TWI603699B - 行動機器人及其控制方法 - Google Patents

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TWI603699B
TWI603699B TW105124182A TW105124182A TWI603699B TW I603699 B TWI603699 B TW I603699B TW 105124182 A TW105124182 A TW 105124182A TW 105124182 A TW105124182 A TW 105124182A TW I603699 B TWI603699 B TW I603699B
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李東勳
趙東日
李太載
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Lg電子股份有限公司
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Description

行動機器人及其控制方法
本發明涉及一種執行自主行進的機器人及其控制方法,尤其涉及一種在自主行進(即,自主驅動或行進)過程中執行一打掃功能的機器人及其控制方法。
通常,機器人因工業的目的而開發出來並且已負責工業自動化的一部分。近幾年,機器人應用的領域已進一步延伸發展出醫療機器人或航太機器人,以及也製造出用於普通家庭的家用機器人。
家用機器人的典型實例是機器人吸塵器,其為一種用於藉由吸入室內灰塵或外來物在一預定區域內移動進行打掃的家庭設備。這種機器人吸塵器包括一般可再充電的電池且具有障礙物感測器,能够避免行進過程中的障礙物,使得機器人吸塵器在移動時可以進行打掃。
近幾年,除了進行打掃之外,機器人吸塵器在打掃區域內僅作自主式行進,在各個領域中利用機器人吸塵器的研究,如健康護理、智慧家庭、遠程控制等等已經積極進行。
因此,實施方式的一態樣係提供一種執行自主行進的吸塵器,能够使用單眼相機或單一相機偵測與障礙物相關的資訊、及其控制方法。
實施方式的另一態樣係提供一種執行自主行進的吸塵器,能够僅使用單一照相機偵測存在於相對於機器人的主體之前側的障礙物,及其控制方法。
為了實現這些或其他優點並遵照本說明書的目的,如本文中具體化且廣泛地描述,一種吸塵器包括:一主體,具有一吸入開口;一打掃單元,設置在該主體內並且通過該吸入開口吸入一打掃目標;一驅動單元,移動該主體;一照相機感測器,連接至該主體並且拍攝一第一影像;一操作感測器,感測與該主體移動相關的資訊;以及一控制器,基於所拍攝的影像的其中至少之一偵測與一障礙物相關的資訊以及與移動相關的該資訊,並且基於所偵測之與該障礙物相關的資訊控制該驅動單元。
在一實施例中,該控制器可以將所拍攝的該第一影像分割成複數個影像區域,並且從所分割的該等影像區域偵測與該障礙物相關的第一資訊。
在一實施例中,當一預設的時間間隔自拍攝該第一影像以來已經過去時,該照相機感測器可以拍攝一第二影像,且該控制器可以將該第二影像分割成複數個影像區域,比較該第一影像所分割的該等影像區域與該第二影像所分割的該等影像區域,並且基於該比較的結果偵測與該障礙物相關的第一資訊。
在一實施例中,該控制器可以將該第二影像所分割的該等影像區域與該第一影像所分割的該等影像區域彼此對應匹配,並且基於匹配的結果偵測與該障礙物相關的第一資訊。
在一實施例中,當一預設的時間間隔自拍攝該第一影像以來已經過去時,該照相機感測器可以拍攝一第二影像且該控制器可以轉換該第一影像,將所轉換的該影像投射至該第二影像以產生一第三影像,以及比較所產生的該第三影像與該第二影像以偵測與該障礙物相關的第二資訊。
在一實施例中,該控制器可以基於所產生的該第三影像與該第二影像之間顏色上的差異偵測與該障礙物相關的該第二資訊。
在一實施例中,該控制器可以從該第一影像提取至少一個特徵點,並且基於所提取的該特徵點偵測與該障礙物相關的第三資訊。
在一實施例中,該控制器可以設定與相對於該第一資訊至該第三資訊中的每一個的加權值相關的資訊,以及基於所設定的該等加權值和該第一資訊至該第三資訊偵測與該障礙物相關的第四資訊。
在一實施例中,該控制器可以使用該第一資訊至該第三資訊產生與該障礙物相關的地圖資訊。
在一實施例中,該照相機感測器的一影像拍攝角度可以為相對於該主體的一全向測距。
本發明的可應用性的其他範疇從之後給予的詳細說明中將會變得更明顯。然而,應該理解的是,實施方式和特定的例子,雖然表示本發明的較佳實施例,但僅以例示方式給出,因為本發明的範疇內的各種變化和修正對熟悉本領域的技術人員從實施方式中將會變得顯而易見。
100‧‧‧行動機器人
110‧‧‧通訊單元
120‧‧‧輸入單元
130‧‧‧驅動單元
140‧‧‧感測器
141‧‧‧陀螺儀感測器
142‧‧‧加速感測器
