CN103948354B - 一种地面清洁机器人及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地面清洁机器人，具有充电座和机器人主体，充电座上设有发射单元，发射单元包括设在充电座的左、右两侧部的一对侧部发射元件，各个侧部发射元件均能够交替发射具有相同发射角、不同发射半径的远信号和近信号，远、近信号分别形成远、近信号覆盖区域，位于左侧的远信号覆盖区域的右侧部分与位于右侧的远信号覆盖区域的左侧部分彼此重叠形成对接区域；机器人本体包括充电电池、接收单元，接收单元至少包括三个接收元件，三个接收元件分别设置在的机器人主体的前端、前端左侧以及前端右侧。本发明通过设置三个接收元件以及在充电座上设置有两个侧部发射元件，使得该机器人能够利用极简单的方法就能实现机器人主体与充电座充电对接。

Description

一种地面清洁机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种地面清洁机器人领域。
背景技术
地面清洁机器人是一种全智能清洁装置，该装置在无需用户看管和控制的情况下通过在被清洁的清洁区域上自主移动进行清洁工作。通常的地面清洁机器人在工作时无需一直与外部电源相连接、依靠其内部的充电电池作为能源动力在地面上实现移动。但由于充电电池的使用时间有限，在使用一段时间后，难免会遇到电量耗尽需要充电的步骤。由于大多数地面清洁机器人在工作一段时间后，很难准确定位其当前的具***置，因此，大多数的地面清洁机器人都需要一个能将机器人本体引导到指定位置进行充电的外部充电装置。在地面清洁机器人工作时，该外部充电装置是固定在一个不变的位置且始终与外部电源相电连接。
专利公开号为CN101972129A中公开公开了一种机器人清洁器***，所述机器人清洁***包括对接站，所述对接站用于：在所述对接站的前侧的预定角范围内形成对接区；形成在对接区的左侧和右侧彼此不重叠的对接导向区；以及发射对接导向信号，使得根据对接导向信号的到达距离将对接导向区区分为第一对接导向区和第二对接导向区。机器人清洁***还包括机器人清洁器，所述机器人清洁器用于当感测到对接导向信号时沿第一对接导向区与第二对接导向区之间的边界移动到对接区，和沿对接区移动以当到达对接区时执行对接。该***中，机器人该***中，机器人清洁器与对接站（即外部充电装置）对接时，机器人清洁器一定要前进（当充电开始时，机器人位于W1或W2区内）或掉头（当充电开始时，机器人位于L区或R区）退到第一对接导向区和第二对接导向区之间的边界上才能实现对接，而此对接方式存在的问题就是，当充电开始时机器人位于L区或R区的情况，此情况下，机器人需要掉头朝向第一对接导向区和第二对接导向区之间的边界移动，而此时由于对机器人清洁器大致是背对着充电座移动的，即机器人清洁器的前端与充电座相反，因此，此种机器人清洁器必须在机器人清洁器必须在前、后部都设置接收元件才能正常工作。这势必会增加机器人清洁器的制造成本。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种仅在机器人主体的前半部分设置接收元件就能实现高效充电功能的地面清洁机器人。本发明的第二目的是提供一种能快速实现充电的地面清洁机器人的控制方法。
为了实现上述的第一发明目的，本发明采用如下技术方案：一种地面清洁机器人，其特征在于：包括：
充电座，用于与外部电源相电连接，其上设有充电终端以及用于向设定区域内发射信号的发射单元，所述的发射单元包括设置在所述的充电座的左、右两侧部的一对侧部发射元件，各个所述的侧部发射元件均能够交替发射具有相同发射角、不同发射半径的远信号和近信号，所述远信号的发射半径大于所述近信号的发射半径，所述的远信号对应形成远信号覆盖区域，所述的近信号对应形成近信号覆盖区域，所述的近信号覆盖区域的左、右两侧边缘均落在同一侧的所述的远信号覆盖区域的左、右两侧边缘上，位于左侧的所述的远信号覆盖区域的右侧部分与位于右侧的所述的远信号覆盖区域的左侧部分彼此重叠形成对接区域；
