一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人的制作方法

本發(fā)明涉及智能型家務(wù)機(jī)器人，特別是一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人。

背景技術(shù)：

掃地機(jī)器人又叫懶人掃地機(jī)，是一種能對地面進(jìn)行自動吸塵的智能家用電器。因為它能對房間大小、家俱擺放、地面清潔度等因素進(jìn)行檢測，并依靠內(nèi)置的程序，制定合理的清潔路線，具備一定的智能，所以被人稱之為機(jī)器人。掃地機(jī)器人作為智能家居新概念的領(lǐng)跑者，將為機(jī)器人最終走進(jìn)千家萬戶，注入前進(jìn)的動力。當(dāng)然，目前的掃地機(jī)器人除了具有自動吸塵功能，還配備的水箱等機(jī)構(gòu)以進(jìn)行拖地操作。

如：現(xiàn)有中國發(fā)明專利公開說明書(公開號：CN105320140A)公開了一種掃地機(jī)器人及其清掃路徑規(guī)劃方法，該掃地機(jī)器人包括坐標(biāo)系建立模塊、地圖構(gòu)建模塊和路徑規(guī)劃模塊。其方法以掃地機(jī)器人最先找到的待清掃房間角落點為參考系，建立坐標(biāo)系；再根據(jù)掃地機(jī)器人的清掃路徑，構(gòu)建出待清掃房間的地圖，并記錄構(gòu)建過程中的碰撞點、房間的角落點、障礙物的頂點；最后根據(jù)記錄的碰撞點、房間的角落點、障礙物的頂點，規(guī)劃清掃路徑。該掃地機(jī)器人及其清掃路徑規(guī)劃方法能夠很好地適應(yīng)未知環(huán)境，并且提高了清掃效率和面積，并且成本低，實用性強(qiáng)。

上述現(xiàn)有智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人在實際使用中，具有如下缺陷：

1、其智能化清掃路徑規(guī)劃主要依靠掃地機(jī)器人的大腦(即主機(jī)板的MCU)來實現(xiàn)，而該主機(jī)板的MCU還需要承擔(dān)控制掃地機(jī)器人的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、控制面板上的其它功能(功能示意、故障示意、運(yùn)行方式示意)，因此，其工作負(fù)擔(dān)非常重，造成該掃地機(jī)器人的大腦使用過度。

2、其規(guī)劃路徑需要“最先找到的待清掃房間角落點為參考系，建立坐標(biāo)系”，降低了路徑規(guī)劃的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，主要解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)缺陷，它不但可以有效降低掃地機(jī)器人主機(jī)板的MCU的壓力，延長機(jī)器使用壽命，而且可以更加合理、高效率地規(guī)劃清掃路線，獲得更好的清掃覆蓋率和清掃效果。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是:

一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：它包括具有主控MCU的主控板、具有第一獨(dú)立MCU和陀螺儀的陀螺儀板、具有第二獨(dú)立MCU和攝像頭的攝像頭板、電機(jī)和碼盤；其中：

該主控板結(jié)合陀螺儀板采集的掃地機(jī)器人的角度和加速度和攝像頭板采集的掃地機(jī)器人的位置信息，計算融合出當(dāng)前位置坐標(biāo)并進(jìn)行存儲，然后進(jìn)行陀螺儀矯正操作；主控板根據(jù)定位程序流程不斷獲得及存儲實時的位置坐標(biāo)信息后，構(gòu)建出掃地機(jī)器人所處空間的實時地圖，并將實時地圖存儲在主控板的內(nèi)存空間內(nèi)；

該陀螺儀板通過其陀螺儀獲得角度和速度信息，并通過其第一獨(dú)立MCU計算掃地機(jī)器人的角度和加速度；該陀螺儀板水平放置在掃地機(jī)器人機(jī)殼內(nèi)并連接主控板；

該攝像頭板的攝像頭設(shè)置在掃地機(jī)器人機(jī)殼上方用于在第二獨(dú)立MCU的控制下采集掃地機(jī)器人的位置信息；

該電機(jī)由主控板連接驅(qū)動掃地機(jī)器人的移動；

該碼盤為掃地機(jī)器人的速度控制檢測元件，它反饋電機(jī)的行程位置狀態(tài)并反饋給主控板。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：該陀螺儀板通過數(shù)據(jù)通過串口連接主控板。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：該攝像頭板與主控板通過串口雙向通信連接。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：該掃地機(jī)器人的定位流程包括如下步驟：

A、開機(jī)，以當(dāng)前點為坐標(biāo)原點；

B、陀螺儀和碼盤、電機(jī)控制掃地機(jī)器人直行；

C、定時讀取攝像頭數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)；

D、主控板根據(jù)步驟C所采集的數(shù)據(jù)并根據(jù)上一次坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)定位算法流程融合出當(dāng)前位置坐標(biāo)。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：該步驟C中，攝像頭板先通過攝像頭獲取一幀圖像，在通過攝像頭板的第二獨(dú)立MCU提取特征值后與前一幀圖像對比，計算出相對位置。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：該步驟C中，陀螺儀能獲取到角加速度和加速度信息，需要采用卡爾曼濾波算法過濾噪聲。

的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人，其特征在于：主控板構(gòu)建出掃地機(jī)器人所處空間的實時地圖包括如下步驟：

a、采用柵格法，將地圖分割成一個個小柵格；

b、運(yùn)動過程中，實時計算位置坐標(biāo)；

c、遇到障礙物，該坐標(biāo)的柵格置障礙物點；

d、多個障礙物點，匯合成一張完整的地圖。

本發(fā)明的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人具有如下總體優(yōu)勢：

A.采用了3個分模塊MCU，減輕了主控MCU的壓力。

B.提高了機(jī)器人清掃的覆蓋率。

C.提高了機(jī)器人清掃的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的定位方法流程圖。

具體實施方式

有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明和技術(shù)內(nèi)容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，非用以限制本發(fā)明。

請參閱圖1，它是本發(fā)明一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機(jī)器人。如圖所示：它包括具有主控MCU的主控板1、具有第一獨(dú)立MCU和陀螺儀的陀螺儀板2、具有第二獨(dú)立MCU和攝像頭的攝像頭板3、電機(jī)4和碼盤5。

該主控板1結(jié)合陀螺儀板2采集的掃地機(jī)器人的角度和加速度和攝像頭板3采集的掃地機(jī)器人的位置信息，計算融合出當(dāng)前位置坐標(biāo)并進(jìn)行存儲，然后進(jìn)行陀螺儀矯正操作；主控板1根據(jù)定位程序流程不斷獲得及存儲實時的位置坐標(biāo)信息后，構(gòu)建出機(jī)器人所處空間的實時地圖，并將實時地圖存儲在主控板1的內(nèi)存空間內(nèi)。

該陀螺儀板2通過其陀螺儀獲得角度和速度信息，并通過其第一獨(dú)立MCU計算掃地機(jī)器人的角度和加速度；該陀螺儀板2水平放置在掃地機(jī)器人機(jī)殼內(nèi)并連接主控板1。

該攝像頭板3的攝像頭設(shè)置在掃地機(jī)器人機(jī)殼上方用于在第二獨(dú)立MCU的控制下采集掃地機(jī)器人的位置信息。

該電機(jī)4由主控板1連接驅(qū)動掃地機(jī)器人的移動。

該碼盤5為掃地機(jī)器人的速度控制檢測元件，它反饋電機(jī)4的行程位置狀態(tài)并反饋給主控板1。

本發(fā)明中，該陀螺儀板2通過數(shù)據(jù)通過串口連接主控板1。

本發(fā)明中，該攝像頭板3與主控板1通過串口雙向通信連接。

如圖2所示，該掃地機(jī)器人的定位流程包括如下步驟：

A、開機(jī)，以當(dāng)前點為坐標(biāo)原點；

B、陀螺儀和碼盤、電機(jī)控制掃地機(jī)器人直行；

C、定時讀取攝像頭數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)；

D、主控板根據(jù)步驟C所采集的數(shù)據(jù)并根據(jù)上一次坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)定位算法流程融合出當(dāng)前位置坐標(biāo)。

該步驟C中，攝像頭板先通過攝像頭獲取一幀圖像(比如：攝像頭的圖像傳感器以120hz的速度獲取752×480像素分辨率的圖像)，在通過攝像頭板的第二獨(dú)立MCU提取特征值后與前一幀圖像對比，計算出相對位置。

比如：攝像頭采集的圖像，采用霍夫變換提取特征，霍夫變換(HoughTransform)是圖像處理中的一種特征提取技術(shù)，它通過一種投票算法檢測具有特定形狀的物體。

在位置計算中，假定某t時刻A特征點圖像附近區(qū)域的圖像記作I(x,y,t)，其中x，y是相對于A特征點的坐標(biāo)。過了Δt之后，A特征點在視野中的位置發(fā)生了改變，x,y方向的位移為Δx,Δy，此時時刻為t+Δt，由于特征點的領(lǐng)域圖像是保持恒定的，那么有：

I（x，y，t)＝I(x+Δx，y+Δy，t+Δt)

只要在新圖像中搜索與原圖像亮度值一致的區(qū)域，通過對比像素之間的差距，就能求出Δx,Δy,從而求出機(jī)器移動的位置。

該步驟C中，陀螺儀能獲取到角加速度和加速度信息，需要采用卡爾曼濾波算法過濾噪聲。

角加速度積分得到角度θ，加速度積分得到速度d，碼盤本身也能計算出速度，兩個速度做濾波算法得出最終的速度，速度二次積分得到行程距離。

根據(jù)公式

x＝d*sin(θ)

y＝d*cos(θ)

即可計算出坐標(biāo)(x,y)。

在上述步驟D中，主控板根據(jù)掃地機(jī)器人位置的變換，估算出機(jī)身的角度變化，矯正陀螺儀的角度。比如發(fā)現(xiàn)角度變大了，則減速陀螺儀角度，發(fā)現(xiàn)角度變小了，增大角度。

本發(fā)明掃地機(jī)器人構(gòu)建地圖，遵循如下原則：

1、采用柵格法，將地圖分割成一個個小柵格。

2、運(yùn)動過程中，實時計算位置坐標(biāo)。

3、遇到障礙物，該坐標(biāo)的柵格置障礙物點。

4、多個障礙物點，匯合成一張完整的地圖。

以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例而已，非因此即局限本發(fā)明的專利范圍，舉凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖式內(nèi)容所為的等效結(jié)構(gòu)變化，均理同包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍內(nèi)，合予陳明。