CN208143828U - 移动式机器人 - Google Patents
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Abstract
在一个方面中，移动式机器人包括底盘，通过壳体悬挂系统可移动地安装在底盘上的壳体以及被构造为感测壳体相对于底盘的运动的距离和方向的传感器组件。传感器组件包括设置在壳体的下侧上的磁体。传感器组件还包括三个或更多个霍尔效应传感器，该三个或更多个霍尔效应传感器以三角形图案以固定距离设置在底盘上，使得当没有力施加到壳体时，该三个或更多个霍尔效应传感器定位在磁体下方，磁体和霍尔效应传感器之间的相对运动使传感器产生不同的输出信号。移动式机器人还包括控制器，该控制器被构造成接收来自霍尔效应传感器的输出信号并确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向。
Description
技术领域
该说明书大体上涉及用于移动式机器人的接触传感器。在此描述的一个示例性接触传感器是用于确定机器人割草机与机器人割草机的路径中的物体之间的接触的缓冲器。
背景技术
移动式机器人通过在环境中导航来操作。移动式机器人可以包括壳体，该壳体接触移动式机器人在其行进中遇到的障碍物。移动式机器人可以响应于检测到壳体已经接触到环境中的障碍物而修改其行为。例如，移动式机器人可以背离障碍物，或者改变其路径。
实用新型内容
在此描述的是示例机器人，其被构造为横穿诸如草地或人行道的室外表面，并且执行各种操作，包括但不限于割草。这些机器人会遇到障碍物，其阻碍它们的前进。例如，在操作期间，机器人可以接触障碍物，诸如柱，鸟浴池，斜坡，墙壁等。基于机器人的壳体相对于机器人的底盘的位移(例如，在仪表板上)确定机器人已经与障碍物接触。控制器基于从传感器组件输出的信号来识别壳体位移的大小和方向，传感器组件检测壳体相对于底盘的运动。
在一个方面，移动式机器人包括底盘，通过壳体悬挂系统可移动地安装在底盘上的壳体以及被构造为感测壳体相对于底盘运动的距离和方向的传感器组件。传感器组件还包括设置在壳体的下侧上的磁体。传感器组件还包括三个或更多个霍尔效应传感器，该三个或更多个霍尔效应传感器以三角形图案以固定距离设置在底盘上，使得当没有力施加到壳体时，该三个或更多个霍尔效应传感器定位在磁体下方，其中磁体和霍尔效应传感器之间的相对运动使传感器产生不同的输出信号。移动式机器人还包括控制器，该控制器被构造成接收来自霍尔效应传感器的输出信号并确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向。
在一些实施方式中，基于由悬挂系统允许的壳体相对于底盘的运动量来确定磁体的大小。在一些情况下，磁体是矩形的并且矩形磁体的中心与三角形图案的中心轴向对准。
在一些实施方式中，磁体的中心和三角形图案的中心沿着机器人的中心线定位。
在一些实施方式中，壳体悬挂系统包括多个悬挂柱，每个悬挂柱包括弹簧和被构造为将底盘连接到壳体的锁定机构。在某些情况下，弹簧的弹簧常数在2到10N/mm范围内。在某些情况下，每个悬挂柱位于壳体的角部附近。
在一些实施方式中，传感器组件被构造为感测与壳体接触的至少八个不同的状态。
在一些实施方式中，基于来自传感器的输出，控制器被构造为确定壳体接触障碍物的角度，并确定移动式机器人围绕障碍物运动的运动顺序。
在一些实施方式中，三角形图案的中心被定位成距离底盘的中心不超过 11厘米。
在一些实施方式中，每个霍尔效应传感器被线圈包围。
在一些实施方式中，当每个霍尔效应传感器被磁体覆盖时，传感器组件感测不与障碍物接触。
在一些实施方式中，三个或更多个霍尔效应传感器共同位于电路板上，占据面积在15平方厘米至30平方厘米的范围内。
在一些实施方式中，三个或更多个霍尔效应传感器共同位于电路板上，并且电路板的面积与壳体的面积之比在150:1至300:1的范围内。
在一些实施方式中，移动式机器人还包括电荷泵和电容器，其中电荷泵和电容器电连接到移动式机器人的至少一个马达。在某些情况下，移动式机器人的至少一个马达只有在电容器被充电时才能工作。在一些情况下，除非多个霍尔效应传感器中的至少一个被磁体覆盖，否则电容器不能被充电。
