CN110997250A - 清洁机器人及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种清洁机器人及其控制方法，并且涉及一种用于通过在清洁空间中行驶时检测到的介电常数的变化检测障碍物来改变移动路径的清洁机器人及其控制方法。所公开的清洁机器人包括：主体；用于使主体移动的行进单元；障碍物检测单元，包括设置在主体的下表面上的电极板、以及用于检测由该电极板检测到的电容的变化的触摸IC；以及控制单元，用于基于障碍物检测单元发送的信号来确定障碍物，并控制行进单元。

Description

清洁机器人及其控制方法
技术领域
本公开涉及一种清洁机器人及其控制方法，尤其涉及一种通过在清洁空间中到处行驶时通过检测到的介电常数的变化来检测障碍物以改变移动路径的清洁机器人及其控制方法。
背景技术
清洁机器人是这样一种装置：通过在没有用户干预的情况下自主地在要被清洁的区域(下文中称为“清洁空间”)中到处行驶的同时从地板抽吸杂质(比如，灰尘等)来自动清洁清洁空间。也就是说，清洁机器人在清洁空间中到处行驶的同时清洁清洁空间。
传统的清洁机器人使用光学传感器来检测障碍物。然而，光学传感器难以检测在移动路径的地板上是否存在液体。
当清洁机器人未检测到移动路径中的地板上的液体时，清洁机器人会在通过液体时移动刷子。在这种情况下，刷子会变湿，并且清洁不当。另外，清洁机器人可能由于液体而变脏，并且由于液体飞溅现象可能会损坏清洁机器人的各种部件。
替代地，常规的清洁机器人可以在轮上设置有电极引线以检测水分。然而，该方法仅在轮与液体接触时才检测液体的存在，它不能准确地回避液体所在的区域，并且在轮与液体接触时可以导致连续的错误检测。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种清洁机器人及其控制方法，该清洁机器人能够检测诸如液体的障碍物，并且在驱动清洁机器人之前行驶以回避障碍物，从而防止由液体物质引起的气味进入集尘罐并防止液体对清洁机器人部件的损坏。
此外，本公开旨在提供一种清洁机器人及其控制方法，该清洁机器人可以根据介电常数的变化对障碍物的类型进行分类，从而针对障碍物的类型来不同地改变清洁机器人的操作，以根据障碍物防止清洁机器人的故障。
技术方案
本公开的一个方面提供了一种清洁机器人，包括：主体；驱动器，被配置为移动主体；障碍物检测器，包括设置在主体的底部上的电极板以及被配置为检测由所述电极板检测到的电容的变化的触摸IC；以及控制器，被配置为基于由障碍物检测器发送的信号来确定障碍物，并控制所述驱动器。
触摸IC可以设置在包括电极板的印刷电路板(PCB)基板上。
主体还可以包括朝向主体的前面设置的子主体。障碍物检测器可以朝向主体由驱动器驱动的行驶方向设置在子主体中。
电极板可以以至少一个焊盘形状设置并且以预定间隔设置在主体的底部上。
电极板可以设置成在主体和底部表面之间间隔开预定距离。
触摸IC和电极板可以被设置在子主体中朝向主体由驱动器驱动的行驶方向的一侧。
清洁机器人还可以包括存储装置，该存储装置被配置为存储在驱动器驱动所述主体时由触摸IC传输的电容的平均值。
在所述主体驱动时，触摸IC检测到的电容的测量值与所述平均值之间的差超过预定参考值时，控制器可以被配置为控制驱动器以改变主体的行驶方向。
控制器可以被配置为在主体驱动时，将由触摸IC检测到的电容的测量值与所存储的平均值进行比较，以确定障碍物的类型并且基于障碍物的类型来改变驱动器的操作。
控制器可以被配置为基于测量值和平均值之间的差是否在预定范围内来确定障碍物的类型。
测量值可以包括在预定时间内由触摸IC收集的电容值的变化的部分平均值。
存储装置可以被配置为基于驱动器在其中移动的空间来存储清洁空间地图。控制器可以被配置为基于所确定的障碍物来修改存储的地图。
本公开的另一方面提供了一种控制清洁机器人的方法，该清洁机器人包括设置在主体上的电极板以及配置为检测由电极板检测到的电容的变化的触摸IC，该方法包括：通过存储装置将由触摸IC检测到的电容的变化的平均值存储在清洁机器人所行驶的清洁空间中；控制器将所存储的平均值与主体行驶时由触摸IC检测到的测量值进行比较；以及基于比较结果，由控制器控制主体的行驶方向。
测量值可以包括在预定时间内由触摸IC收集的电容值的变化的部分平均值。
比较可以包括确定部分平均值与平均值之间的差是否超过预定参考值。
有益效果
根据上述清洁机器人和控制该清洁机器人的方法，通过在驱动清洁机器人之前检测液体等障碍物并进行驱动以回避障碍物，可以防止由液体物质引起的气味进入集尘罐并防止液体损坏清洁机器人部件。
此外，根据上述清洁机器人和控制清洁机器人的方法，由于可以对根据介电常数变化的障碍物的类型进行分类，因此可以通过针对每种障碍物不同地改变清洁机器人的操作来根据障碍物防止清洁机器人的故障。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的清洁机器人系统的整体配置的视图。
图2是示意性地示出根据本公开的实施例的清洁机器人的外部的视图。
图3是根据本公开的实施例的清洁机器人的控制框图。
图4是用于描述根据本公开的实施例的清洁机器人发送和接收用于检测障碍物并执行回避操作的控制信号的过程的控制框图。
图5和图6是用于描述根据本公开的实施例的障碍物检测器的视图。
图7是用于描述在清洁机器人中设置障碍物检测器的示例的视图。
图8和图9是用于描述根据本公开的实施例的由障碍物检测器检测液体的方法的视图。
图10是示出根据本公开的实施例的用于回避障碍物的清洁机器人的控制方法的流程图。
图11a和图11b是用于描述根据本公开的实施例的确定障碍物的方法的曲线图。
图12是用于说明回避诸如液体等的障碍物的确定方法的图。
图13a和图13b是用于描述根据本公开的另一实施例的防止清洁机器人跌倒的方法的曲线图。
图14是用于描述避免跌倒风险的确定方法的视图。
图15是用于描述根据本公开的另一实施例的用于控制器确定障碍物的类型的参考的曲线图。
图16是示出根据本公开的另一实施例的用于控制器确定障碍物的类型的方法的流程图。
具体实施方式
在本说明书中，类似的附图标记表示类似的元件。不会描述本公开的实施例的所有元件，并且将省略在本领域中公知的或在实施例中彼此重叠的描述。在说明书中使用的术语(例如“～部件”、“～模块”、“～构件”、“～块”等)可以用软件和/或硬件实现，并且多个“～部件”、“～模块”、“～构件”、或“～块”可以用单个元件实现，或者单个“～部件”、“～模块”、“～构件”或“～块”可以包括多个元件。
将理解的是，当一元件被称为“连接”到另一元件时，它可以直接或间接地连接到另一个元件，其中，间接连接包括经由无线通信网络的“连接”。
而且，当部件“包括”或“包含”元件时，除非有相反的具体描述，否则该部件还可以包括其他元件，而不排除其他元件。
此外，当描述层在另一层或基板“上”时，该层可以直接在另一层或基板上，或者第三层可以设置在其中间。
应理解，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件，但其不应被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一元件区分开来。
如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。
为了便于描述，使用了标识码，但是并不旨在示出每个步骤的顺序。除非上下文另外明确指出，否则每个步骤可以以与所示出的顺序不同的顺序来实现。
现在将参考附图描述本公开的原理和示例性实施例。
图1是示出根据本公开的实施例的清洁机器人系统的整体配置的视图。
参照图1，清洁机器人系统1可以包括：清洁机器人100，用于在跨区域自主行驶的同时执行任务；设备200，与清洁机器人100分离用于远程控制清洁机器人100；以及充电站300，与清洁机器人100分离用于对清洁机器人100的电池充电。
清洁机器人100是用于执行与从设备200接收到的控制命令相对应的功能的设备，并且可以配备有可再充电电池和障碍物检测器140(参见图3)，以在清洁机器人100在清洁空间中到处行驶时检测清洁空间中的障碍物，从而回避障碍物。
清洁机器人100可以执行定位和地图构建的过程，以通过图像获取器150(参见图3)根据关于清洁空间的信息生成地图，即，执行视觉同时定位和映射(视觉SLAM)。清洁机器人100可以通过组合所生成的地图和检测到的障碍物数据来执行回避行驶。
稍后将参考以下附图描述障碍物检测的详细描述。
除了图1中所示的以外，清洁机器人100还可以具有各种形式。在下文中，将描述包括轮163(见图2)的清洁机器人100作为实施例。然而，清洁机器人100除了包括轮之外，还可以设置为各种配置，并且没有限制。
设备200是用于无线发送控制命令以控制清洁机器人100的运动或迫使清洁机器人100执行任务的远程控制设备，并且设备200可以包括蜂窝电话或个人通信服务(PCS)电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、膝上型计算机、数字广播终端、上网本、平板电脑、导航设备等。
另外，设备200可以包括能够使用配备了有线/无线通信功能的各种应用程序来实现各种功能的设备，诸如数码相机、便携式摄像机等。
设备200也可以是普通遥控器的简单形式。遥控器通常使用红外数据协会(IrDA)与清洁机器人100交换信号。
设备200可以使用诸如射频(RF)、无线保真度(Wi-Fi)、蓝牙、Zigbee、近场通信(NFC)、超宽带(UWB)通信之类的各种通信方案与清洁机器人100交换无线通信信号，但不限于此。设备200可以使用可以与清洁机器人100交换无线通信信号的任何通信方案。
设备200可以与清洁机器人100中提供的通信电路190(见图3)通信，并且可以远程控制清洁机器人100。
特别地，设备200可以包括：电源按钮，用于控制清洁机器人100的电源开/关；返回充电按钮，指示清洁机器人100返回充电站300以对清洁机器人100的电池进行充电；模式按钮，用于改变清洁机器人100的控制模式；开始/停止按钮，用于开始/停止清洁机器人100的操作或启动、取消或确认控制命令；拨盘等。
设备200可以将从准备好的按钮发送的信号发送到清洁机器人100的通信电路190。
充电站300用于给清洁机器人100的电池充电，并且可以配备有引导部件(未示出)，以引导清洁机器人100与充电站300对接。引导构件可以配备有连接端子(未示出)，以对清洁机器人100的电源130充电。
图2是示意性地示出根据本公开的实施例的清洁机器人的外部的视图。
参照图2，清洁机器人100被配置成包括各种配置，例如用于形成外部的主体101、用于覆盖主体101的顶部的盖102、用于驱动主体101的驱动器160、用于提供电力以驱动驱动器160和设置在主体101中的其他部件的电源130、以及用于执行清洁机器人100的基本功能的清洁器170。
形成清洁机器人100的外部的盖102可以保护设置在主体101中的各种配置。另外，尽管在图2中没有特别地示出，但是盖102可以包括输入按钮组121和用户界面(UI)120(见图3)的操作所需的显示器123以与用户通信。
主体101可以支撑安装在其中的各种部件和配置。
