TWI660702B - 清掃機器人及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種執行自主行進的清掃機器人，包括：一清掃機主體；一驅動單元，被配置以移動該清掃機主體；一相機，被配置以偵測3D座標資訊；以及一控制器，被配置以基於至少一個預設高度對偵測到的3D座標資訊的一部分進行採樣，並且被配置以基於所採樣的座標資訊控制該驅動單元。

Description

清掃機器人及其控制方法
本發明係涉及一種清掃機器人及其控制方法，更具體地係涉及能夠識別障礙物並進行自主行進的清掃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管理工業自動化的一部分。隨著機器人近來應用於各種領域，不僅醫療機器人和空間機器人，還有家用機器人正在開發中。
家用機器人的代表是清掃機器人，一種家用電子設備，能夠通過在預定區域自主移動的同時吸入灰塵或異物進行清潔操作。這樣的機器清掃人設置有可充電電池，並且設置有用於在自主移動的同時避開障礙物的障礙物感測器。
最近，除了清掃機器人在清潔區域上自主移動以執行清潔之外，目前亦正在積極地進行研究以利用在諸如醫療保健、智能家居、和遠端控制等各個領域的清掃機器人。
在清掃機器人在清潔區域內執行自主行進的情況下，清掃機器人可能與存在於清潔區域中的各種障礙物碰撞。為了在清掃機器人執行自主行進和清潔操作時避開這種障礙物，需要有偵測與障礙物有關的資訊的裝置或方法。
更具體地，傳統的清掃機器人僅具有獲取2D影像的紅外線感測器、超音波感測器、射頻(RF)感測器、光學感測器或相機感測器，以便偵測與障礙物有相的資訊。因此，傳統的清掃機器人難以獲得精確的障礙物資訊。
特別是，傳統清掃機器人基於由2D相機感測器獲取的2D影像資訊來偵測障礙物。然而，基於這樣的2D影像資訊，難以精確地偵測障礙物與清掃機器人的清掃機主體之間的距離、障礙物的立體(3D)形狀等。
因此，即使在驅動路徑上存在傳統的清掃機器人可以通過的障礙物，傳統的清掃機器人必須校正驅動路徑以避開障礙。
此外，傳統的清掃機器人從2D影像資訊中提取特徵點，以便偵測障礙物資訊。在這種情況下，如果難以從2D影像資訊中提取特徵點，則偵測到的障礙物資訊的精度(準確性)會顯著降低。
為了解決這些問題，需要具有3D相機感測器的清掃機器人。
作為與這種清掃機器人有關的技術，在韓國註冊的專利公告第10-1490055(2015.02.06)號中，一種障礙物地圖基於RGB-D相機的3D地圖產生。
然而，由於3D相機感測器獲取比2D相機感測器更大的資料量，所以使用這種3D相機感測器的清掃機器人可能會使其計算量過大。
如果清掃機器人的計算量過度增加，則需要大量的時間來偵測障礙物資訊並判定相應的驅動算法。這可能使清掃機器人不會立即與外圍障礙物發生反應。
因此，本發明的目的是提供一種清掃機器人(移動式機器人)，其透過使用獲取與位於清掃機器人附近的特徵地形或障礙物有關的3D座標資訊的3D相機感測器，來執行能夠識別其位置或執行行進的同時避開障礙物的自主行進，及其控制方法。
本發明的另一個目的是提供一種清掃機器人，其基於由3D相機感測器獲取的3D座標資訊偵測存在於行進路徑上與障礙物有關的資訊的過程中，執行能夠透過減少計算量來立即與障礙物反應的自主行進，及其控制方法。
本發明的另一個目的是提供一種清掃機器人，其在3D相機感測器獲取的3D座標資訊中，執行能夠對與複數個層對應的座標資訊取樣的自主行進，及其控制方法。
本發明的另一個目的是提供一種清掃機器人，其在3D相機感測器獲取的3D座標資訊中，透過與複數個層對應的座標資訊進行採樣來精確地感測清掃機主體的位置，執行能夠精確地感測清掃機主體的位置的自主行進，及其控制方法。
本發明的另一個目的是提供一種清掃機器人，即使3D相機感測器的時間被改變，也執行能夠精確地偵測與障礙物有關的資訊的自主行進，及其控制方法。
為了實現這些和其它優點並且與本發明的目的一致，如本文所體現和廣泛描述的，提供了一種執行自主行進的清掃機器人，包括：一清掃機主體；一驅動單元，被配置以移動該清掃機主體；一相機，被配置以偵測3D座標資訊；以及一控制器，被配置以基於至少一個預設高度對偵測到的3D座標資訊的一部分進行採樣，以及被配置以基於所採樣的座標資訊控制該驅動單元。
在一個實施例中，該控制器基於所採樣的座標資訊偵測與存在於該清掃機主體的驅動路徑上的物體的形狀有關的資訊。並且該控制器基於所偵測到的形狀控制該驅動單元以改變該驅動路徑。
在一個實施例中，如果基於與所偵測到的形狀有關的資訊判定在物體下方存在空間，則控制器判定該清掃機主體是否可以通過該空間，以及基於該判定的結果控制該驅動單元。
在一個實施例中，該控制器從偵測到的3D座標資訊中提取對應於第一高度的座標資訊、以及對應於第二高度的座標資訊。並且該控制器將對應於該第一高度的座標資訊與對應於該第二高度的座標資訊進行比較，從而判定該物體之下是否存在空間。
在一個實施例中，該第一高度被設定為低於該清掃機主體的高度，並且該第二高度被設定為高於該清掃機主體的高度。
在一個實施例中，該控制器基於所採樣的3D座標資訊產生對應於一個或多個高度的一個或多個格子圖。
在一個實施例中，該控制器基於所產生的一個或多個格子圖設定驅動路徑。
在一個實施例中，該控制器基於該格子圖偵測與該清掃機主體的位置有關的資訊。
