TW201808198A - 清掃機器人 - Google Patents

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Abstract

本發明的清掃機器人包括:一主體,被配置以在清潔區域中行進且吸入該清潔區域中的地板上的異物;一影像感測器,設置在該主體上且被配置以獲取在該主體的一前側的一預定區域的影像;一第一光源,設置在該主體上且被配置以向該預定區域的一第一子區域發射一第一圖案的光;以及一第二光源,設置該主體上於該第一光源下方的位置處,且被配置以向該預定區域的一第二子區域發射一第二圖案的光,該第一子區域位於比該第二子區域低的位置。

Description

清掃機器人
本發明涉及一種清掃機器人。
清掃機器人是透過在待清潔區域內自主地行進時透過抽吸諸如灰塵的異物來自動清潔地板的裝置。清掃機器人可以感測到在清潔區域中感測障礙物的距離,例如家具、辦公室設備、或牆壁,並且清掃機器人可以相應地透過控制施加包括在清掃機器人中的一個或多個輪子的驅動力,來映射清潔區域內的障礙物並進行操縱以避開障礙物。
清掃機器人從給定位置行進的距離已經使用觀察清掃機器人相對於附近的天花板或地板的運動的感測器來測量。感測到的障礙物的位置(即,來自給定位置的障礙物的距離)已經藉由清掃機器人基於在遇到障礙物之前從給定位置行進的測量距離來計算。然而,到障礙物的距離的測量是基於清掃機器人的行進距離的間接估計,並且在測量清掃機器人的行進距離時的不準確性導致判定障礙物的位置的錯誤。判定行進距離的錯誤可能由於例如地板上的凹陷而產生。在另一示例中,清掃機器人可以透過發射紅外光或超音波以及測量來自障礙物的反射來執行距離測量,並且這些類型的測量技術可能由於大量的光或聲音被障礙物散射而引起相當大的誤差。
韓國發明專利公開第10-2013-0141979號(以下稱為“'979專利”)揭露一種清掃機器人,包括:一光源模組,被配置以發射十字形圖案的光;以及一相機模組,被配置以拍攝清掃機器人前面的影像。清掃機器人從經由照相機模組獲取的影像中提取圖案,且基於所提取的圖案識別清潔區域中的障礙 物。然而,該清掃機器人可感測到障礙物的範圍受到限制,並且清掃機器人不能識別在一定高度上方垂直延伸的障礙物的立體形狀。
例如,在'979專利中的清掃機器人由於在清潔區域中朝向地板射出的十字形圖案的性質,可能不會感測到位於高於光源模組的障礙物,或者從地板算起比光源模組更高的障礙物。在'979專利中,障礙物的高度可以在一定程度上透過使用從相機模組發射的光的垂直線圖案以顯示障礙物的一部分來測量。然而,這種技術使清掃機器人只能收集關於用光的垂直線圖案照射的障礙物的部分的資訊。
例如,當在床墊下面界定諸如床(具有放置在床腳上的床墊且有一預定空間)的障礙物時,清掃機器人的控制單元可能無法識別床墊,因為從光源模組發射十字形圖案的光被引導到空間中的地板,並且不會照射床墊。由於不會感測到障礙物,所以控制單元將控制清掃機器人繼續向床行進,其中清掃機器人可能與諸如支撐床墊的框架結構碰撞而被阻止進入空間,或者可能會在地板與框架之間的這個空間內卡住。
上述參考文獻透過引用併入本文中,在適當情況下,用於適當地教示附加或替代的細節、特徵及/或技術背景。
本發明提供一種清掃機器人,其可以使用從佈置在上部和下部位置的兩個圖案照射器所發射的圖案光來獲得關於障礙物之更具體的資訊。本發明還提供一種清掃機器人,可以在行進期間不會有被卡在具有預定高度的空間中的風險,該空間被限定在諸如床的障礙物與清潔區域中的地板之間。本發明還提供一種清掃機器人,其可以更容易地執行校準第一圖案照射器和第二圖案照射器的處理。
根據本發明的一個態樣,上述和其它態樣可以透過清掃機器人來實現,該清掃機器人包括:一主體,被配置以在清潔區域中行進並且將清潔區域的地板上的異物吸入;一影像獲取器,設置在該主體上並被配置以在該主體的一前側的一預定區域獲取影像;一第一圖案照射器,設置在該主體上並且被配置以對該區域向下發射一第一圖案的光;以及一第二圖案照射器,設置在該 主體上於該第一圖案照射器下方的位置處,並且被配置以對該區域向上發射一第二圖案的光。
當從該主體的側表面觀察時,發射該第一圖案的光的路徑和發射該第二圖案的光的路徑可彼此交叉。發射該第一圖案的光的路徑與發射該第二圖案的光的路徑的交叉點可以位於比該影像獲取器開始獲取影像的地板上的點更靠近該主體。
可以將該影像獲取器對齊,使得一透鏡的光軸水平定向並且具有從100度到110度範圍的視角。該影像獲取器可以從與該主體的距離為110mm至120mm的位置獲得地板的影像。第一圖案和第二圖案中的每一個可以包括水平線。該第一圖案的光和該第二圖案的光可以由不同的圖案配置。
該影像獲取器、該第一圖案照射器、以及該第二圖案照射器可以垂直地佈置在該主體的一前表面上的一直線上。該影像獲取器可以設置在比該第一圖案照射器和該第二圖案照射器低的位置處。該第一圖案照射器可以一第一垂直發射角發射該第一圖案的光,而該第二圖案照射器可以一第二發射垂直發射角發射該第二圖案的光。該影像獲取器可以設置在該第一圖案照射器與該第二圖案照射器之間。該第一垂直發射角和該第二垂直發射角中的至少一個可以在20度至30度的範圍內。
該影像獲取器、該第一圖案照射器、以及該第二圖案照射器可以位於耦接到殼體的前側的一基板上。該基板可以是一印刷電路板(PCB)或一可撓性PCB佈線。該第一圖案照射器和該第二圖案照射器中的至少一個可以包括:一雷射二極體(laser diode,LD)或一發光二極體(LED),用於產生光;以及一光學圖案投影元件(OPPE),用於將光轉換成該第一圖案或該第二圖案。
根據本發明的另一態樣,提供一種清掃機器人,包括一影像感測器,被配置以拍攝該清掃機器人前面的一預定區域的影像。該清掃機器人還包括:一第一光源,被配置以對該預定區域的一第一子區域發射一第一圖案的光;以及一第二光源,位於該第一光源下方,且被配置以對該預定區域的一第二子區域發射一第二圖案的光。該清掃機器人還可以包括一控制器,被配置以啟動該第一光源以判定在該預定區域中是否存在一障礙物;以及基於判定該障 礙物存在於該預定區域中,選擇性地啟動該第二光源以判定該障礙物的高度。例如,該控制器可以基於在該影像感測器拍攝的影像中與該第一圖案的光相關聯的一第一光學圖案的位置來判定該障礙物是否存在於該預定區域中;以及可以基於在該影像感測器拍攝的另一影像中與該第二圖案的光相關聯的一第二光學圖案的位置來確定該障礙物的高度。
該影像感測器、該第一光源、以及該第二光源可以安裝到該清掃機器人的一前部的一框架上。該框架可以將該影像感測器位於比該第一光源和該第二光源低的位置。或者,該框架將該影像感測器位於該第一光源與該第二光源之間。例如,該框架可以將第一光源和第二光源相對於該影像感測器對稱地佈置。
根據本發明的另一態樣,提供一種清掃機器人包括:一殼體,形成該清掃機器人的外觀;一左輪和一右輪,可旋轉地設置在該殼體上;一抽吸模組,設置在該殼體中,用於抽吸一清潔區域中的地板上的異物;以及一障礙物感測單元,設置在該殼體的一前表面上,其中該障礙物感測單元包括:一模組框架,耦接到該殼體的該前表面;一影像獲取器,設置在該模組框架上且被配置以獲取在該殼體的一前側的一預定區域的影像;一第一圖案照射器,設置在該模組框架上且被配置以對該區域向下發射一第一圖案的光;一第二圖案照射器,設置在該模組框架上位於該第一圖案照射器下方的位置,且被配置以對該區域向上發射一第二圖案的光。
當從該殼體的側表面觀察時,發射該第一圖案的光的路徑和發射該第二圖案的光的路徑可以彼此交叉。發射該第一圖案的光的路徑與發射該第二圖案的光的路徑的交叉點可以位於比該影像獲取器開始獲取影像的地板上的點更靠近該殼體。該第一圖案和該第二圖案中的每一個可以包括一水平線。該影像獲取器、該第一圖案照射器、以及該第二圖案照射器可以垂直地被佈置成一直線。該影像獲取器可以設置在比該第一圖案照射器和該第二圖案照射器低的位置處。該影像獲取器可以設置在該第一圖案照射器與該第二圖案照射器之間。該第一圖案照射器和該第二圖案照射器可以相對該影像獲取器對稱地佈置。
1‧‧‧清掃機器人
10‧‧‧主體
10h‧‧‧吸入口
11‧‧‧殼體
33‧‧‧充電端子
34‧‧‧抽吸單元
35‧‧‧刷子
36(L)‧‧‧左輪
36(R)‧‧‧右輪
37‧‧‧輔助輪
38‧‧‧電池
39‧‧‧控制面板
100‧‧‧障礙物感測單元
100'‧‧‧障礙物感測單元
110‧‧‧模組框架
120‧‧‧第一圖案照射器
130‧‧‧第二圖案照射器
140‧‧‧影像獲取器
200‧‧‧控制器
210‧‧‧圖案提取器
220‧‧‧障礙物資訊獲取器
230‧‧‧行進控制器
240‧‧‧資料儲存器
300‧‧‧行進驅動裝置
310‧‧‧清潔裝置
θr1‧‧‧第一(垂直)發射角
θr2‧‧‧第二(垂直)發射角
θh‧‧‧水平發射角
h1‧‧‧距離
h2‧‧‧距離
h3‧‧‧距離
d1‧‧‧位置
d2‧‧‧位置
d3‧‧‧位置
PH‧‧‧水平線
PV‧‧‧垂直線
P1‧‧‧第一圖案化光(第一光學圖案)
P2‧‧‧第二圖案化光(第二光學圖案)
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
Hc‧‧‧距離
θs‧‧‧視角
θr‧‧‧發射角(角度)
Dh‧‧‧距離
S1‧‧‧區域
S2‧‧‧區域
T‧‧‧入射面
ref1‧‧‧參考位置
OB1‧‧‧障礙物
△g‧‧‧距離
OB2‧‧‧障礙物
本實施例將參考以下附圖詳細描述,其中相同的參考編號表示相同的元件,其中:第1圖為說明根據本發明例示實施例之清掃機器人的立體圖;第2圖為說明在第1圖中所示之清掃機器人的水平視角的圖;第3圖為第1圖所示之清掃機器人的前視圖;第4圖為第1圖之清掃機器人的底視圖;第5圖係說明第1圖之清掃機器人的主要元件的方塊圖;第6圖(a)和第6圖(b)為障礙物感測單元的前視圖和側視圖;第7圖係說明障礙物感測單元的照射範圍和障礙物感測範圍的圖;第8圖(a)和第8圖(b)係分別說明在校準第一圖案照射器的過程中顯示在所獲取的影像中的第一圖案化光和在校準第二圖案照射器的過程中顯示在所獲取的影像中的第二圖案化光的圖;第9圖(a)和第9圖(b)係分別說明當清掃機器人處於第一位置且障礙物位於清掃機器人的前方時所獲取的影像和當清掃機器人的位置改變為第二位置時所獲取的影像的圖;第10圖係說明當第一圖案化光和第二圖案化光照射在障礙物上時所獲取的影像的圖;第11圖係根據本發明另一實施例之清掃機器人的立體圖;第12圖(a)和第12圖(b)係第11圖所示之障礙物感測單元的前視圖和側視圖;第13圖係說明障礙物感測單元的照射範圍和障礙物感測範圍的圖;第14圖(a)至第14圖(e)係說明第12圖的障礙物感測單元的第一圖案照射器發出的光的圖案的圖;以及第15圖(a)至第15圖(e)係說明在根據本發明實施例的清掃機器人中發射到障礙物的光的圖案的圖。
參考第1圖至第7圖,根據本發明的實施例的清掃機器人1可以包括:一主體10,在清潔區域的地板上行進並吸入地板上的異物(例如,灰塵);以及一障礙物感測單元(障礙物感測器),設置在主體10的前表面上。殼體 11形成主體10的外觀,內部界定容納主體10的構成元件的空間。具有清潔滾筒或清潔刷子的一抽吸單元或模組34可以設置在殼體11中以收集諸如灰塵或廢物的異物。左輪36(L)和右輪36(R)可以可旋轉地設置在殼體11上。主體10經由左輪36(L)和右輪36(R)的旋轉在清潔區域的地板上行進,並且在該過程中,異物經由清潔滾筒被吸入至主體10中。
該抽吸單元可以包括:產生抽吸力的一抽吸風扇(圖中未顯示);以及一吸入口10h,通過該吸入口10h抽吸由抽吸風扇的旋轉所產生的空氣流。該抽吸單元可以進一步包括:一過濾器(圖中未顯示),從通過吸入口10h吸入的空氣流中收集異物;以及一異物收集容器(圖中未顯示),由該過濾器收集的異物積聚在其中。
此外,主體10可以包括驅動左輪36(L)和右輪36(R)的一行進驅動裝置(驅動模組)300。行進驅動裝置300可以包括至少一個驅動馬達。例如,驅動裝置300可以包括被配置以旋轉左輪36(L)的一左輪驅動馬達和被配置以旋轉右輪36(R)的一右輪驅動馬達。
一控制器200可以包括控制行進驅動裝置300的一行進控制器230。行進控制器230可以透過分別控制左輪驅動馬達和右輪驅動馬達的操作來使主體向前行進、向後行進、或旋轉。例如,左輪驅動電動機和右輪驅動電動機可以相同的方向旋轉,以使主體20向前行進,並且當行進控制器230指示左輪驅動馬達和右輪驅動馬達以不同的速度旋轉或者以相反方向旋轉時,可以改變主體10的行進方向。至少一個輔助輪37可以進一步設置在主體10上,以便穩定地支撐主體10。
一資料儲存器240儲存:由障礙物感測單元100拍攝之獲的取影像;障礙物資訊獲取器220用以判定障礙物獲取的參考資料;以及關於所感測障礙物的障礙物資訊。此外,資料儲存器240可以儲存:用於控制清掃機器人1的操作的控制資料;關於清掃機器人1的不同清潔模式的資料;以及在清掃機器人1中產生或從外部接收的地圖。由資料儲存器240儲存的資料可以是微處理器可讀取的。資料儲存器240可以包括:硬碟機(HDD)、固態硬碟(SSD)、矽硬碟機(SDD)、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶光碟(CD-ROM)、磁帶、軟碟機、光學資料儲存裝置等。
一清潔裝置(或清潔控制器)310操作複數個刷子35,以便輕易地抽吸清掃機器人1周圍的灰塵或異物,並且控制抽吸單元34中的清潔滾筒或清潔刷子以吸入灰塵或異物。清潔裝置310還可以控制設置在抽吸單元中的抽吸風扇的操作,這吸入諸如灰塵或廢物等異物,從而通過吸入口10h將灰塵引入異物收集容器中。刷子35可以設置在殼體11的下表面部的前側,並且可以各自包括徑向延伸的葉片或刷毛。通過刷子35的旋轉將灰塵從清潔區域中的地板移除,並且通過吸入口10h抽吸從地板排出的灰塵,從而被收集在收集容器中。
一控制面板39可以設置在殼體11的上表面上,以便接收用於從使用者控制清掃機器人1的各種命令。可充電電池38設置在主體10中。電池38的充電可以在電池38的充電端子33連接到商用電源(例如,房屋中的電源插頭)時或者當主體10與連接到商用電源的單獨的充電站(圖中未顯示)對接時來完成,使得充電端子33電性連接到商用電源。清掃機器人1的電氣構成元件可以從電池38接收電力,因此即使清掃機器人1與商用電源電氣分離,清掃機器人1也可以在電池38充電時進行自主行進。
障礙物感測單元100可以設置在主體10的前表面上。如第6圖所示,障礙物感測單元100可以包括:一第一圖案照射器(或光源)120、一第二圖案照射器(或光源)130、和一影像獲取器(或相機或感測器)140。影像獲取器140拍攝主體10前面的預定區域的影像。第一圖案照射器120向下朝向該區域發射第一圖案的光。第二圖案照射器130設置在第一圖案照射器120的下方,且向上朝向該區域發射第二圖案的光。在其他示例中,障礙物感測單元100的一個或多個元件可以設置在主體10的不同的表面上,例如在頂部、側面或底部表面上。此外,應當理解,雖然第一圖案照射器120和第二圖案照射器130在本文中被描述為單獨的元件,但是它們可以被包含在傳送第一圖案的光和第二圖案的一單一單元(圖中未顯示)中。例如,單一圖案照射器120可以包括透鏡、分光鏡、反射鏡、或分割輸出以形成第一圖案的光和第二圖案的光的其它元件。在又一示例中,單一圖案照射器120可替代性地輸出第一圖案的光和第二圖案的光。
