计划移动机器人的路径的方法和设备的制作方法

专利名称：计划移动机器人的路径的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动机器人，更具体地，涉及一种计划移动机器人的路 径的方法和设备，其中，由移动机器人清洁的整个区域的粗略地图被划分为 多个子区域，从而移动机器人可基于每个子区域清洁整个区域。
背景技术：
已经开发了工业用途的机器人并用于工厂自动化。还使用机器人代替人 类在人类不能到达的极端环境中执行任务。具体地，在将受限于工业机器人
的发展的重工业中心的机器人技术发展为轻工业中心的机器人技术中，家用 机器人扮演了重要的角色。家用机器人的典型示例包括清洁机器人。清洁机 器人包括驱动单元，驱动清洁机器人；清洁单元，执行清洁操作；位置测 量单元，测量清洁机器人或用户的遥控的位置。
移动机器人(例如，清洁机器人)的最基本和重要的功能是精确地识别 自己的位置。计算移动机器人的绝对位置的方法包括在家里实现采用了超声 波传感器的信标的方法和使用室内全球定位系统(GPS)的方法。另外，计算移 动机器人的相对位置的方法包括通过使用编码器测量移动机器人的转速和 线速并对转速和线速积分来计算移动机器人的位置的方法、通过使用加速计 测量移动机器人的加速度并对加速度二次积分来测量移动机器人的位置的方 法、以及通过使用陀螺传感器测量移动机器人的转速并对转速积分来计算移 动机器人的方向的方法。
为了在区域中执行特定操作(例如，清洁)，移动机器人需要创建区域的 地图。在这种情况下，为了创建区域的地图，移动机器人需要同步定位和映 射(SLAM)算法之外的用于探索未知区域的算法。简单说来，所述另外的算法可以是通过绕墙走(wall followmg)识别整个区域的形状的方法。更详细地，所 述另外的算法可以是使用主动SLAM算法计划移动机器人的路径的方法。甚 至在使用上述方法创建区域的地图之后，移动机器人仍需要覆盖区域路径计 划以便完全覆盖整个区域。
小区分解方法被广泛用作完全覆盖整个区域的方式。根据小区分解方法， 整个区域被划分为多个小区，移动机器人基于每个小区执行清洁操作。
移动机器人可通过使用红外传感器、超声波传感器、激光传感器等来创 建其所在的环境的二维(2D)地图。该地图被称为网格地图。由于基于传感器 数据创建网格地图，因此所述网格地图包含大量不确定性和误差。
小区分解方法的示例是精细地图，其中，基于精确的网格地图划分整个 区域以计划移动机器人的路径。这里，精确的网格地图包括多个小区，每个 小区长度和宽度为1到2cm。当使用精细地图时，移动机器人能够清洁整个 区域的每个角落。然而，当区域的网格地图不完整时，难以划分整个区域， 这导致低效的路径计划。另外，当使用高分辨率的网格地图(即，精细地图) 时，需要的存储器和计算量增加。因此，嵌入式系统不能实时计划移动机器 人的路径。
为了克服精细地图的这些缺点，可使用包括多个相同大小的方形小区的 粗略地图以迅速计划移动机器人的路径，其中，粗略地图的每个方形小区测 量的长度和宽度为几十厘米。在这种情况下，可使用大小等于移动机器人的 吸入口的粗略地图以控制移动机器人移动的路径，并且可实时创建粗略地图。 例如，粗略地图的尺寸可以是20到25厘米的长度和宽度。然而，在该方法 中，移动机器人仅以一个预定的方向执行其清洁操作而不考虑整个区域的形 状，这不仅低效而且移动机器人需要很长时间来清洁整个区域。结果，该方 法不能满足用户的需要。
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发明内容
本发明的各方面提供一种计划移动机器人的路径的方法和设备，其中， 移动机器人将要清洁的整个区域的粗略地图被划分为多个子区域，从而移动 机器人可基于每个子区域清洁整个区域。
然而，本发明的各方面不限于在此阐述的一方面。通过参照以下对本发 明的详细描述，本发明的上述和其他方面对于本发明所属的领域的普通技术人员将变得更明显。
根据本发明的一方面，提供一种用于计划移动机器人的路径的设备。所
述设备包括粗略地图创建单元，创建包括移动机器人的路径信息的粗略地 图；虚拟门提取单元，提取将粗略地图划分为多个子区域的虛拟门，其中， 移动机器人顺序地逐个清洁子区域。
根据本发明的另一方面，提供一种计划移动机器人的路径的方法。所述 方法包括创建包括移动机器人的路径信息的粗略地图，提取将粗略地图划 分为多个子区域的虚拟门；顺序地逐个清洁子区域。


