[发明专利]一种分离式扫地机器人及其路径规划方法

权利要求书

1.一种分离式扫地机器人，其特征在于：分离式扫地机器人由两部分组成，即扫地机器人本体和安装在天花板上的导航模块；扫地机器人本体除具有扫地机器人所必备的清扫模块、电源模块、驱动模块以外，还安装有超声波探测器、激光接收器(5)和激光跟踪控制模块；超声波探测器探测障碍物的距离，并在其控制系统的控制下沿障碍物移动；激光接收器(5)接收天花板上的导航模块发射的激光束，激光跟踪控制模块根据激光束在激光接收器(5)靶面上的光斑位置控制扫地机器人本体的运动，使之跟踪激光束；导航模块由计算机、激光发射器(3)、摄像机(4)、步进电机A(1)和步进电机B(2)组成；激光发射器(3)在步进电机A(1)和步进电机B(2)的驱动下沿中心线相互垂直的两个轴转动；摄像机(4)的像面与两个轴的中心线确定的平面重合，与地面平行；其路径规划方法的特征在于：

定义激光发射器(3)垂直向下时步进电机A(1)和步进电机B(2)的轴线分别为X轴和Y轴，正向指向另一步进电机，Z轴正向指向地面，建立坐标系O-XYZ；以像面中点o为原点建立另一个坐标系o-xyz，其中x轴、y轴和z轴分别与X轴、Y轴和Z轴平行且方向一致，因此坐标系o-xyz到坐标系O-XYZ的变换只是X轴的平移变换；以R表示静扫半径，R/4表示扫地机器人本体跟踪激光发射器(3)发射的激光束的跟踪误差，f，l分别为摄像机(4)焦距和像素长度，h为摄像机(4)像面与地面之间的距离，L₀＝k₀lh/f，其中E(·)为取整函数，将摄像机(4)拍摄的地面图像划分为由k₀²个像素构成的像素块，记为a_ij，i＝1，2，…，I，j＝1，2，…，J，将它们的标记值均置“1”，作为“未清扫”的标记，其中I，J分别为像素块的行数和列数；同时，扫地机器人本体依靠超声波探测器的指引和驱动模块的驱动与控制，沿障碍物逆时针运行一周，摄像机拍摄扫地机器人本体的图像，通过图像的差运算获取扫地机器人本体的轨迹，并将被轨迹完全覆盖的像素块的标记值置“0”，作为“已清扫”的标记；对被标记值为0的像素块所包围的那些标记值为1的像素块，使用数字图像单连通区域的染色方法规划染色路径，以序列形式表示为{a_i|i＝1，2，…，N}，地面上对应的区域序列记为{A_i|i＝1，2，…，N}；以(a_i(1)，a_i(2))和(A_i(1)，A_i(2)，h)分别表示像素块a_i的中心在像面二维坐标系o-xy和A_i的中心在三维坐标系o-xyz中的坐标，则地面上的区域A_i的中心在三维坐标系O-XYZ中的坐标为

其中d为两坐标原点之间的距离；记

激光发射器发射激光，同时计算机控制步进电机A(1)和步进电机B(2)匀速转动，并依次分别达到角度θ_i(1)，θ_i(2))，i＝1，2，…，N，扫地机器人本体以R/4的跟踪误差跟踪激光发射器(3)发射的激光束，当步进电机A(1)和步进电机B(2)的转角分别达到θ_N(1)，θ_N(2))后地面清扫结束。