在另一方面，一种检测移动式机器人和障碍物之间的接触的方法包括，利用传感器组件，所述传感器组件包括设置在所述移动式机器人的壳体上的磁体以及设置在所述移动式机器人的底盘上的三个或更多个霍尔效应传感器，基于磁体相对于霍尔效应传感器的取向来感测三个或更多个霍尔效应传感器的模拟响应。该方法还包括在控制器处接收由传感器组件的三个或更多个霍尔效应传感器提供的信号。该方法还包括由控制器确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向。该方法还包括基于壳体相对于底盘的运动的距离和方向来修改移动式机器人的行为。
在一些实施方式中，确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向包括从与壳体接触的至少八个不同状态中的状态确定所发生的接触。
在一些实施方式中，确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向包括确定移动式机器人接触障碍物的角度。
在一些实施方式中，确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向包括使用查找表。
在一些实施方式中，所述方法还包括：如果没有霍尔效应传感器感测到所述磁体，则切断所述移动式机器人的马达的电力。
在一些实施方式中，该方法还包括发送电流穿过围绕传感器组件的霍尔效应传感器的线圈，并且在控制器处确定传感器组件是否正在正常工作。
在一些实施方式中，修改移动式机器人的行为包括基于壳体相对于底盘的运动的距离和方向识别并向移动式机器人的驱动系统提供指令。在一些情况下，该指令包括执行避开障碍物机动的命令。在一些情况下，避开机动包括用于移动式机器人备份计算的与障碍物的距离的命令。在一些情况下，识别并提供对移动式机器人的驱动系统的指令包括使用机器学习。
前述的优点可以包括但不限于以下和其他地方所述的那些。传感器组件可以响应于与壳体的接触而产生一定范围的信号，并且因此可以向控制器提供不止二元的“碰撞”或“不碰撞”信号，从而允许更精确的障碍物检测。另外，大型移动式机器人中包含的允许更精确的障碍物检测的小型敏感传感器组件允许具有大转弯半径的大型机器人以在紧凑空间中围绕障碍物导航。另外，在此所述的传感器组件的包括电路板的部分可以被包封以便屏蔽传感器免受由室外割草机器人接触的水和碎屑的影响。
移动式机器人的另一个优点是它的悬挂系统，其被设计成在横向(例如水平)方向上是刚性的，这样机器人在移动穿过稠密或刚性的草地类型时不会记录碰撞。该悬挂系统还设计成允许移动式机器人的壳体和底盘容易地联接和分离，同时允许壳体和底盘之间的六个自由度的运动。
在此描述的机器人和技术或其部分可以由计算机程序产品来控制，该计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上并且可在一个或多个处理装置上执行的指令，以控制(例如，协调)在此描述的操作。在此描述的机器人或其部分可以被实施为可以包括一个或多个处理装置和存储器的设备或电子系统的全部或一部分，以存储可执行指令以实施各种操作。
附图说明
在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。从说明书和附图以及权利要求书中，其他特征和优点将显而易见。
图1A是示例性割草机器人的透视图；
图1B是图1A所示的割草机器人的底视图；
图2是如图1A-B所示的接触障碍物的割草机器人的侧视图；
图3A是图1A-B的壳体与机器人分离的割草机器人的示例性壳体的下侧的视图；
图3B是图1A-B的壳体与机器人分离的割草机器人的壳体的下侧的分解图；
图4A-B是用于将机器人的壳体联接到底盘的示例性悬挂柱的分解图；
图5A-5B是处于解锁位置和锁定位置的底盘的插座中的示例性悬挂柱的透视图；
图6是具有电路板的示例性割草机器人的底盘的一部分的俯视图，其中所述电路板具有安装在其上的霍尔效应传感器；
图7A是在包括图6的电路板的示例性传感器组件处朝向机器人的前面看去的割草机器人的横截面图；
图7B是割草机器人的侧截面图，其示出了包括图6的电路板的示例性传感器组件；
图8A是在壳体的前碰撞期间的示例性传感器组件的顶视图；
