CN104765369A - 一种清扫装置以及使用该清扫装置的清扫方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种清扫装置，包括：传感器模块，传感器模块包括起点/终点检测传感器、障碍物检测传感器和角度传感器，起点/终点检测传感器用于检测清扫行迹的起点和终点位置，障碍物检测传感器用于检测障碍物的位置，角度传感器用于记录清扫装置旋转的角度；控制模块，控制模块包括控制芯片和接口电路，并且控制模块接收由起点/终点检测传感器发送的起点、终点位置信息、由障碍物检测传感器发送的障碍物位置信息和由角度传感器发送的角度信息；以及执行模块，执行模块包括驱动电机，其中，控制模块根据起点和终点位置信息、障碍物位置信息和角度信息确定清扫装置的清扫路径。

Description

一种清扫装置以及使用该清扫装置的清扫方法

技术领域

本发明涉及自动化装置技术领域，具体地，涉及一种清扫装置以及清扫方法。

背景技术

近年来，随着我国家禽养殖业的迅速发展、家禽养殖技术水平的逐年提高。然而，由于家禽养殖场工作环境特殊，随之产生了一系列诸如清扫强度大、劳动强度高等问题。为了解放劳动力、实现养殖产业的自动化、促进养殖业的发展，清扫装置逐渐进入人们的视野。清扫装置属于服务装置的一种。服务装置是为人类服务的特种装置指的是自助或半自助的、从事非生产活动的、能完成有益于人类健康的服务工作的装置。随着科学技术的发展，各行各业都有产业自动化的发展趋势，在这样的发展趋势下，发展人工智能装置将给人们带来很大的便利，具有很好的发展潜力。

对清洁型装置的研究从上世界七八十年代开始，20世纪90年代，美国就推出了地面清洁装置RoboScrub，该装置配有激光导航系统，采用超声波测距和避障，用光码条实现定位。清洁型装置集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、装置技术、人工智能等诸多学科为一体。

但是，目前市场上大多数清扫型装置是适用于室内清扫，主要应用于家庭、商场等环境，而这些清洁型装置对于鸡舍的环境并不完全适用，养殖场的清扫工作仍需耗费大量人力物力。对于鸡舍环境，现有装置的清扫方式大多过于复杂，而且鸡舍需要清扫的面积大，环境构成较为简单，因此这些清扫方式并不能在鸡舍得到完全的应用，导致生产成本较高。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种用于清扫鸡舍的装置和方法，以提高清扫鸡舍的效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种清扫装置，包括：传感器模块，所述传感器模块包括起点/终点检测传感器、障碍物检测传感器和角度传感器，所述起点/终点检测传感器用于检测清扫行迹的起点和终点位置，所述障碍物检测传感器用于检测障碍物的位置，所述角度传感器用于记录所述清扫装置旋转的角度；控制模块，所述控制模块包括控制芯片和接口电路，并且所述控制模块接收由所述起点/终点检测传感器发送的起点、终点位置信息、由所述障碍物检测传感器发送的障碍物位置信息和由角度传感器发送的角度信息；以及执行模块，所述执行模块包括驱动电机，其中，所述控制模块根据所述起点和终点位置信息、所述障碍物位置信息和所述角度信息确定所述清扫装置的清扫路径。

此外，所述起点/终点位置传感器为RFID传感器，所述RFID传感器通过接收在起点和终点位置设置的频率不同的射频地标来确定所述起点和终点的位置。

此外，所述传感器模块包括七个障碍物检测传感器，在所述清扫装置的正前方、左前方和右前方分别布置一个，并且左侧和右侧分别布置两个。

此外，所述障碍物检测传感器为红外传感器或超声波传感器。

此外，所述角度传感器设置在所述清扫装置的从动轮上，用于记录所述从动轮的旋转角度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种清扫方法，所述包括：对清扫装置进行初始化，所述初始化包括起点、终点检测和障碍物检测；根据检测的起点位置和障碍物位置判断行进方向，并行进到起点位置；检测是否有障碍物，在检测出没有障碍物的情况下以直行模式进行清扫，并且在以直行模式进行清扫时进行终点检测，若到达终点则结束清扫；在检测出有障碍物的情况下，切换到避障模式进行清扫避开所述障碍物；在避开所述障碍物后，以直行模式进行清扫并进行终点检测，若到达终点则结束清扫，其中，所述起点检测包括检测起点和终点的位置，所述障碍物检测包括检测障碍物位置。

