專利名稱：用于機器人清潔器的陀螺傳感器的補償方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種機器人真空式清潔器，其自主地行走，更具體地說，涉及一種用于機器人清潔器的補償陀螺傳感器的方法，所述機器人清潔器通過使用陀螺傳感器檢測轉(zhuǎn)動角度。
背景技術(shù)：
通常，機器人清潔器通過使用清潔器主體的超聲波傳感器沿著由墻或者屏障物所圍成的清潔區(qū)域的輪廓行進，以通過用戶輸入的信息來確定清潔區(qū)域或者識別清潔區(qū)域。機器人清潔器計劃出能有效地清潔已識別的清潔區(qū)域的行進路線。然后，機器人清潔器控制驅(qū)動部分，以遵循所計劃的行進路線，并且操作吸塵部分來進行清潔。
為了沿著所計劃出的路線行進，機器人清潔器通過使用絕對坐標或者相對坐標來計算現(xiàn)在位置，該相對坐標使用與清潔區(qū)域的參考點之間的行進距離和轉(zhuǎn)動角度。
作為一個使用絕對坐標行進的方法的示例，機器人清潔器通過使用由CCD攝像機所拍攝的天花板圖像來計算現(xiàn)在位置。具體而言，機器人清潔器從所拍攝的天花板圖像上檢測到這些裝置例如在天花板上的燈、熒光燈或用于單獨位置識別的位置識別標志，以檢測機器人清潔器的現(xiàn)在位置，并且根據(jù)現(xiàn)在位置行進。然而，使用CCD攝像機的行進方法要求高效率的系統(tǒng)和用于制造的高成本，因為要很快地處理大量的圖像。
通過使用相對坐標行進的機器人清潔器包括用于檢測行進距離的行進距離檢測傳感器和用于檢測機器人清潔器轉(zhuǎn)動角度的角度傳感器?？傮w來說，能檢測行進輪的轉(zhuǎn)數(shù)的編碼器被廣泛地用于行進距離檢測傳感器，能檢測相對角度的陀螺傳感器被廣泛地用于角度傳感器。如果應用了陀螺傳感器，機器人清潔器能在直線行進中轉(zhuǎn)動所需的角度，因此，可以容易地控制機器人清潔器的行進方向。但是，陀螺傳感器具有大約5-10％的測量角度誤差。出現(xiàn)該誤差是由于以下原因，即，基于陀螺傳感器的積分的恒定誤差和根據(jù)內(nèi)變量例如溫度和濕度的變化的比例因子的變化，具體來說，如果機器人清潔器的轉(zhuǎn)動越大并且累計轉(zhuǎn)動角度較大，誤差也同時積累起來，使得機器人清潔器不能遵循著所制定的行進路線。從而，當機器人清潔器沿著所指定的行進路線完成行進時，一些區(qū)域不能被充分地清潔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明被構(gòu)想為解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，并且本發(fā)明的一個方面在于提供一種機器人真空式清潔器的陀螺傳感器的補償方法，其中，如果機器人清潔器行進大于一定距離，機器人清潔器補償陀螺傳感器的輸出值，以能夠準確遵循所制定的行進路線。
為了達到上述目的，提供了一種機器人清潔器的陀螺傳感器的補償方法，包括如果機器人清潔器行進得大于補償基準(compensationreference)，變化到補償模式；并且通過使用上部攝像機補償陀螺傳感器的輸出值。
補償基準可以基于機器人清潔器的積累角度。
補償包括通過使用上部攝像機確定行進路線以計算行進路線的角度；在通過使用上部攝像機行進在行進路線期間從陀螺傳感器的輸出值計算出行進路線的角度；計算在由上部攝像機計算出的行進路線的角度和由陀螺傳感器計算出的行進路線的角度之間的差值；通過使用在兩個角度之間的差值來補償陀螺傳感器的輸出值。
行進路線的確定是從通過上部攝像機所拍攝的天花板圖像中提取對應于在天花板上的物體的標記點，并且通過使用標記點選擇機器人清潔器的現(xiàn)在位置和行進目的地。
行進目的地可以被挑選出為相對于機器人清潔器的以前行進方向具有特定角度。特定角度可以小于大約±90°。
如上所述，如果機器人清潔器行進大于補償基準，根據(jù)本發(fā)明的用于補償陀螺傳感器的方法的機器人清潔器實施補償模式，以補償陀螺傳感器的輸出值。因此，陀螺傳感器的誤差保持小于一定值，從而機器人清潔器可以準確地遵循制定的行進路線。
這樣，如果利用使用根據(jù)本發(fā)明的陀螺傳感器的補償方法的機器人清潔器，將不會出現(xiàn)由于傳統(tǒng)技術(shù)中的陀螺傳感器的誤差所導致的沒有清潔的區(qū)域。


