TWI499401B - 清潔機器人及其控制方法 - Google Patents

Description

清潔機器人及其控制方法

本發明係有關於一種清潔機器人，特別是有關於一種利用聲波的偵測結果，產生一輪廓線，並根據輪廓線進行清潔的清潔機器人。

清潔地板是一種相當費力的工作。為了改善清潔地板所花費的時間，發展出許多清潔裝置，如掃把、抹布…等。然而，使用者仍需手持清潔裝置，方能進行清潔動作，因此，習知的清潔裝置並未降低使用者的不便。

隨著科技的進步，電子產品的種類愈來愈多，其中機器人(robot)就是其中一種。以清潔機器人為例，其可自動進行清潔動作，而不需使用者操作，因此逐漸取代習知的清潔裝置。然而，習知的清潔機器人係以相同的清潔能力打掃不同的環境，因此，無法針對不同的環境狀態提供適合的清潔功能。

本發明提供一種清潔機器人，用以清潔一特定區域，並包括一移動模組、一聲波模組、一清掃模組以及一控制模組。移動模組具有複數滾輪。聲波模組發射一聲波，並接收複數反射波。清掃模組進行一清潔任務。控制模組根據反射波，產生一輪廓線，並根據該輪廓線，控制移動模組及清掃模組之至少一者。

本發明另提供一種控制方法，用以控制一清潔機器人清潔一特定區域。本發明之控制方法包括，移動清潔機器 人；發射一聲波；接收複數反射波；根據反射波，產生一輪廓線；以及根據該輪廓線，控制清潔機器人的移動及清掃能力之至少一者。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖為本發明之清潔機器人之一可能示意圖。清潔機器人100用以清潔一特定區域，如家中的地板。在本實施例中，清潔機器人100包括，一移動模組110、一清掃模組120、一聲波(sonar)模組130以及一控制模組140。

移動模組110具有複數滾輪(未顯示)。清潔機器人100藉由滾輪，可移動至任何位置。清掃模組120進行一清潔任務，如吸塵或拖地。本發明並不限定清掃模組120的內部架構。只要是清潔機器人100進行清潔時所需的裝置，均可設置於清掃模組120中。舉例而言，清掃模組120具有一集塵盒、一風扇、一清潔刷。

聲波模組130發射一聲波W_S ，並接收複數反射波W_R1 ~W_R5 。在一可能實施例中，聲波W_S 係為超音波。在本實施例中，聲波模組130具有一聲波發射器131以及一聲波接收器132。聲波發射器131發射聲波W_S 。聲波接收器132接收反射波W_R1 ~W_R5 。在其它實施例中，聲波模組130具有複數聲波發射器以及複數聲波接收器。

當一物體接收到聲波W_S 時，將根據聲波W_S ，產生至少一相對應反射波。舉例而言，當一牆面接收到聲波W_S 時，因牆面的範圍較大，故可產生複數反射波。在本實施 例中，第1圖僅顯示反射波W_R1 ~W_R5 為例，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，反射波的數量可大於或小於5。

在其它實施例中，當清潔機器人100的周圍具有多個物體時，則該等物體將產生多個反射波。根據物體與清潔機器人100間的物理特性(如角度、方向、位置、速度)、物體的材質或種類，可在不同時間產生相對應的反射波。

控制模組140根據至少二反射波，產生一輪廓線，並根據輪廓線，控制移動模組110及清掃模組120之至少一者。本發明並不限定輪廓線的產生方式。在一可能實施例中，控制模組140根據聲波接收器132所接收到的多個反射波，推測出最接近清潔機器人100的至少二物體的位置，再將推測出的至少二位置連接起來，便可形成一輪廓線。

另外，本發明並不限定控制模組140如何控制移動模組110及清掃模組120。在一可能實施例中，控制模組140係控制移動模組110的滾輪的轉速及/或轉向，進而控制清潔機器人100的行進路徑。在另一可能實施例中，控制模組140係控制清掃模組120，用以調整清潔機器人100的清潔能力。

第2圖為輪廓線之一可能示意圖。當清潔機器人100移動至位置P1時，物體231~235均會產生反射波。不過，由於物體231最接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100最先收到物體231所產生的反射波W_R1 。在本實施例中，清潔機器人100記錄反射波W_R1 。

當清潔機器人100移動至位置P2時，由於物體232最接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100最先接收到物體232所產生的反射波W_R2 ，並記錄反射波W_R2 。

最後，清潔機器人100移動至位置P3時，由於物體234最接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100最先收到物體234所產生的反射波W_R4 ，記錄反射波W_R4 。

