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面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面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
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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.同时，为了顺利实现机器人清扫器的自主行走，需要研发对存在于行走区域内的障碍物进行感测的技术。
6.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.)中所记载，为了体现机器人清扫器的自主行走和障碍物回避功能，尝试着应用对机器人清扫器的前方区域进行拍摄或感测的传感器，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前增加。
7.这样，为了进一步提高机器人清扫器的自主行走及障碍物回避性能，对应用于机器人清扫器的各种传感器的优化设计进行了研究。


技术实现要素：

8.技术课题
9.本发明的第一个目的在于，提供一种应用于机器人清扫器的传感部的优化的结构和配置结构，以进一步提高机器人清扫器的自主行走及障碍物回避性能。
10.本发明的第二个目的在于，提供一种为了供机器人清扫器识别当前自己的位置而应用的传感部的优化结构。
11.本发明的第三个目的在于，提供一种为了供机器人清扫器回避障碍物而应用的传感部的优化结构。
12.解决技术课题的方法
13.为了达到本发明的第一个目的，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；第一传感部，其从上述清扫器主体的上表面突出而配置，向上述清扫器主体的周边照射激光而感测位于上述清扫器主体的周边的障碍物；第二传感部，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，对上述清扫器主体的侧面方
向和上方同时进行拍摄；第三传感部，其配置在上述清扫器主体的前表面，利用向上述清扫器主体的前方周边发送超声波之后反射来的超声波而感测位于上述清扫器主体的前方周边的障碍物；及第四传感部，其配置在上述清扫器主体的前表面而对上述清扫器主体的前方进行拍摄。
14.上述第二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.上述控制部分别将由上述第一传感部检测的信息、由上述第一摄像部及第二摄像部拍摄到的图像信息中的全部或一部分信息进行组合而感测行走区域内的当前位置。
16.上述第二传感部以上述清扫器主体的上下方向为基准配置在上述第一传感部的下方。
17.上述第一传感部配置在上述第二传感部的后方。
18.上述第一传感部在周边360度范围内照射直线状的激光而感测位于已设定的感测距离以内的障碍物。
19.上述第三传感部以上述清扫器主体的上下方向为基准配置在上述第四传感部的下方。
20.上述第三传感部形成为多个，分别配置在自上述清扫器主体的前方中心线左右对称的位置。
21.上述第四传感部以光轴朝向上述清扫器主体的前方下侧的方式倾斜地配置，并具备能够拍摄包括地面区域到上述清扫器主体的最上部高度区域的图像的范围。
22.上述第四传感部拍摄包括对拍摄区域内的物体的距离信息的深度图像(depth image)。
23.上述控制部分别将由上述第一传感部检测的信息、由上述第三传感部检测的信息及由上述第四传感部拍摄到的图像信息中的全部或一部分组合而感测位于上述清扫器主体的周边的障碍物。
24.为了达到本发明的第二个目的，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；第一传感部，其从上述清扫器主体的上表面突出而配置，向上述清扫器主体的周边照射激光而感测位于上述清扫器主体的周边的障碍物；及第二传感部，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，对上述清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄。
25.上述第二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在上述清扫器主体的上侧角部区域的一侧和另一侧分别倾斜地配置，对上述清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄。
26.为了达到本发明的第三个目的，机器人清扫器包括：清扫器主体，其具备对自主行走进行控制的控制部；第一传感部，其从上述清扫器主体的上表面突出而配置，向上述清扫器主体的周边照射激光而感测位于上述清扫器主体的周边的障碍物；第三传感部，其配置在上述清扫器主体的前表面，利用向上述清扫器主体的前方周边发射超声波之后反射来的超声波而感测位于上述清扫器主体的前方周边的障碍物；及第四传感部，其配置在上述主体的前表面而对上述清扫器主体的前方进行拍摄。
