TWI415590B

TWI415590B - 驅動自走式家電之方法

Info

Publication number: TWI415590B
Application number: TW095136241A
Authority: TW
Inventors: Lang Torsten; Guenter Poppen; Joerg Sommer; Fieseler Martin; Neumann Christian; Matters Patrick; Schlischka Patrick
Original assignee: Vorwerk Co Interholding
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2013-11-21
Also published as: RU2008117120A; EP1929389A2; EP1929389B1; CN101278247B; WO2007036487A2; CN101278247A; DE102005046813A1; TW200722023A; WO2007036487A3; JP5137837B2; JP2009510576A; ES2671870T3

Description

驅動自走式家電之方法

本發明係有關一種驅動一自走式家電之方法，例如驅動地板集塵器，使其可行駛於一或多個空間之方法。

DE 10242257 A1曾提出一種地板集塵器及其驅動方法。該專利案所有揭示特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。其提出一種利用一基地台建立之電磁場而定位地板集塵器之方法。

本發明之目的在於進一步改良上述方法，以可驅動自走式地板集塵器，使其可靠地行駛於一或數個空間中。

本目的可由申請專利範圍之標的達成，其除了基地台外並設站台，該站台發出可辨識所在空間之信號，且家電可處理該信號而對該空間定位。故本發明方法可確保自走式家電之空間定位。家電可駛入之每個空間皆設一類似地標之站台，一必要時增設以例如進行充電之基地台在本發明中亦構成一站台，故此基地台可發出信號而可辨識其所在之空間。家電可分析站台發出之信號而根據該信號對空間定位。此處較佳為使站台彼此及/或與基地台有一距離而分佈在一或多個空間中。故除了基地台外，可在一空間中設其他站台，而將該空間分成數個部分，如此對空間面積大或有角度時特別有利。設多個彼此有一距離之站台可使上述具不同清潔工具之家電以信號而定位。亦可將站台設在空間特別的地方，例如角落、凸起、通道或樓梯。在本發明方法一較佳實施例中，站台及/或基地台發出無線電信號，其可被自走式家電接收，該自走式家電例如是吸塵或掃地機器人。發出之無線電信號指出站台或基地台所在之空間。此外，由此種信號亦可測出站台或基地台在空間中的位置，例如分析無線電信號，例如433MHz，之振幅及/或到達時間差。各站台可被基地台啟動，例如利用無線電，而發出信號。自走式家電亦可發出一搜尋信號，例如無線電信號，相應站台則回應其一信號。亦可使站台被現有的電源線啟動，例如藉控制信號之調制。站台及/或基地台通常連接至一般的供電網路。佈設在空間中之電源線可藉控制信號之調制而成為站台之間或站台與基地台之間的信號線。

本發明尚有關一種申請專利範圍第1項前言部分所述之方法，為改良該方法，本發明使家電在回到基地台或由一第一空間駛入一第二空間時，可利用本身所設感測器之感測信號而沿著牆壁行駛。故家電可自動移動，而未被基地台或站台所發出信號引導。此種觸控方法可在基地台及/或站台所發出信號被遮蔽時使用。家電上的感測器可是撞擊感測器及/或光學感測器。感測器可感測到空間的牆壁而轉向。如到達基地台或啟動站台之直接路徑無阻礙而仍欲使家電沿著牆壁行駛時，有利的是使家電沿著牆壁的行駛與對基地台或站台之定位聯結。故家電在基地台或站台信號被遮蔽時沿著牆壁行駛，直至再度接收到信號時再改回被引導信號引導，而由直接路徑駛向基地台或站台。