參照附圖從以下的詳細描述中將更加清楚地了解本發(fā)明的上述的以及其他方面、特征和優(yōu)點，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的機器人真空式清潔器的透視圖；圖2是表示圖1中的機器人真空式清潔器的功能塊的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的機器人清潔器的陀螺傳感器補償方法的流程圖；圖4是在圖3中的機器人清潔器的陀螺傳感器補償方法中補償步驟的一個實施例的流程圖；以及圖5是根據(jù)機器人清潔器的上部攝像機所拍攝的天花板圖像的示意圖。
具體實施例方式
參照附圖將更詳細地描述本發(fā)明的特定實施例。
在下面的描述中，相同的附圖標號表示在不同視圖中的相同元件。在描述中限定的內(nèi)容例如結(jié)構(gòu)細節(jié)和元件是不重要的，而是提供了一個幫助全面理解本發(fā)明的示例。因此，本發(fā)明顯然可以在沒有這些限定內(nèi)容的情況下實施。同樣，沒有詳細地描述公知的功能或結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明模糊在不必要的細節(jié)中。
圖1是機器人真空式清潔器的透視圖，其上應用了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陀螺傳感器的補償方法；以及圖2是表示圖1中機器人真空式清潔器的功能塊的框圖；參照圖1和圖2，機器人清潔器10包括吸塵部分20、傳感器部分30、前部攝像機41、上部攝像機42、驅(qū)動部分50、發(fā)射/接收部分60、動力部分70、記錄裝置81和控制部分80，這些部件被適當?shù)夭贾迷谇鍧嵠髦黧w11中。
吸塵部分20可形成為多種形式，以從清潔地板上吸入充滿污染物的空氣。例如，吸塵部分20可以簡單地包括吸氣電動機、用于由吸氣電動機的吸力吸入充滿污染物的空氣的吸氣刷、位于在吸氣電動機和吸氣刷之間的灰塵室。吸入口和排出口設置在灰塵室中，該灰塵室與吸入刷和吸氣電動機流體連通地相連。充滿污染物的空氣被通過吸入口吸入，并且在灰塵室中被分離，然后通過排出口排出。
傳感器部分30包括用于測量機器人清潔器的轉(zhuǎn)角的陀螺傳感器、用于檢測行進距離的行進距離檢測傳感器32和用于檢測行進中的障礙物例如墻的障礙物檢測傳感器33。
當機器人清潔器10需要改變行進方向時，使用陀螺傳感器31。陀螺傳感器31在改變行進方向之前檢測機器人清潔器10的轉(zhuǎn)角，即，相對于剛剛之前的行進方向(以下稱為‘現(xiàn)在的行進方向’)的相對角?；旧?，陀螺傳感器31具有大約5-10％(百分比)的測量角度誤差。該誤差是由于以下原因而產(chǎn)生的，即，基于陀螺傳感器31的輸出值的積分的恒定誤差和根據(jù)內(nèi)變量(inner variables)例如溫度和濕度的變化而變化的比例因子。陀螺傳感器31檢測相對于特定方向例如現(xiàn)在的行進方向的相對轉(zhuǎn)角，因此，如果機器人清潔器10的轉(zhuǎn)角累加，由該誤差所導致的機器人清潔器的轉(zhuǎn)角誤差在使用期間也增加。這樣，必須補償機器人清潔器10的誤差以精確地遵循所制定的路線。
檢測輪轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)動檢測傳感器可以應用在行進距離檢測傳感器32上。例如，被安裝以檢測電機轉(zhuǎn)數(shù)的編碼器可用作轉(zhuǎn)動檢測傳感器?？刂撇糠?0通過使用編碼器的轉(zhuǎn)數(shù)來計算出機器人清潔器10的行進距離。
障礙物檢測傳感器31包括紅外線發(fā)射元件和用于接收反射的紅外線的紅外線接收元件，它們沿著清潔器主體11的外周面的內(nèi)表面成基本上垂直的關(guān)系而成對設置。另一方面，障礙物檢測傳感器33可為超聲波傳感器，其發(fā)射超聲波并且接收反射的超聲波。障礙物檢測傳感器33可用于檢測與障礙物或者墻之間的距離。
上部攝像機42被安裝在清潔器主體11上，以拍攝上方的圖像，并且將所拍攝的圖像輸出到控制部分80。前部攝像機41安裝在清潔器主體11的前側(cè)，以拍攝在清潔器主體11前面的圖像，并且將所拍攝的圖像輸出到控制部分80。前部攝像機41根據(jù)需要可選地安裝。例如，可安裝前部攝像機41以檢測在前面的障礙物或者充電站的識別標記(未示出)。CCD攝像機可以用作前部攝像機41和上部攝像機42。
