CN100333683C - 用于机器人清洁器的陀螺传感器的补偿方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种机器人清洁器的陀螺传感器的补偿方法。该方法包括如果机器人清洁器行进得大于补偿基准时变化到补偿模式，并且通过使用上部摄像机补偿陀螺传感器的输出量，以补偿陀螺传感器的角度误差。

Description

用于机器人清洁器的陀螺传感器的补偿方法

相关发明的交叉引证

本申请要求韩国专利申请No.2004-81201的权利，该申请是在2004年10月12日向韩国知识产权局提交的。所披露的其全部内容在此引入参考。

技术领域

本发明涉及一种机器人真空式清洁器，其自主地行走，更具体地说，涉及一种用于机器人清洁器的补偿陀螺传感器的方法，所述机器人清洁器通过使用陀螺传感器检测转动角度。

背景技术

通常，机器人清洁器通过使用清洁器主体的超声波传感器沿着由墙或者屏障物所围成的清洁区域的轮廓行进，以通过用户输入的信息来确定清洁区域或者识别清洁区域。机器人清洁器计划出能有效地清洁已识别的清洁区域的行进路线。然后，机器人清洁器控制驱动部分，以遵循所计划的行进路线，并且操作吸尘部分来进行清洁。

为了沿着所计划出的路线行进，机器人清洁器通过使用绝对坐标或者相对坐标来计算现在位置，该相对坐标使用与清洁区域的参考点之间的行进距离和转动角度。

作为一个使用绝对坐标行进的方法的示例，机器人清洁器通过使用由CCD摄像机所拍摄的天花板图像来计算现在位置。具体而言，机器人清洁器从所拍摄的天花板图像上检测到这些装置例如在天花板上的灯、荧光灯或用于单独位置识别的位置识别标志，以检测机器人清洁器的现在位置，并且根据现在位置行进。然而，使用CCD摄像机的行进方法要求高效率的***和用于制造的高成本，因为要很快地处理大量的图像。

通过使用相对坐标行进的机器人清洁器包括用于检测行进距离的行进距离检测传感器和用于检测机器人清洁器转动角度的角度传感器。总体来说，能检测行进轮的转数的编码器被广泛地用于行进距离检测传感器，能检测相对角度的陀螺传感器被广泛地用于角度传感器。如果应用了陀螺传感器，机器人清洁器能在直线行进中转动所需的角度，因此，可以容易地控制机器人清洁器的行进方向。但是，陀螺传感器具有大约5-10％的测量角度误差。出现该误差是由于以下原因，即，基于陀螺传感器的积分的恒定误差和根据内变量例如温度和湿度的变化的比例因子的变化，具体来说，如果机器人清洁器的转动越大并且累计转动角度较大，误差也同时积累起来，使得机器人清洁器不能遵循着所制定的行进路线。从而，当机器人清洁器沿着所指定的行进路线完成行进时，一些区域不能被充分地清洁。

发明内容

本发明被构想为解决在现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个方面在于提供一种机器人真空式清洁器的陀螺传感器的补偿方法，其中，如果机器人清洁器行进大于一定距离，机器人清洁器补偿陀螺传感器的输出值，以能够准确遵循所制定的行进路线。

为了达到上述目的，提供了一种机器人清洁器的陀螺传感器的补偿方法，包括如果机器人清洁器行进得大于补偿基准(compensation reference)，变化到补偿模式；并且通过使用上部摄像机补偿陀螺传感器的输出值，以补偿陀螺传感器的角度误差。

补偿基准可以基于机器人清洁器的积累旋转角度。

补偿包括通过使用上部摄像机确定行进路线以计算行进路线的角度；在通过使用上部摄像机行进在行进路线期间从陀螺传感器的输出值计算出行进路线的角度；计算在由上部摄像机计算出的行进路线的角度和由陀螺传感器计算出的行进路线的角度之间的差值；通过使用在两个角度之间的差值来补偿陀螺传感器的输出值。

