专利名称：一种清扫机器人和清扫机器人的行走控制方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种清扫机器人和清扫机器人的行走 控制方法。
背景技术：
目前，全自动室内清扫机器人在市场上已经广泛推广使用。为了控制成本，多数 清扫机器人依靠红外或超声波探头探测障碍物，识别距离，再结合一些算法程序，以制定在 室内行走控制策略，达到基本覆盖所需清扫的区域。现有技术的方法所带来的最大问题在 于工作效率低，表现为清扫机器人行走看似没有规律，通常室内的每个区域会被重复清扫4 至5次，而经常个别区域1次也没有被清扫。有些清扫机器人，使用诸如高精度GPRS全球卫 星定位技术、激光投影结合CCD数字光电图像传感器技术、高精度电子罗盘等技术，虽然实 现了清扫行程的高效规划，但其造价呈几倍甚至十几倍增长，市场的接受能力也大大降低。总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够提供一种清 扫机器人的行走控制技术，进行高效率的清扫行程规划，且成本较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种清扫机器人的行走控制方法，在保证适当 成本的前提下，实现高效率的清扫任务。为了解决上述问题，本发明公开了一种清扫机器人，包括车轮、车轮驱动电机、清 扫部件、两个激光发射器、六个光电转换接收头和控制模块；所述清扫部件设置在机身运动方向前端；与运动方向垂直的机身两侧分别对称的安装一个激光发射器以及三个光电转换 接收头；所述激光发射器为LED点状激光发射器，激光发射方向与运动方向垂直；在机身一 侧上，其中两个光电转换接收头用于检测漫反射激光，安装在机身上LED点状激光发射器 出瞳位置的两侧；另一个光电转换接收头用于标定行走方向，安装在激光发射器出瞳位置 的正上方与激光发射方向平行的狭缝后端，当机身运动方向与平面反光镜平行时，接收到 入射到平面反光镜的反射激光；所述控制模块，用于对清扫机器人的行走进行控制。此外本发明还公开了一种清扫机器人的行走控制方法，所述清扫机器人为如权利 要求1所述的清扫机器人；所述方法包括在清扫室内的墙面上安装一平面反光镜，安装高度保证激光入射到镜面上；其中， 所述平面反光镜中央设有一条竖向的不反光面；不反光面处的法线方向为χ轴正方向，与 平面反光镜平行的水平方向为Y轴方向，竖向不反光面的中心点为X、Y平面的原点；依据光电转换接收头接收的激光发射器入射到平面反光镜的反射激光的变化，标 定清扫机器人的行走方向和原点的位置；所述行走方向包括χ方向和Y方向；通过清扫机器人的控制模块计算清扫机器人在X、Y方向的行走距离，在室内地坪对清扫机器人进行定位；清扫机器人在X、Y平面内进行正交行走清扫，依据行走过程中的定位，记录已完 成清扫覆盖的区域，并识别未清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖。优选的，所述标定清扫机器人的行走方向，包括Al，清扫机器人由任意位置进入室内开始行走；A2，当用于检测漫反射的光电转换接收头接收到反射激光时，判断激光发射器发 射的激光入射到平面反光镜上，则控制清扫机器人停止前进；A3，清扫机器人在原地以小角度旋转机身；A4，当用于标定行走方向的光电转换接收头通过机身上的狭缝接收到反射激光 时，判断激光垂直入射到平面反光镜，确定当前行走的方向为Y方向，与Y方向垂直的方向 为X方向。进一步，平面反光镜面上的入射激光与入射点法线的夹角为进入角，镜面边缘两 侧的法线与镜面围成的区域为角度判断区；如果激光发射器出瞳位置尚未进入角度判断 区，则该进入角为负；如果激光发射器出瞳位置进入角度判断区，则称该进入角为正；如果进入角为正，则所述步骤A3为清扫机器人直接在原地以小角度旋转机身，直到狭缝内的光电转换接收头接收到 镜面反射激光而被触发；如果进入角为负，则所述步骤A3为清扫机器人在原地以小角度旋转机身，当用于检测漫反射激光的光电转换接收头 丢失信号时，控制清扫机器人反向旋转一角度；再次行走至检测漫反射激光的光电转换接收头接收到反射激光，当前的进入角为 正；清扫机器人在原地以小角度旋转机身，直到狭缝内的光电转换接收头接收到镜面 反射激光而被触发。优选的，所述标定原点的位置包括Bi，确定当前行走的方向为Y方向之后，清扫机器人再次沿该方向前进；B2,当机身一侧三个光电转换接收头接收的反射激光均丢失时，将清扫机器人在Y 轴上的位置清零；B3，清扫机器人向平面反光镜方向作90度转向，之后前进直至行走至墙面端头， 确定该点为X、Y平面的原点。优选的，所述在室内地坪对清扫机器人进行定位，包括Cl，清扫机器人沿着与X方向或Y方向的方向前进或后退，依据清扫机器人驱动车 轮的步进电机或伺服电机的转动步数，计算在X轴和Y轴方向上的行走距离；C2，依据X轴和Y轴方向上的行走距离，确定清扫机器人在X、Y平面上的坐标，对 清扫机器人进行定位。优选的，所述清扫机器人在X、Y平面内进行正交行走清扫，包括D1，从原点开始沿X轴正向前进预置距离后，向左/右做90度转向；所述预置距离 为清扫面的宽度；D2，进行行走方向的标定和Y轴的位置清零；
