CN105209997A - 用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置，包括自主车辆，设置有基于照相机的感测***、用于驱动自主车辆的驱动***，和用于控制驱动***的控制***。该装置还包括驳接台站，包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记定位在驳接台站上以限定与第一基准标记的预定相对间隔；其中控制***可操作以接收由基于照相机的感测***提供的图像，该图像包括第一和第二基准标记的表示，和基于接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异和第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制驱动***，以便于朝向驳接台站引导自主车辆。

Description

用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置

技术领域

本发明涉及一种***，其中移动式机器人可以被朝向驳接台站引导并与驳接台站驳接，以便于实现某种功能，例如补充移动式机器人的可再充电电源。本发明还涉及一种用于这样的***的驳接台站。

背景技术

移动式机器人越来越普遍地用于家庭。例如，存在特别设计用于真空清洁的移动式机器人，以及设计用于地面擦洗的移动式机器人。此外，移动式机器人可以在家庭中被用作移动式岗哨。这样的移动式岗哨配备有适当的传感器，使得它们能够在家庭或办公空间内自主地行驶，且检测异常状况，例如升高的热量水平或到区域中的侵入者。

对于这样的移动式机器人，一致的是对于它们自主移动的需求，且从而它们通常配备有电池组形式的可再充电电源，以便于将机器人脱离对于壁装式电源插座的依赖。通常机器人将配备有内部电力监控例程，使得它具有关于残余电力水平的自我感知水平。当电力水平低时，机器人能够返回到驳接台站，机器人可以与驳接台站连接以便于补充其电池组。

移动式机器人驳接台站主要设置有具有一组触点的充电***。触点可以与机器人上的互补触点接合，以便于提供充电电流到机器人。然而，驳接台站还可以具有提供射频信号、红外引导光束或其它发射的设施，以便于帮助机器人定位驳接台站。然而，这样的复杂性带来缺点。往往，机器人驳接台站是大体积单元，其需要放置为靠近家庭房间中的电源插座。它们的物理存在具有显著的视觉冲击，且背离了移动式机器人的应最小化对用户的影响的最高原则。

本发明是在想到了这些问题的情况下提出的。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置，包括自主车辆，设置有基于照相机的感测***、用于驱动自主车辆的驱动***，和用于控制驱动***的控制***。该装置还包括驳接台站，包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记定位在驳接台站上以限定与第一基准标记的预定相对间隔；其中控制***可操作以接收由基于照相机的感测***提供的图像，该图像包括第一和第二基准标记的表示，和基于接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异和第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制驱动***，以便于朝向驳接台站引导自主车辆。

本发明在广泛的半或全自主引导车辆背景下是有用的，但是在家用移动式机器人领域特别有用。本发明提供了一种计算强度较低的启发式控制方案，以基于观察到的一对基准标记(也被称为目标)之间的相对间隔朝向驳接台站引导车辆。

该装置还可操作以存储关于在第一基准标记和第二基准标记之间的预定相对间隔的数据；检索和识别在图像中的第一和第二基准标记；评价在图像中的第一和第二基准标记的相对位置；将第一和第二基准标记的评价的相对位置与第一和第二基准标记的预定相对位置进行比较；基于比较控制驱动***，以便于朝向驳接台站移动自主车辆。

在一个实施例中，为了获得关于车辆和驳接台站之间的距离的信息，控制***可操作以比较第一基准标记和第二基准标记之间的相对距离。优选地，控制***识别每个基准标记的中心点，以便于比较和计算每个基准标记(当它们出现在捕获的图像中时)的中心点的像素间隔。

为了获得关于车辆与驳接台站的横向对齐的信息，控制***可以比较图像中第一和第二基准标记之间的水平对齐。这可以涉及计算第一和第二基准标记的每个的像素距离高度，比较两个计算得到的像素距离高度之间的差，和基于比较推断引导信息。

由于装置包括涉及可与驳接台站驳接的自主车辆，本发明还在于一种用于自主车辆的驳接台站，包括主体部，其具有第一基准标记和从第一基准标记间隔开预定距离的第二基准标记。

优选地，第一基准标记和第二基准标记定位在驳接台站的展示部分上，当驳接台站位于地面表面上时该展示部分为基本竖直位置。优选地，驳接台站的展示部分是平面的，以提供平坦表面，标记可以显著和清晰地展示在其上，这有助于基于照相机的感测***对标记成像。在一个实施例中，展示部分可相对于驳接台站的基部部分枢转。这使得驳接台站形式上为低姿的。

