CN102666032A - 用于移动机器人的滑动检测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于移动机器人的滑动检测装置和方法，并且更具体地涉及具有以下功能的移动机器人的滑动检测装置和方法：不仅使用多个旋转检测传感器检测横向滑动角和横向滑动方向，而且分析图像改变的数量并且检测图像输入单元的阻挡程度以确定输入图像的质量，并且检测到发生前向滑动，以精确地检测滑动类型、滑动方向、以及旋转角，以及基于该旋转角能够使移动机器人远离并且避开滑移区以及再次假定其精确位置。

Description

用于移动机器人的滑动检测装置和方法
技术领域
本发明涉及用于检测移动机器人的滑动的装置和方法。更具体地来说，本发明涉及一种用于检测移动机器人的滑动的装置和方法，能够通过使用多个方向传感器和单个图像传感器精确地检测在移动机器人运动(前进，heading)期间所产生的滑动，基于所检测到的滑动控制移动机器人的运动以避开危险区，以及恢复由于滑动而被错误识别的移动机器人的位置。
背景技术
近年来，随着机器人技术的发展，已经出现了设置其本身路径并沿着设置的路径移动的移动机器人的应用。移动机器人的典型实例可以包括：清扫房子或建筑物的内部的清洁机器人、进行导航定位的导航机器人等。尤其是，在包括各种传感器和运动单元的清洁机器人移动的同时，该清洁机器人使用设置在其中的真空清洁单元清扫室内地面。当前，各种类型的清洁机器人已经商品化。
需要创建移动机器人进行移动并且使移动机器人在该空间中识别自身位置的空间地图，以使这些移动机器人有效地确定其在空间中的自身位置并且移动到所确定的位置。使移动机器人相对于周围空间识别其自身位置并且创建地图的技术称作同步定位和地图创建(SLAM)。
在SLAM机制中，基于图像的SLAM使用从图像中所提取的视觉特征创建用于周围环境的地图并且估计机器人的姿势。通常，通过使用设置在驱动电机中的陀螺仪和编码器来基于航位推算法(dead reckoning)来使移动机器人运动并且使用安装在其顶部的照相机来分析图像并且创建地图。在这种情况下，当由于来自陀螺仪和编码器的行驶信息(odometry)而出现误差时，通过使用从照相机所获取的图像信息来校正累积误差。
当在移动机器人运动期间产生滑动时，根据上述现有技术的移动机器人不能有效地避开滑移区或者精确地检测到滑动角和方向。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种用于检测移动机器人滑动的装置和方法，其能够检测在侧向滑动时的滑动角和滑动方向，通过检测前部滑动来确定滑动类型，通过根据滑动类型的不同方法避开滑移区，以及通过估计所生成的滑动方向和时间来恢复累积误差。
技术解决方案
本发明的示例性实施例提供了用于检测移动机器人的滑动的装置，该装置包括：第一旋转角估计单元，用于估计移动机器人旋转的第一旋转角；第二旋转角测量单元，用于测量通过移动机器人的实际旋转所产生的第二旋转角；图像变化计算单元，用于计算从图像获取单元所获取的至少两幅连续图像的变化；以及滑动检测单元，用于通过基于第一旋转角和第二旋转角的误差角和图像变化计算移动机器人的滑动方向和滑动角来检测滑动类型并且输出不同的避障控制信号，以使移动机器人根据所检测到的滑动类型避开滑移区。
滑动检测单元可以基于滑动方向、滑动角、以及图像变化输出用于在产生滑动时的位置信息的误差的移动机器人的位置的恢复信号。
当误差角大于基准误差角时，滑动检测单元可以检测到移动机器人产生第一滑动。
在检测滑动时，当误差角的符号为负值时，滑动检测单元可以确定在移动机器人的右轮处产生滑动，并且输出避障控制信号，这使得移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后在左侧方向上向前移动。
在检测滑动时，当误差角的符号具有正值时，滑动检测单元可以确定在移动机器人的左轮处产生滑动，并且输出避障控制信号，该避障控制信号允许移动机器人向后移动预定距离或者在预定时间内向后移动，然后，在右侧方向上向前移动。
滑动检测单元可以将图像变化与基准变化相比较，以在图像变化小于基准变化时，估计移动机器人拥塞，从而计算拥塞频率。
当拥塞频率大于基准频率并且基于误差角的移动机器人的速度大于基准速度时，滑动检测单元可以检测到第二滑动的产生。
