P4 32 26 6 五、發明說明（ 本發明係有關一種機器人地板 ，— 地板裝置之操作方法，以及— 4'、 種機器人 Ψ —種用來執行此方法之软铲及 控制裝置。本發明可用於機器人真空清潔裝置吸塵器软體及 發明背景 干提供機器人或自動真空清潔裝置之提案， 順著地板推或拉動清潔裝置即可清潔—地板區 域。有人提供—種吸塵器，其被輸人-房間詳圖， 並接著經過訓練，自房間一側或_端至房間另—侧或一 端，反覆來回。亦已知有人提供-種機器人吸塵器，呈 按一訓諫循環，接受引導繞—房間而行，並接著根據存 儲於記憶體内之資訊重覆此循環。亦有人提議—種機器 人吸塵器’其繞-房間邊緣而行，其接著以隨意方式繞 房間而行’當行進時閃過障礙物。 德國專利DE3536974A1揭露一種在待清潔表面上進 行蝸旋路徑之地板清潔裝置，其需要在待清潔表面上安置 濕痕或塵跡’俾機器可順此蝸旋路徑而行。 發明概要： 本發明提供一種克服習知技術缺點或將其減到最小程 度之機器人吸塵器。更明確講，本發明提供一種機器人吸 塵器，其無需事先知悉地板區域之佈局即可行過此地板區 域’且不會在地板上留下曳痕。 88480a 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) /裝------訂------11 .線、 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 04 32 26 6 A7 ——-----------_______ 五、發明說明（2 ) 本發明第一面向在於提供一種機器人地板、清潔裝置 之操作方法，俾清潔裝置： (a) 首先繞一房間之邊緣（或繞房間之一物標 房間内一物件）完成—巡行，於巡行期間閃避路徑 中之障礙物，監視並存儲由檢測器來之資訊；並且 0)判疋檢測器所監視之資訊相同於或大致相同於先前 存儲之資訊時，清潔裝置向内（或向外）移動並完 成第二巡行，清潔裝置在各巡行之後繼續向内移動 (或向外），俾以大致向内（或向外）蝸旋方向行 進，直至房間中為障礙物佔據之區域以外之地板被 清潔為止。 本發明另一面向在提供一種機器人地板清潔裝置，其 包括.一動力操作裝置，用來使清潔裝置順著地板移動； 以及一導航系統，包含多數感測器及一記憶體，用來導引 清潔裝置繞房間移動，此導航系統配置成： 0)首先使清潔裝置，繞一房間之邊緣（或繞房間之一 物b或房間内一物件）完成一巡行，於巡行期間閃 避路徑中之障礙物，監視並存儲由感测器來之資訊 於記憶體中；並且 (b) 判疋感測器所監視之資訊相同於或大致相同於先 前存儲之資訊時，使清潔裝置向内（或向外）移動 並完成第二巡行，清潔裝置在各次巡行之後繼續向 内（或向外）移動，俾以大致向内（或向外）蝸旋 方向行進，直至房間中為障礙物佔據之區域以外之 -4- 本紙張尺度咖r國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） t請先Ba讀背面之注意事項再填寫本頁〕 ·Γ>,裝 訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 P4 32 2 6 6 a? B7 五、發明說明（3 ) 地板被清潔過為止。 藉由循一蝸旋樣式而行，地板清潔裝置能以有效率方 式巡行全部地板區域。此方法之優點在於，地板清潔裝置 無需預先知悉地板區域之佈局而予以程式化’亦無需保有 一地板區域之笛卡兒坐標地圖。這可簡化清潔裝置之控制 器之處理要求，且使用者無需訓練該清潔裝置或載入並更 新清潔裝置擬清潔之地板區域之地圖。如此’清潔裝置即 可輕易應付不同房間饰局。清潔裝置亦不必在清潔期間留 下曳痕於地板上來確定其先前業已巡行過之房間内的區 域。 每逢對監視的感測器資訊與先前存儲資訊所作比較顯 示出清潔裝置目前位置相同於或幾乎相同於清潔裝置於相 同繞行上到過之位置時，則進行一向内（或向外）移動。 對待清潔之地板區域佈局預先無所知悉之習知機器人 地板清潔裝置之另一問題在於，其無法確定何時完全巡行 地板區域。藉由執行一地板區域之向内蜗旋巡行樣式，本 案清潔裝置有條不紊地朝房間中央前進。本案清潔裝置可 判定其何時到達房間中央。一用來確定何時清潔裝置業已 完全巡行一地板區域之方法係將所存儲有關地板區域之各 巡行或繞行之資訊結合成串束，並確定時串束收斂以指示 何時完全巡行地板區域。任何不屬於收斂串束一部份之存 儲貨料表示其為未完全巡行之地板區域之一部份。 清潔裝置之導航系統可存儲有關清潔裝置於各個存儲 感測器資訊的點轉彎的方向的資訊。這可用在後來的繞行 本紙張尺度適用1國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） -------------Ό 装-------— 訂---------Mly (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁} A7 A7 B7 P4 32 2 6 6 五、發明說明（4 ) 以協助清潔裝置於何處轉彎。 地板清潔裝置裝有大致與清潔裝置相同或類似寬度之 一清潔器機頭或其他清潔機構。須知，蝎旋方法執行期間 向内或向外位移係依清潔裝置所裝清潔機構之有效寬度而 定，俾適當巡行地板區域。