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CN108603935A - 机器人清洁设备以及机器人清洁设备进行陡壁检测的方法 - Google Patents

机器人清洁设备以及机器人清洁设备进行陡壁检测的方法 Download PDF

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CN108603935A CN201680081204.XA CN201680081204A CN108603935A CN 108603935 A CN108603935 A CN 108603935A CN 201680081204 A CN201680081204 A CN 201680081204A CN 108603935 A CN108603935 A CN 108603935A
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Abstract

本发明涉及一种机器人清洁设备以及一种机器人清洁设备沿着所述机器人清洁设备在其上移动的表面进行陡壁检测的方法。在本发明的一个方面，提供了一种用于机器人清洁设备(100)沿着所述机器人清洁设备(100)在其上移动的表面(31)进行陡壁检测的方法。所述方法包括：用至少一个光源(127)照亮(S101)表面(31)；捕获(S102)所述表面的图像(40b)；在所捕获的图像中检测(S103)至少一个被照亮部分(30b')，并且确定(S104)距所捕获的图像(40b)中的至少一个被照亮部分(30b')中的物体的距离。进一步地，所述方法包括：比较(S105)所确定的距离中的至少两个距离；以及当所述至少两个经比较的所确定的距离之间的关系符合预定增加量标准时，将所捕获的图像(40b)中的物体检测(S106)为陡壁。

Description

机器人清洁设备以及机器人清洁设备进行陡壁检测的方法
技术领域
本发明涉及一种机器人清洁设备以及一种机器人清洁设备沿着所述机器人清洁设备在其上移动的表面进行陡壁检测的方法。
背景技术
在许多技术领域中，希望使用具有自主行为的机器人，使得他们可以在空间周围自由地移动而不与可能的障碍物碰撞。
机器人真空吸尘器在本领域是已知的，这些机器人真空吸尘器装备有呈电机形式的驱动装置以用于在待清洁表面上移动吸尘器。机器人真空吸尘器进一步装备有呈用于引起自主行为的微处理器和导航装置形式的智能，使得机器人真空吸尘器能够自由地来回移动并且清洁呈例如地板形式的表面。因此，这些现有技术机器人真空吸尘器具有或多或少地自主地对其中具有物品(如桌椅)以及其他障碍物(如墙和楼梯)的房间进行真空吸尘的能力。
所遇到的尤其成问题的障碍物是陡壁，通常呈通向下楼层的楼梯的形式。如果机器人吸尘器未检测到这样的陡壁，则存在机器人从边沿掉落、从陡壁坠落并永久损坏的风险。
WO 02/101477披露了一种用于进行自主表面清洁的机器人吸尘器。机器人吸尘器配备有反射红外(IR)近距离陡壁传感器，这些传感器被安排在机器人的底面并被引导以观察机器人在其上移动的地板。这些陡壁传感器发射IR光束并检测从机器人在其上移动的表面上反射的IR光束，并且在遇到陡壁时，不反射IR光束，并且机器人推断出遇到了陡壁。
然而，这种方法的问题在于机器人在其遇到陡壁时检测到陡壁，这使得机器人难以提前规划将要沿着的清洁路径来有效清洁表面。
发明内容
本发明的目的是解决或至少减轻本领域中的这个问题，并且提供了一种机器人清洁设备进行陡壁检测的改进方法。
在本发明的第一方面，通过一种用于机器人清洁设备沿着所述机器人清洁设备在其上移动的表面进行陡壁检测的方法来达到这个目的。所述方法包括：用至少一个光源照亮表面、捕获所述表面的图像；在所捕获的图像中检测至少一个被照亮部分；以及确定距所捕获的图像的至少一个被照亮部分中的物体的距离。进一步地，所述方法包括比较所确定的距离中的至少两个距离；以及当所述至少两个经比较的所确定的距离之间的关系符合预定增加量标准时，将所捕获的图像中的物体检测为陡壁。