更具體地,參考第6圖,障礙物感測單元100可以包括一模組框架110,其可以固定到殼體11的前表面並且是豎直延伸。第一圖案照射器120、第二圖案照射器130、和影像獲取器140可以固定到模組框架110。在一些實施例中,第一圖案照射器120、第二圖案照射器130、及/或影像獲取器140可以直接固定在殼體11上而無需模組框架110。
在一個示例中,第一圖案照射器120、第二圖案照射器130、及/或影像獲取器140可以安裝在基板上。基板可以耦接到殼體11的前表面。基板可以是一印刷電路板(PCB)或一可撓性印刷電路版(PCB)佈線。
每一個圖案照射器120和130可以包括一光源和一光學圖案投影元件(OPPE),當從光源發射的光被穿透時,其產生預定的光學圖案。光源可以是例如雷射二極體(LD)或發光二極體(LED)。光源可以包括雷射,其能夠進行精確的距離測量,因為與其它光源相比,雷射常具有優異的單色性、直線性、和連接特性。相比之下,取決於諸如顏色、表面條件、和接收紅外線或可見光的物體的材料等因素,紅外光或可見光在距離測量準確度上可能具有很大的差異。OPPE可以包括一透鏡和一繞射光學元件(DOE)。如下所述,取決於包含在每一個圖案照射器120和130中的光學圖案投影元件的配置,可以發射各種光的圖案。
第一圖案照射器120可以將第一圖案的光P1(以下稱為“第一圖案化光”)發射到主體10的前下側。因此,可以將第一圖案化光P1朝向清潔區內的地板發射。第一圖案化光P1可以具有包括相交的水平線PH和垂直線PV的十字形圖案。例如,垂直線PV可以在其一中點處與水平線PH交叉。
第一圖案照射器120、影像獲取器140、以及第二圖案照射器130可以是線性對齊的。在第6圖所示的例子中,影像獲取器140可以位於第一圖案照射器120與第二圖案照射器130之間,但是應當理解,影像獲取器140可以相對於第一圖案照射器120和第二圖案照射器130移動。在一個實施例中,第一圖案照射器120可以位於影像獲取器140上方,並且可以相對於主體10向前和向下發射第一圖案化光P1。因此,第一圖案照射器120可以將第一圖案化光P1照射到位於比第一圖案照射器120低的障礙物上。第二圖案照射器130可以位於影像獲取器140的下方,並且可以相對於主體10向前和向上發射第二 圖案的光P2(以下稱為“第二圖案化光”)。因此,第二圖案的光P2可以照射在牆壁或其他障礙物的一部分上,並且該照射部分可以位於至少比第二圖案照射器130高的高度處。
第二圖案化光P2可以具有與第一圖案化光P1的圖案不同的圖案,並且可以包括例如一水平線段。如第15圖所示,第一圖案化光P1中的水平線段可以是連續線。在另一示例中,第一圖案化光P1中的水平線段可以是點線、虛線或其它斷續線,如第9圖、第10圖所示。因此,第一圖案化光P1和第二圖案化光P2中的水平線段可以基於一感測到的反射是否與連續或斷續的圖案區段相關聯而可視覺性地作區分。
在第2圖中,“θh”表示來自第一圖案照射器120的第一圖案化光P1的水平發射角。當第一圖案照射器120發射包括水平線段PH的第一圖案化光P1時,水平發射角θh可以對應於水平線段PH的相對端之間的角度。第一圖案化光P1的水平發射角θh可以在約130度至140度的範圍內,但是應當理解,不同類型的第一圖案照射器120可以輸出不同的水平噴射角度θh。例如,第一圖案照射器120可以具有更寬的水平發射角θh(例如,大於140度)或更窄的水平發射角θh(例如,小於130度)。
距離第一圖案照射器120的給定距離處的水平線段PH的寬度可以基於水平發射角θh而變化。因此,當水平發射角θh增加時,水平線段PH的寬度也在給定距離處增加。如第2圖所示,對於給定的水平發射角θh,水平線段PH的寬度也可以與機器人本體的距離成比例地變化。如下所述,如影像獲取器140感測到的,與障礙物的水平線段PH的反射相關聯之感測到的光學圖案的寬度可以用於判定障礙物與主體10的距離。
第2圖繪製了從清掃機器人1的前側延伸的虛線,並且第一圖案化光P1可以相對該虛線對稱。例如,第一圖案化光P1中的水平線段的一半可以照射到移動體10的右側,並且第一圖案化光P1中的水平線段的另一半可以照射到移動體10的左側。
當第二圖案照射器130發射第二圖案化光P2時,水平發射角θh也可對應於第二圖案化光的相對端之間的角度。在一個示例中,由第二圖案照射器130發射的第二圖案化光P2的水平發射角可以在約130度至140度的範圍 內,但是應當理解,不同類型的第二圖案照射器130可以輸出不同的水平發射角θh。在一些實施例中,第二圖案照射器130可以與第一圖案照射器120相同的水平發射角發射第二圖案化光P2。例如,當接觸設置在與主體10類似距離之共同的垂直表面及/或不同的表面時,第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的水平線段PH可以具有類似的寬度。在一種情況下,第二圖案化光P2也可以相對於第2圖所示的虛線對稱,使得第二圖案化光P2的大致一半被第二圖案照射器130發射到主體10的右側,而另外一半的第二圖案化光P2被第二圖案照射器130發射到主體10的左側。
影像獲取器140可以拍攝主體10前面的區域的影像。如本文所使用的,術語“前面”是與主體10的行進的方向及/或其中安裝有障礙物感測單元100的主體10的一部分有關。例如,圖案化光P1和P2可以朝向影像獲取器140所獲取的影像中拍攝的區域(以下稱為“獲取的影像”)發射。在下文中,在獲取的影像中的圖案化光P1和P2的反射稱為“光學圖案”。由於光學圖案可以基本上對應於圖案化光P1和P2的反射部分,所以在這裡使用與圖案化光P1和P2相同的參考標號來表示光學圖案。也就是說,在這裡將對應於第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的各個影像稱為第一光學圖案P1和第二光學圖案P2。
影像獲取器140可以包括一數位相機,其將物體影像轉換為電子信號,並將電子信號改變成數位信號,以將數位信號儲存在記憶體中(例如,在資料儲存器240中)。該數位相機可以包括一影像感測器(圖中未顯示)和一影像處理模組(圖中未顯示)。該影像感測器是將光學影像轉換為電子信號的裝置,並且可以被配置以具有複數個光電二極體的整合晶片。例如,光電二極體可以是像素感測器或其他類型的光學感測器。相應的像素感測器可以在光通過透鏡之後累積對應於來自拍攝影像中的區域的不同程度(即,亮度或強度)的電荷,並且累積在像素中的電荷可以被轉換為電子信號(例如,電壓),其基於接收到的光的感測強度而變化。影像感測器可以是諸如電荷耦合器件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)之類的眾所周知的元件之任一者。
影像獲取器140可以基於影像感測器輸出的類比信號而產生數位影像。影像獲取器140可以包括:一(AD)轉換器,其將類比信號轉換為數位信號的類比數位;一緩衝記憶體,其根據從AD轉換器輸出的數位信號暫時記錄數位資料;以及一數位信號處理器(DSP),其透過處理記錄在緩衝記憶體中的數位資料形成數位影像。
