TWI671611B - 清掃機器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種可執行自主行駛的清掃機器人，包括：一清掃機主體；一驅動單元，用於移動該清掃機主體；一攝影機，用於檢測3D座標資訊；一記憶體，用於儲存與一充電站有關的圖案資訊；以及一控制器，用於將由該攝影機檢測的該3D座標資訊與儲存在該記憶體中之與該充電站相關的該圖案資訊進行比較，並且用於基於比較的結果確定該充電站是否位於該清掃機主體的附近。

Description

清掃機器人及其控制方法

本發明係關於一種清掃機器人及其控制方法；更具體地說，係關於一種能夠識別障礙物並執行自主行駛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負責工業自動化的一部分。隨著機器人近來應用於各種領域，不僅醫療機器人和太空機器人，還有家用機器人也正在開發中。

家用機器人的代表是清掃機器人，一種能夠在自動地在預定區域上移動的同時，藉由吸入灰塵或異物以進行清潔操作的家用電器。這種清掃機器人設置有可充電電池，並且設置有用於在自主移動的同時迴避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之外執行清潔的一般概念之外，正積極地進行研究以在諸如醫療保健、智能家居、和遙控器等各種領域中利用清掃機器人。

在清掃機器人在清潔區域上執行自主行駛的情況下，在清潔操作期間，電池的量可能變得低於限定值。因此，為了使清掃機器人平順地自主行駛，清掃機器人移動到安裝在清潔區域內的充電站，以對電池充電。

韓國專利公開第10-2009-0111170號(2009年10月26日)揭露了發送用於距離測量的距離信號、接收引導信號、或改變移動方向以進行精確對接的配置。

然而，在根據韓國專利公開第10-2009-0111170號的清掃機器人系統中，清掃機器人藉由使用設置在充電站處的紅外線(IR)感測器來檢測充電站的位置。這可能導致難以精確地檢測充電站的位置。

此外，如果沒有精確地檢測到充電站的位置，則設置在清掃機器人處的充電端子不能與設置在充電站處的電源端子精確地進行對接操作。

因此，本發明的目的是提供一種能夠藉由使用三維(3D)攝影機感測器來精確地檢測充電站的位置的清掃機器人以及其控制方法，該三維(3D)攝影機感測器獲取與地形特徵或移動機器人或清掃機器人周圍的障礙物相關的3D座標資訊。

本發明的另一個目的是提供一種能夠提高返回到充電站的可能性的清掃機器人以及其控制方法，清掃機器人基於3D攝影機感測器所獲得的三維座標資訊執行自主行駛。

本發明的另一個目的是提供一種能夠精確地執行與充電站的對接操作的清掃機器人及其控制方法，清掃機器人基於由3D攝影機感測器所獲得的3D座標資訊執行自主行駛。

為了實現這些和其他優點，而且根據本發明的目的，如在此體現和廣泛描述，本發明提供一種可執行自主行駛的清掃機器人，包括：一清掃機主體。

100‧‧‧清掃機器人

110‧‧‧清掃機主體

111‧‧‧輪子單元

111a‧‧‧主輪

111b‧‧‧副輪

120‧‧‧抽吸單元

129‧‧‧覆蓋構件

130‧‧‧感測單元

140‧‧‧灰塵容器

150‧‧‧灰塵容器容納部

500‧‧‧清潔區域

510‧‧‧充電站

600‧‧‧區域

601a‧‧‧整個發射區域

601b‧‧‧集中發射區域

602a‧‧‧整個發射區域

602b‧‧‧集中發射區域

603a‧‧‧整個發射區域

603b‧‧‧集中發射區域

610‧‧‧紅外線感測器

620‧‧‧紅外線信號接收部

1100‧‧‧通信單元

1200‧‧‧輸入單元

1300‧‧‧驅動單元

1400‧‧‧感測器

1500‧‧‧輸出單元

1600‧‧‧電源單元

1700‧‧‧記憶體

1800‧‧‧控制器

F‧‧‧前進方向

R‧‧‧與前進方向相反的方向

S1001‧‧‧步驟

S1002‧‧‧步驟

S1003‧‧‧步驟

S1004‧‧‧步驟

S1005‧‧‧步驟

S1006‧‧‧步驟

S1007‧‧‧步驟

第1圖係顯示根據本發明執行自主行駛的清掃機器人的範例的立體圖；第2圖係執行第1圖所示之自主行駛的清掃機器人的平面圖；第3圖係執行第1圖所示之自主行駛的清掃機器人的側視圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例執行自主行駛之清掃機器人的組件的方塊圖； 第5圖係顯示根據本發明在清潔區域安裝清掃機器人和充電站的範例的概念圖；第6A圖至第6D圖係顯示根據本發明實施例從充電站發射的信號的概念圖；第6E圖係顯示根據現有技術在清掃機器人與充電站之間執行對接操作的方法的概念圖；第7圖係顯示根據本發明在清掃機器人與充電站之間執行對接操作的方法的概念圖；第8圖係顯示與充電站有關的一組3D座標資訊的概念圖；第9A圖至第9C圖係顯示本發明之充電站的外觀的視圖；以及第10圖係顯示根據本發明控制執行自主行駛的清掃機器人的方法的流程圖。

