CN110370847A - 一种自动擦黑板机器人及导航定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种设计合理，人机交互性强，并具有导航系统的自动擦黑板机器人，包括机身，设置于所述机身并可在竖直的黑板上吸附前进的行进装置，设于所述机身用于对黑板上的粉笔字迹进行擦除的擦灰装置，设于所述机身用于对粉笔灰进行吸收的吸灰装置，设置于所述机身并为机器人提供电力的电源，设置于所述机身内的主电路板，所述主电路板包括：一央处理系统：所述中央处理系统包括：用于对数据进行存储的存储单元；用于对电源进行供电管理的电源管理单元；用于对数据进行计算、比对分析的数据处理单元；一通信系统；所述通信系统用于与移动终端进行数据交互，并将交互的数据发送至所述中央处理系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动擦黑板机器人及导航定位方法。
背景技术
黑板擦是在日常教学中常用的物品，传统的黑板擦为矩形，在对黑板擦拭时，需要人挥动双臂来回用力，并且黑板擦与黑板属于相对独立的个体，两者之间无连接关系，需要人使用较大的压力才可压住黑板擦对黑板进行擦拭，使用十分不便，毫无自动化程度可言，大大占用了教学时间，降低了教学效率。
为解决上述问题，申请号为201621099462.4的实用新型专利公开了一种全自动磁吸附擦黑板机器人，包括底座和设置在底座上并用于机器人整体行走的行走系统，还包括设置在底座上用于吸附于铁质黑板上的磁吸附单元和用于对黑板擦拭除尘的擦拭装置；行走系统包括行走轮和行走控制系统，行走轮设置至少一个，行走控制系统包括驱动电机、与驱动电机信号连接的控制器和为驱动电机供电的供电电源，驱动电机对应每一行走轮设置一个；通过设置行走系统和磁吸附单元，可使机器人整体吸附在黑板上，当需要对黑板擦拭时，行走系统在外部启动装置的控制下自动行走对黑板进行擦拭，自动化程度高，无需人手操作即可完成对黑板的擦拭，大大减少了对教学时间的占用；
申请号为201610225203.X的发明专利一种擦黑板机器人，包含:第一控制电路、磁吸附轮式运动机构、电源、位置姿态标记、擦灰装置、吸灰装置，第一控制电路包含第一MCU、驱动模块、第一通信模块、电源管理模块、红外对管；磁吸附轮式运动机构包含电机、减速机构、磁轮；擦灰装置包含可伸缩的支架和擦灰滚筒；吸灰装置包含风扇、集尘袋；电源分别与第一控制电路、电机、擦灰装置、吸灰装置相连以为之供电；电源与电源管理模块相连；第一MCU分别与驱动模块、第一通信模块、电源管理模块、红外对管相连；驱动模块与电机、擦灰装置、吸灰装置相连。本发明还提出擦黑板机器人系统。通过本发明的擦黑板机器人及其系统，实现对黑板的智能、高效、环保的擦拭。但以上现有技术在使用时仍然存在以下缺陷：
老师在教学过程中，只在黑板的一部分区域内进行书写，即写满整个黑板的情况并不常见，而现有技术的擦黑板机器人无法对黑板上仅有书写部分的区域进行擦拭，造成工作效率低下，擦黑板的耗时较长，影响教学。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设计合理，人机交互性强，并具有导航系统的自动擦黑板机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自动擦黑板机器人，包括机身，设置于所述机身并可在竖直的黑板上吸附前进的行进装置，设于所述机身用于对黑板上的粉笔字迹进行擦除的擦灰装置，设于所述机身用于对粉笔灰进行吸收的吸灰装置，设置于所述机身并为机器人提供电力的电源，设置于所述机身内的主电路板，
所述主电路板包括：
--中央处理系统：所述中央处理系统包括：
用于对数据进行存储的存储单元；
用于对电源进行供电管理的电源管理单元；
用于对数据进行计算、比对分析的数据处理单元；
一通信系统；所述通信系统用于与移动终端进行数据交互，并将交互的数据发送至所述中央处理系统中；
所述主电路板还包括导航系统，所述导航系统包括用于对黑板进行电子地图绘制的基点定位单元；用于在电子地图绘制过程中对黑板的边缘尺寸进行计算的测距单元；用于根据使用者区域设定值对所述电子地图进行划分的区域划分单元；用于对机器人进行方向确定的定向单元。
进一步改进的是：所述基点定位单元定位的基点为黑板边缘上的一点，所述基点位于距离所述机器人初始位置的垂直距离最短的黑板边缘上。
进一步改进的是：所述电子地图为由所述基点出发沿黑板边缘行进一周后得到的黑板外轮廓区域。
进一步改进的是：还包括自动充电系统，所述自动充电系统包括设置于所述机身上且与所述电源管理单元电性连接的自动充电接口，以及自动充电座，所述自动充电接口与所述自动充电座通过红外测距装置进行定位，并通过所述导航系统规划充电路线。
进一步改进的是：所述机身与所述行进装置之间设有减震胶套。
进一步改进的是：所述行进装置为磁吸式行走轮或磁吸式履带轮。
进一步改进的是：所述定向单元为陀螺仪。
一种导航定位方法，所述方法应用于所述自动擦黑板机器人，包括以下电子地图和区域单元坐标系建立步骤：
S1:启动机器人并将机器人放置在黑板的任意位置；
S2:通过基点定位单元确认基点；
S3:由上述基点出发，顺时针或逆时针沿黑板边缘行进，行进一圈至上述基点处停止，完成电子地图的建立，行进过程中通过测距单元计算黑板的长度和宽度并进行储存；
S4:通过移动终端设定区域划分的数量，区域划分单元根据区域设定值对上述电子地图划分出若干个区域单元，并建立区域坐标系；
S5:将带有区域单元的电子地图上传至移动终端，并在移动终端上生成可供选择的区域单元列表和选择按钮。
S6:完成电子地图及区域坐标系的建立。
进一步改进的是：所述区域坐标系的原点为所述电子地图的某一端点。
进一步改进的是：所述区域坐标系的单位间隔距离为2cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该机器人通过内置的导航系统，从而能够对黑板的尺寸进行测绘并绘制电子地图，建立区域坐标系，以及对黑板的区域进行划分，机器人通过通信系统与移动终端进行数据交互，使用者根据黑板上书写内容的位置，即黑板上粉笔字的区域确定待擦拭区域，并通过所述移动终端选择能够将待擦拭区域覆盖的区域单元，机器人接收到区域单元指令后仅对该选中的区域单元进行擦拭，从而提高机器人擦黑板时的针对性，提高人机交互性能，从而缩短擦黑板的时间，避免影响教学过程。
区域坐标系的建立针对每块黑板具有唯一性，当需要进行擦黑板操作时，使用者只需要将机器人放置在黑板的任意位置，启动机器人后，该机器人能够对该初始位置针对该块黑板的电子地图和区域坐标系进行初始坐标确认，有利于黑板的路线规划，进一步降低机器人擦黑板的时间，提高机器人的实用性。
附图说明
图1为自动擦黑板机器人的主电路板的结构示意图；
图2为自动擦黑板机器人中中央处理系统的结构示意图；
图3为自动擦黑板机器人中导航系统的结构示意图；
图4为自动擦黑板机器人中语音控制系统的结构示意图；
图5为自动擦黑板机器人中的方法流程图；
图6为自动擦黑板机器人中基点确定的示意图；
图7为自动擦黑板机器人中区域单元划分的示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～7，本发明实施例中，一种自动擦黑板机器人，包括机身，设置于所述机身并可在竖直的黑板上吸附前进的行进装置，设于所述机身用于对黑板上的粉笔字迹进行擦除的擦灰装置，设于所述机身用于对粉笔灰进行吸收的吸灰装置，设置于所述机身并为机器人提供电力的电源，设置于所述机身内的主电路板，
所述主电路板包括：
--中央处理系统：所述中央处理系统包括：
用于对数据进行存储的存储单元；
用于对电源进行供电管理的电源管理单元；
用于对数据进行计算、比对分析的数据处理单元；
一通信系统；所述通信系统用于与移动终端进行数据交互，并将交互的数据发送至所述中央处理系统中；
所述主电路板还包括导航系统，所述导航系统包括用于对黑板进行电子地图绘制的基点定位单元；用于在电子地图绘制过程中对黑板的边缘尺寸进行计算的测距单元；用于根据使用者区域设定值对所述电子地图进行划分的区域划分单元；用于对机器人进行方向确定的定向单元，所述定向单元为陀螺仪，所述电子地图为由所述基点出发沿黑板边缘行进一周后得到的黑板外轮廓区域。
该机器人通过内置的导航系统，从而能够对黑板的尺寸进行测绘并绘制电子地图，建立区域坐标系，以及对黑板的区域进行划分，机器人通过通信系统与移动终端进行数据交互，具体的，所述移动终端为手机、平板电脑，当然也可以为其他移动可穿戴设置，所述通信系统可为无线WIFI、蓝牙的一种，使用者根据黑板上书写内容的位置，即黑板上粉笔字的区域确定待擦拭区域，并通过所述移动终端选择能够将待擦拭区域覆盖的区域单元，机器人接收到区域单元指令后仅对该选中的区域单元进行擦拭，从而提高机器人擦黑板时的针对性，提高人机交互性能，从而缩短擦黑板的时间，避免影响教学过程。
为了提高绘制电子地图的速度，使机器人能够快速找准基点，所述基点定位单元定位的基点为黑板边缘上的一点，所述基点位于距离所述机器人初始位置的垂直距离最短的黑板边缘上。
还包括自动充电系统，所述自动充电系统包括设置于所述机身上且与所述电源管理单元电性连接的自动充电接口，以及自动充电座，所述自动充电接口与所述自动充电座通过红外测距装置进行定位，并通过所述导航系统规划充电路线。
还包括语音控制系统，所述语音控制系统包括语音输入单元、语音解析单元、指令集存储单元和指令比对单元。
为了提高机器人行进过程中的减震性能，所述机身与所述行进装置之间设有减震胶套。
为了提高机器人行进过程中的稳定性，所述行进装置为磁吸式行走轮或磁吸式履带轮。
本发明还提供一种导航定位方法，所述方法应用该自动擦黑板机器人，包括以下电子地图和区域单元坐标系建立步骤：
S1:启动机器人并将机器人放置在黑板的任意位置；
S2:通过基点定位单元确认基点；
具体地，如图6所示，当该机器人对一块新的黑板进行电子地图绘制时，先将机器人放置在黑板的任意一个位置，通过所述定向单元对机器人的各个方向进行定向，并使机器人找准与黑板边缘相垂直的X轴方向和Y轴方向，通过测距单元测得机器人沿X轴方向距离黑板两侧边缘的距离为分别为H2、H4，测得机器人沿Y轴方向距离黑板两侧边缘的距离为分别为H1、H3，将该数据传输至基点定位单元进行计算，并得出H1为最小值，通过上述计算得知该黑板的下边缘距离机器人的初始位置最近，所述基点定位单元将该H1的距离值以及沿X轴的方位即基点D的位置信息传输至所述中央处理系统中，从而完成基点D的确定。
S3:由上述基点出发，顺时针或逆时针沿黑板边缘行进，行进一圈至上述基点处停止，完成电子地图的建立，行进过程中通过测距单元计算黑板的长度和宽度并进行储存；
S4:通过移动终端设定区域划分的数量，区域划分单元根据区域设定值对上述电子地图划分出若干个区域单元，并建立区域坐标系，所述区域坐标系的原点为所述电子地图的某一端点，所述区域坐标系的单位间隔距离为2cm；
如图7所示，具体地，该区域划分单元的区域设定值的确定通过所述移动终端上的软件完成，在本实施例中，所述区域设定值为4，即将黑板所在的电子地图的区域等分为四个区域单元，即Q1、Q2、Q3、Q4，再通过单位间隔距离为2cm对所述电子地图建立区域坐标系，所述区域坐标系的原点确定为G点，所述导航系统中的区域划分单元对该区域坐标系的信息进行存储，同时存储区域单元Q1、Q2、Q3、Q4所对应的端点坐标值。
S5:将带有区域单元的电子地图上传至移动终端，并在移动终端上生成可供选择的区域单元列表和选择按钮。
S6:完成电子地图及区域坐标系的建立。
当上述电子地图及区域坐标系建立后即对应该块黑板进行储存，若在不同的黑板上使用时，通过上述方法重新建立电子地图和区域坐标系，从而使得每块黑板对应的电子地图和区域坐标系具有唯一性，当需要进行擦黑板操作时，使用者只需要将机器人放置在黑板的任意位置，启动机器人后，该机器人能够对该初始位置针对该块黑板的电子地图和区域坐标系进行初始坐标确认，当使用者从移动终端中选择待擦拭的区域单元时，该机器人接收到指令后并读取该区域单元信息的端点值，根据当前初始坐标与区域单元的各个端点值进行计算，得出距离该机器人当前位置最近的端点位置，该机器人再移动至该最近的端点位置后再对所选区域启动擦灰作业。
此外，该机器人能够通过语音控制系统进行语音操作，具体为，通过语音输入单元对语音信息进行采集，并将语音信息通过语音解析单元进行解析，所述指令集存储单元储存有若干指令信息，将解析后的语音信息与指令信息通过指令比对单元进行对比，从而得出指令结果，该机器人根据所述指令比对单元输出的指令结果实现对某区域进行擦灰作业，从而实现语音控制。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动擦黑板机器人，包括机身，设置于所述机身并可在竖直的黑板上吸附前进的行进装置，设于所述机身用于对黑板上的粉笔字迹进行擦除的擦灰装置，设于所述机身用于对粉笔灰进行吸收的吸灰装置，设置于所述机身并为机器人提供电力的电源，设置于所述机身内的主电路板，
所述主电路板包括：
--中央处理系统：所述中央处理系统包括：
用于对数据进行存储的存储单元；
用于对电源进行供电管理的电源管理单元；
用于对数据进行计算、比对分析的数据处理单元；
一通信系统；所述通信系统用于与移动终端进行数据交互，并将交互的数据发送至所述中央处理系统中；其特征在于：
所述主电路板还包括导航系统，所述导航系统包括用于对黑板进行电子地图绘制的基点定位单元；用于在电子地图绘制过程中对黑板的边缘尺寸进行计算的测距单元；用于根据使用者区域设定值对所述电子地图进行划分的区域划分单元；用于对机器人进行方向确定的定向单元。
2.根据权利要求1所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：所述基点定位单元定位的基点为黑板边缘上的一点，所述基点位于距离所述机器人初始位置的垂直距离最短的黑板边缘上。
3.根据权利要求1所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：所述电子地图为由所述基点出发沿黑板边缘行进一周后得到的黑板外轮廓区域。
4.根据权利要求1-3所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：还包括自动充电系统，所述自动充电系统包括设置于所述机身上且与所述电源管理单元电性连接的自动充电接口，以及自动充电座，所述自动充电接口与所述自动充电座通过红外测距装置进行定位，并通过所述导航系统规划充电路线。
5.根据权利要求4所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：所述机身与所述行进装置之间设有减震胶套。
6.根据权利要求1所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：所述行进装置为磁吸式行走轮或磁吸式履带轮。
7.根据权利要求1所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：所述定向单元为陀螺仪。
8.一种导航定位方法，所述方法应用于根据权利要求1-7中所述的自动擦黑板机器人，其特征在于：包括以下电子地图和区域单元坐标系建立步骤：
S1:启动机器人并将机器人放置在黑板的任意位置；
S2:通过基点定位单元确认基点；
S3:由上述基点出发，顺时针或逆时针沿黑板边缘行进，行进一圈至上述基点处停止，完成电子地图的建立，行进过程中通过测距单元计算黑板的长度和宽度并进行储存；
S4:通过移动终端设定区域划分的数量，区域划分单元根据区域设定值对上述电子地图划分出若干个区域单元，并建立区域坐标系；
S5:将带有区域单元的电子地图上传至移动终端，并在移动终端上生成可供选择的区域单元列表和选择按钮。
S6:完成电子地图及区域坐标系的建立。
9.根据权利要求8所述的导航定位方法，其特征在于：所述区域坐标系的原点为所述电子地图的某一端点。
10.根据权利要求8所述的导航定位方法，其特征在于：所述区域坐标系的单位间隔距离为2cm。
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