CN1768683B - 机器人清洁器***和返回外部充电装置的方法 - Google Patents

机器人清洁器***和返回外部充电装置的方法 Download PDF

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Abstract

一种机器人清洁器***和该机器人清洁器返回外部充电装置的方法。该机器人清洁器***具有：外部充电装置，所述外部充电装置包括充电座，该充电座具有充电终端；多个发送部件，用于发送具有不同编码和强度的信号；机器人清洁器，所述机器人清洁器包括：可再充电的电池；连接终端，用于与充电终端连接从而为可再充电电池提供能量；接收部件，用于接收来自多个发送部件的信号；和控制部件，所述控制部件利用接收部件接收的信号控制机器人清洁器的移动，以便将连接终端连接到充电终端。

Description

机器人清洁器***和返回外部充电装置的方法
相关申请的交叉引用 
本申请要求2004年10月27号在韩国知识产权局提交的申请号为2004-86109的韩国专利申请的优先权，该专利申请的公开内容在这中通过引用被合并。 
技术领域
本发明涉及机器人清洁器***和该机器人清机器返回到外部充电装置的方法，本发明尤其涉及这样一种机器人清洁器***，该机器人清洁器***包括：机器人清洁器，其具有可再充电电池；外部充电装置，用于为所述电池充电；和机器人清洁器返回外部充电装置的方法。 
背景技术
通常，机器人清洁器自动地绕着预定范围的区域运行，通过吸入灰尘和杂质以清洁地板或者表面，不需要用户的操纵。机器人清洁器测量从它那里到清洁区域中的障碍物如家具、办公用品和墙壁的距离，利用关于所测量的距离的信息，四处运行而不会和障碍物碰撞，从而按照指示完成清洁工作。 
机器人清洁器包括：电池，所述电池用于提供驱动电能。通常使用可再充电电池，可以在电能被耗尽后反复使用。因此，机器人清洁器需要外部充电装置，用于为电池充电。机器人清洁器***包括机器人清洁器和外部充电装置。 
为了实现机器人清洁器自动返回外部充电装置，机器人清洁器需要正确地感知外部充电装置的位置。 
在机器人清洁器感知外部充电装置的位置和与外部充电装置连接的各种各样的方法中，一个实例如下。具有用于和机器人清洁器连接的充电终端的外部充电装置包括充电装置标记，而机器人清洁器包括标记传感器。通常，反射式光学传感器被用于充电装置标记。反射式光学传感器包括：光发射部件和光接收部件，光接收部件用于接收充电设备标记反射回来的光。当机器人清洁器完成清洁工作或者在耗尽电池后要返回到外部充电装置时，装备在机器人清洁器上的光发射部件发射光，反射式光学传感器的光接收部件接收由安装在外部充电装置上的充电装置标记反射的光。因此，机器人清洁器识别外部充电装置的位置，并返回到外部充电装置。
然而，用于具有外部充电装置的机器人清洁器***的反射式光学传感器价格昂贵。而且，因为光学传感器能够感知的距离短，机器人清洁器需要花很长时间返回到外部充电装置。 
发明内容
本发明的一个方面是解决至少上述问题和/或缺点，提供至少下面所述的优点。因此，本发明的一个方面是提供一种机器人清洁器***，所述的机器人清洁器***在制造成本和传感器感知其与障碍物的距离的能力方面得到改善，并提供一种使机器人清洁器返回外部充电装置的方法。 
为了实现本发明的上述方面，提供一种机器人清洁器***，所述的机器人清洁器***包括：外部充电装置，所述外部充电装置包括：充电座，该充电座具有充电终端；多个发送部件，所述发送部件用于发送相互具有不同编码和强度的红外线信号；机器人清洁器，所述机器人清洁器包括：可再充电的电池；连接终端，用于与充电终端连接从而为可再充电电池提供能量；接收部件，所述接收部件用于接收来自多个发送部件的信号；和控制部件，所述控制部件利用接收部件接收的信号控制机器人清洁器的移动，以便连接终端和充电终端连接。 
长距离发送器被设置在充电座的相对侧，短距离发送器被设置在两个长距离发送器之间。 
长距离发送器和短距离发送器大体上线性地排列。 
长距离发送器和短距离发送器各自沿不同方向发送信号到不同发射角度范围，短距离发送器的发射角度范围比长距离发送器的发射角度范围窄。 
发送部件进一步包括：对接(docking)感应发送器，所述感应发送器被设置在充电座的特定位置，以产生与短距离发送器的信号相比具有不同编码的、强度较小和发射角度范围较窄的信号。 
对接感应发送器被设置在短距离发送器的上方或者下方的特定距离处。 
多个发送部件可以包括红外线发送元件。 
