使用差動傳感器或視覺測量的地毯偏移估計的制作方法
【專利摘要】公開了用于地毯偏移估計的裝置和方法。在某些實現(xiàn)中，機器人設備包括使本體在表面上移動的致動器系統(tǒng)。第一組傳感器可以感測致動器系統(tǒng)的致動特性。例如，第一組傳感器可以包括測距傳感器以用于感測致動器系統(tǒng)的輪子轉(zhuǎn)動。第二組傳感器可以感測本體的運動特性。第一組傳感器可以是與第二組傳感器不同類型的傳感器?？刂破骺梢灾辽倩谟傻谝唤M傳感器感測的致動特性和由第二組傳感器感測的運動特性來估計地毯偏移。
【專利說明】使用差動傳感器或視覺測量的地毯偏移估計
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年6月8日提交的題為"CARPET DRIFT ESTIMATION USING DIFFERENTIAL SENSORS AND VISUAL MEASUREMENTS"的美國臨時申請第61/657, 399號的優(yōu) 先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參引合并至本文中。

【技術(shù)領域】
[0003] 本公開內(nèi)容涉及機器人系統(tǒng)，更特別地涉及被配置成在表面上移動的移動機器人 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004] 自主式機器人是可以在無連續(xù)人類引導的情況下在環(huán)境中執(zhí)行期望任務的機器 人。機器人可以在不同程度上自主并且可以以不同的方式處于自主。例如，自主式機器人 可以在無連續(xù)人類引導的情況下通過非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的工作表面以執(zhí)行一個或更多個任務。 在其他示例中，自主式機器人可以在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中或者在人類監(jiān)督下執(zhí)行任務。在家用機 器人、辦公室機器人和/或消費者導向機器人的領域中，移動機器人已被用于執(zhí)行例如真 空除塵清潔、地板清洗、巡邏、剪草坪和其他這樣的任務等功能。
[0005] 然而，許多常規(guī)的自主式機器人未適當?shù)鼗蚓_地確定機器人位置和/或姿勢并 且未適當?shù)乜刂茩C器人的移動，從而不能確保機器人停留在給定路線上和/或達到指定位 置和/或姿勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 下面呈現(xiàn)出一個或更多個方面的簡要概述以提供對這樣的方面的基本理解。此概 述不是對所有所考慮方面的廣泛綜述，并且既不意在確定所有方面的關(guān)鍵或重要元素，也 不意在界定任何或所有方面的范圍。其唯一目的在于以簡單的形式呈現(xiàn)一個或更多個方面 的一些概念作為后面呈現(xiàn)的更詳細描述的前序。特別地，所考慮方面包括實施本文中所描 述的一個或更多個方面的一些或所有概念的方法和非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)。
[0007] 描述了下述系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法用于估計通過機器人在表面例如地毯上移 動所經(jīng)歷的偏移例如地毯偏移，并且該系統(tǒng)和方法用于補償這樣的偏移例如地毯偏移。通 過另外的示例，所描述的某些系統(tǒng)和方法可以被配置成估計由于可能會影響機器人通過表 面的運動的其他作用而引起的偏移，例如由于傾斜的地板、不穩(wěn)定的表面（例如沙粒表面 或泥漿表面）和/或由于風推動或拖拉機器人而引起的運動偏移。
[0008] 某些示例性實施方式考慮一種機器人設備。所述機器人設備包括本體和被配置成 使本體在表面上移動的致動器系統(tǒng)。所述機器人設備還可以包括被配置成感測致動器系統(tǒng) 的致動特性的第一組傳感器。所述機器人設備還可以包括被配置成感測本體的運動特性的 第二組傳感器。第一組傳感器可以是與第二組傳感器不同類型的傳感器。所述機器人設備 還可以包括至少基于由第一組傳感器感測的致動特性和由第二組傳感器感測的運動特性 來估計偏移例如地毯偏移的控制器。在一種示例性實施方式中，致動器系統(tǒng)可以包括可轉(zhuǎn) 動的輪子，并且第一組傳感器被配置成感測致動器系統(tǒng)的輪子的轉(zhuǎn)動。第二組傳感器可以 包括被配置成感測本體的轉(zhuǎn)動的陀螺儀傳感器。在一種示例性實施方式中，致動器系統(tǒng)包 括可轉(zhuǎn)動的輪子，并且第一組傳感器被配置成感測致動器系統(tǒng)的輪子的轉(zhuǎn)動。第二組傳感 器包括被配置成感測本體的轉(zhuǎn)動的陀螺儀傳感器。控制器還被配置成至少基于根據(jù)所感測 的輪子轉(zhuǎn)動所估計的航向與根據(jù)所感測的本體轉(zhuǎn)動所估計的航向之間的比較來估計地毯 偏移。在一種示例性實施方式中，控制器還被配置成控制致動器系統(tǒng)執(zhí)行將本體轉(zhuǎn)動至少 約180度的機動動作?？刂破鬟€被配置成至少基于在所述機動動作期間感測的致動特性與 運動特性之間的多個比較來估計地毯偏移。在一種示例性實施方式中，控制器還被配置成 至少基于在所述機動動作期間的總偏移與航向變化之比來估計地毯偏移的幅度。在一種示 例性實施方式中，控制器還被配置成：響應于檢測到障礙物，至少基于在機動動作期間感測 的致動特性與運動特性之間的多個比較來更新所估計的地毯偏移。在一種示例性實施方式 中，致動器系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動的輪子，并且第一組傳感器被配置成感測致動器系統(tǒng)的輪子的 轉(zhuǎn)動。第二組傳感器包括被配置成捕獲兩個或更多個圖像的成像傳感器?？刂破鞅慌渲贸?通過比較所述兩個或更多個圖像來估計運動特性。在一種示例性實施方式中，控制器還被 配置成檢測所述兩個或更多個圖像中的每個圖像的共同特征，其中控制器還被配置成至少 基于比較在所述兩個或更多個圖像中檢測到的共同特征的相對位置的變化來估計本體的 航向。
[0009] 在一種不例性實施方式中，考慮一種機器人設備。所述機器人設備包括可轉(zhuǎn)動的 左驅(qū)動輪和可轉(zhuǎn)動的右驅(qū)動輪。所述機器人設備還包括驅(qū)動子系統(tǒng)，該驅(qū)動子系統(tǒng)被配置 成基于驅(qū)動信號使左驅(qū)動輪和右驅(qū)動輪差動地轉(zhuǎn)動，使得機器人設備在表面上移動。所述 機器人設備還包括被配置成生成左輪和右輪的轉(zhuǎn)動的測距測量的第一組傳感器。所述機器 人設備還包括被配置成生成機器人設備的航向測量的第二組傳感器。所述機器人設備還包 括被配置成生成驅(qū)動信號使得機器人設備執(zhí)行具有航向角變化的機動動作的控制器?？刂?器還被配置成至少基于在機動動作期間的航向變化的估計和在機動動作期間的航向測量 的變化來估計偏移，例如地毯偏移。航向變化的估計基于在機動動作期間的測距測量。在 一種示例性實施方式中，控制器還被配置成使所述機動動作至少持續(xù)到航向測量指示至少 約180度的航向變化為止。控制器還被配置成在機動動作期間采集多個測距測量。控制器 還被配置成在機動動作期間采集多個航向測量。控制器還被配置成至少基于多個測距測量 與多個航向測量之間的比較來估計地毯偏移。在一種示例性實施方式中，控制器還被配置 成至少部分地響應于遇到障礙物來估計地毯偏移。在一種示例性實施方式中，控制器還被 配置成響應于自執(zhí)行先前估計以后行進比閾值距離大的距離來估計地毯偏移。
[0010] 某些示例性實施方式考慮一種移動機器人設備。所述移動機器人設備包括被配置 成生成測距測量的第一組傳感器。所述移動機器人設備包括被配置成生成移動機器人設備 的航向測量的第二組傳感器。所述移動機器人設備包括被配置成捕獲圖像的攝像機。所述 移動機器人設備包括在通信上耦接至第一組傳感器和第二組傳感器以及攝像機的控制器。 控制器被配置成選擇性地以第一模式操作和選擇性地以第二模式操作。當以第一模式操作 時，控制器還被配置成至少基于根據(jù)測距測量所估計的航向和由第二組傳感器生成的航向 測量來估計偏移，例如地毯偏移。當以第二模式操作時，控制器還被配置成至少基于由攝像 機捕獲的圖像中的兩個或更多個圖像來生成移動機器人設備的視覺運動觀察。控制器還被 配置成至少基于測距測量和視覺運動觀察來估計地毯偏移。所述移動機器人還包括差動驅(qū) 動的驅(qū)動輪?？刂破鬟€被配置成在驅(qū)動輪的絕對差動轉(zhuǎn)動大于閾值時以第一模式操作。在 一種示例性實施方式中，控制器還被配置成計算與視覺運動觀察相關(guān)聯(lián)的不確定度，并且 其中，控制器還被配置成在不確定度低于閾值時以第二模式操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 在本文中提供這些附圖和相關(guān)聯(lián)的描述以示出本發(fā)明的【具體實施方式】，并且其并 非意在限制性的。
[0012] 圖1是示出示例性機器人設備的頂視圖的示意圖。
[0013] 圖2是示出圖1的機器人設備的示例性致動器系統(tǒng)的示例性實施方式的示意圖。
[0014] 圖3是示出圖1的機器人設備的示例性控制器的示例性實施方式的示意圖。
[0015] 圖4是估計地毯偏移的示例性方法的流程圖。
[0016] 圖5是示出至少基于來自測距傳感器和陀螺儀傳感器的測量來估計地毯偏移的 示例性方法的示例性實施方式的流程圖。
[0017] 圖6是示出至少基于來自測距傳感器和成像傳感器的測量來估計地毯偏移的示 例性方法的示例性實施方式的流程圖。
[0018] 圖7是示出確定視覺運動觀察的示例性方法的示例性實施方式的流程圖。
[0019] 圖8是示出執(zhí)行統(tǒng)計濾波的示例性方法的示例性實施方式的流程圖。

【具體實施方式】
[0020] 描述了用于估計偏移例如地毯偏移的方法和系統(tǒng)。本文在用于估計清潔機器人所 經(jīng)歷的地毯偏移的系統(tǒng)或方法的背景下描述示例性實施方式，但所述示例性實施方式將適 用于其他類型的設備，例如能夠通過地毯表面的移動機器人設備。要理解的是，術(shù)語地毯旨 在包括可能具有紋理或絨毛的墊子和其他地板覆蓋物。還要理解的是，本文所描述的示例 性實施方式將適用于估計由于除地毯作用之外的作用而引起的偏移，例如舉例來說，由于 傾斜的地板、不穩(wěn)定的表面（例如沙粒表面或泥漿表面）和/或由于風力（例如，相對恒定 的或緩慢地隨時間變化的風對機器人進行推動或拖拉）而引起的運動偏移。
[0021] 地毯的制造過程可以對地毯的纖維進行排列使得纖維趨于沿特定方向彎曲。此纖 維偏斜方向可以被稱為地毯的紋理方向或絨毛方向。當對象在地毯上移動時，例如就對地 毯進行真空除塵或者用手拂過地毯而言，對象可能會經(jīng)歷紋理方向的作用。如果對象沿紋 理方向在地毯上移動，則地毯的纖維可能會趨于沿運動方向倒下，從而有助于機器人沿紋 理方向移動。然而，如果對象逆紋理方向移動，則地毯的纖維可能會趨于堅起，從而阻擋或 抑制機器人移動。
[0022] 由于地毯紋理作用于移動對象而引起的地毯的方向依賴力可能會影響對象的運 動。例如，自主式清潔設備的軌跡可能會通過地毯紋理的影響而受到干擾。地毯紋理對對 象的運動的作用可以被稱為地毯偏移。地毯偏移可以由具有幅度和方向二者的地毯偏移矢 量表示。地毯偏移矢量可以是地毯的屬性。
[0023] 對于自主式機器人，地毯偏移可能會產(chǎn)生問題。特別地，自主式機器人可以依賴 于通過使用傳感器一例如輪編碼器、陀螺儀、加速度計和/或類似傳感器一所確定的 對其位置和/或取向的估計。例如，輪編碼器傳感器可以用于基于感測機器人設備的輪子 在一段時間內(nèi)的轉(zhuǎn)動量來確定行進的距離。然而，當自主式機器人在鋪有地毯的環(huán)境中航 行（navigate)時，基于機器人相對于地毯紋理的運動，機器人的輪子可以使地毯纖維堅起 或倒下。特別地，當纖維沿地毯紋理倒下時，地毯可以沿地毯紋理的方向推動或引導機器 人。因此，當機器人沿地毯紋理的方向移動時，機器人可以行進比基于輪子的轉(zhuǎn)動所確定的 距離長的距離。另一方面，當機器人逆地毯紋理在堅立的纖維上行進時，機器人可以行進比 基于輪子的轉(zhuǎn)動所確定的距離短的距離。在任一情況下，所行進的實際距離可能與由傳感 器--例如用于航位推算的輪編碼器和類似傳感器--測量的距離不同。
[0024] 當在特定地毯的環(huán)境中地毯偏移矢量方向可以固定或恒定時，偏移量可以與所行 進的距離成比例或者在一定程度上相關(guān)。因此，在機器人通過地毯時，位置估計誤差可能會 隨時間累積。因此，機器人可能無法建立準確的環(huán)境地圖或者可能無法有效、準確和/或安 全地航行于環(huán)境中，從而不能用于執(zhí)行任務例如真空除塵。
[0025] 可選地，可以完全或部分地基于機器人設備的并未被其測距傳感器（例如集成的 差動運動傳感器）考慮的運動來生成地毯偏移的估計。特別地，可以可選地通過組合兩種 或更多種類型的傳感器測量來估計地毯偏移。在一種示例性實施方式中，來自一個傳感器 的測量可以提供所期望運動或所命令運動的指示，而來自另一傳感器（例如不同類型的傳 感器）的測量可以提供真正或?qū)嶋H運動的指示。例如，在一種示例性實施方式中，測距傳感 器（例如測量輪子轉(zhuǎn)動量的一個或更多個傳感器）可以基于所測量或所命令的輪子轉(zhuǎn)動來 提供所期望或所命令的運動的指示。另外地或替代地，可以使用致動器系統(tǒng)的其他特性，例 如輪子速率、輪子加速度和/或電機控制信號?？梢允褂美鐏碜酝勇輧x傳感器、成像傳感 器或者類似傳感器或其他傳感器的任何組合的數(shù)據(jù)來估計真正運動，例如機器人設備取向 或航向的變化?？梢酝ㄟ^比較所期望運動和實際運動來估計地毯偏移（或地毯偏移矢量）。
[0026] 地毯偏移的估計可以用于改善或校正運動估計。例如，所估計的地毯偏移矢量可 以與電機控制器一起使用以補償?shù)靥杭y理的作用，和/或可以用于生成校正項以調(diào)整測距 數(shù)據(jù)。地毯偏移的估計還可以用于估計機器人是在鋪有地毯的地板上還是在未鋪有地毯的 地板上。
[0027] 圖1是示出示例性機器人設備100的頂視圖的示意圖（然而，要理解的是，機器人 設備的內(nèi)部部件被示意性地示出，并且該圖示并非意在描繪這樣的內(nèi)部部件在機器人設備 100內(nèi)的實際定位或位置）。機器人設備100包括本體102、致動器系統(tǒng)104、通信總線106、 控制器108、第一組傳感器110、第二組傳感器112、第三組傳感器114和清潔機構(gòu)116。
[0028] 本體102可以包括形成機器人設備100的外表面的結(jié)構(gòu)以及各種內(nèi)部結(jié)構(gòu)例如底 盤。因此，本體102可以被配置成容納致動器系統(tǒng)104、通信總線106、控制器108、第一組的 一個或更多個傳感器110、第二組的一個或更多個傳感器112、第三組的一個或更多個傳感 器114和清潔機構(gòu)116。要理解的是，可以使用更少的或附加的傳感器組。
[0029] 示例性機器人設備100的外表面可以限定任何適用的形狀，包括但不限于：具有 限定基本直線邊緣的頂視圖輪廓的形狀，例如矩形和三角形構(gòu)造；或者具有限定一個或更 多個基本曲形或弧形邊緣的頂視圖輪廓的形狀，例如圓形、橢圓形和D形構(gòu)造；然而，本體 102還可以限定其他形狀。在操作中，外表面可能會與障礙物例如墻壁接觸。因此，本體102 的外表面可以包括由如下材料形成的部分：該材料具有使機器人設備100能夠沿這樣的障 礙物滑動移動的摩擦系數(shù)。
[0030] 致動器系統(tǒng)104被配置成使本體102在表面例如鋪有地毯和/或未鋪有地毯的地 板上移動。例如，致動器系統(tǒng)104可以經(jīng)由通信總線106接收來自控制器108的驅(qū)動命令， 以用于控制由致動器系統(tǒng)104生成的致動器運動或力，例如用于驅(qū)動一個或更多個輪子在 表面上轉(zhuǎn)動。致動器系統(tǒng)104和本體102可以在操作上耦接，使得所生成的致動器運動或 力使本體102移動。致動器系統(tǒng)104可以包括任何合適數(shù)目的電機、輪子、傳動裝置和類似 組件，以用于生成使本體102移動的力。隨后將結(jié)合圖2更詳細地描述致動器系統(tǒng)104。
[0031] 通信總線106被配置成使致動器系統(tǒng)104、控制器108、第一組傳感器110、第二組 傳感器112和第三組傳感器114在通信上互連。通信總線106可以傳送電信號、光信號和 /或機械信號。盡管所示實施方式示出作為共享總線的通信總線106,但本領域技術(shù)人員要 理解的是，可以實現(xiàn)其他配置，例如在致動器系統(tǒng)104、控制器108、第一組傳感器110、第二 組傳感器112和第三組傳感器114中的任何個體或子組之間的另外或替選通信信道。
[0032] 控制器108可以被配置成：接收來自傳感器110、112、114的數(shù)據(jù)/測量作為輸入， 并且估計偏移例如地毯偏移。例如，控制器108可以被配置成至少基于從通信總線106所 接收的、由第一組傳感器110感測的致動特性和由第二組傳感器112感測的運動特性來估 計偏移例如地毯偏移。致動特性的示例包括但不限于輪子轉(zhuǎn)動位置、速度、加速度和/或提 供所命令或所期望的運動的指示的類似致動器測量。例如，如果機器人設備1〇〇通過致動 器系統(tǒng)104的輪子進行移動，則可以通過測距（例如基于輪子的轉(zhuǎn)動量和輪子的直徑）來 估計機器人設備100的期望位移。運動特性的示例包括但不限于本體102的轉(zhuǎn)動特性（例 如角度取向、速率和/或加速度）、航跡角（例如，在房間坐標系下機器人設備1〇〇的速率矢 量的角度或該角度的變化）和/或提供機器人設備100的真正運動的指示的類似測量。例 如，陀螺儀傳感器可以提供機器人設備100的取向的轉(zhuǎn)動變化的測量。作為另外的示例，成 像傳感器可以提供與設備的航跡角有關(guān)的測量。
[0033] 另外，控制器108可以被配置成控制致動器系統(tǒng)104和/或清潔機構(gòu)116的操作。 例如，控制器108可以經(jīng)由通信總線106向致動器系統(tǒng)104發(fā)送控制信號以使機器人設備 100以期望軌跡移動。另外，在一些實施方式中，控制器108可以通過向致動器系統(tǒng)104發(fā) 送控制信號或者直接向清潔機構(gòu)116發(fā)送控制信號來使用清潔機構(gòu)116。隨后將參照圖3 更詳細地描述控制器108。
[0034] 第一組傳感器110可以被配置成感測致動器系統(tǒng)104的致動特性。例如，第一組 傳感器110可以耦接至致動器系統(tǒng)104。在特定實施方式中，第一組傳感器110可以包括： 一個或更多個測距傳感器，例如耦接至致動器系統(tǒng)104的一個或更多個輪子的線性或旋轉(zhuǎn) 編碼器；或者測量或采集提供至致動器系統(tǒng)104的控制或電力信號的傳感器或模塊。這些 測量可以提供一種通過測距法或航位推算法來估計機器人設備100的運動的方式。然而， 例如由于地毯偏移，上述估計可能與實際運動偏離。
[0035] 第二組傳感器112可以被配置成感測本體102的運動特性。例如，第一組傳感器 110可以耦接至本體102以用于感測相對于環(huán)境或慣性坐標系的運動特性。所感測的運動 特性可以經(jīng)由通信總線106提供至控制器108。在一種示例性實施方式中，第二組傳感器 112可以包括一個或更多個陀螺儀傳感器以用于感測本體102的轉(zhuǎn)動。在另一實施方式中， 第二組傳感器112可以另外地或替代地包括用于捕獲環(huán)境的圖像的一個或更多個成像傳 感器，以用于估計機器人設備100的航跡角。
[0036] 可選地，可以包括第三組傳感器114以用于感測本體102的第二運動特性。例如， 盡管機器人設備100的一些實施方式可以感測本體轉(zhuǎn)動或航跡角中僅一者的變化，但其他 實施方式可以可選地使用例如第二組傳感器112和第三組傳感器114來感測本體轉(zhuǎn)動和航 跡角二者。因此，在一種示例性實施方式中，機器人設備100可以包括用于感測本體102的 轉(zhuǎn)動的一個或更多個陀螺儀傳感器、羅盤傳感器和/或加速度計（例如對應于第二組傳感 器112)，并且可以包括用于基于圖像的航向估計的一個或更多個成像傳感器（例如對應于 第三組傳感器114)。
[0037] 如所述的，第一組傳感器110、第二組傳感器112和第三組傳感器114中的每一組 可以可選地為不同類型的傳感器。例如，在一種示例性實施方式中，第一組傳感器110可以 包括一個或更多個測距傳感器，第二組傳感器112可以包括一個或更多個陀螺儀傳感器， 并且可選的第三組傳感器114可以包括一個或更多個成像傳感器。
[0038] 清潔機構(gòu)116可以被配置成從表面捕獲灰塵。例如，清潔機構(gòu)116可以包括耦接 至本體102并且被定位成使得清潔機構(gòu)116能夠在機器人設備100通過表面時從該表面捕 獲灰塵的刷子、清潔墊和/或真空吸塵組件。在一些實施方式中，清潔機構(gòu)可以被配置成由 例如致動器系統(tǒng)104提供動力，以向刷子組件（其可以是柔韌的多葉片攪拌器或者可以在 成排的刷毛之間具有柔韌的攪拌器擋簾）提供動力并且產(chǎn)生用于真空吸塵的吸力。要理解 的是，不一定需要包括清潔機構(gòu)116,其是可選的。
[0039] 在操作中，控制器108可以命令致動器系統(tǒng)104將機器人設備100移動期望位移 (和/或以期望速率進行移動），該期望位移在所示實施方式中由矢量a表示。如所述的， 鋪有地毯的地板可能部分地由于地毯的地毯紋理而影響機器人設備100的運動。因此，機 器人設備100可能經(jīng)歷地毯偏移，該地毯偏移在所示實施方式中由矢量b表示。實際位移 矢量C可以是期望位移矢量a和地毯偏移矢量b的疊加。
[0040] 在操作中，控制器108可以經(jīng)由通信總線106接收來自第一組傳感器110的測量。 例如，第一組傳感器110的測量可以與期望位移矢量a相關(guān)。另外，控制器108可以經(jīng)由通 信總線106接收來自第二組傳感器112的測量。例如，第二組傳感器112的測量可以與實 際運動矢量b相關(guān)?；冢ㄍ耆虿糠值兀┻@些測量，控制器108可以估計地毯偏移矢量 c的作用。該估計可以幫助校正來自第一組傳感器110的測量（例如測距測量）和/或補 償?shù)靥浩啤?br> [0041] 圖2是示出圖1的機器人設備100的致動器系統(tǒng)104的示例性實施方式的示意 圖。致動器系統(tǒng)104包括可轉(zhuǎn)動的左輪202、可轉(zhuǎn)動的右輪204、左傳動組件206、右傳動組 件208和驅(qū)動子系統(tǒng)210。
[0042] 驅(qū)動子系統(tǒng)210可以被配置成生成用于使可轉(zhuǎn)動的左輪202和可轉(zhuǎn)動的右輪204 轉(zhuǎn)動的動力，以用于移動機器人設備100。例如，左傳動組件206可以被配置成傳送由驅(qū)動 子系統(tǒng)210生成的機械動力以使左輪202轉(zhuǎn)動。類似地，右傳動組件208可以被配置成傳 送由驅(qū)動子系統(tǒng)210生成的機械動力以使右輪204轉(zhuǎn)動。左輪202和右輪204可以被差動 地驅(qū)動。例如，驅(qū)動子系統(tǒng)210可以以速率 Vl驅(qū)動左輪202并且獨立地以速率 '驅(qū)動右輪 204。改變左輪202和右輪204的差動速率可以使機器人設備100基于差動速率的幅度和 輪基距L (例如左輪202與右輪204之間的距離）而以一定半徑轉(zhuǎn)向。因此，所示出的致動 器系統(tǒng)104的實施方式可以被配置成使機器人設備100在輪子202、204與地板接觸地轉(zhuǎn)動 時在可控制航跡或航向上移動。
[0043] 要理解的是，可以選擇任何合適的輪子類型，并且左輪202和右輪204中的每一 個可以是左右輪子系統(tǒng)（未示出）的一部分，該左右輪子系統(tǒng)可以與罐體的驅(qū)動子系統(tǒng)類 似地包括由左導軌互連的多個左輪和由右導軌互連的多個右輪。還要理解的是，在其他實 施方式中，致動器系統(tǒng)104可以包括一個或更多個左腿和一個或更多個右腿以用于提供移 動。還要理解的是，在又一其他實施方式中，致動器系統(tǒng)104可以包括一個或更多個可轉(zhuǎn)動 且可樞轉(zhuǎn)的輪子，該一個或更多個可轉(zhuǎn)動且可樞轉(zhuǎn)的輪子被配置成使機器人設備100在該 輪子轉(zhuǎn)動時根據(jù)輪子樞轉(zhuǎn)的角度沿可變方向移動。
[0044] 當機器人設備100沿地毯紋理的方向移動時，由輪子202、204的轉(zhuǎn)動所估計（例 如通過測距）的位移可能小于實際位移。當機器人設備100逆地毯紋理的方向移動和前進 時，作用可能會完全或部分地相反。在圖2所示的實施方式中，地毯偏移矢量C相對于機器 人輪基距處于角Θ。例如，如果以速率?驅(qū)動左輪202并且以速度v,驅(qū)動右輪204,則在 不存在地毯偏移和輪子打滑的情況下，機器人設備100將沿由 Vl、\和L定義的弧線進行驅(qū) 動。然而，地毯偏移可以使機器人設備100沿地毯偏移矢量c的方向移動，并且實際位移可 能與所期望的位移不同。
[0045] 為了進一步說明，如果左輪202和右輪204在一段持續(xù)時間（例如單位時間）內(nèi) 分別移動距離4和則該運動可以由位移傳感器例如輪測距傳感器感測。由該運動（例 如，不存在地毯偏移、輪子打滑和類似的致動器干擾）引起的航向變化可以近似地由以下 示例性公式建模：
[0046] Aaodom =

【權(quán)利要求】
1. 一種機器人設備，包括： 本體； 致動器系統(tǒng)，所述致動器系統(tǒng)被配置成使所述本體在表面上移動； 第一組傳感器，所述第一組傳感器被配置成感測所述致動器系統(tǒng)的致動特性； 第二組傳感器，所述第二組傳感器被配置成感測所述本體的運動特性，所述第一組傳 感器是與所述第二組傳感器不同類型的傳感器；以及 控制器，所述控制器被配置成至少基于由所述第一組傳感器感測的所述致動特性和由 所述第二組傳感器感測的所述運動特性來估計地毯偏移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人設備，其中，所述致動器系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動的輪子，并且 所述第一組傳感器被配置成感測所述致動器系統(tǒng)的所述輪子的轉(zhuǎn)動，并且其中，所述第二 組傳感器包括被配置成感測所述本體的轉(zhuǎn)動的陀螺儀傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人設備，其中： 所述致動器系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動的輪子，并且所述第一組傳感器被配置成感測所述致動器 系統(tǒng)的所述輪子的轉(zhuǎn)動， 所述第二組傳感器包括被配置成感測所述本體的轉(zhuǎn)動的陀螺儀傳感器，以及 所述控制器還被配置成至少基于根據(jù)所感測的輪子轉(zhuǎn)動所估計的航向與根據(jù)所感測 的本體轉(zhuǎn)動所估計的航向之間的比較來估計地毯偏移。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成控制所述致動器 系統(tǒng)執(zhí)行將所述本體轉(zhuǎn)動至少約180度的機動動作，并且其中，所述控制器還被配置成至 少基于在所述機動動作期間感測的致動特性與運動特性之間的多個比較來估計所述地毯 偏移。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成至少基于在機動 動作期間的總偏移與航向變化之比來估計所述地毯偏移的幅度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成：響應于檢測到障 礙物，至少基于在機動動作期間感測的致動特性與運動特性之間的多個比較來更新所估計 的地毯偏移。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人設備，其中： 所述致動器系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動的輪子，并且所述第一組傳感器被配置成感測所述致動器 系統(tǒng)的所述輪子的轉(zhuǎn)動， 所述第二組傳感器包括被配置成捕獲兩個或更多個圖像的成像傳感器，以及 所述控制器被配置成通過比較所述兩個或更多個圖像來估計所述運動特性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成檢測所述兩個或 更多個圖像中的每個圖像的共同特征，其中，所述控制器還被配置成至少基于比較在所述 兩個或更多個圖像中檢測到的所述共同特征的相對位置的變化來估計所述本體的航向。
9. 一種機器人設備，包括： 可轉(zhuǎn)動的左驅(qū)動輪和可轉(zhuǎn)動的右驅(qū)動輪； 驅(qū)動子系統(tǒng)，所述驅(qū)動子系統(tǒng)被配置成利用驅(qū)動信號使所述可轉(zhuǎn)動的左驅(qū)動輪和所述 可轉(zhuǎn)動的右驅(qū)動輪差動地轉(zhuǎn)動，使得所述機器人設備在地毯表面上移動； 第一組傳感器，所述第一組傳感器被配置成生成所述可轉(zhuǎn)動的左驅(qū)動輪和所述可轉(zhuǎn)動 的右驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動的測距測量； 第二組傳感器，所述第二組傳感器被配置成生成所述機器人設備的航向測量；以及 控制器，所述控制器被配置成生成所述驅(qū)動信號使得所述機器人設備執(zhí)行具有航向角 變化的機動動作，其中，所述控制器還被配置成至少基于在所述機動動作期間的航向變化 的估計和在所述機動動作期間的所述航向測量的變化來估計地毯偏移，所述航向變化的估 計基于在所述機動動作期間的所述測距測量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成使所述機動動作 至少持續(xù)到所述航向測量指示至少約180度的航向變化為止，其中，所述控制器還被配置 成在所述機動動作期間采集多個測距測量，其中，所述控制器還被配置成在所述機動動作 期間采集多個航向測量，并且其中，所述控制器還被配置成至少基于所述多個測距測量與 所述多個航向測量之間的比較來估計所述地毯偏移。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成至少部分地響應 于遇到障礙物來估計所述地毯偏移。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成響應于自執(zhí)行先 前估計以后行進比閾值距離大的距離來估計所述地毯偏移。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成基于所估計的地 毯偏移來調(diào)整所述測距測量。
14. 一種機器人設備，包括： 致動器系統(tǒng)，所述致動器系統(tǒng)還被配置成使所述機器人設備在地毯表面上移動； 一組傳感器，所述一組傳感器被配置成生成致動特性的測量；以及 控制器，所述控制器在通信上耦接至所述一組傳感器，其中，所述控制器被配置成基于 所述致動特性的測量來生成測距估計，并且其中，所述控制器還被配置成至少基于所述測 距估計和視覺運動觀察來估計地毯偏移，所述視覺運動觀察至少基于由攝像機捕獲的圖像 中的兩個或更多個圖像。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的機器人設備，還包括所述攝像機，其中，所述控制器還被配 置成至少基于由所述攝像機捕獲的圖像中的兩個或更多個圖像來生成所述機器人設備的 所述視覺運動觀察。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成：從所述兩個或 更多個圖像提取特征；對從所述兩個或更多個圖像提取的特征進行匹配；以及基于與所述 兩個或更多個圖像有關(guān)的匹配特征的運動來生成所述視覺運動觀察。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成響應于所述匹 配特征的運動與由所述測距估計預測的運動之間的差低于閾值來生成所述視覺運動觀察。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的機器人設備，其中，所述控制器還被配置成至少基于使用 卡爾曼濾波對視覺運動觀察進行處理來估計所述地毯偏移。
19. 一種移動機器人設備，包括： 第一組傳感器，所述第一組傳感器被配置成生成測距測量； 第二組傳感器，所述第二組傳感器被配置成生成所述移動機器人設備的航向測量； 攝像機，所述攝像機被配置成捕獲圖像；以及 控制器，所述控制器在通信上耦接至所述第一組傳感器和所述第二組傳感器以及所述 攝像機，其中，所述控制器被配置成選擇性地以第一模式操作和選擇性地以第二模式操作， 其中： 當以所述第一模式操作時，所述控制器還被配置成至少基于根據(jù)所述測距測量所估計 的航向和由所述第二組傳感器生成的所述航向測量來估計地毯偏移；以及 當以所述第二模式操作時，所述控制器還被配置成至少基于由所述攝像機捕獲的圖像 中的兩個或更多個圖像來生成所述移動機器人設備的視覺運動觀察，并且其中，所述控制 器還被配置成至少基于所述測距測量和所述視覺運動觀察來估計地毯偏移。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的移動機器人設備，還包括差動驅(qū)動的驅(qū)動輪，其中，所述控 制器還被配置成在所述驅(qū)動輪的絕對差動轉(zhuǎn)動大于閾值時以所述第一模式操作。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的移動機器人設備，其中，所述控制器還被配置成計算與所 述視覺運動觀察相關(guān)聯(lián)的不確定度，并且其中，所述控制器還被配置成在所述不確定度低 于閾值時以所述第二模式操作。
【文檔編號】B25J5/00GK104302453SQ201380022811
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】迪拉杰·戈埃爾, 伊?！ひ恋? 菲利普·方, 馬里奧·E·米尼希 申請人:艾羅伯特公司