专利名称：机器人清洁装置位置标记检测法和用该方法的机器人清洁装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种在围绕工作区域行驶时使用摄像机检测当前位置的机器人清洁装置，尤其涉及一种从摄像机拍摄的图像检测位置标记的方法和使用该方法的机器人清洁装置。
背景技术：
机器人清洁装置利用摄像机检测当前位置，并基于检测到的位置信息围绕工作区域行驶以执行清洁工作，其通常包括设置在某个地点被摄像机拍摄的位置标记。所述位置标记通常包括两个标记，它们彼此相隔开地设置在工作区域的天花板上。摄像机垂直设置在机器人清洁装置的主体内，用于拍摄设置在天花板上的位置标记。
下面将说明一种位置标记检测法，其中机器人清洁装置的控制单元由图像检测位置标记，所述图像是利用摄像机拍摄位置标记安装天花板获得的。
首先，机器人清洁装置从拍摄的图像获得目标标记，以确定它们是否是位置标记。
随后，确定目标标记的形状是否与位置标记的形状相同。
如果确定外形相同，则确定目标标记之间的距离是否与两个位置标记之间的距离相同。
如果确定所述距离相同，则目标标记被识别为机器人清洁装置打算检测的位置标记。因此，机器人清洁装置的控制单元将当前检测的位置标记的坐标与先前检测的位置标记的坐标进行比较，以检测机器人清洁装置的当前位置，并将工作指令传输至机器人清洁装置。
但是，在上述机器人传感器的如图1所示的传统位置标记检测法中，当结构91a至91g与位置标记90相似时，机器人清洁装置经常把结构91a至91g错误识别为位置标记，结构91a至91g是人为放置在工作区域的天花板上的，如图1所示。如果检测位置标记90发生误差，则检测误差将导致清洁工作和随后的行驶方向错误将传输至机器人清洁装置。
因此，需要一种方法，即使在工作区域的天花板上存在与设置在天花板上的位置标记相似的结构，利用该方法也能使机器人清洁装置正确地检测位置标记。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题。因此，本发明的一个方面是提供一种方法，其中在工作区域的天花板上即使存在与位置标记相似的结构，机器人清洁装置也能够准确地检测位置标记。
并且，本发明的另一个方面是提供一种使用上述检测位置标记法的机器人清洁装置。
本发明的上述方面通过提供一种用于机器人清洁装置的位置标记检测法得以实现，所述机器人清洁装置包括摄像机，该摄像机拍摄设置了位置标记的区域；控制单元，该控制单元基于摄像机拍摄的图像和存储的参考位置标记识别当前位置；和驱动单元，该驱动单元根据控制单元的信号受到驱动。在控制单元从图像检测位置标记的机器人清洁装置的位置标记检测法中，所述方法包括下列步骤从图像获取将与参考位置标记相比较的目标标记；确定所述目标标记的形状是否与参考位置标记的形状相同；如果确定所述形状相同，则确定目标标记之间的距离是否与参考位置标记之间的距离相同；如果确定所述距离相同，则确定目标标记的周围图像与参考位置标记的周围图像相同；如果确定所述周围图像相同，则将目标标记识别为位置标记。
所述位置标记包括两个彼此相距开设置的标记。
在这一点上，优选地，两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为黑色圆圈的第二标记，第二标记的直径等于或小于第一标记的直径。并且，优选地，两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为具有白色中心的黑色圆环的第二标记。
并且，在根据本发明的机器人清洁装置位置标记检测法中，位置标记设置在工作区域的天花板上，摄像机相对于机器人清洁装置的行驶方向垂直地设置在机器人清洁装置的主体中，用来拍摄工作区域的天花板。
优选地，所述位置标记包括两个彼此相距开设置的标记。
本发明的另一个方面通过提供一种在进行工作时与外部设备进行无线通信的机器人清洁装置来实现。所述机器人清洁装置包括驱动多个轮子的驱动单元；上视摄像机，该上视摄像机用于拍摄放置了位置标记的工作区域天花板；和控制单元，该控制单元从摄像机拍摄的图像中利用存储的参考位置标记的参考形状、距离和周围图像来检测位置标记，从而识别出机器人清洁装置的当前位置。所述控制单元利用有关当前位置的信息驱动所述驱动单元，从而执行工作指令。
根据机器人清洁装置的位置标记检测法，即使在工作区域天花板上存在与位置标记相似的结构，机器人清洁装置也能够准确地检测位置标记。