本發明尚有關一種申請專利範圍第1項前言部分所述之方法。為改良該方法，本發明使家電沿著一引導線行駛，其設在一地毯或地板之內部或下部。該引導線可為直線或帶狀。引導線亦可由多個彼此有一距離而構成一路徑之引導點構成。在一有利設計中，引導線由金屬構成，通到基地台或站台。由於引導線設在地毯或地板之內部或下部，故可被藏匿而無法看見。自走式家電偵測該引導線而沿著引導線到達基地台或站台。引導線之搜尋受家電所選擇之功能左右。亦可使引導線蛇行分佈，以完全清潔整個空間。家電亦可利用分佈在地毯中具磁性及/或靜電特性的顆粒而行駛。該顆粒構成一搜尋基地台及/或站台之引導線。該顆粒亦可後來才放入地毯中，使得家電可利用原先即有的地毯。藉顆粒的擺設可使地毯特定的部分構成眼睛無法看見之軌跡，而可被家電上的感測裝置感知。本發明並使地毯中的顆粒可經由清潔程序所使用的清潔劑而分佈於地毯中。故可使顆粒含在清潔粉或清潔泡沫中而分佈到地毯。以此種清潔粉或清潔泡沫清潔後需吸地毯。分佈顆粒之數目使得吸完地毯後仍有足夠的顆粒留在地毯中以引導自走式家電，故留下指向基地台或站台的軌跡。

本發明尚有關一種申請專利範圍第1項前言部分所述之方法。為使家電駛入例如一住宅之一特定部分或空間，習知為首先使自走式家電進入一教導(TeachIn)模式，例如以遙控器使其沿一定義路徑行駛，其行駛動作，如滾輪的旋轉及感測器的感應，被記錄下來。完成教導模式後，自走式家電可依循上述路徑自動行駛。此種教導方法對使用者極為麻煩。此外，該方法亦無變化性，因只能行駛教導的路徑。另一種方法為設定程式或同樣以教導方法在家電的處理器中存入一周遭環境的配置圖。藉由監控滾輪的旋轉及感測信號，可得知機器人的實際位置，並將其與記憶體中儲存的配置圖比較。此種使用配置圖之方法通常只限於行駛定義的軌道。為改善此種方法，本發明使家電可被指定清潔多個空間或空間區域中之某個空間或空間區域，清潔時家電可駛過基地台與欲清潔空間之間的部分而不需依據一定的清潔順序。藉由該方法自走式家電可清潔一住宅之特定空間或空間區域。由原來所在處到達目標處的路徑可不被清潔。但亦可使家電同時清潔該路徑。此外，本發明方法不僅可驅動家電，使其由一基地台行駛至一欲清潔空間或空間區域，亦可在清潔一空間或空間區域後，使家電行駛至另一空間或空間區域。本發明並利用所屬站台的啟動來指定空間，其中基本空間或基本空間區域之站台亦可同時構成基地台。藉所屬站台之啟動而給予自走式家電一駛向該空間或空間區域之信號。故可使多個站台分佈在一或多個空間中。欲清潔某一空間或空間區域時，啟動其所屬站台。該啟動可藉按壓按鍵或遙控器而進行。按鍵可在自走式家電或基地台上。遙控器同樣可遙控基地台或自走式家電。基地台可發出一對應各空間或空間區域之信號，而啟動目標空間中作為地標之站台，亦可由自1式家電之一啟動信號直接啟動站台。亦可啟動多個站台，以指出到達目標空間或空間區域之路徑，故自走式家電沿著該路徑駛向目標空間。家電亦可被一引導射束或無線電信號引導，該引導射束或無線電信號例如由基地台發出。故將基地台設置在一長形走道的頂端而發出一沿著走道之引導射束，家電可藉該引導射束而定位。該長形走道兩側可設有空間。目標空間可發出另一引導射束或與基地台無線電信號相交之引導信號，家電接收到該目標空間之信號後，偏離基地台之引導射束而駛入目標空間。此處有利的是，以一附加信號指示欲清潔之空間或空間區域。此種附加信號可在家電駛入欲清潔空間或空間區域發出，故例如可設在門框上。家電接收到該附加信號後進入欲清潔空間，而可開始清潔工作，且在一設定時間內皆不離開該空間。附加信號可例如由一詢答機發出，該詢答機除了發出辨識空間之附加信號外，尚可儲存時間戳記資料，以使自走式家電在時間終了前，不得離開該空間。該時間戳記亦可用來阻止家電進入已經清潔的空間。附加信號亦可由具特定磁場之磁性件發出。附加信號並可由讀取一條碼而獲得，其例如設在門框上。附加信號尚可由在欲清潔空間或空間區域中的站台發出，例如為一光學、音聲或無線電信號。亦可使用對引導家電之引導射束或無線電信號之調制。此處有利的是，可分析接收之信號及信號振幅。自走式家電在中斷工作後，例如至基地台所在之另一空間進行充電，可回到未清潔完的空間中，繼續完成清潔工作。

