一种智能垃圾清洁装置的制作方法

本发明涉及生活用品，特别地，涉及一种智能垃圾清洁装置。

背景技术：

随着科技的不断发展，人类的生活质量不断提高，居家生活也越来越智能化。一种垃圾清洁装置，能够代替人工，对地面进行吸尘，清扫垃圾，大大地提高了人类的生活品质。因此，垃圾清洁装置慢慢地进入一普通家庭。

然而，现有的垃圾清洁装置，一般是由程序控制，对待清洁区域进行固定的程序化清扫，这种固定程序化的清扫模式，存在一个显著的缺陷，不管地面是否干净，全部清扫一遍，使得现有垃圾清洁装置的清洁效率大打折扣。

针对现有技术中垃圾清洁装置清洁效率低的问题，目前尚未有有效的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种智能垃圾清洁装置，能够检索并定位清除垃圾，不使用固定的寻路路径进行移动，大大提高了垃圾清洁装置的工作效率。

基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种智能垃圾清洁装置，包括：

本体，设置于地面，用于安装功能性模块；

识别模块，设置于本体前方，用于识别外界的垃圾并获取垃圾相对于本体的位置；

控制模块，设置于本体内，电性连接至识别模块，用于根据识别模块的信息生成控制命令；

驱动模块，设置于本体底部，电性连接至控制模块，用于根据控制命令使本体运动到垃圾所在的位置；

清洁模块，设置于本体前方下侧，电性连接至控制模块，用于根据控制命令清洁本体所在位置的地面并吸收垃圾；

垃圾存储模块，设置于本体后方，物理连接至清洁模块，用于存储清洁模块吸收的垃圾。

其中，识别模块包括：

扫描单元，用于连续获取本体行进方向上的环境信息；

分块单元，用于对影像信息进行分块；

特征单元，用于从影像信息中依次指定每个像素，为像素构建像素区域使用归一化方法将像素区域处理为归一化结果，并计算获得对于指定像素的局部特征；

分组单元，用于根据对于指定像素的局部特征，将指定像素归入固定的组中，被归入同一个固定的组中的指定像素被视为具有相同类型纹理的图像；

对照单元，用于将每个组的纹理类型与垃圾的影像进行对比，确定垃圾相对于本体的位置。

并且，分块单元还用于：

将影像信息无残留地分割为多个像素块，N个像素块均是正方形像素集合；

使用归一化方法处理多个像素块，获得多个像素块的归一化结果，并计算多个像素块的归一化结果的平均值。

同时，特征单元用于：

以指定像素为中心，从影像信息中截取出中心块，中心块是以指定像素为中心的正方形像素集合；

使用归一化方法处理中心块，获得中心块的归一化结果；

根据中心块的归一化结果与多个像素块的归一化结果的平均值，获得对于指定像素的局部特征。

从影像信息中依次选定每个像素；

以指定像素为中心，从影像信息中选取到多个邻域像素，多个邻域像素到指定像素的距离均为定值；

分别以多个邻域像素中的每一个为中心，从影像信息中截取出多个邻域块，多个邻域块是分别以每个邻域像素为中心的正方形像素集合；

以指定像素为中心，从影像信息中为每个邻域像素选取到多个亚邻域像素，多个亚邻域像素到与其对应的邻域像素的距离均为定值；

分别以多个亚邻域像素中的每一个为中心，从影像信息中截取出多个亚邻域块，多个亚邻域块是分别以每个亚邻域像素为中心的正方形像素集合；

使用归一化方法处理多个亚邻域块，获得多个亚邻域块的归一化结果；

根据多个邻域块的归一化结果与多个亚邻域块的归一化结果，计算位于相同角度方向上、不同半径大小的两个滤波值的差分值，并获得对于指定像素的局部特征。

另外，控制模块包括：

接收单元，用于接收垃圾相对于本体的位置信息；

运动计算单元，用于根据垃圾相对于本体的位置信息计算出本体应当转动的角度与方向；

清洁开关单元，用于根据垃圾相对于本体的位置信息计算出清洁模块应当开启或关闭的情况；

输出单元，连接至运动计算单元与清洁开关单元，用于根据本体应当转动的角度与方向、清洁模块应当开启或关闭的情况生成控制命令。

并且，运动计算单元用于根据垃圾相对于本体的位置信息计算出本体应当转动的角度与方向包括：

在垃圾相对于本体的方向角大于边界限制时，以最大转动角度向被跟随者所在方向转动；

在垃圾相对于本体的方向角小于边界限制且大于误差范围时，以标准转动角度向被跟随者所在方向转动；

在垃圾相对于本体的方向角小于误差范围时，不进行转动。

同时，驱动模块根据控制命令使本体运动到垃圾所在的位置，为驱动模块根据控制命令，首先将本体旋转到正对垃圾的方向，再向前方运动。

并且，清洁模块根据控制命令清洁本体所在位置的地面并吸收垃圾，为清洁模块根据控制命令，在驱动模块将本体旋转到正对垃圾的方向之后开始清洁本体所在位置的地面，在驱动模块运动到垃圾所在的位置后持续清洁本体所在位置的地面并吸收垃圾，达到预先设定的阈值时间后停止清洁。

