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移動式機(jī)器人的制作方法

文檔序號:9622593閱讀:532來源:國知局
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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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)和兩個(gè)或更多個(gè)光源,所述光源每一個(gè)被布置為提供照明水平到圍繞移動式機(jī)器人的區(qū)域;其中所述兩個(gè)或更多個(gè)光源被布置為照明對應(yīng)于由相機(jī)捕獲的圖像的不同區(qū)段的圍繞機(jī)器人的獨(dú)立區(qū)域,且由每個(gè)光源提供的照明水平可獨(dú)立地調(diào)節(jié)。
[0009]結(jié)果機(jī)器人可以在具有環(huán)境光水平變化的區(qū)域的環(huán)境中更好的行駛。能夠同時(shí)提供不同照明水平到圍繞它的不同區(qū)域,不同照明水平根據(jù)環(huán)境光水平和捕獲圖像中那些區(qū)域的對比度水平而確定。這可以導(dǎo)致更能量節(jié)約的機(jī)器人,因?yàn)樗粫峁┎槐匾母哒丈渌降讲恍枰膮^(qū)域,且還可以增加機(jī)器人的電池壽命。
[0010]移動式機(jī)器人可包括控制系統(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,且其中由所述兩個(gè)或更多個(gè)光源中的每一個(gè)提供的照明水平響應(yīng)于由特征檢測單元在由相機(jī)捕獲的圖像中檢測到的特征數(shù)量而被獨(dú)立地調(diào)整。結(jié)果照明水平可以直接響應(yīng)于機(jī)器人成功行駛的能力而被調(diào)整。由于該直接關(guān)聯(lián),被供應(yīng)到光源的電力量總是機(jī)器人正確工作所需的絕對最小值,而沒有額外的電力被浪費(fèi)。
[0011]由每個(gè)光源提供照明水平可響應(yīng)于由特征檢測單元在由每個(gè)光源照亮的圖像的相應(yīng)區(qū)段中檢測到的特征數(shù)量而被獨(dú)立地調(diào)節(jié)。因此,機(jī)器人能夠選擇使用多個(gè)光源中的哪個(gè)來增加照明水平。這可以更有效地利用電力,因?yàn)闄C(jī)器人可以更精確地照明具有低環(huán)境光或差對比度的特定區(qū)域。
[0012]所述兩個(gè)或更多個(gè)光源可被布置為照亮對應(yīng)于由相機(jī)捕獲的總圖像的四分之一和四分之三之間的組合區(qū)域。機(jī)器人成功行駛不需要整個(gè)圖像的完全照明,且從而通過僅提供照明總圖像的一部分的能力給機(jī)器人,更加能力節(jié)約的機(jī)器人被實(shí)現(xiàn),且電池壽命可以被延長。此外,更少的電源被需要以照明總圖像的僅一部分,且從而機(jī)器人的制造成本被維持更低。
[0013]所述兩個(gè)或更多個(gè)光源可被布置在機(jī)器人上,使得它們照亮在機(jī)器人的相對側(cè)上的獨(dú)立區(qū)域。這允許機(jī)器人使用在圖像中選擇的分離開的特征進(jìn)行行駛。使用分離開的特征的三角測量允許更精確的行駛系統(tǒng)。
[0014]當(dāng)視覺系統(tǒng)包括兩個(gè)光源時(shí),每個(gè)光源可布置在機(jī)器人的相對側(cè)上,以沿與另一光源相反的方向發(fā)射光。機(jī)器人將由此能夠在環(huán)境中更精確的三角測量其自身,且還可以使用由相機(jī)捕獲的不同圖像中機(jī)器人每側(cè)的特征的相對運(yùn)動來更精確地檢測機(jī)器人的速度和軌跡。
[0015]視覺系統(tǒng)可包括至少四個(gè)光源,且所述至少四個(gè)光源可被布置為照亮圍繞機(jī)器人的不同象限區(qū)域。這給予機(jī)器人對要被照亮的區(qū)域更高的控制,且還突出上文中關(guān)于這點(diǎn)已經(jīng)討論的益處。
[0016]由每個(gè)光源提供的照亮水平可通過增加和減小提供到每個(gè)光源的電力來調(diào)整。這允許當(dāng)不需要光源提供顯著的照明水平時(shí),被提供到每個(gè)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]由每個(gè)光源提供的照亮水平可響應(yīng)于由控制系統(tǒng)發(fā)送到視覺系統(tǒng)的控制信號而被調(diào)整??刂葡到y(tǒng)可包括同步定位和制圖(SLAM)單元。結(jié)果在機(jī)器人上負(fù)責(zé)行駛的系統(tǒng)具有對由光源提供的照明水平的直接控制。這可以改善響應(yīng)于機(jī)器人的行駛需求對照明水平的調(diào)節(jié)的響應(yīng)度。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]光源可定位在設(shè)置在機(jī)器人上的手柄部分的內(nèi)側(cè)。這允許光源由手柄保護(hù),當(dāng)機(jī)器人繞環(huán)境行駛時(shí)不受到與障礙物撞擊的損壞。此外,光源并不需要定位在機(jī)器人外部上,這樣它們?nèi)菀卓ɑ蜚^到障礙物上。
【附圖說明】
[0022]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:
[0023]圖1是移動式機(jī)器人的部件的示意性圖示;
[0024]圖2是顯示了控制照明水平的方法的流程圖;
[0025]圖3、圖4和圖5顯示了移動式機(jī)器人;
[0026]圖6顯示了位于房間環(huán)境中的移動式機(jī)器人;
[0027]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;
[0028]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
[0029]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】
[0030]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(gè)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(gè)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(shí),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
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