在一個實施例中，執行自主行進的清掃機器人進一步包括：一編碼器，其被配置以感測與該驅動單元的操作有關的資訊。該控制器透過使用該編碼器來偵測驅動單元的輪子是否空轉，並且增加關於該偵測到的3D座標資訊的採樣數量。
在一個實施例中，如果該驅動單元的輪子是處於受限狀態，則該控制器判定該驅動單元的輪子是否處於受限狀態，並且增加關於該偵測到的3D座標資訊的採樣數量。
100‧‧‧清掃機器人
110‧‧‧清掃機主體
111‧‧‧滾輪單元
111a‧‧‧主輪
111b‧‧‧副輪
120‧‧‧抽吸單元
129‧‧‧蓋構件
130‧‧‧感測單元
140‧‧‧集塵容器
500‧‧‧障礙物
601‧‧‧代表值
710‧‧‧第一地圖
720‧‧‧第二地圖
801‧‧‧3D座標資訊
802‧‧‧3D座標資訊
1100‧‧‧通訊單元
1200‧‧‧輸入單元
1300‧‧‧驅動單元
1400‧‧‧感測單元
1500‧‧‧輸出單元
1600‧‧‧電源單元
1700‧‧‧記憶體
1800‧‧‧控制器
F‧‧‧向前方向
R‧‧‧與向前方向相反的方向
D1‧‧‧驅動路徑
h1‧‧‧第一高度
h2‧‧‧第二高度
1101‧‧‧第二地圖
1102‧‧‧第三地圖
1110‧‧‧差異
S901~S906‧‧‧步驟
S1001~S1007‧‧‧步驟
S1201~S1204‧‧‧步驟
圖1係顯示根據本發明之清掃機器人的一示例的立體圖；圖2係圖1所示之清掃機器人的平面視圖；圖3係圖1所示之清掃機器人的側視圖；圖4為顯示根據本發明一實施例之清掃機器人的元件的方塊圖；圖5為顯示根據本發明一實施例之驅動清掃機器人的方法的概念圖；圖6是顯示根據傳統技藝從清掃機器人產生的清掃地圖的概念圖；圖7A至圖7C是顯示根據本發明從清掃機器人產生的清掃地圖的概念圖；圖8是顯示在根據本發明的清掃機器人中採樣3D座標資訊的方法的概念圖；圖9是顯示根據本發明關於控制清掃機器人的方法的一實施例的流程圖；圖10是顯示根據本發明關於控制清掃機器人的方法的一實施例的流程圖；圖11A和圖11B是各自顯示根據本發明從清掃機器人產生的清掃地圖的概念圖；以及圖12是顯示根據本發明關於控制清掃機器人的方法的一實施例的流程圖。
現在將參考所附圖式顯示的示例來對本發明的較佳實施例進行詳細說明。顯而易見的是，在不脫離本發明的精神或範圍下，本領域的技術人員可進行本發明的各種修改和變化。因此，本發明旨在涵蓋本發明的修改和變化，只要它們在所附申請專利範圍及其等同物的範圍內。
現將參考附圖詳細說明一種清掃機器人及其控制方法。
圖1係顯示根據本發明之清掃機器人100的示例的立體圖。圖2係圖1所示之清掃機器人100的平面視圖。圖3係圖1所示之清掃機器人100的側視圖。
在本說明書中，執行自主行進的移動式機器人、清掃機器人、和清掃機可以具有相同的含義。
參考圖1至圖3，清掃機器人100透過在地板上吸入灰塵(包括異物)或者透過在地板上擦拭來執行清潔地板的功能，同時在預定區域自主移動。
清掃機器人100包括：一清掃機主體110、一抽吸單元120、一感測單元130、以及一集塵容器140。
清掃機主體110設置有用於控制清掃機器人100的控制器(圖未示出)和用於驅動清掃機器人100的滾輪單元111。清掃機器人100可以由滾輪單元111前後左右移動或旋轉。
滾輪單元111包括：主輪111a和副輪111b。
主輪111a設置在清掃機主體110的兩側，並且可以根據控制器的控制訊號在一個方向或另一個方向上旋轉。主輪111a可以獨立地驅動。例如，各個主輪111可以由不同的馬達驅動。
副輪111b被配置以與主輪111a一起支撐清掃機主體110，並且協助主輪111a驅動清掃機主體100。副輪111b也可以設置在稍後說明的抽吸單元120處。
如上所述，當控制器控制滾輪單元111的驅動時，清掃機器人100自主地在地板上移動。
將用於向清掃機器人100供電的電池(圖未示出)安裝到清掃機主體110。該電池形成為可充電的，並且可以可拆卸地形成在清掃機主體110的底表面處。
抽吸單元120設置成從清掃機主體110的一側突出，並且被配置以吸入含灰塵的空氣。該一側可以是清掃機主體110沿著向前方向(F)移動的一側，即清掃機主體110的前側。
在圖式中，抽吸單元120從清掃機主體110的一側向前側和左右兩側突出。更具體地說，抽吸單元120的前端設置在與清掃機主體110的一側向前間隔開的位置處，並且抽吸單元120的左右兩端設置在與清掃機主體110向左右兩側之一側隔開的位置。
清掃機主體110形成為圓形，且抽吸單元120的後端的兩側從清掃機主體110向左右側突出。結果，可以在清掃機主體110與抽吸單元120之間形成空的空間(間隙)。該空的空間(在清掃機主體110的左右兩端與抽吸單元120的左右端部之間的空間)朝向清掃機器人100的內部凹陷。
如果障礙物位於該空的空間，清掃機器人100可能由於障礙而不能移動。為了解決這個問題，可以設置蓋構件129以覆蓋至少一部分該空的空間。蓋構件129可以設置在清掃機主體110或抽吸單元120處。在本實施例中，蓋構件129從抽吸單元120的後端的兩側突出，從而覆蓋清掃機主體110的外周面。
蓋構件129設置成填充清掃機主體110與抽吸單元120之間該空的空間的至少一部分。這可以防止障礙物位在該空的空間中，或者可以允許清掃機器人容易地與設置該在空的空間中的障礙物分離。
