CN106598049A - 一种家庭智能清洁系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种家庭智能清洁系统及方法，涉及智能家居领域，其特征在于，所述系统包括：行动机器人。行动机器人、控制系统和传感器组；所述行动机器人分别信号连接于传感器组和控制系统；所述控制系统分别信号连接于传感器组和消毒机器人。本发明具有智能化程度高、人性化和效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种家庭智能清洁系统及方法。
背景技术
近年来，随着计算机技术与人工智能科学的飞速发展，智能技术逐渐成各个研究领域的热点。其中，智能家居开辟了智能化应用的新领域。智能家居的出现主要有三大原因：一是劳动力成本的上升；二是人类想摆脱枯燥乏味的体力劳动，如清洁、家务、照顾病人等；三是人口的老龄化和社会福利制度的完善也为智能家居系统提供了广泛的市场应用前景。
家庭智能清洁系统区别于传统家庭清洁系统的一个主要特征就是家庭智能清洁系统是一种适用于具体的方式、环境及任务过程的智能系统，其活动空间大，具有在非结构环境下的移动性，因此家庭智能清洁系统大多数是基于移动机器人的。自动进行房间地面清洁的自主吸尘式家庭服务机器人，集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。自主吸尘机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于20世纪80年代，到目前为止，已经产生了一些概念样机和产品。吸尘机器人的发展，带动了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种家庭智能清洁系统及方法，本发明具有智能化程度高、人性化和效果好等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种家庭智能清洁系统，其特征在于，所述系统包括：行动机器人。行动机器人、控制系统和传感器组；所述行动机器人分别信号连接于传感器组和控制系统；所述控制系统分别信号连接于传感器组和消毒机器人。
进一步的，所述行动机器人包括用于获取周围环境图像信息的图像采集模块、用于对原始图像信息进行图像处理的图像处理器、用于控制机器人运行的主控制器、用于驱动机器人运动的步进电机、用于对房屋进行清洁的清洁装置和用于规划机器人运动路径的路径规划处理器；所述图像采集装置信号连接于图像处理器；所述图像处理器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于步进电机和路径规划处理器；所述步进电机信号连接于清洁装置。
进一步的，所述图像处理器包括：用于对图像进行锐化的图像锐化单元；所述图像锐化单元信号连接于用于对图像进行分割的图像分割单元；所述图像分割单元信号连接于用于对图像进行二值化处理的二值化单元；所述二值化单元信号连接于用于对图像进行阈值边缘检测的阈值边缘检测单元；所述阈值边缘检测单元信号连接于主控制器。
进一步的，所述路径规划处理器包括：用于建立初始群体和确定遗传参数的初始化单元、所述初始化单元信号连接于用于计算个体适应度的适应度计算单元；所述适应度计算单元信号连接于用于进行遗传操作的遗传操作单元；所述遗传操作单元信号连接于用于比较子串和父串大小的比较单元。
进一步的，所述主控制器包括：用于给整个系统供电的电源；所述电源信号连接于用于处理来往于主控制器数据信息的数据处理单元；所述数据处理单元信号连接于用于传输数据信号的数据传输单元和用于存储数据信息的存储器。
进一步的，所述图像采集装置包括：用于获取原始图像信号的CCD摄像机；所述CCD摄像机信号连接于用于将模拟的原始图像信号转换为数字图像信号的模数转换单元。
一种家庭智能清洁系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统启动，系统初始化；
步骤2：传感器组开始实时采集室内环境的数据信息，将采集到的数据信息发送给控制系统，控制系统根据采集到的数据信息判断是否应该对房屋进行清洁；如果控制系统判断不需要对房屋进行打扫，则不进行处理；若判断需要对房屋进行打扫，则执行步骤3；
步骤3：行动机器人图像采集装置开始采集原始的图像信号，将图像信号经主控制器的处理后发送至路径规划处理器；
