專利名稱：使用圖像傳感器的移動機器人和測量它的移動距離的方法
技術領域：
本發明涉及一種移動機器人，特別涉及一種移動機器人和一種測量它的移動距離的方法，此方法能夠通過采用圖像傳感器來計算移動機器人的方向和運動來精確地測量移動距離。
背景技術：
通常，通過使用由多個附著在移動機器人上的超聲傳感器產生的超聲波，移動機器人能夠通過反射的超聲波感應距離或方向。
一種機器人真空清潔器是移動機器人的一有代表性的實例。機器人真空清潔器在不被用戶操作的情況下自動在區域內移動，并在這段時間內從下表面吸取雜質、比如塵土等來清潔被自動清潔的區域。更為詳細的說，機器人真空清潔器通過使用多個超聲傳感器感應距離和方向來判斷到比如家具、辦公室用品和墻等在清潔區域內的障礙的距離，并且它通過選擇性的操作左輪電動機和右輪電動機來自動轉換方向，以此來清潔該清潔區域。
圖1是一縱斷面圖，示出了現有的機器人真空清潔器。
如圖1所示，現有的機器人真空清潔器包括用來產生向清潔器主體1的吸力的風扇電動機2；和為可拆卸式地安裝在風扇電動機后面用來收集由風扇電動機吸取的塵土或雜質的過濾容器4。并且，用來吸取塵土或雜質的安裝在過濾容器4后面的吸管5，以及用來清潔在下表面6的塵土或雜質的安裝在吸管5的底部的吸頭8。
另外，一對進行向前/向后旋轉的移動輪9安裝在風扇電動機2的底部，且支輪10安裝在吸頭8的后面來支持清潔器主體1的后部。并且，具有充電端口11的充電端口單元12安裝在清潔器主體1的后部，且連接端口15形成在安裝在室內墻壁13上的電源端口單元14上，使得其可與充電端口單元12連接。因此，當充電端口11連接到連接端口15時，放置在清潔器主體1內部的充電電池16開始充電。
另外，將用來發射/接收超聲波的超聲傳感器17安裝在清潔器主體1的前端中部，且多個超聲傳感器18以規定的間隔安裝在超聲傳感器17的左邊/右邊來通過發射和接收超聲波來感應障礙或測量到目標的距離。并且，發光單元19安裝在電源端口單元14的較低的部分來通過產生光信號來將充電端口單元12誘導到電源端口單元，且光接收單元20安裝在充電端口單元12的較低的部分來接收來自發光單元19的光信號。
引用數字21是用來控制各種清潔器的操作的控制裝置，且引用數字22是排氣管。
現在將描述機器人真空清潔器的清潔操作如下首先，當用戶按下操作按鈕時，充電電池16供電到風扇電動機2，風扇電動機2開始工作，且在過濾容器由風扇電動機2產生吸力。
然后，通過該吸力，在下表面6的塵土或雜質被吸進吸頭8。被吸進的塵土或雜質通過吸管5堆積在過濾器3中。另外，控制裝置21通過控制信號操作移動輪9，且因此清潔器主體1在移動時在需要的區域內執行清潔。
同時，當執行自動清潔操作時，當充電電池16的電壓電平低于確定的設置電平時，控制裝置21停止清潔操作。并且，控制裝置21在內部存儲器中存儲清潔器的當前位置，且產生用來根據預先設置在存儲器中的返回指令將清潔器返回到最初位置的控制信號。
因此，清潔器主體1根據控制裝置21的控制信號移動到電源端口單元14。然后，當清潔器主體1到達電源端口單元14周圍時，安裝在充電端口單元12的較低的部分的光接收單元20接收由形成在電源端口單元14的發光單元19所產生的光信號。控制裝置21通過由光接收單元20接收的光信號操作-控制移動輪，并因此充電端口單元12到達電源端口單元14。
之后，充電端口單元12的充電端口11被連接到電源端口單元14的連接端口15，且因此清潔器主體1的充電電池通過來自電源端口單元14的供電來充電。
同時，機器人清潔器在根據其內部所存儲的地圖信息移動時執行清潔操作，除非清潔區域的規劃發生變化，最初通過用戶指令執行的清潔操作將被反復執行。
但是，當清潔區域的規劃改變且障礙的位置變化時，為控制機器人真空清潔器的移動等，地圖將不得不改變使得其符合改變了的規劃。
圖2是一示意圖，示出了依照現有技術的使用信標的機器人真空清潔器的清潔區域制圖。
如圖2所示，在存在障礙的室內區域，機器人真空清潔器從起始點開始，并通過使用傳感器躲避障礙來移動，且因此產生了關于移動路徑的軌跡。在這里，機器人真空清潔器在室內區域移動時通過接收來自安裝在確定位置的信標41-47的信號來獲得關于室內區域的附加的信息。因此，機器人真空清潔器在移動路徑軌跡和接收的來自信標的信號的基礎上進行區域制圖。
同時，為了進行制圖操作，需要測量機器人真空清潔器的移動距離。因此，機器人真空清潔器通過使用用于測量電動機旋轉的編碼器或與移動輪分隔的附加輪的來測量移動距離。更為詳細的說，機器人真空清潔器通過使用編碼器或輪來計算移動輪的旋轉數量，并將移動輪的周長乘以旋轉數量來獲得它的移動距離。