從抽吸單元120突出的蓋構件129可以被支撐在清掃機主體110的外周面上。如果蓋構件129從清掃機主體110突出，則蓋構件129可以被支撐在抽吸單元120的後表面上。在這種結構下，當抽吸單元120透過與障礙物碰撞而受到衝擊時，該衝擊可以隨著部分的衝擊傳遞到清掃機主體110而分散。
抽吸單元120可以可拆卸地耦合到清掃機主體110。一旦抽吸單元120與清掃機主體110分離，則拖把模組(圖未示出)可以透過更換分離的抽吸單元120而可拆卸地耦接到清掃機主體110。因此，在去除地板上的灰塵的情 況下，使用者可以將抽吸單元120安裝到清掃機主體110，並且在拖地板的情況下，可將該拖把模組安裝到清掃機主體110上。
當抽吸單元120安裝到清掃機主體110上時，安裝件可以由上述蓋構件129引導。也就是說，當蓋構件129設置成覆蓋清掃機主體110的外周面時，可以判定抽吸單元120相對於清掃機主體110的一相對位置。
感測單元130設置在清掃機主體110處。如圖所示，感測單元130可以設置在抽吸單元120所在之清掃機主體110的一側，即，清掃機主體110的前側。
感測單元130可以設置成在清掃機主體110的上下方向上與抽吸單元120重疊。感測單元130設置在抽吸單元120的上方，並且被配置以感測設置在前側的障礙物或地形特徵，以防止設置在清掃機器人100最前側的抽吸單元120與障礙物的碰撞。
感測單元130被配置以附加地執行其他感測功能而不是這種感測功能。這將更詳細地解釋。
集塵容器容納部113設置在清掃機主體110上，並且用於以分離的方式收集含在所吸入的空氣中的灰塵的集塵容器140可拆卸地耦接到集塵容器容納部113。如圖所示，集塵容器容納部113可以形成在清掃機主體110的另一側，即，清掃機主體110的後側。
集塵容器140的一部分可收納在集塵容器容納部113中，且其另一部分可朝著清掃機主體110的後側突出(即，與向前方向(F)相反的方向(R))。
集塵容器140設置有引入含有灰塵的空氣的一入口140a和排出分離灰塵的空氣的一出口140b。當集塵容器140安裝在集塵容器容納部113上時，入口140a和出口140b分別與形成在集塵容器容納部113的內側壁上的第一開口110a和第二開口110b連通。
清掃機主體110內部的一空氣吸入通道對應於從與連通部120b”連通的入口(圖未示出)到第一開口110a的通道，並且一空氣排放通道對應於從第二開口110b到出口112的通道。
通過這樣的配置，通過抽吸單元120所引入之含灰塵的空氣經由清掃機主體110內部的吸氣通道被引入到集塵容器140中，並且在通過集塵容器140的過濾器或分塵機時與灰塵分離，灰塵收集在集塵容器140中，而空氣從集塵容器140排出。然後，空氣通過清掃機主體110內的排氣通道，最後通過出口112排出。
圖4顯示根據本發明一實施例之清掃機器人100的元件的方塊圖。
根據本發明實施例的清掃機器人100可以包括一通訊單元1100、一輸入單元1200、一驅動單元1300、一感測單元1400、一輸出單元1500、一電源單元1600、一記憶體1700、以及一控制器1800的其中至少一個或其組合。
顯示於圖4之元件不是絕對必要的，並且可以實現清掃機器人更少或更多的元件。下文中，將會說明各個元件。
電源單元1600設置有可由外部商用電源充電的電池，並且向清掃機器人供電。電源單元1600可以供應驅動電源給行動機器人中的每個組件，藉此供應清掃機器人所需的操作電源，以移動或執行一特定功能。
在此，控制器1800可以感測電池的剩餘電量。如果剩餘電量很小，則控制器1800可以控制清掃機器人移動到連接到外部商用電源的充電板，以便透過從充電板接收充電電流來對電池充電。電池可以連接至一電池感測單元且電池的剩餘電量和充電狀態可以傳遞給控制器1800。輸出單元1500可以在控制器的控制下在螢幕上顯示電池的剩餘電量。
電池可以位於清掃機器人的中央區區域的下面部分處或可位於清掃機器人的左側或右側。在後一種情況下，清掃機器人可以進一步設置有平衡配重以防止電池的集中(偏壓)狀態。
驅動單元1300設置有馬達，並且可以藉由透過驅動馬達來使兩個方向上的左右主輪旋轉來轉動或移動清掃機主體。驅動單元1300可以將清掃機器人的清掃機主體向前/後和向左/右移動、或以曲線方式移動、或可以在原點(原地)移動。
輸入單元1200自使用者接收關於清掃機器人的各種控制指令。輸入單元1200可以包括一個或多個按鈕。例如，輸入單元1200可以包括：一ok按鈕、一設定按鈕等。該ok按鈕用於從使用者接收指示檢查感測資訊、障礙物資訊、位置資訊、和地圖資訊的指令。並且該設定按鈕用於從使用者接收設定複數個資訊的指令。
又，輸入單元1200可以包括：一輸入重置按鈕，用於取消一之前的使用者輸入並接收使用者再一次的輸入；一删除按鈕，用於删除一預設的使用者輸入；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板的指令的按鈕。
此外，輸入單元1200可以以實體按鍵、虛擬按鍵、觸控板等形式安裝在清掃機器人的上部。並且輸入單元1200可以與輸出單元1500一起以觸控螢幕形式實現。
輸出單元1500可以安裝在清掃機器人的上部。安裝位置和安裝形式可能會更改。例如，輸出單元1500可以在螢幕上顯示電池狀態、驅動方法等。