通过参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他方面和
特征将会变得清楚，其中
图〗是根据本发明示例性实施例的移动机器人的框图2是用于解释根据本发明示例性实施例的包括在图1中的移动机器人
的粗略地图创建单元提供粗略地图的每个小区的属性信息的情况的示图3和图4用于解释根据本发明示例性实施例的包括在图1的移动机器
人中的粗略地图创建单元使用注水方法创建粗略地图的情况的示图； 图5A示出由图1的移动机器人清洁的整个区域的示例； 图5B示出在图5A的环境中由粗略地图创建单元创建的粗略地图的示
例；
图6示出根据本发明示例性实施例的由粗略地图创建单元创建的粗略地
图7示出根据本发明示例性实施例的基于图6的粗略地图由包括在图1 的移动机器人中的虛拟门提取单元创建的路线图8示出根据本发明示例性实施例的由虚拟门提取单元基于图6的粗略 地图创建的配置空间；
图9A至图9C是用于解释根据本发明示例性实施例的虛拟门提取单元基 于使用图6的粗略地图创建的图7的路线图的交叉点和图8的配置空间提取 虛拟门的情况的示图10示出根据本发明示例性实施例的由虛拟门提取单元从图6的粗略地 图提取的虛拟门；图IIA和图IIB是示出根据本发明示例性实施例的包括在图1的移动机 器人中的路径设置单元设置图6的粗略地图的每个子区域中的移动机器人的 最优路径的情况的示图12是示出根据本发明示例性实施例的计划移动机器人的路径的方法 的流程图13是示出根据本发明示例性实施例的使用移动机器人清洁粗略地图 的每个子区域的方法的流程图14是用于解释根据本发明示例性实施例的移动机器人清洁子区域的 情况的示图15是用于解释根据本发明示例性实施例的移动机器人在清洁当前子 区域后移动到下面的子区域的情况的示图。
具体实施例方式
通过参照对示例性实施例的详细描述和附图，本发明的优点和特征以及 实现这些优点和特征的方法将更容易被理解。然而，本发明可以以多种不同 形式被实现，并且不应被理解为限制于在此阐述的实施例。相反，提供这些 实施例使得本公开将是详尽和完整的并将本发明的构思完全转达给本领域的 技术人员，并且本发明将仅由权利要求限定。贯穿说明书，相同的标号表示 相同的元件。
以下，将参照框图或流程图示图描述本发明的示例性实施例。应理解流 程图示图的每个方框、以及流程图示图中的方框的组合可通过计算机程序指 令实现。可将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可 编程数据处理设备的处理器，从而经由计算机或其他可编程数据处理设备的 处理器执行的指令创建用于实现在流程图方框中说明的功能。
还可将这些计算机程序指令存储在能够引导计算机或其他可编程数据处 理设备以特定方式工作的计算机可用或计算机可读存储器中，从而存储在计 算机可用或计算机可读存储器中的指令产生包括实现在流程图方框中说明的 功能的指令装置的产品。
还可将计算机程序指令存储在计算机或其他可编程数据处理设备上，以 引起将在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤来产生计算机实现 的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图方框中说明的功能的步骤。
流程图示图的每个方框可代表包括用于实现说明的逻辑功能的一个或多 个可执行指令的模块、代码的片段或部分。还应注意在一些可选实现方式中， 在方框中提到的功能可不顺序地出现。例如，连续示出的两个方框可实际上 同时被执行，或者有时以相反的顺序被执行，这取决于涉及的功能。
在此使用的术语"单元"的意思是执行特定任务的软件或硬件，诸如现
场可编程门阵列(FPGA)或者专用集成电路(ASIC)，但不限于此。单元可有利 地被配置为驻留在可寻址存储介质上和被配置为在一个或多个处理器上执 行。因此，单元例如可包括组件(诸如软件组件、面向对象的软件组件、类 组件和任务组件)、处理、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动、 固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。在组件和 单元中提供的功能可被组合为更少的组件和单元，或进一步被分离为另外的 组件和单元。
以下，将参照附图描述根据本发明示例性实施例的计划移动机器人的路 径的方法和设备。
