[发明专利]基于视觉测量的清洁机器人系统及其测控方法

权利要求书

1.一种清洁机器人系统，其特征在于，包括进行数据处理的中央子系统，拍摄图像的视觉子系统，测量与障碍物距离的测量子系统，行走子系统，吸尘子系统，以及给本装置所有子系统提供电力供应的电源子系统；

其中行走子系统和吸尘子系统受到中央子系统的控制，视觉子系统将其拍摄的图像发送到中央子系统，测量子系统将测量的数据发送给中央子系统。

2.根据权利要求1所述的清洁机器人系统，其特征在于，所述中央子系统由信息采集模块、信息处理模块、控制输出模块和人机交互模块组成。

3.根据权利要求2所述的清洁机器人系统，其特征在于，所述视觉子系统由双目CCD和结构光发射器组成。

4.根据权利要求3所述的清洁机器人系统，其特征在于，所述测量子系统由超声波测距、倾角测量、方向角测量和高度测量组成。

5.根据权利要求4所述的清洁机器人系统，其特征在于，所述电源子系统由锂电池组合充放电保护模块组成。

6.根据权利要求5所述的清洁机器人系统，其特征在于，所述行走子系统由电机驱动、步进电机、减速机构和车轮组成。

7.根据权利要求6所述的清洁机器人系统，其特征在于，所述吸尘子系统由起尘模块、滤尘模块、吸尘模块和储尘模块组成。

8.一种机器人地图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将左右双目CCD拍摄到的图像分别记为P_L、P_R，以线结构光为界，将P_L和P_R两幅图像分别分为左右两部分，即P_LL与P_LR、P_RL与P_RR，并提取图像的几何特征；

2）以P_LR最靠近线结构光部分的几何特征为基准，在P_RR中寻求立体匹配，若找到匹配特征则转入第6）步，若未找到匹配特征则说明左CCD或右CCD前有近距离障碍，继续进入第3）步进行判定；

3）启动超声测距，控制云台以3°为步长逆时针旋转直到累计偏转角度大于等于Ф，在每一步旋转后都进行障碍物探测，若最终未检测到距离小于bcosФ的障碍，说明左CCD前无近距离障碍，转入第4）步，若在某一步中检测到距离小于bcosФ的障碍，则说明左CCD前有近距离障碍，记录该点的图像特征及距离信息作为特征点，控制云台归位后再顺时针旋转15°，启动双目视觉测距，转入第1）步；

4）控制云台归位，启动超声测距，控制云台以3°为步长顺时针旋转直到累计偏转角度大于等于Ф，在每一步旋转后都进行障碍物探测，若最终未检测到距离小于bcosФ的障碍，说明右CCD前无近距离障碍，转入第5）步，若在某一步中检测到距离小于bcosФ的障碍，则说明右CCD前有近距离障碍，转入第6）步；

5）控制云台归位，然后顺时针旋转15°，转入第1）步；

6）记录该障碍点的图像特征及距离信息作为特征点，计算该点方向角，据此方向角控制云台旋转，使视觉子系统朝向该特征点，执行第7）步；

7）启动方向角计算，若方向角偏正南方向大于15°或特征点数小于24个，则转入第2）步，否则控制云台面向正南方向，根据获取的特征点信息，绘制栅格地图，结束地图构建。

9.一种机器人行进中参考点的选取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）获得室内清洁机器人初始位置正南方向的左右两张CCD图像P_L和P_R；

2）对P_L、P_R进行局部不变特征检测，获取图像中不随光照、方向变化的局部特征；

3）对特征点进行立体视觉匹配，并进行视觉测距，选取最近的特征点计算其方向角；

4）根据第3）步得到的方向角控制云台将视觉系统正对特征点，启动超声测距；

5）若超声测距与视觉测距在误差范围之内，则选定该特征点作为参考点并结束，否则选其他特征点尝试以上过程，直到找到特征点。