另外，垃圾存储模块还电性连接至控制模块；当垃圾存储模块存储的垃圾量超过预先设定的阈值百分比时，垃圾存储模块向控制模块发出更换信息，控制模块发出控制命令使驱动模块向维护地点进行移动，并提示使用者更换垃圾存储模块。

上述识别模块为摄像头与单片机的组合；控制模块为单片机；驱动装模块为驱动轮与万向轮的组合；清洁模块为中扫与边扫的组合；垃圾存储模块为灰尘盒。

从上面所述可以看出，本发明提供的技术方案通过使用识别模块识别外界的垃圾并获取垃圾相对于本体的位置并用控制模块根据识别模块的信息生成控制命令控制驱动模块与清洁模块进行工作的技术手段，使得智能垃圾清洁装置能够不依赖固定的寻路路径进行机械移动，能自主扫描、定位并清除垃圾，大大提高了垃圾清洁装置的工作效率。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种智能垃圾清洁装置的结构图；

图2为根据本发明实施例的一种智能垃圾清洁装置的识别模块的结构图；

图3为根据本发明实施例的一种智能垃圾清洁装置的侧视图；

图4为根据本发明实施例的一种智能垃圾清洁装置的下视图；

图5为根据本发明实施例的一种智能垃圾清洁装置的下视图的一个实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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一步进行清楚、完整、详细地描述，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种智能垃圾清洁装置。

如图1所示，根据本发明的实施例的提供了一种智能垃圾清洁装置包括：

本体11，设置于地面，用于安装功能性模块；

识别模块12，设置于本体11前方，用于识别外界的垃圾并获取垃圾相对于本体11的位置；

控制模块13，设置于本体11内，电性连接至识别模块12，用于根据识别模块12的信息生成控制命令；

驱动模块14，设置于本体11底部，电性连接至控制模块13，用于根据控制命令使本体11运动到垃圾所在的位置；

清洁模块15，设置于本体11前方下侧，电性连接至控制模块13，用于根据控制命令清洁本体11所在位置的地面并吸收垃圾；

垃圾存储模块16，设置于本体11后方，物理连接至清洁模块15，用于存储清洁模块15吸收的垃圾。

如图2所示，对照单元24别模块12包括：

扫描单元20，用于连续获取本体11行进方向上的环境信息；

分块单元21，用于对影像信息进行分块；

特征单元22，用于从影像信息中依次指定每个像素，为像素构建像素区域使用归一化方法将像素区域处理为归一化结果，并计算获得对于指定像素的局部特征；

分组单元23，用于根据对于指定像素的局部特征，将指定像素归入固定的组中，被归入同一个固定的组中的指定像素被视为具有相同类型纹理的图像；

对照单元24，用于将每个组的纹理类型与垃圾的影像进行对比，确定垃圾相对于本体11的位置。

并且，分块单元21还用于：

将影像信息无残留地分割为多个像素块，N个像素块均是正方形像素集合；

使用归一化方法处理多个像素块，获得多个像素块的归一化结果，并计算多个像素块的归一化结果的平均值。

同时，特征单元22用于：

以指定像素为中心，从影像信息中截取出中心块，中心块是以指定像素为中心的正方形像素集合；

使用归一化方法处理中心块，获得中心块的归一化结果；

根据中心块的归一化结果与多个像素块的归一化结果的平均值，获得对于指定像素的局部特征。

从影像信息中依次选定每个像素；

以指定像素为中心，从影像信息中选取到多个邻域像素，多个邻域像素到指定像素的距离均为定值；

分别以多个邻域像素中的每一个为中心，从影像信息中截取出多个邻域块，多个邻域块是分别以每个邻域像素为中心的正方形像素集合；

以指定像素为中心，从影像信息中为每个邻域像素选取到多个亚邻域像素，多个亚邻域像素到与其对应的邻域像素的距离均为定值；

分别以多个亚邻域像素中的每一个为中心，从影像信息中截取出多个亚邻域块，多个亚邻域块是分别以每个亚邻域像素为中心的正方形像素集合；

使用归一化方法处理多个亚邻域块，获得多个亚邻域块的归一化结果；

根据多个邻域块的归一化结果与多个亚邻域块的归一化结果，计算位于相同角度方向上、不同半径大小的两个滤波值的差分值，并获得对于指定像素的局部特征。

具体地，特征单元22的工作流程如下：

从影像信息中依次选定每个像素x_c；

以指定像素x_c为中心，从影像信息中选取到p个邻域像素x_r，p，n，p个邻域像素x_r，p，n等角间隔的均匀分布在以x_c为圆心以r为半径的圆周上，其中n＝0,...,p-1，邻域像素x_r,p,n的坐标值为(-rsin(2πn/p),rcos(2πn/p))与指定像素x_c的坐标的叠加和；

