CN1240339C - 自动清洁器、自动清洁系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动清洁器、自动清洁系统及其控制方法，其不管轮子的滑动和不规则的场地如何，均能通过识别自动清洁器的驱动路径和方向，有效地完成指令的工作。一种用于在场地附近移动的同时完成工作操作的自动清洁器，包括：主机身；用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；设置在主机身底部的轮子之间，用于对垂直于自动清洁器驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机；以及控制装置，其通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并利用所识别的轮子的距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

Description

自动清洁器、自动清洁系统及其控制方法

技术领域

本发明总体上涉及一种自动清洁器、一种自动清洁系统及其控制方法，更具体地涉及一种利用自动清洁器在场地周围移动的同时拍摄的场地图像信息识别驱动距离和方向以设置驱动路径的自动清洁器、自动清洁系统及其控制方法。

背景技术

传统的自动清洁器沿由墙或障碍物环绕的工作区域范围驱动并利用安装在主机身上的超声波探测器确定工作区域的范围，然后在预定的工作区域中为其工作如清洁或安全工作设计驱动路径。然后，自动清洁器利用由能检测到驱动轮子沿设计的驱动路径移动的轮子的旋转角度和转数的探测器如编码器检测到的信号计算驱动距离和当前的位置。然而，由于场地的不规则性和轮子的滑动等原因，以上通常使用的沿驱动路径驱动自动清洁器的方法经常在由探测器检测到的信号计算的距离和位置与实际的驱动距离和位置之间产生误差。自动清洁器驱动的距离越远，位置识别误差累积的越多。累积的位置误差相应地使自动清洁器偏离设计的驱动路径。因此，可能不能完成一些预定区域的清洁，或重复清洁其它区域，从而使清洁效率降低，在一些情况下不能完成安全工作。

因此，不管出现轮子的滑动、场地的不规则或产生一些其它误差情况，通过精确地检测驱动的距离和方向都能精确地设置驱动路径使自动清洁器能有效地完成指令的工作的必要性已经增长。

发明内容

本发明的目的之一就是至少解决以上问题和/或缺陷并提出一种通过精确地识别自动清洁器的驱动距离和方向有效地完成指令的工作的自动清洁器、自动清洁系统及其控制方法。

前述目的和优点通过提供一种用于在场地附近移动的同时完成工作操作的自动清洁器，包括：

主机身；

用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；

设置在主机身底部的轮子之间，用于对垂直于自动清洁器驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机；以及

控制装置，其通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并利用所识别的轮子的距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

在此，优选向下巡视照相机拍摄场地图像的速度为每秒钟1500次。

优选方式中，自动清洁器还包括设置在主机身底部用于照亮向下巡视照相机拍摄的区域以使其比周围区域更明亮的照明装置。

根据本发明另一方面，本发明提供一种用于在场地附近移动的同时实现工作操作的自动清洁器，包括：

主机身；

用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；

设置在主机身底部的轮子之间，用于对垂直于自动清洁器驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机；

设置在主机身顶部用于对垂直于驱动方向的天花板拍摄图像的向上巡视照相机；以及

控制装置，其利用向上巡视照相机拍摄的天花板的图像信息识别自动清洁器的位置，并通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并进一步利用所识别的轮子的位置、距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

前述目的和优点还通过提供一种自动清洁系统实现，该自动清洁系统，包括：

自动清洁器，其包括：

主机身；

用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；

设置在主机身顶部用于对垂直于自动清洁器驱动方向的天花板拍摄图像的向上巡视照相机；以及

用于与自动清洁器进行无线通信的遥控装置，

其中自动清洁器还包括设置在主机身底部的轮子之间用于连续对垂直于驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机，以及所述遥控装置通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并且利用所识别的轮子的距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

优选方式中，自动清洁器还包括设置在主机身底部用于照亮向下巡视照相机拍摄的区域使其比周围区域更明亮的照明装置。

前述目的和优点还通过提供一种用于控制具有向下巡视照相机的自动清洁器的方法，包括步骤：

当接收到工作命令时，计算符合工作目标区域的驱动路径；

储存向下巡视照相机拍摄的场地图像；

沿计算的驱动路径驱动自动清洁器；以及

将向下巡视照相机拍摄的当前场地的图像与储存的图像进行比较来计算驱动距离和方向，并对驱动路径进行更正。

对于上述自动清洁器、自动清洁系统及其控制方法，利用向下照相机拍摄的场地图像以识别自动清洁器的驱动距离和方向来设置驱动路径，从而有效地完成指令的工作。

本发明的其它优点、目的和特征部分体现在下述说明中，部分地体现在由本领域专业技术人员通过对下述说明的验证和实践明显可以获知的范围中。本发明的上述目的和优点也可能通过附属权利要求所实现和获知。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行具体说明，其中同样的标号表示同样的部件：