特别地，电源130可以包括电连接到各个负载的电池，以驱动驱动器160和主体101以向其供电。电池是可再充电二次电池，并且例如在完成任务之后，在主体101可与充电站300连接的同时，通过从充电站300接收电力来充电。当剩余电力用尽时，通过从充电站300接收充电电流来对电源130进行充电。
电源130可以将电力传递到轮驱动电机161以移动主体101。另外，电源130可以将电力传输到设置在主体101中的各种配置。
轮驱动电机161可提供用于驱动轮163的驱动力，以使主体101在执行任务时向前移动、向后移动或旋转。
主体101可以设置有轮163，轮163的旋转角度根据清洁机器人100在地板表面上移动的该地板表面的状态而改变。
特别地，轮163可以设置在主体101的两个侧表面处，其中相对于清洁机器人100的正面，在左侧设置有左轮163a(见图7)，在右侧设置有右轮163b(见图7)。
轮163可以使清洁机器人100根据控制器110(见图3)的命令通过向前移动、向后移动或旋转来向前、向后移动或旋转。
例如，清洁机器人100可以通过将轮163旋转到向前或向后方向来向前移动或向后移动。特别地，清洁机器人100可以通过在使右轮163b向向前方向旋转同时使左轮163a向向后方向旋转来向左旋转，以及可以通过在使左轮163a向向前方向旋转同时使右轮163b向向后方向旋转而向右旋转。
另外，主体101可以包括用于驱动清洁器170的鼓刷173(参见图7)的刷驱动电机171，并且可以包括用于存储由鼓刷173抽吸的灰尘的集尘箱179。
除上述配置之外，清洁机器人100还可以包括在图2中未具体描述的各种配置，例如用于捕获清洁空间的天花板的朝上相机模块151。
图3是根据本公开的实施例的清洁机器人的控制框图。
参照图3，清洁机器人100的内部和外部可以包括：被配置用于用户交互的UI 120、用于向清洁机器人100操作的部件供电的电源130、用于检测设置在清洁空间中的障碍物的障碍物检测器140、用于获取清洁机器人100的周围图像的图像获取器150、用于移动清洁机器人100的驱动器160、用于清洁清洁空间的清洁器170、用于存储与清洁机器人100的操作有关的程序和数据的存储装置180、用于与设备200或外部设备进行通信的通信电路190、以及用于控制清洁机器人100的操作的控制器110。
UI 120可以设置在如图2所示的清洁机器人100的主体101的顶表面上，并且可以包括用于从用户接收控制命令的多个输入按钮121和用于显示关于清洁机器人100的操作的信息的显示器123。
多个输入按钮121可以包括：用于接通或关闭清洁机器人100的电源按钮121a、用于操作或停止清洁机器人100的操作按钮121b、以及用于允许清洁机器人100返回充电站300的返回按钮121c。
多个输入按钮121中包含的每个按钮可以被实现为用于检测用户加压的推动开关或膜片开关，或者可以被实现为用于检测用户身体的一些部位接触的触摸开关。
显示器123可以响应于用户输入的控制命令来显示清洁机器人100的信息。例如，显示器123可以显示清洁机器人100的操作状态、电力状态、用户选择的清洁模式、指示是否返回充电站300的信息等。
显示器123可以被实现为发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器(LCD)等。
此外，显示器123还可以被实现为触摸屏面板(TSP)，触摸屏面板被配置为从用户接收控制命令以及显示与所接收到的控制命令相对应的操作信息。
TSP可以包括用于显示操作信息和用户输入的控制命令的显示器、用于检测接触用户身体的一些部位的坐标的触摸板、以及用于基于由TSP检测到的接触坐标来确定用户输入控制命令的触摸屏控制器。
触摸屏控制器可以将通过触摸面板检测到的用户触摸坐标与通过显示器显示的控制命令坐标进行比较，使得其可以识别用户输入的控制命令。
电源130可以供电，以使得清洁机器人100的每个部件可以在清洁机器人100在清洁空间中到处行驶的同时进行操作。
如上所述，电源130可以作为电池设置在主体101中，以在清洁机器人100与充电站300分离之后也能够供电。另外，电源130可以将剩余电量发送到控制器110。
障碍物检测器140可以检测阻碍清洁机器人100移动的障碍物。
在这种情况下，障碍物可以是任何类型的对象，其可以从清洁空间的地板(floor)突出并阻碍清洁机器人100的移动，或者可以从清洁空间的地板凹陷并阻碍清洁机器人100的移动。另外，障碍物可以包括在地板上流动的诸如狗的尿液之类的液体，或者还可以包括当清洁机器人100通过鼓刷173等从集尘箱179吸尘时可能引起行驶问题的任何对象，如耳机或智能手机充电电缆。此外，障碍物可以包括家具(例如，桌子、沙发等)、用于将清洁空间划分成多个部分的至少一个墙壁、在高度方面低于清洁空间的地板的前门等。障碍物可以包括在前门的高度较低的情况下当不执行回避行驶时清洁机器人100可能跌倒的区域。
障碍物检测器140可以通过检测介电常数的变化来检测障碍物，并进一步确定障碍物的类型。
特别地，障碍物检测器140可以包括电极板141和触摸集成电路(IC)143。电极板141可以是由铜Cu制成的普通的全电导体，并且可以根据触摸IC 143施加的电势与地板上的障碍物一起积聚电荷。
触摸IC 143可以通过电极板141根据障碍物来检测电容的变化。触摸IC 143还可以检测到达到90K的灵敏度的电容的微小变化，并且可以主要用于在智能电话等中识别用户的触摸的IC芯片中。
触摸IC 143可以将检测到的电容的变化发送到控制器110，并且控制器110可以基于由触摸IC 143发送的检测值来确定障碍物。
另一方面，除了通过电容的变化检测障碍物的部件之外，障碍物检测器140还可以包括传感器模块，该传感器模块用于通过收集向清洁机器人100的正面或侧面照射光之后反射的光来检测障碍物。