D3，以当前X轴上位置为出发点，沿Y方向前进进行清扫，直至遇到障碍物停止；D4，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回至X轴上的出发点；D5，向右/左做90度转向，并返回步骤Dl ；D6，依次循环执行步骤Dl D5，直至到达X轴的正向边界完成X轴一侧区域的清 扫，退回至X轴上的正向边界点；D7，向左/右旋转90度，沿X轴负向前进，直至到达原点；D8，依次循环执行步骤Dl D5，直至到达X轴的正向边界完成X轴另一侧区域的 清扫；其中，角度转向与上一侧区域的清扫相反。优选的，所述依据行走过程中的定位，记录已完成清扫覆盖的区域，包括清扫机器人每次沿Y方向清扫完成退回至X轴时，记录当次清扫工作完成的清扫 区域；其中，所述清扫区域为与清扫机器人清扫面宽度等宽的，垂直于X轴的长条形区 域；所述清扫区域的记录包括在X轴正方向的位置和在Y轴正方向或负向上前进停止的位置。优选的，所述清扫机器人机身上的两侧设置有红外或超声波探头；则所述识别未 清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖，包括E1，沿Y方向清扫完退回至X轴过程中，当红外或超声波探头探测到上一清扫区域 方向有可进入空间、且该空间区域无清扫记录时，清扫机器人停止前进，该停止点作为覆盖 停止点；E2，在当前覆盖停止点处原地向上一清扫区域方向做90度转向；E3，前进行走，直至到达障碍物或某一清扫记录的区域边界而停止；E4，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回到覆盖停止点；E5，反方向转90度后，后退清扫面宽度的距离；循环执行El E5步骤，直至探头探测到上一清扫区域方向无可进入空间，完成对 未清扫区域覆盖。优选的，所述识别未清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖，还包括F1，对室内地坪完成一次正交行走清扫，在下一次清扫过程中沿Y方向行走时，调 用上一次正交行走清扫中的与当前清扫区域对应的下一清扫区域的记录；F2，沿Y方向清扫完退回至X轴过程中，当红外或超声波探头探测到所述下一清扫 区域方向有可进入空间，且上一次正交行走清扫中无对应清扫记录时，清扫机器人停止前 进，该停止点作为覆盖停止点；F3，在当前覆盖停止点处原地向下一清扫区域方向做90度转向；F4，前行走进，直至到达障碍物或上一次正交行走中某一记录的清扫区域边界而
停止；F5，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回到覆盖停止点；F6，反方向转90度后，后退清扫面宽度的距离；循环执行Fl F5步骤，直至探头探测到下一清扫区域方向无可进入空间，完成对 未清扫区域覆盖。与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明提出的清扫机器人行走控制方法，使用低价的LED激光发射器、光电转换 接收头、平面反光镜，与有自主控制能力，由步进/伺服电机驱动车轮行走的现有清扫机器 人结合，解决了清扫机器人行走时的方向控制和定位参考的难题。通过执行正交行走工作 过程，清扫机器人可对室内绝大部分区域进行覆盖。通过高效的路径规划控制，显著提高了 单位时间清扫机器人的工作效率，避免了重复清扫的区域和遗漏的区域。进一步，所述清扫机器人机身上的两侧设置有红外或超声波探头，用于发现可进 入空间，通过在该空间内的行走，可实现室内障碍物遮挡空间后的区域清扫。
