TWI634403B - 自動清潔機及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種自動清潔機其距離感測器用以在多個相異的時間點t，測量自動清潔機與一牆面間的多個間距Y(t)。其控制模組用以在該些相異時間點t，計算出行走裝置的多個行走距離X(t)。根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得自動清潔機的行走方向與牆面之延伸方向間的一偏差角度A。

Description

自動清潔機及其控制方法
本發明係關於一種自動清潔機及其控制方法，尤其關於一種利用一牆面校正路徑的自動清潔機及其控制方法。
習知的清潔機器人1，在清掃室內地板時，以一演算法來進行路徑的規劃，為了減少沒有被清掃或擦拭的區域，較佳地規劃出弓字型(Zigzag)路徑。例如，美國專利號US 7515991B2亦提出一種弓字型路徑的規劃方法。圖1顯示習知清潔機器人所規劃之預定路徑的示意圖。如圖1所示，要清掃的房間30由具有4個壁面區間21、22、23、24的壁面20圍成。在房間30內放置著椅子、沙發等的障礙物31、32。將清潔機器人1放置在房間30內的任意位置。開始時，使它認識清掃區域。更體而言，使清潔機器人1保持現在的方向前進，沿路徑201一直移動到壁面20。其次使清潔機器人1沿路徑202、203沿壁面20繞房間30行走一周。通過該行走設定清掃區域，並且建立地圖資訊，隨後再將所得到的地圖資訊記錄於控制裝置的存儲器中。
清潔機器人1在行走過程中，清潔機器人1的方位角會有誤差的產生。因此，美國專利號US 7515991B2提出一種校正方法，自動行走式清掃機存取有地圖資訊，在從存儲在地圖資訊中的“壁面”資訊，並且利用行走中記錄的記憶路徑的方位角和地圖資訊中記錄的壁面方位角，對清掃機的方位角的檢測誤差進行校正。
目前市售的一清潔機器人(LG,LrV5900)其設置有一影像感測器，取得天花板的影像並且鑑定天花板的線條，進而不間斷地計算出機器人與房間壁面間平行與垂直的座標，而避免誤差的累積。機器人再據此座標作行走“弓字型”路徑，並來回清掃。然而，影像系統需要計算能力較好的硬體，因此成本高昂。目前市售的另一清潔機器人(irobot 980)，則利用影像，鑑定家具的尖點計算出機器人與房間壁面間平行與垂直的座標，但是如上述影像系統的成本高昂。
目前市售的另一清潔機器人(Neato)，利用光學雷達(LIDAR)其使用一束脈衝雷射來測量目標的距離等參數，且可量測範圍高達6米(meter)。並且透過持續旋轉雷射頭，以量測周圍房間的牆壁並測繪地圖，機器人再據此地圖行走弓字型路徑來回清掃，然而光學雷達(LIDAR)成本高昂。
目前市售的另一擦地機器人(mint)採用一種北極星系統，其投射一光點到天花板，機器人機上設有一影像裝置，利用該光點可決定原點位置與機器人的座標，而避免誤差的累積。機器人再據此座標行走弓字型路徑來 回清掃，然而影像系統成本高昂。
本發明一實施例之目的在於，提供一種自動清潔機利用一牆面校正路徑的自動機器人及其控制方法。本發明一實施例之目的在於，提供一種自動清潔機其利用已測得的多個局部地圖，以更新或擴張一地圖資訊；以及其控制方法。
依據本發明一實施例，自動清潔機包含一距離感測器、一控制模組及一行走裝置。控制模組具有一陀螺儀，並且電連接距離感測器及行走裝置。行走裝置用以移動自動清潔機，藉以使自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置。距離感測器用以在多個相異的時間點t，測量自動清潔機與一牆面間的多個間距Y(t)。控制模組用以在該些相異時間點t，計算出行走裝置的多個行走距離X(t)。在該第二位置時，根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得自動清潔機的行走方向與牆面之延伸方向間的一偏差角度A。
於一實施例中，控制模組更對該些行走距離X(t)及該些間距Y(t)，進行線性回歸取得回歸線L，並依據回歸線L求得偏差角度A。
於一實施例中，控制模組更計算出一方位角Q，並且再根據偏差角度A校正方位角Q。於一實施例中，控制模組依據一第一運算式校正方位角Q， 校正後方位角Q=校正前方位角Q-偏差角度A。於一實施例中，控制模組依據一第二運算式校正方位角Q，校正後方位角Q=校正前方位角Q-校正角度a，並且偏差角度A大於校正角度a。