分别以p个邻域像素x_r,p,n中的每一个为中心，从影像信息中截取出p个邻域块p个邻域块都是尺寸为w_r×w_r的、分别以每个邻域像素x_r，p，n为中心的正方形像素集合；

以指定像素x_c为中心，从影像信息中选取到p个亚邻域像素x_r-1,p,n，p个亚邻域像素x_r-1,p,n等角间隔的均匀分布在以x_c为圆心以r-1为半径的圆周上，其中n＝0,...,p-1，邻域像素x_r-1,p,n的坐标值为(-(r-1)sin(2πn/p),(r-1)cos(2πn/p))与指定像素x_c的坐标的叠加和；

分别以p个亚邻域像素x_r-1,p,n中的每一个为中心，从影像信息中截取出p个亚邻域块p个亚邻域块是分别以每个亚邻域像素x_r-1，p，n为中心的正方形像素集合；

使用归一化方法处理p个亚邻域块获得p个亚邻域块的归一化结果

根据p个邻域块的归一化结果与p个位于半径r-1上的亚邻域块的归一化结果计算位于相同角度方向上、不同半径大小的两个滤波值的差分值，基于此获得对于指定像素x_c的基于径向差分的鲁棒扩展局部二值模式

$RELBP\_{\mathrm{RD}}_{r,r-1,p,w_r,w_{r-1}}=\underset{n=0}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}s\left(\mathrm{\φ}\right(X_{r,p,w_r,n})-\mathrm{\φ}(X_{r-1,p,w_{r-1},n}\left)\right)2^n$

其中，

另外，控制模块13包括：

接收单元，用于接收垃圾相对于本体11的位置信息；

运动计算单元，用于根据垃圾相对于本体11的位置信息计算出本体11应当转动的角度与方向；

清洁开关单元，用于根据垃圾相对于本体11的位置信息计算出清洁模块15应当开启或关闭的情况；

输出单元，连接至运动计算单元与清洁开关单元，用于根据本体11应当转动的角度与方向、清洁模块15应当开启或关闭的情况生成控制命令。

并且，运动计算单元用于根据垃圾相对于本体11的位置信息计算出本体11应当转动的角度与方向包括：

在垃圾相对于本体11的方向角大于边界限制时，以最大转动角度向被跟随者所在方向转动；

在垃圾相对于本体11的方向角小于边界限制且大于误差范围时，以标准转动角度向被跟随者所在方向转动；

在垃圾相对于本体11的方向角小于误差范围时，不进行转动。

同时，驱动模块14根据控制命令使本体11运动到垃圾所在的位置，为驱动模块14根据控制命令，首先将本体11旋转到正对垃圾的方向，再向前方运动。

并且，清洁模块15根据控制命令清洁本体11所在位置的地面并吸收垃圾，为清洁模块15根据控制命令，在驱动模块14将本体11旋转到正对垃圾的方向之后开始清洁本体11所在位置的地面，在驱动模块14运动到垃圾所在的位置后持续清洁本体11所在位置的地面并吸收垃圾，达到预先设定的阈值时间后停止清洁。

另外，垃圾存储模块16还电性连接至控制模块13；当垃圾存储模块16存储的垃圾量超过预先设定的阈值百分比时，垃圾存储模块16向控制模块13发出更换信息，控制模块13发出控制命令使驱动模块14向维护地点进行移动，并提示使用者更换垃圾存储模块16。

在本发明的一个实施例中，如图3和图4所示，识别模块12安装于智能扫地机器人的前档部位。识别模块12获取地面环境的特征，捕捉进入识别模块12拍摄范围内的物体特征，与素材库的物体识别特征进行比对。比如家具的特征为比较大，图形线条比较规则，识别模块12会产生一种识别特征；而垃圾一般没有规则线条，而且细碎，识别模块12会产生另一种识别特征。通过大量的数据比较，智能扫地机器人就能分析出，哪些是家具，哪些是垃圾。当智能扫地机器人扫描在地面移动的时候，垃圾识别组件将识别模块12拍摄到外部环境照片进行分析，一旦发现有像素连续性比较差的细碎物体时，垃圾识别组件就将捕捉到垃圾信号发送给控制组件。控制组件收到信号后，发出指令使驱动组件向垃圾所在位置移动，到达垃圾位置时，发出清扫指令。这时，清扫组件开始清洁工作。

在本发明的另一个实施例中，如图5所示，识别模块12为摄像头与单片机的组合，特别地，是两个驱动轮和一个万向平衡轮的组合；控制模块13为单片机；驱动装模块为驱动轮与万向轮的组合；清洁模块15为中扫与边扫的组合，特别地，是两个边扫和一个中扫；垃圾存储模块16为灰尘盒。所有电器件由电池的电能进行驱动。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过使用识别模块识别外界的垃圾并获取垃圾相对于本体的位置并用控制模块根据识别模块的信息生成控制命令控制驱动模块与清洁模块进行工作的技术手段，使得智能垃圾清洁装置能够不依赖固定的寻路路径进行机械移动，能自主扫描、定位并清除垃圾，大大提高了垃圾清洁装置的工作效率。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。