本发明的另一示例性实施例提供了用于检测移动机器人的滑动的方法，该方法包括：a)估计移动机器人旋转的第一旋转角；b)测量通过移动机器人的实际旋转所产生的第二旋转角；以及c)通过获得第一旋转角和第二旋转角的误差角并且基于该误差角计算移动机器人的滑动方向和滑动角来检测第一滑动。
该方法还可以包括：d)通过计算至少两幅连续输入图像的变化来检测第二滑动。
该方法还可以包括：e)基于检测到的第一滑动和第二滑动检测滑动类型并且根据检测到的滑动类型来选择性地避开滑移区。
该方法还可以包括：f)基于滑动方向、滑动角、以及图像变化来恢复移动机器人的位置。
估计第一旋转角可以包括：检测作为移动机器人的左轮驱动单元的旋转速度的第一角速度和作为右轮驱动单元的旋转速度的第二角速度；以及基于第一角速度和第二角速度之间的偏差以及移动机器人的轮子的直径计算第一旋转角。
第一滑动的检测可以包括：获得第一旋转角和第二旋转角之间的误差角并且将误差角与基准误差角进行比较；并且确定当误差角大于基准误差角时，移动机器人产生滑动，以使移动机器人避开滑移区。
在避开滑移区期间，移动机器人可以向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在与滑动方向相反的方向上向前移动，以避开滑移区。
在避开滑移区期间，移动机器人可以向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，当误差角的符号为负值时，通过确定移动机器人的右轮处生成的滑动，在左侧方向向前移动，以避开滑移区。
在避开滑移区期间，移动机器人可以向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，当误差角的符号为正值时，通过确定移动机器人的左轮处生成的滑动，在右侧方向向前移动，以避开滑移区。
误差角可以基于移动机器人的初始位置具有+180°至-180°之间的值。
当误差角在移动机器人的移动时间内具有不连续周期时，不连续周期的误差角可以在y轴方向上平行移动以对误差角进行预处理，从而使得不连续周期为连续周期。
第二滑动的检测可以包括：将输入图像划分为N个区域并且基于移动机器人的运动方向或相反方向将物体区域增加1/N，以计算每个增大区域的平均值和变化；以及当图像变化小于基准变化时，如果确定基于每个区域的平均值的变化和变化值没有遮蔽图像，则估计输入图像拥塞，以计算拥塞频率。
在检测第二滑动期间，当拥塞频率大于基准频率并且移动机器人的速度大于基于误差角的基准速度时，可以检测到产生第二滑动。
可以检测到第二滑动的产生，移动机器人可以向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后移动机器人可以运动而避开滑移生成区。
有益效果
根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人滑动的装置和方法可以通过在侧向滑动时检测滑动角和滑动方向并且检测前部滑动来检测滑动类型。
此外，根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的装置和方法可以通过根据检测到的滑动类型的不同方法有效地避开滑移区。
另外，根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的装置和方法可以通过估计滑动方向和时间在产生滑动时恢复移动机器人的积累位置误差。
附图说明
图1为示出根据本发明的示例性实施例的移动机器人的结构的框图。
图2为示出根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的装置的结构的框图。
图3为示出根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的方法的流程图。
图4为示出当在移动机器人运动期间在时间t1处的左轮产生滑动时估计的旋转角和测量到的旋转角的示图。
图5为示出通过根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的装置和方法所检测到的旋转角数据和通过处理旋转角数据所生成的数据的示图。
图6为示出当在时间t1处产生滑动时经处理的估计的旋转角和测量到的旋转角的示图。
图7为示出通过根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的方法所检测到的第一滑动检测结果的示图。