現在將參考所附圖式對本發明的較佳實施例進行詳細說明。顯而易見的是，本領域的技術人員可進行本發明的各種修改和變化而不脫離本發明的精神或範圍。因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

現將參考所附圖式而詳細描述清掃機器人及其控制方法。

第1圖係顯示根據本發明之清掃機器人100的範例的立體圖。第2圖是第1圖所示之清掃機器人100的平面圖。第3圖是第1圖所示之清掃機器人100的側視圖。

在本說明書中，執行自主行駛的移動機器人、清掃機器人、和清掃機可以具有相同的含義。

如第1圖至第3圖所示，清掃機器人100在預定區域自主移動時，藉由在地板上吸入灰塵(包括異物)或者藉由在地板上拖擦來執行清潔地板的功能。

清掃機器人100可包括：一清掃機主體110、一抽吸單元120、一感測單元130、以及一灰塵容器140。

清掃機主體110設置有一控制器(圖未顯示)，用於控制清掃機器人100；以及一輪子單元111，用於驅動清掃機器人100。清掃機器人100可以藉由輪子單元111前後左右移動或旋轉。

輪子單元111包括複數個主輪111a以及一副輪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信號沿一個方向或另一個方向轉動。主輪111a可以獨立地驅動。例如，各個主輪111a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，並且協助藉主輪111a的清掃機主體100的驅動。副輪111b也可以設置在後面將要說明的抽吸單元120處。

如上所述，當控制器控制輪子單元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供電的一電池(圖未顯示)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之一側突出，並且被配置成吸入含灰塵的空氣。所述一側可以是清掃機主體110沿前進方向(F)移動的一側，亦即，清掃機主體110的前側。

在附圖中，抽吸單元120從清掃機主體110的一側向前側和左右側突出。更具體地說，抽吸單元120的前端設置在與清掃機主體110的一側向前隔開的位置，抽吸單元120的左右兩端設置在從清掃機主體110的一側朝向左右兩側隔開的位置。

清掃機主體110形成為具有一圓形形狀，而且抽吸單元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之間形成一空的空間(間隙)。該空的空間，係清掃機主體110的右端和左端與抽吸單元120的右端和左端之間的空間，朝向清掃機器人100的內部凹入。

如果障礙物位於該空的空間，則清掃機器人100可能由於障礙而不能移動。為了解決這個問題，可以設置一覆蓋構件129，以覆蓋至少部分該空的空間。覆蓋構件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，覆蓋構件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的外周圍表面。

覆蓋構件129設置成填充清掃機主體110與抽吸單元120之間的空白空間的至少一部分。這可以預防障礙物落入該空的空間中，或者可以允許清掃機器人容易與落入該空的空間中的障礙物分離。

從抽吸單元120突出的覆蓋構件129可以被支撐在清掃機主體110的外周圍表面上。如果覆蓋構件129從清掃機主體110突出，則覆蓋構件129可以被支撐在抽吸單元120之後表面上。在這種結構下，當抽吸單元120與障礙物碰撞而具有衝擊時，所述衝擊可以隨著衝擊的一部分被傳遞到清掃機主體110而被分散。

抽吸單元120可以可拆卸地耦合於清掃機主體110。一旦抽吸單元120與清掃機主體110分離，則拖把模組(圖未顯示)可以藉由更換分離的抽吸單元120可拆卸地耦合到清掃機主體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，並且可以在拖擦地板的情況下將拖把模組安裝到清掃機主體110。

當抽吸單元120安裝到清掃機主體110上時，所述安裝可以由上述覆蓋構件129引導。亦即，當覆蓋構件129設置成覆蓋清掃機主體110的外周圍表面時，可以確定抽吸單元120相對於清掃機主體110的相對位置。

感測單元130設置在清掃機主體110處。如圖所示，感測單元130可以設置在清掃機主體110所在的吸塵單元120的一側，亦即清掃機主體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，並且被配置以感測位在前側的障礙物或地形特徵，用以預防設置在清掃機器人100之最前側的抽吸單元120與障礙物碰撞。

