DE10157016A1

DE10157016A1 - Reinigungsroboter, Reinigungsrobotersystem sowie Verfahren zur Steuerung eines solchen Reinigungsroboters

Info

Publication number: DE10157016A1
Application number: DE10157016A
Authority: DE
Inventors: Jeong-Gon Song; Kwang-Su Kim; Jang-Youn Ko
Original assignee: Samsung Gwangju Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: KR20030013099A; SE0200900D0; CN1401289A; JP2003052596A; GB2380563A; US6841963B2; SE524488C2; FR2828427B1; GB0217006D0; CN1250148C; RU2236814C2; SE0200900L; DE10157016B4; KR100420171B1; GB2380563B; FR2828427A1; US20030028993A1

Abstract

Es sind ein Reinigungsroboter (10), ein System dieses Roboters und ein Verfahren zur Steuerung des betreffenden Roboters geschaffen: das Reinigungsrobotersystem umfaßt einen Reinigungsroboter (10), der eine Reinigungsoperation während einer drahtlosen Kommunikation mit einer externen Vorrichtung ausführt und der eine Vielzahl von Annäherungsschaltern (12c1 bis 12c5) aufweist, die in einem unteren Bereich eines Körpers in einer Reihe angeordnet sind, und im Boden eines Arbeitsbereiches ist eine Führungsplatte angeordnet, auf bzw. in der Metallleitungen in einem bestimmten Muster gebildet sind, wobei die Metallleitungen durch die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) detektierbar sind. Da die Erkennung der Stelle bzw. des Platzes und die Bestimmung der Bewegungsbahn innerhalb eines Arbeitsbereiches einfacher wird, kann die Leistung des Reinigungsroboters (10) gesteigert werden, während eine Last, Algorithmen verarbeiten zu müssen, verringert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Reinigungsvorrichtung bzw. auf einen Reinigungsroboter, auf ein System des betreffenden Roboters sowie auf ein Verfahren zur Steuerung des betreffenden Roboters und insbesondere auf eine automatische Reinigungsvorrichtung bzw. einen Reinigungsroboter, ein System des betreffenden Roboters und auf ein Verfahren zu Steuerung des betreffenden Roboters, das imstande ist, die Bewegung des Reinigungsroboters zu einer Zielstelle hin ohne weiteres unter Gewinnung einer geografischen Information des Zielarbeitsbereiches zu steuern.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Generell bewegt sich eine automatische Reinigungsvorrichtung bzw. ein Reinigungsroboter ohne Manipulation bzw. Handhabung eines Anwenders über eine Reinigungsfläche innerhalb eines Zielreinigungsbereiches, während Fremdstoffe, wie Schmutz oder Staub von der Reinigungsfläche abgesaugt werden.
Während eines Reinigungsprozesses ermittelt der Reinigungsroboter eine Entfernung zu Hindernissen, wie zu Möbeln, einer Wand, etc. und nimmt auf der Grundlage der ermittelten Information eine solche Steuerung vor, dass er mit den Hindernissen nicht kollidiert.
Um sicherzustellen, dass der gesamte Arbeitsbereich durch den Reinigungsroboter abgedeckt wird, muß der Reinigungsroboter seine relationale Position in bezug auf den Arbeitsbereich erkennen.
Obwohl viele Studien über einen Weg durchgeführt worden sind, dass der Reinigungsroboter die relationale Position durch Speichern von Bildern von Verhältnissen mittels einer Kamera erkennt, mit der er ausgestattet ist, ist aufgrund der erheblich beschwerlichen Algorithmen für einen Bilderkennungsprozess und der hohen Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Positionserkennung auf Grund von Änderungen der Verhältnisse die Genauigkeit des Bilderkennungsprozesses nicht verbessert und dessen kommerzielle Nutzung ist behindert worden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat es ermöglicht, die oben erwähnten Probleme der verwandten Technik zu überwinden, und demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Reinigungsvorrichtung bzw. einen Reinigungsroboter, ein System des betreffenden Roboters und ein Verfahren zur Steuerung des betreffenden Roboters bereitzustellen, der bzw. das imstande ist, nicht nur eine Position des betreffenden Roboters genau zu erkennen, sondern außerdem eine Last zu verringern, Algorithmen zur Positionserkennung verarbeiten zu müssen.

Die obige Aufgabe wird durch eine automatische Reinigungsvorrichtung bzw. durch einen Reinigungsroboter gelöst zur Ausführung einer Reinigungsoperation, während eine drahtlose Kommunikation mit einer externen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt, umfassend einen Antriebsteil, der eine Vielzahl von Rädern antreibt, die an einem Körper des Reinigungsroboters angebracht sind, einen Staubsammelteil, der an dem Körper angebracht ist zum Sammeln von Staub von einer Bodenfläche innerhalb eines Arbeitsbereiches, eine Vielzahl von Annäherungsschaltern, die an einer unteren Seite des der Bodenfläche zugewandten Körpers in einen bestimmten Abstand voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Vielzahl der Annäherungsschalter zur Ermittelung des Vorhandenseins eines Metallgliedes in einer Richtung zur Bodenfläche hin dient, und einen Steuerteil, der eine Bewegungsstrecke und eine Bewegungsbahn unter Heranziehung eines Ausgangssignals von den Annäherungsschaltern während der Bewegung berechnet und der den Antriebsteil so steuert, dass der Antriebsteil eine zugewiesene Arbeit durch Nutzung der berechneten Bahn ausführt.

