CN103376801B - 自移动地面处理机器人及其清洁工作的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种智能机器人领域，具体地说，涉及一种自移动地面处理机器人及其清洁工作的控制方法。控制方法具体包括如下步骤：步骤S0：机器人随机行走；步骤S1：机器人碰撞障碍物后继续随机行走；步骤S2：控制单元判断连续两次碰撞的直线段距离在第一阈值和第二阈值之间的范围内，开始执行小区域清洁工作；否则，返回步骤S0。本发明自移动地面处理机器人包括功能部件、行走单元、驱动单元、障碍物传感器、控制单元；所述控制单元按上述的控制方法控制所述功能部件、驱动单元工作，本发明适合清扫角落或狭长区域。

Description

自移动地面处理机器人及其清洁工作的控制方法

技术领域

本发明属于一种智能机器人领域，具体地说，涉及一种自移动地面处理机器人及其清洁工作的控制方法。

背景技术

目前，现有的清洁机器人主要进行三种清洁模式：随机清扫模式、定点清扫模式以及墙/障碍物跟随清扫模式(也称为贴边清扫)。当地面有区域比较脏时，机器人对该脏区域进行定点清扫如螺旋清扫；当不需要对地面进行定点清扫时，可以采用随机模式，即机器人随机行走，以便机器人有效覆盖整个地面；当需要对随机清扫模式遗漏的墙边沿或障碍物边沿进行清洁时，机器人采用墙/障碍物跟随清扫模式，即沿着障碍物边沿进行清扫。如美国专利US7388343就详细介绍上述三种清洁模式，清扫机器人一般通过分别或结合上述三种清洁模式能有效对目标地面进行清洁。

清洁机器人大部分时间处于随机清扫模式，即在工作表面边随意行走边清扫，没有固定的清扫路径，清扫时可以采用主刷和边刷配合工作，如遇到障碍物，碰撞后离开障碍物，再继续清扫，其不会刻意地沿着障碍物清扫。如果障碍物的底边较小或不规则，如桌腿、凳腿等，在随机清扫模式中可以绕过去，不会影响清洁效果，但是，对一些狭小区域或角落会出现漏清扫的现象，使清洁工作不彻底，影响了清洁效率。清洁机器人执行定点清扫模式时，通常无法对障碍物边沿区域进行清洁。特别的，清洁机器人执行墙/障碍物跟随清扫模式后，其仅仅将墙或普通障碍物边沿相对于机器人直径的区域进行清扫，对离障碍物边沿稍远距离的区域仍未进行清洁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种自移动地面处理机器人及其清洁工作的控制方法，适合清扫角落或狭长区域。

本发明自移动地面处理机器人清洁工作的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤S0：机器人随机行走；