在本发明的第二方面，通过一种机器人清洁设备来达到这个目的，所述机器人清洁设备包括：被安排为使机器人清洁设备在待清洁的表面上移动的推进系统、被安排为照亮所述表面的至少一个光源、被安排为捕获所述表面的图像的相机设备、以及被配置成用于控制所述推进系统移动所述机器人清洁设备并控制所述相机设备捕获图像的控制器。所述控制器被进一步配置成：用于在所捕获的图像中检测至少一个被照亮部分、确定距所捕获的图像的至少一个被照亮部分中的物体的距离、比较所确定的距离中的至少两个距离；并且用于当至少两个经比较的所确定的距离之间的关系符合预定增加量标准时将所捕获的图像中的物体检测为陡壁。
因此，机器人清洁设备使用光源照亮机器人清洁设备在其上移动的表面，同时用其相机捕获被照亮表面的图像。通过检测在图像中捕获的被照亮物体，机器人清洁设备可以自主地在表面上四处走动以进行清洁操作。
现在，在遇到例如楼梯通向下楼层的门口时，光源的一部分光将落在地板和边沿上，指示下行楼梯，而落在边沿以外的另一部分光将照射在例如通向下楼层的楼梯井的墙壁。这将在所捕获的图像的被照亮部分(对应于被照亮表面)中产生中断点。
通过使机器人清洁设备确定距所捕获的图像中的被照亮物体的距离，可以确定从一个被检测物体到另一个被检测物体的距离是否意外增加。由于所捕获的图像的被照亮部分(其中检测到物体)在指示楼梯的边沿处中断，所以与位于边沿处或靠近边沿(例如地板)的先前物体相比，从机器人清洁设备到存在于边沿以外的物体的距离(例如楼梯井墙壁)将急剧增加。
通过对距离进行比较并得出以下结论，即至少两个经比较的所确定的距离之间的关系符合预定增加量标准，该预定增加量标准规定距边沿以外的物体的距离的增加量相对于距位于边沿处的物体的距离是足够大的，则可以有利地得出已经检测到陡壁的结论。
有利地，早在机器人设备遇到边沿之前就检测到这个陡壁。
在一个实施例中，当比较两个或更多个距离时，例如当比较第一距离d3与第二距离d4时，可以利用预定阈值T来确定距离的增加量是否足够大。因此，当至少两个经比较的所确定的距离d4、d3之间的关系符合预定增加量标准时，认为该增加量是足够大的。
在另外一个实施例中，预定增加量标准是至少两个经比较的所确定的距离之间的差超过预定阈值。例如，可以确定是否Δd＝d4-d3≥T，其中适当地选择阈值T。如果是这样，则认为距离的增加量是足够大的，因而有利地检测到陡壁。
在替代性实施例中，可以确定是否d4/d3≥T从而得出距离的增加量足够大的结论。在又一个替代方案中，可以确定是否d3/d4≤T。可以设想确定距离的增加量Δd是否足够大的其他替代方案。
在另一个实施例中，从所捕获的图像中的被检测物体创建机器人清洁设备的周围环境的表示，并且将检测到的陡壁的指示添加到所创建的表示中。
为此，控制器从所记录的图像中的被检测物体和相关联的所确定的距离中得到机器人清洁设备相对于待清洁表面的位置数据，从得到的位置数据中生成周围环境的3D表示，并且控制机器人清洁设备根据所生成的3D表示和提供给机器人清洁设备的导航信息而在待清洁的表面上移动，使得可以通过考虑所生成的3D表示对待清洁表面进行自主导航。
从相机记录的图像中生成的3D表示因此帮助对墙壁、落地灯、桌腿形式的、机器人清洁设备必须在其周围导航的障碍物以及机器人清洁设备必须横越的小地毯、地毯、门阶等进行检测。机器人清洁设备因此被配置为通过运行/清洁来了解其环境或者周围环境。
在本实施例中，机器人清洁设备将有利地将检测到的(多个)陡壁的指示添加到所创建的其周围环境的表示中。
在还另一个实施例中，机器人清洁设备在考虑到检测到的陡壁的情况下规划将要走的清洁路径。
因此，通过向所创建的表示添加陡壁的指示，有利的是机器人清洁设备可以预先规划好将要走的清洁路径、并且进一步非常靠近且沿着陡壁的边沿移动，因为其包括在机器人清洁设备的周围环境中。
进一步地，与在接近陡壁前不久检测到陡壁并因此需要缓行步速移动以降低从陡壁跌落的风险的现有技术的陡壁检测器相反，本发明有利地利于以相对较高的速度接近陡壁，因为机器人清洁设备预先确切地知道陡壁所在的位置并且相应地向所创建的表示添加陡壁指示。
在又另一个实施例中，当在所捕获的图像中检测至少一个被照亮部分时，机器人清洁设备进一步检测到在所捕获的图像的被照亮部分中出现中断点，其中超出检测到的中断点以外的被照亮部分不再出现在图像中。进一步地，在本实施例中，在确定距所捕获的图像的被照亮部分中的物体的距离时，为在中断点之前确定的距离赋予值，使得所赋予的值反映了足够大的增加量。
因此，可以设想的是，根据激光束如何落入上述示例性楼梯井中，超出楼梯井的边沿以外的被照亮部分将根本不存在于图像中。这指示存在陡壁，并且本实施例将有利地检测陡壁。