Die Annäherungsschalter umfassen einen Oszillator, der mit einer Erfassungs- bzw. Detektierspule schwingt, einen Wellengenerator, der eine Amplitude der Schwingung von der Wellen-Detektierspule ermittelt, und einen Integrator, der ein von einer Wellen-Detektierschaltung abgegebenes Signal integriert und abgibt.

Die Annäherungsschalter sind in einer Reihe längs einer Linie angeordnet, welche die Achsen der Räder verbindet, die einander gegenüberliegen.

Die Annäherungsschalter sind in einer ungeraden Zahl so angeordnet, dass ein Annäherungsschalter in einer Mitte der Achsenverbindungslinie platziert ist und dass der Rest der Annäherungsschalter neben dem einen Annäherungsschalter in einer symmetrischen Weise platziert ist.

Die obige Aufgabe wird durch ein automatisches Reinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, umfassend eine automatische Reinigungsvorrichtung bzw. einen Reinigungsroboter, die bzw. der eine Reinigungsoperation während einer drahtlosen Kommunikation mit einer externen Vorrichtung ausführt, wobei der Reinigungsroboter eine Vielzahl von Annäherungsschaltern aufweist, die an einem unteren Teil eines Körpers in einer Reihe angeordnet sind, und wobei eine Führungsplatte in einem Boden des Arbeitsbereiches angeordnet ist, wobei in bzw. auf der Führungsplatte Metallleitungen in einem bestimmten Muster gebildet sind, die durch die Annäherungsschalter feststellbar bzw. detektierbar sind.

Die Metallleitungen sind auf bzw. in einer unteren Fläche der Führungsplatte gebildet.

Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Steuerung einer automatischen Reinigungsvorrichtung bzw. eines Reinigungsroboters gelöst, der eine Bewegungsstelle durch Verwendung eines Detektiersignals erkennt, welches durch eine Vielzahl von Annäherungsschaltern ermittelt wird, die an einer Unterseite eines Körpers in einem bestimmten Abstand voneinander und von den Metallleitungen angeordnet sind, welche in einer Bodenfläche eines Arbeitsbereiches in einem bestimmten Muster gebildet sind, wobei das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte umfasst der Erzeugung und Speicherung einer Musterabbildung der Metallleitungen während der Bewegung des Reinigungsroboters innerhalb des Arbeitsbereiches, wobei auf die Eingabe eines Bedienungs- bzw. Operationsanforderungssignals hin eine Stelle des Reinigungsroboters durch Vergleich der Musterabbildung mit dem durch die Annäherungsschalter ermittelten Detektiersignal erkannt wird und wobei die Bewegungsbahn aus der erkannten Stelle zu einer Zielstelle hin berechnet wird und wobei der Reinigungsroboter längs der berechneten Bewegungsbahn bewegt wird.