143‧‧‧輪子感測器
144‧‧‧照相機感測器
150‧‧‧輸出單元
160‧‧‧電力單元
170‧‧‧記憶體
180‧‧‧控制器
190‧‧‧打掃單元
201‧‧‧單一照相機
S301、S302、S303、S304‧‧‧步驟
S601、S602、S603、S604、S605‧‧‧步驟
所附圖示說明例示的實施例以及與本說明一起作為解釋本發明的主旨,其中納入的附圖提供了對本發明的進一步的瞭解且併入及構成本說明書的一部分。
在圖示中:第1A圖係說明根據本發明實施例之行動機器人的組件的方塊圖;第1B圖係說明根據本發明實施例包括在行動機器人的感測器中的特定組件的方塊圖;第2圖係說明根據本發明實施例之行動機器人的外觀的概念圖;第3圖係說明根據本發明實施例之用於控制行動機器人的方法的流程圖;第4圖係說明根據本發明的行動機器人分割拍攝影像以偵測障礙物的一實施例的概念圖;第5A圖至第5F圖係說明根據本發明的行動機器人使用拍攝的影像偵測障礙物的一實施例的概念圖;以及第6圖係說明根據本發明另一實施例之用於控制行動機器人的方法的流程圖。
在下文中,本發明的實施例將會詳細描述。本文所用的術語僅是用於描述特定的實施例的目的而不是欲限制本發明。除非另外定義,本文使用的所有術語具有與本發明所屬技術領域具有通常知識者一般瞭解的意思一 樣,並且不應詮釋為具有過度廣泛的意義,也不應詮釋為具有過度限縮的意義。如果本文所用的技術術語不正確,未能精確表達本發明的技術理念,則應該用能讓本領域技術人員適當理解的術語所替代。本文所用的一般術語應該根據字典或上下文的定義進行解釋且不會詮釋為過度限縮的意義。
如本文中使用的,單數形式“一”和“該”同樣意在包括複數形式,除非上下文明確地以其它方式表示。應該進一步瞭解的是,術語“包含”,“包含有”,“包括”及/或“包括有”當在本文使用時,明確說明所述特徵、完整物、步驟、操作、元件、及/或組件的存在,但不排除一個或多個其他特徵、步驟、操作、元件、組件、及/或群組的存在或添加。
可以理解地是,儘管術語第一、第二等可以在本文使用以描述各種元件,但這些元件不應被這些術語限制。這些術語僅用於區別一個元件和另外一個。例如,在不脫離本發明範圍的前提下,第一元件可以被稱為第二元件,並且,類似地,第二元件可以被稱為第一元件。
本發明的示範實施例現將參考所附圖示進行詳細描述,全文相同的標號意指相同的元件。
又,在描述本發明中,如果相關已知功能或結構的詳細說明被認為是沒有必要轉移本發明的主旨,則省略此種說明,但會被本領域技術人員理解。本發明的所附圖示旨在促進本發明的理解,但不應被解釋為限制所附圖示。
第1A圖係說明根據本發明實施例之行動機器人的組件。
如第1A圖所示,根據本發明實施例的行動機器人可以包括一通訊單元110、一輸入單元120、一驅動單元130、一感測器140、一輸出單元150、一電力單元160、一記憶體170、一控制器180以及一打掃單元190的其中至少一個或任一組合。
這裏,在第1A圖中例示的組件不是必要的,並且可以實施包含更少或更多組件的機器人吸塵器。下文中,將會描述組件。
首先,電力單元160包括一電池,其可以透過外部商用電源再充電且供應電力至行動機器人的內部。電力單元160可以供應驅動電力給包括在行動機器人中的組件,以供應行動機器人所需的操作電力來驅動或執行一特定功能。
這裏,控制器180偵測電池的剩餘電量,然後當剩餘電池容量不足時,控制器180控制行動機器人移動至連接外部商用電源的充電站,以便從充電站供應充電電流以將電池充電。電池可以連接至一電池感測單元且剩餘電池容量和充電狀態可以傳遞給控制器180。輸出單元150可以在控制器的控制下在螢幕上顯示剩餘的電持容量。
電池可以位於機器人吸塵器的中下部或可位於機器人吸塵器的左側或右側。在隨後的情況中,行動機器人可以進一步包括一平衡重量以解決電池重量的偏差。
同時,驅動單元130包括一馬達,且該驅動馬達將行動機器人的主體的左主輪和右主輪在兩個方向上轉動,以轉動或移動主體。驅動單元130可以將行動機器人的主體向前/後和向左/右移動、以曲線方式移動、或可以在適當位置轉動。
同時,輸入單元120從使用者接收關於機器人吸塵器的各種控制命令。輸入單元120可以包括一個或多個按鈕,例如,一OK按鈕,一設定按鈕等等。OK按鈕為從使用者接收用於檢查偵測資訊、障礙物資訊、位置資訊和地圖資訊之命令的按鈕,以及設定按鈕可以為從使用者接收用於設定前述類型資訊之命令的按鈕。
又,輸入單元120可以包括:一輸入重置按鈕,用於取消之前使用者輸入並接收使用者再次輸入;一用於删除預設的使用者輸入的刪除按鈕;一用於設定或改變操作模式的按鈕、或一用於接收返回充電站的命令的按鈕。
又,輸入單元120可以安裝在行動機器人的上部,如一硬鍵、軟鍵或觸控板。又,輸入單元120可以具有與輸入單元150一起的觸控螢幕的形式。
同時,輸出單元150可以安裝在行動機器人的上部。安裝位置及其安裝形式可以改變。例如,輸出單元150可以顯示電池狀態或行進圖示。
