專利名稱：使用結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生三維地圖的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個或多個實施例涉及一種用于產(chǎn)生三維地圖的設(shè)備和方法， 更具體地講，涉及一種使用向上朝天花板發(fā)射的結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生三維地圖的設(shè)備 禾口方法。
背景技術(shù)：
通常，已開發(fā)機器人以提高工廠的自動化。近年來，與工業(yè)機器人一樣， 可用于家庭和辦公室使用的機器人已經(jīng)被實際使用?？捎糜诩彝ズ娃k公室使 用的機器人的示例包括清潔機器人、向?qū)C器人和安全機器人。
對于移動機器人(例如，清潔機器人)，通常必須創(chuàng)建^皮機器人識別的地 圖，以指定機器人的行進(jìn)路徑或機器人的工作區(qū)域。為了創(chuàng)建地圖，已使用 各種方法(例如，使用視覺傳感器、超聲波傳感器和接觸傳感器的方法)來 控制機器人在自動導(dǎo)航的同時創(chuàng)建地圖。然而，由于4吏用結(jié)構(gòu)光和相機的方 法需要的計算量小并且可在亮度變化大的地方使用，因此使用結(jié)構(gòu)光和相機 的方法非常有效。
在該方法中，如圖1所示，主動光源(active light source ) IO(例如，激 光器)被用于將預(yù)定激光束發(fā)射到障礙物30，傳感器20 (例如，相機)捕獲 通過從該障礙物反射的激光束形成的圖像。然后，可基于通過相機20捕獲的 圖像的坐標(biāo)、光的輻射角以及相機20和激光發(fā)射點之間的距離，通過使用三 角形法來計算激光發(fā)射點和作為反射點的障礙物30之間的距離。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于沿移動機器人運動的向前方向發(fā)射光，因此由于有 限的信息導(dǎo)致移動機器人僅可產(chǎn)生二維地圖。
在圖l中，光源10和相機傳感器20之間的距離d被稱為基線。該距離越長，范圍分辨率(range resolution)越高。在^艮多情況下，當(dāng)有限高度的機 器人(例如，清潔機器人)向前發(fā)射光時，基線較短。在此情況下，在長距 離處的范圍分辨率降低，這使得難以產(chǎn)生地圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面在于提供一種通過向上照射結(jié)構(gòu)光并累積移動機器人的 姿態(tài)信息和在每個姿態(tài)獲得的距離數(shù)據(jù)來產(chǎn)生三維地圖的設(shè)備和方法。
將在接下來的描述中部分闡述另外的方面和/或優(yōu)點，并且在描述中部分 將是清楚的，或者可以經(jīng)過本發(fā)明的實施而得知。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種三維地圖產(chǎn)生設(shè)備。所述設(shè)備包括測 距儀，檢測移動機器人的姿態(tài)；距離測量傳感器，包括用于相對于移動機器 人的移動方向向上發(fā)射光的光源模塊和用于捕獲由從障礙物反射的光形成的 圖像的相機模塊，使用捕獲的圖像測量移動機器人到障礙物的距離；地圖產(chǎn) 生單元，在改變移動機器人的姿態(tài)的同時，使用距離測量傳感器測量的距離 產(chǎn)生三維地圖。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種三維地圖產(chǎn)生方法。所述方法包括 檢測移動機器人的姿態(tài)；使用包括光源模塊和相機模塊的距離測量傳感器測 量移動機器人到障礙物的距離，使用所述相機模塊捕獲的圖像測量到障礙物 的距離，其中，所述光源模塊用于相對于移動機器人的移動方向向上發(fā)射光， 所述相機模塊用于捕獲由從障礙物反射的光形成的圖像；在改變移動機器人 的姿態(tài)的同時，通過測量所述距離產(chǎn)生三維地圖。


通過參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和 其它特征和優(yōu)點將會變得清楚，其中
圖1是示出使用結(jié)構(gòu)光測量距離的設(shè)備的示圖2是示出為了捕獲結(jié)構(gòu)光圖像將光發(fā)射到障礙物的示圖3是示出通過圖2示出的相機傳感器捕獲的相機圖像的示圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備的框
