CN108968825A - 一种扫地机器人和机器人扫地方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人扫地方法，其采用图像处理的方法判断出机器人当前是否可能经过门，再结合测量得到的机器人和门之间的距离，综合判断机器人当前是否真正在经过一个门，当判断机器人正在经过一个门时，通过设置虚拟界线使机器人在一个房间打扫结束之后再到另一个房间打扫，减少了机器人在打扫时重复往返不同房间而浪费时间。此外，本发明还公开了一种扫地机器人。
Description
技术领域
本发明涉及一种清扫设备，尤其涉及一种扫地机器人和机器人扫地方法。
背景技术
为了解放人力，越来越多的机器人用于代替人们从事家庭清洁等劳动。通常人们用遍历性和不重复性两个指标来衡量一个扫地机器人的优劣。现有技术中常用的机器人可分为随机型清扫机器人和规划型清扫机器人，但由于内置算法的因素，随机型清扫机器人通常会牺牲时间以达到全面覆盖，且重复度较高，导致时间效率低；而规划型清扫机器人，虽然较随机型机器人有所改进，但往往会出现在一个房间没有打扫完毕的前提下就进入下一个房间进行打扫，而为了能全部清扫彻底，需要机器人再次导航回原来的房间进行打扫，甚至需要在两个房间之间重复导航多次，这在一定程度上也导致了时间的浪费。因此，如何获取一种能够在一个房间打扫结束之后再到其他房间打扫的机器人是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种机器人扫地方法和一种扫地机器人，使得当机器人在清扫房间时，减少因在不同房间之间的重复导航而浪费的时间。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种机器人扫地方法，包括：步骤S100，获取所述机器人的顶部图像；步骤S200，提取所述顶部图像中的直线，对所述直线进行拟合和筛选，得到门头线条；步骤S300，分析所述门头线条的分布规律，判断所述分布规律是否满足门信号分布规律，若满足执行步骤S400，否则返回步骤S100；步骤S400，测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离是否满足门阈值，若满足执行步骤S500，否则返回步骤S100；步骤S500，记录所述机器人的当前位置和当前航向角，根据所述当前位置和所述当前航向角设置虚拟界线，使所述机器人在经过所述虚拟界线进入一个房间打扫结束之后再退出所述房间。
此外，本发明还公开了一种应用所述扫地方法的扫地机器人，包括：图像采集模块，用于获取所述机器人的顶部图像；直线提取模块，用于提取所述顶部图像中的直线，对所述直线进行拟合和筛选，得到门头线条；直线分析模块，用于分析所述门头线条的分布规律，判断所述分布规律是否满足门信号分布规律，若满足执行阈值判断模块，否则返回所述图像采集模块；阈值判断模块，用于测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离是否满足门阈值，若满足执行打扫规划模块，否则返回所述图像采集模块；打扫规划模块，用于记录所述机器人的当前位置和当前航向角，根据所述当前位置和所述当前航向角设置虚拟界线，使所述机器人在经过所述虚拟界线进入一个房间打扫结束之后再退出所述房间。
有益效果：本发明公开了一种机器人打扫方法以及打扫机器人，其采用图像处理的方法判断出机器人当前是否可能经过门，再结合测量得到的机器人和门之间的距离，综合判断机器人当前是否真正在经过一个门，当判断机器人正在经过一个门时，通过设置虚拟界线使机器人在一个房间打扫结束之后再到另一个房间打扫，减少了机器人在打扫时重复往返不同房间而浪费时间。
附图说明
图1是本发明一种机器人扫地方法的流程图；
图2是本发明一种扫地机器人的系统组成图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合附图对本发明作进一步地详细描述。这种描述是通过示例而非限制的方式介绍了与本发明的原理相一致的具体实施方式，这些实施方式的描述是足够详细的，以使得本领域技术人员能够实践本发明，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以使用其他实施方式并且可以改变和/或替换各要素的结构。因此，不应当从限制性意义上来理解以下的详细描述。
在本发明中，本领域技术人员可知，扫地机器人都具有其自身的外观设计，包括圆形扫地机器人、方形扫地机器人等，本领域技术人员可理解，扫地机器人的具体外观设计不影响本发明的实际保护范围。
