专利名称：具有障碍检测单元的机器人及控制该机器人的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有障碍检测单元的机器人以及控制该机器人的方法。更具体地讲，涉及一种具有障碍检测单元的机器人以及控制该机器人使其能够与障碍保持恒定距离的方法。
背景技术：
传统的清洁机器人是一种无需用户的干预而在其本身运动通过某区域的同时对该区域进行清洁的自动清洁机器。
在传统的清洁机器人中，进气口与主体一体形成，或者被制成单独的部分并被安装到主体上。在进气口与主体一体地形成的情况下，进气口被限定在主体的下部中并位于主体的外边缘的内侧。因此，吸入的位置和方向仅通过主体的运动确定。因此，难以在邻近障碍的区域和拐角处实现沿墙壁的充分清洁。
当将进气口制造成单独的部分并将其安装在主体上时，吸气管和吸气嘴从主体突出，与典型的罐式真空洗尘器相似。因此，当使用罐式真空吸尘器时，用户必须控制该罐式真空吸尘器，控制方式为，用户用他/她的手握住吸入头，并利用吸入头清扫将要被清洁的区域，这样可以与主体的位置和方向分开地控制进气口的位置和方向，但是其控制算法和接合结构非常复杂，并且制造成本高。
近来，已经开发了一种单独制造进气口并将该进气口安装在主体上从而进气口能够自由地旋转的方案。在这种情况下，执行进气口的自由旋转，以使得通过作用于安装在进气口上的轮子上的摩擦力和基于重心的惯性使进气口总是与主体的运动方向或旋转的方向垂直，其中，所述重心位于进气口的旋转中心的后面。
然而，当进气口被构造为能够自由旋转时，进气口的旋转响应可能会落后于主体的运动或旋转。因此，出现的问题是当方向频繁地改变时，其清洁性能变差。
此外，由于进气口具有自由地旋转的结构，所以难以清洁不平坦的区域或地毯。此外，更难精确地控制进气口。因此，问题在于，当清洁拐角时，难以使进气口运动到接近墙壁。
韩国未审查的专利公布2006-0003188号公开了一种清洁机器人，该清洁机器人安装有伸出到其主体的外部并可相对于主体旋转的进气口。因此，这种清洁机器人能够清洁宽广的区域并能够在拐角附近进行清洁。上述公开涉及这样一种技术，进气口通过该技术接近障碍、墙壁或拐角并执行清洁。然而，即使对于障碍的表面不平坦的情况，该公开也没有提出一种考虑到障碍的表面状态并与该障碍保持恒定的距离来控制机器人的运动方向的方案。
发明内容
因此，本发明的一方面在于提供一种具有障碍检测单元的机器人以及一种控制该机器人的方法，所述机器人通过与障碍接触来检测障碍表面的状态，并控制机器人的运动方向，以使机器人在运动的同时与障碍保持预定的距离。
对于本发明的其它方面和/或优点，一部分将在下面的描述中进行阐述，一部分将通过描述而清楚，或者可以通过本发明的实施而了解。
本发明的上述和/或其它方面通过提供一种具有障碍检测单元的机器人来实现，所述机器人包括主体；驱动单元，用于沿着给定的表面驱动主体；辅助体，从主体伸出并检测主体周围的障碍；控制单元，根据检测的结果控制驱动单元，以使主体和障碍互相保持预定的距离。
本发明的另一方面在于提供一种控制具有障碍检测单元的机器人的方法，该方法包括沿着给定的表面驱动主体；从机器人的主体伸出辅助体并检测主体周围的障碍；控制机器人，以使主体和障碍根据检测结果保持预定的距离。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其它方面及优点将会变得清楚并更加易于理解，其中图1是表示根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人的透视图；图2是表示根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人的构造的方框图；图3是表示根据本发明第一实施例的在主体和辅助体之间的连接结构的示意图；图4是表示根据本发明第二实施例的在主体和辅助体之间的连接结构的示意图；图5是表示位于主体中的图4的辅助体的示意图；图6是根据本发明的实施例示出d1和d2的示意图；图7是根据本发明的实施例示出d2的示意图，其中，d2是利用辅助体的长度和由辅助体形成的角度获得的；图8是根据本发明的实施例示出当障碍的表面是凸面时辅助体的位置的示意图；图9是根据本发明的实施例示出当障碍的表面是凹面时辅助体的位置的示意图；图10是根据本发明的实施例示出第一进气口和第二进气口的示意图；图11是表示根据本发明的实施例的控制具有障碍检测单元的机器人的方法的流程图；图12是表示根据本发明的实施例的控制主体的运动方向的方法的流程图。
