CN113662472A - 清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法及系统，包括：步骤S1：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；步骤S2：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；步骤S3：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；步骤S4：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
Description
技术领域
本发明涉及不规则曲面清洁技术领域，具体地，涉及一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法及系统。
背景技术
专利文献CN107773148A(申请号：201711302707.8)公开了一种用于擦洗曲面钢化玻璃的智能清洁机器人，包括多功能装置、除灰装置和去污装置，所述的多功能装置的前端设置有除灰装置，多功能装置的后端安装有去污装置。该专利可以解决对现有装有曲面钢化玻璃的阳台栏杆进行擦洗时需要人工对钢化玻璃两面进行擦洗，对曲面钢化玻璃外侧面进行清灰时，人员需要现场借助工具进行清灰，擦洗钢化玻璃时，当曲面钢化玻璃外侧面上有脏块时清理困难，对曲面钢化玻璃外侧擦洗时，擦洗后的污水因没有及时收集流落下去导致他人的衣物变脏，在打扫阳台栏杆时，栏杆底端与地面间的死角处不容易清扫等难题，可以实现对曲面钢化玻璃栏杆进行智能化清灰与擦洗的功能。
目前市场上存在的大部分服务机器人，其功能基本上局限于移动模块，如商场里面的导引机器人，酒店里的送餐机器人，工业现场的巡逻机器人，这些服务机器人无法处理更复杂的工况，如巡逻机器人发现工业现场的问题后只能通过发出警告给相关工作人员，无法自己单独处理该问题。因此，扩展服务机器人的功能领域，增加其任务规划时很有前景，也是未来智能领域发展的重大趋势。
针对上述现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题体现在以下几点：完成重复性的清洁任务，特别地，具备处理复杂曲面清洁任务的能力，如洗脸盆、马桶等。
本发明中涉及到的清洁机器人属于服务机器人下的分支，主要功能用于酒店，办公楼等服务性场所的重复性清洁工作，如酒店中每天都需要进行的卫生间擦洗与清扫工作，办公楼卫生间内定时性的卫生检查与清扫。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法及系统。
根据本发明提供的一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，包括：
步骤S1：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；
步骤S2：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；
步骤S3：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；
步骤S4：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
优选地，所述步骤S1采用：基于外部图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息。
优选地，所述步骤S2采用：获取当前位置障碍物信息，当障碍物信息满足预设状态时，则判断为无法清洁，发送移动指令；当获取当前位置无遮挡，则判断为清洁，发送清洁指令与目标位姿信息。
优选地，所述步骤S3采用：将目标的关键位姿信息转化为轨迹规划中的起始点和终止点，基于笛卡尔空间运动学约束，利用梯形速度规划得到笛卡尔空间轨迹。
优选地，在所述步骤S4中：在移动过程中自主乘坐电梯及自主避障。
优选地，将目标的关键位姿信息利用笛卡尔空间轨迹规划技术，将直线间用圆弧过渡来代替，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺。
优选地，获取曲面任务的关键位姿信息，利用B样条插值技术，设置运动学约束条件规划笛卡尔空间轨迹。
根据本发明提供的一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的系统，包括：
视觉模块：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；
逻辑处理模块：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；
机械臂模块：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；
移动导航模块：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
优选地，所述视觉模块采用：基于外部图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息；
所述逻辑处理模块采用：获取当前位置障碍物信息，当障碍物信息满足预设状态时，则判断为无法清洁，发送移动指令；当获取当前位置无遮挡，则判断为清洁，发送清洁指令与目标位姿信息；
所述机械臂模块采用：将目标的关键位姿信息转化为轨迹规划中的起始点和终止点，基于笛卡尔空间运动学约束，利用梯形速度规划得到笛卡尔空间轨迹；
在所述移动导航模块中：在移动过程中自主乘坐电梯及自主避障。
优选地，将目标的关键位姿信息利用笛卡尔空间轨迹规划技术，将直线间用圆弧过渡来代替，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺；
将获取的曲面任务的关键位姿信息，利用B样条插值技术，设置运动学约束条件规划笛卡尔空间轨迹。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中通过视觉模块，利用边缘检测技术获取图像中的特征点和特征线，从而进一步获得曲面任务的路径点，从而实现清洁机器人的视觉自动引导功能；