但是，當移動輪或輪被剎住時，雖然機器人真空清潔器沒有移動，但是還是按照機器人真空清潔器在移動來計算，且因此移動距離計算的精度降低。另外，當機械式里程表用于機器人真空清潔器時，即使移動輪或輪沒有被剎住，根據輪的旋轉的誤差不斷積累，且因此難以精確計算機器人真空清潔器的移動距離。另外，在現有技術中，通過使用根據機械結構的動作來測量移動距離，誤差可能因為維護問題，碰撞，塵土和濕氣產生。
發明內容
為解決上述問題，本發明的一個目的是提供一種移動機器人和一種測量它的移動距離的方法，此方法能夠通過使用圖像傳感器測量移動機器人的方向和移動來精確計算移動距離。
為達到上述目的，使用圖像傳感器的移動機器人包括用于根據移動機器人的移動在確定間隔內攝制下表面并捕捉圖像的圖像捕捉單元；用于測量關于捕捉的圖像的位移的位移測量器；以及用于在測量的位移值的基礎上通過移動機器人的方向和移動來輸出實際移動距離的微處理器。
另外，一種通過使用圖像傳感器來測量移動機器人的移動距離的方法，其包括根據移動機器人的移動在確定的間隔攝制下表面和捕捉圖像；測量在捕捉的圖像之間的位移；以及通過在測量的位移值的基礎上計算移動機器人的方向和動作來輸出實際移動距離。
附圖是為了能進一步了解本發明而包含的，并且被納入本說明書中構成本說明書的一部分，這些附圖示出了本發明的實施例，并用于與本說明書一起對本發明的原理進行說明。
在附圖中圖1是一縱斷面圖，示出了現有的機器人真空清潔器；圖2是一示意圖，示出了根據現有技術使用信標的機器人真空清潔器的清潔區域制圖。
圖3是一方框圖，示出了根據本發明的使用圖像傳感器的移動機器人的原理結構；圖4是一示意圖，示出了根據本發明的圖像捕捉單元；并且圖5是一流程圖，示出了測量根據本發明的使用圖像傳感器的機器人真空清潔器的移動距離的方法。
具體實施例方式
圖3是一方框圖，示出了根據本發明使用圖像傳感器的移動機器人的原理結構。
圖4是一示意圖，示出了根據本發明的圖像捕捉單元。
如圖3和4所示，根據本發明的移動機器人包括用于根據移動機器人的動作在固定間隔攝制下表面并捕捉圖像的圖像捕捉單元10；用于存儲從圖像捕捉單元10輸出的圖像的存儲器20；用于比較從圖像捕捉單元10輸出的圖像和存儲在存儲器20中的先前的圖像的比較器30；用于在從比較器30輸出的比較信號的基礎上測量關于捕捉的圖像的位移的位移測量器40；以及用于在從位移測量器40輸出的位移值的基礎上計算移動機器人的移動方向和移動、并輸出移動距離的微處理器50。
在這里，圖像捕捉單元10安裝在如圖1所示的毛刷7和移動輪9之間，它包括用于發射光線的發光二極管140；用于引導發射光的光導管130；以及用于感應通過光透鏡120在下表面反射的光的變化強度、并捕捉關于下表面的圖像的圖像傳感器110。
下面將描述根據本發明的使用圖像傳感器的移動機器人的操作。
首先，當發光二極管140發射光線時，光線通過形成在移動機器人機身上的光導管130直接發射到下表面上。在這里，發射光沿著下表面在幾個方向上反射，并且反射的光通過光透鏡120聚焦。因此，圖像傳感器110檢測在下表面上反射的光的變化強度，并捕捉關于下表面的圖像。根據這些，該位移可通過比較捕捉的圖像與存儲在存儲器中的先前的圖像來測量出。
然后，微處理器50在測量的位移值上計算移動機器人的移動方向和移動并輸出實際移動距離。
圖5是一流程圖，示出了測量根據本發明的使用圖像傳感器的機器人真空清潔器的移動距離的方法。
如圖5所示，在根據本發明的使用圖像傳感器的機器人真空清潔器的移動距離的測量方法中，當用戶選擇用于操作移動機器人的操作指令時，圖像捕捉單元10如步驟SP1-SP3所示攝制關于現在的下表面的圖像，且將捕捉的圖像的存儲在存儲器20中。在這里，關于下表面的圖像攝制在確定的間隔內反復進行。
在經過一段確定時間后，如步驟SP4和SP5所示，比較器30比較當前的圖像和存儲在存儲器中的先前的圖像。
在比較結果中，當在當前圖像和先前的圖像之間有圖像差異時，位移測量器40測量在其中確定的參考點如步驟SP6所示在圖像上移動的位移。更為詳細的，當捕捉的圖像在比較結果中相同時，判斷移動機器人并沒有移動，當在捕捉圖像中存在變化時，判斷移動機器人產生移動。
然后，如步驟SP7所示，微處理器50在測量的位移值的基礎上計算移動機器人的方向和移動，并輸出實際移動距離。