本發明尚有關一種驅動一自走式家電，例如一地板集塵器，之基地台及/或站台之方法。上述德國文獻提出一種以基地台發出之電磁場引導家電之方法。為進一步改良該方法，本發明使基地台及/或站台發出無線電信號，該無線電信號，例如433MHz，之振幅及/或到達時間差被分析。此處有利的是，家電具一定向接收器，其可接收基地台及/或站台發出之無線電信號。該接收器亦可具一環繞的不定向接收器。

本發明之標的尚為一種如申請專利範圍第1項前言部分所述之方法。為進一步改良該方法，本發明使站台及/或基地台發出一紅外線信號，故得到一種光學方法。此處較佳為分析紅外線信號之振幅。家電上可設一或多個定向接收器或環繞的不定向接收器。定向接收時，家電以旋轉尋找紅外線信號。亦可使站台及/或基地台發出由發散方向之兩引導射束構成的紅外線信號，其構成一漏斗形，故覆蓋面積大，而提高家電接收引導射束之可能性。此種漏斗形之兩紅外線引導射束可引導家電駛入基地台。亦可使用一鏡子擴展射束。引導射束由一定位於行駛平面之平面發出，故較佳為自走式家電高度之水平面。

最後，本發明尚有關一種如申請專利範圍第25項前言部分所述之方法。為進一步改良該方法，本發明使站台及/或基地台具一超音波產生器，其音聲信號可被家電中的超音波轉換器分析。此處較佳為在家電上設兩個彼此分離之超音波麥克風，其接收之信號被進行相位移動分析。超音波麥克風之輸出值被放大，並傳送至一相位偵測器。家電可由得到的值計算其縱軸與基地台之角度與方向，故家電本身不需旋轉。

上述多種可驅動一自走式家電並可驅動一基地台及/或另一站台之方法可彼此組合。定位信號被遮蔽時，家電可尋找定位信號，或在定位信號可收到或不可收到時，避開一障礙物。故即使暫時失去信號，家電亦可繞過一障礙物。此外，亦可組合遠距離之方法，例如引導家電進入某一空間，與近距離之方法，例如找到一空間後駛向該站台。

以下將依據附圖所示實施例，詳細說明本發明。

圖1顯示一自走式家電，其為一清潔機器人。該清潔機器人具一底盤，其朝向欲清潔地板之下側設有電動馬達驅動之滾輪及一伸出底盤下側同樣為電動馬達驅動之刷具。底盤被一罩體2覆蓋。本家電1為圓形。關於家電1的構造可參考揭示在DE10242257A1之內容。

圖2至6顯示在一空間或多個空間驅動自走式家電1之不同方法。

圖2至4顯示一住宅之格局，其具一L形走道D及三個空間A,B,C。此處之三個實施例中空間A皆設有一基地台3，其可進行家電1電池之充電及清空集塵容器。

在圖2所示家電1驅動方法之第一實施例中，除了設有基地台3之空間A外，其他空間B及C亦設有站台4，其可發出信號，例如無線電信號，該信號指出站台4所在空間。家電1受該信號控制而對該空間定位。圖2中空間B的站台4被啟動，該啟動可以不同方式進行。例如操作者可利用一遙控器直接操控站台4、間接經由基地台3或間接經由家電1而啟動站台4。後兩者經遙控器而以基地台3或家電1之一信號啟動站台4。亦可以按壓基地台3、家電1之按鍵或直接按壓站台4之按鍵而進行上述啟動。

啟動站台4使得家電1可定位於空間B中。站台4發出無線電信號時，家電1可接收而分析該無線電信號，例如433MHz，其振幅及/或到達時間差。本發明之基地台3亦具站台4之作用，即基地台3亦可將家電1定位於空間A。

