專利名稱：機器人清潔器系統(tǒng)和控制機器人清潔器系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人清潔器系統(tǒng)和一種控制所述機器人清潔器系統(tǒng)的方法，并且更特別地，本發(fā)明涉及一種控制機器人清潔器系統(tǒng)的移動和位置的方法，所述機器人清潔器系統(tǒng)用于在要被清潔區(qū)域內(nèi)自由行進并用于自動清潔所述區(qū)域。

背景技術(shù)：
機器人清潔器是一種無需使用者的操縱就自主地在預定大小的清潔區(qū)域行進并對地板上的灰塵、異物等執(zhí)行清潔的裝置。通過使用傳感器或攝像機，機器人清潔器確定離安裝在諸如家、辦公室等清潔區(qū)域中的諸如家具、靜止物體、墻壁等的障礙物的距離，并且在行進以使用所確定的信息避免碰撞到障礙物的同時執(zhí)行清潔。
當機器人清潔器在自主行進并清潔清潔區(qū)域的同時必須移動到清潔區(qū)域中的特定位置時，機器人清潔器的移動與/或位置的傳統(tǒng)控制執(zhí)行如下安裝了射頻(RF)信號發(fā)生器的特定位置以探測自從安裝在特定位置的RF發(fā)生器產(chǎn)生的RF信號的方式得到探測，以便將機器人清潔器移向所述特定位置，或利用攝像機獲取有關(guān)清潔區(qū)域的整體圖像，并分析所獲得的整體圖像。
然而，當利用RF信號探測時，由于RF信號的傳輸距離相對較短，并且RF信號的靈敏度被障礙物明顯降低，使用RF信號探測的方法不適合廣闊的清潔區(qū)域或復雜區(qū)域。當使用攝像機時，由于必須安裝昂貴的攝像機并需要具有用于分析圖像的復雜算法的軟件，成本會很高。


發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個方面在于提供一種機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法，在所述機器人清潔器系統(tǒng)中，使用由廉價設(shè)備而不是需要諸如攝像機的昂貴設(shè)備的視覺系統(tǒng)觀察的多普勒頻移，可以獲得機器人清潔器和站之間的相對位置，從而可以降低機器人清潔器的制造成本。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法，在所述機器人清潔器系統(tǒng)中，所述機器人清潔器可在比使用視覺系統(tǒng)或RF信號的情況更寬的區(qū)域中得到控制，從而機器人清潔器和站的探測區(qū)域得到顯著增加。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法，在所述機器人清潔器系統(tǒng)中，為了解決使用RF信號或視覺系統(tǒng)時，由于障礙物可能發(fā)生錯誤探測位置和方向的問題，使用了觀察受到障礙物的影響相對小的無線電波(聲波)的多普勒頻移，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人清潔器和站之間的位置和方向的準確探測。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出了一種機器人清潔器系統(tǒng)，所述機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器和站，且其中機器人清潔器和站之一發(fā)射預定頻率的信號，并且另一個接收所述信號，以便基于用于接收信號的接收側(cè)所觀察的多普勒頻移，探測朝向用于發(fā)射信號的發(fā)射側(cè)的方向。
所述站包括發(fā)射機，所述發(fā)射機用于發(fā)射預定頻率的信號，所述機器人清潔器包括可移動的接收單元，所述可移動的接收單元被安裝用于接收從所述站的發(fā)射機發(fā)射的信號、并用于觀察所接收的信號的多普勒頻移，其中基于接收單元觀察的多普勒頻移，所述站的方向得到探測。
所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從所述站發(fā)射的信號。
所述接收單元的移動是接收單元的天線沿機器人清潔器在停止狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝著天線；且所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
所述接收單元的移動是天線沿機器人清潔器的、機器人清潔器行進經(jīng)過預定位移的行進軌跡的移動。
所述接收單元還包括頻率探測器，所述頻率探測器用于探測由接收單元接收的信號的頻率；和方向探測器，所述方向探測器通過比較由頻率探測器探測的頻率和從所述站發(fā)射的信號的頻率來探測所述站位于的方向，以生成方向信息。
當從頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為所述站位于的方向。
當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示 其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離，

是θ1的角速度，且

是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
當由于天線移動經(jīng)過沿機器人清潔器的預定位移的行進軌跡，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ2由下面的等式表示 其中，

是指示機器人清潔器的行進位移的向量V的X方向線速度， 所述X方向平行于從所述站發(fā)射的信號的傳播方向，且|V|是向量V大小(即速度)。
當天線的數(shù)量是2副或更多時，所述天線以預定間隔安裝。
所述站包括系泊站，所述系泊站用于對機器人清潔器充電和排出異物。
根據(jù)一個方面，提出了一種具有機器人清潔器和站的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括以下步驟從所述機器人清潔器和所述站之一發(fā)射預定頻率的信號，其中所述信號被另一個接收；和基于由接收信號的接收側(cè)所觀察的多普勒頻移，探測發(fā)射信號的發(fā)射側(cè)位于的方向。
所述站通過發(fā)射機發(fā)射預定頻率的信號；所述機器人清潔器通過接收單元接收從所述站發(fā)射的信號；所述接收單元確定是否觀察到多普勒頻移；和基于多普勒頻移的觀察，探測所述站位于的方向。
所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從所述站發(fā)射的信號。
所述接收單元的移動是接收單元的天線沿機器人清潔器在停止狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)、并且其中安裝著天線；且所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
所述接收單元的移動是天線沿機器人清潔器的、機器人清潔器行進經(jīng)過預定位移的行進軌跡的移動。
當從頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為所述站位于的方向。
當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中的一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示 其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離，

是θ1的角速度，且

是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡移動的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
當由于天線移動經(jīng)過沿機器人清潔器的預定位移的行進軌跡，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ2由下面的等式表示 其中，

是指示機器人清潔器的行進位移的向量V的X方向線速度，所述X方向平行于從所述站發(fā)射的信號的傳播方向，且|V|是向量V大小(即速度)。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出了一種機器人清潔器系統(tǒng)，包括機器人清潔器，所述機器人清潔器用于發(fā)射預定頻率的信號；和站，所述站包括可移動接收單元，所述可移動接收單元用于接收從機器人清潔器發(fā)射的信號，并用于觀察所接收信號的多普勒頻移，并基于接收單元所觀察的多普勒頻移，探測機器人清潔器位于的方向和與機器人清潔器離開的距離。
所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從機器人清潔器發(fā)射的信號。
所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在站中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝有天線；且所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
所述接收單元還包括頻率探測器，所述頻率探測器用于探測由接收單元接收的信號的頻率；和方向探測器，所述方向探測器通過比較由頻率探測器探測的頻率和從所述機器人清潔器發(fā)射的信號的頻率來探測所述站位于的方向以生成方向信息。
當從頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為機器人清潔器位于的方向。
當由于天線沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，天線指示的方向和所述機器人清潔器位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示 其中，r是從旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸到天線的距離；

是θ1的角速度，且

是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于指示方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
從接收單元的中心點到機器人清潔器的發(fā)射機的距離R由下面的等式表示 其中，r是從接收單元的中心點到天線的距離，θ3是接收單元的預定參考方向和機器人清潔器位于的方向之間的角度，且θ3′是參考方向和其中天線朝向的方向之間的角度。
當天線的數(shù)量是2副或更多時，所述天線以預定間隔安裝。
所述站包括系泊站，所述系泊站用于對機器人清潔器充電和排出異物。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出了一種機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟從機器人清潔器發(fā)射預定頻率的信號；通過接收單元，所述站接收從機器人清潔器發(fā)射的信號；確定接收單元是否觀察到多普勒頻移；和基于多普勒頻移，探測機器人清潔器位于的方向和與機器人清潔器離開的距離。
所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從機器人清潔器發(fā)射的信號。
所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在站中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝有天線；且所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
當從接收單元接收的信號的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為所述機器人清潔器位于的方向。
當由于天線沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，天線指示的方向和所述機器人清潔器位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示 其中，r是從旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸到天線的距離，