图8B是在壳体的左前碰撞期间的示例性传感器组件的顶视图；
图8C是壳体的右前碰撞期间的示例性传感器组件的顶视图；
图8D是在壳体的左碰撞期间的示例性传感器组件的顶视图；
图8E是在壳体的右碰撞期间的示例性传感器组件的顶视图；
图8F是处于其原始位置(例如，在壳体没有碰撞期间)的示例性传感器组件的顶视图；以及
图9是示出由移动式机器人执行的用于检测与障碍物的接触的过程的流程图。
具体实施方式
在此描述的是示例机器人，该示例机器人被构造为横穿诸如草坪或人行道的室外表面，并且执行各种操作，包括但不限于割草。这些机器人会遇到障碍物，其阻碍它们的前进。例如，在操作期间，机器人可以接触障碍物，诸如柱，鸟浴池，斜坡，墙壁等。基于机器人的壳体相对于机器人的底盘的位移来(例如，在仪表板上)确定机器人已经与障碍物接触。控制器基于从传感器组件输出的信号来识别壳体位移的量值和方向，传感器组件检测壳体相对于底盘的运动。
在室外机器人(如割草机器人)上可以使用可以被封闭(或者被屏蔽不受天气影响的)同时保留其功能的传感器，包括霍尔传感器和电感式传感器。例如，机器人割草机可以包括相对于底盘固定的霍尔效应传感器的一个或多个阵列以及设置在机器人的可移动壳体上的一个或多个磁体。在一些实施方式中，传感器组件可以设置在机器人的壳体上，并且磁体可以设置在底盘上。响应与障碍物的接触，壳体可相对于底盘移动。每个霍尔效应传感器根据磁体相对于特定传感器的位置提供电信号。这些电信号可以由控制器解释(例如处理)以识别与障碍物接触的属性，诸如与障碍物接触的位置，与障碍物接触的角度以及与障碍物接触的力。与机械开关相比，包括霍尔效应传感器阵列的传感器组件(例如在此所述的那些)可以是有利的，因为霍尔效应传感器可以响应于与壳体接触产生一定范围的电信号(例如，具有一定范围的值的模拟信号)，因此可以提供比障碍物检测的二进制“碰撞”或“不碰撞”指示更多。
图1A示出了移动式割草机器人100(也被称为机器人100)的示例。移动式割草机器人100检测与环境中的障碍物的接触并确定该接触的属性，诸如与机器人的身体接触的位置。该物体位置检测能力允许机器人选择诸如转弯、备份机动等的机动来围绕障碍物导航。割草机器人100具有壳体102，后轮104a和104b以及止动按钮106。在按下停止按钮106(例如由用户) 时，机器人100的所有操作将停止。在一些实施方式中，机器人100的壳体 102具有大约40-50cm的长度L1和大约50-60cm的宽度W1。割草机器人100具有由马达驱动的用于割草的切割刀片110(图1B)。切割刀片110安装在切割组件116上，切割组件116连接到机器人100的底盘112。前轮108a 和108b附接到机器人100的底盘112。壳体102通过悬挂柱114a-114d(在图1B中可以看到柱114a和114c)连接到底盘112上。悬挂柱114a-114d允许壳体102相对于机器人100的底盘112横向(例如，水平地)和轴向(例如竖直)两者运动。
图2示出了在割草时接触障碍物(例如柱202)的割草机器人100。在操作期间，割草机器人100导航穿过诸如草坪之类的表面，并且可以接触障碍物，诸如竖直取向的表面，如柱202的表面，倾斜平面或其它物体表面。如此处所示的，机器人100的壳体102接触柱202，并且相对于机器人100 的底盘112位移(例如，壳体在其接触所述柱时通常保持其水平位置，而底盘继续朝向柱运动)。在实施方式中，壳体102通过允许壳体102相对于底盘112运动的六个自由度的悬挂系统悬挂在底盘112上。当壳体102相对于底盘112位移时，一个或多个传感器(例如包括在如图7A和图7B所示的传感器组件700中)感测相对运动并将模拟电信号提供给控制器(例如，图 1B中所示的控制器118)。
简要回到图1B，控制器118接收电信号并确定接触的一个或多个属性，例如接触的位置、角度或力量。这些计算出的属性可以用来确定所接触的障碍物的一个或多个属性。例如，这些属性可以包括障碍物的几何形状、草坪中的障碍物的全局位置、障碍物的物理属性(例如刚度)等。所计算的属性还可以由控制器118使用以确定适当的用于机器人执行避开障碍物的避开行为。避开行为可能会导致机器人备份一个特定的距离，慢到一特定的速度，沿着一个障碍物，避开障碍或特定区域，执行另一机动等。