原理上，基准标记可以采用很多形式，简单或复杂的。然而，尽管复杂的基准标记可以传递更多信息，它们在被基于照相机的成像***精确的捕获方面不那么稳定。在一个实施例中，基准标记限定图案，为网格的形式，其包括二乘二布置的四个方块。优选地，网格中交替的方块为对比色，特别是黑色和白色，以最大化***在图像帧中识别标记的能力。用于基准标记的其它选项为基于圆形和其它基于多边形的标记，但是方形图案是当前优选的，因为它们可以容易地被适当特征检测算法识别。

尽管自主车辆的基于照相机的***可以包括单个照相机，在一个实施例中，基于照相机的感测***包括全方向照相机，使得在单个帧中可以捕获360°场景图像。

本发明还在于一种用于控制自主车辆以将车辆朝向驳接台站引导的方法，驳接台站包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记定位在驳接台站上，以相对于第一基准标记限定预定相对间隔，该方法包括：捕获包括驳接台站的图像；基于在接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异和第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制自主车辆的驱动***，以便于朝向基部台站引导自主车辆。

附图说明

为了本发明更容易被理解，现在将仅通过举例的方式参考附图描述实施例，在附图中：

图1是房间的透视图，其中包括根据本发明的驳接台站和移动式机器人的示例性机器人***定位在房间中；

图2是图1中的机器人的更详细的透视图；

图3是移动式机器人的电控制***的***图；

图4是机器人的行驶传感器的示意图；

图5是图1中所示的驳接台站的透视图；

图6是示出了机器人***的驳接控制模块的功能原理的图；

图7是示出了机器人***的驳接控制***的其它功能原理的图；

图8是机器人中执行的驳接控制例程的流程图；以及

图9是示出了图8的驳接控制例程期间的机器人的操纵的图。

具体实施方式

参考图1，机器人***2包括移动式机器人4和相关驳接台站6。在该实施例中，移动式机器人4示出为真空清洁机器人，尽管应理解这对于本发明并不是重要的，且本发明能够应用到家庭环境或其它环境下的任何移动式机器人。移动式机器人4为自主的且包括充分的处理和感应能力，其使得机器人能够在适当的板载行驶***的帮助下绕房间行驶，随其行进清洁地面。

移动式机器人4由内部电池组形式(未在图1中示出)的可再充电电源供电。这样的电池组通常在本领域中是已知的，且包各种化学电池中的多个电池。锂离子家族中的化学电池是当前优选的，因为它们的高功率密度、低充电损失和没有记忆效应，尽管其他化学电池譬如镍金属氢化物电池和镍镉电池也是可接受的。

机器人4可与驳接台站6驳接，使得它能够在接近耗尽状态时重新给电池组充电。机器人5移动到与驳接台站6驳接的方式将在下文中详细地描述。

驳接台站6示出在图1中，抵靠房间的墙壁定位。驳接台站6包括一对细长电触点8形式的电触点，一旦机器人4处于驳接位置驳接台站6通过它们能够提供充电能量到机器人4。驳接台站6经由电源12和缆线14附接到主电源墙壁出口10，且由此电源被提供到驳接台站6的电触点8。

机器人4在图2中更详细地示出。尺寸，机器人4具有大体圆形主体部16和被承载在体部16的前部部分上的分离装置18，且该分离装置18突出穿过主体部16的互补形状的凹部20。

为了本说明书的目的，机器人的情景中的术语“前”和“后”将按操作期间它的前进和倒退方向的意思来使用，其中分离装置18被定位在机器人的前部。同样地，术语“左”和“右”将被关于机器人向前运动的方向使用。

该主体部16支撑机器人的几个部件且优选由高强度的注射模制塑料材料制造，如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，虽然它也可由适当的金属制造，如铝或钢，或如碳纤维复合材料这样的复合材料。

