CN204374771U - 实现清扫机器人地图边界建模的装置以及清扫机器人 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种实现清扫机器人地图边界建模的装置及一种内置该装置的清扫机器人,其中,该装置包括:驱动模块,用于驱动清扫机器人朝预设方向运动;定位模块,用于实现清扫机器人的定位;距离感应模块,用于感应清扫机器人与障碍物之间的距离;方位感应模块,用于感应清扫机器人的方位角度信息;处理模块,分别与所述驱动模块,定位模块,距离感应模块,以及方位感应模块连接,用于根据所述定位模块、距离感应模块以及方位感应模块发来的信息标识所述障碍物并控制所述驱动模块。实了现对地图边界的自动建模,不再需要专业的建筑测绘的工程师和相关设备,大大节约了人力物力。

Description

实现清扫机器人地图边界建模的装置以及清扫机器人
技术领域
[0001] 本实用新型涉及移动机器人领域,尤其涉及一种自动对地图边界进行建模的装置 及一种清扫机器人。
背景技术
[0002] 随着人们生活水平的提高和科技的进步,尤其在智能家居中,为了追求更高品质 的生活,自动清扫机器人已经进入了普通家庭,一定程度上减少了人们的家务负担,受到了 广大消费者的热爱。但是目前市场上的自动清扫机器人没有地图构建的能力,只能通过碰 撞检测后改变行走方向,经过多次反复行走才能基本覆盖到清扫的整个区域。这种方式清 扫方式存在诸多问题:如,很难完整遍历清扫区域,大量重复的轨迹导致能源浪费等。
[0003] 另外,在清洁服务的行业领域中,目前清扫机器人多为人工推动其行走,或通过驾 驶、遥控的方式控制其行走,这些清扫方式使得清扫机器人严重依赖于人工,劳动力得不到 解放,自动化程度有进一步提高的空间。
[0004] 因而实现清扫机器人路径自动规划和自动导航,少重复、高覆盖率、高效率、高自 动化地完成清扫任务成为了目前需要解决的热点问题;要实现这一目的,如何自动对清扫 区域进行地图建模,尤其是如何在地图模型中建立地图边界成为最为关键的问题。 实用新型内容
[0005] 针对上述问题,本实用新型提供了一种实现清扫机器人地图边界建模的装置,分 别在该装置中设置定位模块,距离感应模块和方位感应模块,以准确的获取障碍物在地图 中的位置,从而控制清扫机器人的运动,实现对地图边界的建模。本实用新型同时提供了包 含实现清扫机器人地图边界建模的装置的清扫机器人。
[0006] 本实用新型提供的实现清扫机器人地图边界建模的装置,其技术方案如下:
[0007] -种实现清扫机器人地图边界建模的装置,所述装置至少包括:驱动模块,定位模 块,至少一个距离感应模块,方位感应模块,以及处理模块,其中,
[0008] 所述驱动模块,用于驱动所述清扫机器人朝预设方向运动;
[0009] 所述定位模块,用于实现所述清扫机器人的定位,以获取所述清扫机器人在所述 地图中的位置信息;
[0010] 所述距离感应模块,用于感应所述清扫机器人与障碍物之间的距离,以获取所述 障碍物在所述地图中的位置信息;
[0011] 所述方位感应模块,用于感应所述清扫机器人的方位角度信息;
[0012] 所述处理模块,分别与所述驱动模块,定位模块,距离感应模块,以及方位感应模 块连接,用于根据所述定位模块、距离感应模块以及方位感应模块发来的信息标识所述障 碍物并控制所述驱动模块。
[0013] 在本技术方案中,各个模块之间的通过电路连接,其中,处理模块是一种具备运算 能力的模块,通过读取距离感应模块和方位感应模块的数据,完成地图模型相关的运算。处 理模块用于对获取的所述清扫机器人的位置信息,障碍物的位置信息,以及清扫机器人的 方位角度信息进行处理,得到所述障碍物在所述地图中的坐标,并在所述地图中标识所述 障碍物,随后发送控制指令至所述驱动模块。具体地,处理模块对读取的数据进行运算后, 发送控制指令至清扫机器人驱动模块的驱使下进行运动,且在实际应用中,装置在对边界 进行建模的过程中,沿着地图边界的顺时针/逆时针方向运动,快速完成建模。
[0014] 优选地,所述驱动模块中至少包括:电机和转动轮。
[0015] 优选地,所述定位模块为GPS定位器。
[0016] 优选地,所述装置中包括多个所述距离感应模块,以覆盖多个所述清扫机器人的 感应方位。
[0017] 在本技术方案中,包括多个距离传感器,这样在运行的过程中,装置能感应到各个 方向上障碍物,避免了清扫机器人进入死角等情况,提高了装置在边界建模过程中的准确 度。