又,輸出單元可以輸出由感測器140所偵測之與行動機器人的內部狀態相關的資訊,例如,包括在行動機器人中之每個組件的當前狀態。又,輸出單元150可以在螢幕上顯示由感測器140所偵測到的外部狀態資訊、障礙物資訊、位置資訊和地圖資訊。輸出單元150可以配置為在一發光二極體 (LED)、一液晶顯示器(LCD)、一電漿顯示面板(PDP)、一有機發光二極體(OLED)中的至少一個裝置。
輸出單元150可以進一步包括:一聲音輸出單元,可以聽到輸出一操作過程或由控制器180所執行的行動機器人的操作結果。例如,輸出單元150可以根據由控制器180所產生的警告信號向外輸出警告聲音。
這裏,該聲音輸出單元可以為一用於輸出聲音的單元,例如蜂鳴器、揚聲器等等,並且輸出單元150可以通過該聲音輸出單元輸出具有儲存在記憶體170中的預定樣本的音頻資料或信息資料。
因此,根據本發明實施例的行動機器人可以在螢幕上輸出關於行進區域的環境資訊或通過輸出單元150將其輸出為聲音。又,根據另一實施例,行動機器人可以通過通訊單元110將地圖資訊或環境資訊傳送給終端裝置,使得該終端裝置可以通過輸出單元150輸出螢幕或聲音。
同時,通訊單元110可以在有線,無線及衛星通訊方案中根據一個通訊方案連接至終端裝置及/或位於特定區域(將與本發明中的“家用設備”一起使用)內的不同裝置,以傳送和接收資料。
通訊單元110可以將資料傳送給位於特定區域內的不同裝置且從中接收資料。這裏,不同裝置可以為任意裝置,只要其可以連接至網絡並傳送和接收資料。例如,不同裝置可以為例如空調、加熱裝置、空氣淨化器、燈、電視、汽車等等。又,不同裝置可以是感測溫度、濕度、大氣壓、氣體等等的感測器。
因此,控制器180可以通過通訊單元110傳送一控制信號給不同裝置,因此,不同的裝置可以根據所接收的控制信號來運作。例如,在該不同裝置為空調的情況下,該不同裝置在電源啟動時或根據控制信號可以在一特定區域上執行冷卻或加熱。在該不同裝置為控制窗戶的裝置的情況下,該不同裝置可以打開或關閉窗戶或可以預定比例打開窗戶。
又,通訊單元110可以從位於特定區域內的至少一個不同的裝置中接收各種類型的狀態資訊。例如,通訊單元110可以接收空調的設定溫度、指示窗戶是否打開或關閉或者打開或關閉窗戶的程度的打開和關閉資訊、由溫度感測器感測的特定區域的目前的溫度。
因此,控制器180可以根據狀態資訊、通過輸入單元120的使用者輸入或通過終端裝置的使用者輸入產生相對於不同裝置的控制信號。
這裏,通訊單元110可以運用無線通訊方案如射頻(RF)通訊、藍牙、紅外線傳輸(IrDA),無線區域網路(WLAN),群蜂(ZigBee)等等中的至少一者,因此,不同裝置和行動機器人100可以建立至少一種網路,這裏,網路可以為網際網路。
通訊單元110可以從終端裝置接收控制信號。因此,控制器180可以根據通過通訊單元110所接收的控制信號執行與各種操作相關的控制命令。例如,通過輸入單元120從使用者接收的控制命令可以通過通訊單元110從終端裝置接收,以及控制器180可以執行所接收的控制命令。又,通訊單元110可以傳送行動機器人的狀態資訊、障礙物資訊、位置資訊、影像資訊、地圖資訊等給終端裝置。例如,控制器180可以透過輸出單元150所輸出之各種類型的資訊通過通訊單元110傳送給終端裝置。
這裏,通訊單元110可以運用無線通訊方案如無線電射頻(RF)通訊、藍牙、IrDA、WLAN、ZigBee等中的至少一個通訊方案,以與例如計算機、平板電腦、顯示裝置以及行動終端(如智慧型手機)之終端裝置通訊。
因此,不同的裝置和行動機器人100可以建立至少一個網絡。這裏,網路可以為網際網路。例如,在終端裝置為行動終端的情況下,機器人吸塵器100可以使用行動終端運用的通訊方案通過通訊單元110與終端裝置通訊。
同時,記憶體170儲存控制或驅動機器人吸塵器及其對應的資料的控制程式。記憶體170可以儲存音頻資訊、影像資訊、障礙物資訊、位置資訊、地圖資訊等等。又,記憶體170可以儲存與行進圖示相關的資訊。
關於記憶體170,一非揮發性記憶體常被使用。這裏,非揮發性記憶體(NVM)(或非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM))為能够連續保持儲存資訊的儲存裝置,即使沒有施加電力至該儲存裝置。例如,記憶體170可為一唯讀記憶體(ROM)、一快閃記憶體、一磁電腦儲存裝置(例如,一硬碟或一磁帶)、一光碟機、一磁隨機存取記憶體(RAM)、一相變隨機存取記憶體(PRAM)等等。
同時,感測器140可包括外部信號感測器,前端感測器和邊緣感測(cliff sensor)器其中的至少一者。
外部信號感測器可以感測行動機器人的外部信號。該外部信號感測器可以為如一紅外線感測器、一超音波感測器、一RF感測器等等。