感測單元130被配置以額外地執行其他感測功能而不只是這種感測功能。這將被更詳細地解釋。

在清掃機主體110上設置一灰塵容器容納部150，而且用於以分離的方式收集吸入空氣中的灰塵的灰塵容器140與灰塵容器容納部150可拆卸地連結在一起。如圖所示，灰塵容器容納部150可以形成在清掃機主體110的另一側，亦即，清掃機主體110的後側。

灰塵容器140的一部分可容納在灰塵容器容納部150中，而且其另一部分可朝向清掃機主體110的後側突出(亦即，與前進方向(F)相反的方向(R))。

灰塵容器140設置有引入含塵空氣的一入口140a以及一出口140b，通過該出口140b排出除塵空氣。當灰塵容器140被安裝到灰塵容器容納部150時，入口140a和出口140b分別與形成在灰塵容器容納部150的內側壁上的一第一開口110a和一第二開口110b連通。

清掃機主體110內部的一空氣抽吸通道對應於從與連通部120b”連通的入口(圖未顯示)到第一開口110a的通道，而且空氣排放通道對應於從第二開口110b到出口112的通道。

藉由這樣的結構，通過抽吸單元120引入之含塵空氣經由清掃機主體110內部的該空氣抽吸通道被引入到灰塵容器140中，並且在通過灰塵容器140的過濾器或旋風器時與灰塵分離。灰塵被收集在灰塵容器140中，然後空氣從灰塵容器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。

第4圖顯示根據本發明實施例之清掃機器人100的組件。

根據本發明實施例的清掃機器人100(或行動機器人)可包括一通信單元1100、一輸入單元1200、一驅動單元1300、一感測器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。

顯示於第4圖的結構並不是絕對必要的，並且可以實施更少或更多的清掃機器人的組件。於下文中，將會描述每一個組件。

電源單元1600設置有可由一外部商用電源充電的一電池，並且向清掃機器人供電。電源單元1600可以供應驅動電力給清掃機器人的各組件，以供應清掃機器人所需的操作電力來移動或執行特定功能。

這裡，控制器1800可以感測該電池的剩餘電量。如果剩餘電量小，則控制器1800可以控制清掃機器人移動到連接到該外部商用電源的一充電板，以便通過從該充電板接收充電電流來對電池充電。該電池可以連接至一電池感測單元，而且剩餘電量和充電狀態可以傳送給控制器1800。輸出單元1500可以在控制器的控制下在螢幕上顯示剩餘的電量。

該電池可以位於在清掃機器人的中心區域下的部分，或者可位於清掃機器人的左側和右側的其中之一。在後一種情況下，清掃機器人可以進一步設置有一平衡重量以預防電池的集中(偏離)狀態。

驅動單元1300設置有一馬達，並且可以藉由驅動該馬達在兩個方向上旋轉左右主輪來旋轉或移動清掃機主體。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、以曲線方式移動、或在適當位置上移動。

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可以包括一個或複數個按鈕。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、以及地圖資訊的指令。而且該設定按鈕用於從使用者接收設定複數個資訊的指令。

再者，輸入單元1200可以包括：一輸入重置按鈕，用於取消先前使用者輸入並且再次接收使用者輸入；一刪除按鈕，用於刪除預設的使用者輸入；一用於設定或改變操作模式的按鈕；以及一用於接收返回充電板的指令的按鈕等。

此外，輸入單元1200可以採用硬式按鍵、軟式按鍵、觸控板等形式安裝在清掃機器人的上部。且輸入單元1200可以採用與輸出單元1500一起的觸控螢幕的形式來實施。

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被更改。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器1400檢測到的清掃機器人之內部狀態的資訊，例如包括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器1400檢測到的清掃機器人之外部狀態的資訊，例如，障礙物資訊、位置資訊、以及地圖資訊等。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、以及電漿顯示面板和有機發光二極體(OLED)中的一個。

輸出單元1500可以進一步包括一音訊輸出裝置，用於由控制器1800所執行之可聽到的輸出操作程序或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產生的警告信號向外輸出警告聲響。

這裡，該音訊輸出裝置可以是諸如呼叫器和揚聲器的一聲音輸出裝置，而且輸出單元1500可以藉由使用具有預定模式並且儲存在記憶體1700中的音訊資料或信息資料，通過該音訊輸出裝置向外部輸出聲音。

