CN107710092B - 移动机器人及控制其的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种移动到远程设备指示的位置的移动机器人，以及用于控制移动机器人的方法。根据实施例的移动机器人包括：行进单元，移动主体；光接收单元，接收光；以及控制单元，通过根据基于概率的滤波方法对从光接收单元接收的光进行滤波来确定移动机器人的行进方向，并且控制行进单元以使得主体以行进方向行进。

Description

移动机器人及控制其的方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种移动机器人和控制其的方法，特别地，涉及一种移动至由远程设备指示的位置的移动机器人和用于控制其的方法。
背景技术
近来，在家中使用机器人是正在逐渐扩大的趋势。这样的家用机器人的典型示例是清扫机器人。清扫机器人是一种通过在某一区域内移动自身的同时吸入积聚在地板上的灰尘等异物来自动清扫清扫空间的设备。
在传统的清扫机器人的情况下，当用户希望首先清扫清扫空间的特定位置时，用户应该直接确定清扫机器人的位置，并使用远程设备将清扫机器人移动到特定位置。
因此，当用户不知道清扫机器人的位置时，用户则应找到清扫机器人，而当清扫机器人正在清扫例如沙发或床下方的清扫区域时，要找到清扫机器人则很难。
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个方面是提供一种移动机器人及控制其的方法，该移动机器人通过检测从远程设备发送的光学信号而移动至远程设备指示的位置。
本发明的另一方面是提供一种移动机器人及控制其的方法，该移动机器人在跟随远程设备指示的位置的同时避免与障碍物的碰撞。
本发明的其它方面将在下面的描述中部分地被阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过本发明的实践被了解。
技术方案
根据本发明的一个方面，移动机器人包括：行进单元，移动主体；光接收单元，接收光；以及控制单元，通过根据基于概率的滤波方法对从光接收单元接收的光进行滤波来确定行进方向，并且控制行进单元以使得主体在行进方向上行进。
这里，控制单元可以对粒子进行采样，为每个所采样的粒子分配权重，基于权重重新选择粒子，并且基于所重新选择的粒子的排列角度信息的权重平均值来确定移动机器人的行进方向。
此外，控制单元可以包括：采样单元，对粒子进行采样；权重计算单元，为每个采样粒子分配权重；以及再采样单元，基于权重重新选择粒子并且基于所重新选择的粒子的排列角度信息的权重平均值来确定行进方向。
此外，采样单元可以根据相对于每个粒子的高斯分布来对粒子进行采样粒子。
此外，权重计算单元可以基于光接收单元相对于移动机器人的前侧的的排列角度和粒子相对于移动机器人的前侧的排列角度之间的差来将权重分配给每个粒子。
此外，权重计算单元可以将权重分配给每个粒子，使得已经接收了光的光接收单元相对于移动机器人的前侧的的排列角度和粒子相对于移动机器人的前侧的排列角度之间的差与分配给每个粒子的权重成反比。
此外，当多个光接收单元接收到光信号时，光接收单元的排列角度可以包括基于多个光接收单元的排列角度信息确定的假想(imaginary)排列角度。
此外，再采样单元可以基于分配给每个粒子的权重来重新选择具有概率预设基准或概率预设基准以上的权重的粒子。
此外，当光接收单元接收到单独的光时，控制单元可以通过根据基于概率的滤波方法对光接收单元接收到的多个光进行滤波，来确定移动机器人的行进方向。
此外，控制单元还可以包括将多个粒子重新选择成具有相同的权重的粒子初始化单元。
此外，控制单元可以通过使用贝叶斯(Bayes)滤波器根据基于概率的滤波方法对光接收单元接收到的光进行滤波来确定行进方向。
此外，贝叶斯滤波器可以包括卡尔曼滤波器(Kalman filter)、EKF(extendedKalman filter，扩展卡尔曼滤波器)、UKF(unscented Kalman filter，无损卡尔曼滤波器)、信息滤波器、直方图滤波器和粒子滤波器中的至少一个。
此外，移动机器人还可以包括：检测障碍物的障碍物检测单元，其中，控制单元可以控制行进单元，使得当检测到障碍物时，主体根据障碍物的位置和所确定的行进方向来跟随障碍物的轮廓线。
此外，控制单元可以控制行进单元执行以下当中的任何一个：移动机器人行进以使得主体的右侧面对障碍物的右跟随行进，和其中移动机器人行进以使得主体的左侧面对障碍物的左跟随行进。
根据本发明的另一方面，用于控制移动机器人的方法包括：通过光接收单元接收光；根据基于概率的滤波方法通过对接收的光进行滤波来确定移动机器人的行进方向；并沿着所确定的行进方向来执行行进。
这里，行进方向的确定可以包括：对粒子进行采样，为每个所采样的粒子分配权重，基于权重重新选择粒子，并且基于所重新选择的粒子的排列角度信息的权重平均值来确定移动机器人的行进方向。
此外，粒子的采样可以包括根据相对于每个粒子的高斯分布来对粒子进行采样。
此外，为每个所采样的粒子分配权重可以包括：基于光接收单元相对于移动机器人的前侧的的排列角度和粒子相对于移动机器人的前侧的排列角度之间的差来将权重分配给每个粒子。
此外，为每个所采样的粒子分配权重可以包括：为每个粒子分配权重，使得光接收单元相对于移动机器人的前侧的排列角度和粒子相对于移动机器人的前侧的排列角度之差与被分配给每个粒子的权重成反比。
此外，当多个光接收单元接收光信号时，用于控制移动机器人的方法还可以包括：基于多个光接收单元的排列角度信息来确定光接收单元的假想排列角度。
此外，基于权重重新选择粒子可以包括：基于分配给每个粒子的权重来重新选择具有概率预设基准或概率预设基准以上的权重的粒子。
此外，当光接收单元接收到单独的光时，行进方向的确定可以包括：通过根据基于概率的滤波方法对光接收单元接收的多个光进行滤波来确定移动机器人的行进方向。
此外，行进方向的确定可以包括：将多个粒子重新选择成具有相同的权重。
此外，行进方向的确定可以包括通过使用贝叶斯滤波器根据基于概率的滤波方法对接收到的光进行滤波来确定移动机器人的行进方向。
此外，行进方向的确定可以包括：通过根据包括卡尔曼滤波器、EKF、UKF、信息滤波器、直方图滤波器和粒子滤波器等中的至少一个的基于概率的滤波方法对接收的光进行滤波来确定行进方向。
此外，执行沿所确定的行进方向的行进可以包括：在行进期间检测障碍物，并且执行行进使得移动机器人的主体根据障碍物的位置和所确定的行进方向而跟随障碍物的轮廓线。
此外，执行沿着所确定的行进方向行进可以包括执行以下当中的任何一个：其中移动机器人行进以使得主体的右侧面对障碍物的行进，和其中移动机器人行进以使得主体的左侧面对障碍物的行进。
有益效果
根据本发明实施例的移动机器人和用于控制移动机器人的方法，与当手动操作移动机器人时相比，可以提供更直观的操作方法。
另外，可以在存在障碍物的环境中自动执行障碍物躲避，从而可以向用户提供操作便利性。
另外，即使当从远程设备发送的发射光的强度大时，移动机器人也可以以用户指示的方向向前移动。
附图说明
从以下结合附图的对实施例的描述中，本发明的这些和/或其它方面将变得清楚和更容易理解，其中：
图1是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人和远程设备的操作的示图；
图2至图4是示出清扫机器人正在清扫空间内行进的示例的示图；
图5是示出根据本发明的一个实施例的远程设备的控制配置的示图；
图6是示出根据本发明的一个实施例的远程设备的外表的示图；
图7是示出根据本发明的一个实施例的包括在远程设备中的光发射单元的示图；
图8是示出根据本发明的一个实施例的以远程设备用光照射清扫区域的方式生成的光点的示图；
图9是示出根据本发明的一个实施例的远程设备生成的光点的示例的示图；
图10是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的控制配置的示图；
图11是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的外表的示图；
图12和图13是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的内部的示图；
图14是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的底面的示图；
图15是示出根据本发明的一个实施例的在其中清扫机器人可以检测远程设备发射的红外线的红外线检测区域的示例的示图；
图16是示出根据本发明的一个实施例的在其中清扫机器人的多个红外接收器接收从远程设备发射的光的示例的示图；
图17是功能性地划分主处理器的运算操作的控制框图；
图18至图23是示出通过粒子滤波器方法估计清扫机器人的行进方向的方法的示图；
图24是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的拖曳行进的操作过程的流程图；
图25至图27是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人跟随光点的示例的示图；
