CN2693167Y - 具有颗粒探测器的自动真空吸尘器 - Google Patents

Abstract

描述一种自动清洁器，该自动清洁器通过首先以一种蛇形模式清洁一个分块方格，随后选择另外的分块方格来清洁，来清洁房间，直到清洁了整个房间。

Description

具有颗粒探测器的自动真空吸尘器

技术领域

本发明一般涉及自动清洁器。

背景技术

自动清洁器，例如自动真空吸尘器，用来清扫房间。制造自动清洁器过程中的一个问题在于控制该自动清洁器清理整个房间，而不遗漏区域。这个问题涉及到精确定位一个自动清洁器的难点。

一种自动真空吸尘器是来自于iRobot的Roomba^TM真空吸尘器。该Roomba^TM真空吸尘器以一种有些随机的方式使多条路径通过一个房间，避免了定位问题。该Roomba^TM真空吸尘器以螺旋模式(spiral pattern)开始工作，直到它接触到一面墙，沿着墙工作一段时间，随后在房间中做直线的来回交叉运动。在它多次穿过该房间之后，该Roomba^TM真空吸尘器停止，并自动关闭。该Roomba^TM真空吸尘器使用一种相对弱的真空装置来转换能量。

附图说明

图1是本发明自动清洁器的一个实施例的功能框图；

图2A是本发明自动清洁器的一个实施例的后视图；

图2B是图2A的自动清洁器的顶视图；

图2C是图2A的自动清洁器的后视图；

图3是一个框图，描述了本发明一个实施例的软件组件；

图4A和4B是用于本发明一个实施例的自动清洁器控制的状态机框图；

图5是一个框图，描述了伴随着图4A和4B的状态机，自动清洁器的操作；

图6A是一个框图，描述了一个实施例的自动清洁器在分块方格中的路径；

图6B是一个框图，描述了当分块方格中有障碍物时，一个实施例的自动清洁器在分块方格中的路径；

图6C是一个框图，描述了一个实施例的自动清洁器清洁分块方格中先前未清洁的区域的路径；

图6D是一个框图，描述了一个实施例的自动清洁器清洁分块方格中先前未清洁的区域的路径的另一个例子；

图7A是一个框图，描述了用于本发明一个实施例的自动清洁器的分块方格地图；

图7B是一个框图，描述了用于本发明一个实施例的自动清洁器的房间地图；

图8是一个框图，描述了在一个房间中的分块方格；

图9是一个框图，描述了在本发明中一个实施例分块方格内的重叠。

具体实施方式

图1是本发明一个典型实施例自动清洁器100的功能框图。在这个实例中，该自动清洁器100包括一个清洁单元102，该清洁单元102能够是任何类型的清洁单元。该清洁单元可以清洁任何对象，例如铺设地毯的或没铺设地毯的地面。具有或不具有清扫器的一个清洁单元，包括一个真空装置。另外该清洁单元能够包括清扫器、除尘器或任何其它类型的清洁单元。

自动清洁器100包括处理器104，用于接收来自于传感器的信息，并产生用于自动清洁器100的控制命令。为了这种应用的目的，术语“处理器”包括一个或多个处理器。能够使用任何类型的处理器。在一个实施例中，处理器104是一个Motorola68HC912B32微处理器。处理器104与存储器105相关联，存储器105能够为自动清洁器100储存程序代码、内部地图和其它状态数据。在一个实施例中，处理器104安装在一块电路板上，该电路板将处理器104与用于传感器、电源和电机控制器的导线相连。

在图1的例子中，自动清洁器100的传感器包括前部传感器106、108和110。在一个实施例中，前部传感器是触觉开关。超过一个前部传感器的使用允许自动清洁器100区分它遇到的不同类型的障碍物。例如，一个触觉开关的触发可以指示，自动清洁器100撞上了一个可以机动绕过的小障碍物。当所有的三个前部传感器指示一个障碍物时，自动清洁器100可能撞到了一面墙或其它大的障碍物。在一个实施例中，自动清洁器100可以在接触到墙后，开始执行一种墙壁跟随模式。

在图1的例子中，由软件组件检查前部传感器，该软件组件断定传感器是否检测到了障碍物。当前部传感器使用触觉开关时，在接触到障碍物后，触觉开关可以在一个开和关的位置之间跳起。在一个实施例中，自动清洁器100等待一个时间周期，例如20毫秒，以考虑到触觉开关的消除反跳。

其它传感器112也可以用于障碍物检测。这些另外的传感器能够包括超声波传感器、红外(IR)传感器、激光测距传感器和/或基于摄影(camera-based)的传感器。能够使用这些另外的传感器来代替那些触觉开关，或作为那些触觉开关的补充。

在一个实施例中，清洁单元102包括清扫器114，清扫器114扫除铺设地毯或没铺设地毯的地面上的污垢和其它颗粒。真空装置116能够使用风扇将污垢和其它颗粒吸入到颗粒存储器118中。清洁单元102还能够包括一个电机或多个电机120，用于清扫器114和真空装置116使用的风扇。

在一个实施例中，自动清洁器100能够检测一种缠绕状况。处理器可以监视该自动清洁器，检测到该缠绕状况，随后调整自动清洁器的操作，从而去除该缠绕状况。自动清洁器可能在清扫器或驱动轮120和122处产生缠绕。缠绕状况可由房间内的小地毯、细线或其它物质引起。

在图1的例子中，电机12驱动清扫器114，电机124和126驱动轮子120和122。发明人已经认识到，当电机轴停顿或停止时，驱动轮子和清扫器的电机将会引起更大的电流或产生电流的峰值。当由施加的电压转动电机时，将产生反电动势(EMF)。该反电动势减小由电机所看见的电压，从而减小了引起的电流。当在电机处检测到电流的增加或电流峰值时，就能够确定驱动轮停顿了，并从而处于缠绕状态。

用其它方法也能够确定缠绕状态。在一个实施例中，自动清洁器向前进度的不足被用来检测缠绕状态。例如，当正在向前驱动自动清洁器但是位置没有改变，并且传感器没有检测到障碍物时，那么就可以认为处于缠绕状态。缠绕状态的检测可以使用下面所说的位置追踪软件模块。

在一个实施例中，使用电机驱动器芯片的一个管脚来监控由该自动清洁器的一个电机引起的电流。该电机驱动芯片可以包括一个管脚，该管脚提供一个与通过该电机的电流成比例的电流。通过使用一个电阻或其它器件，这个电流可以转换为电压。这个电压能够在模数(A/D)转换器中转换，并输入到处理器104。包括这样一个管脚的电机驱动芯片的例子是LM120H-Bridge电机驱动芯片。另一方面，也能够使用检测通过电机的电流的其他器件。

在一个实施例中，当检测到缠绕状态时，处理器调整自动清洁器的操作以便去除缠绕状态。例如，能够关掉清扫器的电源，和/或向后移动自动清洁器100来去除缠绕状态。另外，还能够反转清扫器的方向。一旦去除了缠绕状态，就能够继续进行该自动清洁器100的操作。如果在某个区域发生了一个或多个缠绕，那么可将那个区域映射为一个障碍物，并且能够避开那个区域。

在一个实施例中，使用传感器探测自动清洁器的位置。在图1的例子中，附在轮子132和134上的传感器128和130用于确定该自动清洁器的位置。传感器128和130能够检测轮子的旋转。每个旋转单位对应于传感器轮子132和134的轮胎面所行走的直线距离。这个信息能够用于确定自动清洁器的区域和方位。

在一个实施例中，光学正交(quadrature)编码器用于追踪轮子132和130的位置和旋转，从而给出自动清洁器100的相关位置信息。从华盛顿US Digitalof Vancouver能够得到的一个这样的光学正交编码器是H1-1000光学正交编码器。该H1-1000光学正交编码器每一转具有100个检测标记(单元)。每个标记对应于轮子圆周百分之一的直线距离(对于一个半径30mm的轮子来说，每个标记接近1mm)。

为了要确定旋转方向，光学正交编码器产生偏移90度的两个信道的相同方形波浪脉冲。知道旋转方向是为了保持一个净标记计数，它对应于多个标记中的净位移。在一个实施例中，顺时针方向上的一个标记为轮子增加标记计数，而在逆时针方向上的一个标记为轮子减少标记计数。在每个编码脉冲的上升沿触发，使用一个中断服务程序，能够记录和处理记数器的标记到处理器104中。

典型地，每个轮子自身的净标记计数对于精确判断自动清洁器的位置是不够的。许多编码器标记计数的多重组合能够导致该自动设备的同一个中心位置。通过在一个相对短的时间周期内保持该净标记计数变化的追踪，能够确定自动清洁器的位置和方向。

在一个实施例中，编码器装配在轮子120和122的电机上，要好于使用单独的编码轮。脱离主轮器件的驱动轴装配编码轮，使得编码器不将驱动轮的滑动和滑移记录为自动清洁器的实际运动。在图1的例子中，编码器和驱动轮130与132装配到同一个轴上，并且具有与驱动轮120和122相同的中心点。编码轮最好是这样的，在编码轮和地板之间的摩擦力足以防止滑动。用铰链或弹簧使编码轮相对于底面能够偏斜。

在一个实施例中，每个光学正交编码器包括两个信道，信道A和信道B。一个简单的编码方法是：

1、信道A在上升沿产生中断。

2、记录信道B的状态。

3、如果信道B是高电平，增加标记计数。如果信道B是低电平，减小芯片。

如果轮子的旋转方向改变了，这种简单的方法可能是不足的。例如，当信道A是高电平时，如果轮子的旋转方向改变了，将会对一个实际上从未发生的标记计数。用于检测轮子位置的一个改进方法，说明了当信道A是高电平时，轮子方向反向的可能性。

1、信道A在上升沿产生中断。

2、记录那一时刻信道B的状态。

3、设置信道A在下降沿产生中断，并等待。

4、信道A在下降沿产生中断。

5、记录那一时刻信道B的状态。

6、如果在A的下降沿信道B的状态与在A的上升沿信道B的状态不同，那么增加(或减少，依赖于B的实际状态)标记计数。否则，不改变标记计数。

7、在上升沿设置信道A中断。等待并重复。

使用中断服务程序增加或减少标记计数，典型地对于当前的处理器是足够的。然而，对于慢一些的处理器，可能在仍处理第一中断的时侯，产生了轮子的一个第二中断。避免这个问题的一种方法是使用具有标志脉冲的编码器。

在一个实施例中，使用一个颗粒传感器136探测由自动清洁器100清洁或遇到的颗粒水平。能够对应于探测到的颗粒水平来修改自动清洁器100的操作。例如，对应于一个高的探测的颗粒水平，自动清洁器能够更彻底地清洁当前区域。例如，自动清洁器能够降低速度、倒退或对先前的清洁区域进行多次重叠操作。这种重叠操作是下面描述的减小分块方格单元大小的结果。当检测到一个低的颗粒水平时，可能对当前的区域进行不十分彻底的清洁。例如，可以加速自动清洁器或增大单元尺寸。

