移動機器人上的接近度感測的制作方法
【專利說明】
[0001] 分案申請的相關(guān)信息
[0002] 本案是分案申請。該分案的母案是申請日為2013年9月23日、申請?zhí)枮?201380021444. 7、發(fā)明名稱為"移動機器人上的接近度感測"的發(fā)明專利申請案。
[0003] 相關(guān)申請案的奪叉參考
[0004]此美國專利申請案依據(jù)35U.S.C. § 119(e)主張對2012年9月21日提出申請的 美國臨時申請案61/704, 419的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時申請案特此以全文引用的方式并入 本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明涉及用于移動機器人的接近度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0006] 真空清潔器通常使用空氣栗來形成用于通常從地板且任選地也從其它表面提升 灰塵及塵埃的部分真空。真空清潔器通常將塵埃收集于灰塵袋或旋風(fēng)集塵器中以供稍后處 置。在家庭中以及在工業(yè)中使用的真空清潔器以多種大小及型號存在，例如小型電池操作 手持式裝置、家用中央真空清潔器、可在倒空之前處置數(shù)百公升灰塵的大型固定工業(yè)器具 及用于回收大量溢出物或移除經(jīng)污染土壤的自推進真空卡車。
[0007]自主機器人真空清潔器在正常操作條件下通常導(dǎo)航通過居住空間的地板表面同 時在地板上進行真空吸塵。自主機器人真空清潔器通常包含允許其避開例如墻壁、家具或 樓梯等障礙物的傳感器。機器人真空清潔器可在其碰到障礙物時變更其行駛方向（例如， 轉(zhuǎn)彎或后退）。機器人真空清潔器還可在檢測到地板上的異常污點時變更行駛方向或行駛 模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個方面提供一種接近度傳感器，其包含：傳感器主體，由所述傳感器主 體裝納的第一發(fā)射器；由所述傳感器主體裝納的第二發(fā)射器，其鄰近于所述第一發(fā)射器； 及接收器，其鄰近所述第一發(fā)射器與所述第二發(fā)射器相對地安置。所述第一發(fā)射器具有第 一視場，所述第二發(fā)射器具有第二視場，且所述接收器具有第三視場。所述第一與第三視場 的相交界定第一體積；且所述第二與第三視場的相交界定第二體積。所述第一體積檢測距 感測參考點在第一閾值距離內(nèi)的第一表面，且所述第二體積檢測距所述感測參考點在第二 閾值距離內(nèi)的第二表面。所述第二閾值距離大于所述第一閾值距離。
[0009] 本發(fā)明的實施方案可包含以下特征中的一或多者。在一些實施方案中，所述第一 及第二發(fā)射器以及所述接收器界定相應(yīng)視場軸，且所述傳感器主體界定橫向軸及縱向軸。 所述第一及第二發(fā)射器以及所述接收器沿著所述橫向軸安置，其中其視場軸相對于所述縱 向軸以一角度布置。所述第一及第二發(fā)射器以及所述接收器中的一者的視場相對于所述傳 感器主體的縱向軸以0度與約10度之間的角度布置。所述傳感器主體包含經(jīng)布置以界定 所述第一發(fā)射器、所述第二發(fā)射器或所述接收器中的至少一者的視場的至少一個壁。在一 些實例中，所述第一閾值距離等于約1英寸與約3英寸之間。另外或替代地，所述第二閾值 距離大于3英寸。
[0010] 本發(fā)明的一個方面提供一種包含傳感器主體以及第一、第二及第三傳感器組件的 接近度傳感器。所述第一及第二傳感器組件彼此鄰近地由所述傳感器主體裝納。所述第一 傳感器組件為發(fā)射器或接收器。所述第二傳感器組件為發(fā)射器或接收器；所述第二傳感器 組件不與所述第一傳感器組件相同。所述第三傳感器組件鄰近所述第二傳感器與所述第一 傳感器相對地安置。如果所述第二傳感器為發(fā)射器，那么所述第三傳感器組件為發(fā)射器，或 如果所述第二傳感器為接收器，那么所述第三傳感器組件為接收器。所述第一傳感器組件 具有第一視場，所述第二傳感器組件具有第二視場且所述第三傳感器組件具有第三視場。 所述第一視場與所述第二視場及所述第三視場相交。所述第一與第二視場的相交界定第一 體積，且所述第一與第三視場的相交界定第二體積。所述第一體積檢測距感測參考點在第 一閾值距離內(nèi)的第一表面，且所述第二體積檢測距所述感測參考點在第二閾值距離內(nèi)的第 二表面。所述第二閾值距離大于所述第一閾值距離。
[0011] 在一些實施方案中，每一發(fā)射器發(fā)射紅外光，且每一接收器接收所發(fā)射紅外光的 反射。所述傳感器主體可包含經(jīng)布置以界定至少一個傳感器組件的視場的至少一個壁。另 外或替代地，所述第一傳感器組件與所述第二傳感器組件之間的第一距離小于所述第二傳 感器組件與所述第三傳感器組件之間的第二距離。