图8为示出通过基于移动机器人的运动方向将获取的图像划分为四幅图像来确定是否掩盖图像获取单元的示图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。首先，应该注意，在将参考标号提供给每幅附图的元件期间，即使在不同的附图中示出了相同的元件，但是相同的参考标号指的是相同的元件。在描述本发明期间，由于众所周知的功能或结构可能不必要地使本发明的理解模糊，所以没有具体地描述这些众所周知的功能或结构。此外，下文中，已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明的主旨不仅限于这些示例性实施例，并且可以通过本领域普通技术人员进行和处理各种修改。
图1为示出应用本发明的示例性实施例的移动机器人的结构的示图。
参考图1，根据本发明的示例性实施例的移动机器人100可以被配置成包括：图像获取单元110，获取图像；图像处理单元120，处理通过图像获取单元110所获取的图像，从图像中提取特征，并且生成该特征的描述符；传感器单元140，检测移动机器人100的移动定向信息、移动距离等；主控制单元130，基于所获取的图像创建移动机器人在其中移动的空间的地图，并且基于从所获取的图像提取的特征的信息和从传感器单元140所获取的行驶信息来控制移动机器人的操作；机器人驱动器150，根据主控制单元130的控制驱动机器人；以及滑动检测装置200，检测移动机器人的滑动角、滑动方向、以及滑动类型，以根据所检测到的滑动类型输出用于避开滑移区的不同避障控制信号。
图像获取单元110是获取移动机器人所处的周围环境的图像的装置，该图像获取单元110可以被配置成包括图像传感器，诸如电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等。在本发明的示例性实施例中，优选地，将图像获取单元110设置成朝上，以获取天花板图像(ceilingimage)。更优选地，图像获取单元110可以包括诸如鱼眼镜头等的广角镜头，以获取大范围的天花板图像。
图像处理单元120可以被配置成包括图像失真校正器121和图像质量测定器122。
图像失真校正器121用于校正通过图像获取单元110所获取的图像的失真。当图像获取单元110包括鱼眼镜头或广角镜头时，通过图像获取单元110所获取的图像包括径向失真。因此，图像获取单元110使用先前获取的相机参数去除图像的失真。
图像质量测定器122用于确定所获取的图像的可用性。当直接射线照射到图像获取单元110或者通过诸如桌子的障碍物覆盖该图像获取单元110时，通过图像获取单元110所获取的图像可能不适用于移动机器人定位。因此，图像质量测定器122检查所获取的图像并且当所获取的图像不适用时，该图像质量测定器122用于排除不适用的图像。例如，当基于所获取图像的亮度的所获取的图像亮度太高或太低时，图像质量测定器122可以将所获取的图像处理为不适用图像。当排除所获取的图像时，主控制单元130可以基于从陀螺仪44或编码器142所获取的运动记录信息控制移动机器人100的移动。
地图管理器131用于基于通过移动机器人100的图像获取单元110所获取的图像、诸如移动机器人100的移动方向和距离的行驶信息、特征位置等来创建和更新移动机器人100所处空间的地图。在一些情况下，可以将空间地图预先提供给移动机器人100。在这种情况下，地图管理器131可以基于诸如位于空间中的障碍物的信息和特征信息来不断更新地图。
运动控制器132用于基于移动机器人100的当前位置和行驶信息来控制移动机器人100的运动。作为用于移动机器人100运动的示例性实施例，移动机器人100包括左轮151和右轮152并且可以包括左轮驱动电机(未示出)和右轮驱动电机(未示出)作为机器人驱动器150，用于驱动左轮和右轮。运动控制器132可以通过控制左轮驱动电机和右轮驱动电机中的每一个的旋转来执行移动机器人100的运动，诸如向前、向后、左转、右转等。在这种情况下，左轮驱动电机和右轮驱动电机分别设置有编码器142，以获取左轮驱动电机和右轮驱动电机的驱动信息。
与此同时，运动控制器132可以被设计成通过使用扩展的卡尔曼滤波器(EKF)基于当前特征的位置和移动机器人的位置预测跟踪特征的位置和移动机器人的位置来控制移动机器人100的运动。
下文中，将参考图2更具体地描述根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的装置200。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的装置的结构的框图。