在一个例子中，颗粒传感器是光学探测器，例如光电探测器或散射浊度计，它探测颗粒的散射光。在光电探测器中，例如那些用在某些烟雾探测器中的，光源与光传感器彼此成90度角设置。光传感器也可以设置在腔室中，以减少环境光。检测的散射光水平大致与颗粒数量成比例。

另一方面，声音或振动检测器能够检测由自动清洁器清洁的颗粒水平。在一个例子中，当吸取灰尘时，灰尘接触真空装置的侧壁。灰尘越多，产生的噪音和振动越大。

在一个实施例中，使用一个遥控操作单元。来自于遥控装置(未示出)的信号由遥控传感器138接收，并由处理器104对其进行编码，从而用于控制自动清洁器100的操作。

遥控装置能够提供给自动清洁器一个关于房间状态的指示。在自动清洁模式中，能够使用处理器指导自动清洁器来清洁房间。处理器利用该指示为自动清洁模式设置清洁方案。房间状态指示能够是房间大小、房间污垢指示，或其它指示。在一个实施例中，使用该指示在清洁方案中设置重叠操作。例如，对很脏的房间进行多次重叠操作很有用。通过减小分块方格的单元大小，能够增加重叠操作。自动清洁模式能够包括清洁预定尺寸的分块方格。能够基于房间状态指示设置该预定尺寸。例如，较大的分块方格能够用于较大的房间。

在一个例子中，遥控装置用于在自动控制模式和用户控制模式之间进行选择。在自动控制模式中，当自动清洁器工作时，自动装置的处理器指导自动清洁器。在用户控制模式中，来自于遥控装置的命令用于指导自动清洁器。自动清洁器能够一直跟踪它的方位，以便在自动清洁器返回到自动控制模式时，自动清洁器能够重新进行清洁操作。

在图1的例子中，自动清洁器100包括电池140，用来为清洁单元110的操作、电机124和126、处理器104和任何其它需要能量的元件供电。在处理器104控制下的电池管理单元142，控制电能向自动清洁器100各元件的供给。在一个实施例中，自动清洁器100能够进入到节电模式。在一个例子中，节电模式包括关闭所有或部分清洁单元102。例如，在节电模式中能够关闭真空装置和/或清扫器。另外，清洁单元能够进入到一种使用少量电能的模式。当处理器104断定自动清洁器100位于已经清洁过的区域时，处理器104能够自动使自动清洁器进入到节电模式。清洁区域的指示能够存储在一幅内部地图中。该内部地图能够用来确定已清洁过的区域，用于设置节电模式。由自动清洁器100构建的内部地图将在后面描述。使用节电模式的电源管理能够延长电池寿命。

使用房间中已清洁区域的指示，例如使用内部地图，也能够使自动清洁器100避免无目的地再次清洁房间的一些区域。这也减少了清洁时间。如果使用这种技术使能量消耗一直很低，那么就能够使用一种便宜的电池或一种更有效但耗能的清洁单元。

在一个实施例中，自动清洁器100具有在自动清洁器100壳上的用户输入元件104。用户输入元件104允许用户输入房间的尺寸、房间的混乱程度、灰尘水平，或关于该房间的其它指示。如上所述，房间的尺寸能够影响自动清洁器的操作。对于不同尺寸的房间，可以有不同光学尺寸的分块方格或单元。

在一个实施例中，为了确定自动清洁器100的位置，附加的定位传感器(未示出)用作轮子编码器的替换或补充。这些附加的定位传感器能够包括陀螺仪、罗盘和基于单元的球形定位***(GPS)。

图2A、2B和2C描述了本发明自动清洁器一个实施例的外部视图。在这个例子中，自动清洁器200包括驱动轮202和204，以及导向轮205。在这个例子中，轮子旋转编码器与驱动轮相关联。在一个实施例中，自动清洁器200的后部包括一个把手206。把手206能用于搬运自动清洁器200。在一个实施例中，把手是自动清洁器200后部缓冲器的一部分。这个例子中的自动清洁器200还包括为自动清洁器的操作输入信息的输入面板210。

图3是描述本发明自动清洁器一个实施例的软件组件的框图。在一实现方式中，该软件组件用一种高级程序设计语言来实现，例如C语言，并在自动清洁器的处理器上遵照执行。

在这个例子中，左右编码轮302和304用于产生由位置跟踪模块306使用的标记。位置跟踪模块306包括前面所述的、为编码轮305和307维持标记计数的标记计数中断服务程序305和307。局部位置和方向更新功能块308使用标记计数的变化，来确定自从上次调用功能块308以来，自动清洁器在位置和方向上的变化。位置跟踪模块306还包括一个位置启动单元312，用于在开始时启动一些单元。

在一个实施例中，对自动清洁器的运动进行线性近似。位置和方向初始化为0，并且该自动装置开始移动。在某个后来的周期中，调用更新功能块308。由于在功能块调用之间的时间周期很短，自动清洁器的运动能够近似地包括两部分：使用自动装置先前方向的直线部分，随后转向一个新的方向。如果位置更新功能块308的调用非常频繁，这种近似将不会引入太大的误差。在一个实施例中，为了最小化由线性近似引起的误差，控制自动清洁器在直线上运行，随后在适当的位置通过旋转改变方向。

另一方面，好于使用直线近似的是，能够使用坐标转换算法，从而基于编码标记的变化，更精确地描绘自动清洁器的位置。然而，直线近似是有计算效率的，并且典型地不会产生太大的误差。

在直线近似中，用右和左标记计数的差值c_dif，除以根据对应于一个标记的直线距离而在编码轮之间的分开距离d_WB，来近似方向的改变。

$\mathrm{\Δ\θ}={\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_0=\frac{c_{\mathrm{dif}}}{d_{\mathrm{WB}}}$