图3A和3B示出了割草机器人100的壳体102的下侧的实施方式。壳体的顶部部分310大致为矩形的形状，具有四个圆形角部。壳体具有前部部分312，右侧部分314和左侧部分316。壳体102通过包括四个悬挂柱 114a-114d的悬挂系统附接到机器人100的底盘112。每个悬挂柱114a-114d 位于壳体102的顶部部分310的角部附近。悬挂系统允许壳体102相对于机器人100的底盘112侧向(例如水平地)和轴向(例如竖直)运动。
当机器人100的壳体102相对于底盘112位移时，传感器组件700利用安装在壳体102上的磁体302来感测壳体102的相对运动的方向和距离。在实施方式中，磁体302的中心位于壳体102的右侧部分314和左侧部分316 之间的中心线318上或附近。优选地使磁体302尽可能靠近机器人100的中心306。将磁体定中心在机器人100的中心306处减少了壳体102上的接触和传感器组件700之间的不同长度的杠杆臂的可能的影响。在实施方式中，包括在传感器组件中的传感器形成三角形图案。在实施方式中，三角形图案的中心以及磁体302的中心定位成距底盘的中心不超过5-15厘米，如距离 L2所示。
在实施方式中，可以使用多个磁体。例如，可以在包括在传感器组件中的每个传感器上方的壳体102上布置磁体。在实施方式中，也可以使用多个传感器阵列。例如，多个传感器阵列可以设置在底盘112上，并且一个或多个磁体可以设置在壳体102上，每个对应于其中一个传感器阵列。
如图3B所示的，在实施方式中，使用球接头接口将悬挂柱114a-114d 附接到壳体102。对于每个悬挂柱114a-114d，球接头插座304a-304d位于壳体102的顶部部分310的相应角部附近。例如，球窝接头插座304a定位成接收悬挂柱114a。只要在该实施方式中提供了壳体相对于机器人100运动的六个自由度，则可以使用其它接口来将悬挂柱连接到壳体102的顶部部分 310。
悬挂柱114a-114d将壳体102联接到底盘112，同时允许壳体102从底盘112简单分离。图4A和4B示出了悬挂柱400(其可以是例如悬挂柱 114a-114d中的一个)的分解图。特别地，图4A表示柱400的透视图，而图 4B示出倒置的视图。悬挂柱400包括弹簧408，锁定机构410，球接头402 和长度限制元件406。为了组装悬挂柱400，长度限制元件406通过弹簧408插入并进入锁定机构410中。弹簧408被成形为使得即使在壳体102相对于底盘112在任何方向上的最大位移期间，弹簧408也避免接触壳体102的侧壁。在实施方式中，悬置柱400可以替代地或附加地通过螺钉插入穿过螺钉凸台404而被固定到壳体102上。在实施方式中，弹簧408可以是桶形弹簧，直的圆柱形弹簧等。弹簧408的弹簧常数在2至10N/mm的范围内。
有利的是，悬挂系统在横向(例如水平)方向上是刚性的，因为一些草类型(特别是那些特别致密或者刚性的类型)在机器人100运动穿过所述草时可能被机器人100记录为碰撞。当草与壳体102接触时记录碰撞是不期望的，因为机器人100意图在草上驾驶并切割草。然而，在轴向(例如竖直) 方向上，悬挂系统不需要特别刚性，因为机器人100必须能够感测，当机器人100的壳体102相对于底盘112被提升或楔入时。感测壳体102相对于底盘112的提升对于割草机器人100是安全至关重要的，因为如果机器人100 被提升，则机器人100的下侧上的切割刀片110可能被暴露。这样，感测组件被设计为使得机器人100在壳体被提升超过特定阈值距离(例如，其可以在3mm和8mm之间)的情况下使其致动器掉电。
此外，在横向(例如水平)方向上是刚性的悬挂系统允许壳体102相对于底盘112的更好的“复位(homing)”，例如，重新定中心。在其他系统中，当遇到轻微的碰撞时，弹簧408的线圈之间的摩擦可限制壳体102相对于底盘112重新定中心的能力。壳体102相对于底盘本身重新定中心越容易，在操作期间就越不需要重新校准壳体102的定位。此外，在诸如割草机器人100 的机器人(其中安全性是关键问题)中，在机器人100的操作期间的壳体校准将不受欢迎。
