一种扫地机器人及其判断自身位置的方法与流程

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种扫地机器人及其判断自身位置的方法。

背景技术：

随着社会的发展，人们的生活水平逐渐提高，扫地机器人作为家用清洁电器已经越来越受人们亲睐。现有的扫地机器人，一般采用陀螺仪和码盘，对扫地机器人行走的路线进行计算。由于陀螺仪和码盘的误差，经常导致扫地机器人行走路线偏移计划的路径。特别是进行“弓”字形行走或直线行走的时候，经常会跑偏。也就是说，现有扫地机器人难以知道自身处在待清洁区域的具体位置，从而导致了出现路线跑偏的问题。

为了解决扫地机器人跑偏的问题，现有扫地机器人采用激光来测距和导航定位，计算扫地机器人周边物体的距离，从而判断扫地机器人是否按规划的路径行走。由于激光的速度非常快，运算量非常大，程序算法也就相对很复杂，且对周围参考物体的选择存在随机性，因此，用激光测距的方法来规划路径仍然难以解决扫地机器人判断自身位置的问题。

技术实现要素：

本发明目的是针对上述问题，提供一种扫地机器人及其判断自身位置的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种扫地机器人，包括机器人本体，机器人本体上设置有动力模块、行走模块、清洁模块、检测模块和控制模块，动力模块分别与行走模块、清洁模块、检测模块、控制模块线路连接，所述机器人本体顶端设置有摄像头，摄像头、行走模块、清洁模块、检测模块均与控制模块线路连接，所述控制模块包括图像分析单元、图像对比单元、处理单元、记忆单元；图像分析单元信号输入端与摄像头信号输出端线路连接，图像分析单元信号输出端分别与记忆单元、图像对比单元的信号输入端连接，检测模块的信号输出端分别与记忆单元、处理单元的信号输入端连接，记忆单元的信号输出端与图像对比单元的信号输入端连接，图像对比单元的信号输出端连接处理单元的信号输入端，处理单元的信号输出端分别连接行走模块、清洁模块的信号输入端。

进一步的，所述动力模块包括可充电电池及充电控制电路，充电电池与充电控制电路连接，充电电池通过线路连接行走模块、清洁模块、检测模块、控制模块。

进一步的，所述行走模块包括行走轮组和驱动电机，行走轮组与驱动电机的输出轴连接，驱动电机与处理单元线路连接。

进一步的，所述清洁模块包括扫刷、扫刷电机、边刷、边刷电机、尘盒；扫刷与扫刷电机的输出轴连接，边刷与边刷电机的输出轴连接，扫刷电机、边刷电机均与处理单元线路连接。

进一步的，所述检测模块包括碰撞检测单元、跌落检测单元、离地检测单元、电池电量检测单元、陀螺仪和码盘；碰撞检测单元、跌落检测单元、离地检测单元、陀螺仪和码盘均与记忆单元线路连接，电池电量检测单元与处理单元线路连接。

一种如权利要求1所述的扫地机器人判断自身位置的方法，包括以下步骤：

s1、将充电点定位为原点，让扫地机器人在清洁区域全部行走一遍，并将清洁区域中每一地点的顶部图像、与原点的方位角、与原点的距离进行结合保存；最终形成一个清洁区域的顶部图像矩阵，存储在记忆单元中；

s2、在扫地机器人对自身位置进行定位时，位于机器人本体底端的摄像头将该地点的顶部图像拍摄下来并传递给图像分析单元；

s3、图像分析单元对摄像头拍摄到的顶部图像的像素以及建筑特征进行分析，并将分析结果发送给图像对比单元；

s4、图像对比单元将图像分析单元发送过来的顶部图像信息与记忆单元中的顶部图像矩阵进行对比，从顶部图像矩阵中找到与该顶部图像信息相同的顶部图像；

s5、找到顶部图像后，通过顶部图像矩阵确定该地点与原点的方位角、距离，从而可以准确的确定扫地机器人的自身位置。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过在机器人本体顶端设置摄像头以及在控制模块中设置图像分析单元、图像对比单元的设计方式，使得扫地机器人可以根据清洁区域上方的建筑特征对扫地机器人所在的位置进行定位，其定位更加迅速准确，避免了扫地机器人在清洁工作过程中出现线路偏差的状况；并且扫地机器人可以在需要充电时对所在位置进行定位，充电结束后直接回到该定位位置继续打扫，避免了重复打扫清洁区域的状况发生；从而提高了扫地机器人的工作效率的同时给人们的使用带来了极大的便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的框架结构图；

图2为检测模块的连接框架图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、图2所示，本发明的目的在于提出一种扫地机器人及其判断自身位置的方法，能够使扫地机器人准确的判断自身所处的位置，并按规划的路径进行清洁作业。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种扫地机器人，包括：扫地机器人本体，置于扫地机器人本体顶部的摄像头；扫地机器人本体包括：动力模块，行走模块，清洁模块，检测模块和控制模块。所述动力模块包括可充电电池及充电控制电路；所述行走模块包括行走轮组和驱动电机；所述清洁模块包括扫刷、扫刷电机、边刷、边刷电机和尘盒；所述检测模块包括碰撞检测，跌落检测，离地检测，电池电量检测及回充信号检测；所述检测模块还包括陀螺仪和码盘，用以检测扫地机器人的移动距离和移动速度；所述控制模块包括图像分析单元、图像对比单元、处理单元、记忆单元；图像分析单元信号输入端与摄像头信号输出端线路连接，图像分析单元信号输出端分别与记忆单元、图像对比单元的信号输入端连接，检测模块的信号输出端分别与记忆单元、处理单元的信号输入端连接，记忆单元的信号输出端与图像对比单元的信号输入端连接，图像对比单元的信号输出端连接处理单元的信号输入端，处理单元的信号输出端分别连接行走模块、清洁模块的信号输入端。

所述检测模块包括碰撞检测单元、跌落检测单元、离地检测单元、电池电量检测单元、陀螺仪和码盘；碰撞检测单元、跌落检测单元、离地检测单元、陀螺仪和码盘均与记忆单元线路连接，电池电量检测单元与处理单元线路连接。

摄像头安装于扫地机器人顶部，摄像头为单目摄像头，竖直向上扑捉天花板影像。摄像头将天花板的影像拍摄下来，进行灰度处理，把所拍摄的照片进行像素处理。对比两个较短时间间隔的照片的图片像素，扫地机器人就能清楚地判断有多少像素的不同，结合码盘和陀螺仪，就可以知道扫地机器人在哪个方位、移动了多少距离。

扫地机器人根据天花板的建筑特征，比如梁或墙与天花板的连接直线，可以判断扫地机器人自身与梁或直线角度，从而选择以梁或直线为参考，进行路径规划，进行直线行走或“弓”字形行走。梁和直线在照片像素中的体现为，连续笔直而狭长的像素组。

扫地机器人通过这种对天花板的照片图像采集，存储每个位置的像素特征。每个待清洁区域的位置，都会在天花板上形成一个对应的像素图。当扫地机器人绕待清洁区域一周后，基本已建立完整的天花板图像矩阵。扫地机器人根据天花板图像的像素及特征，就可以确定对应在地面的位置。

如果扫地机器人被拿起来，从一个位置放到另一个位置，根据天花板的图像特征，可以确定是处在地面的具体位置。也就是构建地图上的具体方位。

这样，当扫地机器人进行清洁任务时，如果遇到电量低，需要返回去充电。此时，标记一个天花板图像特征，扫地机器人确定该中断清洁的位置，返回去充电。待充电完成，再回到前述中断清洁的位置，继续执行清洁任务。有助于提高扫地机器人的清洁效率，避免中断后，重复清洁已经清洁过的区域。

在地图上的每个位置，扫地机器人都标记到天花板的图像特征位置，比如标记充电站的位置，将有利于扫地机器人更加快捷地找到充电站，因此可以减少搜索充电站信号的时间，可快速地找到充电站，快速返回充电。

对于地面上一些固定的障碍物，比如家具，扫地机器人可以在遇到障碍物时，通过碰撞检测等传感器，中止前进，绕障碍物一周。这种情况发生时，该区域一直不能移动过去，在天花板上的图像矩阵中同样可以标记出来。下次遇到时，即可避开障碍物。

本方法使得扫地机器人的定位更加准确，避免了使用码盘和陀螺仪出现路线偏差的状况，提高了扫地机器人的清洁效率的同时给人们的使用带来了极大的便利。