机器人清扫器的制作方法

1.本发明涉及执行在一定区域自行行走而清扫地板的功能的机器人清扫器。


背景技术：

2.在一般情况下，机器人清扫器在一定区域自主行走的同时自行识别周边环境并执行适于该环境的清扫功能。作为机器人清扫器所执行的清扫功能，代表性的是吸入并去除存在于地板区域的灰尘或异物的功能。另外，机器人清扫器可在仓库、家庭、办公室等各种环境中使用。
3.另一方面，作为机器人清扫器的核心技术之一的自主行走是可通过由机器人清扫器在进行作业的环境中准确地识别自己的当前位置而实现的。
4.在一般情况下，机器人清扫器识别自己的当前位置的方法可通过如下方式实现：利用通过各种传感器而获得的信息来执行slam(simultaneous localization and map
‑
building：同时定位和地图构建)作业，并利用由此创建的地图信息。另外，机器人清扫器利用自主行走特性而还执行对屋内进行拍摄、监视的功能等。
5.由此，如韩国公开专利公报第10
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2017
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0131172号(2017.11.29)所记载，为了更精密地实现机器人清扫器的自主行走功能，尝试应用各种具备彼此不同的功能的传感器，通过这样的尝试，应用于机器人清扫器的传感器的数量也比以往增加。
6.与此同时，为了进一步提高机器人清扫器的自主行走性能，对应用于机器人清扫器的各种传感器的最佳化设计进行着研究。


技术实现要素：

7.技术课题
8.本发明的目的在于提供一种为了实现机器人清扫器的自主行走及利用自主行走特性的功能而应用的传感部的最佳化的配置结构。
9.解决课题的手段
10.为了达到本发明的目的，机器人清扫器包括：清扫器主体，其具备控制自主行走的控制部；传感部，其相对于上述清扫器主体的上侧角部部分的侧面和上表面分别倾斜地配置，从而对上述清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄；及缓冲器，其以覆盖上述清扫器主体的前半(first half)区域的至少一部分的方式配置，在与障碍物接触时被施压而吸收冲击，上述传感部配置在上述缓冲器的后方。
11.上述传感部配置在上述缓冲器的后方区域中与上述缓冲器相邻的位置。
12.上述机器人清扫器还包括：倾斜部，其在上述清扫器主体的上侧角部部分的上表面向下方倾斜地形成，在内侧配置有上述传感部，并具备用于进行上述传感部的拍摄的贯通部，上述传感部的倾斜度小于上述倾斜部的倾斜度，以上述传感部的光轴比上述贯通部的中心轴偏向上方。
13.上述传感部以地面为基准具备25
°
至35
°
的倾斜度。
14.上述传感部包括第一摄像部和第二摄像部，该第一摄像部和第二摄像部分别在上述清扫器主体的上侧角部区域的一侧和另一侧倾斜地配置，对上述清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄。
15.上述第一摄像部包括：第一摄像头；第一窗口，其以覆盖上述第一摄像头的方式配置；及第一壳体，其安装在上述清扫器主体，将上述第一摄像头和上述第一窗口固定，并与上述第一窗口一起形成将上述第一摄像头密封的密闭空间，上述第二摄像部包括：第二摄像头；第二窗口，其以覆盖上述第二摄像头的方式配置；及第二壳体，其安装在上述清扫器主体，将上述第二摄像头和上述第二窗口固定，并与上述第二窗口一起形成将上述第二摄像头密封的密闭空间。
16.上述第一窗口和上述第二窗口分别具备使红外线区域选择性地透过的第一过滤器和第二过滤器。
17.上述第一摄像部及上述第二摄像部配置在从上述清扫器主体的前方中心线左右对称的位置。
18.上述控制部利用通过上述第一摄像部及第二摄像部拍摄的影像来感测行走区域内的当前位置。
19.上述第一摄像部及第二摄像部分别可转动地构成，以对光轴进行调节。
20.上述机器人清扫器还包括：超声波传感部，其配置在上述缓冲器的前方侧的一面，利用向上述清扫器主体的前方周边发出超声波之后反射过来的超声波，来感测位于上述清扫器主体的前方周边的障碍物。