是θ1的角速度，且

是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡移動的天線位于指示方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
從接收單元的中心點到機器人清潔器的發(fā)射機的距離R由下面的等式表示 其中，r是從接收單元的中心點到天線的距離，θ3是接收單元的預定參考方向和機器人清潔器位于的方向之間的角度，且θ3′是參考方向和其中天線朝向的方向之間的角度。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出了一種機器人清潔器系統(tǒng)，所述機器人清潔器系統(tǒng)包括至少三臺發(fā)射機，所述發(fā)射機用于發(fā)射彼此不同的預定固有頻率的信號；和站，所述站包括可移動接收單元，所述可移動接收單元用于接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號，并用于觀察所接收信號的多普勒頻移，并用于基于由接收單元觀察的多普勒頻移獲得所述至少三臺發(fā)射機中的每一個的方向信息，和基于所述至少三臺發(fā)射機的方向信息獲得所述站的當前相對位置。
所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號。
所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝著天線；且所述接收單元的旋轉(zhuǎn)是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
所述接收單元還包括頻率探測器，所述頻率探測器用于探測由接收單元接收的信號的頻率；和方向探測器，所述方向探測器通過比較由頻率探測器探測的頻率和從所述站發(fā)射的信號的頻率探測所述至少三個發(fā)射機位于的方向以生成方向信息。
當從由頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為至少三臺發(fā)射機位于的方向。
當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中的一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，機器人清潔器的正方向和至少三臺發(fā)射機位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示 其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離，

是θ1的角速度，且

是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
所述至少三臺發(fā)射機包括第一發(fā)射機、第二發(fā)射機和第三發(fā)射機。通過估算由第一發(fā)射機、機器人清潔器和第二發(fā)射機形成的第一角度，和由第二發(fā)射機、機器人清潔器和第三發(fā)射機形成的第二角度，并考慮第一角度和第二角度，探測機器人清潔器的當前位置。
當天線的數(shù)量為兩副或更多時，所述天線以均勻的間隔安裝。
所述至少三臺發(fā)射機的一個包括系泊站，所述系泊站用于對機器人清潔器充電和排出異物。
所述至少三臺發(fā)射機被安裝在預定的固定位置處。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出了一種機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟從至少三臺發(fā)射機發(fā)射預定固有頻率的信號；通過接收單元，由機器人清潔器接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號；確定接收單元是否觀察到多普勒頻移；和基于多普勒頻移的觀察，探測其中至少三臺發(fā)射機位于的方向。
所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號。
所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝著天線；且所述接收單元的旋轉(zhuǎn)是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
當從由頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為至少三臺發(fā)射機位于的方向。
當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中的一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，機器人清潔器的正方向和至少三臺發(fā)射機位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示 其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離，

是θ1的角速度，且

是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
所述至少三臺發(fā)射機包括第一發(fā)射機、第二發(fā)射機和第三發(fā)射機。通過估算由第一發(fā)射機、機器人清潔器和第二發(fā)射機形成的第一角度，和由第二發(fā)射機、機器人清潔器和第三發(fā)射機形成的第二角度，并考慮第一角度和第二角度，探測機器人清潔器的當前位置。
本發(fā)明的其它方面與/或優(yōu)點部分在下面的描述中得到闡述，部分將從所述描述中變得明顯，或可以通過實踐本發(fā)明而了解。



結(jié)合附圖，通過對實施例的如下描述，本發(fā)明的這些與/或其它特征及優(yōu)點將會變得更加明顯和更易理解，附圖如下 圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的透視圖； 圖2是圖示圖1中的機器人清潔器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖； 圖3是圖示在根據(jù)本發(fā)明的機器人清潔器系統(tǒng)中利用多普勒(Doppler)頻移探測方向的原理的視圖。
圖4是圖示在旋轉(zhuǎn)天線中頻率相對于時間變化的曲線； 圖5是圖示當根據(jù)本發(fā)明第一實施例的機器人清潔器停止時，通過觀察多普勒頻移探測方向的視圖； 圖6是圖示在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的機器人清潔器移動過程中，通過觀察多普勒頻移探測方向的視圖； 圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法的流程圖； 圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的透視圖。
圖9是圖示圖8中的機器人清潔器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖。
圖10是圖示在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的機器人清潔器系統(tǒng)中通過觀察多普勒頻移探測距離和方向的視圖； 圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法的流程圖； 圖12是圖示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖； 圖13是圖示在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的機器人清潔器系統(tǒng)中通過觀察多普勒頻移探測位置的視圖；和 圖14是圖示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法的流程圖。

