CN103329057A

CN103329057A - 移动式机器人

Info

Publication number: CN103329057A
Application number: CN2011800481167A
Authority: CN
Inventors: J-C·贝利
Original assignee: Aldebaran Robotics SA
Current assignee: Softbank Robotics SAS
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: CN103329057B; WO2012028744A1; JP2017041262A; US9400504B2; JP2013544382A; BR112013005080A2; US20130158748A1; EP2612208A1; KR20140031159A

Abstract

提供了一种用于移动式机器人（1）的控制设备（9），所述机器人（1）包括摄像头（3）和通信单元（4），所述控制设备（9）包括：显示单元（10），其显示对应于由所述摄像头（3）取得的且由所述通信单元（4）传送的图像的图像；以及用户接口（11），其中，所述用户接口（11）配置为使用户能够控制指针（15）在由所述显示单元（10）显示的所述图像上的位置，并且所述用户接口（11）包括选择模块（16），使用户能够选择所述指针（15）在由所述显示单元（10）显示的所述图像上的位置，所述控制设备（9）还包括计算单元（13）和通信系统（14），所述计算单元（13）配置为计算位移命令，并且通过所述通信系统（14）向所述机器人（1）发出所述位移命令，计算所述位移命令，以使机器人移动至对应于由所述用户在所述图像上选择的所述指针的位置的物理位置。

Description

移动式机器人

技术领域

本发明属于移动式机器人的领域。

背景技术

移动式机器人在许多应用中都是众所周知和广泛使用的。例如，这些移动式机器人可以在家里使用，或者用于专业的任务（防御、安保、健康、救援……）。

通常，这些移动式机器人包括使它们能够在物理环境中移动并行动的电动机和致动器。控制单元用预定的命令或由用户发出的命令来控制机器人的动作。

移动式机器人通常包括摄像头和通信单元，其中通信单元向用户传送由摄像头取得的图像。

高度期望的是机器人可以由用户远程地控制。

过去已经提出了种类繁多的控制设备，以使用户能够控制机器人，并且使其在物理环境中移动。

例如，已知的是用控制设备远程地控制机器人，所述控制设备包括：显示单元，显示由机器人的摄像头取得的图像；以及键盘，用户通过键盘的键和箭头来控制机器人的位移。

然而，本领域公知的控制设备用起来是令人厌烦的且复杂的，尤其是对于长的距离和/或对于复杂的轨迹而言。此外，只有受训后的用户能够操纵对机器人的控制。所以，控制移动式机器人的已知的解决方案是不令人满意的。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供了一种用于移动式机器人的控制设备，所述机器人包括摄像头和通信单元，所述控制设备包括：显示单元，显示对应于由摄像头取得的且由通信单元传送的图像的图像；以及用户接口，其中，用户接口配置为使用户能够控制指针在由所述显示单元显示的图像上的位置，并且用户接口包括选择单元，该选择单元使用户能够选择指针在由所述显示单元显示的图像上的位置，所述控制设备也包括计算单元和通信系统，所述计算单元配置为计算位移命令，并且通过通信系统向机器人发出所述位移命令，计算所述位移命令，以使机器人移动至对应于由用户在图像上选择的指针的位置的物理位置。

根据一个实施例，指针是其方位（aspect）取决于指针在图像中的位置和/或空间取向的图案。

根据一个实施例，指针是其符合透视法地描绘的且平行于物理环境的平面的图案，机器人在所述物理环境的平面中移动。

根据一个实施例，所述平面对应于墙的平面、或地板的平面、或位于物理环境中的对象的平面。

根据一个实施例，指针的大小取决于机器人与对应于指针位于图像中的位置的物理位置之间的距离。

也提供了一种用于移动式机器人的系统，所述系统包括移动式机器人，所述机器人包括摄像头和通信单元，并且所述系统也包括根据前述实施例中的任意一个的控制设备。

根据另一个发明方案，还提供了一种用于控制移动式机器人的方法，所述机器人包括摄像头和通信单元，所述控制设备包括：显示单元，显示对应于由摄像头取得的且由通信单元传送的图像的图像；用户接口；计算单元；以及通信系统，所述通信系统配置为与机器人的通信单元通信。所述方法包括以下的步骤：