此外，在所述直行模式下，所述清扫装置垂直于总前进方向折返式动动，每次向前推进预定的距离，并且所述预定距离小于清扫宽度。

此外，所述避障模式包括：在通过障碍物检测传感器确定障碍物为贴墙障碍物的情况下，将所述障碍物当作墙体的一部分进行清扫；在检测到障碍物为不贴墙障碍物的情况下，判断所述障碍物是否小于清扫宽度，若所述障碍物的尺寸小于所述清扫宽度，则在遇到障碍物时通过控制所述清扫装置的主动轮使所述清扫装置按顺时针或逆时针绕过所述障碍物，并在绕过所述障碍物后以所述直行模式清扫。

此外，所述方法进一步包括，若所述障碍物的尺寸小于所述清扫宽度，则在障碍物上方和下方区域分按直行模式进行清扫，在清扫完所述障碍物上方和下方区域后以所述直行模式进行清扫。

此外，所述方法还包括在达到起点位置后再次进行起点检测，确定是否到达起点位置。

本发明减少了算法复杂度，简化了市场普遍存在的清洁装置的清扫步骤。能够实现对所需清扫区域的遍历，不需要人工进行大面积清扫，减少人力支出，人工智能清洁环保，减少环境污染，优化养殖环境，有助于提高产量，解放劳动力。与现有的清扫装置相比，采用本发明能使鸡舍自动清扫装置更适用于用实际工作环境。

附图说明

通过参考以下具体实施方式及权利要求书的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：

图1是根据本发明的清扫装置的结构示意图；

图2是鸡舍的结构示意图；

图3是根据本发明的清扫装置中的障碍物检测传感器的配置示意图；

图4是示出根据本发明的清扫装置的控制模块的控制电路的视图；

图5是根据本发明的清扫方法的流程图；

图6是根据本发明的清扫方法的在清扫区域内没有障碍物的情况下的行迹示意图；

图7是根据本发明的清扫方法的在清扫区域内有贴墙障碍物的情况下的行迹示意图；

图8是根据本发明的清扫方法的在清扫区域内有尺寸等于小于装置清扫宽度的障碍物的情况下的行迹示意图；

图9是示出图8中的障碍物所在位置的局部放大图；

图10是根据本发明的清扫方法的避开尺寸大于装置清扫宽度的障碍物的行迹示意图。

在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

根据本发明的一个方面，提供了一种清扫装置。以下将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图1是根据本发明的清扫装置的结构示意图。参见图1，根据本发明的清扫装置包括：传感器单元1、控制单元2、执行单元3。其中，传感器单元1用于采集和发送环境信息，控制单元2根据从传感器单元1接收的环境信息识别路径并实时控制清扫机器人的行进路线，执行单元3用于执行控制单元2的行进指令。其中，传感器单元1包括障碍物检测传感器4、起点检测传感器51、终点检测传感器52、角度传感器6。其中，障碍物检测传感器4用于检测障碍物并确定障碍物的位置，起点检测传感器51和终点检测传感器52分别用于识别清扫的起点9和终点10，角度传感器6用于确定清扫装置的旋转角度。控制单元2包括控制芯片，并且控制单元与传感器单元通信连接。执行单元3包括驱动电机7，并且执行单元3与控制单元2通信连接。起点检测传感器51、终点检测传感器52、障碍物检测传感器4和角度传感器6分别通过数据线/信号线电连接到控制芯片，控制芯片通过数据线/信号线电连接到驱动电机7。驱动电机7通过驱动清扫装置的主动轮运动来执行控制单元2的行进指令。

图2是鸡舍的结构示意图，其中，鸡舍的围栏8高约0.5m，鸡被养殖在围栏8中，鸡粪可以从围栏8向下掉落；过道11设置在两个围栏8之间，可以让工作人员通过。此外，过道11也是清扫的主要区域。