具体实施例方式
现在将详细说明本发明的实施例，其例子在附图中示出，其中，相同的标号始终指示相同的元件。下面参照附图描述实施例以解释本发明。
图1是表示根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人100的透视图。图2是表示根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人100的构造的方框图。
图1和图2示出了根据本发明实施例的包括障碍检测单元的机器人100，机器人100包括驱动单元120，驱动主体110以使得主体110能够沿着表面运动；辅助体130(即，障碍检测单元)，伸出到主体100之外并检测主体100周围的障碍；控制单元140，根据辅助体130检测的结果控制驱动单元120，从而控制主体110的运动方向。
主体110包括第一距离检测单元111，基于主体110的运动方向检测与前面的障碍的距离；第二距离检测单元112，基于主体110的运动方向检测与侧面的障碍的距离。第一距离检测单元111和第二距离检测单元112可以是红外传感器、超声波传感器等。然而，本发明不限于此，并且可以随需要变化。
在本发明的这个实施例中，当第一距离检测单元111检测到位于主体110前面的障碍时，控制单元140通过控制驱动单元120来改变主体110的运动方向，当主体110的运动方向改变从而障碍位于主体110的旁边时，控制单元140根据由第二距离检测单元112检测的与障碍的距离通过控制驱动单元120来改变主体110的运动方向。根据本发明的实施例，驱动单元120通过驱动位于主体110的表面上并与该表面邻近的驱动轮121来改变主体110的运动方向。此外，在本发明的实施例中，当辅助体130从主体110的设置有第二距离检测单元112的侧部伸出时，将其作为例子进行描述。
根据本发明的这个实施例，例如，第一距离检测单元111和第二距离检测单元112检测与位于主体110的前面和旁边的障碍的距离，从而检测主体110和障碍之间的距离。然而，本发明不限于此，根据从主体110到障碍的距离的检测方向可使用多个距离检测单元。
当主体110的运动方向根据第一距离检测单元111的检测结果而改变时，控制单元140使得辅助体130通过在主体110中形成的开口113伸出到外部。检测与障碍接触并产生相应的信号的接触检测单元130a形成在从主体110伸出的辅助体130的外端。因此，控制单元140利用由接触检测单元130a产生的信号确定从主体110伸出的辅助体130是否与障碍接触。
例如，接触检测单元130a是开关或滚筒。然而，接触检测单元130a不限于此，并且可以随情况而改变。控制单元140利用当辅助体130的外端与障碍接触从而开关被压或滚筒旋转时产生的信号来确定辅助体130已与障碍接触。此后，控制单元140通过控制驱动单元120来控制主体110的运动方向，从而可保持辅助体130和障碍之间的接触，由此，与基于第二距离检测单元112检测的距离来控制相比，可实现对运动方向的精确控制。
图3是表示根据本发明第一实施例的在主体110和辅助体130之间的连接结构的示意图。
如图3所示，在根据本发明第一实施例的在主体110和辅助体130之间的连接结构中，辅助体130与安装在主体110中的电机131连接，并且辅助体130随着电机131的旋转从主体110的开口113伸出。此外，电机131和辅助体130通过拉伸弹簧连接。因此，当外力施加到辅助体130上时，辅助体130相对于与电机131的连接点可旋转通过预定的角度。
图4是表示根据本发明第二实施例的在主体110和辅助体130之间的连接结构的示意图。
