CN107491077A - 一种基于手机app控制的室内清扫机器人 - Google Patents

一种基于手机app控制的室内清扫机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，包括清扫机器人本体、手机APP和服务器，手机APP终端与服务器之间、服务器与控制板之间、手机APP终端与控制板之间均通过互联网相连；所述控制板上设有视频采集模块、清扫路线规划模块、清扫路线输出模块、GPS定位模块和机器人驱动模块。本发明通过机器人视觉方式实现了清扫机器人清扫路线的实时更新，提高了定位的效率和精确度，减少了机器人被卡住等情况的发生；用户可以根据需要进行清扫路线的修订，从而实现打扫区域的限定，人性化程度高；同时，用户还可以通过访问服务器进行机器人周围环境情况数据的实时获取。

Description

一种基于手机APP控制的室内清扫机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种基于手机APP控制的室内清扫机器人。
背景技术
清扫机器人在有障碍物的环境中迅速有效地全面覆盖清扫区域，面向目标自主运动，快速完成清扫工作，需要具备自主导航定位功能。现有的清扫机器人大多采用避障传感器实现清扫路线的改变，使用的过程中很容易被家具卡住，或者在某个死角内进行打转，无法真正意义上实现室内的彻底清扫；且清扫的路线都是随机的，机器人的工作状态也是无法实时获取的，需要人为去查看，使用不方便，且无法根据用户的需要进行设定规划，人性化程度低。
随着视觉图像处理的兴起，用视觉方式来实现室内定位具有其特殊的优势，鉴于此，提供一种基于手机APP控制的室内清扫机器人对本领域技术来说是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，通过机器人视觉方式实现了清扫机器人清扫路线的实时更新，提高了定位的效率和精确度，减少了机器人被卡住等情况的发生；用户可以根据需要进行清扫路线的修订，从而实现打扫区域的限定，人性化程度高；同时，用户还可以通过访问服务器进行机器人周围环境情况数据的实时获取。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，包括清扫机器人本体、安装在清扫机器人本体内的控制板以及安装清扫机器人本体上的与所述控制板相连的触控屏，还包括一手机APP和一服务器，该手机APP终端与服务器之间、服务器与控制板之间、手机APP终端与控制板之间均通过互联网相连；所述控制板上设有
视频采集模块，用于根据手机APP终端所发送的控制命令或者触控屏上输入的控制命令通过安装在所述清扫机器人本体上的摄像头进行目标视频数据的采集，还用于在整个清扫的过程中进行周围环境视频数据的实时采集；并将所采集到的视频数据发送到清扫路线规划模块和服务器；
清扫路线规划模块，用于根据手机APP输入的控制命令以及旅游路线基本要求进行起始节点坐标的设定，并根据获取的周围环境视频数据和设定的起始节点坐标进行清扫路线的规划；还用于根据接收到的清扫机器人的GPS定位数据进行起始节点坐标的重置，并根据获取的周围环境数据以及重置的起始节点坐标进行实时清扫路线的规划；
清扫路线输出模块，用于将清扫路线规划模块所生成的清扫路线发送到服务器，并发送到对应的手机APP终端以弹出消息框的模式进行提醒显示；所述手机APP终端用于接收清扫路线输出模块发送的清扫路线，并根据需求进行清扫路线的修订后，将最终的清扫路线发送到机器人驱动模块；
GPS定位模块，包括GPS芯片，该GPS芯片包括中央处理模块，GPS输入信号经过噪音抑制模块和增益放大模块进入中央处理模块，GPS输出信号经过调制模块输出；用于进行清扫机器人实时位置的获取；
机器人驱动模块，用于根据接收到的目标路线进行机器人的驱动。
优选地，所采集到的视频文件包括多个连续的视频帧以及与每一个视频帧对应的坐标信息和时间信息，且所述坐标信息与所述时间信息唯一对应。
优选地，所述清扫路线规划模块内设有
视频处理模块，用于根据每个视频帧的坐标信息确定每个视频帧的偏转角度，并按其中一个视频帧的偏转角度进行其他视频帧的重构，并将处理后的视频发送到数据处理模块；
深度图像获取模块，用于通过kinect深度传感器进行所接收到的视频数据内目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取，并将获取的目标位置深度图像、障碍物深度图像发送到三维重构模块；