本发明通过传感器单元1检测环境情况，并将检测的环境情况传递给控制单元2处理。控制单元2控制执行单元3工作，协调机器人的直行与避障，实现清扫行迹遍历。在使用根据本发明的清扫装置清扫时，首先设置清扫的起点9和终点10。此后，需要对清扫装置进行初始化，初始化包括设置清扫行迹的起点9和终点10、起点检测和终点检测以及障碍物检测。起点检测和终点检测包括检测起点9和终点10的位置。障碍物检测包括确定初始位置处是否有障碍物以及障碍物的位置。

具体地，在起点9和终点10分别设置射频地标，并且起点9和终点10的射频地标的频率互不相同。在这种情况下，起点检测传感器51和终点检测传感器52可以采用RFID传感器。RFID传感器通过接收起点9与终点10发射的射频信号来识别起点9与终点10。可替代地，在起点9和终点10分别设置电磁地标，起点检测传感器51和终点检测传感器52采用电磁传感器。电磁传感器通过在起点9和终点10设置的电磁地标来判断起点9与终点10的位置。但是电磁地标传感器不能区分起点9和终点10。因此，在这种情况下，可以由控制单元2将起点检测传感器51和终点检测传感器52检测到两个电磁地标点中的一个作为起点9，而另一个作为终点10。例如，控制单元2根据两个电磁地标与清扫装置的距离的远近，将较远的电磁地标作为起点9，而将较近的电磁地标作为终点10。特别地，可以在起点9和终点10中的任意一处设置射频地标，并且在另一处设置电磁地标，而分别用RFID传感器和电磁传感器来检测该射频地标和该电磁地标。

图3是根据本发明的清扫装置中的障碍物检测传感器4的配置示意图。如图3所示，传感器单元1包括多个传感器12至18，多个传感器12-18可以被配置为，例如，多个传感器分为三组：一组在装置前方放置一个传感器12；另一组在左前、右前方位各放置一个传感器13、14；第三组在左方有两个传感器15、16，在右方有两个传感器17、18。因此，在这种配置下，系统共需要7个传感器。虽然本发明的实施例中示出了传感器单元1包括7个传感器，但本发明不限于此。

传感器12-18可以采用红外传感器。红外传感器利用物体的反射性质，通过左右两个发射装置和中间的接收装置来检测障碍物。因为传播距离越远信号的强度会越弱，所以可以根据信号强弱来判断障碍物的距离。传感器12-18将接收到的信号传递给控制单元2。控制单元2根据信号的强弱判断障碍物与清扫装置之间的距离，从而确定障碍物的位置。如果判断出障碍物在清扫区域的边界上或者在边界之外，则可以忽略。如果判断出在清扫区域范围之内有障碍物，则根据障碍物的具体情况选择清扫路径避开障碍物。具体的避障方法将在下文中详细描述。

由于红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因此可以在不与障碍物发生碰撞的情况下判断障碍物的位置，避免损伤机器人。此外，红外传感器有灵敏度高，反应快等优点，因此可以提高障碍物检测的速度。在替代的实施例中，障碍物检测传感器也可以采用超声波传感器、接触式传感器等。

角度传感器6安装在清扫装置的从动轮上，用于在清扫装置避开障碍物时记录清扫装置的旋转角度。进入直行模式时角度清零，遇到障碍物开始记录转动角度并将记录的角度信息传输到处理单元2，用于后续的行进控制。若转动恰好90°，说明清扫装置遇到墙角或者在墙壁处掉头，此时，将角度传感器记录的角度清零。

图4是示出根据本发明的清扫装置的控制单元的控制电路的示意图。如图4所示，清扫装置的控制单元2包括控制芯片、传感器接口电路、执行单元接口电路和串口电平转换芯片。具体地，可以采用低成本的芯片STM32F103R8T6作为控制芯片41，并采用ADXL335芯片作为角度传感器芯片42。此外，采用四路电磁传感器接口作为障碍物检测传感器4的接口电路43，并采用MAX3232芯片作为串口电平转换芯片。

根据本发明的另一个方面，提供了一种清扫方法。以下将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图5是清扫装置的清扫流程图，如图5所示，在利用根据本发明的清扫装置进行清扫时，首先对装置进行初始化(S01)，初始化包括起点检测和终点检测以及障碍物检测。起点检测和终点检测包括分别检测起点9和终点10的位置。障碍物检测包括确定初始位置处是否有障碍物以及障碍物的位置。检测清扫行迹的起点9和终点10的方法以及障碍物检测方法与根据本发明的清扫装置中描述的方法一样，因此不再详细描述。