如图4所示，在根据本发明第二实施例的在主体110和辅助体130之间的连接结构中，辅助体130通过连接件133与连接杆132连接，连接杆132的一端与电机131连接。拉伸弹簧等形成在连接件133中，因此，当外力被施加到辅助体130上时，辅助体130相对于连接件133旋转通过预定的角度。当辅助体130没有从主体110伸出时，图4中的连接结构如图5中所示，在图5中，连接杆132通过电机131的旋转而旋转到主体110内。相反，当辅助体130从主体110伸出时，连接结构呈图4的结构，在图4中，电机131旋转，连接杆132向主体110外侧旋转，辅助体130通过主体110的开口113从主体110中伸出。
控制单元140基于由第二距离检测单元112检测的距离(“d1”)和从主体110的外表面到从主体110伸出的辅助体130的外端的距离(“d2”)来控制驱动单元120，从而主体110能够与障碍保持预定的距离。
图6是根据本发明实施例示出距离d1和d2的图。虽然图6示出了作为例子的图3的上述连接结构，但是可以按类似的方式用图4的连接结构检测d1和d2。
如图6所示，控制单元140基于d1与d2之间的差来控制驱动单元120，从而控制主体110的运动方向，其中，d1是由第二距离检测单元112检测的距离，d2是主体110和从主体110伸出的辅助体130的端部之间的距离。
例如，当第二距离检测单元112是超声波传感器时，利用由超声波传感器产生的超声波被障碍210反射并返回所需要的时间来检测d1。控制单元140利用由辅助体130形成的角度来检测d2。
此外，控制单元140利用由辅助体130相对于图3中的电机131形成的角度来检测d2。在图4中，利用由辅助体130相对于连接杆132和辅助体130之间的连接件133形成的角度来检测d2。
例如，如图3所示，控制单元140检测基于电机131由辅助体130和主体110的运动方向形成的角度R，并检测辅助体130的长度L，如图7所示。结果，控制单元140可利用上述角度R和长度L以及等式1获得d2。当电机131位于主体110的内部时，从利用等式1获得的d2中减去电机131到主体110的外表面的距离就可获得纯粹的d2。
d2＝L*sinR(1)当障碍210的表面均匀时，d1和d2之间的差可保持恒定。相反，当障碍210的表面不均匀时，d1和d2之间的差会变化。当d1和d2之间的差不一致时，可解释为障碍210表面的深度不均匀。当障碍210的表面的深度不均匀时，根据本发明实施例的控制单元140利用d1和d2之间的差控制主体110的运动方向，从而主体110可与障碍210的表面保持预定的距离。
具体地，当d1和d2之间的差大于第一参考值时，控制单元140确定障碍的表面是凸面。即，当障碍210的表面是凸面时，如图8所示，辅助体130在拉伸弹簧的作用下沿着远离障碍210的方向旋转，结果，d2，即，主体110的外表面和辅助体130的外端之间的距离变短。因此，控制单元140控制驱动单元120以使主体110能够远离障碍210。
同时，当d2大于第二参考值时，控制单元140确定障碍210的表面是凹面。即，当障碍210的表面是凹面时，如图9所示，辅助体130由于上述拉伸弹簧的作用而向障碍210的方向旋转，结果是，d2，即，从主体110到辅助体130的外端的距离变长。因此，控制单元140控制驱动单元120以使主体110接近障碍210。
同时，如图10所示，当吸入灰尘和污垢的第一进气口310和第二进气口320或者刷子分别形成在主体110和辅助体130中的与主体110的运动表面邻近的部分中时，根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人100可被用作能够执行清洁的清洁机器人。
由于根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人100可在运动的同时利用辅助体130与位于主体110旁边的障碍保持预定的距离，所以与上述的机器人在运动的同时利用第二距离检测单元112检测与障碍的距离的情况相比，机器人100能够在运动的同时保持精确的距离。因此，辅助体130可根据障碍表面的深度在特定的方向上旋转，并且主体110的运动方向基于辅助体130的旋转形成的角度而改变，从而使主体110与障碍保持预定的距离。
