專利名稱：機器人清潔器系統(tǒng)和返回外部充電裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機器人清潔器系統(tǒng)和該機器人清機器返回到外部充電裝置的方法，本發(fā)明尤其涉及這樣一種機器人清潔器系統(tǒng)，該機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器，其具有可再充電電池；外部充電裝置，用于為所述電池充電；和機器人清潔器返回外部充電裝置的方法。
背景技術：
通常，機器人清潔器自動地繞著預定范圍的區(qū)域運行，通過吸入灰塵和雜質以清潔地板或者表面，不需要用戶的操縱。機器人清潔器測量從它那里到清潔區(qū)域中的障礙物如家具、辦公用品和墻壁的距離，利用關于所測量的距離的信息，四處運行而不會和障礙物碰撞，從而按照指示完成清潔工作。
機器人清潔器包括電池，所述電池用于提供驅動電能。通常使用可再充電電池，可以在電能被耗盡后反復使用。因此，機器人清潔器需要外部充電裝置，用于為電池充電。機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器和外部充電裝置。
為了實現機器人清潔器自動返回外部充電裝置，機器人清潔器需要正確地感知外部充電裝置的位置。
在機器人清潔器感知外部充電裝置的位置和與外部充電裝置連接的各種各樣的方法中，一個實例如下。具有用于和機器人清潔器連接的充電終端的外部充電裝置包括充電裝置標記，而機器人清潔器包括標記傳感器。通常，反射式光學傳感器被用于充電裝置標記。反射式光學傳感器包括光發(fā)射部件和光接收部件，光接收部件用于接收充電設備標記反射回來的光。當機器人清潔器完成清潔工作或者在耗盡電池后要返回到外部充電裝置時，裝備在機器人清潔器上的光發(fā)射部件發(fā)射光，反射式光學傳感器的光接收部件接收由安裝在外部充電裝置上的充電裝置標記反射的光。因此，機器人清潔器識別外部充電裝置的位置，并返回到外部充電裝置。
然而，用于具有外部充電裝置的機器人清潔器系統(tǒng)的反射式光學傳感器價格昂貴。而且，因為光學傳感器能夠感知的距離短，機器人清潔器需要花很長時間返回到外部充電裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面是解決至少上述問題和/或缺點，提供至少下面所述的優(yōu)點。因此，本發(fā)明的一個方面是提供一種機器人清潔器系統(tǒng)，所述的機器人清潔器系統(tǒng)在制造成本和傳感器感知其與障礙物的距離的能力方面得到改善，并提供一種使機器人清潔器返回外部充電裝置的方法。
為了實現本發(fā)明的上述方面，提供一種機器人清潔器系統(tǒng)，所述的機器人清潔器系統(tǒng)包括外部充電裝置，所述外部充電裝置包括充電座，該充電座具有充電終端；多個發(fā)送部件，所述發(fā)送部件用于發(fā)送具有不同編碼和強度的信號；機器人清潔器，所述機器人清潔器包括可再充電的電池；連接終端，用于與充電終端連接從而為可再充電電池提供能量；接收部件，所述接收部件用于接收來自多個發(fā)送部件的信號；和控制部件，所述控制部件利用接收部件接收的信號控制機器人清潔器的移動，以便連接終端和充電終端連接。
長距離發(fā)送器被設置在充電座的相對側，短距離發(fā)送器被設置在兩個長距離發(fā)送器之間。
長距離發(fā)送器和短距離發(fā)送器大體上線性地排列。
長距離發(fā)送器和短距離發(fā)送器各自沿不同方向發(fā)送信號到不同發(fā)射角度范圍，短距離發(fā)送器的發(fā)射角度范圍比長距離發(fā)送器的發(fā)射角度范圍窄。
發(fā)送部件進一步包括對接(docking)感應發(fā)送器，所述感應發(fā)送器被設置在充電座的特定位置，以產生與短距離發(fā)送器的信號相比具有不同編碼的、強度較小和發(fā)射角度范圍較窄的信號。
對接感應發(fā)送器被設置在短距離發(fā)送器的上方或者下方的特定距離處。
多個發(fā)送部件可以包括紅外線發(fā)送元件。