直线距离C_avg，是两个编码器的标记计数更新的平均值。位置的变化使用初始方向θ₀通过方程组来计算：

              Δx＝x₁-x₀＝C_avg cosθ₀

              Δy＝y₁-y₀＝C_avg sinθ₀

另一方面，使用θ_mid要好于使用θ₀，其中θ_mid＝θ₀+1/2Δθ。

为了增大功能块308的执行时间，能够使用正弦和余弦的快速执行近似。在一个实施例中，根据每个三角函数幂级数的前四项，一个C模数提供了一种快速的近似。这种快速三角函数的使用，加速了功能块308中更新局部位置的操作。这样增加的速度可能不是必须的，更新功能块308能够使用更精确的正弦和余弦函数。

通过不断调用局部位置和方向更新功能块308，保持局部位置和方向的精确度，使该线性近似维持有效。在一个实施例中，每10ms调用一次更新功能块308。由于现代处理器的速度，能够使用常用的操作***。在另一个实施例中，使用一个实时操作***(RTOS)。实时操作***是一种操作***，它在指定的时间约束内保证某种性能。实时操作***可从销售者处获得，例如WindRiver Systems，inc ot Alameda，California。

在一个实施例中，位置追踪模块306包括球形定位和导向功能块310。球形定位和导向功能块310利用来自于局部位置和方向更新功能块308的信息，在绝对参考系中生成自动装置当前的绝对位置和方向。在一个实施例中，更新局部位置模块308在局部参考系中根据标记进行运算，这些标记由球形定位和导向模块310转换为英尺和度的单位。

球形定位和导向模块310能够使用矩阵操作，在局部参考系(frame B)与对参考系(frame A)之间转换。变换矩阵用于变换从局部参考系(frame B)到绝对参考系(frame A)的坐标，变换矩阵为：

$T_B^A=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}& x_{\mathrm{BORG}}^A\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& y_{\mathrm{BORG}}^A\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中：

θ是当在绝对坐标系(A)中观察时，局部参考系(B)的方向，

^Ax_BORG是当在绝对参考系(A)中观察时，局部坐标系(B)原点(ORG)的x轴座标，和

^Ay_BORG是当在绝对坐标系中观察时，局部坐标系原点的y轴座标。

使用下面的等式，上述矩阵能用于从局部坐标系到绝对坐标系的转换：

$P_A=T_B^{A}P_B,P_B=\left[\begin{array}{c}x_B\\ y_B\\ 1\end{array}\right],P_A=\left[\begin{array}{c}x_A\\ y_A\\ 1\end{array}\right]$

其中^BP包括在局部坐标系中点P的x轴和y轴坐标，^AP包括在球形坐标系中点P的x轴和y轴坐标。

能够用一个相似的等式，完成从球形坐标系到局部参考系的转换：

$P_B=T_{-1}^B{}_{A}P_A=T_A^{B}P_A$

其中，反相变换矩阵_B ^AT^-1，是由上面的变换矩阵计算得来的。

在一个实施例中，自动清洁器还包括位置控制模块314。由自动软件模块确定期望区域的位置，并将该位置提供给位置控制模块314。在确定了移动到期望位置所必须的方向之后，自动装置适当的转动，直到方向是所期望的方向。在转动之后，自动清洁器沿直线移动到目的点。当自动清洁器移动时，它用位置跟踪模块306跟踪自身的位置。这样，自动清洁器修正自身的方向，来维持直线到该目的点。

在一个实施例中，位置控制模块315包括位置控制功能块316，位置控制功能块316接收来自于自动清洁控制模块326或遥控模块344的期望位置指示。期望的角度信息传送到设定角度模块318。设定角度模块318控制自动清洁器转动，直到自动清洁器的方向接近期望的方向。通过在相反的方向转动驱动轮，自动清洁器能够转变方向。

在一个实施例中，根据应用到轮子电机的脉宽调制(PWM)占空比，将控制作用应用到电机上。方向上的误差是成比例的。该误差是当前和期望方向之间的差值。

            D.C._θ＝K_p|θ_des-θ_curr|

在一个优选实施例中，使用方向的公差范围来防止自动计算机关于期望方向发生振动。在一个实施例中，通过以下步骤进行自动清洁器的方向控制：

1、接收期望方向的指示，并检查当前的方向；

2、利用在当前和期望方向之间的差值，计算在方向上的误差；

3、如果误差小于一个预置的公差，那么就达到了目标；

4、否则，利用一个误差函数，计算期望的转动速度；

5、所计算转动速度上的限制能够用于限制转动速度，使得自动清洁器不会转得太快或太慢。

计算的PWM占空比应用到两个车轮电机，来在相反的方向上转动电机。当方向上的误差较小时，自动清洁器转动得越来越慢，直到达到期望的方向。在一个实施例中，如果自动清洁器没有达到期望的方向，设定角度模块318返回一个“无结果(no event)”指示，而当在期望角度的公差范围之内时，返回一个“达到目标(reached goal)”指示。

在一个实施例中，设定距离模块320在直线方向上将自动清洁器移动一段指定的距离。在一个例子中，自动清洁器的速度与到期望点的距离是成比例的。另一方面，当为了更均匀的清洁正操作清洁单元时，能使用一个固定的速度。

自动清洁器向前移动，直到自动清洁器处于某个期望位置的公差范围之内，在这个点上，设定距离模块320返回一个“达到目标(reached goal)”指示。可以认为设定距离模块320是一个结果检验器，它被重复调用，直到返回“达到目标(reached goal)”指示。设定距离模块320也能够检验，来查看自动清洁器是否越过它的目标，在这种情况下，自动清洁器能够回转并返回、或者倒退到目标。在一个实施例中，电机控制轮子在同一方向上旋转，使得与到达目标的距离成比例的向前速度与一个常数增益相乘。

       D.C._d＝K_P2d²＝K_P2((x_des-x_curr)²+(y_des-y_curr)²)能够限制速度，使得自动装置不会向前移动得过快或过慢。

应用到两个电机的相同PWM占空比信号不一定使自动清洁器沿直线运d动。在一个实施例中，对一个或多个车轮电机应用另外的校正。当位置跟踪模块306确定自动清洁器不再朝向期望方向时，将一个校正因子加入到外侧车轮的PWM占空比中。当外侧车轮的旋转快于内侧车轮时，自动清洁器转回到期望点。能够使用角度校正的静态计算，除非将计算项加到用于电机的直线PWM占空比中。自动清洁器将不断在自动清洁器移动时进行轻微的转向，直到自动清洁器又朝向了正确的方向。

在一个实施例中，当自动装置遇到障碍物后倒退时，位置控制模块314不可用。自动清洁器使用位置跟踪模块306，能够仍然保持对位置和方向的跟踪。

速度控制模块324能用于设定自动清洁器清洁时的运行速度。该运行速度保证自动清洁器不移动得太快，以防清洁地板一部分的工作进行得不太彻底。速度控制单元324能够接收到来自于位置跟踪模块306的位置数据。

在一个实施例中，自动清洁器清洁分块方格，分块方格是预定尺寸的一些区域。一个分块方格典型地小于一个典型房间的尺寸。

在一个实施例中，自动清洁器确定房间中预定尺寸的分块方格。在一个例子中，第一分块方格开始于自动清洁器开启的位置。另外，自动清洁器能够使第一分块方格沿着墙定位，或用房间一角中的分块方格起始点定位。在一个实施例中，自动清洁器在分块方格中以蛇形模式(serpentine pattern)进行清洁。自动清洁器随后在房间中确定预定尺寸的另一个分块方格，以蛇形模式进行清洁。

在一个实施例中，自动清洁器确定一个预定尺寸的分块方格，此分块方格是长和宽均大于自动清洁器的一个矩形区域。自动清洁器随后清洁该分块方格。自动清洁器随后在房间中确定另一个预定尺寸的分块方格，进行清洁。

通过使用分块方格，自动清洁器能够使用推算定位技术用于位置控制，而不必担心积累误差超过整个房间。当该自动装置切换到一个新的分块方格时，清除积累误差。

在一个分块方格中的清洁能够处于分块方格清洁控制单元328的控制之下。分块方格清洁控制单元328为位置控制模块314产生目的点。

图6A～6D分别描述了一个分块方格的清洁过程。一个基本的模式用于在该分块方格中操纵自动清洁器。在一个实施例中，基本模式是图6A中所示的蛇形模式。如图6A所示，在一个例子中，蛇形模式包括多个直线路段。自动清洁器能够在直线路段之间适当的转动。直线路段能够包括多个平行的路段，它们导致了清扫的重叠。

在一个例子中，自动清洁器开始于分块方格的一个角，并向前移动，直到在那个方向上遇到垂直的分块方格的边界。然后，自动清洁器向左侧转90度，并左前进一个预定的步长。随后自动清洁器向左再转90度，并以与分块方格的初始x边界平行的方式继续前进。一旦自动清洁器到达了初始边界，它就向右转90度，并且重复这个模式。沿续这个过程，直到自动清洁器到达了该分块方格的水平边界。该蛇形模式能够从分块方格的任意一个角开始。

蛇形模式的一个优点在于当遇到障碍物时容易适应。在这种模式中的任一点，当自动清洁器遇到了一个障碍物时，自动清洁器能够倒退并跳转到该模式中的另一个方向。当自动清洁器接触到一个障碍物时，自动清洁器开始下一个路段。这在图6B的例子中示出了。

如图6B的例子所示，障碍物能够造成分块方格的未清洁区域。在一个实施例中，分块方格由自动清洁器绘制，并且确定了在分块方格中未清洁区域的位置。如图6C所示自动清洁器能够继续移过该未清洁区域，并以另一螺旋方式在未到达过的区域中进行清洁操作。

另一方面，图6D描述了在整个分块方格中从另一个方向进行的螺旋清洁操作。图6D中清洁模式的一个优点是，自动清洁器不需要保持跟踪分块方格中的未清洁区域。在分块方格中从另外的方向进行的蛇形模式也能够完成。

下面所述的图4A和4B，描述了一个状态机，用于控制一个实施例中一个分块方格内的自动清洁器。在图4A中，状态1包括到分块方格X边界(X_bound)的清洁器移动。状态2包括在分块方格顶部向Y边界(Y_bound)的步进。状态3包括向下到X原点的移动。状态4包括在分块方格底部向Y边界的步进。状态5包括最后的通过，发生在到达Y边界时。在图4B中，状态6是倒退步骤，发生在遇到障碍物时。状态6从中断状态返回到下一个状态。例如，如果状态4中断了，状态6返回到状态1。

图5表示了对于穿过分块方格的一条路径，状态机的状态。通过改变X_bound和Y_bound，图4A和4B的状态机能够清洁不同尺寸的区域。例如，通过移动到一个开始位置，并设置X_bound和Y_bound为该未清洁区域的尺寸，如图6C所示，能够清洁分块方格的未清洁区域。

