CN216454808U - 用于接收移动清洁机器人并为其充电的坞站 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于接收移动清洁机器人并为其充电的坞站。该坞站包括：平台；以及至少一个充电触点，其安装在高于平台的水平表面的基座结构上；其中，所述至少一个充电触点包括通孔，以暴露通孔后面的基座结构的表面部分。

Description

用于接收移动清洁机器人并为其充电的坞站

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年8月14日提交的美国临时申请序列号63/065667的优先权的权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本文件总体涉及移动机器人，更具体地，涉及用于将移动机器人对接至对接站的***和方法。

背景技术

自主移动机器人可以在环境中移动，并执行多种类别的若干功能和操作，包括但不限于安全操作、基础设施或维护操作、导航或地图绘制操作、库存管理操作以及机器人/人类交互操作。一些被称为移动清洁机器人的移动机器人可以在环境(例如家庭)内自主执行清洁任务。许多种类的清洁机器人在某种程度上是自主的且方式不同。例如，清洁机器人可以执行清洁任务，其中机器人穿越并同时从其环境的地板表面吸取(例如真空吸扫)碎屑。

每当电池电量达到足够低的值时，一些移动机器人能够在位于机器人环境中的对接站(也称为“坞站”)执行自充电。一些移动清洁机器人可以将碎屑暂时存储在包括在移动清洁机器人中的垃圾箱中。当对接在坞站时，移动清洁机器人可以将碎屑清空到坞站的容器中。一些移动机器人可以检测到坞站并导航直至对接，与坞站接合以给电池充电，和/或清空碎屑。完成清洁任务后，移动清洁机器人可以返回坞站并停留在那里，直到下一次清洁任务。

实用新型内容

该文献描述了使用设置在坞站上不同位置的视觉基准标记将移动机器人对接至坞站的***和方法。视觉基准标记可以是位于不同平面中的回射标记，从而形成三维(3D)基准***。根据各种示例，提供了一种移动机器人***，其包括坞站和移动清洁机器人。坞站可以包括在坞站上的第一平面中的第一基准标记，以及在不同于第一平面的第二平面中的第二一个或多个基准标记。第二平面可以与第一平面不共面。移动清洁机器人包括：驱动***，用于在包括坞站一定距离内的对接区域的环境中移动移动清洁机器人；视觉***，用于即使在弱光条件下也检测第一和第二一个或多个基准标记；以及控制器电路，用于基于检测到的第一基准标记来识别坞站。控制电路可以基于检测到的第一基准标记和第二一个或多个基准标记来确定移动清洁机器人相对于坞站的姿态或前进方向。控制器电路可向驱动***生成控制信号，以调整移动清洁机器人的前进方向，并根据调整的前进方向驱动移动清洁机器人到达坞站。

示例1是一种包括坞站和移动清洁机器人的移动机器人***。坞站包括在第一平面中的第一基准标记，以及在不同于第一平面的第二平面中的第二一个或多个基准标记。该移动清洁机器人包括：驱动***，其配置为在包括坞站一定距离内的对接区域的环境中移动移动清洁机器人；视觉***，其配置为检测坞站上的第一基准标记和第二一个或多个基准标记；以及控制器电路，其配置为：至少基于检测到的第一基准标记来识别坞站；使用检测到的第一基准标记和检测到的第二一个或多个基准标记来确定移动清洁机器人相对于坞站的前进方向；并且向驱动***生成控制信号以调整前进方向，并且根据调整的前进方向将移动清洁机器人驱动到坞站。

在示例2中，示例1的主题可选地包括坞站，该坞站可以包括对接平台后面的后平面，用于在坞站上接收移动清洁机器人。第一平面可以从后平面偏移第一距离，第二平面可以从后平面偏移不同于第一距离的第二距离。

在示例3中，示例2的主题可选地包括第一和第二平面，每个平面可以基本平行于后平面，并且第二距离大于第一距离。

在示例4中，示例2-3中的任何一个或多个的主题可选地包括与后平面共面的第二平面。

在示例5中，示例1-4中的任何一个或多个的主题可选地包括第一基准标记，其可以包括回射人造标签，该回射人造标签包括第一颜色的第一区域和不同于第一颜色的第二颜色的第二区域，第一区域具有比第二区域更高的回射率。

在示例6中，示例1-5中的任何一个或多个的主题可选地包括第二一个或多个基准标记，每个可以从第一基准标记横向偏移。

在示例7中，示例1-6中的任何一个或多个的主题可选地包括第二一个或多个基准标记，其可以包括在第一横向方向上从第一基准标记横向偏移的第二基准标记，以及在与第一横向方向相反的第二横向方向上从第一基准标记横向偏移的第三基准标记。

在示例8中，示例1-7中的任何一个或多个的主题可选地包括第二一个或多个基准标记，其各设置在坞站的对接平台上的相应一个或多个充电触点处或附近，该一个或多个充电触点电联接到坞站的充电***，该充电***配置为给移动清洁机器人的电池充电。

在示例9中，示例8的主题可选地包括移动清洁机器人，其可以包括配置为发射光的光源，第二一个或多个基准标记各自包括附着到相应一个或多个充电触点或放置在其附近的相应回射涂层，回射涂层配置为将入射到其上的发射光反射回移动清洁机器人的视觉***。

在示例10中，示例9的主题可选地包括一个或多个充电触点，其可以包括安装在高于坞站的充电平台的水平表面的基座结构上的第一充电触点，第一充电触点具有通孔以暴露通孔后面的基座结构的表面部分；并且第二一个或多个基准标记包括第二基准标记，其包括附着到通孔后面的暴露表面部分的回射涂层。

在示例11中，示例10的主题可选地包括第一充电触点的通孔，该通孔的尺寸和形状可以容纳基座结构的凸起部分。第二基准标记的回射涂层可以附着到基座结构的凸起部分。

在示例12中，示例11的主题可选地包括基座结构的凸起部分，该凸起部分可以与邻接通孔的充电触点的外表面基本齐平。

在示例13中，示例1-12中的任何一个或多个的主题可选地包括控制器电路，该控制器电路可以配置为确定前进方向，其包括确定相对于坞站的后平面的法线偏移的角度，并且向驱动***生成控制信号以调整移动清洁机器人的前进方向，直到确定的角度在特定角度范围内。

在示例14中，示例1-13中的任何一个或多个的主题可选地包括视觉***，其可以包括配置为产生坞站图像的成像传感器以及配置为处理图像并从处理的图像检测第一和第二一个或多个基准标记的相应位置的图像处理器。

在示例15中，示例14的主题可选地包括控制器电路，其可以配置为使用第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的检测位置的检测位置来确定前进方向。

在示例16中，示例15的主题可选地包括多个第二基准标记中的两个，其可以包括第二基准标记和第三基准标记。控制器电路可以配置成从坞站的图像测量检测到的第一基准标记和检测到的第二基准标记之间的第一距离以及检测到的第一基准标记和检测到的第三基准标记之间的第二距离，并且基于第一距离和第二距离之间的比较来确定前进方向。

在示例17中，示例15-16中的任何一个或多个的主题可选地包括控制器电路，其可以配置为：接收坞尺寸信息，其包括第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置；使用(1)第一基准标记的检测位置和(2)第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置来估计第二一个或多个基准标记的位置；以及基于第二一个或多个基准标记的估计位置和第二一个或多个基准标记的检测位置之间的比较来确定前进方向。

在示例18中，示例15-17中的任何一个或多个的主题可选地包括第一基准标记，其可以包括多边形回射人造标签。控制器电路可以配置为：检测多边形回射人造标签的至少一个角的位置；并且进一步使用多边形回射人造标签的至少一个角的检测到的位置来确定前进方向。

在示例19中，示例14-18中的任何一个或多个的主题可选地包括控制器电路，其可以配置为：接收坞站尺寸信息，其包括从第一和第二一个或多个基准标记中选择的两个基准标记之间的实际距离；从坞站的图像测量两个基准标记之间的距离；并且基于两个基准标记之间的测量距离和实际距离之间的差来确定前进方向。

在示例20中，示例19的主题可选地包括控制器电路，其可以配置为：计算坞站的后平面上沿水平方向或沿竖直方向的实际距离的投影分量；计算沿水平方向或沿竖直方向的测量距离的投影分量；并且基于测量距离的投影分量和实际距离的投影分量之间的差来确定前进方向。

在示例21中，示例1-20中的任何一个或多个示例的主题可选地包括控制器电路，其可以配置为：确定前进方向，包括(1)如果机器人距离坞站第一距离，则使用检测到的第一基准标记确定第一前进方向，以及(2)如果机器人距离坞站第二距离比第一距离更近，则使用检测到的第一基准标记和检测到的第二一个或多个基准标记确定第二前进方向；以及生成控制信号，包括(1) 当机器人距离坞站第一距离时，生成控制信号以调整第一前进方向并根据调整的第一前进方向驱动移动清洁机器人朝向坞站，直到机器人距离坞站第二距离，以及(2)当机器人距离坞站第二距离时，生成控制信号以调整第二前进方向并根据调整的第二前进方向驱动移动清洁机器人到达坞站。

在示例22中，示例1-21中的任何一个或多个的主题可选地包括控制器电路，其可以配置为生成用于在用户界面上显示的对接状态指示符。

示例23是一种用于将移动清洁机器人对接至坞站的方法，包括：提供坞站，其包括在第一平面中的第一基准标记和在不同于第一平面的第二平面中的第二一个或多个基准标记；在对接之前，通过移动清洁机器人的视觉***生成坞站的图像，并从图像检测第一和第二一个或多个基准标记；基于检测到的第一基准标记，经由移动清洁机器人的控制器电路识别坞站；使用检测到的第一和第二一个或多个基准标记，通过控制器电路确定移动清洁机器人相对于坞站的前进方向；以及通过移动清洁机器人的驱动***调整移动清洁机器人的前进方向，并根据调整的前进方向将移动清洁机器人对接在坞站上。

在示例24中，示例23的主题可选地包括第二一个或多个基准标记，每个可以从第一基准标记横向偏离。

在示例25中，示例23-24中的任何一个或多个的主题可选地包括第二一个或多个基准标记，每个基准标记包括附着到或靠近坞站的对接平台上的相应一个或多个充电触点的相应回射涂层，该一个或多个充电触点电联接到坞站的充电***以给移动清洁机器人的电池充电。

在示例26中，示例23-25中的任何一个或多个的主题可选地包括：确定前进方向，其可以包括：如果机器人距离坞站第一距离，则使用检测到的第一基准标记确定第一前进方向，并且如果机器人距离坞站第二距离比第一距离更近，则使用检测到的第一基准标记和检测到的第二一个或多个基准标记确定第二前进方向；以及调整前进方向并对接移动清洁机器人，其可以包括：响应于移动清洁机器人距离坞站第一距离，调整第一前进方向并根据调整的第一前进方向驱动移动清洁机器人朝向坞站，直到机器人距离坞站第二距离；以及响应于移动清洁机器人距离坞站第二距离，调整第二前进方向并根据调整的第二前进方向驱动移动清洁机器人到坞站。

在示例27中，示例23-26中的任何一个或多个的主题可选地包括一个或多个第二基准标记，其可以包括第二基准标记和第三基准标记。确定移动清洁机器人的前进方向的操作可以包括：从坞站的图像测量检测到的第一基准标记和检测到的第二基准标记之间的第一距离，以及检测到的第一基准标记和检测到的第三基准标记之间的第二距离；以及基于第一距离和第二距离之间的比较来确定前进方向。

