[发明专利]使用视觉系统的自主机器导航和训练

说明书

自主机器导航技术可基于特征数据和匹配数据生成表示至少一个作业区域的三维点云。可生成与三维点云的点相关联的姿态数据，该姿态数据表示自主机器的姿态。可使用姿态数据确定边界，以用于所述自主机器在所述作业区域中的后续导航。非视觉传感器数据可用于确定姿态。可基于视觉姿态数据更新所述姿态。可基于更新的姿态在作业区域的边界内导航所述自主机器。可基于在巡视阶段期间捕获的数据生成所述三维点云。可基于在绘制阶段期间捕获的数据生成边界。

本申请要求于2018年8月8日提交的申请号为62/716,208、于 2018年8月9日提交的申请号为62/716,716、于2018年10月5日提交的申请号为62/741,988、以及于2019年3月15日提交的申请号为62/818,893的美国临时申请的权益，这些专利申请的全部内容通过引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及自主机器导航。具体地说，本公开涉及用于地面维护机器的自主机器导航。

背景技术

诸如草坪机械和花园机械之类的地面维护机器已知用于执行各种任务。例如，业主和专业人士等都使用动力割草机来维护地产或庭院内的草地区域。自主地执行割草功能的割草机也是已知的。一些割草机将在预定边界内的作业区域中运转。这种割草机可依赖于帮助割草机自主地停留在预定边界内的导航系统。例如，某些由丝线限定的边界可以被割草机检测到。割草机通过在边界内随意的移动来导航，并且在检测到边界丝线时重新定向其轨迹。对于某些作业区域或某些自主维护任务，可能是不期望使用边界丝线的。例如，边界丝线可能既昂贵安装起来又麻烦，可能会断裂且变得不可操作，或者可能难以移动以重新限定作业区域的期望边界。然而，割草机的移动性质限制了诸如处理能力、存储能力和电池寿命等可用计算资源，而这些可用计算资源可用于其他更复杂导航类型的割草机。

发明内容

本公开的实施例涉及用于自主机器的导航，具体地说涉及在作业区域的边界内自主导航和运转，甚至更具体地说可以适于计算资源有限的自主机器。本公开的技术提供了用于训练自主机器以在作业区域中导航的稳健流程。

在一个方面，一种用于自主机器导航的方法包括基于所述自主机器的一个或多个非视觉传感器捕获的非视觉姿态数据，确定所述自主机器的当前姿态。所述姿态表示所述自主机器在由一个或多个边界限定的作业区域中的位置和取向中的一者或两者。所述方法还包括：基于所述自主机器捕获的图像数据，确定视觉姿态数据。所述方法还包括：基于所述视觉姿态数据更新所述当前姿态，以校正或定位所述当前姿态，并且提供所述自主机器在所述作业区域中的更新的姿态，以用于在所述作业区域中导航所述自主机器。

在另一方面，一种自主机器包括：壳体，所述壳体联接到维护工具；一组车轮，所述一组车轮在地面上支撑所述壳体；推进控制器，所述推进控制器与所述一组车轮可操作地联接；视觉系统，所述视觉系统具有至少一个适于捕获图像数据的相机；以及导航系统，所述导航系统可操作地联接到所述视觉系统和所述推进控制器上。所述导航系统适于在作业区域内引导所述自主机器。所述导航系统可配置成基于自主机器的一个或多个非视觉传感器捕获的非视觉姿态数据确定所述自主机器的当前姿态。所述姿态表示所述自主机器在一个或多个边界限定的作业区域中的位置和取向中的一者或两者。所述导航系统可配置为包括基于所述至少一个相机捕获的图像数据确定视觉姿态数据。所述导航系统可配置为基于视觉姿态数据更新所述当前姿态以校正或定位当前姿态，并且提供所述自主机器在作业区域中更新的姿态，以用于在作业区域中导航所述自主机器。

在又一方面，一种用于自主机器的导航训练的方法可包括：在训练模式的巡视阶段期间，沿着作业区域的周边或作业区域的内部中的至少一者引导所述自主机器，以记录与所述周边相关联的第一组巡视图像或与所述内部相关联的第二组巡视图像；在离线模式期间，基于所述第一组巡视图像和所述第二组巡视图像中的至少一者，生成三维点云(3DPC)；以及在训练模式的绘制阶段期间，沿着一条或多条路径引导所述自主机器，以记录传感器融合数据，从而在导航地图中限定作业区域的一个或多个边界。