輸出單元1500可以輸出關於由感測單元1400偵測到的清掃機器人的內部狀態的資訊，例如包含在清掃機器人中的每個組件的當前狀態。此外，輸出單元1500可以在螢幕上顯示由感測單元1400偵測到的清掃機器人的外部狀態的資訊，即，障礙物資訊、位置資訊、地圖資訊等。輸出單元1500可以被實現為發光二極體(LED)、液晶顯示器(LCD)裝置、電漿顯示面板、和有機發光二極體(OLED)的其中之一。
輸出單元1500可以進一步包括：一音訊輸出裝置，用於可聽到由控制器1800所執行之輸出操作程序與清掃機器人的操作結果。例如，輸出單元1500可以根據由控制器1800產生的警告訊號向外輸出警告聲。
在此，該音訊輸出裝置可以是諸如蜂鳴器和揚聲器的聲音輸出裝置，並且輸出單元1500可以通過音訊輸出裝置透過使用具有預定圖案且儲存在記憶體1700中的音訊資料或信息資料向外部輸出聲音。
因此，根據本發明實施例的清掃機器人可以通過輸出單元1500在螢幕上或以聲音的形式輸出關於行進區域的環境資訊。又，根據另一實施例， 清掃機器人可以通過通訊單元1100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1500輸出要被輸出的螢幕或聲音。
通信單元1100透過有線通信方法、無線通信方法、以及衛星通信方法的其中一種方法連接到位於特定區域內的終端裝置和/或另一裝置(在本說明書中也稱為“家用電器”)，用於訊號和資料的收發(發送和接收)。
通訊單元1100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。該另一裝置可以是能夠在連接狀態下將資料發送到網路的任何裝置。例如，該另一裝置可以是空調、加熱裝置、空氣淨化器、電燈、電視機、車輛等。或者，該另一裝置可以是用於控制門、窗、水龍頭閥(分接閥)、氣閥等的裝置。或者，該另一裝置可以是感測溫度、濕度、空氣壓力、氣體等的感測器。
同時，記憶體1700儲存用於控制或驅動清掃機器人及其相關資料的控制程式。記憶體1700還可以儲存音訊資訊、影像資訊、障礙物資訊、位置資訊、地圖資訊等。記憶體1700還可以儲存與驅動模式有關的資訊。
關於記憶體1700，主要係使用非揮發性記憶體。這裏，該非揮發性記憶體(NVM、或NVRAM)為能够連續保持儲存資訊的儲存裝置，即使沒有施加電源至該儲存裝置。例如，該非揮發性記憶體可為一唯讀記憶體(ROM)、一快閃記憶體、一磁電腦記憶體(例如，一硬碟、一軟碟機或一磁帶)、一光碟機、一磁性隨機存取記憶體(magnetic RAM)、一相變化隨機存取記憶體(PRAM)等等。
感測單元1400可以包括：一外部訊號感測器、一前側感測器、一懸崖感測器、一下部相機感測器、一上部相機感測器、和一3D相機感測器的至少其中之一。
外部訊號感測器可以感測清掃機器人的外部訊號。例如，該外部訊號感測器可以是一紅外線感測器、一超音波感測器、一射頻(RF)感測器)等。
清掃機器人可以藉由透過使用外部訊號感測器接收從充電板產生的導引訊號檢查充電板的位置和方向。在此，充電板可以產生指示方向和距離的導引訊號，使得清掃機器人能夠返回到充電板。也就是說，清掃機器人可 以透過接收從充電板產生的訊號來判定當前位置，並且可以透過設定移動方向返回到充電板。
前側感測器可以安裝在清掃機器人的前側，更具體地，安裝在清掃機器人的側向外周面上，其間以預設的間隔安裝。設置在清掃機器人的至少一個側表面上並且被配置成感測前障礙物的前側感測器可以感測存在於清掃機器人的移動方向上的物體，特別是障礙物。然後，前側感測器可以向控制器1800發送偵測資訊。也就是說，前感測器可以感測存在於清掃機器人、家庭物體、家具、牆壁、牆邊緣等的驅動路徑上的突出物體，並且可以將相關資訊傳送到控制器1800。
例如，前側感測器可以是一紅外線感測器、一超音波感測器、一射頻(RF)感測器、一地磁感測器等。作為前側感測器，清掃機器人可以使用相同類型的感測器，或如有必要，可使用兩種以上的感測器。
例如，超音波感測器可以主要用於偵測遠距離設置的障礙物。超音波感測器設置有一訊號發送部和一訊號接收部，並且控制器1800可以藉由判定從訊號發送部所發射的超音波在被障礙物等反射之後是否被接收部接收到來判定是否存在障礙物。然後，控制器1800可以基於超音波發射時間和超音波接收時間計算到障礙物的距離。
又，控制器1800可以藉由比較訊號發送部所發射的超音波與訊號接收部所接收的超音波來偵測關於障礙物的尺寸的資訊。例如，當訊號接收部接收到大量超音波時，控制器1800可以判定障礙物具有大的尺寸。
在一個實施例中，複數個(例如5個)超音波感測器可以沿著外周面安裝在清掃機器人的前側表面上。較佳地，超音波感測器可以安裝在清掃機器人的前表面上，使得訊號發送部和訊號接收部彼此交替。
也就是說，訊號發送部可以以間隔的方式基於清掃機主體的前表面的中心區域佈置在右側和左側上。並且可以在訊號接收部之間設置一個或至少兩個訊號發送部，藉此形成從障礙物等反射的超音波的接收區域。這可以減少感測器的數量，並且可以擴大訊號接收區域。為了防止串擾現象，一超音波發送角度可以保持在不影響不同訊號的範圍內。並且訊號接收部可以被設定以具有不同的接收靈敏度。
超音波感測器可以安裝成向上一預定的角度，使得從超音波感測器產生的超音波可以向上輸出。在這種情況下，可以進一步包括用於防止超音波向下發射的一遮蔽構件。
如上所述，作為前側感測器，可以使用兩種以上類型的感測器。因此，前側感測器可以實現為一紅外線感測器、一超音波感測器、一RF感測器等其中之一者。
