相关申请
本申请要求于2008年4月24日递交的、名称为“用于机器人使能的 移动产品的定位、位置控制和导航系统的应用”的临时申请No.61/125,684 的优先权。
背景技术
在其核心，机器人地板清洁器集成有至少两个主要功能系统：(1)清洁 机构，其清洁其放置或移过的区域的地板，和(2)移动机器人平台，其自动 将清洁机构在地板上移动至不同位置。这两个功能系统必须充分地工作， 使得机器人能够有效地清洁。
随着这两个功能系统对整个机器人的设计设置了要求和限制，但开发 可以自动在几乎多种多样的高度自由的环境(如，人们的家)中到处移动的 移动机器人平台的挑战倾向于成为主要因素，并且至今已经对家庭清洁机 器人的设计产生了明显的影响。
根据目前可用的机器人地板清洁器，限制如此之大，以至于至今制造 的大多数部件遵循相同的通用形状因素。移动机器人平台包含在具有圆形 基座的壳体内，其形状类似于冰球但冰球大很多。两个独立受控的驱动轮 设置在机器人的相对侧上的圆圈内。驱动轮沿着圆圈的中心轴线，该中心 轴线平分机器人的前、后各一半。
此外，移动机器人平台具有一个或多个脚轮，用于支撑在机器人的前 和/或端，以提供侧向稳定性，并用作机器人悬架的一部分。一些设计仅在 前方采用一个小脚轮，但分散前方较重的重量，以避免机器人向后倾翻。
圆形形状使得机器人更容易在障碍物附近和沿着墙壁移动。在驱动轮 完全嵌在该圆圈内且沿着中心轴线放置时，机器人可以有效地转动到位， 以改变其方向，而不使机器人的侧面撞击到任何外部障碍物。
清洁机器人设计还允许接触传感器(如，位于缓冲器上)和接近式传感 器(IR传感器)沿着机器人的外侧放置，以检测障碍物，并沿着墙壁和家具 前进。在一些设计中，缓冲器可以作为在机器人转动时感触墙壁和障碍物 的装置延伸到圆形基座的边界之外。目前的清洁机器人设计还包括位于机 器人下方的坠下传感器，用于在机器人开过危险之前检测地板上的掉落 物。
与这种设计框架一致的例子包括诸如Eletrolux的TrilobiteiRobot的RoombaYujin的iClebo、Samsung的Hauzen机器人之类 的机器人真空吸尘器，以及诸如iRobot的Scooba机器人之类的地板擦 洗机器人。目前移动机器人平台可用的方案的不利方面在于，目前的结构 限制了清洁机构的尺寸、到达范围和效率。
在典型的机器人地板清洁器方法中，主清洁机构(如真空刷或搅拌刷) 设计为整个装配在移动机器人平台的点地面积内。假设大多数机器人地板 清洁器的主平台行星是圆形的，则清洁设备需要比机器人本身窄，与整个 机器人的尺寸相比，覆盖较小的区域，且不能直接一直到达墙壁和进入墙 角。对诸如真空吸尘器、刷和其它装置之类的清洁机构不是最适宜的，其 形状倾向于为矩形，且不能与圆圈的几何形状很好地匹配。
为了补偿这种限制，机器人清洁器的设计者已经添加了小的侧旋转刷 形式的“边缘清洁”部件，其从机器人的侧部伸出。小的侧旋转刷试图将 碎片吸入清洁设备的路径中，虽然这具有有限的效率，且通常由于磨损而 需要更换。
用于支撑圆形机器人平台的轮子和小脚轮的典型布置对清洁机构有 其它限制。作为一种限制，清洁机构不能延伸至轮子或小脚轮所在的区域， 这进一步限制了其尺寸和结构。此外，机器人通常要求更复杂的悬挂系统， 以保持清洁机构与地板接触，进行有效的清洁，同时维持地板与轮子和小 脚轮之间的主要接触，以使机器人有效地驱动越过地板表面并越过小的障 碍物。
已经对典型的机器人地板清洁器结构提出了大量的变形，试图降低对 清洁设备的限制，并增加其效率，但这些方案仍然将机器人平台的灵活性 和功能的优先级设为高于清洁机构本身的功能。
具有非圆形形状的产品，如Shaper Image的椭圆形eVacTM机器人真 空吸尘器，已经引入投放市场。在这种椭圆形机器人真空吸尘器中，前缘 是扁平的，以允许真空吸尘器平行打开机器人前面的墙壁，但清洁机构仍 然嵌在清洁机器人的壳体内，且不延伸至侧面。
已经公开了其它机器人清洁器设计，其将移动机器人平台与部分或完 全延伸越过移动机器人平台的点地面积的清洁设备结合在一起。这些例子 包括具有延伸至清洁机器人壳体外面的柔性尾部的机器人，宝洁(“P&G”)， 具有尾部清洁模块的机器人(SC Johnson和Minolta)，以及相对于移动机器 人平台可移动的清洁模块(Minolta)。
转让给P&G的美国专利6,779,217公开了一种移动机器人平台，其利 用标准圆形结构，但还包括三角形尾部形式的柔性“附件”，其中三角形 尾部固定有清洁布。这种设计的优点在于，它可以由延伸的尾部到达墙角， 以及沿着家具和墙壁的便于进行清洁。然而，其清洁能力的延伸到达仅在 清洁机器人转动到合适的位置、以沿着转动半径“掠过”时才工作。虽然 “附件”方法提供了有利的收集额外的污物和灰尘的辅助功能，但这种方 法不能克服放置在移动机器人平台的点地面积内的主清洁机构的限制。例 如，如果清洁机器人沿着墙壁行进，则它将不能清洁主清洁机构和墙壁之 间的大部分间隙，且将仅在清洁机器人进行转动的有限区域内这样做。
SC Johnson(美国申请序列号No.10/218,843)公开了一种结构，其将 圆形移动机器人平台与可以固定清洁布和其它材料的尾部外清洁垫结合 在一起。这种清洁机器人设计允许外清洁垫与清洁机器人一样宽，且提供 了可以延伸越过所述清洁垫的宽度沿着墙壁到达并进入墙角的擦布的边 缘。用于该机器人清洁器的驱动系统和传感器将作为移动机器人平台的一 部分位于前圆形部分中。这种设计的限制是组合形状因素的较大的尺寸和 较长的形状，这限制了机器人将如何更好地能够在紧密的空间内移动。这 种机器人清洁器结构将具有用于沿着墙壁转动的标准圆形设计的优点，并 且在某种程度上，保持能够碰撞并转过前方障碍物的好处。然而，该清洁 机器人的延伸的长度将对在紧密空间中的转动提出了挑战，并对进出混乱 环境(如聚集在一起的椅子和桌子腿之间)提出了挑战。尾部垫的额外长度 将阻止清洁机器人移动进入具有圆形截面的机器人可以进入的空间。
在美国专利No.5,894,621中，Minolta公开了类似的机器人清洁器结 构，清洁垫拖在移动机器人平台的尾部，其中该清洁垫将大于机器人本体， 以允许更好地接近墙壁和进行侧面清洁。然而，对于给定的总长度和从轮 子至清洁垫的距离，这种结构仍将具有相同的在紧密空间移动的限制。
在美国专利No.5,720,077中，Minolta公开了另一种清洁机器人设计， 其中清洁机构在移动机器人平台的外面。清洁机器人通过下述方式扩大其 延及范围：(1)使清洁机构的位置可调整至移动清洁机器人，以及(2)相对于 清洁机构，使移动机器人平台驱动轮改变主方向轴线，以沿不同的方位驱 动它。这种机器人清洁器设计在清洁不同的空间方面提供了更大的灵活性 自由度，但面临这价格明显更贵，且更复杂。具体地，这种机器人清洁器 设计包括更多的移动部件和更多的传感器，以判断位置条件，并控制清洁 机构的位置，因此将很可能导致机器人的实体更大。虽然这可能适合用于 大办公和商用空间的商用机器人清洁器，但这种公开的清洁机器人设计将 不能适合需要在紧密空间，如在靠近一个或多个墙壁定位的餐桌(其还包括 大量的椅子)附近以及在矮的夹具下面很深的位置处进行清洁的家用机器 人清洁器的要求。
家用机器人的清洁模式和移动策略也是需要改进的地方。市场上现有 的大多数家用清洁机器人利用随机或半随机移动模式控制机器人的驱动 行为。这主要是因为，在过去，不存在有效且成本低的移动方案可以跟踪 机器人的位置，并引导它灵巧地覆盖期望的区域，用于清洁地板。
相反，清洁机器人通常依赖于相对简单的一组行为和算法，其结合驱 动、障碍物检测和避开、墙壁跟踪和随机变化，试图在地板空间附近“反 弹”机器人。基本原理是，在足够的时间内，通过任意探索房间的过程， 机器人将到达可清洁区域中的所有位置。
这种方法具有几个主要限制。首先，机器人必须清洁非常长的时间周 期，以实现房间或家中的其它指定区域的完全覆盖。如在US专利6,076, 025中所注意到的那样，覆盖的新区域的比率越明显下降，机器人操作时 间越长。因为机器人预先几乎不知道它已经清洁的地方，它继续清洁之前 已经清洁的区域，而不是集中在它还未到达的区域。当覆盖更多房间区域 或家中区域时，随机方法对机器人产生消极影响，因为机器人花费相当多 的时间清洁它已经清洁的区域。对于通常较大的房间或家中区域，在机器 人能够到达目标区域中的所有位置之前，机器人已经用完了电池能量。
在转让给Honda的美国专利6,076,025(‘025专利)中，Honda公开了 一种增强的方法，其通过在随机移动通过房间的过程期间，使机器人以向 外螺旋图案周期性地进行清洁。这种方法具有填充不同位置的更多区域和 改善相对于纯任意方法的效率曲线的优点，但在随着覆盖更多的房间区域 而使机器人变得效率差方面存在相同的核心动力。
作为另一种限制，描述为随机或半随机的清洁策略通常在典型的房间 或家中区域范围内不产生随机的清洁覆盖分布。在其中仅有墙壁且不存在 内部障碍物的完全空的房间中，在一定的时间内，将有相同的机会清洁地 板的每个区域。因此对于任一种假定的运行，房间的一部分将与房间的被 清洁的另一部分一样。当进行或重复更多的运行时，房间的特定部分将被 清洁的几率增加。
然而，房间和家中区域不是空的，相反具有各种机器人必须在其附近 移动的内部障碍物。此外，这些障碍物不是随机分散的。更确切地说，大 的障碍物，即家具，聚集在一起并形成不平坦的进入屏障，机器人从中移 动通过。一种普通的例子包括餐桌和椅子，其形成集中在房间的某个区域 中的家具腿的“森林”。另一种普通的例子是起居室家具组，如聚集成诸如 U形或L形结构的图案的长沙发、矮茶几、无扶手单人椅和靠墙小桌。
在理论上，通过以几乎所有的角度沿着障碍物的周边撞击位于所有位 置的障碍物，随机方法使机器人发现房间中的障碍物之间的开口的机会无 限大。然而，这种方法在进行足够的排列组合时花费时间，且对于这些排 列组合中的大部分，机器人可以频繁受阻和/或从由这些障碍物占据的区域 被偏转开。最终结果是，采用随机方法的机器人被“摆布”离开密集或阻 塞区域，并且倾向于保持在更敞开的空间中。这通常使机器人明显对房间 的一些区域或家中的区域过度清洁，同时不清洁其它区域。换句话说，随 机和/或半随机引导的机器人有系统地再三避开并且不清洁一些区域。这导 致这些区域的清洁很差，能量利用效率差，以及过度磨损机器人，并且对 覆盖过度清洁区域的地板造成潜在的磨损。
随机或半随机方法的这些限制，到达地板的所有区域的通常低的效 率，以及重复错过地板区域的某些部分的规划图案，都对机器人的主清洁 功能产生相反的结果。这对采用用于清洁的具有有限使用周期的消耗性材 料的机器人清洁器尤其如此。作为一个例子，对于如在本发明中描述的采 用湿清洁垫的机器人清洁器，流体在地板上的分散将集中在房间中的某些 区域上，可能集中到结合点处并在地板上留下污点。同时，清洁垫在其清 洁时擦，这意味着随后才到达的区域将不是湿的或根本未被清洁。
为了解决这些限制，各公司已经提出并在一些例子开发了采用系统或 准系统清洁策略的机器人。这些机器人通常遵循某个预定的清洁行为或图 案，如以平行排行越过地板，以提供更均匀且受控的清洁地板区域的方法。 例如，Samsung专利No.7,480,958公开了这些类型的机器人。
对于房间的敞开区域，平行排行图案可以比随机方法更快、时间更少 地覆盖大量区域。这些图案还可以具有采用驱动图案探测位于行路径上的 障碍物当中的敞开区域的好处。在以平行排行图案清洁的机器人的情况 中，这些行的末端提供了以快的和系统的方式探测障碍物之间的敞开空间 的机会。例如，如果行方向大致垂直于由家具群形成的边界，则机器人具 有在每个返回通过中试图进入所述群中的开口的机会。通过控制行之间的 间距，并在试图在障碍物附近移动时采用试探法，机器人可以更井然有序 地发现障碍物之间的随机方法最初将错过的空间。
系统清洁图案的挑战是，该图案的结构可能太固定而不足以适合成功 地覆盖复杂环境中的所有区域。虽然随着时间的随机清洁策略将允许机器 人几乎总是刚好意外发现其路径，但不是有效的或具有相同的成功机会， 系统策略单独不能保证全覆盖。问题是该图案通常具有一个优选的方向， 且遵循在其具有多个方向选择时所进行的规则。因此在平行排行的例子 中，机器人可以结束厨房走廊侧的清洁，但错过其它侧。
为了使结构化的图案在松散的环境中工作，必须向系统添加更多的能 力，以跟踪机器人的位置，保持它已经清洁的区域的地图，并确认还未到 达的区域。至今，已经开发的适合家庭清洁机器人的系统很少。作为一个 例子，SamsungHauzen真空清洁机器人采用摄像机形成它清洁的区域 的地图，以提供这些功能中的一些，但这种产品要求复杂的图像识别软件 和更昂贵的传感器以及嵌入机器人中的内部计算硬件。至今，这种产品比 甚至机器人地板清洁器的主导型的高级版还明显地贵很多，在市场上占用 的份额很少。Evolution Robotics具有可替换的vSLAM定位系统，其采 用摄像机和直观模式识别构造环境地图，识别机器人所处的位置，并引导 机器人，但这种系统通常过于要求比现有清洁机器人更多的处理和存储 器。Evolution的公开vSLAM定位系统的专利包括美国专利No.7,272, 467；7,177,737；7,162,338；7,145,478；7,135,992和7,015,831。 对于卖给消费者的大多数机器人，随机或半随机清洁留待作为标准。
附图说明
图1图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的顶部透视图；
图2图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的侧视图；
图3图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的自顶向下视图；
图4图示了根据本发明实施方式的去除了壳体的机器人清洁器；
图5图示了根据本发明实施方式的与机器人驱动本体分开的清洁组 件；
图6图示了根据本发明实施方式的驱动组件；
图7为根据本发明实施方式的机器人清洁器的底视图；
图8图示了根据本发明实施方式的具有相对于机器人驱动本体可活动 的清洁垫的机器人清洁器；
图9图示了根据本发明实施方式的去除了壳体的机器人清洁器；
图10图示了根据本发明实施方式的传感系统；
图11图示了根据本发明实施方式的清洁机器人和停泊站；
图12图示了根据本发明实施方式的清洁机器人的清洁组件，清洁组 件的顶面去掉了；
图13图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的框图；
图14图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式；
图15图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的四分之三视图；
图16图示了用于机器人主体的不同清洁模块的例子；
图17图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的侧面外视图；