因此，根據本發明實施例的清掃機器人可以藉由輸出單元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。根據本發明另一實施例，清掃機器人可以通過通信單元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藉由有線通信方法、無線通信方法、以及衛星通信方法的其中之一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」)，以用於信號和資料的收發(發送和接收)。

通信單元1100可以將資料傳送給位於特定區域內的另一裝置並且從中接收資料。所述另一裝置可以是可以於連接到網絡的狀態下收發資料的任何裝置。例如，所述另一裝置可以是空調、加熱裝置、空氣淨化器、電燈、電視機、以及車輛等。或者，所述另一裝置可以是用於控制門戶、窗戶、水龍頭閥(分接閥)、以及氣閥等的裝置。或者，所述另一裝置可以是用於感測溫度、溼度、空氣壓力、以及氣體等的感測器。

記憶體1700在其中儲存用於控制或驅動清掃機器人的控制程式及相關資料。記憶體1700還可以在其中儲存音訊資訊、影像資訊、障礙物資訊、 位置資訊、以及地圖資訊等。記憶體1700還可以在其中儲存與驅動模式有關的資訊。

作為記憶體1700，非揮發性記憶體大多被使用。這裡，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1700可為唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、磁電腦儲存裝置(例如，硬碟、軟碟機、或磁帶)、光碟機、磁隨機存取記憶體(RAM)、相變隨機存取記憶體(PRAM)等。

感測器1400可以包括一外部信號感測器、一前側感測器、一懸崖感測器、一下部攝影機感測器、一上部攝影機感測器、以及一3D攝影機感測器中的至少其中之一。

該外部信號感測器可以感測清掃機器人的外部信號。例如，外部信號感測器可以是一紅外線感測器、一超音波感測器、以及一無線電頻率(RF)感測器等。

清掃機器人可以使用該外部信號感測器藉由接收充電板所產生的導引信號檢查充電板的位置和方向。這裡，充電板可以產生指示方向和距離的引導信號，使得清掃機器人能夠返回到充電板。亦即，清掃機器人可以藉由接收從充電板產生的信號來確定當前位置，並且可以藉由設定移動方向返回到充電板。

該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部周圍表面上，並且以其間的預設間隔來安裝。設置在清掃機器人的至少一個側表面上並且被配置以感測前障礙物的前側感測器可以感測存在於清掃機器人之移動方向上的物體，特別是障礙物。然後，前側感測器可以向控制器1800發送檢測資訊。亦即，前側感測器可以感測存在於清掃機器人的移動路徑上的突出物體，像是家用物件、家具、牆面、以及牆緣等，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、一無線電頻率(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，或者如有必要，兩種或多種類型的感測器。

例如，超音波感測器可以主要用於檢測設置在遠距離處的障礙物。超音波感測器設置有信號傳送部和信號接收部，而且控制器1800可以藉由確定從信號傳送部發射的超音波是否在被障礙物等反射後由信號接收部接收，以便確定是否存在有障礙物。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來計算障礙物的距離。

並且，控制器1800可以藉由比較信號傳送部發射的超音波與信號接收部接收的超音波來檢測與障礙物尺寸相關的資訊。例如，當信號接收部接收到大量的超音波時，控制器1800可以確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部周圍表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，使得信號傳送部和信號接收部為彼此交替的。

亦即，信號傳送部可以用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。可以在信號接收部之間設置一個或至少兩個信號傳送部，從而形成從障礙物等反射之超音波的接收區域。這樣可以減少感測器的數量，並擴大信號接收區域。為了預防串擾現象，可以將超音波傳送角度保持在不影響不同信號的範圍內。而且，信號接收部可以被設定為具有不同的接收靈敏度。

該超音波感測器可以安裝成朝向上面一預定角度，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，還可以包括用於預防超音波向下發射的一屏蔽組件。

如上所述，作為前側感測器，可以使用兩種以上的感測器。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、以及一RF感測器等其中之一。

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。

該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部周圍表面上。紅外線感測器可以檢測存在於清掃機器人之前側或側面上的障礙物，並且可以將障礙物資訊發送到控制器1800。亦即，紅外線感測器可以感測存在於清掃機器人的移動路徑上的突出物體，像是家用物件、家具、牆壁、以及牆緣等，並且可以將相關資訊傳送到控制器1800。因此，清掃機器人的清掃機主體可以在特定區域內移動而不會碰撞障礙物。

