CN110362082A - 智能扫地机器人避障系统 - Google Patents

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万军
吕值敏
刘鸿飞
杨代强
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Chongqing Creation Vocational College
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Chongqing Creation Vocational College
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/0088—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot characterized by the autonomous decision making process, e.g. artificial intelligence, predefined behaviours
    • G—PHYSICS
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals

Abstract

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及智能扫地机器人避障系统，包括机器人终端，机器人终端存储有房屋户型信息、房屋中各房间人数的临界阈值、房屋中各房间的清扫路径信息和对应各房间的躲避路径信息，机器人终端接收移动终端信号，并根据移动终端信号判断移动终端的位置，机器人终端根据移动终端的位置判断移动终端所在的房间区域位置，机器人终端计算处于相同房间区域位置的移动终端的数量，机器人终端在计算出处于相同房间区域位置的移动终端的数量超过临界阈值时，以对应房间的躲避路径替代对应房间的清扫路径，以此解决房间人数过多，扫地机器人仍然按照规定线路进行打扫，其打扫效率低的问题，本发明主要用于室内清扫。

Description

智能扫地机器人避障系统
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及智能扫地机器人避障系统。
背景技术
随着科学技术突飞猛进的发展以及人们生活水平的不断提高，在当今社会机器人被广泛应用于多个领域。例如：消防上利用机器人进行救灾灭火；工业生产上利用机器人进行作业生产；生活上利用机器人完成家务等等。智能扫地机器人是目前常见的民用机器人之一，它能为人们减轻繁杂的日常家务压力。智能扫地机器人对障碍物进行准确及时的回避，是实现高效保质清扫的必要前提。
但是当房间的人数超过一定数量后，若扫地机器人还是按照原来的线路规划进行打扫，即使该扫地机器人拥有避障系统，但是由于房间的人数过多，能够打扫的地方有一定的限制范围，并且人的活动范围并不固定，因此此时通过扫地机器人对该房间进行打扫，效率必定很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能扫地机器人避障系统，解决房间人数过多，扫地机器人仍然按照规定线路进行打扫，其打扫效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明的基础方案如下：
智能扫地机器人避障系统，包括机器人终端，所述机器人终端存储有房屋户型信息、房屋中各房间人数的临界阈值、房屋中各房间的清扫路径信息和对应各房间的躲避路径信息，房屋户型信息包括房屋的各房间区域位置信息，所述机器人终端用于接收移动终端信号，并根据移动终端信号判断移动终端的位置，所述机器人终端还用于根据移动终端的位置，判断移动终端所在的房间区域位置，所述机器人终端还用于计算处于相同房间区域位置的移动终端的数量，所述机器人终端还用于在计算出处于相同房间区域位置的移动终端的数量超过临界阈值时，以对应房间的躲避路径替代对应房间的清扫路径。
目前社会，几乎人人都拥有可通信的移动终端，如手机等通讯设备，并且已经离不开手机，因此本方案中通过机器人接收各房间的移动终端的信号，就可判断出持有该移动终端的人所在位置的房间，并且还可以通过不同移动终端的信号(每一个信号对应一个移动终端)，计算出处于同一房间的移动终端的数量，即该房间中的人数，由于每个房间的面积有限，并且每个房间都有对应的临界阈值，该临界阈值即指允许扫地机器人进入房间清洁时人数的最大值，若房间的人数超过该临界阈值，意味着房间人数较多，不利于扫地机器人进入清洁。此时采用对应该房间的躲避路径替代对应房间的清扫路径，就可使扫地机器人避开对该人数较多的房间进行清洁。以此解决房间人数过多，扫地机器人仍然按照规定线路进行打扫，其打扫效率低的问题。
进一步，所述机器人终端还用于在接收到各房间的移动终端的信号小于或等于对应房间的临界阈值时，以对应房间的清扫路径替代对应房间的躲避路径。
以此方式，扫地机器人就会在循环打扫房屋时，对刚开始没有打扫到的人数较多的房间进行打扫，以保证房间的清洁状态。
进一步，所述机器人终端包括距离信号采集模块、控制器和执行模块；
距离信号采集模块：用于采集机器人与障碍物之间的实时距离，并将该实时距离信号反馈给控制器；
控制器：预设有控制策略，控制器用于在接收到实时距离信号时，启动控制策略，并根据实时距离信号，计算控制量；控制器还用于根据计算所得的控制量向执行模块发出控制信号；
执行模块：根据控制信号完成扫地机器人的避障动作。
以此方式，就可实现对扫地机器人的避障控制。
进一步，所述执行模块包括滚轮电机，滚轮电机包括驱动模块；
所述驱动模块根据控制信号，控制滚轮电机动作。
以此方式，通过对滚轮电机的控制，完成对扫地机器人行进路线的控制，从而达到扫地机器人避障的目的。
进一步，所述控制策略采用数字PID算法。
数字PID算法具有控制性能较好、计算复杂度较低、简单易实现等特点。因此，数字PID算法在工业控制中得到了较为广泛的应用。将数字PID作为本文所设计的智能扫地机器人避障系统中的控制策略，有助于提高智能扫地机器人在遇到障碍物时，能够准确而且快速的规避障碍物的概率。
进一步，所述距离信号采集模块采用HC-SR04型超声波模块。