因此，当根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人100在室内使用时，沿着地板运动的主体110检测墙壁，辅助体130从主体110伸出，以清洁地板和墙壁相交处的拐角，从而无论是突起还是凹陷，都利用距离d1和d2之间的差与墙壁保持预定的距离，同时保持与墙壁接触，由此可提高清洁效率。
图11是表示控制根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人的方法的流程图。
如图11所示，在控制根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人的方法中，在操作S110中，在主体110沿着给定的表面运动的同时，第一距离检测单元111检测障碍是否位于主体110的前面，例如，在这个实施例中，可使用红外传感器或超声波传感器作为第一距离检测单元111。
作为第一距离检测单元111的结果，如果在操作S120中确定障碍位于主体110的前面，则进行操作S130，即，控制单元140控制驱动单元120以改变主体110的运动方向。
在主体110的运动方向改变之后，在操作S140中，控制单元140控制辅助体130以使得辅助体130从主体110的开口113中伸出。在这种情况下，控制单元140可控制主体110的运动方向，直到设置在辅助体130的端部的接触检测单元130a检测到与障碍接触为止。
在操作S150中，当辅助体130的外端和障碍接触时，控制单元140确定d1和d2，d1是由第二距离检测单元112检测的与障碍的距离，d2是从主体110的外表面到辅助体130的外端的距离。
此后，在操作S160中，控制单元140利用d1和d2以及d1和d2之间的差来控制主体110的运动方向，从而主体110可与障碍保持预定的距离。
在操作S170中，控制单元140重复上述操作S150和S160，直到主体的运动完成为止。
图12是表示控制根据本发明实施例的主体的运动方向的方法的流程图。图12表示在图11中的操作S160中所阐述的利用d1和d2以及d1和d2之间的差来控制主体110的运动方向的方法。
如图12所示，在控制根据本发明实施例的主体的运动方向的方法中，如果在操作S161中预先确定的d1小于第一参考值，或者预先确定的d2小于第二参考值，则控制单元140确定障碍的表面是凸面并控制驱动单元120，进而控制主体110的方向，从而在操作S162中使主体110远离障碍地运动。在这种情况下，当辅助体130从主体110伸出时，辅助体130可与主体110的外表面保持预定的距离。此外，由于辅助体130可如图3和图4所示在预定的角度范围内旋转，所以当障碍的表面是凸面时，辅助体130向主体110旋转，因此，从主体110的外表面到辅助体130的外端的距离减小。
在操作S163中，当确定的d1大于第三参考值或确定的d2大于第四参考值时，进行操作S164，在操作S164中，控制单元140确定障碍的表面是凹面，并控制驱动单元120进而控制主体110的运动方向，使主体110接近障碍。
同时，当d1和d2没有满足上述操作S161和163的条件时，控制单元140可利用d1和d2的差来控制主体110的运动方向。
换句话说，控制单元140计算d1和d2之间的差，与操作S161相似，在操作S165中，如果计算的结果小于第五参考值，则确定障碍的表面是凹面，并控制驱动单元120，进而控制主体110的运动方向，从而主体110接近障碍。
与操作S163相似，如果在操作S166中计算的结果大于第六参考值，则控制单元140确定障碍的表面是凸面，并控制驱动单元120，进而控制主体110的运动方向，从而主体110远离障碍地运动。
同时，当上述操作S161、S163、S165和S166不满足条件时，则控制单元140在操作S167中保持主体110当前的运动方向。