机器人4具有驱动***，其可操作以绕其环境推进机器人，且包括安装在体部两侧上的一对牵引单元22。仅一个牵引单元22在图2中部分地示出，尽管应该理解牵引单元的具体形式对于本发明不是重要的。然而，在该特定实施例中，牵引单元22为电驱动履带式单元，其具有被约束为绕引导和拖尾滑轮的连续橡胶化皮带或履带，尽管轮也可以作为替代被使用。牵引单元22定位于主体部16的相对侧上，且可独立地操作使机器人4能根据轮子的旋转的速度和方向被沿前进和倒退方向驱动，以随着弯曲的路径朝向左或右行进，或当场沿任一方向转动。这样的配置在移动式机器人应用中是常见的，且从而此处将不再进一步描述。

为了清洁地面表面，机器人还包括清洁头24，其支撑在主体部16的下侧上、牵引单元22后方。尽管未在图中示出，清洁头24包括可旋转搅拌器，其工作以将灰尘从地面表面击出。电机和风扇形式的适当的真空发生器，也未示出，设置为与清洁头24连通，以抽吸携带灰尘的空气流进入和穿过清洁头24并且进入分离装置18。这些部件的具体构造对于本发明的思路并不是重要的，且进一步细节被忽略但是应该理解诸如清洁头、搅拌器和分离装置这样的部件在机器人真空吸尘器领域是已知的。

主体部16的下侧还包括电接触器件(未示出)，包括第一和第二电触点，其支撑在机器人体部16的下侧上。第一和第二触点每个安装在与驳接台站6上的电触点器件8的对齐配置中，且可操作以连接到电触点器件8。

图3示意性地示出了机器人4的控制***30以及它与上述部件的连接。控制***30包括控制器32，其具有适当的控制电路和处理功能，以处理接收自它的各种传感器的信号且以适当的方式驱动机器人4。该控制器32被连接到机器人4的传感器组34，机器人4通过该装置收集关于它的环境的信息，以便映射出它的环境且执行清洁路线。传感器组34也大体示出在图1中，且包括行驶传感器36，其在该实施例中，为基于照相机的***，其为全方向照相机的形式，用于为机器人4提供其环境的全景视图；和近场接近传感器阵列38，为机器人4提供检测障碍物的能力。最终，碰撞检测***40被提供，尽管未在图1中示出。

用户接口42被提供，以便用户指令机器人4，例如起动/停止清洁处理。用户接口42也在图1中大体示出。用户接口42可采取几种形式，譬如一个或多个机械按钮，或甚至利用触摸屏技术的图形用户界面。

控制器32还配置为供应驱动信号到与牵引单元22关联的电机44，且还接收反馈自牵引单元的测程法数据。为此，适当的旋转感测器件46，譬如旋转编码器，被设置在电机44上。

适当的电力和控制输入被提供到抽气电机48和搅拌器电机50。最后，电力输入被从电池组52提供到控制器32且充电器接口54被提供，通过该接口，当电池电源电压下降到合适的阈值之下时，控制器32可执行对电池组52的充电。应该理解充电接口54具体化为设置在机器人4下侧上的充电触点，如前所述。

行驶传感器已经在上文中简述为包括全方向传感器36。更具体地，参考图4，行驶传感器36包括全景环形透镜56，其可选地联接到聚焦***58和数字图像传感器60，例如电荷耦合器件(CCD)，如本领域技术人员已知的。如图4中所示的示意形式，全景环形透镜56包括具有弯曲环形上表面62和弯曲环形下表面64的单片透镜。上表面从机器人4的盖突出，且限定绕机器人4的周边约45度的仰角的视野θ。

入射在透镜56上的光线通过上透镜表面62折射，由下透镜表面64的镜面化内部反射，且随后上表面62，然后穿过设置在下透镜表面62中的出射瞳66。离开的光线由聚焦***瞄准到图像传感器60上。如所示，得到的图像65为环形形式，但是为了简化图像由控制器32的处理，适当的控制电路被提供以将环形图像变换为矩形形式的后继图像67。在该实施例中，矩形图像67具有1024乘128像素的分辨率，尽管应理解这些值仅仅作为实例被提供。

