基于先进路径规划技术的智能清洁机器人及其清洁方法技术

本发明专利技术涉及一种基于先进路径规划技术的智能清洁机器人及其清洁方法，包括安装在机器人机身上的外部环境信息探测系统、实时定位系统、主控制系统、电机驱动模块以及电源，外部环境信息探测系统用于探测外部环境信息；实时定位系统用于获取机器人自身所在的实时位置；主控制系统用于获取外部环境信息，并建立栅格地图，通过结合栅格地图和实时位置，规划出清扫路径；电机驱动模块用于驱动机器人按规划出的清扫路径运行并进行清扫；电源用于给主控制系统和电机驱动模块供电。本发明专利技术采用修扫边界、制造矩形、平行铺扫和兼顾障碍的路径规划技术设计出清洁路径，实时判断现处的位置，节省清洁时间，同时实现对其清扫环境的最大覆盖率。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于智能车领域，具体涉及一种基于先进路径规划技术的智能清洁机器人 及其清洁方法。 【
技术介绍
】 目前，公知的扫地机器的机身为无线机器，以圆盘型为主。使用充电电池为电源运 作，操作方式以遥控器、机器上的操作面板为主。一般能设定时间预约打扫，自行充电。机 器人前方设置有传感器，可侦测障碍物，如侦测到墙壁或其他障碍物，会自行转弯，依据不 同厂商设定，而按不同的判断机制行驶，有规划的清扫地区。（部分较早期机型可能缺少其 中部分功能）。一般的扫地机器人采用的是随机路径清扫方式，其清扫面积覆盖率低，容易 发生部分房间与角落的漏扫和重复清扫，且清洁耗时长。 【
技术实现思路
】 本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种基于先进路径规划技术 的智能清洁机器人及其清洁方法，该机器人能够自动完成地板清理工作，能自动记录环境 地图判断自己的位置并规划出清洁路径进行清洁。 为了达到上述目的，本专利技术清洁机器人采用如下技术方案： 包括安装在机器人机身上的外部环境信息探测系统、实时定位系统、主控制系统、 电机驱动模块以及电源，其中： 外部环境信息探测系统用于探测外部环境信息；实时定位系统用于获取机器人自 身所在的实时位置；主控制系统用于获取外部环境信息探测系统探测的外部环境信息，并 建立栅格地图，通过结合栅格地图和实时位置，用先进路径规划算法规划出清扫路径；电机 驱动模块用于驱动机器人按规划出的清扫路径运行并进行清扫；电源用于给主控制系统和 电机驱动模块供电。 进一步地，外部环境信息探测系统包括均匀布置在机器人机身前侧的若干个红外 反射传感器，以及均匀布置在机身顶部的若干个超声波测距传感器，超声波测距传感器还 与充电基座相配合。 进一步地，实时定位系统包括用于获取机器人角速度的陀螺仪、用于采集机器人 加速度的三轴加速度计以及用来采集机器人实时速度的增量型旋转编码器。 进一步地，主控制系统还用于调整机器人的运行模式和行驶速度。 进一步地，机器人的机身侧面安装有用来检测障碍的避障传感器，以及用于记录 突发碰撞情况的碰撞传感器。 进一步地，机器人的机身底部安装有用于判断是否脱离地面的红外近距传感器。 进一步地，电机驱动模块包括与主控制器相连的驱动电路，驱动电路同时连接用 于控制机器人运动的第一无刷直流电机和用于控制机器人清洁的第二无刷直流电机。 本专利技术清洁方法采用如下技术方案，包括以下步骤： 步骤一，对机器人进行初始化； 步骤二，用户对机器人进行功能选择； 步骤三：以充电基座为坐标原点，并在机器人工作平面上建立直角坐标系，通过机 器人机身上均匀分布的若干个超声波测距传感器接收来自充电基座的超声波信号，判断机 器人是否位于充电基座及电量是否充足，在机器人位于充电基座且电量充足时，进入步骤 四，否则返回充电基座并在电量不足时进行充电，然后进入步骤四； 步骤四：探测机器人外部环境信息，建立栅格地图； 步骤五：在栅格地图中将待清洁的区域分割成单元区域，先找出单元区域的边界 作为清扫路径的第一步，然后在整块的矩形区域中横坐标不变，沿着纵坐标从小到大方向 移动，到达顶端后，再沿着水平方向移动一个栅格，然后纵坐标从大到小方向移动，依次进 行，直至规划出清扫路径； 步骤六：按规划出的清扫路径运行，进行清扫，并完成航迹推算定位； 步骤七：在清扫过程中，进行路障扫描，遇到障碍时进行避障同时把障碍物所在位 置信息记录进地图数据中； 步骤八：判断是否打扫完全部可清洁栅格，若清扫完成则进入步骤九；若没有结 束，返回步骤三； 步骤九：结束。 