自动启动自定位过程的方法

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1、自动启动自定位过程的方法自动启动自定位过程的方法本文描述了一种用于自主完成工作的自走式机器人。机器人包含以下部分：一使机器人在地面上运动的驱动模块；一用于在处理过程中执行相应工作的处理模块；至少一个用于采集环境结构信息的传感器模块；一检测模块，用于在处理过程开始前和处理过程中检测机器人的位置搬动情况；一导航模块，用于在处理过程中根据环境地图为机器人进行地面导航，导航模块存储和管理一张或多张环境地图，并在检测模块发现机器人位置搬动时执行机器人自定位过程，其中在实施自定位时，将检测机器人是否位于所储存地图范围内,以及位于该地图范围内的哪个位置。【专利说明】自动启动自定位过程的方法【技术领域】 00

2、01 本发明涉及一种方法，该方法用于自动启动自定位过程，尤其是自走式自主机器 人（比如机器人吸尘器）本身的自动全局自定位过程。【背景技术】 0002 大量地面清洁或处理用自走式机器人已经为人们所知并可在市场上买到。这类产 品的原则性要求，是在尽可能短的时间内，尽可能彻底地实现地面处理。在简单系统中采用 了随机导航法（比如iRobot Corp.公司的专利EP 2287697 A2)，其中在导航时不编制或使 用需处理地面的环境地图。也就是说不使用关于障碍物、地面界限、已清洁区域/未清洁区 域的信息。结合局部运动策略，机器人与障碍物相撞时仅（随机）更改运动方向。采用这 种设计后，地面可能需要进行多

3、次清洁，而且（最终）不能保证清洁彻底。 0003 复杂系统编制有地图，以便借助SLAM算法（SLAMSimultaneous Localization and Mapping -即时定位与地图构建），有针对性地规划路径并且有针对性地实施地面清 洁。该系统工作时将检测地图，并借助外部传感器（激光测距扫描仪，借助摄像头和激光进 行三角测量的测量仪，接触传感器等等）和惯性传感器（行程传感器，加速度传感器等等） 检测机器人在地图中的位置。在采用上述SLAM模块的较新颖清洁机器人中，所编制地图不 是永久性的，即需要为每一次新的清洁过程（也就是说在之前的清洁过程结束后）编制新 地图。 0004 相对于非永

4、久性地图，使用永久存储地图可以实现更高效的处理过程，因为没有 必要重复检测环境。通过这种设计可以马上计算处理过程，其中可检测建立在地图基础上 的附加信息并重新利用（比如问题区域、污染严重的区域等等）。还可以收录用户专用信息 比如房间名称、需要更彻底清洁的范围或者禁止进入的区域（在非永久性地图中，这些信 息的输入没有意义）。比如在Intellibot公司的专利文件US 8,867,592 B2中，采用了一 种存储式/永久性地图，以便将（可能不同的）功能（比如吸尘、擦拭）与地图上的各个子 区域相对应，然后清洁装置可以独立执行这些功能。三星公司的专利文件US 2009/0182464 A1中，可使用

5、地图被分解为子区域，随后清洁装置按照顺序清洁这些区域。 0005 机器人永久性存储地图的基本前提条件是：机器人能够在永久性地图中自主定 位，而不需要或者仅在极小程度上需要预先知道其相对于地图的实际位置。这种能力又被 称为全局自定位（英语：glbal self localization)能力。关于这种方法的描述可参阅 文件通过使用多假设跟踪系统实现可移动机器人的主动式全局自定位 (IEEE机器人和自 动化,2001年）。 0006 不过按照上述方法实施的自定位过程，可能（根据地图的大小和数量）持续很长 时间。在这个过程中，机器人有时会停止执行其实质性任务（比如到达一个目标点），从而 延迟了任务完

