一种智能节能环保吸尘器控制系统技术方案

本发明专利技术属于智能家电设备领域，公开了一种智能节能环保吸尘器控制系统，包括：距离传感器用于探测吸尘器前方的墙壁、沙发障碍信息；障碍探测系统用于探测吸尘器前方或下方异物并把数据传到主控制器；角度传感器用于在探测到前方障碍物的坐标和角度信息；主控制器用于数据分析，命令电机模块工作；电机模块负责接收主控制器的命令使电机工作完成运动与吸尘工作；并接收主控制器的命令，使吸尘器能够智能自动的选择转弯和回避。本发明专利技术可以使家庭清扫变得更加智能化，并且大大减少了人力资源，真正意义上的实现了全自动化，智能化和实用性。减少了能源的浪费，更加彻底的完成清扫任务，清扫效率高，实用性强。

Intelligent energy-saving environmental protection vacuum cleaner control system

The invention belongs to the field of intelligent appliances and discloses an intelligent energy-saving environmental protection cleaner control system, including: distance sensor information for walls, sofa cleaner in front of the obstacle detection; obstacle detection system for detecting the vacuum cleaner in front of or below the foreign body and put the data to the main controller; the angle sensor is used to coordinate and angle front obstacle the information in the detection; the main controller is used for data analysis, motor command module; the motor module is responsible for receiving commands of the main controller to operate the motor to complete the work and dust; and receiving the commands of the main controller, the vacuum cleaner can choose to turn automatically and avoid. The invention can make the household cleaning more intelligent, and greatly reduce the human resources, and realize the full automation, intelligence and practicability in real sense. The utility model reduces the waste of energy and completes the cleaning task more thoroughly. The cleaning efficiency is high and the practicability is strong.