行動機器人可以使用外部信號感測器在接收充電站產生的導引信號時即檢查充電站的位置和方向。這裏,充電站可以傳送指示方向和距離的導引信號,使得行動機器人可以返回。也就是,一旦從充電站接收所傳送的信號,行動機器人即可以判定目前的位置並設定移動方向以返回充電站。
又,行動機器人可以使用外部信號感測器偵測例如遠端控制器、終端等等之遠端控制裝置所產生的信號。
外部信號感測器可以設置在行動機器人的內部或外部的一側上。例如紅外線感測器可以安裝在行動機器人內或在照相機感測器的附近。
同時,前端感測器可以安裝在行動機器人的前側的一預定間距處,尤其,沿著行動機器人的側面的外圓周表面。前端感測器可以位於行動機器人的至少一側表面上以感測前面的障礙物。前端感測器可以感測存在於行動機器人的移動方向上的物體,特別是障礙物,並將偵測資訊傳送給控制器180。也就是,前端感測器可以感測在屋內存在於行動機器人之移動路徑上、室內陳設、家具、牆面、牆角等的突起,且傳送對應的資訊給控制器180。
前端感測器可以為如一紅外線感測器、超音波感測器、RF感測器、地磁感測器等等,且行動機器人可以使用一種感測器或一起使用兩種或兩種以上的感測器作為前端感測器。
例如,通常而言,超音波感測器主要可以用於感測遠端區域中的障礙物。超音波感測器可以包括一發送單元和一接收單元。控制器180可以根據通過發送單元發射的超音波是否被障礙物等反射來判定障礙物是否存在,並且被接收單元接收,以及藉由使用超音波輻射時間和超音波接收時間來計算距離障礙物的距離。
又,控制器180可以藉由比較發送單元輻射的超音波與接收單元接收的超音波來偵測與障礙物尺寸相關的資訊。例如,當接收單元接收較大量的超音波時,控制器180可以判定障礙物的尺寸較大。
在一實施例中,複數個超音波感測器(例如,五個超音波感測器)可以安裝在行動機器人的前側的外圓周表面上。這裏,較佳地,超音波感測器的傳送單元和接收單元可以交替地安裝在行動機器人的前側上。
也就是,發送單元可設置與行動機器人之主體的前側的中央相隔一段距離,且在此情況下,一個或兩個或多個傳送單元可以設置在接收單元之間以形成自障礙物等反射的超音波信號的接收區域。由於這樣的設置,接收區域可以擴大,同時減少感測器的數量。超音波的發送角度可以維持在不影響其他信號的範圍的角度,以防止串擾現象。又,接收單元的接收敏感度可以被設定為不同的。
又,超音波感測器可以一預定角度朝上安裝,使得由超音波感測器所產生的超音波向上輸出,且在此情況下,為了防止超音波向下輻射,可以進一步設置一預定的阻擋組件。
同時,如上所述,兩種或多種感測器可以被使用作為前端感測器,因此,紅外線感測器、超音波感測器、RF感測器其中的一種或多種感測器可以被使用作為前端感測器。
例如,前端感測器可以包括一紅外線感測器,作為除了超音波感測器以外之不同種類的感測器。
紅外線感測器可以與超音波感測器一起安裝在行動機器人的外圓周表面上。紅外線感測器也可以感測存在於行動機器人的前面或側面的障礙物,並且傳送對應的障礙物資訊給控制器180。也就是,紅外線感測器可感測在屋內存在於行動機器人之移動路徑上、室內陳設、家具、牆面、牆角等的突起,並傳送對應的資訊給控制器180。因此,行動機器人可以在打掃區域內移動而不會碰撞障礙物。
同時,如同邊緣感測器,各種光學感測器可以被使用,並且邊緣感測器可以感測支撑行動機器人之主體的地板的障礙物。
也就是,邊緣感測器可以安裝在行動機器人100的後表面上,並且取決於行動機器人的類型,可以將其安裝在不同區域中。邊緣感測器可以位於行動機器人的後表面上,以感測地板上的障礙物。邊緣感測器可以為一紅外線感測器,其包括一發光單元和一光接收單元、一超音波感測器、一RF信號、 一定位感度偵測器(position sensitive detector,PSD)感測器等,類似於障礙物感測器。
例如,邊緣感測器中的任一者可以安裝在行動機器人的前側上,並且其他兩個感測器可以安裝在相對後側上。
例如,邊緣感測器可為PSD感測器或可以包括複數個不同類型的感測器。
PSD感測器藉由使用半導體的表面阻抗偵測入射光與單一p-n接面的短距離和長距離的位置。PSD感測器包括:偵測單一軸上的光的一維定位感度偵測器(1D PSD)感測器、以及可以偵測表面上光之位置的二維定位感度偵測器(2D PSD)感測器,且它們具有PIN光電二極體(pin photodiode)結構。PSD感測器為一種紅外線感測器,其傳送紅外線至障礙物並測量發送至障礙物的紅外線與從障礙物反射之後返回的紅外線之間的角度,因此測量其間的距離。也就是,PSD感測器使用三角測量計算到障礙物的距離。
PSD感測器包括:一發光單元,其發射紅外光至障礙物,以及一接收光單元,其接收從障礙物反射之後返回的紅外光。通常,PSD感測器形成為一模組。在障礙物透過使用PSD感測器感測的情況下,一穩定測量值可以獲得,而無關障礙物的反射率或顏色上的差異。
控制器180可以測量該邊緣感測器朝向地面照射的紅外光發射信號與從障礙物反射之後接收到的反射信號之間的角度,然後分析其深度。