步骤4：路径规划处理器根据接收到的图像进行信号规划机器人的行动路径，将规划好的行动路径发送给主控制器；
步骤5：主控制器根据规划的行动路径发送控制命令到步进电机，控制步进电机驱动机器人的运动；
步骤6：行动机器人运动到主控制器指定的地点，开始控制自身的清洁装置清洁室内环境。
进一步的，所述路径规划处理器进行路径规划的方法包括以下步骤：
步骤1：初始化种群，沿起点和终点连线方向等距离选取N个点，在这些点的垂直线上随机选取转向点的纵坐标，并且使这些转向点不在障碍物内；
步骤2：将每一代个体划分为n个类，每个类中选出若干适应度较大的个体，作为一个类的优秀代表，组成一个种群；得到种群规模为：；
步骤4：计算种群中所有个体的适应度，将其最好的个体保留，然后采用锦标赛选择法，挑选父个体，以执行交叉操作，并且检查获得的子代个体染色体长度是否超过N，如果没有超过，则保留，否则丢弃；
步骤5：以设定的概率对新产生的子代个体进行变异、插入、扰动、删除、平滑的操作:；同时，采取预选择机制，比较子串和父串适应度的大小，如果子串的适应度高于父串的适应度，就替换父串；否则维持父串不变；
步骤6：重复执行步骤3和步骤4步直到获得的新个体数量与父代群体数量相等；
步骤7：用保留的上一代最优个体替换新种群中适应度最差的个体；
步骤8：检查算法停止条件。符合则中止，否则跳转至:步骤3，算法继续进行。
进一步的，所述图像处理器对接收到的原始图像进行图像处理的方法包括以下步骤：
步骤1：图像锐化单元对接收到的原始图像信息进行锐化处理；将锐化处理后的图像发送至图像分割单元；
步骤2：图像分割单元对接收到的图像信息进行分割，将分割后的图像发送至二值化单元；
步骤3：二值化单元对接受到的图像进行二值化处理，将二值化处理后的图像发送至阈值边缘检测单元；
步骤4：阈值边缘检测单元对接收到的图像进行阈值边缘检测，将阈值边缘检测的结果发送至主控制器。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
本发明的家庭智能清洁系统通过传感器组采集到的数据信息自动采集室内环境的数据信息，根据数据信息，控制系统控制行动机器人进行打扫，无须认为进行操控。此外，行动机器人在行进过程中，自动规划路径，自动打扫，实现智能化家庭清洁。
附图说明
图1是本发明的一种家庭智能清洁系统及方法的系统结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明实施例1中提供了一种家庭智能清洁系统 ，系统结构如图1所示：
一种家庭智能清洁系统，其特征在于，所述系统包括：行动机器人。行动机器人、控制系统和传感器组；所述行动机器人分别信号连接于传感器组和控制系统；所述控制系统分别信号连接于传感器组和消毒机器人。
进一步的，所述行动机器人包括用于获取周围环境图像信息的图像采集模块、用于对原始图像信息进行图像处理的图像处理器、用于控制机器人运行的主控制器、用于驱动机器人运动的步进电机、用于对房屋进行清洁的清洁装置和用于规划机器人运动路径的路径规划处理器；所述图像采集装置信号连接于图像处理器；所述图像处理器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于步进电机和路径规划处理器；所述步进电机信号连接于清洁装置。
进一步的，所述图像处理器包括：用于对图像进行锐化的图像锐化单元；所述图像锐化单元信号连接于用于对图像进行分割的图像分割单元；所述图像分割单元信号连接于用于对图像进行二值化处理的二值化单元；所述二值化单元信号连接于用于对图像进行阈值边缘检测的阈值边缘检测单元；所述阈值边缘检测单元信号连接于主控制器。
进一步的，所述路径规划处理器包括：用于建立初始群体和确定遗传参数的初始化单元、所述初始化单元信号连接于用于计算个体适应度的适应度计算单元；所述适应度计算单元信号连接于用于进行遗传操作的遗传操作单元；所述遗传操作单元信号连接于用于比较子串和父串大小的比较单元。
进一步的，所述主控制器包括：用于给整个系统供电的电源；所述电源信号连接于用于处理来往于主控制器数据信息的数据处理单元；所述数据处理单元信号连接于用于传输数据信号的数据传输单元和用于存储数据信息的存储器。
进一步的，所述图像采集装置包括：用于获取原始图像信号的CCD摄像机；所述CCD摄像机信号连接于用于将模拟的原始图像信号转换为数字图像信号的模数转换单元。
本发明实施例2中提供了一种家庭智能清洁系统的方法：