图1是根据本发明示例性实施例的移动机器人100的框图。参照图1， 移动机器人100包括相对位置测量单元110、绝对位置测量单元120、障碍感 测单元130、粗略地图创建单元140、虛拟门提取单元150、路径设置单元160 和运动控制单元170。
相对位置测量单元110可使用相对位置识别模块(例如，编码器、陀螺 传感器或加速计)测量移动机器人100的位置。例如，编码器可连接到包括 在运动控制单元170的驱动轮，从而感测驱动轮的转速。如果对编码器感测 的转速积分，则可获得移动机器人100的位置(或走过的距离)和移动机器 人100的朝向角。通常，位置和朝向角被统称为"姿态"。相对位置测量单元 110还可使用绝对位置识别模块测量移动机器人100的位置。
绝对位置测量单元120是用于计算绝对位置的模块。绝对位置测量单元 20可以是使用图像信息的相机，或者是使用距离信息的范围取景器(finder)。 如果绝对位置测量单元120是相机，则可捕捉移动机器人IOO周围的区域的 图像(以下称为"区域图像")，以提取特征点。在这种情况下，特征点表示 代表指定位置的独有特征的点。绝对位置测量单元120可捕捉天花板、墙、 地面等的图像作为区域图像。然而，天花板的图像可以是最优选的区域图像，这是因为它几乎不变且包含适合于提取特征点的灯。绝对点测量单元120可 包括电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或本发明所属的领 域的普通技术人员熟知的任意传统图像捕捉装置。绝对位置测量单元120还 可包括将捕捉的图像的模拟信号转换为数字信号的模拟到数字转换器 (ADC)。
另外，绝对位置测量单元120可通过将从诸如天花板的图像的区域图像 获得的特征点与移动机器人100的位置匹配来创建特征地图。因此，可通过 将从捕捉的图像获得的特征点与特征地图比较来容易地识别移动机器人100 的姿态(即，位置和朝向角)。
障碍感测单元130可在移动机器人100正在移动的同时感测移动机器人 100的附近的障碍。障碍感测单元130可包括红外传感器、超声波传感器、 减震器等。
粗略地图创建单元140可创建具有多个小区的粗略地图。粗略地图的每 个小区可包含障碍信息和路径信息。也就是说，粗略地图创建单元140可基 于特征地图测量移动机器人100的姿态，并通过使用移动机器人100的姿态 信息和由障碍感测单元130提供的障碍信息提供移动机器人100在粗略地图 上的每个位置的障碍信息和路径信息。结果，粗略地图创建单元140可创建 路径地图。
路径信息用于确定移动机器人100将要移动的方向，以执行清洁和地图 创建操作。使用路径信息防止移动机器人100再次通过已经通过的位置是很
重要的。路径信息可包括关于指定的小区是否已经被清洁的信息以及关于包 含指定小区的当前路线和在当前路线下面的另 一路线是否已经被清洁的信
息。使用在粗略地图的每个小区中提供的路径信息，粗略地图创建单元140 可识别到目前为止移动机器人100已经走过的路径，并确定移动机器人100 将要移动的方向，以便清洁整个区域。
根据本发明的示例性实施例，粗略地图创建单元140可基于包括多个小 区每个小区尺寸为长度和宽度为几十厘米的粗略地图创建路径地图。例如， 当移动机器人100尺寸为大约40 cm的长度和宽度时，粗略地图的每个小区 尺寸可以是大约20到25 cm的长度和宽度，这与移动机器人100的吸入口的 长度和宽度相等。由于可增加粗略地图的每个小区的大小，因此可减少所需 的计算和存储器的量。现在将参照图2到图4描述根据本发明示例性实施例的粗略地图创建单 元140创建粗略地图的情况作为示例。
图2是用于解释根据本发明示例性实施例的包括在图1的移动机器人 100的粗略地图创建单元140提供粗略地图的每个小区中的属性信息的情况 的示图。
参照图2,粗略地图包括多个预定大小的小区，每个小区可包括障碍信 息和路径信息。如果小区中存在障碍，则粗略地图的每个小区可被标记为阻 挡的小区，如果小区已被清洁，则可被标记为清洁过，或者如果包括小区的 当前路线和当前路线下面的另一路线已被清洁过，则标记为填满的小区。在 粗略地图上，阻挡的小区可被加阴影，清洁的小区可由标号C指示，填满的 小区可由标号F指示。
指示清洁的小区和填满的小区可对应于提供用于确定移动机器人100应 移动以执行清洁操作的小区的路径信息。当当前小区是清洁过的小区时，当 前小区已被清洁。因此，当包括当前小区的当前路线已被清洁时，当前路线 中的所有小区可被转换为填满的小区。