較佳地，移動距離大致為一個 吸塵器機頭之寬度，或略小於一個吸塵器機頭寬度，俾各 巡行略與先前巡行重疊》這確保清潔裝置在最短時間内巡 行最小距離而完全巡行地板區域。無線裝置而言是重要考 慮事項這對於在一有限時間内操作之，因操作時間受限於 機器上之供電能力。惟，在需要一更徹底清潔之地板區域 時，可使用其他移動距離。較佳地，移動距離由清潔裝置 使用者來選擇。 導航系統可完全裝在硬體上，或在微處理機上執行之 軟體上’或在該二者之組合。亦可以一特定應用積體電路 (ASIC)來實施。因此，本發明另一面向在於提供用來以 上述方式操作清潔裝置之軟體及控制裝置。該軟體便於存 儲於諸如一記憶裝置之機器可讀媒體中。 圖式之簡單説明 茲參考附圖，僅供例示，就本發明實施例加以說明， 其中 第一圖顯示一機器人清潔裝置實施例之透視圖； 第二圖顯示第一圖中清潔裝置之側視圖： 第三圖顯示第一圖中清潔裝置之後視圖； •6- 表紙張尺㈣帛令國國家鮮（CNS)A4^ > I Ί 111--Λ—y^ i 111--—訂-- ------1 / {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 F4 32 2 6 6 五、發明說明（5 ) 第四圖顯示於一典型房間中之清潔裝置及該裝置上之 感測器所作的檢測； 第五圖示意圖示第一圖中清潔裝置之控制系統； 第六A及六B圖顯示在一房間巡行之清潔裝置； 第七圖顯示一控制清潔裝置以第六圖所示方式在一房 間巡行之方法之流程圖； 第八圖顯示所存儲之超音波感測器檢測值之特性； 第九圖顯示光檢測器檢測值之比較； 第十圖顯示儲存光檢測器檢測值之步驟之流程圖； 第Ί— A及— B圖顯示二超音波感測器檢測值； 第十二圖顯示超音波感測器檢測值比較步驟之流程 圖； 第十三圖顯示用於清潔裝置之軟體體系； 第十四〜十七圖顯示清潔裝置在具有不同佈局之地板 區域巡行。 較佳實施例之詳細說明 圖式之第1圖顯示以一機器人吸塵器100形式提供之 機器人或自動地板清潔裝置，其包括主體或支持機殼 102，二從動輪104，一刷桿殼體，二可再充電電池161及 162，一更詳細揭露於歐洲專利EP-A-0042723之類型之雙 旋風分離器之灰塵分離裝置，一使用者介面144, 一光檢 測器17以及各種感測器202，204，206，208，210， 220，230，240，250，其將更詳細說明。光檢測器17檢 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--------訂--------- {請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 W432266 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 測接收自圍繞真空吸塵器之複數個檢測點之光線，且其更 具體說明於申請人同時申請之另一國際專利號。 支承機殼102大致為圓形，並支承於二從動輪1〇4及 一腳輪106 (第3圖）。機殼102以諸如丙歸晴丁二稀苯 乙烯（ABS)之高強度模塑塑料製成較佳，惟同樣可由諸 如鋁或鋼之金屬製成。機殼102為吸塵器1〇〇之元件提供 支承。從動輪104配置於機殼102之直徑一端，此直徑垂 直於吸塵器100之縱轴。各從動輪104由一高強度塑料模 塑而成，並繞其圓周附有一較柔軟的稜紋（ridged )帶， 俾在吸塵器100於一平滑地板橫移時增進其抓地力。柔軟 棱紋帶亦增進從動輪104攀攸小障礙物之能力。二從動輪 104各自獨立藉由支承軸（未圖示）安裝，且各從動輪 104直接連接於一可驅動個別從動輪1〇4使其朝一前進方 向或一倒轉方向移動之電動機43 (第5圖）。藉由獨立控 制各牽引電動機43可進行全套操作。藉由驅使二從動輪 104以相同速度向前，吸塵.器1〇〇可以前進方向移動。藉 由驅使二從動輪104以相同速度在倒轉方向移動，吸塵器 100可朝後退方向移動。藉由驅使二驅動輪1〇4朝相反方 向移動’可使吸塵器100繞其本身中心軸旋轉以實現—轉 彎操作。上述載具之驅動方法業已周知，因此，不再贅 述。 一吸塵器機頭122安裝在機殼102下側，此吸塵器機 頭122包含一面對吸塵器1〇〇支承面之抽吸口。一刷桿可 旋轉安裝於抽吸口中，且一電動機（未圖示）安裝在吸塵 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----- 訂----- Ψ/,. Α7 Γ Ρ43226 6 Β7 ---------- 五、發明說明（7 ) 器機頭122之上表面以驅動刷桿。吸塵器機頭122安裝在 機殼102上之方式係使吸塵器機頭122可浮在待清潔地板 上。於本實施例中，此功能藉由以下方式實現：吸塵器機 頭122樞接於一臂（未圖示），此臂接著樞接於機殼 下側。吸塵器機頭122與機殼102之雙關節連接容許吸塵 器機頭122相對於機殼102自由朝一垂直方向移動。這使 得吸塵器機頭可爬過諸如書本、雜誌、鋪毯邊緣等小障礙 物。一撓性或伸縮管位於吸塵器機頭122之一後部與機殼 102 _ —入口之間。 吸塵器機頭122不對稱安裝在機殼102上，俾吸塵器 機頭122突出於機殼102之大致圓周外，這容許吸塵器 100以其吸塵器機頭122突出侧貼近一房間邊緣清潔D於 本實施例中，吸塵器機頭122突出於吸塵器100左側。 