转到图3中的控制***30，控制器32包括行驶控制模块68，其负责绕房间引导机器人4以执行清洁功能。行驶控制模块68从行驶传感器36接收图像数据，且可操作以在周围环境中定位自身，且通过适当的清洁样式运行以便于抽吸地面表面。在优选场景中，机器人4定位在房间一侧处的驳接台站6上开始操作，由此机器人4将在其内部地图上设置其初始位置为其整体参考系中的坐标原点0，0处。机器人4然后在清洁同时绕房间行驶，由此它在适当时间返回驳接台站6，例如当电池组52的电荷水平被确认为低于预定阈值时。行驶控制模块68由此实施适当的定位和制图功能，以使得机器人4能够绕房间行驶并返回到其原点位置(其在本场景中为其驳接台站的位置)。行驶控制模块68的具体工作并不是本发明的中心，从而进一步细节没有被提供。

当使得机器人4返回到驳接台站6时，行驶控制模块68目标为将机器人4放置在驳接台站6前方，且尽可能靠近驳接台站6。实践中，由于***中的潜在误差，行驶控制模块能够将机器人4放置在驳接台站前方，允许存在角度误差，且驳接台站的预定最大半径内，例如在400mm到600mm内。当这被实现时，机器人4的控制被移交给驳接控制模块70，其也提供为控制器32的功能部分。

存储模块71被提供用于存储行驶控制模块68和驳接控制模块70产生和使用的数据，以及用于未在此处提及的控制器32执行的其它任务所产生的使用的数据。例如，存储模块71用于存储由行驶控制模块68产生和使用的制图数据和路线数据。存储形式的具体类型并不是本发明的中心，因此此处不详细描述。然而，无需多言，存储模块可以是控制器32的适当的板载存储器且将具有控制器32可接受的充分的容量和访问速度。

驳接控制模块70的目标是将机器人4从其在驳接台站6的预定距离和角度内的初始位置(由行驶控制模块68)引导到驳接台站6上。这是通过分析图像数据识别设置在驳接台站上的一对目标73实现的，从图像数据推断适当的控制输入到牵引单元22，以引导机器人4到驳接台站6上，如下更详细地描述。

驳接台站6已经在上文大体描述，以将其置于适当环境中。更详细地，参考图5，驳接台站6包括两个主要部件：基部部分72和背部部分74，其可相对于基部部分72枢转到折叠或“收起”位置。

驳接台站6可由用户定位在房间中，通常用户将选择定位基部部分72的位置使得它的后边缘邻近墙壁，如图1所示。基部部分72包括细长后部部分76和从后部部分76向前延伸的平台78。基部部分72采用大体T形形式，其中T的横杆为细长后部部分76，且T的躯干为前部平台78。平台78包括电接触器件8，用于在机器人4相对于驳接台站6处于可接受位置时建立与机器人4的电联接。

此处，驳接台站6示出为处于未折叠或“展开”状态，使得背部部分74大体相对于基部部分64以直角取向，从而背部部分74基本竖直地直立。应该注意到驳接台站6还可被置于折叠或“收起”状态，其中背部部分74绕基部部分72枢转以大体贴靠基部部分72。背部部分74在该实施例中为大体矩形，且基本平坦，尽管应理解这并不是必须的。

一对目标73被承载在驳接台站6的背部部分74上，从而它们在驳接台站6在展开状态下时处于机器人4高度可见的展示位置。该对目标73包括定位在背部部分74左手侧上的第一基准标记或目标80和定位在背部部分74右手侧上的第二基准标记或目标82。在该实施例中，第二目标82为第一目标80的镜像图像(关于垂直平面镜像)，且相对于第一目标80水平对齐。目标80、82每一个包括黑白的二乘二方块网格或阵列，其以国际象棋或“西洋棋”棋盘的方式形成鲜明对比。当前优选地目标80、82每一个具有基本相同的图案，因为这简化了由驳接控制模块70实施的目标跟踪算法的实施，且在该实施例中，交替网格单元被着黑色或白色，以最大化对比。然而，如果期望，每个目标可以设置有不同图案和/或不同颜色。供随后参考，每个目标具有处于网格中心的中心点“C”。

目标80、82的具体形式并不是关键的，它们可以为贴纸或贴标的形式，其被粘附到背部部分74或，替代地，它们可以为适当的标签，其例如在制造过程中结合到背部部分74的塑料材料中。

驳接控制模块70可操作以在从行驶传感器36接收的图像数据中识别目标80、82，且根据目标80、82在图像中显示的相对位置确定引导信息。图6提供了对该原理的解释，且显示了在驳接台站6前方横向并排对齐的三个位置P1、P2、P3中的机器人4。在每个位置中机器人4前方的箭头指示它们的“正前方”取向。对应于这三个机器人位置P1、P2和P3每一个的图像帧也被示出，且在该点处，应该注意在每个图像帧中的驳接台站6的比例不需要精确到实际数据，而是一定程度上风格化，以便于更清楚的解释操作原理。

