CN1576783B - 用于检测移动式自动装置的位置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于精确地准确地检测移动式自动装置的位置的方法和装置，其中红外信号根据旋转角度具有不同的特定频率值，通过接收所产生的红外信号确定角度，根据超声波信号产生后接收该超声波信号所用的时间计算距离。检测移动式自动装置的位置的方法包括：移动式自动装置根据转动的红外发生器的旋转角度接收从红外发生器所产生的红外信号的步骤；根据所接收的红外信号的特定频率值和预先存储的频率值确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度的步骤；当红外发生器到达预定的角度时接收从超声波信号振荡器产生的超声波信号的步骤；通过将声速乘以在超声波信号产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和超声波振荡器之间的距离的步骤；以及根据所确定的角度和计算的距离检测移动式自动装置的位置的步骤。

Description

用于检测移动式自动装置的位置的方法和装置

技术领域

本发明涉及移动式自动装置，更具体地说涉及检测移动式自动装置的位置的方法和装置。

背景技术

通常，移动式自动装置是一种甚至在没有使用者操纵的情况下、在沿着屋内房间(即起居室、卧室等)的墙壁移动的同时通过从地板上吸入灰尘或外部物质自动清洁某个区域的自动装置。

自动吸尘器通过距离传感器识别它本身与障碍物，诸如放置在清洁区的家具、办公用品和墙壁，之间的距离，并且根据所识别的距离有选择地驱动用来驱动左轮的马达和用来驱动右轮的马达，从而自动吸尘器通过转动其方向清洁该清洁区。在这里，自动吸尘器通过存储在内部存储单元中的地图信息在该清洁区移动而完成清洁操作。

现在说明用于生成地图信息的测定位置操作。

首先，自动吸尘器通过沿操作空间的侧面(即屋内起居室的墙壁侧)移动而计算它本身与充电单元之间的距离及方向，并通过根据计算的距离值和方向值判断其位置来扫描该操作空间。这时，自动吸尘器通过使用安装在其自己轮子上的编码器检测当前位置。

自动吸尘器判断它本身与充电单元之间是否存在障碍物；如果没有障碍物，它会通过向充电单元发射信号并从充电单元接收信号来扫描该操作空间。然而，如果在自动吸尘器与充电单元之间存在障碍物，则自动吸尘器扫描另一个操作空间，然后，当障碍物消失之后，自动吸尘器在向充电单元发射信号并从充电单元接收信号的同时扫描没有障碍物的该操作空间。

但是，用编码器检测自动吸尘器的位置的方法存在问题，即因为使用安装在轮子上的编码器搜索自动吸尘器的当前位置，所以由于轮子的滑动或空转会产生错误。

同时，在根据另一种现有技术检测自动吸尘器的位置的方法的情况下，具有同样形状的若干个粘结板或反射板以预定的间隔设置在操作区，以使自动吸尘器能够用CCD照相机识别该粘结板或反射板并修正由于其轮子滑动或空转产生的错误，因而识别它本身与充电单元之间的距离。

然而，这种方法有问题，即如果清洁操作区域的照明度改变或具有类似于粘结板或反射板形状的物体被识别，则距离错误将被累积。

根据现有技术的自动吸尘器的技术公开在美国专利第5,440,216和5,646,494号中。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于检测移动式自动装置的位置的方法和装置，其能够精确地并准确地检测移动式自动装置的位置，为此，红外信号根据旋转角度具有不同的特定频率值，角度由接收产生的红外线信号而确定，而距离则根据振荡产生超声波信号后接收该超声波信号所用的时间而计算.