在示例28中，示例23-27中的任何一个或多个的主题可选地包括：接收坞站尺寸信息，包括第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置；以及使用(1)检测到的第一基准标记的位置和(2)第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置来估计第二一个或多个基准标记的位置；其中确定前进方向基于第二一个或多个基准标记的估计位置和第二一个或多个基准标记的检测位置之间的比较。

在示例29中，示例23-28中的任何一个或多个的主题可选地包括第一基准标记，其可以包括多边形回射人造标签，并且该方法可以进一步包括检测多边形回射人造标签的至少一个角的位置，以及进一步使用多边形回射人造标签的至少一个角的检测到的位置来确定前进方向。

在示例30中，示例23-29中的任何一个或多个的主题可选地包括：接收坞站尺寸信息，其包括从第一和第二一个或多个基准标记中选择的两个基准标记之间的实际距离；以及从坞站的图像测量两个基准标记之间的距离；其中确定前进方向基于两个基准标记之间的测量距离和实际距离之间的差。

该实用新型内容是对本申请的一些教导的概述，并不旨在是对本主题的排他或详尽的处理。在详细描述和所附权利要求中可以找到关于本主题的更多细节。本公开的其他方面对于本领域技术人员来说在阅读和理解以下详细描述并查看形成其一部分的附图时将是显而易见的，每个附图不应被理解为限制性的。本公开的范围由所附权利要求及其法律等同物限定。

附图说明

各种实施例在附图中以示例的方式示出。这些实施例是说明性的，并不旨在是本主题的穷举或排他实施例。

图1、2A和2B是移动机器人的侧面剖视图、底部和顶部透视图。

图3是示出用于操作移动清洁机器人的控制架构的示例的图。

图4A是示出移动清洁机器人操作的通信网络以及网络中的数据传输的示例的图。

图4B是示出在移动机器人和通信网络中的其他设备之间交换信息的示例性过程的图。

图5A-5B示出了用于将移动机器人对接至坞站的移动机器人***的示例。

图6A-6D示出了具有用于规划对接的可由移动机器人检测的多个不同基准标记的坞站的示例。

图7A-7B示出了由附着到坞站上的充电触点或放置在其附近的回射涂层形成的基准标记的示例。

图8是示出用于使用设置在坞站上不同位置的视觉基准标记对接移动清洁机器人的移动机器人对接***的示例的框图。

图9是示出使用坞站尺寸信息基于基准标记的估计位置确定机器人前进方向的示例的图。

图10A-10B示出了在移动机器人的视角中基于物体的表观宽度或坞站上的两个地标之间的距离来确定机器人前进方向的示例。

图11是示出用于将移动机器人对接至坞站的方法的示例的流程图。

图12是示出示例机器的框图，本文讨论的任何一种或多种技术(例如方法)可以在该示例机器上执行。

具体实施方式

自主移动机器人可以被本地或远程控制以执行任务，例如涉及要由移动清洁机器人清洁的房间或地板表面区域的清洁任务。用户可以使用远程控制设备来显示环境地图，在远程控制设备的用户界面(UI)上创建清洁任务，控制移动清洁机器人来执行清洁任务。当清洁时，例如在完成清洁任务后，移动清洁机器人可以停靠在坞站(也称为对接站)。在坞站时，移动清洁机器人可以给其电池充电。此外，在一些示例中，坞站可以包括从移动机器人提取碎屑的排空单元。移动机器人可以检测坞站并导航，直到对接。

在对接期间，可能重要的是移动清洁机器人在特定的前进方向范围内接近坞站，从而提供移动清洁机器人的充电触点与坞站上的相应充电触点的正确对准。如果移动清洁机器人没有在指定的前进方向范围内接近坞站(即移动清洁机器人在对接过程中与坞站未对准)，移动清洁机器人可能无法正常充电。在坞站包括从移动清洁机器人提取碎屑的排空站的示例中，如果移动清洁机器人在坞站期间未对准，则坞站上的排空入口可能没有被移动清洁机器人适当密封，这可能导致空气和碎屑泄漏并降低提取效率。

本发明人已经认识到对改进的机器人对接***的未满足的需求，该***能够在对接期间检测并及时校正未对准，从而提高对接精度和效率。本发明人特别认识到，可能希望包括一种基准标记***，该***具有设置在坞站上的多个非共面基准标记。基于单个信号基准标记或多个共面基准标记的机器人姿态或前进方向估计可能不准确，尤其是当共面基准标记彼此靠近并且机器人远离坞站(从而远离基准标记)时。非共面基准标记可以形成三维(3D)基准***，当被所公开的对接***和方法使用时，该基准***可以提供机器人相对于坞站的姿态或前进方向的更准确估计。发明人还认识到，在移动清洁机器人与坞站接触之前实现正确的前进方向可能是有帮助的，因为移动清洁机器人的操纵会受到坞站和机器人之间的机械相互作用的限制。

本文描述的移动机器人和对接技术或其部分可以由计算机程序产品控制，该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的指令，并且该指令可在一个或多个处理设备上执行以控制(例如协调)本文描述的操作。本文描述的机器人或其部分可被实现为可以包括一个或多个处理设备和存储器以存储可执行指令来实现各种操作的设备或电子***的全部或部分。

下面，参照图1-4B简要讨论移动机器人及其工作环境。参照图5A至 12讨论根据本文描述的各种实施例的***、装置、移动应用以及确定和调整机器人姿态或前进方向和规划对接的方法的详细描述。

自主移动机器人的示例

图1和2A-2B描绘了移动机器人100的示例的不同视图。图1示出了移动清洁机器人100的剖视图。图2A示出了移动清洁机器人100的仰视图。图2B示出了移动清洁机器人100的仰视图。图1中的剖视图是通过移动清洁机器人100的图2A的截面指示符3-3获得的。图1还示出了定向指示符底部、顶部、前部和后部。下面一起讨论图2A-3。

清洁机器人100可以是自主清洁机器人，其自主地穿过地板表面50，同时从地板表面50的不同部分吸收碎屑75。如图2A和1所示，机器人100 包括可在地板表面50上移动的主体200。主体200可以包括安装有清洁机器人100的可移动部件的多个连接结构。例如，连接结构可以包括覆盖清洁机器人100的内部部件的外壳、安装有驱动轮210a和210b以及(清洁头205 的)清洁辊205a和205b的底盘、安装在外壳上的保险杠138等。

如图2A所示，主体200包括大致半圆形的前部202a和大致半圆形的后部202b。如图2A所示，机器人100可以包括驱动***，其包括可与驱动轮210a和210b一起操作的致动器208a和208b，例如马达。致动器208a和 208b可以安装在主体200中，并且可以可操作地连接到驱动轮210a和210b，该驱动轮可旋转地安装在主体200上。驱动轮210a和210b将主体200支撑在地板表面50上方。当被驱动时，致动器208a和208b可以旋转驱动轮210a 和210b，以使机器人100能够自主地在地板表面50上移动。

控制器(或处理器)212可以位于壳体内，并且可以是诸如单板或多板计算机的可编程控制器、直接数字控制器(DDC)、可编程逻辑控制器(PLC) 等。在其他示例中，控制器212可以是任何计算装置，比如手持计算机，例如智能电话、平板电脑、膝上型计算机、台式计算机或包括处理器、存储器和通信能力的任何其他计算装置。存储器110可以是一种或多种类型存储器，比如易失性或非易失性存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存装置以及其他存储装置和介质。存储器 213可以位于主体200内、连接到控制器212并且可由控制器212访问。

控制器212可以操作致动器208a和208b，以在清洁操作期间围绕地板表面50自主导航机器人100。致动器208a和208b可操作成沿向前驱动方向、向后驱动方向驱动机器人100，并转动机器人100。机器人100可以包括脚轮211，其将主体200支撑在地板表面50上方。脚轮211可以将主体 200的后部202b支撑在地板表面50上方，驱动轮210a和210b将主体200的前部202a支撑在地板表面50上方。

如图1所示，真空组件118可被携带在机器人100的主体200内，例如，在主体200的前部202a。控制器212可以操作真空组件118以产生气流，其流过清洁辊205a和205b附近的空气间隙，流过主体200，并流出主体200。真空组件118可以包括例如叶轮，其在旋转时产生气流。当旋转时，气流和清洁辊205a和205b合作将碎屑75吸入机器人100。安装在主体200中的清洁箱322容纳机器人100吸入的碎屑75，并且在气流120进入真空组件118并排出主体200之前，主体200中的过滤器将碎屑75与气流分离。在这点上，在气流120从主体200排出之前，碎屑75被捕获在清洁箱322 和过滤器中。

清洁辊205a和205b可以分别可操作地连接到致动器214a和214b，例如马达。清洁头205和清洁辊205a和205b可以位于清洁箱322的前方。清洁辊205a和205b可以安装到清洁头205的外壳124上，并且例如间接地或直接地安装到机器人100的主体200上。特别地，清洁辊205a和205b安装到主体200的下侧，使得清洁辊205a和205b在清洁操作期间当下侧面对地板表面50时接合地板表面50上的碎屑75。

清洁头205的壳体124可以安装到机器人100的主体200上。在这点上，清洁辊205a和205b也安装到机器人100的主体200上，例如通过外壳 124间接安装到主体200上。可替代地或另外，清洁头205是机器人100的可拆卸组件，在该组件中，其中安装有清洁辊205a和205b的壳体124可拆卸地安装到机器人100的主体200上。壳体124和清洁辊205a和205b作为一个单元可从主体200移除，从而清洁头205可容易地与替换清洁头205互换。

控制***还可以包括具有一个或多个电传感器的传感器***。如本文所述，传感器***可以生成指示机器人100的当前位置的信号，并且可以在机器人100沿着地板表面50行进时生成指示机器人100的位置的信号。

悬崖传感器134(在图2A中示出)可以沿着主体200的底部定位。每个悬崖传感器134可以是光学传感器，其可以配置成检测光学传感器下方的物体的存在或不存在，比如地板表面50。悬崖传感器134可以连接到控制器 212。保险杠138可以可拆卸地固定到主体200上，并且在安装到主体200 上时可以相对于其移动。在一些示例中，保险杠138形成主体200的一部分。保险杠传感器139a和139b(保险杠传感器139)可以连接到主体200，并且可与保险杠138接合或配置成与之相互作用。保险杠传感器139可以包括断裂梁传感器、电容传感器、开关或能够检测机器人100(即保险杠138)和环境中的物体之间的接触的其他传感器。保险杠传感器139可以与控制器212通信。

图像捕获设备140可以是连接到主体200的相机，并且可以延伸穿过机器人100的保险杠138，例如穿过保险杠138的开口143。图像捕获设备140 可以是相机，例如前置相机，其配置为当机器人100在地板表面50周围移动时，基于机器人100的环境的图像生成信号。图像捕获设备140可以将信号传输到控制器212，用于导航和清洁程序。