在位置P1处，机器人4在驳接台站6的直接前方。首先参考图像帧P1，注意到驳接台站6居中在图像中，且每个目标80、82水平对齐。更具体地，假定机器人4由驳接台站处于相同地面平面，每个目标80、82的中心点的像素高度是基本相同的。

转向第二机器人位置P2，注意到驳接台站6仍处于图像的中央，因为机器人取向为使得它的正前方位置与驳接台站6对齐。然而，由于机器人位置P2朝向驳接台站6的一侧横向间隔开，目标80、82的相对位置由于视角的改变而在图像中移动。更具体地，右手侧目标82与左手侧目标80相比在图像帧P1中处于较低位置。换句话说，左手侧目标80的中心点的像素高度H1大于右手侧目标82的中心点的像素高度H2。

将第三机器人位置P3与第二机器人位置P2比较，可以看出，驳接台站6仍在图像帧的中央位置处，但是由于在该图像帧中视角的改变，现在左手侧目标80相比于右手侧目标82在图像帧中处于较低位置。换句话说，左手侧目标80的中心点的像素高度H1小于右手侧目标82的中心点的像素高度H2。

通过分析两个目标的中心点的像素高度，且已知第一和第二目标80、82处于预定相对间隔以便于在驳接台站6的展示部分上水平对齐，驳接控制模块70可以确定机器人是朝向驳接台站6左侧还是右侧，且从而可以确定用于牵引单元22的适当控制信号，以便于将机器人4与驳接台站6对齐。例如，在位置P2中，右手侧目标82的像素高度H2处于相对较低位置，从而驳接控制模块70可以确定它需要向右运动以便于将其自身对齐在目标80、82之间。进一步，通过评估在两个目标的像素高度H1、H2之间的差异，驳接控制模块70可以推断关于它需要横向运动多远以便于将其自身与目标80、82对齐的信息。

在上述所有机器人位置P1、P2和P3中，机器人4取向为使得它面向驳接台站6，且由此，驳接台站6和目标80、82显示在图像帧的中央位置。应理解，然而如果机器人4没有这与取向，则驳接台站6将显示在图像中不同横向位置处。机器人4由此可以根据目标80、82在图像中的横向位置推断其相对于驳接台站6的取向。

类似的原理可以被驳接控制模块70使用，以确定在机器人4和驳接台站6之间的距离。现在参考图7，两个替代机器人位置P1、P2显示在对齐位置中，一个在另一个后方，且取向为直接面向驳接台站6。如在图6中那样，对应于每一个机器人位置P1、P2的图像帧也被提供。

在位置P1处，机器人4比在位置P2中更靠近驳接台站，且驳接台站居中在图像帧中，每个目标80、82水平对齐。在这个与第二位置P2比较，可以看出在图像帧P2中，驳接台站6也与图像帧的中央对齐，但是两个目标80、82比在第一位置P2中更靠近彼此。换句话说，在第二位置p2中的左手侧目标80的中心点和右手侧目标82的中心点之间的像素宽度W2小于在第一位置P1中的像素宽度W1。由此，通过分析在两个目标80、82的中心点之间的像素宽度W1、W2，且已知第一和第二目标80、82处于彼此相对预定距离处，驳接控制模块70可以推断关于机器人4与驳接台站6的距离的信息。

上述讨论说了驳接控制模块70确定关于机器人4必须运动以便被朝向驳接台站6引导的方向和距离的信息。作为进一步说明，由驳接控制模块70在驳接过程中实施的例程99在图8中示出，且该例程还将与参考图9的的驳接过程的工作实例一起描述，该图9示出了在驳接过程中由机器人4采取的运动图案。

参考图8，当行驶控制模块68将机器人4返回到驳接台站6可接近范围内且移交驱动控制到驳接控制模块70时，例程在步骤100处开始。机器人4由此在步骤102中进入驳接状态，随后驳接控制模块70在图像获取步骤104中通过从行驶传感器36获取图像帧并且在图像帧中搜索目标80、82而执行“目标搜索”。

