移动机器人及其控制系统的改进

1.相对固定站点(1)导引和定位自动移动机器人(7)的系统， 它利用至少一个由固定站点发射的方向性红外光束(2’)，移动机器人 有一个与所说机器人中的微处理器相连接的检测红外发射的方向性检 测系统(10a、10b)，机器人在工作表面上按随机方式移动，微处理 器(44)具有一种算法，该算法能够通过机器人(7)朝向所说红外光 束(2’)发射方向的移动来控制机器人(7)返回固定站点(1)，
其特征在于红外光束(2’)是一个窄的方向性光束，并且检测系 统(10a、10b)位于机器人(7)的旋转中心的构架上，沿机器人运 动方向定向，基于对窄光束(2’)的检测，根据该算法，机器人绕一 个垂直轴旋转，实现在固定站点(1)中的精确定位，
其中根据所述算法，当机器人探测到的红外照射强度高于一定限 值时开始返回充电的固定站点，而与电池的电荷状态无关，所述限值 随工作时间延长而减小和/或当电池负荷状态低于给定水平时减小，并 且当电池的负荷状态低于给定水平时开始返回充电的固定站点。
2.权利要求1的导引和定位自动移动机器人的系统，其中方向 性窄光束(2’)具有范围在2°和10°之间的角度。
3.权利要求1或2的导引和定位自动移动机器人的系统，其特 征在于它利用由固定站点(1)发射的至少两个光束(2’，3’)，一 个方向性差的光束(3’)用于走向固定站点(1)，而一个方向性强的 光束(2’)用于相对固定站点(1)精确定位的最后步骤。
4.权利要求1的导引和定位自动移动机器人的系统，其特征在 于在机器人返回固定站点时，根据电池的电荷状态和/或检测到的红外 照射强度，刷滚和/或吸尘引擎被处于待用状态。
5.权利要求1的导引和定位自动移动机器人的系统，其特征在 于固定站点在所说的机器人(7)移动的房间平面内发射两个调制红外 光束(2’，3’)，光束中的一个较另一个更具方向性，带有对所说光 束敏感的方向传感器(10a、10b、11a、11b)的移动机器人能够检 测到较差方向性光束的发射器发出的光束，从而能够发现方向并且走 向固定站点，传感器的信号由一个微处理器(44)处理来控制移动机 器人的前进，方向性差的光束(3’)的发射器在固定站点(1)的位置 使得当移动机器人到达其在固定站点的期望位置时发射器恰在移动机 器人上方，方向性强的光束(2’)于是可被前述传感器检测到，机器 人根据基于窄光束检测的算法绕一个垂直轴旋转来实现精确定位。
6.权利要求1的导引和定位自动移动机器人的系统，其特征在 于固定站点发射至少三个调制红外光束(2’，3’)，光束中的一个(2) 较另两个具有更精确的方向性，带有对所说光束敏感的方向传感器的 移动机器人能够检测到较差方向性光束的发射器(3b，3c)发出的光 束，从而能够发现方向并且走向固定站点，传感器的信号由一个微处 理器(44)处理来控制移动机器人的前进，高强度的发射器被定向并 且定位在固定站点的位置使得光束(2’，3’)在站点附近区域交叉， 方向性强的光束于是可被前述传感器检测到，机器人根据基于窄光束 检测的算法绕一个垂直轴旋转来实现精确定位。
7.权利要求1的导引和定位自动移动机器人的系统，其中方向 性强的红外光束(2’)的发射器较方向性较差的红外光束(3’)的发 射器功率较小。
8.采用一个微处理器(44)的自动移动机器人，利用至少一个由 固定站点发射的方向性红外光束(2’)，移动机器人有一个与所说机器 人中的微处理器相连接的检测红外发射的方向性检测系统(10a、10 b)，机器人在工作表面上按随机方式移动，微处理器(44)具有一种 算法，该算法能够通过机器人(7)朝向所说红外光束(2’)发射方向 的移动来控制机器人(7)返回固定站点(1)，
其特征在于红外光束(2’)是一个窄的方向性光束，并且检测系 统(10a、10b)位于机器人(7)的旋转中心的构架上，沿机器人运 动方向定向，基于对窄光束(2’)的检测，根据该算法，机器人绕一 个垂直轴旋转，实现在固定站点(1)中的精确定位，
其中根据所述算法，当机器人探测到的红外照射强度高于一定限 值时开始返回充电的固定站点，而与电池的电荷状态无关，所述限值 随工作时间延长而减小和/或当电池负荷状态低于给定水平时减小，并 且当电池的负荷状态低于给定水平时开始返回充电的固定站点。
9.权利要求8中的机器人，包含至少一个旋转刷滚(24)和一个 微处理器(44)，微处理器通过一个算法控制机器人的速度和/或路径， 其特征在于为确定上述速度和/或上述路径，微处理器与一个考虑了上 述旋转刷滚的转速测量的算法有关。