該懸崖感測器可以藉由使用各種類型的光學感測器來感測支撐清掃機器人之清掃機主體的地板上的障礙物。

亦即，懸崖感測器安裝在地板上的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。被配置以藉由定位在清掃機器人之後表面上來感測地板上的障礙物的懸崖感測器可以是像障礙物感測器一般具有信號傳送部和信號接收部的紅外線感測器。或者，懸崖感測器可以是超音波感測器、RF感測器、以及位置敏感檢測器(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，而且兩個懸崖感測器可以安裝在清掃機器人的後側。

例如，懸崖感測器可為一PSD感測器或可以包括複數個不同類型的感測器。

該PSD感測器藉由使用利用半導體之表面電阻的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一主要PSD感測器；以及用於感測平面上的光位置的一次要PSD感測器。該主要PSD感測器和該次級PSD感測器都可以具有一針式光二極體結構。PSD感測器是一種红外線感測器，藉由發射紅外線然後測量從障礙物反射之後返回的紅外線之角度來測量距離。也就是，PSD感測器使用三角測量方法計算到障礙物的距離。

PSD感測器設置有：一發光部，用於發射紅外光至障礙物；以及一光接收部，用於接收從障礙物反射之後返回的紅外光。通常，PSD感測器以模組之形式實現。在障礙物透過使用PSD感測器感測的情況下，可以獲得穩定測量值，而無論障礙物之反射率或顏色上的差異。

控制器1800可以藉由測量由懸崖感測器朝向地板表面發射的紅外線之發光信號與從障礙物反射之後所接收的反射信號之間的紅外線角度來感測懸崖和分析深度。

控制器1800可以基於由懸崖感測器感測到的懸崖之地板表面狀態來確定清掃機器人是否能夠穿過懸崖，並且可以根據確定的結果來決定是否通過懸崖。例如，控制器1800可以藉由懸崖感測器來確定懸崖是否存在和懸崖的深度。然後，僅當經由懸崖感測器感測到反射信號時，控制器1800控制清掃機器人通過懸崖。

在另一實施例中，控制器1800可以使用懸崖感測器來判定清掃機器人的升起狀態。

該下部攝影機感測器設置在清掃機器人的後表面上，並且在清掃機器人正在移動時獲得關於地板表面(或待清潔表面)的影像資訊。下部攝影機感測器也稱為一光流感測器。下部攝影機感測器藉由轉換與地板表面(或待清潔表面)相關的影像來產生預定類型的影像資料，其中所述影像從設置在下部攝影機感測器中的影像感測器來輸入。所產生的影像資料可以儲存在記憶體1700中。

一個或複數個光源可以被安裝至影像感測器附近。所述一個或複數個光源將光照射到由影像感測器所拍攝之地板的預定區域上。亦即，在清掃機器人沿著地板表面在特定區域內移動的情況下，如果地板表面是平坦的，則恆定地保持影像感測器與地板表面之間的距離。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，由於凹凸部分和障礙物，影像感測器變成遠離地板表面超過預定距離。這裡，控制器1800可以控制一個或複數個光源來控制要照射的光量。光源可以是可以控制光量的發光裝置，例如發光二極體(LED)。

控制器1800藉由使用下部攝影機感測器可以檢測清掃機器人的位置，無論清掃機器人是否滑動。控制器1800可以藉由分析由下部攝影機感測器根據時間拍攝的影像資料來計算移動距離和移動方向，從而計算清掃機器人的位置。基於由下部攝影機感測器所拍攝的清掃機器人之下部的影像資訊，控制器1800可以補償在由另一裝置計算的位置上之清掃機器人的滑動。

該上部攝影機感測器可以被安裝為面向清掃機器人的上側或前側，從而拍攝清掃機器人之周邊的影像。如果清掃機器人設置有複數個上部攝 影機感測器，則上部攝影機感測器可以採用預定距離或其間的預定角度設置在清掃機器人的上部或側面。

該3D攝影機感測器可以附接到清掃機器人之清掃機主體的一個表面或一部分，從而產生與清掃機主體周邊有關的3D座標資訊。

亦即，3D攝影機感測器可以是用於計算清掃機器人與要被拍攝的物體之間的距離的3D深度攝影機。

更具體地，3D攝影機感測器可以拍攝與清掃機主體之周邊相關的2D影像，並且可以產生與所拍攝的2D影像對應的複數個3D座標資訊。

在一個實施例中，3D攝影機感測器可以設置有用於拍攝2D影像的常規兩個或更多個攝影機，並且可以被實現為立體影像類型，用於藉由組合由兩個或更多個攝影機所拍攝的兩個或更多個影像來產生3D座標資訊。

