CN112043216A - 一种智能机械清洁环保控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能清洁技术领域，公开了一种智能机械清洁环保控制系统及控制方法，所述智能机械清洁环保控制系统包括：信号接收模块、图像采集模块、图像分析模块、中央控制模块、模式选择模块、障碍物探测模块、清洁路径规划模块、吸尘模块、污渍清洁模块、灭菌模块、驱动模块、信号发射模块。本发明通过信号接收和信号发射，分别能够实现与清洁装置连接的终端对清洁装置的控制，以及实现在终端进行清洁装置对清洁的反馈的查看，使用更方便，清洁效果更直观；通过障碍物探测模块和清洁路径规划模块的设置，能够实现对障碍物的探测，以及进行及时清洁。本发明的清洁系统的组成简单，功能多样，智能化程度高，能够实现家居智能清洁。

Description

一种智能机械清洁环保控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于智能清洁技术领域，尤其涉及一种智能机械清洁环保控制系统及控制方法。

背景技术

目前：清洁装置是固控系统中一种新型综合性装置。二十世纪八十年代初，移动机器人的研究开始兴起，目前其研究成果主要有排爆机器人、机器鱼、无人飞行器等，这些应用要求机器人具有很高的智能性。机器人导航是实现机器人智能化的关键技术，而路径规划作为机器人导航的重要组成部分受到了广泛关注。

扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。但是目前使用的扫地机器人的功能单一，只能执行扫地操作；并且运行中避障准确性差，容易造成损坏。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前使用的扫地机器人的功能单一，只能执行扫地操作；并且运行中避障准确性差，容易造成损坏。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能机械清洁环保控制系统及控制方法。

本发明是这样实现的，一种智能机械清洁环保控制系统，所述智能机械清洁环保控制系统包括：

信号接收模块、图像采集模块、图像分析模块、中央控制模块、模式选择模块、障碍物探测模块、清洁路径规划模块、吸尘模块、污渍清洁模块、灭菌模块、驱动模块、信号发射模块；

信号接收模块，与中央控制模块连接，用于通过信号接收器进行控制信号的接收；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头进行待清洁区域图像的采集；

图像分析模块，与中央控制模块连接，用于通过图像分析程序进行采集图像的分析；

中央控制模块，与信号接收模块、图像采集模块、图像分析模块、模式选择模块、障碍物探测模块、清洁路径规划模块、吸尘模块、污渍清洁模块、灭菌模块、驱动模块、信号发射模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；

模式选择模块，与中央控制模块连接，用于通过模式选择程序在终端进行清洁模式的选择；

障碍物探测模块，与中央控制模块连接，用于通过探测器进行障碍物的探测；

清洁路径规划模块，与中央控制模块连接，用于通过清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划；

吸尘模块，与中央控制模块连接，用于通过吸尘装置进行待清洁区域的吸尘；

污渍清洁模块，与中央控制模块连接，用于通过拖布进行待清洁区域污渍的清洁；

灭菌模块，与中央控制模块连接，用于通过灭菌灯进行待清洁区域的灭菌；

驱动模块，与中央控制模块连接，用于通过电机进行驱动；

信号发射模块，与中央控制模块连接，用于通过信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，进行清洁反馈。

本发明的另一目的在于提供一种智能机械清洁环保控制方法，所述智能机械清洁环保控制方法包括以下步骤：

步骤一，通过信号接收模块利用信号接收器进行控制信号的接收；

步骤二，通过图像采集模块利用摄像头进行待清洁区域图像的采集；通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析；

步骤三，通过模式选择模块利用模式选择程序在终端进行清洁模式的选择；

步骤四，通过障碍物探测模块利用探测器进行障碍物的探测；通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划；

步骤五，通过吸尘模块利用吸尘装置进行待清洁区域的吸尘；通过污渍清洁模块利用拖布进行待清洁区域污渍的清洁；通过灭菌模块利用灭菌灯进行待清洁区域的灭菌；通过驱动模块利用电机进行驱动；