图1是显示根据本发明在附近移动的同时用于拍摄场地图像的自动清洁器的正视图；

图2a是显示图1所示自动清洁器底部的透视图；

图2b是显示去除上盖的图1所示的自动清洁器的透视图；

图3是显示根据本发明的自动清洁系统的方框简图；

图4a是显示当图1所示的自动清洁器停滞时向下照相机拍摄的场地图像的俯视图；

图4b是显示从图4a中的状态向前移动时自动清洁器的向下照相机拍摄的场地图像的俯视图；

图4c是显示从图4a中的状态向后移动时自动清洁器的向下照相机拍摄的场地图像的俯视图；

图4d是显示从图4a中的状态向右移动时自动清洁器的向下照相机拍摄的场地图像的俯视图；

图4e是显示从图4a中的状态向左移动时自动清洁器的向下照相机拍摄的场地图像的俯视图；

图4f是显示从图4a中的状态以大约45度角向左移动时自动清洁器的向下照相机拍摄的场地图像的俯视图；

图5是显示图3中CCU(中心控制装置)的方框图；以及

图6是显示根据本发明的自动清洁器工作过程的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

参照图1、2A和2B，自动清洁器1C设置有主机身12、吸入装置16、驱动装置20、向上巡视照相机30、向前巡视照相机32、障碍物检测探测器34、向下巡视照相机50、照明装置55、控制装置40、存储器41和传输/接收装置43。能源包括存储电源，如电池14。

吸入装置16安装在主机身12上以便当吸入空气时收集如被清洁地面表面的灰尘。吸入装置16可以采用公知的方法构形。如吸入装置16可以具有吸入电动机(图中未示出)，以及通过吸入电动机的驱动例如通过与要清洁的场地相对的主机身12的下面形成的吸入孔或吸入管收集吸入灰尘的吸入腔。

驱动装置20包括设置在机身12前两侧面的两个轮子21a、21b、设置在主机身12后两侧面的两个轮子22a、22b、用于分别驱动后轮旋转电动机23、24以及用于将电动机23、24产生的动力传输到后轮22a、22b，传递到前轮21a、21b的定时皮带25。驱动装置20根据从控制装置40接收到的控制信号分别沿向前或相反的方向驱动电动机23、24旋转。通过控制电动机23、24使其具有不同的旋转数来确定自动清洁器10的驱动方向。

向前巡视照相机32安装在主机身12上以便在向前巡视的方向上拍摄前面的图像。向前巡视照相机32将拍摄的图像输出到控制装置40中。

向上巡视照相机30位于主机身12上以便在向上巡视的方向上拍摄上面的天花板图像。向上巡视照相机30将拍摄的图像输出到控制装置40。优选方式中，向上巡视照相机包括鱼眼式照相机镜头(未示出)。

鱼眼式照相机镜头至少设置有一个镜头使照相机具有宽视角，例如，类似于鱼的眼睛，而且可以产生达到大约180度的图像。鱼眼式镜头设置成在许可的偏差内同时适用于需求的视角范围。鱼眼式镜头的具体说明在此省略。当然，这样的鱼眼式镜头在韩国专利No：1996-7005245、1997-48669、1994-22112等公开，并且从各个镜头制造商都能获得上述镜头。

障碍物检测探测器34以预定间隔设置在机身圆筒侧壁的周围，并用于向外传送机身12的信号和接收反射的信号。每个障碍物检测探测器34都具有多个用于发射红外线的红外线发光元件34a以及用于接收反射红外线的光接收元件34b。红外线发光元件34a和光接收元件34b沿每个障碍物检测探测器34的外圆周按对垂直设置。障碍物检测探测器34也可以采用能发出超声波和接收反射超声波振动的超声波探测器。障碍物检测探测器34也可以用于测量自动清洁器和障碍物或临近墙壁之间的距离。