更具體地說，在本實施例中，3D攝影機感測器可以包括一第一圖案照射部，用於朝向清掃機主體的前側向下照射第一圖案的光線；一第二圖案照射部，用於朝向該清掃機主體的前側向上照射第二圖案的光線；以及一影像獲取部，用於獲取與清掃機主體的前側相關的影像。因此，影像獲取部分可以獲取關於第一圖案之光線和第二圖案之光線已經入射的區域的影像。

在另一個實施例中，3D攝影機感測器可以設置有用於照射紅外線圖案的一單一攝影機和一紅外線圖案發射部。而且3D攝影機感測器可以藉由拍攝將從紅外線圖案發射部照射至要拍攝的物體上之紅外線圖案的投影形狀，以測量其與被拍攝物體之間的距離。3D攝影機感測器可以是紅外(IR)類型的3D攝影機感測器。

在另一個實施例中，3D攝影機感測器可以設置有一單一攝影機和用於發光的一發光部。而且3D攝影機感測器可以藉由分析從發光部發射然後從要被拍攝的物體反射之雷射光的一部分，以測量其本身與要被拍攝的物體之間的距離。3D攝影機感測器可以是時差測距(TOF,time of flight)類型的3D攝影機感測器。

更具體地，3D攝影機感測器被配置以照射沿至少一個方向延伸的雷射光。例如，3D攝影機感測器可以設置有一第一雷射部和一第二雷射部。 而且第一雷射部可以照射彼此交叉的直型雷射光，而且第二雷射部可以照射單一直型雷射光。利用這樣的結構，使用最下層的雷射來感測地面上的障礙物；最上層的雷射被用於感測設置在上部區域的障礙物；以及使用最下面的雷射和最上面的雷射器之間的中間雷射來感測設在中間區域的障礙物。

第5圖說明了顯示在清潔區域內清掃機器人100和充電站510之安裝狀態的實施例。

如第5圖所示，用於對清掃機器人100之電池充電的充電站510可以安裝在清潔區域500內。在一個實施例中，充電站510可以安裝在清潔區域500的外部。

儘管於圖中未顯示。如第5圖所示，充電站510可以設置有用於輸出不同類型的信號的一通信裝置(圖未顯示)，並且該通信裝置可以執行與清掃機器人100之通信單元1100的無線通信。

控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機器人100的清掃機主體可以基於通信單元1100從充電站510接收的信號而在充電站510處對接。

如果電池的剩餘量小於限定值，則控制器1800可將清掃機主體朝向充電站510移動。如果清掃機主體靠近充電站510，則控制器1800可以控制驅動單元1300開始對接操作。

如第6A圖所示，可以從充電站510產生複數個信號。複數個信號彼此重疊的區域600可以形成在充電站510的前側。

第6A圖至第6D圖顯示了複數個信號的發射狀態。

第6B圖顯示了第一信號的發射狀態，其可以包括第一信號的一整個發射區域601a和第一信號的一集中發射區域601b。

更具體地，該第一信號可以包括一第一短距離信號和一第一長距離信號。亦即，充電站510可以發射第一短距離信號和第一長距離信號。因此，接收到傳送的第一短距離信號和第一長距離信號兩者的區域可以對應於集中發射區域601b，而且僅接收到發送的第一長距離信號的區域可以對應於整個發射區域601a。

同樣地，第6C圖和第6D圖顯示了第二信號和第三信號的發射狀態，其可以包括第二信號的一整個發射區域602a、第二信號的一集中發射區域602b、第三信號的一整個發射區域603a、以及第三信號的一集中發射區域603b。第二信號可以包括一第二短距離信號和一第二長距離信號，而且第三信號可以包括一第三短距離信號和一第三長距離信號。

根據使用者的選擇，第6B圖至第6D圖所示之所有第一信號至第三信號可被發射，或者可以僅發射第一信號和第三信號。

參考第6A圖，可以形成第一信號至第三信號彼此重疊的區域600。該區域600形成在充電站510的前側。因此，如果確定清掃機器人100的清掃機主體位於區域600，而且清掃機主體的前表面面向充電站510，則控制器1800可以藉由僅向前移動清掃機主體來執行清掃機器人與充電站之間的對接操作。

第6E圖顯示了一般清掃機僅使用設置在充電站的紅外線感測器(IR感測器)來檢測充電站510之位置的方法。

如第6E圖所示，一般清掃機設置有用於接收從設置在充電站的紅外線感測器610所傳送的信號的一紅外線信號接收部620。

參考第6E圖，設置在充電站的複數個紅外線感測器610在複數個方向上發射紅外線信號。一般清掃機的紅外線信號接收部620可以接收在複數個方向上發射的紅外線信號，而且一般清掃機的控制器可以檢測每個信號的強度以檢測機器人之清掃機主體相對於充電站的相對位置。

