CN1576878A - 用于检测移动式自动装置的位置的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测移动式自动装置的位置的方法和装置，用于根据红外信号和超声波信号之间的时间差精确地和准确地检测移动式自动装置的位置。接收红外信号和超声波信号，计算所接收的红外信号和超声波信号之间的时间差，然后，根据计算的时间差值和预先存储的超声波发生器之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。

Description

用于检测移动式自动装置的位置的方法和装置
技术领域
本发明涉及移动式自动装置，更具体地说涉及检测移动式自动装置的位置的方法和装置。
背景技术
通常，移动式自动装置是一种甚至在没有使用者操纵的情况下、在沿着屋内房间(即起居室、卧室等)的墙壁移动的同时通过从地板上吸入灰尘或外部物质自动清洁某个区域的自动装置。
自动吸尘器通过距离传感器识别它本身与障碍物，诸如放置在清洁区的家具、办公用品和墙壁，之间的距离，并且根据所识别的距离有选择地驱动用来驱动左轮的马达和用来驱动右轮的马达，从而自动吸尘器通过转动其方向清洁该清洁区。在这里，自动吸尘器通过存储在内部存储单元中的地图信息在该清洁区移动而完成清洁操作。
现在说明用于生成地图信息的测定位置操作。
首先，自动吸尘器通过沿操作空间的侧面(即屋内起居室的墙壁侧)移动而计算它本身与充电单元之间的距离及方向，并通过根据计算的距离值和方向值判断其位置来扫描该操作空间。这时，自动吸尘器通过使用安装在其自己轮子上的编码器检测当前位置。
自动吸尘器判断它本身与充电单元之间是否存在障碍物；如果没有障碍物，它会通过向充电单元发射信号并从充电单元接收信号来扫描该操作空间。然而，如果在自动吸尘器与充电单元之间存在障碍物，则自动吸尘器扫描另一个操作空间，然后，当障碍物消失之后，自动吸尘器在向充电单元发射信号并从充电单元接收信号的同时扫描没有障碍物的该操作空间。
但是，用编码器检测自动吸尘器的位置的方法存在问题，即因为使用安装在轮子上的编码器搜索自动吸尘器的当前位置，所以由于轮子的滑动或空转会产生错误。
同时，在根据另一种现有技术检测自动吸尘器的位置的方法的情况下，具有同样形状的若干个粘结板或反射板以预定的间隔设置在操作区，以使自动吸尘器能够用CCD照相机识别该粘结板或反射板并修正由于其轮子滑动或空转产生的错误，因而识别它本身与充电单元之间的距离。
然而，这种方法有问题，即如果清洁操作区域的照明度改变或具有类似于粘结板或反射板形状的物体被识别，则距离错误将被累积。
根据现有技术的自动吸尘器的技术公开在美国专利第5,440,216和5,646,494号中。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于检测移动式自动装置的位置的方法和装置，其能够根据红外信号和超声波信号之间的时间差准确地和精确地检测移动式自动装置的位置。
为了实现在这里体现的和广义描述的这些和其他优点并根据本发明的目的，提供一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，其包括：接收红外信号和超声波信号并计算所接收的红外信号和超声波信号之间的时间差；并根据计算的时间差值和预先存储的产生超声波信号的超声波发生器之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。
为了实现上述目的，提供一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，其包括：向移动式自动装置发射从固定的红外发生器生成的红外线信号和从固定的超声发生器生成的超声波信号；计算发射的红外信号和超声波信号之间的时间差；根据计算的时间差值计算移动式自动装置和超声波发生器之间的每个距离；以及根据计算的距离值和预先设置的超声波发生器之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。
为了实现上述目的，还提供一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，其中通过计算移动式自动装置与充电装置之间的距离，检测移动式自动装置的位置，该方法包括：接收同时分别从安装在充电装置上的红外发生器和从第一超声波发生器产生的红外信号和第一超声波信号；根据红外信号和第一超声波信号计算移动式自动装置和第一超声波发生器之间的距离；接收安装在充电装置上的第二超声波发生器发射的第二超声波信号；根据第二超声波信号计算移动式自动装置和第二超声波发生器之间的距离；以及根据预先设置的第一超声波发生器和第二超声波发生器之间的距离值、第一超声波发生器和移动式自动装置之间的距离值以及第二超声波发生器和移动式自动装置之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。
为了实现上述目的，还提供一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，其中接收红外信号和超声波信号；计算接收的红外信号和超声波信号之间的时间差；根据计算的时间差值和产生超声波信号的超声波发生器之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。
为了实现上述目的，还提供一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，其中通过计算移动式自动装置与充电装置之间的距离，检测移动式自动装置的位置，该装置包括：安装在充电装置上并产生红外信号的红外信号发生器；安装在该充电装置上并与第一红外信号一起同时振荡产生第一超声波信号的第一超声波振荡器；安装在该充电装置上并在第一超声波信号产生后振荡产生第二超声波信号的第二超声波振荡器；以及位置检测器，用于根据红外信号被接收时的时间计算第一和第二超声波信号之间的时间差，根据计算的时间差计算移动式自动装置和第一与第二超声波发生器之间距离，并根据计算的距离值和预先设置的第一和第二超声波振荡器之间的距离值检测移动式自动装置的位置。
本发明的前述的和其他的目的、特征、方面和优点从下面结合附图的描述将变得更加清楚。
附图说明
所包括的附图对本发明提供进一步的理解，附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用来说明本发明的原理。
其中：
图1是示意方框图，示出了根据本发明的优选实施例的用于检测移动式自动装置的位置的装置的结构；
图2是方框图，示出了图1的位置检测器的详细结构；
图3是根据本发明的优选实施例的用于检测移动式自动装置的位置的方法的流程图。
具体实施方式
现在详细参考本发明的优选实施例，优选实施例的例子示于附图中。
根据图1至图3的本发明的优选实施例，一种用于检测移动式自动装置的方法和装置，其中接收红外信号和超声波信号并计算所接收的接收红外信号和超声波信号之间的时间差，以便根据计算的时间差和预先存储的生成超声波信号的超声波发生器之间的距离值，能够精确地并准确地检测移动式自动装置的位置。
图1是示意方框图，示出了根据本发明的优选实施例的用于检测移动式自动装置的位置的装置的结构。
根据本发明用于检测移动式自动装置的位置的装置可以安装在自动吸尘器或移动玩具中。也就是说，本发明涉及一种用于精确地和准确地检测可自动移动的自动装置或玩具的位置的装置和方法。
参考图1，用于检测移动式自动装置200的位置的装置包括：安装在为移动式自动装置200的电池(未示出)充电的充电单元100上并产生红外信号的红外信号发生器101；安装在充电单元100上并与从红外信号发生器101产生的红外信号一起同时振荡产生第一超声波信号的第一超声波振荡器102；安装在充电单元100上并当从第一超声波振荡器102产生第一超声波信号之后经过预定的时间(例如0.5秒，在此时间内第一超声波信号消失)时，振荡产生第二超声波信号的第二超声波振荡器103；安装在移动式自动装置200上并根据红外信号以及第一和第二超声波信号之间的时间差检测移动式自动装置的位置的位置检测器210。
优选地，充电单元100包括两个或更多个超声波振荡器，以便检测移动式自动装置和充电单元100之间的180度和360度或三维空间内的距离。
第一和第二超声波振荡器102和103安装在充电单元100两侧，并且第一超声波振荡器102和第二超声波振荡器103之间的距离值预先存储在位置检测器210中。
现在参考图2描述位置检测器210的详细结构。
图2是方框示意图，示出了图1的位置检测器的结构。
如图2所示，位置检测器210包括第一测量单元211，用于接收红外信号和第一超声波信号并以接收到红外信号的时间点为基准测量接收到第一超声波信号的时间；第一距离计算器212，用于根据第一测量单元211所测量的时间，计算移动式自动装置200和第一超声波振荡器102之间的距离；第二测量单元213，用于以接收到红外信号的时间点为基准，测量接收到第二超声波信号的时间；第二距离计算器214，用于根据第二测量单元213所测量的时间，计算移动式自动装置200和第二超声波振荡器103之间的距离；以及距离和角度计算器215，用于根据第一超声波发生器102和第二超声波发生器103之间的距离值、第一超声波发生器102和移动式自动装置200之间的距离值以及第二超声波发生器103和移动式自动装置200之间的距离值，计算移动式自动装置200和充电单元100之间的距离和角度。
现在将参考图3描述移动式自动装置200的位置检测器的工作原理。
图3是根据本发明的优选实施例的移动式自动装置的位置的检测方法的流程图。
首先，安装在充电单元100内的红外信号发生器101当移动式自动装置200处于位置检测模式时产生红外信号，以便能够计算移动式自动装置200和充电单元100之间的距离。这时，当红外信号发生器101产生红外信号时第一超声波振荡器102振荡产生第一超声波信号。也就是说，红外信号和第一超声波信号同时产生(步骤S11)。充电单元100可以安装在清洁区，例如起居室、卧室或屋子的墙壁表面。
移动式自动装置200的第一测量单元211接收红外信号和第一超声波信号，以接收到红外信号的时间为基准测量接收到第一超声波信号的时间，并将所测量的时间输出给第一距离计算器212(步骤S12)。这里，红外信号具有与光同样的速度，而超声波信号的速度为340米/秒。