10.权利要求8的机器人，其特征在于它是一个机器人真空吸尘 器。
11.权利要求8的机器人，其特征在于为了确定吸尘功率，微处 理器(44)利用了上述旋转刷滚(24)转数的测量。
12.权利要求8的机器人，其特征在于机器人(7)走过的路径取 决于欲清洁表面上尘粒的数量，上述数量由位于机器人真空吸尘器吸 入口附近的一个尘粒分析器(27，28)估计，上述分析器向移动机器 人携带的微处理器(44)发送信号，微处理器根据所说的信号控制机 器人的位移。
13.权利要求8的机器人，其中的微处理器可以控制移动机器人 减速和/或线性后退和前进运动和/或按扇叶形状的后退和前进运动。
14.权利要求11或12中的机器人，其中的微处理器将尘粒分析 器(27，28)在长距离上检测到的尘粒总平均值存入内存，用于清洁 的一个尘粒算法的激活利用上述平均值。
15.权利要求8的机器人，其特征在于它包含一个全部或部分包 围侧倾基座的线性碰撞传感器，传感器包含一个线性金属(62)导体 和平行的由导电塑料制成的线性元件(61)，导电塑料是导电橡胶，其 端部有电势差，在有机器人和障碍物(65)碰撞引起的瞬态压力作用 下塑料线性元件可以和导电元件弹性接触，在导电元件上量测到的电 流量测量结果作为信号送向微处理器来以侧倾为基础确定击打点。

技术领域\n本发明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。\n本发明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。\n背景技术\n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。\n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，根据其中流过交电电流的线圈的垂直 方向自动重定位。\n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。\n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 器根据站点来远方定位。\n美国专利4679152公开了一种当电池电荷水平降至预定限制以下 时能够自动返回充电站的自动移动机器人。充电站和移动机器人有红 外光束发送器和一个与微处理器相连的检测系统。机器人和充电站因 而可双向通讯。还提供了一个有声光系统的搜寻程序，它涉及机器人 在工作表面上的随机移动。这一系统很复杂并且当充电操作需要机器 人相对充电站非常精确地定位时显得缺乏效率。本发明的目的就是通 过提供一个采用由充电站发射的窄光束的系统来克服这个缺点，该系 统可按实施例的最简单情况构成，窄光束可由位于机器人旋转中心的 基座上的方向传感器检测。\n发明内容\n根据本发明的第一方面，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。\n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。\n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。\n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。\n在本发明的另一实施例中，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。\n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。\n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。\n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。\n根据本发明的这个方面，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。\n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。