於一實施例中，控制模組包含：一馬達模組及一編碼器。馬達模組連接行走裝置。編碼器電連接馬達模組，並且依據馬達模組的一操作信號，求得該些行走距離X(t)，用以依據該些行走距離X(t)及方位角Q慣性導航。於一實施例中，陀螺儀用以量測的自動清潔機的角速度，然後以時間對角速度積分而得到一積分角度(iA)，積分角度用以供控制模組求得方位角Q。
於一實施例中，預定角度G為360度，行走裝置用以向前行走，以使自動清潔機從第一位置移動至第二位置，且行走裝置用以向後行走，以使自動清潔機從第二位置移動至第三位置。
於一實施例中，控制模組更使自動清潔機旋轉一預定角度G後，再控制行走裝置以使自動清潔機從第二位置移動至一第三位置；於自動清潔機旋轉預定角度G後，利用距離感測器，在多個相異的時間點t，求得自動清潔機與牆面間的多個間距Y1(t)；於自動清潔機旋轉預定角度G後，在該些相異時間點t，計算出行走裝置的多個行走距離X1(t)；在第三位置時，根據該些間距Y1(t)及該些行走距離X1(t)，求得自動清潔機的行走方向與牆面之延伸方向間的一偏差角度A1；並且根據偏差角度A及偏差角度A1來校正陀螺儀的常數K。
依據本發明一實施例，自動清潔機的控制方法，適用於一自動清潔機，自動清潔機包含一距離感測器、具有一陀螺儀的一控制模組及一行走裝置。該控制方法包含以下步驟。使自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置。利用距離感測器在多個相異的時間點t，求得自動清潔機與一牆面間的多個間距Y(t)。在該些相異時間點t，計算出行走裝置的多個行走距離X(t)。在第二位置時，根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得自動清潔機的行走方向與牆面之延伸方向間的一偏差角度A。
於一實施例中，該求得該偏差角度A的步驟包含：對該些行走距離X(t)及該些間距Y(t)，進行線性回歸取得回歸線L，並依據回歸線L求得偏差角度A。
於一實施例中，利用控制模組用以計算出一方位角Q，並且再利用控制模組根據偏差角度A校正方位角Q。於一實施例中，該根據該偏差角度A校正該方位角Q的步驟包含：依據一運算式校正方位角Q，該運算式為校正後方位角Q=校正前方位角Q-校正角度a，並且偏差角度A大於校正角度a。
於一實施例中，該根據偏差角度A校正方位角Q的步驟包含以下步驟。判斷是否為第一次校正。若是第一次校正，依據一第一運算式校正方位角Q，該第一運算式為校正後方位角Q=校正前方位角Q-偏差角度A。判斷偏差角度A是否小於一臨界值Th。若不是第一次校正且偏差角度A小於一 臨界值Th，依據一第二運算式校正方位角Q，該第二運算式為校正後方位角Q=校正前方位角Q-校正角度a，並且偏差角度A大於校正角度a。若偏差角度A大於一臨界值Th，不校正方位角Q。
於一實施例中，該控制方法更包含以下步驟。使自動清潔機旋轉一預定角度G。使自動清潔機從第二位置移動至一第三位置。於該使自動清潔機旋轉一預定角度G的步驟後，利用距離感測器，在多個相異的時間點t，求得自動清潔機與牆面間的多個間距Y1(t)。於該使該自動清潔機旋轉一預定角度G的步驟後，在該些相異時間點t，計算出行走裝置的多個行走距離X1(t)。在第三位置時，根據該些間距Y1(t)及該些行走距離X1(t)，求得自動清潔機的行走方向與牆面之延伸方向間的一偏差角度A1。以及根據偏差角度A及偏差角度A1來校正陀螺儀的常數K。
於一實施例中，預定角度G為360度。該使該自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置的步驟，包含使行走裝置向前行走。該使該自動清潔機從該第二位置移動至一第三位置的步驟，包含使行走裝置向後行走。
依據本發明一實施例，自動清潔機的控制方法，適用於一自動清潔機包含以下步驟。啟動一自動清潔機，以使自動清潔機尋找一啟始點。利用如請求項8-12任一項所述的自動清潔機的控制方法，使自動清潔機開始行走。利用自動清潔機的至少一距離感測器，在不同的時間點測得自動清潔機的周圍環境，以測得多個局部地圖。依據已測得的該些局部地圖決定一 弓字型軌跡，並依據弓字型軌跡持續行走。以及，依據已測得的該些局部地圖，以更新一地圖資訊，並將地圖資訊存儲於自動清潔機的一存儲器中。