图5A示出了悬挂柱400的锁定机构410处于解锁位置的接口500。图 5B示出了悬挂柱400的锁定机构410处于锁定位置的接口500。为了使用悬挂柱400将底盘112联接到壳体102，底盘112与其对准使得悬挂柱400的长度限制元件406突出到底盘112的插座502中。然后，锁定机构410在悬挂柱400的长度限制元件406的顶部之上插入，使得长度限制元件406延伸穿过锁定机构410的中心。该未锁定的构造在图5A中示出。为了将底盘112 锁定到壳体102，在该实施方式中锁定机构410转动90度。该锁定的构造在图5B中示出。对于每个悬挂柱(例如，图3A中示出的柱114a-114d)中，在机器人100的每个角部(或壳体102上的悬挂柱的位置)处重复联接过程。在机器人100的角部处将壳体102联接到底盘112的这一过程是有利的，因为其允许机器人100的壳体102的容易组装和移除。该联接过程也是有利的，因为其允许壳体102相对于底盘112浮动并保持六个自由度。
机器人100的传感器组件(例如，图7A和图7B所示的传感器组件700) 包括电路板，该电路板包括一个或多个传感器。图6示出了安装在底盘112 上的电路板602的示例。电路板602包括以三角形图案(例如等边三角形) 布置的三个霍尔效应传感器604，606和608。霍尔效应传感器604位于机器人底盘112上的传感器606和608的前方。霍尔效应传感器604，606和608 的三角形图案以及面向传感器的磁体302的大小允许定向碰撞感测。
在实施方式中，三个霍尔效应传感器中的每一个分别被内置在电路板 602中的线圈614，616和618包围。线圈可以用于传感器组件700和机器人 100的电路上的运行诊断(示出在图7A和7B中)。在测试期间，例如，可以向线圈提供电测试电流，这将产生将由相应的霍尔效应传感器感测的磁场。可以在磁体302在霍尔效应传感器的范围内时或当其在霍尔效应传感器的范围外时提供该电测试电流。
霍尔效应传感器基于被感测的磁场产生信号(例如，电压信号)。该输出电压可以被发送到控制器(例如图1B中所示的控制器118)用于分析。在实施方式中，每个霍尔效应传感器可以被允许执行诊断测试的线圈围绕。电流可以通过线圈发送，产生磁场，从而改变霍尔效应传感器的输出电压。电流可以通过线圈发送，并且因此可以在机器人100的操作期间以及当机器人100不操作时运行诊断。
当在机器人100的操作期间执行诊断测试时，由于由流经线圈的电流产生的磁场导致的输出电压的部分和由磁体302的存在产生的输出电压的部分可以是分离。由于磁体302是永磁体，所以由于磁体302引起的信号部分通常具有不变的水平。可以从缓冲器的激励(例如缓冲器接触物体并且由于磁体302改变而感测到的磁场)将频率分量引入到信号中。线圈可以以特定频率激励，这允许滤出输出信号的这部分。可以使用带通滤波器来实现输出电压部分的分离，该带通滤波器也可以滤除系统中的高频噪声。
由线圈中的电气测试电流产生的输出信号的部分可以与预测的输出相比较以确保被线圈包围的霍尔传感器以及诸如放大器的其它电路部件正常工作。电气测试电流可以同时输入所有三个线圈，也在单个线圈上。另外，由于分离输出电压的部分的能力，由于测试和由于以上的正常操作，所以可以在机器人100正在工作的同时执行诊断测试。
图7A示出了从传感器组件700的后方截取并且朝向传感器组件700向前看的机器人100的一部分的截面图。图7B示出了从传感器组件700的左侧截取的并且朝向传感器组件700向右看的机器人100的一部分的横截面图。磁体302设置在壳体102的下侧，电路板602设置在底盘112上。如在这些图中所示的，磁体302浮在电路板602之上，当壳体102相对于底盘112 位移时，根据磁体在电路板602上方的位置，一个或多个霍尔效应传感器 604，606和608可以感测磁体302的存在。在这个示例中，磁体302和电路板602之间的轴向间距H2大约为5-8mm。当电路板602上的霍尔传感器604， 606或608感测到磁体302的磁场时，磁体302被称为“覆盖”传感器。
磁体302的尺寸可以与壳体102的移动距离有关。在前后方向上，磁体的尺寸应当至少与所期望的前后壳体总行程一样长。因此，例如当在前碰撞期间向后推动磁体302时，磁体302的磁场仍然覆盖霍尔效应传感器606和 608。在右向左方向上，磁体必须至少是所希望的壳体在一侧上的行程的两倍一样长。因此，例如，当壳体102从右侧碰撞时，磁体302的磁场仍然覆盖霍尔效应传感器604和608。在一个实施例中，磁体是19mm×19mm(在图8A中由距离L3和W3示出)，并且总体壳体行程在前后方向上是15mm，并且在右侧或左侧上的总壳体行程是8mm。