行进路线的确定是从通过上部摄像机所拍摄的天花板图像中提取对应于在天花板上的物体的标记点，并且通过使用标记点选择机器人清洁器的现在位置和行进目的地。

行进目的地可以被挑选出为相对于机器人清洁器的以前行进方向具有特定角度。特定角度可以小于大约±90°。

如上所述，如果机器人清洁器行进大于补偿基准，根据本发明的用于补偿陀螺传感器的方法的机器人清洁器实施补偿模式，以补偿陀螺传感器的输出值。因此，陀螺传感器的误差保持小于一定值，从而机器人清洁器可以准确地遵循制定的行进路线。

这样，如果利用使用根据本发明的陀螺传感器的补偿方法的机器人清洁器，将不会出现由于传统技术中的陀螺传感器的误差所导致的没有清洁的区域。

附图说明

参照附图从以下的详细描述中将更加清楚地了解本发明的上述的以及其他方面、特征和优点，其中，

图1是根据本发明的一个实施例的机器人真空式清洁器的透视图；

图2是表示图1中的机器人真空式清洁器的功能块的框图；

图3是根据本发明的一个实施例的机器人清洁器的陀螺传感器补偿方法的流程图；

图4是在图3中的机器人清洁器的陀螺传感器补偿方法中补偿步骤的一个实施例的流程图；以及

图5是根据机器人清洁器的上部摄像机所拍摄的天花板图像的示意图。

具体实施方式

参照附图将更详细地描述本发明的特定实施例。

在下面的描述中，相同的附图标号表示在不同视图中的相同元件。在描述中限定的内容例如结构细节和元件是不重要的，而是提供了一个帮助全面理解本发明的示例。因此，本发明显然可以在没有这些限定内容的情况下实施。同样，没有详细地描述公知的功能或结构，因为它们会使本发明模糊在不必要的细节中。

图1是机器人真空式清洁器的透视图，其上应用了根据本发明的一个实施例的陀螺传感器的补偿方法；以及图2是表示图1中机器人真空式清洁器的功能块的框图；

参照图1和图2，机器人清洁器10包括吸尘部分20、传感器部分30、前部摄像机41、上部摄像机42、驱动部分50、发射/接收部分60、动力部分70、记录装置81和控制部分80，这些部件被适当地布置在清洁器主体11中。

吸尘部分20可形成为多种形式，以从清洁地板上吸入充满污染物的空气。例如，吸尘部分20可以简单地包括吸气电动机、用于由吸气电动机的吸力吸入充满污染物的空气的吸气刷、位于在吸气电动机和吸气刷之间的灰尘室。吸入口和排出口设置在灰尘室中，该灰尘室与吸入刷和吸气电动机流体连通地相连。充满污染物的空气被通过吸入口吸入，并且在灰尘室中被分离，然后通过排出口排出。

传感器部分30包括用于测量机器人清洁器的转角的陀螺传感器、用于检测行进距离的行进距离检测传感器32和用于检测行进中的障碍物例如墙的障碍物检测传感器33。

当机器人清洁器10需要改变行进方向时，使用陀螺传感器31。陀螺传感器31在改变行进方向之前检测机器人清洁器10的转角，即，相对于刚刚之前的行进方向(以下称为‘现在的行进方向’)的相对角。基本上，陀螺传感器31具有大约5-10％(百分比)的测量角度误差。该误差是由于以下原因而产生的，即，基于陀螺传感器31的输出值的积分的恒定误差和根据内变量(inner variables)例如温度和湿度的变化而变化的比例因子。陀螺传感器31检测相对于特定方向例如现在的行进方向的相对转角，因此，如果机器人清洁器10的转角累加，由该误差所导致的机器人清洁器的转角误差在使用期间也增加。这样，必须补偿机器人清洁器10的误差以精确地遵循所制定的路线。

检测轮转数的转动检测传感器可以应用在行进距离检测传感器32上。例如，被安装以检测电机转数的编码器可用作转动检测传感器。控制部分80通过使用编码器的转数来计算出机器人清洁器10的行进距离。