-用户通过用户接口控制指针在由显示单元显示的图像上的位置，

-用户通过选择单元选择由显示单元显示的图像的指针的位置，

-计算单元计算位移命令，并且通过通信系统向机器人发出所述位移命令，计算所述位移命令，以使机器人移动至对应于由用户在图像上选择的指针的位置的物理位置。

附图说明

在附图中描述的实施例是非限制性的例证性实施例。

图1示出了移动式机器人的实施例的部件。

图2示出了由控制设备控制移动式机器人的实施例。

图3示出了在控制设备中所显示的图像上的指针的实施例。

图4示出了用于控制移动式机器人的方法的实施例。

图5示出了在物理环境中存在障碍物的情况下的移动式机器人的控制设备的实施例。

图6示出了在显示单元上显示的涉及障碍物的检测的信息的实施例。

图7示出了用于将移动式机器人连接至充电基座的设备的实施例。

图8示出了用于将移动式机器人引导向充电基座的设备和系统的实施例。

图9和10是用于相对于充电基座引导移动式机器人的方法的实施例。

具体实施方式

移动式机器人的介绍

图1示出了移动式机器人1的实施例。就本说明书而言，术语“移动式机器人”或“机器人”应当视为同义词。

移动式机器人1包括电动机和致动器2，使其能够在诸如建筑物、场地（field）或任意区域之类的物理环境中移动。致动器包括（例如）车轮、或腿、或轨道、或任意合适的致动器。通常，移动式机器人1可以在物理环境中占据不同的位置。如果需要，即使机器人1不改变其位置，机器人1的部分也可以移动（旋转、倾斜等）。

移动式机器人1还包括摄像头3，所述摄像头3从由移动式机器人观察到的场景中取得图像。必要时，摄像头3相对于机器人1是可移动的，以便拍摄由机器人观察到的各种方向的场景。

移动式机器人1也包括通信单元4，所述通信单元4能够与控制设备9通信。

通常，通信单元4是无线通信单元，并且使用已知的通信技术，例如Wi-Fi、和/或无线电通信、和/或蓝牙等。该通信单元4使机器人能够发出和接收信息，例如图像、命令等。

如本领域公知的，移动式机器人1包括：

-能量源5，其存储机器人执行任务所需要的能量（例如：电池）；

-控制单元6，包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器管理机器人的不同单元的不同功能（致动器、摄像头等）。

控制单元6可以包括多个单元，例如用以存储或记录信息的存储器。

根据需要，移动式机器人1可以包括一个或多个传感器7，例如位置传感器、方向传感器、障碍物传感器、速度和/或加速度传感器、温度传感器、姿态传感器、声音传感器、电磁传感器等。

用户对机器人的控制

根据一个实施例，并且如图2、3和4所示，机器人1由用户通过控制设备9远程地控制。

控制设备9包括显示单元10和用户接口11。

控制设备9也包括计算单元13和通信系统14。

计算单元13通常包括至少一处理器、至少一存储器以及加载在该存储器中的一个或多个程序。如下文解释的，计算单元13配置为通过计算向机器人1发出的位移命令来控制机器人1的位移。

通信系统14使控制设备9能够与机器人1通信。通常，通信系统14是无线通信单元，并且使用公知的通信技术，例如Wi-Fi、和/或无线电通信、和/或蓝牙、或任意合适的通信技术。

显示单元10配置为显示对应于由摄像头3取得的且由机器人的通信单元4向控制设备9传送的图像的图像。

用户可以因此实时地使由机器人1观察到的场景可视化。

显示单元10通常是屏幕，例如计算机屏幕，但可以是（例如）TV屏幕、手机屏幕、或者甚至是投影仪

用户接口11配置为使用户能够控制指针15在由显示单元10显示的图像上的位置。在图3中示出指针15的非限制性示例。指针15在一个实施例中是图案，控制设备9使所述图案显现在由机器人1观察到的场景的且由显示单元10显示的图像上。指针15具有使其清晰可见的且不同于背景场景的形状、和/或尺寸、和/或颜色。

用户可以因此通过使用用户接口11在图像上移动指针15。在一个非限制性实施例中，用户接口11包括鼠标、或控制杆、或触觉式接口、或键盘，使用户能够在图像上移动指针15。

此外，用户接口11包括选择单元16，使用户能够选择指针15在由显示单元显示的图像上的位置。

该选择单元16使用户能够在由显示单元10显示的图像上选择指针的位置，该位置对应于物理环境中的设置机器人1的物理位置。

在一个非限制性实施例中，选择单元16包括鼠标（例如鼠标的键）、或控制杆、或触觉式接口、或键盘，使用户能够选择指针在图像中的位置。例如，用户在一位置上双击以告知控制设备9已经到达指针的期望的位置（参见图3）。选择单元16也可以包括语音接口，或者本领域公知的任意选择单元。

当用户已经将指针15移动至图像中期望的位置时，他因此通过选择单元16选择该位置。该选择表示该位置对应于期望的和目标的位置。

控制设备9的计算单元13配置为计算位移命令，所述位移命令适合于使机器人移动至对应于由用户在图像上选择的指针的位置的物理位置。

计算单元13因此将用户在图像上选择的指针的位置视为输入，并且输出适合于到达该位置的位移命令。

通过通信系统14向机器人1发出位移命令，所述机器人1通过其自身的通信单元4来接收所述位移命令。

在一个实施例中，这些位移命令包括轨迹，机器人必须遵循所述轨迹，以便到达指针的位置。然后，机器人的控制单元命令机器人的致动器，使得机器人沿着所命令的轨迹移动。

在另一个实施例中，这些位移命令直接包括向机器人的致动器发出的命令清单，以便到达由用户选择的指针的位置。

计算位移命令的步骤包括计算和由摄像头取得的图像相关联的参考系与和机器人相关联的参考系之间的关系。

如由用户选择的，指针15的位置限定在由显示单元显示的图像的参考系中，然后在机器人的参考系中体现，该步骤由计算单元执行。

该转换是基本的数学运算，所述数学运算在于将在一个参考系中体现的坐标转换为在另一个参考系中体现的坐标。如本领域公知的，该转换包括以矩阵形式体现的显著的旋转和/或平移。