步骤六，通过信号发射模块利用信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，进行清洁反馈。

进一步，步骤一中，所述通过信号接收模块利用信号接收器进行控制信号的接收，包括：

所述信号接收器发射无线信号，每隔第一预设时长，开启信号接收状态；

检测在信号接收状态开启后的第二预设时长内是否接收到无线信号；若在第二预设时长内接收到无线信号，则保持信号接收状态开启；当检测到所述无线信号丢失，且丢失时长达到第三预设时长时，关闭信号接收状态。

进一步，所述信号接收器在信号发射总时长内发射一无线信号组，所述无线信号组中包含预设个数个相同的无线信号。

进一步，所述第一预设时长小于第一和值与发射每个无线信号所需时长的差值，大于第一和值与第二和值的差值，其中第一和值为第二预设时长与信号发射总时长的和，第二和值为每个无线信号的发射间隙与发射每个无线信号所需时长的和；

所述第二预设时长大于所述无线信号组中每个无线信号的发射间隙，小于发射每个无线信号所需时长；

所述第三预设时长大于或等于所述第二预设时长，小于发射每个无线信号所需时长。

进一步，步骤二中，所述通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析，具体包括以下步骤：

(1)对拍摄对象和摄像头之间的距离进行测量；输出针对被拍摄的拍摄对象的图像；

(2)以针对所述输出的特征点的信息为基础从针对所述被拍摄的拍摄对象的图像中选择至少两个特征点；

(3)以所述测量的距离为基础计算针对所述拍摄对象预先存储的原始图像的相对大小；

(4)以所述计算出的相对大小为基础，提取与所述选择的至少两个特征点相对应的、在针对所述拍摄对象预先存储的原始图像中的特征点；

(5)以所述选择的特征点和所述提取的特征点为基础，对所述被拍摄的拍摄对象的图像和所述原始图像进行比较。

进一步，步骤四中，所述通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划，具体为：

步骤A，利用栅格法进行待清洁区域空间环境建模；

步骤B，利用改进蚁群算法，不考虑环境中动态障碍物，建立全局路径；

步骤C，沿全局路径进行移动，进行局部预测避碰；

步骤D，进行图像分析结果中特征点的标记，规划路径涵盖所述特征点；

步骤E，将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点。

进一步，步骤E中，所述将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点，包括：

1)若在滚动窗口内环境发生变化，且有静态障碍物停留在全局路径上，启动Follow_wall行为，使机器人沿着静态障碍物边界绕过障碍物，并回到初始路径上，继续预测下一滚动窗口；

2)在滚动窗口内进行碰撞预测，若没有检测到碰撞，机器人沿着全局路径移动一个步长；

3)预测到碰撞则启动碰撞避免策略，规划一条局部路径，机器人沿着规划好的局部路径行走一个步长。

进一步，步骤E中，所述将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点，还包括：

若到达特征点，输出最终的全局无碰撞路径，即规划路径。

进一步，步骤六中，所述通过信号发射模块利用信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，包括：

根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；将编码处理后的信号发送给所述终端。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过信号接收和信号发射，分别能够实现与清洁装置连接的终端对清洁装置的控制，以及实现在终端进行清洁装置对清洁的反馈的查看，使用更方便，清洁效果更直观；通过障碍物探测模块和清洁路径规划模块的设置，能够实现对障碍物的探测，规划路径能够实现障碍物躲避，并且简短，能够对污渍以及杂质进行及时清洁。本发明的清洁系统的组成简单，功能多样，智能化程度高，能够实现家居智能清洁。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的智能机械清洁环保控制系统的结构框图。