通过结合附图详细说明本发明，本发明的上述目的及特征将更加清楚，其中图1是安装在机器人清洁装置中的上视摄像机拍摄的天花板图像的平面图；图2是根据本发明优选实施方案的机器人清洁装置位置标记检测法的流程图；图3A至图3C根据本发明的位置标记检测法的被检测位置标记不同实例的视图；图4是图2所示机器人清洁装置位置标记检测法中使用的位置标记的周围图像的平面图；图5是机器人清洁装置的打开盖子的主体的透视图；图6是说明了图5所示机器人清洁装置的元件的框图。
具体实施例方式
下面将结合附图详细说明根据本发明优选实施方案的用于机器人清洁装置的位置标记检测法。
使用根据本发明的位置标记检测法的机器人清洁装置包括上视摄像机，其拍摄设置在远离机器人清洁装置的固定位置上放置的标记位置图像，从而产生图像记录；控制单元，其从由上视摄像机产生的图像检测位置标记；和驱动单元，其受控制单元的驱动执行给定的指令。控制单元存储有关参考位置标记的数据来检测位置标记。存储的有关参考位置标记的数据包括关于多个位置标记的形状以及位置标记之间距离的数据。控制单元还利用上视摄像机拍摄放置了位置标记的地点的预定区域，从而存储位置标记的周围图像。位置标记用作参考，被用于使机器人清洁装置从由上视摄像机拍摄的图像中认识到其当前位置。位置标记的形状使位置标记的移动距离和移动方向中的变化可以计算。作为位置标记的一个实例，两个标记彼此相距地设置在工作区域的天花板上，并相互分开预定距离。如图3A至图3C所示，其中示意性地示出了位置标记的各种实施方案。一个实施方案(图3A)显示了第一标记90a和第二标记90b，两个标记形状都为黑色圆圈，并且直径相同。另一个实施方案(图3B)中的第一标记90a’形状为黑色圆圈，第二标记90b’的形状为与第一标记90a’相似的黑色圆圈，但是第二标记90b’的直径小于第一标记90a’的直径。另一个实施方案(图3C)中，第一标记90a”形状为圆圈，第二标记90b”的形状类似黑色圆环。如果位置标记90设置在工作区域的天花板上，则摄像机将设置在机器人清洁装置的主体中，并应当相对机器人清洁装置的行驶方向上视，从而能够拍摄天花板的图像。
现面将参照图2所示步骤详细说明上述机器人清洁装置从由摄像机产生的图像检测位置标记的方法。
首先，机器人清洁装置通过上视摄像机拍摄图像，并将拍摄到的关于目标标记的信息存储，所述目标标记是用来与存储的参考位置标记相比较的，如图2(S10)所示。目标标记具有能使其与天花板的图像相区分的图像，包括位置标记90的图像和与位置标记90相似的结构91a至91g的图像。
接下来，确定目标标记的形状是否与存储的参考位置标记相似(S20)。即，如果位置标记90具有图3C所示形状，则确定第一标记90a”是否是褐色圆圈，并随后确定第二标记90b”是否是圆环形黑色圆环。
如果确定目标标记的形状与参考位置标记的形状相同，则确定目标标记之间的距离是否与参考位置标记的第一标记90a”与第二标记90b”(图3C)之间的距离L相同(S30)。确定距离L的优选方法是测量第一标记90a”和第二标记90b”的各自中心点之间的长度。
接下来，如果确定目标标记之间的距离与参考位置标记之间的距离相同，则确定目标标记的周围图像是否与参考位置标记的周围图像相同(S40)。目标标记的周围图像表示围绕目标标记90’的预定区域的图像B，如图4所示。同样，位置标记的周围图像表示围绕位置标记90的预定区域的图像A，如图4所示。在这一点上，目标标记90’的周围图像的面积与位置标记90的周围图像的面积相同。并且，位置标记的周围图像A在由摄像机拍摄后存储在控制单元中。即使当确定目标标记的形状和距离与参考位置标记的形状和距离相同，如果目标标记90’的周围图像B与位置标记的周围图像A不同，则目标标记90’也不能确认为位置标记。因此，控制单元不会把天花板上位置标记之外的其他结构错认为位置标记。并且，对于将目标标记的周围图像B与位置标记的周围图像A相比较的方法，可以使用任何已知图像比较方法。
如果目标标记的周围图像B与位置标记的周围图像A相同，则控制单元将目标标记确认为位置标记并获得其坐标(S50)。随后，控制单元将获得的坐标与先前获得的位置标记坐标项比较，从而识别机器人清洁装置的当前位置。
根据上述机器人清洁装置的位置标记检测法，可以基本上消除机器人清洁装置将天花板的结构错误识别为位置标记的错误。
图5和图6分别是透视图和框图，显示了盖子被移走的机器人清洁装置，所述机器人清洁装置采用了根据本发明优选实施方案的位置标记检测法。
请参看图5和图6，机器人清洁装置10包括主体11、吸入单元16、驱动单元20、上视摄像机30、前视摄像机32、控制单元40、发射/接收单元43、检测单元12和可充电电池50。
吸入单元16设置在主体11中，与待清洁的表面相对，从而通过空气吸力从表面上收集尘土。可以从各种已知方法中通过提供某种方法具体实现吸入单元16。例如，吸入单元16可以包括吸入电机(未示出)和集尘室，所述集尘室收集吸入的尘土，所述尘土由吸入电机的驱动从与待清洁表面现对的吸入口或吸入管被吸入。