在一个实施例中，指针是图案，所述图案的方位取决于图像中的指针的空间取向和/或指针的位置。

在一个实施例中，指针的大小取决于机器人（或摄像头）与对应于图像中指针所位于的位置的物理位置之间的距离。例如，在图像中由用户将指针移动得离机器人1越远，在图像上的指针的大小减小得越多。

在另一个示例中，如果指针15朝向墙移动，或者朝向地板移动，它的方位将根据指针的取向而改变。这帮助用户具有指针15的在当前位置上的可视的反馈。

在一个实施例中，指针15是其符合透视法地描绘的且平行于物理环境的平面的图案，所述机器人在所述物理环境的平面中移动。例如，如图4中所示，由于用户已经在地板上选择了指针的位置，指针15被描绘为平行于地板的圆形图案。如果用户朝向墙移动指针，或朝向物理环境的任意对象移动指针，则相同的原理同样适用。

因此，平面可以对应于（例如）墙的平面、或地板的平面、或位于物理环境中的任意对象的平面。

控制设备9提供对于用户而言简单且有效的控制。即使机器人必须被控制来根据复杂的轨迹和/或跨越长的距离移动，也向用户提供直观的且用户友好解决方案来控制机器人的位移。用户不必须是专业的或受训后的用户，而可以是任意用户，包括小孩、老人或不熟悉技术的人都可以容易且很快地控制机器人。

在物理环境中存在障碍物的情况下对移动式机器人的控制

现在将描述机器人控制的另一个发明方案。该方案可以与前述方案组合起来，也可以单独地实施。

移动式机器人此处是在具体实施方式的第一部分（“移动式机器人的介绍”）中描述的类型的移动式机器人。因此不重复描述移动式机器人的技术特征。

相似的技术特征用增加100的附图标记表示。

当用户通过控制设备控制移动式机器人时，根据用户的命令从控制设备向移动式机器人发出位移命令。然而，只有在没有可能阻碍机器人朝向由用户选择的目标位置移动的障碍物时，机器人才会执行这些命令。如果存在障碍物，则位移命令被机器人忽略。然而，从用户的角度而言，不总是清楚为什么机器人忽略他的命令。对于用户而言，这让步于质量的改变和控制的流畅性。

如图5所示，移动式机器人101包括摄像头103和至少一传感器107，该传感器配置为检测障碍物130。传感器107例如是声纳，所述声纳也可以被机器人用以感测其位移方向。

在一个实施例中，机器人101包括位于机器人的周围的多个传感器107，以便在多个方向上检测障碍物130。

传感器107检测可能阻挡机器人101的位移的特定的障碍物130。

用户可以通过控制设备131控制机器人的位移。控制设备131可以是在第一个实施例中描述的类型（控制设备9）。

控制设备131包括显示单元110，该显示单元110显示对应于由摄像头103取得的图像的图像。如在第一个实施例中描述的，机器人和控制设备包括通信单元和系统以通常通过无线信道来交换数据、图像、命令等。

用户接口111使用户能够控制机器人的位移。可以如在第一个实施例中描述的，或根据本领域公知的任意实施例来制造用户接口111。

在一个实施例中，控制设备131配置为在由显示单元110提供的图像上显示与传感器107检测到障碍物121的存在相关的信息133。

由此实现了在由显示单元110提供的图像上显示与传感器107检测到障碍物121的存在相关的信息133的步骤。

该信息133因此警告用户障碍物已经被机器人101的传感器107检测到。

在一个实施例中，该信息是叠加在由显示单元110显示的图像上的可视图案。在图6中，障碍物130是位于机器人101前面的柱体。例如，可视图案可以包括文本和/或图像。在该示例中，可视图案是与警告文本相关联的有颜色的箭头。选择该颜色以便使用户立即看得见。

在一个实施例中，当用户通过控制设备向机器人发出位移命令时，显示所述信息，并且至少部分所述位移因为机器人检测到障碍物而没有被机器人执行。

当机器人101接收到来自控制设备9且对应于用户的命令的位移命令时，机器人101可以因为检测到障碍物而忽略该位移命令。因此，当机器人101检测到阻碍所述机器人（部分或全部地）执行由用户要求的位移的障碍物时，控制设备9将该信息显示在图像上，以便警告用户。用户因此理解他的位移命令已经由控制设备有效地传送至机器人101，但是，机器人忽略了他的命令的事实是因为在所要求的轨迹上存在一个或多个障碍物。

该控制设备因此使用户能够进行有效的、舒适的、和流畅的控制。

其可以总结为一种用于移动式机器人（101）的控制设备（131），机器人（101）包括摄像头（103）和至少一个传感器（107），所述传感器（107）配置为检测障碍物（121），所述控制设备（131）包括：

