CN109602345A - 一种视觉扫地机器人及其避障方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种视觉扫地机器人及其避障方法，其中，所述视觉扫地机器人包括图像采集模块、避障模块、逻辑处理模块、底盘、惯性测量单元、第一微处理单元以及第二微处理单元，其中：所述图像采集模块、避障模块和逻辑处理模块运行于所述第一微处理单元上；所述底盘和所述惯性测量单元运行于所述第二微处理单元上；所述第一微处理单元和所述第二微处理单元通过时间同步协议保证时间同步。本申请提供的技术方案，能够提高扫地机器人的避障精度。

Description

一种视觉扫地机器人及其避障方法
技术领域
本申请涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种视觉扫地机器人及其避障方法。
背景技术
随着自动化技术的不断进步，扫地机器人被越来越多的家庭所青睐。现有的视觉扫地机器人中，图像采集模块、避障模块、底盘以及惯性测量单元是相互独立的。各个功能模块负责对采集到的数据打上时间戳标记。这种情况下，扫地机器人在同一时刻产生的传感器数据，经过各个模块打上时间戳以后，汇总到逻辑处理模块进行数据处理时，各个数据的时间戳是不同步的。例如，图像数据的时间是t0，底盘和惯性测量单元的数据时间是t1，避障模块的时间是t2，逻辑处理模块的时间是t3。这样，在对机器人定位或避障处理时，会造成一定的时间误差。随着时间的推移，这种误差逐渐变大，影响定位和避障的精准度。
发明内容
本申请的目的在于提供一种视觉扫地机器人及其避障方法，能够提高扫地机器人的避障精度。
为实现上述目的，本申请提供一种视觉扫地机器人，所述视觉扫地机器人包括图像采集模块、避障模块、逻辑处理模块、底盘、惯性测量单元、第一微处理单元以及第二微处理单元，其中：
所述图像采集模块、避障模块和逻辑处理模块运行于所述第一微处理单元上，所述图像采集模块和所述避障模块将采集到的数据上传至所述第一微处理单元处，由所述第一微处理单元对所述图像采集模块和所述避障模块采集到的数据同步打上当前的时间戳，并且所述逻辑处理模块使用所述第一微处理单元当前的时间戳；
所述底盘和所述惯性测量单元运行于所述第二微处理单元上，所述底盘和所述惯性测量单元将采集到的数据上传至所述第二微处理单元处，由所述第二微处理单元对所述底盘和所述惯性测量单元采集到的数据同步打上当前的时间戳；
所述第一微处理单元和所述第二微处理单元通过时间同步协议保证时间同步。
进一步地，所述图像采集模块通过实时数据接口将采集的图像数据传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种。
进一步地，所述避障模块通过实时数据接口将采集的避障传感器数据传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种，所述避障传感器数据包括超声波传感器数据和/或碰撞传感器数据。
进一步地，所述避障模块上配备有双目摄像头，所述双目摄像头用于采集指定范围内的视觉图像，并基于所述视觉图像计算出障碍点云。
进一步地，所述避障模块包括视觉避障单元、超声波避障单元和碰撞传感器避障单元，其中，所述视觉避障单元用于根据计算出的故障点云进行立体避障；所述超声波避障单元用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区；所述碰撞传感器避障单元用于在上述避障手段均避障失败后，防止物理碰撞的发生。
为实现上述目的，本申请还提供一种视觉扫地机器人的避障方法，所述方法包括：
将视觉扫地机器人的图像采集模块、避障模块和逻辑处理模块运行于第一微处理单元上，所述图像采集模块和所述避障模块将采集到的数据上传至所述第一微处理单元处，由所述第一微处理单元对所述图像采集模块和所述避障模块采集到的数据同步打上当前的时间戳，并且所述逻辑处理模块使用所述第一微处理单元当前的时间戳；
将所述视觉扫地机器人的底盘和惯性测量单元运行于第二微处理单元上，所述底盘和所述惯性测量单元将采集到的数据上传至所述第二微处理单元处，由所述第二微处理单元对所述底盘和所述惯性测量单元采集到的数据同步打上当前的时间戳；
将所述第一微处理单元和所述第二微处理单元通过时间同步协议保证时间同步。
