CN106662877B - 移动式机器人 - Google Patents

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Abstract

一种移动式机器人，包括视觉系统，该视觉系统包括摄像机和至少一个光源，该至少一个光源被布置为提供照明水平到移动式机器人周围的区域，其中该至少一个光源被布置在移动式机器人上以发射光锥，该光锥照明机器人的侧部正交于机器人的向前行进方向的区域。

Description

移动式机器人
技术领域
本发明涉及一种移动式机器人，且特别涉及一种能够照亮它的周围的移动式机器人。
背景技术
移动式机器人变得越来越普遍且被使用在多种领域，如太空探索、草坪收割和地面清洁。最近在机器人地面清洁设备领域中具有特别迅速的进步，特别是真空吸尘器领域中，其主要目的是在自主地和不唐突地在用户的房子中行进同时清洁地面。
在执行该任务时，机器人真空吸尘器必须在要求清洁的区域中行进。一些机器人被设置具有基础导航系统，从而该机器人使用某些时候被成为“随机弹回”方法，从而该机器人将以任何给出的方向行进直到它遇到障碍物，在那个时刻该机器人将转向且沿另一随机方向行进直到另一障碍物被遇到。在这个时间期间，期望机器人将覆盖尽可能多的要求被清洁的地面空间。不幸地，这些随机弹回行进方案被发现不足且常常应该被清洁的地面的较大区域被完全地错过。
因此，更好的导航方法被研究且被采用在移动式机器人中。例如，同步定位和制图(SLAM)技术现在开始被采用于一些机器人中。通过观察，理解，认识它周围的区域，这些SLAM技术允许机器人采用更系统化的导航模式。使用SLAM技术，更系统的导航模式可被实现，且作为结果，在机器人真空吸尘器的情况下，该机器人将能更有效地清洁要求的区域。
使用SLAM技术的机器人需要视觉系统，该视觉视图能够捕捉周围区域的静止或移动的图像。图像内的高对比特征(某些时候被称为地标特征)(比如桌角或画框边缘)于是通过SLAM系统被用于帮助机器人建立该区域的地图，且使用三角测量确定地图内它的位置。附加地，该机器人可使用特征的相对移动(图像内检测到的)分析它的速度和运动。
SLAM技术是极为强大的，且允许导航系统被大大改进。然而，该SLAM系统只有在它能够检测到由视觉系统捕捉到的图像内的足够的特征时才能正确地工作。同样地，已发现一些机器人挣扎着在房间(具有较低的光条件或在其中视觉系统捕捉的图像经受较差的对比度)中成功导航。一些机器人由此受限于在白天(当那里有足够环境光线可获得时)导航。在机器人地面清洁器的情况下，这个可能是不期望的，因为用户可能需要它们的机器人地面清洁器按照日程在夜里在他们睡眠的同时清洁。为了克服这个问题，一些机器人被提供具有灯，其充当大灯，可根据需要打开和关闭以改善由摄像机捕捉的图像，且帮助机器人沿它行进的方向的可见性。这个的实例被描述在US 2013/0056032中。
然而，存在关于在机器人上使用大灯的问题。为了自主机器人可围绕区域(可包含障碍物比如家具)自由地导航，它们通常被提供具有电池形式的机载电源。大灯的使用可减少机器人的电池寿命，其意味着机器人在较短时间内将被迫回到充电站。这个进而意味着机器人将在充电之间比它在不需要使用大灯以导航的情况下仅仅能够清洁更小的区域。
发明内容
本发明提供了一种移动式机器人，该移动式机器人包括视觉系统，该视觉系统包括摄像机和至少一个光源，该至少一个光源被布置为提供照明水平到移动式机器人周围的区域，其中该至少一个光源被布置在移动式机器人上以发射光锥，该光锥照明机器人的侧部正交于机器人的向前行进方向的区域。
结果，机器人可更容易地计算环境内它的速度和轨道，甚至在较低光和差对比度的条件下。通过能够检测定位在相对行进方向成90°的图像内的特征，更精确地计算速度是可能的，且通过跟踪随后图像内的那些特征的移动，机器人的轨道也可更精确地被决定。因此，具有改进的导航系统的机器人还能够在较低光条件下和图像具有差对比度的情况下工作。
该移动式机器人可包括至少两个光源，至少一个光源被布置为照明移动式机器人的左手侧的区域，且至少另一个光源被布置为照明移动式机器人的右手侧的区域。因此，机器人的两侧上的特征可被用于帮助导航，其给出速度和轨道的更精确的决定。此外，使用间隔开的特征的三角测量技术比特征紧密地聚合在一起的情况更精确。因此，该机器人能够在较低光条件的环境内更精确地三角化测量自身。
该摄像机可捕捉图像，该图像包含至少正交于机器人的向前方向且由光源照明的区域。因此，该视觉系统能够拾取机器人周围垂直于机器人行进的方向的区域的特征，且这些可由机器人用于在环境周围更精确地导航。