以下将描述本发明的优选实施例。
一般而言，除非本文中另有明确定义，否则在权利要求中所使用的所有术语是根据它们在技术领域中的普通含义来解释的。除非另有明确声明，所有引用的“一/一个/元件、装置、部件、手段、步骤等”是如参考该元件、设备、部件、手段、步骤等中的至少一个实例开放性解释的。除非明确声明，本文中披露的任何方法的步骤不必完全按照所披露的顺序执行。
附图说明
现在将通过举例方式通过参考附图来描述本发明，在附图中：
图1展示了根据本发明的实施例的对机器人清洁设备在其上移动的表面上的物体进行的检测；
图2a展示了根据一个实施例的当处于图1的位置P1时机器人设备的相机捕获的图像；
图2b展示了根据一个实施例的当处于图1的位置P2时机器人设备的相机捕获的图像；
图3a展示了根据一个实施例的图2a的图像，其中所指示的特征数据表示被检测物体；
图3b展示了根据一个实施例的图2b的图像，其中所指示的特征数据表示被检测物体；
图4展示了根据一个实施例的检测陡壁的方法的流程图；
图5展示了根据一个实施例的图2b的图像，其中所指示的特征数据表示在另外一场景中的被检测物体；
图6展示了根据一个实施例的由于陡壁检测而引起的机器人清洁设备的移动；
图7示出了根据一个实施例的机器人清洁设备的视图；并且
图8示出了根据一个实施例的机器人清洁设备的另外一个视图。
具体实施方式
现在将参考这些附图在下文中更为全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以采用许多不同形式来实施，并不应被解释为局限于本文中提出的这些实施例；而是，这些实施例是以示例方式提供的，这样使得本公开将是全面和完整的，并将向本领域技术人员完整地传达本发明的范围。贯穿本说明书，相同的数字指代相同的元件。
本发明涉及机器人清洁设备，或者换言之，涉及用于清洁表面的自动自推进机器，例如机器人真空吸尘器、机器人扫地机或机器人地板清洗机。根据本发明的机器人清洁设备能够用市电操作并且具有电绳、能够用电池操作或者使用任何其他种类的合适的能源，例如，太阳能。
图1展示了根据本发明的实施例的对机器人清洁设备在其上移动的表面上的物体进行的检测。
在此特定的示例性实施例中，机器人设备100使用一个竖直线激光器127来照亮机器人设备在其上移动的表面(即地板31)。然而，可以设想任何适当的光源用于照亮表面31。进一步地，可以照亮表面的更小的或更大的部分。
如图1中可见，线激光器127将激光束30a投射到待清洁房间的地板31和第一墙壁32上，而机器人设备100使用其相机123捕获被照亮表面的图像。
图2a展示了当处于位置P1时机器人设备100的相机123捕获的图像40a。
可以看出，激光束30a将落在地板31和墙壁32上并使相应的被照亮部分30a'呈现在图像中。图像40a中的地板31与墙壁32相交的位置用虚线指示，仅用于说明目的；虚线并不存在于所捕获的图像40a中。从所捕获的图像40a中，机器人设备100检测到激光束30a照射在障碍物32上，诸如墙壁、沙发、门等。通过捕获多个图像，机器人设备100能够以高可靠性来识别特定障碍物32。在将要使用不同类型的光源的情况下，甚至可以设想被照亮部分覆盖整个所捕获的图像。使用图1中例示的激光束的优点是需要机器人设备100处理的图像数据的量较少。
现在，再次参考图1，当机器人清洁设备100移动到位置P2时，机器人清洁设备遇到了楼梯向下通向下楼层的门口33。再次，机器人设备100捕获被照亮表面的图像。
图2b展示了当处于位置P2时机器人设备100的相机123捕获的图像40b。
在这个图像中，为了说明的目的，激光束30b将落在地板31以及在图像40b中用虚线指示的边沿34上。进一步地，激光束30b的落在边沿34以外的部分将入射在例如向下通向下楼层的楼梯井的墙壁上，其在图像40b中指示为对应于激光束的被照亮部分30b'中的中断点。可替代地可以设想的是，根据激光束30b如何落入楼梯井，超出边沿34以外的被照亮部分30b'将根本不存在于图像40b中。无论哪种方式，被照亮部分30b'都在边沿34处中断。
因此，与现有技术的陡壁检测器相反，机器人清洁设备100有利地能够在实际遇到指示陡壁位置的边沿34之前检测到陡壁，因为表示所投射的激光束的被照亮部分30b'中的中断点指示遇到了边沿34。