为了实现在这里体现的和广义描述的这些和其他优点并根据本发明的目的，提供一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，其包括：移动式自动装置根据旋转的红外发生器的转动角度接收从红外发生器所产生的红外信号的步骤；根据所接收的红外信号的特定频率值和预先存储的频率值来确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度的步骤；当红外发生器到达一预定的角度之后接收从超声波信号振荡器产生的超声波信号的步骤；通过将声速乘以由移动式自动装置在超声波信号振荡产生后接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和超声波振荡器之间的距离的步骤；以及根据确定的角度和计算的距离检测移动式自动装置的位置的步骤。

为了实现上述目的，提供一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，其包括：红外信号发生器，其安装在为移动式自动装置的电池充电的充电单元上，以预定的速度转动预定的角度范围，并且每当旋转角度改变时产生红外信号；超声波振荡器，其安装在充电单元上，并且当红外信号发生器转动并到达预定角度时振荡产生超声波信号；以及位置检测器，用于根据从红外信号发生器辐射的红外信号的频率值和预先存储的基准频率值，确定移动式自动装置和安装在充电单元上的红外信号发生器之间的角度，并且通过将声速乘以接收从超声波振荡器产生的超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和超声波振荡器之间的距离。

为了实现上述目的，还提供一种用来为移动式自动装置电池充电的充电装置，其包括：红外信号发生器，以预定的速度旋转预定的角度范围，并且每当旋转角度改变时产生具有不同频率值的红外信号；以及超声波振荡器，用于当红外信号发生器旋转并到达预定角度时产生超声波信号。

一种根据预先存储的地图信息移动的移动式自动装置，包括角度确定单元，用于将按照旋转的红外发生器的旋转角度从红外发生器产生的红外信号的特定频率值与预先存储的频率值相比较，搜索与该特定频率值相同的频率值，并通过检测相应于搜索频率值的角度，确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度；以及距离计算器，用于通过将声速乘以时间差值来计算移动式自动装置和充电单元之间的距离，该时间差是在红外信号从红外线信号发生器辐射后由移动式自动装置接收该红外信号所用的时间和在超声波信号从超声波振荡器振荡产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间之间的差值。

为了实现上述目的，还提供一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，其包括：用于根据旋转的红外发生器的旋转角度接收从红外发生器产生的红外信号的单元；根据所接收的红外信号的特定频率值和预先存储的频率值确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度的单元；用于当红外发生器到达预定的角度时接收从超声波信号振荡器振荡产生的超声波信号的单元；通过将声速乘以在超声波信号振荡产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和该超声波振荡器之间的距离的单元；以及根据所确定的角度和计算的距离来检测移动式自动装置的位置的单元。

从下面结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将变得更加清楚。

附图说明

所包括的附图对本发明提供进一步的理解，并且附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并与说明书一起用来说明本发明的原理。

其中：

图1是示意框图，示出了根据本发明的优选实施例的用于检测移动式自动装置的位置的装置的结构；

图2是方框图，示出了图1的位置检测器的详细结构；

图3是根据本发明的优选实施例的用于检测移动式自动装置的位置的方法的流程图。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选实施例，优选实施例的例子示于附图中。

下面将参照图1至图3描述并精确并准确地检测移动式自动装置的位置的方法和装置，该方法和装置通过根据旋转角度产生具有不同的特定频率值的红外信号，通过接收所产生的红外信号确定角度，并根据在振荡产生超声波信号后接收该超声波信号所用的时间来计算距离。

图1是示意框图，示出了根据本发明的优选实施例的用于检测移动式自动装置的位置的装置的结构。

根据本发明用于检测移动式自动装置的位置的装置可以安装在自动吸尘器上或移动玩具上。也就是说，本发明涉及一种用于精确地和准确地检测可自动移动的自动装置或玩具的位置的方法和装置。

如图1所示，根据本发明用于检测移动式自动装置的位置的装置包括：红外信号发生器101，安装在为移动式自动装置200的电池(末示出)充电的充电单元100上，以预定的速度在预定的角度范围(即180度或360度)内转动，并且每当旋转角度改变时(即1度)产生具有特定频率的红外信号；超声波振荡器102，安装在充电单元100上并且当红外信号发生器101转动并到达预定角度(即90度)时振荡产生超声波信号；以及位置检测器210，用于根据从红外信号发生器101辐射的红外信号，检测移动式自动装置200和安装在充电单元100上的红外信号发生器101之间的角度，并且根据从超声波振荡器102振荡产生的超声波信号，计算移动式自动装置200和安装在充电单元100上的超声波振荡器102之间的距离。

