一种导航方法、系统及清洗机器人与流程

本发明涉及智能机器人技术领域，更具体地说，涉及一种导航方法、系统及清洗机器人。

背景技术：

随着石油的日渐紧缺和环保意识的逐渐增强，人们对可再生清洁能源的需求比重不断增大，各种光伏设备的应用越来越广泛。光伏设备通常包括设置在建筑物房顶、工作厂房等区域的光伏板，而光伏板暴露在外界环境中，容易出现积灰问题。

目前市面上具有能够清理积灰的清洗机器人，其类似于常见的扫地机器人，在使用过程中，清洗机器人放置在光伏板的板面上，其在行走的过程中对行走过的区域进行清理。另外，为了控制清洗机器人的行进，清洗机器人需要拍摄的光伏板的板面图像，并将板面图像中的固有纹路作为参照物，来为清洗机器人提供导航基础。

然而，一方面，部分光伏组件的板面上可能不具有明显特征的固有纹路；另一方面，即使光伏组件的板面具有固有纹路，清洗机器人也可能会移动至固有纹路缺失的区域。因此，在实际使用时清洗机器人常出现无法从板面上识别参照物的问题，进而失去导航基础，导致清洗机器人无法对行走路径进行规划。

综上所述，如何保障清洗机器人的正常行走，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种导航方法，其能够使清洗机器人在板面无参照物的光伏板上正常行走。本发明的另一目的是提供一种导航系统和清洗机器人。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种清洗机器人的导航方法，包括：

获取参照物图像并根据所述参照物图像确定清洗机器人的位置信息；其中，所述参照物图像包括环境图像和光伏板的板面图像；

根据所述位置信息和坐标线判断所述清洗机器人是否按照预设移动路径移动；其中，所述坐标线与所述清洗机器人的移动方向之间具有角度固定的夹角；

若否，则调整所述清洗机器人的当前移动方向以使调整后的所述清洗机器人按照所述预设移动路径移动。

优选的，所述获取参照物图像并根据所述参照物图像确定所述清洗机器人的位置信息，包括：

获取参照物图像，并将所述参照物图像中的光伏板的边缘确定为基准线；

根据所述清洗机器人与所述基准线的距离确定所述位置信息。

优选的，根据所述位置信息和坐标线判断所述清洗机器人是否按照预设移动路径移动，包括：

获取所述清洗机器人与所述基准线的当前距离，获取所述坐标线与所述基准线的当前角度；

判断所述当前距离和所述当前角度是否符合条件；其中，所述预设条件为当前距离小于预设距离范围且当前角度小于预设角度范围；

若是，则判定所述清洗机器人按照所述预设移动路径移动；

若否，则判定所述清洗机器人未按照所述预设移动路径移动。

优选的，还包括：

根据所述参照物图像获取所述清洗机器人与板面边界之间的到边距离，其中，所述板面边界位于所述清洗机器人移动方向的前方；

在当前到边距离小于预设距离时，控制所述清洗机器人减速。

优选的，在控制所述清洗机器人减速之后，还包括：

当所述清洗机器人移动到所述板面边界时，控制所述清洗机器人转弯。

一种清洗机器人的导航系统，包括：

位置信息处理模块，用于获取参照物图像并根据所述参照物图像确定清洗机器人的位置信息；其中，所述参照物图像包括环境图像和光伏板的板面图像；

判断模块，用于根据所述位置信息和坐标线判断所述清洗机器人是否按照预设移动路径移动；其中，所述坐标线与所述清洗机器人的移动方向之间具有角度固定的夹角；

调整模块，用于在所述清洗机器人未按照预设移动路径移动时、调整所述清洗机器人的当前移动方向，以使调整后的所述清洗机器人按照所述预设移动路径移动。

优选的，还包括：

到边距离处理模块，用于根据所述参照物图像获取所述清洗机器人与板面边界之间的到边距离，其中，所述板面边界位于所述清洗机器人移动方向的前方；

减速模块，用于在当前到边距离小于预设距离时，控制所述清洗机器人减速。

优选的，所述位置信息处理模块包括：

基准线确定单元，用于获取参照物图像，并将所述参照物图像中的光伏板的边缘确定为基准线；

位置信息确定单元，用于根据所述清洗机器人与所述基准线的距离确定所述位置信息。

一种清洗机器人，包括上述任意一种导航系统，还包括本体，所述本体的下侧设有用于控制所述本体移动的移动装置；所述本体的前端设有用于清洗光伏板的清洗头，所述清洗头的上方设有用于拍摄参照物图像、并将所述参照物图像发送至所述位置信息处理模块的相机。