向下巡视照相机50设置在主机身12上以便在向下巡视的方向拍摄场地的图像。向下巡视照相机50将拍摄的图像输出到控制装置40。向下巡视照相机50能高速拍摄图像以快速和准确地识别自动清洁器的驱动路径。优选方式中，向下巡视照相机能以大约每秒钟1500次拍摄。

照明装置55设置在主机身12下的向下巡视照相机周围，其用于照亮向下巡视照相机50拍摄的场地区域。照明装置55连续地照亮向下巡视照相机拍摄的区域以便其比周围区域更亮。照明装置55能使向下巡视照相机检测场地中细微的差异并减少由于周围亮度造成的拍摄图像的变化。

控制装置40处理通过传输/接收装置43接收到的信号。如果主机身12还包括具有多个键的键输入装置(未示出)以便用户能操作键设置功能，控制装置40还可以处理从键输入装置输入的键信号。

现在参照图1、2A、2B和3，存储器41分别储存由向上巡视照相机和向下巡视照相机拍摄的上面和下面图像，并在计算位置和驱动信息中辅助控制装置40。

传输/接收装置43通过天线42发送数据并将通过天线42接收到的信号传送到控制装置40。

下面将对通过控制装置控制上述结构的自动清洁器的方法进行说明。

利用具体物体的已知位置信息，如直接照射的荧光灯或火警报器，在向上巡视照相机拍摄的工作区域天花板的上面图像中明显的标记、或利用安装在工作区域天花板上用于位置识别的标记的位置信息，控制装置40识别自动清洁器当前的位置。存储器41储存用于比较的具体物体或用于使控制装置40识别具体物体的位置识别标记或向上巡视照相机30拍摄的图像中的标记的标准图像信息。然后，控制装置40利用识别的位置信息计算驱动路径完成目标工作，并将控制信号传送到每个部分沿需求的驱动路径驱动自动清洁器10。

控制装置40利用向下巡视照相机50拍摄的场地图像中的具体特征，如点，识别自动清洁器10的驱动距离和方向，并利用识别的驱动距离和方向确定自动清洁器10是否应该沿驱动路径移动，从而控制驱动装置20驱动自动清洁器沿驱动路径移动而不偏离驱动路径。

具体地说，控制装置40通过将向下巡视照相机50拍摄的当前场地15的图像与向下巡视照相机50在当前图像前拍摄的储存在存储器41中的场地15的图像比较，识别具体特征如图像中点的位置变化。因此，控制装置40利用具体特征的位置变化计算自动清洁器10的驱动距离和方向。在此，场地中的所有图形都是不同的，即使人眼看来认为是同样的图形也如此，因为向下巡视照相机50能识别图形中细微的差异。这样，点和切槽等不易为人眼看出的这些具体特征都能通过向下巡视照相机50识别。

可以采用各种不同的公知方法作为图像处理方法以便从拍摄的图像中提取出具体特征。例如，可以采用当将拍摄的图像转换成灰度后，从其它临近的点中辨别出象素点的方法。

图4a到4f显示了提取的具体特征和自动清洁器10的驱动方向之间的关系。图4a是当向下巡视照相机50停止或移动时在确定的点拍摄的场地图像52。在此，参照点P是从向下巡视照相机50拍摄的图像中提取出的具体特征。如图4b所示，当自动清洁器10向前移动时，场地图像中的具体特征P相对向后移动，而在图4c中，当自动清洁器10向后移动时，具体特征P向前移动。此外，如图4d所示，当自动清洁器10向右移动时，具体特征P向左移动，在图4e中，当自动清洁器10向左移动时，具体特征P向右移动。此外，如图4f所示，当自动清洁器10以大约45度角向左移动时，具体特征P以大约45度角向右移动。

当向下巡视照相机50连续拍摄场地时，如上所示，具体特征P在拍摄的图像中连续改变位置。然后控制装置40根据具体特征P的位置变化确定自动清洁器10的驱动距离和方向。因此，控制装置40确定自动清洁器10是否沿计算的驱动路径移动，如果自动清洁器10偏离了计算的驱动路径，则控制装置40控制驱动装置20驱动自动清洁器10改变当前的驱动路径以便沿着计算的驱动路径移动。

