自动清洁设备及其控制方法与流程

本发明涉及清洁设备领域，尤其是一种自动清洁设备及其控制方法。

背景技术：

随着人们生活水平的日益提高，扫地机器人等自动清洁设备进入到越来越多的家庭。现有的有些扫地机器人上设置有摄像头，用于检测行进方向上是否有障碍物等，或者作为家庭的监控设备。但是，当家里环境比较黑暗(例如晚上且没有灯光)，或者扫地机器人进入到床底等环境时，此时现有的摄像头没办法再进行成像，从而影响扫地机器人的使用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种在黑暗环境中仍能成像的自动清洁设备及其控制方法。

为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种自动清洁设备，包括本体、控制模块和行走机构，所述行走机构设于所述本体上，用于带动所述本体移动，所述控制模块设于所述本体中，并与所述行走机构连接，控制所述行走机构运动，所述自动清洁设备还包括成像装置，所述成像装置设置于所述本体上，并与所述控制模块电连接，所述成像装置包括用于向反射物发射光线的光源组件以及用于接收反射物的反射光以对反射物成像的成像单元，所述控制模块用于根据成像信号控制所述行走机构的运动。

优选地，所述成像单元为线阵图像传感器。

优选地，所述成像装置还包括透镜，所述透镜设置于所述线阵图像传感器的入光侧，所述透镜为柱状透镜。

优选地，所述透镜的焦距在1mm-60mm之间。

优选地，所述成像装置设置于所述本体的底部。

优选地，在水平方向上，所述成像装置与所述行走机构的距离在1cm-15cm之间。

优选地，所述成像装置朝向地面，所述光源用于向地面发射光线，所述成像单元用于接收地面的反射光以对地面成像。

优选地，所述控制模块根据成像信号检测地面是否有垃圾，如果有，则控制所述行走机构使所述自动清洁设备移动至有垃圾的地面上并进行清扫；或者所述控制模块根据成像信号检测地面是否有线状物，如果有，则控制所述行走机构使所述自动清洁设备绕开所述线状物；或者所述控制模块根据图像的清晰度判断地面是否有台阶，如果有，则控制所述行走机构使所述自动清洁设备绕开所述台阶。

优选地，所述成像装置上设置有透明盖板，所述光源组件包括光源和长条形的导光件，所述光源设置于所述导光件的侧方，用于向所述导光件发光，所述导光件朝向所述透明盖板，用于将所述光源发出的光从所述透明盖板发射出去。

优选地，所述导光件中设置有多根光纤，所述多根光纤的一端朝向所述光源，另一端间隔分布在所述导光件朝向所述透明盖板的面上。

优选地，所述多根光纤朝向所述光源的端部之间的距离小于另一端部之间的距离，所述多根光纤朝向所述光源的端部与所述光源之间还设置有聚光透镜。

优选地，分布在所述导光件朝向所述透明盖板的面上的所述多根光纤的端部分布于同一直线上。

本发明实施例另一方面提供一种自动清洁设备的控制方法，所述自动清洁设备包括本体、控制模块和行走机构，所述行走机构设于所述本体上，用于带动所述本体移动，所述控制模块设于所述本体中，并与所述行走机构连接，控制所述行走机构运动，所述自动清洁设备还包括成像装置，所述成像装置设置于所述本体上，并与所述控制模块电连接，所述成像装置包括光源组件和成像单元，所述自动清洁设备的控制方法包括如下步骤：

向反射物发射光线；

接收所述反射物的反射光，对所述反射物成像，生成成像信号；

根据所述成像信号控制所述行走机构的运动。

优选地，所述反射物为地面；在根据所述成像信号控制所述行走机构的运动中：根据成像信号检测地面是否有垃圾，如果有，则控制所述行走机构使所述自动清洁设备移动至有垃圾的地面上并进行清扫；或者根据成像信号检测地面是否有线状物，如果有，则控制所述行走机构使所述自动清洁设备绕开所述线状物；或者根据图像的清晰度判断地面是否有台阶，如果有，则控制所述行走机构使所述自动清洁设备绕开所述台阶。