显示单元（110），其显示对应于由摄像头（103）取得的图像的图像，

用户接口（113），使用户能够控制机器人的位移，

其中，控制设备（131）配置为在由显示单元（110）提供的图像上显示与传感器（107）检测到障碍物（121）的存在相关的信息（133）。

以下是控制设备的优选的但是可选的特征：

-所述信息是叠加在由显示单元（110）显示的图像上的可视图案；

-当用户向机器人发出位移命令，并且至少部分位移因为机器人检测到障碍物而没有被机器人执行时，显示所述信息。

其它总结的限定为：

-用于移动式机器人的系统，包括移动式机器人，所述机器人包括如上文限定的摄像头、和通信单元、和控制设备。

-用于控制带有控制设备（131）的移动式机器人（101）的方法，所述机器人（101）包括摄像头（103）、和至少一个传感器（107），所述传感器（107）配置为在物理环境中检测障碍物（121），其中，控制设备（131）包括：

显示单元（110），其显示对应于由摄像头（103）取得的图像的图像。

用户接口（113），其使用户能够控制机器人的位移，

所述方法包括以下的步骤：

在由显示单元（110）提供的图像上显示与传感器（107）检测到障碍物（121）的存在相关的信息（133）。

以下是上述方法的优选的但是可选的特征：

-当用户向机器人发出位移命令，并且至少部分所述位移因为机器人检测到障碍物而没有被机器人执行时，显示所述信息。

用于将移动式机器人连接至充电基座的设备

描述用于控制移动式机器人的第三发明方案。该实施例可以与前述方案中的一个或两者都结合，或者可以单独地实施。

相似的技术特征用增加200的附图标记表示。

如前面图1中所示的，移动式机器人通常包括能量源5，所述能量源5存储机器人执行任务所需要的能量（例如：电池）。如在移动式机器人领域公知的，机器人的能量源必须定期充电。

为了给移动式机器人充电，本领域公知的是提供充电基座。充电基座例如是发电机。

当机器人检测到其能量源必须充电时，机器人朝向充电基座移动。

如果机器人位于相对于充电基座的预定位置，则为了给机器人充电，可以仅仅执行机器人与充电基座之间的连接。该预定位置使位于移动式机器人上和位于充电基座上的电连接器能够相互接触。

为了使机器人能够到达相对于充电基座的其要求的位置，本领域公知的是移动式机器人可以感测到由充电基座发射的红外信号，该红外信号使移动式机器人能够相对于充电基座对其自身进行定位。机器人使用引导算法以基于红外信号推断其位置和取向。

然而，该解决方案要求机器人到达相对于充电基座的精确的位置，这取决于机器人的引导算法的精确度和效率。因此，该解决方案不是最优的。

在图7中示出了移动式机器人201和充电基座252的实施例。例如，如本领域公知的，充电基座252是自主的或连接至国家电网的发电机。移动式机器人201和充电基座252包括电连接器250、251。这些电连接器250、251适合于让电流流动。当这些电连接器接触时，电流可以从充电基座流向机器人，以便给机器人充电，特别是其能量源。

位于移动式机器人和充电基座上的电连接器配置为当移动式机器人201位于相对于充电基座252的预定位置时相互接触。

移动式机器人的电连接器（例如）位于机器人结构的一个或多个角上。

图7示出了用于将移动式机器人连接至充电基座的设备249。所述设备包括位于移动式机器人和充电基座上的电连接器。

充电基座的电连接器是可以根据至少一个自由度移动的。在一个实施例中，它们相对于充电基座是可移动的，特别是相对于充电基座的固定部分261。

如图7的部分（A）中示出的，移动式机器人首先接近充电基座。当移动式机器人离充电基座（图7的部分（B））更近时，由于与移动式机器人接触，充电基座的电连接器根据至少一个自由度移动。机器人由此使充电基座的电连接器移动，因为机器人的结构在相对于充电基座的接近阶段期间与所述电连接器相互接触。

在一个实施例中，承载电连接器的移动部分是柔性的，这使它们能够在机器人移动得更接近充电基座时旋转。

在一个实施例中，并且如图7中所示的，在充电基座的电连接器之间的角度是增大的，这提供了可以给机器人充电的更大的区域。因此，根据该实施例，电连接器适合于是可移动的，以便增大电连接器之间的角度。

在它们的行动期间，充电基座的电连接器保持在充电基座上，但是相对于充电基座的固定部分261是可移动的。它们相对于机器人也是可移动的。

利用所述设备，机器人不再必须到达相对于充电基座的精确的充电位置。误差容限是可接受的，这意味着机器人仅仅必须到达预定的充电区域。

根据一个实施例，所述设备也包括吸引系统255，所述吸引系统255配置为提供吸引，以便使移动式机器人和充电基座的电连接器的至少一部分移动得更近。

吸引系统提供吸引，以便使移动式机器人和充电基座的电连接器的至少一部分移动得更近。吸引系统参与移动式机器人相对于充电基座的正确位置的实现。特别地，吸引系统可以吸引机器人的电连接器，以便将它们引向充电基座的电连接器。