参考图2，将根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的装置200被配置成包括：第一旋转角估计单元220，估计第一旋转角，该第一旋转角被估计为移动机器人旋转的情况；第二旋转角测量单元240，测量通过移动机器人的实际旋转所生成的第二旋转角；图像变化计算单元250，计算从图像获取单元所获取的至少两幅连续图像的变化；以及滑动检测单元210，基于第一旋转角和第二旋转角之间的误差角来计算移动机器人的滑动方向和滑动角，以检测出滑动类型并且根据所检测到的滑动类型输出用于避开滑移区的不同避障控制信号。
第一旋转角估计单元220接收通过驱动速度检测单元230所检测到的角速度，该驱动速度检测单元计算机器人驱动器150的旋转轴的角速度，从而估计第一旋转角。
这里，可以使用轮编码器作为驱动速度检测单元230，并且可以使用与陀螺仪类似的惯性传感器作为第二旋转角测量单元240。另外，可以使用传感器单元140的编码器142和惯性传感器141作为驱动速度检测单元230和第二旋转角测量单元240。在这种情况下，所估计的第一旋转角成为通过轮编码器所估计的旋转角，第二旋转角成为通过惯性传感器所测量的旋转角。
滑动检测单元210基于滑动方向、滑动角、以及图像变化输出在滑动时所生成的用于位置信息误差的移动机器人的位置恢复信号。
当误差角大于基准误差角时，滑动检测单元210检测到移动机器人产生了侧向滑动，并且该滑动检测单元确定误差角的符号是正值还是负值，以查看产生滑动的方向。
当误差角的符号在滑动检测的时候具有负值时，滑动检测单元210确定在移动机器人的右轮152处产生滑动。当在上述右轮处产生滑动时，滑动检测单元210输出避障控制信号，该避障控制信号使移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在左侧方向上向前移动。
另外，在滑动检测时，当误差角的符号为正值时，滑动检测单元210确定在移动机器人的左轮151处产生滑动，并且移动机器人输出避障控制信号，该避障控制信号使移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在右侧方向上向前移动。
下文中，将参考图3至图7描述根据本发明的示例性实施例的描述的用于检测移动机器人100的滑动的方法。
图3为示出根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的方法的流程图，图4为示出当在移动机器人运动期间在时间t1处左轮产生滑动时的所估计的旋转角和所测量的旋转角的示图，图5为示出通过根据本发明的示例性实施例的移动机器人的滑动的装置和方法所检测到的旋转角数据和通过处理旋转角数据所生成的数据的示图，图6为示出当在时间t1处产生滑动时的经处理的所估计的旋转角和所测量的旋转角的示图，图7为示出通过根据本发明的示例性实施例的用于检测移动机器人的滑动的方法所检测到的第一滑动检测结果的示图，以及图8为示出通过基于移动机器人的运动方向d将获取的图像划分为4幅来确定是否遮蔽了图像获取单元的步骤的示图。
参考图3，用于检测移动机器人的滑动的方法包括：a)估计移动机器人旋转的第一旋转角(S210)；b)测量通过移动机器人的实际旋转所产生的第二旋转角(S210)；以及c)通过获得第一旋转角和第二旋转角之间的误差角来检测第一滑动并且基于误差角来计算移动机器人的滑动方向和滑动角。
用于检测移动机器人的滑动的方法进一步包括：d)通过计算至少两幅连续输入图像的变化来检测第二滑动(S300)。
用于检测移动机器人的滑动的方法进一步包括：e)基于所检测到的第一滑动和第二滑动来检测滑动类型(S400)并且根据所检测到的滑动类型来选择性地避开滑移区(S500)。
用于检测移动机器人的滑动的方法进一步包括：f)基于滑动方向、滑动角、以及图像变化来恢复移动机器人的位置(S600)。
估计第一旋转角(S120)检测作为移动机器人的左轮驱动单元的旋转速度的第一角速度以及作为右轮驱动单元的旋转速度的第二角速度，并且基于第一角速度和第二角速度之间的偏差以及移动机器人的轮子的直径来计算第一旋转角。
在检测第一滑动期间(S200)，移动机器人通过以下步骤来避开滑移区：获取第一旋转角和第二旋转角之间的误差角并且将所获得的误差角与基准误差角进行比较以及如果确定误差角大于基准误差角则确定移动机器人产生滑动(S500)。