同時,控制器180可以根據藉由使用該邊緣感測器感測的邊緣的地面狀態來判定行動機器人是否可以通過邊緣。例如,控制器180可以通過邊緣感測器來判定邊緣是否存在以及邊緣的深度,以及僅當邊緣感測器感測到反射信號時,控制器180才允許行動機器人通過該邊緣。
在另一實施例中,控制器180可以使用邊緣感測器來判定行動機器人是否抬高。
參考第1B圖,感測器140可以包括一陀螺儀感測器141、一加速感測器142、一輪子感測器143以及一照相機感測器144其中至少一者。
陀螺儀感測器141在行動機器人移動時感測旋轉方向並偵測旋轉角度。詳細地,陀螺儀感測器141可以偵測行動機器人的角速度並輸出與角速度成正比的電壓或電流值,並且控制器180可以使用從陀螺儀感測器輸出的電壓或電流值來感測旋轉方向和旋轉角度。
加速感測器142感測行動機器人的速度變化,例如,由於啟動、停止在移動速度的變化、碰撞物體等方向上的改變。加速感測器142可附加至鄰近主輪或輔助輪的位置,以偵測輪子的滑動或空轉。加速感測器142可以安裝在操作感測單元上,以感測行動機器人的速度的變化。也就是,加速感測器142可以根據速度的改變偵測衝量(impulse),並輸出對應的電壓或電流值。因此,加速感測器142可以用作一電子防撞器。
輪子感測器143可以連接至主輪且感測主輪的每分鐘轉數(RPM)。在此,輪子感測器143可以為一編碼器。編碼器可以感測左及/或右主輪的每一個的RPM並輸出。操作感測單元可以使用RPM計算左輪和右輪的旋轉速度,並可以使用左輪和右輪之間的RPM差異計算行動吸塵器的旋轉角度。
同時,照相機感測器144可以被設置在行動機器人的背面並且在移動期間可以獲得關於下側,亦即地板(或者被打掃的表面)的影像資訊。設置在背面的照相機感測器可以定義為一下部照相機感測器並且也可以稱為一光流感測器。
該下部照相機感測器可以將來自設置於其中的影像感測器所輸入的下側的影像轉換以產生一預定格式的影像資料。所產生的影像資料可以儲存在記憶體170中。
該下部照相機感測器可以進一步包括:一鏡頭(未顯示)以及用於調整該鏡頭的一鏡頭調整單元(未顯示)。關於鏡頭,最好使用具有短焦距和長深度的泛焦型透鏡。該鏡頭調整單元包括:一預定的馬達、以及一移動單元,以將鏡頭前後移動並且藉由使用該馬達和該移動單元調整該鏡頭的位置。
又,一個或多個光源可以被安裝至影像感測器附近。一個或多個光源將光照射到由影像感測器所拍攝的地板的一預定區域。亦即,當地板光滑時,在行動機器人沿著地板移動一打掃區域的情況下,影像感測器與地板之間保持一預定距離。另一方面,在行動機器人在不平的地板上移動的情況下,由 於地板的凹陷和突起以及障礙物,影像感測器以一預定或更大的距離遠離地板。在此情況下,控制器180可以控制一個或多個光源使得照射的光量可以被調整。光源可以是一發光裝置,例如發光二極體(LED)等,其光量可以被調整。
控制器180藉由使用下部照相機感測器可以偵測行動機器人的位置,而與行動機器人是否滑動無關。控制器180可以隨時比較和分析由下部照相機感測器所拍攝的影像資料以計算出移動距離和移動方向,並且基於計算出的移動距離和移動方向計算出行動機器人的位置。藉由使用關於使用下部照相機感測器的行動機器人的下側的影像資訊,控制器180可以進行防止相對於由其他裝置所計算之行動機器人的位置滑動的修正。
同時,照相機感測器可以安裝至面向行動機器人的上側或前側以拍攝行動機器人周圍的影像。安裝為面向上側或前側的照相機感測器可以被定義為上部照相機感測器。當行動機器人包括複數個照相機感測器時,該等照相機感測器能够以預定的距離或預定的角度形成在行動機器人的上部或側面。
上部照相機感測器可以包括:用於調整物體之焦點的一鏡頭;用於調整照相機感測器的一調整單元;以及用於調整鏡頭的一鏡頭調整單元。關於鏡頭,可以使用具有寬視角的鏡頭,使得每個周邊的區域,例如天花板的整個區域可以在預定的區域中均勻成像。例如,可以使用具有等於或大於一預定視角,例如等於或大於160度的鏡頭。
控制器180可以使用由上部照相機感測器所拍攝的影像資料識別行動機器人的位置,並且產生與特定區域相關的地圖資訊。控制器180可以藉由使用由加速感測器、陀螺儀感測器、輪子感測器、以及下部照相機感測器所獲得的影像資料和由上部照相機感測器所獲得的影像資料精確地識別位置。
同樣,控制器180可以藉由使用由前部感測器、障礙物感測器等等所偵測的障礙物資訊和由上部照相機感測器所識別的位置產生地圖資訊。或者,地圖資訊可以從外部接收並且儲存在儲存單元170中,而不是由控制器180產生。
在一實施例中,上部照相機感測器可以安裝為面向行動機器人的前側。同樣,上部照相機感測器的安裝方向可以是固定的或者可以被控制器180改變。
打掃單元190包括:可旋轉地安裝在行動機器人主體的下部的一攪拌器、以及繞著行動機器人主體的旋轉軸沿垂直方向旋轉的一側刷,以打掃例如牆壁表面等打掃區域的角落、隱蔽處等。
該攪拌器繞著行動機器人主體的軸沿水平方向旋轉,以使得地板、地毯等的灰塵飄在空氣中。複數個葉片沿著螺旋方向設置在攪拌器的外周面上。螺旋葉片之間可以設置一刷子。由於該攪拌器和該側刷繞著不同的軸旋轉,行動機器人通常具有需要用於驅動攪拌器的馬達和用於驅動邊刷的馬達。
該側刷係設置於攪拌器的兩側,並且馬達單元設置在攪拌器與該側刷之間以將攪拌器的旋轉動力傳遞至該側刷,使得攪拌器和該側刷兩者可以使用單刷馬達來驅動。在此情況下,關於馬達單元,可以使用蝸桿和蝸輪,或者可以使用皮帶。
打掃單元190包括:一灰塵容器,其儲存收集的灰塵;一吸入風扇,其供應動力以吸入打掃區域中的灰塵;以及一吸入馬達,其旋轉該吸入風扇以吸入空氣,藉此吸入灰塵或外物。
該吸入風扇包括:複數個葉片,用於使空氣流動;以及一組件,該組件在該複數個葉片上游的外邊緣上形成有一環形,以連接該複數個葉片,並且引導在吸入風扇的中心軸的方向上所引入的空氣在垂直於該中心軸的方向上流動。
在此,打掃單元190進一步包括:一過濾器,該過濾器具有大致矩形的形狀並且過濾掉空氣中的污物和灰塵。
該過濾器根據需要可以包括:一第一過濾器和一第二過濾器;以及一旁通過濾器可以形成在形成該過濾器的本體中。該第一過濾器和該第二過濾器可以是篩網過濾器或者高效微粒捕捉(high efficiency particle arresting,HEPA)過濾器。該第一過濾器和該第二過濾器或者由不織布或者由濾紙製成,或者不織布和濾紙二者可以一起使用。
控制器180可以偵測灰塵容器的狀態。詳言之,控制器180可以偵測該灰塵容器中所收集的灰塵量並且偵測該灰塵容器是否安裝在行動機器人中或者該灰塵容器是否與行動機器人分離。在此情況下,該控制器透過插入一壓電感測器等感測在該灰塵容器中收集灰塵的程度。同樣,該灰塵容器的安裝狀態可以各種方式感測。例如,作為用於感測該灰塵容器是否被安裝的感測器,可以使用一微動開關、一磁性感測器、一光學感測器,其中安裝該微開關以在安置該灰塵容器的凹處的下表面上被打開和關閉,該磁性感測器使用磁鐵的磁場,該光學感測器包括一發光單元和一接收光單元,並且接收光等。該磁性感測器可以包括一密封件,該密封件係由部分結合磁鐵的合成橡膠材料所製成。
又,打掃單元190可以進一步包括黏貼至行動機器人主體下部的可拆式抹布板。抹布板可以包括可拆式黏貼的抹布,使用者可以分離抹布以清洗或替換。該抹布能够以各種方式被安裝在抹布板中,並且透過使用稱為魔鬼氈(Velcro)的繡片黏貼至抹布板。例如,抹布板通過磁性安裝在行動機器人主體中。抹布板包括一第一磁鐵,並且吸塵器的主體可以包括與該第一磁鐵相對應的一金屬件或一第二磁鐵。當抹布板正常定位在行動機器人的主體的底部上時,抹布板透過該第一磁鐵和該金屬件或者該第一磁鐵和該第二磁鐵固定至行動機器人的主體。
行動機器人主體可以進一步包括感測抹布板是否被安裝的一感測器。例如,該感測器可以是通過磁力操作的磁簧開關,或者可以是霍爾感測器(hall sensor)。例如,磁簧開關可以設置在行動機器人的主體中,並且當抹布板耦接至行動機器人的主體時,磁簧開關可以操作以輸出安裝信號至該控制器180。
以下,將參考第2圖說明根據本發明一實施例關於行動機器人的外觀的實施例。
參考第2圖,行動機器人100可以包括單一照相機201。該單一照相機201可以對應照相機感測器144。又,照相機感測器144的影像拍攝角度可以是全向測距(omnidirectional range)。
同時,儘管沒有顯示在第2圖,行動機器人100可以包括連同照相機感測器144一起的一照明單元。該照明單元可以沿著照相機感測器144被定向的方向上發出光。
此外,以下,行動機器人100以及“一種執行自主行進的吸塵器”被定義為具有相同概念。
以下,將參考第3圖進行說明根據本發明實施例的行動機器人100的控制方法。
照相機感測器144可以拍攝一第一影像(S301)。
如第2圖所示,照相機感測器144可以是固定地安裝在行動機器人100的主體中的一單眼照相機。亦即,照相機感測器144可以沿著相對於主體之運動方向固定的方向上拍攝第一影像。
又,操控感測器141、142或者143可以感測行動機器人的移動和與行動機器人之主體的移動相關的資訊(S302)。
操控感測器可以包括陀螺儀感測器141、加速感測器142、以及輪子感測器143其中的至少一者。
控制器180可以基於第一拍攝影像和與感測移動相關的資訊的其中至少之一偵測與障礙物相關的資訊(S303)。
詳言之,控制器180藉由提取與第一影像相關的特徵點,分割第一影像,或者將第一影像投影成不同影像來偵測與障礙物相關的資訊。以此方式,為了從第一影像偵測與障礙物相關的資訊,控制器180可以進行各種分析並且藉由將不同加權值應用至分析結果來最終偵測與障礙物相關的資訊。
控制器180可以基於所偵測之與障礙物相關的資訊控制驅動單元130(S304)。