例如，前側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另一種類型的感測器。
紅外線感測器可以與超音波感測器一起安裝在清掃機器人的外圓周表面上。紅外線感測器可以偵測存在於清掃機器人的前側或側面的障礙物，並且可以將障礙物資訊發送到控制器1800。也就是說，紅外線感測器可以感測存在於清掃機器人、家庭物體、家具、牆壁面、牆壁邊緣等的驅動路徑上的突出物體，並且可以將相關資訊發送到控制器1800。因此，清掃機器人可以在一特定區域內移動而不會碰撞障礙物。
懸崖感測器可以藉由使用各種類型的光學感測器感測支撐清掃機器人的清掃機主體的地板上的障礙物。
也就是說，懸崖感測器安裝在地板上清掃機器人的後表面上，並且可以根據清掃機器人的類型安裝在不同的位置上。懸崖感測器可以是具有像障礙物感測器的訊號發送部和訊號接收部的紅外線感測器，該懸崖感測器被配置以透過位在清掃機器人的後表面上來感測地板上的障礙物。或者，懸崖感測器可以是一超音波感測器、一RF感測器、一位置感測偵測器(Position Sensitive Detector,PSD)感測器等。
例如，一個懸崖感測器可以安裝在清掃機器人的前側，而兩個懸崖感測器可以安裝在清掃機器人的後側。
例如，懸崖感測器可為PSD感測器或可以實施為不同類型的感測器。
PSD感測器透過使用半導體的表面電阻使用一個pn接面來感測入射光的短波長距離。PSD感測器包括用於僅在一個軸方向上感測光的主PSD感測器和用於感測平面上的光位置的次級PSD感測器。主PSD感測器和次級 PSD感測器都可以具有正-本-負(p-i-n)光電二極體結構。PSD感測器，為一種红外線感測器，透過發射紅外線然後藉由測量在從障礙物反射之後返回的紅外線的角度來測量距離。也就是，PSD感測器藉由使用三角測量計算到障礙物的距離。
PSD感測器設置有：一發光部，用於發射紅外線至障礙物、以及一接收光部，用於接收從障礙物反射之後返回的紅外線。通常，PSD感測器以模組的形式實現。在透過使用PSD感測器感測障礙物的情況下，可以獲得一穩定測量值，而無關障礙物的反射率或顏色。
控制器1800可以感測懸崖，並且可以透過測量由懸崖感測器朝向地板表面發射的紅外線的發光訊號與從障礙物反射之後接收的反射訊號之間的紅外線角度來分析深度。
控制器1800可以基於由懸崖感測器感測到的懸崖的地板表面狀態來判定清掃機器人是否能夠通過懸崖，並且可以根據判定的結果來決定是否通過懸崖。例如，控制器1800可以通過懸崖感測器判定懸崖是否存在和懸崖的深度。然後，僅當通過懸崖感測器感測到反射訊號時，控制器1800控制清掃機器人通過懸崖。
再舉另一個例子，控制器1800可以使用懸崖感測器判定清掃機器人的抬高狀態。
下部相機感測器設置在清掃機器人的後表面上，並且在清掃機器人移動時獲得關於地板表面(或待清潔表面)的影像資訊。下部相機感測器也稱為一光流感測器。下部相機感測器透過轉換與地板表面(或待清潔表面)有關的影像、從設置在下部相機感測器中的影像感測器輸入的影像，產生一預定類型的影像資料。所產生的影像資料可以儲存在記憶體1700中。
一個或多個光源可以安裝至影像感測器附近。該一個或多個光源將光照射到由影像感測器所拍攝的地板表面的一預定區域上。也就是說，在清掃機器人沿著地板表面在一特定區域內移動的情況下，如果地板表面是平坦的，則影像感測器與地板表面之間的距離被恆定地保持。另一方面，在清掃機器人沿著具有不均勻表面的地板表面移動的情況下，由於地板表面上的凹凸部和障礙物，影像感測器遠離地板表面超過一預定距離。在此，控制器1800可以 控制一個或多個光源以控制要照射的光量。光源可以是能控制光學量的發光裝置，例如發光二極體(LED)。
控制器1800藉由使用下部相機感測器可以偵測清掃機器人的位置，而與清掃機器人是否滑動無關。控制器1800可以透過根據時間分析由下部相機感測器拍攝的影像資料來計算移動距離和移動方向，藉此計算清掃機器人的位置。基於由下部相機感測器拍攝的清掃機器人的下部的影像資訊，控制器1800可以補償清掃機器人在由另一裝置計算的位置上的滑動。
上部相機感測器可以安裝至面向清掃機器人的上側或前側，藉此拍攝清掃機器人的周圍。如果清掃機器人設置有複數個上部相機感測器，則上部相機感測器可以以一預定距離或其間的一預定角度設置在清掃機器人的上部或側面上。
圖5係顯示在障礙物500存在於圖1至圖3所示之清掃機器人100的驅動路徑上的情況下，清掃機器人100的操作方法的實施例。
清掃機器人100的3D相機(圖未示出)可以偵測與位於驅動路徑(D1)上的障礙物500有關的3D座標資訊。
例如，3D相機可以偵測與清掃機器人100的清掃機主體之間存在於預定距離內的物體相對應的3D座標資訊。
清掃機器人100的控制器1800可以基於3D相機偵測到的3D座標資訊判定清掃機器人100是否可以通過障礙物500。
更具體地，控制器1800可以基於3D座標資訊判定清掃機器人100是否可以通過障礙物500而不改變驅動路徑(D1)。也就是說，控制器1800可以基於3D座標資訊判定清掃機器人100的清掃機主體是否可以通過形成在障礙物500與地板之間的空間。
如圖5所示，如果位於驅動路徑(D1)上的障礙物500是床，則可以在床與地板之間形成任何空間。控制器1800可以基於3D座標資訊偵測與空間有關的資訊，並且可以判定清掃機器人100的清掃機主體是否可以通過該空間。