图28是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的操作方法的示图；
图29是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人在噪声环境下估计行进方向的示例的示图；
图30是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的防撞行进的操作方法的示图；
图31是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人检测障碍物的位置的示例的示图；以及
图32是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人跟随障碍物的轮廓线的示例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述移动机器人和用于控制移动机器人的方法。此外，根据本发明公开的实施例，将假设清扫机器人并将清扫机器人描述为移动机器人的典型示例。然而，移动机器人的示例不限于稍后描述的清扫机器人。
图1是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人和远程设备的操作的示图，并且图2至图4是示出清扫机器人正在清扫空间内行进的示例的示图。
参照图1至图4，将简单描述根据本发明的一个实施例的清扫机器人100和远程设备200的操作。
清扫机器人100可以在清扫区域内行进的同时清扫清扫区域，并且远程设备200可以从用户接收对于清扫机器人100的控制命令，并且向清扫机器人100发送所接收的控制命令。具体地，远程设备200可以响应于由用户输入的控制命令来调制光，并且发射所调制的光。
远程设备200可以发射各种类型的光，以便将控制命令发送到清扫机器人100，并且在下文中，将假设由远程设备200发射到清扫机器人100的光的类型是红外线而进行描述。
用户可以使用远程设备200将控制命令输入到清扫机器人100，并且还使用远程设备200来指示清扫机器人100将要移动到的位置。
例如，当用户输入拖曳命令时，远程设备200可以响应于拖曳命令来调制红外线，然后发射经调制的红外线。在接收到经调制的红外线后，清扫机器人100可以对接收到的红外线进行解调，从而可以接收用户的拖曳命令。当输入拖曳命令时，清扫机器人100可以以经调制的红外线被接收的方向来移动。换句话说，清扫机器人100可以跟随由用户使用远程设备200指示的位置。远程设备200以这种方式发送的红外线可以向清扫机器人100提供用户指示的位置并且将控制命令发送到清扫机器人100。在下文中，在本说明书中，清扫机器人100在朝着用户指示的位置移动的同时执行清扫的方法可以被称为点清扫方法。
根据实施例，远程设备200可以发射可见光以便向用户显示远程设备200指示的位置。用户可以使用远程设备200来指示清扫机器人100要移动到的位置，并且远程设备200可以朝着用户指示的位置发射可见光。
远程设备200发射的可见光或红外线可以被投影到清扫地板上以形成光点(lightspot，LS)，如图1所示，使得用户和清扫机器人100可以通过光点LS识别远程设备200指示的位置。
当用户使用远程设备200改变指示的位置时，清扫机器人100可以重新检测远程设备200指示的位置，并且向重新检测的位置移动。换句话说，清扫机器人100可以执行拖曳行进来跟随远程设备200指示的位置(即，光点LS)。
当清扫机器人在跟随光点LS的同时在行进路线上检测到障碍物O时，清扫机器人100可执行轮廓线跟随行进以避免与障碍物O的碰撞。
例如，清扫机器人100可以执行如图2中所示的跟随光点LS的拖曳行进。具体地，清扫机器人100可以检测光点LS，并且以允许所检测的光点LS被放置在清扫机器人的前方这样的方式来移动。
另外，清扫机器人100可以在执行拖曳行进的同时检索在行进路线上的障碍物O。例如，如图3中所示，当在行进路线上检测到障碍物O时，清扫机器人100可以执行轮廓线跟随行进来跟随障碍物O的轮廓线，以便避免与障碍物O的碰撞。
另外，清扫机器人100可以在执行轮廓线跟随行进的同时确定光点LS的位置是否变得距离障碍物O远。例如，如图4中所示，当确定光点LS的位置变得距离障碍物O远时，清扫机器人停止跟随障碍物O的轮廓线的轮廓线跟随行进而执行跟随光点LS的拖曳行进。
如上所述，已经简要描述了清扫机器人100和远程设备200的操作。
在下文中，将描述清扫机器人100和远程设备200的具体配置和操作。
图5是示出根据本发明的一个实施例的远程设备的控制配置的示图，并且图6是示出根据本发明的一个实施例的远程设备的外表的示图。
参照图5和图6，远程设备200包括：输入单元220，从用户接收控制命令；光发射单元290，发射可见光和红外线；以及远程设备控制单元210，控制光发射单元290以使得可见光和红外光响应于用户的控制命令而被发射。
输入单元220可以设置在形成远程设备200的外表的主体201的上表面上，并且从用户接收控制命令。
输入单元220可以包括：用于开启/关闭清扫机器人100的电源按钮221、用于使清扫机器人100返回到用于电源的充电的充电站(未示出)的返回按钮222、用于操作和停止清扫机器人100的操作/停止按钮223、用于选择清扫机器人100的清扫模式的多个清扫模式按钮224等等。特别地，输入单元220可以包括用于输入用于将清扫机器人100沿着用户指示的移动路线移动的拖曳命令的拖曳按钮225。
包括在输入单元220中的各个按钮可以采用用于检测用户的压力的按压开关、用于检测用户的身体部位的接触的薄膜开关或触摸开关。
同时，根据一个实施例，远程设备200还可以包括触摸屏，其响应于用户输入的或者来自用户的控制命令而从用于显示清扫机器人100的操作信息的显示器接收控制命令，并且响应于所接收到的控制命令显示清扫机器人100的操作信息。
光发射单元290响应于用户输入的控制命令来调制红外线，并且发射经调制的红外线。例如，光发射单元290可以以确定的顺序响应于控制命令而发射第一红外脉冲和第二红外脉冲。
另外，光发射单元290可以发射可见光以使得显示远程设备100指示的位置。用户可以使用远程设备100来指定清扫机器人100要移动到的位置，并且远程设备100可以发射可见光以便显示用户指示的位置。
光发射单元290可以包括：可见光发射器291，发射用户识别的可见光；红外线发射器293，发射清扫机器人200识别的红外线；以及红外线调制器295，调制红外线发射器293发射的红外线。
根据实施例，由光发射单元290发射的红外线可以由用户输入的控制命令调制。例如，光发射单元290可以以脉冲的形式发射红外线，该脉冲的脉冲宽度响应于用户输入的控制命令被调制。稍后将更详细地描述光发射单元290的配置和操作。
远程设备控制单元210控制远程设备的整体操作。具体地，远程设备控制单元210可以控制光发射单元290来发射响应于用户输入的控制命令而被调制的红外线。
例如，远程设备控制单元210在用户输入拖曳命令时可以控制光发射单元290发射响应于拖曳命令而被调制的可见光和红外线，并且控制光发射单元290在用户输入操作/停止命令时发射响应于操作/停止命令而被调制的红外线。
这样的远程设备控制单元210可以包括：存储器213，存储用于控制远程设备200的操作的控制程序和控制数据；以及微处理器211，根据存储在存储器213中的控制程序和控制数据来执行相关联操作。
存储器213可以包括能够半永久地存储控制程序和控制数据的非易失性存储器(诸如快闪存储器、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦除可编程只读存储器)等等)，以及能够暂时存储控制程序和控制数据的易失性存储器(诸如SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)、DRAM(Dynamic RandomAccess Memory，动态随机存取存储器)等等)。
微处理器211可以根据存储在存储器213中的控制程序和控制数据执行相关联操作。
例如，微处理器211可以处理从输入单元220接收的电信号，并且根据处理结果向光发射单元290输出控制信号。将在下面描述的远程设备200的操作可以通过远程设备控制单元210的控制操作被执行。
在下文中，将更详细地描述光发射单元290的配置。
图7a和图7b是示出根据本发明的一个实施例的包括在远程设备中的光发射单元的示图，图8是示出根据本发明的一个实施例的以远程设备用光照射清扫区域的方式生成的光点的示图，并且图9是示出根据本发明的一个实施例的远程设备生成的光点的示例的示图。
参照图7a至图9，除了上述的可见光发射器291、红外线发射器293和红外线调制器295之外，光发射单元290还可以包括反射板299a和反射板299b以及透镜模块297。
可见光发射器291可以根据远程设备控制单元210输出的控制信号发射可见光。这样的可见光发射器291可以采用可见光LED(光发射二极管，LED)或发射可见光的可见光激光二极管。
红外线发射器293发射根据由红外线调制器295输出的调制信号而调制的红外线。这样的可见光发射器293可以采用发射红外线的红外线LED或红外线激光二极管。
