[发明专利]一种分离式扫地机器人及其路径规划方法

说明书

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。扫地机器人本体装有超声波探测器，可以探测障碍物的距离，并可以在其控制系统的控制下沿障碍物移动。导航模块包括计算机、激光发射器和摄像机。摄像机拍摄地面图像，并将图像分割成与地面正方形区域相对应的像素块。对由像素块构成的图像采用数字图像单连通区域的染色方法规划出染色路径，计算机依照此路径以及像素块与地面正方形区域之间的对应关系，控制激光发射器扫描地面对应的正方形区域，并指引扫地机器人本体清扫地面。

技术领域

本发明涉及一种分离式扫地机器人及其路径规划方法，属于智能家用电器技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步和计算机技术的发展，扫地机器人将逐步走进千家万户，成为人类的得力助手。定位导航技术是扫地机器人的一个研究热点。扫地机器人要想高质量、无遗漏、无重复地清扫地面，必须建立清扫区域的环境地图，通过环境地图了解扫地机器人自身当前所处位置、哪些地方已经清扫、哪些地方没有清扫、下一步该往哪里清扫。目前栅格法在建立机器人环境地图方面得到广泛应用。其思想主要是将二维环境理想化为有棱有角的形状，分成许多小单元，然后利用超声传感器对障碍物进行检测，根据每个单元被障碍物占有的概率来进行环境建模。在利用栅格地图进行路径规划的时候，机器人根据每个栅格被清扫的纪录来进行运动，在清扫完某个栅格的时候，就将该栅格赋予一个值，表明该处已经清扫过，如果再次经过此栅格，由于已经被清扫，所以机器人就向左侧或者右侧栅格移动，来避开重复清扫。利用栅格地图进行路径规划非常方便，只需要判断每个栅格是否被打扫过就可以了。但是这种方法应用于扫地机器人仍有许多问题需要解决：首先是扫地机器人的定位问题，也就是如何确定扫地机器人当前所在的位置属于哪个栅格；其次是即使待清扫区域是一块连通区域，经过一段时间的清扫之后也可能变成许多不连通区域，这不仅给未清扫区域的查找带来困难，还需要机器人穿梭在几个零散的栅格之间，既增加了清扫的重复次数，也容易造成未清扫栅格的遗漏。

发明内容

为避免清扫过程中将连通待扫区域分割成不连通区域，本发明首先将复连通待扫区域分割成单连通区域，因此本发明仅涉及单连通待扫区域。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。扫地机器人本体装有超声波探测器，可以探测障碍物的距离，并可以在其控制系统的控制下沿障碍物移动。导航模块包括计算机、激光发射器和摄像机。摄像机拍摄地面图像，并将图像分割成与地面正方形区域相对应的像素块。对由像素块构成的图像采用数字图像单连通区域的染色方法规划出染色路径，计算机依照此路径以及像素块与地面正方形区域之间的对应关系，控制激光发射器扫描地面对应的正方形区域，并指引扫地机器人本体清扫地面。

附图说明

图1是导航模块示意图；图2是扫地机器人本体示意图，图3是激光发射器两个转轴转动角度示意图。

标号说明：1步进电机A，2步进电机B，3激光发射器，4摄像机，5激光接收器。

具体实施方式

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、驱动模块等以外，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。超声波探测器可以探测障碍物的距离，并可以在其控制系统的控制下沿障碍物移动。激光接收器(5)可以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)和摄像机(4)组成；激光发射器(3)在步进电机A(1)和步进电机B(2)的驱动下可以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。