CN108209746A - 一种扫地机器人的障碍物高度检测装置和方法以及跨越装置和方法 - Google Patents

一种扫地机器人的障碍物高度检测装置和方法以及跨越装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种扫地机器人的障碍物高度检测装置和方法以及跨越装置和方法。该障碍物高度检测装置包括：图像获取单元，包括同一拍摄平面上的至少两个摄像头，用于获取至少两幅障碍物图像；距离计算单元，用于依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；高度计算单元，用于依据获取的一幅障碍物图像和计算出的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。该障碍物检测装置可检测扫地机器人前方的障碍物高度，有助于后续对障碍物进行跨越。

Description

一种扫地机器人的障碍物高度检测装置和方法以及跨越装置 和方法
技术领域
本发明涉及扫地机器人领域，尤其涉及一种扫地机器人的障碍物高度检测装置和方法以及跨越装置和方法。
背景技术
扫地机器人又称自动打扫机、智能吸尘机、机器人吸尘机等，是智能家用电器的一种，能够凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地面清洁工作。现有的扫地机器人在遇到门槛等障碍物时，一般会有两种选择，一种是改变路线绕行障碍物，这样导致扫地机器人只能在一定范围的空间内进行打扫，无法进入其他房间进行打扫；一种是坚持路线跨过障碍物，这样扫地机器人能够跨过门槛等进入其他房间进行打扫。对于后一种选择，扫地机器人仅能够对障碍物进行识别，而无法判断障碍物高度，导致扫地机器人对障碍物的盲目跨越，比如想要跨越的障碍物高度已经超过了其可跨越高度、跨越墙壁等跨越行为。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种扫地机器人的障碍物高度检测装置和方法以及跨越装置和方法。该障碍物检测装置可检测扫地机器人前方的障碍物高度，有助于后续对障碍物进行跨越。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种扫地机器人的障碍物高度检测装置，包括：
图像获取单元，包括同一拍摄平面上的至少两个摄像头，用于获取至少两幅障碍物图像；
距离计算单元，用于依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；
高度计算单元，用于依据获取的一幅障碍物图像和计算出的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。
进一步地，障碍物高度H=（L*h）/f，其中，L为障碍物第一距离，h为障碍物在摄像头的图像传感器上的投影高，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离。
一种扫地机器人的障碍物跨越装置，包括：
上述的障碍物高度检测装置，用于检测障碍物高度；
第一控制单元，用于依据检测的障碍物高度，控制扫地机器人上的跨越机构对障碍物进行跨越。
进一步地，包括：
红外测距单元，用于通过红外线检测障碍物第二距离；
第二控制单元，用于依据检测的障碍物第二距离，控制扫地机器人的行走机构进行减速和/或启动所述障碍物高度检测装置。
进一步地，所述红外测距单元包括：
红外发射器，用于向障碍物发射红外激光；
红外传感器，用于接收经障碍物反射的红外激光；
测距子单元，用于依据接收的红外激光，计算出障碍物第二距离。
一种扫地机器人的障碍物高度检测方法，包括：
步骤1：通过同一拍摄平面上的至少两个摄像头，获取至少两幅障碍物图像；
步骤2：依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；
步骤3：依据获取的一幅障碍物图像和计算的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。
进一步地，障碍物高度H=（L*h）/f，其中，L为障碍物第一距离，h为障碍物在摄像头的图像传感器上的投影高，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离。
一种扫地机器人的障碍物跨越方法，包括：
上述的障碍物高度检测方法；
步骤4：依据检测的障碍物高度，控制扫地机器人的跨越机构对障碍物进行跨越。