根據本發明的移動距離測量方法發明將在下面更為詳細的描述。
關于下表面，圖像捕捉單元10以每秒1500幀捕捉64度亮度的圖像。因此，通過根據圖像的象素方向和移動的幅度比較/計算移動路徑，能夠測量出移動距離。更為詳細的，在每一幀圖像的比較中，當他們是相同時，則判斷移動機器人沒有移動，當圖像改變時，通過以確定時間劃分象素移動距離，可得到移動距離。例如，通過以1/500秒劃分象素移動距離，可以得到移動機器人的移動距離。
同時，因為每一象素根據下表面的材料接收在下表面上反射的光，并且通過黑白亮度來鑒別，所以不會錯過一個動作，例如，雖然在移動中有1-2度的亮度改變，因為分辨率為18*18象素，可容易地判斷移動，并因此移動機器人的實際移動距離能夠被無誤差的精確的識別。
如上所述，在本發明中，通過使用圖像傳感器而不考慮移動輪的旋轉數量來測量移動距離，可能在即使輪被剎住的情況下也能測量精確移動距離。
另外，不像傳統技術使用安裝在左/右移動輪的編碼器來測量移動距離，在本發明中，可能使用僅僅一個安裝在移動機器人中部的圖像傳感器來測量移動機器人的精確移動距離，并因此能夠簡化機械結構并便于維護和維修。
由于本發明可能在不脫離它的精神和基本特征的情況下具體表現為多種形式，應該理解上述實施例不限于任何上面描述的任何細節，除非另外說明，但是應該在它的定義在所附權利要求中的精神和范圍之內解釋，并且因此所有在該范圍之內的變更和修改，或者在此界限內其它的同等性質的也因此被包含在附加的權利要求之內。
權利要求
1.一種使用圖像傳感器的移動機器人，其包括圖形捕捉單元，用于根據移動機器人的移動以確定的間隔攝制下表面并捕捉圖像；位移測量器，用于測量關于捕捉的圖像的位移；以及微處理器，用于在測量的位移值的基礎上通過移動機器人的方向和移動來輸出實際移動距離。
2.如權利要求1所述的移動機器人，進一步包括存儲器，用于存儲從圖像捕捉單元輸出的圖像；以及比較器，用于比較從圖像捕捉單元輸出的當前圖像和存儲在存儲器中的先前圖像。
3.如權利要求2所述的移動機器人，其中所述位移測量器測量從比較器輸出的每一幀圖像的象素的移動路徑。
4.如權利要求1所述的移動機器人，其中所述圖像捕捉單元以每秒1500幀來捕捉具有18*18象素和64度亮度的下表面的圖像。
5.如權利要求1所述的移動機器人，其中所述圖像捕捉單元包括發光二極管，用于發射光線；光導管，用于引導發射光；以及圖像傳感器，用于根據移動機器人的移動通過光透鏡檢測在下表面反射的光線的強度變化來捕捉關于下表面的圖像。
6.一種通過使用圖像傳感器測量移動機器人的移動距離的方法，其包括下列步驟根據移動機器人的移動在確定的間隔攝制下表面并捕捉圖像；測量在捕捉的圖像之間的位移；以及通過在測量的位移值的基礎上計算移動機器人的方向和動作來輸出實際移動距離。
7.如權利要求6所述的方法，進一步包括存儲所述捕捉的圖像。
8.如權利要求6所述的方法，其中所述圖像在圖像捕捉步驟中被分為一定的象素，每一象素根據下表面的材料接收在下表面反射的光線，并按照黑白亮度來鑒別。
9.如權利要求8所述的方法，其中以每秒1500幀來捕捉所述圖像，使得其具有18*18象素和64度亮度。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述實際移動距離由通過確定的時間劃分的象素移動距離來計算，更為優選的，確定時間是1/500秒。
11.如權利要求8所述的方法，其中移動距離在位移測量步驟中根據在圖像中象素的方向和移動的幅度來測量。
12.如權利要求6所述的方法，其中，在位移測量步驟中，當每一捕捉的圖像在比較中是相同時，則判斷移動機器人沒有移動，在每一捕捉的圖像在比較中是不相同時，則判斷移動機器人發生移動。
全文摘要
一種移動機器人及其測量它的移動距離的方法，在該移動機器人中，其包括根據移動機器人的移動在確定的間隔攝制下表面并捕捉圖像的圖像傳感單元；用于測量關于捕捉的圖像的位移的位移測量器；以及用于在測量的位移值的基礎上通過移動機器人的方向和動作來輸出實際位移值的微處理器，使得能夠使用僅僅一個安裝在移動機器人機身中心的圖像傳感器來測量移動機器人的精確的移動距離，并因此能夠簡化機械結構和方便維護和維修。
文檔編號A47L9/28GK1536525SQ200310114940
公開日2004年10月13日 申請日期2003年11月13日 優先權日2003年4月3日
發明者金世玩, 洪讚熙 申請人:Lg電子株式會社