自主机器人定位技术领域
本发明涉及自主机器人定位。
背景技术
执行家庭功能(例如地板清洁和草坪切割)的自主机器人现在是易于获得的消费
产品。商业上成功的机器人不是不必要地复杂，并且通常在受限区域内随机地操作。在地板
清洁的情况下，这种机器人通常限制在(i)接触的墙壁和住宅的房间内的其他障碍物，(ii)
IR检测到的楼梯(悬崖)下；和/或(iii)用户放置的可检测屏障，例如定向IR光束、物理屏障
或磁带。其他机器人使用传感器和/或有源或无源信标(例如声纳、RFID或条形码检测或各
种机器视觉)的复杂系统来绘制住宅地图。
一些消费者机器人割草机使用类似的“不可见”屏障-用于限制随机运动机器人割
草机的连续引导导体边界(例如边界线)。边界线旨在将机器人限制在草坪或其他适当的区
域内，以避免损坏院子的非草坪区域或侵入到邻近的地产上。一些消费者机器人割草机使
用利用三角测量来确定机器人在边界内的位置的定位系统。例如，多个信标围绕待修剪的
地产定位。在信标和位于地产中的割草机之间发送的信号允许割草机通过计算每个信标的
飞行时间来估计角度和距离，并且使用三角法来计算机器人的当前位置。在另一个示例中，
系统可以使用两者之间具有基线的固定角激光指示器和CMOS成像器对到物体的距离进行
三角测量。在这样的示例中，在成像器处接收的信号的像素位置指示到物体的距离。
在确定室外机器人在障碍物内的位置时存在几个挑战。当前市售的GPS应用的分
辨率对于这种应用是不足的(例如分辨率不足以防止割草机不修剪花床或其它“禁止修剪”
区域)，特别是考虑到经常在草坪中出现的树盖。地形的变化也使得机器人难以“看到”边界
标记；在草坪中倾斜或歪斜可以使具有扫视信标检测器的移动割草机不接合或丢失信标。
改善这些因素的附加成本和功率要求对于消费者是重要的。
发明内容
在一些实施方式中，公开了与自主割草机器人一起使用的位置估计系统，该系统
包括相对于环境中的可修剪空间定位的多个合成表面、联接到割草机器人的辐射源、联接
到割草机器人并且被配置为检测由环境中的物体反射的辐射的检测器，以及控制器，其被
配置为可控地引导来自辐射源的辐射以扫描环境，并且根据检测到的从一个或多个合成表
面反射的辐射来改变定向辐射的输出功率和扫描速率中的至少一个。在进一步的实施方式
中，控制器被配置为改变辐射源的旋转速率。位置估计系统包括联接到辐射源并且配置为
调制从辐射源发射的辐射的调制器。控制器被配置为引导调制器响应于反射辐射的检测而
改变辐射源的输出功率。控制器被配置为引导调制器响应于反射辐射的检测而改变辐射源
的射束聚焦。
在进一步的实施方式中，位置估计系统包括机械扫描器，其引导来自辐射源的辐
射以扫描环境。该系统包括可旋转扫描器，其引导来自辐射源的辐射以扫描环境。控制器还
被配置为将指示检测到的反射辐射的数据与存储的数据进行比较，并且将检测到的辐射识
别为从与存储的数据相关联的特定物体反射的辐射。特定物体是合成表面中的一个。特定
物体是环境内的固定的非回射物体。控制器还被配置为引导辐射源以第一扫描速率进行环
境的第一扫描。控制器被配置为引导辐射源以不同于第一扫描速率的第二扫描速率进行环
境的第二扫描。调制器被配置为引导辐射源进行环境的第二扫描，第二扫描的有限部分以
不同于第一扫描速率的第二扫描速率执行。该系统还包括具有不同于第一检测器的波长响
应性的第二检测器。辐射源是激光器。辐射在分布式平面上发射。该平面与支撑自主割草机
器人的表面成45度延伸。控制器被配置为调制辐射源的输出功率。控制器被配置为执行环
境的扫描并且存储指示在扫描期间由检测器检测到的反射辐射的结果数据。合成表面位于
与环境接壤的位置。辐射源在自主割草机器人的运动期间进行扫描。控制器联接到自主割
草机器人。
在本公开的其它方面中，公开了估计自行式割草机器人在环境中的位置的方法，
该方法包括相对于环境中的可修剪空间定位的多个合成表面的位置，以及将割草机器人放
置在环境中，该机器人包括：联接到割草机器人的辐射源、联接到割草机器人并且被配置为
检测由环境中的物体反射的辐射的检测器，以及控制器，其被配置为可控地引导来自辐射
源的辐射以扫描环境，并且根据检测到的从一个或多个合成表面反射的辐射来改变定向辐