參考第5圖,控制器200可以包括:一圖案提取器210,其從影像獲取器140拍攝的影像(即,所獲取的影像)感測光學圖案P1和P2。圖案提取器210可以相對於構成獲取的影像的預定像素來感測諸如點、線、面或其他形狀的特徵,並且可以基於感測到的特徵感測光學圖案P1和P2或構成光學圖案P1和P2的點、線、和面。例如,圖案提取器210可以提取由比周圍更亮的連續像素形成的線,從而提取包含在第一光學圖案P1中的水平線PH和垂直線PV、以及包含在第二光學圖案P2中的水平線。然而,本發明不限於此,且從數位影像提取期望圖案的各種方法係已知的。因此,圖案提取器210可以使用這些已知技術中的任何一種來提取第一光學圖案P1和第二光學圖案P2。
在下文中,第一圖案照射器120或第二圖案照射器130發光的方向與水平面(例如,平行於清掃機器人行進的表面)之間的角度差可以被稱為垂直發射角(θr)。具體地,該垂直發射角可以對應於圖案照射器120或130發射第一光學圖案P1或第二光學圖案P2和水平面的方向之間的角度。
第一圖案照射器120和第二圖案照射器130可以對稱地佈置成垂直對齊。更具體地,第一圖案照射器120和第二圖案照射器130可以佈置在預定的垂直線上,第一圖案照射器120可以第一垂直發射角向下發射第一圖案化光P1,而第二圖案照射器130可以第二垂直發射角向上發射第二圖案化光P2。第一垂直發射角及/或第二垂直發射角可以在20度至30度的範圍內,但是應當理解,第一圖案照射器120或第二圖案照射器130中的一個或多個可以以不同的垂直發射角發射光輸出。
當第一圖案照射器120和第二圖案照射器130對稱佈置時,第一垂直發射角和第二垂直發射角可以是相同的角度θr。在其他示例中,第一垂直發射角和第二垂直發射角可以彼此不同,使得第一圖案照射器120和第二圖案照射器130相對於水平面以不同的角距離發射光圖案。角度θr可以例如為20 度至30度的範圍,但是第一圖案照射器120或第二圖案照射器130中的一個或多個可以以不同的垂直發射角度輸出圖案化光。
如前所述,第一圖案照射器120和第二圖案照射器130可以相對於影像獲取器140(即,等距離)對稱地定位。參考第7圖,第一圖案照射器120可以與影像獲取器140向上間隔一距離Dh,而第二圖案照射器130可以與影像獲取器140向下間隔相似的距離Dh。此外,第一圖案照射器120和第二圖案照射器130可以相對於居中的影像獲取器140以相似的垂直發射角度輸出圖案化的光。在第一圖案照射器120和第二圖案照射器130相對於影像獲取器140對稱地配置並且以相反的方向以相似的垂直發射角度θr發射圖案化光的配置中,可以下面描述的方式執行校準或產品初始化。
當從第一圖案照射器120及/或第二圖案照射器130發射的圖案化光被照射在障礙物上時,在獲取的影像中的光學圖案P1和P2的位置根據障礙物感測單元100與障礙物之間的距離而變化。例如,當第一圖案化光P1和第二圖案化光P2朝向障礙物照射時,第一光學圖案P1(更具體地,水平線PH)在障礙物更靠近清掃機器人1時在影像中顯得較高。類似地,當障礙物靠近清掃機器人1時,第二光學圖案P2位於該獲取的影像中較低的位置。相反地,當障礙物離清掃機器人1更遠時,第一光學圖案P1可能顯得較低,而第二光學圖案P2可能顯得較高。
在一個實施方案中,清掃機器人1可以將識別第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2的各個高度的資料儲存(例如,在資料儲存器240中)在位於已知距離處的障礙物的影像中(例如,10cm)。隨後,可以使用識別給定高度處的障礙物的第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2的高度的資料來判定機器人吸塵1與另一個障礙物之間的距離。例如,影像獲取器140可以拍攝另一個障礙物的影像,以及可以將影像中的第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2的高度與儲存的高度值進行比較。如前所述,當清掃機器人1靠近障礙物移動時,第一圖案化光P1可能在影像中顯得較高,而第二圖案化光P2可能在影像中顯得較低。因此,當影像中的第一圖案化光P1較高及/或影像中的第二圖案化光P2較低時,障礙物的位置可以被判定為比給定距離更近。此外,可以基於影像中的第一圖案化光P1及/或第二圖案化光P2的高度和與設置在給 定距離的障礙物相關聯的所儲存高度值之間的差異,來估計清掃機器人1與障礙物之間的確切距離。
為了精確地執行上述距離測量處理,可以將第一圖案照射器120和第二圖案照射器130中的每一個對齊,以便以預設的垂直發射角度θr準確地發光。可以使用校準過程(例如以下過程)來檢查該先決條件是否得到滿足。當障礙物感測單元100固定在主體10上的特定位置時,面向障礙物感測單元100的垂直入射面T(參見第7圖)可以位於障礙物感測單元100前面的給定距離處。入射面T的位置可以是第一圖案化光P1聚焦的位置。
在該狀態下,第一圖案照射器120發射圖案化光P2,且影像獲取器140獲取影像。入射到入射面T上的第一光學圖案P1被顯示在獲取的影像中。這裡,由於從障礙物感測單元100到入射面T的距離是已知的,因此只要障礙物感測單元100正常製造而無缺陷的情況下,第一光學圖案P1的水平線PH會位在該獲取的影像中的一預定位置ref1(以下稱為“參考位置”)。
參考位置ref1是用於判斷清掃機器人前方沒有障礙物並且將清掃機器人1放置在平坦地板表面上的狀態的標準(即,這裡稱為“正常狀態”的條件)。參考位置ref1是當主體10位於平坦地板上時第一光學圖案P1被顯示的位置。參見第7圖,當第一光學圖案P1朝向位置d3照射時,影像獲取器140拍攝第一光學圖案P1位於該參考位置的影像。第8圖(a)說明在上述過程中顯示在該獲取的影像中的第一光學圖案P1,並且說明在參考位置ref1處偵測到水平線PH的情況。
然後,檢查第二圖案照射器130發射圖案化光的方向的處理可以透過在將障礙物感測單元100翻轉後重複上述校準過程來執行。也就是說,在障礙物感測單元100被上下翻轉之後,使得第二圖案照射器130位於影像獲取器140上方且在朝向地板向下的方向上發射第二圖案化光P2,影像獲取器140獲取第二光學圖案P2在入射平面T處聚焦的影像。當第二光學圖案P2位於參考位置ref1時,第二圖案照射器130處於正常狀態(即,以與第一圖案照射器130相似的垂直發射角θr發光)。然而,當第二圖案照射器130處於異常狀態時,第二光學圖案P2位於與參考位置ref1不同的位置處的獲取的影像中。例如,當第二光學圖案P2位於與參考位置ref1向上間隔一距離△g的位置處之獲 取的影像中時,如第8圖(b)所示,該影像表示第二圖案照射器130的垂直發射角度小於θr的預設值。因此,可以將第二圖案照射器130的垂直發射角度調整到期望值θr。
在另一示例中,當距離△g在預設的容許範圍內時,該距離△g可以儲存在資料儲存器中,以便稍後使用以補償第二光學圖案P2在其它拍攝的影像中的位置。例如,當計算清掃機器人1與障礙物之間的距離時,可以藉由誤差距離△g來調整其它拍攝影像中的第二光學圖案P2的位置。
影像獲取器140可以對齊,使得透鏡的光軸在水平方向上定向,並且第7圖中所示的角度θs是影像獲取器140的視角。視角θs可以對應於影像獲取器140的垂直視圖,並且可以被設定為100度或更多。例如,視角θs可以在100度到110度的範圍內,但是應當理解,影像獲取器140可以具有不同範圍值的視角θs。在一個實施例中,從清潔區域中的地板到影像獲取器140的距離(Hc)可以在約145mm至約155mm的範圍內。