障碍物跟随传感器141(在图2B中示出)可以包括从保险杠138面向外的光学传感器，并且可以配置成检测邻近主体200一侧的物体的存在或不存在。障碍物跟随传感器141可以在垂直于(或接近垂直于)机器人100的向前驱动方向的方向上水平发射光束。光发射器可以从机器人100向外发射光束，例如沿水平方向向外，并且光学检测器检测从机器人100附近的物体反射的光束的反射。机器人100例如使用控制器212可以确定光束的飞行时间，从而确定光学检测器和物体之间的距离，且因此机器人100和物体之间的距离。

侧刷142可以连接到机器人100的下侧，并且可以连接到马达144，马达144可操作成相对于机器人100的主体200旋转侧刷142。侧刷142可配置成接合碎屑，以将碎屑移向清洁组件205或远离环境边缘。配置为驱动侧刷142的马达144可以与控制器112通信。刷142可以围绕非水平轴线旋转，例如与地板表面50形成75度到90度之间的角度的轴线。非水平轴线例如可以与辊205a和205b的纵向轴线126a和126b形成75度和90度之间的角度。

刷142可以是从机器人100的中心横向偏移的侧刷，使得刷142可以延伸超过机器人100的主体200的外周。类似地，刷142也可以向前偏离机器人100的中心，使得刷142也延伸超过保险杠138。

机器人100还可以包括按钮146(或接口)，其可以是用户可操作的接口，配置为向机器人提供命令，例如暂停任务、通电、断电或返回坞站。

在一些示例的操作中，机器人100可以沿向前驱动方向或向后驱动方向推进。机器人100也可被推进以使得机器人100在沿向前驱动方向或向后驱动方向移动的同时原地转动或转弯。

当控制器212使机器人100执行任务时，控制器212可以操作马达208 来驱动驱动轮210并沿着地板表面50推进机器人100。此外，控制器212可以操作马达214以使辊205a和205b旋转，可以操作马达144以使刷142旋转，并且可以操作真空组件118的马达以产生气流。控制器212可以执行存储在存储器213上的软件，以通过操作机器人100的各种马达来使机器人 100执行各种导航和清洁行为。

机器人100的各种传感器可用于帮助机器人在环境中导航和清洁。例如，悬崖传感器134可以检测机器人100的设置有悬崖传感器134的部分下方的障碍物，例如陡坡和悬崖。悬崖传感器134可以向控制器212发送信号，使得控制器212可以基于来自悬崖传感器134的信号来重定向机器人100。

在一些示例中，保险杠传感器139a可用于检测保险杠138沿着机器人 100的前后轴线的运动。保险杠传感器139b也可用于检测保险杠138沿着机器人100的一个或多个侧面的运动。保险杠传感器139可以向控制器212 发送信号，使得控制器212可以基于来自保险杠传感器139的信号来重定向机器人100。

图像捕获设备140可以配置为当机器人100在地板表面50周围移动时，基于机器人100的环境的图像生成信号。图像捕获设备140可以向控制器 212发送这样的信号。图像捕获设备140可以沿向上方向倾斜，例如与机器人100围绕其导航的地板表面50成5度到45度之间的角度。当向上倾斜时，图像捕获设备140可以捕获环境的壁表面的图像，使得对应于壁表面上的物体的特征可以用于定位。

在一些示例中，障碍物跟随传感器141可以检测可检测的物体，包括机器人100的环境中的障碍物，例如家具、墙壁、人和其他物体。在一些实施方式中，传感器***可以包括沿着侧表面的障碍物跟随传感器，并且障碍物跟随传感器可以检测邻近侧表面的物体的存在或不存在。一个或多个障碍物跟随传感器141也可用作障碍物检测传感器，类似于本文描述的接近传感器。

机器人100还可以包括用于跟踪机器人100行进的距离的传感器。例如，传感器***可以包括与驱动轮210的马达208相关的编码器，并且编码器可以跟踪机器人100已经行进的距离。在一些实施方式中，传感器可以包括面朝下朝向地板表面的光学传感器。光学传感器可被定位成引导光穿过机器人100的底面朝向地板表面50。光学传感器可检测光的反射，并且可基于机器人100沿着地板表面50行进时地板特征的变化来检测机器人100行进的距离。

控制器212可以使用由传感器***的传感器收集的数据来控制机器人 100在任务期间的导航行为。例如，控制器212可以使用由机器人100的障碍物检测传感器(悬崖传感器134、保险杠传感器139和图像捕获设备140)收集的传感器数据，以使机器人100能够在任务期间避开机器人100的环境内的障碍物。

传感器数据还可以由控制器212使用，用于同时定位和地图绘制(SLAM) 技术，其中控制器212提取由传感器数据表示的环境的特征并构建环境的地板表面50的地图。由图像捕获装置140收集的传感器数据可以用于诸如基于视觉的SLAM(VSLAM)之类的技术，其中控制器212提取与环境中的物体相对应的视觉特征，并使用这些视觉特征来构建地图。当控制器108在任务期间将机器人100围绕地板表面50引导时，控制器212可以使用SLAM 技术通过检测收集到的传感器数据中表示的特征并将特征与先前存储的特征进行比较来确定机器人100在地图内的位置。由传感器数据形成的地图可以指示环境内可穿越和不可穿越空间的位置。例如，可以在地图上将障碍物的位置指示为不可穿越空间，而可以在地图上将开放地板空间的位置指示为可穿越空间。

由任何传感器收集的传感器数据可以存储在存储器110中。此外，为 SLAM技术生成的其他数据(包括形成地图的映射数据)可以存储在存储器 110中。这些在任务期间产生的数据可以包括在任务期间产生的永久数据，这些数据可在以后的任务中使用。除了存储用于使机器人100执行其行为的软件之外，存储器110还可以存储由传感器数据的处理产生的数据，以供控制器108访问。例如，地图可以是由机器人100的控制器108在各任务间可用和可更新以围绕地板表面50导航机器人100的地图。

包括永久地图的永久数据有助于使机器人100能够有效地清洁地板表面 50。例如，地图使控制器212能够将机器人100引向开放地板空间并避开不可穿越空间。另外，对于随后的任务，控制器212可以使用地图来优化在任务期间采取的路径，以帮助规划机器人100通过环境的导航。

图3是示出用于操作移动清洁机器人的控制架构300的示例的图。控制器212可以通信地联接到移动机器人100的各种子***，包括通信***305、清洁***310、驱动***110和传感器***320。控制器212包括存储器213，其保存数据和指令以供处理器324处理。处理器324从存储器213接收程序指令和反馈数据，执行程序指令要求的逻辑操作，并生成用于操作移动机器人100的各个子***部件的命令信号。输入/输出单元326发送命令信号并接收来自各种所示部件的反馈。

通信***305可以包括信标通信模块306和无线通信模块307。信标通信模块306可以通信地联接到控制器212。在一些实施例中，信标通信模块 306可操作用于向远程设备发送信号和从远程设备接收信号。例如，信标通信模块306可以检测从导航或虚拟墙壁信标的发射器投射的导航信号或从坞站的发射器投射的归航信号。在美国专利第7196487号和第7404000号、美国专利申请公开第20050156562号和美国专利申请公开第20140100693号(其全部内容通过引用结合于此)中讨论了对接、限制、家庭基地和归航技术。如在美国专利公开2014/0207282(其全部内容通过引用结合于此)中所述，无线通信模块307便于描述移动机器人100的状态的信息通过合适的无线网络 (例如无线局域网)与一个或多个移动设备(例如图4A所示的移动设备404)进行通信。下面讨论通信***305的更多细节，例如参考图4A。

清洁***310可以包括辊马达214(例如致动器214a和214b)、驱动侧刷142的刷马达144和为真空组件118供电的抽吸风扇马达316。清洁*** 310还包括多个马达传感器317，其监测辊马达214、刷马达144和抽吸风扇马达316的操作，以便于控制器212对马达的闭环控制。在一些实施例中，辊马达214由控制器212(或合适的微控制器)操作，以通过闭环脉宽调制 (PWM)技术根据特定速度设置来驱动辊(例如辊205s和205b)，其中从监测表示辊马达214的旋转速度的信号的马达传感器317接收反馈信号。例如，这种马达传感器317可以马达电流传感器(例如分流电阻器、电流感测变压器和/或霍尔效应电流传感器)的形式提供。

驱动***110可以包括用于响应于来自控制器212的驱动命令或控制信号来操作驱动轮210的驱动轮马达208，以及多个驱动马达传感器161，以便于驱动轮的闭环控制(例如通过如上所述的合适的PWM技术)。在一些实施方式中，分配给驱动***110的微控制器配置成解密具有x、y和θ分量的驱动命令。控制器212可以向驱动轮马达208发出单独的控制信号。在任何情况下，控制器212可以通过经由驱动轮马达208独立地控制每个驱动轮212a或210b的旋转速度和方向，在清洁表面上沿任何方向操纵移动机器人100。

控制器212可以响应于从传感器***320接收的信号来操作驱动*** 110。例如，控制器212可以操作驱动***110来重定向移动机器人100，以避免在处理地板表面时遇到的障碍物。在另一示例中，如果移动机器人100 在使用期间被卡住或缠住，控制器212可以根据一个或多个逃脱行为来操作驱动***110。为了实现可靠的自主运动，传感器***320可以包括多种不同类型的传感器，其可以彼此结合使用，以允许移动机器人100做出关于特定环境的智能决策。作为示例而非限制，传感器***320可以包括接近传感器336、悬崖传感器134、视觉传感器325(例如图像捕获设备140)中的一个或多个，该视觉传感器325配置用于检测操作环境中的特征和地标并构建虚拟地图，例如使用如上所述的VSLAM技术。

传感器***320还可以包括响应保险杠138的启动的碰撞传感器339(例如碰撞传感器139a和139b)。传感器***320可以包括惯性测量单元 (IMU)164，其部分地响应于移动机器人100相对于基本垂直于地板的竖直轴线的位置变化，并且感测移动机器人100何时倾斜在具有高度差的地板类型界面处，高度差可能归因于地板类型变化。在一些示例中，IMU164是具有陀螺仪传感器的六轴IMU，陀螺仪传感器测量移动机器人100相对于竖直轴线的角速度。然而，也可以考虑其他合适的配置。例如，IMU164可以包括对移动机器人100沿着竖直轴线的线性加速度敏感的加速度计。在任何情况下，来自IMU164的输出被控制器212接收，并被处理以检测移动机器人100 行进穿过的地板表面的不连续性。在本公开的上下文中，术语“地板不连续性”和“门槛”指的是地板表面中的任何不规则性(例如地板类型的变化或地板界面处高度的变化)，该不规则性可由移动机器人100穿过，但会导致离散的竖直运动事件(例如向上或向下的“碰撞”)。取决于IMU164的配置和放置，竖直运动事件可以涉及驱动***的一部分(例如驱动轮210之一)或主体200 的底盘。地板门槛或地板界面的检测可以提示控制器212预期地板类型的变化。例如，当移动机器人100从高绒地毯(软地板表面)移动到瓷砖地板(硬地板表面)时，可能经历显著的向下竖直颠簸，而在相反的情况下可能经历向上颠簸。

在不脱离本公开的范围的情况下，各种各样的其他类型的传感器尽管没有结合图示的示例示出或描述但仍可以结合在传感器***320(或任何其他子***)中。这种传感器可以用作障碍物检测单元、障碍物检测避障(ODOA) 传感器、轮下落传感器、障碍物跟随传感器、失速传感器单元、驱动轮编码器单元、颠簸传感器等。