本发明实施例提供的自动清洁设备及其控制方法，通过在成像装置中设置光源组件，使得即使在黑暗的环境下，成像装置也能进行成像，从而使控制模块可以根据成像信号控制行走机构的运动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动清洁设备的结构示意图。

图2是图1的自动清洁设备的控制逻辑示意图。

图3为图1的自动清洁设备的成像装置的结构示意图。

图4为图3的成像装置的光源组件的结构示意图。

图5为图3的成像装置的光源组件的另一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参考图1至图5,本发明实施例提供一种自动清洁设备，包括本体1、控制模块4和行走机构2，行走机构2设于本体1上，用于带动本体1移动，控制模块4设于本体1中，并与行走机构2连接，控制行走机构2运动。具体来说，该自动清洁设备为扫地机器人，本体1中设置有清扫刷、尘刷、积尘室、吸尘电机、电池等，行走机构2可以包括两个驱动轮、一个或两个导向轮和驱动电机21，驱动电机21与驱动轮连接。该自动清洁设备的结构可以参考cn206252462u、cn204260680u、cn205126124u、cn203244345u等中国专利文献中所描述的结构，此处不再赘述。行走机构2可以带动本体1在地面8上行走，清扫地面8上的垃圾和灰尘等。控制模块4可以是一个或多个集成电路芯片组成的电路。

该自动清洁设备还包括成像装置3，成像装置3设置于本体1上，并与控制模块4电连接。成像装置3包括用于向反射物发射光线的光源组件32以及用于接收反射物的反射光以对反射物成像的成像单元33，成像单元33生成成像信号并发送给控制模块4。控制模块4中可以设置图像分析单元41，图像分析单元41对成像信号进行分析，控制模块4根据图像分析单元41的分析结果控制行走机构2的运动。在本实施例中，反射物即为地面8，在其他实施例中，反射物也可以为自动清洁设备前方的障碍物等。由于成像装置3的光源组件32可以主动向反射物发射光线，成像单元33再接收反射光并成像，因此即使在床底等黑暗环境下，成像装置3仍然能够成像，从而使自动清洁装置在黑暗环境下仍可以根据成像信号来决定如何运动。

在优选实施例中，成像单元33为线阵图像传感器。具体来说，该成像单元33可以是线阵ccd图像传感器，也可以是线阵cmos图像传感器，线阵图像传感器所成图像虽然也是二维图像，但是图像的宽度一般仅有几个像素而已，而图像的长度则可达几k像素。成像单元33在随着本体1沿成像单元33的宽度方向移动的过程中不断形成图像，并将这些图像合并成长和宽大致在同一数量级的二维图像，控制模块4的图像分析单元41可以根据合成后的二维图像进行分析，判断是否有障碍物、地面8是否洁净等。现有的自动清洁设备通常采用常规的面阵ccd摄像头来进行成像，如果要对某一片地面成像，那么在自动清洁设备的行走过程中，面阵ccd摄像头每次拍摄的图像都是尺寸较大(几百k甚至几兆)的二维图像，因此给处理图像信号的控制芯片提出了很高的要求，成本也因此大幅上升。而本申请将线阵图像传感器作为自动清洁设备上的成像单元33，在自动清洁设备的行走过程中，线阵图像传感器每次拍摄的图像都是尺寸较小(几k到几十k)的图像，再将行走过程中形成的多幅图像合成为一个图像，来反映某一片地面的情形，这种方式所需要处理的图像数据量是前述现有方式的图像数据量的十分之一甚至几十分之一，因此对控制芯片的要求降低了很多，由此也使得高分辨率的地面检测更容易实现。

