[发明专利]基于视觉测量的清洁机器人系统及其测控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于视觉测量的清洁机器人系统及其测控方法，属于机器人领域。

背景技术

近年来，室内清洁机器人备受关注，人们对其智能化程度的要求也越来越高。传统室内清洁机器人通常有非地图导航和基于地图导航两种路径规划方式，基于地图导航代表清洁机器人的发展方向，其地图构建方法则体现了清洁机器人智能程度。常见地图构建方法的环境监测手段有：红外传感器、超声传感器、双目立体视觉、结构光机器视觉等，机器人行进中的自定位技术往往借助于编码器、陀螺仪等计算单位时间内机器人的方位变化。

在现有技术中，中国专利公开号CN 101446832 A，公开日2009年6月3日，发明名称是机器人吸尘器自动避障及其控制方法，该发明提出设置一个基站，吸尘本体与基站之间保持通信联系，执行吸尘、避障，并能自主回到基站充电。该发明的不足在于吸尘本体和基站之间采用红外方式通信，易受环境影响，且需要额外维护基站。

中国专利申请公布号CN101852609 A，申请公布日2010年10年6日，发明名称是一种基于机器人双目立体视觉的地面障碍物检测方法，该发明公开了一种基于机器人双目立体视觉的地面障碍物检测方法，在地面视差值的基础上，通过反投影模型计算出某像素对应场景的三维坐标，从而初步判断该像素属于障碍物或是地面点，对障碍物和地面点赋予不同的颜色；最后控制机器人实施避障。该发明的缺点是测距受光照等条件影响较大，不及超声测距准确，地图构建以及机器人行进无方向参照。

中国专利申请公布号CN 102138769 A，申请公布日2011年8月3日，发明名称是清洁机器人及其清扫方法，该发明地图边界中标识可清扫区域，在首次遍历的同时或之后，按照预设清扫方式进行清扫，提高了清扫效率。但该方法以机器人原始位置为坐标原点，以机器人行走距离为基础构建地图，容易积累误差，且缺少对地图适时调整的功能。

因此，设计一个无基站定位、环境适应能力强、地图构建准确灵活的室内清洁机器人系统是一个亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于视觉测量的清洁机器人系统及其测控方法，解决了现有清洁机器人易受环境影响，需要额外基站支持以及地图构建不够灵活的缺点。 

技术方案：本发明采用的技术方案为一种基于视觉测量的清洁机器人系统，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。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、人机交互模块组成。信息采集模块负责采集来自测量子系统和视觉子系统的传感器数据，这些数据传递给信息处理模块。信息处理模块对传感器数据进行信息处理、数据融合和判断决策。控制输出模块根据信息处理模块的判断决策向吸尘子系统、行走子系统输出控制信号。人机交互模块提供系统设置、系统标定等人机交互接口。所述电源子系统包括锂电池组和充放电保护模块两部分，锂电池组为清洁机器人提供48V工作电压，充放电保护模块负责在电池组充电时将220V电压变换成充电电压，在电池组放电时提供放电保护及实时告警，必要时并断掉电源。所述吸尘子系统由起尘模块、滤尘模块、吸尘模块、储尘模块组成。所述行走子系统包括减速机构、车轮、电机驱动、步进电机等模块。所述测量子系统由方向角测量、倾角测量、超声波测距、高度测量等模块组成。方向角测量的核心部件为电子指南针，测量视觉子系统的方向角。倾角测量负责测量机器人系统的倾角，用作位姿判定依据。超声波测距由超声波传感器实现，其原理是通过发射声波与接收声波的时间差计算距离。所述视觉子系统包括结构光发射器和双目CCD传感器两部分，结构光发射器向前方投射线结构光，双目CCD传感器采集场景图像。

一种机器人地图构建方法，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，并提取图像的边缘、角点等几何特征；

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；