步骤S1：机器人碰撞障碍物后继续随机行走；

步骤S2：控制单元判断连续两次碰撞的直线段距离在第一阈值和第二阈值之间的范围内，开始执行小区域清洁工作；否则，返回步骤S0。

进一步地，所述步骤S2中小区域清洁工作具体包含如下步骤：

步骤S21：控制机器人朝向第一侧区域进行清洁工作；

步骤S22：判断抵达第一侧区域的底部时，控制机器人转向退出第一侧区域后，进入步骤S23；否则，返回步骤S21；

步骤S23：机器人朝反向的第二侧区域进行清洁工作；

步骤S24：判断抵达第二侧区域的底部时，停止小区域清洁工作并退出小区域；否则，返回步骤S23。

步骤S24中退出小区域的方法具体包含如下步骤：

步骤S241：机器人贴边行走；

步骤S242：判断机器人所在的位置偏离整个小区域的最短直线距离达到第三阈值时，返回步骤S0；否则，返回步骤S241。

所述步骤S2中小区域清洁工作具体包含如下步骤：

步骤S21’：控制机器人朝向第一侧区域进行清洁工作；

步骤S25：判断行走直线段距离不在第一阈值和第二阈值之间的范围内时，控制机器人转向退出第一侧区域后，进入步骤S23’；否则，返回步骤S21’；

步骤S23’：机器人朝反向的第二侧区域进行清洁工作；

步骤S27：判断行走直线段距离不在第一阈值和第二阈值之间的范围内时，停止小区域清洁工作并退出该小区域；否则，返回步骤S23’。

步骤S27中退出小区域的方法具体包含如下步骤：

步骤S271：当行走直线段距离大于或等于第二阈值时，返回步骤S0；否则，进入步骤S272；

步骤S272：机器人贴边行走；

步骤S273：判断机器人所在的位置偏离整个小区域的最短直线距离达到第三阈值时，返回步骤S0；否则，返回步骤S272。

其中，所述第一阈值为30cm，第二阈值为180cm，所述第三阈值为100cm。

所述清洁工作为弓字型清扫，所述弓字型清扫路径包括贴边段和直线段，所述直线段至少一端与障碍物相交。

所述行走直线段距离小于或等于第二阈值。

所述贴边段距离为机器人宽度的2/3。

当机器人贴边行走距离小于机器人宽度的2/3、或者机器人行走直线段距离小于第二阈值、或者机器人旋转预定角度后碰撞障碍物后，判断机器人抵达一侧区域的底部。

本发明自移动地面处理机器人包括功能部件、行走单元、驱动单元、障碍物传感器、控制单元；

所述障碍物传感器用于探测机器人的前端或侧面是否有障碍物，并将探测到的信息输送给所述控制单元；

所述控制单元分别与所述功能部件和驱动单元相连接，驱动单元与所述的行走单元相连接，所述驱动单元接受控制单元的指令，驱动所述行走单元按预定的路线行走，所述功能部件接受控制单元的指令按预定的工作模式进行地面处理；

所述控制单元按上述的控制方法控制所述功能部件、驱动单元工作。

所述的自移动地面处理机器人还包括位于所述机器人行走方向端部的撞板，在撞板上设有所述障碍物传感器。

附图说明

图1为本发明所述自移动清洁机器人的结构组成框图；

图2为本发明所述自移动清洁机器人的外观结构；

图3为本发明所述自移动清洁机器人清洁工作的控制方法实施例一的流程示意图；

图4为本发明所述自移动清洁机器人清洁工作的控制方法实施例一的行走示意图；

图5为本发明所述自移动清洁机器人清洁工作的控制方法实施例二的流程示意图；

图6为本发明所述自移动清洁机器人清洁工作的控制方法实施例二的行走示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1为本发明的自移动地面处理机器人的结构组成框图，该自移动地面处理机器人包括清扫部件1、行走单元2、驱动单元3、位于机器人前端的障碍物传感器4和控制单元5。如图2所示，该自移动地面处理机器人为清扫机器人，该清扫机器人包括本体6，在该本体6的前部设有撞板61，障碍物传感器4设置在撞板61上。机器人一般通过障碍物传感器探测周边障碍物来进行回避或贴边。具体的，该障碍物传感器可以是超声波传感器、红外传感器、行程开关等。如超声波传感器工作时，将超声波信号发射到机器人的行进路径，并接收从障碍物反射回的超声波信号，从而确定障碍物是否存在以及离障碍物的距离。如红外传感器包含红外发射器和接收器，红外接收器接收从障碍物反射回的红外线，来确定障碍物是否存在以及离障碍物的距离。

本发明机器人还设有距离探测器，如在行进轮上连接编码器，并通过计算轮子的旋转次数测量机器人的行进距离。另外，机器人还设有方向传感器，如码盘、加速度传感器或陀螺仪等，用来判断和控制机器人的行进方向。

要清扫小区域，机器人首先要识别小区域。若两个障碍物之间的距离不大于一定数值时，则可以假定两障碍物之间的区域为小区域。如走廊等狭长区域，两平行墙面之间的距离小于一定数值如2m时，为小区域；或者房间直角角落，对角线为2m所确定的方形角落为小区域；或者沙发和墙面之间的距离小于2m时，沙发和墙面之间的区域为小区域。实际上，由于随机清扫和贴边清扫模式已经将房间大部分地区清扫过，故将两障碍物之间的距离较大的区域定义为小区域不合适。因而，可以通过机器人碰撞两障碍物并计算该机器人的行走距离在一定范围内时，确定机器人抵达小区域。具体地说，在机器人控制单元中设置第一阈值和第二阈值，当机器人碰撞两障碍物时的行走距离处于该两阈值之间时，判断机器人抵达小区域从而进行小区域清扫。

下面详细介绍本发明自移动地面处理机器人如何清扫小区域，如清扫边角区域、狭长区域、普通障碍物与墙面之间的小区域或普通障碍物之间的小区域等。

如图3-4所示，打开电源后，自移动地面处理机器人在房间里开始随机行走(步骤S0)，在随机行走过程中机器人前端设置的撞板会与障碍物(如墙面或普通障碍物等)发生碰撞，撞板上设置的障碍物传感器4将信号传递给控制单元。机器人的控制单元5内设置了第一阈值和第二阈值，较佳的，第一阈值为30cm，第二阈值为180cm。机器人第一碰撞障碍物后继续随机行走(步骤S1)，当机器人第二次碰撞障碍物时，机器人计算该第一次、第二次碰撞间的直线距离是否在30～180cm之间，若不在，则机器人将继续随机行走。当机器人第三次碰撞障碍物时，控制单元5继续计算第二次、第三次碰撞之间的直线距离。特别的，当机器人检测连续两次碰撞间的直线距离在30～180cm的范围内时(步骤S2)，控制单元5就判定进入了小区域，从而启动小区域清扫模式；否则，机器人继续随机行走，直到满足启动该小区域清扫模式的条件。

