CN1899773A - 能识别图像的移动对象和安装此对象的移动对象定向系统 - Google Patents

Abstract

公开一种能够识别图像的移动对象和安装此对象的移动对象定向系统。用于定向移动对象的系统包括：包括：充电装置，其上印有对接方向图案，用于将移动对象定向到对接位置的对接方向图案的中心点和电源端子按直线排列；和移动对象，用于驱动轮运行，以使由照相机捕获的对接方向图案的中心点与由照相机捕获的图像的中心点相同，并移动到对接位置。移动对象定向系统驱动轮去跟踪由照相机捕获的对接方向图案的中心点，从而使移动对象能够快速和准确地移动到充电装置的对接位置。

Description

能识别图像的移动对象和安装此对象的移动对象定向系统

技术领域

本发明涉及一种用于定向移动对象的系统，更确切地说，涉及一种能识别图像的移动对象和安装这种移动对象的移动对象定向系统。

背景技术

一直以来，工业用机器人被广泛地用于在人类无法承受的极端条件下，代替人力实现工厂的自动化，以及收集数据或信息。

近来，以上所述的机器人技术已经用于航天工业，并以各种方式快速发展，直至发展出用于做家务的机器人。

家务移动机器人利用电池保证它在各处的运动。如果电池的电压等于或小于预定电压，则对家务移动机器人编程以使其自动返回到充电装置，从而电池被再充电。

图1和图2为表示将作为移动对象范例的清洁机器人对接到充电装置上的传统方法的概念图。

参照图1和图2，清洁机器人1按照如下方法，从充电装置5的定向信号发射器8接收定向信号，并返回到充电装置5处，然后移动到对接位置(即充电装置的电源端子位置)。

换句话说，传统的清洁机器人1的周边包括为电池充电的弧状的充电端子2。而且，用于将清洁机器人定向到对接位置的相同的接触感应器4A和4B安装在充电端子2的两侧。电源端子6安装在充电装置5的前方，一对导引器7安装于充电装置5的两侧。

当接触感应器4A和4B接触导引器7时，用于控制清洁机器人1整体移动操作的控制器使驱动轮1A和1B以向前或向后方向转动，从而控制清洁机器人1的行进方向，以将清洁机器人1的充电端子2接触到电源端子6。

但是，以上所述的传统的方法是在不使用准确的数字信息的情况下确定接触感应器4A和4B是否触碰到导引器7的，并根据确定的结果将清洁机器人1移动到对接位置，从而当充电端子2与电源端子6对接时，会发生多次不必要的移动。

并且，用于将清洁机器人1定向到对接位置的导引器7必须安装在充电装置5上，从而充电装置5的机械结构很复杂，而且充电装置5容易被突出的导引器7引起的外部碰撞或冲突而损坏。

发明内容

本发明是针对以上的问题而设计，目的是提供一种移动对象，能快速和准确地移动到充电装置的对接位置来识别图像，以及一种安装有这种移动对象的移动对象定向系统。

本发明的另一个目的是提供一种移动对象，能够快速和准确地移动到对接位置而不必从机械上改变充电装置也不必使用额外的机械设备，以及一种安装有这种移动对象的移动对象定向系统。

依据本发明的一方案，以上所述和其它的目的可以通过提供能够识别图像的移动对象来完成，其包括：照相机，用于捕获能将移动对象定向到对接位置的对接方向图案的图像；对接方向图案提取器，用于从捕获的图像提取对接方向图案及其中心点；距离信息计算器，用于根据提取的对接方向图案像素的数目与在参考位置所捕获的对接方向图案像素的数目之比，计算从当前位置到对接位置的距离信息；偏移信息计算器，用于计算提取的对接方向图案中心点、包含在所捕获的图像中的中心点和到对接位置的距离的距离信息，并计算表示相对于对接位置的偏移的移动对象偏移信息；和轮驱动器，用于根据偏移信息和距离信息来驱动移动对象的轮运行。