红外线调制器295响应于用户输入的控制命令输出用于调制红外线的调制信号。
具体地，红外线调制器295可以响应于用户输入的控制命令而生成用于调制红外脉冲的宽度的脉冲宽度调制信号。
红外线发射器293可以输出具有第一脉冲宽度的第一红外脉冲以发送数据“1”，并且在这个例子中，红外线调制器295可以将第一调制信号发送到红外线发射器293使得输出第一红外脉冲。
另外，红外线发射器293可以输出具有第二脉冲宽度的第二红外脉冲以发送数据“0”，并且在这个例子中，红外线调制器295可以将第二调制信号发送到红外线发射器293使得输出第二红外脉冲。例如，当对应于控制命令的信号是“0100”时，红外线调制器295可以按声明的顺序输出第二调制信号、第一调制信号、第二调制信号和第二调制信号。红外线的调制方法不限于脉宽调制，显然还可以调制红外线的强度或频率。
反射板299a和反射板299b可以包括第一反射板299a和第二反射板299b，第一反射板299a反射可见光使得由可见光发射器291发射的可见光被集中，第二反射板299b反射红外线使得由红外线发射器293的发射的红外线被集中。
反射板299a和反射板299b可以被形成为其斜面凸起地形成的圆锥形而以使得其具有抛物线横截面，从而集中可见光和红外线，并且根据实施例，反射板299a和反射板299b可以由具有优异的可见光和红外线的反射效率的金属材料而制成。
透镜模块297可以包括第一透镜297a和第二透镜297b，第一透镜297a折射可见光使得由可见光发射器291发射的可见光被集中，并且第二透镜293b折射红外线使得由红外线发射器293发射的红外线被集中。透镜模块297中的每个透镜可以采用集中并输出入射光的凸透镜。
通过这样的反射板299a和反射板299b以及透镜模块297，由可见光发射器291发射的可见光可以是光束形式的可见光，并且由红外线发射器293发射的红外线可以是光束形式的红外线。
如图8所示，当光发射单元290用可见光和红外线照射清扫区域的地板时，所照射的可见光和红外线可以投射到清扫区域的地板上，因此可见光点VL和红外线点IR可形成在清扫区域的地板上。
用户可以通过可见光点VL识别远程设备200指示的位置，并且清扫机器人100可以通过红外线点IR识别远程设备200指示的位置。
另外，远程设备200的光发射单元290发射的红外线可以由用户的控制命令来调制，清扫机器人100可以对经调制的红外线进行解调，并且识别用户的控制命令。
远程设备200以这种方式发射的红外线可以包括关于用户的控制命令和用户指示的位置的信息，以使得远程设备200可以使用红外线向清扫机器人100同时发送两条信息。作为结果，应该不需要分别提供用于发送用户的控制命令的红外线发射器和用于显示用户指示的位置的红外线发射器。
另外，可见光点VL和红外线点IR可以彼此重叠，使得用户识别的位置和清扫机器人100识别的位置相同。另外，可见光点VL和红外线点IR可以彼此重叠以形成光点LS。
根据实施例，可以调节第一透镜297a和第二透镜297b中的每一个的直径R、第一透镜297a和可见光发射器291之间的距离d1、以及第二透镜297b和红外线发射器293之间的距离d2以使得可见光点VL和红外线点IR彼此最大化地重叠。
例如，随着第一透镜297a和第二透镜297b中的每一个的尺寸R的增大，可以更加集中光，并且因此可见光点VL和红外线点IR可以变得更亮，而且可见光点VL和红外线点IR的尺寸可以被减小。
另外，随着第一透镜297a与可见光发射器291之间的距离d1和第二透镜297b与红外发射器293之间的距离d2的增加，可见光点VL和红外线点IR可以变得更亮，而且可见光点VL和红外线点IR的尺寸可以被减小。
因此，优选地，适当地调节透镜模块297的直径以及透镜模块297与可见光发射器291或红外线发射器293之间的距离，以形成具有适当亮度和尺寸的光点。根据实施例，第一透镜297a和第二透镜297b中的每一个的直径R可以被调节为15mm或更小，第一透镜297a和可见光发射器291之间的距离d1可以被调节为30mm或更小，并且第二透镜297b和红外线发射器293之间的距离d2可以被调节为40mm或更小。可见光的波长和红外线的波长彼此不同，因此第一透镜297a和可见光发射器291之间的距离d1以及第二透镜297b和红外线发射器293之间的距离d2可能彼此不同。
同时，为了增加可见光点VL和红外线点IR彼此重叠的比率，可以调节第一透镜297a的中心和第二透镜297b的中心之间的距离D。根据实施例，当对第一透镜297a和第二透镜297b中的每一个的直径R、第一透镜297a和可见光发射器291之间的距离d1、和第二透镜297b和红外线发射器293之间的距离d2进行如上所述地设置时，可以将第一透镜297a的中心和第二透镜297b的中心之间的距离D调节为20mm或更少。
同时，根据实施例，光点LS可以具有如图9所示的各种类型，使得用户可以清楚地识别远程设备200指示的位置。
具体地，可见光点VL可以具有各种类型，使得用户可以通过可见光点VL识别远程设备200指示的位置。为此，与图9所示的光点LS的形状相对应的图案可以在第一透镜297a中形成，或者可以在第一透镜297a和可见光发射器291之间设置在其中形成与图9所示的光点LS的形状相对应的非透明图案的光学构件(未示出)。
如上所述，已经描述了远程设备200的配置和操作。
接下来，将描述清扫机器人100的配置和操作。
图10是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的控制配置的示图，图11是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的外表的示图，图12和图13是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的内部的示图，图14是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的底面的示图。
参考图10至图14，清扫机器人100可以包括主体101和副体103。如图11所示，主体101可以具有基本上半-圆柱形的形状，并且副体103可以具有长方形平行六面体的形状。
在主体101和副体103的内部和外部，可以提供用于实现清扫机器人100的功能的部件。
具体地，清扫机器人100可以包括与用户交互的用户界面120、获取清扫机器人100的***的图像的图像获取单元130、检测障碍物O的障碍物检测单元140、移动清扫机器人100的行进单元160、清扫清扫区域的清扫单元170、存储程序和各种数据的存储单元180、接收远程设备200发射的红外线的光接收单元190、控制清扫机器人100的整体操作的机器人控制单元110。
如图11所示，用户界面120可以设置在清扫机器人100的主体101的上表面上，并且包括从用户接收控制命令的输入单元121和显示清扫机器人100的操作信息的显示器123。
输入单元121可以包括打开/关闭清扫机器人100的电源按钮121a、操作或停止清扫机器人100的操作/停止按钮121b、将清扫机器人100返回到充电站的返回按钮121c(未示出)等。
包括在输入单元121中的各个按钮可以采用检测用户的压力的按压开关、检测用户的身体部位的接触的薄膜开关或触摸开关。
显示器123可以响应于用户输入的控制命令来显示清扫机器人100的信息。例如，显示器123可以显示诸如清扫机器人100的操作状态、电源的状态、用户选择的清扫模式、是否返回到充电站等的信息。
显示器123可以采用能够自发光的LED(发光二极管)或OLED(有机发光二极管)、包括独立源的液晶显示器等。
根据实施例，用户界面120可以采用从用户接收控制命令并且显示与接收到的控制命令相对应的操作信息的TSP(touch screen panel，触摸屏面板)。这种TSP可以包括用于显示操作信息和用户输入的控制命令的显示器、用于检测用户身体部位的接触的坐标的触摸面板以及用于基于由触摸面板检测的接触的坐标确定用户输入的控制命令的触摸屏控制器。
图像获取单元130可以包括获取清扫机器人100的***的图像的相机模块131。
相机模块131可以设置在清扫机器人100中包括的副体103的上表面上，并且包括用于集中从清扫机器人100的上侧发射的光的透镜和用于将光转换成电信号的图像传感器。这种图像传感器可以采用CMOS(Complementary metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器或CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)传感器。
相机模块131可以将清扫机器人100的***的图像转换成可由机器人控制单元110处理的电信号，并将与图像对应的电信号发送给机器人控制单元110。当机器人控制单元110检测清扫机器人100的位置时，可以使用图像获取单元130提供的图像。
障碍物检测单元140可以检测妨碍清扫机器人100的移动的障碍物O。在本文中，障碍物O是指从清扫空间的地板上凸出的并且防止清扫机器人100移动的所有障碍物，并且可以是包括用于将清扫空间划分的墙面以及诸如桌子、沙发等等的家具的概念。
