控制移动式机器人的方法与流程

本发明涉及一种用于控制移动式机器人的方法，且涉及移动式机器人上的错误检测。

背景技术：

移动式机器人变得越来越普遍且被使用在多种领域，如太空探索、草坪收割和地面清洁。近来机器人真空吸尘器领域中已有迅速地进步，其主要目标是自主地且悄悄地操纵且打扫用户的房间，同时需要尽可能少的人类用户的帮助且优选不需要帮助。

在执行这个任务期间，机器人真空吸尘器必须能够自主地导航且越过它们的环境内的障碍物，且还能够提供许多不同的地板类型上的良好的清洁性能水平。例如，可以预期的是单个机器人真空吸尘器将被要求清洁典型房间环境中的大多数房间，且应该能够提供地面表面(譬如瓷砖，硬木，薄的和厚的地毯，地板等)上的良好的清洁性能。

可以预期的是在操纵期间，机器人将时常遭遇问题。例如，机器人真空吸尘器会吸入大的物体(其造成穿过机器的空气流中的堵塞)，电缆会缠绕刷棒或诸如此类。常常地，这样的问题将需要人类介入以便清楚问题且设置机器人回到正常状态。然而，任何被要求的人类介入可能被认为是被用户讨厌的，且如果在不需要任何人类介入有可能机器人能够自身解决错误，则这是优选的。

技术实现要素：

本发明提供了一种控制移动式机器人的方法，该方法包括：监控移动式机器人的第一系统以检测与第一系统相关联的第一错误；且监控移动式机器人的第二系统以检测与第二系统相关联的第二错误，其中当第一错误和第二错误在相同时间处被检测出时，确定第三错误已经发生。

该方法(尽管在上面指定为用于控制移动式机器人)可被使用在其他设备 (例如真空吸尘器，头发护理产品和其他消费性电子产品)的控制中。

结果，机器人能够更精确地确定机器人经历的错误，且可由此更好地识别错误状态(它能够在不需要用户与机器人互动的情况下自身解决该错误状态)。这个改进移动式机器人的自主性，且增强移动式机器人的用户体验。

该方法还包括响应第三错误已经发生的确定使得机器人执行错误处理操作。通过自身解决该错误，机器人将不需要任何人类介入。结果，移动式机器人能够更有效自主地执行它的指定任务。

响应第三错误而被执行的错误处理操作可不同于响应第一或第二错误中的一个而执行的替代错误处理操作。结果，最适当的错误处理操作可被指定以解决由移动式机器人识别的特定问题。

该第一系统可为地面清洁系统且可包括用于产生穿过移动式机器人的空气流的电机。结果，机器人真空吸尘器可被提供具有改进的自主性。在此情况下，第一错误可为气路堵塞，且第一错误的检测可包括检测由电机经受的负载的减少。负载的减少可由感测电机速度的意外增加而检测到。

第二系统可为驱动系统且包括一个或多个导航传感器和驱动促动器，该导航传感器用以监控机器人在环境中的位置，且该驱动促动器用以将机器人在环境中移动。在此情况下，第二错误可为打滑，且监控第二系统的步骤可包括监控当机器人被驱动时机器人位置的改变。于是，第二错误的检测可包括检测到由一个或多个导航传感器检测到的机器人的位置的改变不相当于驱动促动器驱动的量。

该第三错误可为机器人的吸附状态。吸附状态错误的确定将允许移动式机器人能够更好地解决问题，其中由移动式机器人产生的吸力的水平不利地影响移动式机器人的机动性。

第一系统可包括用于产生穿过移动式机器人的空气流的电机，且其中响应第三错误已经发生的确定的错误处理操作包括在被降低的功率模式中运行电机以减少吸力且继续驱动机器人。结果，在错误处理操作期间，电机将不产生足够的吸力以阻止移动式机器人的机动性，但将继续产生一些穿过移动式机器人的空气流，同时移动式机器人能够导航远离第三错误发生的地面表面的区域。

