专利名称：机器人清洁机,机器人清洁系统以及控制它们的方法图1和图2，机器人清洁机10包括吸入单元11，感测单元12，前部摄像机13，顶部摄像机14，驱动单元15，存储器16，发射器17以及控制器18。参考标号19是电池。吸入单元11安装于主机身10a上，以便在吸入空气时收集地面上尘土。采用熟知的方法构成吸入单元11。作为一个实例，吸入单元11具有一个吸入电机(未标出)，以及通过驱动吸入电机从与地板相对形成的吸入孔或吸入管收集吸入的空气的吸入室。感测单元12向外部发送信号。感测单元12包括以预定的间距安装在主机身周围侧面以接收反射信号的障碍检测传感器12a，以及用于测量行驶距离的行驶距离检测传感器12b。障碍检测传感器12a具有多个用于发射红外线的红外线发光元件12a1和用于接收反射光的光接收元件12a2。红外线发光元件12a1和光接收元件12a2沿着障碍检测传感器12a的外围垂直长对地放置。另一方面，障碍检测传感器12a可以采用能够发射超声波并接收反射超声波的超声传感器。障碍检测传感器12a还用于测量机器人清洁机与障碍物或墙壁之间的距离。行驶距离检测传感器12b可以采用用于检测轮子15a到15d的转动圈数的转动检测传感器。例如，转动检测传感器可以采用用于分别检测电机15e，15f的转动圈数的编码器。前部摄像机13放置在主机身10a上以便拍摄前方图像，并向控制器18输出拍摄的图像。顶部摄像机14放置在主机身10a上以便拍摄上方图像，并向控制器18输出拍摄的图像。驱动单元15包括放置在前端两侧的两个轮子15a，15b；放置在后端两侧的两个轮子15c，15d；用于分别使后轮15c，15d转动的电机15e，15f；用于将后轮15c，15d产生的能量传递给前轮15a，15b的定时传送带15g。驱动单元15根据控制器18的控制信号独立地驱动电机15e，15f向右或相反方向转动。可以通过以不同的转数驱动电机来进行转动。
发射器17通过天线17a发送目标数据，并且向控制器18发送通过天线17a发送的信号。
控制器18处理通过发射器17发射的信号，并且控制每个部件。当主机身10a提供了具有多个用于操作装置的建立功能的按键的按键输入装置时，控制器18处理由按键输入装置输入的按键信号。
当控制器18根据由清洁命令确定的行驶路线控制驱动单元15在清洁区域内行驶时，控制器18通过分析顶部摄像机14拍摄的图像来校正机器人清洁机的行驶路线。
根据本发明的第一个方面，当建立用于生成图像绘制的模式时，控制器18通过控制驱动单元15驱动机器人清洁机10根据用来生成地图的预定行驶路线在清洁区域行驶，从由顶部摄像机14拍摄的图像生成有关顶部区域的图像地图，并将生成的图像地图存储在存储器16中。当通过无线方式从外部或由按键输入装置输入命令执行生成图像地图的模式的信号时，可以启动控制器18执行用来生成图像地图的模式。另一方面，当通过无线方式从外部或按键输入装置发送清洁命令时，可以启动控制器18在执行清洁之前建立执行用于生成图像地图的模式。
控制器18控制驱动单元15根据建立的行驶路线来拍摄被障碍物或墙壁包围的清洁区域，换句话说，当操作用于生成图像地图的模式时，通过划分房间来用顶部摄像机14拍摄整个房间。作为该行驶路线的例子，控制器18使机器人清洁机从当前位置前行，当障碍传感器12a检测到墙壁或其它障碍时，将该位置设置为起始位置。此后，控制器18控制驱动单元15驱动机器人清洁机10沿着墙壁行驶直到机器人清洁机10返回其起始位置。然后，控制器18在由行驶轮廓确定的区域内沿着以规则间隔分布的行驶路线驱动机器人清洁机10。换句话说，控制器18控制驱动单元15沿着根据如图5所示确定的清洁区域21设计的行驶路线22驱动机器人清洁机10。此时，确定行驶路线22的间距以时上方图像是连续的。机器人清洁机10在沿行驶路线22移动的同时拍摄上方图像。此外，最好是确定帧拍摄周期与移动时拍摄或提取的上方图像的相邻图像具有10％到20％的重叠。确定拍摄周期的方法可以通过前几次拍摄的多个图像来完成。另一方面，拍摄周期可以通过事先考虑顶部摄像机14的视角以及普通房间从地板到天花板的距离来建立，然后就可以根据每个建立的拍摄周期进行拍摄了。
如图6所示，在行驶进程中顶部摄像机14拍摄的图像作为上图像地图存储在存储器16中，当天花板上安装图4中所示的诸如灯泡31，火灾传感器32，和荧光灯33之类的部件时，其中由控制器具体化，控制与部件有关的图像。