2、本发明根据视觉模块获得的镜面任务路径点，利用笛卡尔空间轨迹规划技术，再在规划时增添圆弧过渡，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺，且提高其工作效率；
3、本发明根据视觉模块获得的曲面任务路径点，利用B样条插值技术，通过设置合适的运动学约束条件，实现清洁机器人擦拭复杂曲面时的动作平稳，且保证曲面的清洁程度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为清洁机器人系统擦拭不规则曲面的系统示意图。
图2为清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法流程图。
图3为矩形镜面清洁轨迹示意图。
图4为圆形镜面清洁轨迹示意图。
图5为复杂曲面清洁轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，包括：
步骤S1：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；
步骤S2：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；
步骤S3：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；
步骤S4：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
具体地，所述步骤S1采用：基于外部图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息。
具体地，所述步骤S2采用：获取当前位置障碍物信息，当障碍物信息满足预设状态时，则判断为无法清洁，发送移动指令；当获取当前位置无遮挡，则判断为清洁，发送清洁指令与目标位姿信息。
具体地，所述步骤S3采用：将目标的关键位姿信息转化为轨迹规划中的起始点和终止点，基于笛卡尔空间运动学约束，利用梯形速度规划得到笛卡尔空间轨迹。
具体地，在所述步骤S4中：在移动过程中自主乘坐电梯及自主避障。
具体地，将目标的关键位姿信息利用笛卡尔空间轨迹规划技术，将直线间用圆弧过渡来代替，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺。
具体地，获取曲面任务的关键位姿信息，利用B样条插值技术，设置运动学约束条件规划笛卡尔空间轨迹。
根据本发明提供的一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的系统，包括：
视觉模块：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；
逻辑处理模块：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；
机械臂模块：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；
移动导航模块：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
具体地，所述视觉模块采用：基于外部图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息；
所述逻辑处理模块采用：获取当前位置障碍物信息，当障碍物信息满足预设状态时，则判断为无法清洁，发送移动指令；当获取当前位置无遮挡，则判断为清洁，发送清洁指令与目标位姿信息；
所述机械臂模块采用：将目标的关键位姿信息转化为轨迹规划中的起始点和终止点，基于笛卡尔空间运动学约束，利用梯形速度规划得到笛卡尔空间轨迹；
在所述移动导航模块中：在移动过程中自主乘坐电梯及自主避障。
具体地，将目标的关键位姿信息利用笛卡尔空间轨迹规划技术，将直线间用圆弧过渡来代替，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺；
将获取的曲面任务的关键位姿信息，利用B样条插值技术，设置运动学约束条件规划笛卡尔空间轨迹。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
本发明提供了一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的系统，包含移动导航模块，视觉模块，机械臂模块与逻辑处理模块，其相互关系如图1所示。
首先视觉模块根据图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息，如矩形镜面的4个端点，圆形镜面的圆心与半径，不规则曲面上不同截面的特征点，还有目标类型，如镜子，台盆等，还有障碍物信息，如障碍物位置和尺寸。视觉模块将上述信息传递给逻辑处理模块，逻辑处理模块根据目标类型选择相对应的工具，并根据障碍物相关信息判断是否可以开展清洁工作，如判断为可以开展清洁工作，逻辑处理模块将清洁指令与目标位姿信息发送至机械臂模块，机械臂模块根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划，并控制机械臂执行清洁任务。
逻辑处理模块：进行逻辑处理的核心模块，实现复杂场景的逻辑判断与处理功能，如电量不足时的告警，开始清洁任务的指令等，逻辑处理模块控制着移动导航模块与机械臂模块的运动输入信号，根据视觉模块反馈的信号，经过逻辑判断后下发给移动导航模块和机械臂模块，用于移动清洁机器人，并完成清洁任务。
逻辑判断后得到的是是否可以开始清洁任务的指令，如根据视觉反馈的信息显示当前位置无法开展清洁指令，则逻辑处理模块下发移动信息给移动导航模块，如可以开始清洁动作，则下发清洁指令与目标位置信息至机械臂模块；
如视觉反馈信息显示当前位置障碍物过多，则判断为无法清洁，下发移动指令至移动导航模块至合适位置；如视觉反馈信息显示当前位置无遮挡，则判断为可以清洁，下发清洁指令与目标位姿信息至机械臂模块。
视觉模块：实时获取外部图像信息，并将图像中的特征信息反馈给逻辑处理模块，如洗脸盆的位置信息，洗脸盆是否干净等。
移动导航模块：根据逻辑处理模块的输入信号，如房间号，移动导航模块控制清洁机器人自动移动至既定位置，并在移动过程中自主乘坐电梯，自主避障。
机械臂模块：根据逻辑处理模块的输入信号，如开始工作指令与工作类型，机械臂模块控制机械臂自动夹取与工作类型相对应的工具，再开始进行清洁工作，完成工作任务后自动回到待机位置。