机器人本体，其包括充电电池、连接终端、接收单元、控制单元，所述的连接终端用于与所述的充电终端相电连接从而为所述的充电电池补充电量，所述的接收单元用于接收所述的发射单元发出的信号，所述的控制单元利用所述的接收单元接收到的信号控制机器人本体的移动以便将连接终端连接到所述的充电终端，所述的接收单元至少包括第一接收元件、第二接收元件、第三接收元件，所述的第二接收元件设置在所述的机器人主体的前端，所述的第一接收元件设置在所述的机器人主体的前端左侧，所述的第三接收元件设置在所述的机器人主体的前端右侧。
上述技术方案中，优选地，所述的侧部发射元件的发射角大于等于90°。
上述技术方案中，优选地，所述的侧部发射元件具有发光光源、透镜***以及发光控制器。
上述技术方案中，优选地，所述的远信号和近信号均为红外光信号。
上述技术方案中，优选地，所述的发射单元还包括设置在所述充电座中间位置的中间发射元件，所述的中间发射元件能够发射对准信号，所述对准信号的发射角角度小于所述的侧部发射元件发射的近信号和远信号的发射角角度。
为了实现上述的第二发明目的，本发明采用如下技术方案：一种控制上述地面清洁机器人的方法，所述方法包括以下步骤：
判断所述机器人本体是否需要移至所述的充电座处进行充电；
当判断所述机器人本体需要充电时，控制单元首先控制机器人主体左右摆动与/或旋转使得所述的机器人主体的前端能够正对着所述的充电座；
当所述的机器人主体的前端正对着所述的充电座后，如果所述的第二接收元件此时接收到的信号仅为左侧的远信号或仅为右侧的远信号，则所述的机器人主体依靠第二接收元件的信号指引朝向中间的对接区域并同时朝向靠近所述的充电座的方向移动直至到达对接区域；如果所述的第二接收元件此时接收到的信号为同时接收到左侧的远信号和左侧的近信号，则控制单元控制所述的机器人主体向右侧方向旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件或第一接受元件的信号指引向中间的对接区域处移动；如果所述的第二接收元件此时接收到的信号为同时接收到右侧的远信号和右侧的近信号，则控制单元控制所述的机器人主体向左侧方向旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件或第三接受元件的信号指引向中间的对接区域处移动；
当所述接收单元中的任意一个接收元件能够同时接收到左侧的远信号和右侧的远信号时，则表明所述的机器人主体进入所述的对接区域内。
上述方案中，优选的，如果所述的第二接收元件此时接收到的信号仅为左侧的远信号或仅为右侧的远信号，则所述的机器人主体朝向中间的对接区域并同时朝向靠近所述的充电座的方向移动时的移动路径为S形路径或Z字形路径或螺旋线形路径。
上述方案中，优选的，如果所述接收单元接收到的信号为同时接收到左侧的远信号和左侧的近信号或同时接收到右侧的远信号和右侧的近信号，控制单元控制所述的机器人主体向右或向左旋转预定角度，然后再向右或向左侧移动预定距离，如果所述的机器人主体移动预定距离后仍然未进入对接区域，则控制机器人主体再次向右或向左旋转预定角度，而后再继续向中间方向移动预定距离，直至机器人主体进入对接区域。
上述方案中，优选的，当所述机器人本体进入对接区域后，所述的机器人主体再次左右摆动与/或旋转使得机器人主体的前端正对着所述的充电座，而后依靠第二接收元件的信号指引朝向充电座方向移动。
本发明的有益效果在于：通过设置三个接收元件以及在充电座上设置有两个侧部发射元件，使得该地面清洁机器人能够利用极简单的方法就能实现机器人主体与充电座的充电对接。
附图说明
附图1为本发明的地面清洁机器人的结构图；
附图2为本发明的第一侧部发射元件的结构原理图；
附图3为本发明的充电座中发射单元的原理图；
附图4为本发明的机器人与充电座的对接过程图；
其中：1、机器人主体；2、充电座；11、第一接收元件；12、第二接收元件；21、充电终端；22、发射单元；23、第一侧部发射元件；24、第二侧部发射元件；25、中间发射元件；26、发光光源；27、透镜***。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本实用新型作以下详细描述：
