[发明专利]用于使用机器视觉系统执行同时定位和映射的系统和方法

说明书

本发明提供一种被配置成导航操作环境的移动机器人，该移动机器人包括控制器电路和相机，该控制器电路引导移动机器人的驱动器通过环境、使用基于相机的导航系统来导航移动机器人，该相机包括定义相机视野和相机光学轴的光学器件，其中相机被定位在凹入结构内，并且被倾斜使得相机光学轴在与顶部表面一致的水平面上方以锐角对准并且在机器人主体的向前驱动方向上被瞄准，并且相机被配置成捕获移动机器人的操作环境的图像。

本申请是申请日为2015年11月17日、申请号为201580040706.3、发明名称为“用于使用机器视觉系统执行同时定位和映射的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本文描述了用于捕获图像的系统和方法，该系统和方法用于获得视觉测量以便在同时定位和映射中的使用。

背景技术

许多机器人是由计算机控制的机电系统(electro-mechanical)的机器。移动机器人具有在其环境中四处移动的能力，并且不固定到一个物理位置。如今常用的移动机器人的示例是自动化引导车辆或自动引导车辆(AGV)。AGV被典型地认为是跟随地板中的标记或电线或者使用用于导航的视觉系统或激光器的移动机器人。可以在工业、军事和安全环境中发现移动机器人。它们还作为消费产品出现，用于娱乐或执行具体任务，诸如真空清洁和家庭助理(home assistance)。

为了实现完全自主性，移动机器人典型地需要拥有在没有用户干预的情况下探索其环境、构建可靠的环境地图并且在地图内定位其本身的能力。已经在同时定位和映射(SLAM)领域中进行了显著的研究来解决移动机器人学中的这个问题。更精准的传感器和更好的导航算法的开发已经使得能够实现朝着构建更好的机器人的显著进步。

发明内容

本发明提供一种被配置成导航操作环境的移动机器人，该移动机器人包括：具有顶部表面的主体；被安装到主体的驱动器；在顶部表面的平面之下、在主体的几何中心附近的凹入结构；与驱动器通信的控制器电路，其中控制器电路引导驱动器通过环境、使用基于相机的导航系统来导航移动机器人；以及包括定义相机视野和相机光学轴的光学器件的相机，其中：相机被定位在凹入结构内，并且被倾斜使得相机光学轴在与顶部表面一致的水平面上方以30-40度的锐角对准并且在机器人主体的向前驱动方向上被瞄准，相机的视野在垂直方向上横跨45-65度的截锥体，并且相机被配置成捕获移动机器人的操作环境的图像。

在若干实施例中，相机由关于相机的光学轴以锐角对准的镜头盖保护。

在某些实施例中，镜头盖相对于凹入结构的开口向后缩回，并且关于相机的光学轴成锐角，该锐角比在由顶部表面定义的平面与相机的光学轴之间形成的角度更接近直角。

在若干实施例中，锐角在15和70度之间。

在一些实施例中，在由凹入结构中的开口定义的平面与相机的光学轴之间形成的角度范围在10和60度之间。

在一些实施例中，相机的视野在离静态特征3英尺至10英尺的距离处瞄准静态特征，该静态特征位于离地板表面3英尺至8英尺的范围中。

在一些实施例中，相机图像包含每英寸约6-12个像素，并且在图像的顶部的特征比移动机器人以其移动的速度更快地在连续图像之间向上移动，并且在图像的底部的特征比移动机器人以其移动的速度更慢地在连续图像之间向下移动，并且其中控制器被配置成在识别连续图像之间的视差中确定移动机器人的速度和图像中特征的位置。

在某些实施例中，移动机器人以每秒220mm到每秒450mm的速度移动，并且相对于水平方向低于45度的特征将比每秒大约306mm更慢地进行跟踪，并且高于45度的特征将比每秒306mm更快地进行跟踪。

在一些实施例中，光学器件定义在1.8和2.0之间的f数。

在若干实施例中，光学器件定义至少40cm的焦距。