\n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。\n本发明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。\n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。\n机器人电池的充电最好和倒出积尘一起进行。\n上述文件的内容在本发明的描述中参照引入。\n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。\n最后，在本发明的另一方面中，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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。对所搜集到尘粒类型的分析，尤其是尘粒大小及其数 量，使得可能通过校正机器人的路径、刷子的转数和/或真空吸尘引擎 的功率，而使其行为更精细。\n尘粒分析仪例如可由发射器和接收器组成，最好是采用红外线的。\n微处理器最好可将尘粒传感器在长距离上探测得到的尘土水平总 平均值存入内存，一个特别的吸尘算法考虑上述平均值而激活。\n并且，吸尘机器人最好包含一个尘粒传感器，此处的一个或几个 元件由射向其表面的气流定期或经常性地自动清除。\n根据本发明的另一方面，自动机器人是一个包含旋转刷的机器人。\n本发明因而推出一种表面清洁机器人，其包含至少一个旋转刷作 为清洁元件，并且包含一个微处理器，其通过一个算法至少控制机器 人的速度和/或路径，其特征在于微处理器与算法相关，所说算法至少 考虑上述旋转刷的旋转速度来决定上述速度和或上述路径。用于清洁 的机器人典型情况下为机器人真空吸尘器。\n机器人真空吸尘器的微处理器最好考虑上述旋转刷的旋转速度来 决定吸尘的功率。吸尘功率取决于上述刷子的转数。\n微处理器因而可考虑测量的马达转数来决定上述机器人的行为。\n然而旋转刷的存在使得当它遇到例如清洁地面上地毯的毛边时会 自己卡住，这不是所希望的。\n解决这一问题的方案在专利申请PCT WO 97/40734中有所描述， 并且包含使刷子反向旋转以使其自由。\n该申请的这一方案具有不需要精确控制刷子的优点，也无须使旋 转路径倒转。这简化了机器人的设计。这种更简单方案实际上显得更 有效。\n本发明中装置包含一个有旋转刷的系统，旋转刷由马达驱动，由 微控制器(或微处理器)激活，微控制器控制自动机器人的所有功能。 这一方案可参照专利申请PCT WO 96/01072，在此处参考嵌入。\n微控制器最好不间断地分析刷子的转数。\n测量可根据几种已知技术进行(在直流电机中为马达消耗电流的 测量，在无刷电机中脉冲频率的测量，光编码器)。\n转数的测量使得微控制器可推断一些有关清洁表面的状况或意外 事件的发生的信息，继而调整机器人的行为。\n在意外事件发生时，例如旋转刷停止，譬如由刷子周边卷起的地 毯毛边造成，微控制器将断开刷子并使机器人开始松开刷子的一系列 操作。\n在机器人的设计中，该操作可以是机械松开但最好是马达的电气 断开。\n作为例子，这里描述一些更为有效的策略。\n机器人向后移动，移动距离等于其直径(刷子断电)。通过这样， 毛边试图放开刷子的轴，刷子的轴是在一个自由的轮上。\n刷子被松开。后退使机器人撤离毛边区域。当刷子重新通电后机 器人又开始转动。如果这个阶段刷子仍被卷着，其停止旋转运动，机 器人重新后撤，试图使刷子能够转动，一直重复至刷子被释放。\n最大的重复次数由程序和供机器人后撤的最大自由距离限定。\n如果在刷子被松开前达到最大距离，机器人继续这一迭代过程但 改为向前运动。\n如果松开刷子的操作没有成功，机器人被置于等待一个相关信号， 这时有必要人工介入。\n刷子转数的分析最好使得有可能知道欲清洁地面的特性。\n高转数对应光洁地面，较低转数对应铺有地毯的表面。转数越慢， 地毯越厚。这一分析使得机器人可根据欲清洁地面的特性事先调整其 速度和洗尘功率。\n本发明可应用于空气吸尘器外的清洁机器人，例如用于清洁有液 体的非特定表面的机器人或给拼接木地板打蜡的机器人。\n本发明因此与一种清洁机器人有关，其包含一个旋转刷、一个微 处理器、一个与微处理器有关的探测旋转刷锁定的机构、一个松开机 器人的算法、一个与相关马达有关的松开旋转刷的机构，所说算法能 使机器人后撤后再旋转以及重新开始机器人的向前运动。