6、成时间。 0007 作为本发明基础的任务是：提供一种自主机器人，这种机器人尽可能少地、尤其是 仅在确有必要时执行自定位过程，以便节省完成实质性任务所需的时间和能源。【发明内容】 0008 以上任务通过按照权利要求1的移动式机器人完成。本发明的不同结构示例和优 选实施例子是从属权利要求的目的。 0009 下面描述一种用于独立完成工作的自走式移动机器人。根据本发明的一个结构示 例，机器人包括以下部分：一使机器人在地面上运动的驱动模块；一用于在处理过程中执 行相应工作的处理模块；至少一个用于米集环境结构和/或地面信息的传感器模块；一检 测模块，用于在处理过程开始前和处理过程中检测机器人的位置搬动情况

7、；一导航模块，用 于在处理过程中根据环境地图为机器人进行地面导航，导航模块存储和管理一张或多张环 境地图，并在检测模块发现机器人位置搬动时执行机器人自定位过程，其中在实施自定位 时，将检测机器人是否位于所储存地图范围内，以及位于该地图范围内的哪个位置。 0010 此外还将描述一种借助自走式自主机器人自动完成工作的方法。根据本发明的一 个设计示例，该方法包含以下步骤：存储和管理至少一张环境地图；借助机器人上面安装 的处理模块启动处理过程并执行相应工作；在处理过程中借助环境地图为机器人进行地面 导航；在处理过程中通过至少一个安装于机器人上面或内部的传感器模块，采集关于环境 结构和/或地面的信息；如

8、果机器人上面或内部安装的检测模块发现机器人位置已搬动， 则机器人执行自定位过程，其中在实施自定位时，将检测机器人是否位于所储存地图范围 内，以及位于该地图范围内的哪个位置。 0011 结合地面处理描述的移动机器人示例和技术特征，也可应用于执行其他工作或附 加工作的移动机器人。所描述移动机器人从事的工作可以包括（比如）地面处理、地面或 环境检查、物体搬运、空气清洁和/或执行娱乐游戏。仅用于检查时不需要配置处理模块。【专利附图】【附图说明】 0012 以下附图和详细描述有助于更好理解本发明。插图中的元素不一定理解为限制， 其作用主要是阐明本发明的原理。插图中相同的标记符号表示相同或类似部件，或表示

9、具 有相同或类似意义的信号。其中： 0013 图1示例性地示出了一个自主清洁地面用自走式机器人的等轴示意图； 0014 图2示例性地图示了一个处于需清洁区域内不同位置的自主清洁地面用自走式 机器人； 0015 图3以框图形式示出了一个按照本发明的用于自主处理地面的机器人结构示例； 0016 图4以框图形式示出了另一个按照本发明的用于自主处理地面的机器人示例。【具体实施方式】 0017 图1示例性地示出了一个自主清洁地面用自走式机器人100的等轴示意图。图1 还示出了一个以机器人1中心为原点的笛卡尔坐标系。这种类型的装置通常（但不一 定）设计为圆盘形状。坚轴Z穿过圆盘的中心。纵轴用X表示，横轴通

10、过y表示。 0018 机器人100包含一个驱动模块（图中未绘出），该模块可以配置（比如）电动机、 变速器和滚轮。通过采取相应设计，驱动模块可以（比如）使机器人沿前进方向或后退方向 (在图1的示例中为X轴方向）运动并绕着坚轴旋转（在图1的示例中坚轴为Z轴）。因 而从理论上来说，机器人可以到达地面（平行于通过X轴和y轴定义的平面）上的每一个 点。机器人还包含一个处理模块，比如一个清洁模块，其作用是清洁机器人下面（和/或旁 边）的地面。进行清洁时，机器人（比如）将灰尘和污染颗粒抽吸到一个收集容器内，或 以机械方式（或通过其他任何一种方法）输送到这个收集容器中。这种类型的机器人已经 为人们所知，它们主