图1是本发明一种清扫机器人实施例的结构示意图；图2是是本发明一种清扫机器人的行走控制方法实施例的流程图；图3是本发明实施例所述的一种平面反光镜的正视图；图4是本发明实施例所述的一种平面反光镜的俯视图；图5是进入角的原理示意图；图6是标定清扫机器人的行走方向的原理图；图7是清扫机器人在Y轴上的位置清零过程的示意图；图8是清扫机器人在室内定位的示意图；图9是清扫机器人进行正交行走清扫的示意图；图10是按照本发明实施例所述的行走控制方法可覆盖的室内区域图；图11是本发明实施例中清扫机器人进行正交行走清扫所记录的清扫区域图；图12是本发明实施例中清扫机器人在正交行走中对遮挡区域完成的清扫区域 图；图13是本发明实施例中清扫机器人完成室内地坪的全面清扫覆盖的区域图；图中1、平面反光镜的反光镜面部分；2、平面反光镜的不反光面；3、不反光面的 垂直法线方向；4、与平面反光镜平行的水平方向；5、LED点状激光发射器；6、光电转换接 收头；7、车轮；8、步进电机/伺服电机；9、电动毛刷辊子；10、清扫机器人；11、狭缝；12、入 射激光；13、反射激光；14、进入角；15、清扫机器人前进方向；16、入射激光向前进方向的偏 转；17、正交行走清扫工作过程完成的清扫区域；18、针对未清扫的遮挡区域完成的清扫区 域。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。清扫机器人要实现高效有序的室内清扫，关键在于机器人在室内定位时需要参照 物，行走时需要高精度的方向指导，还有对已完成和未完成清扫区域的识别。为了在市场较 易接受的成本区间内解决行走控制问题，本发明提出一种清扫机器人行走控制方法，采用 相对价廉的传感系统和更有效的算法程序，使清扫机器人能够在室内有高精度方向指引， 精确的定位，能对工作区域识别记录。从而高效完成室内清扫工作。参见图1，示出了本发明一种清扫机器人实施例的结构示意图；其中，图1(a)为清扫机器人的整体结构图；图1(b)为清扫机器人的一侧的放大结构示意图。所述机器人包 括车轮、车轮驱动电机、清扫部件、两个激光发射器、六个光电转换接收头和控制模块。所述清扫部件设置在机身运动方向前端，本实施例中所述清扫部件为电动毛刷棍 子9 ；与运动方向垂直的机身两侧分别对称的安装一个激光发射器5以及三个光电转 换接收头6 ；所述激光发射器为LED点状激光发射器，激光发射方向与运动方向垂直；在机 身一侧上，其中两个光电转换接收头用于检测漫反射激光，安装在机身上激光发射器出瞳 位置的两侧；另一个光电转换接收头用于标定行走方向(以下简称定向)，安装在激光发射 器出瞳位置的正上方与激光发射方向平行的狭缝后端，当机身运动方向与平面反光镜平行 时，接收到入射到平面反光镜的反射激光；所述控制模块，用于对清扫机器人的行走进行控制。具体的，所述清扫机器人10的车轮7由驱动清扫机器人车轮的步进电机或伺服电 机8驱动，车轮7既可以使清扫机器人10沿直线前进或后退，也可以使清扫机器人在原地 以两轮距中心为圆心旋转。清扫机器人上安装的同机身宽度的电动毛刷辊子9用于在清扫 机器人前进时，通过高速旋转清扫地面。进一步，所述激光发射器为点光束LED激光发射器；所述光电转换接收头与激光 发射器的发射光同波长。所述用于检测漫反射激光的接收头安装在车体表面，与激光发射 器出瞳位置保持一定间距即可。用于定向的接收头在清扫机器人机身上激光发射器出瞳位 置正上方的狭缝后，接收头透镜正中正对狭缝中央。具体实施时，可以开设一宽3毫米，深 度为3厘米狭缝。需要说明的是，安装激光发射器时要对出瞳激光，即经过发射器透镜聚焦后向外 投射的激光，与清扫机器人机身上开出的狭缝11，进行平行度的校准。假定清扫机器人机身 上开出的狭缝11的走向，与机身的垂直度在加工上是有保证的。则狭缝与出瞳激光平行度 的校准的方法是，首先选取一地面平整度误差在千分之一以内，长度10米的室内环境，即 铺装地面后平整度达标的住宅即可。在10米长度一端设置一面垂直地面的平面反光镜，另 一端在地面弹线与平面反光镜面平行。将光电转换接收头6的透镜中央对准清扫机器人机 身上开出的狭缝11中央安装，此接收头用于定向，清扫机器人10放置在地面弹线位置，其 前进方向与地面弹线平行。可上下左右微调LED点状激光发射器5的出瞳方向，直至用于 定向的接收头被平面反光镜反射的激光触发，此时出瞳激光与狭缝的平行度校准完成。用 于检测漫反射激光的接收头，安装在LED点状激光发射器5出瞳位置两侧的机身表面，与出 瞳位置的间隔距离，以投射激光与镜面法线夹角在2度以内，漫反射激光可触发任意一侧 的接收头为准来设置。参照图2，示出了本发明一种清扫机器人的行走控制方法实施例的流程图，所述方 法包括步骤201，在清扫室内的墙面上安装一平面反光镜，安装高度保证激光入射到镜面 上；其中，所述平面反光镜中央设有一条竖向的不反光面，不反光面处的法线方向为X轴正 方向，与平面反光镜平行的水平方向为Y轴方向，竖向不反光面的中心点为X、Y平面的原占.