機殼102設有複數感測器，這些感測器設計並配置來 檢測吸塵器100路徑中的障礙物，以及接近例如一牆壁或 諸如一件傢倶之界標之情形。感測器包括若干超音波感測 器及若干紅外線感測器。感測器陣列將於以下更詳細說 明。 吸塵器100亦包含-支承於機殼102±之電動機暨風 扇組件150,用來經由吸塵器機頭122中的抽吸口 124將 不甲空II抽入吸塵器100内。旋風分離器152自抽入吸塵 器100内之空氣析離出污物及塵$。旋風分_ 152可自 機殼102卸下以騰空旋風分離器152。二電池組161、162 位於機殼102上旋風分離器152之任一侧。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- 訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r 酽4 32 26 6 A7 ________B7__ 五、發明說明（8 ) 吸塵器100以後述方式操作。為了使吸塵器巡行 於存凊春區域，以由電池161、162供電之電動機105來 驅動從動輪104。吸塵器1〇〇之移動方向由控制軟體決 定，此控制軟體與設計來檢蜊吸塵器1〇〇路徑中的任何障 礙物之感測器通信，俾導引吸塵器巡行待清潔區域。 吸塵器1〇〇之正常前進方向係吸塵器機頭122尾隨從動輪 104。電池組161、162亦供電給電動機暨風扇組件15〇， 後者經吸塵器機頭122將空氣抽入吸塵器1〇〇，並轉送至 從氣流析離污物及塵界之旋風分離器152。電池組161、 162亦用來供電給驅動刷桿之電動機，刷桿特別呈協助於 地毯上檢拾（pick-up)。排出旋風分離器152之空氣藉適 當管路行經電動機暨風扇組件15〇。 茲更詳細說明構成真空吸塵器1〇〇 一部分之感測 器陣列。此陣列包括複數超音波感測器及複數紅外線 感測器。大多數感測器位於真空吸塵器1〇〇之向前表 面180。向前表面180平面看來大致半圓形。其他感 測器位於吸塵器100之最上端，位於吸塵器1〇〇後 侧，位於刷桿正上方’以及位於吸塵器1〇〇下側。 機器人吸塵器亦配設有複數紅外線發射器210a， 220，226，230a，暨紅外線接收器225，複數超音波發 射器202a ’ 204a，206a，208a，暨超音波接收器 202b，204b，206b，208b，用來檢測例如置於房間入 口或樓梯邊緣之可攜式定限定位器（threshold locator)之定限檢測器（threshold detectors) 95 (第 5 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐) "" ~ — ΙΊΙ — —--裝 - -----訂---— 111! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r 32 2 6 6 r 32 2 6 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9 ) 圖），以及至少用來檢測接近清潔裝置之諸如動物及 火之熱源之熱電或無源（被動式）紅外線（PIR)感測 器240a ’ 240b。四個主要超音波接收器202b，204b， 206b，208b向前、向後及位於機器人吸塵器之相反 侧。此等接收器所接收信號不僅提供代表與房間特點 或與房間内一物件相隔之距離，且所提供信號之振幅 及頻寬亦因所感測物件之大小、形狀及材料類型而 異。 各包括一超音波發射器及一超音波接收器的三個 超音波感測器202，2〇4，及206位於向前表面180» 包括一發射器202a及一接收器202b之第一超音波感 測器202導向一前進方向，俾所發射信號朝吸塵器 100移動之正常前進方向傳送。包括一發射器2〇4a及 一接收器204b之第二超音波感測器204導向一方向， 俾所發射信號朝垂直於超音波感測器202傳送方向之 方向且向外傳至吸塵器100左侧。包括一發射器206a 及一接收器206b之第三超音波感測器206導向一方 向’俾所發射信號朝一垂直於超音波感測器202傳送 方向之方向以及與超音波感測器204傳送方向相反之 方向’且向外傳至吸塵器100左側。包括一發射器 208a及一接收器208b之第四超音波感測器208位在吸 塵器100後方（第三圖），且導向後方，俾所發射信 號朝平行於吸塵器100巡行之正常向前方向惟與其相 反之方向傳送。此四個感測器202，204，206，208檢 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------I ! I 訂----------- - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 F43226 6 A7 _ B7 五、發明說明（10 ) 測牆壁及障礙物出現於吸塵器iOO前側，左側右側及 後側之情形。 · 紅外線感測器提供一涵蓋吸塵器100之向前表面 180屏幕’用來防止吸塵器10〇撞上一障礙物，紅外 線感測器協助彌補超音波感測器涵蓋範圍之盲點，並 檢測超音波感測器所無法檢測之障礙物。超音波感測 器提供有關清潔裝置周圍環境之更正確距離資訊，清 潔裝置存儲超音波資料供爾後比較用。 第4A及4B圖顯示清潔裝置自其感測器接收到之 資訊。此等圖式顯示於一含有桌子4〇〇及沙發402之 障礙物之房間中的吸塵器100。