当移动式机器人和充电基座的电连接器接触时，可以对机器人进行充电。

移动式机器人相对于充电基座的位置不必须像现有技术中的那样精确，并且可以包括误差容限。

机器人的充电因此变得更容易且获得改进。也可以简化引导算法。

在一个实施例中，电连接器是可旋转移动（mobile in rotation）的。例如，充电基座包括枢转机构260，可移动部分262（包括电连接器）能够围绕所述枢转机构260旋转。

因此，当机器人移动得更接近充电基座时，机器人使电连接器旋转，这因此增大了充电基座的电连接器之间的角度（参见图7）。如图7所示，电连接器因此包围更大的内部区域，机器人可以进入所述区域中。因此，机器人不必须到达相对于充电基座的精确的充电位置。

这些移动部分也可以通过弹簧链接至充电基座。该弹簧可以易于将移动部分拉回至它们的初始位置（参见图7）。充电基座也包括固定部分261，其相对于充电基座是不可移动的。

在一个实施例中，吸引系统包括磁体。这些磁体可以（例如）位于充电基座的电连接器的下方。替代地，这些磁体可以位于移动式机器人上。所述磁体吸引电连接器。

该方案包括用于连接移动式机器人和充电基座的设备。它也包括充电基座，以及一个包括充电基座和移动式机器人的系统，其中，充电基座和移动式机器人如前面描述的那样协作。

该进一步的发明方案可以总结为用于将移动式机器人（201）连接至充电基座（252）的设备（249），以便给移动式机器人（201）充电，所述设备（249）包括：

电连接器（250，251），位于移动式机器人（201）和充电基座（252）上，并且配置为当移动式机器人位于相对于充电基座的预定位置时相互接触，

其中，充电基座的电连接器的至少一部分是可以根据至少一个自由度移动的。

根据一个实施例，设备也包括吸引系统（255），所述吸引系统（255）配置为提供吸引，以便使移动式机器人和充电基座的电连接器的至少一部分移动得更近。

根据一个实施例，电连接器适合于是可移动的，以便增大电连接器之间的角度。

以下是该设备的优选的但是可选的特征：

-吸引系统包括磁体；

-电连接器是可旋转移动的；

另一个总结性限定是充电基座，用于给移动式机器人充电，包括：

电连接器，配置为当移动式机器人位于相对于充电基座的预定位置时与移动式机器人的电连接器相互接触。

其中，电连接器的至少一部分是可以根据至少一个自由度移动的。

根据一个实施例，充电基座进一步包括吸引系统，所述吸引系统配置为提供对移动式机器人的电连接器的吸引。

根据一个实施例，所述电连接器适合于是可移动的，以便增大电连接器之间的角度。

以下是该充电基座的优选的但是可选的方案：

-吸引系统包括磁体；

-电连接器是可旋转移动的。

另一个总结是一种系统，包括带有电连接器的移动式机器人和如上文限定的且与移动式机器人协作的充电基座。

用于将移动式机器人引导向充电基座的设备

描述了用于控制移动式机器人的第四发明的方案。该方案可以与前述方案中的一个或全部结合，或者可以单独地实施。

相似的技术特征用增加300的附图标记表示。

如图1中已经示出的，移动式机器人通常包括能量源5，其存储机器人执行任务所需要的能量（例如：电池）。如在移动式机器人领域已知的，机器人的能量源必须定期充电。

在一些现有技术的解决方案中，移动式机器人通过电插座直接充电。机器人包括铰接式的臂，所述臂使机器人能够与电插座连接。

然而，大部分现有技术的解决方案都依靠适合于给机器人充电的充电基座的使用。

为了给机器人充电，只有在机器人位于相对于充电基座的预定位置时，才可以执行机器人与充电基座之间的连接。该预定位置使位于移动式机器人和充电基座上的电连接器能够相互接触。

本领域公知的一些移动式机器人包括摄像头，所述摄像头用来识别投影在位于充电基座上方的天花板上的图像。该图像用作地标以用于机器人到达其可以由充电基座充电的位置。

其它的现有技术试图包括在充电基座上的耦合至在机器人上的红外传感器的红外源的使用，其使机器人能够到达其相对于充电基座的目标位置。

当机器人是大尺寸的机器人（例如，大于1米的尺寸）时，必须以高的精确度引导机器人，以便到达相对于充电基座的目标位置。

然而，现有技术的解决方案不能提供令人满意的精确度，需要进一步改进。

在图8中示出了移动式机器人301和充电基座352的非限制性实施例。例如，如现有技术中已知的，充电基座352是发电机，其是自主的或是连接至国家电网。

示出了用于将移动式机器人301引导至充电基座352的设备349的实施例。

设备349包括电磁信号源360，所述电磁信号源360配置为发射调制电磁信号，每个源的所述调制电磁信号是不同的。

电磁信号源360布置为允许在受限制的几何区域（370i、370₂、370₃、370₄、370₅）中发射信号，在所述几何区域（370i、370₀、370₃、370₄、370₅）中，所述信号部分重叠。信号不完全重叠。在图8中示出了电磁信号源360的布置的实施例。