图像获取器150可以包括获取清洁机器人100的向上图像(即，天花板图像)的朝上相机模块151和获取清洁机器人100的移动方向的图像的前向相机模块153。
朝上相机模块151可以包括设置在清洁机器人100的顶表面处的、用以获取清洁机器人100的向上图像(即，清洁空间的天花板图像)的图像传感器(未示出)。
前向相机模块153可以包括设置在清洁机器人100的前表面处的、用以获取清洁机器人100的移动方向的图像的图像传感器(未示出)。
此外，朝上相机模块151或前向相机模块153中包含的图像传感器可以包括CMOS传感器或CCD传感器。
图像获取器150可以向控制器110输出由朝上相机模块151和前向相机模块153获取的图像。
控制器110可以基于所获得的图像来生成清洁空间的地图。清洁机器人100可以基于所生成的地图来确定清洁机器人100的位置。更详细地，控制器110可以从由朝上相机模块151和前向相机模块153获取的图像中提取特征点，并且可以基于所提取的特征点的位置变化来确定清洁机器人100的移动距离、移动方向、移动速度等。此外，控制器110可以基于清洁机器人100的移动距离、移动方向、移动速度等来确定清洁机器人100的位置。
驱动器160可以移动清洁机器人100，并且可以包括轮驱动电机161、轮163和脚轮165，如图1和图2所示。
轮驱动电机161可以在控制器110的控制下产生使轮163旋转并移动清洁机器人100所需的旋转力。另外，轮驱动电机161可以包括多个电机，以独立地驱动左轮163a和右轮163b。
例如，当将轮驱动电机161设置为左驱动电机161a和右驱动电机161b时，左轮163a和右轮163b可以通过左驱动电机161a和右驱动电机161b独立地旋转。
此外，由于左轮163a和右轮163b可以独立旋转，因此清洁机器人100可以以各种方式(例如，向前移动、向后移动、旋转和原位旋转)移动或行驶。
例如，当右轮163b和左轮163a沿第一方向旋转时，清洁机器人100沿向前方向执行直线行驶。当右轮163b和左轮163a沿第二方向旋转时，主体101可以沿向后方向执行直线行驶。
另外，右轮163b和左轮163a可以沿同一方向旋转。当右轮163b和左轮163a以不同的速度旋转时，清洁机器人100在左右方向上旋转。当右轮163b和左轮163a沿不同方向旋转时，清洁机器人100可以顺时针或逆时针原位旋转。
通过上述操作，控制器110可以在检测到障碍物之后执行清洁机器人100的回避操作。
脚轮165安装在主体101的底部，使得脚轮165的旋转轴可以响应于清洁机器人100的移动方向而旋转。具有响应于清洁机器人100的移动方向而旋转的旋转轴的脚轮165不干扰清洁机器人100的行驶，并且清洁机器人100可以在保持稳定的姿势的同时行驶。
驱动器160可以包括：电机驱动电路(未示出)，用于响应于控制器110的控制信号而向轮驱动电机161提供驱动电流；电力传递模块(未示出)，用于向轮163提供轮驱动电机161的旋转力；旋转传感器(未示出)，用于检测轮驱动电机161或轮163的旋转位移和旋转速度。
清洁器170可以包括：鼓刷173，用于从要清洁的地板散开污垢或灰尘；刷驱动电机171，用于使鼓刷173旋转；吸尘风扇177，用于吸入散开的灰尘；吸尘电机175，用于使吸尘风扇177旋转；以及集尘盒179，用于储存所抽吸的灰尘。
如图4所示，鼓刷173可以设置在形成于子主体103的底部处的灰尘入口105处，并且绕沿与要被清洁的地板平行的方向设置的旋转轴旋转，使得将灰尘从要被清洁的地板散开到灰尘入口105中。
刷驱动电机171可以设置在鼓刷173附近，使得刷驱动电机171响应于控制器110的清洁控制信号而使鼓刷173旋转。
清洁器170还可以包括用于响应于控制器110的控制信号而向刷驱动电机171提供驱动电流的驱动电路(未示出)、以及用于将刷驱动电机171的旋转力传递到鼓刷173的动力传输模块(未示出)。
如图2所示，吸尘风扇177可以安装在主体101上，使得将由鼓刷173散开的灰尘吸入到集尘箱179中。
吸尘电机175可以设置在吸尘风扇177附近，并且响应于控制器110的控制信号而使吸尘风扇177旋转。
清洁器170还可以包括用于响应于控制器110的控制信号而向吸尘电机175提供驱动电流的电机驱动电路(未示出)、以及用于将吸尘电机175的旋转力传递到吸尘风扇177的动力传输模块(未示出)。
如2所示，集尘箱179设置在主体101处，并且可以储存由吸尘风扇177吸入的灰尘。
此外，清洁器170还可以包括灰尘导管，通过该灰尘导管将通过灰尘入口105吸入的灰尘引导至设置在主体101处的集尘箱179。
存储装置180可以存储用于控制清洁机器人100所需的控制程序和控制数据，并且还可以存储用于响应于用户输入而执行各种功能所需的各种应用程序和应用数据。
例如，存储装置180可以存储：操作系统(OS)程序，用于管理清洁机器人100中包含的结构和资源(软件和硬件)；图像处理程序，用于处理由障碍物检测器140获取的反射光图像；以及电机控制程序，用于控制驱动器160和清洁器170中分别包含的轮驱动电机161和171，等等。
存储装置180可以充当将在稍后描述的存储器115的辅助存储器设备。
存储装置180可以包括非易失性存储器，即使当清洁机器人100掉电时，该非易失性存储器存储的数据也不会被擦除。例如，存储装置180可以包括硬盘驱动器181、固态驱动器183等。
例如，存储装置80可以将指示在清洁机器人100的初始驱动之前生成的清洁空间地图的地图数据存储在上述非易失性存储器中。清洁空间地图可以包括：包括清洁空间中包含的多个清洁区域之间的连接性的拓扑地图；以及指示清洁空间的形状和障碍物的位置的度量地图、网格地图或几何地图。为了便于描述，度量地图、网格地图和几何地图将在下文中仅被称为“网格地图”。
