TWI717087B - 自走式清潔機器人 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠詳細地設置用戶所希望的清掃方法的自走式清潔機器人。本發明的自走式清潔機器人（1）具備：主體（11）；被配置為驅動主體（11）的驅動部（12）；被配置為對清掃區域（40）進行清掃的清掃部（13）；被配置為檢測障礙物的感測器部（14）；以及安裝於主體（11）並被配置為控制驅動部（12）以及感測器部（14）的控制單元（20）。控制單元（20）包括具有用於創建程式設計代碼的整合式開發環境的控制器（21），控制器（21）能夠與外部設備連接。

Description

自走式清潔機器人
本發明涉及一種能夠進行程式設計以實現符合用戶期望的行進的自走式清潔機器人。
近年來，通過自主行進來清掃地板的自走式清潔機器人變得流行。自走式清潔機器人能夠檢測障礙物，例如牆壁、柱子和傢俱，並在避開這些障礙物的同時行進。
當這種自走式清潔機器人啟動時，其通過在自動避開障礙物的同時在清掃區域中行進來進行清掃。然而，如果沒有指定行進路線，則自走式清潔機器人會隨機行進，從而存在留下未清掃區域或者相同區域被清掃多次的問題，因此，導致清掃效率不佳。
為了解決上述問題，例如，在專利文獻1中描述的電動吸塵器中，電動吸塵器創建清掃區域的地圖，並且基於該地圖設置的行進路線行進，以高效且完全地充分清掃清掃區域。此外，在專利文獻2中描述的清掃機器人中，用戶基於由清掃機器人創建的清掃區域的地圖指定行進路線，因此，清掃機器人能夠沿著行進路線高效地清掃。現有的技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2018-075191A號公報
專利文獻2：日本專利特開2007-226322A號公報
然而，如專利文獻1中所述，由電動吸塵器根據預先編入的程式自動設置的行進路線可能不是用戶要求的有效的行進路線。而且，即使用戶能夠像專利文獻2中描述的那樣指定行進路線，選擇範圍也很窄，例如，是指定以線性清掃的路線，還是指定一點並圍繞其周圍清掃。因此，存在這樣的問題，即不可能實現滿足用戶需求的詳細指定，例如，在通過來回行進優先清掃特定區域的同時清掃整個清掃區域等。
本發明是為解決上述問題而進行的，其目的在於提供一種能夠詳細地設置用戶所希望的清掃方法的自走式清潔機器人。
本發明的自走式清潔機器人具備：主體；被設置為驅動主體的驅動部；附接於主體並被配置為對清掃區域進行清掃的清掃部；附接於主體並被配置為檢測障礙物的感測器部；以及安裝於主體並被配置為控制驅動部以及感測器部的控制單元。控制單元包括具有用於創建程式設計代碼的整合式開發環境的控制器，控制器能夠與外部設備連接。
在本發明的自走式清潔機器人中，通過與安裝在主體上的控制單元的控制器能夠與外部設備連接來創建驅動主體的驅動部的控制程式。以這種方式，通過使用者創建驅動部的控制程式，自走式清潔機器人能夠按照用戶的期望行進。
根據優選實施方式的自走式清潔機器人可以進一步包括程式設計用純文字檔，以由控制器進行程式設計。
根據該結構，即使使用者不具備程式設計經驗，他/她也能夠很容易地在閱讀純文字檔時進行程式設計。因此，本發明的自走式清潔機器人作為用於介紹程式設計的教材也是有益的。
根據優選實施方式的自走式清潔機器人，所述整合式開發環境可以是一種視覺化程式設計語言可動作的環境。
根據該結構，即使程式設計的初學者和兒童或低齡學生(例如，小學生或初生)也能夠容易地進行程式設計。因此，本發明的自走式清潔機器人作為用於介紹程式設計的教材也是有益的。
根據優選的實施方式的自走式清潔機器人，所述感測器部可以包括測距感測器，並且所述控制器可以在創建環境地圖和估計自身位置的同時確定行進路線。
根據該結構，自走式清潔機器人能夠自動地確定行進路線，並且因此，用戶能夠使用自走式清潔機器人而不需要對行進路線進行程式設計。
根據優選的實施方式的自走式清潔機器人，所述控制單元還可以包括記憶體，所述記憶體被配置為存儲使所述驅動部、所述感測器部和所述清掃部動作的程式。記憶體可以預先記錄被配置為控制清掃方法的程式。
根據該結構，使用者可以通過使用記錄在控制器中的程式來使用自走式清潔機器人，而無需進行任何開發。
根據本發明的自走式清潔機器人，能夠詳細地設置用戶所希望的清掃方法。
1:自走式清潔機器人
11:主體