本发明的另外一个方面是提供一种用于使机器人清洁器返回到外部充电装置的方法，以便机器人清洁器的连接终端和充电座的充电终端连接，所述方法包括步骤：a)当机器人清洁器按照用户的指示运行和清洁特定区域时接受充电请求信号；b)外部充电装置的多个发送部件发送相互具有不同编码和强度的红外线信号；c)在接收到包含不同编码和强度的红外信号时，分析包括在红外信号中的不同编码，并控制机器人清洁器靠近充电座；和d)连接机器人清洁器的连接终端到充电座的充电终端。 
步骤c)包括步骤：e)机器人清洁器接收红外信号并向着充电座的前面直线移动；f)如果在直线移动过程中接收不到红外信号，机器人清洁器向左或者向右旋转大约90°，继续直线移动，直到接收到红外信号；g)当接收到红外信号时，机器人清洁器旋转大约90°，以指向充电座的前面并直线移动；和h)当从接收到的红外信号中接收到包含不同编码的红外信号时，机器人清洁器斜向地朝着充电座前进。 
在步骤d)，在斜向移动的过程中，当接收到具有与所述不同编码仍然不同的编码的红外信号时，机器人清洁器朝着充电座的前面直线移动，以便机器人清洁器的连接终端被连接到充电座的充电终端。 
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性的实施例，本发明的上述方面和其它特征，将更加显而易见，其中： 
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的机器人清洁器***的透视图； 
图2是图1所示机器人清洁器的示意性透视图； 
图3是图1所示机器人清洁器***的方框图； 
图4是图1所示外部充电装置的前视图； 
图5和图6是图4中的多个发送器的发射范围的示意图； 
图7和图8是机器人清洁器返回外部充电装置的操作的示意图；和 
图9是根据本发明的一个实施例，机器人清洁器返回外部充电装置的方法的方框图。 
具体实施方式
下文中将参考附图，详细地描述根据本发明的实施例。 
在下面的描述中，甚至在不同的图中，相同的附图标记被用于表示相同的元件。在说明中定义的诸如具体结构和元件等内容只是用于帮助深入理解本发明。因此，显然本发明可以在没有那些内容的条件下实施。而且，众所周知的功能和结构不再详细描述，因为它们会在不必要的细节上使本发明变得不清楚。 
参考图1～图4，机器人清洁器***包括：机器人清洁器100和外部充电装置200。 
机器人清洁器100包括：清洁器主体110；抽吸部件130；驱动部件120；障碍物传感器184；运行距离传感器182；连接终端152；可再充电电池150；接收部件170；和控制部件140。 
抽吸部件130被安装到清洁器主体110上，以从被清洁的表面吸入带有灰尘的空气。抽吸部件130可以用各种各样的方法构造。例如，抽吸部件130可以包括：抽吸电动机(未示出)；集尘室，所述集尘室通过面向被清洁表面的抽吸口或抽吸管收集由抽吸电动机吸入的灰尘。 
驱动部件120包括：轮子(未示出)，所述的轮子安装在清洁器主体110的相对侧；和驱动电动机，所述驱动电动机用于驱动各个轮子。驱动部件120根据来自控制部件140的控制信号顺时针或者逆时针旋转驱动电动机。驱动方向通过改变各个驱动电动机的每分钟转数(RPM)来确定。 
障碍物传感器184感知前面或者在移动方向上的障碍物或者墙壁，检测从它那里到障碍物或者墙壁的距离。红外传感器或超声波传感器可以被用作障碍物传感器184。 
运行距离传感器182可以包括：旋转传感器，用于检测轮子的每分钟转数RPM。例如，旋转编码器可以被用作检测驱动电动机的RPM的旋转 传感器。 
在图示的实施例中，一对连接终端152在机器人清洁器的前面对应于外部充电装置200的充电终端222的高度处形成。然而，当普通的交流(AC)电源是三相电源时，提供三个连接终端152和充电终端222。 
可再充电电池150被安装在清洁器主体110上，与连接终端152连接。因此，当连接终端152被连接到外部充电装置200的充电终端222时，可再充电电池150被普通的AC交流电源充电。换言之，当机器人清洁器100被连接到外部充电装置200时，能量通过与普通AC交流电源连接的电线244(图1)被引入，并通过清洁器主体110的连接终端152从外部充电装置200的充电终端222供应到再充电电池150。 
充电量检测部件160检测可再充电电池150的充电量，如果检测到的数量达到设定的下限，则发射充电请求信号到控制部件140。 
