移動式機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動式機(jī)器人，其特別地涉及一種能夠照亮其環(huán)境的移動式機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]移動式機(jī)器人變得越來越普遍且被使用在多種領(lǐng)域，如太空探索、草坪收割和地面清潔。近來，在機(jī)器人地面清潔設(shè)備領(lǐng)域中，特別是真空吸塵器領(lǐng)域中具有迅速的進(jìn)步，機(jī)器人地面清潔設(shè)備的主要目的是在自主地和不唐突地在用戶的房子中行進(jìn)同時清潔地面。
[0003]在執(zhí)行該任務(wù)中，機(jī)器人真空吸塵器必須需要清潔的區(qū)域行駛。一些機(jī)器人設(shè)置有基本行駛系統(tǒng)，由此機(jī)器人使用有時稱為“隨機(jī)碰撞”的方法，其中機(jī)器人沿給定方向行進(jìn)指導(dǎo)它遇到障礙物，此時機(jī)器人向隨機(jī)方向轉(zhuǎn)向并行進(jìn)，直到遇到另一障礙物。隨時間，期望機(jī)器人將覆蓋盡可能多的需要被清潔的地面空間。不幸的是，這些隨機(jī)碰撞行駛方案已被發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)，且往往應(yīng)該被清潔的大面積的地面被完全遺漏。
[0004]因此，在移動式機(jī)器人中更好的行駛方法被研究和采用。例如，同步定位和制圖(SLAM)技術(shù)現(xiàn)在開始在一些機(jī)器人中被采用。這些SLAM技術(shù)允許機(jī)器人通過觀察、理解和識別其周圍的區(qū)域而采用更加系統(tǒng)化的行駛路線。使用SLAM技術(shù)，更加系統(tǒng)化的行駛方案可被實(shí)現(xiàn)，且由此，在機(jī)器人真空吸塵器的情況下，機(jī)器人將能夠更有效地清潔所需的區(qū)域。
[0005]使用SLAM技術(shù)的機(jī)器人需要視覺系統(tǒng)，其能夠捕獲周圍區(qū)域的靜態(tài)或運(yùn)動圖像。圖像中的高對比特征(有時被稱為地標(biāo)特征)，譬如桌子的角或相框的邊緣于是被SLAM系統(tǒng)用于幫助機(jī)器人建立區(qū)域地圖，且使用三角測量法確定它在地圖中的位置。此外，機(jī)器人可以使用它在圖像中檢測的特征的相對運(yùn)動來分析它的速度和運(yùn)動。
[0006]SLAM技術(shù)是非常強(qiáng)大的，且允許大大改善的行駛系統(tǒng)。然而，SLAM系統(tǒng)可僅在視覺系統(tǒng)捕獲的圖像中能檢測到足夠的特征的情況下正確地工作。由此，發(fā)現(xiàn)一些機(jī)器人在低光線條件的房間中或在由視覺系統(tǒng)捕獲的圖像具有低對比度的情況下，難以成功地在房間內(nèi)行駛。一些機(jī)器人由此被限制到在白天當(dāng)存在充分的環(huán)境光線時行駛。在機(jī)器人地面清潔器的情況下，這可能不是期望的，因?yàn)橛脩艨赡芷谕?guī)劃他們的機(jī)器人地面清潔器在夜晚他們睡覺時清潔。為了克服該問題，一些機(jī)器人已經(jīng)設(shè)置有燈，其用作前燈，其可以按需要打開或關(guān)閉以改善相機(jī)捕獲的圖像，且?guī)椭鷻C(jī)器人觀察它的行進(jìn)方向。這樣的例子在US 2013/0056032 描述。
[0007]然而，在機(jī)器人上使用前燈存在問題。為了使得自主機(jī)器人可以繞可能包含障礙物(譬如家具)的區(qū)域自由地行駛，它們通常設(shè)置有蓄電池形式的板載電源。前燈的使用可降低機(jī)器人的蓄電池壽命，這意味著機(jī)器人將在較小量的時間內(nèi)被迫返回充電站。這又意味著機(jī)器人將在充電之間僅能夠清潔比不使用前燈來行駛的情況所能清潔的區(qū)域相比更小的區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種移動式機(jī)器人，包括:視覺系統(tǒng)，該視覺系統(tǒng)包括相機(jī)和至少一個光源，所述光源被布置為提供照明水平到圍繞移動式機(jī)器人的區(qū)域；以及控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括特征檢測單元，用于檢測由視覺系統(tǒng)捕獲的圖像中的特征；其中由光源提供的照明水平響應(yīng)于由特征檢測單元檢測到的特征數(shù)量而被調(diào)整。
[0009]結(jié)果，即使在低光線或差對比度條件下，機(jī)器人能夠提供允許用于機(jī)器人成功行駛的足夠特征被檢測到的最佳照明水平，而且沒有不必要地浪費(fèi)電力。機(jī)器人由此具有改善的行駛系統(tǒng)和改善的蓄電池壽命。
[0010]控制系統(tǒng)可將檢測到的特征數(shù)量與預(yù)定的特征最小閾值數(shù)量比較，且照明水平可響應(yīng)于所述比較而被調(diào)整。結(jié)果，通過與特征的最小閾值數(shù)量比較，機(jī)器人可以快速和容易地確定允許使得機(jī)器人能夠行駛的剛好足夠的特征被確定所需的最小照明水平。
[0011]所述特征的預(yù)定最小閾值數(shù)量可對應(yīng)于機(jī)器人成功行駛所需的最小特征數(shù)量。這將確保沒有能量被浪費(fèi)用來提供大于機(jī)器人嚴(yán)格需要的照明水平。
[0012]如果比較顯示由圖像檢測單元檢測到的特征數(shù)量低于最小閾值數(shù)量，照明水平可被升高直到由圖像檢測單元檢測到的特征數(shù)量符合最小閾值數(shù)量。如果比較顯示由圖像檢測單元檢測到的特征數(shù)量高于最小閾值數(shù)量，照明水平被降低直到由圖像檢測單元檢測到的特征數(shù)量符合最小閾值數(shù)量或照明水平達(dá)到零。結(jié)果最佳照明水平被快速和有效地實(shí)現(xiàn)，而沒有對機(jī)器人行駛的任何干擾。
[0013]照明水平可響應(yīng)于所述比較而被調(diào)整預(yù)定量。因此，照明水平將被一致地調(diào)整設(shè)定量，直到正確的水平被實(shí)現(xiàn)。這提供了不需要復(fù)雜處理，且由此增加的處理功率的簡單方法，以達(dá)到最佳照明水平。
[0014]所述比較可包括確定在由圖像檢測單元檢測到的特征數(shù)量和最小閾值數(shù)量之間的差，且照明水平可于是被與所述差的大小成比例地調(diào)整。盡管這可需要額外的處理功率，它將快得多地達(dá)到最佳照明水平，因?yàn)樗诋?dāng)前照明水平遠(yuǎn)離最佳照明水平的情況下可以允許進(jìn)行較大的調(diào)整。
[0015]當(dāng)機(jī)器人被操作時，由特征檢測單元檢測到的特征數(shù)量可被連續(xù)地監(jiān)控，且光源提供的照明水平可被連續(xù)地調(diào)整。這意味著當(dāng)機(jī)器人繞環(huán)境行駛且遭遇變化的環(huán)境光水平時，它可以快速且有效地應(yīng)付這些改變的環(huán)境光水平而沒有對機(jī)器人行駛的負(fù)面影響。
[0016]由光源提供的照明水平可通過調(diào)整提供到光源的電力而被調(diào)整。這允許當(dāng)不需要提供顯著的照明水平時，被提供到光源的電力被減小。電力的該有效使用可以延長機(jī)器人的電池壽命。
[0017]相機(jī)可以為全景環(huán)形透鏡(PAL)相機(jī)。這允許機(jī)器人捕獲提供圍繞機(jī)器人的區(qū)域的完整360°視角的圖像，其進(jìn)而允許大大改善的行駛系統(tǒng)，其不容易被附近的障礙物擋住。
[0018]光源可包括發(fā)光二極管(LED)。LED是特別能量有效的，且比一些其它形式的光源消耗低得多的功率，譬如白熾燈，且從而機(jī)器人的電池壽命可以被進(jìn)一步延長。
[0019]光源可發(fā)射紅外(IR)光。結(jié)果光源能夠提供機(jī)器人的相機(jī)可以檢測的良好照明，但是它不會閃耀可見光導(dǎo)致用戶潛在的煩惱。
[0020]移動式機(jī)器人可為機(jī)器人真空吸塵器。
【附圖說明】
[0021]為了使本發(fā)明可能更容易理解，現(xiàn)在將通過示例參照下列附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中:
[0022]圖1是移動式機(jī)器人的部件的示意性圖示；
[0023]圖2是顯示了控制照明水平的方法的流程圖；
[0024]圖3、圖4和圖5顯示了移動式機(jī)器人；
[0025]圖6顯示了位于房間環(huán)境中的移動式機(jī)器人；
[0026]圖7A和圖8A顯不了圖6中顯不的移動式機(jī)器人的相機(jī)捕獲的圖像的實(shí)例；
[0027]圖7B和圖8B是顯示了圖7A和圖8A中捕獲的圖像中使用的相應(yīng)LED強(qiáng)度的圖；以及
[0028]圖9、圖10和圖11顯示了移動式機(jī)器人的其它實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1是移動式機(jī)器人的部件的示意性圖示。移動式機(jī)器人1包括三個系統(tǒng):視覺系統(tǒng)2、控制系統(tǒng)8和驅(qū)動系統(tǒng)14。這三個系統(tǒng)的組合允許機(jī)器人1觀察、解釋機(jī)器人1所定位的環(huán)境，并繞機(jī)器人1所定位的環(huán)境行駛。視覺系統(tǒng)2包括相機(jī)3和光源4。相機(jī)3能夠捕獲圍繞移動式機(jī)器人1的區(qū)域的圖像。例如，相機(jī)3可為向上指向的相機(jī)，以捕獲天花板的圖像，向前面向的相機(jī)以捕獲沿機(jī)器人1的向前行進(jìn)方向的圖像，或可以是全景環(huán)形透鏡(PAL)相機(jī)，其捕獲圍繞機(jī)器人1的區(qū)域的360°視圖。光源4在機(jī)器人1位于具有低光線條件的環(huán)境中或由相機(jī)3捕獲的圖像具有差的對比度時，能夠改善由相機(jī)3捕獲的圖像的質(zhì)量。光源4可以是任意光源，例如光源4為發(fā)光二極管(LED)。光源4可以向圍繞機(jī)器人1的區(qū)域提供照明水平。光源4可以發(fā)射相機(jī)的傳感器能檢測的任何帶寬的光線，以便于改善由相機(jī)3捕獲的圖像的質(zhì)量。例如，由光源4發(fā)射的光線可以在可見光、近紅外(NIR)或紅外(NR)，電磁光譜的部分范圍內(nèi)。
[0030]機(jī)器人1的視覺系統(tǒng)2可以包括一些其他類型的傳感器，其向機(jī)器人1提供關(guān)于其周圍環(huán)境的信息。兩個例子在圖1中示出:位置敏感設(shè)備(PSD) 5和物理接觸傳感器6。PSD 5可以為接近傳感器，例如，IR傳感器或聲吶傳感器，且能夠給出可能接近機(jī)