该超声波模块具有测量精度高、稳定性能好的特点，能对智能扫地机器人遇到的障碍物进行快速准确的测距。
进一步，所述控制器采用STM32F103单片机。
该单片机具有处理速度快、计算精度高、稳定性能好等优点。该单片机能够对智能扫地机器人采集到的障碍信息进行精确、快速的处理，并对执行模块及时的发出控制信号。
进一步，所述驱动模块选用L293D电机驱动芯片。
该芯片具有响应快、易控制的特点，能够快速的根据控制器的控制信号对滚轮的电机进行正确的控制。
附图说明
图1为本发明智能扫地机器人避障系统实施例的示意性框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例基本如附图1所示：智能扫地机器人避障系统，包括机器人终端，机器人终端包括控制器、距离信号采集模块和执行模块，控制器采用STM32F103单片机，距离信号采集模块采用HC-SR04型超声波模块作为障碍物距离信号采集的传感器，执行模块包括滚轮电机，滚轮电机包括驱动模块，驱动模块选用L293D电机驱动芯片。
控制器存储有房屋户型信息、临界阈值、房屋中各房间的清扫路径信息和对应各房间的躲避路径信息，房屋户型信息包括房屋的各房间区域位置信息。
控制器还预设有控制策略，控制策略采用数字PID(Proportion IntegralDifferential)算法。
距离信号采集模块：用于采集机器人与障碍物之间的实时距离，并将该实时距离信号反馈给控制器。
控制器：用于在接收到实时距离信号时，启动控制策略，并根据实时距离信号，计算控制量。
控制器：还用于根据计算所得的控制量向执行模块发出控制信号。
驱动模块：根据控制信号，控制滚轮电机动作。由于应用于扫地机器人上的滚轮电机，其输出轴上都安装有滚轮，因此通过控制滚轮电机动作，就可带动滚轮相应的运动，从而驱使扫地机器人达到避障的目的。
控制器：还用于接收移动终端信号。
控制器：还用于根据移动终端信号，判断移动终端的位置，并根据移动终端的位置，判断移动终端所在的房间区域位置。
控制器：还用于计算处于相同房间区域位置的移动终端的数量，并在计算出处于相同房间区域位置的移动终端的数量超过临界阈值时，以对应房间的躲避路径替代对应房间的清扫路径。
控制器：还用于在接收到各房间的移动终端的信号小于或等于对应房间的临界阈值时，以对应房间的清扫路径替代对应房间的躲避路径。
具体使用场景如下：
使用时，扫地机器人会按照控制器中预设的清扫路径进行清扫房屋中的各个房间，但是当控制器在接收到房屋中某一房间的移动终端信号的数量，超过了该房间人数的临界阈值时，证明该房间的人数过多，不利于扫地机器人打扫，因此以对应房间的躲避路径替代对应房间的清扫路径，就可使扫地机器人避开对该人数较多的房间进行清洁，而当扫地机器人在循环清洁房屋的过程中，接收到其中某一房间的移动终端的信号小于或等于对应房间的临界阈值时，证明该房间可以进行清洁，因此以对应房间的清扫路径替代对应房间的躲避路径，使扫地机器人可根据该清洁路径对刚开始没有打扫到的人数较多的房间进行打扫，以保证房间的清洁状态。
当扫地机器人在按照清扫路径前进时，扫地机器人上的距离信号采集模块对障碍进行测距，并将实时距离信号反馈给控制器，控制器采用PID控制算法的控制策略(PID控制算法为现有技术，这里不在赘述)，根据反馈的与障碍物的距离值，对扫地机器人与障碍物之间的距离进行调整，以使扫地机器人能够平行于障碍物，或者使扫地机器人与障碍物之间保持在预设的扫地机器人与障碍物的距离值范围内行进，以此就可达到在扫地机器人清洁过程中，避障的目的。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.智能扫地机器人避障系统，包括机器人终端，其特征在于：所述机器人终端存储有房屋户型信息、房屋中各房间人数的临界阈值、房屋中各房间的清扫路径信息和对应各房间的躲避路径信息，房屋户型信息包括房屋的各房间区域位置信息，所述机器人终端用于接收移动终端信号，并根据移动终端信号判断移动终端的位置，所述机器人终端还用于根据移动终端的位置，判断移动终端所在的房间区域位置，所述机器人终端还用于计算处于相同房间区域位置的移动终端的数量，所述机器人终端还用于在计算出处于相同房间区域位置的移动终端的数量超过临界阈值时，以对应房间的躲避路径替代对应房间的清扫路径。
2.根据权利要求1所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述机器人终端还用于在接收到各房间的移动终端的信号小于或等于对应房间的临界阈值时，以对应房间的清扫路径替代对应房间的躲避路径。
3.根据权利要求1所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述机器人终端包括距离信号采集模块、控制器和执行模块；
距离信号采集模块：用于采集机器人与障碍物之间的实时距离，并将该实时距离信号反馈给控制器；
控制器：预设有控制策略，控制器用于在接收到实时距离信号时，启动控制策略，并根据实时距离信号，计算控制量；控制器还用于根据计算所得的控制量向执行模块发出控制信号；
执行模块：根据控制信号完成扫地机器人的避障动作。
4.根据权利要求3所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述执行模块包括滚轮电机，滚轮电机包括驱动模块；
所述驱动模块根据控制信号，控制滚轮电机动作。
5.根据权利要求3所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述控制策略采用数字PID算法。
6.根据权利要求3所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述距离信号采集模块采用HC-SR04型超声波模块作为障碍物距离信号采集的传感器。
7.根据权利要求3所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述控制器采用STM32F103单片机。
8.根据权利要求7所述的智能扫地机器人避障系统，其特征在于：所述驱动模块选用L293D电机驱动芯片。
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