障碍检测单元140可以包括：光发射模块141，朝着清扫机器人100的前方发射光；光接收模块143，接收由障碍物O等反射的光；和光传感器模块145，朝着清扫机器人100的一侧发射光并且接收由障碍物O反射的光。
根据实施例，清扫机器人100可以使用诸如红外线等的光来检测障碍物O，但是检测障碍物O的方法不限于此，并且显然还可以使用超声波或无线电波。
光发射模块141可以包括图12和图13所示的发射光的光源141a和以平行于清扫地板的方向漫射所发射的光的广角透镜141b。
光源141a可以采用用于以各种方向发射光的LED、或者LASER(lightamplification by simulated emission of radiation，通过模拟辐射发射的光放大)二极管。
广角透镜141b可以由能够发送光的材料制成，并且使用折射或全反射以平行于清扫地板的方向漫射从光源141a发射的光。由于广角透镜141b，可以以朝着清洁机器人100的前方以扇形的形式漫射从光发射模块141发射的光，(在下文中，以平行于清扫地面的方向漫射并且具有扇形的光被称为平面光)。
障碍物检测单元140可以包括如图12和图13所示的多个光发射模块141。这是为了最小化由光发射模块141发射的平面光不能达到的部分。
光接收模块143可以包括集中由障碍物O反射的光的反射镜143a和接收由反射镜143a反射的光的图像传感器143b。
如图12和图13所示，反射镜143a可以设置在图像传感器143b上，并且反射镜143a具有其顶点朝向图像传感器143b的圆锥形。反射镜143a可以将由障碍物O反射的反射光朝图像传感器143b反射。
图像传感器143b可以设置在反射镜143a下方，并接收由反射镜143a反射的光。具体地，图像传感器143a可以获取通过由障碍物O反射的反射光在反射镜143a上形成的二维图像。这里，图像传感器143b可以由二维图像传感器组成，其中光学传感器以二维方式布置。
图像传感器143b可以采用CMOS传感器或CCD传感器，但是图像传感器143b的示例不限于此。
光传感器模块145可以包括：左光传感器模块145a，其朝着清扫机器人100的左侧倾斜地发射光并且接收由障碍物O反射的光；以及右光传感器模块145b，朝着清扫机器人100的右侧倾斜地发射光并且接收由障碍物O反射的光。
光传感器模块145可以是为了帮助光发射模块141检测位于清扫机器人100和光接收模块143前方的障碍物O的部件，并且根据实施例，障碍物检测单元140可以不包括光传感器模块145。
光传感器模块145除了可以用于障碍物O的检测外还可以用于清扫机器人100的行进。例如，当清扫机器人100在保持与障碍物O恒定的距离的同时执行跟随障碍物的轮廓线的轮廓线跟随行进时，光传感器模块145可以检测清扫机器人100的侧表面和障碍物O之间的距离，并且机器人控制单元110可以基于光传感器模块145的检测结果来控制行进单元160以使得清扫机器人100与障碍物O保持恒定的距离。
如图12至14所示，行进单元160可以是移动清扫机器人100的部件，并且包括轮驱动马达161、行进轮163和脚轮165。
行进轮163可以设置在主体101的底面的两端，并且包括：左行进轮163a，相对于清扫机器人100的前部设置在清扫机器人100的左侧；右行进轮163b，设置在清扫机器人100的右侧。
行进轮163可以从轮驱动马达161中接收旋转力并移动清扫机器人100。轮驱动马达161可以生成用于使行进轮163旋转的旋转力，并且包括用于旋转左行进轮163a的左驱动马达161a和用于旋转右行进轮163b的右驱动马达161b。
左驱动马达161a和右驱动马达161b可以通过从机器人控制单元110中接收驱动控制信号分别地独立操作。
由于左驱动马达161a和右驱动马达161b是独立操作的，所以左行进轮163a和右行进轮163b可以彼此独立地旋转，因此，清扫机器人100可以执行各种行进，诸如向前行进、向后行进、旋转行进、就地旋转等。
例如，当左行进轮163a和右行进轮163b都以第一方向旋转时，清扫机器人100能够线性地向前行进(向前移动)，当左行进轮163a和右行进轮163b都以第二方向旋转时，主体101可以线性地向后行进(向后移动)。
另外，当左行进轮163a和右行进轮163b在它们以相同的方向旋转的同时以不同的速度旋转，清扫机器人100可以旋转地行进到右侧或左侧，并且当左行进轮163a和右行进轮163b以不同的方向旋转时，清扫机器人100可以顺时针或逆时针就地旋转。
脚轮165可以设置在主体101的底面上，并允许清扫机器人100在保持稳定的姿势的同时行进。
除了上述部件以外，行进单元160还包括：马达驱动电路(未示出)，根据机器人控制单元110的控制信号向轮驱动马达161提供驱动电流；电力发送模块(未示出)，向行进轮163发送轮驱动马达161的旋转力；旋转检测传感器(未示出)，检测轮驱动马达161或行进轮163的旋转位移和旋转速度等等。
清扫单元170可以包括：鼓刷173，散扫清扫区域的地板上的灰尘；刷驱动马达171，旋转鼓刷173；灰尘吸入风扇177，吸入散扫的灰尘；灰尘吸入马达175，旋转灰尘吸入风扇177；灰尘容纳器179，存储吸入的灰尘。
如图14所示，鼓刷173可以设置在形成在副体103的底面上的吸尘口105中，并且在相对于与副体103的清扫地面水平提供的旋转轴旋转的同时将清地面上的灰尘散扫到灰尘吸入口105中。
刷驱动马达171可以设置在鼓刷173的附近，并根据机器人控制单元110的清扫控制信号使鼓刷173旋转。
尽管未在附图中示出，清扫单元170还可以包括：马达驱动电路(未示出)，根据机器人控制单元110的控制信号来向刷驱动马达171提供驱动电流；以及电力发送模块(未示出)，将刷驱动马达171的旋转力发送到鼓刷173。
如图12和图13所示，吸尘风扇177可以设置在主体101中，并将鼓刷173散扫的灰尘吸入到灰尘容纳器179中。
灰尘吸入马达175可以设置在吸尘风扇177的附近，并根据机器人控制单元110的控制信号来旋转灰尘吸入风扇177。
尽管未在附图中示出，清扫单元170还可以包括：马达驱动电路(未示出)，根据机器人控制单元110的控制信号来向灰尘吸入马达175提供驱动电流；以及电力发送模块(未示出)，将灰尘吸入马达175的旋转力发送到灰尘吸入风扇177。
如图12和图13所示，灰尘容纳器179可以设置在主体101中，并存储由灰尘吸入风扇177吸入的灰尘。
存储单元180可以存储用于控制清扫机器人100的控制程序和控制数据、在清扫机器人100行进的同时获取的清扫空间的地图信息等等。
存储单元180可以用作帮助包括在如下所述的机器人控制单元110中的存储器115的辅助存储设备，并且可以由其所存储的数据即使在清扫机器人100的电力被关断时也不会被毁坏的非易失性存储介质来组成。这样的存储单元180可以包括：将数据存储在半导体设备中的半导体设备驱动181、将数据存储在磁盘的磁盘驱动183等等。
光接收单元190包括接收远程设备200发射的红外线的多个红外线接收器191(191a、191b、191c、191d、191e和191f)以及通过解调由多个红外线接收器191a至191f接收的红外线来获取用户的控制命令的红外线解调器193。
多个红外线接收器191a至191f可以包括设置在左后侧的左后红外线接收器191a、设置在左侧的左红外线接收器191b、设置在左前侧的左前红外线接收器191c、设置在右前侧的右前红外线接收器191d、设置在右侧的右红外线接收器191e以及设置在右后侧的右后红外线接收器191f。多个红外线接收器的数量和安装示例不限于图12和13中所示的那些。
多个红外线接收器191a至191f可以沿着清扫机器人100的主体101的***设置，并接收从所有侧面传播的红外线，并且清扫机器人100可以根据多个红外线接收器191a至191f当中接收远程设备200发射的红外线的红外线接收器的位置来确定远程设备200指示的位置(光点的位置)。
图15是示出根据本发明的一个实施例的在其中清扫机器人可以检测远程设备发出的红外线的红外线检测区域的示例的示图，图16是示出根据本发明的一个实施例的在其中清扫机器人的多个红外接收器接收从远程设备发射的光的示例的示图。
如上所述，当用户使用远程设备200移动清扫机器人100时，远程设备200朝着清扫机器人100将要移动的位置发射红外线，并且清扫机器人100接收远程设备200指示的、在清扫地板上反射的红外线。
所反射的红外线具有比从远程设备200直接发射的红外线更短的传播距离，因此如图15所示清扫机器人100可以接收在红外线接收范围RR内反射的红外线，但是可能不接收在红外线接收区域RR外部反射的红外线。
具体地，当光点LS位于红外线接收区域RR内时，清扫机器人100可以接收用户的控制命令并检测光点LS的位置。例如，如图15所示，清扫机器人100可以检测位于红外线接收区域RR内的第一光点LS1，但是可能不检测位于红外线接收区域RR外部的第二光点LS2。
同时，根据实施例，清扫机器人100和远程设备200之间的识别距离可以通过大范围地设计清扫机器人100的红外线接收范围RR而增加，并且当估计清扫机器人100的移动方向时，由于从远程设备200发射的红外线造成的光的模糊以及清扫机器人100和远程设备200之间的识别距离的增加，可能发生噪声。在下文中，不管用户的意图如何而在清扫机器人100上发生入射的红外线可以称为噪音。