实施例3
实施例3是实施例1和/或实施例2的优选例
本发明中提到的机械臂轨迹规划均为机械臂笛卡尔空间的轨迹规划，以笛卡尔空间位置规划为例，基于视觉模块获得的路径点，进而可以转化为轨迹规划中的起始点和终止点，补充笛卡尔空间运动学约束，如最大速度，最大加速度，利用梯形速度规划即可规划出笛卡尔空间轨迹。
平面类清洁任务，如镜面
清洁机器人的清洁任务本质上就是对机械臂进行轨迹规划控制，视觉模块采集被清洁对象的关键位置信息，并通过传输协议传递至逻辑处理模块，逻辑处理模块收到该关键位置信息后再下发至机械臂模块，并同时下发开始清洁的指令，机械臂模块收到指令后首先由当前位置运动至预清洁位置，再开始进行清洁动作，在完成清洁动作后返回至待机位置，整个的工作流程如图2所示。
一般而言，镜面都是标准形状，如矩形，圆形等，本文中分别以矩形和圆形为例，规划其运动路径。
1)矩形镜面
常见的笛卡尔空间规划都是直线，在经过多个空间点时机械臂必须将速度降为零再加速运动，这就会造成频繁的启停，即影响工作效率也影响机械臂寿命。在笛卡尔空间规划时，将直线间用圆弧过渡来代替，这样就不会有笛卡尔速度上的突跳，机械臂就能够顺畅进行过渡。对于矩形镜面而言，本发明规划的运动轨迹呈S曲线，并设置纵向间隔为0.1m，视觉模块仅提高矩形镜面的四个顶点即可，机械臂模块根据S曲线规律以固定间隔依次连接四个顶点，为保证机械臂运动的连续性，相邻直线间以半圆曲线过渡，因此可获得如图3所示的运动路径。
2)圆形镜面
对于圆形镜面而言，本文中规划的运动轨迹为等距螺旋线，并设置螺旋线间隔为0.1m，视觉模块仅提供圆形镜面的圆心和半径即可，机械臂模块根据螺旋线的规律，从圆形镜面的圆心出发，一直向外伸展并最终到达圆形镜面边缘，其运动路径如图4所示。
复杂曲面类清洁任务，如洗脸盆
复杂曲面的清洁流程与平面的清洁流程一致，都基于图2。清洁复杂曲面概括为数学问题为：设计一条光滑路径，尽可能的全面覆盖曲面。通过视觉模块根据深度摄像头测量的目标位置，利用边缘提取技术获取复杂曲面的若干关键点，视觉模块将这些关键点传递至逻辑处理模块；逻辑处理模块再将这些关键点位姿信息与擦拭指令传递至机械臂；机械臂接收这些关键点位姿信息，并作为B样条的路径点，根据时间与最大速度，最大加速度约束规划出笛卡尔空间轨迹。具体到本发明，以半椭球面为例，将该半椭球面在竖直方向上分割为6个椭圆平面，在每个椭圆平面上选取若干特征点，将上述所有特征点按照顺序排列，该顺序即为机械臂运动路径，按此方法可获得其运动路径如图5所示。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；
步骤S2：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；
步骤S3：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；
步骤S4：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
2.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，所述步骤S1采用：基于外部图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息。
3.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，所述步骤S2采用：获取当前位置障碍物信息，当障碍物信息满足预设状态时，则判断为无法清洁，发送移动指令；当获取当前位置无遮挡，则判断为清洁，发送清洁指令与目标位姿信息。
4.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，所述步骤S3采用：将目标的关键位姿信息转化为轨迹规划中的起始点和终止点，基于笛卡尔空间运动学约束，利用梯形速度规划得到笛卡尔空间轨迹。
5.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，在所述步骤S4中：在移动过程中自主乘坐电梯及自主避障。
6.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，将目标的关键位姿信息利用笛卡尔空间轨迹规划技术，将直线间用圆弧过渡来代替，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺。
7.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，获取曲面任务的关键位姿信息，利用B样条插值技术，设置运动学约束条件规划笛卡尔空间轨迹。
8.一种清洁机器人系统擦拭不规则曲面的系统，其特征在于，包括：
视觉模块：实时获取外部图像信息，基于外部图像信息获取目标的关键位姿信息；
逻辑处理模块：接收目标的关键位姿信息，根据目标类型选择相对应的清洁工具，并根据障碍物相关信息判断是否开展清洁工作，当判断为开展清洁工作时，则发送清洁指令与目标位姿信息；当判断为不开展清洁工作时，则发送移动信息；
机械臂模块：根据目标位姿信息进行笛卡尔空间轨迹规划控制机械臂执行清洁任务；
移动导航模块：根据移动信息控制清洁机器人移动到预设位置。
9.根据权利要求1所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的方法，其特征在于，所述视觉模块采用：基于外部图像信息利用边缘提取技术获取目标的关键位姿信息；
所述逻辑处理模块采用：获取当前位置障碍物信息，当障碍物信息满足预设状态时，则判断为无法清洁，发送移动指令；当获取当前位置无遮挡，则判断为清洁，发送清洁指令与目标位姿信息；
所述机械臂模块采用：将目标的关键位姿信息转化为轨迹规划中的起始点和终止点，基于笛卡尔空间运动学约束，利用梯形速度规划得到笛卡尔空间轨迹；
在所述移动导航模块中：在移动过程中自主乘坐电梯及自主避障。
10.根据权利要求8所述的清洁机器人系统擦拭不规则曲面的系统，其特征在于，将目标的关键位姿信息利用笛卡尔空间轨迹规划技术，将直线间用圆弧过渡来代替，实现清洁机器人擦拭镜面时的动作平顺；
将获取的曲面任务的关键位姿信息，利用B样条插值技术，设置运动学约束条件规划笛卡尔空间轨迹。
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