本發(fā)明涉及智能型家務(wù)機器人，特別是一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人。

背景技術(shù)：

掃地機器人又叫懶人掃地機，是一種能對地面進行自動吸塵的智能家用電器。因為它能對房間大小、家俱擺放、地面清潔度等因素進行檢測，并依靠內(nèi)置的程序，制定合理的清潔路線，具備一定的智能，所以被人稱之為機器人。掃地機器人作為智能家居新概念的領(lǐng)跑者，將為機器人最終走進千家萬戶，注入前進的動力。當然，目前的掃地機器人除了具有自動吸塵功能，還配備的水箱等機構(gòu)以進行拖地操作。

如：現(xiàn)有中國發(fā)明專利公開說明書(公開號：CN105320140A)公開了一種掃地機器人及其清掃路徑規(guī)劃方法，該掃地機器人包括坐標系建立模塊、地圖構(gòu)建模塊和路徑規(guī)劃模塊。其方法以掃地機器人最先找到的待清掃房間角落點為參考系，建立坐標系；再根據(jù)掃地機器人的清掃路徑，構(gòu)建出待清掃房間的地圖，并記錄構(gòu)建過程中的碰撞點、房間的角落點、障礙物的頂點；最后根據(jù)記錄的碰撞點、房間的角落點、障礙物的頂點，規(guī)劃清掃路徑。該掃地機器人及其清掃路徑規(guī)劃方法能夠很好地適應(yīng)未知環(huán)境，并且提高了清掃效率和面積，并且成本低，實用性強。

上述現(xiàn)有智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人在實際使用中，具有如下缺陷：

1、其智能化清掃路徑規(guī)劃主要依靠掃地機器人的大腦(即主機板的MCU)來實現(xiàn)，而該主機板的MCU還需要承擔控制掃地機器人的電機運轉(zhuǎn)、控制面板上的其它功能(功能示意、故障示意、運行方式示意)，因此，其工作負擔非常重，造成該掃地機器人的大腦使用過度。

2、其規(guī)劃路徑需要“最先找到的待清掃房間角落點為參考系，建立坐標系”，降低了路徑規(guī)劃的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，主要解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)缺陷，它不但可以有效降低掃地機器人主機板的MCU的壓力，延長機器使用壽命，而且可以更加合理、高效率地規(guī)劃清掃路線，獲得更好的清掃覆蓋率和清掃效果。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是:

一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：它包括具有主控MCU的主控板、具有第一獨立MCU和陀螺儀的陀螺儀板、具有第二獨立MCU和攝像頭的攝像頭板、電機和碼盤；其中：

該主控板結(jié)合陀螺儀板采集的掃地機器人的角度和加速度和攝像頭板采集的掃地機器人的位置信息，計算融合出當前位置坐標并進行存儲，然后進行陀螺儀矯正操作；主控板根據(jù)定位程序流程不斷獲得及存儲實時的位置坐標信息后，構(gòu)建出掃地機器人所處空間的實時地圖，并將實時地圖存儲在主控板的內(nèi)存空間內(nèi)；

該陀螺儀板通過其陀螺儀獲得角度和速度信息，并通過其第一獨立MCU計算掃地機器人的角度和加速度；該陀螺儀板水平放置在掃地機器人機殼內(nèi)并連接主控板；

該攝像頭板的攝像頭設(shè)置在掃地機器人機殼上方用于在第二獨立MCU的控制下采集掃地機器人的位置信息；

該電機由主控板連接驅(qū)動掃地機器人的移動；

該碼盤為掃地機器人的速度控制檢測元件，它反饋電機的行程位置狀態(tài)并反饋給主控板。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：該陀螺儀板通過數(shù)據(jù)通過串口連接主控板。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：該攝像頭板與主控板通過串口雙向通信連接。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：該掃地機器人的定位流程包括如下步驟：

A、開機，以當前點為坐標原點；

B、陀螺儀和碼盤、電機控制掃地機器人直行；

C、定時讀取攝像頭數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)；

D、主控板根據(jù)步驟C所采集的數(shù)據(jù)并根據(jù)上一次坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)定位算法流程融合出當前位置坐標。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：該步驟C中，攝像頭板先通過攝像頭獲取一幀圖像，在通過攝像頭板的第二獨立MCU提取特征值后與前一幀圖像對比，計算出相對位置。

所述的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：該步驟C中，陀螺儀能獲取到角加速度和加速度信息，需要采用卡爾曼濾波算法過濾噪聲。