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備的距離測量傳感器的結(jié)構(gòu)的示圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的利用使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備將 激光束照射到天花板和墻壁上以獲得距離數(shù)據(jù)的處理的示圖7和圖8是示出在使根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生 設(shè)備移動和旋轉(zhuǎn)以改變其姿態(tài)的同時，獲得用于產(chǎn)生三維地圖的距離數(shù)據(jù)的 處理的示圖9A和圖9B是示出當(dāng)分別從天花板和墻壁觀看時，通過根據(jù)本發(fā)明實 施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備獲得的三維地圖的示圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生三維地圖的方法的流
程圖11是示出使用根據(jù)本發(fā)明實施例產(chǎn)生的三維地圖檢測移動機器人的 位置的處理的流程圖12是示出使移動機器人平行于墻壁移動的方法的流程圖； 圖13示出將移動機器人定位為平行于墻壁的處理的示圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)參照實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的 標(biāo)號始終代表相同的部件。為此，可以以多種不同的方式實現(xiàn)本發(fā)明的實施 例，并且不應(yīng)一皮解釋為限于在此闡述的實施例。因此，下面《義通過參照附圖 來描述實施例，以解釋本發(fā)明的多個方面。
以下，將參照框圖或流程圖來描述本發(fā)明的示例性實施例。將理解，可 通過計算機可讀代碼/指令實現(xiàn)流程圖中的每個塊以及流程圖中的塊的組合。
計算機可讀代碼可被提供給通用計算機、專用計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理 設(shè)備的處理器以產(chǎn)生機器，從而經(jīng)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理 器執(zhí)行的指令創(chuàng)建用于實現(xiàn)在(例如)一個流程圖塊或多個流程圖塊中指定 的操作的部件。
因此，可通過介質(zhì)(例如，計算機可讀介質(zhì))中/上的計算機可讀代碼/ 指令實現(xiàn)本發(fā)明的實施例，以控制至少一個處理部件實現(xiàn)上述任意實施例。 介質(zhì)可對應(yīng)于允許存儲和/或傳輸計算機可讀代碼的任何介質(zhì)。
可以以不同的方式在介質(zhì)上記錄/傳送計算機可讀代碼，所述介質(zhì)的實例 包括記錄介質(zhì)，如磁存儲介質(zhì)(例如，ROM、軟盤、硬盤等)和光學(xué)記錄介質(zhì)(例如，CD-ROM或DVD);以及傳輸介質(zhì)，例如，諸如攜帶或控制載波的 介質(zhì)和互聯(lián)網(wǎng)的部件。因此，介質(zhì)可以是這樣定義和可測量的攜帶或控制信 號或信息的結(jié)構(gòu)，例如，根據(jù)本發(fā)明實施例的攜帶比特流的裝置。介質(zhì)還可 以是分布式網(wǎng)絡(luò)，/人而可以以分布式的方式存儲/傳送和執(zhí)行計算機可讀代 碼。此外，zf叉作為示例，處理部件可包括處理器或計算才幾處理器，并且處理 部件可被分布和/或包括在單個裝置中。
以下，將首先討論#^居本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光測量距離的原理。 圖1是示出使用結(jié)構(gòu)光的距離測量設(shè)備的側(cè)視圖，圖2是示出為了獲得 結(jié)構(gòu)光圖像將光發(fā)射到障礙物的示圖，圖3是示出通過圖2示出的相機傳感 器捕獲的圖像的示圖。這里，術(shù)語設(shè)備應(yīng)被認(rèn)為與術(shù)語系統(tǒng)同義，并且不限