啟動各空間之站台4亦可使家電駛入該空間。家電被指定清潔眾多欲清潔空間(A,B或C)中某一空間(此處為空間B)。家電可穿過基地台3與欲清潔空間B之間的範圍，例如空間A及走道。藉基地台3一引導射束或無線電信號啟動站台4時，家電1駛入走道D，然後藉不同的控制方式，例如站台4之一命令信號，而使家電1沿該走道進入欲清潔空間。

故家電先被站台4引導進入空間B中，然後才開始進行空間B之清潔。

尋找欲清潔之空間或定義該空間之站台4亦可利用多個同樣線性連接之站台4’而設定路徑，該站台4’較佳為只發出一引導信號，使得家電1依序被站台4’引導而移動，直到獲取站台4之信號。此種方式顯示於圖3。由該圖中可看出，發出引導信號以將家電1引導至空間B之站台4’被啟動。引導家電至空間C之站台4”則未被啟動。走道D中的站台4’及4”構成找到啟動空間B或C之轉換元件。

欲清潔之目標空間亦可由一詢答機5發出之附加信號定義，其顯示於圖4。每一空間A,B,C各設有一詢答機5，其設在空間的入口處，例如門框上。詢答機之附加信號可由具特定磁場之磁性件發出。亦可使詢答機5儲存時間戳記資料，例如家電進入及離開該空間之時間。

亦可使辨識目標空間之附加信號由讀取一條碼而被獲得，該條碼例如設在門框或地板上。

啟動詢答機5所在空間之尋找可以不同方式進行，例如藉助一由基地台或其他站台所發出之引導信號，或例如觸控。詢答機5之啟動與圖2所示各空間之站台的啟動相同。

家電1進入啟動詢答機5所定義的空間後，在一預設時間內皆不離開該空間，以確保可完全清潔該房間之地板。該時間可由家電1本身或防止家電離開空間之詢答機監控。故詢答機5設有一配合所屬空間大小之時間窗，該時間窗在家電1進入時啟動，並在時間窗內阻止家電離開該空間。

詢答機亦可偵測一空間之清潔程序中斷，例如需使基地台3對電池充電。因此詢答機5在偵測到家電1之信號(電池電力弱)時容許家電離開該空間，而在充電後要求其回到該空間，以完成清潔程序。於清潔程序中斷後，對家電的再度召喚亦可利用各空間之站台4為之。

家電1，如圖5所示，藉設在家電1本身之感測器所發出感測信號而駛回基地台3或由一第一空間A駛入一第二空間B時，可沿著牆壁行駛。該感測器為撞擊感測器及/或光學感測器。家電1此種可設定程式之功能使得其可沿著牆壁行駛。此種觸控方法較佳為組合上述實施例之方法，以使與牆壁的觸控與對基地台3或一站台4的方向定位連接。該方向定位可藉助一基地台3或站台4發出之光學、音聲、磁性或無線電信號。家電可找尋此種定位信號，只要該信號不被遮蔽。故家電1在接收不到該種信號時，可使用觸控方式找到基地台3或一站台4。

如圖6所示，家電1亦可被一基地台3或站台4所發出之引導射束或無線電信號引導而行駛。圖6顯示一空間配置，其包括一長形走道D及兩側的空間A,C,F及B,E,G。長形走道D頂端設有一基地台3，其在啟動時，發出一引導射束或無線電信號，其直線穿過走道D。家電1首先沿其行駛。欲清潔空間之辨識例如藉助該空間中站台4之啟動，其發出之信號被沿著基地台引導射束行駛之家電1接收，而使其改變行駛方向。亦可如圖所示，在門入口處(門框)設詢答機5以辨識空間，其啟動可被家電1識出，例如發出無線電信號。亦可在家電1沿引導射束行駛時，在滾輪處進行一行程測量，並儲存至各空間所需的行程。