接收部件170被安装在清洁器主体110的前面，以接收从外部充电装置200的发送部件210发射的具有不同编码的信号，后面将描述发送部件210。 
控制部件140控制机器人清洁器100的上述部件，从而完成清洁工作。当机器人清洁器100不在使用中时，控制部件140控制各个部件，通过为与外部充电装置200连接的可再充电电池150充电，使机器人清洁器100做好准备。根据上面所述，可再充电电池150中的充电量能够被保持在某一个范围内。 
与外部充电装置200分开的机器人清洁器100完成清洁工作后，控制部件140利用外部充电装置200的发送部件210发射的信号帮助机器人清洁器100返回到外部充电装置200并且与外部充电装置200连接。更具体而言，控制部件140检测由接收部件170接收的具有不同编码的信号，并根据接收到的信号的编码输出预先设定的控制编码。然后，控制部件140将输出信号和预设参考值比较以输出基于比较结果的数字信号。根据输出的数字信号，控制部件140控制驱动部件120，以便机器人清洁器100能够返回外部充电装置200的充电座220。 
参考图4，外部充电装置200包括：充电座220，所述充电座220包括充电终端222和发送部件210。充电终端222通过内部变压器、转换器 和电线与电线244连接，为与机器人清洁器100的连接终端152连接的可再充电电池150提供能量。充电座220支持充电终端222，把充电终端222设置在对应机器人清洁器100的连接终端152的高度处，并将充电终端222固定在特定位置处。当普通AC交流电源是三相电源时，在充电座220上安装三个充电终端222。 
发送部件210被安装在充电座220的前面，以便机器人清洁器100的接收部件170能够识别发送部件210发送的信号。发送部件210包括：一对长距离发送器212，用于发送各种强度的信号；短距离发送器214；和对接感应发送器216。各个长距离发送器212在充电座220的相对的两侧形成。短距离发送器214和对接感应发送器216优选设置在长距离发送器212之间，即：大约在充电座220的中间。为了使机器人清洁器100的接收部件170更好地接收信号，长距离发送器212和短距离发送器214被直线地设置。而且，对接感应发送器216被设置在短距离发送器214的上方或下方的预定距离处，不和短距离发送器214重叠。多个发送部件210优选具体为产生红外信号的红外发射元件，例如普通的发光二极管LED。对于机器人清洁器100的接收部件170，可以使用作为光接收传感器的光电二极管、光电晶体管和PIN光电二极管。 
长距离发送器212、短距离发送器214和对接感应发送器216发送分别具有不同编码的信号，以便机器人清洁器100的接收部件170能够可分辨地接收各个不同的信号。编码可以改变，例如，通过改变从各个发送器212、214、216所发射的红外信号波的尺寸或波形来改变。 
参考图5和图6，长距离发送器212、短距离发送器214和对接感应发送器216被设置以发送具有各个不同强度和发射角度的信号。多个发送器212、214、216的信号的强度能够通过控制各个红外发射元件的电阻而被设置得互不相同。因此，输出电流可以被控制，从而信号的强度能够被改变。附图标记A1～A4代表来自发送器212、214、216的信号的强度和发射角度(此后，将之称为“发射范围”)。更具体而言，A1和A2代表长距离发送器212的发射范围，A3代表短距离发送器214的发射范围，A4代表对接感应发送器216的发射范围。如图5和图6所示，发射范围的大小按照长距离发送器212、短距离发送器214和对接感应发送器216排序。 这样，长距离发送器212的发射范围A1和A2具有最大的量级，对接感应发送器216的发射范围A4具有最小的量级，短距离发送器214的发射范围A3具有介于A1/A2和A4之间的量级， 
因此，当返回到外部充电装置200时，机器人清洁器100第一次感知长距离发送器212发送的信号，并靠近充电座220。由于长距离发送器212和短距离发送器214在长距离发送器212和短距离发送器214的信号混合的区域中发射具有不同编码的信号，换言之，在该区域中，A1、A2和A3的范围重叠，机器人清洁器100的控制部件140能够分辨接收部件170接收的不同信号。对接感应发送器216发射的信号的发射范围A4被设置得小于短距离发送器214发射的信号的发射范围A3。在机器人清洁器100以预定的距离靠近充电座220后，机器人清洁器100的连接终端152被连接到充电座220的充电终端222。这里，对接感应发送器216的发射角度的范围被控制得很小，以便机器人清洁器100的接收部件170只在有限的范围A4中接收来自对接感应发送器216的信号。因此，机器人清洁器100的连接终端152能够被准确地连接到充电终端152。 