该电机在被降低的功率模式中运行直到移动式机器人已经行进到预确定尺寸的计算出的区域的外部，上述计算出的区域的中心是第三错误被检测 出的位置。这允许移动式机器人行进远离错误所发生的区域以致当电机回到正常功率水平时第三错误将重复发生的可能性较小。

如果第一或第二错误的一个或另一个的实例被检测出同时第一或第二错误的另一个的实例继续发生，该第一错误和第二错误可在相同时间被检测出。结果，移动式机器人能够更好地在第一或第二错误和第三错误之间区分。

本发明还提供了一种移动式机器人，包括控制系统、任务执行系统和驱动系统，该控制系统被配置为监控任务执行系统和驱动系统，其中该控制系统包括错误检测单元，该错误检测单元被配置为检测任务执行系统中的第一错误和驱动系统中的第二错误，且还被配置为如果它在相同时间检测出第一错误和第二错误则确定第三错误已经发生。

结果，改进的移动式机器人被提供为更好地在它遭遇的不同的错误之间区分。

该控制系统还包括错误处理单元，该错误处理单元被配置为响应相应的第一或第二错误的检测执行第一或第二错误处理操作中的一个，且还被配置为响应第三错误已经发生的确定替代地执行第三错误处理操作。结果，移动式机器人可指定更多的适当的错误处理任务用于处理已经被检测出的错误。这个还可允许它在不需要用户干涉的情况下自主地处理和清除更多错误。

该任务执行系统可为地面清洁系统，其包括用于产生穿过移动式机器人的空气流的电机。这允许移动式机器人(比如机器人真空吸尘器)更有效自主地操作。该第一错误可为气路堵塞，第二错误可为打滑，且第三错误可为移动式机器人的吸附状态。

本发明还提供了用于移动式机器人的错误检测单元，该错误检测单元包括：监控单元和错误确定单元，该监控单元用于监控移动式机器人的第一和第二系统的一个或多个参数，且识别指示错误的第一和第二系统的一个或多个参数，该错误确定单元能够确定：如果监控单元识别指示错误的第一系统的参数那么第一错误已经发生；如果监控单元识别指示错误的第二系统的参数那么第二错误已经发生；如果监控单元在相同时间识别指示错误的第一和第二系统的参数那么第三错误已经发生。

先前描述的控制系统和错误检测单元可还被采用在除了移动式机器人以外的设备中。例如，它们可在真空吸尘器，头发护理器具和其他这样的消费性电子产品中发现用途。

附图说明

为了本发明可被更容易地理解,本发明的实施例现在将要参考下列附图通过实例而被描述，其中：

图1是移动式机器人的示意图；

图2是错误检测单元的示意图；

图3是地面清洁系统的示意图；

图4是驱动系统的示意图；

图5是机器人真空吸尘器；

图6是概括控制移动式机器人的方法的流程图；

图7是概括处理由移动式机器人检测出的错误的方法的流程图；

图8是第一错误处理操作的示意图；以及

图9是第二错误处理操作的示意图。

具体实施方式

在这里描述的某些实施例使移动式机器人能够更好地确定影响它的预期操作的错误。这些实施例使机器人能够指定更恰当的错误处理操作以便处理该错误。在这里描述的某些实施例中，错误处理操作可在不需要人类用户的任何帮助的情况下允许机器人自身自主地处理该错误而被执行。

示意性地示出在图1中的移动式机器人1具有控制系统2、任务执行系统3和驱动系统4。该控制系统2包括错误检测单元20，且在一些实施例中还可包括错误处理单元21。错误检测单元20的一个实施例被示出在图2中。图2中的错误检测单元20包括监控单元22，其监控任务移动式机器人1的任务执行系统3和驱动系统4。该监控单元可监控移动式机器人1中的系统的参数且识别指示那些系统内的错误的参数。该被识别的参数于是可由错误确定单元20使用以确定哪个错误已经发生。