进一步地，在步骤1之前还包括：
步骤0.1：通过红外线检测障碍物第二距离；
步骤0.2：依据检测的障碍物第二距离，控制扫地机器人的行走机构减速和/或进行步骤1。
进一步地，步骤0.1包括：
步骤0.1.1：向障碍物发射红外激光；
步骤0.1.2：接收经障碍物反射的红外激光；
步骤0.1.3：依据接收的红外激光，计算出障碍物第二距离。
本发明具有如下有益效果：该障碍物高度检测装置先通过所述图像获取单元的双摄像头或多摄像头对障碍物的距离进行检测，计算出障碍物第一距离，然后通过其中一幅障碍物图像和计算的障碍物第一距离来最终计算出障碍物高度，获知扫地机器人前方的障碍物高度后，有助于后续控制扫地机器人的跨越机构对障碍物进行跨越。
附图说明
图1为本发明提供的扫地机器人的障碍物高度检测装置的原理框图；
图2为现有的双摄像头的测距原理的示意图；
图3为本发明提供的障碍物高度的检测原理的示意图；
图4为本发明提供的扫地机器人的障碍物跨越装置的原理框图；
图5为本发明提供的扫地机器人的障碍物高度检测方法的步骤框图；
图6为本发明提供的扫地机器人的障碍物跨越方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种扫地机器人的障碍物高度检测装置，包括：
图像获取单元，包括同一拍摄平面上的至少两个摄像头，用于获取至少两幅障碍物图像；
距离计算单元，用于依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；
高度计算单元，用于依据获取的一幅障碍物图像和计算出的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。
该障碍物高度检测装置先通过所述图像获取单元的双摄像头或多摄像头对障碍物的距离进行检测，计算出障碍物第一距离，然后通过其中一幅障碍物图像和计算的障碍物第一距离来最终计算出障碍物高度，获知扫地机器人前方的障碍物高度后，有助于后续控制扫地机器人的跨越机构对障碍物进行跨越。
双摄像头或多摄像头测距的原理和算法有多种，在此不作限制，比较常用的是相似三角形原理，如图2所示，由相似三角形原理可知：L/（L+f）=d/（d+x1+x2），进而推导出障碍物第一距离L=d*f/（x2-x1），其中，d为两个摄像头之间的镜头中心间距或图像传感器光心间距，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离（两个摄像头的f相同），x1和x2为障碍物上的同一点分别在第一摄像头的图像传感器和第二摄像头的图像传感器上的投影点到对应图像传感器光心的距离；d和f为固定参数，x1和x2通过对图像传感器的感光信息进行计算或者通过按障碍物图像按和图像传感器之间的尺寸比例进行换算可知。
如图3所示，同样的由相似三角形原理可知：L/H=f/h，进而推导出障碍物高度H=（L*h）/f，其中，L为障碍物第一距离，h为障碍物在摄像头的图像传感器上的投影高，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离；f为固定参数，h通过对图像传感器的感光信息进行计算或者通过按障碍物图像按和图像传感器之间的尺寸比例进行换算可知。
实施例二
如图4所示，一种扫地机器人的障碍物跨越装置，包括：
实施例一中所述的障碍物高度检测装置，用于检测障碍物高度；
第一控制单元，用于依据检测的障碍物高度，控制扫地机器人上的跨越机构对障碍物进行跨越。
该障碍物跨越装置依据检测的障碍物高度来控制扫地机器人的跨越机构来对障碍物进行跨越，可以有效防止扫地机器人对障碍物进行盲目的跨越，比如：跨越的障碍物高度已经超过了其可跨越高度、跨越墙壁等跨越行为。
扫地机器人上的跨越机构主要有设置在扫地机器人底部的升降式跨越机构或者设置在扫地机器人顶部的飞行式跨越机构两种。这两种跨越机构均存在多种现有的机械结构，在此不作限制。
在具体实现时，所述第一控制单元判断检测的障碍物高度是否小于或等于预设的可跨越高度，若是，则启动扫地机器人上的跨越机构对障碍物进行跨越，若否，则控制扫地机器人的行走机构改变路线，对障碍物绕行。
比如，现有的门槛高度一般在4cm以下，那么就可以将扫地机器人的可跨越高度预设为4cm，若所述障碍物高度检测装置检测的障碍物高度在4cm或4cm以下，所述第一控制单元则启动跨越机构来对障碍物进行跨越，若所述障碍物高度检测装置检测的障碍物高度在4cm以上，则控制扫地机器人的行走机构改变路线，对障碍物绕行。