相反，基于實施例，術(shù)語設(shè)備被開放為通過不同部件(例如，各個設(shè)備/系統(tǒng) 可以是單個處理部件或通過分布式網(wǎng)絡(luò)被實現(xiàn))在不同附件和/或位置一同或 單獨被實現(xiàn)。注意，另外的和可替換的實施例是等同可用的。
主動光源10(例如，激光器)用于向障礙物30發(fā)射光，相機傳感器20 獲取從障礙物30反射的圖像信息。在此情況下，相機傳感器20位于光源10 之上離開光源10恒定距離d,并且獲取圖像信息。光源10可以是近紅外線 激光器。近紅外激光束可使得在沒有光的暗的地方獲取圖像信息。
參照圖2，在俯視圖中，光源10以恒定視角a向障礙物30發(fā)射激光束。 圖3示出通過相機模塊20捕獲的線輪廓形式的相機圖像40。從圖2所示的 障礙物30的點a和b反射的光分量被示出為圖3所示的相機圖像40的點a 和b,并且在Y軸方向的值與相機傳感器20和障礙物30之間的距離成比例。
基于從相機圖像40上的坐標(biāo)獲得的相機模塊20和障礙物30之間的距 離、相機傳感器20相對于障礙物30的角度0以及相機才莫塊20和光源10之 間的距離d,通過三角形法來計算光源IO和障礙物30之間的距離數(shù)據(jù)。
以下，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備的框 圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備的距離 測量傳感器的結(jié)構(gòu)的示圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的利用使用結(jié)構(gòu)光 的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備將激光束照射到天花板和墻壁上來測量距離數(shù)據(jù)的示 圖。根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備可包括測距儀
(odometer )110和具有光源才莫塊122和相機模塊124的距離測量傳感器120。 三維地圖產(chǎn)生設(shè)備還可包括平面才是耳又單元210、特征地圖產(chǎn)生單元220以 及位置4企測單元230。
設(shè)置在移動機器人中的測距儀10用于檢測移動機器人的相對姿態(tài)。術(shù)語
"姿態(tài)"是指移動機器人的位置和方向角。當(dāng)移動機器人從姿態(tài)A移動到姿 態(tài)B時，測距儀UO可檢測移動機器人相對于姿態(tài)A的姿態(tài)變化。例如，編 碼器或陀螺儀可用作測距儀110。編碼器結(jié)合移動機器人的距離和方向，以 得知移動機器人的當(dāng)前姿態(tài)。
距離測量傳感器120包括光源模塊122,發(fā)射光；和相才幾模塊124,使 用從障礙物反射的光捕獲障礙物的圖像，并測量到障礙物的距離。在本實施
例中，線激光器(line laser)被用作光源。當(dāng)線激光器沿水平方向以預(yù)定角度 發(fā)射光時，相機模塊在光的發(fā)射范圍內(nèi)捕獲由從障礙物反射的光形成的圖像， 從而獲得距離數(shù)據(jù)。如上所述，可通過三角形法計算距離數(shù)據(jù)。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的距離測量傳感器120被設(shè)置在移動機 器人的上部，向天花板(即，沿向上方向)發(fā)射光，并測量到天花板上的障 礙物的距離。
具體地說，最好將清潔機器人設(shè)計得薄。然而，如上所述，在現(xiàn)有技術(shù) 中，當(dāng)移動機器人向前發(fā)射光時，基線變短，并且在遠(yuǎn)距離處的分辨率降低， 這導(dǎo)致難以產(chǎn)生地圖。然而，在本實施例中，如圖5所示，光源模塊122和 相機模塊124被設(shè)置在移動機器人的上部以增長基線d，這樣可解決分辨率 降低的問題。
此外，在本實施例中，由于使用激光束，因此可在暗的環(huán)境中執(zhí)行地圖 的產(chǎn)生以及定位。
