一种智能化实时构建清扫地图的扫地机器人的制作方法

本发明涉及智能型家务机器人，特别是一种智能化实时构建清扫地图的扫地机器人。

背景技术：

扫地机器人又叫懒人扫地机，是一种能对地面进行自动吸尘的智能家用电器。因为它能对房间大小、家俱摆放、地面清洁度等因素进行检测，并依靠内置的程序，制定合理的清洁路线，具备一定的智能，所以被人称之为机器人。扫地机器人作为智能家居新概念的领跑者，将为机器人最终走进千家万户，注入前进的动力。当然，目前的扫地机器人除了具有自动吸尘功能，还配备的水箱等机构以进行拖地操作。

如：现有中国发明专利公开说明书(公开号：CN105320140A)公开了一种扫地机器人及其清扫路径规划方法，该扫地机器人包括坐标系建立模块、地图构建模块和路径规划模块。其方法以扫地机器人最先找到的待清扫房间角落点为参考系，建立坐标系；再根据扫地机器人的清扫路径，构建出待清扫房间的地图，并记录构建过程中的碰撞点、房间的角落点、障碍物的顶点；最后根据记录的碰撞点、房间的角落点、障碍物的顶点，规划清扫路径。该扫地机器人及其清扫路径规划方法能够很好地适应未知环境，并且提高了清扫效率和面积，并且成本低，实用性强。

上述现有智能化实时构建清扫地图的扫地机器人在实际使用中，具有如下缺陷：

1、其智能化清扫路径规划主要依靠扫地机器人的大脑(即主机板的MCU)来实现，而该主机板的MCU还需要承担控制扫地机器人的电机运转、控制面板上的其它功能(功能示意、故障示意、运行方式示意)，因此，其工作负担非常重，造成该扫地机器人的大脑使用过度。

2、其规划路径需要“最先找到的待清扫房间角落点为参考系，建立坐标系”，降低了路径规划的效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，主要解决上述现有技术所存在的技术缺陷，它不但可以有效降低扫地机器人主机板的MCU的压力，延长机器使用寿命，而且可以更加合理、高效率地规划清扫路线，获得更好的清扫覆盖率和清扫效果。

为实现上述目的,本发明的技术方案是:

一种智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：它包括具有主控MCU的主控板、具有第一独立MCU和陀螺仪的陀螺仪板、具有第二独立MCU和摄像头的摄像头板、电机和码盘；其中：

该主控板结合陀螺仪板采集的扫地机器人的角度和加速度和摄像头板采集的扫地机器人的位置信息，计算融合出当前位置坐标并进行存储，然后进行陀螺仪矫正操作；主控板根据定位程序流程不断获得及存储实时的位置坐标信息后，构建出扫地机器人所处空间的实时地图，并将实时地图存储在主控板的内存空间内；

该陀螺仪板通过其陀螺仪获得角度和速度信息，并通过其第一独立MCU计算扫地机器人的角度和加速度；该陀螺仪板水平放置在扫地机器人机壳内并连接主控板；

该摄像头板的摄像头设置在扫地机器人机壳上方用于在第二独立MCU的控制下采集扫地机器人的位置信息；

该电机由主控板连接驱动扫地机器人的移动；

该码盘为扫地机器人的速度控制检测元件，它反馈电机的行程位置状态并反馈给主控板。

所述的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：该陀螺仪板通过数据通过串口连接主控板。

所述的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：该摄像头板与主控板通过串口双向通信连接。

所述的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：该扫地机器人的定位流程包括如下步骤：

A、开机，以当前点为坐标原点；

B、陀螺仪和码盘、电机控制扫地机器人直行；

C、定时读取摄像头数据和陀螺仪数据；

D、主控板根据步骤C所采集的数据并根据上一次坐标数据，根据定位算法流程融合出当前位置坐标。

所述的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：该步骤C中，摄像头板先通过摄像头获取一帧图像，在通过摄像头板的第二独立MCU提取特征值后与前一帧图像对比，计算出相对位置。

所述的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：该步骤C中，陀螺仪能获取到角加速度和加速度信息，需要采用卡尔曼滤波算法过滤噪声。