一种家庭智能清洁系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统启动，系统初始化；
步骤2：传感器组开始实时采集室内环境的数据信息，将采集到的数据信息发送给控制系统，控制系统根据采集到的数据信息判断是否应该对房屋进行清洁；如果控制系统判断不需要对房屋进行打扫，则不进行处理；若判断需要对房屋进行打扫，则执行步骤3；
步骤3：行动机器人图像采集装置开始采集原始的图像信号，将图像信号经主控制器的处理后发送至路径规划处理器；
步骤4：路径规划处理器根据接收到的图像进行信号规划机器人的行动路径，将规划好的行动路径发送给主控制器；
步骤5：主控制器根据规划的行动路径发送控制命令到步进电机，控制步进电机驱动机器人的运动；
步骤6：行动机器人运动到主控制器指定的地点，开始控制自身的清洁装置清洁室内环境。
进一步的，所述路径规划处理器进行路径规划的方法包括以下步骤：
步骤1：初始化种群，沿起点和终点连线方向等距离选取N个点，在这些点的垂直线上随机选取转向点的纵坐标，并且使这些转向点不在障碍物内；
步骤2：将每一代个体划分为n个类，每个类中选出若干适应度较大的个体，作为一个类的优秀代表，组成一个种群；得到种群规模为： ；
步骤4：计算种群中所有个体的适应度，将其最好的个体保留，然后采用锦标赛选择法，挑选父个体，以执行交叉操作，并且检查获得的子代个体染色体长度是否超过N，如果没有超过，则保留，否则丢弃；
步骤5：以设定的概率对新产生的子代个体进行变异、插入、扰动、删除、平滑的操作:；同时，采取预选择机制，比较子串和父串适应度的大小，如果子串的适应度高于父串的适应度，就替换父串；否则维持父串不变；
步骤6：重复执行步骤3和步骤4步直到获得的新个体数量与父代群体数量相等；
步骤7：用保留的上一代最优个体替换新种群中适应度最差的个体；
步骤8：检查算法停止条件。符合则中止，否则跳转至:步骤3，算法继续进行。
进一步的，所述图像处理器对接收到的原始图像进行图像处理的方法包括以下步骤：
步骤1：图像锐化单元对接收到的原始图像信息进行锐化处理；将锐化处理后的图像发送至图像分割单元；
步骤2：图像分割单元对接收到的图像信息进行分割，将分割后的图像发送至二值化单元；
步骤3：二值化单元对接受到的图像进行二值化处理，将二值化处理后的图像发送至阈值边缘检测单元；
步骤4：阈值边缘检测单元对接收到的图像进行阈值边缘检测，将阈值边缘检测的结果发送至主控制器。
本发明实施例3中提供了一种家庭智能清洁系统及方法，系统结构图如图1所示：
一种家庭智能清洁系统，其特征在于，所述系统包括：行动机器人。行动机器人、控制系统和传感器组；所述行动机器人分别信号连接于传感器组和控制系统；所述控制系统分别信号连接于传感器组和消毒机器人。
进一步的，所述行动机器人包括用于获取周围环境图像信息的图像采集模块、用于对原始图像信息进行图像处理的图像处理器、用于控制机器人运行的主控制器、用于驱动机器人运动的步进电机、用于对房屋进行清洁的清洁装置和用于规划机器人运动路径的路径规划处理器；所述图像采集装置信号连接于图像处理器；所述图像处理器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于步进电机和路径规划处理器；所述步进电机信号连接于清洁装置。
进一步的，所述图像处理器包括：用于对图像进行锐化的图像锐化单元；所述图像锐化单元信号连接于用于对图像进行分割的图像分割单元；所述图像分割单元信号连接于用于对图像进行二值化处理的二值化单元；所述二值化单元信号连接于用于对图像进行阈值边缘检测的阈值边缘检测单元；所述阈值边缘检测单元信号连接于主控制器。
进一步的，所述路径规划处理器包括：用于建立初始群体和确定遗传参数的初始化单元、所述初始化单元信号连接于用于计算个体适应度的适应度计算单元；所述适应度计算单元信号连接于用于进行遗传操作的遗传操作单元；所述遗传操作单元信号连接于用于比较子串和父串大小的比较单元。
进一步的，所述主控制器包括：用于给整个系统供电的电源；所述电源信号连接于用于处理来往于主控制器数据信息的数据处理单元；所述数据处理单元信号连接于用于传输数据信号的数据传输单元和用于存储数据信息的存储器。
进一步的，所述图像采集装置包括：用于获取原始图像信号的CCD摄像机；所述CCD摄像机信号连接于用于将模拟的原始图像信号转换为数字图像信号的模数转换单元。
一种家庭智能清洁系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统启动，系统初始化；
