地指向基站之前的调转区域。通过基站的探测装置记录的探测结果则可以提供给服务设备所用。服务设备可以进一步处理所述探测结果并且尤其输入环境地图中或者用于向使用者告知关于障碍物存在的信息。

此外还可以规定，调转区域在时间上在服务设备向基站的靠近、回转和/或对接的调转过程的起始时刻之前就被监控。尤其可以在服务设备的行进运动结束时和/或在低于服务设备的蓄电池的充电状态的临界阈值时和/或在接收到服务设备的使用者的指令时进行对调转区域的监控。原则上，一旦已知基站在环境内部的位置，就进行对调转区域的监控。服务设备或者说其探测装置或基站的探测装置可以持续地或者如上建议地专门靠近过程和/或在服务设备在基站上的对接过程开始前对调转区域进行监控，从而能够提前识别用于服务设备的导航过程的冲突情况，并且使用者尚且能及时干预，以便在服务设备不得已停止前排除障碍物。根据规定，可以考虑就障碍物对调转区域的一次性检查，所述检查例如在即将对接前进行。所述检查在此通过服务运行的结束被触发、例如通过服务设备的清洁作业的完成；到达用于服务设备的蓄电池的充电状态的阈值，该阈值要求中断服务运行并且为蓄电池充电；和/或通过使用者的手动命令被触发、例如中断服务设备的清洁过程的命令。

尤其规定，在探测到在基站的调转区域中的障碍物时，测算环境中的其他的、服务设备可在其上对接的基站是否可用。此外还可以规定，在探测到在基站的调转区域中的障碍物时，将关于障碍物的声学和/或光学信息传递给服务设备的使用者，尤其传递给使用者的外置终端设备。在探测到障碍物的情况下，可以启动服务设备的不同的运行方式，例如可以作为对冲突情况的响应向服务设备的使用者传递信息，例如借助安装在外置终端设备上的应用，其方式为示出环境地图带有障碍物的位置的局部和/或障碍物的图像，所述图像通过服务设备的或基站的探测装置拍摄。此外，还可以向使用者传递声学和/或光学的信号，所述信号带有应该将障碍物从调转区域中去除的内容。该提示可以例如以文字方式显示在使用者的外置的终端设备的显示器上、通过外置的终端设备、基站或服务设备的扬声器发出等。此外，作为探测到冲突情况的响应可以首先等待并且检查，障碍物是否又从调转区域中被去除。这种情形例如在于，使用者将障碍物手动去除或障碍物例如是刚才停留在基站的调转区域中的人或宠物。如果是后者，那么向使用者发出更新的信息，该信息具有冲突情况已被解除的内容。作为另一种可能性可以规定，服务设备、基站或外置的终端设备的计算单元检查是否在服务设备的环境中存在多个基站，其中，在实际上存在多个基站的情况下可以探测哪个基站最接近服务设备并且能够提供不存在障碍物的自由的调转区域以供使用，从而使服务设备能够无碰撞地对接。

最后规定，根据环境地图和存储在环境地图中的障碍物确定用于基站的最佳的空间位置，其中，关于最佳的空间位置的信息传递给服务设备的使用者。通过对历史环境地图以及被存储的在环境的不同区域内部的冲突情况的分析，可以向使用者给出针对基站的适宜安置地点的建议。为此，例如可以这样分析服务设备的多个先后依次的服务运行、例如清洁行程的地图数据，即是否在房间的类似位置同样发生或已经发生过与障碍物的碰撞。关于最佳的空间位置的通知可以例如通过服务设备本身、通过基站或使用者的外置的终端设备传递至使用者。

总体上使用者通过本发明获得在向基站的对接过程中关于可能与障碍物碰撞的提前的信息。在对一个或多个基站的调转区域的持续监控时，使用者可以提前干预，由此避免蓄电池的完全放电，并且可以在没有使用者其他干预的情况下继续进行在对接和在基站上充电之后的运行。

附图说明

以下结合实施例对本发明进行更详尽的阐述。在附图中：

图1示出环境连同对接在基站上的服务设备，

图2示出基站的调转区域连同在驶上调转区域之前的服务设备，

图3在服务设备在调转区域内部回转过程中根据图2的情况，

图4示出在服务设备在基站上的对接状态下根据图2和3的情况，

图5示出环境的环境地图，

图6示出环境的带有处于基站的调转区域中的障碍物的子区域，

图7示出外置的终端设备，在所述终端设备上示出环境地图，

图8示出带有根据第二实施方式的服务设备和基站的环境。

具体实施方式

图1示出环境的一个子区域，其中带有基站和对接在基站上的服务设备1。服务设备1在此例如是自动行走式的清洁机器人。在环境中此外还存在多个障碍物11，在此例如是家具。服务设备1具有壳体，在所述壳体上在底侧、面向待清洁表面地布置了电机驱动的滚轮(未示出)以及从壳体底部的下边缘突出的、同样电机驱动的清洁元件12。清洁元件12在此例如是服务设备1的旋转边刷。此外，还可以将其他清洁元件12不可见地布置在服务设备1的壳体的下方，例如旋转刷辊等。此外，服务设备1还在清洁元件12的区域中具有未进一步示出的抽吸口孔，通过该抽吸口孔能够借助电机风扇单元将载有抽吸物的空气吸入服务设备1中。为了对服务设备1的各个电气部件的供电、例如为了滚轮和清洁元件12以及此外其他设置的电气元件的驱动，服务设备1具有未示出的、可反复充电的蓄电池。

