一种房间拓扑地图构建方法、系统、装置及扫地机器人与流程

本发明涉及数据处理的技术领域，特别是涉及一种房间拓扑地图构建方法、系统、装置及扫地机器人。

背景技术：

随着生活质量的提高，扫地机器人被广泛使用。现有技术中，扫地机器人通常通过超声波与碰撞感应自动走遍室内位置，并在房间之间穿行，按照行为规则设定，其运动轨迹可勾勒出房间轮廓及结构等，然后利用勾勒出的房间轮廓及结构记忆绘制房间的地图，以便按照绘制的房间地图进行规划式的打扫。

但是现有的室内地图绘制是超声波和碰撞感应自动侦测障碍物后自行闪避碰撞和转弯移动，然后再结合定位系统根据扫地机器人的清扫路线绘制房间地图，往往由于房间内摆放的家具电器位置复杂或者临时存在的一些障碍物而造成绘制的房间地图不准确。因此，即使针对绘制的房间地图来规划清扫路线，也无法满足以最优化的路线将整个房间清扫干净的需求，大大降低了扫地机器人的工作效率。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种房间拓扑地图构建方法、系统、装置及扫地机器人，能够基于房间的门道特征信息、门道内外房间顶部特征点，利用vslam技术来构建房间的拓扑地图，并基于该拓扑地图实现扫地机器人的路径规划，极大地提升了扫地机器人的工作效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种房间拓扑地图构建方法，包括以下步骤：获取房间的门道特征信息；获取门道内房间顶部特征点；获取门道外房屋顶部特征点；基于所述门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，利用vslam技术识别门道和房间，并构建房间的拓扑地图。

对应地，本发明还提供一种房间拓扑地图构建系统，包括第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块和构建模块；

所述第一获取模块用于获取房间的门道特征信息；

所述第二获取模块用于获取门道内房间顶部特征点；

所述第三获取模块用于获取门道外房屋顶部特征点；

所述构建模块用于基于所述门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，利用vslam技术识别门道和房间，并构建房间的拓扑地图。

另外，本发明还提供一种房间拓扑地图构建装置，包括通信器、处理器和存储器；

所述通信器用于获取房间的门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于基于所述通信器获取房间的门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，执行所述存储器存储的计算机程序，以利用上述的房间拓扑地图构建方法构建房间拓扑地图。

本发明还提供一种扫地机器人，包括扫地机器人本体、上述的房间拓扑地图构建装置和微处理器；

所述微处理器用于根据所述房间拓扑地图构建装置所构建的房间拓扑地图和所述扫地机器人本体的行走路径，生成扫地机器人本体清扫房间的全局规划地图。

于本发明一实施例中，所述微处理器生成全局规划地图时基于以下原则：

单个房间打扫完毕之后才能进入下一个房间打扫。

于本发明一实施例中，所述微处理器还用于控制所述扫地机器人本体实现自动回充和断点清扫。

于本发明一实施例中，所述微处理器生成扫地机器人本体清扫房间的全局规划地图包括以下步骤：

基于所述扫地机器人本体的行驶路径，反复获取并优化路径上的关键帧；

以所优化的关键帧为路标，优化扫地机器人本体清扫的路径；

根据所优化的扫地机器人本体清扫的路径，生成全局规划地图。

于本发明一实施例中，还包括与所述微处理器相连的通信模块，所述通信模块用于接收客户端发送来的房间清扫指令，以供所述微处理器根据所述房间清扫指令控制所述扫地机器人本体执行对应的清扫操作。

于本发明一实施例中，所述房间清扫指令为语音指令或信息指令。

于本发明一实施例中，还包括输入模块，所述房间清扫指令包括特定房间的清扫指令，所述特定房间的清扫指令包括特定房间的标识信息，所述输入模块用于在所述扫地机器人本体首次清扫完成特定房间时，供输入所述特定房间的标识信息。