12:驅動部
13:清掃部
14:感測器部
141:鐳射測距感測器
142:紅外測距感測器、超聲波測距感測器
20:控制單元
21:控制器
22:記憶憶體
33:程式設計用純文字檔
40:清掃區域
圖1是表示根據本發明的一實施方式的自走式清潔機器人的立體圖。
圖2是圖1的自走式清潔機器人的仰視圖。
圖3是表示圖1的自走式清潔機器人的功能結構的一例的框圖。
圖4是表示顯示裝置和輸入裝置被連接到圖1的自走式清潔機器人的狀態的圖。
圖5是表示圖1的自走式清潔機器人進行清掃的清掃區域的一例的俯視圖。
圖6是表示圖1的自走式清潔機器人在圖5的清掃區域中的行進路線的一例的俯視圖。
圖7是表示圖1的自走式清潔機器人在圖5的清掃區域中的行進路線的其它例的俯視圖。
下面，根據附圖對本發明的一實施方式進行說明。
如圖1和圖2所示。自走式清潔機器人1具備：主體11；推動主體11的驅動部12；以及安裝在主體11上的清掃部13和感測器部14。
驅動部12使自走式清潔機器人1(主體11)在地板上自主地向前和向後行進。在本實施方式中，驅動部12為輪式，分別設置在主體11的底面的左右部。
清掃部13對地板表面的清掃區域40(見圖5)進行清掃。在本實施方式中，清掃部13由收集垃圾等的刷子部131和將收集的垃圾等吸起的抽吸部132構成。刷子部131和抽吸部132設置在主體11的底面的中央部。
感測器部14通過檢測障礙物、接觸物(接觸自走式清潔機器人1的物體，例如人、物體)等來獲取關於周圍環境的資訊。作為感測器部14，可以使用任意數量的障礙物感測器(例如，3D深度圖像感測器)、接觸物感測器、測距感測器(例如，超聲波測距感測器、紅外測距感測器、鐳射測距感測器和3D深度圖像感測器)、方向感測器(例如，地磁感測器)、旋轉角度感測器(例如，編碼器)等，或者可以使用它們的任意組合。在本實施方式中，作為感測器部14，具備檢測到障礙物的距離並使自走式清潔機器人1避開障礙物行進的測距感測器141、142、和檢測接觸物的接觸物感測器143。
作為接觸物感測器143，使用檢測與物體的接觸的任意已知的接觸感測器。接觸物感測器143嵌入到附接於主體11前側的側面的緩衝器112中。作為測距感測器141、142，使用安裝在主體11的前側(緩衝器112)的ToF鐳射測距感測器141，以及安裝在主體11的前側的底面的紅外測距感測器或超聲波感測器142。另外，只要可檢測到障礙物的距離，其他任意已知的感測器也可以用作測距感測器141、142。
此外，控制驅動部12、清掃部13和感測器部14的控制單元20安裝在自走式清潔機器人1的主體11內。如圖3所示，控制單元20包括控制器21、記憶體22、行進控制器23和清掃控制器24。
控制器21例如是CPU(中央處理單元)，並且具有用於創建程式設計代碼的整合式開發環境(IDE)。此外，控制器21具有控制感測器部14以獲取關於周圍環境的資訊的功能，以及基於由感測器部14獲取的關於周圍環境的資訊創建清掃區域40的環境地圖(見圖5)的功能。
如圖1和圖4所示，控制器21具有顯示裝置連接埠211和輸入裝置連接埠212以連接外部設備。主體11具有蓋111，通過打開主體11的蓋111，顯示裝置連接埠211和輸入裝置連接埠212露出。顯示裝置31可連接到顯示裝置連接 埠211，輸入裝置32可連接到輸入裝置連接埠212。另外，儘管在圖1和圖4中示出了兩個輸入裝置連接埠212，輸入裝置連接埠212的數量和連接到輸入裝置連接埠212的輸入裝置32的數量不限於兩個，而是可以是一個、三個或者更多。
顯示裝置31顯示並使得使用者能夠確認要創建的程式的內容，並且例如，可以使用顯示單元、電視螢幕設備等。此外，輸入裝置32用於輸入要創建的程式，並且例如可以使用鍵盤、滑鼠等。
IDE是用戶進行程式設計以使自走式清潔機器人1進行任意動作的環境，並且是例如Python®、Java®、Scratch®、Google Blockly、Viscuit等中的至少一種程式設計語言可動作的環境。其中，特別是，優選如Scratch、Google Blockly、Viscuit等視覺化程式設計語言可動作。
記憶體22記錄使驅動部12、清掃部13和感測器部14動作的程式。行進控制器23讀取記錄在記憶體22中的使驅動部12動作的程式，根據該程式控制驅動部12的動作。清掃控制器24讀取記錄在記憶體22中的使清掃部13動作的程式，並根據該程式控制清掃部13的動作。
