CN1634686A - 吸尘器机器人 - Google Patents

Abstract

为解决对复杂形状的地面空间进行快速、彻底、高效地全自动吸尘作业的问题，本发明提出一种可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人。该吸尘器机器人设有一个含有多种不同类型的自动吸尘行走方式库。在进行全自动吸尘作业前，根据所要实施全自动吸尘作业的地面形状及地面材质，通过事先人为地设定以及实际的自动吸尘行走试验确定出相应的自动吸尘行走方式，同时通过记忆装置记忆所确定的自动吸尘行走方式，而后以所记忆的固定的自动吸尘行走方式实施日常的全自动吸尘作业。由此则可达到对任何复杂形状的地面空间皆可快速、彻底、高效地实施全自动吸尘作业的目的。

Description

吸尘器机器人

所属技术领域

本发明涉及一种吸尘器机器人，尤其是涉及一种可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人。

背景技术

目前，世界上开发研究的带有记忆功能的吸尘器机器人多是采用形状记忆方式，如日本特许公报特开2002-312035、人民网日本版(http：//japan.people.com.cn/，2003.3.27.)登载的“松下开发出自动行走的吸尘器机器人”，都是绕房间边缘行走来记忆房间的形状(包括形成房间地图或记忆地点特征图像等)，并且通过吸尘器的检测器(含摄像机等)获取并记忆障碍物的形状。而后通过吸尘器机器人上装设的智能处理系统、或通过无线通信方式由其他中央处理系统等自动地计算并确定出相应的自动行走方式，并实施全自动吸尘作业。

但由于房间的构成及内部障碍物的形状各异(如多室套间、设置屏风隔断的办公室、展览大厅、宾馆同一楼层的多房间等)，则对于复杂的房间结构及存在多个复杂形状的障碍物时，在对其形状的检测探索、对可实施自动吸尘的地面形状进行综合记忆、自动确定并实施相应的自动吸尘的行走方式等方面目前还存在处理效率过低、自动吸尘时间过长、甚至不能完全有效地进行处理等问题，以致难于对房间内所有可实施自动吸尘的地面部分达到快速、彻底、高效的全自动吸尘的效果。

另外，在工场的仓库等也有以输送货物为目的、对固定的起终点设定其行走路线，并通过记忆各段路线，而后按所记忆的行走路线进行行走的输送机器人。也有按此方式对固定的场地进行全自动吸尘的吸尘器机器人。但因其是对各段路线逐个设定的(通常设定直线行走的距离或时间等)，则对于不是以到达目的地的简单行走路线为主而是以行走路线所覆盖的吸尘面积为主的吸尘器机器人来说，若用此方式，因其各段路线设定过程繁琐耗时、效率较低、且灵活性差，则对于复杂形状的房间或经常变更摆设的房间将难于快速、高效、灵活地对应·处理。此外，也有在工场内设置相应的地点标志或经路引导装置等进行行走诱导的方式，但由于此方式实施费用较高，且对于一般的民用建筑房间来说设置不便等则也难以适用。

发明内容

1.本发明所要解决的技术问题

为了解决现有吸尘器机器人难于对复杂形状的房间进行快速、彻底、高效地全自动吸尘作业，本发明提出一种可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人。该吸尘器机器人可高效地对任何复杂形状的房间进行快速、彻底地全自动吸尘作业。

2.本发明解决其技术问题所采用的技术方案

(1)本发明所涉及的吸尘器机器人装有一个自动吸尘行走方式库，该库内含有多种类型的行走方式(此处称为单纯行走方式)与吸尘方式。

单纯行走方式：

·所谓单纯行走方式是指不需人为操作而自动按某种特定的规律(包括智能判断处理规律)进行行走的一种自动行走方式。

·单纯行走方式可为直线前进、直线后退、向左旋转、向右旋转、向后旋转等简单的自动行走方式；也可为沿墙壁行走、随机行走、直角纵横行走等由多种其他单纯行走方式的有机组合而构成的较为复杂的、但具有某种特定规律的、同时可包含一定智能判断处理能力(例如检测到障碍物时自动避开、识别某地点特征图像后改变行走方式、碰至墙壁时自动变更方向等)的自动行走方式(参考图1)。