射的输出功率和扫描速率中的至少一个。在该方法中，控制器被配置为控制控制器以改变
辐射源的扫描速率。还可以包括联接到辐射源并且配置为调制从辐射源发射的辐射的调制
器。控制器被配置为引导调制器响应于反射辐射的检测而改变辐射源的输出功率。控制器
被配置为引导调制器响应于反射辐射的检测而改变辐射源的射束聚焦。调制器以不同于第
一扫描的扫描速度的至少一部分的扫描速度扫描第二扫描的一部分。定位多个合成表面包
括将表面定位在与环境接壤的位置。控制器在机器人的运动期间扫描环境。机器人的运动
包括割草动作。
在进一步的实施方式中，自主机器人包括被配置为在表面上移动的本体、由本体
承载并限定横向轴线的两个从动轮，每个轮被承载在本体的相应侧上、联接到自主机器人
的辐射源、联接到自主机器人并且被配置为检测由环境中的物体反射的辐射的检测器，以
及控制器，其被配置为可控地引导来自辐射源的辐射以扫描环境，并且根据检测到的从放
置在环境中的一个或多个合成表面反射的辐射来改变定向辐射的输出功率和扫描速率中
的至少一个。在一些实施方式中，控制器被配置为改变辐射源的扫描速率。联接到辐射源的
调制器配置为调制从辐射源发射的辐射。控制器被配置为引导调制器响应于反射辐射的检
测而改变辐射源的输出功率。控制器被配置为引导调制器响应于反射辐射的检测而改变辐
射源的射束聚焦。刀片附接到本体。里程表与轮通信，其中控制器还被配置为将从识别的辐
射产生的机器人的位置与由里程表指示的机器人的位置进行比较。控制器还被配置以驱动
轮，以便响应于确定机器人位置来改变机器人的轨迹。辐射源在机器人的运动期间扫描。
在进一步的实施方式中，与自主割草机器人一起使用的位置估计系统包括相对于
环境中的可修剪空间定位的多个反射表面、联接到割草机器人的辐射源、联接到割草机器
人并且被配置为检测由所述环境中的物体反射的辐射和由多个反射表面反射的辐射的检
测器，以及处理器，其被配置为：将由检测器接收的信号识别为与多个反射表面中的一个相
关联，比较在识别的信号附近的位置处由检测器接收的信号，以基于环境中的物体反射的
辐射来确定环境特性，以及基于比较确定多个反射表面中的哪一个产生了由检测器接收的
信号。
在附图和下面的描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。从说明书和附
图以及从权利要求书中，本发明的其它特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1A是放置在待修剪的草坪上的自主移动割草机器人的示意图，
图1B是自主移动割草机器人的示意性侧视图，
图1C是自主移动割草机器人的示意性俯视图，
图2是检测回射信标的自主移动割草机器人的示意图，
图3A是以第一姿态检测环境的自主移动割草机器人的示意图，
图3B是以第二姿态检测环境的自主移动割草机器人的示意图，
图4A是示出了由图1B的自主移动割草机器人使用的可变扫描速率的示意图，
图4B是示出了由图1B的自主移动割草机器人使用的多可变扫描速率的示意图，
图5是描述使用可变扫描速率的方法的流程图，
图6是示出了由图1B的自主移动割草机器人使用的可变功率水平的示意图。
图7是描述用于实施由自主移动割草机器人使用的可变功率水平的方法的流程
图，
图8A和8B是利用水平扇形激光检测其环境的自主移动割草机器人的侧视图和俯
视图，
图9A和9B是利用垂直扇形激光检测其环境的自主移动割草机器人的侧视图和俯
视图，以及
图10A和10B是利用对角扇形激光检测其环境的自主移动割草机器人的侧视图和
俯视图。
在各个附图中，相同的附图标记指示相同的元件。
具体实施方式
参考图1A-1C，自主机器人割草机10被配置为修剪草坪20。自主机器人割草机10围
绕草坪20移动并且在它横过草坪20时切割草22。机器人割草机10包括机器人本体100、固定
到机器人本体100的表面处理器120、传感器系统130，其具有由机器人本体100承载并且响
应于至少一个表面特性的至少一个表面传感器131，以及驱动系统140，其包括至少一个机
动轮145。在一些示例中，轮可以包括轮胎，或者是连续胎面或履带胎面。驱动系统140由机