网格地图可以对清洁空间执行空间分解以表示清洁空间，并且还可以表示任意结构和对象(障碍物)。
此外，拓扑地图可以表示多个清洁区域或多个对象(障碍物)之间的连接性，并且可以使用多个清洁区域和用于互连清洁区域的连接线来抽象清洁空间。
网格地图和拓扑地图是在清洁机器人100最初在清洁空间中行驶之前形成的，并且存储在存储装置180中。此外，清洁机器人100可以在清洁空间中到处行驶的同时，更新存储装置180中存储的拓扑地图和网格地图。
存储装置180可以连同清洁空间地图一起识别障碍物，并相应地存储电容的变化。例如，当在一定时间内将障碍物识别为诸如桌子或地毯之类的固定对象时，存储装置180可以通过与地图映射来存储相关电容的平均值。
之后，清洁机器人100可以在行驶时检测诸如临时障碍物(例如狗的尿液)之类的液体的电容的变化。存储装置180可以将先前存储的平均值发送到控制器110，并且控制器110可以通过将障碍物检测器140检测到的结果值与平均值进行比较来确定是否存在障碍物。稍后将参考图4描述其详细描述。
通信电路190可以与用于中继无线通信的接入点(AP)、用于移动通信的用户设备(UE)以及诸如其它家用电器之类的外部设备通信。
根据通信协议，通信电路190可以包括各种通信电路191和193和天线(未示出)。例如，通信电路190可以包括蓝牙(BluetoothTM)通信电路191、Wi-Fi(Wi-FiTM)通信电路193等。蓝牙通信电路191已广泛用于执行多个端节点之间的数据通信。Wi-Fi通信电路193用于形成局域网(LAN)或用于访问诸如互联网之类的广域网(WAN)。
清洁机器人100可以通过通信电路190从外部设备接收地图数据，或者可以通过通信电路190向外部设备发送地图数据。
控制器110可以控制清洁机器人100中包含的各个构成元件。
控制器110可以包括：输入/输出(I/O)接口，用于调节(mediate)控制器110与清洁机器人100中包含的各种构成设备之间的数据通信；存储器115，用于存储程序和数据；图形处理器113，用于执行图像处理；以及主处理器111，用于根据存储器115中存储的程序和数据来执行计算操作。此外，控制器110可以包括数据总线119，以调节I/O接口117、存储器115、图形处理器113和主处理器111之间的数据通信。
I/O接口117可以从UI 120接收用户命令，并且可以接收由障碍物检测器140检测到的障碍物等。此后，I/O接口117可以通过数据总线119向主处理器111、图形处理器113、存储器115等发送所接收到的用户命令、所接收到的移动信息和所接收到的障碍物信息。
此外，I/O接口117可以向UI 120、驱动器160或清洁器170发送从主处理器111生成的各种控制信号。
存储器115可以暂时存储用于控制清洁机器人100所需的控制程序和控制数据、由UI 120接收的用户命令、由移动检测器130检测到的移动信息、由障碍物检测器140检测到的障碍物位置信息、以及从主处理器111生成的各种控制信号。
存储器115可以包括诸如SRAM、DRAM之类的易失性存储器。然而，本公开的范围或精神不限于此。如果需要，存储器115可以包括非易失性存储器，例如闪存、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等。
更详细地，非易失性存储器可以半永久地存储用于控制清洁机器人100所需的控制程序和控制数据。易失性存储器可以从非易失性存储器获得控制程序和控制数据，并且可以存储所获得的控制程序和控制数据。备选地，易失性存储器可以存储由UI 120接收的用户命令、由障碍物检测器140检测到的障碍位置信息、以及从主处理器111生成的各种控制信号。
图形处理器113可以将从障碍物检测器140获取的反射光图像转换为具有能够由主处理器111处理的分辨率的图像，或者可以将反射光图像转换为能够由主处理器111处理的格式。
主处理器111可以根据存储器115中存储的控制程序来处理存储器115中存储的数据。
例如，主处理器111可以处理障碍物检测器140和图像获取器150的输出信号，并且可以控制电源130以生成用于控制驱动器160和清洁器170的控制信号。
主处理器111可以基于触摸IC 143发送的检测结果来确定是否存在障碍物。
特别地，主处理器111可以将先前收集在清洁空间中的电容的变化的平均值与在驱动时检测到的电容的变化的测量值(部分平均值)进行比较。主处理器111可以基于比较结果是否超过预定基准来确定障碍物。另外，主处理器111还可以基于比较的差值的大小来确定障碍物的类型。
当主处理器111确定清洁机器人100的行驶路径中存在障碍物时，主处理器111可以将信号发送到每个部件以执行各种控制操作，诸如避免驱动或刷反向旋转。另外，主处理器111可以基于障碍物的类型将障碍物插入清洁空间地图。
另一方面，清洁机器人100中包括的每个部件不限于UI 120、电源130、障碍物检测器140、图像获取器150、驱动器160、清洁器170、存储装置180、通信电路190和控制器110。清洁机器人100中包括的每个部件可以以不同的名称来引用以执行相同的功能。
尽管清洁机器人100中包括的每个部件示例性地公开了UI 120、电源130，障碍物检测器140、图像获取器150、驱动器160、清洁器170、存储装置180、通信电路190和控制器110，为了便于描述，清洁机器人100的范围或精神不限于此，并且根据需要可以将某些构成元件从清洁机器人100中排除或添加到清洁机器人100中。例如，清洁机器人100可以包括用于测量加速度、移动速度、移动位移和移动方向的各种传感器，以便在清洁机器人100在清洁空间中到处行驶时检测清洁机器人100的移动。