为了识别图像中目标80、82的存在，当前优选驳接控制模块70实施一种加速分割测试算法，已知为“FAST特征检测法”，其被适当调整以识别如目标80、82这样的图案，且这样的特征检测算法是本领域任意已知的。然而，其它特征检测算法是可接受的，只要他们在图像帧中(特别是如本实施例中所用那样的相对低分辨率图像中)识别目标对方面很稳定。

从图像获取步骤104继续，例程在确定步骤106处根据目标80、82是否已经在所获取的图像帧中被识别而分叉。现在参考图9中的工作实例，可以看到机器人4定位在驳接台站6的左侧且位于区域A中，其表示这样的区域，在该区域中驳接控制模块70不能可靠地“看”到目标。在该场景中，例程进入操纵步骤108，其中机器人开始执行预定目标搜索操作。在该实施例中，机器人4开始从其起点向外螺旋，尽管应该理解其它操纵图案可以被接受。例如，机器人4可以被编程为在逐步左右运动。

当机器人4沿其螺旋“目标搜索”路径操纵时(如图9中110处所示)，例程99循环步骤104、106和108，以获取图像帧、确定目标80、82在图像中是否可见。优选地，例程以5-10Hz循环这些步骤，其当前被认为在最大化目标搜索功能的效率同时避免对处理器消耗有高影响之间获得平衡。

如图9可见，机器人4沿螺旋搜索路径行进，直到它抵达区域B中的位置P1，在该点处“目标搜索”功能能够在图像帧中识别目标80、82。例程99由此进行到确定步骤112，其确定目标80、82是否在机器人4的正前方。应该注意到区域B由关于驳接台站的中心线的角度区域表示，在该区域中目标应该被机器人看见。为了本目的，区域B具有约45°的角度范围。

机器人4的取向由箭头所示，且在位置P1中，它大体取向为平行于驳接台站6。位置P1的表示图像也在图9中示出，可以看到驳接台站6位于图像帧的左手侧，因为机器人4的行进方向没有与目标80、82对齐。由于在位置P1处目标80、82在图像帧中的位置，确定步骤112为否定，且从而例程行进到步骤114，其使得机器人4旋转以将其与目标80、82对准。例程于是循环步骤104到112，直到机器人4与驳接台站6对准。在该点的讨论中，应理解驳接台站6在效果上相对于图像帧运动以便于在图像帧中居中，进骨干它的视角没有改变。

一旦目标80、82在机器人4的正前方，例程行进到步骤116，在其中确定每个目标80、82的中心点C是否在图像帧中基本对齐。为了完成该目的，驳接控制模块70分析在最近获取的图像中每个目标80、82的中心点之间的高度差异，如前参考图6所述。在图9中，例如，在点P1处，驳接台站6的视角意味着左手侧目标80与右手侧目标82相比在图像中处于较高位置处。由此，确定步骤116给出否定回答，程序行进到确定步骤118，在该步骤中确定驳接台站6是否太远。为此，驳接控制模块70比较图中目标80、82的中心点之间的像素距离W(后文中称为“目标像素间隔”)，且将该值与预定值(设置为界定机器人4在开始其“驳接行进”之前与驳接台站6相距的可接受距离)比较。由此，效果上，预定目标像素间隔建立区域C，其被认为为机器人4与驳接台站6之间的理想距离，以便于准备成功的驳接行进。驳接控制模块70的总目标是将机器人4定位在区域C中，以便于准备机器人4用于驳接行进。

在图9的实例中，机器人4超出区域C，但是在区域B的角度范围中，导致确定步骤118回答肯定，且从而方法行进到步骤120，在该步骤中，机器人4向前运动。随后，该例程在步骤122处检测机器人4上的充电***，以确定是否检测到充电，在该实例中否定回答，由此例程循环回到图像获取和目标搜索步骤104。由于目标80、82是机器人4可见的，且由于机器人4与目标80、82对准，方法循环步骤118、120和122知道它不再确定目标80、82太远。换句话说，“向前运动”动作将继续直到驳接控制模块70确定目标像素间隔大于或等于预定最小值。机器人4由此抵达在图9中示出的位置P2。

