CN1636685A - 用于校正移动式机器人位置的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于校正移动式机器人位置的装置和方法，包括：一位置通知装置，其安装在一特定区域的一预定位置，用于生成通知该预定位置的一位置信号；一位置信号检测装置，其安装在该移动式机器人的一预定位置，用于检测该位置信号；及一控制装置，其安装在该移动式机器人的预定位置，用于基于与该检测到的位置信号相应的预存的位置信息，校正该移动式机器人的位置，从而当该移动式机器人移动时产生的位置误差可被正确地校正。

Description

用于校正移动式机器人位置的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种移动式机器人，尤指用于校正移动式机器人位置的装置和方法。
背景技术
通常，移动式机器人，特别地，清扫机器人是指用于自动清扫一个待清扫区域的设备，其可在没有任何用户操纵的情况下，自身沿着房屋的一个房间(例如：起居室、内室之类)的墙壁表面移动的同时，通过从地板吸入诸如灰尘之类的异物而自动清扫。
该清扫机器人通过一距离传感器确定其自身与设置在待清扫区域中的诸如家具、办公用品、墙壁之类的障碍物之间的距离。根据该确定了的距离，该清扫机器人选择性地驱动用于驱动其左轮的马达和用于驱动其右轮的马达，由此通过其自身改变它的方向，并清扫一清扫区域。这里，该清扫机器人通过存储在内部存储单元中的地图信息而在清扫区域移动，执行清扫操作。
此后，下面描述用于生成地图信息的制图。
首先，该清扫机器人沿一工作空间(例如房屋的起居室的墙壁表面)的侧面移动，以计算从其自身到安装到墙壁上的充电站之间的距离和方向，并观测(scan)工作空间，基于计算得到的距离值和方向值确定其位置。这里，该清扫机器人通过安装在其轮子上的编码器来检测其当前位置。
该清扫机器人确定是否在其自身和充电站之间有障碍物。如果没有障碍物，该清扫机器人通过从该充电站接收信号或发送信号到该充电站来观测工作空间。另一方面，如果在该清扫机器人和该充电站之间有障碍物，该清扫机器人首先观测另一个工作空间。然后，当障碍物离去时，该清扫机器人观测该障碍物已经离开的工作空间，传送/接收信号到/自该充电站。
然而，通过使用编码器来检测该清扫机器人位置的方法有一个问题，那就是当该轮滑动或空转时，会产生一个误差，因为该清扫机器人的当前位置是通过安装在其轮子上的编码器来搜索的。
根据另一不同的现有技术的检测清扫机器人的位置的方法中，具有相同形状的贴片或反射板以一预定的间隔设置在工作区(例如，房屋的起居室的墙壁表面)，该清扫机器人通过CCD相机识别该贴片或反射板，由此校正由轮子的滑动和空转而发生的错误，并由此识别其自身和充电站之间的距离。然而，通过使用贴片和反射板来检测该清扫机器人位置的方法有这样的问题，就是当清扫工作区中的照明亮度变化时，或识别到形状与该贴片或该反射板类似的一物体时，会积累出距离误差。
另外，如果照明亮度变得比门限值高或低时，由于CCD(电荷耦合器件)相机不能够识别该贴片或反射板，该清扫机器人不能够检测其位置。另外，由于必须将该CCD相机安装在该清扫机器人上，增加了清扫机器人的制造成本。
在已出版的美国专利No.5,440,216和No.5,646,494中披露了有关清扫机器人的现有技术。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于校正移动式机器人的位置的装置和方法，其能够校正当移动式机器人移动时产生的位置误差，其通过接收通知一清扫区域的预定位置的一位置信号，并基于与该接收到的位置信号相应的预存位置信息，来校正移动式机器人的当前位置信息。
为了实现根据本发明目的的这些和其他优点，如在此实施并广义地描述的那样，提供了一种用于校正移动式机器人位置的装置，包括：一位置通知装置，其安装在一特定区域的一预定位置，用于生成通知该预定位置的一位置信号；一位置信号检测装置，其安装在一移动式机器人的一预定位置，用于检测该位置信号；及一控制装置，其安装在该移动式机器人的预定位置，用于基于与该检测到的位置信号相应的预存的位置信息，校正该移动式机器人的位置。
为了实现根据本发明目的的这些和其他优点，如在此实施并广义地描述的那样，提供了一种用于校正移动式机器人位置的方法，包括：生成一位置信号，用于通知一特定区域的预定位置；检测该位置信号；和基于与该检测到的位置信号相应的预存位置信息，校正该移动式机器人的位置。
本发明上述和其他的目的、特征、方面和优点，在结合附图阅读了下面对本发明的详细描述之后，将会变得更清楚。
附图说明
下面的附图是为了提供对本发明的更进一步的理解，并构成说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并与说明书一道用于解释本发明的原理。其中：
图1是根据本发明的用于校正移动式机器人位置的装置的结构原理图；
图2是根据本发明的位置通知单元和位置信号检测单元的详细结构视图；及
图3是根据本发明的用于校正移动式机器人位置的方法的流程图。
