用于移动机器人的停靠站的制作方法

本发明大体涉及机器人系统，更具体地，涉及用于移动机器人的停靠系统。

背景技术：

自动化机器人和机器人设备用于执行传统上认为单调、耗时或危险的任务。随着编程技术的发展，对机器人的需求也在增加，即需要这些机器人以最少的人机交互来完成机器人加油、测试和维修等任务。目标是机器人可以被单次配置，然后它可以自主操作而无需人工协助或干预。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，一种用于移动机器人的停靠站，该停靠站包括：平台，所述平台具有前部、后部、左侧部分、右侧部分和位于所述左侧部分和所述右侧部分之间的中间部分；以及抽空口，所述抽空口位于所述平台的中间部分上，其中，所述抽空口具有周边，所述周边包括弯曲的前侧、与所述前侧相对的后侧、左侧和与所述左侧相对的右侧，其中，所述抽空口的左侧和右侧中的一侧的长度大于所述抽空口的左侧和右侧中的另一侧的长度。

实施例可包括一个或多个以下特征：

所述抽空口的前侧相对于所述平台的前部是凸起的。

所述抽空口的左侧和右侧是平行的。

所述抽空口的左侧的长度大于所述抽空口的右侧的长度。

所述抽空口从所述平台的横向中心线水平偏移。

还包括位于所述平台的中间部分上的第一充电触点和第二充电触点，其中所述抽空口位于所述第一充电触点和所述第二充电触点与所述平台的左侧部分或右侧部分之间。

还包括第一充电触点和第二充电触点，每个充电触点与所述抽空口水平对齐。

还包括第一肋和第二肋，每个肋均从所述平台向上突出。

所述第一肋位于所述抽空口和所述平台的左侧部分之间；以及所述第二肋位于所述抽空口和所述平台的右侧部分之间。

所述平台后部处的塔架；以及所述塔架中的箱体，其中所述抽空口与所述箱体流体连通。

所述箱体能够从所述塔架移除。

通过阅读附图和随后的实施例的详细描述，本领域普通技术人员将理解本发明的其它特征，优点和细节，这些描述仅仅是对本发明的说明。

附图说明

图1是根据本发明实施例的移动机器人系统的透视图。

图2是形成图1系统的一部分的机器人的横截面图。

图3是图2的机器人的底部透视图。

图4是图2的机器人的顶视图。

图5是形成图1系统的一部分的停靠站的透视图。

图6是图5的停靠站的侧视图。

图7是示出形成图1的系统的一部分的通信/引导系统的操作的示意图。

图8-13是图1的系统的机器人从接近图1停靠站位置前进到停靠在图1停靠站位置时的顺序侧视图。

图14是根据本发明的实施例的抽空停靠站的局部透视图。

图15是图14的抽空停靠站的侧视图。

图16-21是图1的系统的机器人从接近图14抽空停靠站位置前进到图14抽空停靠站停靠位置时的顺序侧视图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的说明性实施例。在附图中，为了清楚起见，区域或特征的相对尺寸可能被夸张表示。本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被视作仅限于这里阐述的实施例；相反，这些实施例被提供以使得本公开内容透彻和完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。

应当看到，当一个单元被称为“耦接”或“连接”到另一个单元时，它可以直接耦接或连接到另一个单元，或者也可以存在中间单元。相反，当一个单元被称为“直接耦接”或“直接连接”到另一个单元时，则不存在中间元件。相同的数字始终是指相同的单元。

另外，为了便于描述一个单元或特征与如图所示的另一个单元或特征的关系，可以在本文中使用空间相对术语，诸如“下方”，“下面”，“低的”，“上面”，“上方”等。应当看到，除了图中所示的方向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其他单元或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为在其他单元或特征“上面”。因此，示例性术语“在...下”可以包括上方和下方的取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或其他取向)，并且这里使用的空间相对描述符被相应地解释。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步看到，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表明所述特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，但不排除存在或者增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或它们的组。如本文所使用的，表述形式“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步看到，诸如在常用词典中定义的那些术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不被理解为理想化或过于正式的含义，除非在这里明确地规定的。

术语“整块式(monolithic)”是指其是由没有接合或接缝的材料形成或组成的单个整体件的物体。

参照图1-14，图上示出了根据一些实施例的移动机器人系统10。系统10包括真空清洁机器人100和基站或停靠站200(dock或docking station)。除了停靠站200之外或作为停靠站200的替代，系统10还可以包括抽空停靠站300(图14)。机器人100适于与停靠站200和抽空停靠站300配合。

系统10还包括充电或能量管理系统205和自动停靠控制系统201，各自包括机器人100和停靠站200的协同操作部件。在一些实施例中，能量管理系统205包括充电电路(包括停靠站200中的充电触点222A、222B和机器人100中的充电触点164A、164B)以使得能够通过停靠站200对机器人100充电。

在自主机器人100的以下描述中，术语“向前/之前”的使用通常是指机器人100的主要运动方向，以及术语前后轴线(“fore-aft axis”，参见图4附图标记“FA”)定义了前进运动方向F(图4)，它与机器人100的前后直径一致。

所述的机器人100还限定一个横向或左右轴线LA和一个垂直轴线VA，其互相垂直且垂直于轴线FA。轴线FA和LA限定基本平行于由轮132和脚轮134的接触点限定的平面(下面描述)或供机器人100放置在其上的支撑表面(例如，地板)的平面。

本说明书还使用图5示出的基于所述停靠站200的包括X轴、Y轴和Z轴的参考系。X轴、Y轴和Z轴是彼此垂直并在停靠站200的中心处相交。沿Y轴的移动、距离和维度(dimension)被称为横向、向左或向右。沿X轴的移动、距离和维度在本文中被称为深度方向(depthwise)、前后、向前或向后。沿Z轴的移动、距离和维度在本文中被称为垂直的。X轴和Y轴限定平行于其上放置停靠站200的支撑表面(例如，地板)的平面。