驅(qū)動部分50包括設置在前側(cè)的兩個驅(qū)動輪，設置在后側(cè)的兩個從動輪，一對用于驅(qū)動兩個驅(qū)動力中的每個的驅(qū)動電機，將驅(qū)動輪的動力傳輸?shù)綇膭虞喌膭恿鬏斞b置。動力傳輸裝置包括同步皮帶和帶輪。另外，動力傳輸裝置可以包括齒輪。兩個驅(qū)動輪安裝在清潔器主體11的下部，以將兩個中心軸設定在一條線上。驅(qū)動部分50的每個驅(qū)動電動機根據(jù)驅(qū)動部分80的控制信號被獨立地驅(qū)動，以向前、向后轉(zhuǎn)動。通過改變每個驅(qū)動電動機的RPM來控制行進方向。
發(fā)射/接收部分60通過天線61發(fā)射數(shù)據(jù)，并將通過天線61接收到的信號傳輸?shù)娇刂撇糠?0。這樣，機器人清潔器10能將信號發(fā)射到外部設備90并從其中接收信號。外部設備90可為裝有用于監(jiān)控和控制機器人清潔器10的運動的程序的計算機系統(tǒng)或者用于從遠距離控制機器人清潔器的遙控控制器。為了減少機器人清潔器10的控制部分80的處理容量，外部設備90例如計算機系統(tǒng)可進行計算以通過使用上部攝像機42的圖像數(shù)據(jù)來補償陀螺傳感器31的輸出值。在該系統(tǒng)中，機器人清潔器10的控制部分80通過發(fā)射/接收部分60將上部攝像機42的圖像數(shù)據(jù)發(fā)射到外部設備90中，并且接收來自外部設備90的處理結(jié)果，以補償陀螺傳感器31的輸出值。
動力部分70包括可再充電的電池，其存儲從充電站(未示出)供應來的電能，并且將電能供給機器人清潔器10的每個元件中，從而機器人清潔器10可以自主行進和清潔。
控制部分80處理由發(fā)射/接收部分60接收的信號，并且控制機器人清潔器10的每個元件以進行指示的工作?？刂撇糠?0通過使用障礙物傳感器32沿著墻或者障礙物行進確定機器人清潔器10的工作區(qū)域，并且將確定的工作區(qū)域存儲在存儲器裝置81中，或者控制部分80將從用戶那里接收來的工作區(qū)域存儲在存儲器裝置81?？刂撇糠?0計算行進路線，其能夠有效地沿著存儲在存儲器裝置81中的行進區(qū)域中行進。然后，控制部分80控制驅(qū)動部分50和吸塵部分20，以通過使用行進距離檢測傳感器33和角度傳感器31沿著行進路線行進并清潔。當清潔工作完成或者需要再充電時，控制部分80控制驅(qū)動部分50以使機器人清潔器10返回到參考位置或者再充電站處。換句話說，通過使用前部攝像機41、上部攝像機42或者超聲波傳感器識別位置，控制部分80控制機器人清潔器10以返回參考位置或者再充電站處。這將不詳細描述，因為這不是本發(fā)明的重要部分。
控制部分80確定機器人清潔器10是否在清潔期間行進得大于補償基準。如果是的話，控制部分80停止清潔并且變化到補償模式以補償陀螺傳感器31的輸出值。用于確定補償陀螺傳感器31期間的補償基準可由基于各種參考值來確定。例如，這些參考值基于機器人清潔器10離開充電站以進行清潔的時間或者在清潔期間機器人清潔器10的整個進行距離。但是，為了補償陀螺傳感器31，補償基準可以基于在清潔期間的機器人清潔器10的累積轉(zhuǎn)角?？紤]到陀螺傳感器31的精度或者在轉(zhuǎn)動期間的機器人清潔器10的滑動，用戶可以任意地向控制部分80輸入補償基準。
當機器人清潔器10變化到補償模式時，控制部分80通過使用上部攝像機42拍攝在機器人清潔器10上方的天花板，利用所拍攝到的圖像數(shù)據(jù)確定用來補償?shù)臋C器人清潔器10的行進路線，并且通過使用行進路線來補償陀螺傳感器31的輸出值。
以下將結(jié)合圖3-5描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用來補償機器人清潔器的陀螺傳感器的方法。
首先，機器人清潔器10在作為參考位置的充電站待機。機器人清潔器10存儲將要清潔的區(qū)域，并且完成計算有效清潔的行進路線。
機器人清潔器10響應工作啟動信號從參考位置出發(fā)，沿著行進路線行進以完成清潔。
在清潔期間，控制部分80確定機器人清潔器10是否行進得大于補償基準。如果是的話，控制部分10停止機器人清潔器10的工作，并且轉(zhuǎn)到補償模式(S10)。該補償基準為機器人清潔器10的累積角，累積角為在清潔期間的轉(zhuǎn)角的總和。用戶通過使用鍵輸入裝置(未示出)或者外部設備90將累積角度的補償基準輸入到存儲器裝置81中。