的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人，其特征在于：主控板構(gòu)建出掃地機器人所處空間的實時地圖包括如下步驟：

a、采用柵格法，將地圖分割成一個個小柵格；

b、運動過程中，實時計算位置坐標；

c、遇到障礙物，該坐標的柵格置障礙物點；

d、多個障礙物點，匯合成一張完整的地圖。

本發(fā)明的智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人具有如下總體優(yōu)勢：

A.采用了3個分模塊MCU，減輕了主控MCU的壓力。

B.提高了機器人清掃的覆蓋率。

C.提高了機器人清掃的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的定位方法流程圖。

具體實施方式

有關(guān)本發(fā)明的詳細說明和技術(shù)內(nèi)容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，非用以限制本發(fā)明。

請參閱圖1，它是本發(fā)明一種智能化實時構(gòu)建清掃地圖的掃地機器人。如圖所示：它包括具有主控MCU的主控板1、具有第一獨立MCU和陀螺儀的陀螺儀板2、具有第二獨立MCU和攝像頭的攝像頭板3、電機4和碼盤5。

該主控板1結(jié)合陀螺儀板2采集的掃地機器人的角度和加速度和攝像頭板3采集的掃地機器人的位置信息，計算融合出當前位置坐標并進行存儲，然后進行陀螺儀矯正操作；主控板1根據(jù)定位程序流程不斷獲得及存儲實時的位置坐標信息后，構(gòu)建出機器人所處空間的實時地圖，并將實時地圖存儲在主控板1的內(nèi)存空間內(nèi)。

該陀螺儀板2通過其陀螺儀獲得角度和速度信息，并通過其第一獨立MCU計算掃地機器人的角度和加速度；該陀螺儀板2水平放置在掃地機器人機殼內(nèi)并連接主控板1。

該攝像頭板3的攝像頭設(shè)置在掃地機器人機殼上方用于在第二獨立MCU的控制下采集掃地機器人的位置信息。

該電機4由主控板1連接驅(qū)動掃地機器人的移動。

該碼盤5為掃地機器人的速度控制檢測元件，它反饋電機4的行程位置狀態(tài)并反饋給主控板1。

本發(fā)明中，該陀螺儀板2通過數(shù)據(jù)通過串口連接主控板1。

本發(fā)明中，該攝像頭板3與主控板1通過串口雙向通信連接。

如圖2所示，該掃地機器人的定位流程包括如下步驟：

A、開機，以當前點為坐標原點；

B、陀螺儀和碼盤、電機控制掃地機器人直行；

C、定時讀取攝像頭數(shù)據(jù)和陀螺儀數(shù)據(jù)；

D、主控板根據(jù)步驟C所采集的數(shù)據(jù)并根據(jù)上一次坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)定位算法流程融合出當前位置坐標。

該步驟C中，攝像頭板先通過攝像頭獲取一幀圖像(比如：攝像頭的圖像傳感器以120hz的速度獲取752×480像素分辨率的圖像)，在通過攝像頭板的第二獨立MCU提取特征值后與前一幀圖像對比，計算出相對位置。

比如：攝像頭采集的圖像，采用霍夫變換提取特征，霍夫變換(HoughTransform)是圖像處理中的一種特征提取技術(shù)，它通過一種投票算法檢測具有特定形狀的物體。

在位置計算中，假定某t時刻A特征點圖像附近區(qū)域的圖像記作I(x,y,t)，其中x，y是相對于A特征點的坐標。過了Δt之后，A特征點在視野中的位置發(fā)生了改變，x,y方向的位移為Δx,Δy，此時時刻為t+Δt，由于特征點的領(lǐng)域圖像是保持恒定的，那么有：

I（x，y，t)＝I(x+Δx，y+Δy，t+Δt)

只要在新圖像中搜索與原圖像亮度值一致的區(qū)域，通過對比像素之間的差距，就能求出Δx,Δy,從而求出機器移動的位置。

該步驟C中，陀螺儀能獲取到角加速度和加速度信息，需要采用卡爾曼濾波算法過濾噪聲。

角加速度積分得到角度θ，加速度積分得到速度d，碼盤本身也能計算出速度，兩個速度做濾波算法得出最終的速度，速度二次積分得到行程距離。

根據(jù)公式

x＝d*sin(θ)

y＝d*cos(θ)

即可計算出坐標(x,y)。

在上述步驟D中，主控板根據(jù)掃地機器人位置的變換，估算出機身的角度變化，矯正陀螺儀的角度。比如發(fā)現(xiàn)角度變大了，則減速陀螺儀角度，發(fā)現(xiàn)角度變小了，增大角度。

本發(fā)明掃地機器人構(gòu)建地圖，遵循如下原則：

1、采用柵格法，將地圖分割成一個個小柵格。

2、運動過程中，實時計算位置坐標。

3、遇到障礙物，該坐標的柵格置障礙物點。

4、多個障礙物點，匯合成一張完整的地圖。

以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例而已，非因此即局限本發(fā)明的專利范圍，舉凡運用本發(fā)明說明書及圖式內(nèi)容所為的等效結(jié)構(gòu)變化，均理同包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍內(nèi)，合予陳明。