清潔機器人100整合三次最先收到的反射波W_R1 、W_R2 、W_R4 ，用以形成一輪廓線220。在其它實施例中，只要整合至少二次反射波，便可形成一輪廓線。在本實例中，輪廓線220係為一平滑的輪廓線。輪廓線220的所有區段的斜率均小於一預設斜率。因此，在一可能實施例中，控制模組140係根據輪廓線的斜率，控制移動模組110及清掃模組120之至少一者。

然而，斜率係針對輪廓線的某一點而言。舉例而言，輪廓線上的任一點均具有一相對應的斜率。在其它實施例中，控制模組140係根據輪廓線的曲率(curvature)，控制移動模組110及清掃模組120之至少一者。曲率指的是輪廓線的某一局部曲線的彎曲程度。

第3圖為輪廓線之另一可能示意圖。當清潔機器人100行走至位置P1時，由於牆面331最接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100最早收到物體331所產生的反射波W_R1 。同樣地，當清潔機器人100行走至位置P2時，物體332最接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100最早收到物體332所產生的反射波W_R2 。當清潔機器人100行走至位置P3時，物體331最接近清潔機器人100，因此，清 潔機器人100最早收到物體331所產生的反射波W_R3 。

控制模組140根據反射波W_R1 ~W_R3 ，便可形成一輪廓線320。控制模組140根據輪廓線320，控制清潔機器人100的移動路徑。在一可能實施例中，控制模組140根據輪廓線320，令清潔機器人100避開物體332，以避免碰撞物體332。在另一可能實施例中，控制模組140令清潔機器人100接近物體332，用以清掃物體332附近的區域。

舉例而言，物體332係為地板的一凸起區。由於凸起區附近的灰塵較多，故控制模組140增加清掃模組120的清掃能力，並增加移動模組110的滾輪轉速，用以爬上凸起區。

在本實施例中，控制模組140可根據輪廓線，得知清潔機器人100所在之區域的一起伏狀態，並根據起伏狀態，控制移動模組110及清掃模組120之至少一者。舉例而言，控制模組140控制移動模組110，用以避開地板的凹陷區或凸起區，以避免清潔機器人100受困於凹陷區或凸起區。然而，若凹陷區或凸起區的幅度不大時，控制模組140可令清潔機器人100進入凹陷區或凸起區，並增加清掃模組120的清掃能力，用以清潔凹陷區或凸起區，因凹陷區或凸起區容易累積灰塵。

第4A圖為清潔機器人之一可能外部環境狀態。第4B圖為第4A圖的環境狀態所產生的一可能輪廓線。如第4A圖所示，當聲波模組130發射出聲波W_S 時，地板將根據聲波W_S ，產生反射波W_R1 ~W_R5 。在本實施例中，地板包括磁磚431、433、間隙432及地毯434。反射波W_R1 及W_R3 係由磁磚431及433所產生。反射波W_R2 係由間隙432所產生。反射波W_R4 ~W_R5 係由地毯434所產生。

由第4B圖可知，不同材質的地板產生反射波的時間並不相同。舉例而言，當清潔機器人100發射聲波W_S ，並行走至位置P1時，由於磁磚431、433較接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100接收到反射波W_R1 及W_R3 的時間短於清潔機器人100接收到反射波W_R2 的時間。另外，當清潔機器人100行走於地毯434時(如位置P2及P3所示)時，由於地毯434又更接近清潔機器人100，因此，清潔機器人100接收到反射波W_R4 及W_R5 的時間短於清潔機器人100接收到反射波W_R1 及W_R3 的時間。

在本實施例中，控制模組140可根據反射波W_R1 ~W_R5 所構成的輪廓線420，得知清潔機器人100所在之區域的材質(硬地板或軟地板)。舉例而言，當聲波W_S 由硬地板(如磁磚)所反射時，反射波的強度將位於一預設範圍內，如反射波W_R1 ~W_R3 所示。然而，當聲波W_S 由軟地板(如地毯)所反射時，反射波的強度將不在預設範圍內，如反射波W_R4 ~W_R5 所示。

因此，當控制模組140根據反射波W_R1 ~W_R5 所構成的輪廓線420，控制移動模組110及清掃模組120之至少一者時，則可使清潔機器人100配合外部環境狀態，進行清潔動作。舉例而言，當清潔機器人100將由磁磚區移動至地毯區時，控制模組140可先增加滾輪的轉速，用以順利地進入地毯區。在進入地毯區後，控制模組140減慢滾輪的轉速並增加清掃模組120的清掃能力，用以徹底清掃地 毯區。