具體實施例方式 下面將詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例圖示在圖1-14中，圖中，相同的附圖標記總是表示相同的元件。下面通過參照附圖描述實施例以解釋本發(fā)明。
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的透視圖。如圖1所示，所述機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器100和系泊站(或?qū)诱?102。所述機器人清潔器100在室內(nèi)空間行進，并利用風扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吸力與/或充電設(shè)備產(chǎn)生的靜電力吸入地板上的異物以清潔地板。所述系泊站102被設(shè)置用于對機器人清潔器100的電池充電并從那里排出異物。
電驅(qū)動輪(未顯示)被安裝在機器人主體104的下側(cè)，以使機器人清潔器100能夠行進。所述輪由驅(qū)動電機(未示出)驅(qū)動，以便機器人清潔器100能夠線性行進和旋轉(zhuǎn)。此外，在機器人主體104的外側(cè)安裝了諸如紅外傳感器或超聲波傳感器的障礙物探測傳感器106，以便機器人清潔器100在行進過程中能夠避開障礙物。開口108形成在機器人主體104的側(cè)面，以將機器人清潔器100中容納的被吸入的異物轉(zhuǎn)移到系泊站102。所述開口108與系泊站102的吸入口110連接，以便機器人清潔器100將異物排出到系泊站102內(nèi)。
引導部件112設(shè)置在系泊站102的前側(cè)，以引導機器人清潔器100的系泊(或?qū)?。所述引導部件112設(shè)置有連接端子114，所述連接端子114用于對設(shè)置在機器人清潔器100中的電池充電。
所述機器人清潔器100自主行進并自動清潔清潔區(qū)域；并當由于吸入的異物過量從而吸入的異物必須被排出時，由于電池的電量降低從而電池必須進行充電時，或完成清潔時，所述機器人清潔器100返回系泊站102并執(zhí)行期望的工作(諸如排出異物，對電池充電，等待下一項任務，等等)。為了從遠離系泊站102的特定位置返回到系泊站102，所述機器人清潔器100必須至少獲得系泊站102的方向信息。在根據(jù)本發(fā)明實施例的機器人清潔器系統(tǒng)中，使用多普勒頻移，以便所述機器人清潔器100獲得系泊站102的方向信息。換言之，當在機器人清潔器100和系泊站102之間發(fā)送和接收信號時，基于在用于接收信號的接收側(cè)處觀察的多普勒頻移，獲得發(fā)送側(cè)的方向信息，并且基于所述方向信息，控制所述機器人清潔器100的行進方向和位置。
為此，圖1中的機器人清潔器系統(tǒng)的系泊站102設(shè)置有發(fā)射機150，所述發(fā)射機150用于發(fā)送預定頻率的無線電波；并且所述機器人清潔器100設(shè)置有接收單元160，所述接收單元160用于接收從系泊站102的發(fā)射機150發(fā)射的無線電波。很明顯，可使用聲波代替無線電波。在一個實施例中，所述機器人清潔器100的接收單元160包括安裝在環(huán)形旋轉(zhuǎn)體160e上的四副天線160a到160d，且四副天線160a到160d之間具有均勻間隔。隨著所述旋轉(zhuǎn)體160e以預設(shè)速度旋轉(zhuǎn)，四副天線160a到160d沿預定軌跡行進。用于天線160a到160d的旋轉(zhuǎn)體160e的形狀不局限于環(huán)形，而可以使用使天線160a到160d能夠沿預定軌跡行進的任何可用的形狀。此外，在沒有旋轉(zhuǎn)體160e的情況下，整個機器人清潔器100也可旋轉(zhuǎn)以引起天線160a到160d的移動。如圖1所示，除了天線160a到160d和旋轉(zhuǎn)體160e，所述接收單元160還包括頻率探測單元和方向探測單元。所述頻率探測單元和方向探測單元將參照圖2進行描述。
圖2是圖示圖1中的機器人清潔器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖。如圖2所示，所述系泊站102包括發(fā)射機150和電池充電器202。如參照圖1所描述，所述發(fā)射機150發(fā)射預定頻率的無線電波。所述電池充電器202將從外部輸入(或外接)的交流電轉(zhuǎn)換為用于對機器人清潔器100的可充電電池210充電的電力，從而機器人清潔器100的電池210可以被充電。
所述機器人清潔器100的控制系統(tǒng)包括控制器214，所述控制器214用于控制機器人清潔器100的整個操作。所述控制器214的輸入側(cè)電連接到要與控制器214連通的頻率探測器204、方向探測器206、行進距離探測器208、剩余電量探測器212、障礙物探測器106和異物量探測器216。所述頻率探測器204接收從系泊站102的發(fā)射機150發(fā)射的預定頻率的無線電波，并探測所接收的無線電波的頻率。由于機器人清潔器100的天線160a到160d沿圓形軌跡移動，因多普勒頻移，天線160a到160d實際探測的無線電波的頻率(多普勒頻率)根據(jù)天線160a-160d的位置可能會具有不同于從發(fā)射機150發(fā)射的無線電波的頻率(初始頻率)的值?；陬l率探測器204探測的頻率，所述方向探測器206探測朝向系泊站102的發(fā)射機150的方向(即，朝向發(fā)射無線電波的位置的方向)，并將方向信息提供給控制器214。所述行進距離探測器208探測機器人清潔器100的行進距離并將其提供給控制器214。所述機器人清潔器100的行進距離可由編碼器通過探測輪218的旋轉(zhuǎn)獲得。所述剩余電量探測器212探測電池210的剩余電量，并將有關(guān)剩余電量的信息提供給控制器214。當由于電池剩余電量小而必須對電池210充電時，所述控制器214控制機器人清潔器100即刻停止執(zhí)行工作，并返回到系泊站102，以便對電池210充電。所述障礙物探測器106探測在行進過程中在機器人清潔器100前方是否存在障礙物，并將有關(guān)障礙物的信息提供給控制器214?；谡系K物信息，所述控制器214改變行進路徑以使機器人清潔器100繞過障礙物，以便機器人清潔器100不會由于障礙物停止行進。所述異物量探測器216探測機器人清潔器100中收集的異物量，并將有關(guān)所收集異物量的信息提供給控制器214。所述控制器214通過異物量信息，檢查當前時刻機器人清潔器100中的異物量，并控制機器人清潔器100，以便當異物量到達機器人清潔器100能夠容納的最大異物量時，停止清潔操作，并且機器人清潔器100返回系泊站102以排出異物。
所述旋轉(zhuǎn)體160e、輪218和吸入單元220被連接到控制器214的輸出側(cè)。所述旋轉(zhuǎn)體160e是參照圖1描述的接收單元160的構(gòu)件中的一個，并使天線160a到160d沿預定軌跡移動。所述輪218被設(shè)置用于使機器人清潔器100移動，并包括用于前進和倒退的驅(qū)動輪，和用于改變行進方向的方向改變輪。所述吸入單元220面對機器人清潔器100的下側(cè)，并在清潔區(qū)域中吸入地板上的異物，以將吸入的異物容納在機器人清潔器100的容納空間中。
所述輪218包括驅(qū)動輪和方向改變輪以使機器人清潔器100以在停止狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)。因此，如果利用機器人清潔器100的操作屬性，代替使用接收單元160的旋轉(zhuǎn)體160e，所述天線160a到160d可通過旋轉(zhuǎn)機器人清潔器100得以旋轉(zhuǎn)。
圖3是圖示在根據(jù)本發(fā)明的機器人清潔器系統(tǒng)中利用多普勒(Doppler)頻移探測方向的原理的視圖。當在信號源和接收機之間存在相對移動時，在接收機側(cè)處會觀察到多普勒頻移。當信號源接近接收機時，相對于從信號源發(fā)射的信號的最初頻率，接收機所接收的信號的頻率增大。另一方面，當信號源遠離接收機時，相對于從信號源發(fā)射的信號的最初頻率，接收機所接收的信號的頻率減小。當在信號源和接收機之間不存在任何相對移動時，從信號源發(fā)射的信號頻率與接收機接收的信號頻率相同，這樣在接收側(cè)不會觀察到多普勒頻移。
在圖3中，具有中心點302的圓304對應于圖1中的天線160a到160d沿箭頭306指示的方向物理旋轉(zhuǎn)時形成的軌跡，并且箭頭308指示從發(fā)射機150發(fā)射的信號(無線電波)的傳播方向。
當四副天線160a到160d中的任何一副(例如，160a)位于點a時，天線160a的旋轉(zhuǎn)移動的瞬時分量是沿箭頭A指示的方向的分量，并且在所述點a處，天線160a的旋轉(zhuǎn)移動的線速度分量與從發(fā)射機150發(fā)射的信號(無線電波)傳播的方向308垂直。因此，在點a處不會觀察到多普勒頻移。
當天線160a被定位在相對于點a成90度的點b處時(沿具有中心點302的圓304的圓周，所述圓304對應于圖1中的天線160a到160d沿箭頭306指示的方向物理旋轉(zhuǎn)時形成的軌跡)，天線160a沿箭頭B指示的方向行進，箭頭B指示的方向與從發(fā)射機150發(fā)射的信號(無線電波)的傳播方向相同，并且遠離發(fā)射機150。因此，當天線160a位于點b處時，從天線160a接收的信號(無線電波)生成最大頻率減小，這是由上述多普勒頻移導致的。
當天線160a被定位在相對于點b成90度的點c處時(沿具有中心點302的圓304的圓周，所述圓304對應于圖1中的天線160a到160d沿箭頭306指示的方向物理旋轉(zhuǎn)時形成的軌跡)，天線160a的旋轉(zhuǎn)移動具有沿由箭頭C指示方向的線速度分量。例如，當天線160a位于點a處時，天線160a在點c處的旋轉(zhuǎn)移動的線速度分量與從發(fā)射機150發(fā)射的信號(無線電波)的傳播方向308垂直。因此，即使當天線160位于點c處時，類似于點a的情況，不會觀察到多普勒頻移。
當天線160a位于點d處時，天線160a的旋轉(zhuǎn)移動具有沿朝向發(fā)射機150的由箭頭D指示的方向的線速度分量。因此，由上述多普勒頻移導致，天線160a接收的信號(無線電波)產(chǎn)生最大的頻率增加。
無需說，盡管可以在天線160a旋轉(zhuǎn)的軌跡上除點a，b，c和d以外的點處觀察多普勒頻移。特別地，在點b和d處，而不在位置a和c處觀察頻率的最大減小和最大增加。
圖4是圖示在旋轉(zhuǎn)天線中頻率相對于時間變化的曲線。從圖4中，可以獲得對應于旋轉(zhuǎn)天線的各個位置的頻率。如圖4所示，當四幅天線160a到160d的任何一幅位于點b處時，所接收的頻率最小，并且當在點d處接收頻率時，所接收的頻率最大。換言之，由于在點a處的天線160a到160d相對于參考點的旋轉(zhuǎn)角度被證實以確定從發(fā)射機150發(fā)射的信號(無線電波)的傳播方向，可以確定從天線160a至160d到發(fā)射機150的方向。
為了獲得圖4中的曲線，來自天線160a到160d的各個信號信息被集成。換言之，盡管在旋轉(zhuǎn)單幅天線以觀察多普勒頻移的情況中，圖4中的曲線可能僅在單幅天線完全旋轉(zhuǎn)圓形軌跡時獲得，但是如果四幅天線160a到160d如圖1所示以預定間隔安裝在旋轉(zhuǎn)體160e上并且旋轉(zhuǎn)體160e被旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)體160e僅旋轉(zhuǎn)1/4就可以獲得圖4的曲線。
換言之，當圖1中的接收單元160的旋轉(zhuǎn)體160e轉(zhuǎn)一圈時，在區(qū)分為a，b，c和d的各個部分處的觀察被重復執(zhí)行四次，以便可以執(zhí)行更精確的多普勒頻移觀察。因此，當天線數(shù)量增加時，用于觀察多普勒頻移的時間縮短，并且可以實現(xiàn)更精確的多普勒頻移觀察。
圖5是圖示當根據(jù)本發(fā)明第一實施例的機器人清潔器停止時，通過觀察多普勒頻移探測方向的視圖。在圖5中，X軸與從系泊站102的發(fā)射機150發(fā)射的無線電波502的傳播方向平行，并且當機器人清潔器100停止時，隨著接收單元160的旋轉(zhuǎn)體160e以恒定速度旋轉(zhuǎn)，四幅天線160a到160d沿箭頭504指示的方向以恒定速度旋轉(zhuǎn)。在這種情況中，四幅天線160a到160d中的至少一幅(例如160a)經(jīng)過X軸上的點a并到達點a’。圖5中的點a，與圖3中的點a相似，是其中決不會觀察到多普勒頻移的點，而點a’是其中由于天線160a的位移Δd觀察到多普勒頻移(頻率減小)的點。因此，當點a’位于機器人清潔器100前方時，如果點a和點a’之間的角度θ1已知，為向前行進，機器人清潔器100的行進方向被補償-θ1，以便機器人清潔器100能夠沿X軸方向，即，朝向系泊站102的發(fā)射機150行進。在圖5中，點a和a’之間的角度θ1可由下面的等式1表示。
[等式1] 其中，

是天線160a從點a行進到點a’的X方向的線速度，

是天線160a從點a行進到點a’的角速度，r是從旋轉(zhuǎn)體160e的旋轉(zhuǎn)軸到天線160a的距離。由于天線160a以恒定的速度在預定軌跡上旋轉(zhuǎn)，角速度

和距離r可從接收單元160的產(chǎn)品說明書得到。
此外，線速度

可從下面的等式2獲得。
[等式2] 其中，f是從信號源發(fā)射的信號的初始頻率，f′是接收機所接收信號的頻率(多普勒頻率)，v是信號在介質(zhì)中的傳播速度，v0是接收機速度，±分別代表信號源和接收機彼此接近(+)和彼此遠離(-)時。在圖5的實施例中，v是無線電波在空氣中的傳播速度，并且v0是天線160a到160d的旋轉(zhuǎn)速度。然而，由于多普勒頻移僅由信號源和接收機之間的相對速度影響，即僅受圖5的X軸方向的線速度分量影響，可以假設(shè)等式2中的v0(接收機速度)與接收機1中的

(天線的X方向速度)相同。因此，由于f，f′和v已知，的值能夠由它們獲得。當條件代入等式1中時，可以獲得θ1的大小。因此，如果點a’在機器人清潔器100前時，角度θ1已知，機器人清潔器100的前側(cè)(點a’)順時針旋轉(zhuǎn)-θ1而行進，從而機器人清潔器100沿X軸行進，并可返回到系泊站102，即信號源。
圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實施例在機器人清潔器移動過程中，通過觀察多普勒頻移探測方向的視圖。在圖6中，X軸與自系泊站102的發(fā)射機150發(fā)射的無線電波602的傳播方向平行，并且向量V是指示機器人清潔器100的行進方向和速度的向量。在這種情況中，機器人清潔器100的行進方向和無線電波602的傳播方向之間的角度θ2可由下面的等式3表示。
[等式3] 其中，在等式3中，

是向量V的X方向線速度，且|V|是向量V的大小(即速度)。由于線速度

可以與從等式2獲得相同的方式獲得，并且控制器214知道機器人清潔器100的速度|V|，角度θ2可從線速度

和速度|V|獲得。因此，當向量V的方向定位到機器人清潔器100的前側(cè)，并且角度θ2已知時，機器人清潔器100的前側(cè)通過旋轉(zhuǎn)-θ2而移動，這樣機器人清潔器100沿X軸行進，并可返回到信號源，即系泊站102。
圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法的流程圖。如圖7所示，所述機器人清潔器100在自主行進的同時自動清潔要被清潔的區(qū)域(702)。當由于吸入異物的積累在自動清潔過程中異物需要被排出時，由于電池電量減小需要對電池充電時，或完成清潔時，所述控制器214將機器人清潔器100的操作模式切換到將機器人清潔器100返回到系泊站102的返回模式(704)。當機器人清潔器100被切換到返回模式(704中為‘是’)時，所述控制器214確定在當前時刻機器人清潔器100是行進還是停止(706)。
如果機器人清潔器100在當前時刻停止，天線160a到160d旋轉(zhuǎn)，以便通過探測旋轉(zhuǎn)天線160a到160d接收的無線電波的頻率，觀察多普勒頻移(708)。多普勒頻移的觀察值被應用于參照圖5描述的等式1，以探測朝向系泊站102，即信號源的方向(710)。當探測到系泊站102的方向時，所述控制器214控制機器人清潔器100的行進方向，以便所述機器人清潔器100可朝向系泊站102行進(712)。
另一方面，當機器人清潔器100在當前時刻行進時，觀察由于機器人清潔器100的行進，由天線160a到160d和發(fā)射機150之間的相對移動導致的多普勒頻移(714)。所述多普勒頻移觀察值被應用于參照圖5描述的等式3，以探測朝向系泊站102，即信號源的方向(716)。當探測到朝向系泊站102的方向時，所述控制器214控制機器人清潔器100的行進方向，以便所述機器人清潔器100可沿所探測的系泊站102的方向行進(718)。
所述機器人清潔器100確定在行進過程中在朝向系泊站102行進的路徑中是否存在障礙物(720)。當在行進路徑中存在障礙物(720為‘是’)，執(zhí)行障礙物回避行進(722)。此外，由于在障礙物回避行進過程中可能會錯過系泊站102的方向信息，所述控制返回到控制框706以獲取新的系泊站102方向信息，并試圖返回系泊站102。如果在行進通路中不存在障礙物(720為‘否’)，所述機器人清潔器100根據(jù)當前方向信息行進以返回到系泊站102，并當完成返回時結(jié)束返回模式(724)。在返回模式后，根據(jù)返回到系泊站的目的，執(zhí)行排出異物、電池充電或執(zhí)行待用模式。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的機器人清潔器中，用于生成預定頻率的信號的發(fā)射機(信號源)的安裝位置并不僅局限于系泊站102。換言之，多個發(fā)射機可被安裝在清潔區(qū)域中的數(shù)個位置，并且一個特定的發(fā)射機受控以根據(jù)需要發(fā)射無線電波，以便所述機器人清潔器100可被引導到相應發(fā)射機的安裝位置。通過這樣，可以方便地引導機器人清潔器100清潔建筑物中的特定區(qū)域，所述建筑物被區(qū)分為幾個部分。
圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的透視圖。如圖8所示，所述機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器800和系泊站802。所述機器人清潔器800在室內(nèi)空間行進，并利用風扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吸力與/或充電設(shè)備產(chǎn)生的靜電力吸入地板上的異物以清潔底板；并且系泊站802被設(shè)置用于對機器人清潔器800的電池充電并從那里排出異物。
在機器人主體804的下側(cè)，電驅(qū)動輪(未顯示)被安裝以使機器人清潔器800能夠行進。所述輪由驅(qū)動電機(未示出)驅(qū)動，以便機器人清潔器800能夠執(zhí)行線性行進和旋轉(zhuǎn)。此外，在機器人主體804的外側(cè)安裝了諸如紅外傳感器或超聲波傳感器的障礙物探測傳感器806，以便機器人清潔器800能夠在行進過程中避開障礙物。開口808形成在機器人主體804側(cè)，以將機器人清潔器800中容納的吸入的異物轉(zhuǎn)移到系泊站802。所述開口808與系泊站802的吸入口810聯(lián)接，以便機器人清潔器800將異物排出到系泊站802內(nèi)。
引導部件812設(shè)置在系泊站802的前側(cè)，以引導機器人清潔器800的系泊(或?qū)?。所述引導部件812設(shè)置有連接端子814，所述連接端子814用于對機器人清潔器800中的電池充電。
所述機器人清潔器800自主行進并自動清潔清潔區(qū)域，并當由于吸入的異物過量而吸入的異物必須被排出時，由于電池的電量降低而必須對電池充電時或完成清潔時，所述機器人清潔器800返回到系泊站802并執(zhí)行期望的工作(諸如排出異物，對電池充電，等待下一項任務，等等)。為了從遠離系泊站802的特定位置返回到系泊站802，所述機器人清潔器800必須至少獲得系泊站802的方向信息。在根據(jù)本發(fā)明實施例的機器人清潔器系統(tǒng)中，利用多普勒頻移，以便所述機器人清潔器800獲得系泊站802的方向信息。換言之，在機器人清潔器800和系泊站802之間發(fā)送和接收信號時，基于接收信號的接收側(cè)處觀察的多普勒頻移，獲得發(fā)送側(cè)的方向信息；并且基于所述方向信息，控制機器人清潔器800的行進方向和位置。
為此，圖8中的機器人清潔器系統(tǒng)的所述機器人清潔器800設(shè)置有發(fā)射機850，所述發(fā)射機850用于發(fā)射預定頻率的無線電波；并且所述系泊站802設(shè)置有接收單元860，所述接收單元860用于接收從機器人清潔器800的發(fā)射機850發(fā)射的無線電波。很明顯，可使用聲波代替無線電波。所述系泊站802的接收單元860包括安裝在環(huán)形旋轉(zhuǎn)體860e上的四副天線860a到160d，且四副天線860a到160d之間具有均勻間隔。隨著所述旋轉(zhuǎn)體860e以預設(shè)速度旋轉(zhuǎn)，四幅天線860a到160d沿預定軌跡行進。所述旋轉(zhuǎn)體860e用于使天線860a到860d行進，且其形狀不局限于環(huán)形形狀，而可以使用使天線860a到160d能夠沿預定軌跡行進的任何可用形狀。如圖8所示，除了天線860a到860d和旋轉(zhuǎn)體860e以外，所述接收單元860還包括頻率探測單元和方向探測單元。所述頻率探測單元和方向探測單元將參照圖9進行描述。
此外，所述系泊站802設(shè)置有數(shù)據(jù)發(fā)射機872，并且所述機器人清潔器設(shè)置有數(shù)據(jù)接收機870。所述系泊站802的數(shù)據(jù)發(fā)射機872用于將數(shù)據(jù)信號從系泊站802發(fā)射到機器人清潔器800，并且所述機器人清潔器800的數(shù)據(jù)接收機870用于接收從系泊站802發(fā)射的數(shù)據(jù)信號。
圖9是圖示圖8中的機器人清潔器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖。如圖9所示，所述系泊站802包括控制器922；頻率探測器904；方向探測器906；旋轉(zhuǎn)體860e；電池充電器902；和數(shù)據(jù)發(fā)射機872。所述頻率探測器904接收從機器人清潔器800的發(fā)射機850發(fā)射的預定頻率的無線電波，并探測所接收無線電波的頻率。由于所述系泊站802的天線860a到860d移動，因多普勒頻移，天線860a到860d實際探測到的無線電波的頻率(多普勒頻率)根據(jù)天線860a到860d的位置可能會具有不同于從發(fā)射機850發(fā)射的無線電波的頻率(初始頻率)的值?；陬l率探測器904探測的頻率，所述方向探測器906探測朝向系泊站800的發(fā)射機850的方向(即，朝向發(fā)射無線電波的位置的方向)，并將方向信息提供給控制器922。所述旋轉(zhuǎn)體860e是參照圖8描述的接收單元860的構(gòu)件中的一個，并且使天線860a到860d沿預定軌跡移動。所述電池充電器902將從外部輸入(或外接)的商用交流電轉(zhuǎn)換為用于對機器人清潔器800的可充電電池910充電的電力，以便機器人清潔器800的電池910可以被充電。參照圖8描述的數(shù)據(jù)發(fā)射機872用于將數(shù)據(jù)信號從系泊站802發(fā)送到機器人清潔器800。特別地，當通過觀察多普勒頻率，所述系泊站802探測到朝向機器人清潔器800的方向和到那里的距離時，包含朝向機器人清潔器800的方向和到機器人清潔器800的距離的數(shù)據(jù)信號從數(shù)據(jù)發(fā)射機872被發(fā)送到機器人清潔器800，以便機器人清潔器800可以獲得系泊站802的位置和離系泊站802的距離。
所述機器人清潔器800的控制系統(tǒng)包括控制器914，所述控制器914用于控制機器人清潔器800的全部操作。所述控制器914的輸入側(cè)電連接到要與控制器914連通的數(shù)據(jù)接收機870、行進距離探測器908、剩余電量探測器912、障礙物探測器806和異物量探測器916。如參照圖8所描述，所述數(shù)據(jù)發(fā)射機870用于接收從系泊站802發(fā)射的數(shù)據(jù)信號。所述行進距離探測器908探測機器人清潔器800的行進距離并將其提供給控制器914。所述機器人清潔器800的行進距離可由編碼器通過探測輪918的旋轉(zhuǎn)獲得。所述剩余電量探測器912探測電池910的剩余電量，并將有關(guān)剩余電量的信息提供給控制器914。當由于電池剩余電量變小而必須對電池910充電時，所述控制器914控制機器人清潔器800即刻停止執(zhí)行工作，返回到系泊站802，以便對電池910充電。所述障礙物探測器806探測在行進過程中機器人清潔器800前方是否存在障礙物，并將有關(guān)障礙物的信息提供給控制器914。基于所述障礙物信息，所述控制器914改變行進路徑以使機器人清潔器800繞過障礙物，以便機器人清潔器800不會由于障礙物停止行進。所述異物量探測器916探測機器人清潔器800中收集的異物數(shù)量，并將有關(guān)收集的異物量的信息提供給控制器914。通過異物量信息，所述控制器914檢查此刻機器人清潔器800中的異物量，并控制機器人清潔器800，以便當異物量達到機器人清潔器800能夠容納的最大異物量時，停止清潔操作，并且將機器人清潔器800返回到系泊站802以排出異物。
所述發(fā)射機850、輪918和吸入單元920被連接到控制器914的輸出側(cè)。如參照圖8所描述，所述發(fā)射機850發(fā)射預定頻率的無線電波。所述輪918被設(shè)置用于使機器人清潔器800移動，并且包括用于前進和倒退的驅(qū)動輪，和用于改變行進方向的方向改變輪。所述吸入單元920面對機器人清潔器800的下側(cè)，并在清潔區(qū)域中吸入地板上的異物，以將吸入的異物容納在機器人清潔器800的容納空間中。
在圖9中所示的機器人清潔器中，通過使用在接收從發(fā)射機850發(fā)射的無線電波過程中觀察到的多普勒頻移，探測發(fā)射機850的方向。在這種情況中，方向探測的原理與圖3-5的描述相同。
圖10是圖示在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的機器人清潔器系統(tǒng)中通過觀察多普勒頻移探測距離和方向的視圖。在圖10中，Y軸是在系泊站中預設(shè)的參考方向。首先，根據(jù)參照圖5描述的方法和等式1和2獲得角度θ3，以探測機器人清潔器800的方向，并使用下面的等式4，探測從系泊站802的接收單元860的中心點1002到機器人清潔器800的發(fā)射機850的距離R。
[等式4] 在等式4中，r是從接收單元860的中心點1002到天線(例如天線860a)的距離，θ3是參考方向(Y軸)和機器人清潔器800的方向之間的角度，且θ′3是參考方向(Y軸)和天線860a沿其移動的方向之間的角度。