·另外，单纯行走方式不单单是为到达某一目的地而沿某特定经路单纯行走的一种行走方式，而主要是与吸尘装置配合通过其不同方式的行走路线来达到对一定形状的地面面积起到吸尘覆盖效果的一种行走方式。

吸尘方式：

·本发明所述的吸尘器机器人同时具有一种以上的吸尘方式，它可根据不同的地面材质条件实施不同的吸尘作业。

·本发明所述的多种吸尘方式可分为标准吸尘方式、强力吸尘方式、弱力吸尘方式、不吸尘方式、以及自动吸尘方式等。

·标准吸尘方式是采用通常的吸尘强度及行走速度进行自动吸尘的；而强力吸尘方式或弱力吸尘方式是相对于标准吸尘方式而言，是使吸力增强或减弱、行走速度减慢或加速等，以达到对不同的地面条件(例如地面的材质、灰尘程度等)的部分实施相应的自动吸尘的效果。其中吸尘强弱的程度可分为多档次。

·不吸尘方式是指不进行吸尘作业。通常用于自动吸尘停止、纯粹的行走、或不需要吸尘的场合。

·自动吸尘方式是指由吸尘器机器人根据所要吸尘的地面条件自动判断是否进行吸尘、以及吸尘力度的强弱、吸尘时的行走速度、或者是否采取其他相应的吸尘方式(例如自动更换吸尘刷的种类)等。

自动吸尘行走方式：

·吸尘器机器人的单纯行走方式与吸尘方式相配合则可构成一种具有一定功能的自动吸尘及行走方式，由此可对不同形状及材质的地面空间进行相应的自动吸尘作业。在此本发明将这些由单纯行走方式与吸尘方式的组合所构成的吸尘与行走方式统称为自动吸尘行走方式。

·自动吸尘行走方式可由一种单纯行走方式与一种吸尘方式所构成，也可由多种单纯行走方式与多种吸尘方式所构成。

·自动吸尘行走方式库可设在吸尘器机器人本身、也可设在与之相关的遥控装置上(例如遥控器、远程控制服务器等)。

(2)本发明根据所要实施全自动吸尘的地面形状及地面条件，在全自动吸尘作业前，通过事先手动设定或进行实际的自动吸尘行走试验来人为地确定相应的单纯行走方式、单纯行走方式之间的转换点(如地点、时间、或某种条件等)、以及相应的单纯行走方式的行走顺序；并根据其地面条件设定相应的吸尘方式。由此，按照这些由单纯行走方式及其相应的吸尘方式的有机组合所构成的自动吸尘行走方式即可对房间内所有可实施自动吸尘的地面部分进行相应的全自动吸尘作业。

单纯行走方式的转换点：

·所谓单纯行走方式之间的转换是指为达到对新的地面部分进行相应的自动吸尘或为到达新的准备实施自动吸尘的地面空间的某一地点而对现有单纯行走方式的一种转换，即使得转换后的单纯行走方式可实现转换前的单纯行走方式所不能达到的吸尘或行走效果。

·单纯行走方式的转换必需存在一个转换点。一种单纯行走方式可在此转换点直接转换到另一个不同效果的单纯行走方式上(如图2所示，若按随机行走方式8行走到某时间时设定其转换到沿墙壁行走方式10，这时在转换点11吸尘器机器人则自动转换到沿墙壁行走方式10上，即吸尘器机器人先沿转换前的行进方向一直行至墙壁，而后便沿墙壁一直进行自动行走。另外，一种单纯行走方式也可在此转换点上先由原地进行方向旋转的单纯行走方式转换吸尘器机器人的行进方向，而后再转换到另一个具有不同效果的单纯行走方式上(如图3所示，按直进行走方式3自动行走的吸尘器机器人当行至转换点12时，为使其转换到直角纵横行走方式9上，则在转换点12上先需将吸尘器机器人的行进方向进行转换，即在此先按向左直角旋转行走方式6将吸尘器机器人向左直角旋转，而后再按直角纵横行走方式9进行自动行走。因此，一次单纯行走方式的转换可为两个单纯行走方式间的直接转换(此转换点称为直接转换点)，也可为两个单纯行走方式经由一个在转换点上的单纯行走方式(如原地旋转行走方式)后所进行的间接转换(此转换点称为间接转换点)。