Die Anzahl der Annäherungsschalter beträgt zumindest drei, die längs einer Linie, welche die Achsen der einander gegenüberliegenden Räder des Reinigungsroboters verbindet, in einer Reihe und in einer symmetrischen Weise angeordnet sind, und das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte, dass dann, wenn das Detektiersignal von den äußersten Annäherungsschaltern während des Bewegungsprozesses empfangen wird, eine temporäre Stillsetzung der Bewegung und eine Berechnung der Bahneinstellkoordinaten einschließlich einer Änderung der Richtung und der geraden Bewegungsrichtung erfolgen, die für die Metallleitungserfassung durch den in der Mitte angeordneten Annäherungsschalter erforderlich ist, dass der Reinigungsroboter in Übereinstimmung mit den Bahneinstellkoordinaten bewegt wird und dass dann, wenn die Metallleitungen durch den Annäherungsschalter in der Mitte ermittelt werden, die Operation bzw. der Betrieb fortgesetzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben erwähnten Aufgaben und das Merkmal der vorliegenden Erfindung werden durch Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich werden. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Perspektivansicht, die einen Reinigungsroboter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, von dem eine Abdeckung weggenommen ist.
Fig. 2 veranschaulicht in einer Unteransicht schematisch den Reinigungsroboter gemäß Fig. 1.
Fig. 3 veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein Reinigungsrobotersystem unter Verwendung des Reinigungsroboters gemäß Fig. 1.
Fig. 4 veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein Beispiel eines Annäherungssensors gemäß Fig. 3.
Fig. 5 veranschaulicht in einem Blockdiagramm eine zentrale Steuereinheit gemäß Fig. 3.
Fig. 6A bis 6D veranschaulichen Darstellungsbeispiele von Metallleitungen, die bei dem Reinigungsroboter gemäß Fig. 1 verwendet werden.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Prozesses der Einstellung einer Bahn des Reinigungsroboters gemäß Fig. 1 längs der Metallleitungen.
Fig. 8 veranschaulicht in einem Flußdiagramm einen Prozess einer Spurausrichtungseinstellung während einer Reinigungsoperation des Reinigungsroboters gemäß Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen folgt eine detaillierte Beschreibung einer automatischen Reinigungsvorrichtung bzw. eines Reinigungsroboters, eines Systems des betreffenden Roboters und eines Steuerverfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Reinigungsroboters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, von dem eine Abdeckung abgenommen ist. Fig. 2 zeigt eine Unteransicht des Reinigungsroboters gemäß Fig. 1, und Fig. 3 veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein den Reinigungsroboter gemäß Fig. 1 verwendendes Reinigungsrobotersystem.
Ein Reinigungsroboter 10 weist einen Staubsammelbereich 11, einen Sensorbereich 12, eine Vorwärts-Kamera 13, einen Antriebsteil 15, eine Speichervorrichtung 16, einen Sende-/Empfangsbereich 17, einen Steuerbereich 18 und einer Batterie 19 auf.
Der Staubsammelbereich 11 ist an einem Körper 10a angebracht, um Staub von der Reinigungsfläche zu sammeln, während Umgebungsluft an- bzw. eingesaugt wird. Der Staubsammelbereich 11 kann in vielerlei Weise nach generell bekannten Verfahren aufgebaut sein. So kann der Staubsammelbereich 11 beispielsweise einen (nicht dargestellten) Saugmotor und eine Staubsammelkammer aufweisen, die durch einen Ansauganschluss oder ein Ansaugrohr während des Betriebs des Ansaugmotors angesaugten Staub sammelt. Der Ansauganschluß oder das Ansaugrohr sind so gebildet, dass sie der Reinigungsfläche zugewandt sind.
Der Sensorbereich 12 weist Hindernis-Sensoren 12a, die an einer Fläche des Körpers in einem bestimmten Abstand voneinander gebildet sind, um ein Signal abzugeben und ein reflektiertes Signal aufzunehmen, einen Bewegungsabstands- Sensor 12b zur Ermittelung des Bewegungsabstands sowie Annäherungsschalter 12c auf.
Die Hindernis-Sensoren 12a weisen Lichtabgabeelemente 12a1, welche Licht emittieren, und Lichtaufnahmeelemente 12a2 auf, die reflektiertes Licht aufnehmen, wobei die betreffenden Elemente längs eines äußeren Umfangs des Hindernis-Sensors 12a in einem bestimmten Abstand voneinander und in vertikalen Reihen angeordnet sind. Alternativ können die Hindernis- Sensoren 12a ein Ultra-Sensor sein, der Ultraschallwellen abgibt und der reflektierte Ultraschallwellen empfängt. Die Hindernis-Sensoren 12a werden außerdem zur Messung eines Abstands zu dem Hindernis oder zur Wand verwende t.
Die Abstands-Sensoren 12b können in RPM-Sensor sein, der eine Umdrehung pro Minute (RPM) der Räder 15a bis 15d ermittelt. Beispielsweise kann der RPM-Sensor ein Codierer sein, der die Drehzahl pro Minute der Motoren 15e und 15f ermittelt.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, ist eine Vielzahl von Annäherungsschaltern 12c an einer Unterseite des Körpers 10a so angeordnet, dass sie der Fläche eines Arbeitsbereiches zugewandt sind.
