CN1536525A - 使用图像传感器的移动机器人和测量它的移动距离的方法 - Google Patents

Abstract

一种移动机器人及其测量它的移动距离的方法，在该移动机器人中，其包括：根据移动机器人的移动在确定的间隔摄制下表面并捕捉图像的图像传感单元；用于测量关于捕捉的图像的位移的位移测量器；以及用于在测量的位移值的基础上通过移动机器人的方向和动作来输出实际位移值的微处理器，使得能够使用仅仅一个安装在移动机器人机身中心的图像传感器来测量移动机器人的精确的移动距离，并因此能够简化机械结构和方便维护和维修。

Description

使用图像传感器的移动机器人和测量它的移动距离的方法

技术领域

本发明涉及一种移动机器人，特别涉及一种移动机器人和一种测量它的移动距离的方法，此方法能够通过采用图像传感器来计算移动机器人的方向和运动来精确地测量移动距离。

背景技术

通常，通过使用由多个附着在移动机器人上的超声传感器产生的超声波，移动机器人能够通过反射的超声波感应距离或方向。

一种机器人真空清洁器是移动机器人的一有代表性的实例。机器人真空清洁器在不被用户操作的情况下自动在区域内移动，并在这段时间内从下表面吸取杂质、比如尘土等来清洁被自动清洁的区域。更为详细的说，机器人真空清洁器通过使用多个超声传感器感应距离和方向来判断到比如家具、办公室用品和墙等在清洁区域内的障碍的距离，并且它通过选择性的操作左轮电动机和右轮电动机来自动转换方向，以此来清洁该清洁区域。

图1是一纵断面图，示出了现有的机器人真空清洁器。

如图1所示，现有的机器人真空清洁器包括用来产生向清洁器主体1的吸力的风扇电动机2；和为可拆卸式地安装在风扇电动机后面用来收集由风扇电动机吸取的尘土或杂质的过滤容器4。并且，用来吸取尘土或杂质的安装在过滤容器4后面的吸管5，以及用来清洁在下表面6的尘土或杂质的安装在吸管5的底部的吸头8。

另外，一对进行向前/向后旋转的移动轮9安装在风扇电动机2的底部，且支轮10安装在吸头8的后面来支持清洁器主体1的后部。并且，具有充电端口11的充电端口单元12安装在清洁器主体1的后部，且连接端口15形成在安装在室内墙壁13上的电源端口单元14上，使得其可与充电端口单元12连接。因此，当充电端口11连接到连接端口15时，放置在清洁器主体1内部的充电电池16开始充电。

另外，将用来发射/接收超声波的超声传感器17安装在清洁器主体1的前端中部，且多个超声传感器18以规定的间隔安装在超声传感器17的左边/右边来通过发射和接收超声波来感应障碍或测量到目标的距离。并且，发光单元19安装在电源端口单元14的较低的部分来通过产生光信号来将充电端口单元12诱导到电源端口单元，且光接收单元20安装在充电端口单元12的较低的部分来接收来自发光单元19的光信号。

引用数字21是用来控制各种清洁器的操作的控制装置，且引用数字22是排气管。

现在将描述机器人真空清洁器的清洁操作如下：

首先，当用户按下操作按钮时，充电电池16供电到风扇电动机2，风扇电动机2开始工作，且在过滤容器由风扇电动机2产生吸力。

然后，通过该吸力，在下表面6的尘土或杂质被吸进吸头8。被吸进的尘土或杂质通过吸管5堆积在过滤器3中。另外，控制装置21通过控制信号操作移动轮9，且因此清洁器主体1在移动时在需要的区域内执行清洁。

同时，当执行自动清洁操作时，当充电电池16的电压电平低于确定的设置电平时，控制装置21停止清洁操作。并且，控制装置21在内部存储器中存储清洁器的当前位置，且产生用来根据预先设置在存储器中的返回指令将清洁器返回到最初位置的控制信号。

因此，清洁器主体1根据控制装置21的控制信号移动到电源端口单元14。然后，当清洁器主体1到达电源端口单元14周围时，安装在充电端口单元12的较低的部分的光接收单元20接收由形成在电源端口单元14的发光单元19所产生的光信号。控制装置21通过由光接收单元20接收的光信号操作-控制移动轮，并因此充电端口单元12到达电源端口单元14。