·所谓单纯行走方式之间的转换点是指两种单纯行走方式之间发生转换时的地点、场合等。可为转换地点、转换时间、或某种条件(例如检测器确认出某一地点的特征图像时)等。通常，确定合适的转换点可避免或减少转换前后单纯行走方式重复行走所覆盖的地面吸尘部分。

手动设定及行走试验：

·所谓事先手动设定或进行实际的自动吸尘行走试验是指在进行全自动吸尘作业前，根据所要实施自动吸尘的地面形状及地面条件，借助人的大脑分析判断来人为地直接设定、或通过对临时设定的不同的单纯行走方式进行相应的实际行走试验，并根据其试验效果来确定出吸尘器机器人所应采取的单纯行走方式、单纯行走方式之间的转换点、以及相应的行走顺序。同时在进行行走方式的手动设定或实际的行走试验时，也可进行相应的吸尘方式的设定或吸尘效果试验。

·通常对吸尘器机器人的自动吸尘行走方式的设定或实际试验可通过直接操作、或无线(或有线)遥控等方式进行。

全自动吸尘作业：

·所谓全自动吸尘作业是指不需人为操作的、而按某种行走方式自动行走的、并以相应吸尘方式实施自动吸尘的一种完全自动式的吸尘作业方式。

·全自动吸尘作业过程中的自动吸尘行走方式是由至少一个单纯行走方式的转换点、至少两种单纯行走方式、以及至少一种吸尘方式的有机组合所构成。

·本发明所述的吸尘器机器人根据所要吸尘的地面形状也可采用对一部分地面空间采用局部全自动吸尘作业而在另一部分地面空间采用手动遥控吸尘作业的半自动吸尘作业方式进行相应的吸尘作业。

·通常对一般的无需采取特殊吸尘方式进行自动吸尘的地面条件，在全自动吸尘作业时也可只按一种吸尘方式(如标准吸尘方式或自动吸尘方式等)进行自动吸尘，这可视为上述可变式自动吸尘方式的一种特例。

(3)本发明由记忆装置对上述手动设定、或由实际的自动吸尘行走试验所确定的所有单纯行走方式、单纯行走方式之间的转换点及行走顺序、以及相应的吸尘方式等进行记忆，而后使吸尘器机器人按此所记忆的固定的自动吸尘行走方式进行日常的全自动吸尘作业。

·上述记忆装置是指能够对所选定的单纯行走方式、单纯行走方式之间的转换点、单纯行走方式的行走顺序、以及相应的吸尘方式等进行记忆的电子记忆装置或机械记忆装置等。

3.本发明的有益效果

本发明根据所要吸尘的地面形状及条件，通过事先记忆人为设定的自动吸尘行走方式，而后按其所记忆的自动吸尘行走方式固定地进行日常的全自动吸尘作业，则可达到现有吸尘器机器人目前还难于达到的、对任何地面形状的可实施自动吸尘的地面空间进行快速、彻底、高效地全自动吸尘作业的效果。此外，本发明的产品开发亦相对简单、易于实现、便于迅速实用化推广。