任务执行系统3是被提供到机器人用于执行指派给移动式机器人的任务的系统。例如，移动式机器人1可为机器人割草机，在该情况下任务执行系统3将是草切割和/或收集系统。在另一实施例中，移动式机器人1可为机器人地面清洁器，且任务执行系统3将是地面清洁系统。这样的地面清洁系统30的示意图显示在图3中。真空清洁系统30包括清洁器头32、分离系统33 和真空电机34。地面清洁系统的这些结构是地面清洁系统的普通结构，且本文将不提供对这些系统的进一步说明。任务执行系统的其它实施例将为明显的。

驱动系统4使移动式机器人能围绕环境操纵和导航，其中它必须执行已经设置的任务。驱动系统的示意图被提供在图4中。该驱动系统4被提供具有驱动促动器40和导航传感器42。该驱动促动器40可为例如驱动轮子或履带，且能够提供行程测量值到移动式机器人1的控制系统2。这些行程测量值可由控制系统2使用以估计由移动式机器人1行进过的距离和路径。该导航传感器42是能够提供围绕移动式机器人1的环境的信息到控制系统2的传感器。例如，该导航传感器42可为视觉相机，接近传感器(proximitysensor)，激光测距仪。该移动式机器人1通常将使用许多不同类型的导航传感器以便能够更成功地在环境内自主地导航。该导航传感器42提供关于围绕机器人1的环境的信息到控制系统2，使控制系统2能够建立环境的地图，该地图可被移动式机器人1用以导航。在一些实施例中，导航传感器42可形成移动式机器人1的导航引擎的一部分。这样的导航引擎可共享控制系统2的一些方面和功能。在另一替代实施例中，控制系统2的一些功能可跨移动式机器人1的其他系统被共享。例如，移动式机器人1中的每个系统可能够监控它自身的参数且识别指示错误的参数3002

图5示出移动式机器人的例子。该移动式机器人是机器人真空吸尘器50且具有地面清洁系统，该地面清洁系统包括旋风分离系统52和清洁器头54。真空电机(未示出)被提供在机器人真空吸尘器50的主体部内，其从清洁器头54抽吸脏空气穿过旋风分离器52(在该处脏物颗粒被从空气流移除)，且于是将清洁空气穿过机器人的背部中的通气孔(未示出)排出。该机器人真空吸尘器50具有驱动促动器(履带56的形式)，其可被驱动以围绕吸尘器所在的环境移动机器人真空吸尘器50。该机器人真空吸尘器50具有导航传感器，其包括360度全景环形透镜照相机58，该照相机58能够捕捉围绕机器人真空吸尘器50的区域的图像。该机器人的控制系统使用同步定位和绘图(SLAM)技术于由照相机58捕捉的图像上，以便建立环境的地图且识别机器人在地图内的位置。由控制系统执行的SLAM技术还使用由被驱动的履带提供的行程测量值，和由其他传感器(譬如接近传感器，其位于被定位在旋风分离器52两旁的传感器壳体59中)提供的信息。

机器人真空吸尘器通常具有小的真空电机，其不产生大量的吸力。然而，随着时间推移真空电机改进且尺寸减小，可能向机器人真空吸尘器提供更强力的真空电机。这为机器人真空吸尘器提供更好的抽吸力，其引起清洁性能的提高。当然，如果机器人真空吸尘器的抽吸力过大，那么可能抽吸会负面地影响机器人的机动性。实际上，如果足够的吸力由真空电机产生，机器人会在这么大的力作用下将自身吸到地面表面，以致驱动系统不能够移动机器人。这常常被称为“吸附状态(limpet state)”。当机器人真空吸尘器经历吸附状态错误时，机器人的轮子或履带将在地面表面上旋转，但由于机器人由抽吸力被吸到地面表面的力机器人将不移动。

如已经解释地，控制系统2的错误检测单元20可监控通过移动式机器人1内的其他系统被提供到控制系统2的参数。例如，地面清洁系统30可提供由真空电机34经受的负载的指示。如果穿过地面清洁系统30的气路内具有堵塞，那么穿过系统的压力将减少且由真空电机经受的负载的下降在参数中将为明显的，例如，可存在电机速度的意外地增大。错误处理系统21于是可执行适当的错误处理操作以便解决该问题。对于气路的堵塞，错误处理操作将通常为停止清洁操作，停止机器人1的所有运动，且呈现错误到用户。该用户于是被引导寻找且清除堵塞，然后允许机器人1恢复清洁操作。

可由错误检测单元20处理的错误的另一实例是“打滑”。打滑错误出现在当移动式机器人的驱动促动器40试图移动机器人，但机器人不移动时。这个可为，例如，由于机器人已被操纵进入区域，在该区域处驱动促动器40没有有效地抵靠地面表面，或还可由于移动式机器人自身被导航到障碍物上，障碍物向上升高本体使得驱动促动器40不再能与地面表面接触，通常被称为“搁浅”。这个打滑错误可由错误检测单元20检测出，因为由控制系统2接收的行程测量值不与导航传感器42提供的信息相关联。例如，驱动促动器40行程测量值指示移动式机器人应该已向前方向移动0.5米的距离，但导航传感器42示出为机器人没有移动丝毫或远不及预期。响应打滑错误被检测出，错误处理单元21可再次使得机器人执行适当的错误处理操作以试图解决该错误。对于打滑错误，错误处理操作可为停止机器人1且呈现错误到用户。于是用户可研究该问题，且通过拾起机器人且将它放置在地面表面的不同部分而处理错误。

上述错误的两个实例需要用户输入以帮助解决该错误。如上面已经说明 的，对用户与自主地机器人相互作用的任何需要是不期望的。并非所有错误需要用户参与错误处理操作，且如果移动式机器人可更精确并准确地识别错误，则更适当的错误处理操作可被分配用于处理该特定错误。

关于上述的吸附状态错误，不是单个参数可指示机器人进入吸附状态。然而，吸附状态将引起堵塞和打滑错误两个的指示。因此，当机器人进入吸附状态，堵塞和打滑错误两者的情况将被检测出。用于这两个错误的两个错误处理操作都需要用户与机器人互动，如先前说明的。然而，可能机器人自身来处理吸附状态错误，而不需要用户的介入。因此，移动式机器人中识别错误的改进的方法现在将被描述，其可被用于更好地区分不同错误类型。特别地，改进的方法能够在堵塞错误和打滑错误中的一个和吸附状态错误之间区分。

图6是概括识别移动式机器人中错误的方法的流程图。在这个方法中，认识到当实际上不同的错误发生引起相同的参数时，监控系统中的参数可能会错误地识别系统中的错误。在图6中的方法中，关于在其他关联系统中检测出的错误的信息可被用于更好地查明和确定已经发生的实际错误。该方法从监控移动式机器人的系统的参数开始。如果错误在第一系统中被检测出，下一步步骤是检查错误在第二系统中是否也被检测出。如果第二系统中没有错误，那么可确定第一错误已经发生。同样地，如果错误在第二系统中被检测出，下一步步骤是检查错误在第一系统中是否也被检测出。如果第一系统中没有错误，那么可确定第二错误已经发生。然而，如果在任一情况下如果检测出错误也在第一或第二系统的另一个中，那么可确定第三错误已经发生，该第三错误不同于第一或第二错误中的任一个。

如已所述，吸附状态错误是显示自身为组合或其他错误的错误的示例。上述的方法现在将被应用于机器人真空吸尘器中的吸附状态错误的示例。在机器人真空吸尘器中，第一系统是地面清洁系统且第二系统是驱动系统。与地面清洁系统相关联的第一错误可以是上面描述的气路堵塞，且与驱动系统相关联的第二错误可以是打滑错误。当机器人真空吸尘器的吸力使得机器人将自身吸到地面时，清洁器头的抽吸开口将被吸为与地面表面的紧密接触且密封将被产生在清洁器头和地面表面之间。结果，将空气抽吸进入抽吸开口将非常困难，且局部真空将产生在清洁器头内部。这进而将减少真空电机上的负载，且电机的运行速度将增加。将监控真空电机的参数的控制系统将检 测出地面清洁系统中的堵塞错误。

机器人真空吸尘器中的第二系统是驱动系统。与驱动系统相关联的错误是打滑错误。当机器人真空吸尘器的吸力使得机器人将自身吸到地面时，机器人将自身吸到地面的力胜过由驱动促动器(在这个实施例中为被驱动的履带)提供的驱动力。由此，履带将转动，但将在地面表面上打滑且机器人真空吸尘器将不移动。机器人上的导航传感器将识别机器人不移动，且从驱动系统监控参数的控制系统将检测到轮子的运动不与由导航系统识别的缺乏运动一致。该控制系统将由此检测驱动系统中的打滑错误。

随着图6中示出的方法，如果控制系统在确定错误已经发生之前检测第一系统中的错误，也就是地面清洁系统中的气路堵塞，则它首先检查第二系统中是否有错误，也就是驱动系统中是否被检测出打滑错误。如果没有打滑错误被检测出，于是控制系统可确定气路堵塞已经发生。然而，如果打滑错误在驱动系统中被检测出，则控制系统可确定吸附状态错误已经发生。同样的情况发生在相反的情况中：如果打滑错误首先在驱动系统中被检测出，于是控制系统将检查地面清洁系统的气路堵塞错误。如果除了打滑错误之外没有气路堵塞错误被检测出，那么控制系统将确定打滑错误已经发生。然而，如果气路堵塞错误与打滑错误同时被检测出，那么控制系统将确定吸附状态错误已经发生。

一旦在第一或第二系统中检测到错误(第一错误)，机器人真空吸尘器的控制系统被配置为立即查找第一或第二系统中的另一个中的错误(第二错误)。如果随着第一错误的检测出在其他系统中没有第二错误被立即检测出，那么控制系统可确定第一错误已经发生。这允许机器人响应错误迅速地行动，但增加错误被错误地识别的可能性。替代地，真空吸尘器的控制系统可被配置为随着检测到第一错误继续运行机器人真空吸尘器短时间周期(例如运行2秒钟)，以便允许第二错误出现。这个替代配置需要机器人在错误状态持续的同时运行，然而它还增加第一和第二错误在相同时间被检测出，且由此第三错误状态(也就是吸附状态)被确定的可能性。由此，当吸附状态错误更可能被确定时，机器人真空吸尘器也更能够在不需要用户输入的情况下自身自主地处理错误状态。

一旦吸附状态错误已经被确定，机器人的控制系统可使得机器人执行特别用于自主地清除吸附状态错误的错误处理操作。用于自主地清除吸附状态 错误的错误处理操作的一个实施例被描述在图7中的流程图中。

图7中的方法开始于第三错误的确定，如在图6中的流程图的终点处被确定。该第三错误在这个实施例中是吸附状态错误，然而应理解这个错误处理操作同样地可响应其他错误被执行。在错误确定之后，预确定尺寸的区域被从导航图中计算出。真空电机的抽吸力于是被减少。这可通过减少到电机的功率(其减少电机的旋转速度)做到。该电机可，例如，被提供有一些功率图，其可被使于控制真空电机。减少功率可由此通过选择不同的功率图来控制电机而被实现。减少真空电机的抽吸力的其他方法将是明显的。随着吸力水平被减少，机器人于是应该自由地运动，且由此机器人于是被控制继续驱动在它所在的路径上。机器人在吸附状态错误之前执行清洁操作被继续，除了真空电机的吸力的量被减少。

一旦真空电机的抽吸力已经被减少，当机器人沿它的行进路径运动时，控制系统保持检查以观察机器人是否已经被行进到导航图中先前计算出的区域的外部。如果机器人保持在先前计算出的区域内，机器人继续遵循它的行进路径，且没有其他改变被做出。然而，一旦机器人离开先前计算出的区域，真空电机的抽吸力被增加。这个增加可将抽吸力返回到与吸附状态错误被检测出之前相同的水平。替代地，抽吸力可在一时间周期内的阶段性地增大被增加直到完全的抽吸力被达到。于是机器人继续标准操作。