图2是本发明实施例提供的智能机械清洁环保控制方法的流程图。

图3是本发明实施例提供的通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析的流程图。

图4是本发明实施例提供的通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划的流程图。

图5是本发明实施例提供的将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点的流程图。

图1中：1、信号接收模块；2、图像采集模块；3、图像分析模块；4、中央控制模块；5、模式选择模块；6、障碍物探测模块；7、清洁路径规划模块；8、吸尘模块；9、污渍清洁模块；10、灭菌模块；11、驱动模块；12、信号发射模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能机械清洁环保控制系统及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的智能机械清洁环保控制系统包括：

信号接收模块1、图像采集模块2、图像分析模块3、中央控制模块4、模式选择模块5、障碍物探测模块6、清洁路径规划模块7、吸尘模块8、污渍清洁模块9、灭菌模块10、驱动模块11、信号发射模块12；

信号接收模块1，与中央控制模块4连接，用于通过信号接收器进行控制信号的接收；

图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于通过摄像头进行待清洁区域图像的采集；

图像分析模块3，与中央控制模块4连接，用于通过图像分析程序进行采集图像的分析；

中央控制模块4，与信号接收模块1、图像采集模块2、图像分析模块3、模式选择模块5、障碍物探测模块6、清洁路径规划模块7、吸尘模块8、污渍清洁模块9、灭菌模块10、驱动模块11、信号发射模块12连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；

模式选择模块5，与中央控制模块4连接，用于通过模式选择程序在终端进行清洁模式的选择；

障碍物探测模块6，与中央控制模块4连接，用于通过探测器进行障碍物的探测；

清洁路径规划模块7，与中央控制模块4连接，用于通过清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划；

吸尘模块8，与中央控制模块4连接，用于通过吸尘装置进行待清洁区域的吸尘；

污渍清洁模块9，与中央控制模块4连接，用于通过拖布进行待清洁区域污渍的清洁；

灭菌模块10，与中央控制模块4连接，用于通过灭菌灯进行待清洁区域的灭菌；

驱动模块11，与中央控制模块4连接，用于通过电机进行驱动；

信号发射模块12，与中央控制模块4连接，用于通过信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，进行清洁反馈。

如图2所示，本发明实施例提供的智能机械清洁环保控制方法包括以下步骤：

S101，通过信号接收模块利用信号接收器进行控制信号的接收；

S102，通过图像采集模块利用摄像头进行待清洁区域图像的采集；通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析；

S103，通过模式选择模块利用模式选择程序在终端进行清洁模式的选择；

S104，通过障碍物探测模块利用探测器进行障碍物的探测；通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划；

S105，通过吸尘模块利用吸尘装置进行待清洁区域的吸尘；通过污渍清洁模块利用拖布进行待清洁区域污渍的清洁；通过灭菌模块利用灭菌灯进行待清洁区域的灭菌；通过驱动模块利用电机进行驱动；

S106，通过信号发射模块利用信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，进行清洁反馈。

步骤S101中，本发明实施例提供的通过信号接收模块利用信号接收器进行控制信号的接收，包括：

所述信号接收器发射无线信号，每隔第一预设时长，开启信号接收状态；

检测在信号接收状态开启后的第二预设时长内是否接收到无线信号；若在第二预设时长内接收到无线信号，则保持信号接收状态开启；当检测到所述无线信号丢失，且丢失时长达到第三预设时长时，关闭信号接收状态。

本发明实施例提供的信号接收器在信号发射总时长内发射一无线信号组，所述无线信号组中包含预设个数个相同的无线信号。

本发明实施例提供的第一预设时长小于第一和值与发射每个无线信号所需时长的差值，大于第一和值与第二和值的差值，其中第一和值为第二预设时长与信号发射总时长的和，第二和值为每个无线信号的发射间隙与发射每个无线信号所需时长的和；

所述第二预设时长大于所述无线信号组中每个无线信号的发射间隙，小于发射每个无线信号所需时长；

所述第三预设时长大于或等于所述第二预设时长，小于发射每个无线信号所需时长。

如图3所示，步骤S102中，本发明实施例提供的通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析，具体包括以下步骤：