下面对通过向上巡视照相机30和向下巡视照相机50用于控制驱动装置20的控制装置40的操作进行具体说明。

在收到来自键盘输入装置或者外部无线装置时，控制装置40通过将向上巡视照相机30输入的用于识别的具体特征或标记与识别的当前图像中的具体特征或标记进行比较，以识别自动清洁器10的当前位置，然后根据与识别的位置对应的目标驱动路径来控制驱动装置20。在此，工作命令信号包括借助于照相机以清洁场地或安全工作的命令。

控制装置40利用向下巡视照相机50测量的驱动距离和方向和通过将当前拍摄的上面图像与储存在存储器41中先前拍摄的上面图像比较识别的当前位置计算驱动误差，然后通过对计算的驱动误差进行补偿来控制驱动装置20跟踪目标驱动路径。

上述说明提供了一个实施例，通过直接利用向上巡视照相机30和向下巡视照相机50拍摄的图像信息，控制装置20独立地识别自动清洁器10的位置。

根据本发明另一方面，自动清洁系统设置成从外部来处理需要的计算以在外部识别自动清洁器10位置，以便降低用于自动清洁器10位置识别的计算量。

参照图3，考虑外部拍摄的图像，自动清洁器10具有无线发送图像信息的结构，并响应于从外部命令中心接收的控制信号进行操作。遥控器60用于无线控制自动清洁器10的驱动。遥控器60包括无线电中继装置63和中心控制装置70。

无线电中继装置63处理从自动清洁器10接收的无线电信号并将处理的信号通过电线传送到中心控制装置70，然后将从中心控制装置70接收的信号通过天线62无线发送到自动清洁器10。

中心控制装置70由如图5所示实施例中的传统计算机构成。参照图5，中心控制装置70包括CPU 71、ROM 72、RAM 73、显示器74、输入装置75、存储器76和通信装置77。

配置在自动清洁器驱动器76a上的存储器76用于处理来自自动清洁器10的信号。

当操作时，自动清洁器驱动器76a在显示器74上提供有用于设置自动清洁器10控制的菜单，并由自动清洁器10处理完成由用户通过输入装置75选择的菜单条目。优选方式中，菜单包括完成清洁工作和/或安全工作为主分类的命令。菜单还对每个主分类提供子菜单如目标区域选择目录和清洁使用方法等。

自动清洁器驱动器76a控制自动清洁器10以便通过将当前上面图像中识别的具体特征或标记的位置信息与在存储器中储存的具体特征或用于识别的标记的位置信息进行比较，以识别自动清洁器10的当前位置，并根据基于识别位置的对应目标驱动路径来控制驱动装置20。自动清洁器驱动器76a还利用接收的场地图像和在存储器76中储存的先前拍摄的上面图像进行比较以识别的当前位置来计算任何驱动误差，并通过对计算的驱动误差进行补偿以控制驱动装置20来跟踪目标驱动路径。

自动清洁器10的控制装置40响应从无线电中继装置63接收的控制信号控制驱动装置20，因此，用于处理图像以便识别位置并设置驱动路径的内部处理器上的操作量明显减少。控制装置40还将上面图像和在驱动自动清洁器10时在一个周期中定期拍摄的场地图像通过无线电中继装置63传送到中心控制装置70。

在下文中，将参照图6对通过控制装置40控制自动清洁器10的方法进行具体说明。

首先，控制装置40在步骤S100中确定是否接收到工作命令。

当接收到工作命令时，控制装置40在步骤S110利用向上巡视照相机30拍摄的天花板上的上面图像确定自动清洁器10当前的位置，并基于接收到的工作命令计算移动到目标位置，即工作区域或工作路径的驱动路径。

然后，控制装置40在步骤S120中通过向下巡视照相机50拍摄场地图像并储存拍摄的场地图像。

接着，控制装置40在步骤S130中沿计算的驱动路径驱动自动清洁器10。

控制装置40在步骤S140中通过将当前的场地图像与正在向下巡视照相机50连续拍摄的图像中之前拍摄的场地图像进行比较，以计算驱动的距离和方向。

因此，控制装置40在步骤S150中分析自动清洁器10当前的驱动路径来决定当前的驱动路径是否与计算的驱动路径一致，并决定是否需要设置当前的驱动路径。

当在步骤S150确定自动清洁器10当前的驱动路径需要设置或更正时，控制装置40在步骤S160中利用步骤S150中获得的分析信息设置或更正当前的驱动路径。

其次，控制装置40在步骤S170中决定工作是否完成。这里的工作指通过驱动自动清洁器10完成的工作，例如，自动清洁器10移动到目标区域或通过沿驱动路径驱动自动清洁器10完成清洁工作。如果工作没有完成，控制装置40重复所示循环中的步骤S130到S170直到工作完成，