当小区域清扫模式启动后，机器人就开始执行小区域清扫工作，具体来说机器人按照设定的行走路径对该区域进行清扫，如弓字型，Z字型，W型等，以确保可以清扫到角落或墙面/障碍物的边缘。例如，以弓字型作为设定的清扫路径，清扫小区域的过程如下：以机器人连续两次碰撞的直线建立坐标轴X轴，控制单元控制机器人朝向相对应的坐标轴Y轴方向发生偏转，沿着第二次碰撞的墙面/普通障碍物贴边清扫，贴边清扫的距离大约为机器人宽度的2/3，然后直线返回第一次碰撞的墙面/普通障碍物贴边清扫，如此重复一个贴边-直线-贴边的动作，如图4所示，其弓字型清扫的路径分为直线段和贴边段。按照图4的路径，机器人首先朝向墙角底部即X轴右侧的第一侧区域进行清扫(步骤S21)，直线段距离不断减小，然后，判断机器人是否抵达第一侧区域的底部(步骤S22)，如当直线段距离小于等于第一阈值30cm时，控制单元判断已到达墙角第一侧区域底部，于是退出已经清扫过的这一侧区域，然后开始朝反方向进行弓字型清扫即X轴左侧的第二侧区域进行清扫(步骤S23)，直至清扫到另一侧的底部，再后判断机器人是否抵达第二侧区域的底部(步骤S24)，如当判断直线段距离小于或等于第一阈值30cm时，从而完成第二侧区域的清扫。此时，整个小区域清洁工作结束。需要说明的是，在图4中，弓字型清扫反向第二侧清扫时，仅有墙面一个障碍物，当测得直线段距离已经达到第二阈值180cm时，机器人默认已经碰撞另一障碍物的边缘即碰撞虚拟障碍物，控制单元进行虚拟贴边行走，也就是说直线段距离不可能超过第二阈值180cm，该直线段至少一端与墙面/障碍物是相交的。另外，步骤S24中机器人也可以通过其它方式判断是否抵达小区域的底部，如贴边段的距离小于机器人机体宽度的2/3或者设置在机器人两侧的障碍物传感器同时感测到障碍物信号；或者机器人旋转一定角度如150度时，再次感应障碍物信号；或者旋转一定角度后，机器中心横坐标或纵坐标保持不变或变化很小。

机器人总是先清扫一侧区域，然后反向清扫第二次区域，如图4。当机器人初次判断两次碰撞之间的距离介于第一阈值和第二阈值时，机器人记录两次碰撞点a1(x1，y1)和a2(x2，y2)并以a1a2所在直线建立坐标轴系。当以a1a2所在直线建立x轴时，通过Y坐标不断增大或不断减小，来判断机器人始终朝向第一侧或第二侧区域清扫。这样，机器人就总能抵达房间的两个角落而完成小区域清扫。

小区域清扫完成后，控制单元控制机器人沿墙面/障碍物贴边行走(步骤S241)，当测得机器人距离小区域的最短直线距离达到第三阈值如100cm时(步骤S242)，判定机器人已经退出该小区域，控制单元控制机器人开始随机行走。完整的小区域清扫路径如图4所示，A所指路线为开始的正面第一侧区域清扫，B所指路线为反面第二侧区域清扫，C所指路线为贴边清扫。

实施例二

如图5-6所示，本发明提供另一种自移动地面处理机器人小区域清洁工作的控制方法。

同样打开电源后，机器人在房间里开始随机行走(步骤S0)，机器人碰撞障碍物后继续随机行走(步骤S1)，当测得连续两次碰撞的直线距离在30～180cm的范围内(步骤S2)，控制单元就判定进入了小区域，启动小区域清扫模式。

该模式启动后，机器人就开始执行小区域清扫工作，假设还是按照弓字型的路径进行清扫。机器人先朝向一侧进行清扫(步骤S21’)，当判断弓字型行走的直线段距离在30～180cm的范围内，控制单元控制机器人继续行走；当判断行走直线段距离不在该范围内时(步骤S25)，控制单元控制机器人退出这一侧区域，然后开始朝反方向第二侧区域进行弓字型清扫(步骤S23’)。本实施例所述的弓字型行走方式与实施例一中的相同。