27.上述第四传感部以光轴朝向上述清扫器主体的前方下侧的方式倾斜地配置，具备能够拍摄包括地面区域到上述清扫器主体的最上部高度区域的图像的范围。
28.发明效果
29.通过上述的解决手段，本发明可获得如下的效果。
30.第一，为了进行位置识别，以体现机器人清扫器的自主行走功能而设置向清扫器主体的周边照射激光的第一传感部和对清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄的第二传感部，且为了体现机器人清扫器的障碍物回避功能而配置第一传感部和向清扫器主体的前方周边射出超声波的第三传感部和对清扫器主体的前方进行拍摄的第四传感部，利用光或超声波这样的彼此不同的方式的同时，通过对彼此不同的区域进行感测的第一至第四传感部的结构及配置而互相完善感测功能，从而能够进一步提高机器人清扫器的自主行走及障碍物回避性能。
31.第二，为了进行位置识别，以体现机器人清扫器的自主行走功能而设置向清扫器主体的周边照射激光的第一传感部和对清扫器主体的侧面方向和上方同时进行拍摄的第二传感部，对于由第二传感部无法感测的区域而使用从第一传感部获得的信息，从而能够进一步提高机器人清扫器的自主行走性能。
32.第三，为了体现机器人清扫器的障碍物回避功能而配置向清扫器主体的周边照射激光的第一传感部和向清扫器主体的前方周边射出超声波的第三传感部和对清扫器主体的前方进行拍摄的第四传感部，从而对于由第一传感部、第三传感部、第四传感部分别无法感测或难以感测的物体，通过互相完善的过程而进行感测，从而能够进一步提高机器人清扫器的障碍物回避性能。
附图说明
33.图1是表示本发明的机器人清扫器的一例的立体图。
34.图2是图1所图示的机器人清扫器的俯视图。
35.图3是图1所图示的机器人清扫器的主视图。
36.图4是表示图1所图示的机器人清扫器的底部的图。
37.图5是图3所图示的机器人清扫器的截面图。
38.图6及图7是概略性地表示由图1所图示的第一传感部照射的激光的形态的主视图及俯视图。
39.图8是表示由图1所图示的第二传感部拍摄的图像的范围的概念图。
40.图9是概略性地表示从图1所图示的第三传感部发出的超声波的形态的立体图。
41.图10是概略性地表示由图1所图示的第四传感部拍摄的图像的范围的截面图。
42.图11及图12是概略性地表示由图1所图示的第一传感部、第二传感部、第三传感部及第四传感部分别感测的区域的立体图及侧面图。
具体实施方式
43.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。
44.图1是表示本发明的机器人清扫器100的一例的立体图，图2是图1所图示的机器人清扫器100的俯视图，图3是图1所图示的机器人清扫器100的主视图，图4是表示图1所图示
的机器人清扫器100的底部的图，图5是图3所图示的机器人清扫器100的截面图。
45.参照图1至图5，机器人清扫器100在一定区域自主行走而自行识别周边环境，并执行适于其环境的清扫功能。在此所谓清扫功能包括将存在于地面区域的灰尘或异物吸入而去除的功能。另外，机器人清扫器100可使用于仓库、家庭、办公室等各种环境。
46.机器人清扫器100包括清扫器主体110、第一传感部120、第二传感部130、第三传感部140及第四传感部150。
47.清扫器主体110具备对机器人清扫器100的自主行走进行控制的控制部(未图示)。另外，清扫器主体110具备供机器人清扫器101行走的轮部117。机器人清扫器100通过上述轮部117而在地面g上移动。
48.轮部117在清扫器主体110的下部与地面g相接而配置，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。在清扫器主体110形成有多个轮部117，该多个轮部117可分别独立地被驱动。
49.另外，在清扫器主体110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和第二电池111b分别相对于清扫器主体110而可分离地构成，由此可单独充电或在安装到清扫器主体110的状态下进行充电。
50.另外，在清扫器主体110的上表面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行走而进行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。
51.另外，在清扫器主体110的上表面与上述显示部112一起配置有将机器人清扫器110的状态以其他不同的形态显示的灯113。上述灯113可以各种方式发射各种颜色的光。
52.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而难以确认机器人清扫器100的状态信息的情况下，也能够通过从灯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。
53.另外，在清扫器主体110的底面部的两侧分别设有第一边刷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的外侧区域的地面的灰尘移动到机器人清扫器100的吸入部119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的异物从地面分离的多个第一刷子181a和第二刷子182a。