圖6示出在存在天花板和墻壁的實際環(huán)境中通過向上照射激光束來獲得 距離數(shù)據(jù)的處理。如圖6所示，可獲得移動機器人與激光束的照射范圍內(nèi)的 天花板或墻壁之間的距離數(shù)據(jù)。當(dāng)以較大角度照射激光束時，可在較寬的范 圍內(nèi)獲得距離數(shù)據(jù)?；蛘?，可設(shè)置具有預(yù)定角度范圍的兩對光源模塊和相機 模塊，以在移動機器人的上表面的整個范圍(即，在移動機器人的上表面的 180度的角度)內(nèi)獲得距離數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備在改變移動機器人儀110和距離測量傳感器120獲得的姿態(tài)信 息和距離數(shù)據(jù)信息來產(chǎn)生三維地圖。
以下，將參照圖7和圖8描述使用姿態(tài)信息和距離數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生三維地 圖的原理。
圖7和圖8是示出通過使根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn) 生設(shè)備移動和旋轉(zhuǎn)以改變其姿態(tài)，來獲得用于產(chǎn)生三維地圖的距離數(shù)據(jù)的處 理的示圖。
圖7是示出在沿直線移動的同時使用距離測量傳感器120測量距離的移 動機器人的操作的示圖。當(dāng)移動機器人位于與實線相應(yīng)的位置時，在天花板 和墻壁上繪制的實線表示線激光器獲取的距離信息。然后，移動機器人的姿 態(tài)被改變以測量距離。即，在圖7中，移動機器人的位置被改變以測量距離。 在圖7中，假設(shè)移動機器人與兩邊墻壁平行地移動到對應(yīng)于虛線的位置以測 量距離，則在與實線對應(yīng)的位置通過距離測量傳感器120獲得的距離數(shù)據(jù)與 在與虛線相應(yīng)的位置通過距離測量傳感器120獲得的距離數(shù)據(jù)相同。即，在 與實線和虛線相應(yīng)的位置僅獲得二維距離數(shù)據(jù)。然而，可通過從測距儀110 獲取表示移動機器人從對應(yīng)于實線的位置沿直線移動距離d的信息，并將該 獲取的信息反映到在對應(yīng)于虛線的位置獲得的距離數(shù)據(jù)，來獲得三維距離數(shù) 據(jù)。
圖8是示出在沿逆時針方向在固定位置旋轉(zhuǎn)的同時使用距離測量傳感器 120測量距離的移動機器人的操作的示圖。
類似于圖7，當(dāng)移動機器人位于對應(yīng)于實線的位置時，在天花板和墻壁 上繪制的實線表示通過線激光器獲取的距離信息。然后，移動機器人的姿態(tài) 被改變以測量距離。即，在圖8中，移動機器人沿逆時針方向在固定位置被 旋轉(zhuǎn)以測量距離。如上所述，在該位置通過距離測量傳感器120獲得的距離 數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)。然而，可通過從測距儀110獲取表示移動機器人從對應(yīng)于 實線的位置沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)角度e的信息，并將該獲取的信息反映到在對 應(yīng)于虛線的位置獲得的距離數(shù)據(jù)，來獲得三維距離數(shù)據(jù)。
即，如上所述，可通過將從測距儀110獲得的相對姿態(tài)信息反映到從距 離測量傳感器120獲得的二維距離數(shù)據(jù)來獲得當(dāng)前姿態(tài)的三維距離數(shù)據(jù)。此 外，可通過累積通過改變移動機器人的姿態(tài)獲得的三維距離數(shù)據(jù)來產(chǎn)生三維 地圖。圖9A和圖9B是示出當(dāng)分別從天花板和墻壁觀看時，通過根據(jù)本發(fā)明實 施例的使用結(jié)構(gòu)光的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備獲得的三維地圖的示圖。
圖9A和圖9B示出基于通過移動機器人在固定位置處的旋轉(zhuǎn)獲得的距離 數(shù)據(jù)產(chǎn)生的三維地圖。在圖9A中，沒有距離信息的空心310形成在地圖的 中心，移動機器人位于空心310的中心。由于光源模塊122被布置在移動機 器人的邊緣而非中心(如圖5所示)，因此沒有距離信息的空心310形成在到 移動機器人的位置預(yù)定距離范圍內(nèi)。
如圖9A和圖9B所示，可通過累積三維距離數(shù)據(jù)來產(chǎn)生三維地圖。可從 三維地圖找到天花板與墻壁之間的邊緣以及兩個邊緣相交形成的天花板的頂 點，并且可從三維地圖獲取關(guān)于天花板、形成在天花板上的通風(fēng)孔以及設(shè)置 在天花板上的熒光燈的信息。
平面提取單元210從三維地圖提取平面。如圖9A和圖9B所示，可提取 天花板與墻壁之間的邊緣以及兩個邊緣之間相交形成的頂點，因此平面提取 單元210可從提耳又的邊緣和頂點提取平面(例如，天花板)。
特征地圖產(chǎn)生單元220從提取的平面提取特征點(例如，頂點)，并基于 特征點產(chǎn)生特征地圖。
位置檢測單元230將從當(dāng)前位置的地圖提取的特征點與預(yù)先存儲的特征 地圖的特征點進(jìn)行比較，以檢測移動機器人的位置。下面，將參照圖10描述 檢測移動機器人的位置的處理。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的使用結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生三維地圖的方法的流 程圖。
首先，改變移動機器人的姿態(tài)(S410)。然后，測距儀110檢測相對姿態(tài) 信息(S420)。術(shù)語"相對姿態(tài)信息"是指先前姿態(tài)和當(dāng)前姿態(tài)之間移動機器 人的位置和方向角的改變。
然后，線激光器被用于捕獲當(dāng)前位置的范圍信息(range information) (S430)。術(shù)語"范圍信息"是指通過在預(yù)定角度范圍內(nèi)從線激光器照射激光 束獲得的距離數(shù)據(jù)。姿態(tài)信息被反映到獲取的范圍信息，以產(chǎn)生三維距離數(shù) 據(jù)(S440),從而更新三維地圖。在此情況下，重復(fù)這些處理直到范圍信息項 的數(shù)量大于閾值(S450)，以更新三維地圖。所述閾值可以是移動機器人的姿 態(tài)被改變的預(yù)定次數(shù)，或者獲取特定信息所需的任意數(shù)量。所述獲取特定信 息所需的任意數(shù)量可以是測量天花板的整個區(qū)域所需的范圍信息項的數(shù)量。即，重復(fù)這些處理直到獲取關(guān)于天花板的整個區(qū)域的信息。當(dāng)獲取了關(guān)于天 花板的整個區(qū)域的信息時，可結(jié)束三維地圖的產(chǎn)生。
在產(chǎn)生三維地圖之后，平面提取單元210可從三維地圖提取平面(S460 )。 如圖9A和圖9B所示，可4是耳又天花板與墻壁之間的邊鄉(xiāng)彖以及兩個邊緣之間相 交形成的頂點，因此平面提取單元210可從提取的邊緣和頂點提取平面(例 如，天花板)。
然后，特征地圖產(chǎn)生單元220可從提取的平面揭^又特征點，并產(chǎn)生特征 地圖(S470)。產(chǎn)生的特征地圖可被用于檢測移動機器人的位置，將在下面對 其進(jìn)行描述。
可使用根據(jù)本發(fā)明實施例產(chǎn)生的三維地圖來檢測移動機器人的當(dāng)前位置。
圖11是示出使用根據(jù)本發(fā)明實施例產(chǎn)生的三維地圖檢測移動機器人的 位置的處理的流程圖。
首先，在移動機器人旋轉(zhuǎn)的同時，在移動機器人的當(dāng)前位置產(chǎn)生三維地 圖(S510)。已經(jīng)參照圖9A和圖9B描述了通過移動機器人在固定位置處的 旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生三維地圖。然后，從在當(dāng)前位置產(chǎn)生的三維地圖提取特征點，例 如，頂點(S520)。將提取的特征點與預(yù)先存儲的地圖的特征點進(jìn)行比較，以 計算在整個地圖上的機器人位置概率(S530)。當(dāng)產(chǎn)生三維地圖時，由于例如 線激光器的照射角度和墻壁的限制，可能被分割。在此情況下，當(dāng)如圖9所 示通過移動機器人在固定位置處的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生三維地圖時，難以產(chǎn)生包括天花 板的整個區(qū)域或地圖的所有區(qū)域的三維地圖，而是僅形成局部區(qū)域的三維地 圖。因此，在當(dāng)前位置產(chǎn)生的三維地圖可能是整個三維地圖的部分。從在當(dāng) 前位置產(chǎn)生的三維地圖提取的特征點也可能是形成整個特征地圖的所有特征 點中的某些特征點。因此，可通過將從在當(dāng)前位置產(chǎn)生的三維地圖提取的特 征點的分布與形成整個特征地圖的特征點的分布進(jìn)行比較，來計算整個地圖 上的機器人位置概率。例如，可使用蒙特卡羅(Monte Carlo)方法計算機器 人位置概率。蒙特卡羅方法用于根據(jù)重復(fù)的統(tǒng)計采樣實驗來計算期望數(shù)值的 概率分布，將省略對其的詳細(xì)描述。當(dāng)計算的機器人位置概率小于預(yù)定參考' 值時，沒有檢測到機器人，機器人位于另一位置(S550)。重復(fù)上述處理以再 次檢測移動機器人的位置。相反，當(dāng)機器人位置概率大于預(yù)定參照值時，可 確定具有該概率值的位置作為移動機器人的當(dāng)前位置。作為根據(jù)本發(fā)明實施例的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備和方法的應(yīng)用，移動機器人 可平行于墻壁行進(jìn)。