图1是本发明一种机器人扫地方法的流程图。其中该方法包括：步骤S100，获取所述机器人的顶部图像。在该步骤中，具体在所述机器人的顶部设置有拍摄装置，该拍摄装置可以不受所述机器人的影响而无遮挡地拍摄到所述机器人上方的图像，摄像装置的成像平面跟所述机器人的顶部表面成0度，以便于机器人经过门的时候可以拍摄到门头照片。
优选地，所述拍摄装置可以为照相机、摄像机等常用的拍摄装置，且所述拍摄装置以固定频率进行图像采集，该固定频率可以任意设置。优选地，所述固定频率可以是每秒1帧-100帧。
步骤S200，提取所述顶部图像中的直线，对所述直线进行拟合和筛选，得到门头线条。基于步骤S100采集到的图像，对所述采集到的图像进行图像处理，提取所述采集到的图像中的直线，并对提取后的直线进行拟合和筛选。
优选地，在本发明中，可使用现有技术中的多种算法提取图像中的直线，进行直线拟合，例如现有技术中常用的霍夫算法、LSD算法及其相应的变形算法等。优选地，由于门头在图像中通常满足门头线条的直线之间平行且直线之间间距不大，因此可以按照以上所述的特征属性对所提取的直线进行初步筛选。
步骤S300，分析所述门头线条的分布规律，判断所述分布规律是否满足门信号分布规律，若满足执行步骤S400，否则返回步骤S100。
根据现有门头的特点，其明显的特点在于有两条和/或多条平行的直线且直线之间的距离是一定的。当采用直线分布规律来判断是否经过门头时，主要是分析得到的直线分布规律是否符合门头中直线之间的平行度和间距。当提取后的直线分布规律符合门信号分布规律时，可判断此时所述机器人有可能正在经过一个门。
步骤S400，测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离是否满足门阈值，若满足执行步骤S500，否则返回步骤S100。
优选地，在该步骤中，使用传感器来测量所述机器人和机器人顶部的距离。由于门头和地面的具体通常为1.8-3m，若仅仅通过步骤S300来确定是否正经过一个门，则有可能会造成某些类似门的物体的存在导致误判，因此在该步骤中进一步结合门头和地面的距离来综合判断。由于扫地机器人的高度通常较低，因此，设置门阈值为1.8-3m，当判断传感器采集到的机器人和其顶部的高度满足所述门阈值时，则认为所述机器人正在经过一个门。
优选地，所述传感器设置在所述机器人的顶部，也可以设置在所述机器人的其他位置，以方便测量所述机器人和其顶部的距离为准。优选地，所述传感器可以为超声波测距传感器、激光测距传感器、红外测距传感器等。
步骤S500，记录所述机器人的当前位置和当前航向角，根据所述当前位置和所述当前航向角设置虚拟界线，使所述机器人在经过所述虚拟界线进入一个房间打扫结束之后再退出所述房间。
优选地，所述机器人的位置采用二维坐标来表示。本领域技术人员可知，当扫地机器人打扫结束之后，通常会回到所述机器人的充电座处，当下次开始打扫时，所述机器人从该充电座处启动，执行清扫任务。因此，为了更好地描述机器人的位置信息，将所述充电座作为所述二维坐标的坐标零点(0,0)，机器人的每次启动航行方向作为x轴，与其垂直的方向作为y轴。机器人可根据其航行方向、速度、航行时间等信息生成相应的二维位置信息。
由于扫地机器人通常按照“弓”字形运动，因此扫地机器人的航行方向为沿x轴方向运动或者是沿y轴方向运动，在计算其航向角时，具体可根据所述扫地机器人前后相邻位置坐标计算出所述扫地机器人的航向角，优选地，所述扫地机器人的航向角包括0°、90°、180°或-90°。
具体地，在本发明中，根据所述机器人的当前位置和当前航向角，确定所述机器人和所述门头线条的夹角，根据该夹角和所述机器人的当前位置，确认虚拟界线的长度和位置。
若扫地机器人垂直进入房间，则扫地机器人的航向角与门头的夹角为90°，此时，在所述机器人的当前位置(x,y)且垂直于航向角的方向设置一条虚拟界线，该虚拟界线可以为直线，也可以是一定长度的线段，以可使所述房间和所述虚拟界线确定一个封闭区域为准，则此时该虚拟界线位于门头的正下方；若扫地机器人平行进入房间，则扫地机器人的航向角与门头的夹角为0°，此时，在所述机器人的当前位置(x,y)且平行于航向角的方向设置一条虚拟界线，同样，该虚拟界线可以为直线，也可以是一定长度的线段，以可使所述房间和所述虚拟界线确定一个封闭区域为准则，此时该虚拟界线位于门头的正下方。
一旦确定扫地机器人经过该虚拟界线进入一个房间，则在所述扫地机器人打扫期间，若遇到该虚拟界线，首先判断该房间是否已经全部打扫结束，若是则撤销该虚拟界线，所述机器人退出该房间执行其他房间的打扫任务，否则所述机器人不能越过所述虚拟界线，继续在所述房间执行打扫任务。