特別是，控制器1800可以基於複數個高度值對一部分3D座標資訊進行採樣，並且可以基於採樣的結果偵測與障礙物500有關的資訊。
透過使用超音波感測器偵測與位於清掃機主體前方的障礙物有關的資訊的傳統式清掃機器人不能偵測出在圖5所示的障礙物500下方是否有清掃機器人能夠通過的空間。
此外，即使使用複數個感測器而不是超音波感測器，傳統的清掃機器人也不會偵測到關於位於其前側的障礙物的複數個高度的資訊。因此，傳統的清掃機器人不能偵測出在圖5所示的障礙物500下方是否有清掃機器人能否通過的空間。
也就是說，傳統的清掃機器人僅偵測包含在清潔區域的格子圖(網格圖)中的每單一格子是否存在有障礙物，而不是根據單一格子的高度來偵測是否存在有障礙物。結果，如果傳統的清掃機器人面向圖5所示的障礙物500，它會改變驅動路徑以便避開障礙物500，即使它能夠通過障礙物500。
圖6係顯示在圖5所示的障礙物500存在於傳統的清掃機器人的驅動路徑(D1)上的情況下，與被傳統清掃機器人所偵測到的地圖資訊和清掃機器人的驅動有關的實施例。
如圖6所示，傳統的清掃機器人偵測與障礙物有關的代表值601，每單一格子對應一樓層。結果，如果傳統的清掃機器人面向圖5所示的障礙物500，它可以僅偵測包含在清掃地圖中的部分格子上是否存在障礙物。因此，傳統的清掃機器人改變驅動路徑(D1)以避開障礙物500。
圖7A至圖7C係顯示在圖5所示的障礙物500存在於根據本發明的清掃機器人100的驅動路徑(D1)上的情況下，與被本發明的清掃機器人100偵測到的地圖資訊以及與清掃機器人100的驅動有關的實施例。
參考圖7A和圖7B，控制器1800可以在由3D相機獲取的3D座標資訊中提取與一預設高度值相對應的3D座標資訊。並且控制器1800可以產生與預設高度值的數量相同數量的清掃地圖。
如圖7A所示，控制器1800可以基於與偵測到的3D座標資訊中的第一高度相對應的座標資訊產生對應於第一高度的第一地圖710。
如圖7B所示，控制器1800可以基於與偵測到的3D座標資訊中的第二高度相對應的座標資訊產生對應於第二高度的第二地圖720。
參考圖8，控制器1800可以在由3D相機產生的3D座標資訊中提取與第一高度(h1)相對應的3D座標資訊802和與第二高度(h2)對應的3D座標資訊801。
也就是說，控制器1800可以基於第一高度(h1)和第二高度(h2)對3D座標資訊的一部分進行採樣，藉以減少使用3D座標資訊執行驅動方法所需的計算量。
第一高度和第二高度可以被設定為彼此不同。
在一個實施例中，第一高度可以被設定為低於第二高度。
在另一個實施例中，第一高度可以被設定為低於清掃機器人100的清掃機主體的高度，並且第二高度可以被設定為高於清掃機器人100的清掃機主體的高度。
如圖7C所示，控制器1800可以透過使用第一地圖710和第二地圖720來判定與障礙物500相對應的驅動方法。
更具體地，控制器1800可以透過使用第一地圖710來判定清掃機器人100的清掃機主體是否可以通過障礙物500。如果判定清掃機主體能夠通過障礙物500，則控制器1800可以保持驅動路徑(D1)。
另一方面，如果判定清掃機主體不能通過障礙物500，則控制器1800可改變驅動路徑(D1)。也就是說，控制器1800可以基於包含在第一地圖710中的障礙物資訊執行避開障礙物500的驅動。
在一個實施例中，控制器1800可以透過使用第二地圖720來判定清掃機器人100的清掃機主體是否可以通過障礙物500。並且控制器1800可以將基於第二地圖720的判定結果與基於第一地圖710的判定結果進行比較。
例如，控制器1800可以分別判定清掃機主體是否可以通過顯示在第一地圖710上的第一障礙物、以及顯示在第二地圖720上的第二障礙物。
在這種情況下，如果判定清掃機主體能夠通過第一障礙物和第二障礙物兩者，則控制器1800可以在不改變驅動路徑的情況下保持驅動路徑。
即使判定清掃機主體不能通過第二障礙物，如果判定清掃機主體能夠通過第一障礙物，則控制器1800可以在不改變驅動路徑的情況下保持驅動路徑。
如果判定清掃機主體不能通過第一障礙物和第二障礙物兩者，則控制器1800可以改變驅動路徑，使得清掃機主體可以避開第一障礙物和第二障礙物。
如圖7A和圖7B所示，基於第二地圖720的判定結果和基於第一地圖710的判定結果可以彼此不同。在這種情況下，控制器1800可以增加關於3D座標資訊的採樣數量。
如果基於第二地圖720的判定結果和基於第一地圖710的判定結果彼此不同，則控制器1800可以產生對應於第三高度的第三地圖(圖未示出)。第三高度可以高於第一高度，但可以低於第二高度。較佳的是，第三高度可以低於清掃機主體的高度。
如果清掃機主體與障礙物間隔超過一預定距離，則控制器1800可以減少所增加的樣本數量。也就是說，在3D座標資訊中，如果清掃機主體與障礙物間隔超過一預定距離，則控制器1800可以基於對應於第一高度的座標資訊和對應於第二高度的座標資訊控制清掃機主體的驅動。
如圖7C所示，如果圖5所示的障礙物500存在於根據本發明的清掃機器人100的驅動路徑(D1)上，則控制器1800可以基於對應於第一高度的第一地圖710判定清掃機主體可以通過障礙物500。
圖9顯示根據本發明關於控制清掃機器人的方法的實施例。
清掃機器人100的3D相機可以偵測與周圍環境有關的3D座標資訊(S901)。