具体实施方式
下面，参考图1到图3，描述本发明的用于校正移动式机器人的位置的装置和方法的较佳实施例。其能够校正当移动式机器人移动时产生的位置误差，其通过接收通知一清扫区域的预定位置的一位置信号，并基于与该接收到的位置信号相应的预存位置信息，来校正移动式机器人的当前位置信息。
图1是根据本发明的用于校正移动式机器人位置的装置的结构原理图。
如图所示，根据本发明的用于校正移动式机器人位置的装置包括至少一个位置通知单元1～5，其安装在诸如清扫区域(例如起居室、房间、办公室)的特定区域的预定位置上，用于产生一位置信号，来通知该预定位置；一位置信号检测单元10，其安装在该移动式机器人的预定位置上，用于检测该位置信号；和一控制单元(未示出)，安装在该移动式机器人的预定位置上，用于当该移动式机器人移动时，基于与该检测到的位置信号相应的预存的位置信息来校正位置误差。
下面，参考图2和图3详细描述根据本发明的用于校正移动式机器人位置的装置的操作。
图2是根据本发明的位置通知单元1～5和位置信号检测单元10的详细结构视图。
如图所示，该位置通知单元(例如，第一位置通知单元1)包括一磁铁固定站11；一个或多个永久磁铁12以二进制模式(binary pattern)安装在该磁铁固定站11。在此，可以安装一个或多个永久磁铁12，并且该永久磁铁12以二进制模式安装在磁铁固定站11上，以产生一相应于二进制值的磁场。例如，假定该位置通知单元1是该第一位置通知单元1，该第一位置通知单元1的二进制值、位置信号是“010”，并且在该磁铁固定站11(例如第一到第七位置)上可以以固定的间隔安装有7个永久磁铁，该永久磁铁仅仅安装在该磁铁固定站的第二位置，而不在其他位置(第一和第三到第七位置)安装。
该位置检测单元10包括多个磁传感器13(例如，七个磁传感器)，以检测由该一个或多个永久磁铁12产生的磁场，并将该检测到的磁场转换为电信号(“1”或“0”)，并输出该电信号。在此，检测到该磁场的磁传感器输出“1”，而没有检测到该磁场的磁传感器输出“0”。另外，该磁传感器安装在该移动式机器人上，并与该第一～第七位置相应。也就是说，该电信号(“1”和“0”)被控制单元转换成二进制值。
图3是根据本发明的用于校正移动式机器人位置的方法的流程图。
如图所示，根据本发明的用于校正移动式机器人位置的方法包括如下步骤：产生一位置信号，用于通知一特定区域的一预定位置；检测该位置信号，基于预设的地图信息，在该特定区域移动该移动式机器人；比较该检测到的位置信号和一预设的位置信号；及基于该比较结果，校正该移动式机器人的当前位置误差。
首先，将该位置通知单元1～5安装在诸如清扫区域(例如，起居室、房间、办公室)的特定区域的预定位置(例如，墙壁)，并产生一位置信号，用于通知该预定位置。这里，每个位置通知单元包括一个磁铁固定站11和以固定间隔固定地安装在该磁铁固定站11上的一个永久磁铁12或多个永久磁铁12。另外，该永久磁铁12以二进制模式安装在该磁铁固定站11上，以彼此区分多个预定位置。例如，如果该永久磁铁以二进制模式安装在该磁铁固定站11上，该永久磁铁12产生一相应于该二进制值的磁场。因此，该位置通知单元(例如，第一位置通知单元1)通知该预设位置(例如该第一位置通知单元1的位置)，并输出一固有标识(ID)，即相应于该磁场的一二进制值，以将该预设位置从其他预设位置(例如，第二到第五位置通知单元2-5)中区别开来。此时，该控制单元可基于该固有的标识(ID)识别并区分该预设位置(S1)。该固有ID意味着位置信号。
另外，该位置通知单元1～5可安装在墙壁表面。这里，优选地，该位置通知单元(第一到第五位置通知单元)安装在彼此相遇的两个墙壁的其中之一上，从而移动式机器人能够轻易地搜索该位置通知单元(第一到第五位置通知单元的其中之一)的位置。
此后，当该移动式机器人根据由用户的指令预设的地图信息在清扫区域移动时(S2)，该位置信号检测单元10检测该位置信号(固有ID)并将该检测到的位置信号输出到该控制单元(未示出)(S3)。这里，优选地，一磁场传感器13被用作该位置信号检测单元10。安装在该位置信号检测单元10的多个磁场传感器13检测包含在该位置通知单元1～5的永久磁铁12产生的磁场，并将检测到的磁场转换为电信号并将该电信号输出到该控制单元。这里，该磁场传感器13安装在该移动式机器人中，与该永久磁铁12相应，以检测该永久磁铁12产生的磁场。
该控制单元(未示出)将该检测到的位置信号与该预存的位置信号相比较。如果该检测到的位置信号与该预存的位置信号相同，该控制单元基于与该相同的预设位置信号相应的预设位置信号，校正该移动式机器人的当前位置误差。例如，该控制单元将该电信号转换为二进制值，并将转换后的二进制值(位置信号)与该预设的二进制值(预设的位置信号)相比较。如果该转换后的二进制值(位置信号)与其中一个预存的二进制值相同(S4)，该控制单元基于与该相同的预设二进制值相应的位置信息(例如第一位置通知单元1的位置信息)，校正该移动式机器人的当前位置(S5)。也就是说，该移动式机器人的控制单元将该校正后的位置信息应用到预设的地图信息，由此以与现有技术相同的方式，在该特定区域中移动该移动式机器人。在此，第一到第五位置通知单元的位置信息被预存在一存储单元(未示出)中，该存储单元安装在该控制单元中。