进一步地，步骤六中航迹推算定位采用如下公式： 601、在清扫过程中，每隔At的单位时间，通过陀螺仪获取一次机器人的加速度 ，通过三轴加速度计采集一次机器人的角速度I，其中参数角标i表示第i次测量，计算 得到： Via=0·5(ai-l+aJΔt(1)； Sla= 0. 5(7,i+V,)At(2)； Θia= 0. 5(ff,i+ff,)At(3)； 其中，Vla表示机器人的实时速度，Sla表示在第i个Δt时间内的位移，Θia表示 通过式（3)计算得到的单位时间内机器人所转过的角度；并由以上式（1)~（3)得到： AXia=SlacosΘia(4) ΔYia=SlasinΘia (5) 其中，AXia表示X坐标的增量，AYia表示Y坐标的增量；并由以上式⑷~（5) 得到机器人当前坐标（Xa，Ya): (Xa,Ya) = (Xlal+AXla,Ylal+AYia) (6); 602、机器人行驶的左轮和右轮分别连接第一无刷直流电机，第一无刷直流电机上 均安装有增量型旋转编码器；在清扫过程中，在每个At的单位时间内，分别获取左轮侧的 增量型旋转编码器发出的脉冲数nLi和右轮侧的增量型旋转编码器发出的脉冲数nRi，得 到单位时间内左轮所走过的路程du和单位时间内右轮所走过的路程dRl: 其中，m为增量型旋转编码器转一圈所发出的脉冲数，R表示左轮和右轮的半径， 从而，单位时间内左轮和右轮的路程差Idu-c^l(9);由此，（10);Slb= 0.5(dLl+dRl) (11)； 其中，Θib表示通过式（10)计算得到的单位时间内机器人所转过的角度，r为左 轮和右轮之间的距离；Slb为单位时间内左轮和右轮的路程平均值；同时AXib= S ibcos Θ ib (12) ; Δ Yib= S ibsin Θ ib (13)；结合上式（10)~（13)，得到机器人当前坐标（Xb，Yb)， (Xb,Yb) = (Xlbl+AXib,Yibl+AYib) (14);603、通过步骤601和步骤602所得的坐标（Xa，Ya)和（Xb，Yb)，获得机器人的精确 坐标为（X，Y) = (AXa+BXb，AYa+BYb)， 其中，A是陀螺仪的置信度值，B是增量型旋转编码器的置信度值，A和B是通过以 下方法分别获得的： 其中Θ为机器人机身上的超声波测距传感器在能够收到来自充电基座的超声波 信号范围内，机器人和充电基座与X轴之间的实时夹角。 进一步地，步骤七中的障碍物的边长为L，包括小型障碍、大型障碍和墙形障碍，其 避障方法如下： (1)L< 25cm的为小型障碍，机器人遇到小型障碍时，在距离小型障碍5cm处，环绕 小型障碍清扫一圈，继续沿原清扫路线前进； (2)25 <L彡100cm的为大型障碍，在距离大型障碍5cm处清扫一圈，然后在距离 大型障碍物15cm处清扫一圈；通过当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于先进路径规划技术的智能清洁机器人，其特征在于，包括安装在机器人机身上的外部环境信息探测系统、实时定位系统、主控制系统、电机驱动模块以及电源，其中：外部环境信息探测系统用于探测外部环境信息；实时定位系统用于获取机器人自身所在的实时位置；主控制系统用于获取外部环境信息探测系统探测的外部环境信息，并建立栅格地图，通过结合栅格地图和实时位置，用先进路径规划算法规划出清扫路径；电机驱动模块用于驱动机器人按规划出的清扫路径运行并进行清扫；电源用于给主控制系统和电机驱动模块供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓辉，林海，崔曜东，孙家舟，李宝才，廖正，马若斯，姚兰琴，石梦昭，王雨萌，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61