之后，充电端口单元12的充电端口11被连接到电源端口单元14的连接端口15，且因此清洁器主体1的充电电池通过来自电源端口单元14的供电来充电。

同时，机器人清洁器在根据其内部所存储的地图信息移动时执行清洁操作，除非清洁区域的规划发生变化，最初通过用户指令执行的清洁操作将被反复执行。

但是，当清洁区域的规划改变且障碍的位置变化时，为控制机器人真空清洁器的移动等，地图将不得不改变使得其符合改变了的规划。

图2是一示意图，示出了依照现有技术的使用信标的机器人真空清洁器的清洁区域制图。

如图2所示，在存在障碍的室内区域，机器人真空清洁器从起始点开始，并通过使用传感器躲避障碍来移动，且因此产生了关于移动路径的轨迹。在这里，机器人真空清洁器在室内区域移动时通过接收来自安装在确定位置的信标41-47的信号来获得关于室内区域的附加的信息。因此，机器人真空清洁器在移动路径轨迹和接收的来自信标的信号的基础上进行区域制图。

同时，为了进行制图操作，需要测量机器人真空清洁器的移动距离。因此，机器人真空清洁器通过使用用于测量电动机旋转的编码器或与移动轮分隔的附加轮的来测量移动距离。更为详细的说，机器人真空清洁器通过使用编码器或轮来计算移动轮的旋转数量，并将移动轮的周长乘以旋转数量来获得它的移动距离。

但是，当移动轮或轮被刹住时，虽然机器人真空清洁器没有移动，但是还是按照机器人真空清洁器在移动来计算，且因此移动距离计算的精度降低。另外，当机械式里程表用于机器人真空清洁器时，即使移动轮或轮没有被刹住，根据轮的旋转的误差不断积累，且因此难以精确计算机器人真空清洁器的移动距离。另外，在现有技术中，通过使用根据机械结构的动作来测量移动距离，误差可能因为维护问题，碰撞，尘土和湿气产生。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种移动机器人和一种测量它的移动距离的方法，此方法能够通过使用图像传感器测量移动机器人的方向和移动来精确计算移动距离。

为达到上述目的，使用图像传感器的移动机器人包括用于根据移动机器人的移动在确定间隔内摄制下表面并捕捉图像的图像捕捉单元；用于测量关于捕捉的图像的位移的位移测量器；以及用于在测量的位移值的基础上通过移动机器人的方向和移动来输出实际移动距离的微处理器。

另外，一种通过使用图像传感器来测量移动机器人的移动距离的方法，其包括根据移动机器人的移动在确定的间隔摄制下表面和捕捉图像；测量在捕捉的图像之间的位移；以及通过在测量的位移值的基础上计算移动机器人的方向和动作来输出实际移动距离。

附图说明

附图是为了能进一步了解本发明而包含的，并且被纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，并用于与本说明书一起对本发明的原理进行说明。

在附图中：

图1是一纵断面图，示出了现有的机器人真空清洁器；

图2是一示意图，示出了根据现有技术使用信标的机器人真空清洁器的清洁区域制图。

图3是一方框图，示出了根据本发明的使用图像传感器的移动机器人的原理结构；

图4是一示意图，示出了根据本发明的图像捕捉单元；并且

图5是一流程图，示出了测量根据本发明的使用图像传感器的机器人真空清洁器的移动距离的方法。

具体实施方式

图3是一方框图，示出了根据本发明使用图像传感器的移动机器人的原理结构。

图4是一示意图，示出了根据本发明的图像捕捉单元。

如图3和4所示，根据本发明的移动机器人包括：用于根据移动机器人的动作在固定间隔摄制下表面并捕捉图像的图像捕捉单元10；用于存储从图像捕捉单元10输出的图像的存储器20；用于比较从图像捕捉单元10输出的图像和存储在存储器20中的先前的图像的比较器30；用于在从比较器30输出的比较信号的基础上测量关于捕捉的图像的位移的位移测量器40；以及用于在从位移测量器40输出的位移值的基础上计算移动机器人的移动方向和移动、并输出移动距离的微处理器50。

在这里，图像捕捉单元10安装在如图1所示的毛刷7和移动轮9之间，它包括用于发射光线的发光二极管140；用于引导发射光的光导管130；以及用于感应通过光透镜120在下表面反射的光的变化强度、并捕捉关于下表面的图像的图像传感器110。

下面将描述根据本发明的使用图像传感器的移动机器人的操作。

首先，当发光二极管140发射光线时，光线通过形成在移动机器人机身上的光导管130直接发射到下表面上。在这里，发射光沿着下表面在几个方向上反射，并且反射的光通过光透镜120聚焦。因此，图像传感器110检测在下表面上反射的光的变化强度，并捕捉关于下表面的图像。根据这些，该位移可通过比较捕捉的图像与存储在存储器中的先前的图像来测量出。

然后，微处理器50在测量的位移值上计算移动机器人的移动方向和移动并输出实际移动距离。

图5是一流程图，示出了测量根据本发明的使用图像传感器的机器人真空清洁器的移动距离的方法。

如图5所示，在根据本发明的使用图像传感器的机器人真空清洁器的移动距离的测量方法中，当用户选择用于操作移动机器人的操作指令时，图像捕捉单元10如步骤SP1-SP3所示摄制关于现在的下表面的图像，且将捕捉的图像的存储在存储器20中。在这里，关于下表面的图像摄制在确定的间隔内反复进行。