控制器18最好将存储在存储器16中的图像地图分割成多个单元。另外，控制器18通过提取与每个单元对应的图像中的特定特征来进行将特定特征设置为标准坐标点的图像处理，该标准坐标点用于识别位置，以便容易地判断机器人清洁器10的位置。例如，对于针对图4的安装部件31，32，33拍摄的图像，将灯泡31，火灾传感器32，以及直照荧光灯33确定为用于图像处理方法的特定特征。从拍摄的图像中提取特定特征的图像处理方法可以采用各种熟知的方法。例如，可以采用在将拍摄的图像转换成灰度电平后，处理通过连接与该特定特征具有相似值的象素点计算的坐标点的方法。此外，在事先存储好与特定特征有关的图像数据分布类型后，将与记录的数据值具有相似分布的图像区域确定为对应的特定特征。
根据本发明的第二个方面，控制器18通过三维绘制从前部摄像机13拍摄的前部图像和从顶部摄像机14拍摄的上方图像来生成图像绘制土并且将生成的图像绘制土存储在存储器16中。当生成并使用三维图像地图时，可改善位置识别的精度。这种情况下，在识别位置时，最好先处理来自具有较少变化的固定部件的上方图像的位置识别。当不能准确地识别该位置时，建议再参考前部图像。
控制器18利用当图像地图生成后，机器人清洁机10执行清洁任务时生成的图像地图来识别机器人清洁机10的位置。换句话说，当通过无线方式从外部或按键输入装置输入清洁命令的信号后，控制器18通过将独自从顶部摄像机14或从前部摄像机13和顶部摄像机14二者输入的当前图像与存储的图像地图进行比较来识别机器人清洁机10的当前位置，并且控制驱动单元15从识别的位置对应目标行驶路线。在此，命令进行清洁的信号包括通过摄像机13，14进行监视的工作或清洁的工作。控制器18利用由从编码器测量的行驶距离识别出的当前位置以及通过将当前拍摄的图像与存储的图像地图进行比较来计算行驶误差，并且控制驱动单元15通过校正该误差来跟踪目标行驶路径。
已经描述了由控制器18直接生成图像地图，机器人清洁机10的位置是利用生成的图像地图由它自己识别的。
根据本发明的第三个方面，建立机器人清洁系统以便外部处理机器人清洁机10的上方图像地图的生成和位置识别，以降低生成机器人清洁机10的图像地图和识别机器人清洁机10的位置所需的操作负载。
为此目的，构成机器人清洁机10向外部无线发送拍摄的图像信息，并且根据从外部发送的控制信号进行操作。此外，遥控器40无线控制机器人清洁机10的行驶，识别机器人清洁机10的位置，并且生成图像地图。
遥控器40包括无线转发装置41和中央控制单元50。
无线转发装置41处理从机器人清洁机10发送的无线信号并且通过有线方式向中央控制单元50发送处理过的信号。另外，无线转发装置41通过天线42把从中央控制单元50发射的信号发送到机器人清洁机10。
用普通计算机构成中央处理单元50，图3示出了中央控制单元50的一个例子。参考图3，中央控制单元50包括CPU(中央处理单元)51，ROM 52，RAM 53，显示装置54，输入装置55，存储器56，以及通信装置57。
存储器56具有一个用来控制机器人清洁机10以及处理从机器人清洁机10发射的信号的机器人清洁机驱动器56a。
机器人清洁机驱动器56a提供通过显示单元54来设置对机器人清洁机10进行控制的菜单，并且当进行操作时，由机器人清洁机10执行使用者选择的菜单。菜单最好广泛地包括清洁区域地图生成，清洁，以及监视操作。此外，建议提供图像地图生成，目标区域选择列表，以及清洁方法作为子选择菜单。
在用于生成清洁区域地图或图像地图的菜单的情况下，当机器人清洁机10进行清洁操作时，使用者最好能够建立一周或一个月的与图像地图更新情况有关的更新周期。
如上所述，当使用者通过输入装置55输入用于生成图像地图的信号或生成建立图像地图时，机器人清洁机驱动器56a控制机器人清洁机10接收生成图像地图所需的整个清洁区域的上方图像。机器人清洁机驱动器56a通过绘制通过控制机器人清洁机10发射的图像来生成图像地图，并且将生成的图像地图存储在存储器56。这种情况下，机器人清洁机10的控制器18根据从机器人清洁机驱动器56a通过无线转发装置41发射的控制信息来控制驱动单元15，于是就可以省略与图像地图生成有关的操作负载。另外，当机器人清洁机通过无线转发装置41驱动中央控制单元50时，控制器18发射按固定周期拍摄的上方图像。机器人清洁机驱动器56a可以通过一起绘制前部图像和上方图像来生成图像地图。
参见图7来描述根据上述方法操作的机器人清洁机10的位置识别方法。
首先，控制器18判断是否执行生成图像地图的模式(S100)。
当判断出是生成图像地图的模式时，控制器18驱动机器人清洁机10拍摄整个上方图像(S110)。
控制器18通过绘制顶部摄像机14对应清洁区域拍摄的上方图像(以及前部图像)生成图像地图，并且将生成的图像地图存储在存储器16，56中(S120)。
此后，控制器18判断是否发射了进行清洁的命令(S130)。