依據本發明一實施例，藉由持續地量測自動清潔機與牆面間的間距，鑑定出它與牆面間的角度，並利用偏差角度A校正自動清潔機的方位角Q，而使自動清潔機的路徑不會偏移。於一實施例中，可以採用低成本的測距雷射IC，而不是光學雷達(LIDAR)，此方法成本低廉。
1‧‧‧清潔機器人
20‧‧‧壁面
21-24‧‧‧壁面區間
30‧‧‧房間
31-32‧‧‧障礙物
102‧‧‧地板
103‧‧‧牆面
104‧‧‧牆面
200‧‧‧自動清潔機
201-203‧‧‧路徑
210‧‧‧距離感測器
211‧‧‧雷射束
221‧‧‧防撞桿
222‧‧‧側刷
223‧‧‧行走裝置
224‧‧‧清潔裝置
225‧‧‧清潔裝置
231‧‧‧輪子
232‧‧‧皮帶
330‧‧‧幫浦模組
331‧‧‧吸塵口
340‧‧‧控制模組
341‧‧‧編碼器
342‧‧‧馬達模組
343‧‧‧陀螺儀
344‧‧‧處理器
345‧‧‧存儲器
390‧‧‧電源模組
400‧‧‧牆面
從以下之詳細說明及附圖，其僅是用以說明而非本發明所限定，能夠更全面地理解本發明。
圖1顯示習知清潔機器人所規劃之預定路徑的示意圖。
圖2A示意地顯示本發明一實施例自動清潔機沿牆面行走時的俯視圖。
圖2B顯示圖2A實施例之自動清潔機的仰視圖。
圖2C顯示圖2A實施例之自動清潔機的側視圖。
圖3顯示本發明一實施例之清潔機的功能方塊圖。
圖4顯示本發明一實施例之自動清潔機所行走之實際路徑之一部分的示意圖。
圖5顯示圖2A實施例自動清潔機與牆面間之間距Y(t)；與行走距離X(t)的關係圖。
圖6顯示本發明一實施例之控制方法的流程圖。
圖7顯示本發明一實施例之自動清潔機規劃路徑的示意圖。
圖8顯示本發明一實施例之自動清潔機規劃路徑的流程圖。
圖9A顯示本發明另一實施例之自動清潔機所行走之實際路徑之一部分的示意圖。
圖9B顯示本發明另一實施例之自動清潔機所行走之實際路徑之一部分的示意圖。
圖10A-10B顯示本發明一實施例之能夠校正陀螺儀的控制方法的流程圖。
將參照附圖，詳細地說明本發明，其中相同的標號將用於識別多個視點的相同或近似的元件。應注意的是，圖式應以標號的取向方向觀看。
依據本發明一實施例的自動機器人及其控制方法，自動清潔機200邊行走邊建地圖，並且依局部地圖規劃有效清潔路徑，在清潔過程中繼續擴張地圖，直到全部整個房間地板102清潔完畢。此外，在行走的同時，依據牆面，隨時地校正自動清潔機200的方位角Q，使得自動清潔機200能夠以平行或垂直於牆面400的方式，並以“弓字型”路徑來回清掃房間，藉以提高清潔效率。以下，將更進一步地說明本發明的具體實施例。
圖2A示意地顯示本發明一實施例自動清潔機沿牆面行走時的俯視圖。圖2B顯示圖2A實施例之自動清潔機的仰視圖。圖2C顯示圖2A實施例之自動清潔機的側視圖。如圖2A、2B及2C所示，自動清潔機200含有至少一距離感測器210、一防撞桿221、至少一側刷222、一行走裝置223、及一清潔裝置224、225。防撞桿221設於自動清潔機200的前方，用以感測與碰撞一障礙物的事件。側刷222向下延伸用以將地面的灰塵掃入吸塵口331。清潔裝置224、225可以包含一清潔布設於底側且面向下用以擦拭地面。如圖2C所示，行走裝置223可以為一皮帶輪裝置其包含兩個輪子231及一皮帶232，而且皮帶232連接於該些輪子231之間。
圖3為本發明一實施例之清潔機的功能方塊圖。請參照圖3，於本實施例中，自動清潔機200更包含一幫浦模組330、一控制模組340及一電源模組390。電源模組390用以提供一電源給幫浦模組330及控制模組340。幫浦模組330驅動真空吸塵裝置(未圖示)進行真空吸塵，從吸塵口331吸入灰塵後將灰塵收集在集塵帶(未圖示)中。距離感測器210電連接於控制模組340，用以傳送一距離資料給控制模組340。控制模組340包含一編碼器341、一馬達模組342、一陀螺儀343、一處理器(CPU)344及存儲器345。馬達模組342驅動行走裝置223，使自動清潔機200前後移動或左右轉動。更具體而言，馬達模組342連接該些輪子231，並驅動該些輪子23旋轉進而帶動皮帶232轉動。馬達模組342電連接有一個編碼器341(Encoder)，編碼器341依據馬達模組342的一操作信號，以求得行走距離或轉彎角度。由編碼器341的讀值可計算出自動清潔機200行走的距離或轉彎的角度。控制模組340的 陀螺儀343用以量測的自動清潔機200的角速度(ω)，然後對角速度(ω)的積分而得到機器的積分角度(iA)，如下公式eq1。編碼器341依據行走距離、轉彎的角度及積分角度(iA)至少其中之一作出慣性導航(inertial navigation)，並且進行“弓字型”來回清掃。