另外，如第4A圖所示，磁磚431與433間具有一間隙432。控制模組140可根據反射波W_R2 的強度，得知間隙432的存在。由於間隙432容易累積灰塵，因此，控制模組140提高清掃模組120對於間隙432的清掃能力。

由於不同種類及不同材質的物體產生反射波的時間並不相同，因此，當控制模組140根據多個反射波，產生一輪廓線時，控制模組140可根據輪廓線的斜率、曲率或是其它特性，判斷出外部物體的種類及材質、或是外部物體與清潔機器人100間的一物理特性，如位置、方向、角度、速度。

當控制模組140根據判斷結果，控制清潔機器人100的行走路徑及清潔能力之至少一者時，便能使清潔機器人100的清潔動作配合外部環境狀態。由於清潔機器人100可根據外部環境狀態，提供不同的清掃能力，因此大幅提高對於外部環境的應變能力。

舉例而言，控制模組140可根據輪廓線，控制移動模組110的滾輪轉速及轉向，用以控制清潔機器人100的運行，如停止、啟動、加速、減速、迴轉或巡航。另外，控制模組140可根據輪廓線，控制清掃模組120，用以控制吸塵力、空氣流量或是一清掃刷的轉速。

在其它實施例中，清潔機器人100更包括一影音聲光模組150，用以呈現一聲音效果及一光線效果之至少一者。控制模組140根據輪廓線，控制影音聲光模組150，用以調整影音聲光模組150所呈現的聲音及光線效果之至少一 者。在一可能實施例中，影音聲光模組150包括一喇叭裝置(未顯示)及一顯示裝置(未顯示)，呈現相對應的聲音或光線效果。因此，使用者可根據不同的聲光效果，得知清潔機器人100的操作狀態，如清潔機器人100困在特殊地形。

藉由環境的輪廓線，控制模組140可對特別的動態或靜態的環境或物體(如充電站、遙控器、虛擬牆、人、或是具有可與清潔機器人100交換資料能力的設備設施或元件)進行識別，並可調整清潔機器人100與周圍環境間的資料傳遞。

舉例而言，清潔機器人100先利用聲波的方式，與周圍環境的物體進行資料傳輸(如聲波及反射光)。在得到輪廓線後，清潔機器人100改以另一種方式(如光學或磁學)，與周圍環境的物體進行資料傳輸。在其它實施例中，清潔機器人100係藉由本身運動行為的變化，與周圍環境的物體進行資料傳輸。

在本實施例中，清潔機器人100更包括一偵測模組160，用以偵測清潔機器人100的環境狀態。控制模組140根據輪廓線，致能偵測模組160，改以另一種方式，與清潔機器人100周圍環境的物體進行資料傳輸。在一可能實施例中，控制模組140根據偵測模組160的偵測結果，控制移動模組110、清掃模組120及影音聲光模組150之至少一者。

在一可能實施例中，使用者可透過影音聲光模組150所呈現的影音或是聲光效果，得知清潔機器人100係以何種無線方式，與周圍環境的物體進行資料傳輸。

第5圖為本發明之控制方法之一可能流程示意圖。本發明之控制方法用以控制一清潔機器人，使其進行一清潔動作。首先，移動清潔機器人(步驟S510)，並在移動機器人的同時，發射一聲波(步驟S520)。在一可能實施例中，聲波係為一超音波。

接收反射波(步驟S530)。當外部物體接收到聲波時，將產生至少一相對應反射波。根據至少二反射波，產生一輪廓線(步驟S530)。本發明並不限定產生輪廓線的方法。如第2、3及4B圖所示，將多個接近清潔機器人的物體的位置連接在一起，便可形成一輪廓線。此處所述的連接並非真的將清潔機器人周圍的物體連接在一起，而是清潔機器人根據反射波形成一地圖，此地圖包含清潔機器人周圍的物體。將此地圖中的至少二位置連接在一起，便可形成一輪廓線。

根據輪廓線，控制清潔機器人的移動及清掃能力之至少一者(步驟S540)。在一可能實施例中，由於清潔機器人接收到反射波的時間與物體的位置、種類及材質有關，因此，根據反射波所形成的輪廓線，便可判斷出物體的位置、種類及材質。在一可能實施例中，根據輪廓線的斜率或曲率，便可判斷出物體的位置、種類及材質。