控制器1800可以基於複數個預設高度對偵測到的3D座標資訊的一部分進行採樣(S902)。
更具體地，控制器1800可以對由3D相機偵測到的該測得的3D座標資訊的一部分進行採樣，該部分對應於複數個高度。在此，該高度藉由清掃機器人100所在的地板表面來定義。
在一個實施例中，控制器1800可以基於與所偵測的3D座標資訊中的第一高度相對應的座標資訊產生第一地圖。並且控制器1800可以基於在偵測到的3D座標資訊中與第二高度相對應的座標資訊產生第二地圖。也就是說，控制器1800可以對基於複數個高度偵測到的3D座標資訊進行採樣，從而產生根據與複數個高度相對應的高度所形成的2D地圖。
在另一個實施例中，控制器1800可以設定複數個高度以便判定關於3D座標資訊的採樣過程的參考。
控制器1800根據清掃機器人100的操作狀態，可以增加或減少關於3D座標資訊的採樣次數。也就是說，控制器1800可以根據清掃機器人100的操作狀態增加或減少高度值的數量。
並且控制器1800可以根據清掃機器人100的操作狀態改變預設高度。
控制器1800可以基於採樣結果偵測與位於清掃機器人的移動方向上的障礙物有關的資訊(S903)。
更具體地，控制器1800可以基於採樣結果產生根據複數個高度的地圖，並且可以將該等地圖彼此進行比較，從而偵測與位於清掃機器人的移動方向上的障礙物有關的資訊。控制器1800可以根據複數個高度來偵測關於每個地圖中與障礙物有關的資訊。
在一個實施例中，控制器1800可以基於採樣的座標資訊偵測與位於清掃機主體的驅動路徑上的障礙物的形狀有關的資訊。控制器1800可以基於偵測到的障礙物的形狀判定障礙物下是否存在空間。如果判定在障礙物下存在空間，則控制器1800可以判定清掃機主體是否可以通過該空間。此外，控制器1800可以基於判定清掃機主體是否能夠通過該空間的結果控制驅動單元。
控制器1800可以基於與障礙物有關的資訊判定清掃機主體是否可以通過障礙物(S904)。
特別是，控制器1800可以根據複數個高度判定清掃機主體是否可以通過障礙物。
例如，控制器1800可以基於包含在與第一高度相對應的第一地圖中的障礙物資訊判定清掃機主體是否可以通過障礙物。並且控制器1800可以基於包含在對應於第二高度的第二地圖中的障礙物資訊判定清掃機主體是否可以通過障礙物。因此，基於第一地圖的障礙物判定結果和基於第二地圖的障礙物判定結果可以彼此不同。
如果判定清掃機主體能夠通過障礙物，則控制器1800可以控制驅動單元以保持清掃機器人的移動方向(S905)。
如果判定清掃機主體不能通過障礙物，則控制器1800可以改變清掃機器人的移動方向，使得清掃機器人可以避開障礙物(S906)。
在一個實施例中，控制器1800可以基於採樣的座標資訊偵測與位於清掃機主體的驅動路徑上的物體的形狀有關的資訊，並且可以基於所偵測到的形狀控制驅動單元改變驅動路徑。
如果基於偵測到的形狀判定在物體下方存在空間，則控制器可以判定清掃機主體是否可以通過該空間。並且控制器可以基於判定的結果控制驅動單元。
圖10係顯示根據本發明關於控制清掃機器人的方法的實施例。
清掃機器人100的3D相機可以偵測與周圍環境有關的3D座標資訊(S1001)。
控制器1800可以基於複數個預設高度值對所偵測的3D座標資訊的一部分進行採樣(S1002)。
控制器1800可以判定清掃機器人是否進入一障礙物環境(S1003)。
更具體地，控制器1800可以基於驅動單元1300的操作狀態判定清掃機器人是否已經進入一障礙物環境。
例如，如果驅動單元1300的輪子空轉或者輪子處於受限狀態，則控制器1800可以判定清掃機器人已經進入一障礙物環境。也就是說，控制器1800可以透過使用感測輪子的操作狀態的編碼器來判定輪子是否處於受限狀態還是空轉。
在另一個實施例中，如果障礙物與清掃機主體之間的距離小於一預定距離，則控制器1800可以判定清掃機器人已進入一障礙物環境。也就是說，控制器1800可以透過使用超音波感測器、光學感測器、和相機感測器中的至少一個來週期性地判定障礙物與清掃機主體之間的距離。如果障礙物與清掃機主體之間的距離小於一預定距離，則控制器1800可以判定清掃機器人已進入一障礙環境。
如果判定清掃機器人已經進入一障礙物環境，則控制器1800可以增加關於3D座標資訊的採樣數量，並且可以重新採樣3D座標資訊(S1004)。
基於最終採樣處理的結果，控制器1800可以判定清掃機主體是否可以通過障礙物(S1005)。
如果判定清掃機主體能夠通過障礙物，則控制器1800可以控制驅動單元以保持清掃機器人的移動方向(S1006)。
另一方面，如果判定清掃機主體不能通過障礙物，則控制器1800可以改變清掃機器人的移動方向，使得清掃機器人可以避開障礙物(S1007)。
圖11A和圖11B顯示根據本發明由清掃機器人產生的清掃地圖。
控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機器人可以沿著形成在清掃區域的外周上的牆壁移動，以便產生清掃區域的地圖。當清掃機主體沿著牆壁移動時，控制器1800可以在由3D相機所偵測的3D座標資訊中，基於與第二高度和第三高度相對應的座標資訊產生第二地圖和第三地圖。
也就是說，當清掃機器人沿著牆壁移動時，控制器1800可以在3D座標資訊中對與第二高度和第三高度相對應的資訊進行採樣。