此外，服务设备1还配备探测装置2，所述探测装置一方面具有图像检测装置、在此为摄像头，并且另一方面具有布置在服务设备1的壳体内部的三角测量装置，所述三角测量装置能够测量与服务设备1的环境内部的障碍物11的距离。三角测量装置具体例如具有激光二极管，所述激光二极管发出的光束通过偏转装置从服务设备1导出，并且围绕在服务设备1的所示定向中垂直的旋转轴线可旋转，尤其以360°的测量角旋转。由此实现了环绕式距离测量。

借助探测装置2可以测量和监控服务设备的环境。服务设备1尤其可以由此在免于与障碍物11碰撞的情况下在环境中运动。借助探测装置2记录的关于与环境中的障碍物11的距离的探测结果被用于建立环境的环境地图4。

调转区域6处于基站5之前，在所述调转区域中服务设备1为对接过程而接近基站5。服务设备1在调转区域6内部回转，从而使服务设备1在此例如以其尾部区域靠近基站5，以便在基站5处例如为蓄电池充电。为了达到附图所示的对接位置，服务设备1在规定在调转区域6中的回转点7处(见图2至4)回转，所述回转点位于相对于基站5预先规定的距离处。由此服务设备1可以在回转之后通过倒退行驶对接在基站5上。同样备选实施方式可以规定，抽吸机器人1从侧向或正向对接在基站5上，使得在回转点7上的方向改变的角度相应不同。

如图1所示，在基站5上外部还具有编码8，所述编码包含关于基站5的信息。该编码8可以通过服务设备1的探测装置2探测和读取。编码8包含的信息例如在于，基站5是对于服务设备1来说合适的基站5。

图2至4示出服务设备1的用于对接在基站5上的对接过程的随时间变化的情况。图2在此示出服务设备1向基站5的调转区域6上的靠近过程。在此，服务设备1尚且处于调转区域6外部，并且被控制朝向规定在调转区域6内部的回转点7。根据基站5在环境地图4内部的已知位置和定向计算调转区域6的位置以及处于调转区域中的回转点7。服务设备1的用于对接在基站5上的行驶路径的模型存储在环境地图4中，其中，同时计算出用于服务设备1的回转点7，服务设备1优选在所述回转点上转动，以便能够在最短时间内和/或以最短路径从正向、侧向或如此处所示后侧对接在基站5上。显然还可行的是，服务设备1不必为了对接在基站5上而必须回转。在此情况下，取消调转区域6中的回转点7。基站5在环境中的位置已经事先例如在服务设备1从基站5出发的服务行程开始时就被确定。此外还可行的是，服务设备1的使用者事先手动地将基站5的位置传递至服务设备1，尤其手动地输入环境地图4中。由此服务设备1得到有关服务设备1在环境内部的当前位置以及有关基站5的位置以及基站的调转区域6的知识。回转点7在此标注调转区域6内部的某个点，服务设备1在其向基站5的行进过程中最晚在所述点上实施方向改变，以便随后沿直线驶向基站5。图3示出的情况在于，服务设备1已经处于调转区域6内部，也即位于规定的回转点7上。服务设备1已经回转，并且此时从回转点7开始倒退地驶向基站5。最后达到图4所示的服务设备1的对接状态。

图5示出显示服务设备1的环境的环境地图4。在所述环境地图4中不仅存储障碍物11还存储多个基站5。此外，环境地图4还包括服务设备1的位置。针对两个基站5分别保存了其调转区域6以及所配属的回转点7。此外，在环境地图4中，还在两个基站5的其中一个基站5前在属于该基站5的调转区域6内部布置了障碍物11。该障碍物11在此例如涉及花瓶，使用者无意地将该花瓶布置在调转区域6内部。同样在图6中示出该情况的细节局部。

在环境内部的清洁作业过程中，服务设备1的探测装置2持续地监控调转区域6，并且借助探测装置2识别调转区域6内部的变化，也即要么在与无障碍物11的参比图像对比时借助图像检测装置，要么借助距离测量装置进行识别。一旦探测装置2确定在调转区域6中的障碍物11，服务设备1就向服务设备1的使用者发出信息。信息的发出可以要么以声学方式通过语音播报完成，告知使用者应将障碍物11从基站5的调转区域6去除，要么以光学信息方式完成，该信息尤其显示在外置的终端设备9的显示器10上。信息的光学显示例如在图7中示出。其中示出了外置的终端设备9、在此为移动电话，在所述终端设备的显示器10上示出环境的环境地图4。环境地图4在此与在图5中所示的环境地图一致。该环境地图此外还补充有“注意：在调转区域中有障碍物”的信息。此外，配属于相关基站5的调转区域6的光学标记、也即通知标记处于环境地图4内部，从而使使用者能够直接识别障碍物11处于何处。因此使用者可以行至环境内部的调转区域6并且将障碍物11去除。