根据本发明示例性实施例，直到包括多个小区的路线的两端都被障碍阻 挡，移动机器人100才移动到移动机器人100还未通过的小区。然后，当路 线的两端都被障碍阻挡时，移动机器人100移动到另一路线。为了创建粗略 地图，可以重复该操作直到障碍形成了环形曲线，这被称为"注水方法"。也 就是说，当环形曲线内的空间从底部到顶部被填满时，该空间被完全清洁。
图3和图4是用于解释根据本发明示例性实施例的包括在图1的移动机 器人100中的粗略地图创建单元140使用注水方法创建粗略地图的情况的示 图。
首先，移动机器人100可从其初始位置向左移动并清洁未被标记的小区。 在清洁该小区之后，移动机器人100可在粗略地图上将该小区标记为清洁的 小区。如果移动机器人100在向左移动的同时遇到障碍，则可将与障碍的位
置相应的位置所在的小区标记为阻挡的小区(在粗略地图上被加阴影)。然后，
移动机器人100可向右移动。这里，在向右移动的同时，移动机器人100不
需要清洁其通过的已清洁过的小区，这是因为其已经清洁了该小区。另外，
当移动机器人100在向右移动的同时遇到障碍时，位于与障碍的位置相应的 位置的小区可被标记为阻挡的小区。在移动机器人100完成当前路线(其两
11端被障碍阻挡)中的小区的清洁之后，可移动到当前路线下面的另一路线。
移动机器人00可对小区的每个路线重复上述操作。
参照图3,在路线2中包括的一组六个小区被在路线2中的组的两边的 阻挡的小区以及路线2下面的路线1中的阻挡的小区包围。因此，可将六个 小区标记为填满的小区。相似地，包括在路线3中的一组四个小区被路线3 下面的路线2中的填满的小区和路线3的两边的组的阻挡的小区包围。因此， 可将四个小区标记为填满的小区。
在将路线2和3中的小区标记为填满的小区之后，移动机器人100可回 到路线4。这里，路线4中的七个清洁过的区域还不能被转换为填满的区域， 因为在路线4中的两个最右的清洁过的小区下面的路线3中的两个小区还未 被标记。因此，移动机器人100可移动到两个未标记的小区。
参照图4,在移动机器人100将路线2和3中的剩余的未标记的小区标 记为填满或阻挡的小区之后，路线4中的七个清洁过的小区可最终被转换为 填满的小区。然后，移动机器人100可移动到路线5并重复其清洁操作，直 到阻挡的小区形成环形曲线。当阻挡的小区所包围的空间(即，环形曲线内 部的空间)被填满的小区填满时，所有的清洁操作完成。
根据本发明的示例性实施例，由于粗略地图创建单元140基于粗略地图 创建路径地图并计划路径，因此可通过进行少量计算和使用简单算法来迅速 地创建移动机器人100将移动以清洁整个区域的路径。
图5A示出将由移动机器人IOO清洁的整个区域的示例。图5B示出在图 5A的环境中由粗略地图创建单元140创建的粗略地图200的示例。
参照图5A，移动机器人IOO将要清洁的整个区域包括起居室211、四个 卧室212至215、厨房216、两个浴室217和218、三个阳台219至221和抽 屉的内置拒子222。在图5A中，由实线指示例如形成起居室211和卧室212 至215的墙，由虛线指示每件家具。图5B仅示出由粗略地图创建单元140 创建的粗略地图200中的由障碍(例如，墙和家具)包围的区域，.即，阻挡 的小区。
参照回图l，移动机器人100的虛拟门提取单元150提取将粗略地图200 的整个区域划分为多个子区域的虛拟门，每个子区域被障碍包围。虛拟门可 表示把将由移动机器人IOO清洁的整个区域划分为多个子区域的边界。另夕卜， 子区域可表示将由移动机器人100清洁的单元区域。也就是说，子区域可包括由墙和门包围的区域(例如，卧室)和由家具或柱子形成的区域。因此， 虚拟门可表示实际存在的真实边界(例如，真实的门)和存在于各件家具或 柱子之间的虛拟边界。贯穿说明书，墙、家具和柱子将被统称为障碍。
现在将参照图6至图IO描述虚拟门提取单元150从粗略地图200提取虚 拟门的示例性实施例。
图6示出根据本发明示例性实施例的由粗略地图创建单元140创建的粗 略地图200。图7示出根据本发明示例性实施例的基于图6的粗略地图200 由虛拟门提取单元150创建的路线图310。
参照图6和图7，虚拟门提取单元150可基于粗略地图200创建在障碍 之间延展的路线图310。期望地，虛拟门提取单元150可产生一般Voronoi图， 其中，在障碍之间放置并从障碍以等距分离的每个点被连接。如图7所示， 路线图310是位于障碍间的每个点被从障碍以最大距离分开生成的Voronoi 图。因此，移动机器人100可通过使用路线图310安全地在障碍之间行进。 虚拟门提取单元150使用的形态学处理方法以产生一般Voronoi图对于本领域 的普通技术人员是已知的，因此将省略对其的详细描述。