本發(fā)明的另外一個方面是提供一種用于使機器人清潔器返回到外部充電裝置的方法，以便機器人清潔器的連接終端和充電座的充電終端連接，所述方法包括步驟a)當機器人清潔器按照用戶的指示運行和清潔特定區(qū)域時接受充電請求信號；b)在接收到包含不同編碼和強度的紅外信號時，分析包括在紅外信號中的不同編碼，并控制機器人清潔器靠近充電座；和c)連接機器人清潔器的連接終端到充電座的充電終端。
步驟b)包括步驟d)機器人清潔器接收紅外信號并向著充電座的前面直線移動；e)如果在直線移動過程中接收不到紅外信號，機器人清潔器向左或者向右旋轉大約90°，繼續(xù)直線移動，直到接收到紅外信號；f)當接收到紅外信號時，機器人清潔器旋轉大約90°，以指向充電座的前面并直線移動；和g)當從接收到的紅外信號中接收到包含不同編碼的紅外信號時，機器人清潔器斜向地朝著充電座前進。
在步驟c)，在斜向移動的過程中，當接收到具有與所述不同編碼仍然不同的編碼的紅外信號時，機器人清潔器朝著充電座的前面直線移動，以便機器人清潔器的連接終端被連接到充電座的充電終端。


通過參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例性的實施例，本發(fā)明的上述方面和其它特征，將更加顯而易見，其中圖1示意性地示出根據本發(fā)明的一個實施例的機器人清潔器系統(tǒng)的透視圖；圖2是圖1所示機器人清潔器的示意性透視圖；圖3是圖1所示機器人清潔器系統(tǒng)的方框圖；圖4是圖1所示外部充電裝置的前視圖；
圖5和圖6是圖4中的多個發(fā)送器的發(fā)射范圍的示意圖；圖7和圖8是機器人清潔器返回外部充電裝置的操作的示意圖；和圖9是根據本發(fā)明的一個實施例，機器人清潔器返回外部充電裝置的方法的方框圖。
具體實施例方式
下文中將參考附圖，詳細地描述根據本發(fā)明的實施例。
在下面的描述中，甚至在不同的圖中，相同的附圖標記被用于表示相同的元件。在說明中定義的諸如具體結構和元件等內容只是用于幫助深入理解本發(fā)明。因此，顯然本發(fā)明可以在沒有那些內容的條件下實施。而且，眾所周知的功能和結構不再詳細描述，因為它們會在不必要的細節(jié)上使本發(fā)明變得不清楚。
參考圖1～圖4，機器人清潔器系統(tǒng)包括機器人清潔器100和外部充電裝置200。
機器人清潔器100包括清潔器主體110；抽吸部件130；驅動部件120；障礙物傳感器184；運行距離傳感器182；連接終端152；可再充電電池150；接收部件170；和控制部件140。
抽吸部件130被安裝到清潔器主體110上，以從被清潔的表面吸入帶有灰塵的空氣。抽吸部件130可以用各種各樣的方法構造。例如，抽吸部件130可以包括抽吸電動機(未示出)；集塵室，所述集塵室通過面向被清潔表面的抽吸口或抽吸管收集由抽吸電動機吸入的灰塵。
驅動部件120包括輪子(未示出)，所述的輪子安裝在清潔器主體110的相對側；和驅動電動機，所述驅動電動機用于驅動各個輪子。驅動部件120根據來自控制部件140的控制信號順時針或者逆時針旋轉驅動電動機。驅動方向通過改變各個驅動電動機的每分鐘轉數(RPM)來確定。
障礙物傳感器184感知前面或者在移動方向上的障礙物或者墻壁，檢測從它那里到障礙物或者墻壁的距離。紅外傳感器或超聲波傳感器可以被用作障礙物傳感器184。
運行距離傳感器182可以包括旋轉傳感器，用于檢測輪子的每分鐘轉數RPM。例如，旋轉編碼器可以被用作檢測驅動電動機的RPM的旋轉傳感器。
在圖示的實施例中，一對連接終端152在機器人清潔器的前面對應于外部充電裝置200的充電終端222的高度處形成。然而，當普通的交流(AC)電源是三相電源時，提供三個連接終端152和充電終端222。
可再充電電池150被安裝在清潔器主體110上，與連接終端152連接。因此，當連接終端152被連接到外部充電裝置200的充電終端222時，可再充電電池150被普通的AC交流電源充電。換言之，當機器人清潔器100被連接到外部充電裝置200時，能量通過與普通AC交流電源連接的電線244(圖1)被引入，并通過清潔器主體110的連接終端152從外部充電裝置200的充電終端222供應到再充電電池150。