请参考图3，在优选实施例中，成像装置3还包括透镜35，透镜35设置于成像单元33的入光侧，透镜35包括柱状透镜。透镜35用于将入射到透镜35的光线折射到成像单元33，使成像单元33成像。具体来说，成像装置3还包括壳体31、透明盖板36和电路板34，透明盖板36大致呈长方形，其设置于壳体31上，形成该成像装置3的入光面，也即光线从透明盖板36进入到成像装置3中，光源32和透镜35设置在壳体31内，并位于透明盖板36的下方(从入射光的角度看)，成像单元33设置在电路板34上，并位于透镜35的下方，与透镜35间隔预设距离。透镜35可以包括由多个柱状透镜平行设置组合而成的透镜阵列，柱状透镜的一端朝向成像装置3的入光面，另一端朝向成像单元33。透镜35的具体结构可以参考cn203688831u、cn101950039a、cn203435066u等中国专利文献中所描述的透镜阵列的结构，此处不再赘述。在进一步的优选实施例中，透镜35的焦距在1mm-60mm之间。

请参考图1，在优选实施例中，成像装置3设置于本体1的底部，便于给地面8成像。成像装置3距离地面8的距离可以与上述透镜35的焦距大致相当，在1mm-60mm之间。在其他实施例中，成像装置3也可以设置在本体1的侧方。在另一优选实施例中，在水平方向上，成像装置3与行走机构2的距离在1cm-15cm之间。如上所述，由于行走机构2一般包括两个驱动轮和一个或两个导向轮，驱动轮设置于本体1底部的左右两侧，而导向轮则设置于本体1底部的前侧和/或后侧(即位于本体1的移动方向上)，成像装置3设置在导向轮的外侧，即更靠本体1边缘的位置，因此此处所指成像装置3与行走机构2的距离，是指成像装置3与离其最近的导向轮的距离。自动清洁设备在行走时，如果成像装置3位于行走机构2的前方，则当成像装置3通过成像检测到前方有障碍物或者其他不宜通过的情形时，控制模块4有足够的反应时间来控制行走机构2不再朝前行走。

在优选实施例中，成像装置3朝向地面8，光源32用于向地面8发射光线，成像单元33用于接收地面8的反射光以对地面8成像。通过对地面8成像，控制模块4分析地面8的障碍物或者清洁程度等，据此来控制行走机构2如何运动。

在一种优选实施例中，控制模块4根据成像信号检测地面8是否有垃圾，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备移动至有垃圾的地面上并进行清扫。如上所述，由于驱动轮设置于本体1底部的左右两侧，而导向轮则设置于本体1底部的前侧和/或后侧，成像装置3设置在导向轮的外侧，因此在检测地面8是否有垃圾这种情形时，成像装置3可以位于导向轮以及清扫刷等部件的后方，也即当清扫刷扫过之后，如果成像装置3检测到地面8上还有垃圾，则控制模块4可以控制行走机构2继续在该区域行走，反复清扫未扫除的垃圾。自动清洁设备在刚开始启动时，操作者可以将自动清洁设备放在相对比较洁净的地面8上，然后控制模块4可以将成像装置3刚开始所成的几幅图像作为地面8的基准图像(也即参照物)，然后自动清洁设备在行走过程中不断生成地面8的图像，将这些图像与地面8的基准图像对比，如果图像中有其他形状或颜色的区块存在，则可以视为垃圾，控制模块4控制该自动清洁设备对垃圾进行清扫。

在另一实施例中，控制模块4根据成像信号检测地面8是否有线状物，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备绕开该线状物。在传统的自动清洁设备的工作过程中，其行走机构2的驱动轮在行走时容易被电线、软绳、细线等线状物缠绕，导致行走机构2出现故障，本实施例通过成像装置3所成图像来分析自动清洁设备的前进方向上是否存在线状物，如果有，则绕开该线状物，以免行走机构2被线状物所缠绕。在这种情形下，与上述实施例类似，成像装置3设置在导向轮的外侧，不同之处在于，行走时，成像装置3位于导向轮的前方。自动清洁设备在行走过程中不断生成地面8的图像，将这些图像与地面8的基准图像对比，如果图像中有与地面8基准颜色不一致且呈线状的颜色区块存在，则可以视为有线状物存在，控制模块4控制行走机构2绕开该线状物。

在又一实施例中，控制模块4根据图像的清晰度判断地面8是否有台阶，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备绕开台阶。当地面8上有向下的台阶时，如果行走机构2继续向台阶方向移动，则该自动清洁设备容易掉到台阶下去，造成损坏。在该实施例中，行走时，成像装置3位于导向轮的前方。由于成像装置3的焦距固定，因此自动清洁设备行走在平整的地面8时，地面8正好位于成像装置3的适当成像距离范围内，因此所成图像的分辨率较高，而当遇到台阶(主要是向下的台阶)时，成像装置3伸至台阶上方，此时下一台阶离成像装置3的垂直距离不在成像装置3的适当成像距离范围内，此时所成图像的分辨率会大幅降低。根据图像分辨率的差异可以判断是否有台阶存在。自动清洁设备在刚开始启动时，操作者可以将自动清洁设备放在相对比较平整的地面8上，然后控制模块4可以将成像装置3刚开始所成的几幅图像的分辨率作为基准分辨率，然后自动清洁设备在行走过程中不断生成地面8的图像，将这些图像的分辨率与基准分辨率对比，如果图像分辨率小于基准分辨率超过预设值，则判断此处存在台阶，控制模块4控制行走机构2绕开该台阶，以免掉到台阶下方。

请参考3至图5，在优选实施例中，成像装置3的壳体31上设置有透明盖板36，光源组件32包括光源322和长条形的导光件328，光源322设置于导光件328的侧方，用于向导光件328发光，导光件328朝向透明盖板36，用于将光源322发出的光从透明盖板36发射出去。

请参考图4，在一种实施例中，导光件328可以是由透明塑料注塑而成的透明长条，其朝向透明盖板36的面上设置有多个导光凸起，光源322可以是两个led灯，分别设置在导光件328的两侧，被壳体31所遮蔽，光源322向导光件328发出的光通过导光件328上的导光凸起的作用，转而向透明盖板36发射，而且多个导光凸起可以使得从透明盖板36发出的光比较均匀。

请参考图5，在另一实施例中，导光件328中设置有多根光纤323，多根光纤323的一端朝向光源322，另一端324间隔分布在导光件328朝向透明盖板36的面上。光纤323用于将位于导光件328侧方的光源322所发出的光导向至导光件328朝向透明盖板36的面上，使多根光纤323位于导光件328朝向透明盖板36的面上的端部324向透明盖板36发光，且亮度较为均匀。

在进一步的优选实施例中，多根光纤323朝向光源322的端部之间的距离小于另一端部324之间的距离，多根光纤323朝向光源322的端部与光源322之间还设置有聚光透镜325。具体来说，多根光纤323朝向光源322的端部可以连接到一连接件326上并聚拢，聚光透镜325用于将光源322发出的光汇聚到连接件326上，也即汇聚到各光纤323朝向光源322的端部上，提高光的利用效率。在另一优选实施例中，分布在导光件328朝向透明盖板36的面上的多根光纤323的端部324分布于同一直线上。当成像单元33为线阵图像传感器时，多根光纤323的端部324分布于同一直线上构成线性光源，即足以满足成像单元33为成像而接收光的需求，可以不用设置成面光源，节省材料。

本发明实施例另一方面还提供一种自动清洁设备的控制方法。该自动清洁设备包括本体1、控制模块4和行走机构2，行走机构2设于本体1上，用于带动本体1移动，控制模块4设于本体中，并与行走机构2连接，控制行走机构2运动。该自动清洁设备还包括成像装置3，成像装置3设置于本体1上，并与控制模块4电连接，成像装置3包括光源组件32和成像单元33。此处所述自动清洁设备的具体结构可以与上述实施例中的自动清洁设备的结构相同，此处不再赘述。该自动清洁设备的控制方法包括如下步骤：

向反射物发射光线；具体来说，由光源组件32向反射物发射光线；

接收反射物的反射光，对反射物成像，生成成像信号；具体来说，由成像单元33接收反射光并成像；

根据成像信号控制行走机构2的运动；控制模块4根据成像信号控制行走机构2的运动。光源组件32、成像单元33及控制模块4的结构和工作原理可以与上述实施例相同，此处不再赘述。