參考第7圖,在來自影像獲取器140之獲取的影像中,清潔區域中的地板可以在指定d2的位置後出現。換句話說,由d2指定的位置可以對應於由影像獲取器140拍攝的視角θs內的地板的最接近部分。繼續第7圖,“S2”表示在正常狀態之獲取的影像中從位置d2到位置d3的地板區域,為第一光學圖案P1的中心(即,水平線PH與垂直線PV的交點)。當障礙物位於區域S2中時,影像獲取器140可以獲取照射第一圖案化光P1的障礙物的影像。如果障礙物比清掃機器人1遠離位置d3,則第一圖案的光P1可能在到達障礙物之前照射地板。在一個示例中,從主體10到位置d2的距離可以被設定在從100mm到120mm的範圍內,而位置d3可以位於距離清掃機器人1大約400mm的距離處,而不是不必要地在此作限制。
此外,在第7圖中,“S1”表示第一光學圖案P1和第二光學圖案P2的垂直位置相反的區域(即從清掃機器人1到第一圖案化光P1和第二圖案化光P2交叉的位置d1的區域)。當障礙物位於區域S1中時,第一光學圖案P1位於該獲取的影像中的第二光學圖案P2的上方。在一個示例中,位置d1可以是與清掃機器人1間隔距離為70mm至80mm的位置,而不須不必要地限制。 例如,d1可以基於第一圖案照射器120和第二圖案照射器130的垂直發射角度來變化。
第9圖(a)和第9圖(b)係分別說明當清掃機器人處於障礙物位於清掃機器人的前方的第一位置時的第一影像以及當清掃機器人的位置改變為第二位置時獲取的第二影像的圖。當諸如界定一預定空間A的床和地板的障礙物OB1位於清潔區域中時,清掃機器人1可以識別空間A,更具體地,可以偵測空間A的高度。然後,清掃機器人1可以基於所偵測結果判定通過或避開障礙物OB1。
例如,如第9圖(a)所示,第一圖案化光P1可以照射在空間A中的地板上,並且第二圖案化光P2可以照射在位於空間A(例如,支撐床墊的框架)上方的結構(即,障礙物OB1)上。包含在控制器200中的障礙物資訊獲取器220可以識別出位於部分的地板上方的障礙物OB1,第一圖案化光P1照射在該部分的地板上。例如,障礙物資訊獲取器220可以判定第一圖案化光P1位於與正常狀態相關聯之獲取的影像中的相應參考位置處(即,當障礙物不存在於地板上時),但是第二圖案化的光P2位於表示存在障礙物的高度的位置。障礙物資訊獲取器220然後可以基於獲取的影像中的第二光學圖案P2的垂直位置與在給定距離處障礙物上的第二光學圖案P2的參考位置之間的差來判定從清掃機器人1到障礙物OB1的距離,如前所述。
障礙物資訊獲取器220可以判定空間A的高度。例如,障礙物資訊獲取器220可以判定其上照射第二圖案化光P2的障礙物OB1的最低部分,並基於第二圖案照射器130的垂直發射角度和到障礙物OB1的距離來判定清潔區域中該最低部分與地板之間的距離。當判定空間A的高度小於主體10的高度時,行進控制器230可以控制行進驅動裝置300,使得主體10行進以避開障礙物OB1。相反地,當判定空間A的高度大於主體10的高度時,行進控制器230可以控制行進驅動裝置300,使得主體10進入或通過空間A.
在第9圖(b)所示的示例中,第一圖案化光P1的垂直線PV照射在牆壁上,並且水平線PH照射在地板上。在該示例中,第二圖案化光P2的一部分被照射在障礙物OB1上,並且第二圖案化光P2的其餘部分以不同的、較高的高度照射在牆壁上。由於獲取的影像中的第一光學圖案P1基本上對應 於來自第一圖案照射器120的第一圖案化光P1,所以控制器200可以在清掃機器人1之前判定沒有障礙物位於地板上,可以識別清掃機器人1前面的牆壁的存在。然而,由於第二圖案化光P2水平部分在兩個不同高度(即,第一部分在障礙物OB1上的較低高度,以及第二部分在後牆壁上的較高高度處),控制器200可以在與第二圖案化光P2的部分的高度的變化相對應的位置處識別障礙物OB1的側邊緣。如果第二圖案的光P2不被照射,則清掃機器人1可能錯誤地判定OB1不存在,因為第一光學圖案P1位於獲取的影像中的參考位置。
第10圖係說明當第一圖案化光和第二圖案化光被照射在位於地板上的障礙物(OB2)上且延伸到高於第二圖案化光P2之垂直發射水平的高度時所獲取的影像的圖。此外,障礙物OB2比第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的發光寬度窄。參考第10圖,清掃機器人1可以基於第一圖案化光P1及/或第二圖案化光P2識別障礙物OB2的前表面的形狀。例如,清掃機器人1可以基於OB2上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的部分的高度來識別清掃機器人1與OB2的前(即,最靠近清掃機器人1)表面之間的距離。例如,清掃機器人1可以判定障礙物OB2的前表面比後牆壁更靠近,因為影像包括位於參考位置上方的第一圖案化光P1的一部分(即,地板上的高度在障礙物OB2的側面)和位於參考位置下方的第二圖案的光P2的一部分(即,障礙物OB2的側邊處牆壁上的高度)。清掃機器人1與障礙物OB2之間的距離可以例如基於障礙物OB2上的第一圖案化光P1的部分的高度與正常狀態相關聯的參考位置之間的差來判定。
由於第一圖案化光P1的部分高於與正常狀態相關聯的參考位置,清掃機器人1可以判定障礙物位於清掃機器人1前方的地板上。此外,由於部分第二圖案化光P2包含在影像中,清掃機器人1可以判定障礙物OB2的高度在第二圖案照射器130的高度之上延伸,使得清掃機器人1不能超過障礙物OB2。因此,行進控制器230可以控制主體10朝向障礙物OB2行進,並且當判定障礙物OB2高於第二圖案照射器的高度時,行進控制器300可以控制主體10移動以避開障礙物OB2。此外,清掃機器人1可以基於部分第一圖案化光P1及/或部分第二圖案化光P2的高度的變化來判定障礙物OB2的側邊緣。 例如,清掃機器人1可以判定障礙物OB2的前表面不延伸到與清潔狀態相關聯的高度處的部分第一圖案化光P1及/或部分第二圖案化光P2。
在另一示例中,障礙物資訊獲取器220可以基於顯示在獲取的影像中的垂直線PV的長度來識別位於清掃機器人1前面的懸崖。當懸崖(例如樓梯)位於清掃機器人1的前方時,在獲取的影像中的垂直線PV的長度減小。例如,第一圖案化光P1中的垂直線PV的下部分可以表示清掃機器人前面的地板的一部分,但是影像不包括垂直線PV的上部分,因為該上部分朝向懸崖之外的空間照射。此外,可以基於垂直線PV的長度來判定從清掃機器人1到懸崖的距離。例如,當清掃機器人1朝向懸崖移動時,垂直線PV的增加部分被照射到懸崖之外,並且不會被影像中拍攝到的地板反射。因此,當垂直線PV的長度減小時,障礙物資訊獲取器220可以識別懸崖位於清掃機器人1的前方,並且基於所識別的懸崖資訊,行進控制器230可以控制行進驅動裝置300,使得清掃機器人1可以沿著路徑行進,使其不會掉落懸崖。
參考第11圖、第12圖,障礙物感測單元100'可以包括第一圖案照射器120、第二圖案照射器130、和影像獲取器140。影像獲取器140可以以前面描述的方式獲取主體10前面的預定區域的影像。類似於第6圖繪製的實施方式。如圖6所示,第一圖案照射器120可以將第一圖案的光向下發射到清掃機器人前面的區域,而第二圖案照射器130可以位於第一圖案照射器120的下方,且可以向上發射第二圖案的光到該地區。
如前所述,第一圖案照射器120可以將第一圖案化光P1發射到比主體10低的區域和其前方。例如,第一圖案化光P1可以被照射在清潔區域的地板上。第一圖案化光P1可以具有水平線段(PH)。此外,第一圖案化光P1還可以包括穿過該水平線段(PH)以形成十字形圖案的垂直線(PV)(參見例如第1圖)。
第一圖案照射器120、第二圖案照射器130、和影像獲取器140可以垂直對齊。在第12圖繪製的例子中,影像獲取器140位於第一圖案照射器120和第二圖案照射器130的下方。然而,應當理解,在其他示例中,影像獲取器140的位置可以改變,諸如提供影像獲取器140在第一圖案照射器120和第二圖案照射器130之上。
繼續第12圖所示的示例,第一圖案照射器120可以位於模組框架110的最上方位置,並且可以向前和向下發射第一圖案化光P1,以將第一圖案化光P1定位在位於比第一圖案照射器120低的位置。第二圖案照射器130可以位於第一圖案照射器120的下方,並且可以向前和向上發射第二圖案化光P2。因此,第二圖案化光P2可以照射在位於比第二圖案照射器130高的牆壁表面或障礙物或該障礙物的特定部分上。第二圖案化光P2可以具有與第一圖案化光P1的圖案不同的圖案,並且可以包括水平線段。第一圖案化光P1和第二圖案的光P2可以具有不同的視覺特性,以使清掃機器人1可視覺地區分第一圖案化光P1和第二圖案的光P2。如前所述,第一圖案化光P1和第二圖案化光P2可以具有不同的形狀。在另一示例中,第二圖案化光P2的水平線部分是連續線,或者可以是點狀(即斷續)線。在其他示例中,第一圖案化光P1和第二圖案化光P2可以具有不同的顏色、亮度層次、相位等。
第一圖案照射器120的水平發射角θh(參見第2圖)可以在130度至140度的範圍內,而無須不必要地限於此。類似於第一圖案照射器120,第二圖案照射器130的水平發射角度可以在130度至140度的範圍內。在一些實施例中,第二圖案照射器130可以以與第一圖案照射器120相同的水平發射角發射第二圖案化光P2,使得第一圖案化光P1和第二圖案化光P2具有相似的寬度。
參考第12圖和第13圖,第一圖案照射器120和第二圖案照射器130可以對稱地佈置,使得第一圖案照射器120從水平面向下的垂直發射角θr1對應於第二圖案照射器130從水平面向上的垂直發射角θr2。第一圖案照射器120和第二圖案照射器130可以距離h3佈置在上面和下面的位置。第一圖案照射器120向下發射第一圖案化光,並且第二圖案照射器130向上發射第二圖案化光,使得第一圖案化光與第二圖案化光彼此交叉。
影像獲取器140可以拍攝主體10前面的區域的影像。影像獲取器140可以與第二圖案照射器130向下間隔距離h2,並且可以相對於垂直方向的視角θs拍攝主體10前面的區域的影像。影像獲取器140安裝在離地板的距離h1處。影像獲取器140可以安裝在這樣的位置,即,考慮到形成主體10的前表面部分的下端的殼體11的保險桿(圖中未顯示)或其他部分、或一些其 他行進或清潔結構的形狀,使得在清掃機器人1前面中的區域的影像的拍攝不被阻擋。
第一圖案照射器120或第二圖案照射器130被安裝以使得其透鏡的光軸延伸的方向形成預定的發射角。第一圖案照射器120以第一垂直發射角θr1向下發射第一圖案化光P1,以及第二圖案照射器130以第二垂直發射角θr2向上發射第二圖案化光P2。在一些實施方式中,第一垂直發射角和第二垂直發射角可以設定為相似。例如,第一垂直發射角和第二垂直發射角可以在50度至75度的範圍內,而無須不必要地限於此。例如,第一垂直發射角度可以設定在60度到70度的範圍內,以及第二垂直發射角度可以被設定在從50度到55度的範圍內。這些角度可以根據清掃機器人1的下保險桿的結構、到清掃機器人1下方的物體的感測距離,待感測的高度等而改變。
當從第一圖案照射器120及/或第二圖案照射器130發射的圖案化光被照射在障礙物上時,在獲取的影像中的光學圖案P1和P2的位置取決於障礙物與清掃機器人1之間的距離而改變。例如,當第一圖案化光P1和第二圖案化光P2照射在障礙物上時,第一光學圖案P1在獲取的影像中移動較高,以及第二光學圖案P2在隨著清掃機器人1朝向障礙物移動時在獲取的影像中移動。如前所述,當照射的障礙物位於已知距離時,第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2可以在獲取的影像中以特定高度水平出現。在影像中第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2的高度之間的任何差異以及用於已知距離的特定高度水平可以用於估計清掃機器人與障礙物之間的距離。
將影像獲取器140對齊,使得透鏡的光軸在水平方向上定向,並且第13圖所示的角度θs是影像獲取器140的視角。視角θs可以設定為100度或以上。例如,角度θs可以在100度到110度的範圍內,而無須不必要地在此限制。此外,從清潔區域中的地板到影像獲取器140的距離可以在大約60mm到大約70mm的範圍內。在從影像獲取器140的獲取的影像中,清潔區域中的地板可以在距離D1之後(即,在影像獲取器140的下視角θs內)出現。在第13圖中,當障礙物不存在於地板上時(即,在正常狀態下),“D2”表示在獲取的影像中顯示第一光學圖案P1的地板的距離。在正常狀態下,影像將在參考位置(或高度)ref1處顯示第一光學圖案P1。
當延伸到地板的障礙物位於距離D2內時,影像獲取器140可以獲取照射第一圖案化光P1的障礙物的影像。當障礙物在清掃機器人1的距離D2內(即,使得所照射的第一圖案化光P1在到達地板之前碰到障礙物)時,第一光學圖案在拍攝影像中的參考位置ref1上方顯示。因此,相對於參考位置ref1,第一光學圖案P1的位置可以用於判斷在地板上移動中的清掃機器人是否存在障礙物的標準。
在一個示例中,距離主體10的距離D1可以在100mm至150mm的範圍內,並且距離主體10的距離D2可以在180mm至280mm的範圍內,而無須不必要地在此限制。在第13圖中,“D3”表示從主體10的前表面部的最突出部到第二圖案化光P1被照射的位置的距離。由於主體10在行進時感測到障礙物,所以距離D3是主體10可以在其前側(或上側)感測障礙物而不與障礙物碰撞的最小距離。距離D3可以設定為大約在23mm至30mm的範圍內。
用以上描述的方式,當第一光學圖案P1未出現在獲取的影像中時、或者當僅僅一部分的第一光學圖案P1出現在獲取的影像中時,障礙物資訊獲取器220可以判定在清掃機器人1附近存在懸崖(例如,樓梯)。例如,當在獲取的影像中沒有顯示第一光學圖案時,障礙物資訊獲取器220可以判定懸崖位於清掃機器人1的前方且在距離D2(參見第13圖)內。特別是,當懸崖(例如樓梯)存在於清掃機器人1前面時,第一圖案化光P1沒有朝向懸崖照射,但是懸崖不會反射第一圖案化光P1,所以第一光學圖案P1將不會出現在獲取的影像中。障礙物資訊獲取器220可以基於距離D2來判定懸崖存在於距離主體10的前方的距離D2處。例如,當第一圖案化光P1具有十字形圖案時,障礙物資訊獲取器220可以基於水平線段PH消失的高度以及垂直線段PV出現在拍攝的影像中的位置來判定懸崖的位置。
此外,當第一光學圖案P1的一部分(例如,水平線段PH的一部分)不包含在拍攝的影像中時,障礙物資訊獲取器220可以判定懸崖存在於清掃機器人1的左側或右側。例如,當第一光學圖案的右部分不包含在拍攝的影像中時,障礙物資訊獲取器220可以確定懸崖存在於右側。因此,障礙物資訊獲取器220可以基於識別的懸崖資訊來控制行進驅動裝置300,使得清掃機器人1可以沿著路徑行進而不會掉落懸崖。
此外,當懸崖存在於前側時,行進控制器230可以使主體10向前移動一給定距離,例如距離D2或更小,以便使用安裝在主體10下部的一懸崖感測器(圖中未顯示)再次檢查懸崖是否存在。以這種方式,清掃機器人1可以首先經由獲取的影像來識別懸崖,並且可以在向懸崖行進給定距離之後,經由懸崖感測器二次驗證懸崖的存在和位置。
圖案提取器210從影像獲取器140拍攝之獲取的影像中提取第一光學圖案或第二光學圖案,並將提取的第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2提供給障礙物資訊獲取器220。障礙物資訊獲取器220分析從獲取的影像中提取的第一光學圖案P1或第二光學圖案P2以識別障礙物。例如,如前所述,障礙物資訊獲取器220可以將第一光學圖案P1的位置與預定的參考位置ref1進行比較,以判定障礙物是否存在於地板上。
如第14圖(a)所示,當第一光學圖案P1的水平線位於參考位置ref1時,暗示存在正常狀態,因為沒有偵測到樓層處的障礙物。如前所述,正常狀態與地板平坦係有關聯的,使得清掃機器人1能夠繼續行進,因為清掃機器人1前面沒有障礙物。
在一個實施方式中,第一圖案照射器120首先用於發射第一圖案化光P1以判定在清掃機器人前面是否感測到障礙物,而第二圖案照射器130不是用於偵測障礙物。例如,如第14圖(b)所示,當第一光學圖案P1的水平線位於比參考位置ref1高的位置時,障礙物資訊獲取器220可以判定在清掃機器人1的前側存在障礙物。在基於第一圖案化光P1的發射偵測清掃機器人1前方的障礙物之後,第二圖案照射器130可以被啟動以將第二圖案化光P2朝向障礙物照射,並且可以透過影像獲取器140拍攝另一影像。當第二影像包括第二光學圖案P2時,障礙物資訊獲取器220可以判定障礙物高於殼體11上的第二圖案照射器130的高度。類似地,障礙物資訊獲取器220可以判定當第二影像不包括第二光學圖案P2時,障礙物比殼體11上的第二圖案照射器130的高度短。
如先前所述,當經由障礙物資訊獲取器220感測到障礙物時,行進控制器230可以基於障礙物的位置和高度來控制行進驅動裝置300。如上所述,障礙物資訊獲取器220可以根據拍攝的影像中的第一光學圖案P1和第二 光學圖案P2(或省略)的位置來判定感測到的障礙物的位置和高度。另外,如先前關於第9圖和第10圖所述,障礙物資訊獲取器220可以使用第一光學圖案P1及/或第二光學圖案P2的不同部分的高度差,以判定障礙物的寬度、障礙物下方的空間、地板的坡度等。
行進控制器230可以基於從障礙物資訊獲取器220輸入的障礙物資訊來判定是否繼續向障礙物行進或改變方向以避開障礙物,並且可以基於該判定的結果來控制行進驅動裝置300。例如,當障礙物的高度小於一臨界高度(例如,當第二光學圖案P2不存在於影像中時)時、或者當清掃機器人1可以進入障礙物與地板之間的空間時,行進控制器230可以判定清掃機器人可以越過障礙物行進。
如第14圖(c)所示,第一光學圖案P1可以在低於參考位置ref1的位置處顯示。當第一光學圖案P1被顯示在低於參考位置ref1的位置時,障礙物資訊獲取器220判定存在向下坡度。由於當存在懸崖時第一光學圖案P1消失,所以向下坡度可以與懸崖區分開。
如第14圖(d)所示,當不顯示第一光學圖案時,障礙物資訊獲取器220判定行進方向上存在懸崖。另外,如第14圖(e)所示,當不顯示第一光學圖案的部分時,障礙物資訊獲取器220可以判定在左側或右側存在懸崖。如第14圖(e)所示的例子中,由於水平圖案段(PH)的左側部分不存在於影像中,所以障礙物資訊獲取器220判定懸崖存在於主體10的左側。
在第一光學圖案P1包括十字形圖案的其他示例中,障礙物資訊獲取器220可以基於水平線的位置和垂直線的位置來識別障礙物。參考第15圖,當從障礙物感測單元100'發射的圖案化光被照射在障礙物上並且在獲取的影像中顯示相應的光學圖案時,障礙物資訊獲取器220可以判定障礙物的位置、大小、和形狀。如第15圖(a)所示,當行進時在前側存在壁面時,第一圖案化光被照射在地板上,且第二圖案化光被照射在壁面上。由此,第一光學圖案P1和第二光學圖案P2在獲取的影像中被顯示為兩條水平線。在該示例中,由於距離壁面的距離大於距離D2,所以顯示第二光學圖案,並且在參考位置ref1處顯示第一光學圖案P1。在這種情況下,障礙物資訊獲取器220可以判定存在障礙物(即,牆壁),但位於比D2更遠處。
同時,當從主體10到障礙物的垂直面的距離小於距離D2時,第一圖案化光P1被照射在障礙物的表面而不是地板上。因此,在獲取的影像中,第一光學圖案P1顯示在基準位置ref1上方,並且第二光學圖案P2繼續位於第一光學圖案P1的上方。隨著主體10靠近障礙物移動,第二光學圖案P2被定位在越來越低的位置處的拍攝影像中,並且第二光學圖案P2在與第15圖(a)的情況相比可以位於較低位置的拍攝的影像中,在第15圖(a)中,從主體10到壁面的距離大於距離D2。在任一情況下,第二光學圖案P2顯示在參考位置和第一光學圖案P1上方。因此,障礙物資訊獲取器220可以經由影像中的第一光學圖案P1和第二光學圖案P2的高度及/或影像中的第一光學圖案P1與第二光學圖案P1之間的間隔來計算到障礙物(即,壁表面)的距離。
如第15圖(b)所示,當在前側存在例如床或衣櫥的障礙物時,第一圖案化光P1和第二圖案化光P2分別作為兩條水平線照射在地板和障礙上。障礙物資訊獲取器220基於第一光學圖案和第二光學圖案判定障礙物。障礙物資訊獲取器220可以基於第二光學圖案P2的位置和主體10接近障礙物時發生的第二光學圖案的變化來判定障礙物的高度。因此,行進控制器230判斷清掃機器人1是否能夠進入障礙物下方的空間,並且基於判定結果來控制行進驅動裝置300。
例如,當在清潔區域中存在諸如床的障礙物,其與地板一起界定一預定空間時,行進控制器230可以識別該空間。更具體地,行進控制器230可以識別空間的高度並且判定是否通過或避開障礙物。當判定空間的高度小於主體10的高度時,行進控制器230可以控制行進驅動裝置300,使得主體10行進以避開障礙物。相反地,當判定空間的高度大於主體10的高度時,行進控制器230可以控制行進驅動裝置300,使得主體10進入空間或通過該空間。
此時,儘管第一光學圖案和第二光學圖案在第15圖(a)中被顯示為兩條水平線,障礙物資訊獲取器220可以區分第15圖(a)的狀態和第15圖(b)的狀態,因為第一光學圖案與第二光學圖案之間的距離不同。另外,在第15圖(a)中,隨著與障礙物的距離減小,第一光學圖案的位置被顯示在比參考位置ref1更高的位置。然而,如第15圖(b)所示,在位於比清掃機器人1高的障礙物的情況下,即使清掃機器人1在給定距離內接近障礙物,第一光 學圖案P1被顯示在參考位置ref1和位置,且第二光學圖案P2的位置被改變。因此,障礙物資訊獲取器220可以區分障礙物的種類。
在第15圖(c)所示的示例中,清掃機器人位於諸如床或衣櫥之類的障礙物的角落附近。在本例中,第一圖案化光P1在地板上被照射為水平線,以及第二圖案化光P2被照射在障礙物的角落上。因此,第二圖案化光P2的一部分被顯示為水平線,以及第二圖案化光P2的其餘部分被顯示為對角線。由於當障礙物遠離主體10時第二光學圖案位於比較高的位置,所以當第二光學圖案的一部分被照射在障礙物的側面上時,第二光學圖案的一部分被顯示為向上彎曲的對角線,並且第二光學圖案的另一部分在照射障礙物的前表面上時被顯示為水平線。