障碍物检测传感器31包括红外线发射元件和用于接收反射的红外线的红外线接收元件，它们沿着清洁器主体11的外周面的内表面成基本上垂直的关系而成对设置。另一方面，障碍物检测传感器33可为超声波传感器，其发射超声波并且接收反射的超声波。障碍物检测传感器33可用于检测与障碍物或者墙之间的距离。

上部摄像机42被安装在清洁器主体11上，以拍摄上方的图像，并且将所拍摄的图像输出到控制部分80。前部摄像机41安装在清洁器主体11的前侧，以拍摄在清洁器主体11前面的图像，并且将所拍摄的图像输出到控制部分80。前部摄像机41根据需要可选地安装。例如，可安装前部摄像机41以检测在前面的障碍物或者充电站的识别标记(未示出)。CCD摄像机可以用作前部摄像机41和上部摄像机42。

驱动部分50包括：设置在前侧的两个驱动轮，设置在后侧的两个从动轮，一对用于驱动两个驱动力中的每个的驱动电机，将驱动轮的动力传输到从动轮的动力传输装置。动力传输装置包括同步皮带和带轮。另外，动力传输装置可以包括齿轮。两个驱动轮安装在清洁器主体11的下部，以将两个中心轴设定在一条线上。驱动部分50的每个驱动电动机根据驱动部分80的控制信号被独立地驱动，以向前、向后转动。通过改变每个驱动电动机的RPM来控制行进方向。

发射/接收部分60通过天线61发射数据，并将通过天线61接收到的信号传输到控制部分80。这样，机器人清洁器10能将信号发射到外部设备90并从其中接收信号。外部设备90可为装有用于监控和控制机器人清洁器10的运动的程序的计算机***或者用于从远距离控制机器人清洁器的遥控控制器。为了减少机器人清洁器10的控制部分80的处理容量，外部设备90例如计算机***可进行计算以通过使用上部摄像机42的图像数据来补偿陀螺传感器31的输出值。在该***中，机器人清洁器10的控制部分80通过发射/接收部分60将上部摄像机42的图像数据发射到外部设备90中，并且接收来自外部设备90的处理结果，以补偿陀螺传感器31的输出值。

动力部分70包括可再充电的电池，其存储从充电站(未示出)供应来的电能，并且将电能供给机器人清洁器10的每个元件中，从而机器人清洁器10可以自主行进和清洁。

控制部分80处理由发射/接收部分60接收的信号，并且控制机器人清洁器10的每个元件以进行指示的工作。控制部分80通过使用障碍物传感器32沿着墙或者障碍物行进确定机器人清洁器10的工作区域，并且将确定的工作区域存储在存储器装置81中，或者控制部分80将从用户那里接收来的工作区域存储在存储器装置81。控制部分80计算行进路线，其能够有效地沿着存储在存储器装置81中的行进区域中行进。然后，控制部分80控制驱动部分50和吸尘部分20，以通过使用行进距离检测传感器33和角度传感器31沿着行进路线行进并清洁。当清洁工作完成或者需要再充电时，控制部分80控制驱动部分50以使机器人清洁器10返回到参考位置或者再充电站处。换句话说，通过使用前部摄像机41、上部摄像机42或者超声波传感器识别位置，控制部分80控制机器人清洁器10以返回参考位置或者再充电站处。这将不详细描述，因为这不是本发明的重要部分。

控制部分80确定机器人清洁器10是否在清洁期间行进得大于补偿基准。如果是的话，控制部分80停止清洁并且变化到补偿模式以补偿陀螺传感器31的输出值。用于确定补偿陀螺传感器31期间的补偿基准可由基于各种参考值来确定。例如，这些参考值基于机器人清洁器10离开充电站以进行清洁的时间或者在清洁期间机器人清洁器10的整个进行距离。但是，为了补偿陀螺传感器31，补偿基准可以基于在清洁期间的机器人清洁器10的累积转角。考虑到陀螺传感器31的精度或者在转动期间的机器人清洁器10的滑动，用户可以任意地向控制部分80输入补偿基准。