上述驅動家電行駛之方法可彼此組合。家電1獲得一指令而駛入某一空間，該指令可直接以按壓按鍵或遙控方式下達。基地台3同時獲得信號，而發出一指定空間之信號。基地台3亦可啟動目標空間中之一站台4，該站台4亦可直接被一搖控器之啟動信號或家電1之無線電信號啟動。目標空間中之站台4或至目標空間路徑上之站台4’、4”的啟動亦可利用電源線。

家電1自行行駛至目標空間，其中家電1之不同行駛方法及定位可互相組合。故家電1可自由或沿牆壁或家具前進。家電亦可被基地台3或一啟動之站台4發出的引導射束定位。家電1啟動目標處之站台，該站台回覆一信號。由到達時間差可計算出家電1與目標空間之間的距離。連續或脈動式測量可得知家電1朝向目標空間移動或遠離之。亦可藉助位置偵測，例如基地台3，而以自動無線電遙控將家電1引導至目標空間。此外，家電亦可被一連串由基地台3或遙控器或家電1啟動之引導信號或站台而引導至目標空間。目標空間可被另一附加信號辨識，例如設置具空間相關資料之詢答機、具特定磁場之磁性件、霍耳感測器或在門框或地板上設條碼。目標空間亦可由目標空間中之站台4發出之附加信號辨識，該附加信號可是一引導射束、一引導音聲、一磁場或一無線電信號。該處則進行信號振幅之分析。

亦可使用調制信號。

如未接收到信號時，本發明方法可聯結一搜尋功能。雖然收到信號，但無法通過到達目標之路徑時，亦可聯結一障礙物功能。故使家電1在暫時失去引導信號時遇到障礙物可轉向。

基地台3及/或站台4可發出無線電信號，家電1接收並分析該無線電信號，例如433MHz，其振幅及/或到達時間差，故使家電1具一定向或環繞之不定向接收器。

亦可如圖7所示，使基地台3或一站台4具一超音波產生器6，家電1上可設接收超音波信號之兩超音波麥克風7、8，其對稱於機器人之縱軸。基地台3或站台4產生之超音波被兩麥克風接收。麥克風7、8之信號被放大及送至一相位偵測器9，該相位偵測器輸出一與兩超音波信號間之相位移動成比例之電壓，該電壓被輸送至一微控制器10而進行分析。

家電1縱軸朝向發出超音波之基地台3或站台4時，電壓為0。由電壓之正負及大小可得知家電縱軸與基地台之間的角度及方向，故可得到一高精確度之測向裝置，而找到最短的路徑。

基地台3及一啟動之站台4亦可發出一紅外線信號，如圖8所示，尤其是兩發散方向之引導射束11，該引導射束11由一定位於行駛平面之平面發出。兩紅外線引導射束構成一漏斗形，以能涵蓋一較大面積，如此使得家電1收到引導射束之可能性提高。該漏斗形的設計並可使家電駛入基地台，以例如進行充電。

驅動基地台3或一站台4之不同方法可互相組合，並可與驅動家電1行駛於一或多個空間之方法互相組合。

所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。

1．．．自走式家電

2．．．罩體

3．．．基地台

4,4’,4“．．．站台

5．．．詢答機

6．．．超音波產生器

7．．．麥克風

8．．．麥克風

9．．．相位偵測器

10．．．微控制器

11．．．引導射束

A．．．空間

B．．．空間

C．．．空間

D．．．走道

E．．．空間

F．．．空間

G．．．空間

圖1係本發明自走式家電之立體圖，其為一地板集塵器。

圖2係本發明驅動家電方法之第一實施例，包括一具多個空間之住宅，其設有一基地台且各空間各有一站台。

圖3係本發明驅動家電方法第二實施例如圖2之圖。

圖4係本發明驅動家電方法第三實施例如圖2之圖。

圖5係本發明驅動家電方法第四實施，包括兩相鄰空間。

圖6係本發明驅動家電方法之再一實施例，包括一具多個空間之住宅。

圖7係本發明驅動基地台或站台方法之第一實施例，包括一基地台或一站台及一自走式家電。

圖8係如圖7之本發明驅動基地台或站台方法之第二實施例。