另外，若扫地机器人上设置有针对不同高度障碍物的多种跨越机构的话，则所述第一控制单元判断检测的障碍物高度在哪种跨越机构的高度区间内，然后启动扫地机器人上对应的跨越机构来对障碍物进行跨越。
比如，扫地机器人上同时设置有升降式跨越机构和飞行式跨越机构，所述升降式跨越机构对应于跨越0-4cm高的障碍物，所述飞行式跨越机构对应于跨越4cm以上高的障碍物，若检测的障碍物高度在0-4cm之间，所述第一控制单元则启动升降式跨越机构来对障碍物进行跨越，若检测的障碍物高度在4cm以上，所述第一控制单元则启动飞行式跨越机构来对障碍物进行跨越。
该障碍物跨越装置还包括：
红外测距单元，用于通过红外线检测障碍物第二距离；
第二控制单元，用于依据检测的障碍物第二距离，控制扫地机器人的行走机构进行减速和/或启动所述障碍物高度检测装置。
该障碍物跨越装置通过所述红外测距单元来检测障碍物第二距离，当障碍物第二距离小于或等于预设值时，所述第二控制单元则控制扫地机器人的行走机构进行减速和/或启动所述障碍物高度检测装置，以减少所述障碍物高度检测装置的工作时间，减少能耗，并且减速可以为障碍物高度的检测过程提供足够的运算时间，以及为所述跨越机构提供足够的启动时间。
具体的所述红外测距单元包括：
红外发射器，用于向障碍物发射红外激光；
红外传感器，用于接收经障碍物反射的红外激光；
测距子单元，用于依据接收的红外激光，计算出障碍物第二距离。
其中，红外线测距为现有技术，故不在此详细描述其原理和方法。
实施例三
如图5所示，一种扫地机器人的障碍物高度检测方法，包括：
步骤1：通过同一拍摄平面上的至少两个摄像头，获取至少两幅障碍物图像；
步骤2：依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；
步骤3：依据获取的一幅障碍物图像和计算的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。
该障碍物高度检测方法先通过双摄像头或多摄像头测距原理计算出障碍物第一距离，然后通过其中一幅障碍物图像和计算的障碍物第一距离来最终计算出障碍物高度，获知扫地机器人前方的障碍物高度后，有助于后续控制扫地机器人的跨越机构对障碍物进行跨越。
在步骤2中，双摄像头或多摄像头测距的原理和算法有多种，在此不作限制，比较常用的是相似三角形原理，如图2所示，由相似三角形原理可知：L/（L+f）=d/（d+x1+x2），进而推导出障碍物第一距离L=d*f/（x2-x1），其中，d为两个摄像头之间的镜头中心间距或图像传感器光心间距，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离（两个摄像头的f相同），x1和x2为障碍物上的同一点分别在第一摄像头的图像传感器和第二摄像头的图像传感器上的投影点到对应图像传感器光心的距离；d和f为固定参数，x1和x2通过对图像传感器的感光信息进行计算或者通过按障碍物图像按和图像传感器之间的尺寸比例进行换算可知。
在步骤3中，如图3所示，同样的由相似三角形原理可知：L/H=f/h，进而推导出障碍物高度H=（L*h）/f，其中，L为障碍物第一距离，h为障碍物在摄像头的图像传感器上的投影高，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离；f为固定参数，h通过对图像传感器的感光信息进行计算或者通过按障碍物图像按和图像传感器之间的尺寸比例进行换算可知。
实施例四
如图6所示，一种扫地机器人的障碍物跨越方法，包括：
实施例三中所述的障碍物高度检测方法；
步骤4：依据检测的障碍物高度，控制扫地机器人的跨越机构对障碍物进行跨越。
该障碍物跨越方法依据检测的障碍物高度来控制扫地机器人的跨越机构来对障碍物进行跨越，可以有效防止扫地机器人对障碍物进行盲目的跨越，比如：跨越的障碍物高度已经超过了其可跨越高度、跨越墙壁等跨越行为。
扫地机器人上的跨越机构主要有设置在扫地机器人底部的升降式跨越机构或者设置在扫地机器人顶部的飞行式跨越机构两种。这两种跨越机构均存在多种现有的机械结构，在此不作限制。
具体实现时，在步骤4中，判断检测的障碍物高度是否小于或等于预设的可跨越高度，若是，则启动扫地机器人上的跨越机构对障碍物进行跨越，若否，则控制扫地机器人的行走机构改变路线，对障碍物绕行。
比如，现有的门槛高度一般在4cm以下，那么就可以将扫地机器人的可跨越高度预设为4cm，若检测的障碍物高度在4cm或4cm以下，则启动跨越机构来对障碍物进行跨越，若检测的障碍物高度在4cm以上，则控制扫地机器人的行走机构改变路线，对障碍物绕行。