设备349进一步包括电磁传感器307，所述电磁传感器307位于移动式机器人上，并且配置为感测由电磁信号源360发射的一个或多个电磁信号，以便使机器人301相对于充电基座352取向，并且将机器人引导向充电基座。

因此，充电基座352包括多个这些电磁信号源360，以用于调制电磁信号的发射，所述信号意在被机器人感测到，以用于其相对于充电基座的取向和引导。

机器人301使用所感测的电磁信号，以便到达相对于充电基座的位置，机器人在所述位置由充电基座充电。所感测的信息由机器人301的控制单元306使用，所述控制单元306处理该信息，以便推断机器人301相对于充电基座的位置，并且控制机器人的致动器302来使其朝向机器人可以由充电基座充电的位置移动。该控制单元具有包括处理器并且如果必要包括存储器和一个或多个加载的程序的类型。

机器人必须到达的位置对应于机器人的电连接器351和充电基座的电连接器350可以相互接触的位置。

根据机器人301相对于充电基座的位置，每个电磁传感器感测一个调制电磁信号，或者多个调制电磁信号的总和。

产生电磁信号，使得电磁传感器307可以识别发射信号的电磁源。

如果电磁传感器感测到调制电磁信号，则由于信号在不同的源之间是不同的，所述电磁传感器可以推断已经发射信号的电磁信号源。

如果电磁传感器感测到多个调制电磁信号的总和，则它表示电磁传感器位于由不同的电磁源发射的信号重叠的交集区域中。所述信号配置为使电磁传感器能够认识到所述信号是否对应于不同的信号的总和，以及所述信号是从哪些源发射的。

在一个实施例中，调制电磁信号是带有不同的二进制值的调制的二进制电磁信号。

例如，充电基座包括四个电磁信号源360。在一个实施例中，这些电磁信号源是LED。

每个源360发出调制数字信号，例如，1kHz的1字节，以38kHz对所述信号进行调制。

下文描述了调制电磁信号的一个非限制性实施例。

每字节包括八位，所述八位可以被划分为以下内容：

-三位用于充电基座的识别；

-四位用于电磁信号源的编码；

-一位用于信号的奇偶校验。

通常，对用于一个充电基座的调制电磁信号进行同步。

在一个实施例中，电磁信号源360配置为发射调制电磁信号，将所述调制电磁信号调谐为使电磁传感器307能够检测由不同的电磁信号源360发射的信号的叠加。

例如，可以使用以下的二进制值：

-源360₂：二进制值=0101；

-源360₃：二进制值=1010。

如果机器人的电磁传感器接收到来自这两个源的信号，则二进制信号将为1111（信号的叠加）。这意味着电磁传感器位于这些信号重叠的区域中。

在一个实施例中，每个电磁传感器307适合于输出以下状态信号中的至少一个：

-表示所感测的电磁信号不存在的状态信号；

-表示不同的电磁信号源360的电磁信号的叠加的状态信号；

-表示特定的电磁信号源360的状态信号。

例如，在图8中示出的实施例的情况中，每个电磁传感器307适合于输出以下的状态信号：

-没有感测到的信号；

-表示“源360i”的状态信号；

-表示“源360₂”的状态信号；

-表示“源360₃”的状态信号；

-表示“源360₄”的状态信号；

-表示“源360₂和源360₃”的状态信号（重叠）；

在一个实施例中，充电基座352包括电磁信号源360的布置，在所述布置中：

-具有第一发射角度的电磁信号源（例如源360i、360₄）设置在充电基座的侧部，并且

-具有第二发射角度的电磁信号源（例如源360₂、360₃）设置在充电基座的前部。

在该布置中，第一发射角度大于第二发射角度。

将更大的发射角度用于设置在充电基座的侧部的电磁信号源有利于给充电基座的侧部划定界限。

将更小的发射角度用于设置在充电基座的前部的电磁信号源有利于精确地给用于机器人的到达区域划定界限，该到达区域包括机器人必须到达以便由充电基座充电的充电位置。前部地点对应于机器人必须与充电基座接触以便进行充电的地点。

包括充电基座和移动式机器人的系统380是提供移动式机器人的系统，所述移动式机器人被精确且高效地引导向其充电基座。特别地有利于大尺寸的机器人，所述大尺寸的机器人要求机器人到达相对于充电基座的精确的位置。

在图9和10中，示出了用于相对于充电基座引导移动式机器人的方法的实施例。

在一个实施例中，充电基座352包括电磁信号源360，所述电磁信号源360发射调制电磁信号，每个源的所述信号是不同的，在受限制的几何区域（370i、370₂、370₃、370₄、370₅）中发射所述信号，在所述几何区域（370i、370₂、370₃、370₄、370₅）中，所述信号部分重叠。

机器人301包括电磁传感器307，所述电磁传感器307感测由电磁信号源360发射的一个或多个电磁信号，所述机器人使用所感测到的电磁信号以到达相对于充电基座的位置，在所述位置，机器人由充电基座充电。