例如，第三高度可以被設定為與第一高度不同。特別是，第三高度可以被設定為高於第一高度和第二高度。
圖11A和圖11B係顯示第二地圖1101和第三地圖1102。
參考圖11A和圖11B，控制器1800可以將第二地圖1101和第三地圖1102彼此進行比較，並且可以根據高度識別清掃區域的差異1110作為比較的結果。並且，控制器1800可以基於根據高度之清掃區域的差異1110估計清掃機器人的當前位置。
圖12顯示透過清掃機器人使用根據圖11A和圖11B所示的高度的地圖的方法。
清掃機器人100的3D相機可以偵測與周圍環境有關的3D座標資訊(S1201)。
控制器1800可以基於複數個預設高度值對所偵測的3D座標資訊的一部分進行採樣(S1202)。
在清掃機器人沿著清掃區域的外周或壁面移動的情況下，控制器1800可以在3D座標資訊中對與第二高度和第三高度相對應的座標資訊進行採樣。例如，第二高度可以設定為30cm，第三高度可以設定為1m。
控制器1800可以基於採樣的3D座標資訊產生形成為複數個層的地圖資訊(S1203)。
控制器1800可以根據清掃機器人的性能改變層的數量。也就是說，當清掃機器人的資訊處理速度很高時，控制器1800可以增加3D座標資訊的採樣數量。
此外，控制器1800可以基於每層形成的地圖資訊偵測清掃機主體的位置(S1204)。
此外，控制器1800可以基於每層形成的地圖資訊設定清掃機器人的驅動路徑。
在本發明中，即使執行自主行進的清掃機器人進入具有各種條件的障礙物環境，也可以根據關於3D座標資訊的採樣結果偵測障礙物環境的形狀。這可以允許清掃機器人設定適合於偵測到的障礙物環境的驅動路徑。
也就是說，在本發明中，當執行自主行進的清掃機器人獲取每層形成的格子圖時，可以更精確地偵測清掃機主體的位置。
此外，在本發明中，執行自主行進的清掃機器人的控制器保持其性能的同時，可以快速處理3D座標資訊。這可以防止製造成本的增加。
此外，在本發明中，由於執行自主行進的清掃機器人設定適合於障礙物環境的驅動路徑，因此可以防止不必要的功率消耗。這可能使清掃機器人具有更高的功率效率。

Claims (10)

  1. 一種執行自主行進的清掃機器人，包括：一清掃機主體；一驅動單元，被配置以移動該清掃機主體；一相機，被配置以偵測3D座標資訊；以及一控制器，被配置以基於複數個預設高度對該偵測到的3D座標資訊的一部分進行採樣，並且被配置以基於該採樣的3D座標資訊控制該驅動單元，其中，該控制器可變化地設定該採樣的部分的大小和每個採樣的複數個高度，並且透過使用所採樣的坐標資訊產生由複數個層形成的地圖，以對應該複數個高度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之清掃機器人，其中，該控制器基於該採樣的3D座標資訊偵測與存在於該清掃機主體的一驅動路徑上的物體的形狀有關的資訊，以及其中，該控制器基於該偵測到的形狀控制該驅動單元以改變該驅動路徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之清掃機器人，其中，如果基於與該偵測到的形狀有關的資訊判定在該物體下方存在空間，則該控制器判定該清掃機主體是否可以通過該空間，並且基於該判定的結果控制該驅動單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之清掃機器人，其中，該控制器從該偵測到的3D座標資訊中提取與一第一高度相對應的座標資訊、以及與一第二高度相對應的座標資訊，以及其中該控制器將對應於該第一高度的該座標資訊與對應於該第二高度的該座標資訊進行比較，從而判定該物體下方是否存在空間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之清掃機器人，其中，該第一高度被設定為低於該清掃機主體的高度，以及其中該第二高度被設定為高於該清掃機主體的高度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之清掃機器人，其中，該控制器基於該採樣的3D座標資訊產生對應於一個或多個高度的一個或多個格子圖。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之清掃機器人，其中該控制器基於所產生的一個或多個格子圖設定一驅動路徑。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之清掃機器人，其中，該控制器基於所產生的一個或多個格子圖偵測與該清掃機主體的位置有關的資訊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之清掃機器人，進一步包括：一編碼器，被配置以感測與該驅動單元的操作有關的資訊，其中該控制器透過使用該編碼器偵測該驅動單元的輪子是否空轉，並且增加關於該偵測到的3D座標資訊的採樣數量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之清掃機器人，其中，如果該驅動單元的該等輪子是處於受限狀態，則該控制器判定該驅動單元的該等輪子是否處於該受限狀態，並且增加關於該偵測到的3D座標資訊的採樣數量。
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