在优选实施例中，反射物为地面；在根据成像信号控制行走机构2的运动中：根据成像信号检测地面是否有垃圾，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备移动至有垃圾的地面上并进行清扫；或者根据成像信号检测地面是否有线状物，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备绕开线状物；或者根据图像的清晰度判断地面是否有台阶，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备绕开台阶。

在一种优选实施例中，控制模块4根据成像信号检测地面8是否有垃圾，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备移动至有垃圾的地面上并进行清扫。如上所述，由于驱动轮设置于本体1底部的左右两侧，而导向轮则设置于本体1底部的前侧和/或后侧，成像装置3设置在导向轮的外侧，因此在检测地面8是否有垃圾这种情形时，成像装置3可以位于导向轮以及清扫刷等部件的后方，也即当清扫刷扫过之后，如果成像装置3检测到地面8上还有垃圾，则控制模块4可以控制行走机构2继续在该区域行走，反复清扫未扫除的垃圾。自动清洁设备在刚开始启动时，操作者可以将自动清洁设备放在相对比较洁净的地面8上，然后控制模块4可以将成像装置3刚开始所成的几幅图像作为地面8的基准图像(也即参照物)，然后自动清洁设备在行走过程中不断生成地面8的图像，将这些图像与地面8的基准图像对比，如果图像中有其他形状或颜色的区块存在，则可以视为垃圾，控制模块4控制该自动清洁设备对垃圾进行清扫。

在另一实施例中，控制模块4根据成像信号检测地面8是否有线状物，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备绕开该线状物。在传统的自动清洁设备的工作过程中，其行走机构2的驱动轮在行走时容易被电线、软绳、细线等线状物缠绕，导致行走机构2出现故障，本实施例通过成像装置3所成图像来分析自动清洁设备的前进方向上是否存在线状物，如果有，则绕开该线状物，以免行走机构2被线状物所缠绕。在这种情形下，与上述实施例类似，成像装置3设置在导向轮的外侧，不同之处在于，行走时，成像装置3位于导向轮的前方。自动清洁设备在行走过程中不断生成地面8的图像，将这些图像与地面8的基准图像对比，如果图像中有与地面8基准颜色不一致且呈线状的颜色区块存在，则可以视为有线状物存在，控制模块4控制行走机构2绕开该线状物。

在又一实施例中，控制模块4根据图像的清晰度判断地面8是否有台阶，如果有，则控制行走机构2使自动清洁设备绕开台阶。当地面8上有向下的台阶时，如果行走机构2继续向台阶方向移动，则该自动清洁设备容易掉到台阶下去，造成损坏。在该实施例中，行走时，成像装置3位于导向轮的前方。由于成像装置3的焦距固定，因此自动清洁设备行走在平整的地面8时，地面8正好位于成像装置3的适当成像距离范围内，因此所成图像的分辨率较高，而当遇到台阶(主要是向下的台阶)时，成像装置3伸至台阶上方，此时下一台阶离成像装置3的垂直距离不在成像装置3的适当成像距离范围内，此时所成图像的分辨率会大幅降低。根据图像分辨率的差异可以判断是否有台阶存在。自动清洁设备在刚开始启动时，操作者可以将自动清洁设备放在相对比较平整的地面8上，然后控制模块4可以将成像装置3刚开始所成的几幅图像的分辨率作为基准分辨率，然后自动清洁设备在行走过程中不断生成地面8的图像，将这些图像的分辨率与基准分辨率对比，如果图像分辨率小于基准分辨率超过预设值，则判断此处存在台阶，控制模块4控制行走机构2绕开该台阶，以免掉到台阶下方。

本发明实施例提供的自动清洁设备及其控制方法，通过在成像装置中设置光源组件，使得即使在黑暗的环境下，成像装置也能进行成像，从而使控制模块可以根据成像信号控制行走机构的运动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。