移动机器人及其控制系统的改进技术方案

本发明专利技术与包含充电电池的自动移动机器人中相对固定充电站的导引和定位系统有关。该系统通过固定站点发射至少一个方向性红外光束、移动机器人配有检测红外发射的方向系统工作，方向系统与所说机器人中的微处理器相连接。机器人在工作表面上按大致随机方式移动，微处理器包含一个通过使机器人移向所说红外光束方向而控制其返回固定站点的算法。在最小工作时间后并且当移动机器人检测到的强度大于某个门槛值时，微处理器中的算法使其开始返回固定充电站，而不论电池电荷的状态如何，所说的门槛值随工作时段的延长和／或电池电荷状态低于某个水平而降低。可用多个沿不同方向发射的红外光束来使机器人返回充电站。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Improvement of mobile robot and its control system

The present invention relates to an orientation and positioning system of a relatively stationary charging station in an automatic mobile robot comprising a rechargeable battery. The system transmits at least one directional infrared beam through a fixed site, and a mobile robot is equipped with a direction system for detecting infrared emission, and the direction system is connected with a microprocessor in the robot. The robot moves in a generally random manner on the work surface, and the microprocessor contains an algorithm to control its return to the stationary site by moving the robot toward the direction of the infrared beam. The minimum working hours and when the mobile robot detects an intensity greater than a threshold value, the microprocessor in the algorithm so that it began to return to the fixed charging station, regardless of the state of the battery charge, said threshold value with the working hours and / or prolong the battery state of charge is below a certain level and decreased. A plurality of infrared beams emitting along different directions can be used to return the robot to the charging station.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与一种自动移动机器人及其控制系统有关，具体地说是用于清洁工作的机器人，以及控制机器人使其能够朝向固定站点，和/或使其能够根据脏的不同程度调整其行为，和/或包括一个转动刷并能在堵塞上述刷子后释放机器人的控制系统。本专利技术更确切讲与一个自动移动机器人的路径导引系统相关，包括它与固定站点的相对位置以及到达的路径，在固定站点机器人充电或放下由其收集的物体，它通常是但不限于一个用于清洁地面的机器人，例如一个机器人真空除尘器，并配有可充电电池。但它可以是用于扩散物质的机器人或一个检测用机器人。例如由电池供电的自动移动机器人表现为有限的自主性。如果要使操作连续不断地进行，机器人必须能够按规律的时间间隔充电。另外一些功能也要求其规律性地到达一个固定地点，例如倒掉灰尘袋(机器人类的真空除尘器)或重注燃料(热引擎)或注入要扩散的物质。已经公开了这个问题的一种解决方案(见EP-A-0744093)，其中的移动机器对电磁场的梯度敏感，根据其中流过交流电流的线圈的垂直方向自动重定位。在表面包含电磁场的干扰物体(例如水泥中的钢筋)情况下，上述系统运行困难。于是最好在固定地点采用红外放射源(发光二极管)来使移动机器人根据站点来远方定位。美国专利4,679,152公开了一种当电池电量减至预先限值以下时能自动返回充电站的自动移动机器人。充电站和移动机器人中有一个红外光束发射器和一个微机相连的探测系统。机器人和充电站因而可双向通讯。还有一个带有声光系统的搜寻系统，可使机器人在工作面上随机移动。这样的系统复杂并且当充电操作要求机器人相对充电站位置很精确时不够有效。本专利技术的目的就是通过在最简单实施例中提供一个采用由充电站发射窄光束的系统来克服这一缺点，光束由位于机器人转动中心的机架上的方向传感器探测。根据本专利技术的第一方面，由固定站点发射一个例如在2°至10°之间变化的相当窄的光束，这一光束最好5°左右，相应的发射器和站点经优化定向以便光束在机器人的工作面上延伸最大距离。带有红外线定向检测系统的移动机器人在工作面上大致按随机路径移动，遇到并按统计性周期方式检测光束。