当判断出清洁命令已发射时，控制器18通过比较从顶部摄像机14发射的上图像和存储的图像地图来识别机器人清洁机10的位置(S140)。当在步骤140中图像地图包括有关前部图像的信息时，也可用当前的前部图像识别该位置。
然后，控制器18对应发送的清洁命令计算从识别的当前位置移动到清洁区域或清洁路径的行驶路径(S150)。
接着，控制器18根据计算的行驶路径驱动机器人清洁机10(S160)。
此后，控制器18判断工作是否完成(S170)。工作在这里是指沿清洁路径行驶或向目标位置移动来执行的清洁任务。当判断工作还未完成时，则重复执行S140至S160直到工作完成。
另一方面，根据本发明的第四优选实施例，当天花板具有直角轮廓时，采用通过拍摄天花板驱动机器人清洁机10的方法，以减少有关行驶路径的校正处理负担。
例如，如图8所示，当天花板上排列着矩形石膏板34或在天花板上安装了多个直接照明荧光灯35时，设立控制器18或/和遥控器40利用提供线性轮廓的天花板的条件来校正行驶误差。
为此目的，当机器人清洁机10在行驶时，控制器18利用熟知的处理检测的边缘的方法从由顶部摄像机14拍摄的图像中提取线素，并且利用提取的线素信息来校正行驶轨迹。
控制器18最好按照预定时间或预定距离从编码器校正所检测的行驶误差。此后，控制器18利用从顶部摄像机拍摄的图像的线素来反复校正行驶误差。
换句话说，控制器18通过用编码器检测行驶轨迹误差来计算行驶轨迹误差，并且控制驱动单元15允许机器人清洁机10根据计算的误差返回目标行驶轨迹。此后，控制器18利用通过分析从顶部摄像机14拍摄的图像数据提取的线素的方向信息，通过计算机器人清洁机10的轨迹偏移误差来校正行驶误差。
上述方法可以用于前面描述的机器人清洁系统。
这里，处理检测边缘的图像的方法可以采用各种方法，如“Sobel算法”或“Navatiark Babu算法”。
参见图9详细描述通过从上方图像提取线素来校正行驶误差的机器人清洁机控制过程。
首先，控制器18判断是否执行生成清洁区域地图的模式(S200)。
当判断是生成清洁区域地图的模式时，控制器18驱动机器人清洁机10在清洁区域内移动(S210)。
与生成清洁区域地图的模式有关的机器人清洁机10的行驶路线与上述例子中的相同。首先，向前驱动机器人清洁机10，当障碍检测传感器12a检测到墙壁或其它障碍物时，则将该位置定为起始位置。此后，控制器18控制驱动单元15驱动机器人清洁机10顺着墙壁沿房间的轮廓行驶，直到机器人清洁机10返回它的起始位置。接下来，控制器18驱动机器人清洁机10在沿着按预定间距扩展的行驶路线形成的行驶轮廓确定的区域行驶。控制器18利用在如上所述的行驶期间检测的有关障碍物的信息或行驶路线来生成清洁区域地图，并且存储清洁区域地图(S220)。另一方面，以与上述生成图像地图的模式相同的方法生成清洁区域地图，并且存储。
此后，控制器18判断是否已发送了执行清洁的命令(S230)。
当控制器18判断发送了清洁命令时，控制器18则对应发送的清洁命令计算移动到清洁区域或清洁路径的行驶路径(S240)。
然后，控制器18根据计算出的行驶路径驱动机器人清洁机10(S250)。
当机器人清洁机10移动时，控制器18从由顶部摄像机14拍摄的图像中提取线素，并且利用提取的线素信息校正行驶误差(S260)。在此，最好在每一个设置的周期执行分析从顶部摄像机14拍摄的图像的处理，以减小图像处理负担。
然后，控制器18判断通过按上述过程驱动机器人清洁机10的清洁工作是否完成(S270)。如果判断清洁工作没有完成，控制器18重复S240至S260，直到机器人清洁机10完成清洁工作。
如至此所描述的，由于机器人清洁机10能够利用具有较少变化的固定部件的上方图像更准确地识别位置，根据本发明的机器人清洁机，机器人清洁系统以及控制它们的方法可通过减少到目标位置的行驶误差更容易地执行清洁命令。
至此，已经说明和描述了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于在此所述的实施例，本领域技术人员在不曲解权利要求部分中要求的本发明要点的情况下可以对本发明进行修改。


一种机器人清洁机,机器人清洁系统,以及控制它们的方法。通过与外部装置进行无线通信执行清洁工作的机器人清洁机包括:用于驱动多个轮子的驱动单元;安装在主机身上用于拍摄与行驶方向垂直的上方图像的顶部摄像机;以及用于控制驱动单元以便驱动机器人清洁机根据预定的行驶路线在清洁区域内行驶,并通过分析由顶部摄像机拍摄的图像来校正行驶路线的控制器。根据该机器人清洁机,机器人清洁系统以及控制它们的方法,利用与地板相比具有相对较少变化的上方图像可以更准确地识别位置。因此,减少了到达目标位置的移动误差,可以更容易地执行所命令的工作。