然而，由於接收到的紅外線信號被分類為強信號或弱信號，所以藉由僅使用紅外線感測器來檢測充電站的位置的這種方法存在著不能精確地檢測充電站與清掃機主體之間的距離的問題。

另外，由於設置在充電站的紅外線感測器在大範圍內發射紅外線信號，所以即使清掃機之紅外線信號接收部接收到紅外線信號，充電站相對於清掃機主體的相對方向無法被檢測。

為了解決這個問題，本發明提供一種藉由使用裝設在清掃機器人100的3D攝影機感測器來檢測充電站相對於清掃機器人100之清掃機主體的相對位置的方法。

參考第7圖，3D攝影機感測器可以安裝在清掃機器人100之清掃機主體的一部分上，而且可以檢測與充電站510相關的3D座標資訊。亦即，3D攝影機感測器可以基於清掃機主體來檢測包括在充電站510之外表面中的複數個區域的3D座標資訊。

第8圖顯示了指示這種檢測到的3D座標資訊的示意圖。

第10圖說明了控制根據本發明的清掃機器人100的方法。

首先，記憶體1700可以儲存與充電站有關的3D圖案資訊(S1001)。

儲存在記憶體1700中的3D圖案資訊可以對應於第9A圖至第9C圖所示之充電站的外觀。

如果在充電站之外觀的一部分形成一特定圖案，則3D圖案資訊可以對應於該特定圖案。

如果電池的剩餘量小於限定值，則控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機器人100進入電池充電模式(S1002)。

亦即，如果電池的剩餘量小於限定值，則控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機器人100的清掃機主體基於包括關於充電站之安裝位置的資訊的地圖而可以移動到充電站之安裝位置周圍的區域。

包含在感測器1400中的3D攝影機感測器可以檢測與清掃機器人100之清掃機主體附近的物體相關的3D座標資訊(S1003)。

在清掃機器人100進入電池充電模式之後，控制器1800可以藉由儲存在記憶體1700中並且與充電站相關的3D圖案資訊來將由3D攝影機感測器所檢測的3D座標資訊進行比較(S1004)。

更具體地說，如果檢測到的3D座標資訊與3D圖案資訊匹配，則控制器1800可以確定充電站510位於清掃機器人100的清掃機主體附近。

如果確定充電站510位於清掃機器人100的清掃機主體附近，則控制器1800可以檢測充電站510相對於清掃機主體之當前位置的相對位置。

控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機器人100的清掃機主體可以基於檢測到的相對位置在充電站510處對接。

亦即，控制器1800可以基於檢測到的3D座標資訊來計算清掃機器人100的清掃機主體與充電站之間的距離(S1005)。控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機主體可以基於計算出的距離而在充電站對接。

在一個實施例中，控制器1800可基於檢測到的3D座標資訊，計算設置在清掃機主體並且(圖未顯示)用於接收電力的充電端子與設置在充電站510並且用於供電的供電端子之間的距離。而且控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機主體可以基於充電端子和供電端子之間的距離而在充電站對接。

另外，控制器1800可以計算充電站相對於清掃機器人之清掃機主體的相對角度(S1006)。

亦即，控制器1800可以基於檢測到的3D座標資訊來計算由清掃機主體之一個表面之方向與充電站之一個表面之方向所形成的角度。然後，控制器1800可以基於計算出的角度來控制驅動單元1300。

在一個實施例中，控制器1800可以計算由清掃機主體之當前移動方向與安裝有供電端子的充電站之一個表面之方向所形成的角度。

在另一個實施例中，控制器1800可以計算由清掃機主體之前表面的方向與安裝有供電端子之充電站之一個表面的方向所形成的角度。

此外，控制器1800可以基於所計算的距離和角度來控制驅動單元1300，使得清掃機器人100可以在充電站510處對接(S1007)。

如果檢測到的3D座標資訊與預先儲存的3D圖案資訊不匹配，則控制器1800可以確定清掃機器人100的清掃機主體和充電站510彼此間隔超過限定距離。

這裡，該限定距離是指清掃機器人與充電站之間用於對接的最大距離。亦即，限定距離是指成功對接的機率低於預定值的清掃機主體與充電站之間的距離。

因此，當清掃機主體與充電站間隔超過參考距離時，控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機主體可以移動到清掃機主體與充電站之間的距離為小於參考距離的位置。