上述控制具有障碍检测单元的机器人100的方法可以按类似的方式应用于上述清洁机器人。
具体地讲，当根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人100被用作清洁机器人时，如上所述，第一进气口310和第二进气口320分别形成在主体110和辅助体130中，并且利用辅助体130可与障碍保持预定的距离。结果，可与障碍保持预定的距离，并且可在沿着墙壁进行清洁时保持该距离，从而确保准确地进行清洁，并且，即使在出现意外的状况的情况下，如在墙壁上出现不平坦的部分的情况下，也能够利用辅助体130控制主体110的运动方向。
在上述根据本发明实施例的具有障碍检测单元的机器人及控制该机器人的方法中，即使在障碍的表面不平坦的情况下，机器人也能够利用与障碍接触的辅助体在与障碍保持预定的距离的同时进行运动。
虽然已经显示并描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。
本申请要求于2006年5月1日提交到韩国知识产权局的第10-2006-0039297号韩国专利申请的优先权，通过引用将该申请的全部公开包含于此。
权利要求
1.一种机器人，包括主体；驱动单元，用于沿着给定的表面驱动主体；辅助体，从主体伸出并用于检测主体周围的障碍；控制单元，用于根据检测的结果控制驱动单元，以使主体和障碍互相保持预定的距离。
2.如权利要求1所述的机器人，其中，主体包括第一距离检测单元，当主体沿着所述表面运动时，第一距离检测单元用于检测与位于主体前面的障碍的距离；第二距离检测单元，用于检测与位于主体旁边的障碍的距离。
3.如权利要求1所述的机器人，其中，辅助体通过形成在主体的一侧的开口伸出到主体之外。
4.如权利要求1所述的机器人，还包括安装在主体中的电机，其中，辅助体与电机连接。
5.如权利要求1所述的机器人，还包括连接杆，该连接杆的一端与安装在主体中的电机连接，其中，辅助体与连接杆连接。
6.如权利要求1所述的机器人，其中，辅助体还包括在其外端的接触检测单元，该接触检测单元检测与障碍的接触。
7.如权利要求2所述的机器人，其中，控制单元控制驱动单元，以使得当第一距离检测单元检测到障碍在主体的前面时，使主体的运动方向改变。
8.如权利要求2所述的机器人，其中，控制单元基于第二距离检测单元检测的距离和从主体的外表面到辅助体的外端的距离来控制主体的运动方向。
9.如权利要求6所述的机器人，其中当接触检测单元与障碍接触时，该接触检测单元产生预定的信号；控制单元响应于产生的信号控制驱动单元并控制主体的运动方向。
10.如权利要求7所述的机器人，其中，当由于障碍位于主体的前面而使主体的运动方向改变时，辅助体从主体伸出。
11.如权利要求8所述的机器人，其中，当第二距离检测单元检测的距离小于第一参考值或从主体的外表面到辅助体的外端的距离小于第二参考值时，控制单元控制主体远离障碍地运动。
12.如权利要求8所述的机器人，其中，当第二距离检测单元检测的距离大于第三参考值或从主体的外表面到辅助体的外端的距离大于第四参考值时，控制单元控制主体接近障碍。
13.如权利要求8所述的机器人，其中，当第二距离检测单元检测的距离与从主体的外表面到辅助体的外端的距离的差小于第五参考值时，控制单元控制主体远离障碍地运动。
14.如权利要求8所述的机器人，其中，当第二距离检测单元检测的距离与从主体的外表面到辅助体的外端的距离的差大于第六参考值时，控制单元控制主体接近障碍。
15.如权利要求10所述的机器人，其中，当辅助体从主体伸出时，辅助体根据障碍的表面的深度可旋转预定的角度。
16.如权利要求10所述的机器人，其中，主体和辅助体分别包括第一进气口和第二进气口，第一进气口和第二进气口从机器人被驱动所沿着的表面吸入灰尘和污垢。
17.一种控制机器人的方法，该方法包括以下步骤沿着给定的表面驱动机器人的主体；从机器人的主体伸出辅助体并检测主体周围的障碍；执行控制，以使主体和障碍根据检测结果保持预定的距离。
18.如权利要求17所述的方法，其中，驱动主体的步骤包括当主体沿着所述表面运动时，检测与位于主体前面的障碍的距离；检测与位于主体旁边的障碍的距离。