21.上述缓冲器以覆盖上述清扫器主体的前半区域中的、上述清扫器主体的侧面和上表面的至少一部分的方式配置。
22.上述传感部具备可拍摄包括顶棚在内的影像的范围。
23.另外，为了达到本发明的目的，机器人清扫器包括：清扫器主体，其具备控制自主行走的控制部；传感部，其相对于上述清扫器主体的上侧角部部分的侧面和上表面分别倾斜地配置，从而对上述清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄；及缓冲器，其以覆盖上述清扫器主体的前半(first half)区域的至少一部分区域的方式配置，在与障碍物接触时被施压而吸收冲击，上述传感部形成在与第一高度相同或低于上述第一高度的第二高度上，该第一高度是自上述清扫器主体的底面起形成上述缓冲器的高度。
24.上述控制部利用通过上述传感部而拍摄的影像来感测行走区域内的当前位置。
25.发明效果
26.通过上述解决手段，本发明可获得如下的效果。
27.第一，将机器人清扫器与障碍物接触时被施压而吸收其冲击的缓冲器以覆盖清扫器主体的前半(first half)区域的方式配置，并将对清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄的传感部配置在缓冲器的后方，从而通过缓冲器的结构而提供与机器人清扫器行走时的与障碍物的直接碰撞相关的避开功能，相对于机器人清扫器的行走方向更有效地获得与侧面方向和侧面部上方区域相关的影像信息，从而在公寓这样的窄长形态的走廊结构或顶棚高的环境下也能够容易地进行影像信息的采样作业。其结果，能够稳定地提供通过传感部而获得的信息及利用该信息创建的信息的可靠度和精密度。
28.同时，在设于扫器主体内的有限的空间内，能够提供为了实现机器人清扫器的自
主行走而所需的传感部和缓冲器的更加有效的配置结构。
29.第二，将机器人清扫器与障碍物接触时被施压而吸收其冲击的缓冲器以覆盖清扫器主体的前半(first half)区域的方式配置，并将对清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄的传感部形成在与形成缓冲器的高度相同的高度上，由此更精密地拍摄通过传感部而拍摄的对机器人清扫器的上方的影像，能够进一步提高机器人清扫器的自主行走性能。
附图说明
30.图1是示出本发明的机器人清扫器的一例的立体图。
31.图2是图1中所图示的机器人清扫器的俯视图。
32.图3是图1中所图示的机器人清扫器的主视图。
33.图4是图3中所图示的机器人清扫器的截面图。
34.图5是在图4中所图示的机器人清扫器中以传感部为中心放大的截面图。
35.图6是图1中所图示的机器人清扫器的分解立体图。
36.图7是图6中所图示的机器人清扫器中将传感部分离而示出的图。
37.图8是图7中所示的传感部的分解立体图。
38.图9及图10是对由图1中所示的上部传感部照射的激光包括在通过传感部而拍摄的影像中的现象进行比较说明的图。
具体实施方式
39.下面，参照附图，对本发明的机器人清扫器进行更详细的说明。
40.图1是示出本发明的机器人清扫器100的一例的立体图，图2是图1中所图示的机器人清扫器100的俯视图，图3是图1中所图示的机器人清扫器100的主视图。
41.参照图1至图3，机器人清扫器100在一定区域自主行走的同时自行识别周边环境并执行适于该环境的清扫功能。在此所谓的清扫功能包括吸入并去除存在于地板区域的灰尘或异物的功能。另外，机器人清扫器100可在仓库、家庭、办公室等各种环境中使用。
42.机器人清扫器100包括清扫器主体110、传感部130及缓冲器(bumper)115。
43.清扫器主体110具备控制机器人清扫器100的自主行走的控制部(未图示)。另外，清扫器主体110具备用于执行机器人清扫器100的行走的轮部117。通过上述轮部117，机器人清扫器100可在地面g上移动。
44.轮部117以在清扫器主体110的下部与地面g相接的方式配置，为了转换机器人清扫器100的移动方向，以与清扫器主体110垂直的轴为中心可旋转地构成。轮部117在清扫器主体110可构成为多个，可分别独立地驱动。