由光源发射的光锥可具有90°和160°之间的锥形角，且可为120°。这照明机器人周围由摄像机捕捉在图像中的足够大的区域，从该区域机器人可选择特征用于导航。
由光源发射的光锥可为圆锥形和椭圆锥形中的一个。如果光锥是椭圆锥形，那么光锥的水平范围大于垂直范围。标准房间的尺寸是这样的，壁的长度大于它的高度，且由此椭圆形光锥的宽度大于它的高度可更有效地照明房间。
该光源可包括发光二极管(LED)。LED特别节能且比一些其他形式的光源(比如白炽灯泡)少消耗许多功率，且由此机器人的电池寿命可被延长。
该光源可发射红外线(IR)光。结果，该光源能够提供更好的照明(机器人的摄像机能够检测到)，但其不引起由发亮的可见光引起的对用户的潜在的不适。
该机器人可包括至少一个手柄，该至少一个手柄被定位在机器人的侧部上，且该至少一个光源可被定位在手柄的内侧。这允许光源由手柄防护，而不会在当机器人围绕环境导航时与障碍物的碰撞中损坏。附加地，该光源不需要被外部定位机器人上，定位在外部可能容易陷入或卡在障碍物上。
该摄像机可为全方位摄像机，其捕捉机器人周围的360°视角的图像，且可为全景环形透镜(PAL)摄像机。这允许机器人捕捉图像，其提供围绕机器人周围的区域的完全的360°视角，其进而允许大大改进的导航系统(其不容易由邻近的障碍物阻挡)。
附图说明
为了本发明可被更容易地理解,本发明的实施例现在将要参考下列附图通过实例而被描述，其中：
图1是移动式机器人的部件的示意性示意图；
图2是流程图，示出了控制照明的水平的方法；
图3，4和5示出了移动式机器人；
图6示出了位于房间环境内的移动式机器人；
图7A和8A示出了由图6中所示的移动式机器人的摄像机捕捉的图像的示例；
图7B和8B是图表，显示了被用于图7A和8A中捕捉的图像的相应的LED强度；以及
图9，10和11示出了移动式机器人的其它实施例。
具体实施方式
图1示出了移动式机器人1的部件的示意性示意图。该移动式机器人1包括三个系统：视觉系统2，控制系统8和驱动系统14。这三个系统的组合允许机器人1观察，解释其所在环境以及围绕其所在环境导航。该视觉系统2包括摄像机3和光源4。该摄像机3能够捕捉移动式机器人1周围的区域的图像。例如，该摄像机3可为向上指向的摄像机(以捕捉天花板的图像)，向前面向的摄像机(以捕捉机器人1的向前行进方向中的图像)或可为全景环形透镜(PAL)摄像机(其捕捉机器人1周围区域的360°视角)。光源4能够在机器人1位于具有较低光条件的环境中或其中由摄像机3捕捉的图像具有较差对比度时，改善由摄像机3捕捉的图像的质量。该光源4可为任何光源，例如光源4是发光二极管(LED)。该光源4可提供到机器人1周围区域的一定程度的照明。该光源4可发射摄像机的传感器能够检测到的任何带宽的光，以便改善由摄像机3捕捉的图像的质量。例如，由光源4发射的光可在电磁光谱的可见光，近红外线(NIR)或红外线(IR)部分内。
移动式机器人1的视觉系统2可包括许多其他类型的传感器，该传感器提供机器人1关于它的周围环境的信息。图1中示出了两个实例：位置感应设备(PSD)5和物理接触传感器6。该PSD 5可为靠近传感器，例如红外传感器或声呐传感器，且能够给出接近机器人1的任何障碍物的指示。这允许机器人1在没有与它们接触的情况下避免障碍物。当已经与障碍物接触时，物理接触传感器6让机器人1知道。响应自物理接触传感器6的信号，机器人可例如停止和/或调整它的位置和轨迹。这阻止机器人1导致任何它自身或障碍物(其与机器人接触)损坏，特别当障碍物没有被PSD 5检测到时。
由视觉系统2收集的所有信息和数据被输送到控制系统8。该控制系统8包括特征检测单元9。该特征检测单元9接收由视觉系统2捕捉的图像，且分析图像以找出图像中所示的围绕机器人1的区域内的地标特征。地标特征是高对比度特征(其在图像中容易被检测出)，例如桌子边缘或画框的角。由特征检测单元9检测出的地标特征于是可被导航单元10和制图单元11使用，以三角测量和确定机器人在局部环境中的位置。该制图单元11还可使用来自由视觉系统2中的其他传感器捕捉的图像和数据的信息以建立环境地图(机器人1使用环境地图以在环境中解释和导航)。该特征检测单元9，制图单元10和导航单元11可形成机器人1中的单个包封的同步定位和制图(SLAM)单元的一部分且不需如图1中所示为分离的主体。