第4A圖顯示光檢測器 檢測情形。清潔裝置便用光檢測器17檢測自八個不同 方向（LI ’ L2 ’ L3，L4 ’ L5，L6，L7，L8)收到的 光。經察，這種檢測板合於一給定房間内係屬獨特， 均在清潔裝置的若干寬度區域内。第4八圖之房間為來 自窗戶702之自然光及人工光源7〇〇之组合所照亮。 來自光源之光線在到達清潔裝置上之光檢測器17之前 為障礙物400，402及房間牆壁所反射。除光檢測器 17外，清潔裝置亦具有一組超音波感測器2〇2，2〇4， 206’ 208。第4B圖顯示相同房間内，超音波感測器所 作之檢測D超音波感測器如圖示位於清潔裝置之前 側，左側，右侧及後側。各超音波感測器發射一為房 間内多數物件反射之超音波射束。各超音波感測器提 供指示物件與清潔裝置所隔距離之信號US,，us2， -12- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚y -------T — !』J 装 -------訂------1! Vi、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 顧 4 3 2 2 6 6 A7 B7 五、發明說明（II ) us3，US4。光檢測器之資料L1〜L8與超音波感測器之 資料US广US4之組合容許清潔裝置優異地辨識出其在 房間内的位置。 第5圖所示電路包括二可再充電電池161， 162 ’ 一電池暨電動機管理系統41，用來驅動一抽 吸風扇之電動機50’多數個用來驅動吸塵器之左及 右輪104之牽引電動機43 ’用來驅動吸塵器之刷桿 之電動機28，以及一包含一微處理機及現場可程式 閘陣列（FPGA)之處理電路23。一使用者介面板 29提供複數個供使用者用開關75，使用者可用其控 制清潔裝置，以及複數個指示燈76，清潔裝置以其來 對使用者指示。使用者介面板亦耦接於光檢測器， 而清潔裝置之上表面則為光檢測器提供對周遭環無遮 攔之視野。微處理機及FPGA共同執行任務，FPGA 主要處理來自超音波感測器之資料，自超音波接收 器所接收信號中萃取重要資訊。一通信匯流排7〇將 處理電路23耦接於電池及電動機管理系統512及使 用者介面板29。 諸如ROM (唯讀記憶體）或FlaSH ROM (快 閃唯讀記憶體）之不變性（非揮發性）記憶體 (non-volatile memory) 96存儲控制軟體，另—記 憶體97使用於清潔裝置正常操作期間。上述移動控 制感測器搞接於處理電路23。 第6及7圖顯示一操作機器人吸塵器以清潔房 -13-
本紙張尺度剌+ @ @家標準（CNS)A4規格（210 X 297公U ί ! Ί r— in----J i I I ---^ •二- (請先閱頡背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r F432 26 6 ⑷ ------ Β7 五、發明說明（12 ) 間之方法。此方法令吸塵器以一大致渦旋方式於房 間移動。通常吸塵器沿一牆壁置放或隨意置於室 内°首先，尋找一房間物標（步驟3〇〇 )，較佳 地，其為房間之一牆壁或房間内之一主要物件或物 標。一旦找到一房間物標，清潔裝置即沿房間邊緣 向前移動。此期間稱為「週邊掃掠」（perimeter scan )’原因在於’機器盡可能貼近房間周邊而 行’此機器保持其左側靠近牆壁（或其他障礙 物）。機器保持左侧靠近牆壁之原因在於，吸塵器 機頭122突出於此側。吸塵器上各個感測器檢測房 間内障礙物及其他房間物標，例如房間角隅及壁 爐，且處理電路23導引機器人吸塵器，以閃掉此種 障礙物’並在到達一房間物標時改變方向。在到達 一房間物標而進行各個方向改變時’處理電路23將 來自光檢測器17及來自四個主要超音波接收器 202b，204b，206b，208b之資訊於存記憶體97 _。這是第4圖所示資訊。這些點稱為「路途點」 (way p〇ints)。上述實施例固然使用來自一光檢測 器及多數超音波感測器之讀數，惟可使用來自其他 感測器之讀數。處理電路亦存儲吸塵器於各次轉向 所作轉彎之方向資訊。每當到達一路途點，吸塵器 即監視收自光檢測器1 7及四個超音波接收器 202b，204b，206b，208b之資訊，並比較此資訊與 先前存儲之路途點資訊（步驟304)。一旦機器人 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） -----------裝--------訂--------- -VV- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 鼷4 32 2 6 6 A7 ______B7 五、發明說明（13 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
