CN1954974A - 移动机器人和移动机器人充电站返回系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动机器人和移动机器人充电站返回系统，所述移动机器人通过使用能够共同接收两种类型信号的检测传感器而具有简化的结构，所述两种类型的信号为具有不同频率的充电站导向信号和障碍检测信号。所述移动机器人包括：信号接收单元，包括一个或多个检测传感器，所述检测传感器用于接收不同频带的多个障碍检测信号以及从充电站输出的不同频带的多个充电站位置导向信号；和控制器，用于根据频带来划分和检测从信号接收单元输出的障碍检测信号以及充电站位置导向信号，并根据检测的信号控制移动机器人的操作。

Description

移动机器人和移动机器人充电站返回系统

技术领域

本发明涉及移动机器人，更具体地，涉及移动机器人和移动机器人充电站返回系统，所述移动机器人通过使用能够共同接收两种类型信号的检测传感器而具有简化的结构，所述两种类型的信号为具有不同频率的充电站导向信号和障碍检测信号。

背景技术

为了工业目的而开发了机器人，这种机器人可以用于工厂自动化，或者在人类无法忍受的有限环境中代替人类搜集或收集信息。近来，利用最新的空间开发业，这种机器人设计制造领域已经日益发展，从而开发出人类友好的家庭机器人。这种人类友好的家庭机器人的代表性实例是清洁机器人。

清洁机器人属于移动机器人，这种清洁机器人是在经过某清洁区域(例如，房间和办公室)的同时吸入灰尘或杂质的设备。除了用于吸入灰尘或杂质的常规的真空吸尘器部件之外，这种清洁机器人还包括：行进装置，具有用于使相应清洁机器人进行移动的左右轮发动机；多个传感器，用于检测障碍物，以使得该清洁机器人可以在不与清洁区域中的各种障碍物碰撞的情况下移动；控制器，用于总体地控制该清洁机器人；等等。

因为移动机器人在预定区域移动的同时执行其自己的职责，所以这种移动机器人要具有自动充电功能。即，当该移动机器人自身检查电池电量发现该电池电量没有到达基准值时，该移动机器人自动返回到安装在该区域中的预定位置的充电站，并对自己的电池进行充电。在对电池充电之后，移动机器人再次执行自己的职责。

根据现有技术，为了使得移动机器人自动返回到充电站，已经使用这种方法，即沿着区域的壁表面随机移动该移动机器人，并且当检测到附着在充电站的人工标志时使得移动机器人返回充电站。

然而，由于这种方法沿着壁表面随机移动该移动机器人，所以返回到充电站所需的时间根据移动机器人所在的区域而改变。另外，根据该方法，当检测到附着在充电站的人工标志的时间较迟时，很可能由于移动机器人电池电量的耗尽而停止移动机器人的操作。

根据使得移动机器人自动返回到充电站的另一方法，在充电站安装用于发射红外线或超声波的信号发射装置，并且当检测到从信号发射装置发射的红外线或超声波时使得移动机器人返回到充电站。

为此，必须在移动机器人中安装用于检测充电站位置导向信号的充电站位置检测传感器，另外必须在其中独立地安装用于检测在移动机器人的移动区域中存在的障碍物的障碍检测传感器，从而由于检测传感器的数量的增加、保证安装传感器空间等原因导致移动机器人设计的困难。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种设备和一种移动机器人以及一种移动机器人充电站返回系统，所述移动机器人通过使用能够共同接收两种类型信号的检测传感器而具有简化的结构，所述两种类型的信号为具有不同频率的充电站导向信号和障碍检测信号。

根据本发明的一方案，提供一种移动机器人，所述移动机器人包括：信号接收单元，其包括一个或多个检测传感器，所述检测传感器用于既接收不同频带的多个障碍检测信号，又接收从充电站输出的不同频带的多个充电站位置导向信号；和控制器，其用于根据频带来划分和检测从所述信号接收单元输出的多个障碍检测信号和多个充电站位置导向信号，并根据检测到的信号控制所述移动机器人的操作。

根据本发明的另一方案，提供一种用于使得移动机器人返回至充电站的移动机器人充电站返回系统，该系统包括：充电站，包括一个或多个导向信号输出装置，所述导向信号输出装置用于将不同频率的多个充电站位置导向信号输出至各预定区域；和移动机器人，包括：信号接收单元，其具有一个或多个检测传感器，所述检测传感器用于既接收不同频带的多个障碍检测信号又接收从充电站输出的多个充电站位置导向信号；和控制器，其用于根据频带来划分和检测从所述信号接收单元输出的多个障碍检测信号和多个充电站位置导向信号，并根据检测到的信号控制所述移动机器人的操作。

根据本发明的移动机器人和移动机器人充电站返回系统，所述移动机器人具有能够接收障碍检测信号和充电站位置导向信号两者的一个或多个检测传感器，并利用接收到的信号的频率对多个障碍检测信号和多个充电站位置导向信号进行分类和处理，从而使得移动机器人在行进时能够绕开障碍物，并有效地返回至充电站。

另外，通过使用一个检测传感器来共同检测障碍检测信号和充电站位置导向信号，仅提供执行充电站返回处理的程序，而不改变现有移动机器人的结构，移动机器人就能够有效地返回至充电站。

附图说明

通过参照附图描述本发明的具体实施例，本发明的上述方案和特点将变得更为清楚，附图中：

图1是示意性示出根据本发明的一优选实施例的移动机器人充电站返回系统的示图；

图2是示意性示出根据本发明的一优选实施例的清洁机器人(一种移动机器人)的框图；

图3是示意性示出安装图2中所示的检测传感器实例的示图；

图4是示意性示出安装图2中所示的检测传感器的另一实例的示图；和

图5是示意性示出安装图2中所示的检测传感器的再一实例的示图。

具体实施方式

以下，将参照示出本发明的实施例的附图来更完整地描述本发明。

图1是示意性示出根据本发明的一优选实施例的移动机器人充电站返回系统的示图。如图1中所示，根据本发明的移动机器人充电站返回系统包括充电站100和移动机器人200。充电站100包括一个或多个导向信号发射装置，所述装置用于将具有不同频率的多个充电站位置导向信号发射到各预定区域。移动机器人200接收从充电站100发射的多个充电站位置导向信号以计算充电站100的位置信息，并根据所计算的位置信息返回到充电站100。

充电站100包括多个红外线发射器(导向信号发射装置)。例如，当可用频率的范围为400Hz至500Hz时，将频率为400Hz的红外线发射到相对于充电站100的右侧区域C，将频率为500Hz的红外线发射到相对于充电站100的左侧区域A，以及将上述两种类型的红外线重叠发射到相对于充电站100的中心区域B。

如果移动机器人200通过在执行自己的职责时检测电池电量而确定有必要对其电池进行充电，则移动机器人200利用所接收的充电站位置导向信号执行充电站返回算法，从而返回到充电站100。如果移动机器人200已连接充电站100的充电座(dock)，则充电站100提供电力对移动机器人200的电池进行充电。如果完成充电，则移动机器人200离开充电站100，并再次执行其自己的职责。

商业化移动机器人的代表性实例是清洁机器人200。所述清洁机器人200是在预定区域自由移动的同时吸入灰尘或杂质的移动机器人200。

以下，将参照图2详细描述根据本发明的移动机器人200。

图2是示意性示出根据本发明的一优选实施例的清洁机器人(一种移动机器人)的框图。如图2所示，清洁机器人200包括：灰尘检测传感器(未示出)、吸入器211、清洁装置210、行进装置220、电池230、电池检测电路240和存储器250。该灰尘检测传感器检测在清洁区域中的灰尘或杂质，吸入器211吸入由该灰尘检测传感器检测到的灰尘或杂质。清洁装置210包括灰尘收集器212，其用于收集由吸入器211吸入的灰尘或杂质。行进装置220移动清洁机器人200，电池230对清洁装置210和行进装置220供电。电池检测电路240定期检查电池230的电池电量，并且当该电池电量小于预定基准值时输出电池充电请求信号。存储器250存储清洁机器人200的操作程序，以及存储根据充电站位置导向信号计算的充电站100的位置信息。