图8示出根据本发明示例性实施例的基于图6的粗略地图200由虛拟门 提取单元150创建的配置空间320。
在创建路线图310 (见图7)之后，虛拟门提取单元150可基于粗略地图 200创建配置空间320。虛拟门提取单元150可将粗略地图200侵蚀掉房门的 大小的一半，以创建配置空间320。创建的配置空间320可包括多个离散的 区域。也就是说，如果粗略地图200被侵蚀掉房门的大小的一半，则与房门 的大小的一半相应的大小的通道被侵蚀阻挡。因此，在阻挡的通道的两边形 成两个离散的区域。在图8中，基于十一个阻挡的通道形成了十二个离散的 区域(由虛线指示)。
在虛拟门提取单元150基于粗略地图200形成路线图310之后，虛拟门 提取单元150形成图8的配置空间320。然而，虛拟门提取单元150可在路 线图310之前形成配置空间320。
图9A至图9C是用于解释根据本发明示例性实施例的虚拟门提取单元 150基于使用图6的粗略地图200创建的图7的路线图310的交叉点和图8 的配置空间3 20提取虛拟门的情况的示图。
参照图9A至图9C,虛拟门提取单元150可获得基于粗略地图200创建的路线图310的交叉点和配置空间320。可以在配置空间320的阻挡的通道 中形成交叉点。在图9A中，可获得十二个交叉点331至342。获得的交叉点 331至342可作为虚拟门存在的候选位置。
从获得的交叉点331至342，虛拟门提取单元150可提取交叉点331至 341，每个交叉点与至少两个离散的区域相邻。也就是说，虚拟门提取单元 150可仅从获得的交叉点331至342提取交叉点331至341，每个交叉点连接 路线图310中的两个离散区域。因此，如图9A所示，虽然交叉点342是路 线图310和配置空间320彼此交叉的地点，但是由于它连接路线图310中的 相同的区域(即，起居室211)，因此可不被提取。
在从路线图310提取了交叉点331到341 (每个连接两个离散的区域) 之后，可按照垂直于路线图310的方向从例如交叉点331到位于路线的两边 的障碍画虛线。结果是，可创建如图9B所示的虚拟门351。
虛拟门提取单元150可从虛拟门限定的多个子区域中将小子区域合并为 单个子区域。也就是说，参照图9C，卧室214被虚拟门360划分为两个子区 域214a和214b。然而，由于两个子区域214a和214b很小，因此，可将它们 合并为作为一个整体的单个的子区域(即，卧室214)。
图IO示出根据本发明示例性实施例的由虛拟门提取单元150从图6的粗 略地图200提取的虚拟门。
参照图10，虚拟门提取单元150可从移动机器人将要清洁的整个区域的 粗略地图200提取八个虛拟门351至358。从提取的虛拟门35至358中， 虛拟门351至354是真实边界，因为它们与卧室的门212至215匹配。另夕卜， 虛拟门355至358是存在于各件家具或柱子之间的虚拟边界。因此，粗略地 图200可包括九个子区域361至369。
当计划路径时，根据示例性实施例的移动机器人IOO把将被清洁的整个 区域的粗略地图200划分为多个子区域，并基于每个子区域清洁整个区域， 从而提高了其清洁操作的效率。
参照回到图1，移动机器人100的路径设置单元160可在每个子区域中 设置路径(以下将该路径称为最佳路径)，移动机器人100沿着该路径行进的 时间最短。
在基于移动机器人100的出发点和移动机器人IOO将移动的方向在每个 子区域中能够创建的所有路径中，路径设置单元]60可将移动机器人能够行进时间最短的路线确定为最佳路径。也就是说，移动沖几器人ioo可以以水平 (横向)或垂直(纵向)方向移动并从四个出发点(左上角、左下角、右上 角和右下角)中的任意一个出发。因此，可在每个子区域中创建总共八个路
径，路径设置单元160可将八个路径中的一个确定为最佳路径。
最佳路径也可表示包括最少数量的移动机器人100遇到障碍的位置的路 径。这是因为当移动机器人100沿着包括较小数量的移动机器人100遇到障 碍的位置的路径移动时，移动机器人100必须旋转以便改变路线的次数减少， 其结果是减少了移动机器人100的行进时间。然而，应注意移动机器人100 遇到障碍的位置的数量实际上取决于移动机器人100的出发点、每个子区域 的形状和移动机器人100将要移动的方向。因此，当移动机器人100的出发 点、子区域的形状和移动机器人100将要移动的方向没有被确定时，需要简 化计算移动机器人100遇到障碍的位置的数量的方法。