在圖10中，其中天線860a位于的位置Vmax對應于圖3中的點b，這樣天線860a具有沿遠離發(fā)射機850的方向的最大速度，并且由于無線電波的傳播方向與天線860a的行進方向平行，位置Vmax是其中由在所述點處的天線860a接收的無線電波的頻率減小最大程度的點。此外，由虛線代表并且天線860a位于的點V0對應于圖3中的點a，這樣在天線860a和發(fā)射機850之間不存在相對移動，并且由于無線電波的傳播方向與天線860a的行進方向垂直，點V0是不會觀察到多普勒頻移的點，且天線860a接收的無線電波的頻率等于發(fā)射的無線電波的頻率。
當發(fā)射機850的方向和發(fā)射機850與接收單元860之間距離R由等式1到4獲得時，經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)射機872，系泊站802的控制器922將方向信息和距離信息發(fā)送到機器人清潔器800。通過數(shù)據(jù)接收機870，所述機器人清潔器800的控制器914接收方向信息和距離信息，并基于接收到的方向信息和距離信息，控制機器人清潔器800的行進和位置。
例如，當系泊站802與機器人清潔器800之間的距離和方向以與上述相同的方法被獲得并提供給機器人清潔器800時，在需要機器人清潔器800返回到系泊站802的情況中，機器人清潔器800基于所述距離信息和所述方向信息行進，以便快速和準確地返回到系泊站802。
在另一實例中，當污物在要被清潔的區(qū)域的特定位置必須被機器人清潔器800快速移除，且機器人清潔器800被命令移動到相應位置時，利用系泊站802與機器人清潔器800之間的距離和其方向，獲得所述機器人清潔器800的當前坐標，并將其與機器人清潔器800移動到特定位置的坐標比較，以估算所需的行進路徑，以便機器人清潔器800沿所估算的行進路徑行進。因此，所述機器人清潔器800能夠快速和準確地移動到目標位置。
在均勻地在整個清潔區(qū)域行進的同時，通過機器人清潔器800獲得并存儲其自身相對于系泊站802的距離和方向，可以實現(xiàn)特定位置的坐標的獲取，并設(shè)定對應于所存儲的距離和方向的坐標值。此后，由于設(shè)定了特定坐標，當所述機器人清潔器800必須移動到對應的坐標時，所述機器人清潔器800移動到滿足對應于所述坐標的距離信息和方向信息的位置。
圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法的流程圖，并圖示了當機器人清潔器800必須從當前位置移動到另一位置時，通過發(fā)送機器人清潔器的當前位置(距離和方向)和目標坐標，控制機器人清潔器800移動到目標坐標的方法。如圖11所示，所述機器人清潔器800自主地行進于清潔區(qū)域，或在待用過程中在特定位置處發(fā)射預定頻率的無線電波(1102)。類似地，當所述機器人清潔器800從當前位置移動到另一位置時，所述系泊站802使接收單元860的天線860a到860d旋轉(zhuǎn)，以獲得機器人清潔器800的方向以及與機器人清潔器800離開(到系泊站802的位置)的距離，并觀察所接收的無線電波的多普勒頻移(1104)。所述系泊站802將接收單元860觀察到的多普勒頻移(頻率變化)代入等式1，2，3和4，以探測機器人清潔器800的方向以及與機器人清潔器800離開的距離(1106)。
通過數(shù)據(jù)發(fā)射機872，所述系泊站802將探測到的機器人清潔器800的當前方向信息和距離信息發(fā)送到機器人清潔器800(1108)。此外，通過數(shù)據(jù)發(fā)射機872，所述系泊站802還將機器人清潔器800將移動到的位置的目標坐標發(fā)送給機器人清潔器800(1110)。通過數(shù)據(jù)接收單元870，所述機器人清潔器800接收從系泊站802發(fā)送的其方向信息和距離信息以及目標坐標，并基于所述信息，移動到目標坐標的位置(1112)。
所述機器人清潔器800確定在行進過程中到目標位置的行進路徑中是否存在障礙物(1114)。如果在行進路徑中存在障礙物(1114中為‘是’)，執(zhí)行障礙物回避行進(1116)。此外，由于在障礙物回避行進過程中，可能會錯過系泊站的方向信息，所述控制操作返回到控制框712以基于目標位置的坐標設(shè)定新的行進方向。如果在行進通路中不存在障礙物(在1114中‘否’)，根據(jù)當前方向信息，所述機器人清潔器800移動到目標位置，并且在到達目標位置時，停止移動(1118)。到達后，根據(jù)行程目標，異物被排出、電池被充電、執(zhí)行自動清潔或執(zhí)行待用模式。
圖12是圖示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖。為了實現(xiàn)本發(fā)明的第三實施例的方面，圖12中所示的機器人清潔器系統(tǒng)基本采用圖1中的機器人清潔器的結(jié)構(gòu)，并構(gòu)造了機器人清潔器1200的控制器1214和方向探測器1206的結(jié)構(gòu)和功能，并增加了發(fā)射機150a至150c的數(shù)目。
發(fā)射預定頻率的無線電波用的多個發(fā)射機150a到150c并不局限于安裝在系泊站102中，而不考慮其位置和數(shù)量，分別包括發(fā)射機和其它外圍電路的多個站可被安裝在其中機器人清潔器120工作的工作區(qū)域內(nèi)。然而，在將發(fā)射機150a到150c安裝在機器人清潔器1200的工作區(qū)域中的情況中，發(fā)射機150a到150c通常被安裝在預定位置，以便所述位置被用作機器人清潔器1200確定其自身位置時的參考位置。在這個實施例中，各個發(fā)射機150a到150c發(fā)射頻率彼此不同的各自的無線電波(或聲波)，并且機器人清潔器1200利用從發(fā)射機150a到150c發(fā)射的無線電波的不同的固有頻率，區(qū)分各個發(fā)射機150a到150c。
如圖12所示，所述機器人清潔器1200的控制系統(tǒng)包括控制器1214，所述控制器1214用于控制機器人清潔器1200的全部操作。所述控制器1214的輸入側(cè)電連接到與控制器1214連通的頻率探測器204、方向探測器1206、行進距離探測器208、剩余電量探測器212、障礙物探測器106和異物量探測器216。所述頻率探測器204接收從發(fā)射機150a到150c發(fā)射的固有頻率無線電波，并探測所接收的無線電波的頻率。由于機器人清潔器1200的天線160a到160d沿圓形軌跡移動，因多普勒頻移，天線160a到160d實際探測的無線電波的頻率(多普勒頻率)根據(jù)天線160a到160d的位置可能會具有不同于從發(fā)射機150a到150c發(fā)射的無線電波的頻率(初始頻率)的值。基于頻率探測器204探測的頻率，所述方向探測器1206探測朝向各個發(fā)射機150a到150c的方向(即，朝向發(fā)射無線電波的位置的方向)，并將對應的發(fā)射機150a到150c的方向信息提供給控制器1214。所述行進距離探測器208探測機器人清潔器1200的行進距離并將其提供給控制器1214。所述機器人清潔器1200的行進距離可由編碼器通過探測輪218的旋轉(zhuǎn)獲得。所述剩余電量探測器212探測電池1210的剩余電量，并將有關(guān)剩余電量的信息提供給控制器1214。當由于電池剩余電量變小而必須對電池1210充電時，所述控制器1214控制機器人清潔器1200即刻停止執(zhí)行工作，返回到系泊站102，以便對電池1210充電。所述障礙物探測器106探測在行進過程中機器人清潔器1200前方是否存在障礙物，并將有關(guān)障礙物的信息提供給控制器1214?；谒稣系K物信息，所述控制器1214改變行進路徑以使機器人清潔器1200繞過障礙物，以便機器人清潔器1200不會由于障礙物停止行進。所述異物量探測器216探測機器人清潔器1200中收集的異物數(shù)量，并將有關(guān)所收集異物量的信息提供給控制器1214。通過異物量信息，所述控制器1214檢查此刻機器人清潔器1200中的異物量，并控制機器人清潔器1200，以便當異物量達到機器人清潔器100能夠容納的最大異物量時，停止清潔操作，并且機器人清潔器1200返回到系泊站102以排出異物。
所述旋轉(zhuǎn)體160e、輪218和吸入單元220被連接到控制器1214的輸出側(cè)。所述旋轉(zhuǎn)體160e是參照圖1描述的接收單元160的構(gòu)件中的一個，并使天線160a到160d沿預定軌跡移動。所述輪218被設(shè)置用于使機器人清潔器1200移動，并且包括用于前進和倒退的驅(qū)動輪，和用于改變行進方向的方向改變輪。所述吸入單元220面對機器人清潔器1200的下側(cè)，并在清潔區(qū)域中吸入地板上的異物，以將吸入的異物容納在機器人清潔器1200的容納空間中。
包括驅(qū)動輪和方向改變輪的所述輪218允許機器人清潔器1200在停止狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)。因此，如果利用機器人清潔器1200的操作屬性，代替使用接收單元160的旋轉(zhuǎn)體160e，所述天線160a到160d可通過旋轉(zhuǎn)機器人清潔器1200得以旋轉(zhuǎn)。
在圖12中所示的機器人清潔器中，利用在接收從150a到150c發(fā)射的無線電波過程中觀察的多普勒頻移，探測發(fā)射機150a到150c的各個方向。在這種情況中使用的探測方向的原理與參照圖3-5所描述的相同。
圖13是圖示在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的機器人清潔器系統(tǒng)中通過觀察多普勒頻移探測位置的視圖。如圖13所示，三臺發(fā)射機150a到150c被安裝在其中機器人清潔器1200工作的區(qū)域1300內(nèi)的預定點處，并且各臺發(fā)射機150a到150c發(fā)射固有頻率彼此不同的無線電波。通過旋轉(zhuǎn)天線160a到160d，所述機器人清潔器1200接收從各臺發(fā)射機150a到150c發(fā)射的固有頻率的無線電波，并觀察所接收的無線電波的多普勒頻移，從而獲得有關(guān)各臺發(fā)射機150a到150c自機器人清潔器120的當前位置的方向，并探測從所述方向的角度θ4和θ5。
換言之，圖13的天線(例如160a)的三個點a1，a2，和a3是對應于其中未從三臺發(fā)射機150a到150c發(fā)射的無線電波觀察到多普勒頻移的圖3的點a的位置。因此，由于天線160a位于點a1時，從發(fā)射機150a發(fā)射并由天線160a接收的無線電波的多普勒頻移為0，所以可以獲得發(fā)射機150a的方向。采用相同的方式，可以獲得天線160a位于點a2處時另一發(fā)射機150b的方向，并且可以獲得天線160a位于點a3處時剩下的發(fā)射機150c的方向。當獲得三臺發(fā)射機150a到150c的方向信息時，角度θ4和θ5能夠從所述信息獲得，并且如上所述，等式1和2可用于獲得各臺發(fā)射機150a到150c的方向。
同樣地，如果安裝了三臺發(fā)射機150a到150c，并當接收從三臺發(fā)射機150a到150c發(fā)射的無線電波時，觀察到各臺發(fā)射機150a到150c相對于使用多普勒頻移的機器人清潔器1200的方向，可以獲得機器人清潔器1200的當前位置。換言之，如果僅使用兩臺發(fā)射機(例如，150a和150b)，可以獲得角度θ4。然而，由于在區(qū)域1300內(nèi)的預定曲線上存在很多其中兩臺發(fā)射機150a和150b與機器人清潔器1200之間形成角度θ4的位置，所述機器人清潔器1200的準確位置無法僅從一個角度獲得。因此，當增加另一發(fā)射機150c以獲得角度θ5，通過考慮角度θ4和θ5，滿足角度θ4的曲線與滿足角度θ5的曲線之間的單一交叉點被獲得，并且交叉點為所述機器人清潔器1200的當前位置。結(jié)果，當使用安裝在不同位置的至少三臺發(fā)射機150a到150c時，可以準確地獲得所述機器人清潔器1200的當前位置。
同樣地，當獲得所述機器人清潔器1200的當前位置時，所述機器人清潔器1200移動到的目標位置的坐標被提供給所述機器人清潔器1200，以便所述機器人清潔器1200可移動到對應于所述坐標的位置。為此，所述機器人清潔器1200的控制器1214典型地包括查詢表，用于根據(jù)區(qū)域1300內(nèi)的各個位置提供坐標信息。
通過設(shè)定對應于角度θ4和θ5的坐標，可以實現(xiàn)對區(qū)域1300內(nèi)的特定位置的坐標的獲得，當所述機器人清潔器1200均勻地行進于區(qū)域1300時所述角度θ4和θ5根據(jù)機器人清潔器1200的位置變化。此后，當特定位置的坐標被設(shè)定并且機器人清潔器1200必須移動到對應于所述坐標的位置時，所述機器人清潔器1200剛好移動到滿足對應于所述坐標的角度θ4和θ5的位置。