现在，在位置P2，方法循环步骤102到118，如上所述，但是确定步骤现在回答否定，且方法行进到另一确定步骤124。以类似于步骤118的方式，在步骤124处，驳接控制模块70分析目标像素间隔并确定它是否超过预定最大值，其建立区域C的内边界125，且由此驳接控制模块70确定机器人仍在区域C中，没有过于靠近驳接台站6。在机器人4行进离开区域C从而太靠近驳接台站6的情况下确定步骤124将回答否定，且步骤127将使得机器人4执行倒退操作，直到机器人4定位到区域C中。

由于在步骤P2处机器人4仍在区域C中，步骤124否定回答，使得方法行进到步骤126。步骤126为操纵步骤，且驳接控制模块70分析两个目标的中心点的相对像素高度(如上参考图6所述)，且指令机器人4沿最低目标(其在本情况下为右手侧模板82)的方向横穿区域C预定距离。预定距离可以是固定值或优选地可以关联到目标的不对准。例如，目标的不对准越大，机器人横穿区域C的距离越大，尽管优选地机器人以相对较小的步骤进行横向运动，以便于防止过头。一旦机器人4已经完成其横向运动，它在其旋转自身与目标对准。这样的目的是为了防止机器人前进或后退的效果，在运动期间如果它们没有从正前方观察，其可导致目标“倾斜”。

该操纵在图9中示出，其中机器人4从位置P2横向运动到位置P3。在该操纵期间，程序循环步骤104到126，直到两个目标80、82在图像中基本水平对齐，使得机器人4现在位于P3位置处的区域D中。

在位置P3处，目标水平对准，如在相应的图像帧中示出，但是应理解目标80、82没有对齐到机器人4的直接前方，因为驳接台站6偏离到图像帧的左手侧。方法由此循环步骤112和114以便于对齐图像帧中的目标80、82，且抵达位置P4。

在位置P4处机器人已经操纵到理想位置以执行到驳接台站上的“驳接行进”，因为它处于区域D的中部且直接与驳接台站6对准。因此，方法继续步骤112和116到120，在该步骤处机器人被指令向前运动。方法继续到充电检测步骤122，且循环直到该确定步骤122回答肯定，这是当机器人4已经成功操纵自身到驳接台站6上以便与电接触器件8接合的时候。当充电已经在步骤122被检测到，例程继续步骤128，在该点处，驳接过程被认为完成，且驳接控制模块70在再充电过程中将机器人4放置到待机模式。

根据上述解释，应理解驳接控制模块70有效地将机器人4从驳接台站6附近的位置范围中引导到抵达驳接台站6，以便于建立与充电触点8的电接触。有利地，驳接控制模块70以探索方式操作，且对图像帧中目标80、82的相对位置的分析以推断引导信息避免复杂的几何计算，其可能给***带来沉重的处理负担，且可能受到视觉感测***中的噪声的更严重的影响。当然，不是机器人4必须在驳接台站6处充电，机器人可能驳接用于其他目的。例如，驳接台站6可以提供真空***，其可与机器人接合以从分离***清空灰尘，而不需要用户的介入。

机器人4已经描述为具有全方向视觉***，且这样的双***对于移动式机器人应用是有益的，因为它提供了机器人环境的全方位的视野。然而，本发明并不限于使用全方位视觉***。例如，机器人4可以替代地被提供有沿正前方定位的单个照相机，其配置为使得，机器人4还旋转以便于获取其环境的全方位的视野。金归案方法可以更耗时，且稍微在计算上更复杂，它仍为可行的。

此外，本发明不限于本文所述的驳接台站的形式，且可应用到任何形状的驳接台站。然而，重要因素是驳接台站应该具有适当的展示表面，以便于能够在竖直取向中展现目标对，使得它们可以被机器人捕获图像。

尽管目标对已经被描述，本发明还可应用到多于两个目标。

尽管机器人4已经在上文被描述为真空清洁机器人，应理解这仅仅是为了将本发明置于适当的情境中。实际上，本发明可应用到其它移动式机器人应用，或实际上任何自主车辆，其需要机器人/车辆与驳接台站驳接。例如，安全/维护机器人可能需要返回到驳接台站再充电或拾取工具，且月球车可能需要与台站驳接以便于放置收集的土壤样品。此外，半或全自主的电动轿车可能需要能够与驳接台站驳接，以便于接合充电点。更有用的，可能，举几个例子，本发明可以应用到移动式机器人家用表面处理器具，譬如自主真空吸尘器，割草机，表面抛光机。