如圖3所示，自走式清潔機器人1還可以包括程式設計用純文字檔，該程式設計用純文字檔描述了由控制器21進行的程式設計的方法。
接著，參照圖5~圖7描述自走式清潔機器人1的動作和行進路線的程式設計。
如圖5所示，在房間內等清掃區域40內，放置諸如傢俱的障礙物41、42。障礙物41是自走式清潔機器人1不能在其下方行進的物體，例如沙發、架子，障礙物42是自走式清潔機器人1能夠在其下方行進的物體，例如桌子、椅子等。
自走式清潔機器人1被放置在清掃區域40內，當電源接通或給出特定的指令時，它開始在清掃區域40內移動。開始移動的自走式清潔機器人1通 過感測器部14檢測清掃區域40內的牆壁和障礙物41、42，並將該資訊發送到控制器21。控制器21基於由感測器部14獲取的清掃區域40內的牆壁和障礙物41和42的資訊，通過使用例如SLAM(環境地圖創建)方法等來創建清掃區域40內的環境地圖。所創建的環境地圖從控制器21被發送到記憶體22，並被記錄在記憶體22中。
當自走式清潔機器人1完成清掃區域40內的環境地圖的創建時，用戶打開自走式清潔機器人1的蓋111，以將顯示裝置31連接到顯示裝置連接埠211，並且將輸入裝置32連接到輸入裝置連接埠212。然後，在控制器21的IDE中啟動程式設計軟體，以讀取記錄在記憶體22中的清掃區域40內的環境地圖，並將其顯示在顯示裝置31上。
使用者在觀看清掃區域40內的環境地圖的同時，使用顯示裝置31和輸入裝置32來程式設計適合於自走式清潔機器人1的行進路線的路線。例如，當需要清掃帶有腿的障礙物42下方時，可以考慮圖6中的箭頭所示的行進路線。此外，當需要清掃障礙物41之間的小區域和清掃區域40內的每個區域時，可以考慮圖7中的箭頭所示的行進路線。用戶進行程式設計以使自走式清潔機器人1沿著這樣的行進路線行進。
由使用者創建的用於確定行進路線的程式記錄在記憶體22中。自走式清潔機器人1將從記憶體22讀取的行進路線發送到行進控制器23，行進控制器23控制驅動部12，由此，自走式清潔機器人1沿著行進路線行進。
另外，用戶能夠使用顯示裝置31和輸入裝置32對清掃區域40內的希望優先清掃的區域等進行程式設計。例如，當用戶希望優先清掃桌子(障礙物)42的周邊時，能夠對清掃條件，例如在圍繞桌子42行進時增強清掃部13的抽吸部132進行程式設計。
使用者創建的清掃條件的程式記錄在記憶體22中。自走式清潔機器人1將從記憶體22讀取的清掃條件發送到清掃控制器24，清掃控制器24控制清掃部13，由此，自走式清潔機器人1按照清掃條件進行清掃。
如上所述，根據本發明的自走式清潔機器人1，安裝在主體11上的控制單元20的控制器21可與外部設備連接。由於控制器21具有IDE，用戶能夠使用作為連接到自走式清潔機器人1的外部設備的顯示裝置31和輸入裝置32來進行程式設計以確定自走式清潔機器人1的動作。因此，能夠根據使用者的需求來確定自走式清潔機器人1的行進路線和清掃方法。其結果是，能夠確定以清掃區域40內的使用者希望優先清掃的區域為焦點的行進路線和清掃方法。
此外，本發明的自走式清潔機器人1具有描述由控制器21進行的程式設計的方法的程式設計用純文字檔。因此，即使用戶不具備程式設計經驗，他/她也能夠很容易地在閱讀純文字檔時進行程式設計。此外，如果IDE是視覺化程式設計語言可動作的環境，即使程式設計的初學者和兒童或低齡學生(例如，小學生或初中生)也能夠容易地進行程式設計。儘管近年來程式設計教育趨向于成為強制性的，但是程式設計的本質是通過程式設計使機器人等進行由人完成的工作以減少人的工作量。根據本發明的自走式清潔機器人1，通過程式設計，能夠使自走式清潔機器人1動作以進行由人完成的清掃工作，使得其優先清掃人可能優先清掃的區域等。如上所述，根據本發明的自走式清潔機器人1，不僅可以簡單地學習程式設計，而且可以學習具有其基本目的的程式設計。其結果是，本發明的自走式清潔機器人1作為用於介紹程式設計的教材也是有益的。
儘管以上描述了本發明的一個實施方式，但是本發明不限於這種配置，並且在不脫離本發明的主旨的情況下，能夠進行各種變更。
例如，驅動部12可以是三個或者更多個輪，或者它們可以是履帶式而不是輪式，只要驅動部12能夠使主體11自主地行進即可。