當機器人清潔器10變化到補償模式時，控制部分80通過使用上部攝像機42補償陀螺傳感器31的輸出值。以下將詳細描述通過使用上部攝像機42補償陀螺傳感器31的控制部分80的步驟(S20)。
首先，控制部分80控制驅(qū)動部分50以停止機器人清潔器10。天花板2的圖像1由上部攝像機42捕獲?？刂撇糠?0通過使用從上部攝像機42傳輸來的圖像數(shù)據(jù)確定機器人清潔器10的現(xiàn)在位置，并且確定將要行進的路線P，以補償陀螺傳感器31。各種公知的圖像處理技術(shù)可以用于控制部分80以從圖像數(shù)據(jù)確定出行進路線P。例如，控制部分80從圖像數(shù)據(jù)中提取標記點以確定行進路線P。標記點可以為諸如熒光燈、火警傳感器(fire sensor)和燈的裝置。作為選擇，標記點可以為分開形成的由攝像機來識別位置的位置識別標記?？梢詰酶鞣N公知的方法從所拍攝圖像提取標記點。例如，所拍攝的圖像可以轉(zhuǎn)化成灰度級，具有相似數(shù)值的像素點連接，然后，區(qū)別于周圍區(qū)域的像素區(qū)域被確定為標記點。另外，相對于標記點的圖像數(shù)據(jù)分布狀態(tài)可以提前存儲。并且具有與標記點的存儲圖像數(shù)據(jù)狀態(tài)相似分布的圖像區(qū)域可被確定為標記點。
圖5示出了由上部攝像機42所拍攝的圖像1的一個示例?？刂撇糠?0通過上述的圖像處理方法從所拍攝的圖像1中提取標記點。并且通過使用標記點挑出現(xiàn)在位置和行進目的地，該行進目的地與機器人清潔器10的現(xiàn)在位置間隔一定距離。在圖5中，對應于熒光燈3邊緣的點B被挑選作為行進目的地。行進目的地B被挑選出，以使得在連接行進目的地B和機器人清潔器10的現(xiàn)在位置A的線P(以下稱為“行進路線”)和機器人清潔器10的先前行進方向Y之間具有一定角度。在機器人清潔器10的行進路線P和行進方向Y之間的該角度可以小于大約±180°，但優(yōu)選小于大約±90°?？刂撇糠?0在存儲器裝置81處存儲行進路線P相對于機器人清潔器10的先前行進方向Y的角度θ(S21)。
控制部分80控制驅(qū)動部分50以朝著行進目的地B運動?？刂撇糠?0通過使用上部攝像機42所拍攝的圖像數(shù)據(jù)確定機器人清潔器10是否到達行進目的地B?？刂撇糠?0在機器人清潔器10行進期間讀取陀螺傳感器31的輸出值，以由陀螺傳感器31計算出行進路線P的角度θ′(S22)。
控制部分80通過使用下面的等式1來計算由上部攝像機42的圖像數(shù)據(jù)計算出的行進路線P的角度θ和由陀螺傳感器31計算出的行進路線P的角θ′之間的差值(Δθ)，以將結(jié)果存儲在存儲器裝置中(S23)。
θ-θ′＝Δθ如果使用上部攝像機42計算出的行進路線P的角度θ大于由陀螺傳感器31計算出的行進路線P的角度θ′，那么在兩個角度之間的差值Δθ為正，如果使用上部攝像機42計算出的行進路線P的角度θ小于由陀螺傳感器31計算出的行進路線P的角度θ′，那么在兩個角度之間的差值Δθ為負。
控制部分80設立存儲的在行進路線P的兩個角度之間的差Δθ作為陀螺傳感器31的補償值(S24)。這樣，當控制部分80通過使用陀螺傳感器31計算機器人清潔器10的轉(zhuǎn)角時，控制部分80始終以該值作為機器人清潔器10的實際轉(zhuǎn)角，該值是從陀螺傳感器31的輸出值計算得出的角度中減去或補償存儲的兩個角度的差值Δθ而得到的。
控制部分80控制機器人清潔器10的驅(qū)動部分50以將機器人清潔器10返回到機器人清潔器10曾停止操作的位置A，以行進到行進目的地B。如果機器人清潔器10返回以前的工作位置A，控制部分80停止用于機器人清潔器10的補償模式，并且繼續(xù)工作。
控制部分80確定在一定時間間隔內(nèi)是否機器人清潔器10在行進期間行進得大于補償基準。如果機器人清潔器10行進得大于補償基準，機器人清潔器停止清潔并且再次進行補償模式(S10)。
如上所述，如果機器人清潔器10行進大于補償基準，根據(jù)本發(fā)明的用于補償陀螺傳感器31的方法的機器人清潔器10執(zhí)行補償模式，以補償陀螺傳感器31的角度誤差。因此，陀螺傳感器31的誤差沒有累積，從而提高了行進的精度。另外，不存在由于機器人清潔器10的行進不準確而產(chǎn)生的沒有清潔的區(qū)域。
上述實施例和優(yōu)點僅為示例性的，而不是構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的指導適于其他類型的裝置。同樣，本發(fā)明實施例的描述旨在為說明性的，而不是限制權(quán)利要求的范圍，很多可選的實施例、改進和變化將對于本領域的技術(shù)人員而言是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種機器人清潔器的陀螺傳感器的補償方法，包括如果機器人清潔器行進得大于補償基準，變化到補償模式；以及通過使用上部攝像機補償陀螺傳感器的輸出值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，補償基準為機器人清潔器的累積角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，補償步驟包括通過使用上部攝像機確定行進路線，以計算行進路線的第一角度；在通過使用上部攝像機行進該行進路線期間從陀螺傳感器的輸出值計算出該行進路線的第二角度；計算在行進路線的第一角度和行進路線的第二角度之間的差值；以及通過使用差值補償陀螺傳感器的輸出值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，確定行進路線的步驟包括從上部攝像機所拍攝到的天花板圖像中提取對應于在天花板上的物體的標記點，以及通過使用標記點選擇機器人清潔器的現(xiàn)在位置和行進目的地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，行進目的地被選出以相對于機器人清潔器的以前行進方向具有一定角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該一定角度小于約±90°。
7.一種控制機器人清潔器的方法，包括計算用于清潔將要被清潔的區(qū)域的制定的行進路線；通過基于機器人清潔器的陀螺傳感器的輸出值使機器人清潔器移動通過轉(zhuǎn)角，控制機器人清潔器沿著制定的行進路線行進；以及如果轉(zhuǎn)角的總和大于補償基準，確定用于陀螺傳感器輸出值的補償值，該補償值至少部分地基于被機器人清潔器的上部攝像機所拍攝到的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，確定補償值包括以下步驟通過圖像確定在現(xiàn)在行進方向(Y)和期望行進方向(P)之間的第一角度；在機器人清潔器沿著所期望的行進方向移動期間，讀取陀螺傳感器的輸出值，以計算第二角度；確定在第一角度和第二角度之間的角度差；以及設定該角度差為補償值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，確定第一角度包括從圖像中提取標記點；以及從標記點中選出機器人清潔器的現(xiàn)在位置和機器人清潔器的行進目的地，其中，所期望的行進方向被限定在現(xiàn)在位置和行進目的地之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括選出行進目的地，使得第一角度小于大約±180°。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括挑選出行進目的地，使得第一角度小于大約±90°。
12.據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，用戶將補償基準輸入機器人清潔器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，確定補償值包括將信號從機器人清潔器傳輸?shù)酵獠吭O備中，以便外部設備能確定補償值。
全文摘要
提供了一種機器人清潔器的陀螺傳感器的補償方法。該方法包括如果機器人清潔器行進得大于補償基準時變化到補償模式，并且通過使用上部攝像機補償陀螺傳感器的輸出量。
文檔編號A47L9/28GK1759798SQ20051006260
公開日2006年4月19日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者林廣洙, 丁參鐘, 宋貞坤, 金祺萬, 李周相, 高將然 申請人:三星光州電子株式會社