4.附图说明

图1：单纯行走方式的图例

1  吸尘器机器人示意图

2  吸尘器机器人的行走方向

3  直进行走方式

4  直进左转直进行走方式

5  向右直角旋转行走方式

6  向左直角旋转行走方式

7  向后旋转行走方式

8  随机行走方式

9  直角纵横行走方式

10 沿墙壁行走方式

图2：单纯行走方式的转换点图例1

11(直接)转换点

图3：单纯行走方式的转换点图例2

12(间接)转换点

图4：本发明的构成及其相互关系图

13遥控电路

14手动设定切换电路

15全自动吸尘切换电路

16自动吸尘行走方式设定电路

17自动吸尘行走方式记忆电路

18自动吸尘行走方式程序电路库

19自动吸尘行走方式控制装置

20自动吸尘行走装置

图5：本发明的操作流程图

21大脑判断地面形状·地面条件

22手动设定自动吸尘行走方式

23是否进行自动吸尘行走试验

24进行自动吸尘行走试验

25试验效果是否满意判定

26确定并记忆自动吸尘行走方式

27是否所有自动吸尘行走方式都已全部确定

28实施全自动吸尘作业

图6：本发明的实施例

29屏风等隔障

30书柜等障碍物

31起终点

32转换点[直角纵横行走方式9→向右直角旋转行走方式5→直角纵横行走方式9]

33转换点[直角纵横行走方式9→向左直角旋转行走方式6→直进左转直进行走方式4]

34转换点[直角左转直进行走方式4→向右直角旋转行走方式5→直进行走方式3]

35转换点[直进行走方式3→向左直角旋转行走方式6→直进左转直进行走方式4]

36转换点[直进左转直进行走方式4→向后旋转行走方式7→直角纵横行走方式9]

37转换点[直角纵横行走方式9→向后旋转行走方式7→直进行走方式3]

38转换点[直进行走方式3→向左直角旋转行走方式6→直进行走方式3]

39转换点[直进行走方式3→向右直角旋转行走方式5→后退行走方式40]

40后退行走方式

5.本发明的具体实施方式

(1)本发明的构成及相互关系(图4)

·遥控电路13：

可为无线或有线遥控电路。通过其发送的遥控信号可使手动设定切换电路14或全自动吸尘切换电路15动作，以确定进行手动设定操作还是进行全自动吸尘作业。

·手动设定切换电路14及全自动吸尘切换电路15：

可由遥控接受电路构成，也可由普通开关电路等构成。

·自动吸尘行走方式设定电路16：

可由遥控接受电路构成，在手动设定的状态下(手动设定切换电路14为ON时)接收遥控电路13的操作指令信号，并转换为相应的单纯行走方式及吸尘方式的设定信号；也可由多路开关电路构成，各开关或开关的组合可设定不同的行走方式和吸尘方式。

在手动设定自动吸尘行走方式的状态下其信号通常传给自动吸尘行走方式程序电路库18。但当自动吸尘行走方式确定后则将其选定的结果信号传送给自动吸尘行走方式记忆电路17。

·自动吸尘行走方式记忆电路17：

可由电子存储器或电子多路开关等构成。在手动设定方式的状态下，接受自动吸尘行走方式设定电路16的指令信号进行相应的自动吸尘行走方式的顺序记忆。在全自动吸尘的状态下时，则将所记忆的自动吸尘行走方式的顺序指令信号传送给自动吸尘行走方式程序电路库18。

·自动吸尘行走方式程序电路库18：

它是容纳各种单纯行走方式、吸尘方式的控制电路及其程序的电子集合装置。在手动设定方式的状态下，当接收到自动吸尘行走方式设定电路16的指令信号时，其自动吸尘行走方式程序电路库18内相应的单纯行走方式及其吸尘方式的程序电路被指定，其相应的动作控制信号将传送给自动吸尘行走控制装置19。在全自动吸尘状态下，它接收自动吸尘行走方式记忆电路17的自动吸尘行走方式的顺序指令信号，并从自动吸尘行走方式程序电路库18内按指令顺序使其相应的单纯行走方式及其吸尘方式的程序电路动作，同时将相应的自动吸尘行走方式的顺序控制信号传送给自动吸尘行走方式控制装置19。

·自动吸尘行走方式控制装置19：

它是接受自动吸尘行走方式程序电路库18的控制信号，控制自动吸尘行走装置20实施相应的行走及吸尘动作的电气机械控制装置。

·自动吸尘行走装置20：

它是由电动机、吸尘装置、行走机构、传动机构、充电电池等构成，接收自动吸尘行走方式控制装置19的自动吸尘行走方式的控制操作进行相应的自动吸尘行走动作。

(2)本发明的操作流程(图5)