此后，将参考图7～9描述机器人清洁器100返回到外部充电装置200的方法。 
在具有外部充电装置200的机器人清洁器***被最初安装的状态下，机器人清洁器100做好准备，连接终端152与外部充电装置200的充电终端222连接。当接收到清洁工作请求信号时，机器人清洁器100与外部充电装置200分开，清洁用户指令所确定的区域(S10)。 
在清洁工作过程中，当接收到充电请求信号时(S11)，机器人清机器100的控制部件140改变到返回模式，以返回充电座220(S12)。控制部件140使机器人清洁器100继续运行以接收充电座220的发送部件210发射的信号。可以采用各种方式作为机器人清洁器100的返回模式。例如，机器人清洁器100可以以类似之字形或者退-进方式运行，直到接收部件170接收到发射部件210发送的信号。 
当机器人清洁器100完成清洁工作时，或者当在清洁工作过程中充电请求信号由充电量检测部件160输入时，产生充电请求信号。作为选择，用户可以在清洁工作过程中使用遥控装置强制地产生充电请求信号。 
当机器人清洁器100靠近发送部件210的长距离发送器212发射的红外信号的发射范围A1或A2时，接收部件170接收信号(S13)，并且控制部件140控制机器人清洁器100靠近外部充电装置200的充电座220。更具体而言，控制部件140控制接收部件170向着充电座220转动，并控制机器人清洁器100一直向着充电座222运行(S14)。 
如果在向着充电座220移动的时候，机器人清洁器100离开红外信号的发射范围A1或A2，机器人清洁器100向右或者向左旋转大约90°，然后直线移动(S15)。当在直线移动过程中，机器人清洁器100接收到来自长距离发送器212的红外信号时，机器人清洁器100再次向着充电座220转动大约90°(S16)，并向着充电座220的前面直线运行。 
当向着充电座220直线运行的同时，机器人清洁器100位于短距离发送器214发射的红外信号的发射范围A3中时，接收部件170能够接收该红外信号(S17)。因为短距离发送器214和长距离发送器212发射具有互不相同的红外编码的红外信号，控制部件140能够分辨由接收部件170接收的具有不同编码的红外信号。 
当接收部件179接收到来自短距离发送器214的红外信号时，控制部件140控制机器人清洁器100以大约45°角向着充电座220斜向前进(S18)。机器人清洁器100的成角度的移动，代替直线移动，是为了减少由于短距离发送器214的相对窄的发射范围A3引起的误差，以允许机器人清洁器100迅速地接近充电座220。 
当机器人清洁器100接收到对接感应发送器216发射的红外信号时，其位于发射范围A4中(S19)，控制部件140控制机器人清洁器100向着充电座220转动，以便机器人清洁器向着充电座220直线移动(S20)。 
根据上面所述，机器人清洁器100能够迅速地并正确地接近和连接到充电座220的充电终端222(S21)。 
由上面的机器人清洁器***的描述能够理解，根据本发明的实施例，提供多个发送部件以改变输出到外部充电装置200的各个信号的编码和强度，以便接收部件170和控制部件140接收和分析各个不同的信号。因此，机器人清洁器100能够很快地返回到外部充电装置200。 
而且，根据本发明的实施例，机器人清洁器100的接收部件170直接 接收来自外部充电装置200的发送部件210的红外信号。与传统的间接接收信号的方法不同，直接接收方法能够增加传感距离和降低生产成本。 
虽然参考本发明的几个实施例描述了本发明，本领域的技术人员将会理解，在不偏离权力要求书所限定的本发明的范围和实质的情况下，可以对它进行各种各样的形式和细节的变化。 

Claims (20)

1.一种机器人清洁器***，包括：
外部充电装置，所述外部充电装置包括：充电座，该充电座具有充电终端；多个发送部件，用于发送相互具有不同编码和强度的红外线信号；
机器人清洁器，所述机器人清洁器包括：可再充电电池；连接终端，所述连接终端用于与充电终端连接从而为可再充电电池提供能量；接收部件，所述接收部件用于接收来自多个发送部件的信号；和控制部件，所述控制部件利用由接收部件接收的信号控制机器人清洁器的移动，以便连接终端被连接到充电终端。