另外，清洁机器人200包括信号接收单元260和控制器270。信号接收单元260包括一个或多个检测传感器261，其用于接收具有不同频率的障碍检测信号和充电站位置导向信号。根据从电池检测电路240输出的电池充电请求信号，控制器270利用由信号接收单元260接收的充电站位置导向信号确定充电站100的位置，并向行进装置220输出控制信号以使得清洁机器人200返回到充电站100。

在清洁机器人200的多个部件中，由于清洁装置210和电池230是公知的，所以省略其详细描述。

电池检测电路240以预定的电阻比划分从电池230施加的电压，并将划分后的检测电压输出至控制器270。控制器270根据从电池检测电路240输出的检测电压的电平以条状(bar)信号来显示电池230的电量。另外，电池检测电路240将从电池230测量的电压与在存储器250中存储的基准电压进行比较，并且当所测量的电压没有到达基准电压时，将充电请求信号输出到控制器270。

例如，存储器250可以由非易失性存储器元件(例如EEPROM和闪存)来构成，所述存储器250存储用于运行清洁机器人200的操作程序。另外，存储器250存储根据从充电站100发射的充电站位置导向信号计算的充电站100的位置信息。控制器270访问在存储器250中存储的操作程序和位置信息。

例如，信号接收单元260包括一个或多个红外线传感器，用于检测在清洁机器人200的移动区域中存在的障碍物。所述红外线传感器包括：光发射元件，用于发射红外线；以及光接收元件，用于接收从障碍物反射的光。信号接收单元260利用在光接收元件中接收的反射光确定是否存在障碍物，在从光发射元件发射的红外线从障碍物反射之后测量反射光到光接收元件的输入时间(即行进时间)，以及计算与障碍物的距离。

在符合本发明特征的清洁机器人200中，不分别设置用于接收障碍检测信号和充电站位置导向信号的多个光接收元件。即，使用一个光接收元件来接收障碍检测信号和充电站位置导向信号。因此，信号接收单元260可以接收红外线信号和由障碍物反射的检测信号，其中所述红外线信号为从充电站100输出的充电站位置导向信号。将接收到的障碍检测信号和充电站位置导向信号输出到控制器270，并由控制器270进行处理。随后将详细描述由控制器270进行的信号处理。

行进装置220根据从控制器270输出的控制信号驱动右轮发动机221和左轮发动机222，从而移动清洁机器人200。右轮发动机221和左轮发动机222分别连接至用以移动清洁机器人200的右轮和左轮。因此，根据右轮发动机221和左轮发动机222的旋转速度和方向全方位移动清洁机器人200。

控制器270总的控制清洁机器人200，接收从信号接收单元260输出的障碍检测信号以及充电站位置导向信号，根据其特征将这两种类型信号进行分类，并参照分类后的信号控制清洁机器人200的操作。

控制器270包括：用于控制行进装置220的行进控制器271、信号提取器272、充电站位置计算器273和充电站返回处理器274。信号提取器272将从信号接收单元260输出的具有不同频率的障碍检测信号以及充电站位置导向信号进行分类，并输出分类后的信号。充电站位置计算器273利用从信号提取器272输出的充电站位置导向信号计算充电站100的位置。充电站返回处理器274将控制信号输出至行进控制器271，以使得清洁机器人200参照从充电站位置计算器273输出的充电站位置信息返回至充电站100。

行进控制器271根据基于清洁机器人200的操作程序的控制命令，控制用于移动清洁机器人200的行进装置220。

信号提取器272接收来自信号接收单元260的障碍检测信号和充电站位置导向信号，根据相应的频带将接收到的信号进行分类，以及选择性地输出分类后的信号。例如，当障碍检测信号使用A至B Hz的频带，而充电站位置导向信号是使用C至D Hz的频带的红外线信号时，如果从电池检测电路240输入电池充电请求信号，则信号提取器272从信号接收单元260输出的信号中提取具有C至D Hz的频带的信号，并将提取的信号输出至充电站位置计算器273。另外，信号提取器272提取充电座区域的信号，并将提取的信号输出至充电站位置计算器273，其中所述充电座区域的信号是仅在清洁机器人200可以连接充电站的充电座的区域中接收的信号。