如上所述，本发明的房间拓扑地图构建方法、系统、装置及扫地机器人，具有以下有益效果：

(1)能够基于房间的门道特征信息、门道内外房间顶部特征点，利用vslam技术来构建房间的拓扑地图，并基于该拓扑地图实现扫地机器人的路径规划；

(2)所构建的房间拓扑地图清楚准确，实时性强；

(3)能够供扫地机器人根据得到的房间拓扑地图来规划最优路线，极大地提升了扫地机器人的工作效率。

附图说明

图1显示为本发明的房间拓扑地图构建方法于一实施例中的流程图；

图2显示为本发明的房间拓扑地图构建系统于一实施例中的结构示意图；

图3显示为本发明的房间拓扑地图构建装置于一实施例中的结构示意图；

图4显示为本发明的扫地机器人于一实施例中的结构示意图；

图5显示为本发明的扫地机器人于另一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

1房间拓扑地图构建系统

11第一获取模块

12第二获取模块

13第三获取模块

14构建模块

3房间拓扑地图构建装置

31通信器

32处理器

33存储器

4扫地机器人

41扫地机器人本体

42房间拓扑地图构建装置

43微处理器

44通信模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的房间拓扑地图构建方法、系统、装置及扫地机器人能够基于房间的门道特征信息、门道内外房间顶部特征点，利用vslam技术来构建房间的拓扑地图，并基于该拓扑地图实现扫地机器人的路径规划，极大地提升了扫地机器人的工作效率，实用性强。

如图1所示，于一实施例中，本发明的房间拓扑地图构建方法包括以下步骤：

步骤s1、获取房间的门道特征信息。

具体地，通过摄像头等图像获取装置来获取房间门道的图像，进而获取门道特征信息。优选地，门道特征信息包括门框的高度、宽度、颜色以及门框位置信息。其中，门框位置信息包括位于房间内和位于房间外，是基于门框周边的图像信息来确定的。例如，当门框靠近客厅时，则判断位于房间外；当门框靠近床时，则判断位于房间内。

步骤s2、获取门道内房间顶部特征点。

具体地，门道内房间顶部特征点是指门道内房间顶部与门框相交线上的若干个点，如门框顶点、门框中点等等。同样，通过摄像头等图像获取装置获取门道内房间顶部信息，进而获取门道内房间顶部特征点。

步骤s3、获取门道外房屋顶部特征点。

具体地，门道外房间顶部特征点是指门道外房间顶部与门框相交线上的若干个点，如门框顶点、门框中点等等。同样，通过摄像头等图像获取装置获取门道外房间顶部信息，进而获取门道外房间顶部特征点。

步骤s4、基于所述门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，利用vslam技术识别门道和房间，并构建房间的拓扑地图。

同步定位与建图(simultaneouslocalizationandmapping，slam)问题可以描述为机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。vslam即为基于视觉的同时定位与建图，其通过摄像头来获取图像，进而进行同步定位与建图，从而具有更高的建模精度。

具体地，根据所获取的门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，利用vslam技术即可识别门道和房间。根据所识别的门道和房间，即可构建房间的拓扑地图。其中，根据所识别的门道和房间，进行拼接组合即可得到房间的拓扑地图。

如图2所示，于一实施例中，本发明的房间拓扑地图构建系统1包括第一获取模块11、第二获取模块12、第三获取模块13和构建模块14。

所述第一获取模块11用于获取房间的门道特征信息。

具体地，通过摄像头等图像获取装置来获取房间门道的图像，进而获取门道特征信息。优选地，门道特征信息包括门框的高度、宽度、颜色以及门框位置信息。其中，门框位置信息包括位于房间内和位于房间外，是基于门框周边的图像信息来确定的。例如，当门框靠近客厅时，则判断位于房间外；当门框靠近床时，则判断位于房间内。

所述第二获取模块12用于获取门道内房间顶部特征点。

具体地，门道内房间顶部特征点是指门道内房间顶部与门框相交线上的若干个点，如门框顶点、门框中点等等。同样，通过摄像头等图像获取装置获取门道内房间顶部信息，进而获取门道内房间顶部特征点。

所述第三获取模块13用于获取门道外房屋顶部特征点。

具体地，门道外房间顶部特征点是指门道外房间顶部与门框相交线上的若干个点，如门框顶点、门框中点等等。同样，通过摄像头等图像获取装置获取门道外房间顶部信息，进而获取门道外房间顶部特征点。