另外，若扫地机器人上设置有针对不同高度障碍物的多种跨越机构的话，则在步骤4中，判断检测的障碍物高度在哪种跨越机构的高度区间内，然后启动扫地机器人上对应的跨越机构来对障碍物进行跨越。
比如，扫地机器人上同时设置有升降式跨越机构和飞行式跨越机构，所述升降式跨越机构对应于跨越0-4cm高的障碍物，所述飞行式跨越机构对应于跨越4cm以上高的障碍物，若检测的障碍物高度在0-4cm之间，则启动升降式跨越机构来对障碍物进行跨越，若检测的障碍物高度在4cm以上，则启动飞行式跨越机构来对障碍物进行跨越。
该障碍物跨越方法在步骤1之前还包括：
步骤0.1：通过红外线检测障碍物第二距离；
步骤0.2：依据检测的障碍物第二距离，控制扫地机器人的行走机构减速和/或进行步骤1。
该障碍物跨越方法通过红外线测距来检测障碍物第二距离，当障碍物第二距离小于或等于预设值时，则控制扫地机器人的行走机构进行减速和/或进行步骤1，以减少双摄像头或多摄像头测距的工作时间，减少能耗，并且减速可以为障碍物高度的检测过程提供足够的运算时间，以及为所述跨越机构提供足够的启动时间。
具体的步骤0.1包括：
步骤0.1.1：向障碍物发射红外激光；
步骤0.1.2：接收经障碍物反射的红外激光；
步骤0.1.3：依据接收的红外激光，计算出障碍物第二距离。
其中，红外线测距为现有技术，故不在此详细描述其原理和方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扫地机器人的障碍物高度检测装置，其特征在于，包括：
图像获取单元，包括同一拍摄平面上的至少两个摄像头，用于获取至少两幅障碍物图像；
距离计算单元，用于依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；
高度计算单元，用于依据获取的一幅障碍物图像和计算出的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。
2.根据权利要求1所述的扫地机器人的障碍物高度检测装置，其特征在于，障碍物高度H=（L*h）/f，其中，L为障碍物第一距离，h为障碍物在摄像头的图像传感器上的投影高，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离。
3.一种扫地机器人的障碍物跨越装置，其特征在于，包括：
权利要求1或2中所述的障碍物高度检测装置，用于检测障碍物高度；
第一控制单元，用于依据检测的障碍物高度，控制扫地机器人上的跨越机构对障碍物进行跨越。
4.根据权利要求3所述的障碍物跨越装置，其特征在于，包括：
红外测距单元，用于通过红外线检测障碍物第二距离；
第二控制单元，用于依据检测的障碍物第二距离，控制扫地机器人的行走机构进行减速和/或启动所述障碍物高度检测装置。
5.根据权利要求4所述的障碍物跨越装置，其特征在于，所述红外测距单元包括：
红外发射器，用于向障碍物发射红外激光；
红外传感器，用于接收经障碍物反射的红外激光；
测距子单元，用于依据接收的红外激光，计算出障碍物第二距离。
6.一种扫地机器人的障碍物高度检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：通过同一拍摄平面上的至少两个摄像头，获取至少两幅障碍物图像；
步骤2：依据获取的至少两幅障碍物图像，计算出障碍物第一距离；
步骤3：依据获取的一幅障碍物图像和计算的障碍物第一距离，计算出障碍物高度。
7.根据权利要求6所述的障碍物高度检测方法，其特征在于，障碍物高度H=（L*h）/f，其中，L为障碍物第一距离，h为障碍物在摄像头的图像传感器上的投影高，f为摄像头的镜头和图像传感器之间的距离。
8.一种扫地机器人的障碍物跨越方法，其特征在于，包括：
权利要求6或7中所述的障碍物高度检测方法；
步骤4：依据检测的障碍物高度，控制扫地机器人的跨越机构对障碍物进行跨越。
9.根据权利要求8所述的障碍区跨越方法，其特征在于，在步骤1之前还包括：
步骤0.1：通过红外线检测障碍物第二距离；
步骤0.2：依据检测的障碍物第二距离，控制扫地机器人的行走机构减速和/或进行步骤1。
10.根据权利要求9所述的扫地机器人的障碍物跨越方法，其特征在于，步骤0.1包括：
步骤0.1.1：向障碍物发射红外激光；
步骤0.1.2：接收经障碍物反射的红外激光；
步骤0.1.3：依据接收的红外激光，计算出障碍物第二距离。
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