11、要通过环境中的导航方式以及处理地面时（比如在清洁过程中）所使 用策略相区别。 0019 那些工作时不编制或使用地图的机器人已经为人们所知。在这些相对简单的系统 中，通常采用随机导航法。其中没有存储并在处理过程中重新利用位置方面的信息（比如 关于障碍物或定位点的信息）。结合局部运动策略，这些机器人通常在与障碍物碰撞时（随 机）改变运动方向。机器人采用这种方式工作时，需清洁区域内有的地面被多次清洁，而有 的地方则根本没有得到清洁。 0020 出于以上原因人们研发了较为复杂的系统，这种系统在工作时将检测环境地图并 同时检测机器人在该地图中的相应位置。这类方法已经为人们所知并被称为SLAM法（英 语：

12、Simultaneous Localization and Mapping;德语：即时定位与地图构建；可参见比如 H. Durrant-Whyte和T. Bailey的文章：即时定位与地图构建（SLAM):第I部分一基本算 法；文章载于：IEEE机器人与自动化杂志第13卷2号第99-110页，2006年6月）。通过 这种方式可以实现有针对性导航。地图以及机器人在地图中的位置可以借助一个或多个传 感器进行检测。 0021 在一些已知系统中，每次执行新的清洁过程时都要编制新地图，也就是说地图不 是永久性的。采用上述类型的系统时，两次清洁过程之间（比如）用户是否已将机器人移 至另一房间，对于机器人来

13、说无关紧要，因为机器人在每次执行新的处理过程时自动编制 新地图。 0022 相对于采用临时性地图的系统，永久存储机器人所编制地图并将其用于后续清洁 过程的系统，可以实现更为高效的处理过程，因为不必要重复检测环境。另外还可以检测建 立在地图基础上的信息并重复使用。比如可以在地图中标注污染严重的区域，并在随后的 清洁过程中专门处理这些区域。也可收录用户专用信息（比如房间名称）。不过在重复使 用所存储地图时，必需能够有效解决处理过程之间、尤其是处理过程之前的机器人位置搬 动问题（比如搬动到另一被存储地图范围内）。 0023 图2示例性地图示了一个处于需清洁区域G内位置A的自主机器人。需清洁区域 G划

14、分为不同的房间，这些房间通过房门相互连通。其中在各个房间内可以摆放不同类型的 物体（阴影面）。如果机器人1 (比如）在位置A结束清洁过程，则机器人通常存储这个 位置。这样在下一个清洁过程开始时，机器人100就可以知道自己在所使用地图中处于什 么位置。不过机器人100必需重新从位置A开始下一个清洁过程。如果机器人100在下一 个清洁过程之前被搬动到（比如）相同房间的另一位置B或被搬动到另一房间的位置G，则 在上一个清洁过程结束时存储的位置A，就会与下一个清洁过程的实际开始位置B或C不一 致。 0024 用户也可能在一个清洁过程中将机器人100 (比如）从位置A搬动到其他位置B 或G。这时机器人1

15、00必需从另一个位置继续执行清洁过程。如果机器人100存储有多份 地图（比如为一幢楼房的每个楼层各存储了一份地图），则机器人100不仅在一个地图范围 内搬动，还可能被移至另一个地图区域。 0025 出于以上原因，这种机器人100在开始执行清洁过程之前，通常要进行所谓的全 局自定位。全局自定位（英语Global Selflocalization）是指：机器人100在永久性地 图中自主定位，而不需要或者仅在极小程度上需要预先知道其相对于地图的实际位置。其 中机器人100可以（比如）通过重新检测主动创建一个新的临时性地图（英语Active Global Selflocalization一主动式全局自

16、定位）。创建过程中机器人100与所有存储的 地图进行反复比较，直至得出关于定位成功或定位失败的、具有足够可靠性的结论。 0026 机器人100自主检测所存储地图中的全局自定位假设。也就是说，机器人检测不 同规则，以便能够将当前位置与地图中的位置明确对应。机器人可以（比如）测定门、墙壁 或某些家具所处方向以及与自身的距离。通过各个被识别特征，能够限制可能位置的数量。 0027 图3是一个框图，它示出了一例用于自主处理（比如清洁）地面的、按照本发明的 机器人简要结构。其中图示了一驱动模块130、一处理模块140 (它们在前面已经提到）。这 两个模块130和140由一控制和导航模块110 (导航和控制模块（navigation and control mo