在优选实施例中，如果超过给定时段，例如15至45分钟，无论电池的负载状态如何，一旦遇到给定强度的红外光束，机器人将返向固定站点进行周期性充电或加油。如果上述工作时段后它靠近站点，它将返回并开始重新加载。这一过程避免在电池状态减至预定值下情况下寻找光束的过程。光束很窄可使相对固定站点最终精确定位，因而使得，例如通过感应来进行充电操作，或者更简单地通过导体的物理接触进行充电操作。当工作时间增加时，通过微机处理器的算法可使由移动机器人探测到的红外光束的密度限值按线性方式减低或按递增方式减低，以便开始返回步骤。返回步骤可使机器人在发现充电或加油的站点时所有的不必要功能中止。在本专利技术的另一实施例中，导引和定位系统基于由固定站点发出的至少两个具有不同方向特性的光束，较差方向性的光束用于趋向固定站点的途中，方向性较强的光束则用于在最后阶段机器人相对固定站点的精确定位，这一可选方案使得可在更复杂的环境中(例如，具有多个房间、多个门的公寓)引导机器人。较差方向性光束的发射器在固定站点的位置使得在趋近过程和机器人定位的最后阶段其影响减弱。它可以象期望的那样人工导向并位于固定站点本身的前方部分上方的吊臂端部。在定位阶段，有利的是发射器位于机器人上方，发射的光束因而在机器人传感器的探测平面外，而机器人通过围绕其中心的旋转运动，根据位于机器人传感器的探测平面上的较强方向性发射器的信号可确定充电的最终位置，例如充电通过物理接触进行，光束的功率可以不同，功率最强的光束一般但不必是方向性最差的光束。机器人包括一个探测红外发射的定向系统，例如其包含至少两个用于由微机处理器比较信号强度，从而按已知方式控制朝向发射源的转角的方向传感器。这些传感器最好位于机器人中心的机架上，沿机器人运动方向取向。还可能提供一个或几个其它的传感器，例如在侧面或后面，最好有与中央传感器大致相反方向的方向探测系统。由机器人的传感器确认的光束还最好经过调制以避免一切背景噪声的影响。根据本专利技术的这个方面，推出一个在房间中移动的自动移动机器人相对固定站点的方位和定位系统，其特征是固定站点发出两个经调制的红外光束，光束主要位于室内平面中，其中一个比另一个更具方向性。方向性最差的发射光束使得设有对这些光束敏感的方向传感器的移动机器人可相对固定站点定位和取向。传感器的信号由控制移动机器人前进的一个微处理器处理，当移动机器人到达固定站点的预定位置时，方向性较差的发射器位于固定站点上和该移动机器人垂直的位置处，前述传感器可更灵敏地探测到方向性更强的光束，精确定位通过机器绕垂直轴按基于窄光束检测结果的算法进行旋转来完成。在另一个可选方案中，推出一个在房间中移动的自动移动机器人相对固定站点的方位和定位系统，其特征在于固定站点至少发射三个红外调制光束，其中一个比其它的更具方向性。方向性最差且通常强度更强的发射器使得载有对这些光束方向性敏感的方向传感器的移动机器人可相对固定站点定位和取向。传感器的信号由控制移动机器人前进的一个微处理器处理，方向性较差的发射器在固定站点的取向和位置使得在站点的附近区域各光束彼此交叉重叠。于是强度较弱而方向性最强的光束可由前述传感器更容易地检测到，精确定位通过机器绕垂直轴按基于窄光束检测的算法进行旋转来完成。在另一个实施例中，如果几个机器人由同一个中央站点使用，包含一个微处理器的固定站点发射的光束的调制可向特定机器人或其中一个机器人传递信息。该信息可指示站点进行充电操作和/或放电操作的可用性，或者包含一条与工作方法有关，或者使机器人停止或召回机器人、机器人的声音定位等等的指令。还可以想象借助机器人携带的红外发射器的帮助而向固定站点反向发送。本专利技术还和用于地面尘土真空吸尘的导引技术相关，在用于清洁的自动机器人中可应用。文件EP-A-0769923公开了一种用于地面真空吸尘的自动移动机器人，它功率低、尺寸小，可以轻易地覆盖例如堆满家具的表面。机器人电池的充电最好和倒出积尘一起进行。上述文件的内容在本专利技术的描述中参照引入。本吸尘机器人的低功率使得并不总能在一个工作段中彻底吸净。因而当机器在一个特别脏的工作面上工作时，较长时间的工作段(例如速度由20厘米/秒降至10厘米/秒)和/或附加另外的工作段对彻底清洁表面是必要的。最后，在本专利技术的另一方面中，提供了一种特别的清洁技术，这种技术可应用于用作真空除尘和/或刷洗的任一种自动机器人。用于机器人真空吸尘器地面清洁中的导引技术，其特征为机器人的路径取决于欲清洁地面上尘粒的数量，上述数量由位于吸盘开口附近或机器人刷子的一个空腔中的尘粒分析器估价，上述分析器向移动机器人带有的一个微处理器送出信号并根据这些信号控制机器人的方向。并且，上述尘粒分析器具有判定尘土箱填充程度的功能。如果尘土累积超过某一点，位于吸盘开口后、过滤器前的箱面上的红外光束将停止，微计算器将此理解为相应信号。根据测得的吸入尘土的数量，微处理器例如可控制移动机器人减速和/或做线性前后运动。微处理器还可控制做系统清除，例如按扇叶顺序做前后运动。微处理器最好能根据尘粒分析器发出信号的幅度和频率考虑尘粒大小及其数量。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于相对固定站点导引和定位自动移动机器人的系统，其特征在于： 它包含至少一个由固定站点发射的方向性红外光束，移动机器人有与所说机器人携带的一个微处理器连接的红外发射方向检测系统，机器人按大致随机的方式在工作面上移动，微处理器包含可控制机器人向固定站点返回的一个算法，其由移动机器人朝向上述红外光束的发射方向而实现。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A科伦斯，
申请(专利权)人：阳光及自动化公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]