[0018] 优选地,所述距离感应模块为红外距离传感器,或超声波距离传感器,或激光距离 传感器。
[0019] 优选地,所述方位感应模块为电子罗盘。
[0020] 优选地,所述电子罗盘由一种两轴或两轴以上的地磁传感器构成。
[0021] 优选地,所述地图边界由实体的边界构成,或由边界信号发生装置发出的虚拟边 界信号构成。
[0022] 在本技术方案中,具体地,如果清扫区域为房间,则这里实体边界构成的地图边 界,具体包括墙壁,围栏,门,家具等一些实体物体形成的区域边界;虚拟边界信号包括预设 在清扫区域边界的边界信号发生装置发射的信号,如电磁信号,光信号等。
[0023] 优选地,当所述地图边界由边界信号发生装置发出的虚拟边界信号构成时,所述 距离感应模块通过感应所述虚拟边界信号的强度,获取所述清扫机器人与障碍物之间的距 离。
[0024] 一种清扫机器人,内置实现清扫机器人地图边界建模的装置。
[0025] 本实用新型至少能带来以下一种有益效果:
[0026] 1.在本实用新型中,通过在装置中设置定位模块,距离感应模块和方位感应模块, 保障了该装置能够精确地获取障碍物在地图中位置,同时根据障碍物的位置控制清扫机器 人的动作,实现对地图边界的自动建模,不再需要专业的建筑测绘的工程师和相关设备,也 不需要人为绘制相关的工程图,大大节约了人力物力;同时,本实用新型提供的装置保障了 清扫机器人能够随时自适应到新的环境中构建相应的地图模型,实现对地图边界的自动化 建模。
[0027] 2.在本实用新型中,在装置中至少设置了一个距离感应模块,即至少设置了一个 距离传感器,装置在工作过程中能够覆盖周边的各个方位的障碍物信息,大大提高了边界 建模过程中速度和效率。
附图说明
[0028] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明:
[0029] 图1为本实用新型中实现清扫机器人地图边界建模的装置的结构示意图;
[0030] 图2为本实用新型中实现清扫机器人地图边界建模的装置实现地图边界建模的 流程图;
[0031] 图3为本实用新型中进行地图边界建模时清扫机器人的行走轨迹图;
[0032] 图4为本实用新型中左侧障碍物的位置坐标示意图;
[0033] 图5为本实用新型中前方侧障碍物的位置坐标示意图。
[0034] 附图标记:
[0035] 1.清扫机器人(其内置有本实用新型实现清扫机器人地图边界建模的装置);
[0036] 2.墙壁
具体实施方式
[0037] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面结合附图和 实施例对本实用新型进行具体的描述。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施 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。
[0038] 本实用新型提供了一种实现清扫机器人1地图边界建模的装置,内置于清扫机器 人1,在实际应用中,根据本实用新型提供的装置处理后的信息控制清扫机器人1的运动方 向,实现图形边界的建模。本实用新型中还提供了一种清扫机器人1,其内置上述实现清扫 机器人1地图边界建模的装置,具体地,清扫机器人1围绕清扫边界沿着某一方向行走,在 行走的过程中逐渐在地图上标记障碍物信息,当遇到前方有障碍物时,向右(左)转向,当 左(右)边无障碍物时,则向左(右)转向,当走完一圈后就可以完成边界的建模。
[0039] 如图1所示,本实用新型提供的装置至少包括:驱动模块,定位模块,至少一个距 离感应模块,方位感应模块,以及处理模块,各个模块之间通过电路连接。
[0040] 具体地,驱动模块,用于驱动清扫机器人1朝预设方向运动,如前方;具体地,在实 际应用中,本实用新型中的驱动模块中至少包括:电机和转动轮,电机驱动转动轮朝着预设 方向(指定方向)运行。当然,在本实用新型中,对驱动模块的具体形式不做限定,只要其 能实现本实用新型的目的,都包括在本实用新型的内容中。
[0041] 定位模块,用于实现清扫机器人1的定位,以获取清扫机器人1在地图中的位置信 息。具体地,定位模块为GPS定位器。在本实用新型中,对定位模块的具体形式不做具体限 定,还可以包括,如室内定位装置等,只要其能实现本实用新型的目的,都包括在本实用新 型的内容中。