磁体302以及霍尔效应传感器604，606和608的三角形的占用面积的大小也可以与壳体102的总体尺相关。在一个实施方式中，磁体302是 19mm×19mm，壳体102为471×534mm，分离霍尔效应传感器604，606， 608的三角形的腿部长度约为21mm，如图6中的距离W2所示的。在其他实施方式中，取决于壳体102的所需行程和机器人的尺寸，霍尔效应传感器 604，606和608可以以等边三角形以外的其它形状布置。
在具有大壳体(例如壳体102)的机器人100上实现诸如在此描述的小型敏感传感器组件700是有利的。大壳体的机器人比小壳体的机器人具有更大的转弯半径，并且可能需要更多方向信息来围绕障碍物有效地导航。例如，小型机器人可能够在紧凑空间中在障碍物周围导航，这是基于知道它在其壳体的前部被碰撞。然而，对于转弯半径较大的大型机器人，可需要更多的定向数据才能在更紧凑的空间中导航。霍尔效应传感器604，606和608相对于磁体302的间隔允许在大壳体的区域上精确感测障碍物接触，而传感器组件700相对占用较小的空间。在实施方式中，霍尔效应传感器604，606和 608共同位于电路板602上，占地面积在15和30平方厘米之间。另外，在实施方式中，电路板602的面积与壳体102的面积之比在150:1和300:1之间。
使用缺乏机械部件的传感器组件700使机器人100在外部使用并暴露于包括雨水和变化的温度的因素也是有利的。电路板602可被封装以便屏蔽传感器604，606和608免受水和碎屑的影响。
图8A-8F示出了基于障碍物与机器人100的壳体102之间的接触的位置和力发生的传感器组件700的不同状态。在图8A中，壳体102在其前部部分312上接触障碍物(如图3A所示的)。当壳体102相对于底盘112向后位移时，磁体302也相对于电路板602向后位移。当磁体302向后移动时，霍尔效应传感器604在磁体302的磁场的范围之外因此被磁体覆盖。由于磁体不再覆盖霍尔效应传感器604，所以传感器的输出电压水平降低。在该前碰撞期间，所有三个霍尔效应传感器604，606和608将输出发送到机器人100 上的控制器118。控制器118可以确定传感器604的输出是低的，并且因此传感器604未被磁体302覆盖，因为它处于磁体302的磁场的范围之外。由于传感器组件700的几何形状，控制器118可以确定，因为当传感器606和 608被覆盖时传感器604未被覆盖，所以前碰撞已经发生。
图8B-8F示出了基于壳体102相对于底盘112的位置的传感器组件700 的不同状态。在左前碰撞期间，如图8B所示，传感器604和606都变得超出磁体302的磁场的范围，并且因此被磁体302覆盖。在图8C中，在右前碰撞期间，传感器604和608变得超出磁体302的磁场的范围，因此未被磁体覆盖。在图8D中，在左碰撞期间，传感器606在磁体302的磁场的范围之外。在右碰撞期间，如图8E中所示的，传感器608在磁体302的磁场的范围之外。在图8F中，当不发生碰撞时，所有三个传感器604，606和608 被磁体302覆盖(例如，在其磁场的范围内)。传感器604，606和608的不同输出电压在这些状态中的每个下允许控制器118确定壳体102上的碰撞的位置。
此外，使用由传感器604，606和608输出的电压，控制器118可以确定相对于机器人100的中心的碰撞角度。如果控制器118知道机器人100的壳体102碰撞的具体角度时，可以指示机器人100进行具体的备份或其他机动，以避免造成碰撞的障碍物。
可以在机器人100中实施机器学习。随着与机器人100的壳体102接触越多，并且响应于这些接触命令更多的机器人机动，控制器118可以获知哪些机动更好地工作以当与障碍物以具体角度发生接触时避免所述障碍物。机器学习可以导致围绕障碍物的更有效的导航。