此外，清掃部13可以不包括一組刷子部131和抽吸部132，而是包括它們中的一個。另外，可以具有諸如地板擦拭部等能夠擦拭地板表面的其它清掃工具代替刷子部131和抽吸部132。構成清掃部13的清掃工具(刷子部、抽吸部、地板擦拭部等)可以任意組合，並且清掃工具的數量也可以是任意的。例如，各個工具的數量可以多於一個。
此外，自走式清潔機器人1可以具有已知的自走式清潔機器人的任意配置，只要其能夠從外部設備訪問，並且可以創建和/或重寫控制程式即可。
雖然自走式清潔機器人1具有程式設計用純文字檔，但其可以不是紙質純文字檔，而是記錄在自走式清潔機器人1的記憶體中的電子純文字檔。另外，程式設計用純文字檔並非必要的，也可以不具有。
此外，在上述實施方式中，雖然自走式清潔機器人1具有創建清掃區域40內的環境地圖的功能，但具有該創建清掃區域40內的環境地圖的功能並不是必要的。即，可以通過使用者創建用於創建清掃區域40內的環境地圖的程式並執行該程式來創建清掃區域40內的環境地圖。在這種情況下，例如，能夠在同一房間內創建除了不需要清掃的區域之外的環境地圖，並且自走式清潔機器人1能夠根據使用者的需求進行清掃。此外，使用者還能夠學習創建清掃區域40的環境地圖的方法，這增加了自走式清潔機器人1作為學習材料的實用價值。
相反，自走式清潔機器人1可以創建環境地圖，並通過控制器21估計自身位置，以自動確定自走式清潔機器人1的行進路線。由此，自走式清潔機器人1能夠在用戶不對行進路線進行程式設計的情況下使用，因此，即使不善於程式設計的用戶也能夠容易地使用它。
此外，自走式清潔機器人1可在控制器21預先記錄控制行進路線和/或清掃方法的程式。由此，使用者能夠通過使用記錄在控制器中的程式來使用自走式清潔機器人1，而無需進行任何開發。更進一步，可以通過從外部設備存取控制器21來改變預先記錄的程式。由此，能夠從預先記錄的程式中僅修正使用者想要改變的程式的一部分，並且能夠通過對該部分進行程式設計來使自走式清潔機器人1動作，因此，能夠減少用戶的程式設計勞動。
1:自走式清潔機器人
11:主體
111:蓋
14:感測器部
141:鐳射測距感測器
143:接觸物感測器
21:控制器
211:顯示裝置連接埠
212:輸入裝置連接埠

Claims (10)

  1. 一種自走式清潔機器人，包含有：一主體；一驅動部，所述驅動部被配置為能夠驅動所述主體行走；一清掃部，所述清掃部附接於所述主體並且被配置為對一清掃區域進行清掃；一感測器部，所述感測器部附接於所述主體並且被配置為檢測一障礙物；以及一控制單元，所述控制單元安裝於所述主體並且被配置為控制所述驅動部以及所述清掃部，所述控制單元包括：一記憶體，所述記憶體被配置為記錄使所述驅動部和所述清掃部動作的一程式；和一控制器，所述控制器將所述程式記錄在所述記憶體中並且從所述記憶體中讀取所述程式，所述控制器能夠從外部連接顯示設備和輸入設備，不僅對生產商預先準備的所述程式進行選擇而進行規定的動作，而且所述程式的代碼能夠由用戶利用所述顯示設備和所述輸入設備透過編寫而創建、重寫和刪除。
  2. 如請求項1所述的自走式清潔機器人，其中，所述程式之代碼利用所述控制器具備的整合式開發環境創建、重寫和刪除。
  3. 如請求項2所述的自走式清潔機器人，其中，所述整合式開發環境是可視程式設計語言可動作的環境。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的自走式清潔機器人，其係更包含有一編寫用文件，所述編寫用文件描述編寫的方法。
  5. 如請求項1至3中任一項所述的自走式清潔機器人，其中，所述感測器部包括一測距感測器，並且所述控制器在創建環境地圖和估計自身位置的同時確定行進路線。
  6. 如請求項4所述的自走式清潔機器人，其中，所述感測器部包括一測距感測器，並且所述控制器在創建環境地圖和估計自身位置的同時確定行進路線。
  7. 如請求項1至3中任一項所述的自走式清潔機器人，其中，一控制清掃方法的程式被預先記錄在所述記憶體中。
  8. 如請求項4所述的自走式清潔機器人，其中，一控制清掃方法的程式被預先記錄在所述記憶體中。
  9. 如請求項5所述的自走式清潔機器人，其中，一控制清掃方法的程式被預先記錄在所述記憶體中。
  10. 如請求項6所述的自走式清潔機器人，其中，一控制清掃方法的程式被預先記錄在所述記憶體中。
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