当机器人清洁器10变化到补偿模式时，控制部分80通过使用上部摄像机42拍摄在机器人清洁器10上方的天花板，利用所拍摄到的图像数据确定用来补偿的机器人清洁器10的行进路线，并且通过使用行进路线来补偿陀螺传感器31的输出值。

以下将结合图3-5描述根据本发明的一个实施例的用来补偿机器人清洁器的陀螺传感器的方法。

首先，机器人清洁器10在作为参考位置的充电站待机。机器人清洁器10存储将要清洁的区域，并且完成计算有效清洁的行进路线。

机器人清洁器10响应工作启动信号从参考位置出发，沿着行进路线行进以完成清洁。

在清洁期间，控制部分80确定机器人清洁器10是否行进得大于补偿基准。如果是的话，控制部分10停止机器人清洁器10的工作，并且转到补偿模式(S10)。该补偿基准为机器人清洁器10的累积角，累积角为在清洁期间的转角的总和。用户通过使用键输入装置(未示出)或者外部设备90将累积角度的补偿基准输入到存储器装置81中。

当机器人清洁器10变化到补偿模式时，控制部分80通过使用上部摄像机42补偿陀螺传感器31的输出值。以下将详细描述通过使用上部摄像机42补偿陀螺传感器31的控制部分80的步骤(S20)。

首先，控制部分80控制驱动部分50以停止机器人清洁器10。天花板2的图像1由上部摄像机42捕获。控制部分80通过使用从上部摄像机42传输来的图像数据确定机器人清洁器10的现在位置，并且确定将要行进的路线P，以补偿陀螺传感器31。各种公知的图像处理技术可以用于控制部分80以从图像数据确定出行进路线P。例如，控制部分80从图像数据中提取标记点以确定行进路线P。标记点可以为诸如荧光灯、火警传感器(fire sensor)和灯的装置。作为选择，标记点可以为分开形成的由摄像机来识别位置的位置识别标记。可以应用各种公知的方法从所拍摄图像提取标记点。例如，所拍摄的图像可以转化成灰度级，具有相似数值的像素点连接，然后，区别于周围区域的像素区域被确定为标记点。另外，相对于标记点的图像数据分布状态可以提前存储。并且具有与标记点的存储图像数据状态相似分布的图像区域可被确定为标记点。

图5示出了由上部摄像机42所拍摄的图像1的一个示例。控制部分80通过上述的图像处理方法从所拍摄的图像1中提取标记点。并且通过使用标记点挑出现在位置和行进目的地，该行进目的地与机器人清洁器10的现在位置间隔一定距离。在图5中，对应于荧光灯3边缘的点B被挑选作为行进目的地。行进目的地B被挑选出，以使得在连接行进目的地B和机器人清洁器10的现在位置A的线P(以下称为“行进路线”)和机器人清洁器10的先前行进方向Y之间具有一定角度。在机器人清洁器10的行进路线P和行进方向Y之间的该角度可以小于大约±180°，但优选小于大约+90°。控制部分80在存储器装置81处存储行进路线P相对于机器人清洁器10的先前行进方向Y的角度θ(S21)。

控制部分80控制驱动部分50以朝着行进目的地B运动。控制部分80通过使用上部摄像机42所拍摄的图像数据确定机器人清洁器10是否到达行进目的地B。控制部分80在机器人清洁器10行进期间读取陀螺传感器31的输出值，以由陀螺传感器31计算出行进路线P的角度θ′(S22)。

控制部分80通过使用下面的等式1来计算由上部摄像机42的图像数据计算出的行进路线P的角度θ和由陀螺传感器31计算出的行进路线P的角θ′之间的差值(Δθ)，以将结果存储在存储器装置中(S23)。

[等式1]

θ-θ′＝Δθ

如果使用上部摄像机42计算出的行进路线P的角度θ大于由陀螺传感器31计算出的行进路线P的角度θ′，那么在两个角度之间的差值Δθ为正，如果使用上部摄像机42计算出的行进路线P的角度θ小于由陀螺传感器31计算出的行进路线P的角度θ′，那么在两个角度之间的差值Δθ为负。