在本實施例中，當根據輪廓線控制清潔機器人的移動及清掃能力之至少一者時，可提高清潔機器人對於外部環境的應變能力。舉例而言，根據輪廓線，可得知物體的種類，如一牆面、一障礙物或是地板一凸起區。

在一可能實施例中，若判斷出外部物體係為一牆面 時，清潔機器人便沿牆行走。在其它實施例中，若得知外部物體係為一凸起區時，清潔機器人可閃避凸起區，或是對凸起區加強清掃能力

在另一可能實施例中，根據輪廓線，可得知清潔機器人所清掃的區域的材質，如磁磚地板、地毯。清潔機器人根據不同材質的區域，提供不同的行走方式(如減慢或加快)或是不同的清掃能力(如減弱或加強)。

再者，根據輪廓線，可得知清潔機器人所清掃的區域的一起伏狀態。若根據區域起伏狀態，控制清潔機器人的移動及清掃能力之至少一者，則可大幅提高清潔機器人的應變能力。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧清潔機器人

110‧‧‧移動模組

120‧‧‧清掃模組

130‧‧‧聲波模組

131‧‧‧聲波發射器

132‧‧‧聲波接收器

140‧‧‧控制模組

150‧‧‧影音聲光模組

160‧‧‧偵測模組

220、320、420‧‧‧輪廓線

231~234、331~332‧‧‧物體

431、433‧‧‧磁磚

432‧‧‧間隙

434‧‧‧地毯

W_S ‧‧‧聲波

W_R1 ~W_R5 ‧‧‧反射波

P1~P3‧‧‧位置

S510~S540‧‧‧步驟

第1圖為本發明之清潔機器人之一可能示意圖。

第2及3圖為輪廓線之可能示意圖。

第4A圖為清潔機器人之其它可能外部環境狀態。

第4B圖為不同環境狀態所產生的其它可能輪廓線。

第5圖為本發明之控制方法之一可能流程示意圖。

100‧‧‧清潔機器人

110‧‧‧移動模組

120‧‧‧清掃模組

130‧‧‧聲波模組

131‧‧‧聲波發射器

132‧‧‧聲波接收器

140‧‧‧控制模組

150‧‧‧影音聲光模組

160‧‧‧偵測模組

W_S ‧‧‧聲波

W_R1 ~W_R5 ‧‧‧反射波

Claims (12)

1. 一種清潔機器人，用以清潔一特定區域，包括：一移動模組，具有複數滾輪；一聲波模組，發射一聲波，並接收複數反射波；一清掃模組，進行一清潔任務；以及一控制模組，根據該等反射波，產生一輪廓線，並根據該輪廓線，控制該移動模組及該清掃模組之至少一者，其中該等反射波形成一地圖，該地圖包含該清潔機器人周圍的物體的位置，該地圖中的至少二位置被連接在一起，用以形成該輪廓線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之清潔機器人，其中該聲波模組包括：一聲波發射器，用以發射該聲波；以及一聲波接收器，用以接收該等反射波。
3. 如申請專利範圍第1項所述之清潔機器人，其中該等反射波係由至少一物體所產生。
4. 如申請專利範圍第3項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線，得知該清潔機器人與該物體之間的一物理特性，並根據該物理特性，控制該移動模組及該清掃模組之至少一者。
5. 如申請專利範圍第3項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線，得知該物體的種類，並根據得知結果，控制該移動模組及該清掃模組之至少一者。
6. 如申請專利範圍第3項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線，得知該特定區域的材質，並根據得 知結果，控制該移動模組及該清掃模組之至少一者。
7. 如申請專利範圍第3項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線，得知該特定區域的一起伏狀態，並根據該起伏狀態，控制該移動模組及該清掃模組之至少一者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線的一斜率或一曲率，控制該移動模組及該清掃模組之至少一者。
9. 如申請專利範圍第1項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線，控制該等滾輪的轉速及轉向之至少一者。
10. 如申請專利範圍第1項所述之清潔機器人，其中該控制模組根據該輪廓線，控制該清潔模組的清潔能力。
11. 如申請專利範圍第1項所述之清潔機器人，更包括：一影音聲光模組，用以呈現一聲音效果及一光線效果之至少一者；其中該控制模組根據該輪廓線，控制該影音聲光模組，用以調整該聲音及該光線效果之至少一者。
12. 如申請專利範圍第11項所述之清潔機器人，更包括：一偵測模組，偵測環境狀態，其中該控制模組根據該輪廓線，致能該偵測模組，並根據該偵測模組的偵測結果，控制該移動模組、該清掃模組及該影音聲光模組之至少一者。