通信网络的示例

图4A是通过示例而非限制的方式示出了通信网络400A的图，该通信网络400使得能够在移动机器人100与一个或多个其他设备(比如移动设备 404、云计算***406或与移动设备404分开的另一自主机器人408)之间进行联网。使用通信网络400A，机器人100、移动设备404、机器人408和云计算***406可以彼此通信以彼此发送和接收数据。在一些实施方式中，移动机器人100、机器人408或移动机器人100和机器人408两者通过云计算***406与移动设备404通信。可替代地或另外，移动机器人100、机器人 408或移动机器人100和机器人408两者直接与移动设备404通信。通信网络400A可以采用无线网络(例如蓝牙、射频、基于光学等)和网络架构(例如网状网络)的各种类型和组合。

在一些实施方式中，如图4A所示的移动设备404是可以链接到云计算***406的远程设备，并且可以使用户能够在移动设备404上提供输入。移动设备404可以包括用户输入元件，例如触摸屏显示器、按钮、麦克风、鼠标、键盘或响应用户提供的输入的其他设备中的一个或多个。可替代地或另外，移动设备404包括沉浸式媒体(例如虚拟现实)，用户与该媒体交互以提供用户输入。在这些情况下，移动设备404例如是虚拟现实耳机或头戴式显示器。用户可以为移动设备404提供与命令相对应的输入。在这种情况下，移动设备404可以向云计算***406发送信号，以使云计算***406向移动机器人100发送命令信号。在一些实施方式中，移动设备404可以呈现增强现实图像。在一些实施方式中，移动设备404是智能电话、膝上型计算机、平板计算设备或其他移动设备。

根据本文讨论的一些示例，移动设备404可以包括配置为显示机器人环境的地图的用户界面。机器人路径、比如由控制器212的覆盖范围规划器识别的机器人路径，也可以显示在地图上。界面可以接收用户指令以修改环境地图，例如通过添加、移除或以其他方式修改环境中的禁止通行区域；添加、移除或以其他方式修改环境中的重复穿越区域(例如需要重复清洁的区域)；在部分环境中限制机器人的遍历方向或遍历模式；或者增加或更改清洁等级等。

在一些实施方式中，通信网络400A可以包括附加节点。例如，通信网络400A的节点可以包括附加机器人。可替代地或另外，通信网络400A的节点可以包括网络连接的设备。在一些实施方式中，网络连接设备可以生成关于环境的信息。网络连接设备可以包括一个或多个传感器来检测环境中的特征，例如声学传感器、图像捕获***或生成信号的其他传感器，从这些信号中可以提取特征。网络连接设备可以包括家庭相机、智能传感器、智能锁、智能恒温器、智能车库门开启器等。

在图4A所示的通信网络400A中以及在通信网络400A的其他实施方式中，无线链路可以利用各种通信方案、协议等，例如蓝牙类别、Wi-Fi、低功耗蓝牙(也称为BLE)、802.15.4、用于微波访问的全球互通性(WiMAX)、红外信道或卫星频带等。在一些情况下，无线链路包括用于在移动设备之间通信的任何蜂窝网络标准，包括但不限于符合1G、2G、3G、4G、5G等的标准。如果使用网络标准，则通过满足一个规范或多个标准(例如由国际电信联盟维护的规范)，可以将其作为例如一代或多代移动电信标准。如果使用的话，3G标准对应于例如国际移动电信-2000(IMT-2000)规范，并且4G标准可以对应于国际高级移动通信(IMT-Advanced)规范。蜂窝网络标准的示例包括AMPS、GSM、GPRS、UMTS、LTE、高级LTE、移动WiMAX和高级WiMAX。蜂窝网络标准可以使用各种信道接入方法，例如FDMA、TDMA、 CDMA或SDMA。

图4B是示出在通信网络400A中的设备之间交换信息的示例性过程 400B的图，该通信网络包括移动机器人100、云计算***406和移动设备 404。可以通过按下移动机器人100上的按钮来启动清洁任务，或者可以为将来的时间或一天安排清洁任务。用户可以在清洁任务期间选择一组要清洁的房间，选择房间内的一组区域或地区，或者可以指示机器人清洁所有房间。用户还可以选择在清洁任务期间在每个房间中使用的一组清洁参数。

在清洁任务期间，移动机器人100跟踪410其状态，包括其位置、在清洁期间发生的任何操作事件以及花费的清洁时间。移动机器人100向云计算***406发送412状态数据(例如位置数据、操作事件数据、时间数据中的一个或多个)，云计算***406可以例如通过处理器442来计算414对于待清洁区域的时间估计。例如，可以通过平均在房间的多个(例如两个或更多个) 先前清洁任务期间已经收集的房间的实际清洁时间来计算清洁房间的时间估计。云计算***406将时间估计数据连同机器人状态数据一起发送416到移动设备404。移动设备404通过处理器444在显示器上呈现418机器人状态数据和时间估计数据。机器人状态数据和时间估计数据可以作为许多图形表示可编辑任务时间线和/或映射界面中的任何一个呈现在移动设备的显示器上。在一些示例中，移动机器人100可以直接与移动设备404通信。

用户402在显示器上查看420机器人状态数据和时间估计数据，并且可以输入422新的清洁参数，或者可以操纵要清洁的房间的顺序或身份。用户402可以例如从移动机器人100的清洁时间表中删除房间。在其他情况下，用户402可以例如为要清洁的房间选择边缘清洁模式或深度清洁模式。当用户改变清洁参数或清洁时间表时，更新424移动设备404的显示。例如，如果用户将清洁参数从单程清洁更改为双程清洁，则***将更新估计时间以提供基于新参数的估计。在单程清洁与双程清洁的此示例中，估计将大约翻倍。在另一示例中，如果用户从清洁时间表中移走一个房间，则总时间估计大约减少清洁移走的房间所需的时间。基于来自用户402的输入，云计算***406 计算426要清洁的区域的时间估计，然后可以将其发送428(例如通过无线传输，通过应用协议，通过广播无线传输)回到移动设备404并显示。另外，与计算的时间估计有关的数据被发送446到机器人的控制器430。基于移动机器人100的控制器430接收到的来自用户402的输入，控制器430生成 432命令信号。命令信号命令移动机器人100执行434行为，其可以是清洁行为。当执行清洁行为时，控制器继续跟踪410机器人的状态，包括其位置、在清洁期间发生的任何操作事件或花费的清洁时间。在一些情况下，可以经由推送通知向移动设备或家庭电子***(例如交互式扬声器***)另外提供与机器人的状态有关的实时更新。

在执行434行为时，控制器430检查436以查看所接收的命令信号是否包括用于完成清洁任务的命令。如果命令信号包括完成清洁任务的命令，则命令机器人返回其坞站，并且在返回时发送信息以使云计算***406能够生成438任务摘要，任务摘要可被发送至移动设备404并由其显示440。任务摘要可以包括时间线和/或地图。时间线可以显示清洁的房间、清洁每个房间所花费的时间、每个房间中跟踪的操作事件等。地图可以显示清洁的房间、每个房间中跟踪的操作事件、在每个房间中进行的清洁类型(例如大扫除或简单擦拭)等。

本文描述的过程400B和其他过程的操作可以以分布式方式执行。例如，云计算***406、移动机器人100和移动设备404可以彼此一致地执行一个或多个操作。在一些实施方式中，描述为由云计算***406、移动机器人100 和移动设备404之一执行的操作至少部分由云计算***406、移动机器人100 和移动设备404中的两个或全部执行。

具有用于机器人对接的多个基准标记的坞站的示例

下面参考图5-11讨论的是用于使用设置在坞站上的不同位置处的多个视觉基准标记来自动对接移动机器人的坞站和/或对接***的各种实施例。虽然该文献参考执行地板清洁的移动机器人100，但本文讨论的对接验证***和方法可以用于为不同应用设计的机器人，例如拖地、割草、运输、监视等等。此外，虽然一些部件、模块和操作可被描述为由移动机器人100、由用户、由计算设备或由另一行动者来实现和执行，但在一些实施方式中，这些操作可以由除了所描述的行动者之外的行动者来执行。例如，在一些实施方式中，由移动机器人100执行的操作可以由云计算***406或另一计算设备 (或多个设备)来执行。在其他示例中，由用户执行的操作可以由计算设备来执行。在一些实施方式中，云计算***406不执行任何操作。相反，其他计算设备执行被描述为由云计算***406执行的操作，并且这些计算设备可以彼此以及与移动机器人100直接(或间接)通信。在一些实施方式中，除了被描述为由移动机器人100执行的操作之外，移动机器人100还可以执行被描述为由云计算***406或移动设备404执行的操作。其他变型也是可能的。此外，虽然本文描述的方法和过程被描述为包括某些操作或子操作，但在其他实施方式中，可以省略这些操作或子操作中的一个或多个，或者可以添加附加的操作或子操作。

图5A-5B示出了用于将移动机器人对接至坞站的移动机器人***的示例，包括坞站500和移动机器人100。图5A示出了移动机器人***在x-y-z 坐标系中的等距视图，图5B示出了移动机器人***在x-y平面中的俯视图。坞站500可以包括或连接到电源。坞站500可以在对接端口560上包括充电触点522和524，充电触点522和524电联接到充电***，当移动机器人100 对接在坞站500上时，充电***可以给移动机器人100的电池充电。在一些示例中，坞站500可以是包括容器570的排空站，以从移动机器人100提取碎屑。坞站500可以有线或无线地连接到通信网络，比如云计算***406，以实现或促进与移动机器人100和/或移动设备404的数据传输。

坞站500可以包括一个或多个不同且可区分的基准标记。基准标记可以相对于彼此和/或相对于坞站500上的参考地标具有预定的空间关系。基准标记可以是配置用于姿态检测的任何特征。例如，至少一个基准标记可以是摄影测量目标、诸如LED的灯、反射目标、空间可识别图案、条形码、QR 码、标志或April Tag等。作为非限制性示例，坞站500包括设置在坞站500 的前平面上的第一基准标记540(也称为主基准标记)，以及第二一个或多个基准标记(也称为副基准标记)。第一基准标记540可以是位于容器570的外表面上的人造标签。第二一个或多个基准标记可以位于与容器外表面不同的平面上，例如与外表面不共面的平面。尽管在图5A和5B中示出了两个副基准标记542和544，但这是作为示例而非限制。在其他示例中，坞站500 中可以包括任意数量的副基准标记，比如在一示例中只有一个副基准标记，或者在另一示例中有三个或更多个副基准标记。

第一基准标记540可以沿着x轴从坞站500的后平面530偏移第一距离，副基准标记542和544可以各自沿着x轴从后平面530偏移不同于第一距离的第二距离。在图5A和5B所示的示例中，副基准标记542和544各自附着到相应的充电触点522和524或放置在其附近。副基准标记542和 544从后平面530偏移比第一距离大的第二距离，使得基准标记540沿着x轴位于基准标记542和544的后面。在另一示例(未示出)中，基准标记542 和544都可以位于后平面530上，或者从后平面530偏移比第一距离短的距离，使得基准标记542和544沿着x轴位于基准标记540的后面。当基准标记542和544位于后平面530上时，坞站的一部分例如容器570的一部分可以是透明的，使得当移动机器人100在坞站500前面时(如图5A和5B所示)，基准标记542和544可以在移动机器人的视觉***(例如相机、图像捕获设备140或其他视觉成像传感器)的视野内而没有阻碍。

