移动式机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种移动式机器人，其特别地涉及一种能够照亮其环境的移动式机器人。
【背景技术】
[0002]移动式机器人变得越来越普遍且被使用在多种领域，如太空探索、草坪收割和地面清洁。近来，在机器人地面清洁设备领域中，特别是真空吸尘器领域中具有迅速的进步，机器人地面清洁设备的主要目的是在自主地和不唐突地在用户的房子中行进同时清洁地面。
[0003]在执行该任务中，机器人真空吸尘器必须需要清洁的区域行驶。一些机器人设置有基本行驶系统，由此机器人使用有时称为“随机碰撞”的方法，其中机器人沿给定方向行进指导它遇到障碍物，此时机器人向随机方向转向并行进，直到遇到另一障碍物。随时间，期望机器人将覆盖尽可能多的需要被清洁的地面空间。不幸的是，这些随机碰撞行驶方案已被发现缺点，且往往应该被清洁的大面积的地面被完全遗漏。
[0004]因此，在移动式机器人中更好的行驶方法被研究和采用。例如，同步定位和制图(SLAM)技术现在开始在一些机器人中被采用。这些SLAM技术允许机器人通过观察、理解和识别其周围的区域而采用更加系统化的行驶路线。使用SLAM技术，更加系统化的行驶方案可被实现，且由此，在机器人真空吸尘器的情况下，机器人将能够更有效地清洁所需的区域。
[0005]使用SLAM技术的机器人需要视觉系统，其能够捕获周围区域的静态或运动图像。图像中的高对比特征(有时被称为地标特征)，譬如桌子的角或相框的边缘于是被SLAM系统用于帮助机器人建立区域地图，且使用三角测量法确定它在地图中的位置。此外，机器人可以使用它在图像中检测的特征的相对运动来分析它的速度和运动。
[0006]SLAM技术是非常强大的，且允许大大改善的行驶系统。然而，SLAM系统可仅在视觉系统捕获的图像中能检测到足够的特征的情况下正确地工作。由此，发现一些机器人在低光线条件的房间中或在由视觉系统捕获的图像具有低对比度的情况下，难以成功地在房间内行驶。一些机器人由此被限制到在白天当存在充分的环境光线时行驶。在机器人地面清洁器的情况下，这可能不是期望的，因为用户可能期望规划他们的机器人地面清洁器在夜晚他们睡觉时清洁。为了克服该问题，一些机器人已经设置有灯，其用作前灯，其可以按需要打开或关闭以改善相机捕获的图像，且帮助机器人观察它的行进方向。这样的例子在US 2013/0056032 描述。
[0007]然而，在机器人上使用前灯存在问题。为了使得自主机器人可以绕可能包含障碍物(譬如家具)的区域自由地行驶，它们通常设置有蓄电池形式的板载电源。前灯的使用可降低机器人的蓄电池寿命，这意味着机器人将在较小量的时间内被迫返回充电站。这又意味着机器人将在充电之间仅能够清洁比不使用前灯来行驶的情况所能清洁的区域相比更小的区域。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种移动式机器人，包括:视觉系统，该视觉系统包括相机和两个或更多个光源，所述光源每一个被布置为提供照明水平到围绕移动式机器人的区域；其中所述两个或更多个光源被布置为照明对应于由相机捕获的图像的不同区段的围绕机器人的独立区域，且由每个光源提供的照明水平可独立地调节。
[0009]结果机器人可以在具有环境光水平变化的区域的环境中更好的行驶。能够同时提供不同照明水平到围绕它的不同区域，不同照明水平根据环境光水平和捕获图像中那些区域的对比度水平而确定。这可以导致更能量节约的机器人，因为它不会提供不必要的高照射水平到不需要的区域，且还可以增加机器人的电池寿命。
[0010]移动式机器人可包括控制系统，该控制系统包括特征检测单元，用于检测由视觉系统捕获的图像中的特征，且其中由所述两个或更多个光源中的每一个提供的照明水平响应于由特征检测单元在由相机捕获的图像中检测到的特征数量而被独立地调整。结果照明水平可以直接响应于机器人成功行驶的能力而被调整。由于该直接关联，被供应到光源的电力量总是机器人正确工作所需的绝对最小值，而没有额外的电力被浪费。
[0011]由每个光源提供照明水平可响应于由特征检测单元在由每个光源照亮的图像的相应区段中检测到的特征数量而被独立地调节。因此，机器人能够选择使用多个光源中的哪个来增加照明水平。这可以更有效地利用电力，因为机器人可以更精确地照明具有低环境光或差对比度的特定区域。
[0012]所述两个或更多个光源可被布置为照亮对应于由相机捕获的总图像的四分之一和四分之三之间的组合区域。机器人成功行驶不需要整个图像的完全照明，且从而通过仅提供照明总图像的一部分的能力给机器人，更加能力节约的机器人被实现，且电池寿命可以被延长。此外，更少的电源被需要以照明总图像的仅一部分，且从而机器人的制造成本被维持更低。
[0013]所述两个或更多个光源可被布置在机器人上，使得它们照亮在机器人的相对侧上的独立区域。这允许机器人使用在图像中选择的分离开的特征进行行驶。使用分离开的特征的三角测量允许更精确的行驶系统。
[0014]当视觉系统包括两个光源时，每个光源可布置在机器人的相对侧上，以沿与另一光源相反的方向发射光。机器人将由此能够在环境中更精确的三角测量其自身，且还可以使用由相机捕获的不同图像中机器人每侧的特征的相对运动来更精确地检测机器人的速度和轨迹。
[0015]视觉系统可包括至少四个光源，且所述至少四个光源可被布置为照亮围绕机器人的不同象限区域。这给予机器人对要被照亮的区域更高的控制，且还突出上文中关于这点已经讨论的益处。
[0016]由每个光源提供的照亮水平可通过增加和减小提供到每个光源的电力来调整。这允许当不需要光源提供显著的照明水平时，被提供到每个光源的电力被减小。电力的该有效使用可以延长机器人的电池寿命。
[0017]由每个光源提供的照亮水平可响应于由控制系统发送到视觉系统的控制信号而被调整。控制系统可包括同步定位和制图(SLAM)单元。结果在机器人上负责行驶的系统具有对由光源提供的照明水平的直接控制。这可以改善响应于机器人的行驶需求对照明水平的调节的响应度。
[0018]相机可以为全景环形透镜(PAL)相机。这允许机器人捕获提供围绕机器人的区域的完整360°视角的图像，其进而允许大大改善的行驶系统，其不容易被附近的障碍物挡住。
[0019]光源可包括发光二极管(LED)。LED是特别能量有效的，且比一些其它形式的光源消耗低得多的功率，譬如白炽灯，且从而机器人的电池寿命可以被进一步延长。
[0020]光源可发射红外(IR)光。结果光源能够提供机器人的相机可以检测的良好照明，但是它不会闪耀可见光导致用户潜在的烦恼。
[0021]光源可定位在设置在机器人上的手柄部分的内侧。这允许光源由手柄保护，当机器人绕环境行驶时不受到与障碍物撞击的损坏。此外，光源并不需要定位在机器人外部上，这样它们容易卡或钩到障碍物上。
【附图说明】
[0022]为了使本发明可能更容易理解，现在将通过示例参照下列附图描述本发明的实施例，附图中:
[0023]图1是移动式机器人的部件的示意性图示；
[0024]图2是显示了控制照明水平的方法的流程图；
[0025]图3、图4和图5显示了移动式机器人；
[0026]图6显示了位于房间环境中的移动式机器人；
[0027]图7A和图8A显不了图6中显不的移动式机器人的相机捕获的图像的实例；
[0028]图7B和图8B是显示了图7A和图8A中捕获的图像中使用的相应LED强度的图；以及
[0029]图9、图10和图11显示了移动式机器人的其它实施例。
【具体实施方式】
[0030]图1是移动式机器人的部件的示意性图示。移动式机器人1包括三个系统:视觉系统2、控制系统8和驱动系统14。这三个系统的组合允许机器人1观察、解释机器人1所定位的环境，并绕机器人1所定位的环境行驶。视觉系统2包括相机3和光源4。相机3能够捕获围绕移动式机器人1的区域的图像。例如，相机3可为向上指向的相机，以捕获天花板的图像，向前面向的相机以捕获沿机器人1的向前行进方向的图像，或可以是全景环形透镜(PAL)相机，其捕获围绕机器人1的区域的360°视图。光源4在机器人1位于具有低光线条件的环境中或由相机3捕获的图像具有差的对比度时，能够改善由相机3捕获的图像的质量。光源4可以是任意光源，例如光源4为发光二极管(LED)。光源4可以向围绕机器人1的区域提供照明水平。光源4可以发射相机的传感器能检测的