另外，信号提取器272从清洁机器人200中设置的多个检测传感器261中检查在其中接收到充电站位置导向信号的检测传感器261的识别信息，并将相应的识别信息输出至充电站位置计算器273。即，根据在清洁机器人200中安装的每一检测传感器261的位置，所述每一检测传感器261具有唯一识别信息。因此，信号提取器272可以通过这种识别信息来确认已经接收到充电站位置导向信号的检测传感器261。

充电站位置计算器273分析从信号提取器272输出的充电站位置导向信号的频率，确定相应清洁机器人200相对于充电站100所在位置的方向，并将确定结果输出至充电站返回处理器274。

如上所述，在充电站100中设置多个红外线发射器，并且每一红外线发射器将具有不同频率的充电站位置导向信号输出至每一区域。例如，如图1所示，当可用频率的范围为400Hz至500Hz时，将频率为400Hz的红外线发射至相对于充电站100的右侧区域C，将频率为500Hz的红外线发射到相对于充电站100的左侧区域A，以及将两种类型的红外线重叠发射到相对于充电站100的中心区域B。

即，当接收到频率为400Hz的红外线时，充电站位置计算器273通知充电站返回处理器274以下信息：清洁机器人200当前位于相对于充电站100的右侧区域。

另外，当接收到具有500Hz频率的红外线时，充电站位置计算器273通知充电站返回处理器274以下信息：清洁机器人200当前位于相对于充电站100的左侧区域。

因此，充电站位置计算器273确认从信号提取器272输出的充电站位置导向信号的频率，从而确定清洁机器人200当前相对于充电站100所处位置的区域，并将确定结果输出至充电站返回处理器274。

另外，充电站位置计算器273利用从信号提取器272输出的检测传感器261的识别信息来计算充电站100所处的方向，并将计算结果输出至充电站返回处理器274。例如，在充电站100的前/后/左/右分别设置多个检测传感器261的情况下，当从充电站100的左侧设置的检测传感器261接收到导向信号时，充电站位置计算器273利用相应检测传感器261的识别信息可以识别出充电站100位于清洁机器人200移动方向的左侧，并将识别结果输出至充电站返回处理器274。

充电站返回处理器274根据从电池检测电路240输出的电池充电请求接收从充电站位置计算器273输出的充电站位置信息，并且将所接收到的充电站位置信息存储在存储器250中。另外，充电站返回处理器274将控制信号输出至行进控制器271，以根据相应的位置信息移动清洁机器人200。

如果从信号提取器272接收到充电座区域的信号，则充电站返回处理器274将控制信号输出至行进控制器271，以使清洁机器人200根据存储在存储器250中的操作程序的充电座连接算法连接到充电站100的充电座。由于充电站的充电座连接算法已经公知，所以将省略其细节。

图3是示意性示出在清洁机器人上安装检测传感器的实例示图。根据本发明的清洁机器人的一个检测传感器或多个检测传感器中的每一个具有唯一识别信息，图3中示出了多个检测传感器261的情况。如图3所示，所述多个检测传感器261沿着清洁机器人200的侧边彼此相隔预定间隔。每一检测传感器261包括：光发射元件，用于发射红外线以检测障碍物；以及光接收元件，用于接收从障碍物反射的红外线。根据本发明，光接收元件还接收从充电站100输出的充电站位置导向信号，并将所接收到的充电站位置导向信号输出至信号提取器272。

信号提取器272通过光接收元件接收障碍检测信号或充电站位置导向信号，根据相应频带将接收到的信号进行分类。充电站位置计算器273利用检测传感器261的识别信息来计算充电站100的位置，并将所计算的位置的相关信息输出至充电站返回处理器274，其中该检测传感器261为所述多个检测传感器261中接收到充电站位置导向信号的检测传感器。