^ \\\ 如图3所示，为本发明实施例所述的一种平面反光镜的正视图。在该实施例中，平
9面反光镜的反光镜面部分1，宽度为10厘米，高度为7厘米。将裁减成3毫米宽，7厘米高 的不反光材料粘贴在镜面正中央，形成平面反光镜的不反光面2。如图4所示，为本发明实施例所述的一种平面反光镜的俯视图。不反光镜面的垂 直法线方向3，即室内地坪虚拟2维平面的X轴正方向，与平面反光镜面平行的水平方向4， 即室内地坪虚拟2维平面的Y轴方向。具体的，将室内地坪虚拟为2维平面，在室内长度或宽度方向上，选取室内端头墙 面，与清扫机器人高度相仿一点作为虚拟2维平面的X轴和Y轴的原点，在该点垂直地面安 装一面向室内的平面反光镜，可以使平面反光镜安装高度中心与清扫机器人上所安装激光 发射器出瞳(激光发射器透镜)位置等高。确定X轴的方向和位置时，应注意在自零点开 始至另一端墙面之间，沿轴线都需要有足够清扫机器人进行180度旋转的空间。步骤202，依据光电转换接收头接收的激光发射器入射到平面反光镜的反射激光 的变化，标定清扫机器人的行走方向和原点的位置；所述行走方向包括x方向和Y方向；本步骤对清扫机器人行走的方向和原点进行确定，该方法是一种利用激光准直度 和镜面反射给定方向的方法。具体的，所述标定清扫机器人的行走方向包括如下子步骤Al，清扫机器人由任意位置进入室内开始行走；一般的，可以设置清扫机器人的初始方向行走，使其沿着与X轴垂直的方向，即Y 方向，以任意位置进入室内。A2，当用于检测漫反射的光电转换接收头接收到反射激光时，判断激光发射器发 射的激光入射到平面反光镜上，则控制清扫机器人停止前进；当清扫机器人接近X轴位置时，所安装的激光发射器发射激光，待激光照射至平 面反光镜时，镜面产生少量漫反射激光，则安装在清扫机器人上与该激光发射器同侧的，用 于检测漫反射激光的光电转换接收头将检测到反射激光并输出信号至清扫机器人内部的 控制系统，则控制清扫机器人停止行走。A3，清扫机器人在原地以小角度旋转机身；A4，当用于标定行走方向的光电转换接收头通过机身上的狭缝接收到反射激光 时，判断激光垂直入射到平面反光镜，确定当前行走的方向为Y方向，与Y方向垂直的方向 为X方向。平面反光镜面上的入射激光与入射点法线的夹角为进入角，镜面边缘两侧的法线 与镜面围成的区域为角度判断区。清扫机器人从角度判断区之外向角度判断区行走，如果 激光发射器出瞳位置尚未进入角度判断区，激光入射到反光镜上，则该进入角为负；如果激 光发射器出瞳位置进入角度判断区，激光入射到反光镜上，则称该进入角为正。清扫机器人由其他位置进入需要清扫的室内，或者在正交行走工作过程中，都会 由于地面平整度误差、两个或多个驱动车轮外径误差、各轮摩擦力不同等因素，导致无法非 常准确地保持方向，造成行走过程中前进方向的偏转。通常这一偏差不超过1 %，约0. 57 度，即每行走1米，方向偏差1厘米，但持续行走会累积偏差。如图5所示，为进入角的原理示意图；其中，图5(a)为整体原理示意图；图5(b)为 局部放大原理示意图。当清扫机器人接近室内二维虚拟平面的X轴，即平面反光镜面垂直 法线方向3位置时，入射激光12投射到平面反光镜的反光镜面部分1的边缘，反射激光13 触发安装在清扫机器人机身上用于检测漫反射激光的光电转换接收头6。此时，清扫机器人10停止，入射激光12与平面反光镜面垂直法线方向3形成的夹角称为进入角14。随后清扫机器人进入校正方向程序，目标是使激光发射器出瞳方向与平面反光镜 法线方向平行，此时足够强镜面反射激光线进入机身上的狭缝，从而触发用于定向的光电 接收头。如果进入角为正，则所述步骤A3为清扫机器人直接在原地以小角度旋转机身， 直到狭缝内的光电转换接收头接收到镜面反射激光而被触发。也就是说在进入角为正的情况下，当机身旋转至入射激光垂直入射镜面时，足够 强的反射激光将进入机身上的狭缝并触发光电转换接收头，此时清扫机器人停止旋转，行 走的方向确定，清扫机器人行走方向与虚拟X轴方向垂直。此后清扫机器人在室内只会按 照此方向和与之垂直的方向，即沿着与虚拟X、Y轴平行或重合的方向前进或后退。如果进入角为负，则所述步骤A3为清扫机器人在原地以小角度旋转机身，当用 于检测漫反射激光的光电转换接收头丢失信号时，控制清扫机器人反向旋转一角度；再次 行走至检测漫反射激光的光电转换接收头接收到反射激光，当前的进入角为正；清扫机器 人在原地以小角度旋转机身，直到狭缝内的光电转换接收头接收到镜面反射激光而被触 发。也就是说在进入角为负的情况下，当机身旋转至激光入射镜面中的3毫米宽不反 光面时，用于检测漫反射激光的光电转换接收头丢失信号，清扫机器人控制系统判定出进 入角为负，则控制清扫机器人反向旋转一小角度以调整进入角至正。再次行走至检测漫反 射激光的光电转换接收头接收到反射激光，按照入射角为正的方法进行方向校正。如图6所示，为标定清扫机器人的行走方向的原理图。该图以进入角为正进行说 明。清扫机器人10原地缓慢转动机身，使入射激光12在平面反光镜面上的入射点继续沿 机身前进方向15移动，入射激光向前进方向进行偏转，直至入射激光12垂直入射镜面时， 足够强的反射激光13将进入清扫机器人机身上开出的狭缝11并触发光电转换接收头6，此 时清扫机器人10停止旋转，行走的方向确定。进一步，所述标定原点的位置包括如下子步骤Bi，确定当前行走的方向为Y方向之后，控制清扫机器人再次沿该方向前进；此时，用于定向的和用于检测漫反射的光电转换接收头均能接受到反射激光。B2，当机身一侧的三个光电转换接收头接收的反射激光丢失时，将清扫机器人在Y 轴上的位置清零；如图7所示，为清扫机器人在Y轴上的位置清零过程的示意图。当清扫机器人10 行走方向确定后，继续前进，直至入射激光12平移至平面反光镜中央不反光面2。此时用于 检测漫反射激光和定向的光电转换接收头6会同时丢失信号，清扫机器人10停车，在此位 置LED点状激光发射器5出瞳位置与虚拟X轴重合，该过程称为Y轴方向距离清零程序。B3，清扫机器人向平面反光镜方向作90度转向，之后前进直至行走至墙面端头， 确定该点为为X、Y平面的原点。转向完成后前进直至行走至墙面端头，即为平面反光镜处的原点位置，此时清扫 机器人控制系统中关于行走距离的相关记录置零。步骤203，通过清扫机器人的控制模块计算清扫机器人在X、Y方向的行走距离，在 室内地坪对清扫机器人进行定位；
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清扫机器人在室内定位的方法是在行走方向和原点给定完成的基础上，通过计算 清扫机器人在虚拟X、Y轴方向上行走距离来定位的方法。清扫机器人由步进或伺服电机驱 动车轮行走，由于步进或伺服电机转动使用单片机给定驱动步数以旋转相应的角度，因此 可根据步进或伺服电机转动步数计算行走距离。具体的，所述在室内地坪对清扫机器人进 行定位具体包括如下子步骤Cl,清扫机器人沿着与X方向或Y方向的方向前进或后退，依据清扫机器人驱动车 轮的步进电机或伺服电机的转动步数，计算在X轴和Y轴方向上的行走距离；C2，依据X轴和Y轴方向上的行走距离，确定清扫机器人在X、Y平面上的坐标，对 清扫机器人进行定位。也就是说，行走方向标定后，清扫机器人在室内只会沿着与虚拟X、Y轴平行或重 合的方向前进或后退。而转向都是在原地利用差速原理进行90度转向。通过计算在X轴 和在Y轴方向上行走的距离，可确定清扫机器人在虚拟2维平面上的坐标，从而实现清扫机 器人在室内的定位。参见图8，为清扫机器人在室内定位的示意图。如图所示，在一典型的室内环境中， 选取一侧端头墙面安装平面反光镜，平面反光镜面垂直法线方向3为室内地坪虚拟二维平 面X轴方向，与反光镜面平行方向4，为室内地坪虚拟2维平面的Y轴方向。清扫机器人10 在室内只会沿着与虚拟Χ、Υ轴平行或重合的方向前进或后退。而转向都是在原地利用差速 原理进行90度转向。如图所示，通过计算在X轴和在Y轴方向上行走的距离，可确定清扫 机器人在虚拟2维平面上的坐标，从而实现清扫机器人在室内的定位。步骤204，清扫机器人在X、Y平面内进行正交行走清扫，依据行走过程中的定位， 记录已完成清扫覆盖的区域，并识别未清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖。其中，所述清扫机器人在X、Y平面内进行正交行走清扫，具体包括如下子步骤D1，沿X轴正向前进预置距离后，向左/右做90度转向；所述预置距离为清扫面的 宽度；根据清扫机器人清扫面宽度来设定每次前进的距离，可以保证清扫区域的连续 性。D2，进行行走方向的标定和Y轴的位置清零；D3，以当前X轴上位置为出发点，沿Y方向前进进行清扫，直至遇到障碍物停止；D4，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回至X轴上的出发点；D5，向右/左做90度转向，并返回步骤Dl ；D6，依次循环执行步骤Dl D5，直至到达X轴的正向边界完成X轴一侧区域的清 扫，退回至X轴上的正向边界点；D7，向左/右旋转90度，沿X轴负向前进，直至到达原点；此时清扫机器人控制系统中关于行走距离的相关记录置零。D8，依次循环执行步骤Dl D5，直至到达X轴的正向边界完成X轴另一侧区域的 清扫；其中，角度转向与上一侧区域的清扫相反。需要说明的是，清扫机器人完成X轴一侧区域的清扫后，也可以不退回至原点，而 是从X轴的正向边界点向原点的方向进行行走清扫，则此时，执行完步骤D6后，向左/右旋 转180度，再进行Y方向的行走清扫，此处不再赘述。
进一步，清扫机器人在室内行走的完全覆盖控制方法是在行走的方向确定，并且 获得有效定位的基础上，在正交行走工作过程中，利用对已完成清扫工作的区域的记录，识 别未完成清扫工作区域，从而达到清扫室内完全覆盖的方法。具体的，所述依据行走过程中的定位，记录已完成清扫覆盖的区域，包括清扫机器人每次沿Y方向清扫完成退回至X轴时，记录当次清扫工作完成的清扫 区域；其中，所述清扫区域为与清扫机器人清扫面宽度等宽的，垂直于X轴的长条形区域; 所述清扫区域的记录包括在X轴正方向的位置和在Y轴正方向或负向上前进停止的位置。也就是说，对已完成清扫工作的区域的记录，是指在清扫机器人行走工作的基本 程序中，清扫机器人每次沿与Y轴平行方向行走工作完成后返回X轴时，清扫机器人内部的 控制系统记录当次清扫工作完成的区域。如图9所示，为清扫机器人进行正交行走清扫的示意图。图中阴影部分表现的是 清扫机器人控制系统能够每次记录下的已完成清扫工作的区域，即与清扫机器人清扫面宽 度等同，垂直于虚拟X轴的长条形区域。需要说明的是，通常室内地坪是不规则的区域，通过步骤Dl D8进行室内清扫， 可能会使得有些区域因为障碍物的遮挡(在障碍物之后)，而不能使清扫机器人进入。则在 本发明的一个实施例中，所述清扫机器人机身上的两侧设置有红外或超声波探头；则所述 识别未清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖，包括E1，沿Y方向清扫完退回至X轴过程中，当红外或超声波探头探测到上一清扫区域 方向有可进入空间、且该空间区域无清扫记录时，清扫机器人停止前进，该停止点作为覆盖 停止点；E2，在当前覆盖停止点处原地向上一清扫区域方向做90度转向；E3，前进行走，直至到达障碍物或某一清扫记录的区域边界而停止；E4，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回到覆盖停止点；E5，反方向转90度后，后退清扫面宽度的距离；循环执行El E5步骤，直至探头探测到上一清扫区域方向无可进入空间，完成对 未清扫区域覆盖。可以理解的是，清扫机器人对于未清扫区域(被障碍物遮挡的区域)覆盖工作完 成时，最后一次在退回覆盖停止点，向上一清扫区域反相一侧完成90度转向，变为在Y轴方 向上的后退状态后，则返回到清扫机器人正交行走清扫工作的基本程序中。上述子步骤完成了位于障碍物之后的，已清扫区域一侧的遮挡区域的清扫，有些 情况下，遮挡区域位于未清扫区域一侧，则在本发明的另一个优选实施例中，被所述识别未 清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖，还包括F1，对室内地坪完成一次正交行走清扫，在下一次清扫过程中沿Y方向行走时，调 用上一次正交行走清扫中的与当前清扫区域对应的下一清扫区域的记录；F2，沿Y方向清扫完退回至X轴过程中，当红外或超声波探头探测到所述下一清扫 区域方向有可进入空间，且上一次正交行走清扫中无对应清扫记录时，清扫机器人停止前 进，该停止点作为覆盖停止点；F3，在当前覆盖停止点处原地向下一清扫区域方向做90度转向；F4，前行走进，直至到达障碍物或上一次正交行走中某一清扫记录的区域边界而
13停止；F5，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回到覆盖停止点；F6，反方向转90度后，后退清扫面宽度的距离；循环执行Fl F5步骤，直至探头探测到下一清扫区域方向无可进入空间，完成对 未清扫区域覆盖。如图10所示，为按照本发明实施例所述的行走控制方法可覆盖的室内区域图。其 图中空白部分为清扫机器人控制系统记录的正交行走工作过程完成清扫区域17，而阴影部 分为针对未清扫的遮挡区域完成的清扫区域18。图11是本发明实施例中清扫机器人进行正交行走清扫所记录的清扫区域图。也 即剔除家具后，清扫机器人控制系统记录的正交行走清扫工作过程完成的清扫区域17所 围合形成的区域，该区域实际由图9中所示的连续的、垂直于虚拟X轴的长条形区域构成。