如上所述，当根据本发明利用向下巡视照相机拍摄的场地图像确定自动清洁器的驱动距离和方向时，在本发明中不会产生在先前利用编码器的技术中可能产生的误差，即使是驱动装置的轮子滑动或场地不规则也如此。因此，自动清洁器可以有效地完成指令的工作。

虽然已经参考优选实施方式对本发明进行了充分地说明，但并不局限在所述的优选实施方式中，而且本领域技术人员可以理解在不脱离本发明的原则和精神的情况下可以对这些实施方式进行改变，本发明的保护范围由权利要求书和其等同物来确定。

上述实施方式和优点仅具有示例性，其不应当被理解为对本发明的一种限制。显然，本发明中技术教导和启示可以应用于其它形式。本说明中的描述仅具有示例性意义，而不应对本发明构成限制。应当容易理解，本领域中的普通技术人员可以对本发明作出种种变化和更改。在权利要求书中，装置加功能条款的目的在于说明所述功能不仅可以由结构等同物来实现，还包括等同结构的实现形式。

Claims (10)

1.一种用于在场地附近移动的同时完成工作操作的自动清洁器，包括：

主机身；

用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；

设置在主机身底部的轮子之间，用于对垂直于自动清洁器驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机；以及

控制装置，其通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并利用所识别的轮子的距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

2.根据权利要求1所述的自动清洁器，其特征在于：

所述向下巡视照相机是以每秒钟1500次的速度拍摄场地图像。

3.根据权利要求2所述的自动清洁器，其还包括：

设置在主机身底部用于照亮向下巡视照相机拍摄的区域以使其比周围区域更明亮的照明装置。

4.一种用于在场地附近移动的同时实现工作操作的自动清洁器，包括：

主机身；

用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；

设置在主机身底部的轮子之间，用于对垂直于自动清洁器驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机；

设置在主机身顶部用于对垂直于驱动方向的天花板拍摄图像的向上巡视照相机；以及

控制装置，其利用向上巡视照相机拍摄的天花板的图像信息识别自动清洁器的位置，并通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并进一步利用所识别的轮子的位置、距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

5.根据权利要求4所述的自动清洁器，其特征在于：

所述向下巡视照相机以每秒钟1500次的速度拍摄场地图像。

6.根据权利要求5所述的自动清洁器，其还包括：

设置在主机身底部用于照亮向下巡视照相机拍摄的区域以使其比周围区域更明亮的照明装置。

7.一种自动清洁系统，包括：

自动清洁器，其包括：

主机身；

用于驱动多个设置在主机身底部轮子的驱动装置；

设置在主机身顶部用于对垂直于自动清洁器驱动方向的天花板拍摄图像的向上巡视照相机；以及

用于与自动清洁器进行无线通信的遥控装置，

其中自动清洁器还包括设置在主机身底部的轮子之间用于连续对垂直于驱动方向的场地拍摄图像的向下巡视照相机，以及所述遥控装置通过将由所述向下巡视照相机当前拍摄的场地的图像信息与所述向下巡视照相机先前记录的场地的图像信息进行比较，来识别轮子的驱动距离和方向，并且利用所识别的轮子的距离和方向以与目标工作相对应地控制所述驱动装置。

8.根据权利要求7所述的自动清洁系统，其特征在于：

向下巡视照相机以每秒钟1500次的速度拍摄场地图像。

9.根据权利要求8所述的自动清洁系统，其还包括：

设置在主机身底部用于照亮向下巡视照相机拍摄的区域使其比周围区域更明亮的照明装置。

10.一种用于控制具有向下巡视照相机的自动清洁器的方法，包括步骤：

当接收到工作命令时，计算符合工作目标区域的驱动路径；

储存向下巡视照相机拍摄的场地图像；

沿计算的驱动路径驱动自动清洁器；以及

将向下巡视照相机拍摄的当前场地的图像与储存的图像进行比较来计算驱动距离和方向，并对驱动路径进行更正。

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