指令从控制系统8发送到驱动系统14，其引起机器人移动。驱动系统14被示出在图1中，当包括左手侧(LHS)牵引单元15和右手侧(RHS)牵引单元16。每个牵引单元15,16可独立地被控制以致机器人1可被转向。例如，如果RHS牵引单元16向前方向驱动比LHS牵引单元15更块，那么机器人在向前运动时将转向到左侧，或作为另一实例，如果LHS和RHS牵引单元15,16每个以相同的速度但沿相反方向被驱动时，那么机器人将原地转动。该驱动系统14还可发送数据回到控制系统8。例如，从驱动系统发送到控制系统8的数据可为由牵引单元行进过的距离的指示(例如通过使用轮子的转数)。
该控制系统8还包括照明控制单元12。该照明控制单元12发送指令(比如控制信号)到视觉系统2以调整由光源4提供的照明的水平。为了机器人1能够顺利地围绕环境导航，特征检测单元9必须能够检测到的地标特征的最小数量。因此，如果机器人1企图在较低光条件且特征检测单元9不能检测特征的最小数量下导航，该照明控制单元12发送指令到视觉系统2以增强光源4的强度。
如果光源当它不是必须的时(例如当环境光水平足够检测特征的最小数量)被使用，那么光源4将不必要地使用自电池的功率且减少机器人1的电池寿命。因此，当由特征检测单元9检测到的地标特征的数量大于成功导航所需的最小数时，该照明控制单元12也发送指令到视觉系统2以降低光源4的强度。
照明水平的增强和降低可用各种方法完成。例如，一种算法被利用以确定所需照明的最适宜的水平。当照明控制单元12发送指令用于要被改变的照明水平时，它每次改变一小量且该过程被重复直到可接受照明水平被达到。照明水平通过增强或降低被供应到光源4的功率来调整，其将导致由光源4发送的光的强度的改变。因此，当提及调整由光源提供的照明水平时，应理解这等于调整被供应到光源的功率。当较低水平的照明被要求时，通过降低被供应到光源4的功率，机器人1的能量效率和电池寿命可被增加。
由特征检测单元检测到的特征的数量被持续监控，且由此照明水平也不断地被控制。该较小的调整量可为预定量。替代地，该调整量可以即时计算为与检测到的特征数量和成功导航所需的特征的最小数量之间的差成比例。该被计算出的调整量于是将随着指令发送到视觉系统2以改变照明的水平。
图2是流程图，其显示了控制自光源4的照明的水平的过程。在开始之后，机器人确定检测(NDETECT)到的特征数量是否小于阀值数量(NTHRESH)。NTHRESH是预定阀值，其对应于允许机器人顺利地使用SLAM技术在环境中导航所需的地标特征的最小数量。如果NDETECT小于NTHRESH(NDETECT<NTHRESH)那么照明的水平增加一设定量，且过程重复。如果NDETECT不小于NTHRESH，那么机器人确定NDETECT是否等于NTHRESH(NDETECT＝NTHRESH)。如果NDETECT＝NTHRESH，则照明的水平保持不变且机器人继续导航。替代地，如果NDETECT≠NTHRESH，那么可推理出NDETECT大于NTHRESH(NDETECT>NTHRESH)。于是该机器人检查照明的水平是否已在零处。如果照明的水平不在零处那么减小照明的水平减小一设定量，且于是过程被重复。然而，如果照明的水平已经在零处，那么机器人继续导航。
图2中的方法增加和减小照明的水平预定设定量，但如先前所描述的，照明的水平的调整量可为可变的，例如可与NDETECT和NTHRESH之间的差成比例。
图3显示了机器人真空吸尘器1，包括主体20和分离装置21。该主体20包括牵引单元22(其为连续履带的形式)和清洁器头23，该清洁器头容纳刷棒，脏空气可穿过清洁器头23被抽吸进入机器人真空吸尘器1且行进到分离装置21中。一旦空气在分离装置中被清洁掉脏物，它排出分离装置21且穿过主体20，其容纳用于产生空气流的电机和风扇。该空气于是通过机器的后部中的排气口27被排出机器人1。该排气口27可移除以提供到过滤器的访问，使得它们可被清洁，且还提供到用于机器人1的电源(其是电池组)的访问。主体20还包括摄像机24，机器人1使用该摄像机捕捉机器人1周围区域的图像。该摄像机24是全景环形透镜(PAL)摄像机，其是全方位摄像机，能够捕捉机器人周围区域的360°图像。机器人的控制系统(其被实现在机器人内的软件和电子设备中)能够使用同步定位和制图(SLAM)技术以处理由摄像机24捕捉的图像且这允许机器人理解，解释局部环境和自主地在局部环境中导航。
传感器盖28覆盖其他传感器(其由主体20携带，比如PSD传感器)。在传感器盖28的每个下方是一排传感器，其沿不同方向指向以致障碍物可不仅仅在机器人的前方被检测到，还在朝向侧部被检测到。侧部PSD传感器可拾取机器人周边的障碍物，且还可被用于帮助机器人以沿壁模式导航，其中机器人尽可能接近房间的壁且尽可能地平行于房间的壁行进。还存在朝向地面向下指向的PSD传感器，其充当悬崖传感器，且当机器人接近下降处(比如楼梯)时其被检测到。当下降处被检测到，机器人于是可在它达到该下降处之前停止和/或调整它的轨迹以避免危险。没有物理接触传感器是在附图中可见的。同时一些机器人可使用可移动保险杆部分作为物理接触传感器，该机器人1检测到分开的底盘和主体20的本体部分之间的相对移动以记录与障碍物的物理接触。