Vorzugsweise sind die Annäherungsschalter 12c in einem bestimmten Abstand voneinander in einem symmetrischen Muster einer imaginären Linie 15e folgend angeordnet, welche die Mitten der beiden Räder 15c und 15d verbindet, das heißt einer Achsenlinie 15e der Räder 15c und 15d folgend. Vorzugsweise sind die Annäherungsschalter 12c in ungerader Anzahl in einer solchen Weise angeordnet, dass ein Annäherungsschalter 12c auf einem Mittelpunkt 15f der Achsenlinie 15e platziert ist und dass der Rest der Annäherungsschalter 12c neben dem mittleren Annäherungsschalter 12c in einem symmetrischen Muste r platziert ist. Vorzugsweise sind fünf Annäherungsschalter 12c vorhanden.
Nachdem die Annäherungsschalter 12c auf einer Achsenlinie 15e der Räder 15c und 15d platziert sind; wie dies oben beschrieben worden ist, wird die Bahn des Reinigungsroboters 10 in Übereinstimmung mit den Signalen von den Annäherungsschaltern 12c ohne weiteres bzw. leicht eingestellt, und zwar mittels einer Einstelleinheit, bestehend aus einer orthogonalen Drehung/einer geraden Bewegung/einer orthogonalen Drehung.
Vorzugsweise werden die Annäherungsschalter 12c in einer bekannten Vorrichtung verwendet, die indirekt Metallmaterial innerhalb eines bestimmten Erfassungsabstands in einer Richtung zur Reinigungsfläche des Arbeitsbereiches ermittelt.
Die Annäherungsschalter 12c können beispielsweise Schalter vom Schwingungstyp sein, die das Vorhandensein eines Metallmaterials durch Erzeugen eines Schwingungssignals einer bestimmten Frequenz und der Ermittlung der Amplitudenänderung der Schwingung auf Grund einer Wechselwirkung des Metallmaterials mit dem Magnetfeld, welches durch die Schwingung erzeugt wird, bestimmen, oder die Annäherungsschalter 12c können Schalter vom Kapazitätstyp sein, die das Vorhandensein eines ermittelten Objekts dadurch bestimmen, dass eine Kapazitätsänderung entsprechend dem Abstand zwischen der Detektiereleketrode und dem ermittelten Objekt festgestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform sind die Annäherungsschalter 12c Schalter vom Schwingungstyp.
Wie in Fig. 4 veranschaulicht, weist der generelle Aufbau der Schalter 12c vom Schwingungstyp einen Oszillator 12ck, einen Wellendetektor 12c1 und einen Integrator 12cm auf. In Abhängigkeit von der Signalerfassungsfähigkeit kann ein Verstärker vorgesehen sein.
Der Oszillator 12ck erzeugt ein Hochfrequenz-Schwingungssignal mittels einer Detektierspule, die neben der Detektierfläche angeordnet ist.
Der Wellendetektor 12c1 ermittelt eine Schwingungsamplitude der Detektierspule des Oszillators 12ck und gibt diese ab.
Der Integrator 12cm integriert das von dem Wellendetektor 12c1 abgegebene Signal und gibt das Ergebnis an den Steuerteil 18 über den Verstärker 12cn ab.
Wenn sich ein ermitteltes Objekt, das heißt ein Metallmaterial dem von der Detektierspule durch die elektromagnetische Induktion erzeugten Magnetfeld hoher Frequenz nähert, wird in dem ermittelten Objekt (Metallmaterial) ein Wirbelstrom erzeugt. Der Wirbelstrom wird entgegen der Änderung des magnetischen Flusses erzeugt, der in der Detektierspule erzeugt wird, und die Schwingungsamplitude der internen Schwingungsschaltung des Oszillators 12ck wird verringert oder verschwindet. Die Annäherungsschalter 12c des Schwingungstyps stellen das Vorhandensein des ermittelten Objekts (Metallmaterial) durch Nutzung einer derartigen Wechselwirkung fest.
Vorzugsweise sind die Metallleitungen, die durch die Annäherungsschalter 12c ermittelbar sind, in dem unteren Bereich des Bodens eingebettet.
So sind beispielsweise, wie dies in Fig. 6A bis 6D veranschaulicht ist, Metallleitungen 61, 63, 65, 67 auf bzw. an einer Führungsplatte 60 in einem bestimmten Muster gebildet. Die Metallleitungen 61, 63, 65, 67 sind derart angeordnet, dass die Leitungsbreite zwischen ihnen dem Detektier- bzw. Erfassungsbereich der Annäherungsschalter 12c entspricht.
Vorzugsweise sind die Metallleitungen 61, 63, 65, 67 in den beispielhaften Mustern der Fig. 6A bis 6D unter der Führungsplatte 60 gebildet, die eine sogenannte Bodenplatte ist, so dass sie zur Außenseite hin nicht freiliegen. Es wird ferner bevorzugt, dass die Führungsplatte 60 aus einem flexiblen Isolationsmaterial mit Ausnahme der Metallleitungen 61, 63, 65, 67 gebildet ist.
Die Dicke der Führungsplatte 60 ist innerhalb eines Erfassungsbereiches der Annäherungsschalter 12c des Reinigungsroboters 10 bestimmt. So beträgt die Dicke der Führungsplatte 60 vorzugsweise beispielsweise weniger als 5 cm.
Fig. 6A veranschaulicht Metallleitungen 61 vom Matrixtyp, die in der Führungsplatte 60 eingebettet sind. Wenn in diesem Falle die Annäherungsschalter 12c sich der Schnittlinie mit den Metallleitungen 61 nähern, gehen sämtliche Annäherungsschalter 12c1 bis 12c5 Detektier-Signale ab.