在下文中，将参考附图详细描述根据上述实施例的清洁机器人100的操作。
图4是用于描述根据本公开的实施例的清洁机器人发送和接收用于检测障碍物并执行回避操作的控制信号的过程的控制框图。
参照图4，清洁机器人100中包括的障碍物检测器140、控制器110和驱动器160可以发送用于回避操作的信号。
特别地，在障碍物检测器140中，电极板141可以基于障碍物的介电常数引起静电变化。
当电极板141在施加电势累积电荷时，电容可以产生静电荷。在电源130根据控制器110的控制信号施加电压的同时给定电势。根据图4所示的示例，控制器110可以向障碍物检测器140施加5V的电压，并且电极板141可以通过其累积电荷。
触摸IC 143可以检测由电极板141引起的静电变化。触摸IC 143可以将检测到的电容的变化发送到控制器110。另外，控制器110还可以根据需要将控制信号发送到触摸IC143以检测电容的变化。
控制器110和触摸IC 143可以向串行外围接口(SPI)总线发送和接收信号。
基于触摸IC 143的检测结果，控制器110可以确定障碍物是否存在以及障碍物的类型。基于确定结果，控制器110可以将控制信号发送到驱动器160以执行回避操作。
驱动器160可以基于控制信号来旋转或暂停轮驱动电机161。因此，清洁机器人100可以暂时停止驱动操作。此后，驱动器160可以通过改变轮163的旋转速度来改变清洁机器人100的行驶路径，回避障碍物。
在图4中，24V可以表示从电源130传输到控制器110以驱动驱动器160的驱动电压。然而，本公开不限于此，并且可以根据清洁机器人100的尺寸和规格而变化。
同时，障碍物检测器140可以变化，而不必以焊盘(pad)形状设置多个电极板141。另外，触摸IC 143可以不一定以单数提供，并且可以进行各种修改。稍后将参考图5和图6来说明其详细描述。
图5和图6是用于描述根据本公开的实施例的障碍物检测器的视图。
在障碍物检测器140a中，可以将检测由电极板141和障碍物改变的电容的变化的触摸IC 143设置在印刷电路板(PCB)基板145上。
触摸IC 143可以检测在电极板141和间隔开的障碍物之间变化的电容的变化，并且将信号发送到PCB基板145以将检测结果发送到控制器110。
PCB基板145可以具有预定尺寸，并且可以形成为包括电极板141和触摸IC 143在内的模块。特别地，PCB基板145可以由FR-4制成并且被制造为具有预定标准的宽度。当障碍物检测器140如图5所示被模块化时，多个模块可以被附接到清洁机器人100。
参照图6，根据另一实施例的电极板141可以设置为多个焊盘形状。
在焊盘形状中，每个电极板141可以设置为10mm×20mm的矩形，并且可以彼此间隔开并附接到PCB基板145。然而，上述数值仅是示例，并且可以进行各种改变。
触摸IC 143可以检测在多个电极板141中改变的每个电容。例如，当电极板141与地板间隔5mm时，触摸IC 143可以被设置为以90K的灵敏度检测电容的变化。然而，本公开不限于此，并且可以进行各种改变。
如图6所示，触摸IC 143可以根据每个电极板141的顺序来检测电容的变化，从而可以特别地确定障碍物的位置。
图7是用于描述在清洁机器人中设置障碍物检测器的示例的视图。
图7示出了根据实施例的清洁机器人100的底表面。根据示例性实施例的障碍物检测器140可以设置在从清洁机器人100的主体101向前设置的子主体103的外侧。
因此，障碍物检测器140可以在鼓刷173、驱动轮163a和163b以及脚轮165穿过障碍物之前检测障碍物。
清洁机器人100的子主体103可以包括障碍物检测器140，该障碍物检测器140包括设置在PCB基板145上的以多种焊盘形式设置的电极板141和用于检测电容的变化的触摸IC143。
另一方面，如图7所示，除了子主体103的前部之外，还可以在侧面中设置多个障碍物检测器140。即，障碍物检测器140可以设置在PCB板145a和145b上，PCB板145a和145b设置在PCB基板145和鼓刷173的两侧上，该鼓刷173形成在清洁机器人100的前面。
图7所示的障碍物检测器140仅是清洁机器人100的示例，并且可以具有各种变型。
图8和图9是用于描述根据本公开的实施例的由障碍物检测器检测液体的方法的视图。
参照图8，清洁机器人100可以在地板11上行驶，地板11是清洁空间的示例。根据示例，液体L可以作为障碍物存在于清洁机器人100的前面。
参照图9，当清洁机器人100向前移动时，触摸IC 143可以检测地板11和电极板141之间的电容C1。通过根据控制器110与电极板141之间的介电常数的电容C1，控制器110可以确定地板11上没有障碍物。
如图8和图9所示，当清洁机器人100向前移动时，电容可通过电极板141和液体L从C1变为C2。触摸IC 143可以检测电容C2。控制器110可以通过C1和C2之间的差来检测地板11上是否存在液体L。
图10是示出根据本公开的实施例的用于回避障碍物的清洁机器人的控制方法的流程图。
参照图10，清洁机器人100的障碍物检测器140可以收集电容的变化(400)。
特别地，用于检测障碍物检测器140中的电容的变化的部件可以是触摸IC 143。触摸IC 143可以检测在障碍物与设置在子主体103的底表面的外部处的电极板141之间改变的微小电容的变化。
触摸IC 143可以将所收集的数据发送到控制器110。控制器110可以将所收集的数据的总平均值存储在存储装置180中(410)。