机器人1的主体20包括手柄25，其被设置在主体20的侧部上。相似的手柄(在这个视图中不可见)被设置在主体20的另一侧部上，以致用户可使用两个手柄25抓住且提起机器人1。该手柄25包括主体20的侧壁的向内突出部分。这使它容易地供用户牢固地抓住机器人，但在不需要外部手柄在主体20上，其可容易地陷入或卡在局部环境内的家具或其他障碍物上。手柄25的内表面26(其向外方向面向)由透明材料形成，且充当窗口。图4显示了同一个机器人1，但其中表面26被移除。在机器人的主体20内，位于表面26后方的是光源4。被示出在图4中的光源4是发光二极管(LED),但可以是发送光的任何来源比如白炽灯泡或电致发光材料。由该光源发射的光可为可由摄像机24检测到的任何波长。该光可为人类可见光或不可见光，且可例如为IR或NIR光。
该光源4(为LED形式)被布置在机器人1上以致它们将照明机器人周围的分开的区域(与由摄像机捕捉的图像的不同区段相对应)。每个手柄位于机器人1的侧部上，以致光源4被定位为沿正交于机器人1向前驱动方向的方向射出机器人。在本文中，正交意图指在本文背景中向外指向机器的左侧和/或右侧，且不朝向天花板或地面向上或向下竖直。这被清晰地示出在图5中，其显示了机器人1的平面图。箭头A指机器人1的向前驱动方向，虚线BLHS和BRHS代表左手侧(LHS)和右手侧(RHS)光源4指向的方向。线BLHS和BRHS被示出为指示在机器人1的两侧相对箭头A成90°(正交)的方向。因此，正交于机器人向前行进方向的机器人1的每侧的区域可被照明。
因为摄像机24是全方位PAL摄像机，光源4将照明由摄像机捕捉的图像的一部分(相对于机器人的任一侧)，但未必是机器人的前部。这使机器人导航更容易，因为当它沿向前方向行进时，它行进经过任一侧上的特征，且图像的这些部分内的特征的移动容易跟踪，以便识别环境内机器人的移动。如果摄像机仅仅能够使用它的前方的特征来导航，它将不得不使用障碍物的相对尺寸中的变化以便识别移动。这个是更难的且远没那么精确。而且，当被用于三角测量的特征间隔开而不是聚合接近在一起时三角测量容易得多。对于机器人视觉系统而言能够检测前方逼近的障碍物是不那么重要的，因为机器人1被提供具有传感器阵列(其在传感器盖28后方)，其能够在不需要障碍物被照明的情况下检测出机器人前方的障碍物。附加地，存在物理接触传感器，其能够在机器人1与障碍物实际地接触时检测出。
每个光源4发射光锥31和32,其跨一角度α。角度α可为符合机器人1的视觉系统的要求的任何角度。当两个光源被设置在机器人上(如图5中所示)，在约90°至160°的范围内的锥角α被建立以提供用于视觉系统的良好照明区域。约120°的角度被使用在图5中所示的机器人中。
由光源发射的光锥可为圆锥形。替代地，光锥可为椭圆锥形。标准房间的尺寸是这样的，壁的长度大于它的高度且由此椭圆形光(其宽度大于它的高度，也就是它的水平范围大于它的垂直范围)能够更有效地照明房间。
如上所述。光源在导航期间被主动地控制以提供照明水平到机器人周围的区域，该照明水平与视觉系统能够检测到的特征的数量成比例。然而，为了进一步地提高机器人的功率效率和电池寿命，该光源还可独立于彼此被控制以致由光源的每个提供的照明的水平可独立地调整。这意味着如果机器人1的右边区域(相对于向前驱动方向A)是黑暗的，但机器人左边的区域是照亮的，那么到指向方向BRHS的光源的功率可被独立地增强，以便光锥32给出比光锥31(其向外指向方向BLHS)更高水平的照明。这意味着如果仅仅机器人的一侧需要照明，功率和电池寿命不被浪费来不必要地照明机器人的另一侧。
图6示出了位于房间40内的机器人1。在房间40内是一些物品，其能够提供地标特征供机器人的视觉系统利用。浅色桌子41在机器人的左边(相对于机器人的向前驱动方向A)和深色桌子42在它的右边。窗口43也位于在机器人的右边、桌子42上方，且画框44在机器人后面的壁上。该机器人1是图5中所示的相同的机器人，且由此具有两个光源，其能够在机器人的任一侧上提供独立控制的光锥31和32。图7A是当在图6中所示的环境中时由机器人1上的全方位PAL摄像机捕捉的360°图像50的表示。图7B是图表，其示出了LED强度的相对水平(当图7A中的图像被摄取时其被用于机器人1的侧部上的光源的每个)。LHS LED表示指示沿方向BLHS的光源，RHS LED表示指示沿方向BRHS的光源。两个LED具有非常小的功率被提供到它们，且由此每个的LED强度是非常低的。这意味着非常低水平的照明被照射到机器人1周围的区域上。图像50显示了自窗口43的光充分照明房间的相对侧，且由此桌子41和画框44两者可清晰地被看见。然而，由于进入窗口43的光的量，窗口43周围具有差对比度，且由此桌子42不能够在图7A中的图像50中看见。
可能图7A中所示的图像50可提供足够的可检测的特征供机器人以成功导航。然而，如果控制系统确定由于差对比度而没有足够的可检测特征在机器人的右手侧获得，它可发送指令到视觉系统以增加那侧上的照明的水平。随后的情况被示出在图8A和8B中。图表8B显示了LHS LED的LED强度不被改变，但RHS LED的LED强度被增强。因此，机器人右侧的环境区域由光锥32照明，且桌子42现在可在图8A中的图像50中可见。该控制系统现在将能够使用可见的桌子42的一部分作为地标特征以便围绕它的环境导航机器人1。
机器人1迄今为止被示出和被描述为包括两个光源4，其中每个光源提供照明水平到设备的左手侧和右手侧上的机器人的环境区域。然而，机器人可被提供具有多于两个光源，实例被示出在图9中。在图9中，机器人1被提供具有四个光源4，其中每个光源发射具有角度β的锥形角的光锥。所有四个光源4仍然被向外引导以便提供机器人的左侧和右侧的每个照明。当存在更多光源时，角度β可小于先前描述的锥形角α。尽管由四个光源照明的机器人周围的区域与先前实施例中由两个光源照明的机器人周围的区域大体相同，由全方位PAL摄像机捕捉的图像内的可分别照明的区域的量是两倍。因此，即使更多光源被提供，由于对于图像中的被照明的区段之上有更大的控制，更多能量可被节省且电池寿命可进一步延长。这个模式可延伸以包括更多光源，如果期望的话。
图10和11显示了机器人1，其包括一些光源(未示出)，该光源有效地照明机器人1周围的不同的象限(Q1至Q4和Q5至Q8)。同样地，控制系统可发送指令到视觉系统以独立地控制被提供到机器人周围的每个象限的照明的水平。在图10中，该象限被定位为以致机器人向前驱动方向(箭头A)与两个象限Q1和Q2之间的边缘对齐。图11显示了替代实施例，其中机器人的向前驱动方向(箭头A)穿过象限Q7的中间。在另一实施例中，光源可被布置为独立地照明多于或少于四个象限的区段。
尽管已经描述了具体实施例，应理解各种修改可在不背离由权利要求限定的本发明的范围的情况下被做出。

Claims (11)

1.一种移动式机器人，包括：
视觉系统，所述视觉系统包括摄像机和至少一个光源，所述至少一个光源被布置为提供照明水平到移动式机器人周围的区域；
其中所述至少一个光源被布置在移动式机器人上以发射光锥，所述光锥照明机器人侧部的正交于机器人向前行进方向的区域，
其中所述移动式机器人包括至少两个光源，至少一个光源被布置为照明移动式机器人的左手侧的区域，且至少另一个光源被布置为照明移动式机器人的右手侧的区域，
其中，至少两个光源独立于彼此被控制以致由光源的每个提供的照明的水平被独立地调整。
2.根据权利要求1所述的移动式机器人，其中所述摄像机捕捉图像，所述图像示出了至少正交于机器人向前方向且由光源照明的区域。
3.根据权利要求1所述的移动式机器人，其中由光源发射的光锥具有90°和160°之间的锥形角度。
4.根据权利要求3所述的移动式机器人，其中由光源发射的光锥具有120°的锥形角度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式机器人，其中由光源发射的光锥是圆锥形和椭圆锥形中的一个。
6.根据权利要求5所述的移动式机器人，其中如果光锥是椭圆锥形，那么光锥的水平范围大于垂直范围。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式机器人，其中所述光源包括发光二极管(LED)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式机器人，其中所述光源发射红外线(IR)光。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式机器人，其中所述机器人包括定位在机器人的侧部上的至少一个手柄，且所述至少一个光源被定位在手柄内侧。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式机器人，其中所述摄像机是全方位摄像机，其捕捉机器人周围的360°视角的图像。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式机器人，其中所述摄像机是全景环形透镜(PAL)摄像机。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2529846B (en) 2014-09-03 2019-02-20 Dyson Technology Ltd Illumination Control of a Vision System for a Mobile Robot