优选的，所述清洗头的前部或所述本体的尾部或所述本体的侧部设有用于检测光伏板边缘位置的检测传感器。

本发明提供的导航方法中，获取了环境图像和光伏板的板面图像，并将二者作为参照物图像，在工作过程中，通过参照物图像可知参照物与清洗机器人的位置关系，从而确定清洗机器人的位置信息；通过位置信息和与移动方向对应的坐标线可判断清洗机器人是否按照预设移动路径移动；如果未按照预设移动路径移动则对清洗机器人的方向进行调整。

由于清洗机器人在移动过程中获取了环境图像以及板面图像，因此当光伏板不具备固有纹路和拼接缝隙等结构时，即板面图像无法识别到参照物时，清洗机器人能够从周围环境中识别到参照物，从而为清洗机器人提供导航基础，保障清洗机器人的正常行走。

本发明还提供了一种用于实现上述方法的导航系统，以及一种包括上述导航系统的清洗机器人。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种导航方法的流程图；

图2为本发明所提供的一种导航系统的结构示意图；

图3为本发明所提供的一种清洗机器人的结构示意图。

图1～3中的附图标记为：

位置信息处理模块100、判断模块200、调整模块300；

清洗头1、移动装置2、相机3、检测传感器4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种导航方法，其能够使清洗机器人在板面无参照物的光伏板上正常行走。本发明的另一核心是提供一种导航系统和清洗机器人。

参考图1，图1为本发明提供的一种清洗机器人的导航方法的流程图，包括以下步骤：

步骤s1、获取参照物图像并根据参照物图像确定清洗机器人的位置信息；其中，参照物图像包括环境图像和光伏板的板面图像。

具体的，参照物需要与光伏板保持相对静止的状态，其可以为多种类型的结构，例如，参照物图像可以为光伏板板面上的固有纹理、拼接缝隙等，也可以为位于光伏板周围环境中房顶边缘、光伏板的边缘等。清洗机器人需要实时获取参照物图像，并通过参照物图像确定自身与参照物的位置关系，进而确定自身的位置信息，即清洗机器人与光伏板的相对位置关系。

步骤s2、根据位置信息和坐标线判断清洗机器人是否按照预设移动路径移动；其中，坐标线与清洗机器人的移动方向之间具有角度固定的夹角；若否，则进入步骤s3。

具体的，预设移动路径具体指清洗机器人在清洗光伏板过程中的行走路线。清洗机器人在清洗光伏板的过程中主要采用直线移动和转弯移动的方式进行清洗作业，即清洗机器人在光伏板的中部沿直线移动，而移动在光伏板的边缘时进行转弯。

清洗机器人具有与自身位置对应的坐标系，其中，坐标系的原点与清洗机器人的相对位置保持静止，坐标轴的方向与清洗机器人的移动方向保持静止。坐标线可以为坐标系中的任意一条线，而为了简化实际控制过程中的算法，优选将清洗机器人的移动方向作为坐标线。

判断清洗机器人是否按照预设移动路径移动需要依据位置信息和坐标线两个参数，位置信息指清洗机器人与光伏板的相对位置关系，而坐标线表示清洗机器人移动方向与参照物的相对关系。清洗机器人在移动过程中不断获取参照物图像，并将参照物图像放到坐标系内与坐标线和坐标点进行比较，进而判断清洗机器人是否相对于参照物发生偏移，若未发生偏移则可以返回步骤s1，继续判断清洗机器人的位置信息和移动方向；若发生偏移则表示清洗机器人未按照预设移动路径移动，此时进入步骤s3。