[0012] 每一傳感器組件可界定視場軸，且所述傳感器主體可界定橫向軸及縱向軸。所述 傳感器組件可沿著所述橫向軸安置，其中其視場軸相對于所述縱向軸以一角度布置。所述 第二傳感器組件及所述第三傳感器組件的視場軸可為平行的。另外或替代地，所述第二傳 感器組件及所述第三傳感器組件的視場軸各自相對于所述傳感器主體的所述縱向軸以0 度與約10度之間的角度布置。所述第一傳感器組件的視場軸可相對于所述縱向軸以約5 度與約15度之間的角度布置。所述第一傳感器組件的視場軸的角度可大于所述第二及第 三傳感器組件的視場軸的角度。
[0013] 在一些實例中，所述第一閾值距離等于約1英寸與約10英寸之間。另外或替代地， 所述第二閾值距離可大于10英寸。
[0014] 本發(fā)明的另一方面提供一種感測物體的接近度的方法。所述方法包含在計算處理 器處從第一傳感器接收數(shù)據(jù)。所述第一傳感器包含第一發(fā)射器及第一接收器。所述方法包 含在計算處理器處從包含第二發(fā)射器及第二接收器的第二傳感器接收數(shù)據(jù)。所述第一發(fā)射 器及所述第二發(fā)射器為相同發(fā)射器，或所述第一接收器及所述第二接收器為相同接收器。 所述方法包含使用計算處理器基于所接收數(shù)據(jù)而確定感測參考點與所感測物體之間的目 標(biāo)距離，且確定目標(biāo)距離是否在第一閾值距離或第二閾值距離內(nèi)。所述方法還包含基于目 標(biāo)距離是在第一閾值距離還是第二閾值距離內(nèi)而從計算處理器發(fā)布命令。在一些實例中， 計算處理器在確定目標(biāo)距離是否在第一或第二閾值距離內(nèi)與發(fā)布命令之間的處理時間等 于或小于約8毫秒。
[0015] 在一些實施方案中，如果第一發(fā)射器及第二發(fā)射器為相同的，那么所述方法進一 步包含沿著第一視場從第一發(fā)射器發(fā)射光及沿著第二視場在第一接收器處接收所述光的 反射。另外，所述方法包含沿著第三視場在第二接收器處接收所述光的反射。所述第一視 場與所述第二及第三視場相交。第一與第二視場的相交界定第一體積，且第一與第三視場 的相交界定第二體積。所述第一體積檢測距感測參考點在第一閾值距離內(nèi)的第一表面，且 所述第二體積檢測距感測參考點在第二閾值距離內(nèi)的第二表面。所述第二閾值距離大于所 述第一閾值距離。第一、第二及第三視場可分別界定第一、第二及第三視場軸，其中第二及 第三視場軸為平行的。另外或替代地，所述方法可包含相對于共同縱向感測軸以約5度與 約15度之間的角度布置由第一視場界定的視場軸，且相對于共同縱向感測軸以0度與約10 度之間的角度布置由第二及第三視場界定的視場軸。
[0016] 在一些實施方案中，如果第一接收器及第二接收器為相同的，那么所述方法進一 步包含沿著第一視場接收光的反射且沿著第二視場從第一發(fā)射器發(fā)射光。所述方法還包含 沿著第三視場從第二發(fā)射器發(fā)射光。第一視場與第二及第三視場相交，其中第一與第二視 場的相交界定第一體積。第一與第三視場的相交界定第二體積。第一體積檢測距感測參考 點在第一閾值距離內(nèi)的第一表面，且第二體積檢測距感測參考點在第二閾值距離內(nèi)的第二 表面。所述第二閾值距離大于所述第一閾值距離。第一、第二及第三視場分別界定第一、第 二及第三視場軸，其中第二及第三視場軸為平行的。另外或替代地，所述方法可包含相對于 共同縱向感測軸以約5度與約15度之間的角度布置由第一視場界定的視場軸，且相對于共 同縱向感測軸以〇度與約10度之間的角度布置由第二及第三視場界定的視場軸。
[0017] 所述第一發(fā)射器與所述第一接收器之間的第一距離可小于所述第二發(fā)射器與所 述第二接收器之間的第二距離。所述第一閾值距離可等于約1英寸與約10英寸之間，及/ 或所述第二閾值距離大于10英寸。
[0018] 本發(fā)明的另一方面提供一種自主機器人，其具有機器人主體、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器系 統(tǒng)及控制器。所述機器人主體界定前向驅(qū)動方向。所述驅(qū)動系統(tǒng)支撐所述機器人主體且經(jīng) 配置以在地板表面上操縱所述機器人。所述傳感器系統(tǒng)安置于所述機器人主體上且包含至 少一個接近度傳感器。所述接近度傳感器包含傳感器主體以及第一、第二及第三傳感器組 件。所述第一及第二傳感器組件彼此鄰近地由所述傳感器主體裝納。所述第一傳感器組件 為發(fā)射器及接收器中的一者，且所述第二傳感器組件為發(fā)射器及接收器中的另一者。