这里，总平均值可以指的是当清洁机器人100所行驶的清洁空间中没有障碍物时检测到的电容的变化的数值。即，在清洁机器人100在清洁空间中到处行驶或与预先存储的地图信息相对应的同时创建总平均值。
例如，如果清洁空间是起居室并且地毯设置在起居室的一部分中，则总平均值可以表示为可以区分地毯和没有地毯的地板11的电容值的变化。
在确保上述总平均值之后，清洁机器人100可以在清洁空间到处行驶(420)。
清洁机器人100可以在清洁空间中执行清洁同时在行驶时操作清洁器170。
随着清洁机器人100的行驶，障碍物检测器140可以检测到与总平均值不匹配的障碍物，例如液体。即，清洁机器人100在行驶时可以基于由障碍物检测器140检测到的结果来收集沿行驶方向收集的电容的变化。
控制器110可以基于检测结果来获得障碍物所位于的清洁空间的预定部分的平均值(430)。
获得部分平均值的原因是为了防止由瞬时错误检测引起的不必要的回避操作。即，部分平均值可以是在预定时间内检测由障碍物产生的电容的变化的测量值。
控制器110将所获得的部分平均值与先前存储的总平均值进行比较(440)。
当比较结果超出预定范围时，控制器110可以确定在行驶清洁空间中存在意外障碍物。另外，控制器110可以基于比较的差值的程度来确定障碍物的类型。稍后将参考附图描述其详细描述。
另一方面，当确定存在障碍物时，控制器110可以控制驱动器160改变行驶的移动路径，并且可以确定回避障碍物(450)。
可以以各种方式改变移动路径，并且控制器110可以控制驱动器160并且还控制清洁器170的操作，使得诸如液体的障碍物不会接触鼓刷173等。
图11a和图11b是用于描述根据本公开的实施例的确定障碍物的方法的曲线图。
如图11a和图11b所示，X轴表示时间(秒)，并且Y轴表示电容(nF)。
在图11a中，C1表示之前在清洁空间中收集的电容的变化的总平均值。当清洁机器人100在行驶的同时检测到地板11上的液体时，在其中存在液体的清洁空间的地板11上检测到的电容的部分平均值C2可能与总平均值C1不同。
如图11b所示，控制器110可以计算所收集的部分平均值C2与总平均值C1之间的差。即，图11b是示出部分平均值与总平均值之间的差C2-C1的曲线图。
如图11b所示，在3秒和5秒之间的时间计算出的差可能超过参考值。在这种情况下，控制器110可以确定在检测到的区域中存在诸如液体的障碍物。
图12是用于说明回避诸如液体等的障碍物的确定方法的图。
参照图12，控制器110可以计算部分平均值与总平均值之间的差(500)。
例如，部分平均值与总平均值之间的差值可以是正或负。根据公开的示例，可以根据差值的大小和程度来确定障碍物的类型。对于诸如液体的障碍物，部分平均值与总平均值之间的差值可以为正。
控制器110可以将部分平均值和总平均值之间的差值与预定参考值进行比较(510)。
当部分平均值与总平均值之间的差值不超过预定参考值时，控制器110可以确定不足以回避行驶，并且可以维持行驶方向(511)。
如图11b所示，当部分平均值与总平均值之间的差值超过预定参考值时，控制器110可以确定存在障碍物并且切换行驶方向(512)。
图13a和图13b是用于描述根据本公开的另一实施例的防止清洁机器人跌倒的方法的曲线图。
在图11a和图11b中，X轴代表时间(秒)，并且Y轴代表电容(nF)。
如在另一实施例中一样，在行驶时，清洁机器人100可以在存在跌倒风险的清洁空间(例如楼梯)中行驶。如图13a所示，可以获得针对具有跌倒风险部分的部分平均值。
控制器110可以将电容的平均值与在存在跌倒风险的空间中测量的部分平均值进行比较。可以如图13b所示获得比较结果。
参照图13b，部分平均值和总平均值之间的差值可以具有负结果。换句话说，与液体不同，在清洁空间中产生的电容值的变化存在差，在清洁空间中由于介电常数的变化而出现障碍物和跌倒风险。
如图13b所示，当比较结果为负值并且差的大小超过预定参考值时，控制器110可以确定存在跌倒在行驶路径上的风险。
图14是用于描述避免跌倒风险的确定方法的视图。
参照图14，控制器110可以计算部分平均值与总平均值之间的差(500)。
根据另一实施例，部分平均值与总平均值之间的差可以为负。在有跌倒风险的障碍物的情况下，与参考图12所描述的不同，可以将部分平均值与总平均值之间的差值计算为负。
控制器110可以将部分平均值和总平均值之间的差值与预定参考值进行比较(520)。
当部分平均值与总平均值之间的差值不超过预定的负参考值时，控制器110可以确定不足以回避行驶，并且可以维持行驶方向(521)。
如图13b所示，当部分平均值与总平均值之间的差值超过预定的负参考值时，控制器110可以确定存在障碍物并且切换行驶方向(522)。
图15是用于描述根据本公开的另一实施例的用于控制器确定障碍物的类型的参考的曲线图。
在图15中，X轴表示障碍物的类型，并且Y轴表示由控制器110计算出的差值。
控制器110可以将障碍物的类型分类为跌倒检测P0、常规地板P1、地毯P2、液体P3和金属P4。当每个障碍物具有根据其特性而不同的介电常数时，触摸IC 143可以通过与电极板141配对来检测障碍物的电容的变化。
触摸IC 143可以发送根据电极板141和障碍物的类型所计算出的部分平均值和总平均值之间的差(以下称为“差值”)，并且控制器110可以基于预先存储在存储装置180等中的图15来确定当前检测出的障碍物的种类。例如，当计算出的差值是40至80或更小时，控制器110可以确定在行驶路径上存在液体P3。作为另一示例，当计算出的差值为-50时，控制器110可以确定在当前行驶路径上存在跌倒风险。
同时，图15所示的参考值仅是公开的示例，并且可以根据触摸IC 143的灵敏度、电极板的尺寸和电容来进行各种修改。