在这种情况下，移动机器人100向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在与滑动方向相反的方向上向前移动，从而避开滑移区。在这种情况下，当误差角的符号为负值时，滑动检测单元210确定在移动机器人的右轮处产生滑动并且移动机器人100根据滑动检测单元的避障控制信号向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后在向左的方向上向前移动，从而避开滑移区。然而，当误差角的符号为正值时，滑动检测单元210确定在移动机器人的左轮处产生滑动，并且移动机器人100根据滑动检测单元避障控制信号向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在向右的方向上向前移动，从而避开滑移区。
将参考图4至图6具体描述第一滑动的检测。
首先，第一旋转角估计单元220对通过驱动速度检测单元230所检测到的机器人驱动器的旋转轴的角速度分量求积分，以输出θenco作为移动机器人100旋转的估计的旋转角。驱动速度检测单元230通过差分驱动方案来从左轮151和右轮152测量驱动旋转角速度wL和wR。可以通过轮子的直径乘以角速度的平均值来获得移动机器人的移动速度。此外，可以通过轮子的直径乘以两个轮子的角速度之间的偏差来获得旋转角θenco。当再次求取所获得的旋转角的积分时，可以通过诸如编码器的驱动速度检测单元230来获得角速度θenco。
可以使用以下公式1和公式2来获取移动机器人100的线速度v和旋转角速度w。
v＝(wR*rR+wL*rL)/2---------------(1)
w＝(wR*rR-wL*rL)/B---------------(2)
在以上公式中，v和w分别是移动机器人的线速度和旋转角速度，rR是右轮的半径，rL是左轮的半径，wR是右轮旋转速度，wL是左轮旋转速度，以及B是两个轮子之间的距离。
如图4所示，当移动机器人100在初始位置(t＝0)处运动或开始打扫，然后在时间t＝t1处右轮151产生滑动时，产生了通过第一旋转角提取单元220所提取的旋转角θenco和通过第二旋转角测量单元240所测量到的旋转角θgyro之间的误差角。滑动检测单元210对上述误差角进行累加。
然而，在本发明的示例性实施例中，移动机器人的旋转角限于-π至+π。因此，当旋转角的绝对值超过π时，改变符号，因此，不可能实施连续的步骤。因此，对其再次实施预处理步骤。
参考图5更具体地描述了预处理步骤。
如图5A所示，误差角的值为-π至+π，因此，当误差角超过+π时，该误差角具有-π至0之间的值。因此，误差角在与-π至+π相对应的移动时间段内具有不连续周期。因此，如图5B所示，滑动检测单元210在y轴方向上平行移动不连续周期的误差角并且对该误差角进行预处理，从而使得不连续周期为连续周期。
在预定时间段内通过θgyro和θenco的图案之间的偏差来确定移动机器人的侧向滑动。滑动意指由于在移动机器人的运动或者旋转路径中的障碍物所产生的由于旋转或运动控制命令所导致的角度和实际旋转角之间的误差。即，如图6所示，当在时间t＝t1处产生滑动时，旋转角θgyro和θenco的图案在t＝t1处改变。
然而，为了确定作为移动机器人滑动的旋转角图案之间的误差，需要在预定时间段内保持滑动状态。因此，在确定滑动的情况下，在用于旋转角θgyro和θenco的输出数据的预定采样窗口周期内获得移动平均值，然后，基于移动平均值之间的偏差确定是否存在滑动。可以通过以下公式(3)获得误差角。
Figure BDA0000158867210000111
在以上公式中，滑动角(n)是用于从侧向滑动的第一旋转角测量单元和第二旋转角测量单元所输出的旋转角的误差角，这里，window表示窗口。
为了检测滑动，下文将描述根据预定采样时间间隔的旋转角θgyro和θenco之间的偏差。
因此，为了清楚地区分旋转角之间的偏差，需要获得作为每个旋转角的微分值的dθgyro/dt和dθenc/dt。在本发明的示例性实施例中，获取通过应用高斯微分算子从其中去除噪声分量的微分值。
滑动检测单元210确定：当所测量的滑动角的绝对值大于定义的基准值时，产生滑动。当滑动角的符号为正数时，从机器人的运动方向的左侧产生滑动，并且当滑动角的符号为负数时，从其右侧产生滑动。当产生滑动时，移动机器人在生成滑动的方向上不运动，以减小位置误差，因而移动机器人稍微向后移动，然后，可以实施向相反方向上转移移动机器人的移动策略。