吸塵器到達一位置’其中收自光檢測器17及四個超 音波接收器202b，204b，206b，208b之資訊與先前 存儲之資訊相同或大致相同時，處理電路23即判定 機器人吸塵器在房間内走過一次（步驟306)，並 啟動程式’使機益人吸.塵器向内移動大致一吸塵 寬度。處理電路23繼續存儲路途點資訊並比較收自 光檢測器17及四個主要接收器202b，204b， 206b ’ 208b之資訊與先前存儲之資訊（步驟 308 )。吸塵器以一大致向内蝸旋方式巡迴房間前 進。 如第0A圖所示’吸塵器自位置a啟程，並順 時鐘方向沿房間邊緣移動》於位置B，其感測到牆 壁於其面如並轉90。向右。由感測器已知牆壁於其左 側。吸塵器繼續移動迄其到達位置c為止，此時， 其感測到現場有桌子並轉彎沿桌侧移動。吸塵器經 程式化以使其保持一側靠近最接近的牆壁或障礙 物，或靠近其於房間中剛掠過之一次繞行。如此， 當其到達位置D，即轉至左侧，並沿桌子前方前 進，迄其到達位置E為止，此時其再度左轉，迄到 達位置F為止。於位置F，其感測到牆壁於面前， 並右轉沿牆壁前進，迄到達位置G為止。接著其右 轉行經位置H’迄料位置I為止°於位置I，光檢 測器Π及四個超音波接收器2〇2b，2〇4b，2〇6b， b檢别出與其於位置B所檢測者相同或大致相同 -15- 本紙張尺度適用中固國家標^ 烀濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Γ 酽4 32 2 6 6 - _ 五、發明說明（μ _ 於此點，吸塵器向内移動達或大致達一残 塵器寬度，並接著繼續循相始房間巡行而行，惟於 此初始巡行中移動m寬度，行經路途點j， Γ-=二迄Γ置0感測出沙發為止。清潔裝 之掃掠距離。吸塵器在到達—角隅時停止’停= 與牆壁相隔達掃掠距離處。例如’清料置停於位 置N ’因為，其與端牆隔一吸塵器寬度。於位置〇 後清¥裝置循沙發週邊而行，迄到達位置R為 止，此時，其再度循初始房間巡行而行。當清潔^ 置返刮不同環行路線之類似路途點，例如路途點c :與J’或〇與N，即將此二點資訊結合於記憶體中 以建立一資訊串束（inf〇rmati〇n strand )。這告知清 潔裝置其已返至房間中之一類似位置。於清潔裝置 前進時，諸串束理應相互朝對方收斂。此等申束可 用來判定何時已完成房間巡行。未與後來路途點結 合之任一路途點指出未完全為清潔裝置掠過之房間 部份， 第6A圖顯示清潔裝置進行一周邊掃掠並停止 於位置I情形。在清潔裝置週期性取得感測器讀數 並將其與存儲之讀數比較情形下，這是可能的。 惟，較佳者係’在清潔裝置被迫轉向時，進行感測 器瀆取與比較。第6B圖顯示比較佳之操作方法。周 邊掃掠期間，清潔裝置繼續移行迄其到達位置 16- 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
, 一J裝--------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) ^1 ·1 I γ' Ρ4 32 2 6 6 Α7 _ Β7
1 — — 雇 ----— lit--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r F4 3226 6 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（】6 ) 逢一牆壁，其即接著循上述路徑而行。若清潔裝置 遭逢位於房間中央之—物標（例如中央壁爐）或一 障礙物’即完成-次繞物標或障礙物之繞行’並接 著循-大致向料料徑而行。清潔裝置藉由監視 來自距離感測器之資訊朝牆壁（或物標）移動皿 以一清潔裝置更接近物件之方式移動。 清潔裝置所存儲之資料按下表所示方式 就各路途點，存儲光檢測器之讀取資料=。 L2……L8以及超音波感測器讀取資枓us， 1， US3，US4。 1 ’ Us2，
與其他路途點之連娃 -18· 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公楚 --— ^ 裝·!---— 訂·---11111 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁> Α7 B7 Γ f4 3226 6 五、發明說明（17 ) 「與其他路途點之連結」意指特定路途點與其他存 儲路途點之關係。此資訊包括若來自資料庫中路途點之 位置未被判定情形下，在特定路途點之前及之後不久出 現的路途點本身（the identity of the waypoints ).，以及有 關此路途點之其他繞行路線之路途點本身。可將資料歸 類，或可進一步將一標籤加在各路途點上，以標示出現 路途點之特定繞行數。 超音波寊料包括出現在各感測器視野内的多數物件 的資訊。超音波感測器接收一包括諸如4〇kHz正弦波之 調變載波之波形。調變代表物件出現於感測器視野内。 處理電路23自所接收波形萃取資料俾將其存儲於路途 點資料庫中。第8圖顯示一超音波波形7〇〇之包絡 (envelope)。資料存儲是設計選擇的問題（惟可包^ 第-個顯著反射出現時之時間），其表示物件 ^ 置所隔距離，波峯702振幅以及物件之末端部7的。<、 -匹配程序使路途點資料與既存路途點資料匹配 這是-項複雜的任務，藉由採取—在路途點資 ： 條不奮搜尋之步驟，可減輕其複雜性。新路途點有 先與相同繞行之路途點比對’接著與先前之二首 比對，先檢查在目前位置之前的路途點，因為^途點 能相同匹配之路途點。比較新資料與存儲之路厂，最 時，清潔裝置有可能自不同方向趨近類似位置途點貧 比車父此二組資料資料複數次，各次比較負責因此， 的資料間的相對旋轉變換。