器人本体100承载并且配置为操纵机器人割草机10跨过草坪20。在该示例中，表面处理器
120是往复对称的切割器。机器人本体100还支撑用于为机器人割草机10的任何电气部件
(包括驱动系统140、表面处理器120和导航系统)供电的电源160(例如电池)。当不修剪草坪
20时，机器人割草机10可以停放在基站或坞站12处。在一些示例中，坞站12包括用于对由机
器人本体100容纳的电池160充电的充电系统。
具有存储器151的数据处理器或控制器150附接到机器人本体100，并且与也附接
到机器人本体100的辐射源180通信并控制辐射源180。辐射源180可以是用于机器人导航的
几种类型的辐射中的一种，例如激光雷达(光源或激光)源或雷达源。激光或雷达源特别有
利地适用于本文所述的导航实施例。在一些示例中，辐射源在旋转平台或其它扫描器上附
接到机器人，该旋转平台或其它扫描器被配置为使得射束以预定角增量(例如一度的增量)
围绕环境扫描。
控制器150还与联接到辐射源的调制器185通信。调制器185调制从辐射源180发射
的辐射。例如，调制器185可以修改由辐射源180提供并由机器人割草机发射的辐射束的射
束聚焦、束功率和/或射程。辐射源180、调制器185和控制器150也与辐射检测器或接收器
190通信，辐射检测器或接收器190检测入射在机器人割草机10上的入射辐射。如图1B-1C所
示，机器人割草机10可以在机器人本体100的前部具有第一辐射源180和检测器190对(机器
人的前部处于由箭头90指示的正常机器人运动的方向)。第一辐射源180和检测器190对
180,190可以向围绕机器人割草机10的前部的大约180°区域发射信号182，并且检测来自围
绕机器人割草机10的前部的大约180°区域的信号184。机器人割草机10还可以包括在机器
人本体100的背部的第二辐射源和检测器对194,196。后部辐射源和检测器对194,196可以
同样向围绕机器人背部的大约180°区域发射信号182并且检测来自围绕机器人背部的大约
180°区域的信号184。可替代地，辐射源和检测器可以在机器人本体100上彼此间隔开，而不
是作为对共同定位。在一些实施例中，机器人割草机10可以具有位于机器人本体100的顶部
上的辐射源和检测器，其可以旋转以围绕机器人割草机10发射360度半径的辐射。在这些实
施例中的任一个中，机器人割草机被配置为围绕机器人本体100发射/检测360°的信号(例
如扫描)。
控制器150还与机器人的其它系统例如驱动系统140、表面传感器131和表面处理
器120通信。机器人割草机10还可以包括用户界面系统170，其允许人类用户看到指示机器
人割草机10的状态的消息。用户界面系统170也与控制器150通信。在一些实施例中，用户界
面系统170不位于机器人本体100上。而是，用户界面系统170可以是与机器人本体100分离
的独立单元。在其它实施方式中，用户界面系统可以(例如经由位于用户的手提电话、平板
电脑或其它设备上的软件)集成到另一设备中，并且机器人可以经由无线电(例如互联网的
Wi-Fi信号)与用户接口通信。
参考图2，为了割草操作，机器人割草机10被放置在草坪20上，使得其可以修剪由
周边21限制的草坪20。机器人割草机10被约束为不行进到周边21的外部。为了划分周边21，
一个或更多个的边界标记205、210和215可以放置在草坪20中或周围。例如，边界标记205、
210、215沿着周边21定位在草坪20上。坞站12还可以用作边界标记并且包括合成的回射表
面。边界标记200可以包括配置为反射由机器人割草机10产生的信号的激光雷达回射器、雷
达回射器或无源材料/结构。一般来说，边界标记200是无源装置，并且不主动发射信号。相
反，它们被定位为反射从机器人割草机10发射的信号。在一些示例中，边界标记200是回射
器，例如被配置为以有限量的散射将辐射反射回其源的装置或表面。因为边界标记200是无
源的，所以它们可以提供独立于电源的优点，并且不必包括电池或连接到电源。虽然在图2
中仅示出了三个边界标记200，但是任何数量的边界标记可以围绕草坪20定位。
每个边界标记205、210、215定位在一个位置处，并且定位为当机器人割草机10导