为此，参考图3a和图3b，其示出了先前分别在图2a和图2b中示出的图像40a和40b，但是进一步地其中图像中所指示的特征数据表示被检测物体。可以看出，在相应的图像40a和40b中的每个检测到的被照亮部分30a'、30b上，展示了表示在图像中检测到的物体的五个特征点FP1-FP5。
因此，首先参考图3a，控制机器人设备100的相机123在处于图1的位置P1处时捕获图像40a。同样，激光束30a将落在地板31和墙壁32上并使相应的被照亮部分30a'呈现在图像40a中。
可以看出，机器人设备100确定距物体的距离，如图像40a中沿着检测到的激光线30a'的特征数据/点FP1-Fp5所表示的。因此，从第一特征点FP1到第二特征点FP2，距离为d1；从第二特征点FP2到第三点FP3，距离为d2；并且从第三特征点FP3到第四点FP4，距离为d3。可以看出，在这个特定实例中，每对特征点之间的距离d1、d2、d3大致相同；没有检测到距离的根本性变化。机器人设备100因而将得出特征点FP1-FP4表示地板31的结论。
进一步地，从机器人设备100到第四特征点FP4的距离，即累积距离d1+d2+d3，与从机器人设备100直到第五特征点FP5的距离差不多是相同的。因此，机器人设备100将认为第五特征FP5表示呈从地板31上升的结构形式的物体，因为FP4和FP5位于同一平面中。也就是说，第四特征点FP4与第五特征点FP5之间的距离实际上为零。通过沿着被照亮部分30a检测另外多个点(每个点都位于距机器人设备100相同的距离上)，可以得出以下结论，即由于其检测到的高度，物体确实是墙壁32，而不是例如沙发或椅子。
现在，参考图3b，其中控制机器人设备100的相机123在处于图1的位置P2处时捕获图像40b。同样，激光束30b将落到地板31上、边沿34上并进一步落入向下通向下楼层的楼梯的楼梯井的墙壁32上，并使相应的被照亮部分30b'呈现在图像40b中。
类似于参考图3a所述的场景，机器人设备100确定距物体的距离，如图像40b中沿着检测到的激光线30b的特征数据/点FP1-Fp5所表示的。因此，从第一特征点FP1到第二特征点FP2，距离为d1；从第二特征点FP2到第三点FP3，距离为d2；并且从第三特征点FP3到第四点FP4，距离为d3。可以看出，在这个特定实例中，每对特征点之间的距离d1、d2、d3大致相同；没有检测到距离的根本性变化。
然而，在本实施例中，被照亮部分30b在边沿34处中断。因此，与先前确定的距离中的一个或多个距离相比，第四特征点FP4与第五特征点FP5之间的距离d4增加。如果直到第五特征点FP5的距离d4的增加量与先前确定的距离中的一个或多个距离相比是足够大的，则特征点FP5将被认为是表示陡壁。有利地，早在机器人设备100遇到边沿34之前就检测到这个陡壁。
在一个实施例中，当比较两个或更多个距离时，例如当比较第三距离d3与第四距离d4时，可以利用预定阈值T来确定距离的增加量是否足够大。因此，当至少两个经比较的所确定的距离d4、d3之间的关系符合预定增加量标准时，认为该增加量是足够大的。
例如，可以确定是否Δd＝d4-d3≥T，其中适当地选择阈值T。如果是这样，则认为距离的增加量是足够大的，因而有利地检测到陡壁。
可替代地，可以确定是否d4/d3≥T从而得出距离的增加量足够大的结论。在又一个替代方案中，可以确定是否d3/d4≤T。可以设想确定距离的增加量Δd是否足够大的其他替代方案。
图4展示了根据一个实施例的检测陡壁的方法的流程图。在步骤S101中，机器人设备19使用光源，例如如前所讨论的竖直线激光器127(或任何其他合适的光源)，用于照亮机器人设备100在其上移动的表面31。
在步骤S102中，机器人设备100使用其相机123来捕获被照亮表面的图像40a、40b。
激光束30a、30b将分别落在地板31/墙壁32和地板31/门口33上，并使相应的被照亮部分30a'、30b'呈现在图像40a、40b中，在步骤S103中通过机器人设备100来检测被照亮部分。
在步骤S104中，如先前已经参考图3b详细讨论的，机器人设备100确定距物体的距离，如在图像40b中沿着检测到的激光线30b的特征点FP1-Fp5所表示的。
此后，在步骤S105中，比较所确定的距图像40中的被照亮物体的距离，以确定在所比较的距离中是否已经出现了足够大的增加量Δd。例如，如果确定Δd＝d4-d3≥T，其中适当地选择阈值T，可能取决于特定应用和周围环境。