如图1中所示的地面清洁机器人，该地面清洁机器人是一种用于地面吸尘的地面清洁机器人，其在不需要用户实时控制的情况下，在待清洁区域行进同时通过从清洁区域的地面吸入杂质（例如，灰尘）来自动清洁待清洁区域的装置。该地面清洁机器人包括机器人主体1、充电座2。
机器人主体1包括充电电池（图中未示出）、连接终端（图中未示出）、接收单元、控制单元。连接终端用于与充电座2上的充电终端相电连接从而为充电电池补充电量，接收单元用于接收充电座2上的发射单元发出的信号，控制单元利用接收单元接收到的信号控制机器人本体1的移动以便将连接终端连接到充电座的充电终端上。本实施例中，接收单元具有三个接收元件，三个接收元件分别设置在机器人主体1的前端的第一接收元件11、设置在机器人主体1前端左侧的第二接收元件12以及设置在机器人主体1前端右侧的第三接收元件（图中未示出）。
充电座2用于与外部电源相电连接，其上设有充电终端21以及用于向充电座前侧设定区域内发射信号的发射单元22，发射单元22包括设置在充电座2左侧部的第一侧部发射元件23、设置在充电座2右侧部的第二侧部发射元件24以及设置在充电座2中间位置的中间发射元件25。
如图2所示的第一侧部发射元件23的具体结构和工作原理：第一侧部发射元件23的发射角均大于90°，第一侧部发射元件23均具有发光光源26、透镜***27以及发光控制器（图中未示出）。第一侧部发射元件23能够交替发射具有相同发射角、不同发射半径的第一远信号和第一近信号，第一远信号的发射半径大于第一近信号的发射半径。其中，第一远信号和第一近信号均为红外光信号。
同样，第二侧部发射元件24与第一侧部发射元件23的结构和原理相同，其能够交替发射具有相同发射角、不同发射半径的第二远信号和第二近信号，第二远信号的发射半径大于第二近信号的发射半径。
如图3所示，第一侧部发射元件23发出的第一远信号对应形成第一远信号覆盖区域A1，第一侧部发射元件23发出的第一近信号对应形成第一近信号覆盖区域A2，第二侧部发射元件24发出的第二远信号对应形成第二远信号覆盖区域A3，第二侧部发射元件24发出的近信号对应形成第二近信号覆盖区域A4，第一近信号覆盖区域A2的左、右两侧边缘均落在同一侧的第一远信号覆盖区域S1的左、右两侧边缘上，位于左侧的第一远信号覆盖区域A1的右侧部分与位于右侧的第二远信号覆盖区域A3的左侧部分彼此重叠形成对接区域S1。
本发明附图所示实施例中，中间发射元件25能够发射对准信号，对准信号的发射角角度小于第一侧部发射元件23和第二侧部发射元件24发射的第一远信号和第二远信号的发射角角度。如图所述，所示，，中间发射元件25发射的对准信号相应具有对准信号覆盖区域S2，此对准信号覆盖区域S2的绝大部分区域都位于对接区域S1内，对准信号由于信号的发射角小、覆盖区域小，更易于对准，因此当机器人主体1移动到对准信号覆盖区域S2时，将优先使用此对准信号的指引径直向充电座2处移动。当然，如果不设置此中间发射元件，机器人主体1仍然能在左右两侧远信号或近信号的指引下移动到充电座处实现充电对接。
机器人主体1具有清洁工作模式和充电模式，当处于清洁工作模式时，机器人主体1可以进行地面清洁工作；当机器人主体1转到充电模式时，机器人主体1即开始寻找充电座直至与移动到充电座处实现充电对接。
另外，为了防止充电座上的三个发射元件所发射信号相互干涉，三个发射元件在发射信号都是相互错开，即交替进行信号发射的。
下面详细阐释一下上述机器人实现充电的方法：
机器人主体1在进行清洁工作时，即处于清洁工作模式下，机器人主体1的控制单元要时刻根据充电电池的剩余电量、本次进行清洁工作的持续时间等参数及时判断机器人本体1是否需要移至充电座2处进行充电。如果判断机器人本体1需要充电时，机器人主体将立刻由清洁工作模式转换到充电模式。
第一步、机器人主体1左右摆动与/或旋转使得机器人主体1的前端正对着充电座2，为随后机器人主体1能够以“正方向”朝向充电座2移动提供前提。由于第二接收元件12安装在机器人主体1的前端，因此该“正方向”通常是第二接收元件12的中心线方向，第二接收元件12在此“正方向”上接收的信号强度最强，机器人主体1也就是按照寻找信号强度最强的方式确定了机器人主体的“正方向”，即机器人主体1的前端正对着充电座2。
第二步、在机器人主体1调整好方向后，开始判断第二接收元件12接收到的信号情况，结合附图4，具体有如下几种情况：