参考图16，可以使得从远程设备200输出的红外线进入清扫机器人100的红外线接收范围RR，使得在红外线接收区域RR内形成光点LS，并且清扫机器人100可以接收在光点LS上反射的红外线。同时，从远程设备200发射的红外线当中的一些红外线可以入射到设置在清扫机器人100中的多个红外线接收器191a至191f当中的一个或多个红外线接收器，从而可能发生噪声。
根据本发明的清扫机器人100可以采用基于概率的滤波方法来最小化由于清扫机器人100和远程设备200之间的识别距离的增加而发生的噪声，将稍后再描述基于概率的滤波方法。
红外线解调器193解调由红外线接收器191接收的红外线。远程设备200的红外线调制器295可以响应于用户的控制命令来调制红外线，并且清扫机器人100的红外线解调器193可以解调远程设备200调制的红外线并且获取用户的控制命令。另外，红外线解调器193可以将所获取的控制命令提供给机器人控制单元110。
机器人控制单元110控制清扫机器人100的整体操作。
具体地，机器人控制单元110可以包括：输入/输出接口117，其在清扫机器人100和机器人控制单元110中所包括的各种组件之间协调数据的输出和输入；存储器115，其存储程序和数据；图形处理器113，执行图像处理；主处理器111，根据存储在存储器113中的程序和数据执行算术运算；以及***总线119，作为输入/输出接口117、存储器115、图形处理器113和主处理器111当中的数据发送和接收路径。
输入/输出接口117接收从图像获取单元130接收到的图像、由障碍物检测单元140检测到的障碍物检测结果等，并且经由***总线119将接收到的信息发送到主处理器111、图形处理器113、存储器115等等。另外，输入/输出接口117可以将由主处理器111输出的各种控制信号发送到行进单元160或清扫单元170。
存储器115可以从存储单元180中读取并存储用于控制清扫机器人100的操作的控制程序和控制数据，或者暂时存储由图像获取单元130获取的图像、由障碍物检测单元140检测到的障碍物检测结果等。
存储器115可以包括诸如SRAM、DRAM等的易失性存储器。然而，存储器115的示例不限于此，存储器115根据需要可以包括诸如闪存、ROM(read only memory，只读存储器)、EPROM、EEPROM等的非易失性存储器。
图形处理器113可以将由图像获取单元130获取的图像转换为可以存储在存储器115或存储单元180中的格式，或者改变由图像获取单元130获取的图像的分辨率或尺寸。
另外，图形处理器113可将由障碍物检测单元150获取的反射光图像转换成可由主处理器111处理的格式。
主处理器111可以根据存储在存储器115中的程序和数据来执行估计远程设备200指示的方向的算术运算。
如上所述，为了将控制命令发送到清扫机器人100，可以将从远程设备200输出的红外线当中的一些红外线入射到设置在清扫机器人100中的多个红外线接收器191a至191f当中的一个或多个红外线接收器上，从而可能发生噪声。
根据本实施例，清扫机器人100可以采用基于概率的滤波方法，从而可以消除由于清扫机器人100与远程设备200之间的识别距离的增加而发送到清扫机器人100的噪声。
在下文中，基于概率的滤波方法可以是指基于贝叶斯定理来估计清扫机器人100的行进方向的方法。贝叶斯定理是使用先验概率和似然性来计算后验概率的方法，并且根据本实施例的清扫机器人100可以通过根据基于概率的滤波方法使用贝叶斯滤波器来对光进行滤波以估计清扫机器人100的行进方向。
贝叶斯滤波器可以包括高斯滤波器和非参数滤波器。更具体地，高斯滤波器可以是通过高斯平均和色散参数来表示概率分布的方法，并且可以是包括卡尔曼滤波器、EKF(extended Kalman filter)、UKF(unscented Kalman filter)、信息滤波器等。另外，非参数滤波器可以是通过有限样本来表示概率分布的方法，并且可以是包括直方图滤波器和粒子滤波器的概念。在下文中，为了便于描述，将描述粒子滤波器，但是根据所公开的本发明的估计清扫机器人100的行进方向的方法的示例不限于粒子滤波器。
作为基于反复试验的模拟方法之一，可以将粒子滤波方法称为SMC(SequentialMonte Carlo，顺序蒙特卡罗)方法。这里，蒙特卡罗方法可以是通过收集大量的随机输入结果来概率地计算函数的值的方法。蒙特卡罗方法可以通过概率地计算函数的值来找出***的特征。
主处理器111可以根据粒子滤波方法来提取具有清洁机器人100的位置和方向角度的预测值的多个样本，并且使用其中每个样本是清洁机器人100的实际位置和方向角度的概率来计算清洁机器人100的最佳姿势。这里，姿势可以包括关于清洁机器人100的平面上的二维坐标***的位置信息和清洁机器人100的前进方向的粒子的方向角度信息。
在下文中，将参照附图更详细地描述用于估计远程设备200指示的方向的主处理器111的算术运算。
图17是功能性地划分主处理器的运算操作的控制框图，图18至图23是示出通过粒子滤波器方法估计清扫机器人的行进方向的方法的示图。
如图17所示，主处理器111可以包括用于对粒子进行采样的采样单元111-1、用于向所采样的粒子分配权重的权重计算单元111-3、以及用于基于权重重新选择粒子的再采样单元111-5。
主处理器111可以使用采样单元111-1来对粒子进行采样，使用权重计算单元111-3来将权重分配给所采样的粒子，使用再采样单元111-5来基于权重重新选择粒子，然后基于重新选择的粒子的排列角度信息的权重平均值确定清扫机器人100的方向。
具体地，采样单元111-1可以在与清扫机器人100所处的清扫区域的平面平行的假想平面上根据预先选定的标准来选择清扫机器人100的候选位置(在下文中，可以被称为“粒子”)。
选择粒子的方法可以由以下等式1表示。
[等式1]
x_t^[m]～P(x_tlu_t，x_t-1^[m])
这里，m表示粒子索引，x_t表示粒子P相对于清扫机器人100的前侧的排列角度，p表示概率分布，u_t表示控制输入，x_t-1表示当时间是t-1时粒子P相对于清扫机器人100的前侧的排列角度。
参考等式1，根据概率分布p选择的粒子可以被不同地确定。根据实施例的采样单元111-1可以根据具有相对于每个粒子P的固定色散的高斯分布来对粒子进行采样。当粒子根据高斯分布被采样时，粒子P很大可能被选择为大约为平均值的值，并且在这个例子中，平均值是指粒子P当前估计的角度。同时，在等式1中，p表示高斯分布，并且当不存在特定的控制输入时，可以将u_t确定成0。
参照图18和图19中描述的那些，将更详细地描述采样单元的操作。
在采样过程的开始，粒子P可以如图18所示分布。在根据本实施例的粒子滤波方法中，可以以恒定的周期重复采样过程、权重计算过程和再采样过程，并且因此如图18所示的粒子P的分布可以是已经经过再采样处理然后确定的粒子P的分布。采样单元111-1可以根据相对于每个粒子P的高斯分布来选择粒子P的位置。
位置计算单元111-3可以计算采样单元111-1中所选择的每个粒子P的权重，并且将权重分配给每个粒子P。更具体地，权重计算单元111-3可以基于红外线接收器191相对于清扫机器人100的前侧的排列角度和粒子P相对于清扫机器人100的前侧的排列角度信息来计算每个粒子P的权重。权重计算单元111-3可以基于红外线接收器191的排列角度和粒子P的排列角度之间的差来计算每个粒子P的权重。参考图20，红外线接收器191相对于清扫机器人100的前侧的排列角度可以被定义为z_t，并且粒子P相对于清扫机器人100的前侧的排列角度可以被定义为x_t。
红外线接收器191的排列角度z_t可以是接收红外线的红外线接收器191的排列角度，而接收红外线的红外线接收器191可以是单个红外线接收器，但是根据实施例，多个红外线接收器191可以接收红外线。在本文中，如图19所示，在多个红外线接收器191a至191f当中接收红外线信号的红外线接收器可以由填满黑色的点来指示。
当单个红外线接收器191b接收到红外信号时，可以在计算每个粒子P的权重时提供相应的红外线接收器191b的排列角度信息。
当多个红外线接收器191a至191f接收到红外信号时，多个红外线接收器191a至191f的排列角度信息可以被提供给权重计算单元111-3，并且权重计算单元111-3可以基于多个红外线接收器191a至191f的排列角度信息来计算假想红外线接收器的排列角度信息。
例如，当红外线接收器191a和红外线接收器191b同时接收到红外线时，红外线接收器191a可能连续接收红外信号，而红外线接收器191b可能不连续地接收红外信号。在这种情况下，红外线接收器191b可能以预定的时间间隔接收到红外信号，并且红外信号是否被接收可以以光学信号的形式显示。
当红外线接收器191b以第一时间间隔接收到红外信号时，权重计算单元111-3可以确定红外线接收器布置在相对于清扫机器人100的前侧的第一角度的距离处。当红外线接收器191b以第二时间间隔接收到红外信号时，权重计算单元111-3可以确定红外线接收器布置在相对于清扫机器人100的前侧的第二角度的距离处。这里，第二时间可以比第一时间更长，在这种情况下，第一角度可以比第二角度更短。