航草坪20时由机器人割草机10检测。为了确定其在草坪20上的位置，如图2中示意性所示，
机器人割草机10与各个边界标记205、210、215通信。如果边界标记205、210、215中的每一个
对机器人割草机的视线可用并且在信号的到达范围内，则机器人割草机10可以基于其相对
于三个或更多个边界标记205、210、215的位置来确定其姿态。
如图2所示，机器人割草机10可以接收从边界标记205、210、215中的每一个反射的
信号。在一个实施方式中，边界标记是无源回射标记。在机器人割草机10发送来自辐射源
194、180的信号并且经由检测器190、196接收反射信号之后，控制器150可以计算到每个边
界标记205、210、215的范围和方位。检测器可以例如是雷达天线或激光检测器。在一些实施
方式中，控制器可以使用三角法来更好地估计机器人的位置P1。在一些实施方式中，坞站12
还可以用作反射信标。
在其它实施方式中，边界标记205、210、215可以被配置为光学角反射器或角隅棱
镜。光学角反射器是由三个相互垂直的相交平坦表面组成的回射器。每个表面将由机器人
割草机10上的发射器180、194发射的入射辐射直接朝向源返回，以例如由检测器190、196检
测。入射在角隅棱镜上的每个入射光线被每个表面反射三次，这导致方向的反转。三个相交
表面通常具有正方形形状，并且可以由三面玻璃棱镜制成。
通常，可以基于由边界标记205、210、215反射的信号来确定机器人割草机10的姿
态。更具体地，机器人割草机10发送由边界标记中的一个反射的信号(例如激光信号)。机器
人割草机10可以基于接收信号的位置来确定机器人割草机10相对于边界标记之间的角度。
另外，机器人割草机10可以基于发送信号和接收到反射信号之间的飞行时间来确定机器人
割草机10和边界标记200之间的距离。因此，基于来自多个边界标记200的信息，可以基于从
每个边界标记接收的范围/方向信息通过三角测量来确定机器人割草机的姿态。一般来说，
三边测量是使用圆、球或三角形的几何形状通过测量距离来确定点的绝对或相对位置的过
程。在一个示例中，三边测量可以基于使用距离/飞行时间测量的最小二乘法算法。在另一
示例中，飞行时间可以通过测量信号与接收反射信号之间的相移来间接测量。
通常，反射信标不产生唯一可识别的信号，例如来自一个信标的信号不能唯一地
识别为源自该信标。然而，如果系统能够区分由信标产生的信号，则该信息可以用于确定机
器人割草机的姿态。在一些示例中，信标可以被配置为返回可与来自其它边界标记的信号
区分开的唯一的信号。在一些实施方式中，唯一信号可以通过例如对边界标记200或对特定
边界标记进行编码的坞站12的唯一大小、形状或图案来用无源回射器实施。唯一信号允许
机器人割草机10将信号唯一地识别为与特定信标相关联。
在另一示例中，关于信标周围的环境的信号和信息可以用于唯一地识别特定信
标。更具体地，每个信标周围的环境将是不同的，并且因此产生不同的反射信号。例如，如果
一个信标位于树附近，则树将在相对于信标的距离处提供较弱的反射信号。因此，扫描匹配
过程可以使用从信标反射的信号和从环境对象反射的信号的组合来唯一地识别信标。
扫描匹配涉及获取和存储环境的扫描数据。在一些实施方式中，由机器人割草机
10执行的位置确定包括对三个或更多个相邻的边界标记200执行扫描匹配，其中三个或更
多个边界标记200中的每一个可以由相邻的扫描匹配数据单独识别。更具体地，因为信标是
无源的，所以从信标本身反射的信号与从另一信标反射的信号不可区分。通过将来自信标
的反射信号与信标的附近扫描的反射特征(例如任一侧上的5度、任一侧上的3英尺)组合，
信标可以相对于其它信标被唯一地识别。例如，图3A示出了在第一姿态P1的机器人割草机
10。机器人割草机10发射信号以定位边界标记205、210、215中的每一个以及坞站12。此外，
机器人割草机10可以使用发射的信号(或发射另一个信号)来扫描环境，并且将在该姿态P1
的环境的辐射特征的至少一部分存储在机器人的存储器151中。环境的辐射特征是由于并
且特异于在草坪20内或附近的不同的障碍，例如辐射签名22、23、24、25是由于在草坪20周