当测得弓字型行走的直线段距离不在30～180cm的范围内时(步骤S27)，有两种情况：当判断直线段距离大于或等于第二阈值180cm时(步骤271)，控制单元控制机器人开始随机行走，如图6所示，A所指路线为开始的正面清扫，B所指路线为反面清扫，C所指路线为随机清扫；当距离小于等于第一阈值30cm时，判断已达到小区域的底部，机器人完成小区域清扫工作，控制单元控制机器人退出该小区域，具体来说控制单元控制机器人沿着沿墙面/障碍物贴边行走(步骤S272)，通过坐标轴关系测得机器人距离小区域的最短直线距离达到第三阈值如100cm时(步骤S273)，控制单元控制机器人开始随机行走。

上述实施例中，第一阈值、第二阈值、第三阈值均和机器人本身的尺寸和行走路径相关，使用者可以根据需求自行修改。如希望机器人清扫的小区域再大或再小一些，可对应增大或减小第二阈值；又如机器尺寸本身较大时，对应增加第一阈值和第三阈值。另外，除了上述实施例所描述的自移动机器人具有清扫功能之外，该自移动机器人还可以是打蜡机器人，通过机器人外侧伸出的打蜡装置(即功能部件)，使得自移动机器人在贴边移动时，也可将贴边的地面进行打蜡，该侧部的打蜡装置可以是固定伸出于机器人外侧，也可以呈伸缩状。本发明中所述的自移动地面处理机器人，可以根据实际的功能需要，在地面处理机器人内设有不同的功能部件，诸如：清扫单元、打蜡单元、磨光单元等，从而实现对地面不同工作处理的需要。

Claims (11)

1.一种自移动地面处理机器人清洁工作的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤S0：机器人随机行走；

步骤S1：机器人碰撞障碍物后继续随机行走；

步骤S2：控制单元判断连续两次碰撞的直线段距离在第一阈值和第二阈值之间的范围内，开始执行小区域清洁工作；否则，返回步骤S0。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中小区域清洁工作具体包含如下步骤：

步骤S21：控制机器人朝向第一侧区域进行清洁工作；

步骤S22：判断抵达第一侧区域的底部时，控制机器人转向退出第一侧区域后，进入步骤S23；否则，返回步骤S21；

步骤S23：机器人朝反向的第二侧区域进行清洁工作；

步骤S24：判断抵达第二侧区域的底部时，停止小区域清洁工作并退出小区域；否则，返回步骤S23。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤S24中退出小区域的方法具体包含如下步骤：

步骤S241：机器人贴边行走；

步骤S242：判断机器人所在的位置偏离整个小区域的最短直线距离达到第三阈值时，返回步骤S0；否则，返回步骤S241。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中小区域清洁工作具体包含如下步骤：

步骤S21’：控制机器人朝向第一侧区域进行清洁工作；

步骤S25：判断行走直线段距离不在第一阈值和第二阈值之间的范围内时，控制机器人转向退出第一侧区域后，进入步骤S23’；否则，返回步骤S21’；

步骤S23’：机器人朝反向的第二侧区域进行清洁工作；

步骤S27：判断行走直线段距离不在第一阈值和第二阈值之间的范围内时，停止小区域清洁工作并退出该小区域；否则，返回步骤S23’。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤S27中退出小区域的方法具体包含如下步骤：

步骤S271：当行走直线段距离大于等于第二阈值时，返回步骤S0；否则，进入步骤S272；

步骤S272：机器人贴边行走；

步骤S273：判断机器人所在的位置偏离整个小区域的最短直线距离达到第三阈值时，返回步骤S0；否则，返回步骤S272。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一阈值为30cm，第二阈值为180cm。

7.如权利要求3或5所述的控制方法，其特征在于，所述第三阈值为100cm。

8.如权利要求2或4所述的控制方法，其特征在于，所述清洁工作为弓字型清扫，所述弓字型清扫路径包括贴边段和直线段，所述直线段至少一端与障碍物相交。

9.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S21或步骤S23中的行走直线段距离小于或等于第二阈值。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述清洁工作为弓字型清扫，所述弓字型清扫路径包括贴边段和直线段，所述贴边段距离为机器人宽度的2/3。

11.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S22或步骤S24中判断机器人抵达区域底部的具体条件为：机器人贴边行走距离小于机器人宽度的2/3、或者机器人行走直线段距离小于第二阈值、或者机器人旋转预定角度后碰撞障碍物。