在一个实施例中，电磁信号源360发射调制电磁信号，并且电磁传感器307检测发射信号的电磁信号源，和/或电磁信号源360检测由不同的电磁信号源360发射的信号的叠加。

在一个实施例中，机器人首先围绕着其自身进行旋转，并且从所感测的电磁信号推断出其相对于充电基座的相对位置。

在一个实施例中，机器人首先移动，以便垂直于充电基座。

然后，机器人移动得更接近充电基座，直至它的电磁传感器307感测到由布置在充电基座的前部的电磁信号源（360i、360₄）发射的一个或多个电磁调制信号。这表示机器人正在正确的路径上移动。

如果有必要，机器人旋转以便将其包括电连接器351的一侧调整为朝向充电基座。在一个实施例中，机器人的电连接器351位于机器人的背部侧。因此，机器人需要使其背部侧取向为朝向充电基座。在图8中，将机器人的背部侧取向为朝向充电基座，并且将机器人的前部侧取向为与充电基座相对。在图8中，机器人的右电连接器连接至电池的地，并且左电连接器连接至电池的正极端子。类似地，充电基座的右电连接器连接至地，并且左电连接器连接至正极端子。

然后，机器人朝向充电基座移动，直至它检测到与充电基座的电接触。根据电连接器的位置和机器人的取向，该移动可以是相对于机器人的取向的后退移动。

所述电接触对应于机器人的电连接器与充电基座的电连接器之间的电接触。

当检测到电接触时，由充电基座对机器人进行充电。

在充电期间，执行监测步骤。

在一个实施例中，机器人监测与充电基座之间的电接触，并且如果电接触断开，则改变它的位置。这种位置的改变通常通过小幅度的移动来完成。

在一个实施例中，如果机器人检测到其电磁传感器在预定的时间周期期间没有感测到由电磁信号源发射的任意电磁调制信号，则机器人向用户提供指示。该指示例如是警报。

这可以意味着充电基座已经关断，例如因为电断路。机器人因此向用户告知该情况。

这进一步的方案可以总结为一种用于将移动式机器人（301）引导向充电基座（352）以便给移动式机器人（301）充电的设备（349），所述设备（349）包括：

电磁信号源（360），位于充电基座上，并且配置为发射调制电磁信号，每个源的所述调制电磁信号是不同的，电磁信号源（360）布置为允许在受限制的几何区域（370i、370₂、370₃、370₄）中发射所述信号，在所述受限制的几何区域（370i、370₂、370₃、370₄）中，所述信号部分重叠，

电磁传感器（307），位于移动式机器人上，并且配置为感测由电磁信号源（360）发射的一个或多个电磁信号，以便将机器人（301）引导向充电基座（352）。

以下是优选的但是可选的设备的方案：

-产生调制电磁信号，使得电磁传感器（307）可以识别发射信号的电磁源；

-调制电磁信号是具有不同的二进制值的调制的二进制电磁信号；

-电磁信号源（360）配置为发射调制电磁信号，调谐所述调制电磁信号以使电磁传感器（307）能够检测由不同的电磁信号源（360）发射的信号的叠加。

-每个电磁传感器（307）适合于输出以下的状态信号中的至少一个：

表示不存在所感测的电磁信号的状态信号；

表示不同的电磁信号源（360）的电磁信号的叠加的状态信号；

表示特定的电磁信号源（360）的状态信号。

另一个总结是一种充电基座，配置为与移动式机器人（301）协作，以便给所述移动式机器人充电，所述充电基座包括：

电磁信号源（360），配置为发射调制电磁信号，每个源的所述调制电磁信号是不同的，所述电磁信号源（360）布置为允许在受限制的几何区域（370i、370₂、370₃、370₄）中发射所述信号，在所述几何区域（370i、370₂、370₃、370₄）中，所述信号部分重叠，所述信号意在被机器人感测，以便将机器人（301）引导向充电基座（352）。

以下是优选的但是可选的充电基座的方案：

-产生调制电磁信号，使得电磁传感器（307）可以识别发射信号的信号源；

-电磁信号源（360）配置为发射调制电磁信号，调谐所述调制电磁信号以使电磁传感器（307）能够检测由不同的电磁信号源（360）发射的信号的叠加；

-充电基座包括电磁信号源（360）的布置，在所述布置中：

具有第一发射角度的电磁信号源（360i、360₄）设置在充电基座的侧部，

具有第二发射角度的电磁信号源（360₂、360₃）设置在充电基座的前部。

第一发射角度大于第二发射角度。

其它总结是：

-一种系统（380），包括：

移动式机器人（301），包括位于移动式机器人上的电磁传感器（307），以及

根据权利要求6至10中的任意一项所述的充电基座（352），其中，电磁传感器（307）配置为感测由充电基座（352）的电磁信号源（360）发射的一个或多个电磁信号，以便将机器人（301）引导向充电基座（352）；