·大脑判断地面形状·地面条件21：

对所要进行全自动吸尘作业的地面空间等，首先利用人的大脑对其形状及地面条件进行判断，初步分析并确定应采取的自动吸尘行走方式。通常其分析及确定的结果并不是单一的，可根据本人的知识及判断选出一种或几种认为是初步可行的方案，而后可在实际的自动吸尘行走试验中检验其效果。

·手动设定自动吸尘行走方式22：

当由判断选定了自动吸尘行走方式后便可对其进行相应的手动设定，并根据实际情况确定是否需要进行实际的自动吸尘行走试验23。

·自动吸尘行走试验24：

通常对于较为复杂的地面形状，通过进行实际的自动吸尘行走试验则可检验出所选自动吸尘行走方式的实际效果，在效果不满意时可随时进行修改和调整。但当地面形状很简单时亦可不进行实际的自动吸尘行走试验而直接设定即可。

·确定/记忆自动吸尘行走方式26：

对实际的自动吸尘行走试验24进行试验效果是否满意判定25，若所选自动吸尘行走方式的试验效果较为满意时，便可确定之。同时对其自动吸尘行走方式进行相应的记忆。

·全自动吸尘作业28：

当对所要实施自动吸尘的地面空间进行全自动吸尘的所有自动吸尘行走方式被确定27后，则可按其所记忆的固定的自动吸尘行走方式及顺序进行通常的无人操作的全自动吸尘作业。

(3)本发明的行走方式设定例(图6)

图6为对一任意假定形状的房间，手动设定其单纯行走方式及其转换点的例子。这里为简要说明，特设定在整个吸尘过程中吸尘方式皆为标准吸尘方式而不再加以累述，在此只就单纯行走方式的设定等进行相应的说明。

通常，单纯行走方式及其转换点的确定可有多种方案，因人而定。一般可通过事先分析判断，初步设定出或由实际行走试验等确定出吸尘器机器人行走时所重复覆盖的吸尘面积或行走经路较少、吸尘行走时间较短、效率较高的单纯行走方式及相应的转换点。作为便捷的手段，采用无线遥控方式可方便地进行相应的设定、行走方式试验、以及相关的操作。

本实施例所设定的自动吸尘行走方式是由7种单纯行走方式的组合、即直角纵横行走方式9、直进左转直进行走方式4、直进行走方式3、后退行走方式40、向右直角旋转行走方式5、向左直角旋转行走方式6、向后旋转行走方式7、以及8个单纯行走方式的转换点[32～39]所构成。

过程说明：

根据房间的形状可判断出它是由屏风等隔离开的整体连通的3部分地面空间所构成。由于3块地面空间皆为长方形状，在此则皆采用吸尘行走效率相对较高的直角纵横行走方式3对其进行自动吸尘；而其地面空间之间则采用单纯的经路行走方式进行相应的位置移动。

具体行走过程及行走顺序：

·假设吸尘器机器人的充电装置设置于地点31处，在此则可将该地点设为起点，因此可采用直角纵横行走方式9对所处的左上部地面空间进行自动吸尘行走。由于事先判断分析，其动作可延续到图6右部的地面空间内，为减少行走方式的转换次数，则可持续采用同样的行走方式直至转换点32。由于按此行走方式将不能向下继续移动，则经吸尘器机器人智能判断在该地点将自动停止，并结束直角纵横行走方式9。

·因吸尘器机器人已到达图6右部的地面空间，则根据其长方形的特点，则也同样采用直角纵横行走方式9进行相应的自动吸尘行走。即在转换点32使吸尘器机器人采用向右直角旋转行走方式5，使吸尘器机器人的行进角度转换到能够实施直角纵横行走方式9的方向上，而后采用直角纵横行走方式9对该部分地面空间进行自动吸尘作业。