GB2529847B (en) 2014-09-03 2018-12-19 Dyson Technology Ltd A mobile Robot with Independently Adjustable Light Sources
GB2541884A (en) * 2015-08-28 2017-03-08 Imp College Of Science Tech And Medicine Mapping a space using a multi-directional camera
EP3450117B1 (en) * 2016-04-29 2023-08-23 LG Electronics Inc. Mobile robot and control method therefor
CN106826928A (zh) * 2017-02-08 2017-06-13 深圳市大伟机器人科技有限公司 一种仿生机器人眼睛
JP6944274B2 (ja) * 2017-05-23 2021-10-06 東芝ライフスタイル株式会社 電気掃除機
CN107007215A (zh) * 2017-06-02 2017-08-04 深圳市得城网络科技有限公司 具有旋转式人体感应器的自动扫地机器人
CN107028562A (zh) * 2017-06-02 2017-08-11 深圳市得城网络科技有限公司 安防式自动扫地机器人
WO2019191592A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Jabil Inc. Apparatus, system, and method of certifying sensing for autonomous robot navigation
CN112105485B (zh) * 2018-03-30 2024-02-20 捷普有限公司 为移动机器人提供危险检测和控制的装置、系统和方法
GB2574418B (en) 2018-06-05 2022-08-31 Dyson Technology Ltd A mobile robot and method of controlling a mobile robot illumination system
CN108540780A (zh) * 2018-06-08 2018-09-14 苏州清研微视电子科技有限公司 基于扫地机器人设备的智能移动家庭监控系统
WO2020014924A1 (zh) * 2018-07-19 2020-01-23 驭势科技（北京）有限公司 视觉定位地图存储及加载方法、装置、系统及存储介质
US11278172B2 (en) * 2018-10-08 2022-03-22 Pixart Imaging Inc. Cleaning robot capable of identifying surface type
CN110448226A (zh) * 2019-07-16 2019-11-15 淮阴工学院 一种arm车型机器人及其使用方法
CN112925351B (zh) * 2019-12-06 2022-08-02 杭州萤石软件有限公司 一种视觉机器光源控制方法、装置
WO2022017698A1 (en) * 2020-07-23 2022-01-27 Koninklijke Philips N.V. Nozzle device comprising at least one light-emitting source
GB2612567B (en) 2021-01-22 2023-11-22 Dyson Technology Ltd Autonomous surface treatment apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009063318A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Mobile robot and mobile robot danger zone indicating method