控制部分80设立存储的在行进路线P的两个角度之间的差Δθ作为陀螺传感器31的补偿值(S24)。这样，当控制部分80通过使用陀螺传感器31计算机器人清洁器10的转角时，控制部分80始终以该值作为机器人清洁器10的实际转角，该值是从陀螺传感器31的输出值计算得出的角度中减去或补偿存储的两个角度的差值Δθ而得到的。

控制部分80控制机器人清洁器10的驱动部分50以将机器人清洁器10返回到机器人清洁器10曾停止操作的位置A，以行进到行进目的地B。如果机器人清洁器10返回以前的工作位置A，控制部分80停止用于机器人清洁器10的补偿模式，并且继续工作。

控制部分80确定在一定时间间隔内是否机器人清洁器10在行进期间行进得大于补偿基准。如果机器人清洁器10行进得大于补偿基准，机器人清洁器停止清洁并且再次进行补偿模式(S10)。

如上所述，如果机器人清洁器10行进大于补偿基准，根据本发明的用于补偿陀螺传感器31的方法的机器人清洁器10执行补偿模式，以补偿陀螺传感器31的角度误差。因此，陀螺传感器31的误差没有累积，从而提高了行进的精度。另外，不存在由于机器人清洁器10的行进不准确而产生的没有清洁的区域。

上述实施例和优点仅为示例性的，而不是构成对本发明的限制。本发明的指导适于其他类型的装置。同样，本发明实施例的描述旨在为说明性的，而不是限制权利要求的范围，很多可选的实施例、改进和变化将对于本领域的技术人员而言是显然的。

Claims (13)

1.一种机器人清洁器的陀螺传感器的补偿方法，包括：

如果机器人清洁器行进得大于补偿基准，变化到补偿模式；以及

通过使用上部摄像机补偿陀螺传感器的输出值，以补偿陀螺传感器的角度误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，补偿基准为机器人清洁器的累积旋转角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，补偿步骤包括：

通过使用上部摄像机确定行进路线，以计算行进路线的第一角度；

在通过使用上部摄像机行进该行进路线期间从陀螺传感器的输出值计算出该行进路线的第二角度；

计算在行进路线的第一角度和行进路线的第二角度之间的差值；以及

通过使用差值补偿陀螺传感器的输出值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定行进路线的步骤包括从上部摄像机所拍摄到的天花板图像中提取对应于在天花板上的物体的标记点，以及通过使用标记点选择机器人清洁器的现在位置和行进目的地。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，行进目的地被选出以相对于机器人清洁器的以前行进方向具有一定角度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该一定角度小于约±90°。

7.一种控制机器人清洁器的方法，包括：

计算用于清洁将要被清洁的区域的制定的行进路线；

通过基于机器人清洁器的陀螺传感器的输出值使机器人清洁器移动，控制机器人清洁器沿着制定的行进路线行进；以及

如果机器人清洁器的转角的总和大于补偿基准，确定用于补偿陀螺传感器输出值的误差的补偿值，该补偿值至少部分地基于被机器人清洁器的上部摄像机所拍摄到的图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定补偿值包括以下步骤：

通过图像确定在现在行进方向(Y)和期望行进方向(P)之间的第一角度；

在机器人清洁器沿着所期望的行进方向移动期间，读取陀螺传感器的输出值，以计算第二角度；

确定在第一角度和第二角度之间的角度差；以及

设定该角度差为补偿值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定第一角度包括：

从图像中提取标记点；以及

从标记点中选出机器人清洁器的现在位置和机器人清洁器的行进目的地，其中，所期望的行进方向被限定在现在位置和行进目的地之间。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括选出行进目的地，使得第一角度小于大约±180°。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括挑选出行进目的地，使得第一角度小于大约±90°。

12.据权利要求7所述的方法，其特征在于，用户将补偿基准输入机器人清洁器中。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定补偿值包括将信号从机器人清洁器传输到外部设备中，以便外部设备能确定补偿值。

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