詳言之,控制器180可以藉由使用所偵測之與障礙物相關的資訊產生與障礙物相關的地圖資訊或者更新先前儲存的地圖資訊。此外,控制器180可以控制驅動單元130以基於地圖資訊避免行動機器人100相對於障礙物的碰撞。在此情況下,控制器180可以使用一預設的迴避運作演算法或者可以控制 驅動單元130以一預定間隔或更大間隔在障礙物與行動機器人100之間保持距離。
以下,將說明各種實施例,在實施例中行動機器人100或者執行自主行進的吸塵器從照相機感測器144拍攝的影像中偵測與障礙物相關的資訊。
在實施例中,控制器180可以藉由分割照相機感測器144所拍攝的影像偵測與障礙物相關的第一資訊。
控制器180可以將所拍攝的第一影像分割成複數個影像區域。此外,控制器180可以從所分割的影像區域偵測與障礙物相關的第一資訊。例如,控制器180可以藉由使用相對於第一影像的一超像素演算法設定與包括在第一影像中的複數個影像區域相關的資訊。
第4圖說明藉由分割第一影像設定與複數個影像區域相關的資訊的實施例。
同樣,當一預定的時間間隔自拍攝第一影像以來已經過去時,照相機感測器144可以拍攝第二影像。亦即,照相機感測器144可以在第一時間點拍攝第一影像並且在第一時間點之後的第二時間點拍攝第二影像。
控制器180可以將第二影像分割成複數個影像區域。此外,控制器180可以比較第一影像所分割的影像區域與第二影像所分割的影像區域。控制器180可以基於比較結果偵測與障礙物相關的第一資訊。
控制器180可以將第二影像所分割的影像區域和第一影像所分割的影像區域的相對應區域匹配。亦即,控制器180可以將包括在第一時間點所拍攝的第一影像中的複數個影像區域與包括在第二時間點所拍攝的第二影像中的複數個影像區域進行比較,並且將包括在第二影像中的複數個影像區域匹配至包括在第一影像中的複數個影像區域的對應區域。
因此,控制器180可以基於所匹配的結果偵測與障礙物相關的第一資訊。
同時,當在拍攝第一影像的第一時間點之後執行的行動機器人100的行進滿足特定條件時,照相機感測器144可以拍攝第二影像。例如,特 定條件可包括與行進時間、行進距離、以及行進方向其中的至少一者相關的條件。
以下,將參考第5A圖至第5E圖說明根據本發明之行動機器人使用複數個拍攝的影像偵測障礙物的實施例。
第5A圖顯示第一影像,以及第5B圖顯示第二影像。如上所述,第一影像可以由照相機感測器144在第一時間點拍攝,以及第二影像由照相機感測器144在第二時間點拍攝。
控制器180可以基於與地板接觸行動機器人100的驅動單元130相關的資訊轉換第一影像。在此情況下,與地板相關的資訊可以由使用者提前設定。參考第5C圖,例示所轉換的第一影像。亦即,控制器180可以藉由在第一影像上執行逆透視映射來轉換第一影像。
例如,控制器180可以相對於與對應第一影像的地板相關的參考影像投射出第一影像。在此情況下,假設在對應於第一影像的地板上沒有障礙物,控制器180可以轉換第一影像。
此外,控制器180可以藉由將所轉換的影像投射到第二影像產生第三影像。
詳言之,控制器180可以將所轉換的第一影像反向投射到第二影像。參考第5D圖,所轉換的第一影像可以反向投射到第二影像以產生第三影像。
又,控制器180可以藉由比較所產生的第三影像與第二影像偵測與障礙物相關的第二資訊。控制器180可以基於所產生的第三影像與第二影像之間色彩上的差異偵測與障礙物相關的第二資訊。
第5E圖說明在第二影像上顯示所偵測的第二資訊的一實施例。在第5E圖中,點狀物標記所偵測的第二資訊。
上述的逆透視映射演算法也可以在拍攝影像的分割影像區域上執行。亦即,如上所述,控制器180可以於包括在第一影像和第二影像中的複數個影像區域中之複數個匹配的影像區域上執行逆透視映射算法。也就是,控制器180可以於包括在第一影像中的複數個影像區域的其中之一以及匹配至包 括在第一影像中的該一個影像區域且包括在第二影像中的影像區域上執行逆透視映射演算法,以偵測與障礙物相關的資訊。
在另一實施例中,控制器180可以提取相對於第一影像和第二影像的至少一個特徵點。此外,控制器180可以基於所提取的特徵點偵測與障礙物相關的第三資訊。
詳言之,控制器180可以估計與持續拍攝的第一影像和第二影像的光流相關的資訊。基於所估計的光流,控制器180可以提取與有關行動機器人100在地板上行進的單應性相關的資訊。因此,控制器180可以藉由使用有關該單應性的資訊偵測與障礙物相關的第三資訊。例如,控制器180可以藉由計算對應於所提取的特徵點的單應性的誤差值偵測與障礙物相關的第三資訊。
在另一實施例中,控制器180可以基於包括在第一影像和第二影像中的角落或區段提取一特徵點。
第5F圖例示在第一影像上執行特徵點提取的一實施例。第5F圖中例示的點狀物表示所偵測的第三資訊。
同時,控制器180可以設定與相對於第一資訊至第三資訊中的每一個的加權值相關的資訊。此外,控制器180可以基於所設定的加權值和第一資訊至第三資訊偵測與障礙物相關的第四資訊。