回到图6，传感器组件700的状态被示出为在壳体102相对于机器人底盘112的提升期间。在提升事件期间，所有的霍尔效应传感器604，606和 608远离磁体302移动，并且其输出信号电平降低。由于割草机器人100的旋转切割刀片110，当覆盖切割刀片110的壳体102被提升时能够关闭这些刀片的操作是重要的。该关闭程序可以以多种方式执行。例如，包括全部三个霍尔效应传感器604，606和608的电路的输出可以连接到电荷泵。电荷泵可以给电容器充电，该电容器在充电时允许割草机器人100的马达运转。当三个霍尔效应传感器604，606和608中的任何一个都不能感测磁体302 的磁场时，电荷泵不能充分地对电容器充电，并且移除机器人100的马达的电力。
参照图9，描绘了示出检测移动式机器人与障碍物之间的接触的方法的实施方式的流程图900。检测移动式机器人和障碍物之间的接触的方法包括，利用传感器组件700，传感器组件700包括设置在移动式机器人的壳体上的磁体和设置在移动式机器人的底盘上的三个或更多个霍尔效应传感器，基于磁体相对于霍尔效应传感器的取向来感测三个或更多个霍尔效应传感器的模拟响应902。例如，可以存在三个霍尔效应传感器604，606和608设置成三角形图案，如图6所示。当磁体浮在传感器板上时，如图8A-8F所示的，磁体相对于传感器的不同取向改变了传感器的模拟响应。也可以存在三个以上的霍尔效应传感器以理想的图案(例如正方形，六边形等)布置在传感器板上，使得可以捕获磁体相对于传感器的不同取向。
流程图900还包括在控制器118处接收由传感器组件700的三个或更多个霍尔效应传感器提供的信号904。由三个或更多个霍尔效应传感器提供的信号可以对磁体相对于传感器的变化取向的传感器的模拟响应(例如电压输出)。
流程图900进一步包括由控制器118确定壳体102相对于底盘112的运动的距离和方向906。例如，确定壳体102相对于底盘112的运动的距离和方向可以包括从与壳体102接触的至少八个不同方向中的方向确定所发生的接触(例如，右，左，右前，左前，提升等)。例如，如果机器人100的壳体102与障碍物在壳体102的前部部分312接触(参见图3A)，则磁体302 和传感器604，606和608的取向将类似于图8A所示的方向，并且由传感器604，606和608提供给控制器118的电压允许控制器118确定接触的方向来自机器人100的前方。
在另一个示例中，确定壳体102相对于底盘112的运动距离和方向包括确定移动式机器人100接触障碍物的角度。例如，通过使用查找表，控制器118可以将由霍尔效应传感器604，606和608提供的信号与查找表中的值相匹配以确定接触角。
流程图900还包括基于壳体102相对于底盘112的运动的距离和方向来修改移动式机器人100的行为908。修改移动式机器人100的行为包括基于壳体102相对于底盘112的运动的距离和方向来识别和提供指令给移动式机器人100的驱动系统。例如，如图2所示，控制器118可以确定壳体102已经被障碍物(例如柱202)从前方碰撞，并识别并向机器人100的驱动系统提供避开柱202的指令，例如备份设定距离的指令。
在另一示例中，在识别并提供用于移动式机器人100的驱动系统的指令时，控制器118采用机器学习。随着与机器人100的壳体102的更多的接触发生，并且响应于这些接触而命令更多的机器人机动，控制器118可以获知当与障碍物的接触发生在特定角度时哪个机动最适合避开障碍物。机器学习可以导致围绕障碍物的更有效的导航。例如，通过机器学习，控制器118可以获知角部附近的接触可以指示机器人100不需要备份，直到如果接触在壳体102的一个侧面的中间为以便在障碍物周围导航。控制器118可以基于接触的几何形状学习适当的设定距离以用于备份以在障碍物周围导航。
在流程图900中示出的操作可以由割草机器人100的部件执行，包括传感器组件700(在图7A和图7B中示出)和控制器118(在图1B中示出)。
计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释的语言，并且可以以任何形式进行部署，包括作为独立程序或作为模块，组件，子程序或适合于在计算环境中使用的其他单元。
与实施在此描述的全部或部分物体检测技术相关联的操作可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以执行在此描述的功能。可以使用专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)和/或 ASIC(专用集成电路))来实施对在此描述的全部或部分壁跟踪技术的控制。