与此同时，在产生滑动的周期期间删除基于编码器的机器人的位置更新，因此，恢复实际位置。为了这个目的，通过使用在编码器空间和陀螺仪空间中的方向角之间的偏差(即，累加的滑动角)根据公式(4)和(5)来校正移动机器人的二维平面坐标。
dx(n)＝cos(SlipAngle(n))*(ωL+ωR)*r/2*W----(4)
dy(n)＝sin(SlipAngle(n))*(ωL+ωR)*r/2*W----(5)
在以上公式中，r为轮子的半径，dx(n)和dy(n)分别为X轴方向和Y轴方向的位置误差，并且(ωL+ωR)*r/2是移动机器人的移动速度，以及W是为了实施数据处理应用于行数据的窗口尺寸。
另一方面，滑动检测单元210将图像变化与基准变化相比较，以当图像变化小于基准变化时，估计移动机器人拥塞，从而计算拥塞频率。
当拥塞频率大于基准频率并且基于误差角的移动机器人的速度大于基准速度时，滑动检测单元210检测到第二滑动的产生。
图像变化计算单元250检测通过图像获取单元110所获得的图像的亮度变化，以检测到移动机器人100在诸如桌子的障碍物下方移动。例如，图像变化计算单元250通过使用所获得的图像的亮度平均值和变化来检测障碍物掩蔽移动机器人100的图像获取单元110。
当障碍物掩蔽图像获取单元110时，不可能基于图像来控制移动机器人100的位置。滑动检测单元210输出信号，该信号基于从诸如陀螺仪和轮编码器230的惯性传感器240所获得的位置信息来控制移动机器人100的移动。
上述惯性传感器240检测惯性，以确认移动机器人100的运动方向并且惯性传感器240的感测信息和轮编码器230的感测信息配置移动机器人100的行驶信息。
将参考图7描述根据本发明的示例性实施例的通过用于检测移动机器人的滑动的方法所检测到的第一滑动检测结果。
在图7中，L1和L2中的每一个是通过求取轮编码器和陀螺传感器空间中的方向角的微分所获得的值，并且L3是在预定时间窗口内通过对L1和L2之间的偏差求和所获得的值。当L3大于预定值时，将其分类成滑动。
如图7所示，在L3上示出了三个峰值。这里，第一峰值对应于由于稍微高低不平的地板产生的临时滑动的情况，第二峰值对应于当180°旋转开始和结束时，由于不同步所导致的轮编码器和陀螺传感器的运动彼此偏离的情况。
然而，第三峰值对应于产生通过发明人所定义的滑动的情况，其在此使用大约1.2的阈值。在预定时间内通过使清洁机器人在侧向上实施强度试验产生滑动。
参考图8更具体地描述了第二滑动的检测。
如图8所示，在检测第二滑动(S300)期间，滑动检测单元210将输入图像划分为n个区域，并且基于移动机器人的运动方向或相反方向将目标区域增加1/N，以计算每个增大区域的平均值和方差(S330)，当基于每个区域的平均值和方差值的变化确定没有掩蔽图像时，如果确定图像变化小于基准变化，则估计输入图像拥塞，从而计算拥塞频率(S340)。
即，当拥塞频率大于基准频率并且基于误差角的移动机器人的速度大于基准速度时，滑动检测单元210检测到第二滑动的产生。
当移动机器人100进入桌子的底部时，逐渐减小图像帧的亮度平均值，因此，可以增大或减小亮度的变化值。在本发明的示例性实施例中，如图7所示，作为用于减少计算的方法，通过使用所划分的每个区域的亮度平均值获得整个图像的平均值和变化来确定是否遮蔽移动机器人100，其中，基于移动机器人100的运动方向d通过把由图像获取单元110所获取的图像四等分来划分每个区域。
在本发明的示例性实施例中，为了检测前向滑动，已经使用诸如照相机的视觉传感器，可以使用采用由加速计或耦合驱动轮(coupled drivingwheel)组成的驱动轮的分辨率之间的偏差的方法。
当没有遮蔽作为图像获取单元的照相机时，通过计算连续图像序列的偏差来估计机器人照相机的姿势的改变。可能会出现用于每幅所获得的图像的背景照明的偏差，因此，通过获得图像的平均值和变化根据一些公式(6)和(7)来获得规格化图像，并且通过背景照明的偏差来测量图像信息的变化。
Nk(x，y)＝(I(x，y)-avg(I))/car(I)------------------(6)
NSSD＝∑(Nk(x，y)-Nk-1(x，y))2------------------(7)
这里，估计所限定的基准值小于变化的情况作为发生相机姿势拥塞的情况。然而，为了可靠地确定是否发生移动机器人的姿势拥塞，确定存在机器人的连续拥塞。
