CN110477813A - 一种激光式清洁机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光式清洁机器人及其控制方法，可以提高机器人的清洁效率，降低机器人成本。所述激光式清洁机器人及其控制方法，通过基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建XY轴坐标系，再以预设形状和大小为标准进行单元区域的划分，如此，可以构建比较规则的清洁区块，机器人的清洁效率也因此而提高。此外，机器人只需存储扩展边界的信息，通过判断扩展边界信息的存储情况，就可以得知是否完成所有区域的清洁，所需存储容量小，有利于降低机器人成本。

Description

一种激光式清洁机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及装配有激光雷达传感器的智能机器人领域，具体涉及一种激光式清洁机器人及其控制方法。

背景技术

现有的清洁机器人按照制导方式分，可分为三类：陀螺仪导航的清洁机器人、激光导航的清洁机器人和视觉导航的清洁机器人。其中，激光导航的清洁机器人，简称激光式清洁机器人，通过安装在机器人上方的激光雷达传感器测量设备与环境距离的变化以实现定位和导航，定位比较精确，导航效果也比较理想。但是，激光式清洁机器人在进行区域规划清洁时，主要是按照固定的清洁顺序，逐个区域地进行清洁，这种方式比较呆板，不利于提高清洁效率。此外，机器人为了分析是否清洁完成所有区域，需要记录每个区域地图，如此，机器人需要较大容量的存储器，导致机器人成本比较高。

发明内容

本发明提供了一种激光式清洁机器人及其控制方法，可以提高机器人的清洁效率，降低机器人成本。本发明所述的具体技术方案如下：

一种激光式清洁机器人，包括：激光雷达传感器，用于探测周围环境；控制模块，与所述激光雷达传感器相连，用于根据激光雷达传感器的探测数据，控制机器人进行区域规划和执行区域清洁；存储器，与所述控制模块相连，用于存储区域信息和扩展边界信息；所述区域信息是机器人基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建的XY轴坐标系中，以预设形状和大小为标准进行划分所形成的单元区域所包含的信息；所述扩展边界信息是机器人清洁完成某个单元区域后，该单元区域的某条边界外侧是未知区域时，该边界作为扩展边界所包含的信息；所述控制模块，还用于删除所述存储器中相同的扩展边界信息。

进一步地，所述控制模块获取激光雷达传感器的探测数据，将所探测到的大于预设长度的，且距机器人最近的一条直边作为最近的墙壁。

进一步地，所述区域信息包括区域编号、区域坐标、区域长度和区域宽度。

进一步地，所述扩展边界信息包括边界端点坐标和边界方向。

进一步地，所述控制模块在控制机器人进行区域规划和执行区域清洁时，具体包括：控制机器人进行当前单元区域的遍历清洁；遍历清洁完成后，分析当前单元区域的各条边界的外侧是否属于未知区域；将外侧属于未知区域的边界作为扩展边界，存入所述存储器中；分析所述存储器中所存的扩展边界的信息，如果两条扩展边界的边界端点坐标在预设误差范围内，且边界方向相反，则确定这两条扩展边界相同，并删除这两条扩展边界信息；筛选当前单元区域中距机器人最近的扩展边界，控制机器人移动至该扩展边界进行扩展清洁。

进一步地，所述控制模块在控制机器人执行区域清洁时，判断存储器中所存的扩展边界信息是否全部删除，如果是，则停止区域清洁。

一种激光式清洁机器人的控制方法，用于控制上述的激光式清洁机器人进行区域规划和执行区域清洁，包括如下步骤：步骤S1：机器人获取激光雷达传感器的探测数据；步骤S2：机器人基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建的XY轴坐标系中，以预设形状和大小为标准进行区域划分形成单元区域；步骤S3：机器人对所述单元区域进行清洁，并在存储器中记录相应的区域信息和扩展边界信息；所述区域信息是单元区域所包含的信息；所述扩展边界信息是机器人清洁完成某个单元区域后，该单元区域的某条边界外侧是未知区域时，该边界作为扩展边界所包含的信息；步骤S4：机器人分析所记录的扩展边界信息，如果任意两条扩展边界相同，则删除这两条扩展边界信息；步骤S5：机器人判断存储器中所记录的扩展边界信息是否全部删除，如果否，则筛选相邻的其中一个单元区域作为下一待清洁的单元区域，并返回步骤S3，如果是，则结束区域清洁。