三维重构模块，用于将所获得的障碍物深度图像以及目标位置深度图像进行三角化，然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场，对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包，并利用MarchingTetrahedra算法构造等值面，完成三维图像的重构；
坐标标定模块，用于根据视频图像中的坐标信息完成重构的三维图像中目标位置坐标、障碍物坐标以及起始点坐标的标定；
路线规划模块，用于根据坐标标定模块的输出结果以及机器人定位数据进行清扫路线的规划，并将规划的清扫路线发送到清扫路线输出模块。；
优选地，通过以下步骤完成其他视频帧的重构；
根据每个视频帧的偏转角度计算每个视频帧的补充偏转角度；
根据每个视频帧的补充偏转角度重新绘制每个视频帧。
优选地，所述清扫机器人本体1上顶面设有一收纳槽，所述摄像头通过电动伸缩杆安装在该收纳槽内，电动伸缩杆的下端与该收纳槽的内底面固定连接，上端通过带伺服装置的旋转轴与所述摄像头相连。
优选地，所述清扫机器人本体1上还设有与所述控制板相连的避障模块，该避障模块包括用于采集清扫机器人的周围障碍或墙的红外墙检传感器、用于采集清扫机器人的周围地面环境的红外地检传感器、用于采集清扫机器人的周围制约信号的虚拟墙检测传感器，以及用于采集清扫机器人的周围回充座信号的座充检测传感器。
优选地，所述控制板上还安装有一电量检测模块，用于进行控制板上锂电池的剩余电量的实时检测，一旦检测到的电量值小于设定的范围值，则启动安装在清扫机器人本体上的蜂鸣报警器，同时启动控制板上的短信编辑发送模块，将检测到的电量值发送到对应的手机APP终端。
优选地，所述控制板上还安装有一定位数据检测模块，用于进行清扫机器人本体GPS定位数据的检测，一旦在一定时间内，GPS定位数据变化幅度小于设定的范围，则启动安装在清扫机器人本体上的蜂鸣报警器，同时启动控制板上的短信编辑发送模块，将该检测结果发送到对应的手机APP终端。
本发明具有以下有益效果：
通过kinect深度传感器进行目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取以及三维图像的重构，然后通过在三维图像内的目标位置和障碍物的坐标定位以及机器人的实时定位数据进行目标路线的输出，实现了清扫路线的实时更新，从而减少了机器人被卡住等情况的发生；用户可以根据需要进行清扫路线的修订，从而实现打扫区域的限定，人性化程度高；同时，用户还可以通过访问服务器进行机器人周围环境情况数据的实时获取。自带报警功能，一旦清扫机器人发生电量不足或者卡住的情况，清扫机器人便会发送对应的信息到手机APP终端，使用方便。
附图说明
图1为本发明实施例中清扫机器人本体的外部结构示意图。
图2为本发明实施例中一种基于手机APP控制的室内清扫机器人的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，包括清扫机器人本体1、安装在清扫机器人本体1内的控制板以及安装清扫机器人本体1上的与所述控制板相连的触控屏，还包括一手机APP和一服务器，该手机APP终端与服务器之间、服务器与控制板之间、手机APP终端与控制板之间均通过互联网相连；所述控制板上设有
视频采集模块，用于根据手机APP终端所发送的控制命令或者触控屏上输入的控制命令通过安装在所述清扫机器人本体1上的摄像头3进行目标视频数据的采集，还用于在整个清扫的过程中进行周围环境视频数据的实时采集；并将所采集到的视频数据发送到清扫路线规划模块和服务器；
清扫路线规划模块，用于根据手机APP输入的控制命令以及旅游路线基本要求进行起始节点坐标的设定，并根据获取的周围环境视频数据和设定的起始节点坐标进行清扫路线的规划；还用于根据接收到的清扫机器人的GPS定位数据进行起始节点坐标的重置，并根据获取的周围环境数据以及重置的起始节点坐标进行实时清扫路线的规划；
清扫路线输出模块，用于将清扫路线规划模块所生成的清扫路线发送到服务器，并发送到对应的手机APP终端以弹出消息框的模式进行提醒显示；所述手机APP终端用于接收清扫路线输出模块发送的清扫路线，并根据需求进行清扫路线的修订后，将最终的清扫路线发送到机器人驱动模块；