图18图示了根据本发明实施方式的去除了盖子的机器人清洁器的侧 面断面图；
图19图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的顶视图；
图20图示了根据本发明实施方式的去除了盖子(或壳体)的机器人清 洁器的顶视图；
图21图示了根据本发明实施方式的去除了盖子的机器人清洁器的后 视图；
图22图示了根据本发明实施方式的具有可选传感器的机器人清洁器；
图23图示了根据现有技术的具有作为清洁机构的旋转刷子的手动地 板清洁装置；
图24图示了根据现有技术的处于其包装中的Swiffer清扫器和Swiffer 清扫器的清洁垫组件；
图25图示了根据现有技术的SwifferSweeperVac其为具有干燥 垫清洁器的组合真空吸尘器；
图26图示了根据现有技术的Clorox Ready to Go Mop；
图27图示了根据现有技术的SwifferWet Jet
图28为根据现有技术的SwifferScrubmagnet装置；
图29图示了根据本发明实施方式的单次通过平行排行清洗图案；
图30图示了根据本发明实施方式的两次通过交叉行清洗图案；
图31图示了根据本发明实施方式的轮廓线跟踪清洁图案；
图32图示了根据本发明实施方式的宏观和微观清洁图案的组合；
图33图示了根据本发明实施方式的系统路径的深层清洁图案；
图34图示了根据本发明实施方式的具有系统图案的半随机清洁；
图35图示了根据本发明实施方式的具有再生站的清洁图案；
图36图示了根据本发明实施方式的位于其中位置信息受限的区域中 的半随机清洁图案；
图37图示了具有可以固定清洁布的清洁垫的机器人清洁器的实施方 式；
图38图示了具有作为清洁机构的一部分的水平旋转刷子的机器人清 洁器的实施方式；
图39图示了包括用于固定多个清洁布、清洁垫或其它材料的可受载 盘的机器人清洁器的实施方式；
图40图示了包括用于固定多个清洁布、清洁垫或其它材料的可受载 盘的机器人清洁器的实施方式；
图41图示了根据本发明实施方式的包括各种结构的真空和收集容器 的机器人清洁器的实施方式；
图42图示了根据本发明实施方式的采用沿着机器人外部安装的一个 或多个垂直定向的硬毛刷的机器人清洁器的实施方式；
图43图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式，该机 器人清洁器包括水平定向的旋转刷子，其具有位于刷子上方的将清洁流体 分散到刷子前面的区域中的喷嘴；
图44图示了根据本发明实施方式的采用沿着机器人外部安装的一个 或多个垂直定向的硬毛刷的机器人清洁器的实施方式；
图45图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式，其中 机器人为圆形形式且包括作为环延伸至机器人周边之外且围绕机器人的 中心轴线旋转的垂直定向的圆形刷子；
图46图示了具有作为清洁机构的一部分的水平旋转刷子的机器人清 洁器的实施方式；
图47图示了根据本发明实施方式的采用采用沿着机器人外部安装的 一个或多个垂直定向的硬毛刷的机器人清洁器的各种实施方式；以及
图48图示了根据本发明实施方式的采用作为清洁机构的一部分的真 空装置的机器人清洁器的其它实施方式。
发明内容
在本发明的一种实施方式中，清洁机器人解决当前延伸清洁范围的问 题，同时通过采用其中清洁设备(如，保持清洁布的清洁垫)形成移动机器 人平台和整体的主要部分的独特结构实现可靠的清洁机器人活动性。在本 发明的该实施方式中，清洁设备(1)位于清洁机器人的前方，以到达行进的 清洁路径的任何部分，(2)沿着清洁机器人的前缘和侧面完全延伸，以使 得清洁布到达墙壁、沿着家具，进入角落和到低物体下，(3)在清洁垫的 底侧提供大的表面，用于最大化由清洁布覆盖的地板区域，(4)通过利用 清洁垫本身作为机器人主悬挂点维持清洁布和地板之间的最大接触，以及 (5)最小化清洁机器人的驱动部分相对于清洁垫的尺寸，以使得整个机器人 能够较小，并能够在较大的机器人不能到达的狭窄空间中操作。
在该实施方式中，清洁机器人设计为利用清洁机构(或设备)作为移动 机器人平台中的基座模块，随后优化剩余的元件，以补充清洁设备的功能。
该机器人清洁器结构具有其它优点，包括但不限于：(6)提供形状因素， 其中机器人清洁器的前部模仿在使用可分离清洁布的常规手动清洁拖把 上固定的清洁垫；(7)与为市场上广泛利用的手动清洁拖把售卖的标准尺 寸的清洁布兼容；(8)向使用者提供传达其功能的立刻熟悉的设计；以及 (9)密切跟随用于连接和去除清洁布的正常使用图案。
在本发明的一种实施方式中，主清洁机构或组件为保持干或湿清洁布 的清洁垫。在本发明的可替换实施方式中，清洁机构(或设备)的功能改变， 但核心清洁机器人结构保持相同。在本发明的一种可替换实施方式中，包 括具有动力推进的旋转刷子和垃圾收集箱的前清洁机构，该垃圾收集箱为 像在本发明中描述的清洁垫一样的矩形形状。在本发明的该实施方式中， 清洁机构具有沿着前缘的一个或多个旋转刷子，以及位于在清洁机器人的 轮子前方的清洁刷后面的一个或多个垃圾箱。
在本发明的另一种实施方式中，清洁机构或组件是可分离的和可更换 的，使得布清洁垫固定装置可以从机器人上去除并用兼容清洁模块替换， 该兼容清洁模块的特征例如是动力推进的旋转刷子和收集箱。在该实施方 式中，兼容清洁模块可以具有用于与清洁机器人的剩余部分锁定或解锁的 物理接口，以及用于将来自清洁机器人的电力提供至兼容清洁模块的电接 口，以及在位于清洁模块上的传感器和机器人的主计算单元之间提供任何 数据通信。
在本发明的另一种实施方式中，清洁组件可以支持自动换布功能，以 允许机器人在来自使用者的命令动作之前长期运行。在这种功能的一种实 施方式中，使用者可以将多个清洁布加载到机器人清洁组件上，且机器人 可以机械地去除清洁布，以改变为新的清洁布。用于去除清洁布的触发可 以包括但不限于：用于给定擦布的清洁时间周期，由给定擦布覆盖的区域 的大小，和/或感测在擦布上建立的污物的量，如通过利用擦布附近的反射 光传感器位置。使用者可以具有用于设置何时在什么条件下去除擦布的选 项。清洁机器人的主体可以包括清洁布软件，其位于微控制器的存储器中 或在单独的存储器中，其确认何时需要去除清洁布。可替换地，清洁组件 可以包括连接至机器人主体中的微控制器的传感器，其确认在擦布上建立 的污物的量并将这种信息传递至微控制器。
用于由机器人去除清洁布的机构可以包括但不限于：具有位于机器人 上的机动钩子，如位于线程上的钩子或钩子组，其在布的区域上旋转以抓 取外面的布并将它拉回机器人上存储区域中，使新的布露出以继续清洁。 在本发明的另一种实施方式中，清洁机器人可以驱动至外垫更换装置，其 中机器人驱动，以与该垫更换装置物理连接，且该垫更换装置包括与外部 的布接触以去除它的机械钩或钩组，或者通过钩的动力推进旋转将布扯 掉，通过使机器人在垫更换装置上的钩子静止地拉清洁垫的清洁布时远离 该装置退回，或者这两种系统的组合。
在本发明的另一种实施方式中，清洁机构可以包括存储在辊上的清洁 布，其中清洁布从该辊之外进给，在清洁垫的下表面上过渡，并进入收集 机构。在本发明的一种实施方式中，收集机构可以为旋转销，其在它转动 时拉紧清洁布，并推动布滚动，使得布的已经暴露至垫下面的地板表面的 部分可以前进，以允许使用布的新的干净部分。这种机构允许机器人在清 洁布的一部分变脏时从垫上卷下该部分，并用干净部分更换它。在本发明 的实施方式中，用于推进布的触发可以包括但不限于：用于布的给定部分 或区域的清洁时间周期，由布的给定部分或区域覆盖的区域的大小，和/ 或感测在布的给定部分或区域上建立的污物的量，如通过利用靠近部的暴 露至地板的部分的反射光传感器位置。使用者可以具有用于设置何时以及 在什么条件下去除布的选项。在本发明的一种实施方式中，清洁布辊可以 作为加载到清洁机构中的辊由使用者连接，其中使用者将辊送到包括在清 洁机构中的收集筒上。在本发明的一种实施方式中，清洁布辊可以包装在 筒内，该筒内包含原始辊和用于推进布材料和卷起用过的材料的收集筒， 伴随着允许机器人控制和推进所述辊的机械和/或电连接。
具体实施方式
下文公开了本发明的实施方式以及采用可替换的清洁机构或模块的 其它实施方式。
图1图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的顶部透视图。如图 1所示，机器人清洁器10包括清洁组件11和机器人驱动本体12。清洁组 件11位于机器人清洁器的前部，并提供用于连接清洁布(未示出)的矩形形 式。清洁组件11连接至机器人驱动本体12，以形成整体移动机器人平台 10。清洁组件11包括用于将清洁组件11保持在地板上的顶部16和底部 衬垫17。顶部16可以为硬质、平坦塑料顶部，或者可以由其它材料制成。 底部衬垫17可以为软质橡胶垫。底部衬垫17延伸至顶部16的底部和下 边缘附近，以提供清洁布围绕侧面缠绕的表面。底部衬垫17还在机器人 清洁器与墙壁、夹具和其它障碍物接触时提供柔性边缘。清洁组件11的 这种结构类似于手动拖把上的清洁布标准配置，并提供所有相同的通过暴 露作为清洁布的一部分的宽的下表面以及侧边缘而提供的清洁优点。例 如，它允许清洁组件11进入角落，沿着墙壁，在夹具和其它物体下和附 近。
图5图示了根据本发明实施方式的与机器人驱动本体分开的清洁组 件。图5示出了处于隔离的两个元件，清洁组件51与机器人驱动本体52 分开，以示出这两个元件的边界和它们彼此之间的相对尺寸。在本发明在 图5中图示的实施方式中，清洁组件51可以从机器人驱动本体52上脱离。
图3图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的自顶向下视图。清 洁布通过安装在清洁组件的顶部32的角落处的四个塑性布固定装置33a、 33b、33c和33d连接至清洁组件32。返回参照图1，清洁组件11的形状 在设计上非常接近采用可抛弃清洁布的标准手动清洁拖把，并且与由这些 拖把采用的标准尺寸的清洁布兼容。
在本发明的一种实施方式中，清洁组件11不能从机器人主体12上拆 卸(或不可分离)，但清洁组件11可以从机器人驱动本体12向前滑出几厘 米，向抽屉一样。在本发明的该实施方式中，清洁组件11可以被拉动离 开机器人驱动本体12，并且使用者可以使清洁布的在清洁组件11后端附 近的一端成褶皱状，并将它锁入后布固定装置(如，图1的19c和19d)， 随后将它缠绕在前布固定装置周围并将其锁定至前布固定装置(如，图1 的19a和19b)，就像使用者在普通手动拖把上缠绕清洁布一样。一旦连接 清洁布，使用者将清洁组件11推回相对于机器人驱动本体12的闭合位置。
图8图示了根据本发明实施方式的具有相对于机器人驱动本体可活动 的机器人清洁器。如图8所示，清洁组件82可以沿如由箭头85所示的那 样移动离开驱动本体84。这种运动在机器人驱动本体84的底部和清洁组 件82之间形成空间81。
在本发明的另一实施方式中，清洁组件可以打开，在清洁组件和不同 类型的结构的机器人壳体之间形成间隙，而不是滑出，但同样具有形成用 于连接和去除清洁布的间隙的效果。本发明的该实施方式可以包括以相对 于机器人壳体的角度拉出清洁组件，如沿结合相对于壳体的向下和向前运 动的方向，而不是严格的相对于壳体的向前运动。在机器人清洁器的另一 实施方式中，清洁组件从清洁组件的后部摆动打开，清洁组件在靠近壳体 前面的向前位置处枢转，清洁组件的后部下降到轮子的水平面以下，以打 开用于沿着清洁组件的后部连接和去除清洁布的间隙。
在本发明的一种实施方式中，清洁组件11包括在用于将清洁布保持 到地板上的硬质、塑料平顶16和软质橡胶底部衬垫17上。软质橡胶底部 衬垫17延伸到塑性顶部16的底部和下边与附近，以提供在侧面附近缠绕 清洁布的表面。软质橡胶底部衬垫17还在机器人清洁器与墙壁、夹具和 其它障碍物接触时提供柔性边缘。清洁组件11的这种结构类似于手动拖 把上的清洁布标准配置，并提供所有相同的通过暴露作为清洁布的一部分 的宽的下表面以及侧边缘而提供的清洁优点。例如，它允许清洁组件11 进入角落，沿着墙壁，在夹具和其它物体下和附近。
图3图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的自顶向下视图。在 本发明的在图3中图示的实施方式中，清洁组件32包括机器人清洁器的 整个点地面积的几乎一半，这为在小型机器人清洁器内的清洁提供大的表 面积。图7为根据本发明实施方式的机器人清洁器的底视图。图7还图示 了与整个机器人清洁器相关的清洁组件71的点地面积。如图3所示，机 器人驱动本体31可以由壳体38盖着。在本发明的在图3中图示的实施方 式中，机器人驱动本体31在清洁组件32位于机器人前面的中上部上方延 伸。在本发明的一种实施方式中，机器人驱动本体31的后部容纳至少一 个电动机、电池以及左、右驱动轮。附图标记35指向覆盖左、右驱动轮 的壳体38的侧面。在本发明的一种实施方式中，左右轮子设置在壳体38 内部几毫米深。壳体38在左、右驱动轮之上延伸。左、右驱动轮独立受 控，以提供不同的驱动系统。在清洁组件32紧后面的轮子的配置为机器 人清洁器提供了小的转动半径，并还使具有小的长度的机器人清洁器30 进出小的空间。轮子嵌入机器人驱动本体31中，使得驱动本体的宽度比 清洁组件32的宽度窄，如图3所示。这种结构允许清洁组件32顺着墙壁 延伸到达，并还使清洁时的清扫覆盖宽。
如图3所示，大的外部清洁组件32与最小型机器人驱动本体31的结 合为清洁家庭地板提供了更紧凑有效的设计。相反，在传统的清洁机器人 设计中，清洁组件将需要或者收缩以装配到圆形机器人的本体内，或者圆 形机器人本体将必须明显较大(且因此不能够装配到小的空间中)，以为保 持完整尺寸的清洁组件提供足够的内部空间。
参照图1，机器人驱动本体12由两个轮子与地板接触，即左轮15和 右轮(未示出)，其位于清洁组件11后面，分别在驱动本体12的外面左、 右边缘处。清洁组件11提供了地板上的第三接触区域。在本发明的在图1 中图示的实施方式中，底部衬垫(与清洁布一起)提供地板上的第三接触区 域。清洁组件11沿着地板的表面行进，清洁布提供清洁功能以及滑动表 面，以允许清洁机器人10在地板表面上行进，好像清洁组件11是滑雪橇 一样。这个三区域系统确保每个位置(两个轮子和具有清洁布的清洁组件 11)在正常操作期间保持与地板接触。
图4图示了根据本发明实施方式的去除了壳体的机器人清洁器。图4 示出了与右轮43a和左轮43b以及清洁组件44接触的三个区域，其中去 除了机器人清洁器40的壳体。三区域接触系统消除了任何其它支撑的需 要，如除了两个驱动轮(如，43a和43b)之外还具有脚轮。用于额外支撑的 脚轮的使用在大多数机器人真空吸尘器上是典型的，以稳定移动机器人平 台。