权重计算单元111-3可以基于红外线接收器的排列角度z_t和以上述方法确定的粒子P的排列角度x_t来计算每个粒子P的权重。更具体地，权重计算单元111-3可以计算红外线接收器的排列角度z_t和粒子P的排列角度x_t之间的差ΔA，并且以差ΔA和分配给每个粒子P的权重彼此成反比的方式确定分配给粒子P的权重。
例如，当红外线接收器的排列角度z_t和粒子P的排列角度x_t之间的差大时，权重计算单元111-3可以将相对小的权重分配给相应的粒子P，当红外线接收器的排列角度z_t和粒子P的排列角度x_t之间的差小时，则将相对大的权重分配给相应的粒子P。
计算权重的方法可以由以下等式2表示。
[等式2]
W_t^[m]＝P(z_t l x_t^[m])
在本文中，m表示粒子索引，x_t表示粒子P相对于清扫机器人100的前侧的排列角度，p表示概率分布，w_t表示所估计的粒子P的权重，并且z_t表示接收红外信号的红外线接收器相对于清扫机器人100的前侧的排列角度，并且根据本实施例，p表示高斯分布。
再采样单元111-5可以基于权重计算单元111-3计算的权重来重新选择粒子P。具体地，再采样单元111-5可以在粒子P的权重有偏差时(参考有效采样尺寸变得更小的情况)重新选择粒子P。换句话说，如图21所示，具有小概率权重的粒子P可能消失，而具有大概率权重的粒子P可能被复制。
主处理器111可以通过计算再采样单元111-5最后存活的粒子P的排列角度x_t的权重平均值来确定清扫机器人100的行进方向。根据本实施例，如图22所示可以确定清扫机器人100的行进方向，并且所确定的清扫机器人100的行进方向可以是基于粒子滤波方法概率性估计的值。
根据所公开的发明的清扫机器人100可以根据上述方法估计行进方向，使得清扫机器人100周围的所有方向可以被潜在地确定为拖曳方向。因此，可以更准确地估计清扫机器人100的行进方向，换句话说，可以提高清扫机器人100的分辨率。
另外，通过应用基于概率的滤波方法，可以去除由于清扫机器人100和远程设备200之间的识别距离的增加而可能发生的噪声。因此，即使在噪声环境下，也可以准确地估计清扫机器人100的行进方向。
同时，主处理器111还可以包括粒子初始化单元。然而，根据实施例，可以省略粒子初始化单元。
如有必要，粒子初始化单元可以初始化粒子P。具体地，如图23所示，粒子初始化单元可以以每个粒子P的排列角度具有0到360度的范围之内的任意值的方式来重新选择粒子P。在该实例中，所选择的粒子P可以被选择为具有相同的权重。
粒子初始化单元可以在清扫机器人100的行进方向估计开始时重新选择粒子P。根据实施例，当分配给粒子P的权重的分布具有过分的偏差(有效采样尺寸非常的小的情况下)时，可以重新选择粒子P。然而，初始化粒子P的示例不限于此。
主处理器111可以处理图像获取单元130或障碍物检测单元140的检测结果，或者执行用于控制行进单元160和清扫单元170的算术操作。
例如，主处理器111可以基于由图像获取单元130获取的图像来计算清扫机器人100的位置，或者基于由障碍物检测单元150获取的图像来计算障碍物的方向、距离和尺寸。
另外，主处理器111可以执行用于取决于障碍物O的方向、距离、尺寸等来确定是避免障碍物O还是接触障碍物的操作。当确定避免障碍物O时，主处理器111可以计算行进路线来避免障碍物O，并且当确定与障碍物O接触时，主处理器111可以计算行进路线来将障碍物O与清扫机器人100对准。
另外，主处理器111可以生成要向行进单元160提供的行进控制数据，使得清扫机器人100沿着所计算的行进路线移动。
如上所述，已经描述了清扫机器人100的配置。
以下，将描述清扫机器人100的操作。
图24是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的拖曳行进的操作过程的流程图，并且图25至图27是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人跟随光点的示例的示图。
在下文中，将参考图24到图27描述清扫机器人100的拖曳行进。这里，拖曳行进是指让清扫机器人100朝着用户使用远程设备200指示的位置移动的行进，换句话说，点清扫方法的行进。
首先，在操作1010中，清扫机器人100确定是否从远程设备200接收到拖曳命令。
用户可以使用远程设备200的输入单元220将拖曳命令输入到清扫机器人100。
当用户在指示清扫机器人100要移动到的位置(清扫区域的地板)的同时将拖曳命令输入到远程设备200时，远程设备200可以响应于拖曳命令来调制红外线，并且利用经调制的红外线与可见光一起照射清扫机器人100要移动到的位置。
远程设备200以这种方式发出的可见光和红外线可以在清扫机器人100要移动到的位置形成光点LS，并被清扫区域的地板反射。
清扫机器人100可以通过光接收单元190接收由清扫区域的地板反射的红外线，并通过解调所接收的红外线来获取拖曳命令。
当没有接收到拖曳命令(操作1010中的否)时，清扫机器人100可以继续执行先前已经执行的操作。
在操作1020中，当接收到拖曳命令(操作1010中的是)时，清扫机器人100可以使用光接收单元190基于接收到的红外信号来检测光点LS的位置。
当远程设备200如上所述用红外线照射清扫区域的地板时，清扫机器人100可以使用光接收单元190接收由清扫区域的地板反射的红外线。更具体地，清扫机器人100可以通过多个红外线接收器191a至191f当中的一个或多个红外线接收器接收由清扫区域的地板反射的红外线。
当通过红外线接收器191接收红外线时，清扫机器人控制单元110的主处理器111可以执行粒子采样。接下来，清扫机器人控制单元110的主处理器111可以通过向采样粒子P分配权重来估计光点LS的位置(换句话说，清扫机器人100的拖曳方向)。
在操作1030中，当检测到光点LS的相对位置时，清扫机器人100朝检测到的光点LS移动。
清扫机器人100可以就地旋转，以使得光点LS可以位于清扫机器人100的前侧，然后朝着光点LS线性地移动。
例如，当光点LS位于清扫机器人的左前方时，清扫机器人100可以如图25的(a)所示地逆时针地朝着光点LS旋转。接下来，清扫机器人100可以如25的(b)所示地朝着光点向前移动。
根据实施例，通过取决于光点LS的位置改变清扫机器人100的线速度和角速度，清扫机器人100可以弯曲地朝着光点LS的位置移动。
例如，当光点LS位于清扫机器人100的左前侧时，清扫机器人100可以在形成如图26的(a)和(b)所示的曲线的同时弯曲地向光点LS移动。
具体而言，当如图27的(a)所示，光点LS位于清扫机器人100的前侧时，清扫机器人100可以以第一线速度v1和第一角速度ω1移动，在这个实例中，第一角速度ω1可以是“0”。换句话说，清扫机器人100可以以第一线速度v1朝着光点LS向前移动。
另外，当如图27的(b)所示，光点LS位于清扫机器人100的左前侧时，清扫机器人100可以以第二线速度v2和第二角速度ω2移动。在这种情况下，第二线速度v2可以小于上述第一线速度v1，并且第二角速度ω2可以被确定为除“0”以外的值。换句话说，清扫机器人100可以执行具有与第二线速度v2和第二角速度ω2相对应的第二旋转半径r2的旋转行进。
尽管图中未示出，但是当光点LS位于清扫机器人100的右前侧时，除了清扫机器人100的方向改变以外，清扫机器人100可以以与图26中的(b)所示的相同的方式移动。
另外，当如图27的(c)所示，光点LS位于清扫机器人100的左侧时，清扫机器人100可以以第三线速度v3和第三角速度ω3移动。
在这个实例中，第三线速度v3可以小于上述第二线速度v2，并且第三角速度ω3可以大于第二角速度ω2。换句话说，清扫机器人100可以执行具有与第三线速度v3和第三角速度ω3相对应的第三旋转半径r3的旋转行进，并且第三转动半径r3可以小于第二旋转半径r2。
尽管图中未示出，但是当光点LS位于清扫机器人100的右侧时，除了清扫机器人100的方向改变以外，清扫机器人100可以以与图26中的(c)所示的相同的方式移动。
另外，当如图27的(d)所示，当光点LS位于清扫机器人100的左后侧时，清扫机器人100可以以第四线速度v4和第四角速度ω4移动。
在这个实例中，第四线速度v4可以小于上述第三线速度v3，并且第四角速度ω4可以大于第三角速度ω3。换句话说，清扫机器人100可以执行具有与第四线速度v4和第四角速度ω4相对应的第四转动半径r4的旋转行进，并且第四旋转半径r4可以小于第三旋转半径r3。
以这种方式，通过将第四旋转半径r4设置为小于第三转动半径r3，当光点LS位于清扫机器人100的后侧时，清扫机器人100可以更迅速地改变前进方向。
尽管图中未示出，但是当光点LS位于清扫机器人100的右后侧时，除了清扫机器人100的方向改变以外，清扫机器人100可以以与图26中的(d)所示的相同的方式移动。