进一步地，所述方法还包括：
将所述图像采集模块采集的图像数据通过实时数据接口传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种。
进一步地，所述方法还包括：
将所述避障模块采集的避障传感器数据通过实时数据接口传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种，所述避障传感器数据包括超声波传感器数据和/或碰撞传感器数据。
进一步地，所述方法还包括：
在所述避障模块上配备双目摄像头，并通过所述双目摄像头采集指定范围内的视觉图像，并基于所述视觉图像计算出障碍点云。
进一步地，所述方法还包括：
在所述避障模块中配置视觉避障单元、超声波避障单元和碰撞传感器避障单元，其中，所述视觉避障单元用于根据计算出的故障点云进行立体避障；所述超声波避障单元用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区；所述碰撞传感器避障单元用于在上述避障手段均避障失败后，防止物理碰撞的发生。
由上可见，本申请的技术方案，至少具备以下有益技术效果：
1.图像采集模块集成在第一微处理单元上，通过硬件级别实时数据接口和第一微处理单元连接，使图像数据和其他传感器数据使用同一个时间体系。
2.本方案使得机器人的定位和避障传感器数据和相关模块在同一个时间体系下，并且数据是硬件级别实时的，这样可以使定位更精准，避障更准确。
3.视觉避障和超声波避障互相配合，防止出现与障碍物物理碰撞的情况，大大减少了扫地机器人被困在障碍物中的机率。同时，再增加一层碰撞传感器作为保底策略，避免意外发生。
附图说明
图1为本申请实施例中视觉扫地机器人的功能模块示意图；
图2为本申请实施例中视觉扫地机器人的避障方法示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
本申请提供一种视觉扫地机器人，请参阅图1，所述视觉扫地机器人包括图像采集模块1、避障模块2、逻辑处理模块3、底盘4、惯性测量单元5、第一微处理单元6以及第二微处理单元7，其中：
所述图像采集模块1、避障模块2和逻辑处理模块3运行于所述第一微处理单元6上，所述图像采集模块1和所述避障模块2将采集到的数据上传至所述第一微处理单元6处，由所述第一微处理单元6对所述图像采集模块1和所述避障模块2采集到的数据同步打上当前的时间戳，并且所述逻辑处理模块3使用所述第一微处理单元6当前的时间戳；
所述底盘4和所述惯性测量单元5运行于所述第二微处理单元7上，所述底盘4和所述惯性测量单元5将采集到的数据上传至所述第二微处理单元7处，由所述第二微处理单元7对所述底盘4和所述惯性测量单元5采集到的数据同步打上当前的时间戳；
所述第一微处理单元6和所述第二微处理单元7通过时间同步协议保证时间同步。
在一个实施方式中，所述图像采集模块1通过实时数据接口将采集的图像数据传输给所述第一微处理单元6，其中，所述实时数据接口包括mipi接口(Mobile IndustryProcessor Interface，移动产业处理器接口)、串口、i2c接口(Inter－IntegratedCircuit，内部集成电路接口)中的至少一种。
在一个实施方式中，所述避障模块2通过实时数据接口将采集的避障传感器数据传输给所述第一微处理单元6，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种，所述避障传感器数据包括超声波传感器数据和/或碰撞传感器数据。
在一个实施方式中，所述避障模块2上配备有双目摄像头21，所述双目摄像头21用于采集指定范围内的视觉图像，并基于所述视觉图像计算出障碍点云。
在一个实施方式中，所述避障模块2包括视觉避障单元22、超声波避障单元23和碰撞传感器避障单元24，其中，所述视觉避障单元22用于根据计算出的故障点云进行立体避障；所述超声波避障单元23用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区；所述碰撞传感器避障单元24用于在上述避障手段均避障失败后，防止物理碰撞的发生。
在实际应用中，可以按照以下方式实现本申请的技术方案：
1)图像采集模块，避障模块，逻辑处理模块运行在同一块MCU(MicrocontrollerUnit，微控制单元)上。