-用于相对于充电基座引导移动式机器人以便给移动式机器人充电的方法，其中：

充电基座（352）包括电磁信号源（360），所述电磁信号源（360）发射调制电磁信号，每个源的所述信号是不同的，在受限制的几何区域（370i、370₂、370₃、370₄）中发射所述信号，在所述几何区域（370i、370₂、370₃、370₄）中，所述信号部分重叠，并且

机器人（301）包括电磁传感器（307），所述电磁传感器（307）感测由电磁信号源（360）发射的一个或多个电磁信号，机器人使用所感测的电磁信号以到达相对于充电基座的位置，在所述位置，机器人由充电基座充电。

以下是优选的但是可选的上述方法的方案：

-所述方法包括机器人围绕其自身进行旋转，并且从所感测的电磁信号推断其相对于充电基座的相对位置的步骤；

-电磁信号源（360）发射调制电磁信号，并且

电磁传感器（307）检测发射信号的电磁信号源，和/或

电磁信号源（360）检测由不同的电磁信号源（360）发射的信号的叠加。

-所述方法包括以下的步骤：

机器人移动以便垂直于充电基座，

机器人移动得更接近充电基座，直至它的电磁传感器（307）感测到由布置在充电基座的前部的电磁信号源（360i、360₄）发射的一个或多个电磁调制信号，以及

机器人朝向充电基座移动，直至它检测到与充电基座的电接触；

-机器人监测机器人与充电基座之间的电接触，并且如果电接触断开，则改变其位置；

-如果机器人检测到其电磁传感器在预定的时间段期间没有感测到由电磁信号源发射的任何调制电磁信号，则机器人向用户提供指示。

实施例的组合

已经描述的所有四种发明方案可以结合起来。

替代地，这些实施例中的仅一些实施例可以结合起来。

替代地，每个实施例可以单独地实施。

本发明适用于所有的移动式机器人，特别是安保机器人、家庭机器人和/或户外机器人，其中所述移动式机器人是远程控制的，并且适合于在空间内移动。

Claims

1.一种用于移动式机器人（1）的控制设备（9），所述机器人（1）包括摄像头（3）和通信单元（4），所述控制设备（9）包括：

显示单元（10），其显示与由所述摄像头（3）取得的且由所述通信单元（4）传送的图像相对应的图像，以及

用户接口（11），

其中，

所述用户接口（11）配置为使用户能够控制指针（15）在由所述显示单元（10）显示的所述图像上的位置，并且

所述用户接口（11）包括选择单元（16），该选择单元（16）使所述用户能够选择所述指针（15）在由所述显示单元（10）显示的所述图像上的位置，

所述控制设备（9）还包括计算单元（13）和通信系统（14），

所述计算单元（13）配置为计算位移命令，并且通过所述通信系统（14）将所述位移命令发送给所述机器人（1），计算所述位移命令，以使所述机器人移动至与由所述用户在所述图像上选择的所述指针的位置相对应的物理位置。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述指针（15）是一图案，该图案的方位取决于所述图像中的所述指针的空间取向和/或位置。

3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述指针（15）是符合透视法地描绘的、平行于物理环境的平面的图案，所述机器人在所述物理环境的平面中移动。

4.根据权利要求3所述的控制设备，其中，所述平面对应于墙的平面、或地板的平面、或位于所述物理环境中的对象的平面。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的控制设备，其中，所述指针（15）的大小取决于：所述机器人和与所述指针位于所述图像中的所述位置相对应的所述物理位置之间的距离。

6.一种用于移动式机器人的系统（12），包括：

移动式机器人（1），所述机器人（1）包括摄像头（3）和通信单元（4），以及

根据权利要求1至5中的任意一项所述的控制单元（9）。

7.一种用于控制移动式机器人的方法，所述机器人（1）包括摄像头（3）和通信单元（4），所述控制设备（9）包括：

显示单元（10），其显示与由所述摄像头（3）取得的且由所述通信单元（4）传送的图像相对应的图像，

用户接口（11），

计算单元（13），以及

通信系统（4），配置为与所述机器人的所述通信单元（4）通信，

所述方法包括以下的步骤：

-用户通过所述用户接口（11）控制指针（15）在由所述显示单元（10）显示的所述图像上的位置，

-所述用户通过选择单元（16）选择由所述显示单元（10）显示的所述图像上的所述指针的位置，

-所述计算单元计算位移命令，并且通过所述通信系统将所述位移命令发送给所述机器人（1），计算所述位移命令，以使所述机器人移动至与由所述用户在所述图像上选择的所述指针的位置相对应的物理位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述指针是一图案，该图案的方位取决于所述图像中的所述指针的空间取向和/或位置。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述指针是符合透视法地描绘的、平行于物理环境的平面的图案，所述机器人在所述物理环境的平面中移动。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述平面对应于墙的平面、或地板的平面、或位于所述物理环境中的对象的平面。

11.根据权利要求7至10中的任意一项所述的方法，其中，所述指针的大小取决于：所述机器人和与所述指针位于所述图像中的所述位置相对应的所述物理位置之间的距离。