·当右部地面空间的自动吸尘行走方式设定完成后，便剩下图6左下部的最后一块地面空间。在此首先通过经路行走式的行走方式使吸尘器机器人从右部地面空间(转换点33)移动到左下部地面空间的相应位置(转换点36)。即在转换点33采用向左直角旋转行走方式6，而后采用直进左转直进行走方式4，当到达转换点34时采用向右直角旋转行走方式5，而后采用直进行走方式3，并在转换点35采用向左直角旋转行走方式6，最后以直进左转直进行走方式4到达转换点36。

·为对左下部的地面空间进行自动吸尘，考虑到其长方形的形状，则还采用直角纵横行走方式9对其进行自动吸尘。为此在转换点36使吸尘器机器人采用向后旋转行走方式7，而后实施直角纵横行走方式9。

·当吸尘器机器人到达转换点37时，整个房间的3块地面空间的自动吸尘行走方式的设定基本完成。最后为使吸尘器机器人返回到起点31，则在转换点37采用向后旋转行走方式7、而后采用直进行走方式3、至转换点38时采用向左直角旋转行走方式6、而后采用直进行走方式3，至墙壁到达转换点39时采用向右直角旋转行走方式5，最后以后退行走方式40退回到起点31，返回吸尘器充电器内进行充电，等待进行全自动吸尘作业。

·至此，整个自动吸尘的行走方式全部设定完毕。而后通过电子记忆装置记忆以上所设定的行走方式、转换点及其顺序，吸尘器机器人则可按所记忆的固定的行走方式对该房间进行日常的全自动吸尘作业。

Claims (10)

1.一种可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是该吸尘器机器人是按事先人为确定并记忆的自动吸尘行走方式进行全自动吸尘作业的。

2.根据权利要求1所述的可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是在该吸尘器机器人本身或与之相关的控制装置上设有一个含有多种单纯行走方式及吸尘方式的自动吸尘行走方式库。

3.根据权利要求1所述的可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是该吸尘器机器人在全自动吸尘作业过程中的自动吸尘行走方式是由权利要求2所述的自动吸尘行走方式库内的至少两种单纯行走方式及至少一种吸尘方式的有机组合所构成，同时至少含有一个单纯行走方式的转换点。

4.根据权利要求2所述的单纯行走方式，其特征是它不需人为操作而自动按某种特定规律进行行走的一种自动行走方式。其中包括为适用于某种用途而将其他多种单纯行走方式进行有机组合而构成的一种新的具有较为复杂行走规律的自动行走方式；同时也包括某种具有一定智能判断处理能力以及相应行走规律的自动行走方式。

5.根据权利要求1所述的可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是在全自动吸尘作业前，通过事先手动设定或进行实际的自动吸尘行走试验来人为地确定相应的单纯行走方式、单纯行走方式之间的转换点、单纯行走方式的实行顺序、以及相应的吸尘方式。

6.根据权利要求5所述的单纯行走方式的转换点，其特征是它是指两种单纯行走方式之间发生转换时的地点或场合。它可为地点，也可为时间，或为某种条件。

7.根据权利要求1所述的可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是它在吸尘器机器人本体或与其相应的遥控装置上设有自动吸尘行走方式的记忆装置。

8.根据权利要求7所述的自动吸尘行走方式的记忆装置可对权利要求5所述的由手动设定或实际的自动吸尘行走试验所确定的各种单纯行走方式、各单纯行走方式之间的转换点、单纯行走方式的实行顺序、以及相应的吸尘方式进行记忆。

9.根据权利要求1所述的可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是该吸尘器机器人是按权利要求7所述的自动吸尘行走方式记忆装置所记忆的自动吸尘行走方式进行全自动吸尘作业的。

10.根据权利要求1所述的可记忆自动吸尘行走方式的吸尘器机器人，其特征是该吸尘器机器人可采用全自动吸尘作业方式，也可采用局部全自动吸尘作业方式与手动遥控吸尘作业方式相结合的半自动式吸尘作业方式进行相应的吸尘作业。

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