二組資料鮮會:為2存儲 -19- 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規;ίί’(2ΐ〇 X 297公餐） ---— IJ---- .丨丨 -----二1T·· — -----· ,.|、一 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可 料 經^部智慧財產局員工消費合作社印製 r 1:4 32 2 6 6 A7 — - B7 五、發明說明（18 ) 互匹配’即便是此二組代表相同位置所取得之讀數亦復 如此》—旦二組讀數代表相鄰繞行之類似位置，類似性 即可減少。因此，較功能容許二組讀數之間有某一程 度的公差，並且判斷一組新的感測器資料是否與另一個 先前存儲的資料組，例如相同繞行先前次經過的路途點 或不同繞行上類似位置之路途點，或判斷其是否為一新 的路途點。 在處理電路之處理能力容許下，較佳地，匹配程序 尋求新的路途點資料與所有先前存儲的路途點資料匹 配。匹配程序在找到第一個匹配時並未停下來，反而繼 續在路途點資料庫的剩存資料令尋找，在匹配程序結束 則’新的路途點資料可能與多數存儲的路途點匹配。如 後文就檢測地板區域掃掠是否完成所作更詳細說明，在 路途點串束相互朝對方收斂時，可望實現多數匹配。 茲說明匹配程序如何進行之例子。第9圖顯示自光 檢測器17所得二組讀數。讀數組75〇表示清潔裝置在 第一位置之讀數，而讀數組752表示清潔裝置在第二位 置之讀數。其為得自光檢測器於圍繞清潔裝置之八個方 位中任一方位之檢測值。第1〇圖顯示二組光檢測器檢 測值之比較方法之步驟。於各檢測器方向之檢測器檢測 值之間算出差值’此差值於第9圖中以754標示。合計 個別差值算出總差值（於第9圖中總差值為20)，並 除以光檢測器數（第9圖中為8個），得出一誤差值。 須知可使用其他比較方法計算例如二組檢測值間之幾何 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） ------Μ.--------^--------- • i.v (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r 14 322 6 6 A7 -----B7 五、發明說明（19 ) 距離。光檢測器可個別考慮所接收光之dc (自然光） 及ac (人造光）分量。各個加及此光分量會產生一組 第9圖所示類型之檢測值。此比較程序之結果係一指出 二組檢測值之相似性誤差值。自二組檢測值（全部8 個）之各可能方位導出誤差值。 第11A及UB圖顯示二組經處理之超音波檢測 值’其只顯示顯著檢測到物件710，711，712，714， 715，716 ’ 717，718之振幅及位置。經察，接近清潔 裝置之物件及距離範圍内之顯著物件在超音波檢測值比 較中最可靠。在匹配上特別可靠之阯鄰物件係供清潔裝 置巡行一固定距離之牆壁。遠距物件有助於提供清潔裝 置於一房間内之三維位置之透視參考。遠距物件通常包 含在清潔裝置後面或右侧之遠距牆壁，且於不規則形狀 的房間中’其可用來作為位置之間的有用辨別物。第 12圖顯示匹配二組超音波感測器檢測值之步驟。使用 所有出現在繞行路線中之物件，惟特別重要的是最接近 清潔裝置之物件及在第11A圖中以713標示之區域内 之遠距物件。使用一窗子來比較，其具有大約等於繞行 路線間清潔裝置偏移距離二倍的寬度（於第11A_B圖 中以719標示）。出現於另一繞行路線與落於此窗子範 圍内之物件被視為匹配。此比較程序之結果係一指出二 組讀數相似性之誤差值。自二組檢測值（全部4個）之 各個可能方位導出一誤差值。須知，可使用其他方法來 比較諸组超音波檢測值。 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS)A4規格（210 X 297公釐） I I----- - 裝 -----訂 -- ------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r P4 32 2 6 6 A7 _B7_ 五、發明說明（20 ) 可根據種種基準來加權誤差值之讀數組結果，且最 後將與其與一定限（門檻）值比較以判定二組檢測值之 一特定方位是否夠好，足以代表一匹配。在確定是否二 組資料等於相同繞行路線上之相同位置或毗鄰繞行路線 上之一類似位置，可使用相同匹配基準或不同匹配基 準。例如，在判定是否二組資料代表相同繞行路線上之 相同位置，可使用較嚴格之匹配基準。 經察，無需存儲清潔裝置改變方向的每一點的路途 點資料。某些路途點特別難以匹配且可能造成混淆。循 一漸退牆壁（falling wall)(即循一背離而非面朝此清 潔裝置之牆壁而行）所出現的路途點無需存儲。僅存儲 不可或缺的路途點極為有利，由於處理電路具有較少組 的路途點資料來與新路途點資料匹配，故這會將清潔裝 豊之資料處理要件減至最小程度。 經察，週期性監視來自感測器之資訊，並進行所監 視資訊與路途點資料庫中所存儲路途點之比較，甚至在 清潔裝置未到達一房間物標時進行，甚為有利。僅新資 訊與既有路途點之最佳匹配結果（而非來自感測器之原 始資料）須加以存儲，且此等結果僅須存儲一段有限期 間可使用一環缓衝器來存儲最後η組結果。η值典型地 為8組，惟可更大。資訊可每1/4秒監視一次。在清潔 裝置進行一適當路途點匹配時，導航系統使用此等結 果。