2.根据权利要求1所述的机器人清洁器***，其特征在于：多个发送部件包括：至少一个长距离发送器，用于产生具有第一编码的第一信号；短距离发送器，用于产生具有第二编码的第二信号，第二编码与第一编码不同，第二信号的强度小于第一信号的强度。
3.根据权利要求2所述的机器人清洁器***，其特征在于：所述至少一个长距离发送器包括两个长距离发送器，所述两个长距离发送器设置在充电座的相对侧，和
其中，短距离发送器被设置在两个长距离发送器之间。
4.根据权利要求3所述的机器人清洁器***，其特征在于：所述两个长距离发送器和所述短距离发送器大体上线性地排列。
5.根据权利要求3所述的机器人清洁器***，其特征在于：第一信号具有第一角度范围，第二信号具有第二角度范围，第一和第二角度范围沿着不同的方向，第二角度范围比第一角度范围窄。
6.根据权利要求5中所述的机器人清洁器***，其特征在于：发送部件进一步包括：对接感应发送器，其设置在充电座的特定位置以产生具有第三编码的第三信号，第三编码与第一和第二编码不同，第三信号的强度小于第二信号的强度，第三信号具有第三角度范围，该第三角度范围比第二角度范围窄。
7.根据权利要求6中所述的机器人清洁器***，其特征在于：对接感应发送器被设置在短距离发送器的上方或者下方的特定距离处。
8.根据权利要求1中所述的机器人清洁器***，其特征在于：多个发送部件包括红外线发送元件。
9.机器人清洁器返回外部充电装置以便机器人清洁器的连接终端被连接到充电座的充电终端的方法，所述方法包括步骤：
a)当机器人清洁器按照用户的指示运行和清洁特定区域时接收充电请求信号；
b)外部充电装置的多个发送部件发送相互具有不同编码和强度的红外线信号；
c)接收包含有不同编码和强度的红外信号，分析包括在红外信号中的不同编码，并控制机器人清洁器靠近充电座；和
d)将机器人清洁器的连接终端连接到充电座的充电终端。
10.根据权力要求9所述的方法，其特征在于：步骤c)包括步骤：
e)机器人清洁器接收红外信号并向着充电座的前面直线移动；
f)如果在直线移动过程中接收不到红外信号，机器人清洁器向左或者向右旋转大约90°，继续直线移动，直到接收到红外信号；
g)当接收到红外信号时，机器人清洁器旋转大约90°，以指向充电座的前面并直线移动；和
h)当从接收到的红外信号中接收到包含有不同编码的红外信号时，机器人清洁器斜向地朝着充电座前进。
11.根据权力要求10所述的方法，其特征在于：在步骤c)中，在斜向移动过程中，当接收到编码与所述不同编码的红外信号的编码仍然不同的红外信号时，机器人清洁器向着充电座的前面直线移动，以便机器人清洁器的连接终端被连接到充电座的充电终端。
12.一种机器人清洁器***，包括：
第一发送器，所述第一发送器用于产生第一红外信号，并与外部装置连接；
第二发送器，所述第二发送器用于产生第二红外信号，并与所述外部装置连接，第二信号的强度小于第一信号的强度，第一红外信号和第二红外信号具有不同的编码；
接收部件，所述接收部件用于接收第一和第二红外信号，接收部件与机器人清洁器连接；和
控制部件，所述控制部件用于根据第一和第二红外信号控制机器人清洁器的移动，以便机器人清洁器相对于所述外部装置移动到期望的位置。
13.根据权利要求12所述的机器人清洁器***，其特征在于：第一发送器包括两个第一发送器，被设置在所述外部装置的表面上。
14.根据权利要求13所述的机器人清洁器***，其特征在于：第二发送器位于两个第一发送器之间的表面上。
15.根据权利要求12所述的机器人清洁器***，其特征在于：第一信号具有第一角度范围，第二信号具有第二角度范围，第二角度范围比第一角度范围窄。
16.根据权利要求12所述的机器人清洁器***，进一步包括：第三发送器，所述的第三发送器用于产生第三信号，第三发送器与所述外部装置连接，第三信号的强度小于第二信号的强度。
17.根据权利要求16所述的机器人清洁器***，其特征在于：第一信号具有第一角度范围，第二信号具有第二角度范围，第三信号具有第三角度范围，其中，第二角度范围比第一角度范围窄，第三角度范围比第二角度范围窄。
18.根据权利要求12中所述的机器人清洁器***，其特征在于：控制部件在接收到预定信号时控制机器人清洁器移动到期望的位置。
19.根据权利要求18所述的机器人清洁器***，其特征在于：所述预定信号由机器人清洁器根据机器人清洁器的可再充电电池的充电量而产生。
20.根据权利要求18中所述的机器人清洁器***，其特征在于：所述预定信号由机器人清洁器从用户操作的遥控装置接收。
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