一种控制自主式移动机器人的方法技术

本发明专利技术涉及一种控制自主式移动机器人的方法，用于在机器人应用区域的局部范围内完成一项工作。根据一个实施例，该方法包括以下步骤：在机器人应用区域内将机器人定位于开始位置；借助至少一个传感器采集关于机器人周围环境的信息；通过某一基本几何形状选定范围；在所采集环境信息的基础上，自动测定以下两个参数中的至少一个：所选定范围的“尺寸和位置(也包括方位/对齐)”。

A Method of Controlling Autonomous Mobile Robot

The invention relates to a method for controlling an autonomous mobile robot, which is used to complete a task within a local scope of the robot application area. According to an embodiment, the method comprises the following steps: locating the robot in the starting position in the application area of the robot; collecting information about the surrounding environment of the robot with at least one sensor; selecting the range through a basic geometric shape; and automatically determining the following two on the basis of the collected environmental information At least one of the parameters: size and position (also including azimuth/alignment) of the selected range.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种控制自主式移动机器人的方法
本专利技术涉及一种移动型自主式服务机器人，比如对表面进行处理(清洁地面，割草，粉刷墙面等等)的机器人。本专利技术尤其涉及一种用于控制自主式移动服务机器人以便局部地处理机器人应用(employment)区域的给定部分的方法。
技术介绍
近些年来，自主式移动机器人(尤其是服务机器人)越来越多地应用于家庭(比如用于住宅的清洁或者监控)。此外人们还研制出了装备有抓取手臂的服务机器人，比如威楼加拉吉公司(WillowGarageInc)的PR2(个人机器人2)，它们可用于自动抓取和运送物体(比如从冰箱中取出饮料并送给用户)。关于自主式移动型服务机器人的另一个例子是所谓的远程临场机器人(移动型虚拟化身设备，远程临场机器人)，这种机器人提供信息或者使人能够远距离交流。服务机器人的一个常见应用场景是：在机器人工作区域(比如一所公寓)内的一个相对较小、位置受限的范围(其位置由用户规定)内完成相应任务。比如用户可以使用小型清洁机器人来清理小的脏污区域，例如在公寓的给定区域中落在地板上的碎屑。用户可以将机器人搬运到污染位置或者以遥控方式操纵机器人抵达该位置。在两种情况下用户都必须主动将机器人移动至污染位置。作为本专利技术基础的目的是：提供一种新方法或者对现有方法加以改进，用于将自主移动机器人引导到更大的机器人工作区域内的给定位置以执行任务。以上目的通过符合权利要求1、17、26、32和41所述特征的方法以及符合权利要求27和39所述特征的系统实现。不同的实施例和优化设计是从属权利要求的主题。
技术实现思路
下面描述一种控制自主式移动机器人的方法，该方法用于在机器人工作区域的局部范围内完成一工作。根据一个实施例，该方法包括以下步骤：在机器人应用区域内将机器人定位于开始位置；借助至少一个传感器探测关于机器人周围环境的信息；选定确定几何形状的范围；在所探测的环境信息的基础上，自动测定所以下参数中的至少一个：选定的范围的尺寸和位置(也包括方位/方向)。此外，还描述了对配置导航模块的自主式移动机器人进行控制的方法，导航模块具有至少一个传感器，用于借助至少一个电子地图在机器人环境中进行导航和定位。根据一个实施例，上述方法包含以下步骤：在机器人应用区域内将机器人定位于开始位置；进行自我定位，其中机器人借助至少一个传感器和至少一个电子地图，检测是否位于至少一个电子地图中——如果是，则检测位于至少一个电子地图中的哪个位置；检查：一项任务是否与测定的机器人位置或者与测定的机器人位置所处范围相关；以及，必要时通过机器人执行相应任务。根据另一个实施例，上述方法包含以下步骤：在机器人应用区域内将机器人定位于开始位置；机器人开始执行标准任务；进行自我定位，其中机器人借助至少一个传感器和至少一个电子地图，检测是否位于至少一个电子地图中——如果是，则检测位于至少一个电子地图中的哪个位置；以及，检查：一项任务是否与测定的机器人位置或者与测定的机器人位置所处范围相关；如果机器人完成自我定位，并且一项首要任务与测定的机器人位置或者与测定的机器人位置所处范围相关，则机器人中断标准任务的执行过程并开始执行首要任务。