CN102288969A (zh) * 2010-05-11 2011-12-21 三星电子株式会社 感测系统和具有该感测系统的移动机器人
CN102613944A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 复旦大学 清洁机器人脏物识别系统及清洁方法
CN103294057A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 三星电子株式会社 传感器组件以及具有该传感器组件的机器人吸尘器
WO2014033055A1 (en) * 2012-08-27 2014-03-06 Aktiebolaget Electrolux Robot positioning system
US20140233790A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-21 Caterpillar Inc. Motion estimation systems and methods

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5995884A (en) * 1997-03-07 1999-11-30 Allen; Timothy P. Computer peripheral floor cleaning system and navigation method
US9177476B2 (en) * 1997-10-22 2015-11-03 American Vehicular Sciences Llc Method and system for guiding a person to a location
JP3979141B2 (ja) * 2002-03-26 2007-09-19 松下電工株式会社 案内用自律移動ロボットとその制御方法
KR100500842B1 (ko) * 2002-10-31 2005-07-12 삼성광주전자 주식회사 로봇청소기와, 그 시스템 및 제어방법
JP2005216022A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Funai Electric Co Ltd 自律走行ロボットクリーナー
WO2006013829A1 (ja) * 2004-08-02 2006-02-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 物品運搬用ロボット、物品運搬システム、及び物品運搬方法
JP2006061220A (ja) * 2004-08-24 2006-03-09 Funai Electric Co Ltd 自走式掃除機
US20100222925A1 (en) * 2004-12-03 2010-09-02 Takashi Anezaki Robot control apparatus
JP2007193538A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Sharp Corp 自走式移動体
US20070249900A1 (en) * 2006-01-19 2007-10-25 Capso Vision, Inc. In vivo device with balloon stabilizer and valve
JP4745150B2 (ja) * 2006-06-30 2011-08-10 セコム株式会社 移動ロボット
US8237781B2 (en) * 2006-11-06 2012-08-07 Panasonic Corporation Moving device and electronic component mounting
JP2008197829A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Sony Corp 画像処理装置と方法およびプログラムと記録媒体
NL1033590C2 (nl) * 2007-03-26 2008-09-29 Maasland Nv Onbemand voertuig voor het afgeven van voer aan een dier.