再次参照图3，倒退控制模块330用于自动清洁器一旦遇到障碍物时倒退。分块方格清洁控制模块328还能为分块方格的清洁，产生一分块方格的局部地图。局部地图信息能够传送到房间绘制单元332，用以生成房间地图。该房间地图能够具有比分块方格地图低的分辨率，以便节省内存和处理能力。例如，对于分块方格可以使用4英寸乘4英寸的单元尺寸，而房间地图使用1英尺乘1英尺的单元尺寸。

在下一个分块方格选择模块334的控制下，能够进行下一个分块方格选择。分块方格选择模块334能使用由分块方格绘制单元模块332提供的房间地图，来选择下一个分块方格。在一个实施例中，选择下一个分块方格，使被清洁的分块方格“围拢”在一起，要好于形成直线穿过房间的多个分块方格。图8中描述了在一个房间中分块方格的选择。在这个实施例中，下一个被选的分块方格是与前面的分块方格相邻的。在图8的例子中，以一种大概呈螺旋的方式选择分块方格，将分块方格围拢在一起。

图9描述了在分块方格之间重叠的使用。在图9的例子中，分块方格B与分块方格A重叠。在分块方格之间重叠的使用，避免了定位***中的累积误差引起在分块方格之间分块方格与未清洁区域的不重合。

再次参照图3，在一个实施例中，单元和分块方格尺寸选择模块336选择清洁单元和分块方格的尺寸。对于不同尺寸的房间，能够修改分块方格的尺寸。例如，大一些的房间可以使用相对大的分块方格。单元尺寸能够由房间脏的程度规定。较小的单元导致在清洁单元宽度上更多的重叠，从而更彻底地清洁房间。

在一个实施例中，使用自动清洁器清洁房间中的一个区域。该区域绘制到第一内部地图中。来自于第一内部地图的信息用于产生一个低分辨率的第二内部地图。内部地图可以为由自动清洁器使用的数据结构。在一个例子中，第一内部地图是分块方格地图，第二内部地图是房间地图。图7A示出了一个分块方格地图的例子，用标记为“2”的单元表示障碍物。图7B示出了一个房间地图的例子。用于房间地图的低分辨率保存在存储器和数据处理中。内部地图能够由多个单元组成。在一个例子中，将多个单元标记为障碍物、清洁过或未清洁的区域。分块方格地图的一个单元宽度可以对应于自动清洁器的有效清洁单元宽度部分。在一个实施例中，分块方格地图的一个单元能设置为用自动清洁器的单独直线路段去清洁。第一内部地图的信息可如在该区域清洁之后分块方格地图能够被清除。能够为下一个将要清洁的区域准备一个新的内部地图。

在一个实施例中，当自动清洁器清洁房间的区域时，存储清洁过区域的指示。例如，用表明某些单元已经清洁过的指示更新地图。当自动清洁器在一个清洁过的区域中时，自动清洁器能够进入节电模式，以减少电池电能的消耗。例如，可以关闭清洁单元或部分清洁单元。在图3的例子中，节电模式模块350访问内部地图和位置信息，来确定何时使自动清洁器进入节电模式。

内部环境地图能够允许自动清洁器确保，一个特别区域受到的优待不会超过一个更为“隐藏”的区域——给予所有公开区域同样的关注。通过应用一种定位法，例如推算定位，能够建立该自动装置的环境地图。

使用内部地图，例如房间或分块方格地图，自动清洁器能够潜在地执行路径计划程序，否则将不能这样做。自动装置能够更“灵活”地确定下一步将去哪里。该自动装置还能够知道要避开什么(障碍物或墙)，因为在前面移动期间自动装置已经检测到它们了。

通过从自动装置传感***收集来的信息的模型建立，能够生成地图。在一个实施例中，使用限定的地图尺寸和地图分辨率来初始创建房间地图。

在一个实施例中，每个单元包括三个值：X_val、Y_val和STATUS。X_val和Y_val表示长度单位的值，用在绘制程序的坐标外侧(例如英尺或英寸)。STATUS包括表示单元状态的值，自动装置是否已在那里(值1表示处于到达的状况，值2表示障碍)。当使用算法确定自动装置应当避开地图的那个部分时，也就是，当一个区域具有大数字的高平均值/密度时(那代表障碍)，或当一个区域具有零的高平均值密度时(代表应当探测那个空间)，为了在以后使用，除了已选定的值之外，这些值是任意的。

模拟由定位技术给出的位置，以接近于自动装置的中心。自动清洁器在内部环境地图中被模拟为一个空间，例如一个12”乘12”的空间。这简化了模拟自动装置所需要的一些代码。这种简化的缺点是，根据地图，自动装置看上去覆盖了比它实际尺寸更大的范围，12”乘12”是自动清洁器尺寸的扩大。

一个触觉开关在宣称状态将在地图上标记一个点，这个点对应于该开关的位置。由于反对一种单独的无法识别的标记，每个开关能够唯一的标记在地图上。另外的传感器，例如红外传感器(IR)或声波测定仪，能够以类似的方式标记地图。使用自动清洁器中心在绝对参考系中的x和y值、并与用于传感器定位的任何偏移量一起，能够获得用于更新地图的单元位置。

在一个实施例中，自动清洁器找出没有清洁的区域。理想地，一种算法找出具有未清洁单元最高密度的区域。一个软件模块能够寻找具有最低平均状态的区域，并返回一个位置，自动清洁器能够到达该位置进行另外的清洁工作。这确保了地图中大部分区域都被覆盖。在一个实施例中，在要求自动装置移动到一个区域之前，在那个区域中要求具有一个最小数量的零。