依据本发明的另一方案，提供一种用于定向移动对象的系统，包括：充电装置，其上印有对接方向图案，并使用于将移动对象定向到对接位置的对接方向图案的中心点和电源端子按直线排列；和移动对象，用于驱动轮运行，以使由照相机捕获的对接方向图案的中心点与由照相机捕获的图像的中心点相同，并移动到对接位置。

所以，根据本发明的移动对象定向系统驱动移动对象的轮去跟踪由照相机捕获的对接方向图案的中心点，从而使移动对象能够快速和准确地移动到充电装置的对接位置。

另外，根据本发明的移动对象定向系统利用可安装在充电装置上的对接方向图案，能快速和准确地将移动对象定向到对接位置而不必从机械上对充电装置进行改造也不必使用额外的机械装置。

附图说明

结合附图，根据以下详细描述，本发明的以上和其他目的、特点和其它优点将变得更加容易理解，其中：

图1和图2表示将作为移动对象范例的清洁机器人对接到充电装置上的传统方法的概念图；

图3是表示根据本发明优选实施例的包含在移动对象定向系统中的移动对象和充电装置的结构图；

图4是表示根据本发明印在充电装置上的用来帮助移动对象对接的对接方向图案的概念图；

图5是表示根据本发明优选实施例的用于定向移动对象的系统的框图；和

图6是表示根据本发明用于将移动对象对接到充电装置的方法的流程图。

具体实施方式

在此，将结合附图来详细解释本发明的优选实施例。在附图中，相同或相似的部件用相同的标号表示，即使它们在不同的附图中被描述。在以下的描述中，为使本发明的主题清楚，将省略对与本发明有关的公知的功能和结构的详细描述。

图3是表示本发明优选实施例的包含在移动对象定向系统内的移动对象200和充电装置100的结构图。图4是表示根据本发明印在充电装置100上的用来帮助移动对象200对接的对接方向图案110(B)的概念图。图5是表示根据本发明优选实施例的用于定向移动对象的系统的框图。

参照图3，移动对象定向系统主要包括：移动对象200，可在电池充电量(battery charging level)允许的预定范围内的预定区域中移动；和充电装置100，为移动对象200的电池充电。

对接方向图案110(B)是印在充电装置100上的，从而，充电装置100的电源端子和对接方向图案100(B)的中心点位于垂直的轴上。在图4(a)中表示对接方向图案110(B)的代表性示例。

对接方向图案B对移动对象200定向到对接位置起辅助作用。对接方向图案B和中心点C以不同的方式着色，从而将不同的亮度水平分配给对接方向图案B和中心点C。

将对接方向图案B和中心点C以不同亮度水平着色的原因是，利用中心点C来检测出移动对象200相对于对接位置的偏移转动角度。

虽然本发明采用将对接方向图案B和中心点C以不同亮度水平着色，应该注意的是在必要时也可将对接方向图案B和中心点C以同等亮度水平着色。

在这种情况下，本发明采用用以提取对接方向图案的形状以及从提取的形状获得中心点的算法，从而可检测出移动对象200相对于对接位置的偏移转动角度。

参照图5，充电装置100包括电源单元130，用于向移动对象200的电池提供充电电压；和充电装置控制器120，用于控制充电装置100的工作。充电装置100还包括定向信号发射器140，用于发射对接定向信号(比如，红外线或超声波信号)，所述定向信号发射器140作为能够快速校正移动对象200的对接的辅助单元。

同时，用于捕获上述对接方向图案的图像的照相机210安装在用作移动对象200的清洁机器人的外部，或者包含在清洁机器人的主体中。

将照相机210安装在清洁机器人的外部或包含在清洁机器人的主体中，并使充电装置100的电源端子和移动对象的充电端子排列在一条直线上，并且用照相机210捕获的图像的图4(a)的中心点A与在距充电装置100相隔预定距离的某一参考位置的对接方向图案B的中心点C是相同的。上述照相机210的这种连接结构的原因在于通过检测对接方向图案的中心点C来检测移动对象200的偏移信息。

作为参考，上述参考位置是用来计算从当前位置到对接位置的距离。如果在移动对象200的存储器中预先登记在参考位置所获得的对接方向图案象素的数目，则到参考位置的距离就可以通过登记象素的数目与新提取的对接方向图案像素的数目之比计算出来。例如，还可以将充电装置100的电源端子与移动对象200的充电端子相连的具体位置确定为参考位置。