围的树木或建筑物。在每个信标周围的辐射签名可以被存储并且与信标相关联。因此，机器
人割草机10可以使用指纹(例如辐射签名)来唯一地识别每个信标。机器人割草机基本上在
姿态P1处获取环境的“指纹”。
由于机器人在草坪20上的不同位置处执行的每次扫描将导致不同强度的签名反
射，所以机器人割草机可以通过使当前行进路径扫描与容纳在机器人存储器151中的存储
的行进路径扫描进行匹配来确定机器人在草坪20上的位置或姿态。
在图3B中的机器人割草机10的姿态P2下，与图3A中的机器人割草机10的姿态P1相
比，机器人割草机改变了其姿态，包括位置和取向二者。相同周围物体的辐射特征32、33、
34、35由于机器人割草机10的方面的变化而显现不同。机器人割草机10将搜索其数据库以
将在P2处的当前扫描与存储器中的扫描匹配。
为了提高计算效率，机器人割草机可以使用与边界标记具体相关的签名库。机器
人割草机10可以扫描反射边界标记附近的环境并且识别紧邻特定边界标记205、210、215、
12的特定特征。该窄的扫描范围给出更容易匹配的部分指纹。为了降低计算成本，机器人割
草机10可以被配置为使用该特定签名来扫描减少的签名库或更快地扫描存储的位置的库。
在一些实施方式中，每个回射器可以具有基于到编码特定边界标记的反射器的唯
一大小、形状或图案的唯一签名。唯一信号允许机器人割草机10唯一地识别信号，并且因此
识别坞站12的位置和取向。基于识别该唯一回射器信号，机器人割草机10的处理器可以仅
选择包括唯一信号的存储器中的扫描。在进一步的实施方式中，机器人割草机的处理器可
以组合由唯一信号给出的位置信息和环境的扫描匹配。
为了执行扫描匹配，机器人割草机10可以首先通过对整个草坪20的扫描来“学习”
环境。在学习模式中，机器人可以导航草坪，并且记录在草坪20上不同姿态接收的辐射的指
纹签名以构建辐射特征库。用户可以在该学习模式期间引导机器人割草机10。可替代地，机
器人割草机10可以自主地导航和扫描环境，并且构建存储的扫描库以供稍后检索。在一些
实施方式中，机器人割草机10可以在割草操作期间连续地更新存储的扫描库。这种技术可
以解决由于环境中的物体随时间的变化而引起的反射的变化所导致的签名扫描的变化。
参考图3A和3B，组合三角测量技术使用扫描匹配来唯一地识别来自相应边界标记
的信号。机器人割草机可以通过计算机器人割草机10到三个或更多个边界标记200的角度
和距离来确定其一般姿态。机器人割草机10还可以扫描反射边界标记200附近的环境并且
识别特定边界标记205、210、215、12附近的具体特征。该信息可以用于唯一地识别信号并将
信号与处于某一位置的特定边界标记相关联。因此，使用扫描匹配可以提高所确定的机器
人姿态的精度。
上面讨论的三角测量技术可能引起多路径错误。由于放置在环境中的物体，可能
会发生多路径错误。例如，从机器人割草机10发射的辐射可以被诸如汽车、自行车的物体反
射，然后作为错误返回信号入射在机器人割草机10上。为了解决这些不准确性，机器人割草
机可以被配置为执行边界标记200的查询以及机器人割草机10的每个姿态的扫描匹配。扫
描匹配可以确认反射信号来自与另一环境特征相反的边界标记。
本公开的进一步的实施例涉及辐射参数196的可变控制。在优选实施例中，辐射源
是激光器，其配置为围绕轴线旋转并且连接到调制激光器的旋转速率和/或功率水平的控
制器。然而，所描述的控制方法可以应用于激光辐射和雷达辐射中的任一个或两者。该方法
被设计为与回射器、雷达反射器或其它反射边界标记200结合工作。特别地，可以修改激光
信号之间的弧长、发射的信号强度或两者。
信号与半径平方的倒数成比例，其中半径是机器人割草机10和检测到的物体(例
如边界标记200)之间的距离。因此，取决于到反射表面的距离，强信号和弱信号都入射到检
测器190、196上。半径还影响输入信号的噪声，例如较近的信号通常噪声较少。此外，光入射
的表面可以反射变化量的信号。例如，由回射信标反射的信号是非常强的，并且可以比由于
环境中的其它物体(例如树或砖)的信号高得多。因此，高检测信号可以指示回射器的位置。