如果第二接收元件12此时接收到的信号仅为左侧的第一远信号，即机器人主体1处于A1-A2区域内，如①号机器人主体所在位置，机器人主体随后依靠第二接受元件12接收到的第一远信号的指引向右并同时朝向靠近充电座2的方向移动，此时机器人主体1的移动路径可以选用S形路径或Z字形路径或螺旋线形路径（上述移动路径能使得机器人主体1具有既向中间移动又同时向靠近充电座方向移动的移动趋势）直至进入对接区域S1。
如果第二接收元件12此时接收到的信号仅为右侧的第二远信号，即机器人主体1处于A3-A4区域内，如②号机器人主体所在位置，机器人主体随后依靠第二接受元件12接收到的第二远信号的指引向左并同时朝向靠近充电座2的方向移动，直至进入对接区域S1。
如果第二接收元件12此时接收到的信号为同时接收到左侧的第一远信号和左侧的第一近信号，即机器人主体1处于A2区域内，如③号机器人主体所在位置，则控制单元首先控制机器人主体1向右旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件12或第一接受元件11接收到的信号指引向中间的对接区域处移动预定距离，如果移动了预定距离后，机器人主体1仍然未进入对接区域，此时机器人主体1再次向右旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件12或第一接受元件11接收到的信号指引向中间的对接区域处移动预定距离，直至进入对接区域。
如果第二接收元件12此时接收到的信号为同时接收到右侧的第二远信号和右侧的第二近信号，即机器人主体1处于A4区域内，如④号机器人主体所在位置，则控制单元首先控制机器人主体1向左旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件12或第三接受元件接收到的信号指引向中间的对接区域处移动预定距离，如果移动了预定距离后，机器人主体1仍然未进入对接区域，此时机器人主体1再次向右旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件12或第三接受元件接收到的信号指引向中间的对接区域处移动预定距离，直至进入对接区域。
如果第二接收元件12此时接收到的信号为同时接收到左侧的第一远信号和右侧的第二远信号，即机器人主体1处于S1区域内，如⑤号机器人主体所在位置，则控制单元控制机器人主体1直接朝向充电座2移动。
第三步、如果机器人主体1进入对接区域S1后，机器人主体1再次左右摆动与/或旋转使得机器人主体1的前端正对着充电座2，而后依靠第二接收元件12的信号指引朝向充电座2方向移动，在朝向充电座2的移动过程中，第二接收元件12要始终能够同时接收到第一远信号和第二远信号，即要使得机器人主体1始终保持处于对接区域S1内，如果在移动过程中，机器人主体1移动到对接区域之外，则控制单元按照上述方法再次将机器人主体1引导到对接区域S1内。
另外，本实施例中，由于还设置有中间发射元件25，由于该中间发射元件25能够发射具有小发射角的对准信号，因此，在机器人主体1处于充电模式下，即机器人主体1在寻找充电座2的过程中，如果接收单元中的各个接收元件能够接收到此对准信号时，则机器人主体1立即转换到利用此对准信号指引靠近充电座，即机器人主体在选择指引信号时，中间发射元件25发出的对准信号优先选用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种地面清洁机器人，其特征在于：包括：
充电座，用于与外部电源相电连接，其上设有充电终端以及用于向设定区域内发射信号的发射单元，所述的发射单元包括设置在所述的充电座的左、右两侧部的一对侧部发射元件，各个所述的侧部发射元件均能够交替发射具有相同发射角、不同发射半径的远信号和近信号，所述远信号的发射半径大于所述近信号的发射半径，所述的远信号对应形成远信号覆盖区域，所述的近信号对应形成近信号覆盖区域，所述的近信号覆盖区域的左、右两侧边缘均落在同一侧的所述的远信号覆盖区域的左、右两侧边缘上，位于左侧的所述的远信号覆盖区域的右侧部分与位于右侧的所述的远信号覆盖区域的左侧部分彼此重叠形成对接区域；