副基准标记542和544可以沿着y轴从第一基准标记540横向偏移。如图5A和5B所示，基准标记542在第一横向方向(正y轴)上偏离第一基准标记540，并且基准标记在与第一横向方向相反的第二横向方向(负y轴)上偏离第一基准标记。基准标记540、542和544的这种空间布置在坞站上形成三维(3D)基准标记***，这有助于提高确定机器人相对于坞站的姿态(例如位置和/或定向)或前进方向的准确性。

移动机器人100的视觉***可以生成坞站的图像，从坞站的图像检测基准标记，识别坞站500并基于检测到的基准标记确定移动机器人100的前进方向。在一些示例中，移动机器人100可以基于移动机器人100的当前前进方向绘制从移动机器人100的当前位置到坞站500的对接路径。对接路径可以用于向移动机器人100的驱动***提供指令，以操纵移动机器人100到坞站500，使得移动机器人100可以与锁、夹具或棘爪520A和520B连接，或者与对接端口560的充电触点522和524连接，以给电池充电。在一些示例中，对接路径可以用于向驱动***提供指令，以操纵移动机器人100，使其空气路径与坞站500上的排空套环510对准，使得坞站可以将碎屑从移动机器人100提取到容器570中。排空套环510(或配合套环)可以定位成使得移动机器人100可以定位在排空套环510上方。

在一些示例中，当再充电和/或排空碎屑的时间到来时，移动机器人100 可以确定坞站500在由移动机器人100创建或存储在其中的地图上的位置，并导航到坞站500周围的对接区域。从那里，移动机器人100可以确定其相对于坞站500的姿态或前进方向，并规划到坞站500的对接路径。如图5A 和5B所示，移动机器人100可以沿着对接通道550沿向前方向移动到坞站 500。对接通道550可以由外边缘550A和550B界定，并且具有与移动机器人100驱动进入的对接端口560的中心轴线对准的中心轴线550C。对接通道550的中心轴线550C基本垂直于坞站500的后平面530。通过在外边缘 550A和550B内接近坞站500，移动机器人100可以将其触点与充电触点 522和524正确对准，将其轮与坞站棘爪520A和520B对准，和/或使机器人空气路径与坞站500的排空套环510对准。

为了确保对接期间的正确对准，期望移动机器人100的前进方向基本垂直于坞站500的后平面530(在可接受的公差内，例如±1度)，使得移动机器人100可以沿着对接通道550朝向坞站500移动。出于说明的目的，不同的机器人姿态或前进方向在图5A和5B中示出。在第一姿态P1，移动机器人 100具有基本垂直于坞站500的后平面530的第一前进方向580A，其指向坞站的中心(对应于第一基准标记540的位置)。在第二姿态P2，移动机器人100具有从第一前进方向580A偏移角度θ的第二前进方向580B。在第三姿态P3，移动机器人100具有从第一前进方向580A偏移角度θ’的第三前进方向580C。如果偏移角度θ或θ’落在公差范围之外(例如垂直于后平面的±1度)，并且移动机器人100沿着该方向移动，则可能发生未对准，导致移动机器人 100的电池充电不当和/或移动机器人100和坞站500上的排空入口之间的密封异常。

根据本文献中描述的各种示例，例如参考图8和9，移动机器人100可以使用从坞站的图像检测到的第一基准标记540和一个或多个副基准标记 542和/或544的位置来确定其相对于坞站500的姿态或前进方向。移动机器人100可以在移动机器人100到达对接端口560或进入离对接端口560的最小允许距离(例如15-20cm，由坞站500和移动机器人100之间的机械相互作用的约束确定)之前调整其姿态和前进方向。姿态或前进方向的调整可以使用反馈控制器来实现，例如比例积分(PI)控制器或比例积分微分(PID)控制器。可以继续调整，直到偏移角度θ落入公差偏移角度范围内。

图6A-6C示出了坞站600A的示例，具有可由移动机器人(例如移动机器人100)检测和区分的多个不同的基准标记。图6A示出了坞站600A的等距视图，图6B是前视图，图6C是侧视图。坞站600A包括用于在对接时接收移动机器人的对接端口660和基本垂直于对接端口660的水平表面的直立部分。直立部分具有面向坞站前方的对接移动机器人的前平面610，以及前平面610后面的后平面630。第一基准标记640可以位于前平面610的大致中心，并且与对接通道550的中心轴线550C对准。第一基准标记640可以具有空间可识别的图案。在一示例中，第一基准标记640由人造标签表示。人造标签可以是一维标签，例如条形码，或者二维标签，例如标志、QR码或April Tag。人造标签可以是具有第一颜色的第一区域和第二颜色的第二区域的回射标签。第一区域可以具有比第二区域更高的回射率。在一示例中，第一和第二区域具有对比色，比如黑色和白色。人造标签可以具有可由移动机器人的视觉***检测和识别的特定尺寸、形状和图案。在一示例中，人造标签可以具有多边形的形状。在一示例中，人造标签具有45毫米(mm)乘 45mm正方形的形状。April Tag形式的人造标签可以自动检测和定位，即使是在非常低的分辨率下，光线不均匀，奇怪的旋转，或者隐藏在杂乱图像的角落。在一示例中，人造标签可以是由五乘五(5x5)的黑色或白色方块构成的 AprilTag。

视觉***可以包括图像捕获设备140(例如相机)，其可以在机器人对接之前从坞站500前方的距离(例如高达1.5米)生成坞站600A或其一部分的图像。视觉***可以从图像识别人造标签。为了提高人造标签识别的准确性和鲁棒性，在一些示例中，人造标签可以由具有与前平面610相比的对比色的外边界来界定。在一示例中，前平面610(以及可选地坞站500的整个外部) 可以被涂成黑色，并且人造标签的外边界被涂成白色。在一些示例中，前平面610可以用低回射率和低散射颜色或材料(例如无光泽的黑色膜)来涂漆或贴胶带。相比之下，人造标签的明亮区域(例如April Tag中的白色块)可以用高回射率和可选的低散射颜色或材料(例如白色或黑色回射膜)来涂漆或贴胶带。机器人可以包括光源(例如发光二极管或LED)以向坞站发射光。入射到基准标记的回射涂层上的光被反射回机器人的相机。结果，不管回射膜的颜色如何，人造标签在相机图像中都显得很亮。这可以改善机器人的视觉***对基准标记的检测，即使在弱光条件下或完全黑暗的情况下。

坞站600A可以包括高于对接端口660的水平表面的两个对接平台621A 和621B。对接平台621A和621B可以关于坞站中心对称：它们沿着y轴位于相对的横向位置，并且与坞站中心具有基本相同的距离。如图6A和6B所示，对接平台621A位于沿着正y轴的一个横向位置上，对接平台621B位于沿着负y轴的相对横向位置上。对接平台621A和621B每个包括各自的充电触点622和624，类似于坞站500的充电触点522和524，充电触点622 和624可以电联接到充电***，当对接在坞站500上时，充电***可以给移动机器人100的电池充电。

充电触点622和624可以各自包括在相应对接平台的水平表面上方的相应凸起部分。第二基准标记642可以设置在充电触点622的凸起部分的竖直表面上。第三基准标记644可以设置在充电触点624的凸起部分的竖直表面上。通常，定位在对接端口660上方的基准标记642和644越高，这些基准标记越不可能被沿着对接路径的物体(例如地毯纤维或地板上的碎屑)在视觉上阻挡，因此更可能被移动机器人的视觉***检测到。下面参照图7A-7B描述设置在充电触点上的副基准标记的示例。

由于第一基准标记640位于前平面610的大致中心，并且对接平台621A 和621B关于坞站中心对称，基准标记642和644关于第一基准标记640对称，并且在相反的横向方向(分别为正y轴和负y轴)上与第一基准标记640 具有基本相同的距离。

第一基准标记640沿着z轴在对接平台621A和621B的水平表面上方 (基准标记642和644的大致位置)距离D1处。在一示例中，D1约为40毫米(mm)。位于前平面610上的第一基准标记640沿着x轴从后平面630偏移第一距离D0。基准标记642和644可以在平行于后平面530的同一平面上，从后平面530偏移大于D0的距离。如图6C所示，基准标记642和644 可以各自沿着x轴从第一基准标记640偏移距离D4。通常，更大距离D4可以对应于具有更远的基准标记的“更深”的3D基准***。这可以提供机器人相对于坞站的姿态或前进方向的更精确和稳健的估计。作为示例而非限制，D4约为50mm。在一些示例中，D4可以在以下的距离范围之一内：10-90mm、 20-80mm、30-70mm、40-60mm、45-55mm、10-30mm、20-40mm、 30-50mm、50-70mm或60-80mm。在非限制性示例中，在如图6B和6C 所示的x-y-z坐标系中，第一基准标记640和基准标记642或644中的任一个之间的欧几里德距离D3约为60mm。

分别位于对接平台621A和621B上的基准标记642和644具有约等于平台间距离D2的中间距离。在一示例中，D2约为90mm。在一些示例中， D2可以在以下的距离范围之一内：30-130mm、40-120mm、50-110mm、 60-100mm、70-90mm、30-60mm、50-80mm、70-100mm、90–100mm 或110-130mm。

图6D示出了坞站600B的另一示例的等距视图，该坞站600B包括第一基准标记680和一个或多个副基准标记，例如所示的682和684，其可由移动机器人检测并用于规划对接。第一基准标记680基本设置在坞站600B的前平面672的中心，在容器670下方，用于从对接在坞站600B上的移动机器人排出碎屑。类似于图6A所示的基准标记642和644，副基准标记682和684可以设置在安装在从对接端口的水平表面升高的相应对接平台651A 和651B上的相应充电触点652和654处。

类似于坞站500和600A中的基准标记，第一基准标记640可以位于前平面672的中心。基准标记682和684可以沿着y轴关于坞站中心(第一基准标记640所在的位置)基本对称。基准标记642和644可以沿着x轴与第一基准标记640不共面且在其前方。与第二基准标记542和544在x轴方向上离第一基准标记540更远的坞站600A相比，副基准标记682和684离第一基准标记680的距离更短。当对接时，移动机器人可以将其轮与坞站棘爪 662A和662B对准，使用充电触点为移动机器人的电池充电，和/或在排空***从移动机器人提取碎屑之前，使其空气路径与对接端口660上的排空套环665接合。

在各种示例中，一个或多个副基准标记(例如基准标记542、544、642、 644、682或684)可以使用附着到相应充电触点或放置在其附近的回射涂层 (例如回射带、膜或贴片)来形成。例如，基准标记642可以由附着到充电触点622的一部分或放置在其附近的回射涂层形成。基准标记644可以由附着到充电触点624的一部分或放置在其附近的回射涂层形成。基准标记的回射涂层可以将入射到其上的光(例如从机器人的光源发射的光)反射回机器人的相机，使得即使在弱光条件下或在完全黑暗的情况下，基准标记在相机图像中也显得明亮，从而改进了从图像中对基准标记的检测。