此外，本文件还描述了借助人机界面(HMI)对自主式移动机器人进行控制的一种方法，其中机器人具有一个导航模块，导航模块包含至少一个电子地图和至少一个传感器，用于在环境中进行导航和定位，机器人和人机界面可以通过通信连接交换数据。根据一个实施例上述方法包含以下步骤：将地图显示在人机界面上；用户在地图中标记一个点；将所标记点的坐标传输至机器人。机器人将进入自动控制状态，开始处理与所选定点相关的确定的范围。此外，本文件还描述了一种系统，该系统具有自主式移动机器人和用于对自主式移动机器人实施无线控制的外部设备。根据一个实施例，上述设备借助能量收集系统获取工作所需能量。根据另外一实施例，外部设备具有开关和发送(transmission)单元，当操作开关时，发送单元可以发送编码信号。机器人通过相应设计，能够接收编码信号中包含的编码，其中编码规定了机器人应用区域给定局部范围内需要完成的某项任务，一旦接收到编码信号，机器人立即或者经过规定延迟时间后开始在给定的局部范围内执行给定的任务。最后，本文件描述了一种控制设计为地面处理机的自主式移动机器人的方法，其中自主式移动型地面处理机包含导航模块，导航模块收集关于地面处理机周围环境的地图信息，并借助这些信息在环境中进行自我定位和导航。地图信息至少可以部分地显示在至少一个人机界面上，地面处理机通过相应设计，从至少一个人机界面接收至少两个不同的用户指令。其中一个用户指令的内容为对地面处理机的应用区域进行完整的地面处理。根据本专利技术的一个实施例，上述方法包含以下步骤：开始进行完整的地面处理之前删除所有地图信息；执行完整的地面处理期间探测新的地图信息；新探测的地图信息显示在人机界面上，接收一个基于所显示地图信息的用户指令，根据用户指令和新探测的地图信息控制自主式移动型地面处理机。附图说明下面借助附图中表述的示例进一步解释本专利技术。附图没有严格按照比例尺绘制，本专利技术不仅仅局限于图示内容。附图的主要目的是描述作为本专利技术基础的原理。其中：图1以示意图形式显示了自主式移动机器人和用于操纵机器人的移动设备。图2通过方块图显示了机器人的不同模块。图3以示意图形式示出在较大的机器人工作区域的局部范围内清洁污染物的方法。图4显示了需清洁局部范围与所测量污染物分布区的自动“智能”匹配。图5显示了需清洁局部范围与一个或者多个邻近墙壁的自动“智能”匹配。图6显示了组合家具(带有桌子和多把椅子)周围区域的清洁。图7以示意图形式显示了通过无线电与机器人相联系的外部设备，该设备配有按键，用于启动机器人在机器人应用区域的局部范围内执行某项工作。图8显示了借助平板电脑操纵机器人在机器人应用区域的局部范围内执行某项工作的过程。图9显示了流程图，反映了机器人借助运行期间新制作的机器人应用区域地图与用户的交互。具体实施方式自主式移动型服务机器人通常能够自动执行一个或者多个任务，比如清洁或监控住宅、或者在住宅范围内运送物品。以下示例举例描述了清洁机器人的不同用途。不过本专利技术并不局限于阐述的示例，而是能够普遍应用于以下场合：用户希望向自主式移动机器人分配任务，而该任务位于可由用户预先确定的位置、或者位于较大的机器人应用区域中可由用户预先确定的范围内。移动型自主机器人通常包括驱动模块(可带有电动机、变速器和滚轮等部件)机器人通过该驱动模块可以到达其应用区域的每一个点(理论上)。此外机器人还可以包含工作模块，比如用于清洁地面的清洁模块(即清洁刷、真空吸尘装置等等)、用于拿取和运送物品的抓取手臂。被设计为远程临场机器人的移动型自主机器人不含工作模块，而是具有至少一个包括(比如)麦克风、扬声器、摄像头的多媒体单元和显示屏。为了能够自主完成任务，移动型自主机器人通常具有导航模块和适合的传感器，机器人通过它们在其环境中定位并实现导航。导航模块可以(比如)实现避障策略和/或使用SLAM-算法(英语：SimultaneousLocalizationandMapping；德语：simultaneLokalisierungundKartenerStellung(同时定位与地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种借助人机界面(HMI)控制自主式移动机器人的方法，其中，机器人(100)具有导航模块(102)，导航模块(102)配有电子地图和至少一个用于在环境中导航和定位的传感器，以及其中，所述机器人(100)和所述人机界面(200)可以通过通信连接交换数据；所述方法包含以下步骤：将地图显示在所述人机界面(200)上；用户在地图中标记点(P)；将标记的点(P)的坐标传递至所述机器人(100)；对所述机器人进行自动控制，使其开始处理与所选择的点相关的确定范围(L、L')。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.15 DE 102016102644.11.一种借助人机界面(HMI)控制自主式移动机器人的方法，其中，机器人(100)具有导航模块(102)，导航模块(102)配有电子地图和至少一个用于在环境中导航和定位的传感器，以及其中，所述机器人(100)和所述人机界面(200)可以通过通信连接交换数据；所述方法包含以下步骤：将地图显示在所述人机界面(200)上；用户在地图中标记点(P)；将标记的点(P)的坐标传递至所述机器人(100)；对所述机器人进行自动控制，使其开始处理与所选择的点相关的确定范围(L、L')。2.根据权利要求1所述的方法，其中，规定的范围具有预先定义的基本形状、尺寸和方位，根据电子地图中存储的最初信息，自动调整基本形状、尺寸和方位三个参数中的至少一个。