b的發(fā)動(dòng)機(jī)軸的位置。如將在下面所討論的，測(cè)距系統(tǒng)采用了旋轉(zhuǎn)編碼器112a-b，來(lái)推算機(jī)器人100所行進(jìn)的距離。
[0030]隨著機(jī)器人在前向方向F上移動(dòng)，并且接觸環(huán)境中的障礙物，設(shè)置在機(jī)器人100的前向部分104上的緩沖器115探測(cè)接觸并且產(chǎn)生響應(yīng)于接觸障礙物的信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，緩沖器115是固態(tài)觸覺傳感緩沖器，其在接觸障礙物時(shí)可以探測(cè)物理或電學(xué)特性。在一些情況下，緩沖器115可以環(huán)繞機(jī)器人的全部側(cè)面和后向部分。例如，所述緩沖器115可包括接觸傳感器膜，其感應(yīng)所施加的力，并且接觸傳感器膜可以圍繞機(jī)器人100的周邊的一部分或全部施加，使得與環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的接觸可以在任何運(yùn)動(dòng)方向上感應(yīng)到。在這些實(shí)施方式中，機(jī)器人100可以利用沿緩沖器115的接觸傳感器膜的接觸的地點(diǎn)，以避開障礙物或執(zhí)行墻壁跟隨行為。在另一個(gè)實(shí)施中，緩沖器115包括沿緩沖器115的前表面和側(cè)表面設(shè)置的電容緩沖器傳感器。在一些情況下，電容緩沖器傳感器可沿緩沖器115的頂表面向上設(shè)置，使得所述電容緩沖器傳感器可以從另外的方向(例如，從機(jī)器人以上)感應(yīng)到接觸。緩沖器的實(shí)例是美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)14/277270，標(biāo)題為“Compliant Solid-State Bumper forRobot”，其通過(guò)引用將其整體并入本文。
[0031]在另一個(gè)實(shí)施中，緩沖器115是可動(dòng)件，并包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)械開關(guān)，以使得與環(huán)境中的障礙物接觸觸發(fā)緩沖器開關(guān)117L和117R。緩沖器開關(guān)117R位于機(jī)器人100的右側(cè)。緩沖器開關(guān)117L位于機(jī)器人100的左側(cè)。兩個(gè)緩沖器開關(guān)117L和117R相對(duì)于前向驅(qū)動(dòng)方向F位于輪子110a-b的前向中。在某些情況下，當(dāng)機(jī)器人100接觸地標(biāo)時(shí)，一個(gè)以上的緩沖器的開關(guān)117L和117R可以順序被觸發(fā)。機(jī)器人100可以使用緩沖器開關(guān)117R和117L的順序致動(dòng)，以避開障礙物，或執(zhí)行墻壁跟蹤行為。
[0032]可移動(dòng)清掃頭120被安裝在底盤的前向部分上并且包括安裝在其中的兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)滾輪，前滾輪122a和后滾輪122b，用于從清掃表面重新獲得碎肩。機(jī)器人主體102包括邊刷125，或角刷，其設(shè)置在機(jī)器人主體102的底部后向部分104上。邊刷125位于主體102的前向部分104的橫向側(cè)。前滾輪122a與后滾輪122b與邊刷125合作清掃區(qū)域的地板，通過(guò)用邊刷125(其伸出機(jī)器人主體10的周界)吸入被重新引導(dǎo)至前滾輪122a和后滾輪122b的路徑中的碎肩，以捕獲在裂縫中的以及沿著超出清掃頭120所及的邊緣的碎肩。
[0033]腳輪130支撐機(jī)器人主體102的后向部分106，使得懸臂清掃頭120向清掃表面偏置。在一些實(shí)施中，腳輪130旋轉(zhuǎn)并且被垂直地彈簧加載以使腳輪130偏置，以保持與地板表面接觸，并且，在腳輪130中的傳感器可以探測(cè)機(jī)器人100是否不再與地板表面接觸(例如，當(dāng)機(jī)器人100后退離開臺(tái)階，使得垂直地彈簧加載的旋轉(zhuǎn)家腳輪130可以跌落)。由機(jī)器人主體102可旋轉(zhuǎn)地支撐的間隙調(diào)節(jié)器132a-b，保持主體102的底表面和地板表面之間的最小間隙高度(例如，至少2mm)。
[0034]機(jī)器人主體102的底部包括光學(xué)鼠標(biāo)傳感器133。光學(xué)鼠標(biāo)傳感器包括光源和低分辨率相機(jī)。在機(jī)器人繞環(huán)境航行時(shí)光源照射所述機(jī)器人主體102下方的地板，并且低分辨率相機(jī)連續(xù)記錄和比較地板的順序的低分辨率圖像(例如，約20X20像素)。如后面將要描述的，隨著機(jī)器人100繞環(huán)境航行，機(jī)器人100使用光學(xué)鼠標(biāo)傳感器133來(lái)推算偏移在X和y方向的偏移。
[0035]機(jī)器人主體102還容納MU 134。在實(shí)施中，頂U(kuò)包含3軸加速計(jì)和3軸陀螺儀。3軸加速度計(jì)測(cè)量X，y和z加速度，3軸陀螺儀測(cè)量圍繞X，y和z軸的旋轉(zhuǎn)(例如，俯仰，偏轉(zhuǎn)和滾動(dòng))。如將在下面描述的，MU 134的加速器可以用于推算在X和y方向上的偏移，頂U(kuò) 134的陀螺儀可以用來(lái)推算在機(jī)器人100的導(dǎo)向Θ上的偏移。
[0036]機(jī)器人100包括在驅(qū)動(dòng)輪110a-b后一段距離、靠近機(jī)器人主體102的前邊緣和后邊緣的多個(gè)懸壁傳感器135a-d，其能夠使機(jī)器人100接收懸壁傳感器信號(hào)并且在離開感應(yīng)到的下降之前停止輪子110a-b。懸壁傳感器135b和134c位于鄰近所述機(jī)器人的前表面的前向部分104，并且懸壁傳感器135a和135d的位于后向部分106上。每個(gè)懸壁傳感器135a-d設(shè)置靠近其中一個(gè)側(cè)表面，以便使機(jī)器人100可以從其主體102的任一側(cè)探測(cè)到即將到來(lái)的下降或懸壁。每個(gè)懸壁傳感器135a-d發(fā)出輻射，例如紅外光，并且兩探測(cè)所述輻射的反射，來(lái)確定在懸壁探測(cè)器135a_d之下從懸壁傳感器135a_d至表面的距離。比地板和懸壁傳感器135a-d之間與其的間隙更大的距離，例如大于2mm，指示出懸壁傳感器135a-d已探測(cè)到在地板地形上類似懸壁的障礙物或者環(huán)境元件。
[0037]在本文中機(jī)器人的硬件可包括在申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2014/025665，申請(qǐng)日2014年3月13日，題為 “Roller brush for surface cleaning robots”，以及美國(guó)申請(qǐng) 13/460261，提交日2012年4月30日，題為“Robotic Vacuum”的所公開的機(jī)器人系統(tǒng)的各方面，這兩者都通過(guò)引用全部并入本文。
[0038]控制系統(tǒng)硬件
[0039]現(xiàn)在還參照?qǐng)D1C，機(jī)器人102的主體100容納控制系統(tǒng)149，其包括電源系統(tǒng)150，清掃系統(tǒng)155，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160，導(dǎo)航系統(tǒng)170，傳感器系統(tǒng)180，控制器電路190 (在此也稱為“控制器190”)，以及存儲(chǔ)器存儲(chǔ)元件195。電力系統(tǒng)150，其包括電源，提供電力至可與機(jī)器人100操作的系統(tǒng)。電力系統(tǒng)150可以進(jìn)一步包括電源系統(tǒng)150內(nèi)的充電系統(tǒng)，其可連接到外部充電基座，以給電源充電。清掃系統(tǒng)155使用滾輪122a-b，邊刷125，以及裝在機(jī)器人主體102中的碎肩盒風(fēng)扇123以吸入碎肩。
[0040]所述驅(qū)動(dòng)器160可以基于具有x，y和Θ分量的驅(qū)動(dòng)命令操縱機(jī)器人100穿過(guò)地板表面(圖1A中示出)。所述驅(qū)動(dòng)器160控制發(fā)動(dòng)機(jī)109a、109b來(lái)驅(qū)動(dòng)輪子模塊108a-b的輪子110a-b，使得輪組件108a-b可以沿地板表面的任何驅(qū)動(dòng)方向機(jī)器人100。輪子模塊可差動(dòng)操作，使得機(jī)器人可以基于提供給每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪110a-b的驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)。輪子模塊108a-b的獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)109a，10%驅(qū)動(dòng)各輪子110&4，使得輪子110a_b可以彼此獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，輪子110a-b的獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)可以使機(jī)器人100的前向驅(qū)動(dòng)方向F旋轉(zhuǎn)至新的導(dǎo)向。
[0041 ]導(dǎo)航系統(tǒng)170，在控制器190上執(zhí)行的基于行為的系統(tǒng)，可以發(fā)送指令到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160，使得機(jī)器人100可以使用驅(qū)動(dòng)器160來(lái)導(dǎo)航環(huán)境。導(dǎo)航系統(tǒng)170與傳感器系統(tǒng)180進(jìn)行通信，以發(fā)出驅(qū)動(dòng)命令到驅(qū)動(dòng)器160。
[0042]在實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)180包括設(shè)置在機(jī)器人100上的傳感器，例如障礙物探測(cè)傳感器111，輪子編碼器112&-13，緩沖器開關(guān)1171^和1171?，光學(xué)鼠標(biāo)傳感器133，頂1] 134和懸壁傳感器135a_e。傳感器系統(tǒng)180的一些或全部傳感器產(chǎn)生與在環(huán)境中的結(jié)構(gòu)兀件的特征有關(guān)的數(shù)據(jù)，從而能夠使導(dǎo)航系統(tǒng)170確定使用的模式或行為，以便繞環(huán)境導(dǎo)航，用于房間或小屋的完全覆蓋或用于避免潛在的危險(xiǎn)，例如會(huì)呈現(xiàn)楔形狀態(tài)的低懸或?qū)⒊尸F(xiàn)擱淺狀態(tài)的燈座。傳感器系統(tǒng)180的各種傳感器的一個(gè)或多個(gè)可以被用于產(chǎn)生與一個(gè)或多個(gè)特征或地標(biāo)有關(guān)的數(shù)據(jù)。傳感器系統(tǒng)180創(chuàng)建機(jī)器人的環(huán)境的感知，其足以以允許機(jī)器人100做出關(guān)于在環(huán)境中動(dòng)作(例如，導(dǎo)航動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作)的智能決策。傳感器系統(tǒng)180收集數(shù)據(jù)，以允許機(jī)器人100執(zhí)行SLAM技術(shù)，如將在后面描述的。
[0043]傳感器系統(tǒng)180可包括障礙探測(cè)避障(0D0A)傳感器，測(cè)距聲納傳感器，接近傳感器，雷達(dá)傳感器，LIDAR(光探測(cè)和測(cè)距，其可以帶來(lái)測(cè)量散射光的屬性來(lái)查找范圍和/或遙遠(yuǎn)目標(biāo)的其它信息的光學(xué)遙感)傳感器，可以與所述間隙調(diào)節(jié)器132a-b操作的間隙傳感器，照相機(jī)(例如，體積點(diǎn)云成像，三維(3D)成像或深度地圖傳感器，可見光相機(jī)和/或紅外線相機(jī))，可以與所述腳輪130操作能夠探測(cè)所述腳輪130的運(yùn)動(dòng)的輪子下降傳感器。傳感器系統(tǒng)還可以包括通信傳感器，導(dǎo)航傳感器，接觸傳感器，激光掃描儀和其它傳感器，以方便導(dǎo)航、探測(cè)障礙物和機(jī)器人的其它任務(wù)100。接近傳感器可以采取接觸傳感器的形式(例如，探測(cè)在帶有物理屏障的機(jī)器人上的緩沖器的影響的傳感器，例如電容傳感器或機(jī)械開關(guān)傳感器)，和/或LIDAR傳感器，其探測(cè)機(jī)器人何時(shí)接近附近的物體。
[0044]控制器190通過(guò)與每個(gè)系統(tǒng)通信，提供和接受輸入和輸出參數(shù)操作機(jī)器人100的其它系統(tǒng)。控制器190有利于電力系統(tǒng)150，清掃系統(tǒng)155，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160，導(dǎo)航系統(tǒng)170，傳感器系統(tǒng)180，和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)元件195之間的通信。例如，控制器190可以指示電力系統(tǒng)150提供電力給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)在前向驅(qū)動(dòng)方向F移動(dòng)機(jī)器人100?？刂破?90還可以指示對(duì)電力系統(tǒng)150進(jìn)入充電模式?？刂破?90可以指示電力系統(tǒng)150提供特定電力水平(例如，全電力的百分比)到各個(gè)系統(tǒng)。
[0045]控制器190可以響應(yīng)于，例如，從導(dǎo)航系統(tǒng)170和傳感器系統(tǒng)180接收的信號(hào)重定向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160的模塊108a-b。控制器190操作導(dǎo)航系統(tǒng)170來(lái)操縱機(jī)器人100以路徑或路線通過(guò)環(huán)境。導(dǎo)航系統(tǒng)170可以提供指令給機(jī)器人控制器190，通過(guò)獨(dú)立地控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160的各輪子模塊108a的-b，來(lái)操縱機(jī)器人100在整個(gè)環(huán)境中的任何方向穿過(guò)環(huán)境。例如，機(jī)器人控制器190可以操縱機(jī)器人100以前向方向F、后向方向A，右方向R，和左方向L。機(jī)器人控制裝置190可以操縱機(jī)器人100基本原地旋轉(zhuǎn)，使得機(jī)器人100可以操縱遠(yuǎn)離或沿著障礙物，墻壁，或環(huán)境的其它結(jié)構(gòu)元件。機(jī)器人控制器190可以指示機(jī)器人100在穿過(guò)地板表面時(shí)在基本上隨機(jī)的(例如，偽隨機(jī)的)路徑上，以SLAM或VSLAM啟用的機(jī)器人，并且以確定的清掃模式。
[0046]使用控制器190，機(jī)器人100可以響應(yīng)由緩沖器115探測(cè)到的事件，如在區(qū)域內(nèi)接觸障礙物和墻壁。響應(yīng)可以包括使用導(dǎo)航系統(tǒng)170和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160控制輪子模塊108a-b操縱機(jī)器人100，以響應(yīng)所述事件。機(jī)器人100可以，例如，離開障礙物或沿著鄰近所述障礙物的路徑。
[0047]在一些實(shí)施中，控制器190可以包括障礙物探測(cè)，規(guī)避方法和行為，其實(shí)施以響應(yīng)于所述緩沖器開關(guān)117L和117R的致動(dòng)。機(jī)器人可以使用緩沖器開關(guān)117L和117R來(lái)探測(cè)基本在機(jī)器人100附近的障礙物的位置，使得機(jī)器人100可確定轉(zhuǎn)動(dòng)方向以避開障礙物。使用設(shè)置在機(jī)器人100的前向部分的緩沖器開關(guān)117L和117R，所述控制器190可確定機(jī)器人合適接觸障礙物并傳達(dá)指令給導(dǎo)航系統(tǒng)170和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)160，以避開障礙物。當(dāng)機(jī)器人100接觸使緩沖器開關(guān)117L和117R致動(dòng)的障礙物時(shí)，除了確定機(jī)器人100何時(shí)已接觸到障礙物，控制器190可進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算左右緩沖器117L和117R的致動(dòng)之間的時(shí)間差，推算相對(duì)于機(jī)器人100和障礙物之間的接觸點(diǎn)的角度，如果兩者都被致動(dòng)的話。機(jī)器人然后能夠推算在形成接觸的角度。當(dāng)緩沖器115被從右側(cè)接觸，右緩沖器開關(guān)117R首先探測(cè)碰撞，其次是左緩沖器開關(guān)117L，這時(shí)由于緩沖器115的合規(guī)性和緩沖器開關(guān)117R和117L的位置。這樣，碰撞角度可以僅用兩個(gè)緩沖器開關(guān)117R和117L來(lái)近似。機(jī)器人100還可以使用墻壁跟隨傳感器113來(lái)估算為了平行于障礙物移動(dòng)機(jī)器人100轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。墻壁跟隨傳感器113是飛行時(shí)間傳感器，可以從障礙物識(shí)別距離?？刂破?這將在下面更詳細(xì)地描述)可以對(duì)墻壁跟隨傳感器的數(shù)據(jù)作出響應(yīng)，使得機(jī)器人100的橫向側(cè)L和R的任一個(gè)是隨著機(jī)器人100在前向正向F上移動(dòng)的與障礙物的設(shè)定距離。
[0048]雖然緩沖器115已被示為包括緩沖器開關(guān)117R和117L，收集有關(guān)與障礙物接觸的信息，但在其它實(shí)施中，應(yīng)當(dāng)理解的是，替代緩沖器可用于接觸在環(huán)境中的障礙和物理結(jié)構(gòu)。例如，如上面所簡(jiǎn)要描述的，在緩沖器115接觸環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)時(shí)，電容性接觸式傳感器可用于探測(cè)緩沖器115的接觸點(diǎn)?；谒鼋佑|，機(jī)器人100可以重新定向以執(zhí)行墻墻壁跟隨行為，如將在下面更詳細(xì)地描述。
[0049]控制系統(tǒng)制圖和定位計(jì)算
[0050]為執(zhí)行SLAM技術(shù)，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)元件195可包括獲取與SLAM有關(guān)的數(shù)據(jù)的模塊。例如，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)元件195包括姿態(tài)模塊198a，制圖模塊198b以及標(biāo)識(shí)模塊198c。每個(gè)模塊使用環(huán)境內(nèi)可探測(cè)地標(biāo)和存儲(chǔ)有關(guān)制圖和定位機(jī)器人100的數(shù)據(jù)。如將對(duì)各模塊進(jìn)行描述