图7A-7B示出了由坞站上相应充电触点上的回射涂层形成的基准标记的示例。图7A是安装在从充电平台721的水平表面突出的基座结构722上的充电触点723的等距视图710，图7B是安装在从充电平台721的水平表面突出的基座结构722上的充电触点723的侧剖视图720。充电触点723可以具有基本符合基座结构722外部的弯曲部分。基座结构722可以由塑料或其他绝缘材料制成，并为充电触点723提供支撑和固定。在一示例中，充电触点723可以具有通孔724，其可以暴露通孔724后面的基座结构722的表面部分。回射涂层742可以附着到基座结构722的暴露表面部分，并用作副基准标记。

在一些示例中，基座结构722可以在其竖直表面上包括凸起部分730(例如模制凸块)，其尺寸、形状或以其他方式配置为装配在通孔724中。回射涂层742可以附着到凸起部分730或放置在其附近，并用作副基准标记。在一示例中，凸起部分730可以与邻接通孔724的充电触点723的竖直表面基本齐平，使得凸起部分730上的回射涂层742与充电触点的竖直表面基本共面。由于回射涂层742上的碎屑累积会降低其反射率，从而降低移动机器人视觉***的可检测性，因此与相邻充电接触表面共面的基准标记可以有助于回射涂层742的清洁和维护(例如更换)。

图8是示出移动机器人对接***800的示例的框图，用于使用设置在坞站上的不同位置处的视觉基准标记对接移动清洁机器人。移动机器人对接***800包括移动清洁机器人810和坞站820。坞站820是坞站500、600A或 600B的实施例或者其变型，可以包括基准标记821、充电***822和可选的排空***823。基准标记821可以包括第一基准标记(例如基准标记540、640 或680)，以及第二一个或多个基准标记(例如基准标记542、544、642、644、682或684)，如图5A-5B和6A-6D所示。充电***822可以电联接到坞站平台上的充电触点，以给对接在坞站上的移动清洁机器人810的电池充电。可选的排空***823可以从移动清洁机器人中提取碎屑。

诸如移动机器人100或其变型的移动清洁机器人810可以包括视觉***811、控制器电路814和驱动***818。视觉***811可以联接到一个或多个传感器，例如包括在移动机器人100的传感器***320中的那些传感器，如上面参考图2A-2B和图3所述。在一示例中，视觉***811可以包括成像传感器812，例如相机或其他类型的成像设备。成像传感器812是图1 所示的图像捕获设备140的示例，当移动清洁机器人810在对接区域中移动时，以及当坞站820或其包含基准标记的一部分在成像传感器812的视野内时，成像传感器812可以拍摄坞站820或其一部分的图像。在一示例中，移动清洁机器人810包括光源(例如LED)，该光源可以在特定方向发射光，例如移动清洁机器人的前方和成像传感器812的视野内。基准标记821可以包括相应的回射涂层，其可以将从光源发射并入射到回射涂层上的光反射回视觉***811，并由成像传感器812捕获在图像中。来自回射涂层的反射光使基准标记在相机图像中显得明亮，即使在弱光条件下或完全黑暗的情况下。这可以帮助改善视觉***811对基准标记的检测。

在一些示例中，移动清洁机器人810可以估计当前机器人位置和坞站之间的距离，并且如果估计的距离在特定范围内，例如在离坞站820为1.5米内，则确定移动清洁机器人810已经进入对接区域。在一示例中，可以在远对接过程和近对接过程之间切换时拍摄图像。当移动清洁机器人810基于例如坞站图像的第一部分导航到对接区域时，发生远对接。当移动清洁机器人 810以更高的分辨率查看坞站图像的不同的第二部分，并在坞站820上寻找基准标记，以及微调移动机器人相对于坞站820的前进方向以确保成功对接时，发生随后的近对接过程。

在一些示例中，成像传感器812可以自动调整图像分辨率和帧速率，例如基于当前机器人位置和坞站之间的估计距离。例如，当移动清洁机器人处于诸如对接过程开始时的远程对接模式(例如距离坞站0.75-1.5米)时，成像传感器812可以较高的图像分辨率(例如1280×960像素)操作，可选地以较低的帧速率(例如每秒8帧(fps))。随着移动清洁机器人810向坞站靠近并处于“短程”对接模式(例如距离坞站0.18-0.75米)，成像传感器812可以可选地以更高的帧速率(例如25fps)降低图像分辨率(例如降低到640×480像素)。

在一些示例中，移动清洁机器人810可以包括具有可调照明的照明模块。照明模块可以基于例如环境光水平的估计来自动调整正面照明(FFI)和/ 或脉宽调制(PWM)设置。在一示例中，照明模块可以从多个预定设置中进行选择，例如1％、15％、45％和100％的PWM。在一些示例中，照明模块可以基于当前机器人位置和坞站之间的估计距离自动调整FFI和/或PWM。在远程对接模式中可以使用较高的PWM和/或FFI，而在近程对接模式中可以使用较低的PWM和/或FFI。如果没有检测到基准标记(例如由于坞站所处环境的低照明条件)，成像传感器812可以自动增加其PWM。

视觉***811可以包括图像处理器813，其可以处理由成像传感器812 拍摄的图像。图像处理可以包括例如滤波、对比度增强、阈值化、分割、聚类、边缘检测、采样、边缘细化等。这种图像处理可以帮助提高基准标记识别和定位的准确性和可靠性，从而提高确定机器人相对于坞站的姿态和前进方向的准确性。在一示例中，图像处理器813可以对坞站的图像应用滤波，并从滤波的图像中检测一个或多个基准标记。滤波的非限制性示例是高斯拉普拉斯滤波。图像处理器813可以从一个或多个检测到的基准标记中提取位置、几何或形态学特征。在一示例中，图像处理器813可以提取表示多边形回射人造标签的图案的特征(例如基准标记540或640所示的April Tag的黑白块)，或者表示多边形回射人造标签的中心和/或一个或多个边缘或角落的像素位置。多边形回射人造标签可以是回射标签。在另一示例中，图像处理器813可以对滤波后的图像应用阈值处理，并且找到搜索区域内相对于检测到的人造标签的像素的局部最大值。可以使用局部最大值的位置来估计副基准标记(例如542、544、642、644、682或684)的位置。在一些示例中，图像处理器813可以提取表示不同检测到的基准标记的相对位置或之间距离的特征。从坞站的图像检测和定位基准标记的示例在下面讨论，例如参考图9。

控制器电路814可以包括坞站识别器815、机器人前进方向检测器816 和对接导航器817，以将移动清洁机器人810导航到坞站820。坞站识别器 815可以至少基于检测到的第一基准标记来识别坞站820，例如由图像处理器813检测到的人造标签(例如April Tag中的黑白块)的不同图案。人造标签的图案对于坞站820可以是唯一的。

机器人前进方向检测器816可以使用检测到的第一基准标记(也称为主要基准标记，例如540、640或680)和检测到的一个或多个副基准标记(例如 542和/或544、642和/或644、或682和/或684)来确定移动清洁机器人相对于坞站820的姿态或前进方向。在一示例中，前进方向可以用从坞站的后平面的法线偏移的角度(θ)来表示。一旦确定了前进方向，对接导航器817可以向驱动***818生成控制信号，以调整移动清洁机器人810的前进方向，直到偏移角度(θ)在特定范围内，例如在一示例中在后平面法线的+/-1度内。

可以使用第一基准标记和/或一个或多个副基准标记来估计偏移角度(θ)。当机器人更靠近坞站时，第一基准标记可以提供偏移角度的更精确估计。在一些情况下，当机器人姿态远离对接轴线时(即大偏移角度θ)，基于主基准标记的偏移角度估计可以更精确。另一方面，当机器人更靠近坞站时，副基准标记可以比当机器人更远离坞站时更可靠地被检测到。为了实现相对于坞站的良好对准，在一些示例中，对接导航器817可以基于通过使用第一基准标记和/或一个或多个副基准标记估计的偏移角度(θ)来执行分层导航。当机器人在离坞站更远的距离处(例如高达1.5米)和/或以大偏移角(例如高达+/-60 度)定姿态时，机器人可以仅依靠第一基准标记来估计机器人姿态或前进方向(例如偏移角度θ)。对接导航器817可以使用估计的偏移角度作为反馈来控制机器人前进方向的调整。随着机器人更靠近坞站行驶(例如75cm，偏移角度高达+/-20度)，第一基准标记和一个或多个副基准标记的组合可用于确定机器人姿态或前进方向的更精确估计。这种分层导航策略可以允许机器人在整个对接过程中以足够低的误差接收当前姿态估计，从离坞站的长距离到短距离，并且具有不同且变化的机器人姿态和前进方向，从而提高对接成功率和效率。

在各种示例中，对接导航器817可以使用反馈控制器来调整移动清洁机器人810的前进方向。可以调整前进方向，直到实现精确对准，例如当偏移角度(θ)落在指定的公差范围内时。精确对准可以提高对接成功率。反馈控制器可以将当前检测到的前进方向或偏移角度(θ)作为反馈参数。反馈控制器的示例可以包括比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器或基于模糊逻辑的控制器，例如模糊PI控制器或模糊PID控制器等。驱动***818可以根据调整的前进方向朝向坞站820驱动移动清洁机器人810，直到其对接。

本发明人已经考虑了各种技术来提高机器人姿态或前进方向检测的准确性和鲁棒性。在一示例中，机器人前进方向检测器816可以使用检测到的第二一个或多个基准标记(例如第二基准标记542、642或682；以及第三基准标记544、644或684)相对于检测到的第一基准标记(例如基准标记540、 640或680)的位置的位置来确定前进方向，或估计偏移角度θ。在一示例中，机器人前进方向检测器816可以测量检测到的第一基准标记的位置P_A(例如中心)和检测到的第二基准标记(542、642或682)的位置P_B(例如中心)之间的第一距离d_AB，以及位置P_A和检测到的第三基准标记(544、644或684)的位置P_C(例如中心)之间的第二距离d_AC。第一和第二距离d_AB和d_AC都是从坞站的处理的图像测量的，表示在移动清洁机器人的视觉***811的视角中的相应距离，并且都是机器人姿态或前进方向的函数。当机器人定姿态使得其前进方向与对接通道的中心轴线550C对准(即θ＝0)时，由于第二和第三基准标记围绕第一基准标记沿y轴对称，距离d_AB和d_AC基本相同。当机器人的前进方向偏离法线方向(即θ≠0)时，从视觉***811的角度来看，距离d_AB和d_AC是不同的。例如，如图5A和5B所示，对于机器人姿态P2和第二前进方向 580B(对应于偏移角度θ)，d_AB>d_AC；对于机器人姿态P3和第三前进方向 580C(对应于偏移角度θ’)，d_AB<d_AC。机器人前进方向检测器816可以基于从处理的图像测量的d_AB和d_AC的比较来确定机器人前进方向，或者计算偏移角度。

在各种示例中，机器人前进方向检测器816可以进一步使用包括第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置的坞站尺寸信息来确定机器人前进方向，或者计算偏移角度。在一示例中，机器人前进方向检测器 816可以使用第一基准标记(例如540、640或680)的检测位置(P_A)和第二基准标记相对于第一基准标记的实际位置信息(例如距离和方向)来估计充电触点上的第二基准标记(例如542、544、642或644中的任何一个)的位置