54.如图4所示，上述吸入部119将包括灰尘的空气吸入而清扫，并配置在清扫器主体110的底部侧的前半区域。根据这样的吸入部119的结构，能够进一步靠近存在于地面g区域中的角落部分的异物，可提高清扫效果。
55.另外，如图5所示，在清扫器主体110的内部配置有通过机器人清扫器100的吸入部119而收纳向清扫器主体110的内部聚集的异物的灰尘箱115。另外，灰尘箱115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115a和第二收纳部115b。另外，在灰尘箱115的上部安装有对排出到灰尘箱115的外部的空气中的异物或灰尘进行过滤的灰尘过滤器115c。
56.另外，机器人清扫器100包括前脚轮118a，第一后脚轮118b及第二后脚轮118c。
57.前脚轮118a配置在清扫器主体110的底部侧的前端部，在机器人清扫器100行走时与轮部117一起支承清扫器主体110，并沿着地面g可进行旋转。另外，在清扫器主体110的底部侧的后端部的两侧配置有与上述前脚轮118a一起支承清扫器主体110并辅助机器人清扫器100行走的第一后脚轮118b和第二后脚轮118c。
58.第一传感部120从清扫器主体110的上表面突出一定高度而配置。并且，第一传感部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，第一传感部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。
59.第二传感部130相对于清扫器主体110的上侧角部部分的侧面和上表面而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，第二传感部130由一般的拍摄用摄像头构成。另外，第二传感部130的倾斜度α例如以从地面g倾斜30
°
的形态配置。并且，配置于清扫器主体110的内部的第二传感部130的倾斜度α小于清扫器主体11的外观倾斜度，能够将与从上述第一传感部120照射的激光之间的干扰最小化。
60.另外，如图5所示，第二传感部130以清扫器主体110的上下方向为基准配置于第一传感部120的下方。另外，第一传感部120配置在第二传感部130的后方。另外，第二传感部130形成为一个或以彼此隔开的方式配置有多个。
61.另外，第二传感部130具备以覆盖第二传感部130的方式配置的窗口130'。上述窗口130'具备使红外线区域选择性地透过的过滤器(未图示)，由此在黑暗的环境下也能够提供一定部分的关于机器人清扫器100的周边环境的影像信息。上述过滤器也可以不形成于上述窗口130'，而形成于第二传感部130本身。
62.另外，第二传感部130包括第一摄像部131和第二摄像部132。
63.第一摄像部131和第二摄像部132分别倾斜地配置于清扫器主体110的上侧角部区域的一侧和另一侧，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分别配置在以清扫器主体110的前方中心线cl为基准左右对称的位置。由此，通过第一摄像头131及第二摄像头132而以包括更宽的区域的方式对清扫器主体110的周边环境进行拍摄，其结果可进一步增加利用通过第一摄像头131及第二摄像头132所拍摄的图像而获得的信息的量。另外，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。
[0064]
第三传感部140配置在清扫器主体110的前表面，接收向清扫器主体110的前方周边发出超声波之后反射过来的超声波而感测与位于清扫器主体110周边的障碍物之间的距离及方向。另外，如图3所示，第三传感部140构成为多个。例如，第三传感部140由配置于以清扫器主体110的前方中心线cl为基准左右对称的位置的第一超声波传感器141、第二超声波传感器142、第三超声波传感器143、第四超声波传感器144、第五超声波传感器145、第六超声波传感器146共6个传感器构成，在以清扫器主体110的前方中心线cl为基准的左右60
°
范围内隔开一定间隔而配置于彼此对称的位置。
[0065]
第四传感部150配置于清扫器主体110的前表面而对清扫器主体110的前方进行拍
摄。并且，第四传感部150在机器人清扫器100的行走或停止状态下拍摄包括对存在于拍摄区域内的物体的距离信息的深度图像(depth image)。由此，可进一步提高通过第四传感部150而感测的障碍物的精密度。例如，第四传感部150可利用上述深度图像而感测位于机器人清扫器100的前方的小且薄的障碍物或门槛等，还能识别一部分的反射度弱的黑色的物体或透明的物体。另外，可获得彩色或黑色的通过第四传感部150而拍摄的图像而进行利用。另外，如图3所示，第三传感部140以上述清扫器主体110的上下方向为基准配置在第四传感部150的下方。
[0066]
下面，参照图6乃至图10，对通过第一乃至第四传感部120、130、140、150而分别感测的区域和形态进行说明。
[0067]