圖12是示出使移動機器人平行于墻壁移動的方法的流程圖，圖13示出 將移動機器人定位為平行于墻壁的處理的示圖。
移動機器人在當(dāng)前位置照射激光束以測量到墻壁的距離dl (S610)。所 述到墻壁的距離是指移動機器人的發(fā)射激光束的表面與墻壁之間的最短距 離，而非移動機器人與墻壁之間的最短距離。當(dāng)在特定照射角度到墻壁的距 離已知時，可使用該角度和距離利用三角形法計算移動機器人和墻壁之間在 水平方向的最短距離。如圖B所示，當(dāng)沿垂直于移動機器人的正面的方向向 上照射激光束時，移動機器人與墻壁之間的距離為dl。
然后，沿特定方向旋轉(zhuǎn)移動機器人(S620)。從圖13可以看到，沿順時 針方向旋轉(zhuǎn)移動機器人。在沿順時針方向旋轉(zhuǎn)之后，由虛線表示移動機器人 的正面與墻壁之間的距離。
如圖13所示，沿順時針方向?qū)⒁苿訖C器人旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，然后通過上述 方法測量移動機器人和墻壁之間的距離d2 (S630)。
然后，比較距離dl和距離d2 (S640)。當(dāng)距離d2小于距離dl時，由于 移動機器人的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致移動機器人與墻壁之間的距離減小，這意味著隨著移 動機器人的旋轉(zhuǎn)，移動機器人與墻壁平行。這是因為當(dāng)移動機器人與墻壁平 行時，移動機器人與墻壁之間的距離最小。因此，當(dāng)滿足dlXi2時，將d2設(shè) 置為dl (S650),并且將移動機器人沿上述相同的方向旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度(S620)。 在旋轉(zhuǎn)之后，測量移動機器人與墻壁之間的距離d2，并比較距離d2和距離 dl。當(dāng)距離d2大于距離dl時，移動機器人從平行于墻壁的位置旋轉(zhuǎn)到不平 行于墻壁的位置。因此，移動機器人被旋轉(zhuǎn)至與距離dl相應(yīng)的位置(S660)。 在此情況下，假設(shè)移動機器人位于平行于墻壁的位置。移動機器人被布置得 平行于墻壁，然后向前移動以與前面的墻壁相遇(S670),從而使移動機器人 平行于墻壁移動。
具體地說，清潔機器人的清潔效率很大程度上取決于該機器人的行進(jìn)路 徑。因此，與現(xiàn)有的隨機方法相比，如上所述，當(dāng)清潔機器人平行于墻壁移 動時，可提高清潔機器人的清潔效率。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的不同實施例具體顯示和描述了本發(fā)明的多方面， 但是應(yīng)該理解，這些示例性實施例應(yīng)被解釋為描述目的，而非限制目的。每個實施例中的特征或方面的描述通常應(yīng)被理解為可用于其他實施例的其他類 似特^正或方面。
因此，盡管已經(jīng)示出和描述了一些實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該 理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進(jìn)行改變， 本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，包括測距儀，檢測移動機器人的姿態(tài)；距離測量傳感器，包括用于相對于移動機器人的移動方向向上發(fā)射光的光源模塊和用于捕獲由從障礙物反射的光形成的圖像的相機模塊，該距離測量傳感器使用捕獲的圖像測量移動機器人到障礙物的距離；地圖產(chǎn)生單元，在改變移動機器人的姿態(tài)的同時，使用距離測量傳感器測量的距離產(chǎn)生三維地圖。
2、 如權(quán)利要求1所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，其中，光源模塊是激光器。