在示例性实施例中，路径设置单元160可将包括最小数量的每条路线遇
到障碍的位置的路径设置为每个子区域中的最佳路径，其中，每条路线包括 一个或多个小区。由于障碍存在于路线的两边，因此该路线遇到障碍的位置
的数量是二(即，路线的数量的两倍)。因此，路径设置单元160可将每个子 区域中的水平路线的数量与垂直路线的数量进行比较，并将具有较小数量的 路线的路径设置为移动机器人100的最佳路径。
图IIA和图IIB是示出根据本发明示例性实施例的包括在图1的移动机 器人100中的路径设置单元160设置图6的粗略地图200的每个子区域中的 移动机器人100的最佳路径的情况的示图。
图11A示出路径设置单元160设置粗略地图200的左下的子区域363(即， 被门和墙包围的卧室213)中的最佳;洛径的情况。参照图11A,在子区域363 中，水平路线的数量是15,垂直路线的数量是12。因此，在子区域363中移 动机器人100的最佳路径是沿着垂直路线移动。
另一方面，图11B示出了路径设置单元160在粗略地图200的右下的子 区域365 (即，被门和墙包围的卧室214)中设置最佳路径375的情况。参照 图11B,在子区域365中，水平路线的数量是15，垂直路线的数量是16。因 此，在子区域365中移动机器人100的最佳路径375是沿着水平路线移动。
在上面的情况中，基于每个水平或垂直路线遇到障碍的位置的数量确定 移动机器人100的最佳路径。然而，本发明不限于此，本领域的普通技术人员可修改确定移动机器人100的最佳路径的方法。
根据示例性实施例的移动机器人100设置每个要清洁的子区域中的最佳
路径，从而减少执行清洁操作所需的时间并提高其清洁操作的效率。
参照回到图1,运动控制单元170控制移动机器人100移动到粗略地图 创建单元140计划的位置。运动控制单元170可包括多个驱动轮、驱动所述 驱动轮的电机和控制电机的电机控制器。对于移动机器人100的线性运动， 驱动轮可以以相同的速度旋转。对于移动机器人IOO的曲线运动，驱动轮可 以以不同的速度旋转。通常，每个驱动轮连接到编码器。
移动机器人100可包括存储器(未示出)，存储由粗略地图创建单元140 所创建的粗略地图200和由路径创建单元160所创建的路径。存储器可以是 非易失性存储器(诸如，只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可 擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或 闪存)、易失性存储器(诸如随机存取存储器(RAM))、存储介质(诸如硬盘 或光盘)，或者可以以本发明所属领域所公知的不同形式实现。
现在将描述配置为如上所述的移动机器人100的操作。
图12是示出根据本发明示例性实施例的计划移动机器人100的路径的方 法的流程图。
参照图12，移动机器人100的粗略地图创建单元140可在移动机器人100 在整个区域中移动的同时创建粗略地图200 (操作S410)。 一旦创建了粗略地 图200,虛拟门提取单元150可从粗略地图200提取虚拟门(操作S420)。
为了提取虛拟门，虛拟门提取单元150可基于粗略地图200创建路线图 310 (操作S420)并创建配置空间320 (操作S422 )。虚拟门提取单元150创 建路线图310和配置空间320的顺序可改变。接下来，虛拟门提取单元150 可提取创建的路线图310和配置空间320的所有交叉点(操作S423 )并最终 从提取的交叉点中提取与至少两个离散区域相邻的每个交叉点(操作S424)。 然后，虛拟门提取单元150可创建以垂直于路线图310的方向从每个最终提 取的交叉点延伸的虚拟门(操作S425 )。另外，由虚拟门定义的多个子区域 中的小的子区域可被合并为单个的子区域。
在提取了虚拟门之后，路径设置单元160可设置每个子区域中的最佳路 径(操作S430 )。
图13是示出根据本发明示例性实施例的使用移动机器人200清洁图6的粗略地图200的每个子区域的方法的流程图。
如上所述，虛拟门提取单元150从粗略地图200提取虚拟门，基于所述 虛拟门将整个区域划分为多个子区域，并在每个子区域中设置最佳路径。然 后，运动控制单元170控制移动机器人100在每个子区域中沿着设置的最佳 路径移动和清洁每个子区域(操作S440 )。