Claims (23)

1.一种用于朝向驳接台站引导自主车辆的装置，包括：

自主车辆，设置有基于照相机的感测***、用于驱动自主车辆的驱动***，和用于控制驱动***的控制***；以及

驳接台站，包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记定位在驳接台站上以限定与第一基准标记的预定相对间隔；

其中控制***可操作以接收由基于照相机的感测***提供的图像，该图像包括第一和第二基准标记的表示，并且控制***可操作以基于接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异以及第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制驱动***，以便于朝向驳接台站引导自主车辆。

2.如权利要求1所述的装置，其中控制***还可操作以：

存储关于第一基准标记和第二基准标记之间的预定相对间隔的数据；

检索和识别在图像中的第一和第二基准标记；

评价在图像中的第一和第二基准标记的相对位置；

将第一和第二基准标记的评价的相对位置与第一和第二基准标记的预定相对位置进行比较；

依据比较来控制驱动***，以便于朝向驳接台站引导自主车辆。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中控制***可操作以将图像中第一基准标记和第二基准标记之间的相对距离与预定值比较。

4.如权利要求1到3所述的装置，其中控制***可操作以比较图像中第一和第二基准标记之间的水平对齐。

5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中第一基准标记和第二基准标记定位在驳接台站的展示部分上，当驳接台站放置在地面表面上时该展示部分为竖直取向。

6.如权利要求5所述的装置，其中基部台站的承载第一基准标记和第二基准标记的展示部分是平面的。

7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中第一基准标记和第二基准标记的每个限定图案，且其中第一基准标记的图案与第二基准标记的图案相同。

8.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中第一基准标记和第二基准标记的每个限定图案，且其中第一基准标记的图案与第二基准标记的图案成镜像。

9.如权利要求7或8所述的装置，其中图案为网格，其包括二乘二布置的四个方块，其中网格中交替方块为对比色。

10.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中基于照相机的感测***包括全方向照相机。

11.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述车辆为自主表面处理器具。

12.一种用于自主车辆的驳接台站，所述驳接台站包括主体部，其具有第一基准标记和从第一基准标记间隔开预定距离的第二基准标记。

13.如权利要求12所述的驳接台站，其中第一基准标记和第二基准标记定位在驳接台站的展示部分上，当驳接台站放置在地面表面上时该展示部分为基本竖直取向。

14.如权利要求13所述的驳接台站，其中驳接台站的展示部分是平面的。

15.如权利要求13或14所述的驳接台站，其中展示部分可相对于驳接台站的基部部分枢转。

16.如权利要求13到15所述的驳接台站，其中第一基准标记和第二基准标记的每个限定图案，且其中第一基准标记的图案与第二基准标记的图案相同。

17.如权利要求13到15所述的驳接台站，其中第一基准标记和第二基准标记的每个限定图案，且其中第一基准标记的图案与第二基准标记的图案成镜像。

18.如权利要求16或17所述的驳接台站，其中图案为网格，其包括二乘二布置的四个方块，其中网格中交替方块为对比色。

19.一种装置，其如本文之前参考附图的描述或如附图所示。

20.一种用于控制自主车辆以将车辆朝向驳接台站引导的方法，驳接台站包括第一基准标记和第二基准标记，其中第二基准标记设置在驳接台站上，以限定与第一基准标记的预定相对间隔，该方法包括：

捕获包括驳接台站的图像；

基于接收的图像中第一和第二基准标记的表示之间的差异以及第一和第二基准标记之间的预定相对间隔控制自主车辆的驱动***，以便于朝向基部台站引导自主车辆。

21.如权利要求20所述的方法，还包括：

存储关于第一基准标记和第二基准标记之间的预定相对间隔的数据；

检索和识别在图像中的第一和第二基准标记；

评价在图像中的第一和第二基准标记的相对位置；

将第一和第二基准标记的评价的相对位置与第一和第二基准标记的预定相对位置进行比较；

依据比较来控制驱动***，以便于朝向基部台站引导自主车辆。

22.如权利要求20或21所述的方法，包括比较图像中第一和第二基准标记之间的水平对齐。

23.一种存储在计算机可读取介质上的计算机程序产品，其特征在于，它包括程序代码指令，所述指令在自主车辆上执行时，实施权利要求20到22所述的方法。