KR101337534B1 (ko) * 2007-07-24 2013-12-06 삼성전자주식회사 이동 로봇의 위치 인식 장치 및 방법
WO2009038797A2 (en) * 2007-09-20 2009-03-26 Evolution Robotics Robotic game systems and methods
JP2009276166A (ja) * 2008-05-14 2009-11-26 Panasonic Corp 移動装置および、その位置認識方法
JP4787292B2 (ja) * 2008-06-16 2011-10-05 富士フイルム株式会社 全方位撮像装置
US8184194B2 (en) * 2008-06-26 2012-05-22 Panasonic Corporation Image processing apparatus, image division program and image synthesising method
US8724868B2 (en) * 2009-10-12 2014-05-13 Capso Vision, Inc. System and method for display of panoramic capsule images
US9400503B2 (en) * 2010-05-20 2016-07-26 Irobot Corporation Mobile human interface robot
CN101893524B (zh) * 2010-06-09 2011-09-28 雷学军 风管智能型标识检测采样机器人
US9671094B2 (en) * 2010-07-22 2017-06-06 Renishaw Plc Laser scanning apparatus and method of use
US20130063553A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 Michael Rondinelli Panoramic Optic Clear Enclosure
US8730210B2 (en) * 2011-10-19 2014-05-20 Microvision, Inc. Multipoint source detection in a scanned beam display
KR20130097623A (ko) * 2012-02-24 2013-09-03 삼성전자주식회사 센서 어셈블리 및 이를 구비한 로봇청소기
GB201205563D0 (en) * 2012-03-29 2012-05-09 Sec Dep For Business Innovation & Skills The Coordinate measurement system and method
US9020641B2 (en) * 2012-06-07 2015-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Obstacle sensing module and cleaning robot including the same
WO2014024196A2 (en) * 2012-08-09 2014-02-13 Israel Aerospace Industries Ltd. Friend or foe identification system and method
CN203266648U (zh) * 2012-12-07 2013-11-06 富阳市供电局 一种履带型无线摄像机器人
US20160045841A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-18 Transtar Group, Ltd. New and improved system for processing various chemicals and materials
CN104117987B (zh) * 2013-04-26 2017-05-10 恩斯迈电子(深圳)有限公司 移动机器人
GB2513912B (en) * 2013-05-10 2018-01-24 Dyson Technology Ltd Apparatus for guiding an autonomous vehicle towards a docking station
DE102013108824A1 (de) * 2013-08-14 2015-02-19 Huf Hülsbeck & Fürst Gmbh & Co. Kg Sensoranordnung zur Erfassung von Bediengesten an Fahrzeugen
SG11201605587WA (en) * 2014-01-10 2016-08-30 Palmer Labs Llc Diverged-beam communications system
US9454818B2 (en) * 2014-06-27 2016-09-27 Faro Technologies, Inc. Method for measuring three orientational degrees of freedom of a cube-corner retroreflector

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009063318A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Mobile robot and mobile robot danger zone indicating method
CN102288969A (zh) * 2010-05-11 2011-12-21 三星电子株式会社 感测系统和具有该感测系统的移动机器人
CN103294057A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 三星电子株式会社 传感器组件以及具有该传感器组件的机器人吸尘器
CN102613944A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 复旦大学 清洁机器人脏物识别系统及清洁方法
WO2014033055A1 (en) * 2012-08-27 2014-03-06 Aktiebolaget Electrolux Robot positioning system
US20140233790A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-21 Caterpillar Inc. Motion estimation systems and methods

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