在步骤S106中，如果直到第五特征点FP5的距离d4的增加量与直到第四特征点FP4的距离d3相比足够大，则特征点FP5将被认为是表示陡壁。有利地，早在机器人设备100遇到边沿34之前就检测到这个陡壁。
参考图5，在另外一个实施例中，如果激光束30b以一定角度落入楼梯中而使其没有被捕获在图像40b中，即如果落在边沿34以外的这部分激光束落在所捕获的图像40b之外，则距此激光束30b的任何点的距离将被认为是无穷大(或者实际上被赋予很大的数值)。
因此，如果在图像40b中检测到的被照亮部分30b'中断、并且在中断点之后不再出现被照亮部分30b'，则将值指定给在中断点出现之前确定的距离(例如距离d3)，使得所赋予的值反映了增加量Δd对于陡壁而言是足够大的，以利于被检测到。
在另外一个实施例中，相机123由诸如微处理器等控制器进行控制以捕获和记录图像，控制器通过从表示被检测物体的图像中提取特征点并测量从机器人清洁设备100到这些物体的距离来从图像中创建机器人清洁设备100正在其中进行操作的周围环境的表示或布局，同时机器人清洁设备100在待清洁表面上移动。因此，控制器从所记录的图像中的被检测物体中得到机器人清洁设备100相对于待清洁的表面的位置数据，从得到的位置数据中生成周围环境的3D表示，并且控制驱动电机来使机器人清洁设备100根据生成的3D表示以及提供给机器人清洁设备100的导航信息而在待清洁表面上移动，使得可以在考虑到所生成的3D表示的情况下对待清洁表面进行自主导航。因为得到的位置数据会用作机器人清洁设备的导航基础，所以定位正确是重要的；否则，机器人设备会根据误导的其周围环境的“地图”来进行导航。
从相机123记录的图像中生成的3D表示因此帮助对墙壁、落地灯、桌腿形式的、机器人清洁设备必须在其周围导航的障碍物以及机器人清洁设备100必须横越的小地毯、地毯、门阶等进行检测。机器人清洁设备100因此被配置为通过运行/清洁来了解其环境或者周围环境。
机器人清洁设备100将有利地将检测到的(多个)陡壁的指示添加到所创建的其周围环境的表示中。因此，通过向所创建的表示添加边沿34的指示，机器人清洁设备可以预先规划好将要走的清洁路径、并且进一步非常靠近且沿着边沿34移动，因为其包括在机器人清洁设备100的周围环境中。
这在图6中展示出，其中机器人清洁设备从位置P3移动并且有利地预先知道门口33和边沿34所处的位置。机器人设备100因而将移动到位置P4并且齐平地走动到边沿34(并且甚至于机器人设备的本体的一部分从边沿34突出)。
进一步地，与在接近陡壁之前不久检测到陡壁并因此需要缓行移动以降低从陡壁跌落的风险的现有技术的陡壁检测器相反，本发明能够以相对较高的速度接近陡壁，因为机器人清洁设备100预先确切地知道陡壁所在的位置并且相应地向所创建的表示添加陡壁指示。
尽管设想了本发明可以通过配备有足够的处理智能的任何适当的机器人清洁设备来进行，但是图7以底视图示出了根据本发明的一个实施例的机器人清洁设备100，即示出了机器人清洁设备的底侧。箭头指示以机器人真空吸尘器的形式展示的机器人清洁设备100的前向方向。
机器人清洁设备100包括主体111，所述主体容纳诸如推进系统等部件，所述推进系统包括呈能够使驱动轮112、113移动的两个电动轮电机115a、115b形式的驱动装置，从而使得清洁设备能够在待清洁表面上移动。每个轮电机115a、115b能够控制各自的驱动轮112、113彼此独立地旋转以便使机器人清洁设备100在待清洁表面上移动。可以设想许多不同的驱动轮安排以及各种轮电机安排。应注意的是，机器人清洁设备可以具有任何合适的形状，诸如具有更多传统的圆形主体或三角形主体的设备。作为替代方案，可以使用跟踪推进系统或甚至气垫船推进系统。所述推进系统可以进一步被安排用于引起机器人清洁设备100执行偏摆、俯仰、平移或滚动移动中的任一种或多种。
控制器116(诸如微处理器)鉴于从障碍物检测设备(图7中未示出)接收的信息来控制这些轮电机115a、115b根据需要使驱动轮112、113旋转，所述障碍物检测设备用于检测机器人清洁设备必须绕其导航的、呈墙壁、落地灯、桌腿形式的障碍物。障碍物检测设备可以以记录其周围环境借助于例如3D相机、与激光器、激光扫描仪组合的相机实现的3D传感器系统等形式被实施，用于检测障碍物并将关于任何检测到的障碍物的信息传达到微处理器116。微处理器116与轮电机115a、115b通信，以便根据由障碍物检测设备提供的信息来控制轮112、113的移动，使得机器人清洁设备100能够根据需要在待清洁表面上移动。