45.另一方面，在清扫器主体110可联接有供给用于驱动机器人清扫器100的电源的第一电池111a和第二电池111b。第一电池111a及第二电池111b相对于清扫器主体110分别可分离地构成而单独充电或可在安装到清扫器主体110的状态下充电。
46.另外，在清扫器主体110的上表面上可配置有显示与机器人清扫器100的驱动相关的各种状态信息而提供给使用者的显示部112。上述状态信息可包括电源状态、清扫状态、清扫模式、动作时间、故障与否等各种信息。上述清扫模式包括在仓库或长廊这样的障碍物不多的空间以固定形式(pattern)行走而清扫的模式和在办公室这样的各种障碍物较多的
空间以无固定形式自主行走来进行清扫的模式。
47.另外，在清扫器主体110的上表面可与上述显示部112一起配置有将机器人清扫器110的状态显示为其他形态的灯113。上述灯113可形成为以各种方式发射各种颜色的光。
48.例如，灯113能够使光的颜色、光的亮度、光的闪烁形态等彼此不同地显示。由此，使用者在通过显示部112难以确认机器人清扫器100的状态信息的状况下，通过从灯113发出的光而更直观地接收机器人清扫器100的状态信息。另外，本发明中以形成一个灯113的情况为例进行了说明，但也可以形成多个而彼此相邻地配置。
49.传感部130相对于清扫器主体110的上侧角部部分的侧面和上表面分别倾斜地配置而对清扫器主体110的侧面方向和上方同时进行拍摄。例如，传感部130由一般的拍摄用摄像头构成。并且，如图2所示，传感部130配置在上述缓冲器115的后方。另外，上述传感部130以地面为基准具备25
°
至35
°
的倾斜度而形成。另一方面，传感部130形成在与第一高度h1相同或低于上述第一高度h1的第二高度h2上，该第一高度h1是自清扫器主体110的底面起形成上述缓冲器115的高度。例如，如图3及图4所示，传感部130形成在低于形成缓冲器115的第一高度h1且与上述第一高度h1相邻的第二高度h2上。通过这样的结构，缓冲器115以包围清扫器主体110的前面的方式形成，从而扩大了保护机器人清扫器100免受障碍物的影响的范围，并且利用缓冲器115本身的感测功能而提高障碍物感测性能。
50.另外，将传感部130的位置配置在上述第一高度h1的范围内最大限度高的地点，可提高通过传感部130的影像采样作业的可靠度。另外，传感部130的位置配置在上述第一高度h1的范围内，从而可在通过碰撞而产生的冲击中更安全地保护传感部130。
51.另一方面，机器人清扫器100可具备圆筒形状的外观，通过形成于后述的清扫器主体110的上表面与侧面之间的倾斜部140的结构，能够防止通过位于机器人清扫器100的上部的障碍物被卡住的现象。在此，上述缓冲器115沿着上述倾斜部140而倾斜地形成，从而能够防止被障碍物卡住。
52.通过这样的传感部130的结构，能够提供相对于机器人清扫器100的摄像头结构的新的外形，能够进一步扩大与清扫器主体110的周边环境相关的拍摄区域。另外，相对于机器人清扫器100的行走方向而更有效地获得与侧面方向和侧面部上方区域相关的影像信息，从而在公寓这样的窄长的形态的走廊结构或顶棚高的清扫环境下也能够容易地进行影像信息的采样作业。
53.缓冲器115以覆盖清扫器主体110的前半(first half)fh区域的至少一部分的方式配置。上述前半fh是指将整体一半一半地分成两半而得到的前侧一半。例如，如图2所示，缓冲器115在清扫器主体110的前半fh区域中以覆盖清扫器主体110的侧面和上表面的至少一部分的方式配置。
54.缓冲器115可由可弹性变形的材质构成一面，以便机器人清扫器100在行走中与障碍物碰撞的情况下吸收当时所发生的冲击，或可构成为在碰撞时被施压之后恢复到原状态的结构。由此，机器人清扫器100在行走中吸收与障碍物碰撞而产生的冲击，可进一步提高耐久性。另外，缓冲器115在与障碍物碰撞时可感测其冲击。
55.在此，传感部130可配置在上述缓冲器115的后方。例如，传感部130配置在上述清扫器主体110中除了形成有上述缓冲器115的部分以外的缓冲器115的后方区域中与上述缓冲器115相邻的位置。
56.另一方面，机器人清扫器100还可包括超声波传感部160。
57.超声波传感部160可配置在缓冲器115的前方侧的一面，向清扫器主体110的前方发送超声波之后接收反射过来的超声波而感测与障碍物之间的距离、方向。另一方面，超声波传感部160以清扫器主体110的上下方向为基准可配置在上述传感部130的下方。
