CN106491040B - 一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法 - Google Patents

Abstract

一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法，包括：在玻璃边缘检测过程中加入容错判断模式；在摆动式擦窗机器人擦除作业过程中允许擦窗机器人擦窗底盘对玻璃边缘位置进行一次误判；通过控制擦窗机器人的另一个擦窗底盘向行进方向进行相同于第一足M1的运动，判定第一足M2是否抵达玻璃边缘，当且仅当第一足M1和第一足M2同时判定为抵达玻璃边缘，才判定此处为玻璃边缘位置并置相应标志位；当抵达玻璃边缘后，根据设定条件执行交叉移动计数方法，第一足M1和第一足M2遵循“先退先进，后退后进”的原则；最后，根据交叉移动计数方法执行次数，在有效减少玻璃边缘位置误判的情况下，实现摆动式擦窗机器人的向下运动。

Description

一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法

技术领域

本发明涉及智能家居控制领域，具体涉及摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法。

背景技术

由于智慧生活的快速普及，市场上已经有了多种类型的擦窗机器人并已广泛应用于日常生活之中。摆动式擦窗机器人因其采用负压吸附原理，同时将擦窗转盘当做行走机构完成摆动式行走动作，将吸附、行走以及擦拭动作合一，在消除擦痕的同时能最大限度地改善擦拭效果而在市面上较为常见。但是目前市场上摆动式擦窗机器人仍存在着对玻璃边缘位置存在误判、玻璃擦除率不稳定等情况。例如，当玻璃表面存在较大脏物时，擦窗机器人容易将此脏物位置判断为玻璃边缘，直接执行后续方向切换流程，从而导致擦除不干净和擦窗死区的出现。因此如何准确判断出玻璃边缘并提高擦除率成为一个有待研究的重点。此外，在准确判断出玻璃边缘后的向下移动过程中，摆动式擦窗机器人也存在着执行效率有待提高和缺少误判处理的问题。

目前，针对擦窗机器人的研究主要集中在外形结构设计、驱动方式设计、控制方法等方面，针对具体的玻璃边缘检测处理方法研究较少。施红兵、颜昌林提出一种新型的摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法(施红兵.摆动式自行走擦窗机器人及其控制方法:中国,104905728[P].2015-09-16),给出了摆动式擦窗机器人的机械结构设计以及运动控制方法，详细介绍了该种类型擦窗机器人组成部件以及工作原理，但却没有针对控制方法中的玻璃边缘检测及后续处理方法进行描述分析；北京航空航天大学机器人研究所的张厚祥、吴星明、宗光华介绍了一种高层擦窗机器人系统，使用三菱公司FX2N可编程控制器对X、Y、Z三个方向上的气缸进行控制，实现了高层擦窗的基本功能(张厚祥,吴星明.擦窗机器人控制系统[J].微计算机信息,2000(1):30-32.)，但是其结构复杂，成本较高，不适宜于家用擦窗条件；王舒欢、李红利将语音控制方法加入到擦窗机器人的控制中，采用了DTW(Dynamic Time Warping,动态时间规整)语音识别技术，将控制任务进行了一定程度上的细分(王舒欢.一种语音控制擦窗机器人方法:中国,104865973[P].2015-08-26)，但其研究基于擦窗机器人已经能完成基本运动功能之上进行的遥控控制方法的研究，并未涉及擦窗机器人控制器内部程序针对玻璃边缘检测方面的判断处理方法。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法。

本发明针对摆动式擦窗机器人具体控制流程中玻璃边缘检测相关部分，给出使用容错判断模式准确判断玻璃边缘的方法，并给出交叉移动计数方法实现摆动式擦窗机器人向下运动，目的在于增加摆动式擦窗机器人检测到玻璃边缘的准确性并给出抵达玻璃边缘后后续交叉向下移动的一个高效的控制方法，使得摆动式擦窗机器人在工作中尽可能地减少擦窗死区，提高擦除率。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：在玻璃边缘检测过程中加入容错判断模式，其具体执行流程如图1所示；在摆动式擦窗机器人擦除作业过程中允许擦窗机器人擦窗底盘对玻璃边缘位置进行一次误判，当擦窗机器人将某处暂时判定为玻璃边缘时，擦窗机器人通过退回一步再擦除的方式验证第一次判断结果。若两次擦除过程中均发现此处存在玻璃边缘，则认为第一足M1已经以较大可能性抵达玻璃边缘，此后，通过控制擦窗机器人的另一个擦窗底盘(第二足M2)向行进方向进行相同于第一足M1的运动，判定第二足M2是否抵达玻璃边缘，当且仅当第一足M1和第二足M2同时判定为抵达玻璃边缘，才判定此处为玻璃边缘位置并置相应标志位。当抵达玻璃边缘后，根据设定条件执行交叉移动计数方法，在执行该方法过程中，第一足M1和第二足M2遵循“先退先进，后退后进”的原则，即先远离玻璃边缘迈出一步的足，在另一个足接着远离玻璃边缘后，率先向玻璃边缘迈步，其执行示意图如图2所示，最后，根据交叉移动计数方法执行次数，在有效减少玻璃边缘位置误判的情况下，实现摆动式擦窗机器人的向下运动，具体步骤如下：

步骤1：控制第一足M1向行进方向运行，并实时检测其功率反馈情况，如果在擦窗机器人机身倾斜角度限定范围(机身角度限定范围)内检测到触碰玻璃边缘，则控制第一足M1后退一定角度，此后第一足M1继续向前运动并检测功率反馈大小，如果在机身角度限定范围内并未检测到触碰玻璃边缘，则说明第一次判定为误判，擦窗机器人不执行后续流程，跳出容错模式，直接进入正常行走模式；相反，如果第二次第一足M1同样检测到触碰玻璃边缘，则说明第一足M1以较大可能性抵达玻璃边缘，置第一足M1触碰玻璃边缘标志位为1，后续执行步骤2。

步骤2：控制第二足M2向行进方向运动，并实时检测其功率反馈情况，如果在机身角度限定范围内检测到触碰玻璃边缘，则控制第二足M2后退一定角度，此后第二足M2继续向前运动并检测功率反馈大小，如果在机身角度限定范围内并未检测到触碰玻璃边缘，则说明第二足M2第一次判定为误判，步骤1中第一足M1玻璃边缘的检测也为误判，擦窗机器人不执行后续流程，跳出容错模式，直接进入正常行走模式；相反，如果第二次第二足M2同样检测到触碰玻璃边缘，则说明第二足M2抵达玻璃边缘，置第二足M2触碰玻璃边缘标志位为1。

步骤3：置擦窗机器人准确抵达玻璃边缘标志位为1，同时，为了减少其它标志位对后续程序执行逻辑的影响，清除第一足M1、第二足M2触碰玻璃边缘标志位。

步骤4：执行交叉移动计数方法，首先判断摆动式擦窗机器人触碰玻璃边缘次数，第一次触碰玻璃边缘时，直接改变行进方向，不执行后续步骤，执行正常行走模式；当擦窗机器人第二次及以后触碰玻璃边缘时，交叉移动计数方法执行两次以实现一定距离的向下移动，擦窗机器人继续执行步骤5。

步骤5：控制擦窗机器人机身上方一足后退一定角度，远离玻璃边缘，此后控制第二足M2后退，远离玻璃边缘，直至擦窗机器人机身竖直，第二足M2停止后退。

步骤6：步骤5中先远离玻璃边缘的第一足M1继续向行进方向运动并进行功率反馈检测，在机身限定角度范围内，如果第一足M1并未检测到触碰玻璃边缘，则擦窗机器人维持行进方向，继续向前正常行走并时刻检测触碰玻璃边缘情况，不执行后续步骤；否则，如果第一足M1在第一次向玻璃边缘靠近过程中，检测到触碰玻璃边缘，则说明第一足M1在交叉移动计数方法下已抵达玻璃边缘，置交叉移动计数方法下第一足M1触碰玻璃边缘标志位为1，执行步骤7。

步骤7：控制第二足M2向行进方向运动并进行功率反馈检测，在机身限定的角度范围内，如果第二足M2并未检测到触碰玻璃边缘，则说明步骤6中第一足M1触碰玻璃边缘的判断为误判，清除交叉移动计数方法下第一足M1触碰玻璃边缘标志位为0，擦窗机器人维持行进方向，继续向前正常行走并时刻检测触碰玻璃边缘情况，不执行后续步骤；如果第二足M2在第一次向玻璃边缘靠近过程中，检测到触碰玻璃边缘，则说明第二足M2在交叉移动计数方法下已抵达玻璃边缘，置交叉移动计数方法下擦窗机器人触碰玻璃边缘标志位为1，清除交叉移动计数方法下第一足M1触碰玻璃边缘标志位为0，至此交叉移动计数方法执行完一次。

步骤8：根据事先设定交叉移动计数方法执行次数，重复执行步骤5至步骤7，当达到设定次数后，清除交叉移动计数方法下擦窗机器人触碰玻璃边缘标志位为0，改变擦窗机器人行进方向并退出交叉移动计数方法，进入正常行走模式。交叉移动计数方法具体执行流程图如图3所示。

以上步骤均通过编写为计算机软件运行，它包括两大部分，第一部分是正常行走过程中对玻璃边缘的准确判定，第二部分是准确抵达玻璃边缘后擦窗机器人向下移动。通过二者的配合，可以实现摆动式擦窗机器人对玻璃边缘有效地触碰检测处理。

本发明提供的摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法对比现有技术有如下的有益效果：

1、引入容错判断模式以及交叉移动技术方法，多次验证触碰玻璃边缘准确性，有效避免擦窗机器人对玻璃边缘的误判，减少擦窗死区。

2、使用交叉移动计数方法，有效解决摆动式擦窗机器人向下移动问题，状态逻辑清晰。

3、摆动式擦窗机器人玻璃边缘相关处理更加灵活，清洁力度更强。

附图说明

图1是本发明方法的摆动式擦窗机器人容错判断模式执行流程图

图2是本发明方法的交叉移动计数方法执行示意图，以足擦窗机器人上方第一足M1先运动为例，介绍交叉移动计数方法执行流程；

图3是本发明的交叉移动计数方法流程图；

图4是本发明的摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法实验所用Win-Robot摆动式擦窗机器人；

图5是容错模式针对玻璃表面脏物执行示意图；

图6是容错模式针对玻璃边缘执行示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法通过简单实例作进一步描述。

本发明一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法主要有以下内容：在玻璃边缘检测过程中加入容错判断模式，在摆动式擦窗机器人擦除作业过程中允许擦窗机器人擦窗底盘对玻璃边缘位置进行一次误判，以第一足M1为例，当第一足M1第一次被检测到触碰玻璃边缘时，擦窗机器人将此处暂时判定为玻璃边缘，此处也有可能为较大的脏物，此后，擦窗机器人退回一步并再次对此处进行擦除作业，同时记录第二次擦除过程中第一足M1功率反馈正向跳变情况，即进行第二次擦除以验证第一次判断结果。若两次擦除过程中均发现此处存在玻璃边缘，则认为第一足M1已经以较大可能性抵达玻璃边缘，此后，通过控制擦窗机器人第二足M2向行进方向进行相同于第一足M1的运动，判定第二足M2是否抵达玻璃边缘，当且仅当第一足M1和第二足M2同时判定为抵达玻璃边缘，才判定此处为玻璃边缘位置并置相应标志位。当判定此处确实为玻璃边缘时，通过判定擦窗机器人运行方向切换次数决定擦窗机器人进行向下移动时，执行交叉移动计数方法的次数，在执行该方法过程中，第一足M1和第二足M2遵循“先退先进，后退后进”的原则，即先远离玻璃边缘迈出一步的足，在另一个足接着远离玻璃边缘后，率先向玻璃边缘迈步，其执行示意图如图2所示，最后，根据交叉移动计数方法执行次数，在有效减少玻璃边缘位置误判的情况下，实现摆动式擦窗机器人的向下运动。在实施案例中，使用图4所示Win-Robot摆动式擦窗机器人，其部分基本参数如下：

净重：0.94kg

尺寸：300×150×120mm(长*宽*高)

擦窗底盘轴心距：150mm

转盘半径：145mm

擦除速度：4分钟/平方公尺

以第一足M1先触碰玻璃边缘为例，实例实施具体过程如下：

步骤1：两次验证第一足M1是否触碰玻璃边缘

在玻璃边缘前方使用泥浆涂出一片较大的区域模拟玻璃表面脏物，使用Win-Robot摆动式擦窗机器人进行擦除时，当其第一足M1进入该区域进行擦除时，第一足M1由于受到突变的阻力而产生较大的功率反馈突变，即检测到触碰玻璃边缘，于是第一足M1会向后退回一定角度后，再继续向前擦除，由于第一次已经擦过的路径不在有泥浆，因此第二次向前运动时，Win-Robot并没有检测到触碰玻璃边缘，擦窗机器人正常向前行走，容错模式针对玻璃表面脏物运行示意图如图5所示。

步骤2：第二足M2两次运动验证第一足M1接触玻璃边缘判断准确性。

设定程序，Win-Robot抵达玻璃边缘后停止运动并发出报警，在具体实施过程中将Win-Robot放置于玻璃边缘附近，保持玻璃表面无明显污渍，使Win-Robot靠近玻璃边缘运动，Win-Robot的容错判断模式针对玻璃边缘运行示意图如图6所示。在第一足M1确认触碰玻璃边缘后，Win-Robot控制第一足M2执行图6中④-⑦的过程，到达过程⑦后，Win-Robot停止运动，并提示已经抵达玻璃边缘。

步骤3：清除与设置相应标志位。

在Win-Robot的软件工程中，设置对应的全局变量即可实现该步骤。

步骤4-7：执行一次交叉移动计数方法。

Win-Robot初次运行方向向左，程序中设定交叉移动两次后停止运转并报警。在其第一次触碰玻璃边缘后，直接切换行进方向，Win-Robot向右正常行走。当Win-Robot经过容错模式抵达右侧玻璃边缘时，其会执行如图2所示交叉移动计数方法，Win-Robot会首先将机身上方擦窗底盘(即图2中第一足M1)向左退回一定角度，程序中设定Win-Robot机身与竖直方向夹角为15度后，Win-Robot控制第一足M2向左后退，直至机身竖直。此后，第一足M1会先向右运动并检测到触碰玻璃边缘，紧接着第一足M2向右运动并检测到触碰玻璃边缘。

步骤8：根据擦窗机器人触碰玻璃边缘次数执行相应次数交叉移动计数方法

由于在程序中设定Win-Robot执行两次交叉移动计数，在步骤7结束后，Win-Robot再次重复执行一遍步骤4至7，并在最后第一足M2触碰玻璃边缘后，Win-Robot停止运转并报警，与程序设定结果相同。

在交叉移动计数方法误判实验测试中，使用木条模拟玻璃边缘，Win-Robot执行交叉移动计数流程，当其执行到图2中的流程3时，取走放置的木条，在第一足M1向右运动不超过限定角度过程中，并未检测到“玻璃边缘”，Win-Robot将会先控制第二足M2向右运动并检测，实现正常行走，从而避免因玻璃边缘误判而形成的擦窗死区出现，与预想结果相同。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种摆动式擦窗机器人玻璃边缘触碰检测处理方法，包括以下步骤：

步骤1：控制摆动式擦窗机器人两足中的第一足M1向行进方向运行，并实时检测其功率反馈情况，如果在擦窗机器人机身倾斜角度限定范围内检测到触碰玻璃边缘，则控制第一足M1后退一定角度，此后第一足M1继续向前运动并检测功率反馈大小，如果在机身角度限定范围内并未检测到触碰玻璃边缘，则说明第一次判定为误判，擦窗机器人不执行后续流程，直接进入正常行走模式；相反，如果第二次第一足M1同样检测到触碰玻璃边缘，则说明第一足M1以较大可能性抵达玻璃边缘，置第一足M1触碰玻璃边缘标志位为1，后续执行步骤2；

步骤2：控制第二足M2向行进方向运动，并实时检测其功率反馈情况，如果在机身角度限定范围内检测到触碰玻璃边缘，则控制第二足M2后退一定角度，此后第二足M2继续向前运动并检测功率反馈大小，如果在机身角度限定范围内并未检测到触碰玻璃边缘，则说明第二足M2第一次判定为误判，步骤1中第一足M1玻璃边缘的检测也为误判，擦窗机器人不执行后续流程，直接进入正常行走模式；相反，如果第二次第二足M2同样检测到触碰玻璃边缘，则说明第二足M2抵达玻璃边缘，置第二足M2触碰玻璃边缘标志位为1；

步骤3：置擦窗机器人准确抵达玻璃边缘标志位为1，同时，为了减少其它标志位对后续程序执行逻辑的影响，清除第一足M1、第二足M2触碰玻璃边缘标志位；

步骤4：执行交叉移动计数方法，首先判断摆动式擦窗机器人触碰玻璃边缘次数，第一次触碰玻璃边缘时，直接改变行进方向，不执行后续步骤；当擦窗机器人第二次及以后触碰玻璃边缘时，交叉移动计数方法执行两次以实现一定距离的向下移动，擦窗机器人继续执行步骤5；

步骤5：控制擦窗机器人机身上方的第一足M1后退一定角度，远离玻璃边缘，此后控制第二足M2后退，远离玻璃边缘，直至擦窗机器人机身竖直，第二足M2停止后退；

步骤6：步骤5中先远离玻璃边缘的第一足M1继续向行进方向运动并进行功率反馈检测，在机身限定角度范围内，如果第一足M1并未检测到触碰玻璃边缘，则擦窗机器人维持行进方向，继续向前正常行走并时刻检测触碰玻璃边缘情况，不执行后续步骤；否则，如果第一足M1在第一次向玻璃边缘靠近过程中，检测到触碰玻璃边缘，则说明第一足M1在交叉移动计数方法下已抵达玻璃边缘，置交叉移动计数方法下第一足M1触碰玻璃边缘标志位为1，执行步骤7；

步骤7：控制第二足M2向行进方向运动并进行功率反馈检测，在机身限定的角度范围内，如果第二足M2并未检测到触碰玻璃边缘，则说明步骤6中第一足M1触碰玻璃边缘的判断为误判，清除交叉移动计数方法下第一足M1触碰玻璃边缘标志位为0，擦窗机器人维持行进方向，继续向前正常行走并时刻检测触碰玻璃边缘情况，不执行后续步骤；如果第二足M2在第一次向玻璃边缘靠近过程中，检测到触碰玻璃边缘，则说明第二足M2在交叉移动计数方法下已抵达玻璃边缘，置交叉移动计数方法下擦窗机器人触碰玻璃边缘标志位为1，清除交叉移动计数方法下第一足M1触碰玻璃边缘标志位为0，至此交叉移动计数方法执行完一次；

步骤8：根据程序设定交叉移动计数方法执行次数，重复执行步骤5至步骤7，当达到设定次数后，清除交叉移动计数方法下擦窗机器人触碰玻璃边缘标志位为0，改变擦窗机器人行进方向并退出交叉移动计数方法，进入正常行走模式。