驱动单元20包括设置在两个前侧的两个前轮21a、21b；设置在两个后侧的两个后轮22a、22b；分别用于驱动两个后轮22a、22b的电机23、24；用于将后轮22a、22b的驱动力传递至前轮21a、21b的同步皮带25。根据从控制单元40接收到的控制信号，驱动单元20沿正向或反向独立地可旋转地驱动各个电机23、24。根据机器人清洁装置10希望的行驶方向，通过控制电机23、24(同时或反向旋转)各自的每分钟转数而确定行驶方向。
前视摄像机32设置在主体11中，并用于拍摄前视图像并将所述图像输出至控制单元40。
上视摄像机30设置在主体11中，用于拍摄待清洁区域的天花板上设置的位置标记90(图4)，并且将所述图像输出至控制单元40。前视摄像机32和上视摄像机30通常使用CCD摄像机。
检测单元12包括一个和多个障碍物传感器14，障碍物传感器14围绕主体11的外周以预定间距设置，用于向外发射信号并接收反射信号；和用于检测行驶距离的距离传感器13。
障碍物传感器14包括用于发射红外线的红外线发射元件14a和用于接收反射光线的接收元件14b。多个红外线发射元件14a和接收元件14b平行设置为沿主体11的外周垂直延伸线。作为选择，障碍物传感器14可以采用超声波传感器，用于发射超声波并接收反射的超声波。障碍物传感器14用于测量到障碍物或墙壁的距离。
距离传感器13可以包括旋转检测传感器，用于检测轮子21a、21b、22a、22b的每分钟转数。例如，旋转检测传感器使用编码器检测电机23、24的每分钟转数。
发射/接收单元43通过天线42发出数据信号，并将通过天线42接收到的信号反射至控制单元40。
可充电电池50设置在主体11中，用于为电机23、24和控制单元40供应驱动机器人清洁装置和其他操作所需电力。
控制单元40对通过发射/接收单元43接收的信号进行处理并控制各个部件。如果具有按键输入装置，该按键输入装置具有多个按键，用来操作主体主体11中设置的部件的功能，则控制单元40对从按键输入装置输入的按键信号进行处理。
控制单元40从由上视摄像机30拍摄的图像来检测设置在待清洁区域天花板上的位置标记90(图4)，位置标记90被用作参考，来认识机器人清洁装置的当前位置，并随后计算出它们的坐标。随后，控制单元40基于由上视摄像机30拍摄的图像来计算位置标记90在移动方向和移动距离中的变化，从而计算出机器人清洁装置10的当前位置。并且，控制单元40根据计算出的当前位置信息控制各个部件(例如驱动单元20)，从而执行工作指令。
关于参考位置标记的基本图像信息被存储在控制单元40的数据存储装置41(图6)中，使控制单元40可以从由上视摄像机30拍摄的图像来检测位置标记90。
下面将说明一种运转方法，控制单元通过该方法可以识别机器人清洁装置10的当前位置。首先，控制单元40控制上视摄像机30拍摄待清洁区域上部天花板的图像，从而生成上视图像。随后，控制单元40查询在数据存储装置41中存储的关于参考位置标记的信息，从而基于所述上视图像检测位置标记90。
下面将详细说明控制单元40从上视图像检测位置标记90的方法。首先，控制单元40从上视图像获得将与参考位置标记相比较的目标标记。随后，控制单元40确定目标标记的形状是否与参考位置标记的形状相同。如果确定所述外形相同，控制单元40确定目标标记之间的距离是否与参考位置标记之间的距离相同。如果确定所述距离相同，控制单元40确定目标标记的周围图像B是否与参考位置标记的周围图像A相同。如果确定周围图像B与周围图像A相同，则控制单元40将目标标记识别为位置标记90。当控制单元40从上视图像检测位置标记90时，由于考虑到了位置标记90的周围图像A的比较，因此控制单元40不会将上视图像中天花板的相似结构错误识别为位置标记90。
在通过上述过程从上视图像中检测到位置标记90之后，控制单元40计算检测到的位置标记90的坐标和方向。随后，控制单元40通过驱动驱动单元20使机器人清洁装置移动，并随后使用摄像机对天花板进行拍摄以产生新的上视图像。控制单元40从新的上视图像中检测位置标记90，并计算出位置标记90的坐标和方向。接着，通过计算位置标记90在坐标和方向中的变化，控制单元40识别机器人清洁装置的当前位置。识别出当前位置之后，机器人清洁装置10在待清洁区域内执行工作指令。
根据上述机器人清洁装置的位置标记检测法，即使在工作区域的天花板上存在与位置标记相似的结构，机器人清洁装置可以从由上视摄像机拍摄的图像精确地检测位置标记。因此，在机器人清洁装置运转和行驶过程中不会产生错误。