移动式自动装置200和充电单元100之间的距离和角度表示移动式自动装置200的位置。红外信号发生器101和超声波振荡器102除了安装在充电单元100上之外还可以安装在各种支撑体上。

现在参考图2描述位置检测器210的详细结构。

图2是方框图，示出了图1的位置检测器的详细结构。

如图2所示，位置检测器210包括存储单元211，用于预先存储从充电单元100的红外信号发生器101辐射的红外信号的特定频率(不同频率)；角度确定单元212，用于比较从红外信号发生器101辐射的红外信号的特定频率和预先存储的频率值，搜索与特定频率相同的频率值，并检测相应于所搜索的频率值的角度以确定移动式自动装置200和充电单元100之间的角度；以及距离计算器213，用于通过将声速乘以时间差计算移动式自动装置200和充电单元100之间的距离，该时间差是在红外信号从红外信号发生器101辐射后由移动式自动装置200接收该红外信号所用的时间和超声波信号从超声波振荡器102产生之后由移动式自动装置200接收该超声波信号所用的时间之间的差值.

现在将参考图3描述移动式自动装置的位置检测器的工作原理。

图3是根据本发明的优选实施例的移动式自动装置的位置的检测方法的流程图。

首先，安装在充电单元100上的红外信号发生器101以一定的速度在预定的角度范围重复地转动(步骤S11)，并且每当其转动1度时辐射具有特定频率的红外信号。优选地，红外信号发生器101在180度或360度的范围内以一定的速度转动。此外，优选地，每当红外信号发生器101转动1度时辐射具有特定频率的红外信号。因此，当红外信号发生器101转动180度时，由于红外信号发生器101辐射具有特定频率的红外信号，它产生180个特定频率值(步骤S12)。

当安装在移动式自动装置200上的角度确定单元212接收从红外信号发生器101产生的红外信号时，它将接收的红外信号的特定频率值与预先存储在存储单元211中的基准频率值相比较并确定移动式自动装置200和充电单元100之间的角度。

例如，如果红外信号发生器101转动1度，它可以产生具有50kHz的频率值的红外信号。如果红外信号发生器101转动10度，它可以产生具有100kHz的频率值的红外信号。如果红外信号发生器101转动40度，它可以产生具有300kHz的频率值的红外信号。如果红外信号发生器101转动42度，它可以产生具有320kHz的频率值的红外信号。如果红外信号发生器101转动70度，它可以产生具有500kHz的频率值的红外信号。如果红外信号发生器101转动120度，它可以产生具有700kHz的频率值的红外信号。并且以每个角度产生的不同频率值事先存储在存储单元211中。

因此，当从红外信号发生器101接收的红外信号的特定频率值是320kHz时，角度确定单元212搜索预先存储在存储单元中的、与320kHz频率值相同的基准频率值，并检测相应于所搜索的频率值(320kHz)的角度(42度)，从而很容易识别移动式自动装置与充电单元之间的角度。

如果充电单元100固定安装在屋子起居室的墙面上，优选地，在充电单元100的某个部分安装并转动的红外信号发生器101的向前方向设置为90度(步骤S13)。

之后，每当红外信号发生器101转动并达到预定的角度时，超声波振荡器102振荡产生超声波信号。即，超声波振荡器102预先设置成，当红外信号发生器101转动并达到预定的角度时，振荡产生超声波信号。在这方面，优选地，每当红外信号发生器101转动并达到90度时，超声波振荡器102振荡产生超声波信号。

移动式自动装置200的距离计算器213接收从超声波振荡器102振荡产生的超声波信号，测量在超声波信号产生后接收该超声波信号所用的时间，并通过将声速乘以所测时间来计算移动式自动装置200和超声波振荡器102之间的距离。

例如，假设红外信号发生器101每分钟转动1周(每60秒转动360度)，当角度确定单元212接收红外信号时，移动式自动装置200和红外信号发生器101之间的角度是42度；当红外信号发生器101转动并达到90度时振荡产生超声波信号，并且，以角度确定单元212接收到红外信号所用的时间为基准，距离计算器213接收该超声波信号所用的时间是8.1秒(T1)(在这种关系中，红外信号发生器101每秒转动6度).然后，以角度确定单元212接收该红外信号所用的时间为基准，红外发生器转动90度的预定角度所用的时间(T2)是8秒((90度-42度＝48度)/6度＝8秒).因此，距离计算器213在超声波信号产生后接收该超声波信号所用的实际时间是0.1秒(步骤S14).

因此，移动式自动装置200和超声波振荡器102之间的距离可以通过将声速(340米/秒)乘以在超声波信号产生后接收该超声波信号所用的时间(0.1秒)而获得(340米/秒×0.1秒＝34米)。即，距离计算器213通过下面的公式(1)计算移动式自动装置200和超声波振荡器102之间的实际距离(S)：

S＝340米/秒×(T1-T2)   (1)

其中T1是以移动式自动装置200的角度确定单元212接收到红外信号的时间为基准，移动式自动装置200的距离计算器213接收超声波信号所用的时间；而T2是以移动式自动装置200的角度确定单元212接收到红外信号的时间为基准，红外信号发生器101转动90度的预定角度所用的时间(步骤S15)。

因此，当安装在移动式自动装置200上的位置检测器210接收从红外信号发生器101产生的红外信号时，它将所接收的红外信号的特定频率值与预先存储在存储单元211中的基准频率值相比较，以便确定移动式自动装置200和充电单元100之间的角度；将声速乘以在超声波信号产生后接收超声波信号所用的时间，以便计算移动式自动装置200和超声波振荡器102之间的距离；根据所确定的角度和计算的距离值，精确地并准确地检测移动式自动装置200的当前位置(步骤S16)。例如，移动式自动装置200当前位于相对充电单元100的角度为42度，距充电单元100的距离为34米。

由于超声波振荡器102安装在充电单元100中，移动式自动装置200和超声波振荡器102之间的距离与移动式自动装置200和充电单元100之间的距离是相似的。

如上所述，本发明的检测移动式自动装置的位置的方法和装置具有以下优点。

在每个角度产生具有不同频率值的红外信号，移动式自动装置200和产生红外信号的红外发生器101之间的角度根据所产生红外信号的频率值而确定；然后，移动式自动装置200和产生超声波信号的超声波振荡器102之间的距离通过将声速乘以在超声波信号产生之后接收超声波信号所用的时间来计算，从而可以精确并准确地检测到移动式自动装置200的位置。

例如，根据本发明的位置检测装置的安装应当使自动吸尘器根据其精确计算的位置和预先存储的地图信息能够进行精确的准确的清洁操作并精确地向充电单元移动。

由于本发明可以以若干种方式实施而不脱离其精神实质和基本特征，因此，应当明白，除非另有说明，上述实施例不限于任何上述的细节，本发明应当在权利要求限定的精神和范围内广义地解释，因此，属于权利要求内容和范围内的变化和修改，或这种内容和范围内的等同物都被权利要求所包含。

Claims (17)

1.一种用于检测移动式自动装置的位置的方法，包括：

移动式自动装置根据转动的红外发生器的旋转角度接收从红外发生器所产生的红外信号的步骤；

根据所接收的红外信号的特定频率值和预先存储的频率值确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度的步骤；

当红外发生器到达预定的角度时接收从超声波信号振荡器振荡产生的超声波信号的步骤；

通过将声速乘以在超声波信号产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和超声波振荡器之间的距离的步骤；以及

根据所确定的角度和计算的距离检测移动式自动装置的位置的步骤。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所接收的红外信号具有不同的频率值。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，每当红外发生器的旋转角度改变时，从红外发生器产生的红外信号具有不同的频率值。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，接收红外信号的步骤，每当红外发生器的旋转角度改变时，接收具有不同的特定频率值的红外信号。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，判断角度的步骤包括：

将从红外发生器产生的红外信号的特定频率值与预先存储的频率值相比较；以及

从比较结果中搜索与特定的频率值相同的频率值，并检测相应于所搜索的频率值的角度。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述预定的角度是90度。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，红外发生器转动180度或360度。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，移动式自动装置与超声波振荡器之间的距离S通过公式S＝340米/秒×(T1-T2)而计算，其中T1是以移动式自动装置接收到红外信号的时间为基准，由移动式自动装置接收到超声波信号所用的时间；而T2是以移动式自动装置接收到红外信号的时间为基准，红外发生器转动到预定的角度所用的时间。

9.一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，包括：

红外信号发生器，其安装在为移动式自动装置的电池充电的充电单元上，以预定的速度转动预定的角度，并且每当旋转角度改变时产生红外信号；

超声波振荡器，其安装在充电单元上，并且当红外信号发生器转动并到达预定角度时振荡产生超声波信号；以及

位置检测器，用于根据从红外信号发生器辐射的红外信号的频率值和预先存储的基准频率值，确定移动式自动装置和安装在充电单元上的红外信号发生器之间的角度，并且通过将声速乘以接收从超声振荡器产生的超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和超声波振荡器之间的距离。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于，位置检测器包括：

存储单元，用于预先存储基准频率值；

角度确定单元，用于将从红外信号发生器辐射的红外信号的特定频率值与预先存储的频率值相比较，从比较结果中搜索与该特定频率值相同的频率值，并检测相应于所搜索的频率值的角度，以便确定移动式自动装置和充电单元之间的角度；以及

距离计算器，用于通过将声速乘以在超声波信号从超声波振荡器产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和充电单元之间的距离，

其中，在所述红外信号发生器旋转到预定的角度时产生要被移动式自动装置所接收的所述超声波信号。

11.根据权利要求9的装置，其特征在于，每当旋转角度改变时红外发生器产生的红外信号具有不同的频率值。

12.根据权利要求9的装置，其特征在于，所述预定的角度为90度。

13.根据权利要求9的装置，其特征在于，红外发生器重复地以180度和360度旋转。

14.根据权利要求10的装置，其特征在于，距离计算器用公式S＝340米/秒×(T1-T2)计算距离，其中“S”是移动式自动装置和充电单元之间的距离，T1是以由移动式自动装置接收到红外信号的时间为基准，由移动式自动装置接收到超声波信号所用的时间；而T2是以移动式自动装置接收到红外信号的时间为基准，红外发生器转动到预定的角度所用的时间。

15.一种用来为移动式自动装置的电池充电的充电装置，包括：

红外信号发生器，以预定的速度旋转预定的角度范围，并且每当旋转角度改变时产生具有不同频率值的红外信号；以及

超声波振荡器，用于当红外信号发生器旋转并到达预定角度时振荡产生超声波信号。

16.一种根据预先存储的地图信息移动的移动式自动装置，包括：

角度确定单元，用于将按照旋转的红外发生器的旋转角度从红外发生器产生的红外信号的特定频率值与预先存储的频率值相比较，搜索与该特定频率值相同的频率值，并通过检测相应于所搜索频率值的角度，确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度；以及

距离计算器，用于通过将声速乘以在超声波信号从超声波振荡器产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和充电单元之间的距离，

其中，在所述红外信号发生器旋转到预定的角度时产生要被移动式自动装置所接收的所述超声波信号。

17.一种用于检测移动式自动装置的位置的装置，包括：

用于按照旋转的红外发生器的旋转角度接收从红外发生器产生的红外信号的单元；

用于根据所接收的红外信号的特定频率值和预先存储的频率值，确定移动式自动装置和红外发生器之间的角度的单元；

用于当红外发生器到达预定角度时接收从超声波振荡器产生的超声波信号的单元；

用于通过将声速乘以在超声波信号产生后由移动式自动装置接收该超声波信号所用的时间来计算移动式自动装置和超声波振荡器之间的距离的单元；以及

用于根据所确定的角度和计算的距离来检测移动式自动装置的位置的单元。

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