的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人，其特征在于：主控板构建出扫地机器人所处空间的实时地图包括如下步骤：

a、采用栅格法，将地图分割成一个个小栅格；

b、运动过程中，实时计算位置坐标；

c、遇到障碍物，该坐标的栅格置障碍物点；

d、多个障碍物点，汇合成一张完整的地图。

本发明的智能化实时构建清扫地图的扫地机器人具有如下总体优势：

A.采用了3个分模块MCU，减轻了主控MCU的压力。

B.提高了机器人清扫的覆盖率。

C.提高了机器人清扫的效率。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的定位方法流程图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明和技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

请参阅图1，它是本发明一种智能化实时构建清扫地图的扫地机器人。如图所示：它包括具有主控MCU的主控板1、具有第一独立MCU和陀螺仪的陀螺仪板2、具有第二独立MCU和摄像头的摄像头板3、电机4和码盘5。

该主控板1结合陀螺仪板2采集的扫地机器人的角度和加速度和摄像头板3采集的扫地机器人的位置信息，计算融合出当前位置坐标并进行存储，然后进行陀螺仪矫正操作；主控板1根据定位程序流程不断获得及存储实时的位置坐标信息后，构建出机器人所处空间的实时地图，并将实时地图存储在主控板1的内存空间内。

该陀螺仪板2通过其陀螺仪获得角度和速度信息，并通过其第一独立MCU计算扫地机器人的角度和加速度；该陀螺仪板2水平放置在扫地机器人机壳内并连接主控板1。

该摄像头板3的摄像头设置在扫地机器人机壳上方用于在第二独立MCU的控制下采集扫地机器人的位置信息。

该电机4由主控板1连接驱动扫地机器人的移动。

该码盘5为扫地机器人的速度控制检测元件，它反馈电机4的行程位置状态并反馈给主控板1。

本发明中，该陀螺仪板2通过数据通过串口连接主控板1。

本发明中，该摄像头板3与主控板1通过串口双向通信连接。

如图2所示，该扫地机器人的定位流程包括如下步骤：

A、开机，以当前点为坐标原点；

B、陀螺仪和码盘、电机控制扫地机器人直行；

C、定时读取摄像头数据和陀螺仪数据；

D、主控板根据步骤C所采集的数据并根据上一次坐标数据，根据定位算法流程融合出当前位置坐标。

该步骤C中，摄像头板先通过摄像头获取一帧图像(比如：摄像头的图像传感器以120hz的速度获取752×480像素分辨率的图像)，在通过摄像头板的第二独立MCU提取特征值后与前一帧图像对比，计算出相对位置。

比如：摄像头采集的图像，采用霍夫变换提取特征，霍夫变换(HoughTransform)是图像处理中的一种特征提取技术，它通过一种投票算法检测具有特定形状的物体。

在位置计算中，假定某t时刻A特征点图像附近区域的图像记作I(x,y,t)，其中x，y是相对于A特征点的坐标。过了Δt之后，A特征点在视野中的位置发生了改变，x,y方向的位移为Δx,Δy，此时时刻为t+Δt，由于特征点的领域图像是保持恒定的，那么有：

I（x，y，t)＝I(x+Δx，y+Δy，t+Δt)

只要在新图像中搜索与原图像亮度值一致的区域，通过对比像素之间的差距，就能求出Δx,Δy,从而求出机器移动的位置。

该步骤C中，陀螺仪能获取到角加速度和加速度信息，需要采用卡尔曼滤波算法过滤噪声。

角加速度积分得到角度θ，加速度积分得到速度d，码盘本身也能计算出速度，两个速度做滤波算法得出最终的速度，速度二次积分得到行程距离。

根据公式

x＝d*sin(θ)

y＝d*cos(θ)

即可计算出坐标(x,y)。

在上述步骤D中，主控板根据扫地机器人位置的变换，估算出机身的角度变化，矫正陀螺仪的角度。比如发现角度变大了，则减速陀螺仪角度，发现角度变小了，增大角度。

本发明扫地机器人构建地图，遵循如下原则：

1、采用栅格法，将地图分割成一个个小栅格。

2、运动过程中，实时计算位置坐标。

3、遇到障碍物，该坐标的栅格置障碍物点。

4、多个障碍物点，汇合成一张完整的地图。

以上所述者，仅为本发明的较佳可行实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效结构变化，均理同包含于本发明的权利范围内，合予陈明。