在一个实施例中，自动清洁器进行路径计划来到达特定的区域。如果没有障碍，自动装置能够直接到达期望点。如果在路径中存在一个障碍，内部地图能用来确定路径。例如，在一种情况下，自动清洁器使用内部地图来确定感兴趣点的方向上离开自动清洁器固定距离，如1英尺，是否有障碍。如果没有障碍，如由内部地图指示地那样，自动装置向目标移动固定的距离，到达那个位置。如果有一个障碍标记在内部地图中，通过把建议的路径向左旋转5度，来计算另一条路径。如果路径是畅通的，自动清洁器使用它，如果不畅通，建议的路径向左旋转另一个5度，并且再次检查内部地图。如果向左旋转建议的路径不能生成一条畅通的路径，自动装置能够在右侧检查畅通的路径。在应用这项技术期间，如果自动装置遇到了新的障碍，则把它们标记到地图上，自动装置后退，并重试这项技术。

前面对本发明最佳实施例的描述是为了说明和描述的目的而提供的。它不打算详尽无遗，或限制本发明为所披露的准确形式。许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。选择和描述的实施例是为了更好地解释发明原理和它的实际应用，从而使本领域其他技术人员能够理解本发明的不同实施例，并且通过不同的修改，适于考虑的特殊使用。要说明的是，本发明的保护范围由下面的权利要求和它们的等价物来限定。

Claims (80)

1、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；

能够发生缠绕的自动清洁器的元件；

适于监控该自动清洁器以检测缠绕状态的处理器，该处理器适于调整自动清洁器的操作以去除缠绕状态。

2、如权利要求1的自动清洁器，其中监控由自动清洁器电机引起的电流，来探测与缠绕状态相关的产生电流的级别。

3、如权利要求1的自动清洁器，其中监控所产生的电流，用于电流峰值。

4、如权利要求1的自动清洁器，其中监控所产生的电流，用于所产生电流的高级别。

5、如权利要求1的自动清洁器，其中使用电机驱动芯片的一个管脚监控由自动清洁器电机产生的电流。

6、如权利要求1的自动清洁器，其中自动清洁器向前行进的不足，被用来检测缠绕状态。

7、如权利要求1的自动清洁器，其中元件是自动清洁器的一个驱动轮。

8、如权利要求1的自动清洁器，其中元件是自动清洁器的一个清扫器。

9、如权利要求1的自动清洁器，其中通过倒退自动清洁器，来调整自动清洁器的操作。

10、如权利要求1的自动清洁器，其中通过关闭自动清洁器的清扫器，来调整自动清洁器的操作。

11、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；

电机，可操作地连接到能够发生缠绕的自动清洁器元件上；以及

处理器，适于监控由电机产生的电流，来探测与缠绕状态相关的产生电流的级别，该处理器适于调整自动清洁器的操作以去除缠绕状态。

12、如权利要求11的自动清洁器，其中监控所产生的电流，用于电流峰值。

13、如权利要求11的自动清洁器，其中监控所产生的电流，用于所产生电流的高级别。

14、如权利要求11的自动清洁器，其中使用电机驱动芯片的一个管脚监控由自动清洁器电机产生的电流。

15、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；

颗粒探测器；以及

处理器，适于监控由颗粒探测器探测的颗粒级别，以确定是否调整自动清洁器的操作，当确定要调整自动清洁器的操作时，该处理器适于调整自动清洁器的操作。

16、如权利要求15的自动清洁器，其中使用光学探测器探测颗粒。

17、如权利要求16的自动清洁器，其中光学探测器是光电探测器。

18、如权利要求15的自动清洁器，其中使用振动探测器探测颗粒。

19、如权利要求15的自动清洁器，其中使用声音探测器探测颗粒。

20、如权利要求15的自动清洁器，其中为检测到的高级别颗粒调整自动清洁器的操作。

21、如权利要求20的自动清洁器，其中在检测到高级别的颗粒之后，自动清洁器放慢速度。

22、如权利要求20的自动清洁器，其中在检测到高级别的颗粒之后，自动清洁器倒退，再次清扫区域。

23、如权利要求20的自动清洁器，其中在检测到高级别的颗粒之后，自动清洁器在清扫过程中产生更多的重叠。

24、如权利要求20的自动清洁器，其中自动清洁器清洁分块方格的单元，并且其中在检测到高级别的颗粒之后，减小单元尺寸。

25、如权利要求15的自动清洁器，其中为检测到的低级别颗粒调整自动清洁器的操作。

26、如权利要求25的自动清洁器，其中在检测到低级别的颗粒之后，自动清洁器加速。

27、如权利要求25的自动清洁器，其中在检测到低级别的颗粒之后，自动清洁器在清扫过程中产生较少的重叠。

28、如权利要求25的自动清洁器，其中自动清洁器清洁分块方格的单元，并且其中在检测到低级别的颗粒之后，增大单元尺寸。

29、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；

为清洁单元供应能量的电池；以及

处理器，适于存储房间中已清洁区域的指示，当该自动清洁器在一个已清洁区域中时，该处理器适于自动地使清洁单元进入到节电模式，以减少电池的能量消耗。

30、如权利要求29的自动清洁器，其中已清洁区域的指示存储在内部地图中。

31、如权利要求30的自动清洁器，其中内部地图包括单元。

32、如权利要求31的自动清洁器，其中标记单元为障碍、已清洁或未清洁。

33、如权利要求30的自动清洁器，其中自动清洁器具有第一内部地图，并且其中第一内部地图用于产生低分辨率的第二内部地图。

34、如权利要求33的自动清洁器，其中第一内部地图为分块方格地图，第二内部地图为房间地图。

35、如权利要求29的自动清洁器，其中节能模式包括关闭至少一部分清洁单元。

36、如权利要求35的自动清洁器，其中节能模式包括关闭真空装置。

37、如权利要求35的自动清洁器，其中节能模式包括关闭清扫器。

38、如权利要求29的自动清洁器，其中指示用于选择下一个要清洁的区域。

39、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；以及

处理器，适于在房间中确定预定尺寸的分块方格，该处理器适于利用清洁单元，控制自动清洁器在分块方格中以蛇形模式进行清洁操作，该处理器适于确定房间中预定尺寸的第二分块方格，利用清洁单元以蛇形模式进行清洁操作。

