具有地板类型检测的移动地面清扫机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及自主的地板清扫机器人。
【背景技术】
[0002]通常，机器人是一种由计算机或电子程序引导执行任务的机电机器。在没有人机交互的情况下，执行诸如地板清扫的家务功能的自主机器人现在是容易获得的消费产品。许多清扫机器人有能力进行“清扫任务”，机器人横穿并且同时清扫(例如，真空吸尘)所处环境的地板表面。可以由移动清扫机器人完成的清扫任务的长度通常受到电池充电的制约。
【实用新型内容】
[0003]在本实用新型的一个方面中，一种清扫机器人包括:底盘；驱动器，其连接至底盘并且配置成驱动机器人越过地板表面；清扫头组件，其联接至底盘并且当机器人由驱动器操纵时，被定位成接合地板表面；运动传感器，其响应于俯仰的变化，运动传感器由底盘承载；以及控制器电路，其与清扫头组件和运动传感器通信，控制器电路配置成确定与机器人的清扫特性相关联的地面类型并且配置成作为来自所述运动传感器的信号的函数改变机器人的清扫特性，所述信号表示由所述机器人越过地面间断所引起的俯仰的变化清扫。
[0004]在一些实施方式中，清扫头组件包括机动滚轮，其平行于所述地板表面可旋转地安装并且配置成使用期间接触和搅动地板表面。在一些实施方式中，机动滚轮包括前滚轮，并且清扫头还包括后滚轮，其平行于地板表面可旋转地安装并且与前滚轮间隔开一小的细长间隙。
[0005]在实施方式中，前滚轮和后滚轮中的至少一个是顺应的弹性滚轮，其展现沿其圆柱体外部分布的V形叶片图案，并且至少后滚轮的叶片沿滚轮的长度与地板表面接触，使得在旋转期间滚轮经历所施加的一致的摩擦力。
[0006]在一些实施方式中，控制器电路还被配置成:基于来自运动传感器的反馈，检测底盘的俯仰变化、该俯仰变化由越过地面间断的机器人引起；检测清扫头组件运行中的变化；并且在检测俯仰变化的预定时间内响应于检测清扫头组件的运行中的变化，识别地板表面的地面类型的变化。在一些实施方式中，控制器电路被配置成检测清扫头组件的运行中的变化，作为对清扫头的机动滚轮的旋转的抵抗力的变化。在一些应用中，控制器电路被配置成检测阻止滚轮旋转的变化，如由驱动滚轮的电机产生的功率的变化。在一些实施方式中，控制器电路被配置成监测作为电机电流、电池电压和电机速度中一个或多个的函数的电机功率。
[0007]在一些实施方式中，清扫机器人还包括由底盘承载的清扫箱，以及位于清扫箱内以提供将碎肩牵引至清扫箱中的抽吸力的电机驱动风扇，并且改变机器人的清扫特性包括改变抽吸力。在一些实施方式中，改变抽吸力包括响应于通过从硬地板表面到软地板表面越过地面不连续的变化的控制器电路的识别、增加抽吸力。在一些实施方式中，改变抽吸力包括响应于通过从软地板表面到硬地板表面越过地面间断的变化的控制器电路的识别，减小抽吸力。
[0008]在一些实施方式中，运动传感器是六轴惯性测量单元，并且包括三轴陀螺仪和三轴加速计中的至少一个。
[0009]在一些实施方式中，控制器电路被配置成通过确定地板表面种类的变化来识别越过地面间断的地面类型的改变。在一些实施方式中，控制器电路被配置成基于表示清扫头组件操作的信号来确定地板表面的种类。在一些应用中，控制器电路被配置成通过基于多个预定范围区分信号来确定地板表面的种类。在一些应用中，控制器电路被配置成基于概率分类器模型来确定地板表面的种类。在一些实施方式中，控制器电路被配置成响应于由越过地面间断的机器人引起的俯仰变化的检测来改变概率分类器模型。在一些实施方式中，改变概率分类器模型包括增加地面类型变化的概率。在一些实施方式中，改变概率分类器模型包括重置当前的地面类型。在一些实施方式中，概率分类器模型包括贝叶斯过滤器。在一些实施方式中，控制器被配置成当机器人由驱动器以弧的形式驱动时，暂停地板表面的重新分类。
[0010]在本实用新型的另一方面中，一种清扫机器人包括:底盘；驱动器，其连接至底盘并配置成驱动机器人越过地板表面；清扫头组件，其联接至底盘并且在机器人由驱动器操纵时，被定位成接合地板表面；以及控制器电路，其与清扫头组件通信。控制器电路被配置成:基于对应于清扫头组件的功率消耗信号，确定地板表面初始的的原始种类；识别地板表面种类的变化；并响应于识别从地板表面初始的的原始种类的地板表面变化，调整机器人的清扫特性。识别地板表面种类的变化包括集成来自数个所监测的输入的数据，输入包括下述中的至少一个:清扫头状态信号；运动信号，以及惯性测量单元aMU)信号。
[0011]在一些实施方式中，识别地板表面种类的变化包括:基于运动信号，确定机器人沿地板表面上的弯曲路径转动；以及响应于确定机器人转动，保持清扫特性处在当前状态。
[0012]在一些实施方式中，识别地板表面种类的变化包括:基于运动信号，确定机器人在地板表面上原地旋转；以及响应于确定机器人旋转并且不移动越过地板表面交界，保持清扫特性处在当前状态。在一些实施方式中，识别地板表面种类的变化包括:基于运动信号，确定机器人的转动半径；并且改变与转动半径的大小成比例的清扫特性。