19.如权利要求17所述的方法，其中，伸出辅助体的步骤包括使辅助体通过形成在主体的一侧的开口伸出到主体的外部。
20.如权利要起17所述的方法，其中，辅助体与安装在主体中的电机连接。
21.如权利要求17所述的方法，其中，辅助体与连接杆连接，而连接杆的一端与安装在主体中的电机连接。
22.如权利要求17所述的方法，其中，伸出辅助体的步骤包括检测辅助体的外端和障碍之间的接触。
23.如权利要求18所述的方法，其中，执行控制以使主体和障碍保持预定的距离的步骤包括当障碍被检测到在主体的前面时，改变主体的运动方向。
24.如权利要求18所述的方法，其中，执行控制以使得主体和障碍保持预定的距离的步骤包括基于从主体的侧部到障碍的距离和从主体的外表面到辅助体的外端的距离来控制主体的运动方向。
25.如权利要求22所述的方法，其中检测与障碍的接触的步骤包括当与障碍接触时产生预定的信号；执行控制以使主体和障碍保持预定的距离的步骤包括响应于产生的信号来控制主体的运动方向。
26.如权利要求23所述的方法，其中，伸出辅助体的步骤包括当由于障碍位于主体的前面而使主体的运动方向改变时将辅助体伸到主体的外部。
27.如权利要求24所述的方法，其中，执行控制以使主体和障碍保持预定的距离的步骤包括当从主体的侧部到障碍的距离小于第一参考值或从主体的外表面到辅助体的外端的距离小于第二参考值时，使主体远离障碍地运动。
28.如权利要求24所述的方法，其中，执行控制以使主体和障碍保持预定的距离的步骤包括当从主体的侧部到障碍的距离大于第三参考值或从主体的外表面到辅助体的外端的距离大于第四参考值时，使主体向障碍运动。
29.如权利要求24所述的方法，其中，执行控制以使主体和障碍保持预定的距离的步骤包括当从主体的侧部到障碍的距离与从主体的外表面到辅助体的外端的距离的差小于第五参考值时，使主体远离障碍地运动。
30.如权利要求24所述的方法，其中，执行控制以使主体和障碍保持预定的距离的步骤包括当从主体的侧部到障碍的距离与从主体的外表面到辅助体的外端的距离的差大于第六参考值时，使主体向障碍运动。
31.如权利要求26所述的方法，其中，伸出辅助体的步骤还包括当辅助体从主体伸出时，使辅助体根据障碍的表面的深度旋转预定的角度。
32.如权利要求26所述的方法，其中，主体和辅助体分别包括第一进气口和第二进气口，第一进气口和第二进气口从机器人被驱动所沿着的表面吸入灰尘和污垢。
33.一种具有主体的机器人，该机器人包括障碍检测单元，该障碍检测单元通过与障碍接触来检测障碍的表面状态，并控制该机器人的运动方向以使该机器人在运动的同时与障碍保持预定的距离。
34.如权利要求33所述的机器人，其中，障碍检测单元包括辅助体，从机器人主体中的开口伸出，用于检测主体周围的障碍。
35.一种控制包括距离检测单元和障碍检测单元的机器人的方法，该方法包括以下步骤在使机器人沿着表面运动的同时，通过距离检测单元检测障碍是否位于该机器人的前面；基于检测的结果控制该机器人改变运动的方向；控制障碍检测单元从主体中的开口伸出；检测从主体的外表面到障碍的距离，并检测从主体的外表面到障碍检测单元的外端的距离；基于确定的距离控制主体的运动方向。
36.如权利要求35所述的方法，其中当所述距离之间的差大于第一参考值时，确定障碍的表面是凸面，并且主体沿着远离障碍的方向运动；当主体的外表面到障碍检测单元的外端之间的距离大于第二参考值时，确定障碍的表面是凹面，并且主体向障碍运动。
全文摘要
本发明公开了一种具有障碍检测单元的机器人以及控制该机器人的方法。所述机器人包括主体、驱动单元、辅助体和控制单元。驱动单元沿着给定的表面驱动主体。辅助体从主体伸出并检测主体周围的障碍。控制单元根据检测的结果控制驱动单元，以使主体和障碍彼此保持预定的距离。
文档编号G01B17/00GK101066198SQ20071007889
公开日2007年11月7日 申请日期2007年2月17日 优先权日2006年5月1日
发明者赵俊基, 方锡元, 金炼淏, 崔基浣 申请人:三星电子株式会社