另外，当机器人的驱动速度为预定值或更大，因而机器人不是停止状态时，确定产生前部滑动或者机器人夹在两侧当中。
当滑动检测单元210检测到前部滑动时，滑动检测单元210输出控制信号，以在移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间之后避开滑动生成区域的同时，使移动机器人运动。即，在前部滑动的情况下，移动机器人向后旋转并且出来，因此可以避开可能产生滑动的环境，并且通过将拥塞频率乘以机器人的移动速度并且向后撤退来校正机器人的估计位置。
即，使用SLAM方案(其中，安装本发明应用的单个照相机)的移动机器人每秒处理2至3帧，因此，需要校正在扩展的卡尔曼滤波器(EKF)地图上错误登记的地标的坐标信息，同时通过可视行驶信息来检测前向滑动。可以在以下观测测量中通过增大在地标初始化缓冲器中登记的地标的协方差来校正由于滑动所产生的误差。此外，当检测到侧向滑动时，在相对较短的时间处处理该侧向滑动，因而在更新EKF时校正移动机器人的当前位置信息。
如上所述，在附图和说明书中已经描述和示出了示例性实施例。选择和描述示例性实施例，以说明本发明的某些原理和其实际应用，从而能够使本领域技术人员制造和利用本发明的各个示例性实施例，以及其各种替换物和修改。如通过以上描述可以清楚，本发明的某些方面不是通过本文所述的实例的具体细节来限定，因此，预期本领域技术人员会进行其他修改和应用，或者其等效替换。然而，在考虑说明书和附图以后，本领域技术人员将更清楚本结构的一些改变、修改、变化、以及其他使用和应用。在不背离本发明的主旨和范围的情况下，将所有这些改变、修改、变化、以及其他使用和应用在仅通过以下权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种用于检测移动机器人的滑动的装置，包括：
第一旋转角估计单元，用于估计所述移动机器人旋转的第一旋转角；
第二旋转角测量单元，用于测量通过所述移动机器人的实际旋转所产生的第二旋转角；
图像变化计算单元，用于计算从图像获取单元所获取的至少两幅连续图像的变化；以及
滑动检测单元，用于通过基于所述第一旋转角和所述第二旋转角的误差角以及图像变化计算所述移动机器人的滑动方向和滑动角来检测滑动类型，并且输出不同的避障控制信号，所述避障控制信号用于使所述移动机器人根据所检测到的滑动类型避开滑移区。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述滑动检测单元基于所述滑动方向、所述滑动角以及所述图像变化来输出针对滑动产生时的位置信息误差的所述移动机器人的位置的恢复信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述误差角大于基准误差角时，所述滑动检测单元检测到所述移动机器人产生第一滑动。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，在检测到滑动时，当所述误差角的符号为负值时，所述滑动检测单元确定在所述移动机器人的右轮处产生滑动，并且输出避障控制信号，以使所述移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在左侧方向上向前移动。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，在检测到滑动时，当所述误差角的符号为正值时，所述滑动检测单元确定在所述移动机器人的左轮处产生滑动，并且输出避障控制信号，以使所述移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在右侧方向上向前移动。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述滑动检测单元将所述图像变化与基准变化进行比较，以在所述图像变化小于所述基准变化时，估计所述移动机器人拥塞，从而计算拥塞频率。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，当所述拥塞频率大于基准频率并且基于所述误差角的所述移动机器人的速度大于基准速度时，所述滑动检测单元检测到第二滑动的产生。
8.一种用于检测移动机器人的滑动的方法，包括：
a)估计所述移动机器人旋转的第一旋转角；