机器人真空吸尘器50执行错误处理操作和遵循图7中的方法的两个实例被示出在图8和9中。该机器人真空吸尘器50遵循行进路径60(其为方形螺旋图案)。吸附状态错误被确定的这个点由符号“X”指示，且标有参考字母L。控制系统在这个点处开始错误处理操作。在这个点处，机器人的控制系统计算预确定尺寸的区域A，且将真空电机抽吸力减少以进入低功率模式。机器人真空吸尘器于是恢复沿其通常路径行进。在抽吸电机在低功率模式运行的情况下，产生的吸力将不足以使得机器人将自身吸到地面表面，且机器人能够如正常地围绕环境运动。在图8中，被计算出的区域A是具有1米直径的圆形区域，然而在图9中被计算出的区域A是1米方格区域。在两个实例中，区域A的中心是点L，吸附状态错误在该点处被确定。

计算出的区域的形状不是特别重要的。然而，一个形状可更好地适应移动式机器人的其他特性，例如机器人的形状和/或机器人被程序化行进的图案。图8和9示出机器人真空吸尘器以方形螺旋图案行进；然而其他行进图 案将是明显的。示出在图8中的圆形的计算出的区域A可更适用于遵循一圈螺旋行进图案(比如阿基米德螺线)的机器人，而方形的计算出的区域可更适用于遵循方形螺线图案(如图9中所示的实施例)或其他规则的线性行进图案的机器人。

机器人真空吸尘器的目的是提供高水平的清洁性能，且由此真空吸尘器尽可能迅速地恢复在它的完全功率模式中清洁是重要的，但具有立即重复吸附状态错误的尽可能小的概率。由此，计算出的区域的尺寸是预确定的且考虑真空吸尘器尽快回到完全功率的需要与机器人已经离开引起吸附状态错误的地面表面的区域的概率水平。通过反复试验以及统计分析的过程，针对负责清洁家庭环境的机器人真空吸尘器，这个预确定尺寸已经选择为1米方形区域。然而，不同尺寸的区域可更适于执行不同环境内的不同的任务和/或工作的移动式机器人。

一旦机器人行进到被计算出的区域的外部，错误处理操作就停止且机器人恢复在完全功率下的正常条件下的清洁操作。在图8和9中，机器人离开被计算出的区域并恢复完全功率的清洁过程的点由指示，且标有参考字母F。在图8中，吸附状态错误在行进图案的开始处被检测出，然而在图9中吸附状态错误在绕机器人的方形螺旋路径的半路中被检测出。由此，机器人在低功率模式运行的路径的长度(也就是在被标志点L和F之间)在图8中远长于图9中。这用于强调，仅仅将机器人真空吸尘器在低功率模式运行预确定时间长度可能不适合于解除吸附状态错误，因为时间长度未必相当于从某点行进的距离时，特别当机器人被配置为随着螺旋行进路径时。

一旦机器人离开计算出的区域且恢复完全功率的清洁操作，该计算出的区域被抛弃。由此如果机器人重新进入先前计算出的区域，不会有改变且功率保持在完全功率上。这个行为是为了促进对于尽可能最大比例的要被清洁的区域提供最佳清洁性能。机器人将仅仅在吸附状态错误的新情况再次地被确定的情况下进入低功率模式。吸附状态错误的这个新情况将被以与第一次完全相同的方法处理，其中预确定尺寸的新区域被计算出用于吸附状态错误的第二实例。替代地，可有利地在某些情形下机器人在其退出计算出的区域之后存储计算出的区域在存储器中，且当检测到它已经重新进入先前计算出的区域时恢复低功率模式。

尽管特定实例和实施例已经被描述，将理解各种修改可在不脱离如权利 要求限定的本发明的范围的情况下被做出。如上述的检测错误的方法可由除了移动式机器人之外的设备(例如真空吸尘器，头发护理器具和其他消费性电子产品)采用。当微处理器和中央处理单元(CPU)的其他类型的成本减少，且当其他消费品中的用户预期的智能水平增加时，越来越多的设备将包含智能控制系统。通过包含控制系统(如所述描述的那些)在这些设备中，可减少设备中所需的传感器的数量，且同样地设备的成本可被最小化。