iA=ʃ Kωdt eq1
其中，iA表示積分角度，K為陀螺儀的常數，ω為角速度，t為時間。
然而，由於自動清潔機200取得方位角的方式，是以積分方式求得，因此會不斷地累積過去的誤差，而造成實際路徑的傾斜，且脫離原先預期的路徑。圖4顯示自動清潔機所行走之實際路徑之一部分的示意圖。如圖4所示，自動清潔機200置於一房間的地板102上。自動清潔機200因為誤差的累積，而造成實際路徑已脫離原先預期的路徑。此外，自動清潔機200的座標或方位角會因偏差，因而無法行走大致平行或垂直於牆面的路徑，因此其所建立之地圖資訊也會偏差。
更具體而言，在自動清潔機200的行進中，其積分陀螺儀343檢測出的角速度。自動清潔機200的編碼器341用檢測出的移動距離，並且利用該角速度來求得校正前實際行走的方位角Q。由於隨著時間會累積誤差，而造成自動清潔機200之校正前方位角Q與其原本被預期(desired)的方位角Q(亦即牆面400延伸方向Qc)不一致，結果是自動清潔機200行走方向不平行於牆面400延伸方向。
於一實施例中，距離感測器210設於自動清潔機200的一側邊。較佳地，如圖2A所示，距離感測器210分別設於自動清潔機200的兩個側邊和前側。於一實施例中，距離感測器210可以為一固定式的雷射量測積體電路(integrated circuit，IC)，距離感測器210發射雷射束211，以量測自動清潔機200與牆面400之間的距離。距離感測器210在多個相異的時間點t，量測自動清潔機200與牆面400間的間距Y(t)。控制模組340用以在該些相異時間點t，計算出行走裝置223的多個行走距離X(t)，並且將該些資料記錄於控制模組340中。對該些行走距離X(t)及間距Y(t)進行線性回歸取得回歸線L，並求得回歸線L及X軸間的角度，作為自動清潔機200行走方向與牆面400延伸方向間的角度，亦即偏差角度A。
圖5顯示圖2A實施例自動清潔機與牆面間之間距Y(t)；與行走距離X(t)的關係圖。更詳細說明，例如將該些資料繪製於圖表上，如圖5所示，每個時間點t可以得到一組X(t)及Y(t)的數值，即可在圖5上繪製多個點。再對該些點進行線性回歸取得回歸線L，求得回歸線L及X軸間的角度，即可計算出偏差角度A。
要校正自動清潔機200的方位角Q時，自動清潔機200的控制模組340將本體旋轉偏差角度A後，即可使自動清潔機200的行走方向平行於牆面400的延伸方向，此時控制模組340再對方位角Q進行校正，亦即校正後方位角Q=(校正前方位角Q-偏差角度A)=方位角Qc，並將校正後方位角Q存儲於控制模組340中。如此，自動清潔機200可以平行或垂直於牆面，以進行“弓 字型”來回清掃。應了解的是，於本實施例中，雖然是以自動清潔機200的行走方向與參考物為平行作為示例加以說明，但平行並非本發明限定者，其可以為垂直。或者，依據產品設計的需求，採用個種預設的角度。於一實施例中，只要自動清潔機200的行走方向與參考物為一預定角度即可。
於前述實施例中，有時會因所計算出的偏差角度A過大而造成過渡的校正，因此較佳的情況是，能夠以分時方式，在不同時間點進行校正，而且每次校正的角度皆小於偏差角度A，藉以漸漸地逼近預期(desired)方位角Qc。如此，可以避免自動清潔機200左右旋轉的振幅過大。
圖6顯示本發明一實施例之控制方法的流程圖。自動清潔機200開始運行時，進行初始定位步驟。於初始定位步驟後開始行走(步驟S01)，並在行走的同時進行本發明一實施例之控制方法。如圖6所示，自動清潔機200的控制方法包含以下步驟。
步驟S02：利用距離感測器210，在多個相異的時間點t，求得自動清潔機200與一牆面400間的多個間距Y(t)。
步驟S04：在該些相異時間點t，計算出行走裝置223的多個行走距離X(t)。
步驟S06：根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得自動清潔機200的行走方向與牆面400之延伸方向間的一偏差角度。更詳言之，對該些行走距離X(t)及間距Y(t)進行線性回歸取得回歸線L，並求得回歸線L及X軸間的角度，作為偏差角度A。