图16是示出根据本公开的另一实施例的用于控制器确定障碍物的类型的方法的流程图。
参照图16，控制器110可以计算部分平均值与总平均值之间的差值。控制器110可以确定差值是否小于图15的跌倒检测P0(600)。
当差值小于图15的跌倒检测P0时，控制器110可以确定清洁机器人100有在当前路径上跌倒的风险(601)。因此，控制器110可以取消当前的行驶路径，并改变跌倒风险的路径以执行回避行驶(602)。
当差值超过图15的跌倒检测P0时，控制器110可以确定差值是否超过常规地板P1(610)。
当计算出的差值小于常规地板P1时，控制器110可以确定清洁机器人100正在地板11上行驶，而不至于改变行驶的程度。即，控制器110可以确定不存在障碍物并且维持当前路径(611)。
当差值超过图15的常规地板P1时，控制器110可以确定差值是否超过地毯P2(620)。
当计算出的差值超过常规地板P1但不超过地毯P2时，控制器110可以确定清洁机器人100将在地毯上行驶。因此，控制器110可以控制清洁器170(621)。
例如，当控制器110确定清洁机器人将在地毯上行驶时，控制器110可以控制吸尘电机175以增加吸尘风扇177的吸尘力(622)。
当差值超过图15的地毯P2时，控制器110可以确定差值是否超过液体P3(630)。
当计算出的差值超过地毯P2但不超过液体P3时，控制器110可以确定清洁机器人100将很快在液体上行驶。当清洁机器人100在液体上行驶时，由于清洁机器人100随后可能影响清洁操作，因此控制器110可以控制驱动器160(631)。
例如，控制器110可以通过预先存储在存储装置180中的程序来执行回避障碍物的操作，因此清洁机器人100可以进行回避行驶(632)。
当计算出的差值超过P3时，控制器110可以确定清洁机器人100移动了由金属制成的电缆。当电缆被移动时，可能通过使鼓刷173旋转来将电缆吸入集尘箱179的入口。然后，障碍物会降低清洁效率或导致故障。
因此，控制器110可以控制驱动器160和清洁器170(640)。
特别地，控制器110可以控制驱动器160改变行驶路径以避免诸如电缆的金属障碍物。另外，控制器110可以控制刷驱动电机171使鼓刷173反向旋转，从而防止电缆被吸入集尘箱179中或使被吸入的电缆排出(641)。
同时，图16中描述的控制方法仅是示例，并且清洁机器人100可以基于检测到的障碍物来执行各种控制方法。

Claims (15)

1.一种清洁机器人，包括：
主体；
驱动器，被配置为移动所述主体；
障碍物检测器，包括设置在所述主体的底部上的电极板以及被配置为检测由所述电极板检测到的电容的变化的触摸集成电路IC；以及
控制器，被配置为基于由所述障碍物检测器发送的信号来确定障碍物，并控制所述驱动器。
2.根据权利要求1所述的清洁机器人，其中，所述触摸IC设置在包括所述电极板的印刷电路板PCB基板上。
3.根据权利要求1所述的清洁机器人，其中，所述主体还包括朝向所述主体的前面设置的子主体，并且
其中，所述障碍物检测器朝向所述主体由所述驱动器驱动的行驶方向设置在所述子主体中。
4.根据权利要求1所述的清洁机器人，其中，所述电极板设置为至少一个焊盘形状，并且以预定间隔设置在所述主体的底部上。
5.根据权利要求1所述的清洁机器人，其中，所述电极板设置为在所述主体与地板之间间隔开预定距离。
6.根据权利要求3所述的清洁机器人，其中，所述触摸IC和所述电极板被设置在所述子主体中朝向所述主体由所述驱动器驱动的所述行驶方向的一侧。
7.根据权利要求1所述的清洁机器人，还包括：
存储装置，被配置为存储所述驱动器驱动所述主体时由所述触摸IC传输的电容的平均值。
8.根据权利要求7所述的清洁机器人，其中，在所述主体驱动时，所述触摸IC检测到的所述电容的测量值与所述平均值之间的差超过预定参考值时，所述控制器被配置为控制所述驱动器以改变所述主体的行驶方向。
9.根据权利要求7所述的清洁机器人，其中，所述控制器被配置为在所述主体驱动时，将由所述触摸IC检测到的电容的测量值与所存储的平均值进行比较，以确定所述障碍物的类型，并且基于所述障碍物的类型来改变所述驱动器的操作。
10.根据权利要求9所述的清洁机器人，其中，所述控制器被配置为基于所述测量值与所述平均值之间的差是否在预定范围内来确定所述障碍物的类型。
11.根据权利要求9所述的清洁机器人，其中，所述测量值包括在预定时间内由所述触摸IC收集的电容值的变化的部分平均值。
12.根据权利要求7所述的清洁机器人，其中，所述存储装置被配置为基于所述驱动器移动的空间来存储清洁空间的地图，并且
其中，所述控制器被配置为基于确定的障碍物修改存储的地图。
13.一种控制清洁机器人的方法，所述清洁机器人包括设置在主体上的电极板以及被配置为检测由所述电极板检测到的电容的变化的触摸集成电路(IC)，所述方法包括：
由存储装置将由所述触摸IC检测到的电容的变化的平均值存储在所述清洁机器人行驶的清洁空间中；
由控制器将存储的平均值与所述主体行驶时由所述触摸IC检测到的测量值进行比较；以及
由所述控制器基于所述比较结果控制所述主体的行驶方向。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述测量值包括在预定时间内由所述触摸IC收集的电容值的变化的部分平均值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述比较包括：
确定所述部分平均值与所述平均值之间的差是否超过预定参考值。
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