图6及图7是概略性地表示由图1所图示的第一传感部120照射的激光的形态的主视图及俯视图，图8是表示由图1所图示的第二传感部130拍摄的图像的范围的概念图，图9是概略性地表示由图1所图示的第三传感部140发出的超声波的形态的立体图，图10是概略性地表示由图1所图示的第四传感部150拍摄的图像的范围的截面图。
[0068]
首先，参照图6及图7，第一传感部120以第一传感部120的周边360度范围照射直线状的激光120a而感测位于已设定的感测距离例如15cm乃至1100cm以内的机器人清扫器100的周边障碍物。另外，第一传感部120在上述360度的激光照射范围内隔着0.25度的间隔进行照射而感测周边障碍物。
[0069]
下面，参照图8，第二传感部130在清扫器主体110的上侧角部区域的一侧和另一侧分别对上述清扫器主体110的侧面方向和上方同时进行拍摄而获得第一摄像部图像131a和第二摄像部图像132a。
[0070]
下面，参照图9，第三传感部140接收向清扫器主体110的前方周边发出超声波而反射过来的超声波而感测位于清扫器主体110的前方周边的障碍物。例如，第三传感部140具备5cm乃至30cm范围的感测距离，形成图9所示的形态的超声波感测区域140a。
[0071]
最后，参照图10，第四传感部150以第四传感部150的光轴150'朝向清扫器主体110的前方下侧倾斜的方式配置。例如，第四传感部150的倾斜度β为朝向地面g而倾斜10
°
的形态。
[0072]
与此同时，第四传感部150具备能够拍摄地面区域g到最上部高度区域h的图像的范围即视角(angle of view，150a)而构成。例如，由第四传感部150拍摄的图像具备74(horizontal width：横向宽度)、58(vertical height：垂直高度)、88(distance from scene to lens：场景到镜头的距离)比率的视角。另外，通过第四传感部150而实现的障碍物感测距离为10cm乃至100cm范围。
[0073]
如图10所示，通过这样的第四传感部150的结构，减少在机器人清扫器100的前方下部发生的不可拍摄区域(dead zone，d)，能够感测存在于更接近机器人清扫器100的区域的地面g的障碍物，通过机器人清扫器100的前方上侧可感测存在于机器人清扫器100无法通过的高度的障碍物。
[0074]
下面，参照图11及图12，对第一乃至第四传感部120、130、140、150各自的感测功能互相完善的特征进行说明。
[0075]
图11及图12是概略性地表示由图1所图示的第一传感部120、第二传感部130、第三传感部140及第四传感部150分别感测的区域的立体图及侧面图。
[0076]
参照图11及图12，首先，第一传感部120是仅能够对位于与配置有第一传感部120的高度相同的高度的障碍物进行感测，且利用激光这样的光的传感器，因此对难以进行光反射的黑暗的物体或透明物体无法进行感测。另外，第二传感部130存在对于脱离视角的区域无法进行拍摄的情况。
[0077]
并且，在第三传感部140的情况下，可对难以进行光反射而通过第一传感部120或第四传感部150这样的光传感器难以感测的黑色的物体或玻璃这样的透明物体进行感测。但是，第三传感部140对于吸收声波的布材质或海绵材质的物体或尖角的物体、具备2cm以下的较薄的形态的物体难以进行感测。
[0078]
并且，第四传感部150作为光传感器而对位于机器人清扫器100的前表面部的上下端的障碍物进行感测，虽然是光传感器，但利用深度图像而并非对物体的截面而是对整个面均可进行感测，在反射度较弱的黑暗的物体或透明的物体的情况下，也能够识别一部分。
[0079]
在此，控制部分别将由第一传感部120测量的信息、由第一摄像部131和第二摄像部132拍摄的影像信息中的全部或一部分信息组合而感测机器人清扫器100的行走区域内的当前位置。例如，控制部通过第一传感部120而测量与通过配置于清扫器主体110的上表面的左右两侧的第一摄像部131及第二摄像部132无法拍摄的区域的周边物体之间的距离信息而生成用于识别机器人清扫器100的位置的数据。
[0080]
另外，机器人清扫器100的控制部分别将由第一传感部120测量的信息、由第三传感部140测量的信息及由第四传感部150拍摄的影像信息中的全部或一部分信息组合而感测位于清扫器主体110周边的障碍物。例如，利用光的第四传感部150对清扫器主体110的前方进行拍摄而感测利用超声波的第三传感部140无法感测的障碍物。另外，第四传感部140对通过从清扫器主体110的上表面突出而配置的第一传感部120难以感测的位于清扫器主体的前方上下端的障碍物进行感测而完善第一传感部120的不可感测区域。
[0081]
通过以上说明的本发明的机器人清扫器100，利用光或超声波这样的彼此不同的方式的同时，通过感测彼此不同的区域的第一乃至第四传感部120、130、140、150的优化结构和配置，完善第一乃至第四传感部120、130、140、150的彼此之间不足的感测功能，从而在工厂、办公室等这样的地形复杂且障碍物较多或光线不足的黑暗的环境下，也能够稳定地体现机器人清扫器100的自主行走及障碍物回避性能。
[0082]
产业上的利用可能性
[0083]
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。