用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种系统，其中移动式机器人可以被朝向驳接台站引导并与驳接台站驳接，以便于实现某种功能，例如补充移动式机器人的可再充电电源。本发明还涉及一种用于这样的系统的驳接台站。
【背景技术】
[0002]移动式机器人越来越普遍地用于家庭。例如，存在特别设计用于真空清洁的移动式机器人，以及设计用于地面擦洗的移动式机器人。此外，移动式机器人可以在家庭中被用作移动式岗哨。这样的移动式岗哨配备有适当的传感器，使得它们能够在家庭或办公空间内自主地行驶，且检测异常状况，例如升高的热量水平或到区域中的侵入者。
[0003]对于这样的移动式机器人，一致的是对于它们自主移动的需求，且从而它们通常配备有电池组形式的可再充电电源，以便于将机器人脱离对于壁装式电源插座的依赖。通常机器人将配备有内部电力监控例程，使得它具有关于残余电力水平的自我感知水平。当电力水平低时，机器人能够返回到驳接台站，机器人可以与驳接台站连接以便于补充其电池组。
[0004]移动式机器人驳接台站主要设置有具有一组触点的充电系统。触点可以与机器人上的互补触点接合，以便于提供充电电流到机器人。然而，驳接台站还可以具有提供射频信号、红外引导光束或其它发射的设施，以便于帮助机器人定位驳接台站。然而，这样的复杂性带来缺点。往往，机器人驳接台站是大体积单元，其需要放置为靠近家庭房间中的电源插座。它们的物理存在具有显著的视觉冲击，且背离了移动式机器人的应最小化对用户的影响的最尚原则。
[0005]本发明是在想到了这些问题的情况下提出的。
【发明内容】
[0006]在第一方面，本发明提供了一种用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置，包括自主车辆，设置有基于照相机的感测系统、用于驱动自主车辆的驱动系统，和用于控制驱动系统的控制系统。该装置还包括驳接台站，包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记定位在驳接台站上以限定与第一基准标记的预定相对间隔；其中控制系统可操作以接收由基于照相机的感测系统提供的图像，该图像包括第一和第二基准标记的表示，和基于接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异和第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制驱动系统，以便于朝向驳接台站引导自主车辆。
[0007]本发明在广泛的半或全自主引导车辆背景下是有用的，但是在家用移动式机器人领域特别有用。本发明提供了一种计算强度较低的启发式控制方案，以基于观察到的一对基准标记(也被称为目标)之间的相对间隔朝向驳接台站引导车辆。
[0008]该装置还可操作以存储关于在第一基准标记和第二基准标记之间的预定相对间隔的数据；检索和识别在图像中的第一和第二基准标记；评价在图像中的第一和第二基准标记的相对位置；将第一和第二基准标记的评价的相对位置与第一和第二基准标记的预定相对位置进行比较；基于比较控制驱动系统，以便于朝向驳接台站移动自主车辆。
[0009]在一个实施例中，为了获得关于车辆和驳接台站之间的距离的信息，控制系统可操作以比较第一基准标记和第二基准标记之间的相对距离。优选地，控制系统识别每个基准标记的中心点，以便于比较和计算每个基准标记(当它们出现在捕获的图像中时)的中心点的像素间隔。
[0010]为了获得关于车辆与驳接台站的横向对齐的信息，控制系统可以比较图像中第一和第二基准标记之间的水平对齐。这可以涉及计算第一和第二基准标记的每个的像素距离高度，比较两个计算得到的像素距离高度之间的差，和基于比较推断引导信息。
[0011]由于装置包括涉及可与驳接台站驳接的自主车辆，本发明还在于一种用于自主车辆的驳接台站，包括主体部，其具有第一基准标记和从第一基准标记间隔开预定距离的第二基准标记。
[0012]优选地，第一基准标记和第二基准标记定位在驳接台站的展示部分上，当驳接台站位于地面表面上时该展示部分为基本竖直位置。优选地，驳接台站的展示部分是平面的，以提供平坦表面，标记可以显著和清晰地展示在其上，这有助于基于照相机的感测系统对标记成像。在一个实施例中，展示部分可相对于驳接台站的基部部分枢转。这使得驳接台站形式上为低姿的。
[0013]原理上，基准标记可以采用很多形式，简单或复杂的。然而，尽管复杂的基准标记可以传递更多信息，它们在被基于照相机的成像系统精确的捕获方面不那么稳定。在一个实施例中，基准标记限定图案，为网格的形式，其包括二乘二布置的四个方块。优选地，网格中交替的方块为对比色，特别是黑色和白色，以最大化系统在图像帧中识别标记的能力。用于基准标记的其它选项为基于圆形和其它基于多边形的标记，但是方形图案是当前优选的，因为它们可以容易地被适当特征检测算法识别。
[0014]尽管自主车辆的基于照相机的系统可以包括单个照相机，在一个实施例中，基于照相机的感测系统包括全方向照相机，使得在单个帧中可以捕获360°场景图像。
[0015]本发明还在于一种用于控制自主车辆以将车辆朝向驳接台站引导的方法，驳接台站包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记定位在驳接台站上，以相对于第一基准标记限定预定相对间隔，该方法包括:捕获包括驳接台站的图像；基于在接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异和第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制自主车辆的驱动系统，以便于朝向基部台站引导自主车辆。
【附图说明】
[0016]为了本发明更容易被理解，现在将仅通过举例的方式参考附图描述实施例，在附图中:
[0017]图1是房间的透视图，其中包括根据本发明的驳接台站和移动式机器人的示例性机器人系统定位在房间中；
[0018]图2是图1中的机器人的更详细的透视图；
[0019]图3是移动式机器人的电控制系统的系统图；
[0020]图4是机器人的行驶传感器的示意图；
[0021]图5是图1中所示的驳接台站的透视图；
[0022]图6是示出了机器人系统的驳接控制模块的功能原理的图；
[0023]图7是示出了机器人系统的驳接控制系统的其它功能原理的图；
[0024]图8是机器人中执行的驳接控制例程的流程图；以及
[0025]图9是示出了图8的驳接控制例程期间的机器人的操纵的图。
【具体实施方式】
[0026]参考图1，机器人系统2包括移动式机器人4和相关驳接台站6。在该实施例中，移动式机器人4示出为真空清洁机器人，尽管应理解这对于本发明并不是重要的，且本发明能够应用到家庭环境或其它环境下的任何移动式机器人。移动式机器人4为自主的且包括充分的处理和感应能力，其使得机器人能够在适当的板载行驶系统的帮助下绕房间行驶，随其行进清洁地面。
[0027]移动式机器人4由内部电池组形式(未在图1中示出)的可再充电电源供电。这样的电池组通常在本领域中是已知的，且包各种化学电池中的多个电池。锂离子家族中的化学电池是当前优选的，因为它们的高功率密度、低充电损失和没有记忆效应，尽管其他化学电池譬如镍金属氢化物电池和镍镉电池也是可接受的。
[0028]机器人4可与驳接台站6驳接，使得它能够在接近耗尽状态时重新给电池组充电。机器人5移动到与驳接台站6驳接的方式将在下文中详细地描述。
[0029]驳接台站6示出在图1中，抵靠房间的墙壁定位。驳接台站6包括一对细长电触点8形式的电触点，一旦机器人4处于驳接位置驳接台站6通过它们能够提供充电能量到机器人4。驳接台站6经由电源12和缆线14附接到主电源墙壁出口 10，且由此电源被提供到驳接台站6的电触点8。
[0030]机器人4在图2中更详细地示出。尺寸，机器人4具有大体圆形主体部16和被承载在体部16的前部部分上的分离装置18，且该分离装置18突出穿过主体部16的互补形状的凹部20。
[0031 ] 为了本说明书的目的，机器人的情景中的术语“前”和“后”将按操作期间它的前进和倒退方向的意思来使用，其中分离装置18被定位在机器人的前部。同样地，术语“左”和“右”将被关于机器人向前运动的方向使用。
[0032]该主体部16支撑机器人的几个部件且优选由高强度的注射模制塑料材料制造，如ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，虽然它也可由适当的金属制造，如铝或钢，或如碳纤维复合材料这样的复合材料。
[0033]机器人4具有驱动系统，其可操作以绕其环境推进机器人，且包括安装在体部两侧上的一对牵引单元22。仅一个牵引单元22在图2中部分地示出，尽管应该理解牵引单元的具体形式对于本发明不是重要的。然而，在该特定实施例中，牵引单元22为电驱动履带式单元，其具有被约束为绕引导和拖尾滑轮的连续橡胶化皮带或履带，尽