充電量檢測部件160檢測可再充電電池150的充電量，如果檢測到的數量達到設定的下限，則發(fā)射充電請求信號到控制部件140。
接收部件170被安裝在清潔器主體110的前面，以接收從外部充電裝置200的發(fā)送部件210發(fā)射的具有不同編碼的信號，后面將描述發(fā)送部件210。
控制部件140控制機器人清潔器100的上述部件，從而完成清潔工作。當機器人清潔器100不在使用中時，控制部件140控制各個部件，通過為與外部充電裝置200連接的可再充電電池150充電，使機器人清潔器100做好準備。根據上面所述，可再充電電池150中的充電量能夠被保持在某一個范圍內。
與外部充電裝置200分開的機器人清潔器100完成清潔工作后，控制部件140利用外部充電裝置200的發(fā)送部件210發(fā)射的信號幫助機器人清潔器100返回到外部充電裝置200并且與外部充電裝置200連接。更具體而言，控制部件140檢測由接收部件170接收的具有不同編碼的信號，并根據接收到的信號的編碼輸出預先設定的控制編碼。然后，控制部件140將輸出信號和預設參考值比較以輸出基于比較結果的數字信號。根據輸出的數字信號，控制部件140控制驅動部件120，以便機器人清潔器100能夠返回外部充電裝置200的充電座220。
參考圖4，外部充電裝置200包括充電座220，所述充電座220包括充電終端222和發(fā)送部件210。充電終端222通過內部變壓器、轉換器和電線與電線244連接，為與機器人清潔器100的連接終端152連接的可再充電電池150提供能量。充電座220支持充電終端222，把充電終端222設置在對應機器人清潔器100的連接終端152的高度處，并將充電終端222固定在特定位置處。當普通AC交流電源是三相電源時，在充電座220上安裝三個充電終端222。
發(fā)送部件210被安裝在充電座220的前面，以便機器人清潔器100的接收部件170能夠識別發(fā)送部件210發(fā)送的信號。發(fā)送部件210包括一對長距離發(fā)送器212，用于發(fā)送各種強度的信號；短距離發(fā)送器214；和對接感應發(fā)送器216。各個長距離發(fā)送器212在充電座220的相對的兩側形成。短距離發(fā)送器214和對接感應發(fā)送器216優(yōu)選設置在長距離發(fā)送器212之間，即大約在充電座220的中間。為了使機器人清潔器100的接收部件170更好地接收信號，長距離發(fā)送器212和短距離發(fā)送器214被直線地設置。而且，對接感應發(fā)送器216被設置在短距離發(fā)送器214的上方或下方的預定距離處，不和短距離發(fā)送器214重疊。多個發(fā)送部件210優(yōu)選具體為產生紅外信號的紅外發(fā)射元件，例如普通的發(fā)光二極管LED。對于機器人清潔器100的接收部件170，可以使用作為光接收傳感器的光電二極管、光電晶體管和PIN光電二極管。
長距離發(fā)送器212、短距離發(fā)送器214和對接感應發(fā)送器216發(fā)送分別具有不同編碼的信號，以便機器人清潔器100的接收部件170能夠可分辨地接收各個不同的信號。編碼可以改變，例如，通過改變從各個發(fā)送器212、214、216所發(fā)射的紅外信號波的尺寸或波形來改變。
參考圖5和圖6，長距離發(fā)送器212、短距離發(fā)送器214和對接感應發(fā)送器216被設置以發(fā)送具有各個不同強度和發(fā)射角度的信號。多個發(fā)送器212、214、216的信號的強度能夠通過控制各個紅外發(fā)射元件的電阻而被設置得互不相同。因此，輸出電流可以被控制，從而信號的強度能夠被改變。附圖標記A1～A4代表來自發(fā)送器212、214、216的信號的強度和發(fā)射角度(此后，將之稱為“發(fā)射范圍”)。更具體而言，A1和A2代表長距離發(fā)送器212的發(fā)射范圍，A3代表短距離發(fā)送器214的發(fā)射范圍，A4代表對接感應發(fā)送器216的發(fā)射范圍。如圖5和圖6所示，發(fā)射范圍的大小按照長距離發(fā)送器212、短距離發(fā)送器214和對接感應發(fā)送器216排序。