如图5所示，移动对象200包括对接方向图案提取器241、距离信息计算器243、偏移信息计算器245和轮驱动器247。

对接方向图案提取器241从照相机210捕获的图像提取对接方向图案B及其中心点C。距离信息计算器243根据提取的对接方向图案B像素的数目与在参考位置由照相机210所捕获的对接方向图案像素的数目之比来计算到对接位置的距离。偏移信息计算器245计算提取的对接方向图案B的中心点C、所捕获的图像的中心点A，并计算到对接位置距离的距离信息，从而计算表示相对于对接位置的偏移的移动对象偏移信息。轮驱动器247依据上述的偏移信息和上述的距离信息，控制移动对象的轮的运行。

移动对象200还可包括定向信号接收器230，能从充电装置100的定向信号发射器140接收对接方向信号(即红外线或超声波信号)，从而能够快速和准确地对对接过程进行定向。

图5中移动对象200的几个部件中的标号220表示为移动对象200提供驱动功率的电池和为电池充电的充电器。图5的标号250表示轮马达驱动器，用于根据移动对象控制器240的驱动控制信号来驱动轮马达。

图5的标号270表示用作与左右侧的每一个轮子相连接的编码器的旋转量检测器270。旋转量检测器270检测左右侧每一个轮子的旋转量，将与检测的旋转量相应的转动数目数据发送到移动对象控制器240。上述的部件220、250和270为传统清洁机器人的常用部件，所以为方便起见，省略对它们的详细描述。

图6是表示根据本发明将移动对象200定向到充电装置的对接位置的方法流程图。

参照图6，在步骤S1，如果电池电压等于或小于预设的电压，则移动对象200的照相机210根据移动对象控制器240的控制信号来捕获印在(或安装在)充电装置100上的对接方向图案B的图像。在这种情况下，在步骤S2和S3，对接方向图案提取器241从捕获的图像周期性地提取对接方向图案B及其中心点C。

换句话说，由于对接方向图案提取器241预先识别了对接方向图案的着色的信息，所以它就能使用具体的检测技术从图像提取对接方向图案B，该技术用于检测具有某一亮度水平和着色信息的区域的边缘。并且，对接方向图案B的中心点C具有不同于对接方向图案B的上述亮度水平的另一亮度水平，从而提取器可以从对接方向图案B提取中心点C。

用这种方式，如果对接方向图案B和它的中心点C被完全提取出来，则在步骤S4，距离信息计算器245就可以根据提取的对接方向图案B像素的数目与在参考位置由照相机所捕获的对接方向图案像素的数目之比来计算从当前位置到实际对接位置的距离。

偏移信息计算器245计算提取的对接方向图案B的中心点C、包含在所捕获的图像D中的中心点A以及到对接位置的距离的实际距离信息，从而在步骤S5基于对接位置C来计算移动对象200的偏移信息。

例如，如果对接方向图案B位于如图4(b)所示的所捕获的图像D中的右上部分，则距离信息计算器243利用从对接方向图案中心点C到对接方向图案边缘范围内的预定象素，根据实际捕获的对接方向图案B象素的数目与在参考位置由照相机捕获的对接方向图案象素的数目之比，来计算到实际对接位置距离的距离信息。

如果偏移信息计算器245将在步骤S3提取出的中心点C和A之间的距离除以由距离信息计算器243计算的距离信息，并以反正切值表示相除的结果，可计算移动对象200的偏移信息。

在步骤6，如果轮驱动器247根据由偏移信息计算器计算的偏移信息和由距离信息计算器计算出来的距离信息来驱动轮，移动对象200就会相对于对接位置C逐渐地按直线排列，并移到对接位置。

虽然移动对象200按上述操作可能会离开对接位置C，但移动对象200会相对于对接位置C再次按直线排列，并且以移动对象200可以与充电装置100对接的方式移动到对接位置。