58.另外，在机器人清扫器100的前方侧可配置有朝向机器人清扫器100的前方而配置而可对机器人清扫器100的前方侧进行拍摄的前方摄像头150。另一方面，机器人清扫器100的前方是指清扫器主体110向正方向f行走的一侧即清扫器主体110的前侧，机器人清扫器100的后方(即，与正方向f相反的反方向r)是指清扫器主体110的后侧。
59.另外，在清扫器主体110的底面部的两侧可分别具备第一边刷(side brush)181和第二边刷182。第一边刷181及第二边刷182以相对于机器人清扫器100而垂直的轴为中心可旋转地构成，执行将存在于机器人清扫器100的外侧区域的地面g上的异物移动到机器人清扫器100的吸入装置(未图示)的功能。在第一边刷181及第二边刷182的外周面分别形成有将地面g的异物从地板分离的多个第一刷子181a和第二刷子182a。
60.另一方面，机器人清扫器100还可包括上部传感部120。
61.上部传感部120从清扫器主体110的上表面突出一定高度而配置。并且，上部传感部120向清扫器主体110的周边照射激光而在机器人清扫器100的行走状态或停止状态下，感测位于清扫器主体110的周边的墙壁这样的障碍物。例如上部传感部120由雷达(lidar)构成。雷达是发射激光脉冲，并接收该光在周围的对象物体反射过来的光而测量到物体为止的距离等，从而精密地画出周边的样子的装置。
62.另一方面，机器人清扫器100还可包括倾斜部140。
63.倾斜部140在清扫器主体110的上侧角部部分的上表面向下方倾斜地形成，并具备用于进行传感部130的拍摄的贯通部141。在此，上述传感部130配置在倾斜部140的内侧，通过上述贯通部141的贯通区域而对清扫器主体110的周边区域进行拍摄。
64.下面，参照图1至图3、图4及图5而对传感部130和倾斜部140的特征进行说明。
65.图4是图3中所图示的机器人清扫器100的截面图，图5是图4中所图示的机器人清扫器100中以传感部130为中心放大的截面图。
66.参照图1至图5，传感部130可包括第一摄像部131和第二摄像部132。
67.如图4所示，在清扫器主体110的内部可配置有通过机器人清扫器100的吸入装置而收纳向清扫器主体110的内部聚集的异物的灰尘箱170。另外，灰尘箱170可具备以分别收集粒子比较大的异物和粒子比较小的异物的方式划分形成的第一收纳部170a和第二收纳部170b。另外，在灰尘箱170的上部可安装有对排向灰尘箱170的外部的空气中的异物或灰尘进行过滤的灰尘过滤器171。
68.第一摄像部131和第二摄像部132分别在清扫器主体110的上侧角部区域的一侧和另一侧倾斜地配置，对清扫器主体110的侧面方向和上方同时进行拍摄。如图2所示，第一摄像部131和第二摄像部132可分别配置在从清扫器主体110的前方中心线cl左右对称的位置。由此，可通过第一摄像部131及第二摄像部132而以包括更宽的区域在内的方式对清扫器主体110的周边环境进行拍摄，其结果可增加利用通过第一摄像部131及第二摄像部132所拍摄的影像而获得的信息的量。
69.上述倾斜部140可具备与上述第一摄像部131及第二摄像部132的结构对应地分别
形成在清扫器主体110的一侧和另一侧的第一倾斜面140a和第二倾斜面140b。另外，与上述第一倾斜面1401a和第二倾斜面140b对应地，上述贯通部141可分别具备用于进行上述第一摄像部131和第二摄像部132的拍摄的第一通孔141a和第二通孔141b。
70.另外，控制部利用由第一摄像部131及第二摄像部132拍摄的影像而感测机器人清扫器100的行走区域内的当前位置。这样的机器人清扫器100的位置感测通过如下方式实现：利用通过第一摄像部131及第二摄像部132而获得的影像信息来执行slam(simultaneous localization and map
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building)作业，并利用由此创建的地图信息。