此后，根据S01检测的起点位置9和障碍物位置判断行进方向(S02)。并按照判断出的行进方向行进到起点9，并且在此过程中不进行清扫。在一个具体的实施例中，也可以不在初始化过程中检测终点10位置，而是行进到起点9位置后，再检测终点10位置。在行进到起点9后，再次检测是否到达起点9，即进行起点检测(S03)。此后，检测清扫装置是否离开起点9(S04)，在判断出装置没有离开起点9的情况下，再次回到S03；在判断出装置离开起点9的情况下，进入直行模式(S05)。

此后，装置在以直行模式进行清扫的同时，会通过传感器单元1的障碍物检测传感器4中的多个传感器12-18判断是否有障碍物(S06)，在检测到有障碍物存在的情况下，切换到避障模式(S07)继续清扫工作同时避开障碍物，并且在避开障碍物后，切换回直行模式(S05)；在检测出没有障碍物存在的情况下，继续以直行模式清扫。此外，在以直行模式进行清扫时，检测装置是否到达终点10，即进行终点检测(S07)，在检测出装置未到达终点10的情况下，回到S05进行终点检测；在检测出装置到达终点10的情况下，结束清扫工作。

图6是清扫装置在清扫区域内没有障碍物的情况下的行迹示意图。图7是清扫装置在清扫区域内有贴墙障碍物的情况下的行迹示意图。图8是清扫装置在清扫区域内有尺寸等于小于装置清扫宽度的障碍物的情况下的行迹示意图。图9是示出图8中的障碍物所在位置的局部放大图。图10是清扫装置在避开尺寸大于装置清扫宽度的障碍物的行迹示意图。以下将结合图6至图10对清扫流程进行详细描述。

如图6所示，清扫区域为长方形并且没有障碍物时，以直行模式进行清扫。此时，总前进方向是沿着长度方向逐步推进的方向(图8中带虚线的箭头所指示的方向)。例如，在初始化清扫装置时，可以将起点9和终点10分别设置在该矩形区域的两端(例如，沿着长度方向的两端)的中间位置，如图6所示。在清扫时，检测起点位置并确定行进方向。例如，向上方行进到长方形清扫区域的左上角，此时，传感器15、16、13、12、14均能检测到障碍。此时，控制单元2根据传感器单元1传输的信号可以判断出清扫装置已经靠近上方边缘，控制单元2指示执行单元3向右(即总前进方向)侧行进一段距离d后沿相反的方向向下运动。按照这种方式螺旋式推进直到清扫装置到达终点10。其中，距离d应当等于或小于清扫宽度W，清扫宽度W指清扫装置在行进过程中单次清扫的宽度。此外，行进方向可以与宽度方向平行，也可以与宽度方向成一定角度。另外，初始的行进方向还可以向下行进到清扫区域的左下角，如图7所示。

如图7所示，当清扫区域中有贴墙的障碍物时，通过传感器12-18可以判断存在贴墙的障碍物。例如，传感器12、13、14同时检测到障碍，则认为前方障碍物是靠墙的。此时，把障碍物当作墙的一部分，按直行模式行进，在有障碍物的地方提前切换方向，避开障碍物。

当清扫区域中有不贴墙的障碍物时，跟据障碍物的尺寸与清扫机器人的清扫宽度W来确定清扫路径。

如图8所示，清扫区域中有不贴墙的障碍物，并且障碍物的尺寸等于或小于清扫机器人的清扫宽度W，则只在清扫时绕过障碍物，而不改变清扫的总体路径。具体地，如图9所示，当遇到障碍物时按清扫装置按逆时针方向绕过障碍物。此时，角度传感器记录从动轮与直行方向所夹的角度α。绕过障碍物后，再调整轮子，将主动轮按逆时针方向回转角度α重新回到直行方向。在一个实施例中，也可以是先按顺时针绕过障碍物，然后再回到直行方向。