存儲於環缓衝器内的附加結果為在房間物標所進行 之路途點比較提供附加之確定程度。若房間物標匹配 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------Γ-----裝·-------訂----i丨丨丨-. L -'-. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) P43226 6 A7 B7 五、發明說明 (或可相互結合）之路途點m«置趨近房間物 標期間搜集_加結果亦指出-匹配時，房間物標之路 途點匹配即报可能有效。 第13圖顯示系統之高階軟體體系。一狀態機500 響應>月潔裝置使用期間發生的種種事件，例如使用者之 動作。種狀怨為「自動操作」其以自動方式控制清潔 裝置之移動·»於各狀態’有多數可控制清潔裝置之行為 任務501 ’ 502，503❶行為任務501，5〇2，503在其被 視為能勝任操作時進行操作，一決策網路確定此種勝任 情形。亦有複數支援任務51〇_513 ;其為每當清潔裝置 使用中所操作之任務’或好數個其他狀態或任務使用 之任務。一路途點資料庫5〗〇存儲上述有關清潔裝置到 過之路途點之感測器資料。路途點匹配器511執行清潔 裝置之新位置之新感㈣資料與路賴f料庫所存儲路 途點資料之比較。電力系統監視電池狀況。監視系統 513監視不正常狀況，例如—個人在清潔裝置繞房間漫 行時接近清潔裝置，或收集室已滿。 至少—組硬體驅動器530提供—介面於控制軟體與 清潔裝置硬體之間。一種硬體驅動器53〇介面連接控制 軟體與刷桿電動機28，且另—硬體驅動器53〇介面連 接控制軟體與牽引電動機43 ^ 清潔裝置於自減態下在操作期間使用—組任務。 第一組任務能在-周邊掃掠期間操作。第二組任務能在 周邊掃掠以外期間操作。使用於周邊掃掠期間之任㈣ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-----I--訂-----I---蜂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Γ Ρ43226 β Α7 _Β7_ 五、發明說明（22 ) 為： 漸退牆壁一當一牆壁在清潔裝置左侧逐漸後退消失 時，此任務容許清潔裝置掠過此牆壁，亦即掠過一凸出 角隅。 循壁而行一此任務使清潔裝置以其左側盡可能靠近 牆壁地循壁而行。 漫行一此任務使清潔裝置進入一空敞空間，並用來 協助清潔裝置退出一受限區域。 定向一此任務用來旋轉清潔裝置。此任務一直勝任 並操作，迄另一任務有能力取得對清潔裝置之控制為 止。 用於其他期間之任務組為： 漸退牆壁一此任務容許清潔裝置於一牆壁逐漸後退 消失於清潔裝置左側達一隔清潔裝置特定掃掠距離時， 掠過一牆壁。 循壁而行一此任務促使清潔裝置於機器左側，隔一 由繞行次數所決定之距離，循壁而行。 漫行一此任務促使清潔裝置在迷路情形下移動迄其 找到牆壁為止。 定向一此任務用來旋轉清潔裝置。此任務一直勝任 並操作，迄另一任務有能力負起清潔裝置之控制為止。 清潔裝置決定其何時完成一地板區域之巡行。檢測 何時完成地板區域巡行之一種方法係檢測何時清潔裝置 再也無法執行渦旋。清潔裝置有條不紊地向内渦旋，保 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------1 * I I-----訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 Γ P432 26 6 五、發明說明（23 ) 持一與房間牆壁相隔之掃掠距離，此掃掠距離於地板區 域之各次繞行之後逐次增加。最後，清潔裝置無法執行 一繞行。但一較佳檢測是否完成之方法係使用存儲之路 途點資料串束。第14至17圖顯示清潔裝置如何以種種 地板佈局來執行完成與否之檢測。第14圖顯示一具有 一規則矩形地板區域之房間。清潔裝置啟程於鄰近房間 牆壁之X點，或橫越地板到達此點。清潔裝置首先繞房 間外緣巡行，在回到A1之前經過路途點Al，B1， Cl，D1。藉由比較感測器資料與所存儲有關先前經過 之點之資料清潔裝置認出A1，並接著向内移行一吸塵 器寬度。清潔裝置存儲路途點A2之感測器資料，接著 開始與房間牆壁隔一吸塵器寬度距離之第二次房間繞 行，經過路途點B2，C2，D2。到達A2’點時，清潔裝 置停止，原因在於當時其與端牆隔一吸塵器寬度。 當點A2’之感測器資料與先前經過之路途點之存儲 資料比較後，清潔裝置發現它與繞行一開始之A2點匹 配，並因此確定其回到先前到過的點。是以，清潔裝置 移行另一吸塵器寬度，並開始另一房間巡行。清潔裝置 持續依此方式移動。可知各個路途點串束：A1，A2， A3…，Bl，B2，B3…，Cl，C2，C3."，Dl，D2， D3.·.，在清潔裝置前進時收斂，路途點隨著各地板區域 巡行越來越相互接近。最後，清潔裝置進行一次經過路 途點A6，B6，C6，D6之巡行。A6與B6幾乎同位 (co-located)，且C6與D6同位，或在彼此之一個吸 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------1-----J 裝--------訂 i — n n tt I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1^43226 6 μ ---- B7 ------------ 五、發明說明（24 ) 塵器寬度的範圍内。