GPS定位模块，包括GPS芯片，该GPS芯片包括中央处理模块，GPS输入信号经过噪音抑制模块和增益放大模块进入中央处理模块，GPS输出信号经过调制模块输出；用于进行清扫机器人实时位置的获取；
机器人驱动模块，用于根据接收到的目标路线进行机器人的驱动。
电量检测模块，用于进行控制板上锂电池的剩余电量的实时检测，一旦检测到的电量值小于设定的范围值，则启动安装在清扫机器人本体上的蜂鸣报警器，同时启动控制板上的短信编辑发送模块，将检测到的电量值发送到对应的手机APP终端。
定位数据检测模块，用于进行清扫机器人本体GPS定位数据的检测，一旦在一定时间内，GPS定位数据变化幅度小于设定的范围，则启动安装在清扫机器人本体上的蜂鸣报警器，同时启动控制板上的短信编辑发送模块，将该检测结果发送到对应的手机APP终端。
所述清扫机器人本体1上还设有与所述控制板相连的避障模块，该避障模块包括用于采集清扫机器人的周围障碍或墙的红外墙检传感器、用于采集清扫机器人的周围地面环境的红外地检传感器、用于采集清扫机器人的周围制约信号的虚拟墙检测传感器，以及用于采集清扫机器人的周围回充座信号的座充检测传感器。
所述控制板上还设有一中央处理器，用于协同控制板上的其他各模块进行工作。
所采集到的视频文件包括多个连续的视频帧以及与每一个视频帧对应的坐标信息和时间信息，且所述坐标信息与所述时间信息唯一对应。
优选地，所述清扫路线规划模块内设有
视频处理模块，用于根据每个视频帧的坐标信息确定每个视频帧的偏转角度，并按其中一个视频帧的偏转角度进行其他视频帧的重构，并将处理后的视频发送到数据处理模块；
深度图像获取模块，用于通过kinect深度传感器进行所接收到的视频数据内目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取，并将获取的目标位置深度图像、障碍物深度图像发送到三维重构模块；
三维重构模块，用于将所获得的障碍物深度图像以及目标位置深度图像进行三角化，然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场，对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包，并利用MarchingTetrahedra算法构造等值面，完成三维图像的重构；
坐标标定模块，用于根据视频图像中的坐标信息完成重构的三维图像中目标位置坐标、障碍物坐标以及起始点坐标的标定；
路线规划模块，用于根据坐标标定模块的输出结果以及机器人定位数据进行清扫路线的规划，并将规划的清扫路线发送到清扫路线输出模块。
通过以下步骤完成其他视频帧的重构；
根据每个视频帧的偏转角度计算每个视频帧的补充偏转角度；
根据每个视频帧的补充偏转角度重新绘制每个视频帧。
所述清扫机器人本体1上顶面设有一收纳槽，所述摄像头3通过电动伸缩杆安装在该收纳槽内，电动伸缩杆的下端与该收纳槽的内底面固定连接，上端通过带伺服装置的旋转轴与所述摄像头3相连，在使用时，可以通过控制板进行电动伸缩杆、旋转轴以及机器人驱动装置的驱动，从而实现多角度的视频图像的采集。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，包括清扫机器人本体(1)、安装在清扫机器人本体(1)内的控制板以及安装清扫机器人本体(1)上的与所述控制板相连的触控屏，其特征在于，还包括一手机APP和一服务器，该手机APP终端与服务器之间、服务器与控制板之间、手机APP终端与控制板之间均通过互联网相连；所述控制板上设有
视频采集模块，用于根据手机APP终端所发送的控制命令或者触控屏上输入的控制命令通过安装在所述清扫机器人本体(1)上的摄像头(3)进行目标视频数据的采集，还用于在整个清扫的过程中进行周围环境视频数据的实时采集；并将所采集到的视频数据发送到清扫路线规划模块和服务器；
清扫路线规划模块，用于根据手机APP输入的控制命令以及旅游路线基本要求进行起始节点坐标的设定，并根据获取的周围环境视频数据和设定的起始节点坐标进行清扫路线的规划；还用于根据接收到的清扫机器人的GPS定位数据进行起始节点坐标的重置，并根据获取的周围环境数据以及重置的起始节点坐标进行实时清扫路线的规划；