詳言之,控制器180可以藉由使用圖像分割演算法分別設定與對應於第一資訊至第三資訊的加權值相關的資訊。另,控制器180可以基於使用者輸入設定與加權值相關的資訊。因此,控制器180可以藉由結合上述障礙物偵測的方法最終偵測與障礙物相關的第四資訊。
又,控制器180可以藉由使用第一資訊至第四資訊產生與障礙物相關的地圖資訊。
以下,將參考第6圖說明關於本發明之行動機器人的控制方法的另一實施例。
照相機感測器144可以拍攝一第一影像(S601),並且在拍攝該第一影像之後可以拍攝第二影像(S602)。
控制器180可以將第一影像和第二影像中的每一個分割成複數區域(S603)。
控制器180可以將第二影像所分割的影像區域與第一影像所分割的影像區域進行匹配(S604)。
控制器180可以將所匹配區域中的任何一個逆透視映射至另一個區域(S605)。
控制器180可以基於逆透視映射的結果偵測障礙物(S606)。
根據本發明實施例,由於障礙物可以僅通過一單一照相機偵測,行動機器人的製造成本可以被降低。
此外,根據本發明的行動機器人可以藉由使用一單眼照相機在偵測障礙物方面具有提升的性能。
另,根據本發明的行動機器人可以精確地偵測障礙物,與照相機的安裝狀態無關。
前述實施例和優勢僅為例示性並且不應被認為限制本發明。本教示易於應用至其他類型的裝置。本說明書旨在說明性的,而不是限制申請專利範圍的範疇。更多替換、修改、以及變化對本領域技術人員係顯而易見。本文中說明的例示實施例的特徵、結構、方法、以及其他特徵能够以各種方式結合以獲得額外的及/或替換的例示實施例。
由於本發明特徵能够以多種方式體現而不脫離其特性,應該理解的是上述實施例並不限制於前述說明的任何細節,除非另有說明,而是應該廣義地視為在附加的申請專利範圍中定義的範疇之內,從而落入申請專利範圍的界限和範圍或者此種界限和範圍之等同物之內的全部變化和修改旨在被附加的申請專利範圍包含。
100‧‧‧行動機器人
110‧‧‧通訊單元
120‧‧‧輸入單元
130‧‧‧驅動單元
140‧‧‧感測器
150‧‧‧輸出單元
160‧‧‧電力單元
170‧‧‧記憶體
180‧‧‧控制器
190‧‧‧打掃單元

Claims (7)

  1. 一種吸塵器,包括:一主體,具有一吸入開口;一打掃單元,設置在該主體內並且通過該吸入開口吸入一打掃目標;一驅動單元,移動該主體;一照相機感測器,連接至該主體並拍攝一第一影像和一第二影像,其中當自拍攝該第一影像起經過一預設時間間隔時,拍攝該第二影像;一操作感測器,感測與該主體之移動相關的資訊;以及一控制器,基於所拍攝的影像以及與移動相關的該資訊的至少其中之一來偵測與一障礙物相關的資訊,並且基於所偵測之與該障礙物相關的該資訊控制該驅動單元,其中,該控制器將所拍攝的該第一影像分割成複數個影像區域,並且從所分割的該等影像區域偵測與該障礙物相關的第一資訊,以及其中,該控制器轉換該第一影像,將所轉換的影像投射至該第二影像以生成一第三影像,以及比較所生成的該第三影像與該第二影像以偵測與該障礙物相關的第二資訊。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的吸塵器,其中,當一預設的時間間隔自拍攝該第一影像以來已經過去時,該照相機感測器拍攝一第二影像,並且該控制器將該第二影像分割成複數個影像區域,比較該第一影像所分割的該等影像區域與該第二影像所分割的該等影像區域,以及基於該比較的結果偵測與該障礙物相關的第一資訊。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的吸塵器,其中,該控制器將該第二影像所分割的該等影像區域與該第一影像所分割的該等影像區域彼此對應匹配。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的吸塵器,其中,該控制器基於所產生的該第三影像與該第二影像之間顏色上的差異偵測與該障礙物相關的該第二資訊。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的吸塵器,其中,該控制器從該第一影像提取至少一個特徵點,並且基於所提取的該特徵點偵測與該障礙物相關的該第三資訊。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的吸塵器,其中,該控制器設定與相對於該第一資訊至該第三資訊中的每一個的加權值相關的資訊,以及基於所設定的該等加權值和該第一資訊至該第三資訊偵測與該障礙物相關的第四資訊。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述的吸塵器,其中,該控制器使用該第一資訊至該第三資訊產生與該障礙物相關的地圖資訊。
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