清潔襞置執行路途點匹配時，發現 點C6/D6可與C5及D6結合，故此等路途點争^收 歛。點A6亦可與B6結合，故此等路途點串束收斂。 導航系統於路途點匹配程序期間檢測到收叙。經察，於 進行路途點匹配時，新路途點之路途點之資料與若干存 儲路途點之資料匹配。因此，清潔裝置本身更迭出現在 點B6與C6/D6之間’為一地板帶隔開。清潔裝置句、出 路途點串束已收斂，且其反覆經過相同路途點，因二決 定其必然已完全涵蓋地板區域巡行。清潔裝置便停止， 向使用者指出業已完成工作，並切斷電源。 苐15圖顯示與第14圖所示者相同惟具有一置於中 来之障礙物之房間。清潔裝置以相同於第14圖所示方 式來移動。惟，在經過於路途點A4，B4，C4，D4， A4’之巡行之後，清潔裝置再也無法向内移動。清潔裝 置認出其反覆經過相同路途點’並因此破定其必然已完 成地板區域巡行。清潔裝置停jh ’向使用者指出已完成 工作，並切斷電源。 第16圖顯示一具有正方形地板區域之不同房間。 清潔裝置清潔此房間時’路途點串東全部收斂於房間之 一中央區，於此，個別路途點各隔開小於一個吸塵器寬 度之距離。清潔裝置確定其必然業已完成地板區域巡 行。清潔裝置停止，向使用者指出已完成工作，並切斷 電源。 第17圖顯示由二房間及一連接用走廊組成之更複 •26, 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS)A4覘格（210 X 297公釐） ^ 裝 i — ·· —— —tT------1-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 痧濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r F43226 6 A7 __-___ B7 五、發明說明（25 ) 雜地板區域。於地板區域之第一次外側巡行期間，清潔 裝置到過點 Al，Bl，Cl，Dl，E1，FI，GI ’ H1， Jl，Kl ’ LI，Ml。於第二巡行期間，與外牆隔二吸塵 器寬度’清潔裝置到過點B2，C2，M2，A2。原因在 於，連接用走廊寬度不夠供清潔裝置以與牆壁隔二吸塵 器寬度之距離進入。清潔裝置繼續在左側房間中向内渦 旋移動，最後到達房間中央，即點B5，此點可與B4， C4，M4及A5結合〇因此，路途點串束A1，A2 ， B1 ’ B2...，Cl ’ C2"· ’ 及 Ml，M2···均收斂。惟，此 情形下，清潔裝置認出有不屬於業已收斂之串束之路途 點’其為路途點FI，Gl ’ HI，J1。它們不隔開小於一 吸塵器寬度之距離，且吸塵器未反覆到過這些點。 因此，清潔裝置確定房間並未完成巡行，並移動至 未完全巡行區域。清潔裝置藉由移動到外牆並其循牆壁 而行’迄其到達未與其他任何資料結合之路途點為止。 若連接用走廊較第17圖所示者寬，清潔裝置將完成至 少右側房間的一次巡行。例如，若清潔裝置在該房間進 行二次巡行’即會得到路途點FI，F2 ; Gl，G2 ; H1， ’ 11 ’ J2。清潔裝置仍會認出此等串束未隔開小於一 吸塵器寬度之距離，且未反覆經過。因此，清潔裝置仍 確定地板區域未被完全到過。 執行渦旋方法時，較佳地，清潔裝置實質上向内或 向外移動吸塵器上吸塵器機頭之寬度，俾清潔裝置在最 短時間内到過全部地板表面。惟，清潔裝置向内或向外 -27- 本纸張尺度適用+關家標準（CNS)A4規格⑽X 297公爱） ! — — J^PJ 裂 ------ - 訂---— II---埃 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
五、發明說明（26 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 移動之距離可為其他值。例如’藉由僅移動吸塵器機頭 寬度2幾分之幾，例如寬度的二分之一，清潔裝置重疊 一先前房間巡行，這在使周者須特別徹底清潔房間情形 下極適當。使用者可選擇移動距離。有種種方法可供使 用者選擇該移動距離：可提供使用者規定之移動距離之 複數按紅或一控制器，或多數個具有標明清潔裝置於該 移動距離下操作效果（例如「正常清潔」，「徹底清 潔」）之付號或說明之控制器。按紐可附設於使用者用 面板144(第1圖），搖控器，或二者之上。 由所用「房間」一詞可知，清潔裝置不限於一次走 過單一房間，而可用來走過遍及於若干互連房間之地板 區域。 以上說明固然就一自動清潔裝置（吸塵器）加以說 明，惟須知，此教示亦可適用其他種類的地板清潔裝 置’例如洗淨或擦光裝置。 以上》兒明之操作方法咸信係較截至目前為止所提出 者更有效率的房間清潔之法。吸塵器亦完全自動，且無 需輸入房間詳圖及/或經訓練過。記憶體可在電力切斷 時消除，俾所存儲資訊不保留供未來使用。或者，可存 儲資訊供未來使用於相同房間。 -28- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 震--------訂----1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐）