用于移动机器人中的光学量程传感器的使用的系统和方法技术方案

技术编号:14771751 阅读:139 留言:0更新日期:2017-03-08 15:13
用于移动机器人中的光学量程传感器系统的系统和方法。光学量程传感器系统定位于移动机器人主体的底面上的凹进结构内并且配置为输出光学量程数据。光学量程传感器系统包括光学量程相机,所述光学量程相机包括远心透镜,所述远心透镜配置为捕捉在所述主体之下的跟踪表面的图像并且具有提供观看距离范围的景深,在所述观看距离处,从凹进结构内的第一距离到移动机器人主体的底面下方的第二距离焦点对准地捕捉跟踪表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
在此描述了用于提供光学量程传感器系统的系统和方法,光学量程传感器系统用于捕捉供由移动机器人使用的量程数据。
技术介绍
许多机器人是机电机器,其由计算机控制。移动机器人具有在它们的环境中四处运动的能力并且不固定于一个物理地点。今天通常使用的移动机器人的示例是自动导引车或自主导引车(AGV)。AGV通常被认为是这样的机器人:所述机器人遵循地面中标记物或导线,或者使用用于导航的视觉系统或激光器。移动机器人可以在工业、军事和安防环境中发现。它们也作为消费者产品出现以用于娱乐或执行特定任务,诸如真空清洁和家庭辅助。为了实现完全自主,移动机器人需要拥有探索其环境而无需用户介入的能力。移动机器人依赖于从各种不同传感器收集的信息以便导航环境。许多移动机器人依赖于机轮量程计以便获得量程数据,所述量程数据可以包括有关移动机器人行进的距离的信息。机轮量程计通常测量机轮的累计旋转以确定行进的距离。这样的量程直接机械接触方法在这样的应用中是可靠的:在所述应用中在移动机器人(机轮、踏面等)与表面之间可靠地维持直接的无打滑机械接触。然而,在移动机器人可能频繁遭遇的某些类型的表面上维持这一无打滑接触变得困难,所述某些类型的表面包括厚地毯、光滑表面、脏或沙土环境等其他相似类型的表面。
技术实现思路
本专利技术提供了一种配置为导航操作环境的移动机器人,其包括:主体,所述主体包含:驱动,配置为在运动方向上平移所述机器人;至少一个处理器;包含导航应用程序的存储器;光学量程传感器系统,定位在所述主体的底面上的凹进结构内并且配置为输出光学量程数据,其中,所述光学量程传感器系统包括光学量程相机,所述光学量程相机包括远心透镜,所述远心透镜配置为捕捉在所述主体之下的跟踪表面的图像并且具有提供观看距离范围的景深,在所述观看距离处,从所述凹进结构内的第一距离到所述移动机器人主体的底面下方的第二距离焦点对准地捕捉跟踪表面;以及陀螺仪,配置为输出陀螺仪测量数据。在若干实施例中,所述导航应用程序引导所述处理器以:致动所述驱动机构并且捕捉:来自所述光学量程传感器系统的光学量程数据;以及来自所述陀螺仪传感器系统的陀螺仪测量数据;使用所捕捉到的光学量程数据来估计行进的距离;使用所述陀螺仪测量数据来估计行进的方向;以及使用所估计的行进的距离和行进的方向来更新姿势估计。在若干实施例中,所述导航应用程序引导所述处理器以使用所捕捉到的机轮量程数据来估计行进的距离。在多个实施例中,所述导航应用程序引导所述处理器,以将所述姿势估计与使用由安装在所述移动机器人的顶表面之下的相机检测到的成像特征计算的VSLAM姿势判定进行比较。在某些实施例中,所述导航应用程序引导所述处理器,以如果所述VLSAM姿势判定指示所述移动机器人已经从航向偏移,则重置所述姿势估计。在若干实施例中,所述远心透镜具有这样的景深,在所述景深中,对象在包括与机器人主体的底表面相距在负5至20mm之间的距离的距离处是焦点对准的。在多个实施例中,所述移动机器人包括设置在所述远心透镜周围并且包括用于照亮所述跟踪表面的若干LED的多个照明元件。在某些实施例中,所述若干LED中的每一个定位于相对于所述相机的光轴的锐角处。在一些实施例中,所述若干LED包括定位于围绕所述相机的不同位置处的至少四个LED。在一些实施例中,多对LED定位于相对于所述相机的相对侧。在一些实施例中,所述多个LED以从所述相机的光轴偏离的螺旋图案定位。在若干实施例中,所述驱动机构包括多个机轮,并且所述移动机器人还包括机轮量程传感器系统,所述机轮量程传感器系统基于所述多个机轮中的每一个的旋转而输出机轮量程数据。在一些实施例中,所述光学量程传感器系统还输出质量测量,其中所述质量测量指示光学量程数据的可靠性;以及所述导航应用程序引导所述处理器,以在质量测量满足阈值时使用所捕捉到的光学量程数据来估计行进的距离。在某些实施例中,所述质量测量基于图像中检测到的多个有效特征。本专利技术的一些实施例提供了一种配置为导航操作环境的移动机器人,包括:主体,所述主体包含:驱动,配置为在运动方向上平移机器人;至少一个处理器;包含导航应用程序的存储器;光学量程传感器系统,定位在所述主体的底面上的凹进结构内并且配置为输出光学量程数据,其中,光学量程传感器系统包括定位于与地表面相距在40至60mm之间的高度处的光学量程相机,光学量程相机包括远心透镜,所述远心透镜配置为捕捉在所述主体之下的跟踪表面的图像并且具有这样的景深,在所述景深中,对象在包括与机器人主体的底表面相距在负5至20mm之间的距离的距离处是焦点对准的;以及陀螺仪,配置为输出陀螺仪测量数据。在一些实施例中,凹进结构具有直径在10mm与40mm之间的开口。在若干实施例中,主体包括与地表面相距至多110mm的顶表面。在多个实施例中,光学量程相机的景深与光学量程相机的焦距成比例。在某些实施例中,光学量程相机的焦距在15至25mm之间。在一些实施例中,移动机器人还包括设置在远心透镜周围用于照亮跟踪表面的四个LED。在某些实施例中,每个LED与垂直方向成10至20度之间的角度。本专利技术的若干实施例提供了一种用于确定移动机器人在环境内的位置的方法,所述方法包括:接收来自机轮量程传感器系统、光学量程传感器系统和惯性测量单元(IMU)传感器系统的传感器数据;将来自机轮量程传感器系统的数据与来自IMU传感器系统的数据进行比较;将来自光学量程传感器系统的数据与来自IMU传感器系统的数据进行比较;基于比较来识别可靠的数据集;以及基于数据集来确定移动机器人的位置。在一些实施例中,将来自机轮量程传感器系统的数据与IMU传感器系统进行比较包括:确定接收自机轮量程传感器系统的数据是否与接收自IMU传感器系统的数据冲突。在某些实施例中,所述方法还包括在接收自机轮量程传感器系统的数据与接收自IMU传感器系统的数据冲突时,将来自机轮量程传感器系统的数据识别为不可靠。在一些实施例中,所述方法还包括确定来自IMU传感器系统的数据是否指示偏移,并且在所述数据指示偏移时将来自机轮量程系统的数据识别为不可靠。在某些实施例中,所述方法还包括确定来自IMU传感器系统的数据是否指示偏移,以及在所述数据未指示偏移时,基于来自机轮量程传感器系统和光学传感器系统两者的数据来确定移动机器人的位置。在某些实施例中,将来自光学量程传感器系统的数据与IMU传感器系统进行比较包括:确定由光学量程传感器系统提供的数据的SQUAL值是否在阈值之上。在一些实施例中,确定移动机器人的位置包括使用VSLAM传感器。附图说明图1是并入光学量程相机的移动机器人的正面透视图。图2A是并入光学量程相机的移动机器人的仰视图。图2B是并入多个光学量程相机的移动机器人的仰视图。图3是并入凹进结构的移动机器人的主体的部分的视图,所述凹进结构包含光学量程相机。图4是包含光学量程相机的凹进结构的横截面视图。图5概念性地图示相对于光学量程相机的LED安置。图6是包含光学量程相机的凹进结构的横截面视图,其图示了光学量程相机的景深。图7是包含光学量程相机的凹进结构的横截面视图,其图示了在移动机器人倾斜时关于特定高度处的平表面的光学量程相机的景深。图8是包含光学量程相机的凹进结构的横截面视图,其图示了在地毯绒头侵入凹进结构内本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种配置为导航操作环境的移动机器人(100),包括:主体(108),所述主体包含:驱动(107),配置为在运动方向上平移所述机器人;至少一个处理器(1010);包含导航应用程序(1035)的存储器(1025);光学量程传感器系统(205),定位在所述主体(108)的底面上的凹进结构(210)内并且配置为输出光学量程数据,其中,所述光学量程传感器系统(205)包括光学量程相机(440),所述光学量程相机(440)包括远心透镜(442),所述远心透镜(442)配置为捕捉在所述主体(108)之下的跟踪表面的图像并且具有提供观看距离范围的景深,在所述观看距离处,从所述凹进结构(210)内的第一距离到所述移动机器人主体(108)的底面下方的第二距离焦点对准地捕捉跟踪表面;以及陀螺仪(922),配置为输出陀螺仪测量数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 US 62/085002;2015.09.16 US 14/8565011.一种配置为导航操作环境的移动机器人(100),包括:主体(108),所述主体包含:驱动(107),配置为在运动方向上平移所述机器人;至少一个处理器(1010);包含导航应用程序(1035)的存储器(1025);光学量程传感器系统(205),定位在所述主体(108)的底面上的凹进结构(210)内并且配置为输出光学量程数据,其中,所述光学量程传感器系统(205)包括光学量程相机(440),所述光学量程相机(440)包括远心透镜(442),所述远心透镜(442)配置为捕捉在所述主体(108)之下的跟踪表面的图像并且具有提供观看距离范围的景深,在所述观看距离处,从所述凹进结构(210)内的第一距离到所述移动机器人主体(108)的底面下方的第二距离焦点对准地捕捉跟踪表面;以及陀螺仪(922),配置为输出陀螺仪测量数据。2.根据权利要求1所述的移动机器人(100),其中,所述导航应用程序(1035)引导所述处理器(1010)以:致动所述驱动(107)机构并且捕捉:来自所述光学量程传感器系统(205)的光学量程数据;以及来自所述陀螺仪传感器系统(922)的陀螺仪测量数据;使用所捕捉到的光学量程数据来估计行进的距离;使用所述陀螺仪测量数据来估计行进的方向;以及使用所估计的行进的距离和行进的方向来更新姿势估计。3.根据权利要求2所述的移动机器人(100),其中,所述导航应用程序(1035)引导所述处理器(1010)以使用所捕捉到的机轮量程数据(920)来估计行进的距离。4.根据权利要求2所述的移动机器人(100),其中,所述导航应用程序(1035)引导所述处理器(1010),以将所述姿势估计与使用由安装在所述移动机器人(100)的顶表面之下的相机(120)检测到的成像特征计算的VSLAM姿...

【专利技术属性】
技术研发人员:N罗马诺夫JP凯斯K格里斯特DO斯维特
申请(专利权)人:艾罗伯特公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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