清扫路线输出模块，用于将清扫路线规划模块所生成的清扫路线发送到服务器，并发送到对应的手机APP终端以弹出消息框的模式进行提醒显示；所述手机APP终端用于接收清扫路线输出模块发送的清扫路线，并根据需求进行清扫路线的修订后，将最终的清扫路线发送到机器人驱动模块；
GPS定位模块，包括GPS芯片，该GPS芯片包括中央处理模块，GPS输入信号经过噪音抑制模块和增益放大模块进入中央处理模块，GPS输出信号经过调制模块输出；用于进行清扫机器人实时位置的获取；
机器人驱动模块，用于根据接收到的目标路线进行机器人的驱动。
2.如权利要求1所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，所采集到的视频文件包括多个连续的视频帧以及与每一个视频帧对应的坐标信息和时间信息，且所述坐标信息与所述时间信息唯一对应。
3.如权利要求1所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，所述清扫路线规划模块内设有
视频处理模块，用于根据每个视频帧的坐标信息确定每个视频帧的偏转角度，并按其中一个视频帧的偏转角度进行其他视频帧的重构，并将处理后的视频发送到数据处理模块；
深度图像获取模块，用于通过kinect深度传感器进行所接收到的视频数据内目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取，并将获取的目标位置深度图像、障碍物深度图像发送到三维重构模块；
三维重构模块，用于将所获得的障碍物深度图像以及目标位置深度图像进行三角化，然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场，对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包，并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面，完成三维图像的重构；
坐标标定模块，用于根据视频图像中的坐标信息完成重构的三维图像中目标位置坐标、障碍物坐标以及起始点坐标的标定；
路线规划模块，用于根据坐标标定模块的输出结果以及机器人定位数据进行清扫路线的规划，并将规划的清扫路线发送到清扫路线输出模块。
4.如权利要求3所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，通过以下步骤完成其他视频帧的重构；
根据每个视频帧的偏转角度计算每个视频帧的补充偏转角度；
根据每个视频帧的补充偏转角度重新绘制每个视频帧。
5.如权利要求1所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，所述清扫机器人本体(1)上顶面设有一收纳槽，所述摄像头(3)通过电动伸缩杆安装在该收纳槽内，电动伸缩杆的下端与该收纳槽的内底面固定连接，上端通过带伺服装置的旋转轴与所述摄像头(3)相连。
6.如权利要求1所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，所述清扫机器人本体(1)上还设有与所述控制板相连的避障模块，该避障模块包括用于采集清扫机器人的周围障碍或墙的红外墙检传感器、用于采集清扫机器人的周围地面环境的红外地检传感器、用于采集清扫机器人的周围制约信号的虚拟墙检测传感器，以及用于采集清扫机器人的周围回充座信号的座充检测传感器。
7.如权利要求1所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，所述控制板上还安装有一电量检测模块，用于进行控制板上锂电池的剩余电量的实时检测，一旦检测到的电量值小于设定的范围值，则启动安装在清扫机器人本体上的蜂鸣报警器，同时启动控制板上的短信编辑发送模块，将检测到的电量值发送到对应的手机APP终端。
8.如权利要求1所述的一种基于手机APP控制的室内清扫机器人，其特征在于，所述控制板上还安装有一定位数据检测模块，用于进行清扫机器人本体GPS定位数据的检测，一旦在一定时间内，GPS定位数据变化幅度小于设定的范围，则启动安装在清扫机器人本体上的蜂鸣报警器，同时启动控制板上的短信编辑发送模块，将该检测结果发送到对应的手机APP终端。
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