步骤2：传感器组开始实时采集室内环境的数据信息，将采集到的数据信息发送给控制系统，控制系统根据采集到的数据信息判断是否应该对房屋进行清洁；如果控制系统判断不需要对房屋进行打扫，则不进行处理；若判断需要对房屋进行打扫，则执行步骤3；
步骤3：行动机器人图像采集装置开始采集原始的图像信号，将图像信号经主控制器的处理后发送至路径规划处理器；
步骤4：路径规划处理器根据接收到的图像进行信号规划机器人的行动路径，将规划好的行动路径发送给主控制器；
步骤5：主控制器根据规划的行动路径发送控制命令到步进电机，控制步进电机驱动机器人的运动；
步骤6：行动机器人运动到主控制器指定的地点，开始控制自身的清洁装置清洁室内环境。
进一步的，所述路径规划处理器进行路径规划的方法包括以下步骤：
步骤1：初始化种群，沿起点和终点连线方向等距离选取N个点，在这些点的垂直线上随机选取转向点的纵坐标，并且使这些转向点不在障碍物内；
步骤2：将每一代个体划分为n个类，每个类中选出若干适应度较大的个体，作为一个类的优秀代表，组成一个种群；得到种群规模为： ；
步骤4：计算种群中所有个体的适应度，将其最好的个体保留，然后采用锦标赛选择法，挑选父个体，以执行交叉操作，并且检查获得的子代个体染色体长度是否超过N，如果没有超过，则保留，否则丢弃；
步骤5：以设定的概率对新产生的子代个体进行变异、插入、扰动、删除、平滑的操作:；同时，采取预选择机制，比较子串和父串适应度的大小，如果子串的适应度高于父串的适应度，就替换父串；否则维持父串不变；
步骤6：重复执行步骤3和步骤4步直到获得的新个体数量与父代群体数量相等；
步骤7：用保留的上一代最优个体替换新种群中适应度最差的个体；
步骤8：检查算法停止条件。符合则中止，否则跳转至:步骤3，算法继续进行。
进一步的，所述图像处理器对接收到的原始图像进行图像处理的方法包括以下步骤：
步骤1：图像锐化单元对接收到的原始图像信息进行锐化处理；将锐化处理后的图像发送至图像分割单元；
步骤2：图像分割单元对接收到的图像信息进行分割，将分割后的图像发送至二值化单元；
步骤3：二值化单元对接受到的图像进行二值化处理，将二值化处理后的图像发送至阈值边缘检测单元；
步骤4：阈值边缘检测单元对接收到的图像进行阈值边缘检测，将阈值边缘检测的结果发送至主控制器。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种家庭智能清洁系统，其特征在于，所述系统包括：行动机器人、控制系统和传感器组；所述行动机器人分别信号连接于传感器组和控制系统；所述控制系统分别信号连接于传感器组和消毒机器人。
2.如权利要求1所述的家庭智能清洁系统，其特征在于，所述行动机器人包括用于获取周围环境图像信息的图像采集模块、用于对原始图像信息进行图像处理的图像处理器、用于控制机器人运行的主控制器、用于驱动机器人运动的步进电机、用于对房屋进行清洁的清洁装置和用于规划机器人运动路径的路径规划处理器；所述图像采集装置信号连接于图像处理器；所述图像处理器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于步进电机和路径规划处理器；所述步进电机信号连接于清洁装置。
3.如权利要求2所述的家庭智能清洁系统，其特征在于，所述图像处理器包括：用于对图像进行锐化的图像锐化单元；所述图像锐化单元信号连接于用于对图像进行分割的图像分割单元；所述图像分割单元信号连接于用于对图像进行二值化处理的二值化单元；所述二值化单元信号连接于用于对图像进行阈值边缘检测的阈值边缘检测单元；所述阈值边缘检测单元信号连接于主控制器。
4.如权利要求2所述的家庭智能清洁系统，其特征在于，所述路径规划处理器包括：用于建立初始群体和确定遗传参数的初始化单元、所述初始化单元信号连接于用于计算个体适应度的适应度计算单元；所述适应度计算单元信号连接于用于进行遗传操作的遗传操作单元；所述遗传操作单元信号连接于用于比较子串和父串大小的比较单元。
5.如权利要求3所述的家庭智能清洁系统，其特征在于，所述主控制器包括：用于给整个系统供电的电源；所述电源信号连接于用于处理来往于主控制器数据信息的数据处理单元；所述数据处理单元信号连接于用于传输数据信号的数据传输单元和用于存储数据信息的存储器。