进一步地，主体111可以可选地安排有用于从待清洁表面上除去碎屑和灰尘的清洁构件117，该清洁构件呈安排在机器人吸尘器100的底部处的开口118中的可旋转刷辊的形式。因此，可旋转刷辊117沿水平轴线安排在开口118中，以增强清洁设备100的灰尘和碎屑收集特性。为了使刷辊117旋转，刷辊电机119操作性地联接到刷辊上，以根据从控制器116接收的指令控制其旋转。
而且，机器人吸尘器100的主体111包括抽风机20，所述抽风机创造气流以便经由主体111的底侧中的开口118将碎屑运输到被容纳在所述主体中的集尘袋或旋流器安排(未示出)。抽风机120通信地连接到控制器116上的风扇电机121驱动，风扇电机121从所述控制器接收用于控制抽风机120的指令。应注意的是，可以设想机器人清洁设备具有可旋转刷辊117和抽风机20中的任一者用于将碎屑运送到集尘袋。然而，这两个的组合会增强机器人清洁设备100的除屑能力。
主体111或机器人清洁设备100进一步配备有惯性测量单元(IMU)124，如陀螺仪和/或加速度计和/或磁力计或任何其他适合的装置，用于测量机器人清洁设备100相对于参考位置的、以取向、旋转速度、重力等为形式的位移。三轴陀螺仪能够测量机器人清洁设备100的滚动、俯仰、及偏摆移动的转速。三轴陀螺仪能够测量所有方向的加速度，这主要用来确定机器人清洁设备是否被阻挡或被抬升或是否被卡住(即，即使轮子正在转但并没有移动)。机器人清洁设备100在每个驱动轮112、113上进一步包括编码器(在图7中未示出)，在这些轮子旋转时该编码器产生脉冲。这些脉冲可以例如是磁性的或光学的。通过在控制器116处对脉冲计数可以确定每个轮子112、113的速度。通过轮速读数与陀螺仪信息相结合，控制器116可以执行所谓的航位推算以便确定清洁设备100的位置与航向。
主体111可以进一步安排有邻近开口118的旋转侧刷114，可以通过驱动电115a、115b、刷辊电机119、或可替代地单独的侧刷电机(未示出)来控制旋转侧刷的旋转。有利地，旋转侧刷114从待清洁表面扫起碎屑和灰尘，从而使得碎屑在开口118处最终来到主体111的下方，并因此能够运输到机器人清洁设备的集尘室。进一步地有利的是，将提高机器人清洁设备100的到达率，并更有效地清洁例如拐角和地板与墙壁交汇的区域。如图7所展示的，旋转侧刷114朝一个方向旋转，从而使得所述旋转侧刷朝向开口118扫起碎屑，从而使得抽风机20能够将碎屑运输到集尘室。机器人清洁设备100可以包括两个旋转侧刷，这两个旋转侧刷被侧向地安排在开口118的每一侧并邻近所述开口。
另外参考图7，以一个或多个微处理器形式实施的控制器/处理单元116被安排为执行被下载到与所述微处理器相关联的合适的存储介质126中的计算机程序125，所述存储介质例如是随机存取存储器(RAM)、快闪存储器或硬盘驱动器。控制器116被安排用于在包括计算机可执行指令的适当计算机程序125被下载至存储介质126并且被控制器116执行时实施根据本发明的实施例的方法。存储介质126还可以是包括计算机程序125的计算机程序产品。替代地，计算机程序125可以通过合适的计算机程序产品(如数字化通用磁盘(DVD)、光盘(CD)或者记忆棒)来传递至存储介质126。作为进一步替代方案，计算机程序125可以通过有线或无线网络下载至存储介质126。控制器116可以替代地以数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等的形式来实施。
图8示出了本发明的实施例中的图7的机器人清洁设备100的前视图，展示了呈3D传感器系统形式的前述障碍物检测设备，该传感器系统包括至少一个相机123以及第一和第二线激光器127、128，这些线激光器可以是水平或竖直定向的线激光器。进一步示出了前面参照图6讨论的控制器116、主体111、驱动轮112、113和可旋转刷辊117。控制器116操作性地联接到用于记录机器人清洁设备100的附近的图像的相机123。第一和第二线激光器127、128可以优选地是竖直线激光器并且被安排在相机123的侧面并且被配置为照亮比机器人清洁设备100的高度和宽度更大的高度和宽度。进一步地，相机123的视场角度优选地小于第一线激光器和第二线激光器127、128照亮的空间。相机123由控制器116控制来每秒捕捉和记录多张图像。通过控制器116从这些图像中提取数据，并且通常将数据与计算机程序125一起保存在存储器126中。