這樣，長距離發(fā)送器212的發(fā)射范圍A1和A2具有最大的量級，對接感應發(fā)送器216的發(fā)射范圍A4具有最小的量級，短距離發(fā)送器214的發(fā)射范圍A3具有介于A1/A2和A4之間的量級，因此，當返回到外部充電裝置200時，機器人清潔器100第一次感知長距離發(fā)送器212發(fā)送的信號，并靠近充電座220。由于長距離發(fā)送器212和短距離發(fā)送器214在長距離發(fā)送器212和短距離發(fā)送器214的信號混合的區(qū)域中發(fā)射具有不同編碼的信號，換言之，在該區(qū)域中，A1、A2和A3的范圍重疊，機器人清潔器100的控制部件140能夠分辨接收部件170接收的不同信號。對接感應發(fā)送器216發(fā)射的信號的發(fā)射范圍A4被設置得小于短距離發(fā)送器214發(fā)射的信號的發(fā)射范圍A3。在機器人清潔器100以預定的距離靠近充電座220后，機器人清潔器100的連接終端152被連接到充電座220的充電終端222。這里，對接感應發(fā)送器216的發(fā)射角度的范圍被控制得很小，以便機器人清潔器100的接收部件170只在有限的范圍A4中接收來自對接感應發(fā)送器216的信號。因此，機器人清潔器100的連接終端152能夠被準確地連接到充電終端152。
此后，將參考圖7～9描述機器人清潔器100返回到外部充電裝置200的方法。
在具有外部充電裝置200的機器人清潔器系統(tǒng)被最初安裝的狀態(tài)下，機器人清潔器100做好準備，連接終端152與外部充電裝置200的充電終端222連接。當接收到清潔工作請求信號時，機器人清潔器100與外部充電裝置200分開，清潔用戶指令所確定的區(qū)域(S10)。
在清潔工作過程中，當接收到充電請求信號時(S11)，機器人清機器100的控制部件140改變到返回模式，以返回充電座220(S12)?？刂撇考?40使機器人清潔器100繼續(xù)運行以接收充電座220的發(fā)送部件210發(fā)射的信號?？梢圆捎酶鞣N方式作為機器人清潔器100的返回模式。例如，機器人清潔器100可以以類似之字形或者退-進方式運行，直到接收部件170接收到發(fā)射部件210發(fā)送的信號。
當機器人清潔器100完成清潔工作時，或者當在清潔工作過程中充電請求信號由充電量檢測部件160輸入時，產生充電請求信號。作為選擇，用戶可以在清潔工作過程中使用遙控裝置強制地產生充電請求信號。
當機器人清潔器100靠近發(fā)送部件210的長距離發(fā)送器212發(fā)射的紅外信號的發(fā)射范圍A1或A2時，接收部件170接收信號(S13)，并且控制部件140控制機器人清潔器100靠近外部充電裝置200的充電座220。更具體而言，控制部件140控制接收部件170向著充電座220轉動，并控制機器人清潔器100一直向著充電座222運行(S14)。
如果在向著充電座220移動的時候，機器人清潔器100離開紅外信號的發(fā)射范圍A1或A2，機器人清潔器100向右或者向左旋轉大約90°，然后直線移動(S15)。當在直線移動過程中，機器人清潔器100接收到來自長距離發(fā)送器212的紅外信號時，機器人清潔器100再次向著充電座220轉動大約90°(S16)，并向著充電座220的前面直線運行。
當向著充電座220直線運行的同時，機器人清潔器100位于短距離發(fā)送器214發(fā)射的紅外信號的發(fā)射范圍A3中時，接收部件170能夠接收該紅外信號(S17)。因為短距離發(fā)送器214和長距離發(fā)送器212發(fā)射具有互不相同的紅外編碼的紅外信號，控制部件140能夠分辨由接收部件170接收的具有不同編碼的紅外信號。
當接收部件179接收到來自短距離發(fā)送器214的紅外信號時，控制部件140控制機器人清潔器100以大約45°角向著充電座220斜向前進(S18)。機器人清潔器100的成角度的移動，代替直線移動，是為了減少由于短距離發(fā)送器214的相對窄的發(fā)射范圍A3引起的誤差，以允許機器人清潔器100迅速地接近充電座220。