在圖13中，當確定從三部發(fā)射機150a到150c發(fā)射的不同頻率的無線電波時，需要考慮安裝在機器人清潔器中的接收單元160的旋轉(zhuǎn)體160e的旋轉(zhuǎn)速度。由于機器人清潔器1200使用接收單元160接收的無線電波頻率區(qū)分三臺發(fā)射機150a到150c的各個方向，所以僅當根據(jù)發(fā)射機150a到150c的無線電波，由接收單元160的天線160a到160c實際觀察的無線電波頻率的最大增加和最大減小之間的頻帶沒有彼此重疊時，各個發(fā)射機150a到150c的方向可通過區(qū)分各個發(fā)射機150a到150c的固有頻率確定。
圖14是圖示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法的流程圖，并圖示了當機器人清潔器1200必須從當前位置移動到另一位置時，基于有關(guān)機器人清潔器1200的當前位置的信息，控制機器人清潔器1200移動到目標位置的方法。如圖14所示，所述機器人清潔器1200在自主地行進于清潔區(qū)域或處于待用狀態(tài)的同時，接收從三部發(fā)射機150a到150c發(fā)射的不同頻率的無線電波(1402)。在這種情況中，為獲得其當前位置，所述機器人清潔器1200旋轉(zhuǎn)接收單元160的天線160a到160c，以觀察各個無線電波的多普勒頻移(1404)。所述機器人清潔器1200將接收單元160觀察到的多普勒頻移(頻率變化)代入等式1和2，以探測各個發(fā)射機150a到150c的方向(1406)。所述機器人清潔器1200由發(fā)射機150a到150c的方向信息獲得圖13中的角度θ4和θ5，并利用角度θ4和θ5確定機器人清潔器1200的當前位置(1410)。
如果所述機器人清潔器1200必須移動到區(qū)域1300內(nèi)的任何位置，基于其當前位置和目標位置的坐標，所述機器人清潔器1200移動到目標位置(1412)。
所述機器人清潔器1200檢查在行進過程中行進路徑中是否存在障礙物(1414)。如果在行進路徑中存在障礙物(1414中‘是’)，執(zhí)行障礙物回避行進(1416)。此外，由于在障礙物回避行進過程中，可能會錯過系泊站的方向信息，所述控制操作返回到控制框712以基于目標位置的坐標設(shè)定新的行進方向。如果在行進通路中不存在障礙物(在1414中‘否’)，所述機器人清潔器1200根據(jù)當前方向信息，行進到目標位置，并且當?shù)竭_目標位置時移動完成(1418)。
在到達后，根據(jù)行進的目的，異物被排出、電池被充電、執(zhí)行自動清潔或執(zhí)行待用模式。
根據(jù)本發(fā)明的機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法，使用由廉價設(shè)備而不是需要諸如攝像機的昂貴設(shè)備的視覺系統(tǒng)觀察的多普勒頻移，可以獲得機器人清潔器和站之間的相對位置，從而可以降低機器人清潔器的制造成本。
此外，根據(jù)本發(fā)明的機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法，機器人清潔器可以在比使用RF信號或視覺系統(tǒng)的情況更寬的區(qū)域中得到控制，從而可以顯著擴大機器人清潔器和站之間的探測區(qū)域。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法中，當使用RF信號或視覺系統(tǒng)時，為了解決由于障礙物錯誤探測位置和方向的問題，使用了其中障礙物的影響相對小的多普勒頻移，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人清潔器和站之間的位置和方向的準確探測。
雖然已顯示和描述了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到在不偏離本發(fā)明原則與精神的情況下，可以對這些實施例作出改動，且本發(fā)明的保護范圍限定在權(quán)利要求及其等同物中。
權(quán)利要求
1、一種機器人清潔器系統(tǒng)，包括
機器人清潔器；和
站；
其中機器人清潔器和站之一發(fā)射預定頻率的信號，并且另一個接收所述信號，以便基于用于接收信號的接收側(cè)所觀察的多普勒頻移，探測朝向用于發(fā)射信號的發(fā)射側(cè)的方向。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述站包括發(fā)射機，所述發(fā)射機用于發(fā)射預定頻率的信號，
所述機器人清潔器包括可移動的接收單元，所述可移動的接收單元被安裝用于接收從所述站的發(fā)射機發(fā)射的信號、并用于觀察所接收的信號的多普勒頻移，且
基于接收單元觀察的多普勒頻移，探測所述站的方向。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從所述站發(fā)射的信號。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元的移動是接收單元的天線沿機器人清潔器在停止狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝著天線；且
所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元的移動是天線沿機器人清潔器的、機器人清潔器行進經(jīng)過預定位移的行進軌跡的移動。
7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元還包括
頻率探測器，所述頻率探測器用于探測由接收單元接收的信號的頻率；和
方向探測器，所述方向探測器通過比較由頻率探測器探測的頻率和從所述站發(fā)射的信號的頻率來探測所述站位于的方向，并生成方向信息。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中當從頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為所述站位于的方向。
9、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中，當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示
其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離；
是θ1的角速度，且
是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
10、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中，當由于天線移動經(jīng)過沿機器人清潔器的預定位移的行進軌跡，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ2由下面的等式表示
其中，
是指示機器人清潔器的行進位移的向量V的X方向線速度， 所述X方向平行于從所述站發(fā)射的信號的傳播方向；且|V|是向量V大小(即速度)。
11、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中，當天線的數(shù)量是2副或更多時，所述天線以預定間隔安裝。
12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述站包括系泊站，所述系泊站用于對機器人清潔器充電和排出異物。
13、一種包括機器人清潔器和站的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括以下步驟
從所述機器人清潔器和所述站之一發(fā)射預定頻率的信號，其中所述信號被另一個接收；和
基于由接收信號的接收側(cè)所觀察的多普勒頻移，探測發(fā)射信號的發(fā)射側(cè)的位置的方向。
14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述站通過發(fā)射機發(fā)射預定頻率的信號；
所述機器人清潔器通過接收單元接收從所述站發(fā)射的信號；
所述接收單元確定是否觀察到多普勒頻移；和
基于多普勒頻移的觀察，探測所述站位于的方向。
15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從所述站發(fā)射的信號。
16、根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元的移動是接收單元的天線沿機器人清潔器在停止狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
17、根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)、并且其中安裝著天線；且
所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
18、根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元的移動是天線沿機器人清潔器的、機器人清潔器行進經(jīng)過預定位移的行進軌跡的移動。
19、根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中當從頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為所述站位于的方向。
20、根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中的一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示
其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離；
是θ1的角速度，且
是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡移動的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
21、根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中當由于天線移動經(jīng)過沿機器人清潔器的預定位移的行進軌跡，觀察到多普勒頻移時，所述機器人清潔器的正方向和所述站位于的方向之間的角度θ2由下面的等式表示
其中，
是指示機器人清潔器的行進位移的向量V的X方向線速度，所述X方向平行于從所述站發(fā)射的信號的傳播方向，且|V|是向量V大小(即速度)。
22、一種機器人清潔器系統(tǒng)，包括
機器人清潔器，所述機器人清潔器用于發(fā)射預定頻率的信號；和
站，所述站包括可移動接收單元，所述可移動接收單元用于接收從機器人清潔器發(fā)射的信號，并用于觀察所接收信號的多普勒頻移，并基于接收單元所觀察的多普勒頻移，探測機器人清潔器位于的方向和與機器人清潔器離開的距離。
23、根據(jù)權(quán)利要求22所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從機器人清潔器發(fā)射的信號。
24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在站中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝有天線；且
所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
25、根據(jù)權(quán)利要求23所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元還包括
頻率探測器，所述頻率探測器用于探測由接收單元接收的信號的頻率；和
方向探測器，所述方向探測器通過比較由頻率探測器探測的頻率和從所述機器人清潔器發(fā)射的信號的頻率來探測所述站位于的方向，并生成方向信息。