图2图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式的侧视 图。在本发明的在图2中图示的实施方式中，机器人清洁器20包括清洁 组件26、机器人驱动本体23和轮子(示出了其中的一个，轮子25)。清洁 组件26位于机器人本体23前部的下面，轮子25位于机器人本体23后部 的下面。清洁组件26的下表面21(如，底部衬垫)相对于地板稍微弯曲(如， 从清洁组件的前部向后部弯曲)，遵循采用清洁布的手动地板拖把的标准设 计。这种弯曲帮助清洁布拾取灰尘和污物，否则这些灰尘和污物将收集在 平坦清洁垫的前部。通过机器人清洁器的向前运动，所述弯曲将推出清洁 垫下面的灰尘和污物，并利用清洁布的沿着清洁组件26的底部衬垫的整 个表面积的大部分，以捕获清洁布上的灰尘和污物。清洁组件26可以在 前部、后部或前部和后部都稍微弯曲。后部中的弯曲允许机器人在机器人 清洁器反向行驶时捕获更多的污物。在本发明的在图2中图示的实施方式 中，清洁组件26的下表面21的弯曲还允许在清洁组件26在不平的地板 上轻微上下颠簸时使清洁组件维持与地板的均匀接触。
机器人驱动本体由壳体29(图2中)和38(图3中)覆盖，壳体29和38 覆盖轮子和机器人驱动本体31(图3中)和23(图2中)的所有内部电的和机 械部件。壳体29为诸如导航传感器14(图1中)、22(图2中)和37(图3 中)之类的传感器提供开口。壳体29还提供开口，用于为机器人清洁器20 提供用户界面的按钮和灯39(图3中)和13(图1中)。在本发明的该实施方 式中，壳体29还可以包括用于抓住机器人清洁器的把手24，其在图2中 位于机器人清洁器20的后部(如，在轮子25的后面且在壳体29的后表面 上)。
壳体29还可以提供关于清洁组件26的关键功能，即在清洁组件26 处于闭合位置时封闭清洁组件26和机器人清洁器20的剩余部分之间的任 何敞口间隙或捕获点。如果敞口间隙露出，则机器人清洁器20可能挂在 导线或其它物体上，并陷入混乱。如图2所示，壳体的位于轮子25的前 面的下边缘27在清洁组件26处于闭合位置时提供了与清洁组件26更平 滑的锁定(接合或装配)。在本发明的在图2中图示的实施方式中，清洁组 件26的后部形成与壳体的下边缘平滑装配(或接合)。在本发明的该实施方 式中，封闭空间28设置在所述垫的后部和壳体之间，以允许清洁布的后 缘保持在壳体下面。
如果清洁组件处于闭合位置，则清洁组件和壳体彼此是固定的，并形 成一起移动的单元。如果清洁组件升高，则壳体与清洁组件一起移动。这 种机器人清洁器结果还向清洁垫施加重量和稳定性。例如，如果清洁机器 人行驶到障碍物中，且作用力沿它将推动使清洁组件的前部向下和使清洁 组件的后部向上的方向推动清洁组件，壳体的重量和将壳体保持在机器人 清洁器的后驱动组件上的弹簧的阻力将为反抗该作用力提供杠杆作用。
在机器人清洁器的另一实施方式中，清洁组件可以设计为沿相对于壳 体的一个或多个方向自由枢转。清洁组件可以相对于壳体自由枢转，因为 在清洁组件和壳体之间不存在任何刚性连接。更确切地说，这两个元件(即， 壳体和清洁组件)将由提供沿一个或多个方向的目标运转的枢转接头连 接。在这种结构的机器人清洁器中，清洁组件相对于壳体的顶部和后部附 近的间隙将存在，以允许用于清洁组件的空间移动，如上下倾斜(或侧向移 动)。在机器人清洁器的这种实施方式中，壳体围绕或在清洁组件附近的表 面上的柔性垫圈或裙形架可以闭合间隙，同时还允许清洁组件移动，并且 这可以防止间隙变为灰尘或气体碎片的收集点。随后描述的图14图示了 在壳体的前部的底部附近具有柔性裙形架的机器人清洁器，该柔性裙形架 用于覆盖壳体和清洁组件之间的间隙。在本发明的其中壳体和清洁垫锁在 一起或关闭在一起的一种实施方式中，可以取消垫圈或裙形架。
如果清洁组件和壳体锁在一起或关闭在一起，则包括两个轮子的机器 人清洁器驱动系统设计为相对于清洁组件和壳体独立移动。这种结构允许 轮子保持与地板接触，而不管清洁组件的位置。为了实现这种运动自由度 和保持地板上的全部三个接触区域，驱动系统可以通过枢转接头组件连接 至壳体和清洁垫。图9图示了根据本发明实施方式的去除了壳体的机器人 清洁器。
图9为去除了壳体的顶部的机器人清洁器的顶部透视图。枢转接头91 一端连接至机器人清洁器前部附近的安装板92。该安装板92为机器人驱 动本体的固定部分，并连接至壳体的基座。它还为容纳在壳体的前部下面 的内部电子组件，如PCB 41(参见图4)，提供支撑区域。PCB 41可以位 于安装板92之上的区域。PCB 41可以经由立柱安装至安装板92。安装板 92于清洁组件94的顶部连接，并且可以提供滑动机构，其允许使用者从 机器人驱动本体移出和移入。在本发明的该实施方式中，滑动机构可以包 括止动件，以限制可以相对于壳体将清洁组件拉出多远。在机器人清洁器 的另一种实施方式中，可以以从安装板上拉掉整个清洁组件的方式设计滑 动机构。在机器人清洁器的另一种实施方式中，清洁组件可以与壳体连接 在一起，且不直接干扰安装板，在那里，壳体和清洁组件之间的连接提供 了期望的相对于壳体移动清洁组件的手段。
还连接至枢转接头91的是中心支架93，其连接至传动齿轮箱95。传 动齿轮箱95连接至左、右轮96和97，以形成内部驱动组件。在本发明的 一种实施方式中，支撑轮子96和97的内部马达组件(如，马达，变速箱和 驱动轴)刚性安装至传动齿轮箱95，允许在地板上行进时具有较强的牵引 力和稳定性。
与枢转接头91结合，这种结构允许驱动组件相对于清洁组件上升和 下降(如将从侧视图可以看到的那样)，以及相对于清洁组件94滚动(如将 从后视图可以看到的那样)。这种机械结构提供了简单但高度有效的基于重 力的悬挂系统，其中地板上的三个接触区域中的任一个(即，轮子96和97 或清洁组件94)可以相对自由地抬升或下降，而不影响其它接触区域。
在本发明的该实施方式中，壳体与清洁组件的运动锁定在一起，在壳 体内设置空间，以允许驱动组件运动。弹簧98在机器人清洁器的后部在 传动齿轮箱95的上方为壳体提供支撑。在本发明的一种实施方式中，弹 簧98沿着机器人的中心轴线设置，使得壳体可以“浮动”在驱动组件上， 而不对轮子96和97在壳体内上下移动的能力产生太多阻力。清洁组件94 在地板上的宽的宽度为壳体了提供额外的稳定性，因此当传动齿轮箱95 以及轮子96和97可以在壳体内转动时，壳体本身保持非常的水平，因为 它由清洁组件94稳定。
在本发明的该实施方式中，在由机器人清洁器之外的力向下压时，壳 体可以压在传动齿轮箱95上。这具有两个优点。首先，如果机器人清洁 器在低间隙家具下面移动，则壳体可以降低，并且这可以避免机器人清洁 器卡在某个位置。此外，限位或接触开关99可以提供检测壳体是否压缩 到一定安全位置之下，触发机器人清洁器，以在它被卡住之前反转其过程。
如果壳体被踩踏或一些物体落在其顶部上，则壳体压在后弹簧98上 的能力还为壳体下降提供空间。在本发明的一种实施方式中，橡胶垫沿着 壳体的底部放置在后把手24(参见图2)处，使得如果壳体被推向地面，橡 胶垫将以防滑抓紧地板的方式提供停止点。间距是这样的，即壳体将在壳 体与传动齿轮箱95接触之前将与地板接触(参见图9)。在本发明的一种实 施方式中作为附加的预防措施，壳体和传动齿轮箱之间的空隙将导致壳体 在直接压在传动齿轮箱95上并在它或任何内部结构上施加压力之前与橡 胶轮胎25(参见图2)接触，并停留在轮胎25上。
传动齿轮箱后面的立柱可以装配到沿着后内壳体(在把手凹陷的前面) 的狭槽形导轨，用于保持传动齿轮箱沿着清洁机器人轴线对准至合适的位 置。该立柱和导轨还可以提供落下限制，用于设置传动齿轮箱和轮子可以 从壳体落下多远。在本发明的一种实施方式中，立柱可以设置为使得在壳 体处于其水平位置时，它以一定的压力压缩弹簧，在壳体上提供更牢固的 固定，但仍在驱动组件提供一定的自由度。在本发明的另一种实施方式中， 立柱和导轨可以设置为具有足够的空隙，使得在水平位置，壳体轻轻地搁 在弹簧上，传动齿轮箱具有下落而不干扰的自由空间。
在本发明的另一种实施方式中，立柱和/或底部极限的放置可以由使用 者通过机械接口调节，如通过具有不同预设位置的滑动开关调整。通过使 用具有不同预设位置的滑动开关，使用者可以调整压力和机器人清洁器的 运动自由度，以优化适合其环境的悬挂。此外，在本发明的一种实施方式 中，一个或多个限位开关可以作为附加安全措施用来检测轮子是否已经下 降，如果轮子失去与地板表面的接触或检测到使用者已经将机器人抬起， 则关掉马达。
图6图示了根据本发明实施方式的驱动组件。图6图示了驱动组件的 主要元件，包括连接至枢转接头68并相对于安装板62移动的中心支架67。 图6还图示了传动齿轮箱69，其支持马达65a、65b、电池63以及轮子61a 和61b。在本发明的该实施方式中，电池63在传动齿轮箱69上方中心定 位，以为轮子提供重量，以最大化与地板的摩擦力。传动齿轮箱还包括变 速箱64a、64b，其连接至马达65a、65b，用于将RPM降低至轮子61a和 61b的目标速度，并用于产生足够的转矩，以推动清洁垫(未示出)，传动 齿轮箱69还包括用于测量轮子61a和61b的有效旋转的轮转速计66a、66b。
除了机器人清洁器的机械设计，传感系统也是重要的，以允许清洁垫 完全露出，并且不在机器人地板清洁器的常规设计范围内。
在本发明的一种实施方式中，一种具体的设计考虑是，清洁组件的清 洁布完全覆盖清洁组件的前缘。清洁组件和清洁布设计为使清洁布完全与 墙壁和其路径上的物体接触，因此对诸如清洁布的阻碍缓冲器或探针之类 的机械装置不存在空间。而且，难以以清洁布可以覆盖它们的任何方式将 接近式传感器放在清洁组件中。这还适于使用的容易性，使得使用者在将 清洁布放在清洁组件上时不必对任何机构采用行动。
通过比较，传统的机器人清洁器使用简单的接触感测装置检测障碍 物，如撞击传感器，其安装在机器人主体的前缘。此外，相同的机器人还 可以使用一个或多个IR距离传感器或其它类型的接近传感器，其沿着机 器人的前缘放置，以检测机器人路径上的障碍物并帮助避开它们。传感器 沿着机器人的前缘的这种放置是非常普遍的设计，且部分地是驱动这些标 准机器人将清洁机构放置在机器人本体内的因素中的一个，以便其设计和 操作不干扰传感器。
在在此描述的清洁机构中心定位的方式中，可替换的传感器或感测技 术可以用来检测水平面上的障碍物或掉落物。对于撞击检测(或障碍物的检 测)，机器人的主控制器(MCU)可以检测马达电流的增加，这种增加意味着 机器人清洁器已经撞上障碍物且轮子正在在马达上产生额外负荷，同时试 图仍以其目标程序移动机器人清洁器。在本发明的一种实施方式中，电流 传感器可以将这种信息传递至MCU。对于湿清洁应用，其中轮子由于失 去摩擦而太容易滑动，为了检测到足够的电流载荷，可以添加加速计，以 对机器人清洁系统进行补偿，检测移动变化，而不依靠轮子。加速计可以 将信息传递至MCU。在本发明的两种实施方式中，感测功能由机器人内 的内部系统提供，因此最小化机器人外部设计上的外部限制。
在机器人清洁器的另一种实施方式中，陀螺仪可以用来增强机器人清 洁器的功能性，同时维持其非常规设计。大多数传统机器人清洁器包括某 种类型的边缘清洁形式，通常称为墙壁跟踪。在墙壁跟踪中，传统结构是 采用侧面安装的IR接近式传感器允许机器人与墙壁平行移动，但仅稍微 离开墙壁，以最小化与墙壁的碰撞。在这些传统机器人清洁器中，碰撞可 以触发机器人的机械碰撞传感器，以及在延长的时间内与墙壁和夹具接 触。
在在此描述的机器人清洁器中，其中清洁垫完全露出，并设为比机器 人的壳体宽，用于边缘清洁的功能要求在清洁布缠绕在清洁垫侧面周围的 情况下使清洁机器人特意接合并沿着墙壁摩擦，而不是以一定的距离避开 离墙壁。在本发明的一种实施方式中，陀螺仪可以用来帮助进行这种功能， 从而当清洁机器人与墙壁接触时，沿一个方向转动，并随后使轮子以稍微 大的速度移动离开墙壁，使清洁垫的靠近墙壁的侧面在清洁时向着墙壁费 力前进并沿着它移动。在本发明的该实施方式中并在这些条件下，陀螺仪 可以用来帮助确定清洁机器人沿着墙壁保持直线向前，即使轮子特意滑动 以保持对墙壁的压力。
在机器人清洁器的另一种实施方式中，相同的方法可以用来沿着家具 和障碍物附近的清洁，其中边缘可能不是直线。当边缘不是直线时，相同 的费力前进技术用来紧靠家具或障碍物，且陀螺仪将关于机器人转动量的 信息提供至微控制器(MCU)，这允许MCU比较来自轮转速计的估计转动， 并且如果存在一定阈值范围的差异，则确定存在提供阻力的表面。
在边缘清洁的另一实施方式中，机器人清洁器可以以杠杆作用对清洁 垫的前缘的平直形状进行影响，以与墙壁和诸如小地毯之类的其它直面垂 直对准，陀螺仪随后用来将机器人转动90度，以沿平行于墙壁或小地毯 的方向进行清洁。
在另一种实施方式中，陀螺仪还通过补充撞击检测系统来支持机器人 清洁器的功能性(特别是在湿的表面上)。陀螺仪可以指示机器人清洁器在 清洁垫的一侧撞击到障碍物时扭转。来自陀螺仪的信息可以提供至微控制 器(MCU)，其将命令驱动组件运转，并使清洁机器人避开障碍物。这将允 许轮子继续旋转，并且如果希望，驱动清洁机器人避开障碍物。在类似的 应用中，陀螺仪可以指示机器人在其由转动上的障碍物阻塞时不转动，且 轮子继续旋转。
在另一种实施方式中，微控制器(MCU)可以利用机器人的几何形状， 结合陀螺仪，以确定障碍物的大致位置。作为一个例子，通过具有至机器 人前面的直且宽的前缘(如清洁垫和清洁组件提供的)，并且嵌入的轮子比 清洁垫的宽度窄，机器人将在撞击障碍物时，基于障碍物的位置，经历不 同的旋转力。例如，如果清洁机器人移动到椅子腿中，其中清洁垫的右侧 与椅子腿接触，则轮子的放置将使机器人的相对侧产生向前旋转的趋向， 且右侧由椅子腿阻止。如果清洁机器人以清洁垫的相对侧撞击椅子腿，则 旋转力将沿相反的方向。并且如果机器人撞击位于清洁垫中间的椅子腿， 则旋转力将居中且将消除。通过测量接触障碍物时的转动度数，陀螺仪可 以允许微控制器(MCU)估计障碍物相对于机器人的位置，并将其作为输 入，以规划障碍物附近的路径或进行其它调整。这种方法提供的好处是， 其通常要求分段式缓冲器或多个接近式传感器在机器人前面确定障碍物 位置，而不需要采用这些传感器并保持清洁组件的前缘免受阻碍。在本发 明的实施方式中，类似的方法可以用来基于与障碍物接触形成的旋转阻力 检测沿着清洁机器人侧面或后面的障碍物。在本发明的实施方式中，可以 结合来自马达的反向电流、轮转速计输入、加速计输入和/或其它关于清洁 机器人运动的传感器反馈，以帮助检测与障碍物的接触，和/或帮助测量来 自障碍物的阻力的方向。
图10图示了根据本发明实施方式的传感系统。图10示出了清洁组件 的截面图。图10提供了另一种调整传感功能以装配在清洁机构中的例子。 在传统的机器人清洁器中，IR传感器用来检测地板表面上的掉落物，以防 止机器人驱散壁架并到楼梯下。为了发挥作用，坠下传感器需要放置为离 轮子前面足够远，以允许器人清洁器及时停止。它们还需要相对于地板相 对直地向下指向，并且因此隐藏在机器人平台下面的某个位置处。清洁组 件提供了采用传统IR传感器的挑战，在于在清洁垫上没有位置设置传统 的IR传感器，因为清洁组件在正常操作期间由清洁布覆盖。