进一步地，步骤S4中所述的任意两条扩展边界相同的判断方式，具体包括如下步骤：判断两条扩展边界的边界端点坐标是否在预设误差范围内，且边界方向是否相反，如果都是，则确定这两条扩展边界相同，否则，确定这两条扩展边界不相同。

进一步地，步骤S5中所述的筛选相邻的其中一个单元区域作为下一待清洁的单元区域，具体包括如下步骤：机器人根据激光雷达传感器的探测数据，判断是否有小区块与当前单元区域相邻，如果是，则将该小区块所对应的单元区域作为下一待清洁的单元区域，并返回步骤S3；否则，将当前单元区域中距机器人最近的扩展边界所对应的单元区域作为下一待清洁的单元区域，返回步骤S3；所述小区块是指单元区域中可清洁的区块，该区块的面积小于单元区域的面积，并且，该区块中的一条边界是扩展边界。

一种芯片，内置程序代码，所述程序代码用于控制上述的激光式清洁机器人执行上述的激光式清洁机器人的控制方法。

所述激光式清洁机器人及其控制方法，机器人通过基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建XY轴坐标系，再以预设形状和大小为标准进行单元区域的划分，如此，可以构建比较规则的清洁区块，机器人的清洁效率也因此而提高。此外，机器人只需存储扩展边界的信息，通过判断扩展边界信息的存储情况，就可以得知是否完成所有区域的清洁，所需存储容量小，有利于降低机器人成本。

附图说明

图1为本发明实施例所述的激光式清洁机器人的控制方法的流程示意图。

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详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。在下面的描述中，给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，电路可以在框图中显示，避免在不必要的细节中使实施例模糊。在其他情况下，为了不混淆实施例，可以不详细显示公知的电路、结构和技术。

一种激光式清洁机器人，可以是扫地机器人、拖地机器人、抛光机器人或者打蜡机器人等，为了便于描述，后续将激光式清洁机器人简称为机器人。所述机器人包括激光雷达传感器、控制模块和存储器等器件。其中，激光雷达传感器简称激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，通过激光雷达可以探测周围环境。所述控制模块可以采用机器人专用主控芯片，也可以采用通用的处理器芯片，所述控制模块与所述激光雷达传感器相连，用于根据激光雷达传感器的探测数据，控制机器人进行区域规划和执行区域清洁，机器人进行某个区域的遍历清洁，一般采用弓字形轨迹的形式，具体可以参见中国专利公开的扫地机器人的路径清洁方法，专利申请号为CN201610779422.2。

所述存储器与所述控制模块相连，用于存储区域信息和扩展边界信息。所述存储器可以采用ROM或者RAM。所述区域信息是机器人基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建的XY轴坐标系中，以预设形状和大小为标准进行划分所形成的单元区域所包含的信息。所述墙壁是指机器人根据激光雷达探测到的长度大于一定值（比如2米或3米等数值）的直线所对应的物体，这些物体可能是真正的墙体，也可能是靠墙的柜子或者沙发等底部为平直面的家具。所述预设形状可以是长方形或者正方形等规则形状，如果设置为长方形，则其长边设置为4米，宽边设置为3米。如果是设置为正方形，则边长设置为3米或者4米。当然，具体的形状和大小还可以根据研发需求设置为其它参数。所述单元区域所包含的信息包括其所在XY轴坐标系中的坐标位置，位于坐标系第一象限的与原点相邻的单元区域的坐标是（0,0），沿X轴方向排布的单元区域的坐标依次递增（1,0）、（2、0）、（3、0）等等，沿Y轴方向排布的单元区域的坐标依次递增（0,1）、（0、2）、（0、3）等等。所述扩展边界信息是机器人清洁完成某个单元区域后，该单元区域的某条边界外侧是未知区域时，该边界作为扩展边界所包含的信息，这些信息包括扩展边界的两端的端点坐标和扩展边界的方向，扩展边界的方向主要分为X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向。

所述控制模块还用于删除所述存储器中相同的扩展边界信息。机器人在清洁单元区域的过程中，会分析所存储的扩展边界的信息，如果两条扩展边界的端点的坐标值相同或者差值很小，并且两者的方向相反，则认为这两条扩展边界相同，表明这两条扩展边界所对应的单元区域相邻，并且都已被机器人遍历清洁过了，直接删除相同的扩展边界信息即可。如果两条扩展边界的端点的坐标值差值很大，或者两者的方向并不是相反的关系，则认为这两条扩展边界不相同，表明这两条扩展边界所对应的单元区域不相邻，机器人会需要对这两条扩展边界外侧的未知区域进行清洁，所以，需要都保留在存储器中，不能删除。