图12是本发明实施例中清扫机器人在正交行走中对遮挡区域完成的清扫区域 图；剔除家具后，针对未清扫的遮挡区域完成的清扫区域18，由不连续的平行于虚拟X轴的 长条形区域构成。图13是本发明实施例中清扫机器人完成对室内地坪的全面清扫覆盖的区域图。 也即，图13是图11和图12所示区域的合成图。以上对本发明所提供的一种清扫机器人和清扫机器人的行走控制方法，进行了详 细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据 本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。
权利要求
一种清扫机器人，其特征在于，包括车轮、车轮驱动电机、清扫部件、两个激光发射器、六个光电转换接收头和控制模块；所述清扫部件设置在机身运动方向前端；与运动方向垂直的机身两侧分别对称的安装一个激光发射器以及三个光电转换接收头；所述激光发射器为LED点状激光发射器，激光发射方向与运动方向垂直；在机身一侧上，其中两个光电转换接收头用于检测漫反射激光，安装在机身上LED点状激光发射器出瞳位置的两侧；另一个光电转换接收头用于标定行走方向，安装在激光发射器出瞳位置的正上方与激光发射方向平行的狭缝后端，当机身运动方向与平面反光镜平行时，接收到入射到平面反光镜的反射激光；所述控制模块，用于对清扫机器人的行走进行控制。
2.一种清扫机器人的行走控制方法，其特征在于，所述清扫机器人为如权利要求1所 述的清扫机器人；所述方法包括在清扫室内的墙面上安装一平面反光镜，安装高度保证激光入射到镜面上；其中，所述 平面反光镜中央设有一条竖向的不反光面；不反光面处的法线方向为X轴正方向，与平面 反光镜平行的水平方向为Y轴方向，竖向不反光面的中心点为X、Y平面的原点；依据光电转换接收头接收的激光发射器入射到平面反光镜的反射激光的变化，标定清 扫机器人的行走方向和原点的位置；所述行走方向包括Χ方向和Y方向；通过清扫机器人的控制模块计算清扫机器人在X、Y方向的行走距离，在室内地坪对清 扫机器人进行定位；清扫机器人在X、Y平面内进行正交行走清扫，依据行走过程中的定位，记录已完成清 扫覆盖的区域，并识别未清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标定清扫机器人的行走方向，包括 Al，清扫机器人由任意位置进入室内开始行走；Α2，当用于检测漫反射的光电转换接收头接收到反射激光时，判断激光发射器发射的 激光入射到平面反光镜上，则控制清扫机器人停止前进； A3，清扫机器人在原地以小角度旋转机身；Α4，当用于标定行走方向的光电转换接收头通过机身上的狭缝接收到反射激光时，判 断激光垂直入射到平面反光镜，确定当前行走的方向为Y方向，与Y方向垂直的方向为X方 向。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，平面反光镜面上的入射激光与入射点法线的夹角为进入角，镜面边缘两侧的法线与镜 面围成的区域为角度判断区；如果激光发射器出瞳位置尚未进入角度判断区，则该进入角 为负；如果激光发射器出瞳位置进入角度判断区，则称该进入角为正； 如果进入角为正，则所述步骤A3为清扫机器人直接在原地以小角度旋转机身，直到狭缝内的光电转换接收头接收到镜面 反射激光而被触发；如果进入角为负，则所述步骤A3为清扫机器人在原地以小角度旋转机身，当用于检测漫反射激光的光电转换接收头丢失 信号时，控制清扫机器人反向旋转一角度；再次行走至检测漫反射激光的光电转换接收头接收到反射激光，当前的进入角为正； 清扫机器人在原地以小角度旋转机身，直到狭缝内的光电转换接收头接收到镜面反射 激光而被触发。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定原点的位置包括 Bi，确定当前行走的方向为Y方向之后，清扫机器人再次沿该方向前进；B2，当机身一侧三个光电转换接收头接收的反射激光均丢失时，将清扫机器人在Y轴 上的位置清零；B3，清扫机器人向平面反光镜方向作90度转向，之后前进直至行走至墙面端头，确定 该点为X、Y平面的原点。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在室内地坪对清扫机器人进行定位，包括Cl，清扫机器人沿着与X方向或Y方向的方向前进或后退，依据清扫机器人驱动车轮的 步进电机或伺服电机的转动步数，计算在X轴和Y轴方向上的行走距离；C2，依据X轴和Y轴方向上的行走距离，确定清扫机器人在X、Y平面上的坐标，对清扫 机器人进行定位。