26、根據(jù)權(quán)利要求25所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中當從頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為機器人清潔器位于的方向。
27、根據(jù)權(quán)利要求23所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中當由于天線沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，天線指示的方向和所述機器人清潔器位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示
其中，r是從旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸到天線的距離，
是θ1的角速度，且
是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于指示方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
28、根據(jù)權(quán)利要求23所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中從接收單元的中心點到機器人清潔器的發(fā)射機的距離R由下面的等式表示
其中，r是從接收單元的中心點到天線的距離；θ3是接收單元的預定參考方向和機器人清潔器位于的方向之間的角度；且θ3′是參考方向和其中天線朝向的方向之間的角度。
29、根據(jù)權(quán)利要求23所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中，當天線的數(shù)量是2副或更多時，所述天線以預定間隔安裝。
30、根據(jù)權(quán)利要求22所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述站包括系泊站，所述系泊站用于對機器人清潔器充電和排出異物。
31、一種機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟
從機器人清潔器發(fā)射預定頻率的信號；
通過接收單元，所述站接收從機器人清潔器發(fā)射的信號；
確定接收單元是否觀察到多普勒頻移；和
基于多普勒頻移，探測機器人清潔器位于的方向和與機器人清潔器離開的距離。
32、根據(jù)權(quán)利要求31所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從機器人清潔器發(fā)射的信號。
33、根據(jù)權(quán)利要求32所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在站中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝有天線；且
所述接收單元的移動是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
34、根據(jù)權(quán)利要求31所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中當從接收單元接收的信號的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為所述機器人清潔器位于的方向。
35、根據(jù)權(quán)利要求32所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中，當由于天線沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，天線指示的方向和所述機器人清潔器位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示
其中，r是從旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸到天線的距離，
是θ1的角速度，且
是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡移動的天線位于指示方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
36、根據(jù)權(quán)利要求32所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中從接收單元的中心點到機器人清潔器的發(fā)射機的距離R由下面的等式表示
其中，r是從接收單元的中心點到天線的距離；θ3是接收單元的預定參考方向和機器人清潔器位于的方向之間的角度；且θ3′是參考方向和其中天線朝向的方向之間的角度。
37、一種機器人清潔器系統(tǒng)，包括
至少三臺發(fā)射機，所述發(fā)射機用于發(fā)射彼此不同的預定固有頻率的信號和
站，所述站包括可移動接收單元，所述可移動接收單元用于接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號，并用于觀察所接收信號的多普勒頻移，并用于基于由接收單元觀察的多普勒頻移獲得所述至少三臺發(fā)射機中的每一個的方向信息，和基于所述至少三臺發(fā)射機的方向信息獲得所述站的當前相對位置。
38、根據(jù)權(quán)利要求37所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號。
39、根據(jù)權(quán)利要求38所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝著天線；且
所述接收單元的旋轉(zhuǎn)是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
40、根據(jù)權(quán)利要求38所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述接收單元還包括
頻率探測器，所述頻率探測器用于探測由接收單元接收的信號的頻率；和
方向探測器，所述方向探測器通過比較由頻率探測器探測的頻率和從所述站發(fā)射的信號的頻率來探測所述至少三個發(fā)射機位于的方向，并生成方向信息。
41、根據(jù)權(quán)利要求40所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中當從由頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為至少三臺發(fā)射機位于的方向。
42、根據(jù)權(quán)利要求38所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中，當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中的一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，機器人清潔器的正方向和至少三臺發(fā)射機位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示
其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離；
是θ1的角速度；且
是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
43、根據(jù)權(quán)利要求38所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述至少三臺發(fā)射機包括第一發(fā)射機、第二發(fā)射機和第三發(fā)射機；且
通過估算由第一發(fā)射機、機器人清潔器和第二發(fā)射機形成的第一角度，和由第二發(fā)射機、機器人清潔器和第三發(fā)射機形成的第二角度，并考慮第一角度和第二角度，探測機器人清潔器的當前位置。
44、根據(jù)權(quán)利要求38所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中以均勻間隔安裝有多副天線。
45、根據(jù)權(quán)利要求37所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述至少三臺發(fā)射機的一個包括系泊站，所述系泊站用于對機器人清潔器充電和排出異物。
46、根據(jù)權(quán)利要求37所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其中所述至少三臺發(fā)射機被安裝在預定的固定位置處。
47、一種機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟
從至少三臺發(fā)射機發(fā)射預定固有頻率的信號；
通過接收單元，由機器人清潔器接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號；
確定接收單元是否觀察到多普勒頻移；和
基于多普勒頻移的觀察，探測其中至少三臺發(fā)射機位于的方向。
48、根據(jù)權(quán)利要求47所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元包括天線，所述天線用于接收從至少三臺發(fā)射機發(fā)射的信號。
49、根據(jù)權(quán)利要求48所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述接收單元還包括旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體被設(shè)置用于在機器人清潔器中旋轉(zhuǎn)，并且其中安裝著天線；且
所述接收單元的旋轉(zhuǎn)是接收單元的天線由于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡的移動。
50、根據(jù)權(quán)利要求48所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中當從由頻率探測器探測的頻率未觀察到多普勒頻移時，所述方向探測器將由天線指示的方向確定為至少三臺發(fā)射機位于的方向。
51、根據(jù)權(quán)利要求48所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中，當由于天線沿機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軌跡和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軌跡中的一條軌跡移動，觀察到多普勒頻移時，機器人清潔器的正方向和至少三臺發(fā)射機位于的方向之間的角度θ1由下面的等式表示
其中，r是從旋轉(zhuǎn)體和機器人清潔器的旋轉(zhuǎn)軸中的一個到天線的距離；
是θ1的角速度；且
是當沿旋轉(zhuǎn)軌跡行進的天線位于機器人清潔器的正方向時，天線在平行于信號的傳播方向的方向上的線速度。
52、根據(jù)權(quán)利要求48所述的機器人清潔器系統(tǒng)的控制方法，其中所述至少三臺發(fā)射機包括第一發(fā)射機、第二發(fā)射機和第三發(fā)射機；且
通過估算由第一發(fā)射機、機器人清潔器和第二發(fā)射機形成的第一角度，和由第二發(fā)射機、機器人清潔器和第三發(fā)射機形成的第二角度，并考慮第一角度和第二角度，探測機器人清潔器的當前位置。
全文摘要
一種機器人清潔器系統(tǒng)及其控制方法減小了制造成本，擴大的探測距離，并準確地控制機器人清潔器的移動和定位。該機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器和站。該機器人清潔器和該站之一發(fā)射預定頻率的信號，并且另一個接收該信號，以便基于接收信號的接收側(cè)所觀察的多普勒頻移，探測朝向用于發(fā)射信號的發(fā)射側(cè)的方向。
文檔編號H04B7/26GK101095606SQ20071010452
公開日2008年1月2日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者鄭宇廉, 朱載晚, 薰 魏, 金東元, 洪準杓, 金龍?zhí)?申請人:三星電子株式會社