因此，虽然红外信号和超声波信号同时向移动式自动装置200发射，但红外信号首先到达移动式自动装置的第一测量单元211。因为超声波信号在红外信号到达第一测量单元211之后到达第一测量单元211，这在红外信号和超声波信号之间产生一个时间差。
第一距离计算器212根据第一测量单元211测量的时间值计算第一超声波振荡器102和移动式自动装置200之间的距离。即，第一距离计算器212通过将声速(340米/秒)乘以所测量的时间值计算第一超声波振荡器102和移动式自动装置200之间的实际距离(步骤S13)。
然后，当第一超声波振荡器102振荡产生第一超声波信号之后经过一预定的时间，第二超声波振荡器103振荡产生第二超声波信号。第二超声波振荡器103预先设置成，当第一超声波荡器102振荡产生第一超声波信号之后经过一预定的时间，振荡产生第二超声波信号。
第一和第二超声波信号具有不同的频率(步骤S14)。这里，为了使第一超声波信号消失，在预定时间经过之后才振荡产生第二超声波信号。
移动式自动装置200的第二测量单元213接收第二超声波信号，以接收到红外信号的时间为基准、测量接收到第二超声波信号的时间，并将测量的时间值输出给第二距离计算器214。即，第二测量单元213以接收到红外信号的时间点为基准、检测接收到第二超声波信号的时间，从所检测的时间中减去预定的时间(即，第一超声波信号和第二超声波信号之间的振荡间隔)，并将相减后的时间值输出给第二距离计算器214(S15)。
第二距离计算器214根据被第二测量单元213减去的时间值，计算第二超声波振荡器103和移动式自动装置200之间的距离。即，第二距离计算器214通过将声速乘以被第二测量单元213减去的时间值，计算第二超声波振荡器103和移动式自动装置200之间的距离，并将计算的距离值输出给距离和角度计算器215(步骤S16)。
之后，移动式自动装置200的距离和角度计算器215根据第一超声波振荡器102和移动式自动装置200之间的距离值、第二超声波振荡器103和移动式自动装置200之间的距离值以及第一超声波振荡器102和第二超声波振荡器103之间的距离值，通过三角测量计算移动式自动装置200和充电单元100(即第一和第二超声波振荡器)之间的距离和角度。该计算的距离和角度意味着移动式自动装置200的当前位置，并且第一超声波振荡器102和第二超声波振荡器103之间的距离值预先存储在距离和角度计算器215中(步骤S17)。
如上所述，本发明的检测移动式自动装置的方法和装置具有以下优点。
即，移动式自动装置根据红外信号和超声波信号之间的时间差能够精确地和准确地检测移动式自动装置的位置。例如，当用于检测位置的装置安装在自动吸尘器中时，自动吸尘器根据精确计算的位置和预先存储的地图信息能够精确地和准确地完成清洁操作并准确地向充电单元移动。
由于本发明可以以若干种形式实施而不脱离其精神实质和基本特征，因此应当明白，除非另有说明，上述实施例不被前述的任何细节所限制，而应当在其权利要求所限定的原则和范围内广义地解释，因此，所有落入权利要求的界限和范围内的变化和修改，或这种界限和范围的等同物都被权利要求所包含。

Claims (26)

1.一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，包括：
接收红外信号和超声波信号并计算所接收的红外信号和超声波信号之间的时间差；以及
根据计算的时间差和预先存储的产生超声波信号的超声波发生器之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在计算时间差的步骤中，各自的接收到超声波信号的时间以接收到红外信号的时间为基准进行测量。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，检测移动式自动装置的位置的步骤包括：
通过将声速乘以计算的时间差值来计算超声波发生器和移动式自动装置之间的距离；以及
根据计算的距离值和预先存储的超声波发生器之间的距离值，检测超声波发生器和移动式自动装置之间的距离和角度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在检测移动式自动装置的位置的步骤中，移动式自动装置的位置和角度根据计算的距离值和预先存储的超声波发生器之间的距离值通过三角测量进行检测。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，超声波信号具有不同的频率。
6.一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，包括：
向移动式自动装置发射从固定的红外发生器产生的红外信号和从固定的超声波发生器产生的超声波信号；
计算所发射的红外信号和超声波信号之间的时间差；
根据计算的时间差值计算移动式自动装置和超声波发生器之间的每个距离；以及
根据计算的距离值和预先存储的超声波发生器之间的距离值检测移动式自动装置的位置。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在计算时间差的步骤中，接收到超声波信号的时间以接收到红外信号的时间为基准进行测量。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于，移动式自动装置和超声波发生器之间的距离通过将声速乘以计算的时间差值来计算。