當機器人清潔器100接收到對接感應發(fā)送器216發(fā)射的紅外信號時，其位于發(fā)射范圍A4中(S19)，控制部件140控制機器人清潔器100向著充電座220轉動，以便機器人清潔器向著充電座220直線移動(S20)。
根據上面所述，機器人清潔器100能夠迅速地并正確地接近和連接到充電座220的充電終端222(S21)。
由上面的機器人清潔器系統(tǒng)的描述能夠理解，根據本發(fā)明的實施例，提供多個發(fā)送部件以改變輸出到外部充電裝置200的各個信號的編碼和強度，以便接收部件170和控制部件140接收和分析各個不同的信號。因此，機器人清潔器100能夠很快地返回到外部充電裝置200。
而且，根據本發(fā)明的實施例，機器人清潔器100的接收部件170直接接收來自外部充電裝置200的發(fā)送部件210的紅外信號。與傳統(tǒng)的間接接收信號的方法不同，直接接收方法能夠增加傳感距離和降低生產成本。
雖然參考本發(fā)明的幾個實施例描述了本發(fā)明，本領域的技術人員將會理解，在不偏離權力要求書所限定的本發(fā)明的范圍和實質的情況下，可以對它進行各種各樣的形式和細節(jié)的變化。
權利要求
1.一種機器人清潔器系統(tǒng)，包括外部充電裝置，所述外部充電裝置包括充電座，該充電座具有充電終端；多個發(fā)送部件，用于發(fā)送具有不同編碼和強度的信號；機器人清潔器，所述機器人清潔器包括可再充電電池；連接終端，所述連接終端用于與充電終端連接從而為可再充電電池提供能量；接收部件，所述接收部件用于接收來自多個發(fā)送部件的信號；和控制部件，所述控制部件利用由接收部件接收的信號控制機器人清潔器的移動，以便連接終端被連接到充電終端。
2.根據權利要求1所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于多個發(fā)送部件包括至少一個長距離發(fā)送器，用于產生具有第一編碼的第一信號；短距離發(fā)送器，用于產生具有第二編碼的第二信號，第二編碼與第一編碼不同，第二信號的強度小于第一信號的強度。
3.根據權利要求2所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個長距離發(fā)送器包括兩個長距離發(fā)送器，所述兩個長距離發(fā)送器設置在充電座的相對側，和其中，短距離發(fā)送器被設置在兩個長距離發(fā)送器之間。
4.根據權利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于所述兩個長距離發(fā)送器和所述短距離發(fā)送器大體上線性地排列。
5.根據權利要求3所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于第一信號具有第一角度范圍，第二信號具有第二角度范圍，第一和第二角度范圍沿著不同的方向，第二角度范圍比第一角度范圍窄。
6.根據權利要求5中所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送部件進一步包括對接感應發(fā)送器，其設置在充電座的特定位置以產生具有第三編碼的第三信號，第三編碼與第一和第二編碼不同，第三信號的強度小于第二信號的強度，第三信號具有第三角度范圍，該第三角度范圍比第二角度范圍窄。
7.根據權利要求6中所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于對接感應發(fā)送器被設置在短距離發(fā)送器的上方或者下方的特定距離處。
8.根據權利要求1中所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于多個發(fā)送部件包括紅外線發(fā)送元件。
9.機器人清潔器返回外部充電裝置以便機器人清潔器的連接終端被連接到充電座的充電終端的方法，所述方法包括步驟a)當機器人清潔器按照用戶的指示運行和清潔特定區(qū)域時接收充電請求信號；b)接收包含有不同編碼和強度的紅外信號，分析包括在紅外信號中的不同編碼，并控制機器人清潔器靠近充電座；和c)將機器人清潔器的連接終端連接到充電座的充電終端。