2)图像采集模块集成在MCU上，通过硬件级别实时数据接口(如mipi接口，串口，i2c接口等)，将图像数据传输给MCU，由MCU给图像数据打上时间戳。
特别说明的是，usb不属于硬件级别实时数据接口，因其技术特性，会使数据产生延迟，无法达到硬件级别实时，无法满足实时性要求高的数据需求。
现有技术方案中，大多使用usb作为图像的传输，因此存在图像数据延迟的问题，这是本方案的一项改进。
3)底盘和imu(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)数据，使用另外一个MCU。这个MCU和上面提到的MCU，采用时间同步协议，保证两块MCU的时间同步。
4)避障模块，通过硬件级别实时数据接口将避障传感器数据，如超声波、碰撞传感器数据，传输给MCU，由MCU给数据打上时间戳。
避障模块还会使用双目摄像头计算出的点云，由于这个计算是在MCU上产生的，所以时间戳也和上述传感器，处于同一时间体系，不会出现多个模块各自打印时间戳带来的时间戳误差。
5)逻辑处理模块运行在第一块MCU上，使用MCU当前时间戳，和上述传感器数据，使用同一时间体系的时间戳，避免出现多个模块各自打印时间戳带来的时间戳误差。
6)关于避障模块的处理说明：避障模块包括视觉避障，超声波避障和碰撞传感器避障。其中视觉避障用于立体避障，这是由于视觉点云的特性，会探测到摄像头前方锥形区域内的障碍物数据，根据这个数据避障，可以避开机器人正前方，前上方，前下方的障碍物。超声波用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区的问题。碰撞传感器作为最后保底策略，在出现意外，避障失败后，作为物理碰撞的最后一道防御。
请参阅图2，本申请还提供一种视觉扫地机器人的避障方法，所述方法包括：
S1：将视觉扫地机器人的图像采集模块、避障模块和逻辑处理模块运行于第一微处理单元上，所述图像采集模块和所述避障模块将采集到的数据上传至所述第一微处理单元处，由所述第一微处理单元对所述图像采集模块和所述避障模块将采集到的数据同步打上当前的时间戳，并且所述逻辑处理模块使用所述第一微处理单元当前的时间戳；
S2：将所述视觉扫地机器人的底盘和惯性测量单元运行于第二微处理单元上，所述底盘和所述惯性测量单元将采集到的数据上传至所述第二微处理单元处，由所述第二微处理单元对所述底盘和所述惯性测量单元将采集到的数据同步打上当前的时间戳；
S3：将所述第一微处理单元和所述第二微处理单元通过时间同步协议保证时间同步。
在一个实施方式中，所述方法还包括：
将所述图像采集模块采集的图像数据通过实时数据接口传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种。
在一个实施方式中，所述方法还包括：
将所述避障模块采集的避障传感器数据通过实时数据接口传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种，所述避障传感器数据包括超声波传感器数据和/或碰撞传感器数据。
在一个实施方式中，所述方法还包括：
在所述避障模块上配备双目摄像头，并通过所述双目摄像头采集指定范围内的视觉图像，并基于所述视觉图像计算出障碍点云。
在一个实施方式中，所述方法还包括：
在所述避障模块中配置视觉避障单元、超声波避障单元和碰撞传感器避障单元，其中，所述视觉避障单元用于根据计算出的故障点云进行立体避障；所述超声波避障单元用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区；所述碰撞传感器避障单元用于在上述避障手段均避障失败后，防止物理碰撞的发生。
由上可见，本申请的技术方案，至少具备以下有益技术效果：
1.图像采集模块集成在第一微处理单元上，通过硬件级别实时数据接口和第一微处理单元连接，使图像数据和其他传感器数据使用同一个时间体系。
2.本方案使得机器人的定位和避障传感器数据和相关模块在同一个时间体系下，并且数据是硬件级别实时的，这样可以使定位更精准，避障更准确。
3.视觉避障和超声波避障互相配合，防止出现与障碍物物理碰撞的情况，大大减少了扫地机器人被困在障碍物中的机率。同时，再增加一层碰撞传感器作为保底策略，避免意外发生。