在這種情況下，控制器1800可以控制驅動單元1300，使得清掃機器人100之清掃機主體可以從當前位置移動超過參考距離。

另外，控制器1800可以藉由使用3D攝影機感測器和紅外線感測器中的至少一個來確定充電站是否位於清掃機器人100之清掃機主體附近。

在一個實施例中，如果紅外線信號接收部感測到從充電站發射的紅外線信號，則控制器1800可以確定充電站位於清掃機器人100之清掃機主體附近。另外，如果紅外線信號接收部感測到從充電站發射的紅外線信號，則控制器1800可以啟動3D攝影機感測器，使得3D攝影機感測器可以感測與充電站相關的3D座標資訊。

在另一個實施例中，如果通信單元接收到從充電站發送的短距離信號，則控制器1800可以確定充電站位於清掃機器人100之清掃機主體附近。

更具體地，控制器1800可以確定通信單元1100已經從充電站510接收到的信號的類型。另外，控制器1800可以基於確定的信號類型來啟動3D攝影機感測器。

亦即，控制器1800可以確定來自充電站510的通信單元1100的接收信號是長距離信號還是短距離信號。如果接收信號是長距離信號，則控制器1800可以控制驅動單元，使得清掃機器人之清掃機主體可以移動到充電站510的安裝位置。

控制器1800可以週期性地確定從充電站510的通信單元1100之接收信號的類型。另外，在確定接收信號包括短距離信號的時間點，控制器1800可以啟動3D攝影機以獲取與充電站相關的3D座標資訊。

在本發明中，由於使用由3D攝影機感測器獲取的3D座標資訊，所以可以提高返回到充電站的機率。

另外，在本發明中，由於使用由3D攝影機感測器獲取的3D座標資訊，所以可以提高設置在充電站的供電端子與設置在清掃機器人之清掃機主體處的充電端子接觸的機率。

另外，在本發明中，由於藉由使用設置在清掃機器人的傳統3D攝影機感測器來檢測充電站的位置，以便感測障礙物，所以不須要在充電站安裝額外的感測器。

另外，可以解決由於紅外線感測器之信號干擾所導致的充電站位置的錯誤檢測或返回到充電站的失敗。

Claims (11)

1. 一種可執行自主行駛的清掃機器人，包括：一清掃機主體；一驅動單元，用於移動該清掃機主體；一攝影機，用於檢測3D座標資訊，該3D座標資訊對應被包含在一充電站之表面上的複數個點；一記憶體，用於儲存與該充電站有關的圖案資訊；以及一控制器，用於將由該攝影機檢測的該3D座標資訊與儲存在該記憶體中與該充電站相關的該圖案資訊進行比較，並且用於基於該比較結果確定該充電站是否位於該清掃機主體附近。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，如果所檢測的該3D座標資訊與該圖案資訊匹配，則該控制器確定該充電站位於該清掃機主體附近。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，如果確定該充電站位於該清掃機主體附近，則該控制器基於該清掃機主體之一當前位置檢測該充電站之一相對位置。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，該控制器控制該驅動單元，使得該清掃機主體基於所檢測的該相對位置在該充電站對接。
5. 依據申請專利範圍第2項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，該控制器基於所檢測的該3D座標資訊，計算由該清掃機主體之一表面之一方向和該充電站之一表面之一方向所形成的角度，以及其中，該控制器基於該計算出的角度控制該驅動單元。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，如果所檢測的該3D座標資訊與該圖案資訊不匹配，則該控制器確定該清掃機主體和該充電站彼此間隔超過一參考距離。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，如果所檢測的該3D座標資訊與該圖案資訊不匹配，則該控制器控制該驅動單元，使得該清掃機主體移動到該清掃機主體與該充電站之間的距離小於該參考距離的位置。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，進一步包括一紅外線信號傳送部，包含在裝設在該充電站的一紅外線感測器中，其中，該控制器基於從該紅外線信號傳送部所輸出的信號和所檢測的該3D座標資訊確定該充電站是否位於該清掃機主體的附近。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，進一步包括一通信單元，用於與該充電站進行通信，其中，該控制器確定該通信單元之一接收信號的類型，並且基於所確定的信號類型啟動該攝影機。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，該控制器確定來自該充電站的該通信單元的該接收信號是一長距離信號或一短距離信號，以及其中，如果該接收信號是該長距離信號，則該控制器將該清掃機主體移動到該充電站的一安裝位置。
11. 依據申請專利範圍第10項所述之可執行自主行駛的清掃機器人，其中，該控制器週期性地確定該接收信號的類型，以及其中，在確定該接收信號包括該短距離信號的時間點，該控制器啟動該攝影機以獲取與該充電站相關之所檢測的該3D座標資訊。