机器人本体，其包括充电电池、连接终端、接收单元、控制单元，所述的连接终端用于与所述的充电终端相电连接从而为所述的充电电池补充电量，所述的接收单元用于接收所述的发射单元发出的信号，所述的控制单元利用所述的接收单元接收到的信号控制机器人本体的移动以便将连接终端连接到所述的充电终端，所述的接收单元至少包括第一接收元件、第二接收元件、第三接收元件，所述的第二接收元件设置在所述的机器人主体的前端，所述的第一接收元件设置在所述的机器人主体的前端左侧，所述的第三接收元件设置在所述的机器人主体的前端右侧。
2.根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于：所述的侧部发射元件的发射角大于等于90°。
3.根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于：所述的侧部发射元件具有发光光源、透镜***以及发光控制器。
4.根据权利要求3所述的地面清洁机器人，其特征在于：所述的远信号和近信号均为红外光信号。
5.根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于：所述的发射单元还包括设置在所述充电座中间位置的中间发射元件，所述的中间发射元件能够发射对准信号，所述对准信号的发射角角度小于所述的侧部发射元件发射的近信号和远信号的发射角角度。
6.一种控制如权要求1-5任意一项所述的地面清洁机器人的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
判断所述机器人本体是否需要移至所述的充电座处进行充电；
当判断所述机器人本体需要充电时，控制单元首先控制机器人主体左右摆动与/或旋转使得所述的机器人主体的前端能够正对着所述的充电座；
当所述的机器人主体的前端正对着所述的充电座后，如果所述的第二接收元件此时接收到的信号仅为左侧的远信号或仅为右侧的远信号，则所述的机器人主体依靠第二接收元件的信号指引朝向中间的对接区域并同时朝向靠近所述的充电座的方向移动直至到达对接区域；如果所述的第二接收元件此时接收到的信号为同时接收到左侧的远信号和左侧的近信号，则控制单元控制所述的机器人主体向右侧方向旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件或第一接受元件的信号指引向中间的对接区域处移动；如果所述的第二接收元件此时接收到的信号为同时接收到右侧的远信号和右侧的近信号，则控制单元控制所述的机器人主体向左侧方向旋转预定角度，然后再依靠第二接收元件或第三接受元件的信号指引向中间的对接区域处移动；
当所述接收单元中的任意一个接收元件能够同时接收到左侧的远信号和右侧的远信号时，则表明所述的机器人主体进入所述的对接区域内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：如果所述的第二接收元件此时接收到的信号仅为左侧的远信号或仅为右侧的远信号，则所述的机器人主体朝向中间的对接区域并同时朝向靠近所述的充电座的方向移动时的移动路径为S形路径或Z字形路径或螺旋线形路径。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：如果所述接收单元接收到的信号为同时接收到左侧的远信号和左侧的近信号或同时接收到右侧的远信号和右侧的近信号，控制单元控制所述的机器人主体向右或向左旋转预定角度，然后再向右或向左侧移动预定距离，如果所述的机器人主体移动预定距离后仍然未进入对接区域，则控制机器人主体再次向右或向左旋转预定角度，而后再继续向中间方向移动预定距离，直至机器人主体进入对接区域。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当所述机器人本体进入对接区域后，所述的机器人主体再次左右摆动与/或旋转使得机器人主体的前端正对着所述的充电座，而后依靠第二接收元件的信号指引朝向充电座方向移动。
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