所述构建模块14与所述一获取模块11、所述第二获取模块12和所述第三获取模块13相连，用于基于所述门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，利用vslam技术识别门道和房间，并构建房间的拓扑地图。

同步定位与建图(simultaneouslocalizationandmapping，slam)问题可以描述为机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。vslam即为基于视觉的同时定位与建图，其通过摄像头来获取图像，进而进行同步定位与建图，从而具有更高的建模精度。

具体地，根据所获取的门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，利用vslam技术即可识别门道和房间。根据所识别的门道和房间，即可构建房间的拓扑地图。其中，根据所识别的门道和房间，进行拼接组合即可得到房间的拓扑地图。

如图3所示，于一实施例中，本发明的房间拓扑地图构建装置3包括通信器31、处理器32和存储器33。

所述通信器31用于获取房间的门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点。具体地，通信器31通过有线无线的方式获取门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点。

所述存储器33用于存储计算机程序。优选地，所述存储器包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器32与所述通信器31和所述存储器33相连，用于基于所述通信器获取房间的门道特征信息、门道内房间顶部特征点和门道外房间顶部特征点，执行所述存储器存储的计算机程序，以利用上述的房间拓扑地图构建方法构建房间拓扑地图。

优选地，处理器32可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图4所示，于一实施例中，本发明的扫地机器人4包括扫地机器人本体41、上述的房间拓扑地图构建装置42和微处理器43。

所述微处理器43用于根据所述房间拓扑地图构建装置42所构建的房间拓扑地图和所述扫地机器人本体41的行走路径，生成扫地机器人本体41清扫房间的全局规划地图。

具体地，所述微处理器41根据房间拓扑地图和行走路径，基于预设算法来生成清扫房间的全局规划地图。于本发明一实施例中，所述微处理器43扫地机器人本体清扫房间的全局规划地图包括以下步骤：

1)基于扫地机器人本体的行驶路径，反复获取并优化路径上的关键帧。

其中，关键帧是指包括关键信息的图像帧。

2)以优化的关键帧为路标，优化扫地机器人本体清扫的路径。

具体地，以关键帧为一个个中继点，实现扫地机器人本地清扫路径的优化。其中，路径优化算法采用机器学习算法。

3)根据所优化的扫地机器人本体清扫的路径，生成全局规划地图。

具体地，将优化的清扫路径进行拼接组合，即可生成全局规划地图。

其中，处理器43生成全局规划地图时基于以下原则：单个房间打扫完毕之后才能进入下一个房间打扫，从而保证扫地机器人清扫工作的有效性，避免了在房间之间来回打扫而带来的功率损耗。

于本发明一实施例中，所述微处理器43还用于控制所述扫地机器人本体实现自动回充和断点清扫。具体地，所述微处理器43根据所生成的全局规划地图，能够在扫地机器人电量不足时，自动去充电器处完成充电；并在充电完成之后，自动回复至充电前的位置处继续进行清扫保证，从而保证扫地机器人清扫工作的一致性和有效性。

如图5所示，于本发明另一实施例中，还包括与所述微处理器43相连的通信模块44，所述通信模块44用于接收客户端发送来的房间清扫指令，以供所述微处理器43根据所述房间清扫指令控制所述扫地机器人本体执行对应的清扫操作。优选地，所述房间清扫指令为语音指令或信息指令，通过智能手机等智能终端发出。

于本发明一实施例中，还包括输入模块(图中未示出)，所述房间清扫指令包括特定房间的清扫指令，所述特定房间的清扫指令包括特定房间的标识信息，所述输入模块用于在所述扫地机器人首次清扫完成特定房间时，供输入所述特定房间的标识信息。当需要发出特定房间的清扫指令时，通过输入特定房间的标识信息和具体清扫指令即可控制扫地机器人对特定房间进行特定清扫。

综上所述，本发明的房间拓扑地图构建方法、系统、装置及扫地机器人能够基于房间的门道特征信息、门道内外房间顶部特征点，利用vslam技术来构建房间的拓扑地图，并基于该拓扑地图实现扫地机器人的路径规划；所构建的房间拓扑地图清楚准确，实时性强；能够供扫地机器人根据得到的房间拓扑地图来规划最优路线，极大地提升了扫地机器人的工作效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。