因此，仅提供用于执行充电站返回处理的软件，而不改变清洁机器人200的结构，清洁机器人200就能够有效返回至充电站。

图4是示意性示出在清洁机器人上安装检测传感器的另一实例的示图。如图4所示，根据本发明的清洁机器人200的多个检测传感器261分别具有唯一识别信息，所述多个检测传感器261以由间隔物262分离的方式安装在清洁机器人200的前表面的上部，以检测从不同方向发送的信号。

图4示出已经安装四个检测传感器的实例。这些检测传感器261由间隔物262分离，接收从四个区域发送的信号，并将接收到的信号输出至信号提取器272。信号提取器272根据相应频带将接收到的障碍检测信号或充电站位置导向信号进行分类。充电站位置计算器273利用检测传感器261的识别信息计算充电站100的位置，并将所计算的位置的相关信息输出至充电站返回处理器274，其中该检测传感器261为所述多个检测传感器261中接收到充电站位置导向信号的检测传感器。

图5是示意性示出在清洁机器人上安装检测传感器的再一实例的示图。如图5所示，根据本发明的清洁机器人200的信号接收单元260包括空间检测传感器263和方向检测传感器264。空间检测传感器263接收充电站100在空间上输出的不同频率的多个充电站位置导向信号，而方向检测传感器264检测所述多个充电站位置导向信号的接收方向。

空间检测传感器263仅包括用于接收从充电站100输出的充电站位置导向信号的光接收元件，并接收输出至图1中所示各预定区域的不同频率的多个充电站位置导向信号。因此，充电站位置计算器273利用所接收的充电站位置导向信号的频带计算相应清洁机器人200当前相对于充电站100所处的空间位置，并将所计算的空间位置输出至充电站返回处理器274。

方向检测传感器264检测从充电站100输出的充电站位置导向信号被接收的方向。例如，方向检测传感器264可以包括前向检测传感器264-1和后向检测传感器264-2。前向检测传感器264-1检测从清洁机器人200的前方发送的充电站位置导向信号，而后向检测传感器264-2检测从清洁机器人200的后方发送的充电站位置导向信号。

当从清洁机器人200的移动方向的前方接收到充电站位置导向信号时，前向检测传感器264-1将预定检测信号输出至充电站位置计算器273。当从清洁机器人200的移动方向的后方接收到充电站位置导向信号时，后向检测传感器264-2将预定检测信号输出至充电站位置计算器273。

充电站位置计算器273利用从空间检测传感器263输出的充电站位置导向信号的频带计算关于清洁机器人200相对于充电站100所处位置的信息，并利用从方向检测传感器264输出的检测信号计算清洁机器人返回充电站100的移动方向。

如上所述，根据本发明的移动机器人具有能够接收障碍检测信号和充电站位置导向信号两者的多个检测传感器，并利用接收到的信号的频率对障碍检测信号和充电站位置导向信号进行分类和处理，从而使得移动机器人在行进时能够避开障碍物，并有效地返回至充电站。

另外，通过使用一个检测传感器来共同检测障碍检测信号和充电站位置导向信号，仅提供执行充电站返回处理的程序，而不改变现有清洁机器人的结构，清洁机器人就能够有效地返回至充电站。

以上实施例和优点仅是示例性的，而不应理解为对本发明的限制。本发明的教导可以容易地应用于其它类型的设备。另外，本发明实施例的描述目的在于示例性，而不是对本发明权利要求范围的限定，并且对于所属技术领域的普通技术人员显然可以进行多种替代、修改和改变。

Claims (14)

1.一种移动机器人，包括：

信号接收单元，其包括一个或多个检测传感器，所述检测传感器用于既接收不同频带的多个障碍检测信号，又接收从充电站输出的不同频带的多个充电站位置导向信号；和

控制器，其用于根据频带来划分和检测从所述信号接收单元输出的多个障碍检测信号和多个充电站位置导向信号，并根据检测到的信号控制所述移动机器人的操作。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，还包括：电池检测电路，其用于定期地检测供电电池的电池电量，并且当检测到的电池电量小于预定基准值时输出电池充电请求信号。