在本发明的在图10中图示的一种实施方式中，使用定制坠下传感器 系统，其内置在清洁组件本身中。该系统包括机械杠杆106，其一端安装 在单支点103上，另一端具有延伸穿过清洁组件中的孔的加重物体101。 在本发明的一种实施方式中，所述孔可以处于清洁组件的底部衬垫中，并 将杠杆106保持在水平位置，同时所述物体由清洁组件和清洁下面的地板 表面支撑。如果清洁组件开始在壁架上行进，加重物体102将在加重物体 越过边缘时下降至较低的位置(如图10的右手侧所示)，并且杠杆将向下倾 斜，以启动接触开关105或104或其它限位检测传感器，其连线至机器人 的MCU，以触发避开行为(或使机器人清洁器停止沿该方向移动)。
因为加重物体101安装至清洁组件相对于清洁布缠绕清洁垫的前缘和 后缘周围的位置的中间，布材料的自然动作(或行进)允许加重物体101下 落，即使是在使用者将清洁垫紧密地缠绕在顶部上时。在本发明的一种实 施方式中，少量的弹性材料可以永久固定在坠下传感器101和102的上方， 以提供密封屏障，用于防止来自湿清洁垫的流体或灰尘通过坠下传感器 101和102附近的开口渗入清洁组件。
图11图示了根据本发明实施方式的清洁机器人和停泊站。停泊站110 还可以称为停泊坞。在本发明的一种实施方式中，机器人清洁器116可以 行驶至停泊站110。停泊站110可以包括斜坡112，并且在本发明的一种 实施方式中，斜坡112可以为可折叠斜坡。停泊站可以包括衬垫去除带113。 在本发明的该实施方式中，衬垫去除带113可以将旧衬垫从清洁组件上拿 掉。停泊站110可以包括旧衬垫储存井115。停泊站110可以包括充电接 头114。充电接头114可以停放机器人清洁器的后部。停泊站110可以包 括NorthStar房间投影仪111，用于提供定位信号。在本发明的一种实施方 式中，停泊站可以包括辅助导航信号灯，其可以位于停泊站110的顶部的 前部，以提供转向信号，帮助机器人定位，与停泊站对准和/或驶入停泊站。 在本发明的一种实施方式中，停泊站110可以包括新衬垫储存井。
图13图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的框图。机器人清 洁器可以包括中央微控制器单元(MCU)130、电源管理模块131、楔入传感 器132、电池132b、H-电桥133、电流传感器134、编码器134e、用户接 口按钮135和LED135a。机器人清洁器还可以包括坠下传感器136。 MCU130为中央微控制器单元，其负责运行所有导航软件和清洁软件，为 传感器服务(如，接收信息和控制传感器)，接收信息并控制用户界面按钮 135，并连接电源管理模块131。在本发明的一种实施方式中，导航软件和 清洁覆盖软件存储在微控制器上的存储器中。在本发明的一种实施方式 中，导航软件和清洁覆盖软件存储在与微控制器分开的存储器中。包括导 航软件和清洁覆盖软件存储器可以是可更新的或可更改的。电源管理模块 131包括电子组件和电路，其负责控制电池充电，限制充电/放电电流，以 确保安全，并调整电池电压。楔入传感器132用来检测其中机器人清洁器 将要卡在障碍物下面的情况，如，卡在小空隙家具下。
坠下传感器136设计为检测机器人清洁器前方的突然坠落，如楼梯和 其它类型的壁架。在本发明的一种实施方式中，坠下传感器136还可以检 测清洁组件是否从地板上抬升，如机器人是否驶至小毯子和其它低的物体 的边缘，作为避免在这些区域上行驶的装置。马达控制模块133为用于控 制DC马达的扭矩、速度和旋转方向的电子组件或电路。马达控制模块可 以为H-电桥，其用来控制换向DC马达。电流传感器134可以向DC马达 的控制算法提供电流反馈。在本发明的一种实施方式中，控制软件可以位 于微控制器130的存储器中。编码器134e为DC马达的控制算法提供速度 和旋转方向反馈。用户界面按钮135位于机器人清洁器上。用户界面按钮 135包括用于通电/断电和清洁模式选择的按钮。LED135a为用于向使用者 提供视觉反馈的发光二极管。LED可以在电池状态、充电状态和清洁模式 类型上提供反馈。
机器人清洁器可以包括蜂鸣器135b。蜂鸣器为向使用者提供音频反馈 的扬声器。
在本发明的一种实施方式中，机器人清洁器可以包括陀螺仪137。陀 螺仪137可以感测机器人清洁器方位的变化。在本发明的一种实施方式中， 机器人清洁器可以包括扫描振荡器137b。扫描振荡器137b是为模数转换 器提供校正电路的电路。在本发明的一种实施方式中，机器人清洁器可以 包括2D加速计138。2D加速计138为用于测量机器人速度的突然变化的 传感器。2D加速计可以测量两个方向的速度的变化。2D加速计138帮助 检测撞击到障碍物，并检测机器人卡住，如，当由使用者拾起并移动机器 人清洁器时。2D加速计将任何检测到的速度信息变化提供至MCU131。 例如，当机器人清洁器撞击到障碍物时，机器人清洁器的速度快速改变， 2D加速计检测这些变化。类似地，如果使用者拾起机器人清洁器，则加 速计可以检测由重力和使用者运动引起的缓慢改变的速度(或加速度)。
在本发明的一种实施方式中，机器人清洁器可以包括NorthStar传感 器139。NorthStar传感器提供机器人清洁器相对于由一个或多个外部投 影装置投射在天花板或机器人上方的其它表面上的一个或多个红外线点 的绝对位置，并将该信息提供至MCU 130，用于为导航软件利用。在本发 明的一种实施方式中，NorthStar传感器还可以检测和跟踪由一个或多个 外部装置供电的视线红外信号灯的位置。在本发明的一种实施方式中，宽 位置NorthStar点源红外LED 139a可以设置在机器人清洁器上，与 NorthStar传感器139结合。由NorthStar传感器测量的来自宽位置 NorthStar点源红外LED 139a的反射可以提供关于诸如至墙壁、家具和 其它大型物体的接近度和方向之类的环境的信息。在本发明的一种实施方 式中，窄位置NorthStar点源红外LED 139b可以位于机器人清洁器上， 与NorthStar传感器139结合。由NorthStar传感器测量的来自窄位置 NorthStar点源红外LED 139b的反射可以检测机器人清洁器何时行驶到 诸如椅子、床、沙发和桌子之类的低悬挂面下面。在本发明的一种实施方 式中，来自宽位置LED 139a和/或窄位置LED 139b的传感器读数可以用 来以测量值本身或与其它关于房间或家中区域中的位置的感测数据结合 来识别房间或家中区域中的具体位置。
图14图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式。机器 人清洁器140包括机器人主体141和清洁模块142。机器人主体可以包括 驱动系统和底盘、导航传感器和控制电子组件、用户界面、把手和对接连 接。清洁模块142可以包括清洁布、垫或其它材料，其适用于地板表面。 在本发明的该实施方式中，清洁模块142携带电池。清洁模块142可以安 装至机器人底盘。在机器人清洁器的一些模型中，清洁模块142是可拆卸 的，且可以与具有其它清洁功能的清洁模块进行交换。
图15图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的四分之三视图。 机器人清洁器150包括机器人主体151、具有快速释放选件(未示出)的万 向接头和清洁模块152。机器人主体151和清洁模块152类似于图14中图 示的实施方式。万向接头将清洁模块152连接至机器人底盘。在本发明的 一种实施方式中，万向接头允许清洁模块152有一定的自由度顺从地板表 面。在机器人清洁器的一些模型上，万向接头提供可拆卸选件，以便清洁 模块152可以由具有不同清洁功能的另外的清洁模块关掉。在本发明的其 中电池位于清洁模块152内的一种实施方式中，万向接头还可以将来自电 池的电力连接至机器人主体151中的主线束。
图16图示了用于机器人主体的不同清洁模块的例子。清洁模块162 为具有机动清扫刷和拉圾箱的清洁模块。清洁模块163包括非常宽的清洁 垫，其可以用于湿擦洗或干擦洗。清洁模块164包括洗涤液容器、喷雾器 或分配器、以及吸收剂清洁垫。
图17图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的侧面外视图。机 器人清洁器170包括内部电源和马达控制装置171、后把手172、包括轮 子的驱动系统173、机器人主体174、以及包括主传感器和CPU的组件175 和清洁模块176。清洁模块176类似于图14中的清洁模块142。组件175 包括安装在其上的位于存储器中的软件，当执行该软件时，控制导航和清 洁行为。
图18图示了根据本发明实施方式的去除了盖子的机器人清洁器的侧 面断面图。机器人清洁器180包括电源和马达控制板181、机器人框架和 底盘182、包括主传感器和CPU的组件183、清洁模块184以及具有快速 释放机构的万向接头185。清洁模块184类似于图14中的清洁模块142。 万向接头185包括如图15中描述的功能性。包括主传感器和CPU的组件 183包括以上在图17中描述的功能性。
图19图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的顶视图。机器人 清洁器190包括清洁模块192、保护垫圈/裙形架193以及机器人主体191。 保护垫圈/裙形盖193在机器人本体191和清洁模块192之间形成间隙，同 时允许清洁模块192枢转并倾斜于地板表面。
图20图示了根据本发明实施方式的去除了盖子(或壳体)的机器人清 洁器的顶视图。机器人清洁器200包括电源和马达控制板201、外壳体202、 内框架和底盘、左右轮差动驱动系统202、轮组件203、主控制板204、电 池槽205和接近式传感器206。机器人清洁器200包括清洁模块207，其 类似于之前在图14中描述的清洁模块142。电源和马达控制板201连接至 用于数据传输和供电的主线。电源和马达控制板201可以带有(或连接)外 部充电端口。轮组件包括轮子203w、轮轴203a、变速箱203g、马达203w 和编码器203e。主控制板204可以包括Northstar传感器204n、具有主 CPU的PCB204p、程序选择按钮204b和指示灯204l。
清洁模块207可以容纳左、右电池槽205。接近式传感器206可以是 可选的，并可以用于前方、侧面和后方视图。
图21图示了根据本发明实施方式的去除了盖子的机器人清洁器的后 视图。图21中图示的机器人清洁器包括用户界面按钮211、NorthStar传 感器212、内框架和底盘213、左右轮子差动驱动和驱动系统214。驱动 系统xxx包括轮子214w、轮轴214a、变速箱214g、马达214m和编码器 214e。
本发明的实施方式可以包括根据本发明实施方式的机器人清洁器和 停泊站。停泊站可以包括NorthStar室内投影仪、可折叠式坡道、衬垫去 除带、旧衬垫储存容器、辅助导航信号灯和充电连接器。衬垫去除站从机 器人清洁器的清洁模块上取下旧衬垫。充电连接器可以与机器人清洁器的 后部连接。
图22图示了根据本发明实施方式的具有可选的传感器的机器人清洁 器。机器人清洁器220可以包括后坠下传感器221，其位于机器人主体222 的后部。后坠下传感器221可以防止轮子从表面边缘后退，同时沿相反方 向转动或行进。在本发明的一种实施方式中，可选的后坠下传感器可以内 置在机器人主体壳体内。机器人清洁器220可以包括可伸缩传感器/缓冲器 223，其安装在清洁模块的一侧(或两侧)上。侧面可伸缩传感器/缓冲器223 在清洁模块224的边缘之上延伸。当侧面可伸缩传感器/缓冲器223感测或 撞击到墙壁或障碍物时，侧面可伸缩传感器/缓冲器223在清洁模块224 上方缩回，以允许完全到达墙壁并且因此对墙壁进行清洁。
机器人清洁器还可以包括前部安装的可伸缩传感器缓冲器或缓冲器 225。图22图示了左前可伸缩缓冲器225和右前可伸缩缓冲器226。右前 可伸缩缓冲器由虚线227图示为处于缩回位置。前部可伸缩缓冲器225和 226在与墙壁或障碍物接触时缩回到清洁模块224的前缘的后面。机器人 清洁器还可以包括安装在清洁模块224上的坠下传感器。前部坠下传感器 可以检测将要避开的边缘、楼梯或其它坠下环境。前部坠下传感器228可 以位于可伸缩传感器/缓冲器225、226或223上(如图22中所示)，并且当 可伸缩缓冲器与墙壁或物体接触时可以从路上缩回。
接下来的部分描述清洁机器人平台的结构和功能。这种机器人清洁器 平台可以以多种实施方式实现，其包括但不限于：具有专用清洁机构的清 洁机器人，具有两个或多个清洁机构的单个清洁机器人、以及与多个可拆 卸清洁附近兼容的清洁机器人、或者上述清洁机器人的组合。作为例子示 出的机器人清洁器的一种实施方式包括：
1)前部清洁模块，用于将清洁材料(如一次性布或垫)直接保持到地板 表面上，其中该模块可以连接至机器人的主底盘，具有或不具有允许与地 板进行最大接触的柔性接头。
2)电池组，位于前部清洁模块中，用于将机器人提供电力，以及将清 洁模块施加重量，以增加由清洁布或垫施加至地板表面的压力的大小
3)两个动力推进的轮子组件，连接至前部清洁模块后面的机器人底盘 (采用或不采用悬挂结构)位置
4)主底盘，将所有的元件保持在一起
5)NorthStar定位传感器，靠近前部清洁模块放置，以提供定位信息
6)主控制板，具有到所有的电子元件中的微处理器、存储器和I/O， 用于控制机器人功能和行为
7)软件，在微处理器上运行，以进行所有的功能和行为
8)轮子或马达编码器，其跟踪机器人上的每个轮子的运动，并采用该 信息帮助控制其路径和计算其运动
9)电路，其使得微处理器能够测量马达的电流，作为检测机器人何时 已经通过其壳体的一部分与障碍物接触的装置，而不需要机械缓冲器、接 近式传感器或其它电子装置(虽然可以可选地采用这些系统)
10)壳体，覆盖机器人的本体
11)用户界面的按钮、指示灯和/或其它装置，其使得能够使用者能够 打开和关闭机器人、选择程序和明白其状态
基于期望的功能性，其它传感器可以与机器人集成在一起，这将在下 文中更详细地描述。
机器人清洁器可以包括其它模块选项。用于机器人清洁器的实施方式 的其它模块选项可以包括但不限于：
1)可拆卸的轮子，用于改变至不同的驱动表面。
2)传感器模块，用于添加其它元件。
3)可拆卸的和/或可更新的主处理器和/或存储器，用于更新机器人的 清洁程序和能力。
4)可拆卸的前部清洁模块，其由机械释放装置、磁连接、电连接和/ 或其它机构连接，以向使用者提供一个或多个功能，可以包括但不限于：
a)使使用者能够从机器人本体上卸下清洁模块，以使得使用者容易清 洗该模块和/或换出与该清洁模块一起使用的清洁材料，如垫、布、海绵、 刷子、罐、溶液和/或其它清洁元件，随后用更新的材料重新连接至清洁模 块。
b)使使用者能够卸下清洁模块，并将该模块重新连接至到替换位置， 以使清洁模块适应不同的任务和/或表面，和/或更有效地使用清洁材料。 一种实施方式包括但不限于允许使用者将清洁模块转动180度，使得面对 机器人后部的清洁表面现在面向前部，用于灰尘和/或其它材料可能倾向于 积聚在垫前部的大部分区域的情况。
c)使使用者能够卸下清洁模块，以将它插入充电装置，对电池再充电， 而不必连接整个机器人。
d)使使用者能够卸下清洁模块，以用新的但类似的更换清洁模块更换 它，和/或用于与机器人本体兼容但提供其它和/或不同清洁能力的功能不 同的清洁模块代替。这些附件的实施方式包括但不限于：
i)清洁模块，保持固定清洁材料，如布、垫、海绵或其它材料。
ii)清洁模块，其可以包括动力推进的机械清洁装置，如电动刷、除 尘器、擦光轮、真空吸尘器、流体或蒸汽清洁设备、电动垫、布或海绵， 和/或其它电动装置，通过其本身或与其它电动装置、固定清洁材料、和/ 或用于从地板上聚集材料的垃圾收集箱结合。
iii)清洁模块，其可以分配清洁溶液和/或流体、施加用于清洁的蒸汽、 采用喷雾、泡沫溶液和/或其它用于清洁的可分配材料。
iv)包括空气和/或地板表面清新装置的清洁模块。包括用于提供更多 的支撑、牵引和有效负载能力的辅助驱动系统和/或非动力推进的轮子(如 果模块功能需要)的清洁模块。采用两个或多个认可系统组合的清洁模块。
5)影响具有用于不同清洁任务的可拆卸模块的能力，以提供其它支持 功能，可以包括但不限于：
a)调整清洁装置的形状因素，以最优化性能，同时维持标准的机器人 本体。
b)调整位于清洁模块内的电池或电源的数量，以使它与清洁机构的具 体要求相匹配。包括机器人可以用来更新的存储软件、数据、指令和/或清 洁模块内的控制电子组件，和/或采用其可用的程序与清洁模块的功能相匹 配。
c)包括增强的传感器、驱动机构，和/或其它增加机器人能力和/或增 强其性能的系统。
一些机器人清洁器结构利用扩展传感器能力。机器人和/或清洁模块的 设计实行可以包括用于增加性能的其它传感器结构，其中其它传感器结构 的实施方式包括但不限于：
1)用于检测和帮助机器人避开楼梯、壁架和其它坠下区域的一个或多 个坠下传感器在机器人和/或清洁模块上的放置。
2)用于检测与物体的接触的一个或多个机械撞击传感器在机器人上 的放置。
3)用于测量离墙壁、物体和/或其它障碍物的距离以避开它们的一个 或多个接近式传感器放置，而不需要在诸如墙壁跟踪之类的具体行驶和/ 或清洁行为中进行接触和/或接合。
4)一个或多个发光光学流量传感器的放置，所述发光光学流量传感器 用于为相对地面运动提供其它测量和/或为检测坠下区域提供可替换手段， 检测机器人何时已经被抓起，检测是否和/或如何跟踪机器人已经被手动移 动。
5)NorthStar信号发射装置在机器人本身上的放置，以利用NorthStar 的能力提供周围环境的其它信息和/或扩展机器人的操作，可以包括但不限 于：
a)检测机器人何时位于可能阻碍它的来自NorthStar室内发射的主移 动信号的直接观察的桌子或其它物体的下面。
b)检测墙壁和/或其它物体的存在、接近和/或大致位置。
c)通过离开它们的本体的发射的光的反射和/或靠近传感器的运动检 测使用者的姿态。
d)上述系统的任何组合。
用于机器人清洁器的设计实施方案的一种选择解决了将清洁模块、材 料和/或机构放在机器人前面的问题，使它的模块能够一直到达墙壁和障碍 物附近的边缘，同时要检测障碍物和/或避免跌落在边缘和楼梯上。在常规 的清洁机器人中，传感器机构放在前面，用于最大化障碍物和危险的检测。 这些传感器通常包括缓冲传感器、IR或声纳接近式传感器和/或IR坠下传 感器。清洁机构通常放在这些传感器的后面，当机器人与墙壁、障碍物和 /或危险接触时限制了它到达多远。
作为一种替换实施方式，可以集成在这种基础结构中的一种可行设计 是可伸缩坠下、墙壁和/或障碍物检测系统。这种选择可以独立使用和/或 与放在机器人的其它位置(如机器人的侧面和/或背面)上的其它传感器的 使用集成在一起，以提供其它能力和/或保护。这种系统可以由但不限于下 述结构构成：
一个或多个缓冲器，其在清洁模块的前缘上方延伸，和/或在清洁模块 的侧面上延伸，其中缓冲器在它们与墙壁、物体和/或障碍物物理接触时在 清洁模块上缩进，和/或被推入(如通过弹簧和/或其它传感器安装的机构)， 并在机器人移动离开障碍物时返回它们的中间位置。
其中当被推入时，缓冲器允许清洁模块和相关清洁材料和/或机构完全 与地板接触，到墙壁、物体和/或其它障碍物的边缘，和/或如果需要，可 以进行接触，以清洁墙壁和/或其它物体的垂直基底。
缓冲器包括一个或多个传感器，当缓冲器伸出时，所述传感器可以看 到清洁模块的边缘，并用于下述任务中的一个或多个，包括但不限于：
1)通过聚焦在机器人路径上的地板区域上的一个或多个传感器的使用 进行坠下检测，以防止机器人开向壁架和/或开到楼梯的下面。
2)一种实施方式可以包括但不限于，其中坠下传感器还可以用来检测 机器人是否已经从地面上抬升并相应地改变其操作模式。
3)运动跟踪，其中一个或多个光学运动跟踪传感器指向地板，其可以 跟踪机器人在地板表面上的运动。
4)一种实施方式可以包括但不限于具有至少两个传感器的系统，所述 至少两个传感器安装在机器人的相对侧，以跟踪机器人的前后运动以及转 动运动。当其它定位信息不可用时，这种信息可以独立使用，以估计机器 人的位置，和/或可以与来自其它定位传感器和导航系统的信息一起使用， 以增强机器人位置的估计。
5)传感器系统的实施方式还可以包括但不限于这种功能，其中相同的 传感器还可以用来检测机器人是否已经从地面上抬升并相应地改变其操 作模式。
机器人路径上的障碍物检测，如向前行进和/或转动。
6)墙壁和侧面物体检测，使得机器人能够将其本身与墙壁和/或由物 体形成的轮廓对齐，并进行传统的墙壁跟踪行为，其可以包括但不限于：
7)沿着墙壁边缘进行清洁
8)沿着家具和其它物体的周边进行清洁
将其系统路径与室内的墙壁和障碍的外形对齐，其中一种实施方式可 以包括但不限于之前的图1-7中示出的图案，其中机器人将其一部分或大 部分对齐为平行于房间或区域的主边界。
9)进行周边跟随行为，以在位置信息不可用或不可靠时向回移动至房 间中的其它位置。
10)映射房间或和/或区域的边界。
11)信号灯和/或其它物体检测，其可以用来帮助机器人停靠和/或进 行要求机器人将清洁模块其它装置对准的操作。
12)一种实施方式可以包括但限于行驶到停靠斜坡上，并停在用图案和 /或反应材料标记的具体区域上，其中机器人在该斜坡上的该位置的放置是 进行维修、自我清洁和/或其它操作功能的一部分。
13)撞击检测，其中缓冲器位置变化提供了与墙壁、障碍物和/或物体 接触的指示。
实施方式可以包括但不限于接触开关机构，其检测缓冲器的位置变化 和/或缩回。
其它实施方式可以包括但不限于集成传感器功能的使用，用于检测缓 冲器已经被推入。例子包括采用来自边缘检测传感器、接近检测传感器、 运动跟踪传感器和/或其它传感器的读数的变化，以检测传感器处于缩回位 置，以及上述方法的任何组合。
其中缓冲器和集成传感器在中间位置为使机器人在能够修正其路径 之前在边缘上行驶太远提供保护。这种传感器的实施方式可以包括但不限 于：
1)平行于后轮的最外位置(从距离背对面地行进穿过机器人的中心轴 线的垂直距离测量的)放置能够进行边缘检测的传感器，或者比轮子更向外 向边缘延伸。
在本发明的一种实施方式中，清洁模块设计为比轮子基座宽，因此传 感器放置可以在清洁模块两侧上，和/或在清洁模块的左右部分的越过轮子 基座延伸的前缘上。
用于坠下检测的其它实施方式可以包括但不限于使坠下传感器内置 在清洁模块下侧的目标区域，需要其保护在边缘和/或地下室跌落，但修改 传感器结构，以在清洁机构的具体条件中工作，如能够在由清洁垫、布或 其它材料覆盖时起作用。
在一种其中机器人具有连接至清洁模块的基底、用于清洁地板的清洁 布或垫的实施方式中，坠下传感器可以通过布或垫材料发射信号，并可以 校正，以解释前后通过所述材料的信号的中断，并采用阈值范围，检测传 感器何时在坠下区域上行进。这种校正可以是预先计算的，和/或基于环境 材料和/或用于清洁任务的具体材料动态调整。在一种实施方式中，这可以 作为自动诊断进行，可以或可以不包括使机器人到处行驶以校正，和/或使 机器人行驶至受控环境，如在基站上，其允许它校正与地板存在和/或不存 在接触的阈值。其它实施方式可以包括但不限于还采用传感器读数估计聚 积在布或垫上的灰尘和/或其它材料的量，和/或在地板的特定区域中拾取 的灰尘和/或材料的量，以增强机器人的清洁性能，和/或提供用户反馈。
机器人清洁器的其它实施方式可以包括不同的生产观念或设计要素， 其可以与系统和/或非系统定位系统结合，以使得能够进行智能化清洁。可 行的实施方式的范围包括但不限于下文列出的观念、功能元件和/或设计要 素或其组合。
关键的功能性特性可以包括低成本活动机器人，每个设计为用于具体 的清洁任务或选择任务组(简单但有效的清洁机构和附件)，其是快速、灵 活、重量轻、安静的，且具有非常敏捷的用于系统清洁的导航和控制系统。
设计属性可以包括开放/有机设计。机器人清洁装置的各个方面应当仿 效日常居家清洁产品和器具的功能性元件，以帮助将目的和功能传递至消 费者。
图23-28提供了作为根据现有技术的普通清洁产品情况的一般参考 点。然而，每个机器人需要结合和重点强调高级机器人的/功能性的特征， 其明显区分该产品并表达其智能和自动能力的元素。
其它设计属性可以包括：1)机器人清洁器应当看起来比市场上现有的 机器人清洁产品的体积小很多，(如Roomba)(质量小)；2)机器人清洁器 更适于运动、更快、敏捷，(如，如Roomba是小型货车，则在此描述的 机器人为跑车)；3)对机器人清洁器来说，理想的是到地面保持较低，用于 清洁和到达；以及4)每个机器人的主动清洁功能是“英雄(hero)”特征(采 取突出的聚焦)。
对于有效的覆盖，对于中型机器人，机器人的宽度可能需要10至12 英寸大。小型机器人将强调速度和进入狭小空间的能力。机器人清洁器的 驱动系统可以放在后部，比例上应当感觉较小(如，具有较窄的点地面积)。 驱动系统可以具有装配在弯曲的边界内的两个后轮或两个罐体胎面。机器 人清洁器的驱动系统可以由自带电池(如，4-8AA)驱动的，并且可以是再 充电的。
结构可以在侧面延伸，以提供向前结构(挡泥板)的一部分-如用于安 装楼梯和墙壁检测IR传感器。机器人清洁器的某些设计可以用于柔性接 头/旋转接头连接某些机器人的前后，如，用于用垫清洁装置达到角落中。 机器人的由固体塑料制成的任何外边缘应当弯曲，以避免在机器人转动时 撞到物体。机器人清洁器可以具有使前方清洁装置柔性的方式，至少在前 角，如，使清洁垫固定装置的端部为柔性橡胶，因此所述垫在其沿着某物 体摩擦时抬升。
机器人清洁器的其它设计元件可以包括：1)NorthStar导航传感器将在 驱动系统的顶部以最佳状态进行；2)机器人清洁器具有用于与充电站连接 的电源线，充电站连接最大可能是朝向底盘的后部，且可能在下面。
图23图示了根据现有技术的具有作为清洁机构的旋转刷子的手动地 板清洁装置。
中型机器人或机器人清洁器可以包括但不限于：地板清扫器、干垫清 洁装置、具有干垫清洁装置的组合真空吸尘器、机器人地板磨光器/擦光轮 和机器人地板擦洗器。
地板清扫器可以包括具有后箱的旋转刷子。地板清扫器：
1)设计用于第一级清洁
2)刷起毛皮屑微粒、短头发、小碎片
3)设计为在硬木地板、瓷砖地板和短长度毛毯上工作
4)可以或可以不具有与清扫机构联合使用的布或垫，其中刷子可以放 在抓取剩余灰尘的布或垫的前面
地板清扫器的两种方案可以实施为包括水平滚动刷或两个反向旋转 刷子。
F1：水平滚动刷包括如下述特征：
1)可以结合前部滚动刷，前部滚动刷可以或可以不延伸到机器人框架 之外(以放大的尺寸示出一种，以强调功能)
2)延伸到框架之外将改善到达墙壁底部和夹具下面的范围
3)采用多个它们到达的表面区域接触
4)滚动刷可以是一次性或可重复使用和/或可洗的
5)在一种情况中机器人底盘和驱动系统位于刷子的后面
6)半圆形后体或许是导航最实用的，但更方形的形状可以是一种选 择。
F2：如在F1中一样，两个反向旋转刷子(清道夫类型)结构可以包括延 伸到机器人侧面之外用于最大到达的刷光机构。
地板清扫器的附件包括：
F3：停泊站，其可以：
1)对电池再充电
2)将垃圾箱倒空到更大的固定容器中(如站中具有真空吸尘器)
3)真空吸尘器还可以自我清洁除尘刷。
F4：一种实施方式可以包括但不限于：
1)除尘机器人行驶到停泊站中。(如，可以从后进入)。它源自在垃圾 箱顶部处的端口的正上方的喷嘴下面-这使得所述站从垃圾箱吸出污物 到更大的容器中。
2)停泊站可以设计为使得机器人还可以向前行驶到停泊站中，并采用 真空吸尘器清洁刷子。
3)如果由布或垫，某种抓取机构位于停泊站下面，在布或垫的正下面。 当机器人退出时，脏的垫子被卸下，随后真空吸尘器将其吸入存储连接中。
另一种中型机器人清洁器是用于硬木和瓷砖地板的干垫式清洁器。干 垫式清洁器可以包括如下特征：
1)设计用于第二级清洁
2)采用布一样的垫用于收集更小的微粒、污物和灰尘
3)应当包括一些前部试探器/缓冲器，用于检测和避免行驶到地毯上 干垫式清洁器可以具有三种实施方案：
D1：第一种设计是在前部具有单个固定垫的基础设计
1)这种设计看起来像后面具有驱动机构的拖把
D2：第二种设计包括相同的后底盘，但对滚筒/传送带机构上的多个 垫进行自动换垫
D3：第三种设计将Swiffer垫放在机器人本体的下面，使得它拾取滚 筒错过的灰尘。
1)如果其是正方向形状，则它将向后走-轮子在中间。
2)根据该方法，一种想法是让使用者将小堆垫加载到后部中。(在弹 簧加载的盘中可以为5或8个-所述弹簧加载的盘颠倒安装)。这种方法 使得它们正好可以倒出脏东西，同时使清洁的垫准备工作。(或者在停泊站 处进行自动去除)。如果存在堆栈，可以通过使侧部或后角部透明而显示它， 其中使用者看到堆栈和剩下多少。
干垫式机器人清洁器的附件可以包括：
D4：驶上型停泊站元件和选项
1)低坡道形状-机器人驶入和上去，支持以退出
2)对电池进行再充电
3)静态刷从清洁垫上获取其它一些灰尘，并将碎片导入箱中(如当机 器人开上去和退出时)
4)对于具有多个垫的机器人，可以抓住并扯掉脏的垫，以露出干净的 垫。机构可以包括：a)停泊站上的机构，具有在机器人停泊在该站上时抓 住并扯掉垫的齿或其它元件(其可以由其自身的马达驱动，或者在机器人停 泊在停泊站上时由机器人的轮子供给动力)；b)静止和/或收缩方向齿或其 它抓取元件，其内置在停泊站内，设计为允许机器人开到停泊站上，随后 在机器人退出停泊站时接合并固定布或垫；c)自动拔和/或翻转机构，用 于将移出挡道的脏布或垫和/或移入存储区域，当下一个脏布或垫需要更换 时为机器人重复该过程留下空间。
5)可替换地，停泊站和机器人可以设计为使得机器人可以将在去除垫 时将脏或垫推入存储/废物舱中，其中一种实施方式可以包括但不限于使机 器人倒退、转动和倒进停泊站中，其中缓冲器或边缘在机器人上提供了用 于从停泊站上铲掉垫并放入存储舱中的表面。
图24图示了根据现有技术的处于其封装中的Swiffer清扫器和Swiffer 清扫器的清洁垫组件。
机器人清洁器还可以为具有用于清洁硬木和瓷砖地板的干垫式清洁 器的组合真空吸尘器。具有干垫式清洁器的组合真空吸尘器：
1)设计为用于第一级和第二级清洁
2)采用真空吸尘器以首先获得较大的碎片
3)采用布一样的垫收集较小的微粒、污物和灰尘
具有干垫式清洁器的组合真空吸尘器的一种实施方案是：V1：垫前干 垫式清洁器的设计D1与垫前的真空吸尘器的组合
图25图示了根据现有技术的SwifferSweeperVac其为具有干垫 式清洁器的组合真空吸尘器。
中型机器人清洁器还可以为用于硬表面地板的湿垫式清洁器。湿垫式 清洁器：
1)设计为作为擦洗的替换
2)不同的地板表面将具有不同的清洁容积，如：
3)厨房和浴室瓷砖清洁器
4)硬木地板清洁器
湿垫式清洁器可以有两种实施方案：
1)W1：具有机载喷雾器的吸水垫，单个垫结构包括存储在记载容器(或 可更换瓶)中的清洁溶液。这种设计包括喷撒溶液的前喷雾喷嘴。这种设计 还应当包括防止意外喷在毛毯上/或墙壁上、地板边缘上的机构(如，实施 方式在垫前面可以具有低试探器或延伸缓冲器，以检测地板表面的变化)。
W2：与设计W1的观念相同，但具有自动更换垫
W3：与设计W2和W1的观念类似，但具有蒸汽清洁系统，其集成为 根据温度和使用的加热溶液帮助从地板上松开更多的污物和其它目标材 料，帮助杀死表面上的细菌和/或消毒，加上通过吸水垫材料、抽吸装置和 /或其它装置重新从地板表面上吸收污物、材料和流体。
中型湿垫式清洁器的附件可以为：
1)W4：驶上型充电、干燥站。基础实施方案可以类似于干垫式清洁 器附件D3，但下面具有用于在清洁完成之后抓取任何过度的湿度和让垫 干燥的承屑盘
2)W5：用来设置清洁区域边界的迷你型锥形标(如在门口较宽位置 处)。这可以为高、薄的自由直立式装置，其可以像街灯/或非常薄的桌灯 一样查看东西。这可以为12至18英寸高，顶部放置隔开约8英寸的两个 二极管(可以为具有两个垂直立柱的U形，或者为T形)
图26图示了根据现有技术的Clorox Ready to Go Mop。图27图示了 根据现有技术的SwifferWet Jet
本发明的实施方式可以为机器人地板擦洗器，其设计为对耐用硬面地 板(尤其是厨房和浴室)进行深度湿式清洁。机器人地板擦洗器的一种实施 方案是：
S1：机器人地板擦洗器可以为湿垫式自动换垫(W2)与前部的擦洗刷 的组合。机器人在前面喷出清洁流体，并系统地前后刷洗。机器人用于垫 擦洗区域并吸收溶液。一种实施方式可以使垫在机器人的其它端上-其 中机器人转动180度，并用它的垫在区域上行走。一种可替换实施方式使 使擦洗机构相对紧凑，并正好放在垫的前面，因此机器人在其向前行驶时 吸收清洁溶液
中型机器人清洁器的另一种实施方式可以为机器人地板磨光器/擦光 轮，其设计为用于抛光步骤，作为为硬地板表面添加保护涂层/增加光泽。
机器人地板磨光器/擦光轮的一种实施方案可以包括：
1)B1：具有高速抛光垫的地板单元。抛光垫可以为一对反向旋转垫(与 F2结构一样)或其它结构(如具有缠绕在其周围的垫的水平滚筒)。机器人地 板磨光器/擦光轮包括上蜡、抛光液体容器、喷雾分配器以及抛光和吸收多 余液体的软垫。
还可以具有微型机器人清洁器，其比中型机器人清洁器小。换句话说， 微型机器人为用于较小的任务的小机器人。微型机器人可以为中型机器人 尺寸的一半到三分之一。微型机器人可以具有不同结构的NorthStar其 中传感器放在中间基座单元中，信号灯在机器人清洁器上。微型机器人可 以或可以不需要自动停泊。微型机器人的例子包括但不限于：
桌面机器人清洁器
桌面机器人清洁器可以设计为清洁餐桌、矮茶几、小的地板区域(如， 斑点清洁)。
桌面机器人清洁器的一种实施方案包括：
T1：用于收集碎屑等的迷你版F1或F2(旋转刷和容器)，具有添加的 垫
1)具有边缘检测，用于避免从桌子上掉下
2)小的垫将提供清洁/除尘/抛光
迷你型湿式地板机器人清洁器
迷你型湿式地板机器人清洁器设计为清洁小浴室、厨房中的斑点或溢 出。迷你型地板机器人清洁器进入角落和物体后面。
迷你型湿式地板机器人清洁器的两种实施方案包括：
MW1：简单的湿垫清洁机器人
1)垫最可能处于固定位置(不更换)-几乎与湿垫板的D1一样
2)识别垫侧面，以在其移动时沿着墙壁和其它边缘进行清洁
MW2：迷你版S1(擦洗刷)，但不具有喷雾器
1)清洁机器人仅具有刷子和吸水垫
迷你型湿式地板机器人清洁器的其它附件包括：
MW3：便携式清洁基站。
1)基站保持温水、清洁溶液和用于捕获水的容器
2)机器人开来，基站冲洗垫子并将新的溶液涂到垫子上
3)基站具有NorthStar跟踪一个或多个机器人的位置
4)在需要时，使用者应当能够用把手抓起基站，并将它插入墙壁用于 充电
迷你干式地板机器人清洁器/除尘器
迷你干式地板机器人清洁器/除尘器设计为努力进入以到达(家具后面 的)位置，并覆盖角落和基板
迷你干式地板机器人清洁器/除尘器的两种实施方案：
MD1：基于刷子的清洁器。基于刷子的清洁器：
1)具有到达地板和侧面(如基板)的旋转刷子
2)可以包括垫子或一次性除尘材料
3)具有箱驱动装置和改进设计，以避免钩在绳索上或粘到物体上。
4)可以结合前滚动刷，前滚动刷可以或可以不延伸到机器人清洁器框 架之外(示出了具有放大尺寸的刷子，以强调功能)
5)延伸到框架之外将改善到达墙壁底部和夹具下面的范围
6)采用多个它们到达的表面区域接触
7)滚动刷可以是一次性或可重复使用和/或可洗的
8)在一种情况中机器人底盘和驱动系统位于刷子的后面
9)半圆形后体或许是导航最实用的，但更方形的形状可以是一种选 择。
图28为根据现有技术的Scrubmagnet装置。
本发明中描述的导航系统的目标是提供在松散环境中进行系统清洁 的全部好处，但以明显低的成本制造可提供给广大消费市场的产品。
在本发明的一种实施方式中，这个目标通过由区域方法对区域进行清 洁而实现，其中机器人在每个通过本地地图和局部传感器定位系统的使用 系统地清洁房间或家中区域的一段，随后移动以清洁其它区域。区域尺寸 的减小允许使用较低成本的传感器，其中区域的尺寸设置为使得机器人能 够在来自传感器的正常噪声和移位总和使机器人失去其位置之前跟踪其 通过区域的位置。
在本发明的一种实施方式中，系统支持使用干和/或湿消耗清洁布，其 中区域清洁方法使得机器人能够在均匀地行进通过房间时使用布进行清 洁，以便如果使用者在清洁过程期间换布时，新的干净的布通常用来清洁 地板的新的区域(与已经覆盖的清洁区域相对)。
在本发明的一种实施方式中，机器人采用全球定位系统与本地定位系 统的结合，以布置区域以确保对房间或家中区域有良好的整体覆盖，以便 由系统设置的目标区域能够到达。如同本地定位系统一样，对用于全球定 位系统的传感器进行成本优化，使得全球系统的范围、精度和可靠性有效， 足以能够提供合适的本地区域的重叠部分，但不要求其本身在整个房间或 家中区域中都保持高度精确的全球位置。
这种功能通过采用与低成本传感器和元件的独特组合清洁策略和软 件实现。
在本发明的一种实施方式中，传感器和元件的组合包括下述要求的中 任何或所有：安装在清洁机器人上的低成本IR基全球定位传感器；低成 本IR发射器，其作为与机器人分开的单独物理装置建立，发射机器人可 以检测的IR光点(或光点)；轮转速计，其连接至机器人的驱动马达；马达 电流感测装置，连接至机器人的驱动马达，用于在机器人已经接触到障碍 物时通过在轮子的阻力中检测到的反馈进行感测；和安装在机器人上的陀 螺仪。在于2005年3月25日递交的NorthStar专利申请序列号No.11/090, 621中描述了NorthStar系统的例子和它的潜在功能，在2008年9月19 日递交的机器人游戏专利申请序列号No.12/234,565中还描述了其它能力 和结构。
该系统可以包括各种结构的IR发射器。实施方式可以包括但不限于 电池供电单元、墙壁可插接单元、或也是电池操作的墙壁可插接单元的组 合。发射器具有一个或多个IR LED，其在天花板上发射NorthStar传感器 可以检测到以定位其位置的IR光点。在本发明的一种实施方式中，发射 器可以具有不同频率的指向不同方向的三个、四个、五个或更多个光点， 以扩展检测信号的范围，其中传感器还可以定位所述光点中的至少两个， 以确定其位置。采用这种方法，传感器可以选择提供更好的定位信息的不 同光点，如通过选择具有相对于其位置具有用于计算机器人位置的最佳方 位的光点，和/或基于它们的强度选择光点以提供最好的信噪比。在本发明 的一种实施方式中，两个或多个IR发射器可以用来通过以不同的IR频率 将IR光点投射到房间或家中的不同区域而扩大覆盖范围，包括但不限于 覆盖不同的房间或家中的区域，以使得能够进行房间-至-房间清洁和导航。
在本发明的一种实施方式中，传感器和元件的成本如此低，使得没有 一个传感器和元件本身能够提供足够可靠的信息以提供完整的方案，但当 相互结合使用并采用该清洁策略时，整个系统可以产生比随机清洁机器人 更有效的清洁系统，并且导航系统越复杂越贵，则更有效。
在可替换实施方式中可以使用可替换的传感器，其可以包括但不限 于：加速计，用作检测机器人已经与障碍物接触的另一种装置；IR接近式 传感器，用于检测障碍物并沿着墙壁和障碍物移动；坠下传感器，用于检 测机器人是否将要越过壁架；和/或可以支持机器人导航的其它传感器，如 在此引用的。
在本发明的一种实施方式中，可以以下述结构实现本地清洁行为。机 器人采用陀螺仪和轮转速计跟踪其在本地区域地图内的位置，其中转速计 使得机器人能够基于行驶的距离在地图上绘制其位置，陀螺仪使得机器人 能够在机器人转动时修正转速计中的漂移，以在本地地图提供更好的机器 人方向和位置精度。障碍物的检测和其它基于位置的传感器信息可以包括 在本地地图中，用于绘制将要清洁的区域，在障碍物附近规划路径，探索 新的区域和未覆盖的区域，并关闭标记为完成的区域。
在本发明的一种实施方式中，机器人最初沿着沿一个方向行进通过房 间的平行排行等级图案进行清洁。机器人利用陀螺仪进行均匀的180度转 动，并保持所述列的平行方位，其中角度在所述行之间足够靠近，使得所 述行重叠并最小化所述行之间未被覆盖的任何间隙。当机器人从一行转向 下一行时，左右转动的交替帮助抵消内部陀螺仪漂移，并长时间延伸所述 图案(且因此更大的区域)。机器人采用轮子转速测量，用于测量所述行的 长度，并采用来自陀螺仪的修正和来自其它传感器对障碍物的检测，建立 区域地图。
在本发明的实施方式中，机器人可以被编程，以沿着一行清洁，随后 转向下一行，直到一个或多个事件发生，这些事件可以包括：到达障碍物； 到达最大行长度；试图在障碍物附近移动，直到机器人已经沿着所述行移 动最少量的距离；试图基于相对于之前行的位置在障碍物附近移动；试图 障碍物附近移动，直到撞到最大数量的障碍物；和/或用机器人内部的本地 地图到达目标区域的边界。
在本发明的一种实施方式中，机器人可以完整地扫过区域，随后采用 确认本地地图上还未被清洁的区域的算法，以使机器人移动到这些区域， 并清洁它们，更新地图同时定位仍然可靠。机器人还可以关闭被确定由作 为不可清洁区域的障碍物阻塞的任何边界。沿着未被障碍物阻塞的清洁区 域的周边的边界还可以储存在地图上，随后用来确定将要清洁的相邻区 域。
在本发明的实施方式中，机器人对行的最大长度和区域内允许的行数 的数量设置限制，因此试图覆盖的区域保持在允许来自传感器的合并读数 和修正的积累误差和漂移的公差内。所述限制可以通过多个措施进行设 置，包括但不限于：行的长度和/或行的数量的值固定；基于环境动态设置 所述尺寸中的一种或二者，如果机器人检测到可清洁区域窄且宽，因此能 够以更多的行、当较短的长度完成；行驶的时间或区域的测量；和/或通过 所述值与其它传感器的比较对传感器漂移进行反馈，其中清洁区域尺寸变 大，直到累积误差达到阈值。
在本发明的一种实施方式中，一旦完成一个区域，机器人将采用来自 全球定位系统(如，改进的机器NorthStar定位系统)重新定位其位置，随后 规划下一个清洁区域的位置。这个过程可以包括将来自区域中的本地映射 区域的数据更新至全球地图，其在机器人清洁房间中的更多区域时进行填 写。
在本发明的一种实施方式中，全球定位系统可以跟踪机器人的进展， 同时作为并行过程清洁本地区域。在确定全球定位系统对该区域具有最低 水平的可靠度的情况中，在全球地图中发现的一定尺寸的间隙可以拷贝到 本地地图上，如果需要，使机器人再次访问并重新清洁这些区域，以在该 系统中提供冗余。
在本发明的一种实施方式中，在访问可靠的全球位置信息受限或在机 器人当前位置处不能立刻获得的情况中，重新定位可以通过多个措施实 现。例子可以包括但不限于返回具体参考点(或多个可用参考点中的一 个)，其中机器人可以重新校正其位置，绘制下一次清洁区域的目标位置， 并行驶到该区域，开始接下来的区域图案。在使用全球定位系统的情况中， 机器人自动追踪由全球定位系统提供的信号，直到它到达它可以将过程绘 制到参考点的区域。
在最小的情况中，参考点可以位于靠近充电站的范围内，或一些其它 机器人用作起始位置的“大本营”形式。机器人可以使用一个或多个发射 信号向回寻址到充电站，且如果需要，相对于充电站的位置本身，其中它 的位置和方位估计位于高度自信的水平。
在本发明的一种实施方式中，机器人还可以采用来自陀螺仪的信息重 新定位，里程计和其它传感器用来测试全球定位系统的可靠性，以动态确 定全球系统何时提供用于重新定位的足够精确的信息。作为一个例子，本 地传感器为一定时间内的多次采样提供读数，并且当全球位置读数变化与 从本地传感器估计的变化相匹配时，随后机器人可以重新定位。作为后退 方法，机器人可以采用全球定位系统返回“安全点”，在那里它对它的相 对位置具有高度的确定性，而不需要来自其它传感器的其它或新的确认。
在本发明的一种实施方式中，机器人可以采用本地地图和来自本地传 感器(陀螺仪和转速计等)的输入在区域方法中进行清洁，并从一个区域移 动到另一个区域，对于其在清洁运行中的操作的一部分或全部，不需要使 用全球定位系统。在本发明的实施方式中，一旦完成一个清洁区域，机器 人可以通过多种措施移动至新的位置，开始新的清洁区域，所述措施包括 但不限于：基于本地地图和传感器行驶至现有区域内的估计位置，并开始 清洁延伸到现有清洁区域之外的新的区域；基于用于重新定位机器人的本 地传感器的使用行驶至现有区域之外估计位置，随后开始新的清洁区域； 和/或行驶至相对于现有清洁区域的任意位置，随后开始新的清洁区域。
在本发明的实施方式中，多种技术可以用来扩展清洁区域，和/或基于 环境更有效地组织区域的配置。在采用具有有限范围或在房间中仅具有一 片覆盖的低成本全球定位系统的情况中，区域清洁图案可以与周期性重新 定位相结合，以允许区域图案运行较长并在较大的区域上运行。作为一个 例子，如果房间的中间区域具有良好的全球定位信号(如从IR光点发射器 或其它电光源发射的)，则机器人可以对准清洁图案(如平行排行)，以便机 器人在行进通过一个或多个行(如在中间或在所述行的端部中的一个处)的 过程中进出全球覆盖区域。通过在机器人处于全球覆盖范围时重新校正其 位置，机器人可以基本上将漂移重新设为零或某个较低的值，并根据本地 传感器继续清洁图案。这种过程还可以特别无论何时在发现可靠的全球位 置信号时进行。
在本发明的一种实施方式中，配置清洁图案的策略可以用来进一步改 善区域或者整个区域的覆盖率。作为一种技术的例子，机器人可以在同一 区域或同一组区域内进行两次或多次通过，以确保更好的清洁。这可以包 括改变多次通过之间的系统图案的主方向，以露出多次通过之间的边界， 并且可能延伸到第一次通过错过的区域中。例子可以包括但不限于：在单 次时间内使机器人沿一个方向清洁该区域，随后沿不同的方向(或者垂直或 某个其它角度)开始重新清洁整个区域，其中房间或区域可以基于图案和环 境分成不同的区域；每次机器人运行时使机器人在每个区域进行两次通 过；或者成对改变角度，使得机器人在每次清洁选一个新的角度，随后沿 垂直角度通过。这些方法的好处在于，它们的多次通过将可能在多次覆盖 的区域内去除其它污物-并且可能使清洁功能在地板表面中的不同纹理 范围更好地工作-同时比随机方法提供更均匀的覆盖率。
在本发明的一种可替换实施方式中，基于发现的区域，所述区域可以 更加灵活和紧急。一种例子可以包括采用映射，以在系统清洁图案的第一 次通过之后露出全球地图中的敞开边界。机器人随后可以采用该信息以清 洁进入边界，并且在那里发现新的区域，重复系统清洁图案和边界选择过 程。
在上述任一种实施方式中，机器人还可以采用周边清洁(包括墙壁跟踪 和障碍物跟随)，以关闭由系统图案覆盖区域中的边界，以及在发现的新的 区域中触发另一系统清洁区域。周边清洁可以作为一个过程在一个区域标 记为完成之前在该区域中进行，作为在访问多个区域之后穿过所述区域的 过程进行，或者基于发现的障碍物的尺寸和机器人可以沿着墙壁行进的长 度作为在区域内和之间二者的结合，而不离其目标位置太远。
用于集成定位、位置和导航系统的新的方式、方法、设计、技术和方 案为需要在日常环境中运行的活动机器人使得的产品提供新的和独特的 好处和能力。为了图示目的，在本文档中描述和图示的具体实施方式主要 在活动地板清洁机器人的背景中进行描述，其中所述好处和能力代表了性 能相对于随机、半随机地板清洁方法和/或由市场上的前沿消费机器人清洁 产品采用的其它方法的明显进步。可以利用定位、位置和导航系统的机器 人清洁装置的可行实施方式的描述包括但不限于附图中描述的产品、观念 和结构。
在此描述的情况采用基于红外的定位系统，还可以容易地由采用其它 定位措施的装置使得，包括但不限于采用下述方式的装置：可视图案识别、 可见光检测、激光反射、里程计、光学导航感测、惯性感测、热检测、运 动检测、声音检测、无线电波检测、物理接触检测、靠近检测、磁场检测、 电场检测或它们的任何组合。基于红外的定位系统的一种实施方式可以包 括来自改进机器人的NorthStar其在现有申请中引用了，即于2005年3 月25日递交的美国专利申请序列号No.11/090,621，通过引用将其结合于 此。
为了这些描述的目的，定位、位置和/或导航系统的应用包括但不限于： 确定物理空间内的一个或多个装置、物体、场所和/或边界沿着一个或多个 维度的位置的能力；从用在应用性能中的一个或多个其它点对一个或多个 装置、物体、场所和/或边界的相对位置提供部分信息的能力；对用在操作 性能中的一个或多个装置、物体、场所和/或边界的位置进行估计的能力； 引导一个或多个活动装置和/或物体沿着规划的和/或未规划的路程通过一 个或多个物理空间的能力；在其中装置、物体、场所和/或边界之间的点的 信息可以或不可以利用的物理空间内的两个或多个物体、装置、场所和/ 或边界之间移动的能力；存储用于在随后的位置及时获取和使用的一个或 多个装置、物体、场所、边界、路径和/或覆盖区域的位置信息、确认和/ 或其它位置指示的能力；映射用在应用性能中的一个或多个代表场所、装 置、物体、边界、路径和/或覆盖区域的能力；检测和/或发现关于一个或 多个物理环境的位置信息的能力，该位置信息用来适应和/或增强这些环境 中的一个或多个任务的性能；采用位置信息帮助确认和/或对一个或多个环 境进行分类以适应这些环境中的一个或多个任务的性能的能力；和/或采用 上述能力和/或与定位、位置和/或导航相关的其它能力中的一个或多个直 接和/或间接控制一个或多个装置的能力。
定位系统的实施方案可以采取多种实施方式，但仍能够具有在此描述 的功能。定位系统的实施方式的例子包括：
1)传感器(或传感器组和集成传感系统)在机器人或机器人使能的装 置上的放置，其使得机器人或机器人使能的装置得到相关位置信息，其中 发射一个或多个信号的其它物体和/或装置可以或可以不用于帮助获取位 置信息。
2)传感器(或传感器组和集成传感系统)在机器人或机器人使能的装 置上的放置，其使得机器人或机器人使能的装置通过其环境的被动和/或主 动测量得到相关位置信息，通过由一个或多个系统在单个时间点处进行的 位置和/或通过由一个或多个系统从一定时间范围内的一系列测量获取的 测量的综合，和/或与运动的控制、导航图案的执行和/或位置相关行为的 性能结合。这种方法的一种实施方式包括但不限于来自改进机器人的 vSLAM其通过于2006年3月21日递交的美国专利No.7,015,831、 2006年12月5日递交的美国专利No.7,145,478中引用了，通过引用将 其结合于此。其它实施方式可以包括但不限于一个或多个接近式传感器与 一个或多个路径跟随行为的联合使用，所述路径跟随行为引导机器人或机 器人使能的装置相对于环境的物理特性的运动。这种方法的一种例子可以 是具有一个或多个接近式传感器的机器人，所述一个或多个接近式传感器 测量离墙壁、物体和/或背景内的其它固定边界，并进行路径跟随行为，其 中机器人在环境附近的重复系列循环或圈中沿着墙壁、物体和其它边界的 轮廓移动，机器人最初沿着区域的周边移动，并且一旦每次完成一圈则向 内移动其位置(如由接近式传感器测量到的那样)，以便它逐渐移动至区域 的中心，直到它到达所述中心和/或覆盖所述周边内的大多数区域。(参见 图31)
3)传感器(或传感器组和集成传感系统)在中间装置上的放置，其检测 并提供一个或多个机器人、机器人使能的装置和/或其它装置的位置信息， 并缓存该信息和/或发送命令回到一个或多个机器人、机器人使能的装置， 其可以或可以不发送帮助传感器确定它们的位置的信号。
4)传感器(或传感器组和集成传感系统)在一个或多个独立装置之间 的放置，其中来自传感器的数据传递至一个或多个机器人、机器人使能的 装置和/或其它装置。
5)上述方法-或用于读取和报道机器人、机器人使能的装置和/或其 它装置的位置信息和/或确认的方法的任何组合。
6)上述方法的任何使用，添加集成第三方平台或装置，如电视游戏系 统(如，NintendoWiiX-Box 360PlayStation 3等)、手持游戏系统 (PSP，NintendoDS等)、移动电话、便携式电话、PDA，mp3装置、电 视、计算机或因特网使能的游戏系统(如，在线游戏)，以帮助结合位置信 息，确认装置、传输信息、提供计算、规划路径、监控任务性能和完成、 将从一次操作收集的信息传递至随后的操作、更新参考数据集和/或行为、 激活用户界面，和/或帮助与一个或多个机器人和/或机器人使能的装置的 定位相关的操作。
由定位系统采用的传感器可以为帮助提供各种游戏物体的确认和/或 任何相关位置信息的任何元件、元件组或集成系统。这些传感器元件和系 统可以包括但不限于红外传感器；照相机、成像器和/或其它视觉传感器； 激光测距仪或其它激光传感器，红外检测器和/或发射器；轮子编码器或其 它里程计传感器；光学导航传感器；加速计，倾角传感器，陀螺仪，或其 它位置和/或惯性传感器；热传感器；运动传感器；扩音器，超声波传感器 和/或其它声音传感器；RFID传感器和/或其它射频传感器；接触传感器； 接近式传感器；磁传感器；电场传感器；和/或它们的任何组合。作为感测 装置的一部分，作为其它处理装置的一部分，或作为过程的组合，该系统 可以采用来自传感器的原始读数，或者包括原始传感器值的处理。
装置和/或物体可以设计为传感器提供检测它们的装置，通过主动和/ 或被动方法，作为定位系统的一部分。主动方法可以包括但不限于将标志 放置在一个或多个装置上，所述这种发射传感器可以检测的信号并用来获 得物体的确认和/或相对位置信息。标志可以包括但不限于：红外光发射器， 红外光点发射器，其它可见或不可见光发射器，激光发射器，热发射器、 声音和声波发射器、控制物体运动的运动发射器或装置，RFID或其它射 频发射器，磁发射器，电场发射器，或它们的任何组合。被动方法可以包 括任何方法，其中传感器可以检测一个或多个物体或装置，而不需要信号 源自所述物体或装置。这些方法可以包括但不限于一个或多个物体或装置 或物体上的可视识别、物体的反射光检测、物体的物理形状或结构的识别、 物体的运动的识别、或它们的任何组合。
采用定位系统这种和其它实施方式、技术和/或应用的其它例子可以在 2008年9月19日递交的Evolution Robotics的美国专利申请序列号No. 12/234,543的申请中找到，通过引用将其结合于此。
用于增强机器人或机器人使能的装置在诸如地板护理和之前描述的 其它定位相关的应用之类的任务的性能和能力的定位系统的使用包括但 不限于：
1)通过控制机器人的位置和/或路径采用位置信息系统地清洁地板的 能力；执行与地板表面相关的覆盖和/或清洁图案，以确保良好的和均匀的 覆盖；基于用户输入执行与地板表面相关的定制覆盖和/或清洁图案；优化 适于环境条件、障碍物位置、不同类型的地板表面(如，地毯vs.硬木vs.瓷 砖，等)和/或位置特定信息的覆盖和/或清洁图案；保持跟踪清洁的和未清 洁的区域和/或露出的和未露出的区域；和/或上述方法的组合。采用位置 信息的覆盖和清洁图案的实施方式可以包括但不限于：
a)包括一个或多个直线图案的路径，其可以包括但不限于机器人在其 沿着行状图案从房间的一侧到另一侧行进时清洁的地方，和/或机器人沿行 状图案从房间的一侧到另一侧清洁和清洁且随后沿垂直于第一行状图案 的第二行状图案(图30)向回跨越的地方，和/或机器人通过组合整体直线路 径和其它非直线运动清洁的地方。图29图示了根据本发明实施方式的单 次通过平行排行清洁图案。图30图示了根据本发明实施方式的两次通过 交叉行清洗图案。
b)在其中机器人通过采用房间的墙壁和/或边缘(和/或其它物体和边 界)帮助限定其路径的轮廓跟随方法进行清洁并在覆盖地板表面的移动中 进行系统调整的情况中，其中一种实施方式可以包括但不限于平行于房间 和/或物体的边缘行驶，并在每次完成的圈完成时向内移动一定的距离，直 到它到达区域的中心，或它可以最接近区域的中心(图31)。图31图示了 根据本发明实施方式的轮廓跟随清洁图案。
c)在其中机器人以较小的子分段清洁房间的情况中，采用一个或多个 系统“微型”图案在一个分段内进行清洁，其中可以由物理边界、可见边界、 用户定义的边界和/或适于环境条件的边界限定一个分段，随后在其它分段 上重复该图案，直到采用用于限定和/或在子分段之间移动的“微型”图案到 达地板的所有敞开区域(图32)。图32图示了根据本发明实施方式的宏观 和微观图案的组合。
d)其中机器人在它进行清洁时沿着整体行状、螺旋或其它图案移动至 其路径，但在该路径的每段内执行多种较小的图案，以采用沿着该路径的 多次通过提供更深层清洁(图33)。图33图示了根据本发明实施方式的具 有系统路径深层清洁图案。
e)机器人以半随机图案在地板的特定部分进行清洁，但采用覆盖的区 域的跟踪，以间歇地将其位置重新定位至未覆盖区域，和/或保持在某个边 界内，随后在它已经实现足够的覆盖时移动到地板的新的部分上，其中一 种实施方式可以包括但不限于采用避开行为移动离开覆盖区域，以概率方 式引导本身到达未覆盖区域(图34)，以及其中另一种实施方式可以包括但 不限于快速动作，其中机器人的本地运动可以快且不可预测，如使整个机 器人快速旋转，以快速的动作抛光、擦洗或清洁地板。图34图示了根据 本发明实施方式的具有系统图案的半随机清洁。
f)其中机器人采用上述方法和/或其它变形中的一种进行清洁，并通 过房间边缘附近和/或房间中的物体附近的清洁而完成。
g)其中机器人采用清洁图案持续将任何残留的物质和/或流体推向地 板的特定区域，以将它集中到一个或多个特定位置，由用户、机器人和/ 或其它装置收集(图35)。图35图示了根据本发明实施方式的具有再生站 的清洁图案。
h)其中机器人采用上述清洁方法和/或其它变形中的一种或多种，但 进行多次循环，在多次循环中它改变其在清洁过程中的不同阶段的行为， 如作为一种实施方式，用一个系统首先去除污物，并采用第二系统施加保 护性的抛光；和/或上述方法的任何组合。
机器人用其中机器人返回允许它更新其清洁机构的一个或多个站的 上述方法和/或其它变形进行清洁的能力可以包括但不限于：
1)卸载收集的污物、流体、消耗品和/或废料，2)取新的清洁材料、 流体和/或消耗品，和/或对其电池再充电)和/或返回清洁它最后留下的，或 在需要时继续新的区域；机器人采用上述方法中的一种进行清洁，并基于 覆盖的区域、操作时间和/或其它措施更新它自身的清洁机构；和/或上述 方法的任何组合。一种实施方式可以类似于在以上在图35中展示的方法。
2)采用位置信息移动至一个或多个基站的能力，具有或不具有观察基 站的直达电路，来自相同的房间/区域内和/或来自房间/区域之外，其中机 器人可以或可以不进行路径规划技术，以形成至一个或多个基站优化路 线。一种实施方式可以包括但不限于其中站包括位置信号发射器，其使得 机器人能够自动学会所述站的物理位置，和/或如果所述站从其起始点移 开，则允许机器人自动重新校正所述站的物理位置。
3)随机或半随机地在其中位置信息本地不可用、仅间歇可用和/或不 可靠的区域进行清洁的能力，同时能够移回位置信息可用的区域。(图36 展示了其中机器人在其中位置本地不可用的桌子下面进行清洁的一种实 施方式。)图36图示了根据本发明实施方式的在位置信息受限的区域中的 半随机清洁图案。
4)以一定程度的系统覆盖率在其中位置信息本地不可用、仅间歇可用 和/或不可靠的区域中进行清洁的能力，通过由这些区域相对于一个或多个 已知区域的边界，和/或通过使用离一个或多个已知位置的距离、方位和/ 或相对位置的其它测量或估计(如但不限于马达和/或轮子的控制，来自马 达的反馈，里程表读数、加速计读数，罗盘传感器读数，陀螺仪传感器读 数，接近式传感器读数，撞击传感器读数，光学流量传感器读数，基于视 觉的传感器读数，基于声音的传感器读数，衰弱、反射和/或多路信号的信 号强度的测量，和/或提供相位位置指示的其它系统。)，估计这些区域的 位置。在与图36中示出的情况相关的一种实施方式中，机器人可以在从 桌子下面露出的任何适合重新获取它的位置，并采用该位置信息通过该上 述方法增加桌子下面的覆盖区域的估计。
5)采用位置信息从一个房间向另一个方向和/或从一个区域向另一个 区域行进同时系统地保持清洁合并的区域的能力，其中机器人可以或可以 不进行路径规划技术、障碍物和/或敞开区域的映射，和/或用户在路径上 的输入，以在不同的房间和/或区域中的位置之间形成优化的路线。
6)从一个房间向另一个房间和/或从一个区域向另一个区域行进的能 力，其中位置信息可以在房间和/或区域之间的过渡区域中连续可用或不可 用，其中机器人可以采用用于在位置信息本地不可用、仅间歇可用和/或不 可靠的区域中转移的一种或多种方法，通过由这些区域相对于一个或多个 已知区域的边界，和/或通过使用离一个或多个已知位置的距离、方位和/ 或相对位置的其它测量或估计(如但不限于马达和/或轮子的随机和/或半 随机探索、控制，来自马达的反馈，里程表读数、加速计读数，罗盘传感 器读数，陀螺仪传感器读数，接近式传感器读数，撞击传感器读数，光学 流量传感器读数，基于视觉的传感器读数，基于声音的传感器读数，衰弱、 反射和/或多路信号的信号强度的测量，和/或提供相位位置指示的其它系 统。)，估计这些区域的位置。
7)通过将一个或多个活动装置放置到为机器人提供一个或多个参考 点的辅助系统以导出其相对位置而扩展覆盖范围和/或增强位置估计精度 的能力。一种实施方式可以包括一种系统，其中机器人本身临时将一个或 多个活动和/或物体放置在已知位置处的系统，并采用这些装置和/或物体 获取和/或增强特定区域的位置信息，并且可以具有或不具有重新得到所述 装置以在其它区域中重复该过程的能力。
8)采用一个或多个发射信号的起源和/或一个或多个发射信号的反射 的检测在障碍物附近移动和/或移动通过敞开路径(如但比限于门口、走廊、 家具附近的路径，等)的能力，其中原始反射的信号的直接检测可用或不可 用，和/或可以不够强至提供立即的和/或可靠的绝对本地位置信息。
9)采用一个或多个发射信号的衰弱检测和/或来自远离一个或多个信 号的源点的反射与探索行为结合以逐渐向其中信号较强的区域和/或最终 前进到信号足够强以获取本地位置信息的能力。
10)采用位置信息使得用户能够训练和/或向机器人提供通过边界、聚 焦区域(如，光点清洁)、将跟随的特定路径、将执行的图案、覆盖顺序、 将避开的区域和/或确保不错过的区域来帮助限定区域、路径、行为、优先 权和/或用于清洁的技术的其它输入的能力。一种实施方式可以包括但不限 于使得用户能够在训练周期期间控制机器人的运动和/或其它动作的装置 和/或结构，其中机器人记录位置信息和/或与这些位置的目标清洁行为相 关的其它用户输入。这种方法的实施方式可以包括但不限于：指向装置， 其使得用户指导机器人到哪里，其可以包括或不包括向机器人输入为改为 分配不同的清洁行为的其它命令的装置；用户可以保持和/或穿戴、以便机 器人可以在用户移动通过环境时可以跟随的装置；用RF控制器或其它类 型的远程控制控制的机器人的装置；远程控制该机器人可以跟踪的其它活 动机器人或装置的装置；和/或其中用户在机器人记录其位置和/或目标清 洁行为时在目标区域内到处手动移动机器人。另一组实施方式可以包括其 中机器人观察手动或远程控制的第二装置的运动，并且该机器人记录第二 装置的运动以学会用于清洁的位置信息的装置和/或结构。上述系统的训练 可以包括或不包括多室和/或多区域存储器系统，从而训练信息可以依靠具 体的房间和/或区域，其中机器人可以在检测和/或被指令它处于某个房间/ 区域中时访问训练信息。
另一组实施方式可以包括但不限于机器人可以检测并与其定位系统 结合以适应期清洁行为的一个或多个装置和/或物体的物理放置，如但不限 于限定边界、限定跟随方向、限定避开区域、限定聚焦用于深层清洁的区 域、限定采用特定类型的清洁模式(如作为一种可行的例子仅在某个毛毯 区域上进行蒸汽清洁)的区域的装置。
11)采用定位信息使机器人通过探索其跟踪位置信息的地方并集成环 境(如但不限于：障碍物检测，地板表面类型，污染浓度较高的区域，区 域之间的通路，关于环境的用户输入，和/或其他措施)的了解以适应其他 清洁路线和/或其它操作以为环境优化性能而了解区域的能力。
12)采用定位信息通过机器人的物理定位集成用户输入影响机器人如 何学习和/或更高效和/或有效地学习特定区域的能力。
a)一种实施方式可以包括但不限于使用户将机器人放在座位起始点的 房间角落(如底部右角)并将该放置于其机器人从一个角落向另一个角落以 从由至左的行进进行清洁。
b)另一种实施方式可以包括使用者将机器人放在多个位置中，以在房 间边界、覆盖区域、目前起始点和/或清洁方向，和/或清洁时使用的图案 上训练它。
13)集成连接至位置信息的位置确认的能力，如关于它位于的房间的 类型(如厨房、餐厅、其它类型的房间)的输入，以优化机器人选择的行为 和/或算法，以试图基于多种结构模型中的一种和该类型房间的最可能的情 况清洁该房间。
a)一种实施方式可以采用NorthStar发射器的房间ID的选择(如，通过 它的频率或其它措施)，以指示房间的类型，机器人上的NorthStar传感器 在检测到信号和房间ID时据此立刻注意到。在这种情况中，例如，如果 指示该房间的房间ID为餐厅，则机器人可以选择设计为检测主餐桌位置、 跟踪桌子整个周边附近的主清洁路径，并使用用于清洁桌子下面(在那里它 希望与桌子和椅子的腿进行接触)的路线的行为和/或算法。
14)使位置信息从一个装置传递至另一个装置以优化系统性能的能 力，通过可以包括但不限于将定位系统的全部或一部分包含在可以连接至 各种机器人、机器人使能的装置和/或非机器人装置的模块化可拆卸装置中 的措施，以便位置信息和/或来自该模块的操作的学习与一个或多个机器人 结合，机器人使能的装置和/或非机器人装置可以在该模块随后于其它机器 人或机器人使能的装置联合时使用，如在2008年9月19日递交的申请序 列号No.12/234,543、名称为“Transferrable Intelligent Control Device”中 描述的那样，通过引用将其结合于此。
a)另一种实施方式可以包括但不限于其中用于转换信息的装置主要 是数字的，而不是物理的，以便位置信息和/或来自一个或多个机器人的操 作的其它学期可以由具有其它机器人或机器人使能的装置的电子装置共 享(如通过有线通信、无线通信、电子数据存储装置的使用、通过计算平台 的下载、和/或其它措施)，在其中机器人或装置在相同的环境中运行但可 以进行或不进行类似的任务的情况中。
b)另一种实施方式可以包括上述相同的方法，但其中所述学习不限于 特定环境，而是可以提供对不同环境中的多个机器人和器人使能的装置上 定位相关行为的更一般的学习和/或应用，这是通过提炼环境描述和确认最 可能成功进行的哪一种行为或行为的组合和/或预测哪一种行为可以最好 地进行给出新的环境、特定的机器人或机器人使能的装置平台，期望的用 户目标、和/或其它情况而完成的。在2005年5月3日授权的美国专利No.6, 889,118中公开了这种技术的描述，通过引用将其结合于此。
17)采用位置信息和/或上述能力中的一种或多种以调整两个或多个 机器人上的行为和/或共同进行一个或多个任务的能力，其可以包括但不限 于为每个机器人指定具体的任务，为每个机器人指定区域，和/或共享所进 行的任务信息和/或覆盖的区域，以使机器人作为继承系统而不是独立的装 置进行运转。
图37图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式，其包 括可以固定清洁布得清洁垫，但以不同的形状因素和壳体结构进行。所述 垫从轮子向前向外延伸，并且这种设计允许机器人本体相对于清洁垫的尺 寸更大。在本发明的一种实施方式中，壳体内的其它体积可以容纳其它清 洁机构，其可以包括采用清洁垫作为进口喷嘴的真空吸尘器。清洁布可以 覆盖清洁垫下面的全部真空吸尘器进口区域的一部分，以便将污物吸入作 为过滤器的清洁布中，以添加额外的从地板上去除灰尘、污物和碎片的能 力。在机器人清洁器的模型中，基于设计是否允许污物越过清洁垫，机器 人可以具有或不具有收集污物的内部垃圾箱。
图38和图46图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的各种实施 方式，其采用水平旋转刷子作为清洁机构的一部分。机器人清洁器可以包 括位于刷子后面用于收集灰尘、污物和碎片的收集箱。刷子可以是作为单 个元件或以两个多个部分的形式可拆除的。刷子可以是一次性的。刷子可 以由非编制材料(类似于在其它实施方式中描述的清洁布中的材料)或作为 清洁功能的一部分在刷子本身上收集污物和灰尘的其它类型的材料构成。
图39和图40图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的各种实施 方式，其包括用于保持多个清洁布、清洁垫或其它材料的可受载盘。附图 中的组件与包括位于机器人的相对端处的滚动刷的机器人集成在一起，但 该机构可以与其它机器人本体一起使用。清洁布可以以各种方式加载到机 器人中，包括但不限于将清洁布或清洁垫加载到可受载盘的顶部，或打开 可受载盘上的盖子将允许使用者将清洁布或清洁垫放在盘中。在机器人清 洁器的模型中，脏或旧的清洁布和清洁垫可以由使用者手动去除，如通过 将底部清洁布或清洁垫从可受载盘的侧面扯出，或将清洁布或清洁垫从机 器人的底部扯出，留下干净和新的清洁布或清洁垫露出和准备使用。在机 器人清洁器的模型中，用于机器人的停泊站可以是可用的，机器人可以自 动与停泊站连接在一起，其中机器人到停泊站中的进入点包括方向齿或某 种类型的夹取表面，从而当机器人退出停泊站时从机器人上拉掉底部清洁 垫，因此提供了自动去除清洁布或清洁垫的措施。
图41图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的各种实施方式， 其包括各种结构的真空吸尘器和收集箱。在该结构中包括清洁垫，设置在 真空吸尘器的进口区域的后面，以允许所述垫拾取真空吸尘器可能已经错 过的灰尘、污物和碎片。在机器人清洁器的模型中，机器人的高度可以延 伸，以为真空系统提供更多的空间，提供电池和箱空间，以提供更好的真 空强度和碎片容量。在机器人清洁器的模型中，收集箱是透明的，以允许 使用者容易看到机器人到达其最大保持容量，并需要倒空所述箱，不要求 使用者手动打开和/或去除所述箱以检查器状态。
图42、图44和图47图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的各 种实施方式，其采用沿着机器人外面安装的一个或多个垂直定向的硬毛 刷。机器人清洁器可以包括用于存储机器人用擦洗刷分配使用的清洁流 体。机器人清洁器可以包括用于存储已经由机器人上的其它机构从地板上 拾取的用过的清洁流体和污物的第二容器箱。在机器人清洁器的模型中， 可以使用不同结构的刷子和地板溶液，如使用一个刷子擦，另一个刷子旋 转垫子擦亮地板。在机器人清洁器的模型中，不同的溶液可以分配到不同 的刷子机构内火附近，如靠近擦洗刷的清洁溶液和磨光刷或垫需要的上蜡 溶液。
图43图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的各种实施方式， 其包括水平定向的旋转刷子，其具有位于刷子上方的喷嘴，该喷嘴将清洁 流体分配到刷子前方的区域中。这种机器人清洁器的模型可以被编程以驱 动至某个位置，随后在喷雾之前退回固定的距离，以确保机器人不喷射到 靠近清洁区域的墙壁或地板的其它表面上，如地毯。
图45图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的实施方式，其中 机器人为圆形形式并包括垂直定向的圆形刷子，其作为环延伸至机器人周 边之外并围绕机器人的中心轴线旋转。为了最大化刷子的范围，机器人的 轮子和其它机构放在刷子的环内。在机器人清洁器的模型中，刷子可以在 所有侧边露出，部分如图45中示出的那样露出，如在机器人的前面，或 者完全由机器人的壳体覆盖。在机器人清洁器的模型中，可以使用反向旋 转刷子，其中一个或多个刷子嵌入沿相反方向行进的另一个刷子的环内。 在其中刷子的一部分在人的侧面露出的机器人清洁器的模型中，刷子可以 以它们延伸越过外机器人壳体周边和能够与侧面障碍物和墙壁接触的区 域的方式倾斜，用于提供除地板表面清洁之外的侧面清洁。
图47图示了根据本发明实施方式的具有垂直定向安装的外擦洗刷的 不同结构的机器人清洁器的各种实施方式。在机器人清洁器的模型中，一 个或多个擦洗刷单元可以与机器人主体分离，用于独立使用。这可以包括 其中可分离的刷子单元具有自身的壳充电电池，其向刷子功能提供动力同 时与机器人主体分离。可分离刷子单元中的电池能够在连接至机器人主体 时从主机器人上充电，以及连接至机器人主体能够由主机器人的动力系统 使用。可分离刷子单元和机器人主体之间的控制接口可以允许主机器人在 连接时控制可分离刷子单元的功能。在机器人清洁器的模型中，可分离刷 子可以设计为手动使用，如手持推动的刷子。在机器人清洁器的模型中， 可分离刷子单元可以具有其自己的用于自主操作的控制系统。为了支持自 主操作，可分离刷子单元还可以具有其自己的用于定位的装置，其可以包 括但不限于：采用清洁刷的选择移动刷子单元，采用嵌入清洁刷单元的轮 子移动和控制刷子单元，和/或这两种方法的组合。在机器人清洁器的模型 中，机器人主体可以发射使得可分离刷子单元能够远离和返回机器人主体 移动以自主分离和重新连接的信号或信号组。在机器人清洁器的模型中， 可分离刷子单元可以发射使得机器人主体能够确定可分离刷子单元的相 对位置并远程发送命令以控制可分离刷子单元的运动的信号或信号组。在 本发明的壳替换实施方式中，类似的系统可以用于主机器人，以控制可以 构造为具有多种清洁功能的一个或多个远程清洁装置。
图37图示了根据本发明实施方式的机器人清洁器的各种实施方式， 其包括可以保持清洁布的清洁垫。真空软管可以安装在机器人的外面，向 上引向与地板表面平齐的前方进气口。多个软管可以用来在进气口横截面 内提供更均匀的溶液分布。清洁垫、清洁布或其它清洁材料可以与或不予 真空功能结合使用。
可以在硬件或软件或二者的组合(如，可编程逻辑阵列)中实现本发明。 除非另有说明，包括为本发明的一部分所的算法不是固有地与任何特定的 计算机或其它设备相关联。特别地，各种通用机器可以与根据在此的教导 写入的程序一起使用，或者他可以更便于构建更专用的设备(如，集成电 路)，以执行特定的功能。因此，本发明可以以在一个或多个可编程计算机 系统中执行的一个种或多种计算机程序执行，每个可编程计算机系统包括 至少一个处理器、至少一个数据存储系统(其可以包括易失和非易失性存储 器和/或存储元件)，至少一个输入装置或端口、以及至少一个输出装置或 端口。程序代码应用于输入数据，以进行在此描述的功能，并产生输出信 息。输出信息以熟知的方式应用于一个或多个输出装置。
每种这种程序可以以任何期望的计算机语言(包括机器、汇编，或高级 程序、逻辑、对象面向目标编程语言)实现，以与计算机系统通信。在任一 种情况中，所述语言可以为已编译语言或解释语言。
每种这种计算机程序优选存储在或下载至通用或专用可编程计算机 可读的存储介质或装置(如，固态存储器或介质，或磁或光学介质)，用于 在存储介质或装置由计算机系统读取时配置和运行计算机，以进行在此描 述的程序。独创性的系统还可以认为作为计算机可读存储介质而实现，用 计算机程序配置，其中如此配置的存储介质使计算机系统以特定和预定的 方式运行，以进行在此描述的功能。
已经描绘了本发明的多种实施方式。然而，将会理解，在不偏离本发 明的精神和范围的前提下可以进行多种修改。例如，上述步骤的一些可以 是顺序独立的，因此可以以不同于所描述的顺序进行。因此，其它实施方 式在接下来的权利要求的保护范围之内。