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述最初信息至少涉及以下方面中的一个：墙壁的位置、地板覆盖物类型、障碍物的位置和形状。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在地图上选择多个点，机器人依次在每个点处理确定的范围，以及其中，机器人在此之前计算出各个点的最佳顺序，以便使所需要的总时间最短。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在地图上选择多个点，机器人依次在每个点处理确定的范围，以及相互重叠的范围合并成一个范围。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，每个确定的范围都可以通过人机界面借助触屏探测到的手势，在尺寸和/或方位进行匹配调整。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在用户标记其它点和调整确定的范围的操作结束之前，机器人自动驶向通过最初选定的点(P)定义的位置。8.一种控制自主式移动机器人(100)的方法，该方法用于在机器人应用区域(G)的局部范围内执行活动；该方法包括以下步骤：在所述机器人应用区域(G)内将所述机器人(100)定位于开始位置(P)；借助至少一个传感器探测关于机器人周围环境的信息；选定具有确定的基本几何形状的范围(L)；以及在所探测的关于环境的信息的基础上，自动测定以下参数中的至少一个：所选定的范围(L)的尺寸和位置。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所选定的范围(L)的位置取决于起始位置(P)。10.根据权利要求8或者9所述的方法，该方法还包含步骤：接收开始执行活动的控制指令。11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，根据所探测的环境信息选择基本几何形状。12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，自动测定过程通过以下方式实现：从基本几何形状的标准尺寸和标准方位——通过旋转、移动、缩放、围绕至少一个附加子范围扩大等操作中的至少一个——修正范围(L)。13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，机器人(100)由用户搬到起始位置(P)，或者机器人借助用户通过远程控制单元输入的行驶指令行驶到起始位置(P)。14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，至少一个传感器是污垢传感器，该传感器配置为探测地板表面上的脏污区域，并且其中，关于机器人的环境的信息包括关于地板表面的至少一部分的脏污区域的信息。15.根据权利要求14所述的方法，该方法还包含以下步骤：根据所探测的、关于起始点(P)周围的脏污区域的信息，确定概率分布；根据所确定的概率分布——通过旋转、移动、缩放、围绕至少一个附加子范围扩大等操作中的至少一个——修正范围(L)。16.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，至少一个传感器是用于探测墙壁和障碍物的传感器，并且其中关于机器人环境的信息包括关于墙壁(W1、W2)或其他障碍物的位置的信息。17.根据权利要求16所述的方法，该方法还包含以下步骤：围绕范围(L)和被探测到的墙壁(W1、W2)或者其它障碍物之间的至少一个附加子范围，扩大范围(L)，从而实现对范围(L)的修正。18.根据权利要求17所述的方法，其中只有当附加子范围的至少一个尺寸低于极限值时，才会扩大范围(L)。19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，该方法还包含以下步骤：通过旋转范围(L)从而使该范围沿着优先方向对齐来对范围(L)进行修正。20.根据权利要求19所述的方法，其中优先方向通过墙壁或者相邻障碍物的方位确定。21.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，至少一个传感器用于探测不同地板覆盖物之间的边界，所选定范围的尺寸和位置按照以下要求确定：使得该范围与地板覆盖物边界对齐。22.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，至少一个传感器用于识别所选定范围是否至少部分地位于家具下方，所选定范围的尺寸和位置按照以下要求确定：该范围完全包含位于被探测家具下方的地面，或者完全位于被探测家具的下方。23.根据权利要求8至22中任一项所述的方法，其中，环境信息存储在机器人电子地图中，以及其中，基本几何形状根据地图中存储的信息选择和/或所选定范围的尺寸和位置根据地图中存储的信息确定。24.一种对配置有导航模块(102)的自主式移动机器人(100)进行控制的方法，导航模块(102)具有至少一个传感器，用于借助至少一个电子地图在所述机器人(100...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·阿特斯，E·马舍，R·福格尔，
申请(专利权)人：罗伯特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT