CN104302218A - 自主覆盖机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动机器人(100)，其包含具有前向驱动方向(F)的机器人主体(110)、支撑所述机器人主体的驱动系统(120)及与所述驱动系统通信的机器人控制器(150)。所述机器人还包含由所述机器人主体的前向部分(112)以可移动方式支撑的缓冲器(130)及安置于所述缓冲器上的障碍物传感器系统(400)。所述障碍物传感器系统包含：至少一个接触传感器(420)，其安置于所述缓冲器上；至少一个接近度传感器(410)，其安置于所述缓冲器上；以及辅助电路板(450)，其安置于所述缓冲器上且与所述至少一个接触传感器、所述至少一个接近度传感器及所述机器人控制器通信。

Description

自主覆盖机器人
技术领域
本发明涉及自主覆盖机器人。
背景技术
长期以来一直使用湿拖把或海绵来手动地进行家居表面的湿式清洁。将拖把或海绵浸泡到填充有清洁流体的容器中以允许拖把或海绵吸收一定量的清洁流体。接着使拖把或海绵在表面上移动以将清洁流体施涂到表面上。清洁流体与表面上的污染物相互作用且可将污染物溶解或以其它方式乳化到清洁流体中。因此，清洁流体被变换成包含清洁流体及悬浮地保持于清洁流体内的污染物的废液。此后，使用海绵或拖把来从表面吸收废液。尽管清洁水在某种程度上有效地用作施涂到家居表面的清洁流体，但清洁通常是用为清洁水与肥皂或清洁剂的混合物的清洁流体进行的，所述肥皂或清洁剂与污染物反应以将污染物乳化到水中。
海绵或拖把可用作用于擦洗地板表面且尤其是在其中从家居表面移除污染物特别困难的区域中进行擦洗的擦洗元件。擦洗行动用于搅动清洁流体以与污染物混合以及施加摩擦力以使污染物从地板表面松动。搅动增强清洁流体的溶解及乳化行动，且摩擦力有助于打破表面与污染物之间的结合。
在清洁地板表面的区域之后，从拖把或海绵冲洗掉废液。这通常是通过将拖把或海绵浸泡回到填充有清洁流体的容器中来进行。冲洗步骤使废液污染清洁流体，且每当冲洗拖把或海绵时，清洁流体就更多地被污染。因此，清洁流体的有效性随着清洁更多的地板表面区域而劣化。
一些手动地板清洁装置具有手柄，所述手柄具有支撑于所述手柄上的清洁流体供应容器及在所述手柄的一端处的擦洗海绵。这些装置包含支撑于所述手柄上以用于将清洁流体喷涂到地板上的清洁流体施配喷嘴。这些装置还包含用于从擦洗海绵绞出废液并使其进入到废物容器中的机械装置。
清洁地板的手动方法可为劳动密集型且费时的。因此，在例如医院、大型零售商店、自助餐厅等许多大型建筑物中，每天或每晚对地板进行湿式清洁。已开发出能够对地板进行湿式清洁的工业地板清洁“机器人”。为了实施在大型工业区域中所需的湿式清洁技术，这些机器人通常为大的、昂贵且复杂的。这些机器人具有提供原动力以使湿式清洁装置沿着清洁路径自主移动的驱动组合件。然而，由于这些工业大小的湿式清洁装置重达数百磅，因此这些装置通常需由操作者照看。举例来说，操作者可关断装置，且因此，避免可在传感器故障或未预料到的控制可变因素的情况下出现的显著损坏。作为另一实例，操作者可辅助使湿式清洁装置移动以在物理上躲避受局限区域或障碍物或在其当中导航通过。
发明内容
本发明的一个方面提供一种移动机器人，其包含：机器人主体，其具有前向驱动方向；驱动系统，其将所述机器人主体支撑于地板表面上面以操纵所述机器人跨越所述地板表面；以及主电路板，其与所述驱动系统通信。所述机器人还包含缓冲器框架，其由所述机器人主体支撑且界定与所述机器人主体的前外围互补的形状。安置于所述缓冲器框架上的障碍物传感器系统包含由所述缓冲器框架支撑的多路复用辅助电路板。所述辅助电路板包含计算处理器及存储器。所述计算处理器能够执行存储于所述存储器上的指令。所述障碍物传感器系统包含沿着所述缓冲器框架分布的接近度传感器阵列。每一接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。所述障碍物传感器系统还包含串行通信线，其将所述辅助电路板连接到所述主电路板，所述通信线具有少于一半的将所述接近度传感器阵列连接到所述辅助电路板的所述导线的数目。
本发明的实施方案可包含以下特征中的一或多者。在一些实施方案中，至少一个接近度传感器包含一对会聚式红外线发射器-传感器元件、声纳传感器、超声传感器、三维体积点云成像装置或接触传感器。在一些实例中，每一接近度传感器包含具有发射场的红外线发射器及具有检测场的红外线检测器。所述红外线发射器及所述红外线检测器经布置使得所述发射场与所述检测场重叠。
在一些实施方案中，所述接近度传感器阵列包含沿着所述缓冲器框架的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器阵列。每一墙壁接近度传感器实质上平行于所述地板表面指向外。
所述障碍物传感器系统可包含沿着所述缓冲器框架分布且安置于所述驱动系统的轮的前向的陡壁接近度传感器阵列。每一陡壁接近度传感器向下指向所述地板表面处以检测所述地板表面的下落边缘。此外，每一陡壁接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。
在一些实施方案中，所述障碍物传感器系统包含安置于所述缓冲器框架上且具有在45度与270度之间的水平视场的至少一个光学局限传感器。所述光学局限传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。
所述接近度传感器阵列可包含至少四个离散接近度传感器的阵列。在一些实例中，所述接近度传感器阵列包含具有第一传感器类型的三个或三个以上接近度传感器的第一传感器阵列及具有不同于所述第一传感器类型的第二传感器类型的三个或三个以上传感器的第二传感器阵列。在一些实例中，尽管将传感器阵列描述为接近度传感器阵列，但第一传感器类型及不同于第一传感器类型的第二传感器类型可为本文中所描述的除接近度传感器之外的任何多种传感器。所述第一传感器阵列可相对于所述地板表面垂直安置于所述缓冲器框架上的所述第二传感器阵列上面。所述传感器阵列中的一者可包含沿着所述缓冲器框架的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器阵列。每一墙壁接近度传感器实质上平行于所述地板表面指向外。所述另一传感器阵列可包含沿着所述缓冲器框架分布且安置于所述驱动系统的轮的前向的陡壁接近度传感器阵列。每一陡壁接近度传感器向下指向所述地板表面处以检测所述地板表面的下落边缘。此外，每一陡壁接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。
在一些实施方案中，所述辅助电路板从所述接近度传感器阵列接收传感器信号，对所述所接收传感器信号执行传感器数据处理，及将所述经处理传感器信号封装到可由所述主电路板辨识的数据包中。所述传感器数据处理可包含模/数转换、信号滤波或信号调节中的至少一者。
在一些实例中，所述缓冲器主体装纳且密封所述缓冲器框架及所述障碍物传感器系统以防流体渗入。所述缓冲器主体可界定经定大小以接纳所述串行通信线的孔口，且所述孔口可界定小于一平方厘米的面积。在一些实例中，所述孔口界定小于所述缓冲器主体的表面积的百分之一的面积。所述串行通信线具有与所述孔口的经密封装配。
本发明的另一方面提供一种移动机器人。所述移动机器人包含沿着缓冲器框架分布的接近度传感器阵列，且每一接近度传感器包含具有发射场的红外线发射器及具有检测场的红外线检测器。每一接近度传感器具有在红外线发射器与红外线检测器之间界定的传感器长度。所述阵列中的每一接近度传感器对应于沿着所述移动机器人的所述前外围的预定接近度传感器位置且所述阵列中的所述接近度传感器中的至少一些接近度传感器沿着所述移动机器人的所述前外围彼此重叠。
在一些实例中，所述阵列中的个别传感器长度的累加总和大于所述阵列的沿着所述机器人的所述前外围所取的长度。
在一些实例中，每一接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到辅助电路板。串行通信线将所述辅助电路板连接到所述主电路板，所述通信线具有少于一半的将所述接近度传感器阵列连接到所述辅助电路板的所述导线的数目。所述缓冲器还包含装纳所述缓冲器框架及所述障碍物传感器系统的缓冲器主体壳体。所述缓冲器主体界定经定大小以接纳所述串行通信线的孔口。
在一些实施方案中，所述缓冲器主体密封所述缓冲器框架及所述障碍物传感器系统以防流体渗入。所述串行通信线具有与所述孔口的经密封装配。
至少一个接近度传感器可包含一对会聚式红外线发射器-传感器元件、声纳传感器、超声传感器、三维体积点云成像装置或接触传感器。在具有红外线发射器及红外线检测器的一些实例中，所述红外线发射器及所述红外线检测器经布置使得所述发射场与所述检测场重叠。
在一些实施方案中，所述接近度传感器阵列包含沿着所述缓冲器框架的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器阵列。每一墙壁接近度传感器实质上平行于所述地板表面指向外。
所述障碍物传感器系统可包含沿着所述缓冲器框架分布且安置于所述驱动系统的轮的前向的陡壁接近度传感器阵列。每一陡壁接近度传感器向下指向所述地板表面处以检测所述地板表面的下落边缘。此外，每一陡壁接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。
在一些实施方案中，所述障碍物传感器系统包含安置于所述缓冲器框架上且具有在45度与270度之间的水平视场的至少一个光学局限传感器。所述光学局限传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。
所述接近度传感器阵列可包含至少四个离散接近度传感器的阵列。在一些实例中，所述接近度传感器阵列包含具有第一传感器类型的三个或三个以上接近度传感器的第一传感器阵列及具有不同于所述第一传感器类型的第二传感器类型的三个或三个以上传感器的第二传感器阵列。所述第一及第二传感器阵列类型可为本文中所论述的传感器类型中的至少任一者。所述第一传感器阵列可相对于所述地板表面垂直安置于所述缓冲器框架上的所述第二传感器阵列上面。所述传感器阵列中的一者可包含沿着所述缓冲器框架的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器阵列。每一墙壁接近度传感器实质上平行于所述地板表面指向外。所述另一传感器阵列可包含沿着所述缓冲器框架分布且安置于所述驱动系统的轮的前向的陡壁接近度传感器阵列。每一陡壁接近度传感器向下指向所述地板表面处以检测所述地板表面的下落边缘。此外，每一陡壁接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。
在一些实施方案中，所述辅助电路板从所述接近度传感器阵列接收传感器信号，对所述所接收传感器信号执行传感器数据处理，及将所述经处理传感器信号封装到可由所述主电路板辨识的数据包中。所述传感器数据处理可包含模/数转换、信号滤波或信号调节中的至少一者。
本发明的另一方面提供一种移动机器人。所述移动机器人包含沿着所述缓冲器框架分布的接近度传感器阵列，且每一接近度传感器包含具有发射场的红外线发射器及具有检测场的红外线检测器。每一接近度传感器具有收集于至少一个导线收集器中的至少两个导线，所述至少一个导线收集器连接到所述辅助电路板。通信线将所述辅助电路板连接到所述主电路板。在一些实例中为硬壳式外壳的联合式壳套具有两个或两个以上配合凹面容座。所述两个或两个以上配合凹面容座沿着闭合轮缘配合且沿着所述轮缘密封。所述联合式壳套包封所述接近度传感器阵列及所述辅助电路板。所述联合式壳套包单个经密封孔隙，所述通信线通过所述单个经密封孔隙引出。
在一些实例中，所述通信线为具有少于一半的将所述接近度传感器阵列连接到所述辅助电路板的导线的数目的串行通信线。
在一些实例中，所述单个经密封孔隙界定小于由所述配合凹面容座界定的所述联合式壳套的表面积的百分之一的面积。在以上实例中的任一者中，所述单个经密封孔隙为界定小于一平方厘米的面积的孔口。在以上所列的实例中的任一者中，根据权利要求所述的移动机器人，其中由所述配合凹面容座界定的联合式壳套具有3或3以上的日本工业标准(JIS)防水评级。在以上实例中的任一者中，根据权利要求所述的移动机器人，其中所述联合式壳套由可透IR且阻挡可见光的塑料制成。
在本发明的又一方面中，一种操作具有缓冲器的移动机器人的方法包含：在安置于所述缓冲器上的辅助电路板中从安置于所述缓冲器上的一或多个传感器接收传感器信号，在缓冲器控制器上处理所接收传感器信号，及将基于经处理传感器信号的传感器事件从所述辅助电路板传递到机器人的机器人控制器。
在一些实施方案中，所述方法包含从安置于所述缓冲器上的接触传感器、安置于所述缓冲器上的接近度传感器或安置于所述缓冲器上的相机中的至少一者接收传感器信号。所接收传感器信号的处理可包含模/数转换、信号滤波或信号调节中的至少一者。所述方法可包含经由可经密封以防流体渗入的单个通信路径将传感器事件从所述辅助电路板传递到所述机器人控制器。
所述方法可包含响应于来自所述辅助电路板的所接收传感器事件在所述机器人控制器上执行映射路由以确定围绕机器人的环境的局部感测感知。此外，所述方法可包含基于所执行映射例程的结果而将驱动命令从所述机器人控制器发布到所述机器人的驱动系统。
在一些实例中，所述方法包含在所述机器人控制器上执行控制系统。所述控制系统包含彼此通信的控制仲裁系统及行为系统。所述行为系统基于从所述缓冲器控制器接收的传感器事件而执行影响所述控制仲裁系统对命令的执行的至少一个行为。所述至少一个行为可基于从机器人传感器系统接收的传感器信号而影响所述控制仲裁系统对命令的执行。
在附图及以下描述中陈述本发明的一或多个实施方案的细节。依据描述及图式且依据权利要求书，其它方面、特征及优点将显而易见。
附图说明
图1是示范性表面清洁机器人的透视图。
图2是图1中所展示的机器人的仰视图。
图3是图1中所展示的机器人的部分分解图。
图4是图1中所展示的机器人的截面图。
图5是覆盖机器人的示范性缓冲器的部分分解图。
图6是示范性障碍物传感器系统的透视图。
图7是覆盖机器人的示范性缓冲器的后透视图。
图8A是连接到多个接近度传感器的示范性导线收集器的俯视图。
图8B及8C是布置于缓冲器上的接近度传感器的两个堆叠且交错的传感器阵列的示范性发射场及检测场的示意图。
图8D-8F是接近度传感器的示范性发射场及检测场的示意图。
图9A及9B是表面清洁机器人的传感器视场的示意性截面俯视图。
图10A是支撑多个传感器阵列的示范性缓冲器的前透视图。
图10B是具有将辅助电路板连接到机器人控制器的通信线的缓冲器的部分俯视图。
图10C是示范性缓冲器框架的部分后透视图。
图11A是支撑具有用于连接到机器人控制器的通信线的辅助电路板的示范性缓冲器的前透视图。
图11B是支撑传感器阵列的示范性缓冲器的部分俯视透视图。
图12是覆盖机器人的缓冲器系统的示意图。
图13是示范性机器人系统的示意图。
图14是示范性机器人控制系统的示意图。
图15提供用于操作移动机器人的方法的示范性操作布置。
在各图式中，相似的参考符号指示相似的元件。
具体实施方式
移动自主机器人可在横越表面的同时进行清洁。机器人可通过搅动湿碎屑而从表面移除所述碎屑及/或通过将清洁液体施涂到表面、在表面上散布(例如，涂抹、擦洗)清洁液体并从表面收集废物(例如，实质上所有的清洁液体及混合于其中的碎屑)而对表面进行湿式清洁。
参考图1-4，在一些实施方案中，机器人100包含由驱动系统120支撑的主体110。机器人主体110具有前向部分112及后向部分114。驱动系统120包含右驱动轮模块120a及左驱动轮模块120b。轮模块120a、120b沿着由主体110界定的横向轴X实质上对置且包含驱动相应轮124a、124b的相应驱动电动机122a、122b。驱动电动机122a、122b可以可释放方式连接到主体110(例如，经由紧固件或免工具连接)，其中驱动电动机122a、122b任选地实质上定位于相应轮124a、124b上方。轮模块120a、120b可以可释放方式附接到主体110且由相应弹簧迫使成与清洁表面10啮合。机器人100可包含经安置以支撑机器人主体110的前向部分112的脚轮126。
机器人100可通过相对于由主体110界定的如下三个相互垂直轴的移动的各种组合而移动跨越清洁表面10：横向轴X、前后轴Y及中心垂直轴Z。沿着前后轴Y的前向驱动方向标示为F(下文中有时称为“前向”)，且沿着前后轴Y的向后驱动方向标示为A(下文中有时称为“后向”)。横向轴X实质上沿着由轮模块120a、120b的中心点界定的轴在机器人100的右侧R与左侧L之间延伸。
机器人100可包含具有流体施涂器170的湿式清洁系统160，流体施涂器170沿着横向轴X延伸且在从湿式真空涂刷器180b向后进行湿式真空吸尘期间将清洁液体施配到表面10上以允许所施配流体停留在清洁表面10上。在机器人100围绕清洁表面10操纵时，湿式真空涂刷器180b吸收先前所施配的液体及悬浮于其中的碎屑。
机器人100可包含具有滚刷192(例如，具有刷毛及/或搅拌片)的干式清洁系统190，滚刷192平行于横向轴X延伸且由机器人主体110以可旋转方式支撑以在干式真空涂刷器180a的后向且在湿式真空涂刷器180b的前向接触地板表面10。
参考图1-7，在一些实施方案中，主体110的前向部分112承载缓冲器130，举例来说，在于清洁例程期间轮模块120a、120b推进机器人100跨越清洁表面10时，缓冲器130检测(例如，经由一或多个传感器)机器人100的行驶路径中的一或多个事件。机器人100可通过回应于由缓冲器130检测到的事件(例如，障碍物、陡壁、墙壁)而控制轮模块120a、120b操纵机器人100(例如，远离障碍物)来对所述事件做出响应。尽管本文中将一些传感器描述为布置于缓冲器130上，但这些传感器可另外或替代地布置于机器人100上的各种不同位置中的任一者处。
在一些实施方案中，缓冲器130包含由机器人主体110支撑且界定与机器人主体110的前外围互补的形状的缓冲器框架131。安置于缓冲器框架131上的障碍物传感器系统400包含缓冲器控制器450(例如，多路复用与串行化辅助电路板)，其包含计算处理器452(例如，微控制器)及存储器454(例如非暂时性存储器)。计算处理器452能够执行存储于存储器454上的指令。辅助电路板450从安置于缓冲器130上(例如，缓冲器框架131或缓冲器壳体133上)的缓冲器传感器410接收传感器信号并与由主体110承载的机器人控制器150(例如，主电路板)通信(例如，经由串行通信)。举例来说，辅助电路板450从缓冲器传感器410接收传感器信号，处理传感器数据并将具有传感器状态的数据包455(图10)传递到机器人控制器150(即，主电路板)。具有第一部分133a及第二部分133b(例如，其可连接在一起)的缓冲器壳体133可装纳框架131及障碍物传感器系统400。缓冲器壳体133可将障碍物传感器系统400密封(例如，以气密方式)于其中以避免可由流体渗入产生的电短路及损坏。
如图5及7中所展示，在一些实施方案中，缓冲器壳体133为包含两个或两个以上配合凹面容座(举例来说，第一部分133a及第二部分133b)的联合式壳套。两个或两个以上配合凹面容座133a、133b沿着闭合轮缘1133配合，闭合轮缘1133包含沿着所述轮缘1133的密封件(例如，垫圈(未展示))以包封框架131及安置于其上的所有元件。轮缘1133为第一配合凹面容座133a的第一轮缘部分1133a与第二配合凹面容座133b的第二轮缘部分1133b之间的接缝。在一些实例中，缓冲器壳体133为用于框架131及安置于其上的所有元件(例如传感器410阵列及缓冲器控制器450(也称为远程或辅助电路板))的硬壳式外壳。缓冲器壳体133将例如接近度传感器410阵列等缓冲器传感器410及辅助电路板450密封于其中。缓冲器壳体133包含单个经密封孔隙485，通信线480通过孔隙485从辅助电路板450引出以与机器人100的主电路板配合。在一些实例中，缓冲器壳体133由可透红外线(IR)且阻挡可见光的塑料制成。
在一些实施方案中，单个经密封孔隙485界定小于由配合凹面容座133a、133b界定的缓冲器壳体133的表面积的百分之一的面积。单个经密封孔隙485可为界定小于一平方厘米的面积的孔口。
缓冲器壳体133具有3或3以上的日本工业标准(JIS)防水评级。产品防水性的JIS评级量表为使用“0”到“8”来界定构建到产品中的进水保护等级的评级量表。根据以下定义界定了各种JIS类别：
JIS“0”-无特殊保护
JIS“1”-垂直滴水应不具有有害影响(防滴水1)
JIS“2”-与垂直线成最高15度的角度的滴水应不具有有害影响(防滴水2)
JIS“3”-与垂直线成最高60度的角度的降雨应不具有有害影响(防雨)
JIS“4”-来自任何方向的溅水应不具有有害影响(防溅)
JIS“5”-来自任何方向的直接喷水应不具有有害影响(防喷)
JIS“6”-来自任何方向的直接喷水应不进入外壳(不透水)
JIS“7”-当将外壳在经定义条件下浸没于水中时，水应不进入外壳(耐浸没)
JIS“8”-装备可用于在指定压力下连续浸入于水中(可浸入)
还参考图8A-8D，障碍物传感器系统400可包含安置于缓冲器130上以用于检测附近障碍物的一或多个接近度传感器410(例如，沿着缓冲器框架131分布的接近度传感器410阵列)。在一些实施方案中，接近度传感器410阵列包含至少四个接近度传感器。接近度传感器410可为在物体或障碍物处于机器人100的给定范围内时将信号提供到辅助电路板450的会聚式红外线(IR)发射器-传感器元件、声纳传感器、超声传感器及/或成像传感器(例如，3D体积点云图像传感器)。在一些实施方案中，每一接近度传感器410包含壳体412，壳体412固持光学发射器414及光子检测器416，此两者背对机器人100且朝向彼此成角度以分别具有会聚式发射场415及检测场417。在一些实例中，发射器414及检测器416经布置以在其之间具有在40度与60度之间(例如，50度)的角度β，使得其对应发射场415与检测场417会聚或重叠。在图8C中所展示的实例中，壳体412经配置以对发射场415及检测场417进行定形，使得两个场在一侧上(例如，在外部分上)具有10度展开中心且在另一侧上(例如，在内部分上)具有25-30度展开中心。此外，每一接近度传感器410可具有收集于连接到辅助电路板450的至少一个导线收集器401中的至少两个导线413。在一些实施方案中，导线收集器401为线束、柔性电路板或带状电缆。在图8A中所展示的实例中，导线收集器401为在连接器402处连接到辅助电路板450的线束。障碍物传感器系统400还包含将辅助电路板450连接到主电路板150的串行通信线480。通信线480包含少于一半的将阵列接近度传感器410连接到辅助电路板450的导线413的数量或数目计数。
再次参考图1-7，在所展示的实例中，障碍物传感器系统400包含沿着缓冲器130的前向周界均匀地布置于缓冲器框架131中且与地板表面10实质上平行地指向外以用于检测附近墙壁的墙壁接近度传感器阵列410a阵列(例如，10个墙壁接近度传感器410a)。障碍物传感器系统400还可包含经布置以检测机器人100何时遇到地板10的下落边缘(例如其何时遇到一组楼梯)的一个陡壁接近度传感器410b或一陡壁接近度传感器410b阵列(例如，四个陡壁接近度传感器410b)。陡壁接近度传感器410b可指向下且位于缓冲器130的下部部分132上在缓冲器130的前缘136附近及/或在驱动轮124a、124b中的一者前方。光学发射器414朝向地板表面10产生光学信号。所述光学信号离开地板表面10而朝向光子检测器416往回反射且由光子检测器416检测。缓冲器框架131或缓冲器壳体133可接纳接近度传感器壳体412并将其固持于特定定向中(例如，以使接近度传感器朝向地板指向下或指向外以检测墙壁)。在一些实施方案中，缓冲器壳体133将接近度传感器壳体412界定为整体部件。
在一些情况中，使用红外线发射器414及红外线检测器416而使用红外线(IR)接近度或实际范围感测来实施陡壁及/或墙壁感测，红外线发射器414及红外线检测器416朝向彼此成角度以便在应预期为地板的位置处具有重叠的发射场场及检测场以及因此检测区。IR接近度感测可具有相对窄的视场，出于可靠性目的而可取决于表面反照率，且可在不同表面间具有变化的范围准确度。因此，多个离散陡壁接近度传感器410b可围绕机器人100的周界放置以从机器人100上的多个点充分地检测陡壁。
每一接近度传感器410、410a-b可以数千赫兹的频率调制光学发射器414，且使用光子检测器416检测调谐到所述频率的任何信号。当光子检测器416未能输出检测信号时，不存在预期目标表面且检测不到重叠。作为响应，辅助电路板450可将指示检测到墙壁或陡壁的数据包455发送到机器人控制件150，机器人控制件150可执行致使机器人100规避检测到的墙壁或陡壁的规避算法。当检测到经反射光学信号时，处理继续。
在一些实施方案中，陡壁接近度传感器410b检测到机器人100的停滞。举例来说，机器人控制器150可执行致使机器人100沿着地板表面10以摆动运动来回移动的命令。当机器人100在地板表面10上移动(例如，以直线运动、以转弯运动、以摆动运动)时，在无来自机器人100的其它组件的实质干扰的情况下，每一陡壁接近度传感器410b可检测经反射光学信号的小变化，其对应于地板表面10的变化。当检测到离开地板表面10的经反射光学信号的变化的缺失时，辅助电路板450及/或机器人控制器150可确定停滞或卡住状况。
安置于缓冲器130上且实质上布置于右驱动轮124a及左驱动轮124b的前向且分别与右驱动轮124a及左驱动轮124b实质上对准的右陡壁接近度传感器410br及左陡壁接近度传感器410bl可允许机器人100以相对高的前进速率(例如，约200mm/s到约400mm/s)行进，同时允许机器人100具有充足时间来检测陡壁事件且成功地对检测到的陡壁事件做出响应(例如，克服前进动量力以在一或多个轮124a、124b越过陡壁之前停止)。
接近度传感器410可单独地起作用或作为替代方案出于冗余目的可结合一或多个接触传感器420(例如，碰撞开关)起作用。举例来说，机器人主体110上的一或多个接触或碰撞传感器420可检测机器人100是否物理上遇到障碍物。此类接触传感器420可使用机器人100内的例如电容等物理性质或物理移位来确定其何时遇到障碍物。在所展示的实例中，接触传感器420检测缓冲器130相对于机器人主体110的移动。在一些实例中，接触传感器420以可旋转方式安装到缓冲器130且包含用于检测由缓冲器130接触物体产生的移动的霍尔效应传感器。
参考图7，缓冲器130可包含安置于缓冲器130的相应右部分130r及左部分130l上以用于感测与障碍物的碰撞/接触且用于确定相对于驱动方向F的入射角及/或机器人100相对于障碍物的定向的右接触传感器420r及左接触传感器420l。举例来说，如果右接触传感器420r检测到碰撞而左接触传感器420l未检测到，那么机器人控制器150可确定机器人100在其右侧上行驶到了障碍物上且反之亦然。如果接触传感器420r、420l两者均将碰撞信号提供到机器人控制器150或主电路板，那么辅助电路板450可确定机器人100沿着前向驱动方向F行驶到了障碍物上。虽然展示了两个接触传感器420r、420l，但可使用任何数目个碰撞传感器420。
在一些实施方案中，接触传感器420r、420l与辅助电路板450通信，辅助电路板450又经由缓冲器通信线480及连接器486与机器人控制器150通信。通信连接器486可安置于缓冲器壳体133上或机器人控制器150上且以气密方式与其密封在一起。辅助电路板450可执行响应于从接触传感器420r、420l中的任一者接收到传感器信号而确定相对于前向驱动方向的位置、方向及/或其它碰撞参数的碰撞算法。
参考图4-7、9A及9B，障碍物传感器系统400可包含安置于缓冲器130上的一或多个局限传感器430。局限传感器430可为具有由光学器件引导的水平视场432(例如，在45°与270°之间)的光学(例如，红外线)传感器。控制器150可从多个局限传感器430接收传感器信号以模拟一个传感器。此外，控制器150可使用多个局限传感器430确定检测到的红外线光束的方向性。
在图9A中所展示的实例中，缓冲器130包含安置于缓冲器130的上部部分134上的单个局限传感器430。基于局限传感器430的放置(例如，视场432由机器人主体110的一部分阻挡)或由于传感器的操作参数，局限传感器430可具有在30度与360度之间的视场432。对于小于360度的视场432a，局限传感器430可经布置以具有在机器人100正后面的盲点区域434。
在图9B中所展示的实例中，缓冲器130包含安置于缓冲器130的上部部分134上的第一、第二及第三局限传感器430a-c。第一局限传感器430a沿着前向驱动方向F瞄准前向，第二局限传感器430b沿着右方向R瞄准，且第三局限传感器430c沿着左方向L瞄准。因此，第一、第二及第三局限传感器430a-c的视场432a-c可重叠，从而提供冗余感测。在所展示的实例中，第一、第二及第三局限传感器430a-c的视场432a-c沿着前向驱动方向F重叠以沿着所述方向提供冗余感测以便减小意外地与物体/障碍物相撞或从陡壁边缘跌落的任何可能性。在一些实例中，第一局限传感器430a的第一视场432a可以前向驱动方向F为中心，其中第二及第三局限传感器430b-c的第二及第三视场432b-c沿着前向驱动方向F在第一视场432a上方重叠在10°与60°之间(例如，约30°)的角度θ。第二及第三局限传感器430b-c的第二及第三视场432b-c可经布置以在机器人100后面(即，与前向驱动方向F相反)观看，同时任选地不覆盖在机器人100正后面的盲点区域434。布置至少一个视场432a-c以向后观看允许机器人100在不以窄角度与表示垂直墙壁的所发射光束或由插接站发射的接近光束交叉的同时进行操纵。
局限传感器430、430a-c在缓冲器130上(例如，沿着机器人主体110的外围115)对在机器人主体110的中心部分113中的放置允许机器人110在转弯的同时检测接近机器人主体110的外围115的垂直墙壁红外线光束(由信标发射)。局限传感器430在机器人主体110的中心部分113上的放置可需要所述传感器430相对于机器人主体的外围115抬高，使得局限传感器430可检测接近机器人主体的外围115的红外线光束。因此，局限传感器430、430a-c在缓冲器130上(例如，沿着机器人主体110的外围115)的放置允许机器人100的相对较低的总体高度且减少障碍物绊住机器人主体110的任何突出部的机会。
辅助电路板450可轮询缓冲器传感器410、410a、410b、420以接收相应传感器信号且执行传感器数据处理，例如模/数转换、滤波及将经转换及/或经调节传感器信号封装到可由机器人控制器150辨识的数据包中。并非具有在缓冲器传感器410、410a、410b、420与机器人控制器150之间延伸的许多导线，而是辅助电路板450提供用于障碍物传感器系统400到机器人控制器150的单个通信线480(例如，串行线)。通信线480可具有密封与辅助电路板450(例如，印刷电路板)的连接的第一密封件482及/或密封其从缓冲器壳体133穿过单个孔口485的出口的第二密封件484以防止水侵入。在一些实施方案中，缓冲器130包含插入穿过孔口485且以气密方式与缓冲器框架131或缓冲器壳体133密封在一起以防止水侵入的连接器486。
参考图4及6，与通信连接器486配合的通信线480通过减小在缓冲器130与机器人100之间延伸的导线的数目而减小机器人100上的导线密度。此配置消除许多导线在缓冲器130与机器人100之间的移动且因此减小那些导线的导线疲劳的可能性。通过专用辅助电路板450来进一步实现此配置。辅助电路板450处理相对大量的传感器信号数据并将具有传感器状态的数据包455返回到机器人控制器150。此额外处理容量借此减小缓冲器130中的传感器410及对应导线与机器人控制器150之间的连接的数目且进一步缓解机器人控制器150用于其它任务的处理容量。由于通过安装于缓冲器130内的辅助电路板450实现的此额外处理容量，专用辅助电路板450进一步实现缓冲器130在不重新配置机器人100或使机器人控制器150的处理容量负担过重的情况下并入额外传感器410的升级能力。障碍物传感器系统400可充当作为即插即用组件与机器人控制器150通信的独立模块化传感器系统。
参考图8A-8F及10A-10C，在一些实施方案中，缓冲器130包含界定与机器人主体110的前外围互补的形状的缓冲器框架131及沿着缓冲器框架131分布的接近度传感器410阵列。每一接近度传感器410具有间隔开且经布置以具有会聚式对应发射场415及检测场417的红外线发射器414及红外线检测器416。此外，每一接近度传感器410具有在红外线发射器414与红外线检测器416之间界定的传感器长度S。阵列中的个别传感器长度S的累加总和大于接近度传感器410阵列的沿着缓冲器框架131的移动机器人的前外围所取的长度AL(图8D中以虚线展示)。阵列中的每一接近度传感器410对应于沿着移动机器人100的前外围的预定接近度传感器位置。由于此类接近度传感器410是以堆叠或垂直重叠配置布置于缓冲器框架131上，因此此类接近度传感器410像铺砌的砖块一样在堆叠的层之间交错。在一些实例中，传感器长度S在20-50mm之间(例如，36mm)。在一些实施方案中，阵列中的接近度传感器410中的至少一些接近度传感器410沿着移动机器人100的前外围彼此重叠。
在一些实施方案中，每一接近度传感器410的红外线发射器414及红外线检测器416中的一者相对于支撑机器人100的地板表面10垂直定位于另一接近度传感器410的红外线发射器414与红外线检测器416之间。在一些实例中，缓冲器框架131界定具有中心点C的弧形，且接近度传感器410经布置以在邻近接近度传感器410的传感器长度S的中点之间具有在5度与20度之间的间隔α。接近度传感器410可经布置以在邻近接近度传感器410的传感器长度S的中点M之间具有12度的间隔。此外，接近度传感器410可沿着缓冲器框架131在邻近接近度传感器410的传感器长度S的中点M之间等距或不均匀地间隔开。
接近度传感器410阵列可包含接近度传感器410的第一传感器阵列4102及相对于支撑机器人100的地板表面10垂直安置于缓冲器框架131上的第一传感器阵列4102下面的接近度传感器的第二传感器阵列4104。第一传感器阵列4102中的接近度传感器410的红外线发射器414及红外线检测器416中的一者可相对于地板表面与第二传感器阵列4104中的接近度传感器410的红外线发射器414及红外线检测器416中的一者垂直对准。在所展示的实例中，第一传感器阵列4102及第二传感器阵列4104以堆叠式均匀水平偏移配置而布置；然而，其它布置也为可能的，例如在沿着缓冲器框架131的各种位置中具有局部集合的不均匀分布。第一传感器阵列4102及第二传感器阵列4104的接近度传感器410可为沿着缓冲器框架131的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器410a。每一墙壁接近度传感器410a实质上平行于地板表面10指向外。辅助电路板450可以时间间隔触发发射器414，使得第一传感器阵列4102的发射器414以不同于第二传感器阵列4104的发射器414的时间间隔发射红外光。此外，辅助电路板450可触发检测器416以与其相应传感器阵列4102、4104的发射器一致地感测光发射。这防止一个传感器阵列4102、4104的光发射干扰另一传感器阵列4102、4104的光发射检测。在一些实例中，以不同于第二阵列4104的接近度传感器410的方式(例如，依据相位、波长或频率)调制第一传感器阵列4102的接近度传感器410。
在一些实施方案中，第一传感器阵列4102包含第一传感器类型的三个或三个以上接近度传感器410，且第二传感器阵列4104包含不同于第一传感器类型的第二传感器类型的三个或三个以上传感器。第一传感器阵列4102可垂直安置于缓冲器框架131上的第二传感器阵列4104上面。第一及第二传感器类型可为例如但不限于接触传感器、接近度传感器、陡壁传感器、激光器、声纳及相机。
障碍物传感器系统可包含垂直布置于第一传感器阵列4102及第二传感器阵列4104下面的接近度传感器410的第三传感器阵列4106。第三传感器阵列4106的接近度传感器410可为沿着缓冲器框架131分布且安置于驱动系统120的轮124a、124b前向的陡壁接近度传感器410b。每一陡壁接近度传感器410b向下指向地板表面10处以用于检测地板表面10的下落边缘。此外，每一陡壁接近度传感器410b具有收集于在连接器402处连接到辅助电路板450的至少一个导线收集器401中的至少两个导线413。
每一传感器阵列4102、4104、4106的每一接近度传感器410可具有(例如)经由一或多个导线收集器401连接到辅助电路板450的至少两个导线413。辅助电路板450可通过从缓冲器130上的所有或大多数传感器410接收传感器信号而提供多路复用功能且接着处理所接收信号以通过单个通信线480将一或多个输出信号(例如，经串行化信号)递送到机器人控制器150(主电路板)。通信线480可包含少于一半的将阵列接近度传感器410连接到辅助电路板450的导线413的数目，借此显著减小在无辅助电路板450的情况下连接到机器人控制件150原本将需要的导线413的数目。通信线480可提供缓冲器130上的辅助电路板450与机器人控制器150之间的单个通信路径，如图10B中所展示。这简化机器人100的组装且减小由于缓冲器130与机器人主体110之间的移动而可经历导线疲劳的导线413的数目。
图11A及11B图解说明具有沿着缓冲器框架131的接近度传感器410的非堆叠布置的缓冲器130的配置。障碍物传感器系统400可为沿着缓冲器框架131的前向周界均匀地安置且实质上平行于地板表面10指向外的墙壁接近度传感器410a阵列。每一接近度传感器410具有收集于至少一个导线收集器401中的至少两个导线413，导线收集器401为在连接器402处连接到辅助电路板450的线束。在一些实例中，导线收集器401为线束、柔性电路板或带状电缆。低轮廓缓冲器框架131允许相对较小的缓冲器130。缓冲器框架131支撑辅助电路板450，辅助电路板450从安置于缓冲器框架131及任选地缓冲器壳体133(未展示)上的传感器410接收传感器信号。缓冲器框架131经配置以固持或紧固安置于其上的传感器410的导线413且将导线413路由到辅助电路板450，辅助电路板450处理从经连接传感器410接收的传感器信号。单个通信线480将辅助电路板450连接到机器人控制器150。
图8D-8F图解说明缓冲器130上的接近度传感器410的发射器414分别围绕圆形椅子腿及正方形椅子腿的发射场415。交错的第一传感器阵列4102及第二传感器阵列4104(例如，垂直重叠)提供比单个非交错传感器阵列相对更密集的覆盖，如图11A及11B中所展示。单个传感器阵列4102可包含沿着缓冲器框架131并排分布的仅5或6个接近度传感器410。非重叠传感器布置可导致对椅子腿的遗漏，从而致使机器人100检测不到椅子腿且与其相撞。交错的接近度传感器阵列4102、4104(例如，如图10A-10C中所展示)的较密集发射场415通过填充传感器检测场的峰与谷之间的间隙而解决此问题。第一传感器阵列4102及第二传感器阵列4104可经布置以具有约12度的接近度传感器间隔α。
参考图1及4，安置于主体110的顶部部分上的用户接口140接收一或多个用户命令及/或显示机器人100的状态。用户接口140与由机器人100承载的机器人控制器150通信使得由用户接口140接收的一或多个命令可起始机器人100对清洁例程的执行。
机器人控制器150(执行控制系统)可执行致使机器人100采取行动(例如以墙壁沿循方式、地板擦洗方式操纵或在检测到障碍物(例如，由障碍物传感器系统400)时改变其行进方向)的行为。机器人控制器150可通过独立地控制每一轮模块120a、120b的旋转速度及方向而沿任何方向操纵机器人100跨越清洁表面10。举例来说，机器人控制器150可沿前向F、反向(后向)A、右R及左L方向操纵机器人100。在机器人100实质上沿着前后轴Y移动时，机器人100可进行重复交替的右转弯及左转弯，使得机器人100围绕中心垂直轴Z来回旋转(下文中称为摆动运动)。摆动运动可允许机器人100在清洁操作期间作为擦洗器操作。此外，机器人控制器150可使用摆动运动来检测机器人停滞。另外或替代地，举例来说，机器人控制器150可操纵机器人100实质上原地旋转使得机器人100可操纵离开拐角或远离障碍物。机器人控制器150可引导机器人100在横越清洁表面10的同时越过实质上随机(例如，伪随机)路径。机器人控制器150可对围绕机器人100安置的一或多个传感器(例如，碰撞、接近度、墙壁、停滞及陡壁传感器)做出响应。机器人控制器150可响应于从传感器接收的信号而重新引导轮模块120a、120b，从而致使机器人100在处理清洁表面10的同时规避障碍物及杂乱物。如果机器人100在使用期间被卡住或缠住，那么机器人控制器150可通过一系列躲避行为引导轮模块120a、120b使得机器人100可躲避且重新开始正常清洁操作。
参考图4、12及13，为了实现可靠且稳健的自主移动，机器人100可包含具有数个不同类型的传感器的传感器系统500，所述传感器可结合彼此使用以形成对机器人的环境的感知，其足以允许机器人100关于将在所述环境中采取的行动做出智能决策。传感器系统500可包含由机器人主体110支撑的一或多个类型的传感器，其可包含障碍物检测障碍物规避(ODOA)传感器、通信传感器、导航传感器等等。举例来说，这些传感器可包含但不限于接近度传感器、接触传感器、相机(例如，体积点云成像、三维(3D)成像或深度图传感器、可见光相机及/或红外线相机)、声纳、雷达、LIDAR(光检测与测距，此可需要测量所散射光的性质以得出遥远目标的范围及/或其它信息的光学辅助感测)、LADAR(激光检测与测距)等等。在一些实施方案中，传感器系统500包含测距声纳传感器、接近度陡壁检测器、接触传感器、激光扫描仪及/或成像声纳。
在将传感器放置于机器人平台上时涉及数个挑战。第一，传感器需要经放置使得其具有围绕机器人100的所关注区域的最大覆盖。第二，传感器可需要以使得机器人100本身导致对传感器的遮蔽的绝对最小值的方式来放置；本质上，传感器不能经放置使得其因机器人本身而成为“盲的”。第三，传感器的放置及安装不应对平台的工业设计的其余部分具有侵入性。在美学方面，可假定具有不明显安装的传感器的机器人比具有明显安装的传感器的机器人更具“吸引力”。在效用方面，传感器应以使得不干扰正常机器人操作(被障碍物绊住等)的方式安装。
在一些实施方案中，传感器系统500包含障碍物传感器系统400，其可具有与机器人控制器150通信且布置于机器人100的一或多个区或部分中(例如，围绕机器人主体110的周界安置)以用于检测任何附近的或侵入性的障碍物的一或多个接近度传感器410及碰撞或接触传感器420。所述接近度传感器可为在物体处于机器人100的给定范围内时将信号提供到控制器150的会聚式红外线(IR)发射器-传感器元件、声纳传感器、超声传感器及/或成像传感器(例如，3D深度图图像传感器)。此外，接近度传感器410中的一或多者可经布置以检测机器人100何时已遇到地板的下落边缘，例如其何时遇到一组楼梯。举例来说，陡壁接近度传感器410b可位于机器人主体110的前缘及尾缘处或附近。机器人控制器150(执行控制系统)可执行致使机器人100在检测到边缘时采取行动(例如改变其行进方向)的行为。
传感器系统500可包含安装于机器人主体110的前向部分上(例如，具有沿着前向驱动方向F的视场)且与机器人控制器150通信的激光扫描仪460(图12)。在图4及6中所展示的实例中，激光扫描仪460作为障碍物传感器系统400的部分安装于缓冲器130上。在缓冲器130上于笼罩后面具有激光扫描仪460允许前向视场，同时与外部安装于机器人100的顶部上相比减少被障碍物绊住。激光扫描仪460可使用从激光扫描仪460接收的信号扫描围绕机器人100及机器人控制器150的区域，可形成所扫描区域的环境地图或物体地图。机器人控制器150可使用物体地图来进行导航、障碍物检测及障碍物规避。此外，机器人控制器150可使用来自传感器系统500的其它传感器的感测输入来形成物体地图及/或进行导航。
在一些实例中，激光扫描仪460为扫描LIDAR，其可使用在一个维度上快速扫描一区域的激光作为“主”扫描线且使用飞行时间成像元件，所述飞行时间成像元件使用相位差或类似技术来给在所述线中产生的每一像素指派一深度(在扫描平面中返回二维深度线)。为了产生三维地图，LIDAR可在第二方向上执行“辅助”扫描(举例来说，通过使扫描仪“点头”)。在未经补充的情况下，此机械扫描技术可通过例如“闪光”LIDAR/LADAR及“瑞士测距器(Swiss Ranger)”型焦平面成像元件传感器(使用半导体堆叠来准许对全2-D像素矩阵的飞行时间计算以提供每一像素处的一深度或甚至每一像素处的一系列深度(借助经编码照明器或照明激光器)的技术)等技术来补足。
传感器系统500可包含安装于机器人主体110或缓冲器130上且与机器人控制器150通信的一或多个三维(3-D)图像传感器470(例如，体积点云成像装置)。在图6及9中所展示的实例中，3-D图像传感器安装于缓冲器130上而具有前向视场。如果3-D图像传感器470具有有限的视场，那么在一些实施方案中，机器人控制器150或传感器系统500可以边对边扫描方式致动3-D图像传感器以形成相对较宽的视场来执行稳健ODOA。
在一些实施方案中，传感器系统500包含与机器人控制器150通信以测量并监视机器人100的惯性矩的惯性测量单元(IMU)510(图4)。机器人控制器150可监视来自IMU510的反馈中与对应于正常无阻碍操作的阈值信号的任何偏离。举例来说，如果机器人100开始从陡壁跌落、从地板10抬起或以其它方式受阻，那么机器人控制器150可确定有必要采取紧急行动(包含但不限于回避操纵、重新校准及/或发布音频/视觉警告)以便确保机器人100的安全操作。
参考图13及14，在一些实施方案中，机器人100包含经配置以允许机器人100将清洁液体沉积在表面上且随后返回以通过多个遍次从表面收集清洁液体的导航系统600。与单遍次配置相比，多遍次配置允许在机器人100以较高速率行进时将清洁液体留在表面上达较长的时间周期。导航系统允许机器人100返回到其中清洁流体已沉积于表面上但尚未收集的位置。导航系统可以伪随机模式操纵机器人100跨越地板表面10使得机器人100可能返回到地板表面10的清洁流体已保留在其上的部分。
导航系统600可为在机器人控制器150上存储及/或执行的基于行为的系统。导航系统600可与传感器系统500通信以确定驱动命令并将其发布到驱动系统120。
参考图14，在一些实施方案中，控制器150(例如，具有与存储器通信的一或多个计算处理器的装置，所述存储器能够存储可在所述计算处理器上执行的指令)执行控制系统210，控制系统210包含彼此通信的行为系统210a及控制仲裁系统210b。控制仲裁系统210b允许动态地向控制系统210添加及从控制系统210移除机器人应用程序220且促进允许应用程序220各自控制机器人100而不需要了解任何其它应用程序220。换句话说，控制仲裁系统210b提供应用程序220与机器人100的资源240之间的简单优先化控制机制。
应用程序220可存储于机器人100的存储器中或被传递到机器人100以在机器人100上(例如，在处理器上)并行地运行且同时控制机器人100。应用程序220可存取行为系统210a的行为300。经独立部署的应用程序220在运行时间动态地组合且用以共享机器人资源240(例如，驱动系统120及/或清洁系统160、190)。实施用于在运行时间在应用程序220当中动态地共享机器人资源240的低级策略。所述策略确定哪一应用程序220具有对机器人资源240的控制，这是按照所述应用程序220的需要(例如，应用程序220当中的优先级层次)。应用程序220可动态地开始及停止且完全独立于彼此而运行。控制系统210还允许可组合在一起以彼此辅助的复杂行为300。
控制仲裁系统210b包含与控制仲裁器260通信的一或多个应用程序220。控制仲裁系统210b可包含为应用程序220提供到控制仲裁系统210b的接口的组件。此类组件可抽象化并封装掉验证、分布式资源控制仲裁器、命令缓冲的复杂性，协调应用程序220的优先化等等。控制仲裁器260从每个应用程序220接收命令、基于所述应用程序的优先级而产生单个命令并为其相关联资源240公布所述命令。控制仲裁器260从其相关联资源240接收状态反馈且可将其发送回到应用程序220。机器人资源240可为具有一或多个硬件控制器的功能模块(例如，致动器、驱动系统及其群组)的网络。控制仲裁器260的命令为资源240特有的以执行特定行动。可在控制器150上执行的动力学模型230经配置以计算机器人100的重心(CG)、惯性矩及各部分的惯性交叉积以用于评估当前机器人状态。
在一些实施方案中，行为300为提供层次、状态全评估功能的插入式组件，所述功能将来自多个源(例如传感器系统500)的感测反馈与先验极限及信息一起耦合到关于机器人100的可允许行动的评估反馈中。由于行为300可插入到应用程序220中(例如，驻存在应用程序220的内部或外部)，因此可在不必修改应用程序220或控制系统210的任何其它部分的情况下移除及添加行为300。每一行为300为独立策略。为了使得行为300更强大，可将多个行为300的输出一起附接到另一者的输入中以使得您可具有复杂的组合功能。行为300既定实施机器人100的全部认知的可管理部分。
在所展示的实例中，行为系统210a包含用于基于由传感器感知的障碍物而确定响应性机器人行动(例如，绕开；转向；在障碍物之前停止等等)的障碍物检测/障碍物规避(ODOA)行为300a。另一行为300可包含用于邻近所检测到的墙壁行驶(例如，以朝向及远离墙壁行驶的摆动模式)的墙壁沿循行为300b。另一行为300可包含用于检测邻近房间之间的门口且在两个房间之间迁移的门口横越行为300c。点清洁行为300d可致使机器人100围绕检测为具有阈值水平的尘埃、流体或碎屑的位置以螺旋模式行驶。
图15提供用于操作具有缓冲器130的移动机器人100的方法1500的示范性操作布置。所述方法包含在缓冲器控制器450或辅助电路板中从安置于缓冲器130上的一或多个传感器410、420、430接收1502传感器信号，在辅助电路板450上处理1504所接收传感器信号，及将基于经处理传感器信号的传感器事件从辅助电路板450传递1506到机器人控制器150。
在一些实施方案中，所述方法包含从安置于缓冲器130上的接触传感器420、安置于缓冲器130上的接近度传感器410或安置于缓冲器130上的相机470中的至少一者接收传感器信号。所接收传感器信号的处理可包含模/数转换、信号滤波或信号调节中的至少一者。所述方法可包含经由可经密封以防流体渗入的单个通信路径480、486将传感器事件从辅助电路板450传递到机器人控制器150。在一些实例中，通信路径480为缓冲器130的单个多通道线480及/或连接器486。
所述方法可包含响应于来自辅助电路板450的所接收传感器事件而在机器人控制器150上执行映射路由以确定对围绕机器人100的环境的局部感测感知。所述映射例程可将局部感知空间分类为三个类别：障碍物、未知及已知畅通的。障碍物可为高于地面而低于机器人100的高度的所观测(即，所感测)点及低于地面的所观测点(例如，孔、向下台阶等)。已知畅通的对应于其中传感器系统500可识别地面的区域。可将来自传感器系统500中的所有传感器的数据组合成离散化3-D体素栅格。可接着分析3-D栅格并借助三个局部感知空间分类将其转换成2-D栅格。3-D体素栅格中的信息可具有持久性，但在其未经加强的情况下随着时间而衰减。当机器人100正移动时，其由于持久性而具有较多已知畅通的区域来导航通过。所述方法可包含基于所执行映射例程的结果而将驱动命令从机器人控制器150发布到驱动系统120。
在一些实例中，所述方法包含在机器人控制器150上执行控制系统210。控制系统210包含彼此通信的控制仲裁系统210b及行为系统210a。行为系统210a基于从辅助电路板450接收的传感器事件而执行影响控制仲裁系统210b对命令的执行的至少一个行为300。此外，至少一个行为300可基于从机器人传感器系统500接收的传感器信号而影响控制仲裁系统210b对命令的执行。
已描述若干个实施方案。不过，将理解，可在不背离本发明的精神及范围的情况下做出各种修改。因此，其它实施方案也在所附权利要求书的范围内。

Claims (27)

1.一种移动机器人(100)，其包括：
机器人主体(110)，其具有前向驱动方向；
驱动系统(120)，其将所述机器人主体(110)支撑于地板表面(10)上面以操纵所述机器人(100)跨越所述地板表面(10)；
主电路板(150)，其与所述驱动系统(120)通信；
缓冲器框架(131)，其界定与所述机器人主体(110)的前外围(115)互补的形状，所述缓冲器框架(131)由所述机器人主体(110)支撑；以及
障碍物传感器系统(400)，其安置于所述缓冲器框架(131)上，所述障碍物传感器系统(400)包括：
多路复用辅助电路板(450)，其由所述缓冲器框架(131)支撑，所述辅助电路板(450)包含计算处理器(452)及非暂时性存储器(454)，所述计算处理器(452)能够执行存储于所述存储器(454)上的指令；
接近度传感器(410、420)阵列，其沿着所述缓冲器框架(131)分布，每一接近度传感器(410、420)具有收集于至少一个导线收集器(401)中的至少两个导线(413)，所述至少一个导线收集器(401)连接到所述辅助电路板(450)；以及
通信线(480)，其将所述辅助电路板(450)连接到所述主电路板(150)，所述通信线(480)具有少于一半的将所述接近度传感器(410、420)阵列连接到所述辅助电路板(450)的所述导线(413)。
2.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中至少一个接近度传感器(410)包括一对会聚式红外线发射器-传感器元件(414、416)、声纳传感器、超声传感器、三维体积点云成像装置或接触传感器(420)。
3.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中每一接近度传感器(410)包括：
红外线发射器(414)，其具有发射场(415)；以及
红外线检测器(416)，其具有检测场(417)；
其中所述红外线发射器(414)及所述红外线检测器(416)经布置使得所述发射场(415)与所述检测场(417)重叠。
4.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中所述接近度传感器(410)阵列包括沿着所述缓冲器框架(131)的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器(410a)阵列，每一墙壁接近度传感器(410a)平行于所述地板表面(10)指向外。