6.如权利要求4所述的家庭智能清洁系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：用于获取原始图像信号的CCD摄像机；所述CCD摄像机信号连接于用于将模拟的原始图像信号转换为数字图像信号的模数转换单元。
7.一种基于权利要求1至6之一所述的家庭智能清洁系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统启动，系统初始化；
步骤2：传感器组开始实时采集室内环境的数据信息，将采集到的数据信息发送给控制系统，控制系统根据采集到的数据信息判断是否应该对房屋进行清洁；如果控制系统判断不需要对房屋进行打扫，则不进行处理；若判断需要对房屋进行打扫，则执行步骤3；
步骤3：行动机器人图像采集装置开始采集原始的图像信号，将图像信号经主控制器的处理后发送至路径规划处理器；
步骤4：路径规划处理器根据接收到的图像进行信号规划机器人的行动路径，将规划好的行动路径发送给主控制器；
步骤5：主控制器根据规划的行动路径发送控制命令到步进电机，控制步进电机驱动机器人的运动；
步骤6：行动机器人运动到主控制器指定的地点，开始控制自身的清洁装置清洁室内环境。
8.如权利要求7所述的家庭智能清洁系统的方法，其特征在于，所述路径规划处理器进行路径规划的方法包括以下步骤：
步骤1：初始化种群，沿起点和终点连线方向等距离选取N个点，在这些点的垂直线上随机选取转向点的纵坐标，并且使这些转向点不在障碍物内；
步骤2：将每一代个体划分为n个类，每个类中选出若干适应度较大的个体，作为一个类的优秀代表，组成一个种群；得到种群规模为： ；
步骤4：计算种群中所有个体的适应度，将其最好的个体保留，然后采用锦标赛选择法，挑选父个体，以执行交叉操作，并且检查获得的子代个体染色体长度是否超过N，如果没有超过，则保留，否则丢弃；
步骤5：以设定的概率对新产生的子代个体进行变异、插入、扰动、删除、平滑的操作:；同时，采取预选择机制，比较子串和父串适应度的大小，如果子串的适应度高于父串的适应度，就替换父串；否则维持父串不变；
步骤6：重复执行步骤3和步骤4步直到获得的新个体数量与父代群体数量相等；
步骤7：用保留的上一代最优个体替换新种群中适应度最差的个体；
步骤8：检查算法停止条件；
符合则中止，否则跳转至:步骤3，算法继续进行。
9.如权利要求8所述的家庭智能清洁系统的方法，其特征在于，所述图像处理器对接收到的原始图像进行图像处理的方法包括以下步骤：
步骤1：图像锐化单元对接收到的原始图像信息进行锐化处理；将锐化处理后的图像发送至图像分割单元；
步骤2：图像分割单元对接收到的图像信息进行分割，将分割后的图像发送至二值化单元；
步骤3：二值化单元对接受到的图像进行二值化处理，将二值化处理后的图像发送至阈值边缘检测单元；
步骤4：阈值边缘检测单元对接收到的图像进行阈值边缘检测，将阈值边缘检测的结果发送至主控制器。
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|---|---|---|---|---|
| CN109975748A (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-05 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 路径规划方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN111562782A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-21 | 长沙中联重科环境产业有限公司 | 一种防疫消毒清洁机器人 |
| CN111631167A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-08 | 宁波财经学院 | 一种移动机器人的路径自动规划系统 |
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2016
- 2016-12-09 CN CN201611127337.4A patent/CN106598049A/zh not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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