第一线激光器和第二线激光器127、128沿着垂直于相机的光轴的轴线被安排在相机123的相应侧上。进一步地，线激光器127、128被定向成使得它们的相应激光束在相机123的视场内相交。典型地，交点与相机123的光轴重合。
第一和第二线激光器127、128被配置为优选地朝竖直朝向、正常朝机器人清洁设备100的移动方向扫描机器人清洁设备100的附近。第一线激光器和第二线激光器127、128被配置为发出照亮例如待清洁房间里的家具、墙壁和其他物体的激光束。在机器人清洁设备100在待清洁表面上移动时，相机123被控制器116控制，以捕捉并记录图像，通过从这些图像提取特征并通过测量被机器人清洁设备100覆盖的距离，控制器116从这些图像创建机器人清洁设备100在其中操作的周围环境的表示或布局。因此，控制器16从所记录的图像中得到机器人清洁设备100相对于待清洁的表面的位置数据、从得到的位置数据中生成周围环境的3D表示、并且控制驱动电机115a、115b来使机器人清洁设备根据提供给机器人清洁设备100的生成的3D表示和导航信息来移动，使得能够在考虑到所生成的3D表示的情况下对有待清洁的表面导航。因为得到的位置数据会用作机器人清洁设备的导航基础，所以定位正确是重要的；机器人设备会以其他方式根据误导的其周围环境的“地图”来进行导航。
从3D传感器系统记录的图像中生成的3D表示因此帮助对墙壁、落地灯、桌腿形式的、机器人清洁设备必须在其周围导航的障碍物以及机器人清洁设备100必须横越的小地毯、地毯、门阶等进行检测。机器人清洁设备100因此被配置为通过运行/清洁来了解其环境或者周围环境。
因此，包括相机123和第一竖直线激光器和第二竖直线激光器127、128的3D传感器系统被安排为记录机器人清洁设备的附近的图像，可以从这些图像检测到物体/障碍物。控制器116能够通过从所记录的图像中得到位置数据来相对于检测到的障碍物对机器人清洁设备100并且因此对有待清洁表面进行定位。从定位开始，控制器116借助于经由轮子驱动电机115a、115b控制轮子112、113跨过待清洁表面来控制机器人清洁设备100的移动。
得到的位置数据帮助控制机器人清洁设备100的移动，使得清洁设备可以被导航移动非常靠近物体，并且在物体周围紧密移动，以从物体所在的表面上除去碎屑。所以，利用得到的位置数据来与物体(例如是椅子、桌子、沙发、厚的小地毯或墙壁)齐平地移动。通常，控制器116经由驱动电机115a、115b连续生成并传递控制信号至驱动轮112、113，使得对机器人清洁设备100导航靠近物体。
还应注意，虽然已经在使用相机和一个或两个线激光器来照亮机器人清洁设备100在其上移动的表面的背景下讨论了本发明的实施例，但是还可以使用利用被完全照亮的图像的飞行时间测量的已知3D传感器。使用这种飞行时间3D传感器，将针对每个像素来确定所捕获的图像中的距离，并且可以根据以上内容来确定距被检测物体的距离。
以上主要参照一些实施例对本发明进行了描述。然而，本领域技术人员容易了解的是，除以上披露的实施例之外的其他实施例在由所附专利权利要求书限定的本发明的范围内同样是可能的。

Claims (15)

1.一种用于机器人清洁设备(100)沿着所述机器人清洁设备在其上移动的表面(31)进行陡壁检测的方法，包括：
用至少一个光源(27)照亮(S101)所述表面(31)；
捕获(S102)所述表面的图像(40b)；
在所捕获的图像(40b)中检测(S103)至少一个被照亮部分(30b)；
确定(S104)距所捕获的图像(40b)中的所述至少一个被照亮部分(30b)中的物体的距离；
比较(S105)所确定的距离中的至少两个距离；并且
当所述至少两个经比较的所确定的距离之间的关系符合预定增加量标准时，将所捕获的图像(40b)中的物体检测(S106)为陡壁。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定增加量标准是所述至少两个经比较的所确定的距离之间的差超过预定阈值。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，进一步包括：