步驟S08：根據偏差角度A校正方位角Q。
於一實施例中，為了避免過渡的校正的情況，能夠以分時方式，在不同時間點進行微幅校正。具體而言，前述步驟S08可以包含以下步驟。
步驟S82：判斷是否為第一次校正。若是，則進行步驟S84。若否，則進行步驟S85。
步驟S84：依下述運算式校正自動清潔機200的方位角Q，校正後方位角Q=(校正前方位角Q-偏差角度A)。執行步驟S84後，再回到步驟S02。
步驟S85：判斷偏差角度A是否小於一臨界值Th。若是，則進行步驟S86。若否，則進行步驟S87。
步驟S86：依下述運算式微幅校正自動清潔機200的方位角Q，校正後方位角Q=(校正前方位角Q-校正角度a)，其中校正角度a小於偏差角度A。執行步驟S86後，再回到步驟S02。
步驟S87：不校正自動清潔機200的方位角Q。若偏差角度A超過臨界值時，表示牆面400是傾斜的，並不是正交性的牆面，因此不進行修正。執行步驟S87後，再回到步驟S02。
自動清潔機200開始運行時，進行初始定位步驟。於初始定位步驟後開始行走，隨後進行方位角Q第一次校正，並且以編碼器341與陀螺儀343(Gyro)作慣性導航。但是持續行走過程中，可能會有滑步與累積誤差，造成方位角Q的偏差。依據本實施例，自動清潔機200在行走時，持續鑑定自動清潔機200行走方向與附近牆面400間的角度，當判斷出兩者間有偏差 角度A時，針對偏差角度A進行少量修正，以調整自動清潔機200軟體內的方位角Q。但是，偏差角度A過大時表示牆面400是斜的，不是垂直或平行的牆面400，因此偏差角度A過大則不修正自動清潔機200軟體內的方位角Q。如圖2A所示，自動清潔機200在房間行走時，距離感測器210量測包含牆、廚櫃、床等的牆面400；與自動清潔機200間的偏差角度A，並利用該偏差角度A校正自動清潔機200的方位角Q，以使得自動清潔機200可以平行或垂直於牆面400的方式，並以“弓字型”路徑來回清掃房間。
圖7顯示本發明一實施例之自動清潔機規劃路徑的示意圖。圖8顯示本發明一實施例之自動清潔機規劃路徑的流程圖。如圖7及圖8所示，本發明一實施例之規劃路徑方法包含以下步驟。
步驟S20：啟動一自動清潔機200，自動清潔機200開始運行時，進行初始定位步驟，以尋找啟始點M0。於一實施例中，可以將自動清潔機200置於任意位置，作為啟始點M0。於一實施例中，自動清潔機200進行尋找一牆面，於找到牆面時的位置當作啟始點M0。於一實施例中，尋找由兩個牆面所構成的角，找到該角時的位置當作啟始點M0。
步驟S22：利用如前所述圖6實施例的自動清潔機的控制方法，使自動清潔機200開始行走。
步驟S24：利用多個距離感測器210，在不同的時間點測得自動清潔機200的周圍環境，以測得多個局部地圖Sq。更具體而言，一開始時，利用該些距離感測器210，測得自動清潔機200的周圍環境，以求得一局部地圖S0。局部地圖S0是地板102中的一局部區域，其可以用2維陣列S0(i,j)表示，其中 i及j的大小是依據距離感測器210所能夠感測到的最大距離所決定。自動清潔機200沿牆面103行走至點A1，在行走的同時依圖6方法進行方向角Q的校正，並且測得自動清潔機200的周圍環境，以求得一局部地圖S1。
步驟S26：依據已測得的該些局部地圖Sq決定一弓字型軌跡，並依據該弓字型軌跡持續行走。更詳言之，自動清潔機200依據該些已知的局部地圖Sq決定一弓字型軌跡，並依據該弓字型軌跡持續沿橫軸地或沿蹤軸地行走至點Aq+1，在行走的同時依圖6方法進行方向角Q的校正，並且持續地求得最新的局部地圖Sq+1。依據弓字型軌跡，自動清潔機200持續行走直到障礙時向左或右旋轉90度。如圖7所示，自動清潔機200遇到牆面104時向左90度旋轉，持續行走，遇到壁面105後再向左90度旋轉，行走一預定距離W後再向左90度旋轉，藉以走“弓字型”路徑。
步驟S28：依據已測得的該些局部地圖Sq，以更新一地圖資訊，並將該地圖資訊存儲於自動清潔機200的存儲器345中。自動清潔機200整合所有局部地圖S0至局部地圖Sq，以更新並擴大地圖資訊map(i,j)。橫軸行走距離愈長可以偵測的i值愈大，蹤軸行走距離愈長可以偵測的j值愈大，因此局部地圖S1包含局部地圖S0所未知的部分，局部地圖Sq+1包含局部地圖Sq所未知的部分，自動清潔機200整合已測得的該些局部地圖，以更新並擴大地圖資訊map(i,j)。此外，於圖7中，向右及向上的方向可以設為正值；向左及向下可以設為負值。