[0042] 距离感应模块,用于感应清扫机器人1与障碍物之间的距离,以获取障碍物在地 图中的位置信息。进一步地,装置中包括多个距离感应模块,并且分别朝向不同的方向和高 度,以可以检测清扫机器人1四周不同方向、不同高度的障碍物,具体地,在本实用新型中, 距离感应模块可以为红外距离传感器,或超声波距离传感器,或激光距离传感器。另外,上 述的障碍物具体可以包括:门,沙发,墙壁等。在本实用新型中,对距离感应模块的具体形式 不做限定,只要其能实现本实用新型的目的,都包括在本实用新型的内容中。
[0043] 方位感应模块,用于感应清扫机器人1的方位角度信息。进一步地,方位感应模块 为电子罗盘,更近一步地,电子罗盘由一种两轴或两轴以上的地磁传感器构成,在实际应用 中,如若使用的是三轴电子罗盘,则分别将其内部的三轴磁力计测得的磁场数据和三轴加 速度计测得的电子罗盘倾角发送至处理模块进行处理,即可获取当前清扫机器人1的方位 角信息。
[0044] 处理模块,分别与驱动模块,定位模块,距离感应模块,以及方位感应模块连接,用 于获取定位模块,距离感应模块,以及方位感应模块发送的清扫机器人1的位置信息,障碍 物的位置信息,以及清扫机器人1的方位角度信息,随后将获取的信息进行处理,精确得到 障碍物在地图中的坐标,并在地图中标识障碍物,最后发送控制指令至驱动模块,控制清 扫机器人1的运动。具体地,在本实用新型中,选用的处理模块的处理芯片的型号为ARM Corte X-A15。在实际应用中,如若当前清扫机器人沿着顺时针方向在室内的周边进行移动, 此时,若处理模块处理出来的结果为障碍物在清扫机器人的左边,且前方没有障碍物,则处 理模块发送直走的控制指令至驱动模块,驱动清扫机器人继续行走;若处理模块处理的结 果为在清扫机器人的一定距离内,如〇. 3m有障碍物,则处理模块发送右转的控制指令至驱 动模块,驱动清扫机器人右转等等。
[0045] 进一步地,地图边界由实体的边界构成,或由边界信号发生装置发出的虚拟边界 信号构成,当所述地图边界由边界信号发生装置发出的虚拟边界信号构成时,所述距离感 应模块通过感应所述虚拟边界信号的强度,获取所述清扫机器人1与障碍物之间的距离。 更进一步地,当地图边界由边界信号发生装置发出的虚拟边界信号构成时,距离感应模块 通过感应虚拟边界信号的强度,获取清扫机器人1与障碍物之间的距离,具体地,虚拟边界 信号包括电磁信号,光信号等。
[0046] 作为一个完整的实施方式,如图2所示,为内置本实用新型提供的装置的清扫机 器人1实现地图边界建模流程图,包括以下步骤:
[0047] 步骤101,状态初始化,处理模块将地图模型初始化。
[0048] 步骤102,清扫机器人1从靠近任意墙壁2的地方出发,开始移动;具体地,如图3 所示,清扫机器人1从图中的位置501 (靠近墙壁2,清扫机器人1当前所处位置)开始,沿 着顺时针方向开始移动完成办公室内的地图边界建模。
[0049] 步骤103,清扫机器人1不断通过距离感应模块获取前方、左边障碍物的距离,并 且从定位模块中获取当前清扫机所在的位置,从方位感应模块中获取清扫机器人1的方向 角度信息(方位信息)。
[0050] 步骤104,判断清扫机器人1 一定距离内,例如,0. 3m内是否有障碍物。
[0051] 步骤105,如果前方一定距离内没有障碍物,则继续前进;处理模块将当前位置标 记为无障碍物;具体地,如图3中位置502所示,清扫机器人1的前方无障碍物,则清扫机器 人1继续前进。
[0052] 步骤106,如果前方一定距离内存在障碍物,则处理模块在地图模型上的相应位置 标记为障碍物;并且驱动模块控制清扫机器人1向右转向;转到步骤103 ;具体地,如图3中 位置504所示,清扫机器人1前方一定距离内出现障碍物,则清扫机器人1向右转。
[0053] 步骤107,判断清扫机器人1左边一定距离内是否有障碍物。
[0054] 步骤108,如果清扫机器人1左边一定距离内存在障碍物,则处理模块在地图模型 上的相应位置标记为障碍物,转到步骤103 ;具体地,如图3中位置502所示,清扫机器人1 左方有障碍物。
[0055] 步骤109,如果清扫机器人1左边一定距离内不存在障碍物,则驱动模块控制清扫 机器人1向左转向;转到步骤103,具体地,如图3位置503所示,清洗机器人左侧一定距离 内不存在障碍物,则清扫机器人1左转。
[0056] 由此,按照上述步骤,清扫机器人1继续完成其他区域边界的建模,直到当清扫机 器人1经过位置505回到起点位置501,清扫机器人1完成闭环移动,即完成边界建模。当 然,在本实用新型中,对清扫机器人1的移动方向不做具体限定,可以根据具体情况进行变 换,如,当清扫机器人1沿着逆时针方向沿着墙壁2进行移动进行建模时,则当清扫机器人 1前方出现障碍物时,清扫机器人1左转,以此类推。