Demgemäß kann die Schnittlinie ohne weiteres ermittelt werden, und damit kann die Position des Reinigungsroboters 10 genauer erkannt werden.
Die Vorwärts-Kamera 13 ist an dem Körper 10a zum Fotografieren bzw. Aufnehmen von vorn liegenden Dingen eingerichtet und gibt die aufgenommenen bzw. fotografierten Bilder an den Steuerbereich 18 ab.
Der Antriebsbereich 15 weist ein Paar von vorderen Rädern 15a, 15b, die zu beiden vorderen Seiten angeordnet sind, ein Paar von hinteren Rädern 15c, 15d, die zu beiden hinteren Seiten angebracht sind, ein Paar von Motoren 15e, 15f für einen drehbaren Antrieb des Paares der hinteren Räder 15c, 15d und einen Steuerriemen 15g auf, der angebracht ist, um die von dem Paar der hinteren Räder 15c, 15d erzeugte Antriebskraft auf das Paar der vorderen Räder 15a, 15b zu übertragen. Der Antriebsbereich 15 treibt das Paar der Motoren 15e, 15f entsprechend dem Steuersignal von dem Steuerbereich 18 an, um das Paar der Motoren 15e, 15f unabhängig voneinander zu drehen. Jeder Motor des Paares der Motoren 15e, 15f wird bidirektional gedreht. Um die Fortbewegungsrichtung des Reinigungsroboters 10 zu ändern, treibt der Antriebsbereich 15 das Paar der Motoren 15e, 15f mit unterschiedlichen Drehzahlen an.
Der Sende-/Empfangsbereich 17 sendet Daten aus, die zu einer Antenne 17a zu übertragen sind, und überträgt ein empfangenes Signal von der Antenne 17a zu dem Steuerbereich 18.
Die Batterie 19 ist an dem Körper 10a angebracht, um durch einen (nicht dargestellten) Ladeanschluß geladen zu werden. Der Ladeanschluß ist an einer Außenseite des Körpers 10a gebildet, um mit einer externen Ladevorrichtung 30 lösbar verbunden zu werden.
Ein Batterieladungspegel-Detektierbereich 20 ermittelt einen Ladepegel der Batterie 19 und erzeugt ein Signal für eine Ladungsanforderung, wenn bestimmt wird, dass der ermittelte Ladungspegel eine bestimmte untere Grenze erreicht.
Der Steuerbereich 18 verarbeitet das durch den Sende-/Emfangsbereich 17 empfangene Signal und steuert die entsprechenden Bereiche. Wenn eine (nicht dargestellte) Tasteneingabevorrichtung, die eine Vielzahl von Tasten zur Bedienung bzw. Manipulation der Auswahl von Funktionen der Reinigungsvorrichtung 10 aufweist, für den Körper 10a oder eine Fernsteuereinrichtung 40 vorgesehen ist, verarbeitet der Steuerbereich 18 die von der Tasteneingabevorrichtung eingegebenen Tastensignale.
Der Steuerbereich 18 steuert vorzugsweise die entsprechenden Bereiche so, dass der Reinigungsroboter 10 eine Verbindung mit der externen Ladevorrichtung 30 während des Nichtbetriebs beibehält. Durch Beibehaltung der Verbindung zu der externen Ladevorrichtung 30 während des Nichtbetriebs kann der Ladepegel der Batterie 19 innerhalb eines angemessenen Bereiches gehalten werden.
Nach Trennung von der externen Ladevorrichtung 30 für einen zugewiesenen Betrieb führt der Steuerbereich 18 den Reinigungsroboter 10 zur externen Ladevorrichtung 30 durch Verwendung der Bahninformation zurück, die durch die Annäherungsschalter 12c während der Bewegung des Reinigungsroboters erhalten worden sind. Der Steuerbereich 18 kann außerdem die in den Kameras 13 gespeicherte Bildinformation als zusätzliche Information nutzen, um eine Rückkehr- oder eine zugewiesene bzw. festgelegte Operation auszuführen.
Hier umfasst die "zugewiesene Operation" eine Reinigungsoperation oder eine Überwachungsoperation durch die Kamera 13.
Wenn die zugewiesene bzw. festgelegte Operation abgeschlossen ist oder wenn das Signal für eine Ladungsanforderung von dem Batterieladungspegel-Detektierbereich 20 während des Betriebs eingegeben wird, berechnet der Steuerbereich 18 des Reinigungsroboters 10 eine Rückkehrbahn zu der externen Ladevorrichtung 30 unter Heranziehung der Bahninformation, die darin zum Zeitpunkt der Trennung von der externen Ladevorrichtung 30 gespeichert ist, und steuert den Antriebsbereich 15 für eine Bewegung längs der berechneten Rückkehrbahn, während eine Abweichung von der Bahn durch die Verwendung der eingegebenen Signale von den Annäherungsschaltern 12c verhindert ist.
Vorzugsweise ist das automatische Reinigersystem bzw. das Reinigungs-Robotersystem so aufgebaut, dass extern die Betriebssteuerung bezüglich des Reinigungsroboters 10 sowie die Verarbeitung und Analyse des durch die Kamera 13 aufgenommenen Bildes extern ausgeführt werden.
Demgemäß ist der Reinigungsroboter 10 so aufgebaut, dass er das durch die Kamera 13 aufgenommene Bild drahtlos nach außen überträgt und in Übereinstimmung mit dem von der Außenseite her empfangenen Steuersignal arbeitet. Die Fernsteuereinrichtung 40 steuert drahtlos den Reinigungsroboter 10 in bezug auf eine Reihe von Operationen, wie eine Reinigungsoperation, eine Rückkehroperation oder dergleichen.
Die Fernsteuereinrichtung 40 weist eine drahtlose Übermittlungs- bzw. Weiterleiteinheit 41 und eine zentrale Steuereinheit 50 auf.