S201，对拍摄对象和摄像头之间的距离进行测量；输出针对被拍摄的拍摄对象的图像；

S202，以针对所述输出的特征点的信息为基础从针对所述被拍摄的拍摄对象的图像中选择至少两个特征点；

S203，以所述测量的距离为基础计算针对所述拍摄对象预先存储的原始图像的相对大小；

S204，以所述计算出的相对大小为基础，提取与所述选择的至少两个特征点相对应的、在针对所述拍摄对象预先存储的原始图像中的特征点；

S205，以所述选择的特征点和所述提取的特征点为基础，对所述被拍摄的拍摄对象的图像和所述原始图像进行比较。

如图4所示，步骤S104中，本发明实施例提供的通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划，具体为：

S301，利用栅格法进行待清洁区域空间环境建模；

S302，利用改进蚁群算法，不考虑环境中动态障碍物，建立全局路径；

S303，沿全局路径进行移动，进行局部预测避碰；

S304，进行图像分析结果中特征点的标记，规划路径涵盖所述特征点；

S305，将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点。

如图5所示，步骤S305中，本发明实施例提供的将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点，包括：

S401，若在滚动窗口内环境发生变化，且有静态障碍物停留在全局路径上，启动Follow_wall行为，使机器人沿着静态障碍物边界绕过障碍物，并回到初始路径上，继续预测下一滚动窗口；

S402，在滚动窗口内进行碰撞预测，若没有检测到碰撞，机器人沿着全局路径移动一个步长；

S403，预测到碰撞则启动碰撞避免策略，规划一条局部路径，机器人沿着规划好的局部路径行走一个步长。

步骤S305中，本发明实施例提供的将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点，还包括：

若到达特征点，输出最终的全局无碰撞路径，即规划路径。

步骤S106中，本发明实施例提供的通过信号发射模块利用信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，包括：

根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；将编码处理后的信号发送给所述终端。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能机械清洁环保控制系统，其特征在于，所述智能机械清洁环保控制系统包括：

信号接收模块、图像采集模块、图像分析模块、中央控制模块、模式选择模块、障碍物探测模块、清洁路径规划模块、吸尘模块、污渍清洁模块、灭菌模块、驱动模块、信号发射模块；

信号接收模块，与中央控制模块连接，用于通过信号接收器进行控制信号的接收；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头进行待清洁区域图像的采集；

图像分析模块，与中央控制模块连接，用于通过图像分析程序进行采集图像的分析；

中央控制模块，与信号接收模块、图像采集模块、图像分析模块、模式选择模块、障碍物探测模块、清洁路径规划模块、吸尘模块、污渍清洁模块、灭菌模块、驱动模块、信号发射模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；

模式选择模块，与中央控制模块连接，用于通过模式选择程序在终端进行清洁模式的选择；

障碍物探测模块，与中央控制模块连接，用于通过探测器进行障碍物的探测；

清洁路径规划模块，与中央控制模块连接，用于通过清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划；

吸尘模块，与中央控制模块连接，用于通过吸尘装置进行待清洁区域的吸尘；

污渍清洁模块，与中央控制模块连接，用于通过拖布进行待清洁区域污渍的清洁；

灭菌模块，与中央控制模块连接，用于通过灭菌灯进行待清洁区域的灭菌；

驱动模块，与中央控制模块连接，用于通过电机进行驱动；

信号发射模块，与中央控制模块连接，用于通过信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，进行清洁反馈。

2.一种应用如权利要求1所述智能机械清洁环保控制系统的智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，所述智能机械清洁环保控制方法包括以下步骤：

步骤一，通过信号接收模块利用信号接收器进行控制信号的接收；

步骤二，通过图像采集模块利用摄像头进行待清洁区域图像的采集；通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析；

步骤三，通过模式选择模块利用模式选择程序在终端进行清洁模式的选择；

步骤四，通过障碍物探测模块利用探测器进行障碍物的探测；通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划；