参考图9，当移动清洁机器人810处于未知姿态和前进方向(由偏移角度θ表示)时，视觉***811生成坞站820的至少一部分的图像900。图像900中包括位于坞站的前平面910的中心处的人造标签940A。图像处理器813可以从图像中检测人造标签940A及其由人造标签的中心945的位置表示的其位置P_A。坞站标识符815可以基于人造标签940A的图像来识别坞站820。

机器人前进方向检测器816可以使用人造标签940A的检测位置(P_A)以及一个或多个副基准标记(例如542和544，或642和644，或682和684)相对于人造标签940A的实际位置信息来确定图像上的充电触点上的基准标记的估计位置

942B和944B。估计位置

是假设机器人前进方向垂直于后平面(即θ＝0)来估计的。

图像处理器813可以从图像900检测基准标记942A和944A的位置。在一示例中，图像处理器813可以确定搜索空间，其由以两个估计的基准标记位置942B和944B中的每个为中心的接触盒962或964表示。接触盒各自限定第二基准标记预期位于的充电触点的相应区域。图像处理器813可以在每个接触盒内检测最亮斑点的像素位置，作为检测到的基准标记位置(P_B) 942A和944A。在一些示例中，图像处理器813可以对每个接触盒内的像素应用高斯权重，使得更靠近接触盒中心的像素(即估计的基准标记位置942B 或944B)比更远离中心的像素加权更大。因为实际基准标记位置更有可能接近估计位置942B和944B，所以高斯加权接触盒可以提高检测基准标记942A 和944A位置的准确性和效率。

如图9所示，估计的基准标记位置

942B或944B不与各自检测到的基准标记位置(P_B)942A或944A重叠。如上所述，估计位置

可以基于θ＝0 的假设来确定。估计位置

和检测位置P_B之间的差异指示移动机器人的前进方向和后平面的法线方向之间的未对准程度(即偏移角度θ)。机器人前进方向检测器816可以基于P_B和

之间的差异来确定机器人前进方向，或者计算偏移角度θ。移动机器人可以反馈控制其驱动***(例如图8中所示的驱动***818)，以使用P_B和

之间的差作为反馈参数来调整移动机器人的前进方向，例如当P_B和

之间的差落在可接受的容差内时，对应于偏移角度(θ) 在例如垂直于后平面的±1度内。

在各种示例中，除了第二一个或多个基准标记之外，机器人前进方向检测器816还可以使用从第一基准标记的图像中检测到的一个或多个特征点的位置来确定机器人姿态或前进方向。在第一基准标记是多边形回射人造标签的示例中，人造标签的一个或多个边缘或角落可以被图像处理器813检测到。在一示例中，可以检测多边形人工目标的边缘，并且可以从边缘交点确定角落。图9示出了检测到的标签角落位置(P_X)951A、952A、953A和954A。图像处理器813可以进一步估计标签角位置

951B、952B、953B和954B，例如通过使用检测到的标签中心位置945和包括标签角落相对于标签中心的距离和定向的尺寸信息。类似于如上所述的第二一个或多个基准标记的估计位置

和检测位置P_B之间的差异，标签角落的估计位置

和检测位置P_X之间的差异可以指示机器人前进方向与后平面的法线方向的未对准程度，并且因此可以是偏移角度(θ)的函数。机器人前进方向检测器816可以基于P_X和

之间的差异来确定机器人前进方向，或者计算偏移角度(θ)。在图9所示的示例中，P_X和

之间的差异不如P_B和

之间的差异大。在一些示例中，机器人前进方向检测器816可以使用P_X和

之间的差异以及P_B和

之间的差异来确定机器人姿态和前进方向，或者计算偏移角度θ，以便对机器人前进方向进行更精确和稳健的估计。

当移动机器人处于特定姿态或前进方向时，从移动机器人的视觉***的角度来看，坞站上的物体的几何形状(例如物体的宽度，或者两个地标之间的距离，比如坞站上的两个基准标记)可以不同于物体的实际几何形状。这种差异的程度与机器人前进方向或偏移角度θ相关，并可用于确定机器人前进方向或偏移角度θ。图10A-10B示出了当机器人前进方向与坞站后平面的法线方向不基本对准时，在移动机器人的视角中，物体的表观宽度或坞站上的两个地标之间的距离如何变化的示例。图10A示出了实际宽度dy的沿y轴的物体。在平行于x轴的第一前进方向1010(即垂直于坞站的后平面，或θ＝0)，机器人感知的物体宽度与实际宽度dy相同。在不同的第二前进方向1020处，从法线方向偏移θ(≠0)，机器人感知的物体宽度变为dy*cosθ。y轴上实际宽度和感知宽度之间的差异Δy是：

Δy＝dy-dy*cosθ＝dy*(1-cosθ) (1)

图10B示出了实际宽度dx的沿着x轴的物体。当机器人从平行于x轴的第一前进方向1010移动到偏离法线方向θ(≠0)的第二前进方向1020时，x 轴上的实际宽度和感知宽度之间的差异Δx是：

Δx＝dx*sinθ (2)

对于不在x轴或y轴上的物体宽度，或不在x轴或y轴上的任何两个地标之间的距离，物体的实际宽度或两个地标之间的实际距离L可以投影到x 轴以获得实际距离分量Lx，和/或投影到y轴以获得实际距离分量Ly。机器人前进方向检测器816可以从坞站的图像检测在未知姿态和前进方向的移动机器人的视觉***的视角中沿着x轴的感知距离分量Lx’，或者沿着y轴的感知距离分量Ly’。机器人前进方向检测器816可以使用差异Δx＝Lx–Lx’和上面的方程(2)，或者使用差异Δy＝Ly–Ly’和上面的方程(1)来确定机器人前进方向，或者计算偏移角度θ。

如上所述，用于距离测量和机器人前进方向检测的两个地标可以从第一基准标记和第二一个或多个基准标记中选择。例如，对于基本沿着y轴放置的基准标记(例如542和544，或642或644，或682和684)，不需要距离投影，并且可以使用上面的方程(1)来估计前进方向(偏移角度θ)。在另一示例中，机器人前进方向检测器816可以使用第一基准标记和副基准标记之一之间(例如基准标记540和542之间，或者基准标记640和642之间)的距离来检测机器人前进方向。这种不在x轴或y轴上的基准间距离可以投影到x轴或 y轴上。可以使用投影距离分量和上面的方程(1)或方程(2)来确定机器人前进方向或偏移角度θ。

返回参考图8，在一些示例中，移动机器人对接***800可以包括移动设备830，其可操作地与移动清洁机器人810和坞站820通信。作为移动设备404的实施例的移动设备830可以是智能电话、个人数字助理、膝上型计算机、平板电脑、智能手表或其他便携式计算设备。在一些示例中，移动清洁机器人810可以通过云计算***406与移动设备830通信，如上面参考图 4A-4B所述。移动设备830可以包括用户界面，其允许用户创建或修改清洁任务或执行特定任务，或者监测任务的进度和移动清洁机器人810的操作状态。控制器电路814可以响应于移动清洁机器人根据调整的前进方向被对接而生成对接状态指示符。可替代地，对接状态指示符可以由移动清洁机器人 810生成。对接状态指示符可以指示成功对接，或者对接异常，例如移动清洁机器人和坞站上的充电触点之间的未对准，和/或移动清洁机器人和坞站上的排空入口之间的不适当密封。对接状态指示符或关于对接状态的通知可以显示在移动设备830的用户界面上。

使用多个基准标记的机器人对接方法的示例

图11是示出用于将移动机器人对接至坞站的方法1100的示例的流程图。坞站可以包括充电***，以给移动机器人的电池充电和/或排出由移动清洁机器人收集并临时存储在移动清洁机器人中的碎屑。移动机器人的示例可以包括移动清洁机器人、移动拖地机器人、草坪修剪机器人或空间监测机器人。方法1100可以在如图5A和5B所示的移动机器人***或如图8所示的移动机器人对接***800中实现并由其执行。

在1110，坞站被提供给移动机器人的环境，例如用户家中的区域或房间。坞站可以包括位于坞站的第一平面中的第一基准标记，以及位于与第一平面不共面的第二平面中的第二一个或多个基准标记(也称为副基准标记)。坞站以及第一和第二一个或多个基准标记的示例在图5A-5B和6A-6D中示出。如参考那些附图所述，在一示例中，第一基准标记可以是人造标签，例如条形码、标志、QR码或April Tag等。人造标签可以包括具有不同颜色和/或回射率的区域。在一示例中，副基准标记可以包括两个回射涂层，每个附着到对接平台上的相应充电触点或放置在其附近。充电触点电联接到坞站的充电***，当移动机器人对接在坞站上时，该充电***可以给移动机器人的电池充电。在一些示例中，回射涂层可以附着到支撑充电触点的基座结构的表面部分或放置在其附近，其中该表面部分在安装在基座结构上的充电触点的通孔后面。在一些示例中，通孔的尺寸和形状可以设计成接收基座结构的凸起部分。凸起部分可以与邻接通孔的充电触点的外表面基本齐平。回射涂层可以附着到基座结构的凸起部分或放置在其附近。

在1120，坞站或其一部分的图像可以由移动机器人的视觉***在对接在坞站上之前生成，例如视觉***811。当移动清洁机器人在远离坞站特定距离(例如高达1.5米远)的对接区域中时，并且当坞站或包含基准标记的部分在移动机器人的成像传感器的视野内时，视觉***可以拍摄坞站或其一部分的图像。为了提高图像质量以及识别和定位基准标记的准确性，在一些示例中，成像传感器可以自动调整图像分辨率和帧速率，例如基于当前机器人位置和坞站之间的估计距离。在一些示例中，移动清洁机器人可以包括照明模块，其可以例如基于环境光水平的估计来自动调整照明。

视觉***可以包括图像处理或处理坞站的图像，并从中检测第一和第二一个或多个基准标记。视觉***还可以从一个或多个检测到的基准标记中提取位置、地理或形态特征。例如，视觉***可以提取表示用作第一基准标记的多边形人造标签的图案的特征，以及诸如人造标签的中心和四个角的位置的位置信息。在另一示例中，视觉***可以检测一个或多个副基准标记的位置，例如回射涂层，每个都附着到相应的充电触点或放置在其附近，如图5A- 5B和6A-6D所示。

在1130，可以至少基于检测到的第一基准标记来识别坞站，例如使用如图8所示的坞站标识符815。在一示例中，第一基准标记由具有独特且不同图案的人造标签表示，例如具有不同颜色或回射率的区域的图案(例如April Tag中的黑色和白色块)。移动机器人可以基于检测到的人造标签的不同图案来识别坞站。

在1140，可以使用从坞站的图像检测到的第一和第二一个或多个基准标记，例如使用机器人前进方向检测器816，来检测移动清洁机器人相对于坞站的姿态和前进方向。前进方向可以用从坞站的后平面的法线偏移的角度 (θ)来表示。

可以使用各种技术来提高在对接之前估计移动清洁机器人相对于坞站的当前姿态或前进方向的准确性和鲁棒性。在一示例中，可以使用第二一个或多个基准标记相对于检测第一基准标记(例如540、640或680)的检测位置的检测位置来确定机器人前进方向(或偏移角度θ)。在副基准标记包括第二基准标记(例如542、642或682)和第三基准标记(例如544、644或684)的示例中，可以从图像测量检测到的第一基准标记位置P_A和检测到的第二基准标记位置P_B之间的第一距离d_AB，以及P_A和检测到的第二基准标记位置P_C之间的第二距离d_AC。基于d_AB和d_AC之间的比较，可以确定机器人前进方向或偏移角度(θ)。