71.在此，传感部130的倾斜度小于倾斜部140的倾斜度，以使上述传感部130的光轴比上述贯通部141的中心轴偏向上方。参照图5，以第二摄像部132和第二倾斜面140b为例对第二传感部130和倾斜部140的特征进行如下说明：第二摄像部132的倾斜度α小于第二倾斜面140b的倾斜度β，以使第二摄像部132的光轴132a即在光学系统上观察光线的行进时作为其方向和位置的基准的线比第二通孔141b的中心轴141b'偏向机器人清扫器100的上方。例如，在第二倾斜面140b的倾斜度β为45
°
的情况下，第二摄像部132的倾斜度α可形成为30
°
。
72.下面，参照图6至图8而对传感部130的特征进行详细说明。
73.图6是图1中所图示的机器人清扫器100的分解立体图，图7是图6中所图示的机器人清扫器100中将传感部130分离而图示的图，图8是图7中所示的传感部130的分解立体图。
74.参照图6至图8，清扫器主体110可由上部壳体110a和下部壳体110b构成，可通过上部壳体110a和下部壳体110b的结合而形成收纳用于驱动机器人清扫器100的各种部件的内部空间。
75.另一方面，为了便于说明，对第一摄像部131和第二摄像部132的详细结构，以第二摄像部132为例进行说明。以下说明的第二摄像部132的说明可在第一摄像部131中同样应用。
76.第二摄像部132包括第二摄像头132a、第二窗口132b、第二壳体132c。
77.第二摄像头132a通过第二通孔141b而对清扫器主体110的周边环境进行拍摄。
78.第二窗口132b以覆盖第二摄像头132a的方式配置，在安装在清扫器主体110的状态下覆盖上述第二通孔141b而形成。上述第一窗口和第二窗口132b分别具备使红外线区域选择性地透过的第一过滤器(未图示)和第二过滤器(未图示)，在黑暗的环境下也能提供特定部分的关于机器人清扫器100的周边环境的影像信息。上述第一过滤器及第二过滤器可以不形成在上述第一窗口和第二窗口132b，而是形成在设于第一摄像部131的第一摄像头和设于第二摄像部132的第二摄像头132a。
79.另外，第二窗口132b可固定于与后述的第二壳体132c联接的第二窗口壳体132b'。
80.第二壳体132c安装在清扫器主体110且将第二摄像头132a和第二窗口132b固定，并与第二窗口132b一起形成将第二摄像头132a的密闭空间。如图8所示，第二壳体132c可具备以在中间部分配置上述第二摄像头132a的方式相互结合的第二中间壳体132c'和第二下部壳体132c"。另外，在第二下部壳体132c"的侧面部可形成有用于在清扫器主体110固定第二摄像部132的多个第二固定孔132c2。
81.为了形成上述密闭空间，在第二窗口壳体132b'与第二壳体132c之间可配置有第二密封部件132d。
82.在第二窗口壳体132b'的至少一侧可形成有联接孔132b"，在第二壳体132c可形成
有与上述联接孔132b"对应地形成的第二钩132c1。
83.下面，参照图9及图10而对由上部传感部120照射的激光120a包括在通过传感部130而拍摄的影像中的现象进行说明。
84.图9及图10是对由图1中所图示的上部传感部120照射的激光120a包括在通过传感部130而拍摄的影像中的现象进行比较说明的图。
85.图9是示出本发明的机器人清扫器100如图5所示地传感部130的倾斜度小于倾斜部140的倾斜度而形成的一例的图，与此不同地，图10是为了与图9所示的机器人清扫器100进行比较而示出传感部130的倾斜度和倾斜部140的倾斜度相同地形成的一例的图。
86.对图9及图10进行比较可知，在由图9的机器人清扫器100的传感部130拍摄的影像p1中包括由上部传感部120照射的激光120a的光的第一干涉区域i1小于在由图10的机器人清扫器100的传感部130拍摄的影像p2中包括由上部传感部120照射的激光120a的光的第二干涉区域i2。另一方面，传感部130可具备拍摄包括顶棚c在内的影像的范围。
87.另一方面，第一摄像部131和第二摄像部132为了调节光轴而分别可转动地构成。例如，第一摄像部131或第二摄像部132的上述转动动作可通过将清扫器主体110和第一摄像部131或第二摄像部132铰链结合而实现。
88.产业上的可利用性
89.本发明可利用于与具备自主行走功能的机器人清扫器相关的产业领域。