[0013]在一些实施方式中，机器人还包括由底盘承载的清扫箱，以及位于清扫箱中以提供将碎肩牵引至清扫箱的抽吸力的电机驱动风扇，并调整机器人的清扫特性包括调整抽吸力。
[0014]在一些实施方式中，集成来自数个监测输入的数据包括:基于每个所述输入，计算出所述功率消耗信号的变化与所述地板表面的种类的变化相对应的概率。在一些实施方式中，基于运动信号计算概率包括计算机器人执行原地转动和弧形的转动中的至少一个的概率。在一些实施方式中，基于清扫头状态信号计算概率包括计算驱动清扫头组件的电机已经停转的概率。在一些实施方式中，基于MU信号计算概率包括计算机器人越过地面间断的概率。
[0015]在一些实施方式中，确定地板表面初始的原始种类包括:基于储存在控制器的计算机存储器中的经验数据，确定最可能地板种类。在一些实施方式中，确定最可能的地板种类包括基于储存在计算机存储器中的数个概率密度函数，计算在预定地面类型种类的组的范围上的后验概率分布。
[0016]在一些实施方式中，清扫头组件包括机动滚轮，其平行于地板表面可旋转地安装并且配置成在使用期间接触和搅动地板表面。在一些实施方式中，机动滚轮包括前滚轮，并且清扫头还包括后滚轮，其平行于地板表面可旋转地安装并且与前滚轮间隔开一小的细长间隙。
[0017]在实施方式中，前滚轮和后滚轮中的至少一个是适应的弹性滚轮，其展现沿其圆柱体外部分布的V形叶片图案，并且至少后滚轮的叶片沿滚轮的长度与地板表面接触，使得在旋转期间滚轮体验所施加的一致的摩擦力。
[0018]本实用新型的一个或多个实施方式的细节阐述于所附附图和下文的描述中。从描述和附图，以及权利要求中，本实用新型的其它特征、目的、以及优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0019]图1A是移动地面清扫机器人的透视图。
[0020]图1B是图1A的机器人的仰视图。
[0021]图2A是包括清扫头组件和清扫箱的一部分移动地面清扫机器人的剖面侧视图。
[0022]图2B是清扫机器人的清扫箱的透视图。
[0023]图3是示出用于操作移动地面清扫机器人的一示例控制结构的图表。
[0024]图4是示出清扫各种类型的地板表面时，随着时间的推移，滚轮电机功率消耗的曲线图。
[0025]图5是示出用于识别地板表面类型的一示例协议的功能图表。
[0026]图6是示出根据图5的图表，用于识别地板表面类型的一组预定概率函数的曲线图。
[0027]图7A是示出基于所检测的地板类型的变化，操作移动清扫机器人的第一方法的流程图。
[0028]图7B是示出基于所检测的地板类型的变化，操作移动清扫机器人的第二方法的流程图。
[0029]图8是示出基于所检测的地板类型的变化，操作移动清扫机器人的第三方法的流程图。
[0030]图9A和图9B是执行显示与移动清扫机器人的操作相关的信息的软件应用程序的移动设备的平面图。
【具体实施方式】
[0031]本实用新型涉及机器人系统，特别是移动清扫机器人。下面所描述的清扫机器人使用地板类型检测技术作为用于自主地改变各种地面清扫特性的触发器。例如，机器人可被配置成基于清扫元件或者机器人的其它元件与地板表面之间的摩擦的变化来检测地板类型的变化，机器人在地板表面上行驶并且同时清扫。低摩擦表面(例如，像硬木或光滑瓷砖的固体表面)需要较少的真空抽吸，并且与由地板表面与清扫元件之间的较高感应的摩擦表示的需要较多真空抽吸(例如，像有纹理的石料或高绒毛地毯的有纹理或易弯曲表面)的表面相比，低摩擦表面会从不同的清扫特性中受益。基于对于各种地板类型所感应的电阻，机器人优化的清扫效果(例如，增加或减少真空风扇的功率)。在一些示例中，基于对应于电机的功率消耗的信号，机器人被配置成确定机器人与地板表面之间相互作用的摩擦性质，清扫期间，电机驱动与表面接触的旋转清扫滚轮。来自电机的相对高的功率消耗可以表示高摩擦，反之亦然。
[0032]在一些示例中，当地面清扫机器人检测到从硬地板表面到软地板表面的变化时，它自动增加其真空抽吸以保持一致的清扫效果。在相反的情况下一一检测到从软地板表面到硬地板表面的变化一一地面清扫机器人可以自动地降低其真空抽吸以优化任务的持续时间并且改善声音反射表面上的用户体验。通过选择性地增加/减少产生真空的功率，机器人可以延长电池寿命，从而在充电时间之间执行较长的清扫任务并且减小固体地板表面上的不必要的风扇电机分贝的音量。参照由附图示出的实施方式，其它的示例和优点将在下文中提供。
[0033]图1A-图2B示出了一示例移动地面清扫机器人100，其可被设计为自主地横穿并清扫地板表面。机器人100包括主底盘102，用于承载和支撑下述各种功能机器人部件(例如，清扫元件、传感器、控制器，等等)。可拆卸的盖104越过底盘102的平顶延伸，以在使用期间保护机器人免受固体物体和无意间滴在或洒在机器人顶部的液体的损坏。
[0034]机器人100可以在向前和相反的驱动方向上移动，因此，机壳102具有相应的前端和后端102a、102b。缓冲器106安装在前端102a并且面向向前的驱动方向。在识别家具和其它障碍物时(例如，经由飞行成像传感器、摄像头传感器、声纳、接近传感器，或