适合于执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区域或随机存取存储区域或两者接收指令和数据。计算机的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区域装置。通常，计算机还将包括或可操作地联接成从一个或多个机器可读存储介质(例如用于存储数据的大规模PCB)，例如磁性、磁光盘或光盘，接收数据或向其传输数据或者两者兼而有之。适用于实现计算机程序指令和数据的机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区域，例如包括半导体存储区域装置，例如EPROM，EEPROM和闪存区域装置；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；和CD-ROM和DVD-ROM盘。
在此描述的不同实施方式的元件可以被组合以形成上面没有具体阐述的其他实施方式。元件可能会被遗漏在这里描述的结构之外而不会对其操作造成不利影响。此外，各种单独的元件可以被组合成一个或多个单独的元件以执行在此描述的功能。
Claims (11)
1.一种移动式机器人，其特征在于，包括：
驱动系统，该驱动系统是可操作的以使所述机器人在表面上运动；
壳体，该壳体通过壳体悬挂系统可移动地安装在机器人的底盘上；
传感器组件，该传感器组件被构造成感测壳体相对于所述底盘的运动的距离和方向，所述传感器组件包括：
磁体，该磁体设置在所述壳体的下侧上；
三个或更多个霍尔效应传感器，该三个或更多个霍尔效应传感器以三角形图案以固定距离设置在底盘上，使得当没有力施加到壳体时，所述三个或更多个霍尔效应传感器定位在磁体下方，其中磁体和霍尔效应传感器之间的相对运动使该传感器产生不同的输出信号；和
控制器，该控制器被构造为接收来自霍尔效应传感器的输出信号并且确定壳体相对于底盘的运动的距离和方向。
2.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于，所述磁体是基于由所述悬挂系统允许的壳体相对于所述底盘的移动量确定尺寸的。
3.根据权利要求2所述的移动式机器人，其特征在于，所述磁体是矩形的，并且所述磁体的中心与所述三角形图案的中心轴向对准。
4.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于，所述磁体的中心和所述三角形图案的中心沿着所述机器人的中心线定位。
5.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于所述壳体悬挂系统包括：
多个悬挂柱，每个悬挂柱包括：
弹簧；和
锁定机构，该锁定机构被构造成将底盘联接到壳体。
6.根据权利要求5所述的移动式机器人，其特征在于，所述弹簧的弹簧常数在2至10N/mm的范围内。
7.根据权利要求5所述的移动式机器人，其特征在于，每个悬挂柱位于所述壳体的角部附近。
8.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于，所述传感器组件被构造为感测与所述壳体接触的至少八个不同的状态。
9.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于，基于来自所述传感器的输出，所述控制器被构造为确定所述壳体接触障碍物的角度，并确定使所述移动式机器人围绕所述障碍物运动的运动顺序。
10.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于，所述三角形图案的中心被定位成距离所述底盘的中心不超过11厘米。
11.根据权利要求1所述的移动式机器人，其特征在于，所述三个或更多个霍尔效应传感器共同位于电路板上，并且所述电路板的面积与所述壳体的面积之比在150:1至300:1的范围内。
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