40、如权利要求39的自动清洁器，其中蛇形模式包括直线路段。

41、如权利要求40的自动清洁器，其中自动清洁器在直线路段之间适当的转动。

42、如权利要求40的自动清洁器，其中直线路段包括平行路段，该平行路段导致了清洁重叠。

43、如权利要求40的自动清洁器，其中当自动清洁器接触到障碍时，自动清洁器开始下一个路段。

44、如权利要求43的自动清洁器，其中在首次通过后，障碍能够在分块方格中导致一个未清洁区域，并且其中自动清洁器清洁分块方格中的未清洁区域。

45、如权利要求44的自动清洁器，其中自动清洁器在未清洁区域中做另一个蛇形模式的清洁操作。

46、如权利要求44的自动清洁器，其中自动清洁器从一个不同的方向，进行另一个蛇形模式，清洁该分块方格。

47、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；以及

处理器，适于在房间中确定预定尺寸的分块方格，该分块方格是长和宽均大于自动清洁器的矩形区域，该处理器适于控制自动清洁器利用清洁单元清洁该分块方格，该处理器适于确定在房间中预定尺寸的第二分块方格，用清洁单元清洁。

48、如权利要求47的自动清洁器，其中自动清洁器以蛇形模式清洁分块方格。

49、如权利要求48的自动清洁器，其中蛇形模式包括直线路段。

50、如权利要求49的自动清洁器，其中直线路段包括平行路段，该平行路段导致了清洁重叠。

51、如权利要求49的自动清洁器，其中当自动清洁器接触到障碍时，自动清洁器开始下一个路段。

52、如权利要求47的自动清洁器，其中在首次通过后，障碍能够在分块方格中导致一个未清洁区域，并且其中自动清洁器清洁分块方格中的未清洁区域。

53、如权利要求47的自动清洁器，其中自动装置使用内部地图。

54、如权利要求53的自动清洁器，其中内部地图由单元组成。

55、如权利要求54的自动清洁器，其中标记单元为障碍、已清洁或未清洁。

56、如权利要求53的自动清洁器，其中内部地图是分块方格地图。

57、如权利要求56的自动清洁器，其中分块方格地图用于更新房间地图。

58、如权利要求57的自动清洁器，其中房间地图具有比分块方格地图低的分辨率。

59、如权利要求47的自动清洁器，其中自动清洁器保持位置追踪。

60、如权利要求47的自动清洁器，其中自动清洁器清洁分块方格，直到清洁了整个房间。

61、如权利要求47的自动清洁器，其中自动清洁器使用直线路段清洁该区域。

62、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；以及

处理器，适于控制自动清洁器清洁房间中的一个区域，该处理器适于在第一内部地图中绘制该区域，该处理器适于使用该第一内部地图生成低分辨率的第二内部地图。

63、如权利要求62的自动清洁器，其中第一内部地图是分块方格地图。

64、如权利要求63的自动清洁器，其中以螺旋的清洁方式清洁分块方格地图。

65、如权利要求62的自动清洁器，其中至少该第一和第二内部地图中的一个由单元构成。

66、如权利要求65的自动清洁器，其中单元标记为障碍、已清洁或未清洁。

67、如权利要求62的自动清洁器，其中第一内部地图由单元构成，单元的宽度对应于自动清洁器的有效清洁单元宽度的部分。

68、如权利要求62的自动清洁器，其中第一内部地图由单元构成，并且其中单元能够设置成使用自动清洁器的单一直线路段去清洁。

69、如权利要求62的自动清洁器，其中第二内部地图是房间地图。

70、如权利要求62的自动清洁器，其中第一内部地图包括关于正在清洁的区域的信息。

71、如权利要求70的自动清洁器，其中在该区域清洁过后，清除第一内部地图的信息。

72、如权利要求70的自动清洁器，其中为了下一个清洁区域，准备新的内部地图。

73、一种自动清洁器包括：

在自动清洁器上的清洁单元；以及

处理器，适于从遥控装置中接收关于房间状态的指示，在自动清洁模式下，该处理器适于指导自动清洁器清洁房间，该处理器适于使用指示为该自动清洁模式设置一种清洁样式。

74、如权利要求73的自动清洁器，其中房间状态指示是房间尺寸指示。

75、如权利要求73的自动清洁器，其中房间状态指示是房间灰尘度指示。

76、如权利要求73的自动清洁器，其中指示用于在该清洁模式中设置重叠。

77、如权利要求73的自动清洁器，其中自动清洁模式包括清洁一个预定尺寸的分块方格。

78、如权利要求77的自动清洁器，其中以蛇形模式清洁该分块方格。

79、如权利要求77的自动清洁器，其中基于指示设定该预定尺寸。

80、如权利要求73的自动清洁器，其中遥控装置适于在用户控制模式和自动清洁模式之间切换自动清洁器，在用户控制模式中，使用来自于遥控装置的命令指导自动清洁器。

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