在一示例中，可以进一步使用包括第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置的坞站尺寸信息来确定机器人前进方向(或偏移角度θ)。如上参考图9所述，可以使用检测到的第一基准标记(P_A)的位置和第二一个或多个基准标记相对于第一基准标记的实际位置来估计第二基准标记的位置。第二基准标记的估计位置

可以与直接从坞站图像检测到的第二基准标记的检测位置(P_B)进行比较，如图9所示。估计位置

和检测位置P_B之间的差异指示移动机器人和后平面的法线方向之间的未对准程度(即偏移角度θ)。然后，可以基于估计位置

和检测位置P_B之间的比较来确定机器人前进方向。

在一示例中，可以进一步使用从第一基准标记的图像中检测到的一个或多个特征点的位置来确定机器人前进方向(或偏移角度θ)，例如多边形回射人造标签的一个或多个角相对于人造标签的中心的位置(P_X)。类似于第二基准标记的估计位置

可以使用检测到的标签中心位置和尺寸信息(例如标签角相对于标签中心的距离和定向)来估计标签角位置。这种估计的标签角位置

和检测到的标签角位置P_X之间的差异与机器人前进方向与后平面的法线方向的未对准程度相关。可以使用P_X和

之间的差异来确定机器人前进方向或偏移角度θ。

在一示例中，在移动机器人的视觉***的视角中，机器人前进方向(或偏移角度θ)可以基于物体宽度或两个地标(例如坞站上的两个基准标记)之间的距离的变化，从实际物体宽度或地标或基准标记之间的实际距离来确定。如上面参考图10A-10B所述，宽度或距离的这种变化与机器人前进方向或偏移角度θ相关，并且可用于确定机器人前进方向或偏移角度θ。

在1150，可以调整移动清洁机器人的前进方向，例如使用移动清洁机器人的驱动***。然后，移动清洁机器人可以根据调整的前进方向向坞站移动。在各种示例中，可以生成对接状态指示符并将其提供给用户，例如显示在移动设备830的用户界面上。对接状态指示符可以指示成功对接，或者对接异常，例如移动清洁机器人和坞站上的充电触点之间的未对准，和/或移动清洁机器人和坞站上的排空入口之间的不适当密封。

用于机器人对接的机器可读介质的示例

图12总体示出了示例机器1200的框图，本文讨论的任何一种或多种技术(例如方法)可以在该示例机器上执行。本描述的部分可以应用于移动机器人100、移动设备404或诸如本地计算机***或云计算***406的其他计算***的各个部分的计算框架。

在替代实施例中，机器1200可以作为独立设备操作，或者可以连接(例如联网)到其他机器。在网络化部署中，机器1200可以在服务器-客户端网络环境中以服务器机器、客户端机器或两者的能力运行。在一示例中，机器1200 可以充当对等(P2P)(或其他分布式)网络环境中的对等机器。机器1200可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络设备、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指令(顺序的或其他的)的任何机器，所述指令指定了该机器要采取的动作。此外，虽然仅示出了单个机器，但术语“机器”也应当被理解为包括单独或联合执行一组(或多组) 指令以执行本文讨论的任何一种或多种方法的任何机器集合，比如云计算、软件即服务(SaaS)、其他计算机集群配置。

如本文所述，示例可以包括逻辑或多个部件或机制或者可以由它们操作。电路组是以包括硬件(例如简单电路、门、逻辑等)的有形实体实现的电路的集合。电路组构件关系可能随着时间和底层硬件的变化而灵活。电路组包括在操作时可以单独或组合执行特定操作的构件。在一示例中，电路组的硬件可以不变地设计成执行特定操作(例如硬连线)。在一示例中，电路组的硬件可以包括可变连接的物理部件(例如执行单元、晶体管、简单电路等)，包括物理修改的计算机可读介质(例如不变的聚集粒子的磁地、电地可移动放置等)来编码特定操作的指令。在连接物理部件时，硬件构成的基本电气特性会变化，例如从绝缘体变为导体，反之亦然。指令使得嵌入式硬件(例如执行单元或加载机制)能够经由可变连接在硬件中创建电路组的构件，以在操作时执行特定操作的部分。因此，当设备运行时，计算机可读介质通信地联接到电路组构件的其他部件。在一示例中，任何物理部件可以用在多于一个电路组的多于一个构件中。例如，在操作中，执行单元可以在一个时间点被用在第一电路组的第一电路中，并且被第一电路组中的第二电路重用，或者被第二电路组中的第三电路在不同时间重用。

机器(例如计算机***)1200可以包括硬件处理器1202(例如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、硬件处理器芯或其任意组合)、主存储器1204 和静态存储器1206，它们中的一些或全部可以经由互连(例如总线)1208彼此通信。机器1200还可以包括显示单元1210(例如光栅显示器、矢量显示器、全息显示器等)、字母数字输入设备1212(例如键盘)和用户界面(UI)导航设备 1214(例如鼠标)。在一示例中，显示单元1210、输入设备1212和UI导航设备1214可以是触摸屏显示器。机器1200可以另外包括存储设备(例如驱动单元)1216、信号生成设备1218(例如扬声器)、网络接口设备1220和一个或多个传感器1221，例如全球定位***(GPS)传感器、指南针、加速度计或其他传感器。机器1200可以包括输出控制器1228，例如串行(例如通用串行总线(USB)、并行或其他有线或无线(例如红外(IR)、近场通信(NFC)等)连接，以与一个或多个***设备(例如打印机、读卡器等)进行通信或控制。

存储设备1216可以包括机器可读介质1222，在该介质上存储了一组或多组数据结构或指令1224(例如软件)，其由本文描述的任何一种或多种技术或功能体现或利用。指令1224也可以在由机器1200执行期间完全或至少部分地驻留在主存储器1204、静态存储器1206或硬件处理器1202内。在一示例中，硬件处理器1202、主存储器1204、静态存储器1206或存储设备1216 中的一个或任意组合可以构成机器可读介质。

虽然机器可读介质1222被示为单个介质，但术语“机器可读介质”可以包括配置为存储一个或多个指令1224的单个介质或多个介质(例如集中式或分布式数据库，和/或相关的高速缓存和服务器)。

术语“机器可读介质”可以包括能够存储、编码或携带由机器1200执行的指令并使机器1200执行本公开的任何一种或多种技术的任何介质，或者能够存储、编码或携带由这些指令使用或与这些指令相关的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质示例可以包括固态存储器以及光学和磁性介质。在一示例中，聚集的机器可读介质包括带有具有不变(例如静止)质量的多个粒子的机器可读介质。因此，大量的机器可读介质不是暂时传播的信号。大量的机器可读介质的具体示例可以包括：非易失性存储器，比如半导体存储设备(例如电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EPSOM))和闪存设备；磁盘，比如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及CD- ROM和DVD-ROM盘。

指令1224还可以使用传输介质经由网络接口设备1220，利用多种传输协议(例如帧中继、互联网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议 (UDP)、超文本传输协议(HTTP)等)中的任何一种，在通信网络1226上发送或接收。示例通信网络可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、分组数据网络(例如因特网)、移动电话网络(例如蜂窝网络)、普通老式电话(POTS)网络和无线数据网络(例如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准家族(称为Wi-

)、IEEE 802.16标准家族(称为

))、IEEE 802.15.4标准家族、对等(P2P)网络等)。在一示例中，网络接口设备1220可以包括一个或多个物理插孔(例如以太网、同轴电缆或电话插孔)或一个或多个天线，以连接到通信网络1226。在一示例中，网络接口设备1220可以包括多个天线，以使用单输入多输出(SIMO)、多输入多输出(MIMO)或多输入单输出(MISO)技术中的至少一种进行无线通信。术语“传输介质”应被理解为包括能够存储、编码或承载由机器1200执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或有助于这种软件的通信的其他无形介质。

各种实施例在上面的图中示出。来自这些实施例中的一个或多个的一个或多个特征可被组合以形成其他实施例。

本文描述的方法示例至少部分可以是机器或计算机实现的。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作来配置电子设备或***以执行上述示例中描述的方法。这种方法的实施方式可以包括代码，例如微码、汇编语言代码、高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，代码可以在执行期间或在其他时间有形地存储在一个或多个易失性或非易失性计算机可读介质上。

上面的详细描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本公开的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种用于接收移动清洁机器人并为其充电的坞站，其特征在于，该坞站包括：

平台；以及

至少一个充电触点，其安装在高于平台的水平表面的基座结构上；

其中，所述至少一个充电触点包括通孔，以暴露通孔后面的基座结构的表面部分。

2.根据权利要求1所述的坞站，其特征在于，所述坞站包括设置在所述至少一个充电触点处或附近的基准标记，所述基准标记能够由在对接到所述坞站时的移动清洁机器人识别。

3.根据权利要求2所述的坞站，其特征在于，所述通孔的尺寸和形状设置成接收所述基座结构的凸起部分。

4.根据权利要求3所述的坞站，其特征在于，所述基座结构的凸起部分与邻接所述通孔的至少一个充电触点的外表面基本齐平。

5.根据权利要求3所述的坞站，其特征在于，所述凸起部分模制在所述基座结构上。

6.根据权利要求3所述的坞站，其特征在于，所述基准标记包括附着到所述通孔后面的基座结构的暴露表面部分的回射涂层，该回射涂层配置为将入射到其上的光反射回所述移动清洁机器人。

7.根据权利要求6所述的坞站，其特征在于，所述回射涂层附接到延伸穿过所述通孔的基座结构的凸起部分。

8.根据权利要求7所述的坞站，其特征在于，所述回射涂层附着到延伸穿过所述通孔的凸起部分的竖直表面，所述竖直表面面向在对接时的移动清洁机器人。

9.根据权利要求8所述的坞站，其特征在于，所述回射涂层能够从所述凸起部分的竖直表面上拆卸，所述至少一个充电触点安装在所述基座结构上。

10.根据权利要求1所述的坞站，其特征在于，所述至少一个充电触点至少具有符合所述基座结构的外部且经由固定构件接合所述外部的部分。

11.根据权利要求1所述的坞站，其特征在于，所述基座结构由绝缘材料制成。

12.根据权利要求1所述的坞站，其特征在于，所述至少一个充电触点包括安装在第一基座结构上的第一充电触点和安装在第二基座结构上的第二充电触点，第一充电触点包括暴露第一基座结构的表面部分的第一通孔，第二充电触点包括暴露第二基座结构的表面部分的第二通孔。

13.根据权利要求12所述的坞站，其特征在于，该坞站包括设置在所述第一充电触点处或附近的第一基准标记和设置在所述第二充电触点处或附近的第二基准标记，所述第一和第二基准标记能够由在对接到所述坞站时的移动清洁机器人识别。

14.根据权利要求13所述的坞站，其特征在于，该坞站还包括能够由在对接到所述坞站时的移动清洁机器人识别的第三基准标记，所述第一和第二基准标记各自横向偏离第三基准标记，并且位于与第三基准标记不同的平面中。

15.根据权利要求1所述的坞站，其特征在于，该坞站包括电联接到所述至少一个充电触点的充电***，该充电***配置为对对接在所述坞站处的移动清洁机器人的电池进行充电。

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