Die drahtlose Weiterleiteinheit 41 verarbeitet ein von dem Reinigungsroboter 10 her empfangenes drahtloses Signal und überträgt das verarbeitete Signal über eine Leitung zu der zentralen Steuereinheit 50 hin, und sie sendet das von der zentralen Steuereinheit 50 empfangene Signal drahtlos über die Antenne 42 an den Reinigungsroboter 41 aus.
Die zentrale Steuereinheit 50 besteht aus einem Allzweckcomputer, von dem ein Beispiel in Fig. 5 veranschaulicht ist. Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt die zentrale Steuereinheit 50 eine zentrale Verarbeitungseinheit (51; CPU), einen Festwertspeicher (52; ROM), einen Schreib- Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (53; RAM), eine Anzeigeeinheit 54, eine Eingabeeinheit 55, eine Speichereinheit 56 und eine Kommunikationseinheit 57.
In der Speichereinheit 56 ist eine Reinigungsroboter- Treibereinrichtung bzw. Steuereinrichtung 56a installiert zur Steuerung des Reinigungsroboters 10 und zur Verarbeitung eines von dem Reinigungsroboter 10 übertragenen Signals.
Nach Ausführung liefert die Reinigungaroboter-Treibereinrichtung 56a mittels der Anzeigeeinheit 54a ein Menü zur Einstellung von Steuervorgängen bezüglich des Reinigungsroboters 10 und verarbeitet eine Reihe von Jobs bzw. Arbeiten, die das Menü durch den Anwender bzw. Benutzer ausgewählt ermöglicht, durch den Reinigungsroboter 10 auszuführen. Das Menü umfasst Kategorien des Reinigungsbetriebs und des Überwachungsbetriebs mit Sub- Kategorien von Menüs, die durch das die vorliegende Erfindung verwendende Produkt gestützt sind, wie eine Liste einer Arbeitsbereichsauswahl, eines Arbeitsverfahren oder dergleichen.
Vorzugsweise ist die Reinigungsroboter-Antriebseinrichtung bzw. -Treibereinrichtung 56a mit einem geografischen Informationserkennungsmodus-Menü ausgestattet, und wenn der geografische Informationserkennungsmodus ausgewählt ist, wird der Reinigungsroboter 10 von der externen Ladevorrichtung 30 getrennt, um sich längs des Ziel-Arbeitsbereiches zu bewegen, und nimmt die Erzeugung und Speicherung einer geografischen Information bezüglich des Metallleitungsmusters unter Heranziehung des von den Annäherungsschaltern 12c ermittelten und übertragenen Signals vor. Die Erzeugung und Speicherung der geografischen Information kann auch in dem Reinigungsroboter 10 durchgeführt werden.
Die Reinigungsroboter-Antriebseinrichtung bzw. -Treibereinrichtung 56a steuert den Reinigungsroboter 10 zur Ausführung der zugewiesenen Arbeit, wenn die bestimmte Arbeitszeit vorliegt oder wenn das Arbeitsbefehlssignal über die Eingabevorrichtung 55 von dem Anwender empfangen wird bzw. ist.
Der Steuerbereich 18 des Reinigungsroboters 10 steuert den Antriebsbereich 15 und/oder den Staubsammelbereich 11 in Übereinstimmung mit der Steuerinformation, die von der Reinigungsroboter-Antriebseinrichtung bzw. -Treibereinrichtung 56a über die drahtlose Weiterleiteinrichtung 41 empfangen ist. Der Steuerbereich 18 überträgt außerdem das durch die Kamera 13 aufgenommene Bild über die drahtlose Weiterleiteinrichtung 41 zu der zentralen Steuereinheit 50 hin.
Wenn während der Betriebs- bzw. Arbeitssteuerung das Batterieladeanforderungssignal von dem Reinigungsroboter 10 oder ein Arbeitsabschlußsignal über die drahtlose Weiterleiteinheit 41 empfangen wird, berechnet die Reinigungsroboter-Antriebseinrichtung bzw. -Treibereinrichtung 56a eine Rückkehrbahn zur Ladevorrichtung 30 unter Heranziehung der in der Speichereinheit 56 gespeicherten geografischen Information bezüglich der Metallleitungen und steuert den Reinigungsroboter 10 so, dass er der berechneten Bahn folgend zu der externen Ladevorrichtung 30 zurückkehrt.
Der Prozess der Steuerung des Reinigungsroboters 10 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 in weiteren Einzelheiten erläutert.
Zunächst wird eine Musterabbildung bzw. ein Musterplan der Metallleitungen erzeugt und gespeichert (Schritt S100) Die Erzeugung der Musterabbildung wird vorgenommen, während der Anwender den Reinigungsroboter für den Einsatz vorbereitet oder während der Benutzer den geografischen Informationserkennungsmodus beim Prozess der Aktualisierung der geografischen Information auswählt. Ferner kann die Musterabbildung auch jedesmal dann erzeugt werden, wenn sich der Reinigungsroboter 10 von der Ladevorrichtung 30 trennt.
Anschließend wird bestimmt, ob das Operationsanforderungssignal empfangen worden ist oder nicht (Schritt S110).
Falls das Operationsanforderungssignal als empfangen bestimmt worden ist, wird eine Bewegungsbahn für die zugewiesene bzw. festgelegte Arbeit unter Heranziehung der geografischen Information der Metallleitungen berechnet, wie sie gespeichert ist (Schritt S120).
Anschließend bewegt sich der Reinigungsroboter 10 längs der berechneten Bewegungsbahn (Schritt S130).
Die Bewegungsbahn ist so festgelegt, dass der Annäherungsschalter 12c3, der in der Mitte angeordnet ist, gegenüber der Metallleitung 65 liegt. Der Reinigungsroboter 10 bewegt sich längs der normalen Bewegungsbahn, wie dies in einem imaginären Kreis "A" in Fig. 7 veranschaulicht ist.