另外，当如图27的(e)所示，光点LS位于清扫机器人100的后侧时，清扫机器人100可以以第五线速度v5和第五角速度ω5移动。在这个实例中，第五线速度v5和第五角速度ω5可以与上述第四线速度v4和第四角速度ω4等同。换句话说，清扫机器人100可以执行具有与第五线速度v5和第五角速度ω5相对应的第五旋转半径r5的旋转行进，并且第五旋转半径r5可以与第四旋转半径r4等同。
然而，本发明不限于第五线速度v5和第五角速度ω5与第四线速度v4和第四角速度ω4等同的情况，并且第五线速度v5可以小于上述第四线速度v4，并且第五角速度ω5可以大于第四角速度ω4。
如上所述，当光点LS位于清扫机器人100的后侧时，清扫机器人100的线速度可以被设置得更小，并且其角速度可以被设置得更大。以这种方式，当光点LS位于清扫机器人100的后侧时，清扫机器人100的线速度可以被设置得更小并且其角速度可以设置得更大，以使得当光点LS位于清扫机器人100的后侧时，可以更快地改变前进方向。接下来，在操作1040中，清扫机器人100确定拖曳命令的接收是否停止。换句话说，清扫机器人100通过光接收单元190确定包括拖曳命令的红外线的接收是否停止。
拖曳命令的接收可能由于各种原因而停止。
例如，当用户停止拖曳命令时，清扫机器人100可能不会接收到包括拖曳命令的红外线。
当清扫机器人100到达光点LS的位置时，用户可以停止拖曳命令。也就是说，用户可以停止按压远程设备200的拖曳按钮225。
以这种方式，当清扫机器人100到达指定位置时，可能停止拖曳指令的接收。
作为另一示例，当光点LS位于清扫机器人100能够接收红外线的范围之外时，清扫机器人100可能不会接收到包括拖曳命令的红外线。
当用户快速地移动远程设备200指示的位置时，光点LS可能位于清扫机器人100的红外线接收范围RR之外。
当光点LS以这种方式位于清扫机器人100的红外线接收范围RR之外时，清扫机器人100可能不会接收到包括拖曳命令的红外线，从而停止拖曳命令的接收。
当清扫机器人100到达指定位置时或者当用户指示清扫机器人100的红外线接收范围RR之外的位置时，清扫机器人100可能不会接收到包括拖曳命令的红外线。
当接收拖拽命令继续(操作1040中的否)时，清扫机器人100可以重复光点LS的位置检测和朝着光点LS的移动。
当接收拖曳命令停止(操作1040中的是)时，清扫机器人100可以停止跟随光点LS。
在图24至图27中，已经描述了在无噪声环境中将红外信号输入到单个红外线接收器191b的情况，但是清扫机器人100可能面对更多各种各样的环境。
根据实施例，清扫机器人100可以在多个方向上接收红外信号，并且在这种情况下，可以让红外信号入射到多个红外线接收器191中。当让红外信号入射到多个红外线接收器191时，估计光点LS的位置的处理可以以与图24至图27中相同的方式被执行，在下文中，将省略其重复说明。
作为另一示例，在清扫机器人100执行拖曳行进的同时，噪声可以被输入到清扫机器人100的红外线接收器191。清扫机器人100可以在基于概率的滤波方法中检测光点LS的位置，因此即使在噪声被输入到多个红外线接收器191a和191b的情况下，清扫机器人100也不会立即响应噪声。在下文中，将描述当在清扫机器人100的拖曳行进期间噪声被输入到清扫机器人100时，清扫机器人100的拖曳行进。
图28是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的操作方法的示图，并且图29是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人在噪声环境下估计行进方向的示例的示图。
参照图28和图29，将描述清扫机器人100在噪声环境中的拖曳行进。
首先，在操作1050中，清扫机器人100确定是否从远程设备200接收到拖曳命令。
当用户在指示清扫机器人100要移动到的位置(清扫区域的地板)的同时将拖曳命令输入到远程设备200时，远程设备200可以响应于拖曳命令来调制红外线，并且利用所调制的红外线与可见光一起照射清扫机器人100要移动到的位置。
清扫机器人100可以通过光接收单元190接收由清扫区域的地板反射的红外线，并通过解调所接收的红外线来获取拖曳命令。
当没有接收到拖曳命令(操作1050中的否)时，清扫机器人100可以继续执行先前已经执行的操作。
当接收到拖拽命令(操作1050中的是)时，在操作1060中清扫机器人100可以基于已经穿过光接收单元190的红外线接收器191入射的红外信号来检测光点LS的位置，并且在操作1070中朝着光点LS的所检测到的位置移动。光点LS的位置检测和朝着光点LS的移动与上述相同，并且将省略其重复的说明。
在操作1080中，清扫机器人100确定在清扫机器人100朝着光点LS移动的同时是否接收到单独的红外信号。在本文中，单独的红外信号可以是用户使用远程设备200新生成的拖曳命令，或者是不管用户的意图如何而入射到红外线接收器191上的拖曳命令。
当接收到单独的红外信号(操作1080中的是)时，清扫机器人100可以重复光点LS的位置检测和朝着光点LS的移动。
在这个实例中，根据实施例，单独的红外信号可以是以与从远程设备200发射的红外信号入射的方向相反的方向入射的红外信号。换句话说，单独的红外信号可以是已经入射到清扫机器人100的红外线接收器191上的噪声，而不管用户在清扫机器人100行进期间的意图如何。
根据本实施例的清扫机器人100可以基于过去的粒子滤波器的估计值来计算当前接收到的红外信号的估计值，并且因此，如图29所示，尽管以与接收到初始红外信号的方向D1相反的方向D2接收到红外信号，粒子的分布不会到达相应的红外信号。因此，当确定清扫机器人100的拖曳方向时，可以忽略在相反方向D2上临时接收到的红外信号。
根据实施例，当连续接收到单独的红外信号(操作1080中的是)时，粒子可以在若干次的滤波处理之后转向跟随相应的红外信号的方向。在这种情况下，可以解释为该单独的红外信号不是噪声。
清扫机器人100可以通过以上述方法对噪声进行滤波来最小化由于清扫机器人100和远程设备200之间的识别距离的增加而发生的噪声。
在操作1090中，当没有接收到单独的红外信号(操作1080中的否)时，清扫机器人100确定拖曳命令的接收停止了。
当接收拖曳命令继续(操作1090中的否)时，清扫机器人100重复光点LS的位置检测、朝着光点LS的移动以及对是否接收到单独的红外信号的确定。
如上所述，当拖曳命令的接收停止(操作1090中的是)时，清扫机器人100停止跟随光点LS。当清扫机器人100到达指定位置时或者当用户指示在清扫机器人100的红外线接收范围之外的位置时，拖曳命令的接收可能停止。
如上所述，已经描述了清扫机器人100在噪声环境中的拖曳行进。
根据实施例，当在清扫机器人100的拖曳行进期间在清扫机器人100的移动路线上检测到障碍物O时，清扫机器人100可以执行避免与障碍物O的碰撞的防撞行进。在下文中，将描述在清扫机器人100的拖曳行进期间清扫机器人100避免与障碍物O的碰撞的防撞行进。
图30是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人的防撞行进的操作方法的示图，图31是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人检测障碍物的位置的示例的示图，并且图32是示出根据本发明的一个实施例的清扫机器人跟随障碍物的轮廓线的示例的示图。
参照图30至图32，将描述清扫机器人100的防撞行进。然而，将简化与在图24至图27中描述的操作相同的操作的描述。
首先，在操作1110中，清扫机器人100确定是否从远程设备200接收到拖曳命令。
当用户在指示清扫机器人100要移动到的位置(清扫区域的地板)的同时将拖曳命令输入到远程设备200时，远程设备200可以响应于拖曳命令来调制红外线，并且利用所调制的红外线与可见光一起照射清扫机器人100要移动到的位置。
清扫机器人100可以使用光接收单元190接收由清扫区域的地板反射的红外线，并通过解调所接收的红外线来获取拖曳命令。
当没有接收到拖曳命令(操作1110中的否)时，清扫机器人100可以继续执行先前已经执行的操作。
在操作1115中，当接收到拖曳命令(操作1110中的是)时，清扫机器人100确定是否检测到障碍物O。
清扫机器人100可以使用上述障碍物检测单元140检测妨碍清扫机器人100行进的障碍物O。
清扫机器人100可以使用光发射模块141和光接收模块143检测位于清扫机器人100前方的障碍物O。
光发射模块141朝着清扫机器人100的前方发射平面光，并且光接收模块143接收障碍物O反射的反射光。这样的反射光可以由障碍物O的若干部分反射，并且因此光接收模块143可以接收二维反射光图像。另外，清扫机器人100可以基于光接收模块143接收到的反射光图像来计算障碍物O的位置、尺寸等。
另外，清扫机器人100可以使用光传感器模块145检测位于清扫机器人100的侧表面处的障碍物O。
光传感器模块145可以朝着清扫机器人100的侧表面发射光，并且接收障碍物O反射的光。另外，清扫机器人100可以通过分析接收到的光来计算清扫机器人100和障碍物O之间的距离。
当未检测到障碍物O(操作1115中的否)时，在操作1120中，清扫机器人100基于入射穿过光接收单元190的红外线接收器191的红外信号来检测光点LS的位置，并且在操作1130中朝着检测到的光点LS移动。光点LS的位置检测和朝着光点LS的移动与上述的那些相同，并且将省略其重复的说明。