上述实施方案和优点只是示意性的，并不能限制本发明。本发明的原理可以用于其他类型的装置。本发明的说明书用于举例说明，而非用来限制权利要求的范围。但是本领域的普通技术人员可以对这些具体实施例做出改进和变形。在权利要求书中，装置+功能语句是用来覆盖执行所述功能的所述结构，不但包括结构等同物，还包括等同的结构。
权利要求
1.一种用于机器人清洁装置的位置标记检测法，所述机器人清洁装置包括上视摄像机，该上视摄像机拍摄设置了位置标记的区域；控制单元，该控制单元基于摄像机拍摄的图像和存储在存储器中的参考位置标记识别当前位置；和驱动单元，该驱动单元根据控制单元的信号受到驱动，在所述位置标记检测法中，所述控制单元由所述图像检测位置标记，所述方法包括下列步骤从所述图像获取将与存储的参考位置标记相比较的目标标记；确定所述目标标记的形状是否与存储的参考位置标记的形状相同；如果确定所述形状相同，则确定目标标记之间的距离是否与参考位置标记之间的距离相同；如果确定所述距离相同，则确定目标标记的周围图像与参考位置标记的周围图像相同；和如果确定所述周围图像相同，则将目标标记识别为位置标记。
2.根据权利要求1所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述位置标记包括两个彼此相距开设置的标记。
3.根据权利要求2所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为黑色圆圈的第二标记，第二标记的直径等于或小于第一标记的直径。
4.根据权利要求2所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为具有黑色圆环外形的第二标记。
5.根据权利要求1所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述位置标记设置在待清洁区域的天花板上。
6.根据权利要求1所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述摄像机相对于机器人清洁装置的行驶方向上视地设置在机器人清洁装置的主体中，用来拍摄待清洁区域的天花板。
7.根据权利要求6所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述位置标记包括两个彼此相距开设置的标记。
8.根据权利要求7所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为黑色圆圈的第二标记，第二标记的直径等于或小于第一标记的直径。
9.根据权利要求7所述的用于机器人清洁装置的位置标记检测法，其中所述两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为具有黑色圆环外形的第二标记。
10.一种在进行工作时与外部设备进行无线通信的机器人清洁装置，所述机器人清洁装置包括驱动多个轮子的驱动单元；上视摄像机，该上视摄像机用于拍摄放置了位置标记的待清洁区域天花板；和控制单元，该控制单元从摄像机拍摄的图像中利用存储的参考位置标记的参考形状、距离和周围图像来检测位置标记，从而识别出机器人清洁装置的当前位置，所述控制单元利用有关当前位置的信息命令所述驱动单元，从而执行工作指令。
11.根据权利要求10所述的机器人清洁装置，其中所述位置标记包括两个彼此相距开设置的标记。
12.根据权利要求11所述的机器人清洁装置，其中所述两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为黑色圆圈的第二标记，第二标记的直径等于或小于第一标记的直径。
13.根据权利要求11所述的机器人清洁装置，其中所述两个标记其中之一是形状为黑色圆圈的第一标记，另一个标记是形状为具有黑色圆环外形的第二标记。
全文摘要
一种用于机器人清洁装置的位置标记检测法，包括步骤从图像获取目标标记；确定目标标记的形状是否与参考位置标记的形状相同；如果确定形状相同，则确定目标标记之间的距离是否与参考位置标记之间的距离相同；如果确定距离相同，则确定目标标记的周围图像与参考位置标记的周围图像相同；如果确定周围图像相同，则将目标标记识别为位置标记。一种机器人清洁装置，包括驱动单元；上视摄像机，用于拍摄放置了位置标记的工作区域天花板；控制单元，从摄像机拍摄的图像中利用存储的参考位置标记的参考形状、距离和周围图像来检测位置标记，从而识别出机器人清洁装置的当前位置。控制单元利用有关当前位置的信息驱动驱动单元，从而执行工作指令。
文档编号A47L9/00GK1519537SQ0314093
公开日2004年8月11日 申请日期2003年6月4日 优先权日2003年2月7日
发明者全京姬, 宋贞坤 申请人:三星光州电子株式会社