从所捕获的图像中的被检测物体(40b)创建所述机器人清洁设备(100)的周围环境的表示；并且
将所检测到的陡壁的指示添加到所创建的表示中。
4.如以上权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：
在考虑到所检测到的陡壁的情况下规划将要走的清洁路径。
5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中
所述在所捕获的图像(40b)中检测(S103)至少一个被照亮部分(30b)的步骤进一步包括：
检测到在所捕获的图像(40b)中的所述至少一个被照亮部分(30b)中出现中断点，其中超出所检测到的中断点以外的至少一个被照亮部分不再出现在图像中；并且
所述确定(S104)距所捕获的图像(40b)的所述至少一个被照亮部分(30b)中的物体的距离的步骤进一步包括：
为在所述中断点之前确定的距离赋予某个值，使得所赋予的值反映了足够大的增加量。
6.一种机器人清洁设备(100)，包括：
被安排为使所述机器人清洁设备(10)在待清洁的表面上移动的推进系统(112，113，115a，115b)；
被安排为照亮所述表面(31)的至少一个光源(127)；
被安排为捕获所述表面(31)的图像(40b)的相机设备(123)；以及
控制器(116)，所述控制器被配置成用于控制所述推进系统移动所述机器人清洁设备(10)并控制所述相机设备(123)捕获所述图像(40b)；其中，所述控制器(116)进一步被配置成用于：
在所捕获的图像(40b)中检测至少一个被照亮部分(30b)；
确定距所捕获的图像(40b)中的所述至少一个被照亮部分(30b)中的物体的距离；
比较所确定的距离中的至少两个距离；并且
当所述至少两个经比较的所确定的距离之间的关系符合预定增加量标准时，将所述捕获图像(40b)中的物体检测为陡壁。
7.如权利要求6所述的机器人清洁设备(100)，其中，所述预定增加量标准是所述至少两个经比较的所确定的距离之间的差超过预定阈值。
8.如权利要求6或7中任一项所述的机器人清洁设备(100)，所述控制器(116)进一步被配置成用于：
从所捕获的图像中的被检测物体(40b)创建所述机器人清洁设备(100)的周围环境的表示；并且
将所检测到的陡壁的指示添加到所创建的表示中。
9.如权利要求6-8中任一项所述的机器人清洁设备(100)，所述控制器(116)进一步被配置成用于：
在考虑到所检测到的陡壁的情况下规划将要走的清洁路径。
10.如权利要求6-9中任一项所述的机器人清洁设备(100)，所述控制器(116)进一步被配置成用于
当在所捕获的图像(40b)中检测至少一个被照亮部分(30b)时：
检测到所捕获的图像(40b)中的所述至少一个被照亮部分(30b)中出现中断点，其中超出检测到的中断点以外的至少一个被照亮部分不再出现在图像中；并且
当确定距所捕获的图像(40b)中的所述至少一个被照亮部分(30b)中的物体的距离时：
为在所述中断点之前确定的距离赋予某个值，使得所赋予的值反映了足够大的增加量。
11.如权利要求6-10中任一项所述的机器人清洁设备(100)，所述至少一个光源(127)是竖直线激光器。
12.如权利要求11所述的机器人清洁设备(100)，所述至少一个光源包括：
被安排为照亮所述表面(31)的第一和第二竖直线激光器(127，128)。
13.如权利要求12所述的机器人清洁设备(100)，其中，所述第一线激光器(127)和第二线激光器(128)沿着垂直于所述相机设备(123)的光轴的轴线而安排在所述相机设备的相应侧上。
14.一种计算机程序(125)，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于当在设备(100)中所包括的控制器(116)上执行所述计算机可执行指令时致使所述设备执行如权利要求1-5中任一项所述的步骤。
15.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质(126)，所述计算机可读介质具有在其上实施的根据权利要求14所述的计算机程序(125)。
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