如上述，自動清潔機200能夠在行走的同時測得多個局部地圖，並依據該些局部地圖來更新並擴大地圖資訊map(i,j)。依據本發明一實施例，其優 點在於，自動清潔機200邊行走邊建地圖，並且依局部地圖規劃有效清潔路徑，在清潔過程中繼續擴張地圖，直到全部整個房間地板102清潔完畢，因此在開始清潔前，不需要繞整個房間一圈來建立地圖，而可以減少時間。此外，在自動清潔機200行走的同時，依前述方法進行方向角Q的校正，因此能夠以平行或垂直於牆面400的方式，並以“弓字型”路徑來回清掃房間。
此外，陀螺儀343之積分角度的誤差，是其常數K所形成的。依據本發明一實施例，亦可以使用偏差角度A來校正陀螺儀343的陀螺儀常數K。圖9A顯示本發明另一實施例之自動清潔機所行走之實際路徑之一部分的示意圖。圖9B顯示本發明另一實施例之自動清潔機所行走之實際路徑之一部分的示意圖。圖10A-10B顯示本發明一實施例之能夠校正陀螺儀的控制方法的流程圖。如圖9A及圖10A-10B所示，本發明一實施例之控制方法其能夠校正陀螺儀，該控制方法包含以下步驟。
步驟S60：使自動清潔機200從一第一位置移動至一第二位置。如圖9A所示，第一位置可以為點P1，第二位置可以為點P2。
步驟S61：自動清潔機200利用距離感測器210，在多個相異的時間點t，求得自動清潔機200與一牆面400間的多個間距Y(t)。
步驟S62：在該些相異時間點t，計算出行走裝置223向前方行走的多個行走距離X(t)。
步驟S63：在該第二位置時，根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)， 求得自動清潔機200的行走方向與牆面400之延伸方向間的一偏差角度A。
步驟S64：使自動清潔機200旋轉一預定角度G。於一實施例中，如圖9A所示，預定角度G可以為360度，此時，在理想狀態下自動清潔機200的方位不變。於另一實施例中，如圖9B所示，預定角度G可以為小於90度的任一角度。
步驟S65：使自動清潔機200從一第二位置移動至一第三位置。如圖9A所示，第二位置可以為點P2，而第三位置分別可以為點P3。於一實施例，使行走裝置223的輪子231向後旋轉，在自動清潔機200的方位不變的情況下，使其向後行走至P5。如圖9B所示，第二位置可以為點P2，而第三位置分別可以為點P4。
步驟S66：利用距離感測器210，在多個相異的時間點t，求得自動清潔機200與一牆面400間的多個間距Y1(t)。
步驟S67：在該些相異時間點t，計算出行走裝置223向前方或向後方行走的多個行走距離X1(t)。此時，如圖9A所示，於一實施例中，當自動清潔機200向前方行走時，它從點P2走至點P3。於另一實施例中，當自動清潔機200向後方行走時，它從點P2再走回至點P1附近的點P5。於圖9B實施例中，自動清潔機200從點P2走至點P4。
步驟S68：在該第三位置時，根據該些間距Y1(t)及該些行走距離X1(t)，求得自動清潔機200的行走方向與牆面400之延伸方向間的一偏差角度A1。
步驟S69：根據偏差角度A及偏差角度A1來校正陀螺儀343的常數K。舉例而言，於一實施例中，可以利用下式來校正陀螺儀343的常數K。
其中，Knew表示修正後的陀螺儀常數，Kold表示修正前的陀螺儀常數，G表示自動清潔機200所旋轉的預定角度，A1表示自動清潔機200旋轉後的偏差角度，A表示自動清潔機200旋轉前的偏差角度，mod(G,360)表示餘數函數其中被除數為G而除數為360。
於圖9A實施例中，由於預定角度G為360°，因此mod(G,360)的值為0。此時方程式eq2為：Knew=(1+(A1-A)/360)* Kold。此外，當預定角度G為30°或390°時，在理想狀態下所測得的A1與A間的差皆為30°，因此陀螺儀343所造成的誤差角度，其一般通式為A1-A-mod(G,360)。最後，再利用方程式eq2校正陀螺儀常數K。透過前述校正陀螺儀的控制方法，能夠得到更準確的陀螺儀常數。
綜上所述，依據本發明一實施例，藉由持續地量測自動清潔機200與牆面400間的間距，鑑定出它與牆面400間的角度，並利用偏差角度A校正自動清潔機200的方位角Q，而使自動清潔機200的路徑不會偏移。於一實施例中，可以採用低成本的測距雷射IC，而不是光學雷達(LIDAR)，此方法成本低廉，而且清掃效率高，覆蓋率高。於一實施例中，提出一種比光學雷達(LIDAR)導航、或影像系統辨認導航更簡單，且成本更低的方案。於一實施例中，還提出一種陀螺儀的校正方法。