为了解决这些信号强度的变化，机器人割草机可以调节发射的辐射。另外，如果辐射源被配
置为以预定频率产生信号，则从位于更接近机器人的物品接收反射的可能性大于从位于更
远处的物品接收反射的可能性，因为随着距机器人的距离增加，信号之间的弧长也增加。
在一个实施方式中，机器人割草机10进行第一扫视以在第一速率扫描草坪20，并
且将较高信号和/或降低的噪声的位置存储为感兴趣区域。机器人割草机10然后执行第二
扫视以扫描草坪，在此期间机器人减慢扫描并且聚焦在由第一扫视上的信号强度的增加所
确定的检测到的感兴趣区域上。更具体地，控制器发出命令以使激光器或雷达在确定的感
兴趣区域中以较慢的速率旋转，使得可以在那些区域中产生更大量的信息(例如扫描可以
包括以较小的度数增量的激光的脉冲(ping)，如每0.2-0.75度，而不是每一度)。在一些示
例中，较少聚焦(较快旋转速率)扫描中的脉冲的度数增量与较聚焦(较慢旋转速率)扫描的
度数增量的比率可以在0.1到0.8之间，例如在0.25到0.5之间。为了确保机器人正在捕获反
射器，机器人割草机10在后续扫描中减慢围绕边界标记200的预期位置的扫描。转动/旋转
速率越慢，越有可能从更远的距离看到小的回射器(例如，在图3B中，边界标记210相对于位
置P2处的机器人割草机10)。如果扫描速率减慢，机器人可以在更长的时间跨度上进行积
分，并且过滤掉更多的噪声，以便看到更多的障碍物。此外，如果使用扫描匹配技术来唯一
地识别边界标记200，则由于所产生的数据的较高分辨率，较慢的旋转速率可以收集关于信
标周围的环境特征的更多信息。
在图4A中，机器人割草机10已经完成了环境的初始扫视以检测边界标记。例如，第
一扫描包括以5Hz的速率以一度的增量的360°脉冲。一旦确定了这些感兴趣区域，随后的扫
描可以集中在感兴趣区域上，其中控制器150改变辐射的转动/旋转速率以比在第一扫视上
识别的非感兴趣区域更慢的速率扫视感兴趣区域(例如通过减慢激光在感兴趣区域中旋转
的速度或与初始旋转速度相比增加激光在不感兴趣的区域中旋转的速度)。SR5是扫描速
率，其快速扫过环境。当通过包含边界标记200的区域(例如围绕边界标记215的区域)时，使
用较慢的转动/旋转速率SR1。SR1比SR5慢。例如，SR1可以是5至30Hz，通常为10Hz。SR5可以
是0.1至5Hz，通常地为1Hz。
在一些示例中，机器人可以在快和慢旋转速率之间交替。例如，机器人可以以第一
旋转速率执行一次旋转以收集关于机器人位置的详细信息。机器人然后可以使用更高的旋
转速率在随后的5-10次旋转中操作。在另一示例中，激光器的旋转速率可以基于与可修剪
空间的边缘的接近度来修改。例如，当机器人割草机接近可修剪空间的边界时，可以减少割
草机推进的速度。另外，可以减小激光器旋转的速度以在用于定位机器人割草机的数据中
收集更大的分辨率。
在另一实施例中，在图4B中，旋转速率基于到每个回射器的距离以及与非感兴趣
的区域相比是可变的。这里，SR5是最快的旋转速率，并且快速扫过环境。边界标记205、210、
215和坞站12都位于距离机器人割草机10不同的距离处，因此，根据在那一时刻与机器人的
距离，可以以不同的扫描速率扫描每个边界标记200。例如，SR5>SR1>SR2>SR3>SR4，其中更
接近的感兴趣区域以比其它感兴趣区域更快的旋转速率扫描。
参考图5，示出了用于改变转动/旋转速率的过程1000。由1000描述的方法在步骤
1010开始。机器人割草机10进行以第一速率进行扫描的一遍扫视(或一圈照射)(步骤
1020)。在该第一遍期间，扫描发现雷达噪声或回射器(即识别感兴趣位置)。机器人割草机
10然后在感兴趣区域中以较慢的旋转速率设置扫过一遍，用于随后的扫描(步骤1030)。随
着扫描进行，机器人10然后确定在给定时刻被扫描的区域是否与环境的部分而不是边界标
记相关联(步骤1040)。如果没有，则机器人割草机10确定被扫描的区域相对不那么有趣，并
且增加旋转速率(或以其它方式增加扫描中激光照射之间的弧长)到未被识别为包含任何
感兴趣对象的区域的相对较高的速率(步骤1050)。如果在步骤1040，机器人割草机10确定
该区域包括边界标记，则其返回到使用扫描中激光照射之间较短的弧长以较慢的旋转速率
进行扫描(步骤1030)。因此，机器人可以继续以旋转速率变化一段时间(例如3秒、5秒、10
秒)进行扫描，然后通过返回到框1020来重新确定感兴趣区域。
机器人割草机10可以在预定时间周期或在慢旋转速率区域之外检测到信标时执
行定位初始扫视。在一些示例中，快速旋转速率与较慢旋转速率的比率可以在2:1到5:1之
间，例如约2:1、约3:1、约4:1、约5:1。
在一些附加示例中，不是在特定旋转期间改变旋转速率，而是控制器可以使激光
在设定旋转次数之后以在较快和较慢旋转速率之间交替的旋转速率旋转。这可以允许机器
人在慢旋转速率扫描期间以更大的细节收集更多信息并潜在地确定机器人的姿态，同时在
使用较高旋转速率扫描更频繁地更新的基础上跟踪机器人和任何移动。
在其它实施例中，为了优化物体检测，可以调制从机器人割草机10发射的辐射的
功率水平或射束聚焦。通常，较低功率优选用于识别附近的而不是远处的物体，并且高功率
更好地用于检测来自远处的物体的信号。高功率输出导致近距离障碍物的噪声，同时更清
楚地看到远处的物体。如果仅在低功率下操作，则机器人割草机可能不能检测到远处的物
体。为了尝试和捕获两个功率级的优点(同时最小化缺点)，机器人割草机10可以被配置为
在扫描期间改变在各个位置处发射的辐射的功率水平。
如果强反射目标靠近机器人(在给定位置)并且边界标记200更远离，则机器人割
草机10可以使用针对该信标的接收信号强度来向上或向下改变功率水平。例如，机器人可
以增加信号的功率水平，其中边界标记200预期为或者先前确定为定位。如果返回信号强度
低，则机器人将增加功率以试图检测已被更靠近(因此更高的信号)的反射目标淹没的边界
标记200。
参考图6，由辐射源(例如激光器)在割草机10上发射的辐射的功率可以变化，其中
第一功率水平(例如由圆圈PL2所示，其具有比圆圈PL1更大的直径)小于第二功率(例如，由
圆圈PL2所示，其具有比圆圈PL1更大的直径)。较低功率(PL1)通常用于较近的障碍物，而高
功率(PL2)通常用于识别另外的障碍物。
参考图7，示出了用于改变辐射功率水平以确定近/远和强/弱信号的方法。方法
2000在步骤2010开始。机器人割草机10以较低的功率水平扫视第一遍(或一圈照射)(步骤
2020)。在该第一遍期间，低功率扫描发现雷达噪声或回射器，即识别感兴趣位置，如边界标
记200。然后，机器人割草机10在感兴趣区域中以较高的功率设置扫视一遍(步骤2030)。随
着扫描进行，机器人10然后确定是否正在从附近物体检测到噪声(步骤2040)。如果不是，则
机器人割草机10继续在没有噪声的感兴趣区域中以高功率扫视(例如寻找更远的目标)(步
骤2050)。如果是，则机器人割草机10降低在被检测为具有噪声的区域中的功率(步骤
2060)。机器人割草机10然后确定扫描的区域是否聚焦在位于噪声范围之外的感兴趣区域
上(步骤2070)。如果是，则机器人继续在没有噪声的感兴趣区域中以高功率扫视(步骤
2050)。如果不是，则扫视在扫描的下一部分上继续(步骤2080)，并且返回以检查是否从附
近物体检测到噪声(步骤2040)。
在一些示例中，与激光器或其它辐射源通信的控制器150被配置为以交替的功率
水平执行扫描。例如，不是在特定旋转期间改变功率水平，而是控制器150可以使激光在设
定数量的旋转之后在两个功率水平之间交替。这可以允许机器人收集更多的信息并潜在地
以更大的细节确定机器人的姿态，因为附近和远处的物体将基于两个不同的扫描功率水平
来定位。
诸如边界标记的回射器表面通常具有比环境物体更强的信号。为了解决由不同物
体类型以及距离导致的检测信号的不同强度，不同的检测方案是可能的。例如，机器人本体
前部的检测器190可以由两个不同的检测器组成。类似地，机器人本体100的后部上的检测
器196实际上可以由两个检测器组成。每对检测器可以包括被配置为检测较低功率信号的
一个检测器和被配置为检测较高功率信号的一个检测器。在一个实施方式中，放置在检测
器前部的过滤玻璃可以衰减入射在检测器上的信号，使得它更加调谐以检测(例如从边界
标记200返回的)高信号。
检测器193、197可以被特别调节以检测边界标记200并且因此专用于确定环境内
的机器人定位，而检测器190、194可以被调节以检测环境内的附近障碍物。前检测器193和
190可以彼此堆叠在顶部，后检测器196、197也可以。
在进一步的实施方式中，前发射器190实际上可以被配置为两个发射器190,191。
每个发射器可以被特别调谐以发射高或低功率水平，而不是修改单个发射器以改变其功
率。类似地，后发射器194实际上可以被配置为两个发射器194、195。
在其它实施方式中，可以使用前部190和后部196上的单个检测器。控制器150可以
与检测到的信号的预期强度协调地调整增益上升和下降。
可以与包括激光辐射的实施例一起使用的一个变型解决了当机器人割草机10横
越草坪20时机器人割草机10可以改变其俯仰，即上下倾斜机器人本体100的地形变化。这些
变化通过看太高或太低使激光错过边界标记。另外，激光信号通常作为离散信号发射，如果
激光在连续激光脉冲之间由边界标记进行位置扫描，则这些信号可能错过边界标记。为了
增加发射的激光束遇到边界标记的可能性，激光信号可以扇形展开到平面中。
参考图8A-8B，发射器190、194可以被配置为水平地扇开发射的激光信号182，产生
相对于机器人本体100向左和向右延伸的平面激光信号。当信号182在2D平面上扫过时，平
面信号的离散脉冲更可能捕获边界标记200。在一个示例中，无源光学部件可以放置在激光
束的前面并且提供光束成形。例如，柱面透镜或透镜阵列可以用于从激光器产生扇形光束。
在一些示例中，光学部件可以产生具有在5度到10度之间的角宽度的扇形光束。
在替代实施例中，参考图9A-9B，发射器190、194可以被配置为垂直地扇开发射的
激光信号182，产生向上和向下延伸的平面激光信号。有利地，垂直扇形信号更有可能遇到
边界标记200，因为无论机器人本体100的上下和俯仰如何，上下信号都会遇到边界标记
200。在一个示例中，无源光学部件可以放置在激光束的前面并且提供射束成形。例如，柱面
透镜或透镜阵列可以用于从激光器产生扇形光束。在一些示例中，光学部件可以产生具有
在5度到10度之间的角宽度的扇形光束。
参考图10A-10B，发射器190、194可以被配置为相对于水平和垂直都成角度45°扇
开发射的激光。所得到的对角激光平面信号182包括水平和垂直激光片的优点，通过增加激
光的离散脉冲撞击边界标记200的可能性以及机器人本体100的俯仰不影响激光信号182的
能力以击中边界标记200。在一个示例中，无源光学部件可以放置在激光束的前面并且提供
光束成形。例如，柱面透镜或透镜阵列可以用于从激光器产生扇形光束。在一些示例中，光
学部件可以产生具有在5度到10度之间的角宽度的扇形光束。
尽管本说明书包括许多细节，但是这些不应被解释为对本公开或所要求保护的范
围的限制，而是被解释为对于本公开的特定实施方式特定的特征的描述。在单独实施方式
的上下文中在本说明书中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单
个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的
子组合来实施。此外，虽然特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如
此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删
除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操
作以所示的特定顺序或以顺序次序执行，或者所有所示的操作都被执行，以获得期望的结
果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统部件
的分离不应被理解为在所有实施例中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序部
件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。
因此，其它实施例在所附权利要求的范围内。