另外，在操作1140中，清扫机器人100确定拖曳命令的接收是否停止。
当拖曳命令的接收继续(操作1140中的否)时，清扫机器人100重复障碍物O的检测、光点LS的位置检测和朝着光点LS的移动。
当拖曳命令的接收停止(操作1140中的是)时，清扫机器人100停止跟随光点LS。如上所述，当清扫机器人100到达指定位置时或者当用户指示在清扫机器人100的红外线接收范围之外的位置时，可以停止拖曳命令的接收。
根据实施例，当检测到障碍物O(操作1115中的是)时，在操作1150中，清扫机器人100检测光点LS的位置。清扫机器人100检测光点LS的位置的方法与上述相同，并且将省略其重复描述。
接下来，在操作1160中，清扫机器人100检测障碍物O的位置。
清扫机器人100可以使用障碍物检测单元140检测障碍物O的位置。例如，如图31所示，清扫机器人100可以将障碍物检测单元140能够检测到障碍物O的障碍物检测范围(detection range，DR)划分成多个区域，并且确定障碍物O位于哪个区域中。
障碍物检测范围DR可被划分成位于清扫机器人100的左侧的左侧检测范围(leftside detection range，LSDR)、位于清扫机器人100的左前侧的左前检测范围(left frontdetection range，LFDR)、位于清扫机器人100的右前侧的右前检测范围(right frontdetection range，RFDR)、位于清扫机器人100的右侧的右侧检测范围(right sidedetection region，RSDR)。
当由障碍物检测单元140中包括的左光传感器模块145a检测到障碍物O时，清扫机器人100可以确定障碍物O位于左侧检测范围LSDR中，并且当由右光传感器145b检测到障碍物O时，清扫机器人100可以确定障碍物O位于右侧检测范围RSDR中。另外，清扫机器人100可以基于由光接收模块143接收的反射光图像来检测障碍物O是位于左前检测范围LFDR还是右前检测范围RFDR中。
如上所述，障碍物检测范围DR可以被划分成四个检测区域，但是不限于此。例如，障碍物检测区域范围DR可以被划分成三个或少于三个检测区域或者五个或多于五个检测区域。
在操作1170中，在检测到光点LS的位置和障碍物O的位置之后，清扫机器人100选择轮廓线跟随行进的方向以避免与障碍物O的碰撞。
当检测到障碍物O时，清扫机器人100可以执行清扫机器人100平行于障碍物O的轮廓线移动的轮廓线跟随行进，以避免与障碍物O的碰撞并朝着光点LS移动。
轮廓线跟随行进可以包括如图32的(a)所示的清扫机器人100在清扫机器人的右表面维持与障碍物O恒定的距离的同时行进的的右跟随行进(right follow traveling，RWF)，和如图32的(b)所示的在清扫机器人100在清扫机器人的左表面维持与障碍物O恒定的距离的同时行进的左跟随行进(left follow traveling，LWF)。
当在拖曳行进期间检测到障碍物O时，清扫机器人100可以基于光点LS的位置和障碍物O的位置来选择右跟随行进RWF和左跟随行进LWF中的任何一个以便以最短路线行进到光点LS的位置。
在操作1180中，当选择跟随障碍物O的轮廓线的方向时，清扫机器人100沿着所选择的方向平行于障碍物O的轮廓线行进。
清扫机器人100的机器人控制单元110可以控制行进单元160，使得清扫机器人100在清扫机器人100的右表面或左表面维持与障碍物O的轮廓线恒定的距离的同时行进。
接下来，在操作1190中，清扫机器人100确定是否满足障碍物O的轮廓线跟随终止条件。
当光点LS位于障碍物O的相反侧时或者当光点LS位于与清扫机器人100的行进方向相反的方向上时，清扫机器人100可以停止轮廓线跟随行进并执行跟随光点LS的拖曳行进。
当不满足轮廓线跟随终止条件(操作1190中的否)时，清扫机器人100重复光点LS的位置检测、障碍物O的位置检测和障碍物O的轮廓线跟随行进。
在操作1140中，当满足轮廓线跟随终止条件(操作1190的是)时，清扫机器人100确定拖曳命令的接收是否停止。
当拖曳命令的接收继续(操作1140中的否)时，清扫机器人100重复障碍物O的检测、光点LS的位置检测和朝着光点LS的移动，并且当拖曳命令的接收停止(操作1140中的是)时，清扫机器人100停止朝着光点LS的跟随和障碍物O的轮廓线跟随。
尽管已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，其范围由权利要求及其等同物来定义。

Claims (15)

1.一种移动机器人，包括，
行进单元，移动主体；
光接收单元，接收光；以及
控制单元，通过根据基于概率的滤波方法对从所述光接收单元接收的光进行滤波来确定行进方向，并且控制所述行进单元使得所述主体以所述行进方向行进，
其中，所述通过根据基于概率的滤波方法对从所述光接收单元接收的光进行滤波来确定行进方向包括：在与移动机器人所处的清扫区域的平面平行的假想平面上根据预先选定的标准来选择移动机器人的候选位置作为粒子。
2.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述控制单元包括：采样单元，对粒子进行采样；权重计算单元，为每个所采样的粒子分配权重；以及再采样单元，基于分配给每个粒子的权重来重新选择具有等于或大于概率预设基准的粒子，并且基于重新选择的粒子的排列角度信息的权重平均值来确定所述移动机器人的行进方向。
3.如权利要求2所述的移动机器人，其中所述采样单元根据相对于每个粒子的高斯分布来对粒子进行采样。
4.如权利要求2所述的移动机器人，其中所述权重计算单元将所述权重分配给每个粒子，使得已经接收了光的光接收单元相对于所述移动机器人的前侧的排列角度和所述粒子相对于所述移动机器人的前侧的排列角度之间的差与被分配给每个粒子的权重成反比。
5.如权利要求4所述的移动机器人，其中当多个光接收单元接收到光学信号时，所述光接收单元的排列角度包括基于所述多个光接收单元的排列角度信息而确定的假想排列角度。
6.如权利要求1所述的移动机器人，其中当所述光接收单元接收到单独的光时，所述控制单元通过根据所述基于概率的滤波方法对由所述光接收单元接收到的多个光进行滤波，来确定所述移动机器人的行进方向。
7.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述控制单元还可以包括将多个粒子重新选择成具有相同的权重的粒子初始化单元。
8.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述控制单元通过根据使用贝叶斯滤波器的所述基于概率的滤波方法对所述光接收单元接收的光进行滤波以确定所述行进方向，并且所述贝叶斯滤波器包括卡尔曼滤波器、EKF(扩展卡尔曼滤波器)、UKF(无损卡尔曼滤波器)、信息滤波器、直方图滤波器和粒子滤波器中的至少一个。
9.一种用于控制移动机器人的方法，包括：
由光接收单元接收光；
通过根据基于概率的滤波方法对所接收的光进行滤波来确定所述移动机器人的行进方向；以及
沿确定的行进方向执行行进，
其中，所述通过根据基于概率的滤波方法对从所述光接收单元接收的光进行滤波来确定行进方向包括：在与移动机器人所处的清扫区域的平面平行的假想平面上根据预先选定的标准来选择移动机器人的候选位置作为粒子。
10.如权利要求9所述的用于控制移动机器人的方法，其中确定行进方向包括：
对粒子进行采样，
为每个所采样的粒子分配权重，
基于分配给每个粒子的权重来重新选择具有等于或大于概率预设基准的粒子，以及
基于所述重新选择的粒子的排列角度信息的权重平均值来确定所述移动机器人的行进方向。
11.如权利要求10所述的用于控制移动机器人的方法，其中所述粒子的采样包括根据相对于每个粒子的高斯分布来对粒子进行采样，并且所述为每个所采样的粒子分配权重包括：为每个粒子分配权重，使得所述光接收单元相对于所述移动机器人的前侧的排列角度和所述粒子相对于所述移动机器人的前侧的排列角度之间的差与被分配给每个粒子的权重成反比。
12.如权利要求11所述的用于控制移动机器人的方法，当多个光接收单元接收到光学信号时，还包括：
基于所述多个光接收单元的排列角度信息来确定所述光接收单元的假想排列角度。
13.如权利要求9所述的用于控制移动机器人的方法，其中，当所述光接收单元接收到单独的光时，确定行进方向包括：通过根据所述基于概率的滤波方法对由所述光接收单元接收到的多个光进行滤波来确定所述移动机器人的行进方向。
14.如权利要求9所述的用于控制移动机器人的方法，其中确定行进方向包括：将多个粒子重新选择成具有相同的权重。
15.如权利要求9所述的用于控制移动机器人的方法，其中确定行进方向包括通过根据使用贝叶斯滤波器的所述基于概率的滤波方法对所接收的光进行滤波来确定所述移动机器人的行进方向，所述贝叶斯滤波器包括卡尔曼滤波器、EKF、UKF、信息滤波器、直方图滤波器和粒子滤波器中的至少一个。
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