如图10所示，当障碍物22尺寸大于清扫宽度W时，将障碍物22上方和下方的区域划分为的两个清扫区域，并对这两个清扫区域规划清扫路径。通过左侧的两个传感器15、16以及右侧的两个传感器17、18可以确定左侧或右侧有障碍物。例如，传感器15和16的返回值不同可以判断左侧可能有障碍物，传感器17和18的返回值不同可以判断右侧可能有障碍物。例如，在图10中，当清扫装置行进到箭头23所在的位置时，传感器17和18的返回值不同，可以判断此处有一个障碍物。行进到箭头24所在的位置时，传感器17和18的返回值再次不相同且与箭头23处的返回值相反，由此可以确定已经行进到障碍物22上方区域，于是向右转90度对上方区域进行清扫。当行进到25所在位置时，可以确定障碍物22上方的区域的清扫宽度。此时，按直行模式清扫障碍物上方区域。

此后，以与以上所述的方法相同的方法判断障碍物22下方的区域，并以直行模式清扫障碍物22下方区域。此后，按直行模式清扫剩余的清扫区域。

需要说明的是，对本领域技术人员来说，显然可以将各种情况结合起来以处理障碍物更加复杂的情况下的清扫工作。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (9)

1.一种清扫装置，包括：

传感器模块，所述传感器模块包括起点检测传感器、终点检测传感器、障碍物检测传感器和角度传感器，所述起点检测传感器用于检测清扫行迹的起点位置，所述终点检测传感器终点检测用于检测清扫行迹的终点位置，所述障碍物检测传感器用于检测障碍物的位置，所述角度传感器用于记录所述清扫装置旋转的角度；

控制模块，所述控制模块包括控制芯片和接口电路，并且所述控制模块接收分别由所述起点检测传感器和终点检测传感器发送的起点、终点位置信息、由所述障碍物检测传感器发送的障碍物位置信息和由角度传感器发送的角度信息；以及

执行模块，所述执行模块包括驱动电机，

其中，所述控制模块根据所述起点和终点位置信息、所述障碍物位置信息和所述角度信息确定所述清扫装置的清扫路径。

2.根据权利要求1所述的清扫装置，其中，所述起点检测传感器和所述终点检测传感器为RFID传感器，所述RFID传感器通过接收设置在起点和终点位置的频率不同的射频地标来确定所述起点和终点的位置。

3.根据权利要求1所述的清扫装置，其中，所述传感器模块包括七个障碍物检测传感器，在所述清扫装置的正前方、左前方和右前方分别布置一个，并且左侧和右侧分别布置两个。

4.根据权利要求3所述的清扫装置，其中，所述障碍物检测传感器为红外传感器或超声波传感器。

5.根据权利要求1所述的清扫装置，其中，所述角度传感器设置在所述清扫装置的从动轮上，用于记录所述从动轮的旋转角度。

6.一种清扫方法，包括：

对清扫装置进行初始化，所述初始化包括起点检测、终点检测和障碍物检测；

根据检测的起点位置和障碍物位置判断行进方向，并行进到起点位置；

检测是否有障碍物，在检测出没有障碍物的情况下以直行模式进行清扫，并且在以直行模式进行清扫时进行终点检测，若到达终点则结束清扫；

在检测出有障碍物的情况下，切换到避障模式进行清扫以避开所述障碍物；

在避开所述障碍物后，以直行模式进行清扫并进行终点检测，若到达终点则结束清扫，

其中，起点检测、终点检测包括检测起点位置和终点位置，障碍物检测包括检测障碍物位置。

7.根据权利要求6所述的清扫方法，其中，在所述直行模式下，所述清扫装置垂直于总前进方向折返式移动，当折返时在所述总前进方向上每次推进小于清扫宽度的一个距离。

8.根据权利要求6所述的清扫方法，其中，所述避障模式包括：

在通过障碍物检测传感器确定障碍物为贴墙障碍物的情况下，将所述障碍物当作墙体的一部分而开始改变方向；

在检测到障碍物为不贴墙障碍物的情况下，判断所述障碍物是否小于清扫宽度，若所述障碍物的尺寸等于小于所述清扫宽度，则在遇到障碍物时通过控制所述清扫装置的主动轮使所述清扫装置按顺时针或逆时针绕过所述障碍物，并在绕过所述障碍物后以所述直行模式继续清扫。

9.根据权利要求8所述的清扫方法，其中，所述清扫方法还包括：

若所述障碍物的尺寸大于所述清扫宽度，则在障碍物上方和下方区域分按直行模式分别进行清扫，在清扫完所述障碍物上方和下方区域后以所述直行模式进行清扫。