在经过一段确定时间后，如步骤SP4和SP5所示，比较器30比较当前的图像和存储在存储器中的先前的图像。

在比较结果中，当在当前图像和先前的图像之间有图像差异时，位移测量器40测量在其中确定的参考点如步骤SP6所示在图像上移动的位移。更为详细的，当捕捉的图像在比较结果中相同时，判断移动机器人并没有移动，当在捕捉图像中存在变化时，判断移动机器人产生移动。

然后，如步骤SP7所示，微处理器50在测量的位移值的基础上计算移动机器人的方向和移动，并输出实际移动距离。

根据本发明的移动距离测量方法发明将在下面更为详细的描述。

关于下表面，图像捕捉单元10以每秒1500帧捕捉64度亮度的图像。因此，通过根据图像的象素方向和移动的幅度比较/计算移动路径，能够测量出移动距离。更为详细的，在每一帧图像的比较中，当他们是相同时，则判断移动机器人没有移动，当图像改变时，通过以确定时间划分象素移动距离，可得到移动距离。例如，通过以1/500秒划分象素移动距离，可以得到移动机器人的移动距离。

同时，因为每一象素根据下表面的材料接收在下表面上反射的光，并且通过黑白亮度来鉴别，所以不会错过一个动作，例如，虽然在移动中有1-2度的亮度改变，因为分辨率为18*18象素，可容易地判断移动，并因此移动机器人的实际移动距离能够被无误差的精确的识别。

如上所述，在本发明中，通过使用图像传感器而不考虑移动轮的旋转数量来测量移动距离，可能在即使轮被刹住的情况下也能测量精确移动距离。

另外，不像传统技术使用安装在左/右移动轮的编码器来测量移动距离，在本发明中，可能使用仅仅一个安装在移动机器人中部的图像传感器来测量移动机器人的精确移动距离，并因此能够简化机械结构并便于维护和维修。

由于本发明可能在不脱离它的精神和基本特征的情况下具体表现为多种形式，应该理解上述实施例不限于任何上面描述的任何细节，除非另外说明，但是应该在它的定义在所附权利要求中的精神和范围之内解释，并且因此所有在该范围之内的变更和修改，或者在此界限内其它的同等性质的也因此被包含在附加的权利要求之内。

Claims (12)

1.一种使用图像传感器的移动机器人，其包括：

图形捕捉单元，用于根据移动机器人的移动以确定的间隔摄制下表面并捕捉图像；

位移测量器，用于测量关于捕捉的图像的位移；以及

微处理器，用于在测量的位移值的基础上通过移动机器人的方向和移动来输出实际移动距离。

2.如权利要求1所述的移动机器人，进一步包括：

存储器，用于存储从图像捕捉单元输出的图像；以及

比较器，用于比较从图像捕捉单元输出的当前图像和存储在存储器中的先前图像。

3.如权利要求2所述的移动机器人，其中所述位移测量器测量从比较器输出的每一帧图像的象素的移动路径。

4.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述图像捕捉单元以每秒1500帧来捕捉具有18*18象素和64度亮度的下表面的图像。

5.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述图像捕捉单元包括：

发光二极管，用于发射光线；

光导管，用于引导发射光；以及

图像传感器，用于根据移动机器人的移动通过光透镜检测在下表面反射的光线的强度变化来捕捉关于下表面的图像。

6.一种通过使用图像传感器测量移动机器人的移动距离的方法，其包括下列步骤：

根据移动机器人的移动在确定的间隔摄制下表面并捕捉图像；

测量在捕捉的图像之间的位移；以及

通过在测量的位移值的基础上计算移动机器人的方向和动作来输出实际移动距离。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

存储所述捕捉的图像。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述图像在图像捕捉步骤中被分为一定的象素，每一象素根据下表面的材料接收在下表面反射的光线，并按照黑白亮度来鉴别。

9.如权利要求8所述的方法，其中以每秒1500帧来捕捉所述图像，使得其具有18*18象素和64度亮度。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述实际移动距离由通过确定的时间划分的象素移动距离来计算，更为优选的，确定时间是1/500秒。

11.如权利要求8所述的方法，其中移动距离在位移测量步骤中根据在图像中象素的方向和移动的幅度来测量。

12.如权利要求6所述的方法，其中，在位移测量步骤中，当每一捕捉的图像在比较中是相同时，则判断移动机器人没有移动，在每一捕捉的图像在比较中是不相同时，则判断移动机器人发生移动。

Images