CN105259918A - 机器人吸尘器自动充电回归的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人吸尘器自动充电回归的方法，包括：步骤一，在充电座上设置识别区；步骤二，在吸尘器上设置激光传感器；步骤三，吸尘器从任意位置开始清扫，构建房间地图，并确定吸尘器的位置；步骤四，在激光传感器的生成的数据图谱中识别并提取关于识别区的峰形，如果该峰形的特征参数与识别区特征形状结构的特征参数一致时，则成功识别充电座，进入步骤五，否则返回步骤三；步骤五，吸尘器返回到所述充电座上进行充电。本发明解决了机器人吸尘器充电回归过程繁琐不可靠、充电回归失败等技术问题。

Description

机器人吸尘器自动充电回归的方法

技术领域

本发明涉及一种吸尘器，更具体地说，本发明涉及一种机器人吸尘器自动充电回归的方法。

背景技术

机器人吸尘器，又名扫地机，是新一代家庭保姆！可以清扫房间的毛发、瓜子壳、灰尘等房间垃圾。随着国内生活水平的不断提高，原本一直在欧美市场销售的扫地机器人也逐步的走入平常百姓家，并且逐步的被越来越多的人所接受，扫地机器人将在不久的将来像白色家电一样成为每个家庭必不可少的清洁帮手。产品也会由现在的初级智能向着更高程度的智能化程度发展，逐步的取代人工清洁。机器人吸尘器内置高智能芯片，会充分的计算房间的大小与障碍物区域，配合预定清洁模式，自动调节清扫路线。机器人吸尘器智能化的表现有：机身装有踩空传感器。可以防止从高处丢落；还有防缠绕功能，当边刷被一些物体(例如，地毯、流苏或线缆)缠住时，他停止旋转并反向旋转以摆脱缠绕；机器人吸尘器机身装有感应器可以识别到前方的家具或者障碍物时，他会自动减速，以减轻碰撞，自动侦测地板表面的情况，从地毯到硬地面，或从硬地面到地毯，它都会自动调转速度以及吸力，来更好的清扫房间，清扫任务完成后会自动回到充电座充电。

目前，一般机器人吸尘器回归充电的方法为：

机器人吸尘器从任意位置开始清扫，当机器人检测到电量低时，启动回归充电程序，机器人吸尘器按随机运动模式寻找充电座，此方案一般是在充电座上安装一组红外发射管，当机器人的接收传感器收到红外信号时，即找到了充电座。此方案按随机模式寻找充电座，回归效率比较低，在房间内忙找，很有可能找不到充电座，导致机器人吸尘器回归充电失败。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种机器人吸尘器自动充电回归的方法，在充电座上设置有对激光具有特殊响应结构的识别区，当激光传感器扫描到该识别区时，产生特殊状数据图谱，从激光传感器的生产数据图谱中提取并比对该特殊结构的数据图谱，一旦比对成功，即完成了充电座的识别过程，标记充电座和吸尘器自身的位置坐标，当需要充电时，吸尘器即可自行完成回归充电，本发明利用对充电座的图形识别，解决了吸尘器充电回归过程繁琐不可靠、充电回归失败等技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种机器人吸尘器自动充电回归的方法，包括：

步骤一、在充电座上设置有特征形状结构的识别区，所述特征形状结构区别于环境中任何其他物体的结构；

步骤二、在吸尘器机体上设置有激光传感器，所述激光传感器在所述识别区所处水平面内进行360°持续扫描，实时测量扫描路径上的物体到激光传感器自身的距离；

步骤三、所述吸尘器在任意位置开始清扫，同时所述激光传感器开始扫描并生成关于所处环境空间信息的数据图谱，所述吸尘器根据所述数据图谱构建房间地图，所述吸尘器确定在所述地图中的位置；

步骤四、当在所述数据图谱中出现一定宽度的且与所述识别区形状相似的峰形时，提取该峰形的特征参数与识别区特征形状结构的特征参数进行比对，如果所述峰形与所述特征形状结构的特征参数一致时，则判定该峰形对应的物体即为充电座，并根据该峰形的坐标位置确定充电座在所述地图中的位置，进入步骤五，否则返回步骤三；

步骤五、当所述吸尘器检测到电量低于设定值时或直到清扫过程结束时，所述吸尘器根据所述充电座和自身的位置，直接返回到所述充电座上进行充电。

优选的，将所述识别区设置在所述充电座的上部，且所述特征形状结构在高度方向具有一定的分布，将所述激光传感器设置在所述特征形状结构所在的高度范围内。

优选的，所述激光传感器每扫描一周相应生成一个数据图谱，将每一个数据图谱设置在同一坐标系中，根据若干个数据图谱构建出完整的房间地图。

优选的，将所述识别区设置为矩形波状结构，若干个矩形状的凹腔间隔开设在所述识别区上，当所述数据图谱上出现矩形状的峰形时，则提取该矩形状的峰形的宽度与识别区矩形波状结构的凹腔宽度进行比对。

优选的，将所述识别区设置为方波状结构，若干个正方形状的凹腔等间距开设在所述识别区上，且间隔距离与正方形状等宽，当所述数据图谱上出现方波状的峰形时，则提取该方波的半周期宽度与识别区正方形状结构的凹腔宽度进行比对。

优选的，所述步骤四中，当某一个所述峰形中至少包括2个以上的独立方波状峰形时，且每个方波状峰形的宽度与识别区正方形状结构的凹腔宽度一致时，则判定该峰形对应的物体即为充电座。

优选的，吸尘器在每一个位置处，所述激光传感器扫描并生成该位置处房间的局部地图，若干个所述局部地图构建成完整的所述房间地图，一旦在某一所述局部地图中定位到所述识别区，直接进入所述步骤五。

优选的，所述吸尘器上还设置有用于避障的接触传感器。

本发明至少包括以下有益效果：

1、采用该方法的吸尘器实现了在任意位置开始工作，都可以实现自动充电回归过程，适用性更强；

2、在吸尘器充电回归过程中，对充电座进行图形识别，充电座无需发出引导信号，吸尘器可自动对充电座进行定位并完成与充电座的对接过程，自动化程度和智能性更高，同时实现了充电座在待机时的零功耗；

3、吸尘器在整个过程中，只要没有障碍物挡住，即可迅速对充电座进行定位，避免出现在吸尘器电能用尽前还未对充电座定位的弊端，提高了吸尘器充电回归的可靠性和回归效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的整体工作流程示意图；

图2为所述吸尘器的立体结构示意图；

图3为一种实施例中所述识别区的结构示意图；

图4为图3中识别区对应的识别峰形示意图；

图5为另一种实施例中所述识别区的结构示意图；

图6为图5中识别区对应的识别峰形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-6所示，本发明提供一种家用的机器人吸尘器自动充电回归的方法，包括：

步骤一、在充电座上设置有特征形状结构的识别区，所述特征形状结构区别于环境中任何其他物体的结构，所述特征形状结构可以是有规律或无规律的凹槽结构、凹腔结构、凸起结构等其他结构，事先将这些特征形状结构的特征参数输入到吸尘器的控制系统中，将充电座放置在房间中，且识别区朝向空旷区域；

步骤二、在吸尘器机体100上设置有激光传感器110，将激光传感器110设置在机体100上表面上，所述激光传感器110在所述识别区所处水平面内进行360°持续扫描，以实时测量扫描路径上的物体到激光传感器110自身的距离，也就是测量吸尘器运动路径上障碍物离自身的距离，吸尘器控制系统可以依次做路径规划，提高清扫效率，同时，激光传感器110在测量的同时构建房间的局部地图；本实施例中，将所述识别区设置在所述充电座的上部，且所述特征形状结构在高度方向具有一定的分布，将所述激光传感器110设置在所述特征形状结构所在的高度范围内，使得激光传感器110能识别到识别区的结构特征，依次来寻找充电座。

步骤三、所述吸尘器在任意位置开始清扫，无需事先记录充电座的位置，同时所述激光传感器110开始扫描并生成关于所处环境空间信息的数据图谱，也即房间中在吸尘器运动路径上各个物体到吸尘器的距离以及各个物体的形状特征，因为激光传感器110可以根据激光返回接收器的时间差来识别物体各个部分到接收器的路径长度，从而分析出物体的形状，所述吸尘器控制系统根据所述数据图谱构建房间地图，从而确定所述吸尘器在所述地图中的位置；

步骤四、当在所述数据图谱中出现一定宽度的且与所述识别区形状相似的峰形时，提取该峰形的特征参数与识别区特征形状结构的特征参数进行比对，特征参数可以是凹槽、凹腔或凸起之间的间隔距离，从数据图谱中可以提取出这些长度参数，如果所述峰形与事先记录在控制系统中的所述特征形状结构的特征参数一致时，则判定该峰形对应的物体即为充电座，并根据该峰形的坐标位置确定充电座在所述地图中的位置，识别过程即可结束，从而充电座和吸尘器自身在房间中的位置都已确定，进入步骤五，如果没有识别到充电座，也就吸尘器所在区中没有探测到充电座，则返回步骤三；

步骤五、当所述吸尘器检测到电量低于设定值时或直到清扫过程结束，需要返回充电时，所述吸尘器根据所述充电座和吸尘器自身的位置，控制系统规划出一条最捷径的路径直接返回到所述充电座上进行充电。

上述技术方案中，所述激光传感器110每扫描一周相应生成一个数据图谱，数据图谱是根据激光发射与返回的时间差来确定的距离参数，房间中各个物体离吸尘器的距离反应在所述数据图谱中，将每一个数据图谱设置在同一坐标系中，从而激光传感器在各个方向、位置进行扫描识别时，通过控制系统的处理，生成在同一个坐标系中的统一数据谱图，根据若干个局部的数据图谱构建出完整的房间地图。

一种实施例中，如图3-4，将所述识别区210设置为矩形波状结构，若干个矩形状的凹腔211间隔开设在所述识别区上，且这些凹腔211朝向空旷区域，吸尘器行驶过程中，激光传感器能识别到识别区210，当在生成的数据图谱上出现矩形状的峰形时，则提取该矩形状的峰形的宽度与识别区矩形波状结构的凹腔宽度进行比对，当激光传感器110每扫描一周，数据图谱上即生成一个矩形状的峰形，如图4所示，一旦当控制系统识别到该矩形状的峰形的宽度与识别区矩形波状结构的凹腔宽度一致时，可以判定该峰形对应位置处的物体即为充电座，识别过程即可结束，当需要充电时，可以启动充电回归过程。

另一种实施例中，如图5-6所示，将所述识别区220设置为方波状结构，若干个正方形状的凹腔221等间距开设在所述识别区220上，且间隔距离与正方形状等宽，当所述数据图谱上出现方波状的峰形时，则提取该方波的半周期宽度与识别区正方形状结构的凹腔宽度进行比对，如图6所示，一旦当控制系统识别到该方波的半周期宽度与识别区正方形状结构的凹腔宽度一致时，可以判定该峰形对应位置处的物体即为充电座，识别过程即可结束，当需要充电时，可以启动充电回归过程。

上述技术方案中，所述步骤四中，当某一个所述峰形中至少包括2个以上的独立方波状峰形时，且每个方波状峰形的宽度与识别区正方形状结构的凹腔宽度一致时，则判定该峰形对应的物体即为充电座，以免误识别。

上述技术方案中，吸尘器在每一个位置处，所述激光传感器110扫描并生成该位置处房间的局部地图，若干个所述局部地图构建成完整的所述房间地图，一旦在某一所述局部地图中定位到所述识别区，就可以确定充电座在房间中的位置，识别过程即可结束，激光传感器只需继续构造房间局部地图即可，直接进入所述步骤五。

所述吸尘器上还设置有用于避障的接触传感器，由于一些在识别盲区中的障碍物无法有效识别，当吸尘器接近或刚碰上小障碍物时，接触传感器有效检测到这些小障碍物，控制吸尘器减速并转向，有效减小了吸尘器的碰撞冲击力，保证吸尘器工作的连续性。

由上所述，本发明中，在充电座上设置有对激光具有特殊响应结构的识别区，当激光传感器扫描到该识别区时，产生特殊状数据图谱，这些数据图谱是根据物体到吸尘器自身的距离生成的，且与识别区的结构相似，从激光传感器的生产数据图谱中提取并比对该特殊结构的脉冲图谱，一旦比对成功，即完成了充电座的识别过程，标记充电座和吸尘器自身的位置坐标，当需要充电时，吸尘器即可快速可靠地自行完成回归充电，解决了吸尘器充电回归过程繁琐不可靠、充电回归失败等技术问题。现有技术中，往往只能从充电座出发开始清扫工作，记住充电座的位置，才能实现充电回归，这种方式限制了吸尘器的应用范围，吸尘器必须从充电座触发；或是需要充电座发出引导信号，引导吸尘器回归充电，而吸尘器电量低时，不一定正好处在该引导信号的识别区域中，吸尘器需要随机运动直到检测到该引导信号，才能完成充电回归，也就是说吸尘器完全是在盲行，可能在某一区域中来回行驶，不一定能检测到该引导信号，也就无法实现充电回归，直到电量用尽，充电回归失败，及时能检测到该引导信号，一般也可能需要较长的时间才能发现，有可能还未识别到充电座，电量已经不足，从而导致充电回归失败。

本发明是对上述两种情况的优化，采用该方法的吸尘器实现了在任意位置开始工作，都可以实现自动充电回归过程，适用性更强，从而解决了第一种情况的弊端。

同时，在吸尘器充电回归过程中，充电座无需发出引导信号，吸尘器可自动对充电座进行定位并完成与充电座的对接过程，自动化程度和智能性更高，同时实现了充电座在待机时的零功耗，从而解决了第二种情况的弊端；

进一步，吸尘器在整个过程中，只要没有障碍物挡住，即可迅速对充电座进行定位，识别过程快速可靠，在最短的时间内即可完成充电座的定位过程，且整个识别过程只需一次，一旦识别到充电座就可以确定充电座的位置，在接下来的工作工作中，无需再去识别充电座的位置，既可以完成与充电座的对接，完成充电回归过程，避免出现在吸尘器电能用尽前还未对充电座定位的弊端，提高了吸尘器充电回归的可靠性和回归效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在充电座上设置有特征形状结构的识别区，所述特征形状结构区别于吸尘器所处环境中任何其他物体的结构；

步骤二、在吸尘器机体上设置有激光传感器，所述激光传感器在所述识别区所处水平面内进行360°持续扫描，实时测量扫描路径上的物体到激光传感器的距离；

步骤三、所述吸尘器在任意位置开始清扫，同时所述激光传感器开始扫描并生成关于所处环境空间信息的数据图谱，所述吸尘器根据所述数据图谱构建房间地图，确定所述吸尘器在所述地图中的位置；

步骤四、当在所述数据图谱中出现一定宽度且与所述识别区形状相似的峰形时，提取该峰形的特征参数与识别区特征形状结构的特征参数进行比对，如果所述峰形与所述特征形状结构的特征参数一致时，则判定该峰形对应的物体即为充电座，并根据该峰形的坐标位置确定充电座在所述地图中的位置，进入步骤五，否则返回步骤三；

步骤五、当所述吸尘器检测到电量低于设定值时或直到清扫过程结束时，所述吸尘器根据所述充电座和自身的位置，直接返回到所述充电座上进行充电。

2.如权利要求1所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，所述识别区的特征形状结构在高度方向具有一定的分布，将所述激光传感器设置在所述特征形状结构所在的高度范围内。

3.如权利要求2所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，所述激光传感器每扫描一周相应生成一个数据图谱，将每一个数据图谱设置在同一坐标系中，根据若干个数据图谱构建出完整的房间地图。

4.如权利要求3所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，将所述识别区设置为矩形波状结构，若干个矩形状的凹腔间隔开设在所述识别区上形成具有一种特殊形状的结构，当所述数据图谱上出现矩形状的峰形时，则提取该矩形状峰形的宽度与识别区矩形波状结构的凹腔宽度进行比对。

5.如权利要求4所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，将所述识别区设置为方波状结构，若干个正方形的凹腔等间距开设在所述识别区上，且间隔距离与正方形的边等宽，当所述数据图谱上出现方波状的峰形时，则提取该方波的半周期宽度与识别区正方形状结构的凹腔宽度进行比对。

6.如权利要求5所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，所述步骤四中，当某一个所述峰形中至少包括2个以上的独立方波状峰形时，且每个方波状峰形的宽度与识别区正方形结构的凹腔宽度一致时，则判定该峰形对应的物体即为充电座。

7.如权利要求1所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，吸尘器在每一个位置处，所述激光传感器扫描并生成该位置处房间的局部地图，若干个所述局部地图构建成完整的所述房间地图，一旦在某一所述局部地图中定位到所述识别区，直接进入所述步骤五。

8.如权利要求1所述的机器人吸尘器自动充电回归的方法，其特征在于，所述吸尘器上还设置有用于避障的接触传感器。