[0057] 根据上述具体实施方式所述,具体地,将地磁北设置为坐标系中y轴的方向,当清 扫机器人1检测到障碍物时,障碍物位置坐标的运算方法如下:
[0058] 如图4所示,清扫机器人1左侧障碍物的位置坐标的运算方法为: Xl 「_r-sxcos6*
[0059] = … Y」L-V + s x sm 沒_
[0060] 其中,Θ为清扫机器人1朝向与y轴的夹角,s为清扫机器人1左侧障碍物与清扫 机器人1之间的距离,(X,y)为清扫机器人1在地图中的坐标位置,(X,Y)为障碍物的在地 图中的坐标位置。
[0061] 清扫机器人1前方障碍物位置坐标计算方法: Xl Γ X+ sx sin^
[0062] . _γ」lj + a'xc〇s0_
[0063] 其中Θ为清扫机器人1朝向与y轴的夹角,s为清扫机器人1前方障碍物与清扫 机器人1之间的距离,(X,y)为清扫机器人1在地图中的坐标位置,(X,Y)为障碍物的在地 图中的坐标位置。
[0064] 以上对实用新型的具体实施例进行了详细描述,但本实用新型并不限制于以上描 述的具体实施例,其只是作为范例。对于本领域技术人员而言,任何对该系统进行的等同修 改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此,在不脱离实用新型的精神和范围下所作出 的均等变换和修改,都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1. 一种实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于,所述装置至少包括:驱动 模块,定位模块,至少一个距离感应模块,方位感应模块,W及处理模块,其中, 所述驱动模块,用于驱动所述清扫机器人朝预设方向运动; 所述定位模块,用于实现所述清扫机器人的定位,W获取所述清扫机器人在所述地图 中的位置信息; 所述距离感应模块,用于感应所述清扫机器人与障碍物之间的距离,W获取所述障碍 物在所述地图中的位置信息; 所述方位感应模块,用于感应所述清扫机器人的方位角度信息; 所述处理模块,分别与所述驱动模块,定位模块,距离感应模块,W及方位感应模块连 接,用于根据所述定位模块、距离感应模块W及方位感应模块发来的信息标识所述障碍物 并控制所述驱动模块。
2. 如权利要求1所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于,所述驱动模 块中至少包括:电机和转动轮。
3. 如权利要求1所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:所述定位模 块为GPS定位器。
4. 如权利要求1所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:所述装置中 包括多个所述距离感应模块,W覆盖多个所述清扫机器人的感应方位。
5. 如权利要求4所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:所述距离感 应模块为红外距离传感器,或超声波距离传感器,或激光距离传感器。
6. 如权利要求1所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:所述方位感 应模块为电子罗盘。
7. 如权利要求6所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:所述电子罗 盘由一种两轴或两轴W上的地磁传感器构成。
8. 如权利要求1-7所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:所述地图 边界由实体的边界构成,或由边界信号发生装置发出的虚拟边界信号构成。
9. 如权利要求8所述实现清扫机器人地图边界建模的装置,其特征在于:当所述地图 边界由边界信号发生装置发出的虚拟边界信号构成时,所述距离感应模块通过感应所述虚 拟边界信号的强度,获取所述清扫机器人与障碍物之间的距离。
10. -种清扫机器人,其特征在于,其包含权利要求1-9中任意一项所述的实现清扫机 器人地图边界建模的装置。
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