9.根据权利要求6的方法，其特征在于，在检测移动式自动装置的位置的步骤中，根据计算的距离值和预先设置的超声波发生器之间的距离值，检测超声波发生器和移动式自动装置之间的距离和角度。
10.根据权利要求6的方法，其特征在于，在检测移动式自动装置的位置的步骤中，根据计算的距离值和预先设置的超声波发生器之间的距离值，通过三角测量检测超声波发生器和移动式自动装置之间的距离和角度。
11.根据权利要求6的方法，其特征在于，超声波信号具有不同的频率。
12.一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，其中通过计算移动式自动装置和充电装置之间的距离，检测移动式自动装置的位置，该方法包括：
接收分别从安装在充电装置上的红外发生器和第一超声波发生器同时产生的红外信号和第一超声波信号；
根据红外信号和第一超声波信号计算移动式自动装置和第一超声波发生器之间的距离；
接收从安装在充电装置上的第二超声波发生器产生的第二超声波信号；
根据第二超声波信号计算移动式自动装置和第二超声波发生器之间的距离；
根据预先设置的第一超声波发生器和第二超声波发生器之间的距离值、第一超声波发生器和移动式自动装置之间的距离值、以及第二超声波发生器和移动式自动装置之间的距离值，检测移动式自动装置的位置。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，计算移动式自动装置和第一超声波发生器之间的距离的步骤包括：
以接收到红外信号的时间为基准测量接收到第一超声波信号的时间；以及
将声速乘以所测量的时间。
14.根据权利要求12的方法，其特征在于，预定的时间经过后振荡产生第二超声波信号。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，计算移动式自动装置和第二超声波发生器之间的距离的步骤包括：
以接收到红外信号的时间为基准测量接收到第二超声波信号的时间；以及
从接收到第二超声波信号的时间中减去预定的时间。
16.根据权利要求12的方法，其特征在于，第一和第二超声波信号具有不同的频率。
17.一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，其特征在于，接收红外信号和超声波信号，计算所接收的红外信号和超声波信号之间的时间差，以及根据计算的时间差值和产生超声波信号的超声波发生器之间的距离值、检测移动式自动装置的位置。
18.根据权利要求17的装置，还包括：
以接收到红外信号的时间为基准测量接收到超声波信号的时间的装置。
19.根据权利要求17的装置，还包括：
通过将声速乘以计算的时间差值来计算超声波发生器和移动式自动装置之间的距离的装置；以及
根据计算的距离值和预先存储的超声波发生器之间的距离值来检测超声波发生器和移动式自动装置之间的距离和角度的装置。
20.根据权利要求17的装置，还包括：
根据计算的距离值和预先存储的超声波发生器之间的距离值，通过三角测量来检测超声波发生器和移动式自动装置之间的距离和角度的装置。
21.根据权利要求17的装置，其特征在于，超声波信号具有不同的频率。
22.一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，其中，通过计算移动式自动装置和充电装置之间的距离来检测移动式自动装置的位置，该装置包括：
安装在该充电装置上并产生红外信号的红外发生器；
安装在该充电装置上并与红外信号一起同时振荡产生第一超声波信号的第一超声波振荡器；
安装在该充电装置上并且在第一超声波信号产生后振荡产生第二超声波信号的第二超声波振荡器；
位置检测器，用于以接收到红外信号的时间为基准计算第一和第二超声波信号之间的时间差，根据计算的时间差计算移动式自动装置和第一与第二超声波振荡器之间的距离，以及根据计算的距离值和预先设置的第一和第二超声波振荡器之间的距离值、检测移动式自动装置的位置。
23.根据权利要求22的装置，其特征在于，位置检测器包括：
第一测量单元，用于接收红外线信号和第一超声波信号，并且以接收到红外信号的时间为基准测量接收到第一超声波信号的时间；
第一距离计算器，用于根据第一测量单元所测量的时间计算移动式自动装置和第一超声波振荡器之间的距离；
第二测量单元，用于以接收到红外信号的时间点为基准测量接收到第二超声波信号的时间；
第二距离计算器，用于根据第二测量单元所测量的时间计算移动式自动装置和第二超声波振荡器之间的距离；以及
距离和角度计算器，用于根据第一超声波发生器和第二超声波发生器之间的距离值、第一超声波发生器和移动式自动装置之间的距离值以及第二超声波发生器和移动式自动装置之间的距离值，检测移动式自动装置和充电单元之间的距离和角度。
24.根据权利要求22的装置，其特征在于，充电单元还包括多个超声波发生器。
25.根据权利要求22的装置，其特征在于，第一和第二超声波信号具有不同的频率。
26.根据权利要求22的装置，其特征在于，当第一超声波振荡器产生第一超声波信号之后经过预定的时间时，第二超声波振荡器振荡产生第二超声波。
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