为了清洁子区域，移动机器人IOO可关闭粗略地图200上的所有虛拟门 (操作S441),以移动机器人将要移动的最佳方向旋转粗略地图200 (操作 S442 ),沿着设置的最佳路径清洁所述子区域(操作S443 )。移动机器人100 确定子区域是否已经被清洁(操作S444)。如果所述子区域已经被清洁，则 移动机器人100可移动到下面的子区域进行清洁。
图14是用于解释根据本发明示例性实施例的移动机器人100清洁子区域 的情况的示图。参照图14，移动机器人100清洁图6的卧室213 (即，图11A 示出的粗略地图200的左下的子区域363 )。在虚拟门351、 352和353是关 闭的同时，移动机器人100在沿着路径设置单元160创建的路径373移动的 同时清洁子区域363。通过图14应理解粗略地图200已按照用于清洁操作的 最佳方向旋转。
参照回到图13，为了移动到下面的子区域(操作S450)，移动机器人IOO 可打开所有虛拟门(操作S451)并基于粗略地图200创建从当前子区域到下 面的子区域的最佳路径(操作S452)。然后，移动机器人100可确定是否存 在从当前子区域到下面的子区域的路径(操作S453 )。当不存在从当前子区 域到下面的子区域的路径时，所有的子区域可能已被清洁。因此，可终止全 部清洁操作。
如果移动机器人100在操作S453确定存在从当前子区域到下面的子区域 的路径，则可沿着相应的路径移动到下面的子区域中的一个(操作S454 )。 然后，移动机器人100确定其移动到的子区域是否已被清洁(操作S455 )。 如果子区域已被清洁，则移动机器人100可移动到下面的子区域中的另一个 (操作S454)。如果在操作S455移动机器人确定所述子区域未被清洁，则关 闭粗略地图200上的所有虛拟门(操作S441)并清洁该子区域。
图15是用于解释根据本发明示例性实施例的在清洁当前子区域之后移 动机器人IOO移动到下面的子区域的情况的示图。具体地，图15示出在清洁 图14中示出的子区域363之后，在所有虛拟门打开时移动机器人00设置从
17子区域363到下面的子区域361、 362和364的i 各径381至383的情况。
在设置了从清洁的子区域363到下面的子区域361、 362和364的路径 381至383之后，移动机器人100可沿着设置的路径381至383移动。如果 移动机器人100移动到已被清洁的子区域361和362，则移动机器人100可 移动到另一子区域。如果移动机器人100移动到未被清洁的子区域364，则 关闭所有虚拟门并清洁子区域364。
如上所述，根据本发明的移动机器人将待清洁的整个区域的粗略地图划 分为多个子区域，并基于粗略地图计划其路径。然后，移动机器人基于每个 子区域清洁整个区域，从而提高了其清洁操作的效率。另外，由于移动机器 人为每个子区域设置了最佳路径，因此可减少清洁整个区域所需的时间。
本发明涉及一种计划移动机器人的路径的方法。在本说明书中，描述清 洁机器人作为示例。然而，本发明还可以应用于需要在特定的区域中移动的 所有类型的机器人，诸如剪草机器人和粉刷机器人。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是 本领域的技术人员将理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的 情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。示例性实施例应被认为仅是描 述性而不是限制性的目的。因此，本发明的范围由权利要求限定而不是由本 发明的说明书的详细描迷限定，范围内的所有差别应被理解为包括在本发明 中。
权利要求
1、一种用于计划移动机器人的路径的设备，包括粗略地图创建单元，创建包括移动机器人的路径信息的粗略地图；以及虚拟门提取单元，提取将粗略地图划分为多个子区域的虚拟门，其中，移动机器人顺序地逐个清洁子区域。
2、 如权利要求l所述的设备，其中，路径信息包括关于特定的小区是否 已被清洁的信息以及关于包括所述特定小区的当前路线和当前路线之后的另 一路线是否已被清洁的信息。
3、 如权利要求1所述的设备，其中，通过使用在障碍之间延伸的路线图 和基于粗略地图创建的配置空间提取每个虛拟门。
4、 如权利要求3所述的设备，其中，通过以垂直于路线图的方向从路线 图和配置空间的每个交叉点向障碍画虛拟路线来形成每个虛拟门。