5.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中所述障碍物传感器系统(400)进一步包括沿着所述缓冲器框架(131)分布且安置于所述驱动系统(120)的轮(124a、124b)的前向的陡壁接近度传感器(410b)阵列，每一陡壁接近度传感器(410b)向下指向所述地板表面(10)处以检测所述地板表面(10)的下落边缘(136)，每一陡壁接近度传感器(410b)具有收集于至少一个导线收集器(401)中的至少两个导线(413)，所述至少一个导线收集器(401)连接到所述辅助电路板(450)。
6.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中所述障碍物传感器系统(400)进一步包括安置于所述缓冲器框架(131)上且具有在45°与270°之间的水平视场(432)的至少一个光学局限传感器(430)，所述至少一个光学局限传感器(430)具有收集于至少一个导线收集器(401)中的至少两个导线(413)，所述至少一个导线收集器(401)连接到所述辅助电路板(450)。
7.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中所述接近度传感器(410)阵列包括至少四个离散接近度传感器(410)的阵列。
8.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中所述接近度传感器(410)阵列包括：
第一传感器阵列(4102、4104)，其具有第一传感器类型的三个或三个以上接近度传感器(410a)；以及
第二传感器阵列(4106)，其具有不同于所述第一传感器类型的第二传感器类型的三个或三个以上传感器(410b)。
9.根据权利要求8所述的机器人(100)，其中所述第一传感器阵列(4102、4104)相对于所述地板表面(10)垂直安置于所述缓冲器框架(131)上的所述第二传感器阵列(4106)上面。
10.根据权利要求8所述的机器人(100)，其中所述传感器阵列(4102、4104)中的一者包括沿着所述缓冲器框架(131)的前向周界均匀安置的墙壁接近度传感器(410a)阵列，每一墙壁接近度传感器(410a)平行于所述地板表面(10)指向外。
11.根据权利要求10所述的机器人(100)，其中所述另一传感器阵列(4106)包括沿着所述缓冲器框架(131)分布且安置于所述驱动系统(120)的轮(124a、124b)的前向的陡壁接近度传感器(410b)阵列，每一陡壁接近度传感器(410b)向下指向所述地板表面(10)处以检测所述地板表面(10)的下落边缘(136)，每一陡壁接近度传感器(410b)具有收集于至少一个导线收集器(401)中的至少两个导线(413)，所述至少一个导线收集器(401)连接到所述辅助电路板(450)。
12.根据权利要求1所述的机器人(100)，其中所述辅助电路板(450)：
从所述接近度传感器(410)阵列接收传感器信号；
对所述所接收传感器信号执行传感器数据处理；以及
将所述经处理传感器信号封装到可由所述主电路板(150)辨识的数据包(455)中。
13.根据权利要求12所述的机器人(100)，其中所述传感器数据处理包括模/数转换、信号滤波或信号调节中的至少一者。
14.根据权利要求1所述的机器人(100)，其进一步包括缓冲器主体壳体(133)且密封所述缓冲器框架(131)及所述障碍物传感器系统(400)以防流体渗入，其中所述缓冲器主体壳体(133)界定经定大小以接纳所述串行通信线(480)的孔口(485)，所述串行通信线(480)具有与所述孔口(485)的经密封装配。
15.一种移动机器人(100)，其包括：
接近度传感器(410)阵列，其沿着所述移动机器人(100)的前外围(115)分布，每一接近度传感器(410)包含至少一个红外线发射器(414)及至少一个红外线检测器(416)，
每一接近度传感器(410)具有在所述接近度传感器(410)的所述红外线发射器(414)与所述红外线检测器(416)之间界定的传感器长度，且
所述阵列中的每一接近度传感器(410)对应于沿着所述移动机器人(100)的所述前外围(115)的预定接近度传感器(410)位置；
其中所述阵列中的所述接近度传感器(410)中的至少一些接近度传感器沿着所述移动机器人(100)的所述前外围(115)彼此重叠。
16.根据权利要求15所述的移动机器人(100)，其中所述阵列中的个别传感器长度的累加总和大于所述阵列的沿着所述移动机器人(100)的所述前外围(115)所取的长度。
17.根据权利要求15所述的移动机器人(100)，其中至少一个接近度传感器(410)包括一对会聚式红外线发射器-传感器元件(414、416)、声纳传感器、超声传感器、三维体积点云成像装置或接触传感器(420)。
18.根据权利要求15所述的移动机器人(100)，其中每一接近度传感器(410)包括：
红外线发射器(414)，其具有发射场(415)；以及
红外线检测器(416)，其具有检测场(417)；
其中所述红外线发射器(414)及所述红外线检测器(416)经布置使得所述发射场(415)与所述检测场(417)重叠。
19.根据权利要求15所述的移动机器人(100)，其中所述接近度传感器(410)阵列包括至少四个离散接近度传感器(410)的阵列。
20.根据权利要求15所述的移动机器人(100)，其中所述接近度传感器(410)阵列包括：
第一传感器阵列(4102、4104)，其具有第一传感器类型的三个或三个以上接近度传感器(410a)；以及
第二传感器阵列(4106)，其具有不同于所述第一传感器类型的第二传感器类型的三个或三个以上传感器(410b)。
21.根据权利要求20所述的移动机器人(100)，其中所述第一传感器阵列(4102、4104)相对于支撑所述机器人(100)的地板表面(10)垂直安置于所述缓冲器框架(131)上的所述第二传感器阵列(4106)上面。
22.一种移动机器人(100)，其包括：
接近度传感器(410)阵列，其沿着所述移动机器人(100)的前外围(115)分布，每一接近度传感器(410)包含至少一个红外线发射器(414)及至少一个红外线检测器(416)，每一接近度传感器(410)具有收集于至少一个导线收集器(401)中的至少两个导线(413)，所述至少一个导线收集器(401)连接到辅助电路板(450)；
通信线(480)，其将所述辅助电路板(450)连接到主电路板(150)；以及
联合式壳套(133)，其包含两个或两个以上配合凹面容座(133a、133b)，所述容座(133a、133b)沿着闭合轮缘(1133)配合且沿着所述轮缘(1133)密封以包封所述接近度传感器(410)阵列及所述辅助电路板(450)，所述联合式壳套(133)包含通过单个经密封孔隙(485)引出的所述通信线(480)。
23.根据权利要求22所述的移动机器人(100)，其中所述单个经密封孔隙(485)界定小于由所述配合凹面容座(133a、133b)界定的所述联合式壳套(133)的表面积的百分之一的面积。
24.根据权利要求22所述的移动机器人(100)，其中所述单个经密封孔隙(485)为界定小于一平方厘米的面积的孔口(485)。
25.根据权利要求22所述的移动机器人(100)，其中由所述配合凹面容座(133a、133b)界定的所述联合式壳套(133)具有3或3以上的日本工业标准防水评级。
26.根据权利要求22所述的移动机器人(100)，其中所述联合式壳套(133)包括可透红外线且阻挡可见光的塑料。
27.根据权利要求22所述的移动机器人(100)，其中所述主电路板(150)安置于所述机器人(100)的主体(110)上，且所述辅助电路板(450)安置于以可移动方式连接到所述主体(110)的缓冲器(130)上。
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