上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (10)

1.一种视觉扫地机器人，其特征在于，所述视觉扫地机器人包括图像采集模块、避障模块、逻辑处理模块、底盘、惯性测量单元、第一微处理单元以及第二微处理单元，其中：
所述图像采集模块、避障模块和逻辑处理模块运行于所述第一微处理单元上，所述图像采集模块和所述避障模块将采集到的数据上传至所述第一微处理单元处，由所述第一微处理单元对所述图像采集模块和所述避障模块采集到的数据同步打上当前的时间戳，并且所述逻辑处理模块使用所述第一微处理单元当前的时间戳；
所述底盘和所述惯性测量单元运行于所述第二微处理单元上，所述底盘和所述惯性测量单元将采集到的数据上传至所述第二微处理单元处，由所述第二微处理单元对所述底盘和所述惯性测量单元采集到的数据同步打上当前的时间戳；
所述第一微处理单元和所述第二微处理单元通过时间同步协议保证时间同步。
2.根据权利要求1所述的视觉扫地机器人，其特征在于，所述图像采集模块通过实时数据接口将采集的图像数据传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的视觉扫地机器人，其特征在于，所述避障模块通过实时数据接口将采集的避障传感器数据传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种，所述避障传感器数据包括超声波传感器数据和/或碰撞传感器数据。
4.根据权利要求1或3所述的视觉扫地机器人，其特征在于，所述避障模块上配备有双目摄像头，所述双目摄像头用于采集指定范围内的视觉图像，并基于所述视觉图像计算出障碍点云。
5.根据权利要求1所述的视觉扫地机器人，其特征在于，所述避障模块包括视觉避障单元、超声波避障单元和碰撞传感器避障单元，其中，所述视觉避障单元用于根据计算出的故障点云进行立体避障；所述超声波避障单元用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区；所述碰撞传感器避障单元用于在上述避障手段均避障失败后，防止物理碰撞的发生。
6.一种应用于如权利要求1至5中任一所述的视觉扫地机器人的避障方法，其特征在于，所述方法包括：
将视觉扫地机器人的图像采集模块、避障模块和逻辑处理模块运行于第一微处理单元上，所述图像采集模块和所述避障模块将采集到的数据上传至所述第一微处理单元处，由所述第一微处理单元对所述图像采集模块和所述避障模块采集到的数据同步打上当前的时间戳，并且所述逻辑处理模块使用所述第一微处理单元当前的时间戳；
将所述视觉扫地机器人的底盘和惯性测量单元运行于第二微处理单元上，所述底盘和所述惯性测量单元将采集到的数据上传至所述第二微处理单元处，由所述第二微处理单元对所述底盘和所述惯性测量单元采集到的数据同步打上当前的时间戳；
将所述第一微处理单元和所述第二微处理单元通过时间同步协议保证时间同步。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述图像采集模块采集的图像数据通过实时数据接口传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述避障模块采集的避障传感器数据通过实时数据接口传输给所述第一微处理单元，其中，所述实时数据接口包括mipi接口、串口、i2c接口中的至少一种，所述避障传感器数据包括超声波传感器数据和/或碰撞传感器数据。
9.根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述避障模块上配备双目摄像头，并通过所述双目摄像头采集指定范围内的视觉图像，并基于所述视觉图像计算出障碍点云。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述避障模块中配置视觉避障单元、超声波避障单元和碰撞传感器避障单元，其中，所述视觉避障单元用于根据计算出的故障点云进行立体避障；所述超声波避障单元用于解决透明玻璃的识别和视觉盲区；所述碰撞传感器避障单元用于在上述避障手段均避障失败后，防止物理碰撞的发生。
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