本实施例所述的激光式清洁机器人，通过其控制模块，可以基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建XY轴坐标系，再以预设形状和大小为标准进行单元区域的划分，如此，可以构建比较规则的清洁区块，机器人的清洁效率也因此而提高。此外，机器人只需在存储器中存储扩展边界的信息，通过判断扩展边界信息的存储情况，就可以得知是否完成所有区域的清洁，所需存储容量小，有利于降低机器人成本。

作为其中一种实施方式，所述控制模块获取激光雷达传感器的探测数据，将所探测到的大于预设长度的，且距机器人最近的一条直边作为最近的墙壁。所述预设长度可以根据具体的产品设计要求进行相应设置，可以设置为1米至3米之间的任意值，包括1米和3米。距机器人最近的直边，则是以直边上任意一点与机器人的距离计算，距机器人最近的那个点所对应的直边，就是距离机器人最近的直边。如果有两条或者多条直边距机器人最近且相等，则机器人可以随机选择一条。本实施例所述的机器人，通过选取距离最近的直边构建坐标系，可以提高工作效率，此外，选取大于预设长度的直边，可以尽量提高所划分区域的规整性。

作为其中一种实施方式，所述区域信息包括区域编号、区域坐标、区域长度和区域宽度。这些信息的值，都是可以根据实际设计要求进行设置，此处不再赘述。本实施例所述机器人，通过对单元区域进行大小标准、编号、定坐标等参数的制定，有利于机器人构建精准的地图，使机器人能够实现高效导航。

作为其中一种实施方式，所述扩展边界信息包括边界端点坐标和边界方向。所述端点坐标是扩展边界两端的端点，相对于坐标原点的坐标值。由于单元区域是以坐标轴为基准设置的，所以，单元区域对应的扩展边界只有四个方向，上边为Y轴正方向，下边为Y轴负方向，右边为X轴正方向，左边为X轴负方向。本实施例所述机器人，只需记录扩展边界的边界端点坐标和边界方向，就可以判断哪些单元区域已经清洁，哪些还需要扩展清洁，所需存储容量小，分析判断方式简易，有利于机器人达到最优性价比。

作为其中一种实施方式，所述控制模块在控制机器人进行区域规划和执行区域清洁时，具体包括：首先，控制机器人进行当前单元区域的遍历清洁；其次，遍历清洁完成后，控制模块分析当前单元区域的各条边界的外侧是否属于未知区域，所述未知区域是指机器人没有行走过的区域。接着，控制模块将外侧属于未知区域的边界作为扩展边界，存入所述存储器中。紧接着，控制模块分析所述存储器中所存的扩展边界的信息，如果两条扩展边界的边界端点坐标在预设误差范围内，且边界方向相反，则确定这两条扩展边界相同，并删除这两条扩展边界信息。所述预设误差范围是小于或等于2的范围。最后，筛选当前单元区域中距机器人最近的扩展边界，控制机器人移动至该扩展边界进行扩展清洁。机器人通过不断地执行上述步骤，就可以完成所有区域的遍历清洁。本实施例所述的机器人，通过控制模块以扩展边界为分析和判断的对象，执行区域规划和区域清洁，能有效提高机器人的规划和清洁效率。