在所示实施例中，机器人100包括机器人控制器102、主体、外壳基本结构或外壳(此后统称为“外壳”)111、蓄电池126、动力系统130、清洁系统140、检测器系统150和能量管理或充电子系统160。检测器系统150形成自动停靠控制系统201的一部分。

外壳111具有底盘115(图3)并且限定内部主腔室118(图2)。底盘115形成机器人100的外壳111的下侧或底侧。外壳111包括底座110、顶盖112、底部或底盘盖114，以及可移动的保险杠116。机器人100可以沿向前方向F和反向驱动方向R移动；因此，底座110分别具有相应的前端和后端110A和110B。

底座110可以由诸如塑料那样的材料模制而成为整体式或整块的元件，包括多个预成型井、凹槽和结构构件，尤其用于安装或集成操作机器人100的各种子系统的元件。盖112、114可以由诸如聚合材料(塑料)那样的材料模制而成为各个的整体式或整块的元件，它们与底座110在配置上互补，并提供对于安装在底座110上的元件和部件的保护和通道。底座110和盖112、114通过任何合适的装置(例如，螺钉)可拆卸地组合在一起。在一些实施例中并且如图所示的，外壳111具有限定正方形轮廓的前端。在一些实施例中，底座110和盖112、114形成具有沿着前后轴线FA大致对称的D形结构的最小高度的结构外形。

抽空端口120被限定在底盘盖114和底座110的底壁110C中。抽空端口120可配置有闭合装置或挡板。

可移位的保险杠116具有符合底座110的前端形状的形状，并以可移动的组合方式被安装在底座110的前部，并从那里(“正常操作位置”)向外延伸。可移位的保险杠116的安装构造使得每当保险杠116遇到一个静止物体或预定质量的障碍物，它(移位位置)朝向底座110移位(从正常的操作位置)，并且当与静止物体或障碍物的接触终止时(由于控制序列的操作，其响应于保险杠116的任何这样的移位，实现导致机器人100逃避静止的物体或障碍物的“反弹”模式，并继续其例行任务)，返回到正常操作位置。

沿底座110的任一侧安装有独立的驱动轮132，其驱动机器人100并提供与地板表面的两个接触点。驱动轮132可以是弹簧承载的。底座110的后端部110B包括非驱动的多向脚轮134，其作为与地板面接触的第三点为机器人100提供额外支撑。一个或多个电驱动马达136设置在外壳111中，其可操作以独立驱动车轮132。动力部件基于机器人100的成本或预期的应用，可以包括如所期望的电动机、轮子、驱动轴或轨道的任何组合。

在一些实施例中，清洁系统140包括限定在底盘115中的吸槽或开口142A。一个或多个电动机驱动的旋转清洁机构或抽取器(例如刷子、清洁头或辊)144在开口142A的侧面。清洁模块143可以包括抽取器144。电动真空风扇146通过在抽取器144之间的间隙抽吸空气，以提供抽吸力协助抽取器从地板表面抽取碎片。穿过间隙的空气和碎屑按路线行进通过气室(plenum)142B，它通向被布置在或包裹在腔室118中的清洁箱或碎屑箱的开口。该开口通向碎屑箱145的碎屑收集空腔145A。位于该空腔上方的过滤器147从通向真空风扇146的空气入口的空气通道筛取碎屑。从真空风扇146排出的过滤的空气被引导通过排气口122。

侧刷148沿着底座110的侧壁进行安装，靠近前端110A，并且在抽取器144向前驱动方向F上的前面。侧刷148可围绕垂直于地板表面的轴旋转。侧刷148使得机器人100沿地板表面的清洁的覆盖区域更宽。具体地，侧刷148可以从机器人100足迹的区域外部将碎屑轻扫入位于中心的清洁头组件的路径中。

在授权给Cohen等人的美国9,215,957号专利、授权给Morin等的美国2016/0166126号专利和授权给Gilbert,Jr等的美国8,881,339号专利中公开了用于真空清洁系统的其他合适配置，这些专利的公开内容在此引用以供参考。

机器人控制器电路102(示意性地示出)由底座110承载。机器人控制器102被配置为(例如，被适当地设计和编程为)管理机器人100的各种其它部件(例如，抽取器144、侧刷148和/或驱动轮132)。作为一个示例，机器人控制器102可以提供命令以一致地操作驱动轮132以操纵机器人100向前或向后。作为另一示例，机器人控制器102可以发出命令以操作一个驱动轮132向前方向行进而操作另一个驱动轮132向后方向行进，从而执行顺时针转向。类似地，机器人控制器命令102可以提供命令，以启动或停止所述旋转抽取器144或侧刷148的运行。在一些实施例中，机器人控制器102被设计成实现合适的基于行为的机器人的(behavior-based-robotics)方案，发出命令使机器人100以自主方式导航和清洁地板。机器人控制器102以及机器人100的其他部件可以由设置在底座110上的电池126供电。

检测器系统150(图4)包括一个顶部或通信/导航信号接收器或检测器152、接近或沿墙传感器153、悬崖传感器154、向前方向接收器或检测器156、光学鼠标传感器157和相机159。在一些实施例中，每个这些传感器或检测器通信地耦接到所述机器人控制器102。机器人控制器102根据从围绕机器人100分布的并且通信地耦接到机器人控制器102的传感器所接收的反馈，实现基于行为的机器人的方案。

接近传感器153(示意性地示出)沿机器人100的外围被安装在机器人100的前部拐角附近。当机器人100沿向前驱动方向F移动时，接近度传感器153响应于可能出现在机器人100前面或旁边存在的潜在障碍物。

悬崖传感器154沿底座110的前端110A安装。悬崖传感器154被设计成检测当机器人100沿向前驱动方向F移动时，检测在机器人100前面的潜在的悬崖或地面塌陷。更具体地，悬崖传感器154响应于指示地板表面的边缘或悬崖(例如，楼梯的边缘)的地板的突然变化。

通信/导航信号检测器152被安装在机器人100的外壳111的顶端。检测器152可用来接收从发射器(例如，停靠站200的回避信号发射器232和/或归位(homing)与对准发射器234R、234L)以及(可选地)导航或虚拟墙壁信标的发射器所发射的信号。在一些实施例中，机器人控制器102可以响应于通信检测器152接收到由停靠站200发出的归位信号，使机器人100导航并停靠到停靠站200。

在一些实施例中且如图所示，检测器152被安装在机器人100上最高点，并朝向机器人100主行进方向限定的前方(如轴线FA上的箭头所指示)。在替代实施例中，多个检测器可以被使用来代替顶部信号检测器152。这样的实施例可以包括使用多个安装在侧面的传感器或检测器。每个传感器可以被取向成使得所有传感器的集体视野对应于单个顶部安装的传感器的视野。因为单个的全向检测器被安装在机器人的最高点以获得最佳性能，有可能通过整合多个侧面安装的检测器，以降低机器人的轮廓。

向前方向检测器156被安装在机器人100的前端，并且可以被安装在或保险杠116上面或后面。向前方向检测器156接收从停靠站200上的发射器234R、234L发射的信号。在其他实施例中，一对检测器接收来自发射器234R、234L的信号，还可以使用两个以上的检测器。

在一些实施例中，检测器154、156是红外线(IR)传感器或检测器模块，其包括光电二极管和相关的放大和检测电路，其还与全向透镜相结合，其中全向指的是基本上单个平面。任何检测器，无论其调制或其峰值检测波长，只要在停靠站200上的发射器232、234R、234L适配于机器人100上的检测器152、156，就都可以被使用。在另一实施例中，IR光电晶体管可以结合或不用结合电子放大元件而被使用，并且可以直接连接到微处理器的模拟输入。然后，可以用信号处理测量机器人100处的IR光的强度，这提供了机器人100和IR光源之间的距离的估计。

相机159是基于视觉的传感器，例如相机，其具有沿机器人100的向前驱动方向取向的光轴的视野。在示出的实施例中，相机159位于机器人的后端110A，其视线在检测器152上向前和向上倾斜。在一些实施例中，相机159是摄像机。在一些实施例中，相机159被用于检测在操作环境中的特征和地标，以及通过使用视频同步定位和绘图(VSLAM)技术构建地图。

光学鼠标传感器157位于机器人100的底盘115上。在图4的顶视图中示出的圆形显示光学鼠标传感器157的相对位置；但是，在该视图中没有显示出传感器157。鼠标传感器157跟踪地面并通过漂移补偿辅助保持机器人100以直线队列(straight ranks)移动。

尽管未在所示示例中示出，但是各种其他类型的传感器也可以被引用于机器人100中而不脱离本申请的范围。例如，响应于保险杠116的碰撞的触觉传感器和/或响应于电刷发动机的电动机电流的电刷电动机传感器也可以在机器人100中被采用。

机器人100还可以包括箱检测系统，用于检测清洁箱122中存在的碎屑量(例如，如在美国专利公开号2012/0291809的专利中所述，其全部内容在此引用以供参考)。

机器人充电子系统160包括充电电路162，其包括充电触点164A、164B。机器人充电子系统160形成能量管理系统205的一部分。

机器人100可以被修改以执行任何合适的任务。例如，机器人100可用于地板打蜡和抛光、地板擦洗、冰重铺(ice resurfacing)(如典型地由牌制造的设备执行)、清扫和吸尘、未完成的地板打磨和着色/涂料应用(stain/paint application)、融冰或除雪、割草等。在一些实施例中，机器人被配置为携带可伸缩的桅杆的移动基座，相机安装在该桅杆上。对于这样的任务可能需要任何数目的部件，如必要的话，每个部件可被整合进机器人100，。为简单起见，本申请将描述吸尘作为说明性的预定任务。这里公开的能量管理和自动停靠功能在各种机器人系统中具有广泛的应用。

图5是根据本发明的一个实施例的停靠站200的示意性透视图。停靠站200包括外壳202，其包括基本上水平的底板或平台204和基本上垂直的塔或托架206。平台204包括前部208和后部210。托架206位于平台204的后部210。停靠湾DB限定在平台204上，并位于托架206的前面。停靠站200可以是任何各种不同的形状或尺寸，用于为下面描述的所需部件和系统提供足够的空间。

平台204包括左侧部分212和右侧部分214。第一或左侧轨道216A位于平台204的左侧部分212上，第二或右侧轨道216B位于平台204的右侧部分214上。平台204包括位于左侧部分212和右侧部分214之间的中间部分218。

平台204大致平行于其上放置有停靠站200的地表面，或可以稍微倾斜，以提供用于布线的空间。

停靠站200包括停靠充电子系统220、通信/引导系统230、停靠控制器224、以及电源输入连接器226(连接到电源，未示出)。停靠充电子系统220形成电能管理系统205的一部分。停靠充电子系统220包括充电电路221，其包括在平台204的中间部分218上的第一和第二充电触点222A、222B。如在下面更详细地描述的，当机器人100处在停靠站200上的停靠位置时，充电触点222A、222B被配置为接合机器人100的所述充电触点164A、164B(图3)。充电触点222A、222B可以是弹簧承载的。

停靠控制器电路224(示意性地示出)由外壳202承载。停靠控制器224被配置为(例如，被适当地设计和编程)管理停靠站200的各种其它部件。

通信/引导系统230(图5)可以包括顶部信号发射器232、第一或右前方归位/对齐发射器234R和第二或左前方归位/对齐发射器234L。

顶部信号发射器232可被安装在所述托架206的顶部。发射器232在停靠站200附近的扩散区域200产生的第一信号，例如回避信号BA(图5)，以防止机器人在执行任务(例如吸尘时)无意地与停靠站200直接接触。顶部信号发射器232可以使用抛物面反射器来发射回避信号。在这样的实施例中，回避信号由指向透镜的单个LED发射，该透镜的几何形状是通过围绕其焦点旋转抛物线而被确定。因此，该抛物面反射器因此可以投射回避信号BA而无需多个发射器。类似的配置可以被使用于机器人上的检测器156，使用单个接收器代替单个LED。

归位/对齐发射器234R、234L位于托架206的前壁206A。归位/对齐发射器234R和234L发送或投射归位信号BR和BQ(图7)，如下讨论的。在一些实施例中，发射器234R、234L是LED。这些发射器234R、234L用作为导航浮标或基准。在一些实施例中，如所显示的，发射器234R、234L从停靠站200的中心线X-X被横向偏移(offset)，并且定向检测器156从机器人200的中心线FA被偏移，这样，当机器人100处于停靠位置时，所述检测器156基本上位于发射器234R、234L之间的中心位置。

机器人100使用各种行为模式来有效地对工作区域进行真空吸尘。行为模式是可以并行操作的控制系统层。机器人控制器102(例如，微处理器)可操作以执行优先仲裁方案，根据来自传感器系统的输入，针对任何给定的情景来识别和实施一个或多个主导行为模式。机器人控制器102还可用来与停靠站200协调回避、归位和停靠操作。

通常，用于所描述的机器人100的行为模式可以被表征为：(1)覆盖行为模式；(2)回避行为模式；(3)安全行为模式。覆盖行为模式主要被设计为允许机器人100以高效和有效的方式执行其操作，而回避和安全的行为模式是当来自传感器系统的信号指示正常机器人100的正常操作将受损(例如，遇到障碍物)，或可能受损(例如，检测到下坠)时所实施的优先行为模式。

用于机器人100的代表性的和说明性的覆盖行为模式(吸尘)包括：(1)点覆盖图案(pattern)；(2)障碍物跟随(或边缘清洁)覆盖图案；以及(3)房间覆盖图案。点覆盖图案使机器人100清洁所定义的工作区域内的有限区域，例如高人流量区域。在一个特定实施例中，点覆盖图案由螺旋算法来实现(但是也可以使用其它类型的自界区(self-bounded area)算法，例如多边形)。使机器人100向外或向内螺旋运动的螺旋算法，是通过从微处理器到动力系统的控制信号，将转弯半径作为行进的时间或距离的函数而进行改变，进而实施的(从而增加/减小机器人100的螺旋运动图案)。

对于机器人100的典型的行为模式的以上描述用于表示可以由机器人100实施的操作模式的类型。本领域技术人员将会理解，上述的行为模式可以以其它组合被实施，并且其它模式可被采用以在特定应用中实现期望的结果。

导航控制系统可以通过将确定性分量(以控制机器人100的运动的控制信号的形式)添加到到由机器人100自主地实现的运动算法(包括随机运动)而有利地与机器人100组合地被使用，以增强其清洁效率。导航控制系统在导航控制算法的指导下操作。导航控制算法包括预定的触发事件的定义。

概括地说，导航控制系统在导航控制算法的引导下监视机器人100的运动活动。在一个实施例中，监视的运动活动根据机器人100的“位置历史”被定义，正如下面更详细地描述的。在另一实施例中，监视的运动活动根据机器人100的“瞬时位置”被定义。

预定的触发事件是在机器人100的运动活动中特定的发生(occurrence)或条件。在预定触发事件出现后，导航控制系统进行操作以产生控制信号并将控制信号传送到机器人100。响应于控制信号，机器人100进行操作以实施或执行由所述控制信号规定的行为(即，规定行为)。该规定行为代表所述机器人100的运动活动的确定性分量。

相机159可用于导航所述机器人和获取用于其它操作使用的图像。在一些实施例中，相机159是VSLAM相机且用于检测在操作环境中的特征和地标，并建立地图。

在机器人100吸尘时，它会周期性地接近固定的停靠站200。与停靠站200接触会损害停靠站200或将停靠站200移动到不可能停靠的区域。因此，回避功能是有必要的。为了避免无意的接触，停靠站200可以产生回避信号BA，如图5所示。回避信号BA被显示为是从托架206的顶部上的发射器232发射的。来自停靠站200的回避信号BA的半径范围可以改变，这取决于预定的工厂设置、用户设置、或其它条件。最小情况下，回避信号BA只需要投射足以保护停靠站200免得与机器人100发生意外接触的距离。回避信号BA范围根据应用可以从停靠站200的周围以外延伸到离停靠站200几英尺以外。

回避信号BA可以是全向(即，单一平面)红外光束，尽管其它的信号是预期的(Contemplated)诸如多个单个固定波束或信号。然而，如果使用静止光束，使用足够数量的光束可以在停靠站200周围提供足够的覆盖以增加机器人100遇到它们的机会。当机器人100的检测器152接收来自发射器232的回避信号BA时，机器人100可以按照要求改变它的航线以避开停靠站200。可替代地，如果机器人100主动或被动地寻求停靠站200(出于充电或其他停靠目的)，它可以改变它的航向以靠近向停靠站200，例如围绕停靠站200回旋，以此增加遇到归行信号的机会，如下面所描述的。

通常，回避信号BA被调制和编码，归位信号BR、BQ也是如此。所选择的比特编码方法以及二进制代码使得即使在机器人100同时接收多个代码时，机器人100也可以检测每个信号的存在。

无论何时来自回避信号BA的可测量的IR辐射量投射到检测器152时，机器人的IR回避行为被触发。在一个实施例中，该行为导致机器人100向左原地旋转(spin in place to the left)，直到IR信号低于可检测水平。然后机器人100恢复其先前的动作。在一个实施例中，检测器152充当梯度检测器。当机器人100遇到IR强度较高的区域时，机器人100原地旋转。因为检测器152安装在机器人100的前部并且机器人100不向后移动，所以检测器152总是在机器人100的其他部分之前“先看到”增加的IR强度。因此，原地旋转使得检测器152移动到强度降低的区域。当机器人100接下来向前移动时，它必须移动到IR强度降低的区域——远离回避信号BA。

在其他实施例中，停靠站200包括多个处于不同功率电平的编码发射器或通过使用时间复用系统而改变其功率电平的发射器。这些创建了同心编码信号环，使得机器人100能够从远处在房间中朝向停靠站200导航。因此，机器人100将始终知道停靠站200的存在，这有助于定位停靠站200、进行停靠、确定已经清洁了多少房间等。替代地，机器人100利用它通过IR场的运动来测量IR能量的梯度。当梯度的符号为负时(即，检测到的能量随着运动而减小)，机器人100直行(远离IR源)。当梯度的符号为正(能量增加)时，机器人100转动。净效果是实现“梯度下降算法”，其中机器人100从回避信号BA的源逃逸。该梯度方法也可用于寻找发射信号的来源。处于不同功率水平的同心环也有助于实现这种可能，即使没有用于确定原始信号强度的装置。

在一些实施例中，为了停靠，系统10执行停靠过程。停靠过程结束于机器人100处于停靠湾DB内的最终规定的停靠位置DP(图1)时结束。停靠位置DP可包括离精确目标停靠位置的允许的公差或偏差。

机器人100可以采取寻找模式，并且当其检测到需要对其电池进行充电时或者当它已经完成对房间进行真空吸尘时，寻找停靠站200。这个模式还可以通过激活诸如机器人100上的按钮之类的硬件接口和/或通过使用便携式电子设备(例如，智能手机应用程序)来触发。

在停靠过程中，机器人100使用归位信号BR、BQ(图7)及其方向检测器156来引导机器人100。与回避信号BA一样，归位信号BR、BQ的投射范围和取向可以根据需要而变化。然而，应该指出，更长的信号可以有效增加机器人100找到停靠站200的机会。如果机器人100被部署在特别大的房间中，更长的信号也是有益的，其中随机地定位所述停靠站200可能非正常地耗时。根据应用，可以将归位信号BR、BQ范围预定为从平台210的前部延伸约6英寸到超出平台210几英尺。归位信号BR、BQ的角宽度可以根据应用而变化，但是可以将角宽度预定在5°至最高60°的范围内。每个归位信号BR、BQ的角宽度可以是归位信号BR、BQ的波束或扫描所覆盖的区域，并且在一些实施例中，它通常是或基本上是截头圆锥形。如上所述的梯度行为也可用于帮助机器人寻找停靠站200。

两个归位信号BR、BQ可由机器人100区分为，例如，第一或横向右归位信号BR和第二或横向左归位信号BQ。IR光束通常用于产生信号，因此不可见。IR光束可以进行调制。可以使用任何信号比特图案，只要机器人100能识别哪个信号指向到特定侧。替代地，可以通过使用不同的波长或通过使用不同的载波频率(例如，380kHz对38kHz等)来区分信号BR、BQ。

因此，当机器人100想要或需要停靠时，如果检测器156接收到从停靠站200发送的右信号BR，则其移动以将右信号BR保持在机器人的右侧；如果它检测到从停靠站200发送的左信号BQ，则其移动以将左信号BQ保持在机器人的左侧。当两个信号重叠(重叠区域BO)，则机器人100知道停靠站200在附近并且随后可以停靠。可以优化这样的系统以使重叠区域BO尽可能地窄，以确保机器人100正确定向和进近以及成功停靠。替代地，右信号BR和左信号BQ可以由单个信号代替，机器人100将遵循该信号直到停靠为止。

图7描绘了机器人100在使用归位信号的过程时可能历经的示例性路径RP。当检测器156处于左信号156场时，机器人100将沿方向MR向右移动，以便将左信号BQ保持在机器人100的左侧。当检测器156处于右信号BR场时，机器人100将沿方向ML向左移动，以便将右信号BR保持在检测器156的右侧。最后，当检测器156遇到重叠区域BO时，机器人100将沿方向MD直接朝向停靠站200移动。

在接近停靠站200时，机器人100可以减慢其接近速度和/或停止吸尘，或执行其他功能以确保无故障停靠。这些操作可能会在机器人100检测到回避信号BA并因此认识到它靠近停靠站200时发生，也可以在一些其它预定的时间，例如，在来自发射器234R、234L的信号发生改变时发生。

在其他实施例中，相机159(例如，VSLAM相机)被用来检测停靠站200，以便在停靠过程中引导机器人100。如上所述，相机159还可以用于使用VSLAM技术来构建和使用地图。例如，在一些实施例中，相机159向上瞄准(例如，查看地板上方3-8英尺的位置)，以查看物体或特征(例如，相框和过道门框和边缘)用于相对于这些地标(即，特征分组)绘图和定位机器人100。

除了作为导航信标操作以外，归位信号BR、BQ和/或回避信号BA也可用于传递信息，包括编程数据、失效保护和诊断信息、停靠控制数据和信息、维护和控制序列等。在这样的实施例中，信号可以提供控制信息、陈述(dictating)机器人的反应、作为机器人100在接触来自停靠站200的某些信号后采取对应行动的对照。在这种情况下，机器人100用作为停靠站的从属，按照发送的信号指示操作。在其他实施例中，单独的IR LED和发射器可用于传输数据、信息等。在机器人100和停靠站200之间可能存在双向通信。

在停靠过程中，机器人100可使用这里所描述的导航设备来调整机器人100相对于停靠站200的横向对准、机器人100相对于停靠站200的角度取向和/或机器人100进入停靠站200的深度位置(即，相对于托架206的接近度)。

通常，用于吸尘的控制序列可以包括基于机器人100的测量的能量水平的三个子序列。这些子序列通常被称为高能量水平、中等能量水平和低能量水平。在高能量水平子序列中，机器人100执行其预定任务，这种情况下，是在回避停靠站的同时，进行吸尘(利用如上所述的各种行为模式)。当回避停靠站200时，机器人100执行其回避行为和继续正常操作。这个过程继续进行，同时机器人100继续监视它的能量水平。各种方法可用于监测电源的能量水平，诸如库仑法(coulometry)(即，测量持续流入流出电源的电流)，或者简单地测量电源剩余的电压。机器人100的其他实施例可以简单地利用定时器和在存储器中存储的查找表来确定机器人100在进入不同能级子序列之前还可以操作多长时间。另一些其它实施例可简单地在充电之前操作机器人100一段预定的时间段，而不用确定它是在哪个能级子序列下运行。如果机器人100使用液体或气体燃料运行，则也可以用本领域当前已知的装置测量其能量水平。

一旦剩余的能量下降到低于预定的高水平，机器人100就进入它的中等能量水平序列。机器人100继续吸尘并监测其能量水平。然而，在中能量水平，机器人100“被动搜索”停靠站200。虽然被动地搜索停靠站200，但机器人100并不改变其行进特征；它继续进行其正常的行为模式，直到它检测到回避信号BA或归位信号BR、BQ为止，可以跟随其中每一个信号直到机器人100最终停靠到停靠站200为止。换句话说，如果机器人在被动搜索时检测到回避信号BA，，它不像通常那样回避停靠站200，而是改变它的行进特征，直到它检测到归位信号BQ或BR为止，从而使得其能够停靠。

替代地，机器人100继续在该中等能量级子序列中操作，直到其记录的能量水平低于预定的低水平为止。此时，机器人100进入低能量水平序列，其特征在于操作和行进特性的变化。为了节约能量，机器人100可以停止所有附带的供电系统和操作，例如吸尘，使其能够节省尽可能多的能量，用于“主动搜索”停靠站200。在主动进行搜索时，机器人100可改变其行进特征，以增加找到它的停靠站200的机会。它可能中断诸如采用螺旋运动的那些行为模式，因为它们不一定具有定位停靠站200的更高的机会。反之更多地采用更谨慎(deliberate)的的模式，例如墙跟随。这种更谨慎的搜索将持续进行，直到通过检测回避信号BA或归位信号BR、BQ使机器人100检测到停靠站200的存在为止。显然，可以引用附加的子序列，其在剩余功率达到临界水平时发出声音警报，或者其重建自从机器人100上次接触停靠站200以来采取的路线，以帮助重新定位停靠站200。

机器人100还可以因为它确定其已经完成了分配的任务(例如，进行房间吸尘)或者它的箱子需要被清空时进行停靠。机器人100可以基于各种因素，包括关于房间大小、总运行时间、行进的总距离、污垢感测等的考虑因素，进行该确定。替代地，机器人可以使用房间绘图程序，使用停靠站200和/或墙壁和大物体作为参考点。在确定其已完成其任务时，机器人100将改变其行进特性以便快速找到停靠站200。停靠站200可以仅包括充电系统(即，充电座)，或者可以包括充电系统和抽空系统或可操作以从机器人100的箱中清空碎屑的站。

一旦机器人100处于停靠的位置，它就可以自主地自我充电。停靠站200内的电路检测机器人100的存在，然后将充电电压接通到充电触点222A、222B。

在停靠站200停靠时，机器人100还可以执行其他维护或诊断检查。在某些实施例中，机器人100可以基于各种因素对其电源完全充电或仅对其部分充电。在停靠位置时还可以执行其他行为，诸如诊断功能、内部机构清洁、与网络的通信或数据处理功能。

平台206包括第一和第二斜坡特征，诸如第一和第二斜坡(ramp)240A、240B。机器人100可以在接近位置与停靠位置(图13)之间移动，其中在接近位置，机器人与平台206间隔开(图8)，在停靠位置，机器人100在平台206上并且停靠站充电触点222A、222B与机器人充电触点164A、164B接合。如下面更详细描述的，所述第一和第二斜坡特征被定位和配置成使得当机器人100从接近位置向停靠位置移动时，机器人100接合斜坡特征，并且机器人的清洁模块143被抬至在停靠站充电触点222A、222B上方。因此斜坡特征通过提高清洁模块并越过停靠站充电触点，协助防止当机器人向停靠站平台移动时损坏在停靠站平台上的停靠站充电触点。

参见图5，第一斜坡240A在第一轨道216A上，第二斜坡240B在第二轨道216B上。第一和第二斜坡240A、240B都可包括凸起平表面242、第一倾斜或斜表面(inclined or sloped surface)244和第二倾斜或斜表面246。第一斜表面(sloped surface)244可从凸起平表面242朝下向平台204的前部208延伸，以及第二斜表面246朝下向平台204的后部210延伸。

停靠站200可放置在清洁表面S上。每个斜坡面240A、240B(或每个凸起表面242)可以具有相对于清洁表面S的高度H1，H1在7毫米到10毫米之间的。在一些实施例中，具有相对于清洁表面S的8.5mm的高度H1。每个充电触点222A、222B可以在清洁表面S的上方延伸距离H2，H2在14mm到18mm之间，并且在一些实施例中，在清洁表面S的上方延伸的距离H2为16mm。

平台204的左侧部分212和/或第一轨道216A可包括第二平表面248A，其从第一斜坡240A的第二斜表面246朝向平台204的后部210延伸。类似地，平台204的右侧部分214和/或第二轨道216B可包括第二平表面248B，其从第二斜坡240B的第二斜表面246朝向平台204的后部210延伸。

平台204的中间部分218可包括凸起表面252和第一倾斜或斜表面254，其中第一斜表面254从凸起表面252朝向平台204的前方208向下延伸。凸起表面252可以是平的或基本平的。第一和第二充电触点222A、222B在凸起表面252上。每一个充电触点222A、222B可以具有相对于凸起表面252的高度H3，H3在2mm到5mm之间。一些实施例中，具有相对于凸起表面252的高度H3，H3为3.7mm。所述凸起的表面252可以被垂直放置在第一和第二斜坡240A、240B每个的第二斜表面246上方和/或平台204的左侧部和右侧部212、214每个的第二平表面248A、248B上方。

平台204的中间部分218可包括第二倾斜或斜表面256和第二平表面258。第二斜表面256从凸起表面252向下延伸到第二平表面258。第二平表面258从第二斜表面256向平台204的后部210延伸。

图8至13示出了机器人100从接近位置(图8)循序地移动到停靠位置(图13)。参照图5、6和9，当机器人100接近停靠站200时，在机器人100的前部中的清洁模块143接合并沿着斜坡240A、240B的第一斜表面244上升爬行，然后接合并沿着斜坡240A，240B的凸起表面242爬行。

参照图5、6和10，机器人100的轮子132滚动到斜坡240A、240B的第一斜表面244，并且作为响应，当清洁模块143接近停靠站充电触点222A、222B时，清洁模块143向上提升(例如，离开平台204)。参照图5、6和11，当轮子132滚动到斜坡240A、240B的凸起表面242时，清洁模块143进一步向上升，并且在垂直方向被定在停靠站充电触点222A、222B上方。

参照图11，机器人100由于与斜坡240A、240B的接合而具有相对于水平面的倾斜角A1。倾斜角A1可以在外壳的底部114和清洁表面S之间进行测量。倾斜角A1可以在6度到11度之间，并且在一些实施例中，倾斜角A1大约为8.5度。

参照图5、6和12，当轮子132沿着斜坡240A、240B的凸起表面242滚动时，清洁模块143保持被抬升在停靠站充电触点222A、222B上方，并在停靠站充电触点222A、222B上方通过。机器人100的重心CG可以在轮子132后面，以有助于上述动作。

参照图5、6和13，当轮子132到达斜坡240A、240B的第二斜表面246并向下滚动时，清洁模块143已通过或基本上通过停靠站充电触点222A、222B，并且清洁模块143和机器人100下降到停靠位置。在停靠位置，机器人充电触点164A、164B(图3)接合停靠站充电触点222A、222B(图5)。

在停靠位置，机器人外壳的底部114可以是第一和第二斜坡240A、240B的凸起的平表面的242间隔开。这在机器人100进入和离开停靠站200时可以减少机器人100的底部的磨损。

在停靠位置时，机器人100的左侧车轮132可以是在斜坡240A的第二斜表面246上和/或停靠平台204的左侧212的第二平表面248A上。在停靠位置时，右侧车轮132可以是在斜坡240B的第二斜表面246上和/或停靠平台204的右侧214的第二平表面248B上。在停靠位置时，机器人100的清洁模块143可在停靠平台204的中间部分218的第二平表面258B上。

当机器人从停靠位置被部署时，斜坡240A、240B使机器人及其部件沿上述运动相反的方式移动。因此，当机器人100被部署时，随着轮132接合斜面240A、240B，清洁模块143升高到停靠站充电触点222A、222B上方。

清洁模块143位于机器人100的前部并在地平面上，因此当机器人100接近它的充电位置或停靠位置时，清洁模块143具有刮擦停靠站充电触点222A、222B的可能性，从而导致充电触点222A、222B存在寿命风险。本发明人通过将斜坡240A、240B设置在停靠平台上以使得清洁模块143被抬起并处于充电触点222A、222B上方(如上所述)而解决这个问题。

图14和15示出了根据本发明的一个实施例的抽空停靠站300。抽空停靠站300包括外壳302，其包括基本上水平的底板或平台304和基本上垂直的塔或托架306。停靠湾DB被限定在平台304上且在托架306的前方。抽空停靠站300可以是各种形状或尺寸中的任何一种，来为所需的部件和系统提供足够的空间，正如下面描述的。

平台304包括前308和后部310，其中所述塔306在平台304的后部310处。平台304包括左侧部分312和右侧部分314。第一或左侧轨道316A在平台304的左侧部分312上，以及第二或右侧轨道316B在平台304的右侧部分314上。平台304包括在左侧部分312和右侧部分314之间的中间部分318。

抽空抽吸口364被限定在中间部分318。抽空抽吸口364位于平台310的横向中心线和轨道316A、316B的中点之间。

平台304可以朝向托架320以向上的角度倾斜。

抽空停靠站300包括充电子系统320、通信/引导系统330、停靠控制器324、和电源输入连接器326(被连接到电源，未示出)，除了如下面所讨论的之外，他们分别对应于充电子系统220、通信/引导系统230、停靠控制器224、和电源输入连接器226，并分别以相同的方式操作。抽空停靠站300可包括回避发射器332和定向发射器334R、334L，分别对应于回避发射器232和定向发射器234R、234L。

所述充电子系统320包括充电电路321，其包括在平台304的中间部分318上的第一和第二充电触点322A、322B。像充电触点222A、222B一样，充电触点322A、322B被配置成当机器人100在停靠站上处于停靠位置时，接合机器人100的充电触点164A、164B(图3)。充电触点322A、322B可以是弹簧承载的。

所述抽空停靠站300还包括碎屑抽空系统360。所述抽空系统360包括在塔306中的碎屑箱362(其可以是可拆卸的)、位于所述平台304中的抽空口364、流体地连接端口364到箱362的管道或导管以及抽吸风扇364，其被构造成从抽空口364抽吸碎屑到箱362中。

所述轮轨道316A、316B被设计成接纳所述机器人的驱动轮132，引导机器人100到平台304使其与抽空抽吸口364正确的对准。轮轨道316A、316B分别包括凹陷轮槽349A、349B，每个保持驱动轮132在位置上以正确对准，并相对于平台304定位机器人100，防止一旦停靠时沿倾斜平台304无意中向下滑动。

所述的机器人100可以通过前进到平台304并进入抽空停靠站300的停靠湾DB，如上面关于停靠站200所描述的那样。一旦抽空停靠站300接纳机器人100，抽吸风扇364就生成真空从机器人100的清洁箱145抽取碎屑，碎屑通过平台304进到碎屑箱362。

当机器人100停靠在停靠湾DB的预定的停靠位置时，机器人充电触点164A、164B与停靠站充电触点322A、322B垂直对齐并啮合。此外，机器人100的抽空口120将对准和接触或靠近抽空停靠站300的抽空端口364。

所述机器人100可以按以上关于停靠站所描述的相同的的方式回避、发现和接近抽空停靠站。机器人100可以依赖于轮槽349A、349B捕获轮132，从而正确对准和定位所述机器人，并确保机器人在停靠接近的最后部分可以正确地对准。

参照图14和15，平台306包括第一和第二斜坡特征，例如第一和第二肋340A、340B。机器人100可以在接近位置与停靠位置之间移动，其中接近位置是机器人100与平台306间隔开(图16)，停靠位置是机器人100在平台306上并且停靠站充电触点322A、322B啮合机器人充电触点164A、164B(图21)。如下面更详细描述的，所述第一和第二斜坡特征被定位和配置成使得当机器人100从接近位置向停靠位置移动时，机器人100接合斜坡特征，并且机器人的清洁模块143被抬起到停靠站充电触点322A、322B上方。通过将清洁模块提升到停靠站充电触点上方，斜坡功能因此有助于当机器人在停靠站平台上驱动时，而防止损坏停靠站充电触点。

参照图14，第一肋340A在平台304的中间部分318上，或在平台304的左侧部分312和平台304的中间部分318之间的交界面处。第二肋340B在平台304的中间部分318上，或在平台304的右侧部分314和平台304的中间部分318之间的交界面处。第一和第二肋340A、314B的每个肋可包括凸起平表面342、第一倾斜或斜表面344和第二倾斜或斜表面346。第一斜表面344可以从凸起平表面342向下向着平台304的前部308延伸，和第二斜表面346的前端346可以从凸起平表面342向下向着平台304的后部310延伸。

每个肋340A、340B可以在平台304的倾斜或斜表面354上。参照图15，每个肋340A、340B可以具有相对于所述斜表面354的高度H4、高度H4在3mm到8mm之间。并且在一些实施例中，具有相对于所述斜表面354的高度H4，高度H4为5.5mm。充电触点322A、322B可以在倾斜面354上方突出，突出的距离与充电触点222A、222B在凸起的表面252(图5)上方突出的距离相同或者基本相同。

图16至图21示出了机器人100从接近位置(图16)顺序地移动到停靠位置(图21)。参照图14、15和17，当机器人100的轮子132首先接触停靠平台304时，机器人100前部的清洁模块143接合肋340A、340B的第一斜表面344并向上提升，清洁模块143被提升到平台304上方。参照图14、15、18和19，当机器人100在停靠站300上继续驱动时，清洁模块143接合并沿肋340A、340B的凸起表面342提升。这使得清洁模块143通过充电触点322A、322B时，清洁模块保持为抬高在充电触点322A、322B上方。

参照图14、15、20和21，在清洁模块143已经通过充电触点322A、322B之后，清洁模块143沿肋340A、340B的第二斜表面346向下行进。结果，包括清洁模块143的机器人100下降到停靠站平台304上。在图21所示的停靠位置中，停靠站充电触点322A、322B接合机器人充电触点164A、164B。在停靠位置，机器人轮子132保持在轮槽149A、149B中。

参照图3，第一和第二凹穴或凹槽180A、180B形成在机器人外壳的底部114中。当机器人处在停靠位置时，第一凹槽180A的尺寸和位置被设置成接纳所述第一肋140A，以及第二凹槽180B的尺寸和位置被设置成接纳所述第二肋140B。第一凹槽180A可靠近机器人左轮132，第二凹槽180B可靠近机器人右轮132。

当机器人从停靠位置被部署时，肋340A、340B使机器人及其部件沿上述运动的反方向移动。因此，当机器人100被部署时，在清洁模块143接合肋340A、340B时，清洁模块143被提升到停靠充电触点322A、322B的上方。

清洁模块143位于机器人100的前部并在地平面上，因此在机器人100接近它的充电位置或停靠位置时，清洁模块143具有刮擦停靠充电触点322A、322B的可能性，从而导致充电触点322A、222B存在寿命风险。本发明人通过如上所述地将肋340A、340B设置在停靠平台304上，使得清洁模块143被抬起并在充电触点322A、322B的上方而解决这个问题。

上述的内容是对本发明的说明，而不应理解为对本发明的限制。尽管已经描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在示例性实施例中可以进行许多修改而不会在实质上脱离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这些修改都被包括在本发明的范围内。因此，应当看到，上述内容是对本发明的说明，而不应理解为限制于所公开的具体实施方案，并且对于所公开的实施方案以及其他实施方案的修改被包括在本发明的范围内。