通过上述的机器人扫地方法可知，其通过采用图像处理的方法判断出机器人当前是否可能经过门，再结合测量得到的机器人和门之间的距离，综合判断机器人当前是否真正在经过一个门，当判断机器人正在经过一个门时，通过设置虚拟界线使得机器人在一个房间打扫结束之后再到另一个房间打扫，减少了机器人在打扫时重复往返不同房间而造成的时间浪费。
在本发明的另一个实施例中，所述步骤S100之后还可以包括：步骤S101，对所述图像进行预处理，去除所述图像中的噪声。该步骤有利于减少噪声对有用信号的干扰，使提取的信号更符合接近真实场景。
图2是本发明的一种扫地机器人的系统组成图。在图2中，所述机器人10包括：图像采集模块11，用于获取所述扫地机器人的顶部图像。优选地，在所述机器人10的顶部设置有图像采集装置，该图像采集装置可以无遮挡地拍摄到所述机器人上方的图像，摄像装置的成像平面跟所述机器人的顶部表面成0度，以便于机器人经过门的时候可以拍摄到门头照片。
优选地，所述图像采集装置可以为照相机、摄像机等常用的拍摄装置，且所述图像采集装置以固定频率进行图像采集，该固定频率可以人为设置。优选地，所述固定频率可以是每秒1帧-100帧。
直线提取模块12，用于提取所述顶部图像中的直线，对所述直线进行拟合和筛选，得到门头线条。基于图像采集模块采集到的图像，对所述采集到的图形进行图像处理，提取所述采集到的图像中的直线，并对提取后的执行进行拟合和筛选。
优选地，在本发明中，可使用现有技术中的多种算法提取图像中的直线，进行直线拟合，例如现有技术中常用的霍夫算法、LSD算法及其相应的变形算法等。优选地，由于门头在图像中通常满足门头线条中直线之间平行且直线之间间距不大，因此按照以上所述的特征属性对提取的直线进行初步筛选。
直线分析模块13，用于分析所述门头线条的分布规律，判断所述分布规律是否满足门信号分布规律，若满足执行阈值判断模块，否则返回所述图像采集模块。
根据现有门头的特点，其明显的特点在于有两条和/或多条平行的直线且直线之间的距离是一定的。当采用直线分布规律来判断是否经过门头时，主要是分析得到的直线分布规律是否符合门头中直线之间的平行度和间距。当提取后的直线分布规律符合门信号分布规律时，可判断此时所述机器人有可能正在经过一个门。
阈值判断模块14，用于测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离是否满足门阈值，若满足执行打扫规划模块，否则返回所述图像采集模块。优选地，在该模块中，使用传感器来测量所述机器人和机器人顶部的距离。由于门头和地面的具体通常为1.8-3m，若仅仅通过直线分析模块确定是否正经过一个门，则有可能会造成某些类似门的物体的存在导致误判，因此在该步骤中进一步结合门头和地面的距离来综合判断。由于扫地机器人的高度通常较低，因此，设置门阈值为1.8-3m，当判断传感器采集到的机器人和其顶部的高度满足所述门阈值时，则认为所述机器人正在经过一个门。
优选地，所述传感器设置在所述机器人的顶部，也可以设置在所述机器人的其他位置，以方便测量所述机器人和其顶部的距离为准。
打扫规划模块15，用于记录所述机器人的当前位置和当前航向角，根据所述当前位置和所述当前航向角设置虚拟界线，使所述机器人在经过所述虚拟界线进入一个房间打扫结束之后再退出所述房间。
优选地，所述机器人的位置采用二维坐标来表示。本领域技术人员可知，当扫地机器人打扫结束之后，通常会回到所述机器人的充电座处，当下次开始打扫时，所述机器人从该充电座处启动，执行清扫任务。因此，为了更好地描述机器人的位置信息，将所述充电座作为所述二维坐标的坐标零点(0,0)，机器人的每次启动航行方向作为x轴，与其垂直的方向作为y轴。机器人可根据其航行方向、速度、航行时间等信息生成相应的二维位置信息。
由于扫地机器人通常按照“弓”字形运动，因此扫地机器人的航行方向为沿x轴方向运动或者是沿y轴方向运动，在计算其航向角时，具体可根据所述扫地机器人前后相邻位置坐标计算出所述扫地机器人的航向角，优选地，所述扫地机器人的航向角包括0°、90°、180°或-90°。
具体地，在本发明中，根据所述机器人的当前位置和当前航向角，确定所述机器人和所述门头线条的夹角，根据该夹角和所述机器人的当前位置，确认虚拟界线的长度和位置。
若扫地机器人垂直进入房间，则扫地机器人的航向角与门头的夹角为90°，此时，在所述机器人的当前位置(x,y)且垂直于航向角的方向设置一条虚拟界线，该虚拟界线可以为直线，也可以是一定长度的线段，以可使所述房间和所述虚拟界线确定一个封闭区域为准，则此时该虚拟界线位于门头的正下方；若扫地机器人平行进入房间，则扫地机器人的航向角与门头的夹角为0°，此时，在所述机器人的当前位置(x,y)且平行于航向角的方向设置一条虚拟界线，同样，该虚拟界线可以为直线，也可以是一定长度的线段，以可使所述房间和所述虚拟界线确定一个封闭区域为准则，此时该虚拟界线位于门头的正下方。