只要校正该移动式机器人的位置误差需要花费的预定时间过去之后，该移动式机器人的控制单元基于该预设的地图信息，选择最近的位置通知单元，并沿墙壁表面移动该移动式机器人。当该移动式机器人接近该选定的位置通知单元时，该控制单元接收从该选定的位置通知单元1～5发出的位置信号，由此校正该移动式机器人的位置误差。在此，优选地，当该移动式机器人接近该位置通知单元时，该移动式机器人的速度会降低，以正确地检测由该位置通知单元产生的位置信号(磁场)。
综上所述，根据本发明的用于校正移动式机器人位置的装置和方法，可以通过在清扫区域的预定位置以二进制模式安装多个永久磁铁，并基于该永久磁铁产生的磁场来识别并区分该预定位置，校正当移动式机器人移动时发生的位置误差。也就是说，本发明能够正确地校正由该移动式机器人轮子的滑动或空转所产生的位置误差(累积位置误差)。
由于本发明在不脱离本发明精神和本质特性情况下，可以多种形式实施，应当理解上述实施例并不限于上述描述的任何细节，除非明确指出。本发明的精神和范围应当由后附的权利要求书广义地限定。所以任何落入权利要求书范围内的改变和修正，或该范围内的等效替换物，均应包含在后附权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种用于校正移动式机器人位置的装置，包括：
一位置通知装置，其安装在一特定区域的一预定位置，用于生成通知该预定位置的一位置信号；
一位置信号检测装置，其安装在一移动式机器人的一预定位置，用于检测该位置信号；及
一控制装置，其安装在该移动式机器人的预定位置，用于基于与该检测到的位置信号相应的预存位置信息，校正该移动式机器人的位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中该控制装置基于与该特定区域的预定位置相应的预存位置信息，校正当该移动式机器人移动时生成的位置误差。
3.如权利要求1所述的装置，其中该位置通知装置包括：
一磁铁固定装置，和
至少一个磁铁，固定安装在该磁铁固定装置上。
4.如权利要求3所述的装置，其中该磁铁以二进制模式安装在该磁铁固定装置上，以识别和区分该预定位置。
5.如权利要求4所述的装置，其中该位置通知装置生成相应于一个二进制值的一磁场，以区别该特定区域的一预定位置。
6.如权利要求5所述的装置，其中该位置信号检测装置包括磁传感器，其中该磁传感器检测相应于该二进制值的磁场，并将该检测到的磁场转换成一电信号。
7.如权利要求6所述的装置，其中该控制装置将该电信号转换为二进制值，并当该二进制值与一预存的二进制值相同时，基于与该预存的二进制值相应的预存位置信息，校正该移动式机器人的当前位置。
8.如权利要求7所述的装置，其中该控制装置包括：一存储装置，用于预存和该特定区域的一预定位置相关的该预存的二进制值和该位置信息。
9.如权利要求1所述的装置，其中当该位置信号与一预存的位置信号相同时，该控制装置基于与该预存的位置信号相应的位置信息，校正该移动式机器人的当前位置信息。
10.如权利要求1所述的装置，其中该位置通知装置是用于产生一通知其位置的磁场的装置。
11.如权利要求10所述的装置，其中用于生成该磁场的该装置是一磁铁。
12.如权利要求11所述的装置，其中该磁铁是一永久磁铁。
13.如权利要求1所述的装置，其中该位置通知装置安装在一墙壁表面。
14.一种用于校正移动式机器人位置的方法，包括：
生成一位置信号，用于通知一特定区域的预定位置；
检测该位置信号；和
基于与该检测到的位置信号相应的预存位置信息，校正该移动式机器人的位置。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在校正该移动式机器人的位置的步骤中，基于与该特定区域的一预定位置相应的预存位置信息，校正当该移动式机器人移动时生成的位置误差。
16.如权利要求14所述的方法，其中，在生成该位置信号的步骤中，生成相应于一个二进制值的磁场，以识别和区分该特定区域的预定位置。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在检测该位置信号的步骤中，检测该磁场，并将该检测到的磁场转换为一电信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在校正该移动式机器人位置的步骤中，该电信号被转换为二进制值，并且当该二进制值与一预存的二进制值相同时，基于与该预存的二进制值相应的预存位置信息，校正该移动式机器人的当前位置。
19.如权利要求14所述的方法，其中，在校正该移动式机器人位置的步骤中，当该检测到的位置信号与一预存的位置信号相同时，基于与该预存的位置信号相应的位置信息，校正该移动式机器人的当前位置信息。
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