步骤五，通过吸尘模块利用吸尘装置进行待清洁区域的吸尘；通过污渍清洁模块利用拖布进行待清洁区域污渍的清洁；通过灭菌模块利用灭菌灯进行待清洁区域的灭菌；通过驱动模块利用电机进行驱动；

步骤六，通过信号发射模块利用信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，进行清洁反馈。

3.如权利要求2所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，步骤一中，所述通过信号接收模块利用信号接收器进行控制信号的接收，包括：

所述信号接收器发射无线信号，每隔第一预设时长，开启信号接收状态；

检测在信号接收状态开启后的第二预设时长内是否接收到无线信号；若在第二预设时长内接收到无线信号，则保持信号接收状态开启；当检测到所述无线信号丢失，且丢失时长达到第三预设时长时，关闭信号接收状态。

4.如权利要求3所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，所述信号接收器在信号发射总时长内发射一无线信号组，所述无线信号组中包含预设个数个相同的无线信号。

5.如权利要求3所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，所述第一预设时长小于第一和值与发射每个无线信号所需时长的差值，大于第一和值与第二和值的差值，其中第一和值为第二预设时长与信号发射总时长的和，第二和值为每个无线信号的发射间隙与发射每个无线信号所需时长的和；

所述第二预设时长大于所述无线信号组中每个无线信号的发射间隙，小于发射每个无线信号所需时长；

所述第三预设时长大于或等于所述第二预设时长，小于发射每个无线信号所需时长。

6.如权利要求2所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，步骤二中，所述通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析，具体包括以下步骤：

(1)对拍摄对象和摄像头之间的距离进行测量；输出针对被拍摄的拍摄对象的图像；

(2)以针对所述输出的特征点的信息为基础从针对所述被拍摄的拍摄对象的图像中选择至少两个特征点；

(3)以所述测量的距离为基础计算针对所述拍摄对象预先存储的原始图像的相对大小；

(4)以所述计算出的相对大小为基础，提取与所述选择的至少两个特征点相对应的、在针对所述拍摄对象预先存储的原始图像中的特征点；

(5)以所述选择的特征点和所述提取的特征点为基础，对所述被拍摄的拍摄对象的图像和所述原始图像进行比较。

7.如权利要求2所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，步骤四中，所述通过清洁路径规划模块利用清洁路径规划程序按照图像分析结果以及障碍物探测结果进行清洁路径的规划，具体为：

步骤A，利用栅格法进行待清洁区域空间环境建模；

步骤B，利用改进蚁群算法，不考虑环境中动态障碍物，建立全局路径；

步骤C，沿全局路径进行移动，进行局部预测避碰；

步骤D，进行图像分析结果中特征点的标记，规划路径涵盖所述特征点；

步骤E，将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点。

8.如权利要求7所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，步骤E中，所述将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点，包括：

1)若在滚动窗口内环境发生变化，且有静态障碍物停留在全局路径上，启动Follow_wall行为，使机器人沿着静态障碍物边界绕过障碍物，并回到初始路径上，继续预测下一滚动窗口；

2)在滚动窗口内进行碰撞预测，若没有检测到碰撞，机器人沿着全局路径移动一个步长；

3)预测到碰撞则启动碰撞避免策略，规划一条局部路径，机器人沿着规划好的局部路径行走一个步长。

9.如权利要求7所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，步骤E中，所述将障碍物探测区域视为滚动窗口，刷新滚动窗口内信息，直至到达特征点，还包括：

若到达特征点，输出最终的全局无碰撞路径，即规划路径。

10.如权利要求2所述智能机械清洁环保控制方法，其特征在于，步骤六中，所述通过信号发射模块利用信号发射器进行信号发射，将清洁执行信息发射至终端，包括：

根据第一约束条件对发射信号进行编码处理，所述第一约束条件用于使接收端接收属于本接收端的信号；将编码处理后的信号发送给所述终端。

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