因而，根据本发明的移动对象定向系统能够快速和准确地将移动对象定向到预定的对接位置而不必对充电装置进行机械上的更改也不必使用额外的机械设备。

从以上的描述可以清楚地看出，根据本发明的移动对象定向系统驱动轮去跟踪由照相机捕获的对接方向图案的中心点，从而使移动对象能够快速和准确地移动到充电装置的对接位置。

另外，根据本发明的移动对象定向系统利用可安装在充电装置上的对接方向图案，从而能够快速和准确地将移动对象定向到对接位置而不必对充电装置进行机械上的更改也不必使用额外的机械设备。

虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员能领会到在不脱离权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下对本发明的各种更改、增加或替换都是可能的。

Claims (14)

1.一种能够识别图像的移动对象，包括：

照相机，用于捕获能将移动对象定向到对接位置的对接方向图案的图像；

对接方向图案提取器，用于从捕获的图像提取对接方向图案及其中心点；

距离信息计算器，用于根据提取的对接方向图案像素的数目与在参考位置所捕获的对接方向图案像素的数目之比来计算从当前位置到对接位置的距离信息；

偏移信息计算器，用于计算提取的对接方向图案中心点、包含在所捕获的图像中的中心点和到对接位置的距离的距离信息，并计算表示相对于对接位置的偏移的移动对象偏移信息；和

轮驱动器，用于根据偏移信息和距离信息来驱动该移动对象的轮运行。

2.如权利要求1所述的移动对象，其中将照相机安装到该移动对象，从而在参考位置所捕获的图像的中心点与对接方向图案的中心点相同。

3.如权利要求1所述的移动对象，其中该对接方向图案提取器通过检测一区域的边缘从所捕获的图像提取对接方向图案，该区域具有与对接方向图案的着色信息相应的亮度水平。

4.如权利要求3所述的移动对象，其中该对接方向图案提取器通过检测对接方向图案的着色信息和另一亮度水平，从所捕获的图像提取对接方向图案的中心点。

5.如权利要求1所述的移动对象，其中该偏移信息计算器将从提取的对接方向图案的中心点到所捕获图像的中心点的距离除以到对接位置的距离的距离信息，并以反正切值的形式表示相除的结果。

6.如权利要求1所述的移动对象，还包括：

定向信号接收器，用于接收对接方向信号。

7.如权利要求1所述的移动对象，其中该移动对象是清洁机器人。

8.一种用于定向移动对象的系统，包括：

充电装置，其上印有对接方向图案，用于将移动对象定向到对接位置的对接方向图案的中心点和电源端子按直线排列；和

移动对象，用于驱动轮运行，使由照相机捕获的对接方向图案的中心点与由照相机捕获的图像的中心点相同，并移动到对接位置。

9.如权利要求8所述的系统，其中该移动对象包括：

照相机，用于捕获对接方向图案的图像；

对接方向图案提取器，用于从捕获的图像提取对接方向图案及其中心点；

距离信息计算器，用于根据提取的对接方向图案像素的数目与在参考位置所捕获的对接方向图案像素的数目之比来计算从当前位置到对接位置的距离信息；

偏移信息计算器，用于计算提取的对接方向图案中心点、包含在所捕获的图像中的中心点和到对接位置的距离的距离信息，并计算表示相对于对接位置的偏移的移动对象偏移信息；和

轮驱动器，用于根据偏移信息和距离信息来驱动移动对象的轮运行。

10.如权利要求9所述的系统，其中将照相机安装到该移动对象，并使在参考位置所捕获的图像的中心点与对接方向图案的中心点相同。相同

11.如权利要求9所述的系统，其中该偏移信息计算器将从提取的对接方向图案的中心点到所捕获图像的中心点的距离除以到对接位置的距离的距离信息，并以反正切值的形式表示相除的结果。

12.如权利要求8所述的系统，其中：

该充电装置还包括定向信号发射器，用于发射对接方向信号，和

该移动对象还包括定向信号接收器，用于接收对接方向信号。

13.如权利要求8所述的系统，其中对接方向图案及其中心点以不同亮度水平来着色。

14.如权利要求8所述的系统，该其中移动对象是清洁机器人。

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