已詳細地說明本發明，相同的方法還能夠用很多種方法來改變，這是 很明顯的。該些變形不應視為脫離本發明的精神和範圍。所有該些對於本領域具有通常知識者為明顯的修正，皆包含在本說明書之申請專利範圍中。

Claims (15)

  1. 一種自動清潔機，包含一距離感測器、一控制模組及一行走裝置，該控制模組具有一陀螺儀，並且電連接該距離感測器及該行走裝置，其中，該行走裝置用以移動該自動清潔機，藉以使該自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置，該距離感測器，用以在多個相異的時間點t，測量該自動清潔機與一牆面間的多個間距Y(t)，其中該距離感測器包含一測距雷射裝置，用以發射一雷射束，以求得該自動清潔機與該牆面間的該些間距Y(t)；該控制模組，用以在該些相異時間點t，計算出該行走裝置的多個行走距離X(t)；並且，在該第二位置時，根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得該自動清潔機的行走方向與該牆面之延伸方向間的一偏差角度A，藉以利用該牆面來鑑定出該自動清潔機與該牆面間的角度，其中，該控制模組更根據該陀螺儀來計算出一方位角Q，並且根據該偏差角度A校正該方位角Q；利用該自動清潔機的該距離感測器，在不同的時間點測得該自動清潔機的周圍環境，以測得多個局部地圖；依據已測得的該些局部地圖決定一軌跡，並依據該軌跡持續行走；以及依據已測得的該些局部地圖，以更新一地圖資訊，並將該地圖資訊存儲於該自動清潔機的一存儲器中，其中，該自動清潔機行走距離愈長偵測的值愈大，使該些局部地圖中一目前局部地圖包含前一局部地圖所未知的部分，以更新並擴大該地圖資訊，藉以在清潔過程中繼續擴張該地圖資訊，而不繞一空間一圈來建立地圖。
  2. 根據請求項1所述的自動清潔機，其中，該控制模組更對該些行走距離X(t)及該些間距Y(t)，進行線性回歸取得回歸線L，並依據該回歸線L求得該偏差角度A。
  3. 根據請求項1所述的自動清潔機，其中，該控制模組更對該些行走距離X(t)及該些間距Y(t)進行回歸，以求得該偏差角度A。
  4. 根據請求項1所述的自動清潔機，其中，該控制模組依據一第一運算式校正該方位角Q，校正後方位角Q=校正前方位角Q-偏差角度A。
  5. 根據請求項1所述的自動清潔機，其中，該控制模組依據一第二運算式校正該方位角Q，校正後方位角Q=校正前方位角Q-校正角度a，並且該偏差角度A大於該校正角度a。
  6. 根據請求項1所述的自動清潔機，其中，該控制模組更使該自動清潔機旋轉一預定角度G後，再控制該行走裝置以使該自動清潔機從該第二位置移動至一第三位置；於該自動清潔機旋轉該預定角度G後，利用該距離感測器，在多個相異的時間點t，求得該自動清潔機與該牆面間的多個間距Y1(t)；於該自動清潔機旋轉該預定角度G後，在該些相異時間點t，計算出該行走裝置的多個行走距離X1(t)；在該第三位置時，根據該些間距Y1(t)及該些行走距離X1(t)，求得該自動清潔機的行走方向與該牆面之延伸方向間的一偏差角度A1；並且根據該偏差角度A及該偏差角度A1來校正該陀螺儀的常數K。
  7. 一種自動清潔機的控制方法，適用於一自動清潔機，該自動清潔機包含一距離感測器、具有一陀螺儀的一控制模組及一行走裝置，該控制方法包含：使該自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置；利用該距離感測器，在多個相異的時間點t，求得該自動清潔機與一牆面間的多個間距Y(t)，其中該距離感測器包含一測距雷射裝置，發射一雷射束，以求得該自動清潔機與該牆面間的該些間距Y(t)；在該些相異時間點t，計算出該行走裝置的多個行走距離X(t)；在該第二位置時，根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得該自動清潔機的行走方向與該牆面之延伸方向間的一偏差角度A，藉以利用該牆面來鑑定出該自動清潔機與該牆面間的角度；利用該控制模組根據該陀螺儀來計算出一方位角Q；利用該控制模組根據該偏差角度A校正該方位角Q；利用該自動清潔機的該距離感測器，在不同的時間點測得該自動清潔機的周圍環境，以測得多個局部地圖；依據已測得的該些局部地圖決定一軌跡，並依據該軌跡持續行走；以及依據已測得的該些局部地圖，以更新一地圖資訊，並將該地圖資訊存儲於該自動清潔機的一存儲器中，其中，該自動清潔機行走距離愈長可以偵測的的值愈大，使該些局部地圖中一目前局部地圖包含前一局部地圖所未知的部分，以更新並擴大該地圖資訊，藉以在清潔過程中繼續擴張該地圖資訊，而不繞一空間一圈來建立地圖。
  8. 根據請求項7所述的自動清潔機的控制方法，其中，該求得該偏差角度A的步驟包含：對該些行走距離X(t)及該些間距Y(t)，進行線性回歸取得回歸線L，並依據該回歸線L求得該偏差角度A。
  9. 根據請求項7所述的自動清潔機的控制方法，其中，該求得該偏差角度A的步驟包含：對該些行走距離X(t)及該些間距Y(t)進行回歸，以求得該偏差角度A。
  10. 根據請求項7所述的自動清潔機的控制方法，其中，該根據該偏差角度A校正該方位角Q的步驟包含：依據一運算式校正該方位角Q，該運算式為校正後方位角Q=校正前方位角Q-校正角度a，並且該偏差角度A大於該校正角度a。
  11. 根據請求項7所述的自動清潔機的控制方法，其中，該根據該偏差角度A校正該方位角Q的步驟包含：判斷是否為第一次校正；若是第一次校正，依據一第一運算式校正該方位角Q，該第一運算式為校正後方位角Q=校正前方位角Q-該偏差角度A；判斷該偏差角度A是否小於一臨界值Th；若不是第一次校正且該偏差角度A小於一臨界值Th，依據一第二運算式校正該方位角Q，該第二運算式為校正後方位角Q=校正前方位角Q-校正角度a，並且該偏差角度A大於該校正角度a；若該偏差角度A大於一臨界值Th，不校正該方位角Q。
  12. 根據請求項7所述的自動清潔機的控制方法，更包含：使該自動清潔機旋轉一預定角度G；使該自動清潔機從該第二位置移動至一第三位置；於該使該自動清潔機旋轉一預定角度G的步驟後，利用該距離感測器，在多個相異的時間點t，求得該自動清潔機與該牆面間的多個間距Y1(t)；於該使該自動清潔機旋轉一預定角度G的步驟後，在該些相異時間點t，計算出該行走裝置的多個行走距離X1(t)；在該第三位置時，根據該些間距Y1(t)及該些行走距離X1(t)，求得該自動清潔機的行走方向與該牆面之延伸方向間的一偏差角度A1；以及根據該偏差角度A及該偏差角度A1來校正該陀螺儀的常數K。
  13. 根據請求項12所述的自動清潔機的控制方法，其中，該預定角度G為360度，該使該自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置的步驟，包含使該行走裝置向前行走，而且該使該自動清潔機從該第二位置移動至一第三位置的步驟，包含使該行走裝置向後行走。
  14. 一種自動清潔機的控制方法，適用於一自動清潔機，該自動清潔機包含一距離感測器、具有一陀螺儀的一控制模組及一行走裝置，該控制方法包含：使該自動清潔機從一第一位置移動至一第二位置；利用該距離感測器，在多個相異的時間點t，求得該自動清潔機與一牆面間的多個間距Y(t)，其中該距離感測器包含一測距雷射裝置，發射一雷射束，以求得該自動清潔機與該牆面間的該些間距Y(t)；在該些相異時間點t，計算出該行走裝置的多個行走距離X(t)；在該第二位置時，根據該些間距Y(t)及該些行走距離X(t)，求得該自動清潔機的行走方向與該牆面之延伸方向間的一偏差角度A，藉以利用該牆面來鑑定出該自動清潔機與該牆面間的角度；利用該控制模組根據該陀螺儀來計算出一方位角Q；利用該控制模組根據該偏差角度A校正該方位角Q；利用該自動清潔機的該距離感測器，在不同的時間點測得該自動清潔機的周圍環境，以測得多個局部地圖；依據已測得的該些局部地圖決定一軌跡，並依據該軌跡持續行走；以及依據已測得的該些局部地圖，以更新一地圖資訊，並將該地圖資訊存儲於該自動清潔機的一存儲器中，其中，該自動清潔機行走距離愈長可以偵測的值愈大，使該些局部地圖中一目前局部地圖包含前一局部地圖所未知的部分，以更新並擴大該地圖資訊，藉以在清潔過程中繼續擴張該地圖資訊，直到一空間的地板清潔完畢，而不繞整個該空間一圈來建立地圖。
  15. 根據請求項14所述的自動清潔機的控制方法，其中，該利用該控制模組根據該偏差角度A校正該方位角Q的步驟包含：校正該陀螺儀的常數K。
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