5、 如权利要求4所述的设备，其中，路线图是一般Voronoi图，在所述 图中，位于障碍之间且以等距与障碍分离的每个点被连接。
6、 如权利要求4所述的设备，其中，通过将粗略地图侵蚀掉房门大小的 一半来创建配置空间，并在配置空间中形成多个离散区域。
7、 如权利要求6所述的设备，其中，基于交叉点提取虚拟门，每个交叉 点与至少两个离散区域相邻。
8、 如权利要求1所述的设备，还包括路径设置单元，在每个子区域中设 置路径，沿着该路径移动机器人移动的时间最短。
9、 如权利要求8所述的设备，其中，所述路径使得移动机器人在所有路 径中移动的时间最短，所述所有路径是基于移动机器人的出发点和移动机器 人将要移动的方向在每个子区域中创建的。
10、 如权利要求1所述的设备，其中，当清洁子区域中的一个时，移动 机器人关闭虛拟门，当在子区域之间移动时打开虛拟门。
11、 一种计划移动机器人的路径的方法，所述方法包括 创建包括移动机器人的路径信息的粗略地图； 提取将粗略地图划分为多个子区域的虚拟门；以及顺序地逐个清洁子区域。
12、 如权利要求.11所述的方法，其中，路径信息包括关于特定的小区是否已被清洁的信息以及关于包括所述特定小区的当前路线和当前路线之后的 另 一路线是否已被清洁的信息。
13、 如权利要求11所述的方法，其中，提取虚拟门的步骤包括 创建在障碍之间延伸的路线图；基于粗略地图创建配置空间；以及通过使用路线图和配置空间来提取虚拟门。
14、 如权利要求13所述的方法，其中，通过使用路线图和配置空间来提 取虛拟门的步骤包括提取路线图和配置空间的交叉点；以及形成虛拟门，该虚拟门以垂直于路线图的方向从路线图和配置空间的每 个交叉点向障碍延伸。
15、 如权利要求14所述的方法，其中，路线图是一般Voronoi图，在所 述图中，位于障碍之间且以等距与障碍分离的每个点被连接。
16、 如权利要求14所述的方法，其中，通过将粗略地图侵蚀掉房门大小 的一半来创建配置空间，并在配置空间中形成多个离散区域。
17、 如权利要求16所述的方法，其中，基于交叉点提取虛拟门，每个交 叉点与至少两个离散区域相邻。
18、 如权利要求11所述的方法，还包括在每个子区域中设置路径，沿 着该路径移动机器人移动的时间最短。
19、 如权利要求18所述的方法，其中，所述路径使得移动机器人在所有 路径中移动的时间最短，所述所有路径是基于移动机器人的出发点和移动机 器人将要移动的方向在每个子区域中创建的。
20、 如权利要求11所述的方法，其中，当清洁子区域中的一个时，移动 机器人关闭虛拟门，当在子区域之间移动时打开虚拟门。
21、 一种移动清洁机器人，包括 相对位置测量单元； 绝对位置测量单元； 障碍感测单元；粗略地图创建单元，创建包括移动机器人的路径信息的粗略地图； 虛拟门提取单元，提取将粗略地图划分为多个子区域的虛拟门； 路径设置单元，在每个子区域中设置路径，移动清洁机器人沿着该路径移动的时间最短；运动控制单元，使移动机器人移动以顺序地逐个清洁子区域。
22、 如权利要求21所述的移动清洁机器人，其中，路径信息包括关于特 定的小区是否已被清洁的信息以及关于包括所述特定小区的当前路线和当前 路线之后的另 一路线是否已被清洁的信息。
23、 如权利要求21所述的移动清洁机器人，其中，通过使用在障碍之间 延伸的路线图和基于粗略地图创建的配置空间提取每个虚拟门，通过以垂直于路线图的方向从路线图和配置空间的每个交叉点向障碍画 虛拟路线来形成每个虛拟门。
24、 如权利要求23所述的移动清洁机器人，其中，路线图是一般Voronoi 图，在所述图中，位于障碍之间且与以等距障碍分离的每个点被连接。
25、 如权利要求23所述的移动清洁机器人，其中，通过将粗略地图侵蚀 掉房门大小的一半来创建配置空间，并在配置空间中形成多个离散区域，基于交叉点提取虛拟门，每个交叉点与至少两个离散区域相邻。
全文摘要
公开一种计划移动机器人的路径的方法和设备。所述设备包括粗略地图创建单元，创建包括移动机器人的路径信息的粗略地图；虚拟门提取单元，提取将粗略地图划分为多个子区域的虚拟门，其中，移动机器人顺序地逐个清洁子区域。所述方法包括创建包括移动机器人的路径信息的粗略地图，提取将粗略地图划分为多个子区域的虚拟门；顺序地逐个清洁子区域。
文档编号B25J9/16GK101480795SQ20091000143
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月11日
发明者方锡元, 铉 明 申请人:三星电子株式会社