3.根据权利要求2所述的移动机器人，其中所述控制器根据从所述电池检测电路输出的多个电池充电请求信号检测从所述信号接收单元输出的多个充电站位置导向信号，并利用检测到的多个充电站位置导向信号来控制移动机器人返回被识别出位置的充电站。

4.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述控制器包括：

行进控制器，其用于控制使所述移动机器人移动的行进装置；

信号提取器，其利用所述频带对从所述信号接收单元输出的多个障碍检测信号和多个充电站位置导向信号进行分类，并输出分类后的多个信号；

充电站位置计算器，其利用从所述信号提取器输出的多个充电站位置导向信号来计算所述充电站的位置；和

充电站返回处理器，其用于将多个控制信号输出至所述控制器，以参照从所述充电站位置计算器输出的充电站位置信息使得所述移动机器人返回至所述充电站。

5.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述信号接收单元的一个检测传感器或多个检测传感器中的每一个具有唯一识别信息，并在所述信号接收单元包括多个检测传感器的情况下所述多个检测传感器沿着所述移动机器人的侧边彼此相隔预定间隔。

6.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述信号接收单元的一个检测传感器或多个检测传感器中的每一个具有唯一识别信息，并在所述信号接收单元包括多个检测传感器的情况下所述多个检测传感器在所述移动机器人的前表面的上部以由间隔物分离的方式安装，以检测从不同方向发送的多个信号。

7.根据权利要求5或6所述的移动机器人，其中所述控制器利用所述一个或多个检测传感器中接收到所述多个充电站位置导向信号的检测传感器的识别信息，确定所述充电站的位置。

8.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述信号接收单元的检测传感器包括：

空间检测传感器，其用于接收从所述充电站输出至各预定区域的不同频率的多个充电站位置导向信号；和

方向检测传感器，其用于检测所述多个充电站位置导向信号被接收的方向。

9.根据权利要求8所述的移动机器人，其中所述控制器利用由所述空间检测传感器检测到的充电站位置导向信号的频率来确定所述移动机器人距离所述充电站中心的位置，并利用所述方向检测传感器确定所述移动机器人返回所述充电站的移动方向。

10.根据权利要求8所述的移动机器人，其中所述方向检测传感器包括：

前向检测传感器，其用于检测从所述移动机器人前方发送的充电站位置导向信号；和

后向检测传感器，其用于检测从所述移动机器人后方发送的充电站位置导向信号。

11.一种移动机器人充电站返回系统，用于使得移动机器人返回至充电站，该系统包括：

充电站，包括一个或多个导向信号输出装置，所述导向信号输出装置用于将不同频率的多个充电站位置导向信号输出至各预定区域；和

移动机器人，包括：信号接收单元，其具有一个或多个检测传感器，所述检测传感器用于既接收不同频带的多个障碍检测信号又接收从所述充电站输出的多个充电站位置导向信号；和控制器，其用于根据频带来划分和检测从所述信号接收单元输出的多个障碍检测信号和多个充电站位置导向信号，并根据检测到的信号控制所述移动机器人的操作。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述移动机器人的信号接收单元包括：

空间检测传感器，其用于接收从所述充电站输出至各预定区域的多个充电站位置导向信号；和

方向检测传感器，其用于检测所述多个充电站位置导向信号被接收的方向。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述移动机器人的控制器利用由所述空间检测传感器检测到的充电站位置导向信号的频率来确定所述移动机器人距离所述充电站中心的位置，并利用所述方向检测传感器确定所述移动机器人返回所述充电站的移动方向。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述方向检测传感器包括：

前向检测传感器，其用于检测从所述移动机器人前方发送的充电站位置导向信号；和

后向检测传感器，其用于检测从所述移动机器人后方发送的充电站位置导向信号。

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