步骤s3、调整清洗机器人的当前移动方向以使调整后的清洗机器人按照预设移动路径移动。具体的，通过位置信息和坐标线可以确定清洗机器人的偏移量，而清洗机器人的转弯角度为可控的，通过控制清洗机器人转弯即可对清洗机器人的移动路径进行纠偏，使清洗机器人按照预设移动路径移动。例如，当清洗机器人的移动位置向右偏移时，则向左调整清洗机器人的移动方向。

可选的，在对清洗机器人的行走方向和位置进行纠偏后，还可以返回步骤s1，再根据重新获取的当前的参照物图像判断清洗机器人的移动路径是否正确，进而实现对纠偏效果的闭环控制。

本申请提供的导航方法获取了光伏板的板面图像和环境图像，并根据二者确定参照物图像，相比于现有技术中仅获取板面图像的方式，应用本申请提供的导航方法，可以获得视野更大的参照物图像，当光伏板不具备固有纹路和拼接缝隙等结构时，即板面图像无法识别到参照物时，清洗机器人能够从周围环境中识别到参照物，从而为清洗机器人提供导航基础，保障清洗机器人的正常行走。

本申请提供一种优选实施例中，步骤s2中的获取参照物图像并根据参照物图像确定清洗机器人的位置信息，包括以下步骤：

步骤s21、获取参照物图像，并将参照物图像中的光伏板的边缘确定为基准线。

步骤s22、根据清洗机器人与基准线的距离确定位置信息。

具体的，在实际确定清洗机器人是否发生偏移时，本实施例优选在参照物图像中选择光伏板的边缘作为基准线，在移动过程中清洗机器人以基准线作为参照物。所选择的边缘可以包括位于清洗机器人移动方向前方的边缘，也可以包括位于清洗机器人移动方向侧方的边缘，相比于周围环境中的其他结构，光伏板边缘的位置更加确定，从而提高导航的准确性。

可选的，本申请提供的一种实施例中，步骤s3中的根据位置信息和坐标线判断清洗机器人是否按照预设移动路径移动，包括以下步骤：

步骤s31、获取清洗机器人与基准线的当前距离，获取坐标线与基准线的当前角度。

步骤s32、判断当前距离和当前角度是否符合条件；其中，预设条件为当前距离小于预设距离范围且当前角度小于预设角度范围；若是，则判定清洗机器人按照预设移动路径移动；若否，则判定清洗机器人未按照预设移动路径移动。

具体的，清洗机器人在移动过程中实时获取参照物图像，并分别确定自身位置和坐标线与基准线的关系，当基准线与坐标线的夹角、或基准线与坐标系原点的距离发生变化，说明清洗机器人相对于光伏板的边缘发生偏移，即清洗机器人相对光伏板跑偏。此时根据视觉分析照片得到的清洗机器人相对于光伏板边缘的夹角与距离，可以计算出清洗机器人需要纠偏的角度与距离，控制清洗机器人转弯即可实现纠偏。

进一步的，考虑到清洗机器人移动到光伏板的边缘时需要进行转弯，为了对导航方法进行优化，本申请提供的一种实施例中，导航方法还包括以下步骤：

步骤s4、根据参照物图像获取清洗机器人与板面边界之间的到边距离，其中，板面边界位于清洗机器人移动方向的前方。

步骤s5、在当前到边距离小于预设距离时，控制清洗机器人减速。

具体的，由于在获取参照物图像时获取了四周的环境图像以及板面图像，因此清洗机器人获取图像的视野更广阔，清洗机器人通过参照物图像可以对前进路线环境进行预判，对调整提前进行准备。

在工作过程中，根据参照物图像能够确定清洗机器人与光伏板的相对位置关系，而光伏板边缘在光伏板上的位置一定，因此根据参照物图像可以确定清洗机器人与光伏板边缘的实际距离，即到边距离。当实际距离小于预设距离时，则表示清洗机器人靠近光伏板边缘，此时清洗机器人提前减速，从而更好的进行掉头或转弯操作。

进一步的，清洗机器人减速后继续移动至光伏板边缘时，导航方法还包括步骤s6：当清洗机器人移动到板面边界时，控制清洗机器人转弯。具体的，清洗机器人可以通过红外、超声或其他类型的检测传感器4检测自身是否移动到光伏板的边缘，若移动至边缘则进行转弯操作。可选的，也可以通过参照物图像直接确定清洗机器人是否移动到光伏板的边缘，并进行转弯操作。

本申请还提供了一种清洗机器人的导航系统，参考图2，图2为本申请提供的一种清洗机器人的导航系统的结构示意图，包括：

位置信息处理模块100，用于获取参照物图像并根据参照物图像确定清洗机器人的位置信息；其中，参照物图像包括环境图像和光伏板的板面图像；

判断模块200，用于根据位置信息和坐标线判断清洗机器人是否按照预设移动路径移动；其中，坐标线与清洗机器人的移动方向之间具有角度固定的夹角；

调整模块300，用于在清洗机器人未按照预设移动路径移动时、调整清洗机器人的当前移动方向，以使调整后的清洗机器人按照预设移动路径移动。

进一步的，位置信息处理模块100包括：

基准线确定单元，用于获取参照物图像，并将参照物图像中的光伏板的边缘确定为基准线；

位置信息确定单元，用于根据清洗机器人与基准线的距离确定位置信息。

进一步的，判断模块200包括：

参数获取单元，用于获取清洗机器人与基准线的当前距离，用于获取坐标线与基准线的当前角度；

判断单元，用于判断当前距离和当前角度是否符合条件；其中，预设条件为当前距离小于预设距离范围且当前角度小于预设角度范围；若是，则判定清洗机器人按照预设移动路径移动；若否，则判定清洗机器人未按照预设移动路径移动。

进一步的，导航系统还包括：

到边距离处理模块，用于根据参照物图像获取清洗机器人与板面边界之间的到边距离，其中，板面边界位于清洗机器人移动方向的前方；

减速模块，用于在当前到边距离小于预设距离时，控制清洗机器人减速。

进一步的，导航系统还包括：

转向装置，用于当清洗机器人移动到板面边界时，控制清洗机器人转弯。

除了上述导航方法和导航系统，本申请还提供了一种清洗机器人，参考图3，图3为本发明所提供的一种清洗机器人的结构示意图。该清洗机器人包括上述任意一种导航系统和本体，本体的下侧设有用于控制本体移动的移动装置2；本体的前端设有用于清洗光伏板的清洗头1，清洗头1的上方设有用于拍摄参照物图像、并将参照物图像发送至位置信息处理模块的相机3。

具体的，相机3用于拍摄参照物图像，并将参照物图像发送至清洗机器人的导航系统中，相机3与位置信息处理模块相连。由于相机3设置在清洗头1的上方，因此相机3的拍摄视野更加广阔，从而更好的为清洗机器人提供导航基础。

本申请提供的清洗机器人适用范围更加广泛，在工作过程中，清洗机器人不仅能够对双玻组件进行清理，还能够对单晶硅组件、多晶硅组件、镜面组件、薄膜光伏组件或其他无表面纹理的玻璃进行清理；且清洗机器人对光伏组件的排布要求较低。另外，由于相机位于清洗头1上方，因此相机视野更加广阔，使清洗机器人能够对自身的移动位置进行预判，减少检测传感器4的数量，降低成本。

进一步的，为了确定清洗机器人是否移动到光伏板的边缘，清洗机器人的四周设置有用于检测光伏板边缘位置的检测传感器4，检测传感器4可以设置在清洗头1的前部或本体的尾部或本体的侧部，检测传感器4可以具体为接近开关、超声传感器、红外传感器等。可以理解的，清洗机器人也可以通过相机3替代检测传感器4，来确定自身是否移动到光伏板的边缘。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的导航方法、系统及清洗机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。