所述 第三傳感器組件鄰近所述第二傳感器與所述第一傳感器相對地安置，且如果所述第二傳感 器為發(fā)射器，那么所述第三傳感器組件為發(fā)射器，或如果所述第二傳感器為接收器，那么所 述第三傳感器組件為接收器。所述第一傳感器組件具有第一視場，所述第二傳感器組件具 有第二視場，且所述第三傳感器組件具有第三視場。所述第一視場與所述第二視場及所述 第三視場相交。所述第一與第二視場的相交界定第一體積，且所述第一與第三視場的相交 界定第二體積。所述第一體積檢測距感測參考點在第一閾值距離內(nèi)的第一表面，且所述第 二體積檢測距所述感測參考點在第二閾值距離內(nèi)的第二表面。所述第二閾值距離大于所述 第一閾值距離。所述控制器與所述驅(qū)動系統(tǒng)及所述傳感器系統(tǒng)通信。所述控制器包含處理 從所述傳感器系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)的計算處理器，且基于所述所接收數(shù)據(jù)而發(fā)布命令。所述傳 感器主體可包含經(jīng)布置以界定至少一個傳感器組件的視場的至少一個壁。
[0019] 在一些實例中，所述機器人包含兩個或兩個以上接近度傳感器。所述控制器循序 地啟用及停用每一接近度傳感器，其中在停用一個傳感器與啟用另一傳感器之間具有閾值 時間周期。
[0020] 所述控制器可確定感測參考點與所感測物體之間的目標(biāo)距離，且如果到所述物體 的所述目標(biāo)距離在所述第二閾值距離內(nèi)，那么向所述驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)布反向驅(qū)動命令。所述反 向驅(qū)動命令將所述機器人的方向從前向驅(qū)動方向改變?yōu)榉聪蝌?qū)動方向。另外或替代地，所 述第一傳感器組件與所述第二傳感器組件之間的第一距離小于所述第二傳感器組件與所 述第三傳感器組件之間的第二距離。
[0021] 在一些實施方案中，每一傳感器組件界定視場軸，且所述傳感器主體界定橫向軸 及縱向軸。所述傳感器組件沿著所述橫向軸安置，其中其視場軸相對于所述縱向軸以一角 度布置。所述第二傳感器組件及所述第三傳感器組件的視場軸可為平行的。所述第二傳 感器組件及所述第三傳感器組件的視場軸可各自相對于所述傳感器主體的所述縱向軸以0 度與約10度之間的角度布置。另外或替代地，所述第一傳感器組件的視場軸可相對于所述 縱向軸以約5度與約15度之間的角度布置。所述第一傳感器組件的視場軸的角度可大于 所述第二及第三傳感器組件的視場軸的角度。在一些實例中，所述第一閾值距離為約1英 寸到10英寸，及/或所述第二閾值距離大于10英寸。
[0022] 在附圖及以下描述中陳述本發(fā)明的一或多個實施方案的細節(jié)。依據(jù)描述及圖式且 依據(jù)權(quán)利要求書，其它方面、特征及優(yōu)點將顯而易見。
【附圖說明】
[0023] 圖1是示范性自主移動機器人的透視圖。
[0024] 圖2是圖1中所展示的機器人的分解視圖。
[0025] 圖3是示范性自主移動機器人的前視圖。
[0026] 圖4是示范性自主移動機器人的示意圖。
[0027] 圖5是用于自主移動機器人的示范性控制器的示意圖。
[0028] 圖6是示范性自主移動機器人在其橫越地板表面時的側(cè)視圖。
[0029] 圖7A-7B是示范性自主機器人在其橫越地板表面時的側(cè)視圖。
[0030] 圖8A-8C是示范性接近度傳感器的側(cè)視示意圖。
[0031] 圖8D是示范性接近度傳感器的截面圖。
[0032] 圖8E是示范性自主機器人在其橫越地板表面且遇到障礙物時的側(cè)視圖。
[0033] 圖9A是具有一個發(fā)射器及兩個接收器的示范性接近度傳感器的側(cè)視示意圖。
[0034] 圖9B是具有兩個發(fā)射器及一個接收器的示范性接近度傳感器的側(cè)視示意圖。
[0035] 圖9C是示范性接近度傳感器的示意圖，其展示所述接近度傳感器的視場的角度。
[0036] 圖10A是遇到陡壁的示范性接近度傳感器的示意圖。
[0037] 圖10B是遇到陡壁的示范性接近度傳感器的示意圖。
[0038] 圖11A是接近度傳感器的示范性殼體的截面透視圖。
[0039] 圖11B是從圖11A的示范性殼體投射的撞擊表面的光束的截面透視圖。
[0040]圖11C是從圖11A的示范性殼體發(fā)射的投射于表面上的光束的俯視圖。
[0041] 圖12是操作自主移動機器人的操作的示范性布置的示意圖。
[0042] 圖13A-13H是具有示范性接近度傳感器的機器人在其感測到處于不同高度的表 面時的示意圖。
[0043] 在各圖式中，相似的參考符號指示相似的元件。
【具體實施方式】
[0044] 以可移動方式支撐的自主機器人可導(dǎo)航通過地板表面