10.根據權力要求9所述的方法，其特征在于步驟b)包括步驟d)機器人清潔器接收紅外信號并向著充電座的前面直線移動；e)如果在直線移動過程中接收不到紅外信號，機器人清潔器向左或者向右旋轉大約90°，繼續(xù)直線移動，直到接收到紅外信號；f)當接收到紅外信號時，機器人清潔器旋轉大約90°，以指向充電座的前面并直線移動；和g)當從接收到的紅外信號中接收到包含有不同編碼的紅外信號時，機器人清潔器斜向地朝著充電座前進。
11.根據權力要求10所述的方法，其特征在于在步驟c)中，在斜向移動過程中，當接收到編碼與所述不同編碼的紅外信號的編碼仍然不同的紅外信號時，機器人清潔器向著充電座的前面直線移動，以便機器人清潔器的連接終端被連接到充電座的充電終端。
12.一種機器人清潔器系統(tǒng)，包括第一發(fā)送器，所述第一發(fā)送器用于產生第一信號，并與外部裝置連接；第二發(fā)送器，所述第二發(fā)送器用于產生第二信號，并與所述外部裝置連接，第二信號的強度小于第一信號的強度；接收部件，所述接收部件用于接收第一和第二信號，接收部件與機器人清潔器連接；和控制部件，所述控制部件用于根據第一和第二信號控制機器人清潔器的移動，以便機器人清潔器相對于所述外部裝置移動到期望的位置。
13.根據權利要求12所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于第一發(fā)送器包括兩個第一發(fā)送器，被設置在所述外部裝置的表面上。
14.根據權利要求13所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于第二發(fā)送器位于兩個第一發(fā)送器之間的表面上。
15.根據權利要求12所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于第一信號具有第一角度范圍，第二信號具有第二角度范圍，第二角度范圍比第一角度范圍窄。
16.根據權利要求12所述的機器人清潔器系統(tǒng)，進一步包括第三發(fā)送器，所述的第三發(fā)送器用于產生第三信號，第三發(fā)送器與所述外部裝置連接，第三信號的強度小于第二信號的強度。
17.根據權利要求16所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于第一信號具有第一角度范圍，第二信號具有第二角度范圍，第三信號具有第三角度范圍，其中，第二角度范圍比第一角度范圍窄，第三角度范圍比第二角度范圍窄。
18.根據權利要求12中所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于控制部件在接收到預定信號時控制機器人清潔器移動到期望的位置。
19.根據權利要求18所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于所述預定信號由機器人清潔器根據機器人清潔器的可再充電電池的充電量而產生。
20.根據權利要求18中所述的機器人清潔器系統(tǒng)，其特征在于所述預定信號由機器人清潔器從用戶操作的遙控裝置接收。
全文摘要
一種機器人清潔器系統(tǒng)和該機器人清潔器返回外部充電裝置的方法。該機器人清潔器系統(tǒng)具有外部充電裝置，所述外部充電裝置包括充電座，該充電座具有充電終端；多個發(fā)送部件，用于發(fā)送具有不同編碼和強度的信號；機器人清潔器，所述機器人清潔器包括可再充電的電池；連接終端，用于與充電終端連接從而為可再充電電池提供能量；接收部件，用于接收來自多個發(fā)送部件的信號；和控制部件，所述控制部件利用接收部件接收的信號控制機器人清潔器的移動，以便將連接終端連接到充電終端。
文檔編號B25J5/00GK1768683SQ20051006767
公開日2006年5月10日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權日2004年10月27日
發(fā)明者高將然, 丁參鐘, 宋貞坤, 金祺萬, 李周相, 林廣洙 申請人:三星光州電子株式會社