b)测量通过所述移动机器人的实际旋转所产生的第二旋转角；以及
c)通过获得所述第一旋转角和所述第二旋转角的误差角并且基于所述误差角计算所述移动机器人的滑动方向和滑动角来检测第一滑动。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：d)通过计算至少两幅连续输入的图像的变化来检测第二滑动。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：e)基于所检测到的第一滑动和第二滑动检测滑动类型并且根据所检测到的滑动类型选择性地避开滑移区。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：f)基于所述滑动方向、所述滑动角以及图像变化来恢复所述移动机器人的位置。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，估计所述第一旋转角包括：
检测第一角速度和第二角速度，其中，所述第一角速度为所述移动机器人的左轮驱动单元的旋转速度，所述第二角速度为右轮驱动单元的旋转速度；以及
基于所述第一角速度和所述第二角速度之间的差以及所述移动机器人的轮子的直径来计算所述第一旋转角。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，检测所述第一滑动包括：
获得所述第一旋转角和所述第二旋转角之间的误差角并且将所述误差角与基准误差角进行比较；以及
当所述误差角大于所述基准误差角时，确定所述移动机器人产生滑动，以使所述移动机器人避开所述滑移区。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在避开所述滑移区期间，所述移动机器人向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在与所述滑动方向相反的方向上向前移动，以避开所述滑移区。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在避开所述滑移区期间，当所述误差角的符号是负值时，所述移动机器人通过确定在所述移动机器人的右轮处产生滑动而向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在左侧方向上向前移动，以避开所述滑移区。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，在避开所述滑移区期间，当所述误差角的符号是正值时，所述移动机器人通过确定在所述移动机器人的左轮处产生滑动而向后移动预定距离或者向后移动预定时间，然后，在右侧方向上向前移动，以避开所述滑移区。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述误差角基于所述移动机器人的初始位置具有在+180°和-180°之间的值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述误差角在所述移动机器人的移动时间段内具有不连续周期时，所述不连续周期的误差角在y轴方向上平行移动以对所述误差角进行预处理，从而使得所述不连续周期为连续周期。
19.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，检测所述第二滑动包括：
将输入图像划分为N个区域并且基于所述移动机器人的运动方向或相反方向将目标区域增加1/N，以计算每个增大区域的平均值和方差；以及
如果基于每个区域的所述平均值和方差值的变化确定没有掩蔽图像，则当所述图像变化小于基准变化时，估计所述输入图像拥塞以计算拥塞频率。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在检测所述第二滑动期间，当所述拥塞频率大于基准频率并且基于所述误差角的所述移动机器人的速度大于基准速度时，检测到产生所述第二滑动。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，检测到所述第二滑动的产生，所述移动机器人向后滑动预定距离或者向后移动预定时间，然后，所述移动机器人在避开滑动生成区域的同时进行运动。
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