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述清扫机器人在X、Y平面内进行正交行 走清扫，包括Dl,从原点开始沿X轴正向前进预置距离后，向左/右做90度转向；所述预置距离为清 扫面的宽度；D2，进行行走方向的标定和Y轴的位置清零；D3，以当前X轴上位置为出发点，沿Y方向前进进行清扫，直至遇到障碍物停止； D4，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回至X轴上的出发点； D5，向右/左做90度转向，并返回步骤Dl ；D6，依次循环执行步骤Dl D5，直至到达X轴的正向边界完成X轴一侧区域的清扫，退 回至X轴上的正向边界点；D7，向左/右旋转90度，沿X轴负向前进，直至到达原点；D8，依次循环执行步骤Dl D5，直至到达X轴的正向边界完成X轴另一侧区域的清扫； 其中，角度转向与上一侧区域的清扫相反。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据行走过程中的定位，记录已完成清 扫覆盖的区域，包括清扫机器人每次沿Y方向清扫完成退回至X轴时，记录当次清扫工作完成的清扫区域；其中，所述清扫区域为与清扫机器人清扫面宽度等宽的，垂直于X轴的长条形区域；所 述清扫区域的记录包括在X轴正方向的位置和在Y轴正方向或负向上前进停止的位置。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述清扫机器人机身上的两侧设置有红外或超声波探头；则所述识别未清扫的区域， 完成对室内地坪的全面清扫覆盖，包括E1，沿Y方向清扫完退回至X轴过程中，当红外或超声波探头探测到上一清扫区域方向 有可进入空间、且该空间区域无清扫记录时，清扫机器人停止前进，该停止点作为覆盖停止E2，在当前覆盖停止点处原地向上一清扫区域方向做90度转向； E3，前进行走，直至到达障碍物或某一清扫记录的区域边界而停止； E4，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回到覆盖停止点； E5，反方向转90度后，后退清扫面宽度的距离；循环执行El E5步骤，直至探头探测到上一清扫区域方向无可进入空间，完成对未清 扫区域覆盖。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述识别未清扫的区域，完成对室内地坪 的全面清扫覆盖，还包括F1，对室内地坪完成一次正交行走清扫，在下一次清扫过程中沿Y方向行走时，调用上 一次正交行走清扫中的与当前清扫区域对应的下一清扫区域的记录；F2，沿Y方向清扫完退回至X轴过程中，当红外或超声波探头探测到所述下一清扫区域 方向有可进入空间，且上一次正交行走清扫中无对应清扫记录时，清扫机器人停止前进，该 停止点作为覆盖停止点；F3，在当前覆盖停止点处原地向下一清扫区域方向做90度转向；F4，前行走进，直至到达障碍物或上一次正交行走中某一记录的清扫区域边界而停止；F5，根据所记录的该次前进的距离沿原路径退回到覆盖停止点； F6，反方向转90度后，后退清扫面宽度的距离；循环执行Fl F5步骤，直至探头探测到下一清扫区域方向无可进入空间，完成对未清 扫区域覆盖。
全文摘要
本发明提供了一种清扫机器人和清扫机器人的行走控制方法；所述方法包括在清扫室内的墙面上安装一平面反光镜；平面反光镜中央设有一条竖向的不反光面；不反光面处的法线方向为X轴正方向，与平面反光镜平行的水平方向为Y轴方向，竖向不反光面的中心点为X、Y平面的原点；依据光电转换接收头接收的激光发射器入射到平面反光镜的反射激光的变化，标定清扫机器人的行走方向和原点的位置；通过清扫机器人的控制模块计算清扫机器人在X、Y方向的行走距离，在室内地坪对清扫机器人进行定位；依据行走过程中的定位，记录已完成清扫覆盖的区域，并识别未清扫的区域，完成对室内地坪的全面清扫覆盖。本发明可实现高效率的清扫任务，且成本较低。
文档编号G05D1/00GK101916110SQ201010251088
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者方正 申请人:方正