如第15圖(d)所示,當主體10接近牆壁的角落時,第一圖案化光P1的一部分在比參考位置ref1高的位置上顯示為水平線,照射在角落的側面上的第一圖案化光P1的另一部分被顯示為向下彎曲的對角線,並且照射在地板上的第一圖案化光P1的其餘部分在參考位置ref1處被顯示為水平線。類似於第15圖(c)所示的情況,在第15圖(d)中所示的例子中包括顯示為水平線的第二圖案化光P2的一部分,而照射在角落的側面上的第二圖案化光P2的其餘部分被顯示為向上傾斜的對角線。
在另一示例中,在第15圖(e)顯示相對於從壁面突出超過清掃機器人1的距離D2的障礙物,第一光學圖案P1在參考位置ref1處被顯示為水平線。照射在突出面上的第二光學圖案P2的一部分被顯示為水平線,照射在突出面的側面上的第二光學圖案P2的另一部分被顯示為向上彎曲的對角線,並且第二光學圖案P2的其餘部分被照射在壁表面上,以及在與第二光學圖案P2的第一部分不同的高度處顯示為水平線。因此,障礙物資訊獲取器220可以基於拍攝影像中的第一光學圖案P1和第二光學圖案P2的位置和形狀來判定障礙物的位置、形狀和、大小(即,高度)。
在本說明書中對“一個實施例”、“一實施例”、“例示性實施例”等任何參考意指結合實施例描述的特定特徵、結構、或特性包括在本發明的至少一個實施例中。這些用詞在說明書中不同地方的出現並不一定都是指相同的實 施例。此外,當結合任何實施例描述特定特徵、結構、或特性時,認為在本領域技術人員的權限範圍內可實現與其他方面相關的特徵、結構、或特性實施例。
雖然實施例已經參考其多個說明性實施例描述,但是應當理解,本領域技術人員可以設計落入本發明的原理的精神和範圍內的許多其它修改和實施例。更具體地,在本發明、附圖、和所附申請專利範圍的範圍內,各個組件及/或主題組合佈置的各種變型和修改是可能的。除了組件及/或佈置的變化和修改之外,替代使用對於本領域技術人員來說也是顯而易見的。
本申請案主張在韓國智慧產權局於2016年5月17日提交的韓國專利申請第10-2016-0060444號和2016年10月27日提交的韓國專利申請第10-2016-0141106號的優先權益,其揭露內容透過引用併入本文中。
11‧‧‧殼體
35‧‧‧刷子
100‧‧‧障礙物感測單元
120‧‧‧第一圖案照射器
130‧‧‧第二圖案照射器
140‧‧‧影像獲取器

Claims (20)

  1. 一種清掃機器人,包括:一主體,被配置以在一清潔區域中行進,且抽吸該清潔區域中的地板;一影像感測器,設置在該主體上,且被配置以拍攝該主體的一前側的一預定區域的影像;一第一光源,設置在該主體上,且被配置以向該預定區域的一第一子區域發射一第一圖案的光;以及一第二光源,設置在該主體上於該第一光源下方的位置處,且被配置以對該預定區域的一第二子區域發射一第二圖案的光,該第一子區域位於比該第二子區域低的位置。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,發射該第一圖案的光的路徑與發射該第二圖案的光的路徑交叉,以及其中,發射該第一圖案的光的路徑和發射該第二圖案的光的路徑的交叉點位於比在該影像中被該影像感測器拍攝的該預定區域更靠近該主體。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器被對齊以具有水平定向的光軸,且具有從100度到110度範圍的視角。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,在該影像中被該影像感測器拍攝的該預定區域包括:距離該清掃機器人的該前側110mm至120mm的地板的一部分。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該第一圖案和該第二圖案中的每一個包括一水平線段。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該第一圖案的光和該第二圖案的光是不同的。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器、該第一光源、以及該第二光源在該主體的該前側垂直對齊。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器位於比該第一光源和該第二光源低的位置。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該第一光源以與水平面的角距離相關聯的一第一垂直發射角發射該第一圖案的光,該水平面與該第二光源發射該第二圖案的光的一第二垂直發射角相對應。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的清掃機器人,其中,該第一垂直發射角或該第二垂直發射角中的至少一者的範圍為20度至30度。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器設置在該第一光源與該第二光源之間。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該第一光源和該第二光源中的至少一者包括:一雷射二極體(LD)或一發光二極體(LED),用於產生光;以及一光學圖案投影元件(OPPE),用於將該光轉換成該第一圖案或該第二圖案。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器、該第一光源、以及該第二光源位於耦接到該主體的該前側的一基板上。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述的清掃機器人,其中,該基板是一印刷電路板(PCB)或一可撓性印刷電路板佈線。
  15. 一種清掃機器人,包括:一影像感測器,被配置以拍攝該清掃機器人前面的一預定區域的影像;一第一光源,被配置以對該預定區域的一第一子區域發射一第一圖案的光;一第二光源,位於該第一光源的下方,且被配置以對該第一子區域上方的該預定區域的一第二子區域發射一第二圖案的光;以及一控制器,被配置以:啟動該第一光源以判定在該預定區域中是否存在一障礙物,以及基於判定該障礙物存在於該預定區域中,選擇性地啟動該第二光源以判定該障礙物的高度。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述的清掃機器人,其中,該控制器進一步被配置以:基於在該影像感測器拍攝的影像中與該第一圖案的光相關聯的一第一光學圖案的位置,判定該障礙物是否存在於該預定區域中;以及 基於在該影像感測器拍攝的另一影像中與該第二圖案的光相關聯的一第二光學圖案的位置,判定該障礙物的高度。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器、該第一光源、以及該第二光源被安裝到該清掃機器人的一前部的一框架上。
  18. 根據申請專利範圍第15項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器位於比該第一光源和該第二光源低的位置。
  19. 根據申請專利範圍第15項所述的清掃機器人,其中,該影像感測器位於該第一光源與該第二光源之間。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述的清掃機器人,其中,該第一光源和該第二光源位於與該影像感測器相等的距離處。
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