作为对基站5的调转区域6的持续监控的备选，可以规定，服务设备1仅根据情况进行调转区域6的检查，也即只有当即将或当前计划服务设备1驶向基站5时才进行检查。在服务设备1的服务行程结束时这例如是服务设备1的蓄电池仅具有较低充电电压时或当使用者手动发送向基站5上对接的控制指令时的情况。如果服务设备1的探测装置2如所示实施例那样探测到在调转区域6内部的障碍物11的存在，可以向使用者传递关于障碍物11的信息。该信息在此一方面具有所示的环境地图4，然而还具有例如示出障碍物11的环境的图像。接着服务设备1优选等待并且检查，障碍物11是否从调转区域6去除，例如因为障碍物11是人或动物，或因为使用者将障碍物11手动去除。如果服务设备1确定障碍物11又被去除，则相应地同样向使用者发出信息。此外，在其中一个基站5的调转区域6内部存在障碍物11的情况下可以规定，服务设备1检查，在服务设备1的环境内部是否存在可供对接使用的其他基站5。那么服务设备1就可以驶向备选的基站5并且在备选的基站5上对接。

图8最后示出本发明的另一种实施方式，其中，基站5具有探测装置3。该探测装置3在此同样是图像检测装置、也即摄像头。探测装置3对相关基站5的调转区域6就其内部存在的障碍物11进行监控。如果该基站5的探测装置3要是确定障碍物11存在于调转区域6内部，则可以向使用者发出相应的消息，从而使使用者可以将障碍物11从调转区域6中去除。

此外还可以规定，向使用者推荐在环境内部用于安置基站5的有利的空间位置。为此可以分析历史的环境地图，并且必要时评估在环境的确定子区域中早先确认的障碍物情况。关于用于一个或多个基站5的合适的安置地点的推荐也可以在外置的终端设备9上向使用者示出。

附图标记清单

1 服务设备

2 探测装置

3 探测装置

4 环境地图

5 基站

6 调转区域

7 回转点

8 编码

9 外置的终端设备

10 显示器

11 障碍物

12 清洁元件

Claims (10)

1.一种用于自动行走式的服务设备(1)的运行方法，其中，探测装置(2、3)探测环境内部的障碍物(11)，其中，根据探测装置(2、3)的探测结果建立环境的环境地图(4)，并且其中，服务设备(1)根据环境地图(4)在环境内部行进，其中，服务设备(1)的控制装置获得有关基站(5)在环境中的空间位置的信息，其中，还确定用于服务设备(1)向基站(5)的靠近、回转和/或对接的调转区域(6)，其特征在于，在环境地图(4)中存储所述空间位置和调转区域(6)，其中，在调转区域(6)内部设置用于方向改变的回转点(7)，服务设备(1)在其朝基站站(5)的行进运动过程中最晚且与行进运动的其余走向无关地在所述回转点上实施最后的方向改变，随后沿直线向基站(5)行进。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于基站(5)的空间位置的信息借助服务设备(1)的探测装置(2)探测。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在服务设备(1)与基站(5)相连期间检测基站(5)的位置，其中，尤其根据在服务设备(1)在基站(5)上开始的行进运动的起始时刻服务设备(1)的地点来确定所述位置。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，服务设备(1)的探测装置(2)根据布置在基站(5)上的编码(8)识别基站(5)，所述编码具有关于基站(5)的信息，其中，探测装置(2)尤其是以光学方式探测编码的激光扫描装置或图像检测装置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用者将关于基站(5)的空间位置的信息传递至服务设备(1)，尤其手动地借助具有与服务设备(1)的通信连接的外置的终端设备(9)进行传递。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用者将基站(5)的位置输入显示在外置的终端设备(9)的显示屏(10)上的环境地图(4)中。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，调转区域(6)基于其中所存在的障碍物(11)借助服务设备(1)的探测装置(2)和/或借助基站(5)的探测装置(3)被监控。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在时间上在服务设备(1)向基站(5)的靠近、回转和/或对接的调转过程的起始时刻之前调转区域(6)就被监控，尤其可以在服务设备(1)的行进运动结束时和/或在低于服务设备(1)的蓄电池的充电状态的临界阈值时和/或在接收到服务设备(1)的使用者的指令时进行对调转区域的监控。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在探测基站(5)的调转区域(6)中的障碍物(11)时，确定环境中是否有其他的基站(5)可供使用，服务设备(1)能够对接在所述其他的基站上，和/或在探测基站(5)的调转区域(6)中的障碍物(11)时向服务设备(1)的使用者、尤其向使用者的外置的终端设备(9)发出关于障碍物(11)的声学和/或光学信息。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据环境地图(4)和存储在环境地图中的障碍物(11)确定用于基站(5)的最佳的空间位置，其中，关于最佳的空间位置的信息传递给服务设备(1)的使用者。