作为其中一种实施方式，所述控制模块在控制机器人执行区域清洁时，判断存储器中所存的扩展边界信息是否全部删除，如果是，表明机器人，则停止区域清洁。

一种激光式清洁机器人的控制方法，用于控制上述的激光式清洁机器人进行区域规划和执行区域清洁。如图1所示，所述控制方法包括如下步骤：在步骤S1中，机器人获取激光雷达传感器的探测数据，然后进入步骤S2。在步骤S2中，机器人基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建的XY轴坐标系中，以预设形状和大小为标准进行区域划分形成单元区域，划分形成多个单元区域，然后进入步骤S3。所述墙壁是指机器人根据激光雷达探测到的长度大于一定值（比如2米或3米等数值）的直线所对应的物体，这些物体可能是真正的墙体，也可能是靠墙的柜子或者沙发等底部为平直面的家具。所述预设形状可以是长方形或者正方形等规则形状，如果设置为长方形，则其长边设置为4米，宽边设置为3米。如果是设置为正方形，则边长设置为3米或者4米。当然，具体的形状和大小还可以根据研发需求设置为其它参数。在步骤S3中，机器人对所述单元区域进行清洁，并在存储器中记录相应的区域信息和扩展边界信息，然后进入步骤S4。所述区域信息是单元区域所包含的信息。所述单元区域所包含的信息包括其所在XY轴坐标系中的坐标位置，位于坐标系第一象限的与原点相邻的单元区域的坐标是（0,0），沿X轴方向排布的单元区域的坐标依次递增（1,0）、（2、0）、（3、0）等等，沿Y轴方向排布的单元区域的坐标依次递增（0,1）、（0、2）、（0、3）等等。所述扩展边界信息是机器人清洁完成某个单元区域后，该单元区域的某条边界外侧是未知区域时，该边界作为扩展边界所包含的信息，这些信息包括扩展边界的两端的端点坐标和扩展边界的方向，扩展边界的方向主要分为X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向。在步骤S4中，机器人分析所记录的扩展边界信息，如果两条扩展边界的端点的坐标值相同或者差值很小，并且两者的方向相反，则认为这两条扩展边界相同，表明这两条扩展边界所对应的单元区域相邻，并且都已被机器人遍历清洁过了，直接删除相同的扩展边界信息，然后进入步骤S5。在步骤S5中，机器人判断存储器中所记录的扩展边界信息是否全部删除，如果否，表明所记录的这些扩展边界外侧还有需要清洁的区域，则机器人筛选当前单元区域中相邻的其中一个单元区域作为下一待清洁的单元区域，并返回步骤S3继续进行清洁。如果存储器中已经删除完了扩展边界的信息，表明已经完成了全部区域的清洁，没有可扩展清洁的区域了，则结束区域清洁。本实施例所述控制方法，基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建XY轴坐标系，再以预设形状和大小为标准进行单元区域的划分，如此，可以构建比较规则的清洁区块，机器人的清洁效率也因此而提高。此外，机器人只需在存储器中存储扩展边界的信息，通过判断扩展边界信息的存储情况，就可以得知是否完成所有区域的清洁，所需存储容量小，有利于降低机器人成本。

作为其中一种实施方式，步骤S4中所述的任意两条扩展边界相同的判断方式，具体包括如下步骤：判断两条扩展边界的边界端点坐标是否在预设误差范围内，且边界方向是否相反，如果都是，则确定这两条扩展边界相同，否则，确定这两条扩展边界不相同。所述预设误差范围是小于或等于2的范围。由于单元区域是以坐标轴为基准设置的，所以，单元区域对应的扩展边界只有四个方向，上边为Y轴正方向，下边为Y轴负方向，右边为X轴正方向，左边为X轴负方向。Y轴正方向与Y轴负方向相反，X轴正方向与X轴负方向相反。本实施例所述控制方法，只需记录扩展边界的边界端点坐标和边界方向，就可以判断哪些单元区域已经清洁，哪些还需要扩展清洁，所需存储容量小，分析判断方式简易，有利于机器人达到最优性价比。

作为其中一种实施方式，步骤S5中所述的筛选相邻的其中一个单元区域作为下一待清洁的单元区域，具体包括如下步骤：机器人根据激光雷达传感器的探测数据，判断是否有小区块与当前单元区域相邻，如果是，则将该小区块所对应的单元区域作为下一待清洁的单元区域，并返回步骤S3；否则，将当前单元区域中距机器人最近的扩展边界所对应的单元区域作为下一待清洁的单元区域，返回步骤S3。所述小区块是指单元区域中可清洁的区块，该区块的面积小于单元区域的面积，并且，该区块中的一条边界是扩展边界。 本实施例所述控制方法，通过优先清洁小区块，其次清洁最近的单元区域，可以提高机器人清洁的智能化水平，同时清洁效率也大大提高。

一种芯片，内置程序代码，所述程序代码用于控制上述的激光式清洁机器人执行上述的激光式清洁机器人的控制方法。所述芯片是一种机器人主控芯片，通过所述芯片的控制，机器人可以基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建XY轴坐标系，再以预设形状和大小为标准进行单元区域的划分，如此，可以构建比较规则的清洁区块，机器人的清洁效率也因此而提高。此外，机器人只需在存储器中存储扩展边界的信息，通过判断扩展边界信息的存储情况，就可以得知是否完成所有区域的清洁，所需存储容量小，有利于降低机器人成本。