\n松开机构最好包含使马达脱开电源的部件。\n总之，根据本发明的一个方面的用于清洁表面的机器人包含至少 一个旋转刷，其速度和/或路径和/或(可能的话)引擎的吸尘功率由 前述旋转刷的转数决定。\n对于机器人真空吸尘器，尤其是家用吸尘器，刷子的旋转运动最 好在欲清洁平面的垂直面中。\n本发明还和上述清洁机器人的操作方法有关，旋转刷的阻塞由上 述的微处理器探测，微处理器控制一种可用于松开机器人的操作。上 述松开操作包含至少一次使所说的旋转刷相对操纵它的马达的分离， 并且紧接着使机器人后退，然后再转动，以及使机器人重新向前。该 操作有可能包含数个分离—后退—旋转一向前的运动周期。\n根据本发明的另一个方面，其可应用于任一种自动移动机器人， 尤其对大尺寸机器人(80至250厘米)更具优势，机器人包含一个线 性碰撞传感器，传感器整个或部分地包住在运动平面上的侧倾的较低 部分。传感器由金属线性导体以及线性塑料导体元件制造，例如由导 电橡胶制造。这一单元可含于一外壳内或一个沿机器人体边缘固定的 绝缘柔性表层中。例如，线性元件由在外壳相对的两内面上涂胶水加 以固定，这两个元件由一小段距离分开。导电塑料的端部有例如5V的 电势差。也就是说一个端部是0V，另一个端部是5V。当机器人与前边 或侧边障碍物的碰撞发生时，在机器人与障碍物的暂时压力作用下， 两元件之一可与另一个元件弹性接触。这可理解为导电元件上的瞬态 电压为撞击点和有较高电阻的导电塑料的一端之间的距离的函数电 阻。于是2.5伏的测量电压就意味着击打发生在线性传感器大约中间 的地方。于是导电元件水平上的量测电压构成一个送向微处理器的信 号，用于确定以侧倾为基准确定击打点位置。\n根据本发明，在机器人返回固定站点时，根据电池的电荷状态和/ 或检测到的红外照射强度，刷滚和/或吸尘引擎被处于待用状态。\n本发明的改进更特殊地可应用于在正常运行状态以没有精确定位 系统的随机方式运动的移动机器人。\n本发明提供了一种相对固定站点导引和定位自动移动机器人的系 统，它利用至少一个由固定站点发射的方向性红外光束，移动机器人 有一个与所说机器人中的微处理器相连接的检测红外发射的方向性检 测系统，机器人在工作表面上按随机方式移动，微处理器具有一种算 法，该算法能够通过机器人朝向所说红外光束发射方向的移动来控制 机器人返回固定站点；\n其特征在于红外光束是一个窄的方向性光束，并且检测系统位于 机器人的旋转中心的构架上，沿机器人运动方向定向，基于对窄光束 的检测，根据一种算法机器绕一个垂直轴旋转，实现在固定站点中的 精确定位；\n其中根据所述算法，当机器人探测到的红外照射强度高于一定限 值时开始返回充电的固定站点，而与电池的电荷状态无关，所述限值 随工作时间延长而减小和/或当电池负荷状态低于给定水平时减小，并 且当电池的负荷状态低于给定水平时开始返回充电的固定站点。\n本发明还提供了采用一个微处理器的自动移动机器人，利用固定 站点导引和定位自动移动机器人的系统，它利用至少一个由固定站点 发射的方向性红外光束，移动机器人有一个与所说机器人中的微处理 器相连接的检测红外发射的方向性检测系统，机器人在工作表面上按 随机方式移动，微处理器具有一种算法，该算法能够通过机器人朝向 所说红外光束发射方向的移动来控制机器人返回固定站点；\n其特征在于红外光束是一个窄的方向性光束，并且检测系统位于 机器人的旋转中心的构架上，沿机器人运动方向定向，基于对窄光束 的检测，根据一种算法机器绕一个垂直轴旋转，实现在固定站点中的 精确定位；\n其中根据所述算法，当机器人探测到的红外照射强度高于一定限 值时开始返回充电的固定站点，而与电池的电荷状态无关，所述限值 随工作时间延长而减小和/或当电池负荷状态低于给定水平时减小，并 且当电池的负荷状态低于给定水平时开始返回充电的固定站点。\n参照随后的附加说明书将可更好地理解本系统，提供的附图仅作 为例子而不是限定附加说明书的范围。每个单独描述的特征，可根据 专业人士的知识加以一般化。图中相同的标号对应相同的等价元件。\n附图说明\n在图中：\n图1是包含两个红外发射器的固定站点的示意性侧视图；\n图2是固定站点的示意性顶视图；\n图3是固定站点另一实施例的示意性顶视图；\n图4是站点和一个向其靠近的移动机器人的示意图；\n图5是一个环行移动机器人的示意性顶视图；\n图6是本发明中有刷子的机器人的吸尘单元前面和尘粒探测系统 的概略剖面图；\n图7是本发明中有刷子的机器人的概略性侧视图；\n图8是清洁技术的说明图；\n图9是有刷子的机器人真空吸尘器的侧视图；\n图10是图9中机器人的前视图；\n图11用来说明刷子堵塞引至的松开算法；\n图12a至12c说明一种定位机器人和障碍物碰撞点的方法。