一旦确定扫地机器人经过该虚拟界线进入一个房间，则在所述扫地机器人打扫期间，首先判断该房间是否已经全部打扫结束，若是则撤销该虚拟界线，所述机器人退出该房间执行其他房间的打扫任务，否则所述机器人不能越过所述虚拟界线，继续在所述房间执行打扫任务。
通过上述扫地机器人可知，其通过采用图像处理的方法和传感器测量距离方法综合判断机器人当前是否真正在经过一个门，当判断机器人正在经过一个门时，通过设置虚拟界线使得机器人在一个房间打扫结束之后再到另一个房间打扫，减少了机器人在不同房间打扫时重复往返而造成的时间浪费。
在本发明的另一个实施例中，所述图像采集模块之后还可以包括：图像预处理模块，用于对所述图像进行预处理，去除所述图像中的噪声。所述图像预处理模块有利于减少噪声对有用信号的干扰，使提取的信号更符合接近真实场景。
此外，根据公开的本发明的说明书，本发明的其他实现对于本领域的技术人员是明显的。实施方式和/或实施方式的各个方面可以单独或者以任何组合用于本发明的系统和方法中。说明书和其中的示例应该是仅仅看作示例性，本发明的实际范围和精神由所附权利要求书表示。
Claims (10)
1.一种机器人扫地方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S100，获取所述机器人的顶部图像；
步骤S200，提取所述顶部图像中的直线，对所述直线进行拟合和筛选，得到门头线条；
步骤S300，分析所述门头线条的分布规律，判断所述分布规律是否满足门信号分布规律，若满足执行步骤S400，否则返回步骤S100；
步骤S400，测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离是否满足门阈值，若满足执行步骤S500，否则返回步骤S100；
步骤S500，记录所述机器人的当前位置和当前航向角，根据所述当前位置和所述当前航向角设置虚拟界线，使所述机器人在经过所述虚拟界线进入一个房间打扫结束之后再退出所述房间。
2.根据权利要求1所述的机器人扫地方法，其特征在于，在步骤S100中，所述顶部图像由所述机器人顶部设置的拍摄装置以固定频率采集，所述固定频率为每秒1帧-100帧。
3.根据权利要求2所述的机器人扫地方法，其特征在于，在步骤S400中，使用传感器测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离。
4.根据权利要求3所述的机器人扫地方法，其特征在于，在步骤S500中，所述根据所述当前位置和当前航向角设置虚拟界线包括：根据所述当前位置和所述当前航向角，确定所述机器人和所述门头线条的夹角，根据所述夹角和所述机器人的所述当前位置，确认所述虚拟界线的长度和位置。
5.根据权利要求4所述的机器人扫地方法，其特征在于，所述步骤S100之后还可以包括：步骤S101，对所述图像进行预处理，去除所述图像中的噪声。
6.一种扫地机器人，包括：
图像采集模块，用于获取所述机器人的顶部图像；
直线提取模块，用于提取所述顶部图像中的直线，对所述直线进行拟合和筛选，得到门头线条；
直线分析模块，用于分析所述门头线条的分布规律，判断所述分布规律是否满足门信号分布规律，若满足执行阈值判断模块，否则返回所述图像采集模块；
阈值判断模块，用于测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离是否满足门阈值，若满足执行打扫规划模块，否则返回所述图像采集模块；
打扫规划模块，用于记录所述机器人的当前位置和当前航向角，根据所述当前位置和所述当前航向角设置虚拟界线，使所述机器人在经过所述虚拟界线进入一个房间打扫结束之后再退出所述房间。
7.根据权利要求6所述的扫地机器人，其特征在于，所述图像采集模块为拍摄装置，设置在所述机器人的顶部，以固定频率采集所述顶部图像，所述固定频率为每秒1帧-100帧。
8.根据权利要求7所述的扫地机器人，其特征在于，使用传感器测量所述机器人和所述机器人顶部之间的距离。
9.根据权利要求8所述的扫地机器人，其特征在于，在打扫规划模块中，所述根据所述当前位置和当前航向角设置虚拟界线包括：根据所述当前位置和所述当前航向角，确定所述机器人和所述门头线条的夹角，根据所述夹角和所述机器人的所述当前位置，确认所述虚拟界线的长度和位置。
10.根据权利要求9所述的扫地机器人，其特征在于，所述图像采集模块之后还可以包括：图像预处理模块，用于对所述图像进行预处理，去除所述图像中的噪声。
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