上述实施例中所提到的“上”、“下”、“左”和“右”等方向字词，如果没有具体说明，则是指代附图中的上下左右等方向。如果有具体说明，则按具体说明定义，比如机器人的左侧，则是指代机器人前进方向的左侧，不是指代附图的左侧。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。这些程序可以存储于计算机可读取存储介质（比如ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质）中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光式清洁机器人，其特征在于，包括：

激光雷达传感器，用于探测周围环境；

控制模块，与所述激光雷达传感器相连，用于根据激光雷达传感器的探测数据，控制机器人进行区域规划和执行区域清洁；

存储器，与所述控制模块相连，用于存储区域信息和扩展边界信息；所述区域信息是机器人基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建的XY轴坐标系中，以预设形状和大小为标准进行划分所形成的单元区域所包含的信息；所述扩展边界信息是机器人清洁完成某个单元区域后，该单元区域的某条边界外侧是未知区域时，该边界作为扩展边界所包含的信息；

所述控制模块，还用于删除所述存储器中相同的扩展边界信息。

2.根据权利要求1所述的激光式清洁机器人，其特征在于：

所述控制模块获取激光雷达传感器的探测数据，将所探测到的大于预设长度的，且距机器人最近的一条直边作为最近的墙壁。

3.根据权利要求1所述的激光式清洁机器人，其特征在于：

所述区域信息包括区域编号、区域坐标、区域长度和区域宽度。

4.根据权利要求1所述的激光式清洁机器人，其特征在于：

所述扩展边界信息包括边界端点坐标和边界方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光式清洁机器人，其特征在于，所述控制模块在控制机器人进行区域规划和执行区域清洁时，具体包括：

控制机器人进行当前单元区域的遍历清洁；

遍历清洁完成后，分析当前单元区域的各条边界的外侧是否属于未知区域；

将外侧属于未知区域的边界作为扩展边界，存入所述存储器中；

分析所述存储器中所存的扩展边界的信息，如果两条扩展边界的边界端点坐标在预设误差范围内，且边界方向相反，则确定这两条扩展边界相同，并删除这两条扩展边界信息；

筛选当前单元区域中距机器人最近的扩展边界，控制机器人移动至该扩展边界进行扩展清洁。

6.根据权利要求5所述的激光式清洁机器人，其特征在于：

所述控制模块在控制机器人执行区域清洁时，判断存储器中所存的扩展边界信息是否全部删除，如果是，则停止区域清洁。

7.一种激光式清洁机器人的控制方法，用于控制权利要求1至6任一项所述的激光式清洁机器人进行区域规划和执行区域清洁，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：机器人获取激光雷达传感器的探测数据；

步骤S2：机器人基于最近的墙壁的延伸方向为坐标轴构建的XY轴坐标系中，以预设形状和大小为标准进行区域划分形成单元区域；

步骤S3：机器人对所述单元区域进行清洁，并在存储器中记录相应的区域信息和扩展边界信息；所述区域信息是单元区域所包含的信息；所述扩展边界信息是机器人清洁完成某个单元区域后，该单元区域的某条边界外侧是未知区域时，该边界作为扩展边界所包含的信息；

步骤S4：机器人分析所记录的扩展边界信息，如果任意两条扩展边界相同，则删除这两条扩展边界信息；

步骤S5：机器人判断存储器中所记录的扩展边界信息是否全部删除，如果否，则筛选相邻的其中一个单元区域作为下一待清洁的单元区域，并返回步骤S3，如果是，则结束区域清洁。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤S4中所述的任意两条扩展边界相同的判断方式，具体包括如下步骤：

判断两条扩展边界的边界端点坐标是否在预设误差范围内，且边界方向是否相反，如果都是，则确定这两条扩展边界相同，否则，确定这两条扩展边界不相同。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤S5中所述的筛选相邻的其中一个单元区域作为下一待清洁的单元区域，具体包括如下步骤：

机器人根据激光雷达传感器的探测数据，判断是否有小区块与当前单元区域相邻，如果是，则将该小区块所对应的单元区域作为下一待清洁的单元区域，并返回步骤S3；否则，将当前单元区域中距机器人最近的扩展边界所对应的单元区域作为下一待清洁的单元区域，返回步骤S3；

所述小区块是指单元区域中可清洁的区块，该区块的面积小于单元区域的面积，并且，该区块中的一条边界是扩展边界。

10.一种芯片，内置程序代码，其特征在于：所述程序代码用于控制权利要求1至6中任一项所述的激光式清洁机器人执行权利要求7至9中任一项所述的激光式清洁机器人的控制方法。