\n具体实施方式\n参照图1和图2，固定站点1包含两个红外光束发生器2、3，红 外光调制在数千周的频率上(例如56khz)。站点包含红外发射器2和 3，发射器2以大致5°发射低功率的窄光束，而发射器3发射高功率的 宽光束(还可能是全向的)。发射器3的放置使得移动的机器在其下可 自由运动，机器旋转中心朝向光束3的起点。发射器因而可置于充电 站中基块上吊臂4的末端，或者是机器人的入坞板上。\n在图3示出的另一实施例中，光束3’可能有一影子区3a其由起 点在3b和3c的两光束在3a点交叉得到。\n固定站点中包含其功能所需的各种元件：例如对真空吸尘器而言， 用于给电池充电的系统包含触块5和排泄口6。\n图4和图5中示意性示出的移动机器人7是包含一个和多个充电 电池的机器人真空吸尘器。机器人基本为环状，包含两个驱动轮8，特 别地能够绕其中心轴旋转。需要注意的是其中有一个环行物用于主体90 的侧加固。\n图中环状分布的是真空机器人引擎的外排口16。示出的还有由马 达12a、12b驱动的两个驱动轮8a、8b，以及在吸尘口(未示出)附近 的小的自由从动轮13。\n机器的旋转中心包含至少一个方向性红外传感器10，最好是两个 (10a、10b)，在后一种情况它们之间的夹角最好等于其探测角度。 在移动机器人的前进方向还布有一个或多个传感器，另外的方向不同 的传感器11a、11b最好也包含于装置中，它们的方向最好是向后。 这一或这些另外的传感器的位置不一定在或靠近旋转中心。来自各个 传感器的信号经放大，滤波后送向控制机器运动的微处理器，中间还 经过A/D转换器，方向检测灵敏度的波瓣以点化线示出。\n信号可能经过多路转换，也就是说由机器人中的微处理器顺序分 析，每个信号单独放大但由一个多路电子开关进行转换。\n大功率的红外光束3’覆盖了机器移动表面的一部分。光束的覆盖 区域在光通路无障碍物情况下可直接得到，或在相反情况下由反射或 衍射间接得到，这就允许红外光穿过不由光源直接照射的空间区域。 大功率宽光束的使用使得可全部覆盖例如由门相通的多个房间。在非 常复杂的情况下，放置反射器或转发器非常有用。\n移动机器人大致按随机方式移动，当其两个传感器之一探测到红 外信号时，无论信号直接由光源得到或由反射得到，它将总是处于移 动中。\n微处理器于是将按已知方式控制机器的旋转来使在两个前方传感 器10a和10b上得到同样的信号，并在后边得到最小的信号(这是 就使用了另外的传感器11a、11b而言)。\n微处理器于是使机器朝向信号的源头(亦即固定站点1)的方向 前进。该技术的后一点由“回家(homing）”本身自明。\n如果信号来自反射，在机器移向反射点的时候将遇到由发射器2(见 图1-4)射出的直射光束，或者是弱于起先检测到信号的反射信号。于 是它将在平衡其两个前向传感器11a、11b的信号后自动转向源信号。\n一旦到达固定站点附近，移动机器7将到达这样一个位置使得位 于其旋转中心的传感器(前边传感器11a、11b)恰处于光束3的起 点附近。\n它可由数个方向靠近，其位置可能并不适于通过连接器5、5’用 充电器实现电器连接或其它任一操作。此时低功率的窄光束2’将发挥 其作用。到达发生器3的附近由传感器10a、10b收集到的信号将迅 速减小并且与来自窄光束2’的信号相比变的相当弱。实际上传感器并 不是全向的，并且尤其在相对位移面的垂直方向上不能有效探测红外 信号。\n机器7于是将自我旋转起来相对光束2’校准传感器，再次开始相 对固定站点精确定位的过程，使得通过连接器5、5’实现物理电气连 接来给电池充电。\n本发明的另一方面在图6-8中加以说明。\n图6是由机架35的一个元件支持的机器人吸尘单元的前向示意断 面图，它是图4和图5的一个变例。机器人有一个刷滚24，其由绕轴 26旋转的刷子25构成。\n图7中示出了用于吸尘的引擎20、驱动轮8、过滤器23、由发射 器27覆盖的环行区域29，该区域以传感器28为中心，以及红外传感 器10a、10b，图7中的箭头示出了机器人真空吸尘器中的空气的通 道。\n在本发明的一个实施中给出了一个用于在移动机器人中探测尘粒 的特殊装置，它包含两个部分：\n一方面，尘粒分析器由一个红外发射器27和红外传感器28组成。 这两个元件放于吸尘口9的两边，沿其公共轴线放置。当尘土被吸进 或由旋转刷滚24推进时，在光束27’中产生一个衍射，穿过发射元件 和检测元件之间时，在传感器28的输出端产生一个信号变化。\n信号变化的幅度大致正比于尘粒大小以及每秒钟通过光束的尘粒 数目。\n信号经对数放大器放大后由控制机器的微处理器分析。\n接收器的光平均强度值也传至微处理器。\n另一方面，微处理器与一个根据与上述分析器通讯的数据作出反 应的程序有关。\n机器在这种操作模式下的操作描述如下。\n当机器沿欲清洁表面移动时，由尘粒传感器传来的信号不断地由 微处理器加以分析。微处理器将使机器按例如下列方式运行：\n——如果脏污表面小(在不到1厘米的距离检测到尘粒)，机器将 减速以增大相关区域的清洁时间。这一速度的变化还和检测到的尘粒 的大小和频率有关。\n——如果脏污表面较大(在例如1到5厘米的距离检测到尘粒)， 机器将进行后退和前进运动直至不再有检测到的尘粒。然后它重新开 始向前运动。\n——如果最后脏污表面非常大(例如超过5厘米)，机器将按图8 所示情况返回至系统清洁模式。\n图8中距离D是机器7吸尘的有效宽度。\n由微处理器导引的机器开始做向外和返回运动以确定斑点30的总 长度。一旦返回至其出发点31，它将以角度a转向右边，角度a取决 于斑点的长度。机器前进至斑点30的边缘并返回至其出发点31以便 开始重新转向右边。一直重复到斑点的右半部分被清洁(没有检测到 的尘粒)。它将又沿斑点的轴方向，按等于向右侧的递增和的角度转向 左边，并且从中心开始按同样的情况重复只不过这次是朝向左边。\n当左边也不再检测到尘粒时，它将返回中心31并且开始其正常前 进。\n也可采用其它的系统清除算法(螺线路径等等)，但不是优选方式。\n一个房间和另一个房间的脏污程度可以相差很大，只在瞬时脏污 程度远高于房间平均程度时才开始前述系统清洁过程是人们所感兴趣 的。这由在存贮器中记入在长距离上的尘粒传感器检测到的尘粒程度 的总平均值来实现。\n根据另一方面，尘粒检测的配置可按这种方式安排，真空吸尘的 气流或无尘的空气流导向传感器和/或发射器27、28以防止尘粒的快 速积聚。\n例如气流可由在传感器和/或发射器下壁上的一个出口开口来流 过。可选的是，按目前不优选的一种方式，气流可由一个套管取自冲 动引擎的空气的一部分。\n但尘粒积聚仍会发生并引起接收到信号幅值的减弱。尘粒积聚可 由微处理器通过来自传感器的第二个信号(光束的平均强度)来检测。 微处理器可考虑尘粒积聚而自动补偿读数，或作用于红外发射器使接 收器的平均照度保持恒定。\n图9和10示出了在本发明的另一实施例中有刷滚和尘粒检测的机 器人真空吸尘器的部件。\n图中示出了有相应马达41的引擎20，以从吸尘入口29处吸入空 气和尘粒，还示出了：第一过滤器23a和第二精滤过滤器23b，驱动器 8a和8b，带齿轮的马达12a、12b和一对从动轮13，用于刷滚24的马 达48，用于尘粒的容器42，前向红外传感10以及主体90上的减震器 91。还示出了支持微处理器44的集成电路板43。在图10中，还更精 细地示出了双臂(有轴51a、51b)悬挂弹簧50a、50b以及用于支持马 达12a、12b的多关节支持52a、52b。\n图11是说明本发明中算法的一个例子的流程图，其在机器人刷滚 堵塞情况下运行。\n图12a至12c示出了用于检测机器人和障碍物击打点的位置。图12a 是横向剖面图，图12b是径向剖面图，图12c在机器人7(壳60未示 出)的周边上示出了元件61、62。\n在移动平面上的机器人的基部或较低部分基本由中空线性绝缘元 件60包围。元件60在内部和径向上包含柔性线性电阻元件61，后者 通过黏合剂63与外面部分相连固定，处于机器人的内侧。这一元件是 电阻性元件，由导电橡胶制得。这一电阻性元件的两端有5伏的电势 差。与电阻性元件61相对的是金属导电元件62，其可能也通过连接而 附于60上。障碍物65对元件60的击打将使电阻性元件61和导电元 件62之间有弹性接触。导体电压的量测使得可能确定距离D并因而推 算出击打位置。这一检测击打点位置的技术可广泛应用于移动机器人 领域是容易理解的。在一些应用中还可以想象得到在不同平面的多个 元件60。\n本发明在本技术说明中公开的任一新元件，专家可对之单独或一 并适当地考虑和理解。