Anschließend wird bestimmt, ob das Metallleitungs-Detektiersignal von lediglich einem der äußersten Annäherungsschalter 12c1, 12c5 eingegeben wird (Schritt S140).
Falls dies der Fall ist, das heißt dann, wenn der Reinigungsroboter 10 von der normalen Bewegungsbahn zum einer Position hin abweicht, wie sie durch die imaginären Kreise "B" und "C" gemäß Fig. 7 angedeutet ist, wird bestimmt, dass der Reinigungsroboter 10 eine akzeptable Grenze der Bewegungsbahn erreicht. Demgemäß wird der Reinigungsroboter 10 vorübergehend stillgesetzt, und die Bahneinstellkoordinaten werden für den Reinigungsroboter 10 für die Rückkehr zu der normalen Bewegungsbahn berechnet.
Genauer gesagt wird in dem Fall, dass der Reinigungsroboter 10 in dem Kreis "B" ist, der vorübergehend stillgesetzte Reinigungsroboter 10 um 90° nach linke gedreht, um eine Strecke vorwärtsbewegt, die dem Abstand zwischen dem Annäherungsschalter 12c3 in der Mitte und dem einen äußersten Annäherungsschalter 12c1 entspricht, und dann um 90° nach rechts in die normale Fortbewegungsrichtung gedreht (durch einen Pfeil angedeutet). Demgemäß ist der Annäherungsschalter 12c3 in der Mitte so positioniert, dass er der Metallleitung zugewandt ist. Die Bahneinstellkoordinaten für eine Änderung der Richtung und des Abstands der gerade Vorwärtsbewegung des Reinigungsroboters 10 werden beim Schritt S150 berechnet.
In dem Fall, dass der Reinigungsroboter 10 im Kreis "C" gemäß Fig. 7 positioniert ist, wird der vorübergehend stillgesetzte Reinigungsroboter 10 um 90° nach rechts gedreht, um eine Strecke gerade vorwärts bewegt, die dem Abstand zwischen dem Annäherungsschalter 12c3 in der Mitte und dem anderen äußersten Annäherungsschalter 12c5 entspricht, und dann um 90° nach links gedreht. Demgemäß weist der Annäherungsschalter 12c3 in der Mitte zu der Metallleitung 61 hin, und die Bahneinstellkoordinaten für die Änderung der Richtung und des Abstands der geraden Vorwärtsbewegung werden beim Schritt S150 berechnet.
In Übereinstimmung mit den berechneten Bahneinstellkoordinaten wird anschließend der Antriebsbereich 15 des Reinigungsroboter 10 so gesteuert, dass der Reinigungsroboter 10 zur Rückkehr zu der normalen Bewegungsbahn und dann zum nächsten Zielbereich hin angetrieben wird.
Unterdessen wird in dem Fall, dass der Reinigungsroboter 10 in den Kreisen "D" und "E" gemäß Fig. 7 positioniert ist, das heißt in dem Fall, dass lediglich die Annäherungsschalter 12c2, 12c4 zwischen den äußersten Annäherungsschaltern 12c1, 12c5 und dem Annäherungsschalter 12c3 in der Mitte das Metallleitungs-Detektiersignal aufnehmen, die Bahn durch Ändern der Drehzahl der linken bzw. rechten Räder eingestellt.
Nach den obigen Bewegungsprozessen wird bestimmt, dass die Operation abgeschlossen ist (Schritt S170), und demgemäß wird die Operation beendet.
Wie oben beschrieben, wird entsprechend dem Reinigungsroboter 10, dem System und dem Verfahren zur Steuerung des betreffenden Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung die Erkennung der Stelle bzw. des Platzes des Reinigungsroboters 10 und der Bewegungsbahn für den Reinigungsroboter 10 innerhalb des Arbeitsbereiches einfacher. Infolgedessen ist die Leistung des Reinigungsroboters 10 verbessert, während die Last, Algorithmen verarbeiten zu müssen, verringert ist.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, dürfte für den Durchschnittsfachmann verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf die beschriebene Ausführungsform nicht beschränkt sein sollte, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Wesensart der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Reinigungsroboter zur Ausführung einer Reinigungsoperation während einer drahtlosen Kommunikation mit einer externen Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Antriebsbereich (15), der eine Vielzahl von Rädern (15a, 15b, 15c, 15d) antreibt, die an einem Körper des Reinigungsroboters (10) angebracht sind,
durch einen an dem Körper angebrachten Staubsammelbereich (11) zum Sammeln von Staub von einer Bodenfläche innerhalb eines Arbeitsbereiches,
durch eine Vielzahl von Annäherungsschaltern (12c1 bis 12c5), die an einer Unterseite des Körpers so angeordnet sind, dass sie der Bodenfläche in einem bestimmten Abstand voneinander zugewandt sind, wobei die Vielzahl der Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) zur Ermittelung des Vorhandenseins eines Metallgliedes (61, 63, 65, 67) in einer Richtung zu der Bodenfläche hin dient,
und durch einen Steuerbereich (18), der einen Bewegungsabstand und eine Bewegungsbahn durch Verwendung eines Ausgangssignals von den Annäherungsschaltern (12c1 bis 12c5) während der Bewegung berechnet und den Antriebsbereich (15) so steuert, dass der betreffende Antriebsbereich (15) eine zugewiesene bzw. festgelegte Arbeit unter Heranziehung der berechneten Bahn ausführt.

2. Reinigungsroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) einen Oszillator (12ck), der mittels einer Detektierspule Schwingungen erzeugt, einen Wellendetektor (12c1), der eine Amplitude der Schwingung von der Wellen- Detektierspule her ermittelt, und einen Integrator (12 cm) umfassen, der das durch eine Wellen-Detektierschaltung (12c1) abgegebene Signal integriert und abgibt.

3. Reinigungsroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) in einer Reihe längs einer Linie angeordnet sind, welche die Achsen von einander gegenüberliegenden Rädern verbindet.

4. Reinigungsroboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) in einer ungeraden Anzahl derart angeordnet sind, dass ein Annäherungsschalter in der Mitte der Achsenverbindungslinie platziert ist und dass der Rest der Annäherungsschalter (12c3) neben dem einen Annäherungsschalter in einer symmetrischen Weise angeordnet ist.

5. Reinigungsroboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) fünf beträgt.

6. Reinigungsrobotersystem, gekennzeichnet durch einen Reinigungsroboter, der eine Reinigungsoperation während einer drahtlosen Kommunikation mit einer externen Vorrichtung ausführt,
dass der Reinigungsroboter (10) eine Vielzahl von Annäherungsschaltern (12c1 bis 12c5) aufweist, die an einem unteren Bereich eines Körpers in einer Reihe angeordnet sind,
und dass eine Führungsplatte (60) vorgesehen ist, die im Boden eines Arbeitsbereiches angeordnet ist und auf bzw. in der Metallleitungen (61, 63, 65, 67) in einem bestimmten Muster gebildet sind, die durch die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) detektierbar sind.

7. Reinigungsrobotersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitungen (61, 63, 65, 67) in bzw. an einer unteren Fläche der Führungsplatte (60) gebildet sind.

8. Reinigungsrobotersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) in einer Reihe längs einer Linie angeordnet sind, welche Achsen von symmetrisch gegenüberliegenden Rädern des Reinigungsroboters (10) verbindet.

9. Reinigungsrobotersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) auf der Achsenverbindungslinie in ungerader Anzahl in einer solchen Weise angeordnet sind, dass ein Annäherungsschalter (12c3) in der Mitte der Achsenverbindungslinie platziert ist und dass die restlichen Annäherungsschalter neben dem einen Annäherungsschalter (12c3) in einem symmetrischen Muster platziert sind.

10. Reinigungsrobotersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) fünf beträgt.

11. Reinigungsrobotersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitungen (61, 63, 65, 67) derart gebildet sind, dass eine Leitungsbreite dazwischen einem ermittelbaren Bereich für jeden Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) entspricht.

12. Verfahren zur Steuerung eines Reinigungsroboters, der eine Bewegungsstelle unter Heranziehung eines Detektiersignals erkennt, welches durch eine Vielzahl von Annäherungsschaltern (12c1 bis 12c5) ermittelt wird, die an einer Unterseite eines Körpers in einem bestimmten Abstand voneinander und von Metallleitungen (61, 63, 65, 67) angeordnet sind, welche in einer Bodenfläche eines Arbeitsbereiches in einem bestimmten Muster gebildet sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Erzeugen und Speichern einer Musterabbildung der Metallleitungen während der Bewegung des Reinigungsroboters (10) innerhalb des Arbeitsbereiches,
Erkennen einer Stelle des Reinigungsroboters (10) durch Vergleichen der Musterabbildung mit dem Detektiersignal, welches durch die Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) ermittelt ist, auf die Eingabe eines Operationsanforderungssignals hin,
Berechnen einer Bewegungsbahn aus der erkannten Stelle zu einer Zielstelle hin
und Bewegen des Reinigungsroboters (10) längs der berechneten Bewegungsbahn.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Anzahl der Annäherungsschalter (12c1 bis 12c5) zumindest drei beträgt, die längs einer Linie, welche die Achsen von einander gegenüberliegenden Rädern des Reinigungsroboters (10) verbindet, in einer Reihe und in einer symmetrischen Weise angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
auf Empfang des Detektiersignals von den äußersten Annäherungsschaltern (12c1; 12c5) während des Bewegungsprozesses hin werden die Bewegung kurzzeitig gestoppt und die Bahneinstellkoordinaten einschließlich der Änderung der Richtung und der Vorwärtsbewegungsrichtung berechnet, die für die Metallleitungsermittlung durch den in der Mitte angeordneten Annäherungsschalter (12c3) erforderlich sind,
der Reinigungsroboter (10) wird entsprechend den Bahneinstellkoordinaten bewegt,
und in dem Fall, dass die Metallleitungen (61, 63, 65, 67) durch den Annäherungsschalter (12c3) in der Mitte ermittelt sind, wird die Operation fortgesetzt.