3、 如權(quán)利要求1所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，其中，地圖產(chǎn)生單元累積三 維數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生三維地圖，其中，在改變移動機器人的姿態(tài)的同時，通過 將移動機器人的姿態(tài)反映到測量的二維距離數(shù)據(jù)來獲得所述三維數(shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求1所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，其中，移動機器人的姿態(tài)包 括移動機器人的位置和方向角。
5、 如權(quán)利要求1所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，其中，測距儀是編碼器或陀 螺儀。
6、 如權(quán)利要求1所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，還包括 平面提取單元，從產(chǎn)生的三維地圖提取平面。
7、 如權(quán)利要求6所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，還包括 特征地圖產(chǎn)生單元，從提取的平面提取特征點，以產(chǎn)生特征地圖。
8、 如權(quán)利要求7所述的三維地圖產(chǎn)生設(shè)備，還包括位置4企測單元，將從當(dāng)前位置的移動機器人的地圖4是取的特征點與預(yù)先 存儲的特征地圖上的特征點進(jìn)行比較，以檢測移動機器人的位置。
9、 一種三維地圖產(chǎn)生方法，包括 檢測移動機器人的姿態(tài)；使用包括光源模塊和相機模塊的距離測量傳感器測量移動機器人到障礙 物的距離，使用所述相機模塊捕獲的圖像測量到障礙物的距離，其中，所述 光源模塊用于相對于移動機器人的移動方向向上發(fā)射光，所述相機模塊用于 捕獲由從障礙物反射的光形成的圖像；在改變移動機器人的姿態(tài)的同時，通過測量所述距離產(chǎn)生三維地圖。
10、 如權(quán)利要求9所述的三維地圖產(chǎn)生方法，其中，光源模塊是激光器。
11、 如權(quán)利要求9所述的三維地圖產(chǎn)生方法，其中，通過累積三維數(shù)據(jù)來產(chǎn)生三維地圖，其中，在改變移動機器人的姿態(tài)的同時，通過將移動機器 人的姿態(tài)反映到測量的二維距離數(shù)據(jù)來獲得所述三維數(shù)據(jù)。
12、 如權(quán)利要求9所述的三維地圖產(chǎn)生方法，其中，移動機器人的姿態(tài) 包括移動機器人的位置和方向角。
13、 如權(quán)利要求9所述的三維地圖產(chǎn)生方法，其中，測距儀是編碼器或 陀螺儀。
14、 如權(quán)利要求9所述的三維地圖產(chǎn)生方法，還包括 從產(chǎn)生的三維地圖提取平面。
15、 如權(quán)利要求14所述的三維地圖產(chǎn)生方法，還包括 從提耳又的平面才是耳又特征點，以產(chǎn)生特征地圖。
16、 如權(quán)利要求15所述的三維地圖產(chǎn)生方法，還包括將從當(dāng)前位置的移動機器人的地圖提取的特征點與預(yù)先存儲的特征地圖 上的特征點進(jìn)行比較，以檢測移動機器人的位置。
全文摘要
一種使用結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生三維地圖的設(shè)備和方法。所述用于使用結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生三維地圖的設(shè)備包括測距儀，檢測移動機器人的姿態(tài)；距離測量傳感器，包括用于向上發(fā)射光的光源模塊和用于捕獲由從障礙物反射的光形成的圖像的相機模塊，使用捕獲的圖像測量到障礙物的距離。所述設(shè)備在改變移動機器人的姿態(tài)的同時，使用距離測量傳感器測量到障礙物的距離，從而產(chǎn)生三維地圖。
文檔編號G01C21/32GK101430207SQ20081017412
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者方錫元, 樸東烈, 李炯機, 金棟助 申請人:三星電子株式會社