【技术实现步骤摘要】
一种智能节能环保吸尘器控制系统
本专利技术属于智能家电设施领域，尤其涉及一种智能节能环保吸尘器控制系统。
技术介绍
目前，随着人们生活节奏越来越快，家庭成员很难抽出时间对房间地板进行清洁，然后，居住环境又一定要保持舒适、整洁，因而，家庭用吸尘器就应运而生，并很快得到了许多家庭的喜爱，家用吸尘器的使用数量与需求量都在增加，作为一种家用电器，吸尘器具有广阔的商业前景。智能吸尘器是一种在清洁区域自动移动的装置，执行清洁功能。蝙蝠算法(BatAlgorithm,BA)是由X.S.Yang于2010年提出的，它源于对大自然中蝙蝠利用回声定位的原理进行搜索、捕食食物过程的模拟。在搜寻食物时，蝙蝠会发出超声波脉冲，此时的脉冲音强最大，这样有助于超声波传播更远的距离。在飞向猎物的过程中，脉冲音强会逐渐减小，而脉冲频度则会逐渐增加，这样会使蝙蝠更精确地获取食物的位置。蝙蝠算法已经在诸多领域得到了广泛应用，如全局工程优化问题，约束优化问题，结构优化问题，离散钢结构尺寸优化问题。G.G.Wang应用基本蝙蝠算法(BA)和融合了变异策略的改进蝙蝠算法(MBA)来求解吸尘器航路规划问题。在改进蝙蝠算法(MBA)中，差分进化中的变异操作被加入蝙蝠算法以加快全局收敛速度。综上所述，现有技术存在的问题是：现有智能吸尘器，其控制方法实现的清扫路线是随机的，这种清扫路线无规则，不但无法实现区域的完全清扫，而且会发生重复清扫，增加清扫时间，清扫效率下降，造成了能源的浪费；现有基本蝙蝠算法采用的是实数编码方法，其中种群的多样性受到限制，使算法容易陷入到局部最优。一旦进入了局部最优解，就很难跳出了，实际上往往是根本就跳不出；造成吸尘器控制失效。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种智能节能环保吸尘器控制系统，本专利技术是这样实现的，一种智能节能环保吸尘器控制系统，所述智能节能环保吸尘器控制系统包括：距离传感器，用于探测吸尘器前方的墙壁、沙发障碍信息；所述距离传感器的量测模型如下：YA(tk-1)、YA(tk)、YA(tk+1)分别为距离传感器A对目标在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：其中，Y'A(tk-1)、Y'A(tk)、Y'A(tk+1)分别为距离传感器A在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；CA(t)为误差的变换矩阵；ξA(t)为距离传感器的系统误差；为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为RA(k-1)、RA(k)、RA(k+1)；障碍探测系统，用于探测吸尘器前方或下方异物并把数据传到主控制器；所述障碍探测系统建立吸尘器的路径规划问题数学模型包括：定义路径的起点为S，目标点为T；在吸尘器的工作区内有许多的障碍区域均以圆形区域的方式来表示，越接近圆形区域的中心便越易受碰撞，在区域之外则不受碰撞；吸尘器工作任务就是在所有障碍区域的前提下，在S与T之间寻找一条最优的路线；所述障碍探测系统寻找一条最优的路线处理方法包括：1)连接S与T；将ST分为D+1段，即D个节点，分别标记为L1,L2,...,Lk,...LD；在每个节点处作ST的垂线，构成一个离散点的集合：C＝{S,L1(x(1),y(1)),L2(x(2),y(2)),...,Lk(x(k),y(k)),...LD(x(D),y(D)),T}按顺序将这些点连接起来便形成了一条路径；2)坐标系变换：为加快搜索速度，把ST当作x轴，对每个离散点(xk,yk)做坐标变换；其中，θ是原始坐标系的x轴逆时针旋转到平行于ST时的角度，(xs,ys)代表原始坐标系下的坐标；这样，x坐标便可以表示为离散点的集合C便可以转换为：C'＝{0,L1(y'(1)),L2(y'(2)),...,Lk(y'(k)),...LD(y'(D)),0}；3)，建立性能评价函数：对吸尘器路径的评价主要包括障碍代价Jt和电耗代价Jf；其中，wt和wf是与当前路径点，分别代表每段路线的障碍代价和电耗代价，L是航线的总长度；采用精确的近似策略，两个离散点之间每段路线的障碍代价，为五个点的总和：其中，Nt是障碍区域的数量，Li是第i子段的长度，d0.1,i,k是i子段上1/10分点到第k个障碍的距离，tk是第k个障碍的障碍程度；假设吸尘器的速度为一常量，电耗代价等价为总长度L；最终的总代价为：J＝kJt+(1-k)Jf(5)其中，k＝0.5，k从0到1变化，k趋近于1，则路径更短，k远离近于1，则路径更长；4)确定蝙蝠的速度更新和位置更新：假设搜索空间为n维，蝙蝠i在t时刻的位置为速度为则在t+1时刻的位置和速度更新公式如下：fit＝fmin+(fmax-fmin)β(6)，其中，fi，fmax，fmin分别表示蝙蝠i在当前时刻发出的声波的频率、声波频率的最大值和最小值；β∈[0,1]是随机产生的数。best表示当前全局最优解；对于大小为n的蝙蝠群体，可随机地从中选择一只蝙蝠，并据公式(4)更新该蝙蝠相应的位置，这个过程被理解为一个局部搜索的过程，即在被选择的解中产生一个新解；xnew(i)＝xold+εAt(9)，其中，xold表示从当前最优解集中随机选择的一个解，At表示在t时刻前i只蝙蝠响度的平均值，随机向量ε的元素是区间[-1,1]的随机数；5)确定响度和脉冲速率：蝙蝠在搜寻开始时，脉冲音强大而脉冲频度小，在飞向食物的过程中，脉冲音强会逐渐降低，脉冲频度则会逐渐提高；蝙蝠i脉冲音强A(i)和脉冲r(i)根据下述公式(5)(6)更新：rt+1(i)＝r0(i)×[1-exp(-γt)](10)，At+1(i)＝αAt(i)(11)，其中，0＜α＜1,λ＞0均为常量；A(i)＝0时意味着蝙蝠i刚刚发现一只猎物，暂时停止发出任何声音，不难发现：当t→∞时，At(i)→0,rt(i)＝r0(i)；6)开始按下列步骤实施基本蝙蝠算法，包括：初始化基本参数：群体规模N、脉冲音强衰减系数α、脉冲频度增加系数γ、最大脉冲频度r0、最大脉冲音强A和最大迭代次数iterMax；定义脉冲频率Qi∈[Qmin,Qmax]和速度v；初始化蝙蝠的位置xi，并寻找当前的最优解fmin；进入主循环，如果rand＜ri，则按照公式(7)(8)分别更新蝙蝠的速度和当前位置，否则对蝙蝠的位置进行随机扰动，并进入下一步；如果rand＜Ai并且f(xi)＜f(x)，则接受新的解，并运动至更新之后的位置；如果f(xi)＜fmin，则替换之前的最优蝙蝠，并根据公式(10)、(11)调整脉冲音强Ai和脉冲频度ri；对蝙蝠群体进行评估，找出最佳的蝙蝠及其所处位置；满足算法的终止条件达则进入下一步，否则进入主循环步骤，进行下一次搜索；输出最优个体值和全局最优解；其中，rand是[0,1]上均匀分布的随机数；角度传感器，用于在探测到前方障碍物的坐标和角度信息；主控制器，用于接收距离传感器和角度传感器以及障碍探测模块的数据并加以分析，命令电机模块工作；所述主控制器内置有图像分析模块，用于对距离传感器和角度传感器以及障碍探测模块传输的图像信息进行分析处理；具体包括：图像分析模块从主控制器内存的图像库选择获取待评价图像；为方便图像的边缘提取，利用数字图像处理中RGB图像的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能节能环保吸尘器控制系统，其特征在于，所述智能节能环保吸尘器控制系统包括：距离传感器，用于探测吸尘器前方的墙壁、沙发障碍信息；所述距离传感器的量测模型如下：YA(tk‑1)、YA(tk)、YA(tk+1)分别为距离传感器A对目标在tk‑1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：

【技术特征摘要】
1.一种智能节能环保吸尘器控制系统，其特征在于，所述智能节能环保吸尘器控制系统包括：距离传感器，用于探测吸尘器前方的墙壁、沙发障碍信息；所述距离传感器的量测模型如下：YA(tk-1)、YA(tk)、YA(tk+1)分别为距离传感器A对目标在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：其中，Y'A(tk-1)、Y'A(tk)、Y'A(tk+1)分别为距离传感器A在tk-1,tk,tk+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；CA(t)为误差的变换矩阵；ξA(t)为距离传感器的系统误差；为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为RA(k-1)、RA(k)、RA(k+1)；障碍探测系统，用于探测吸尘器前方或下方异物并把数据传到主控制器；所述障碍探测系统建立吸尘器的路径规划问题数学模型包括：定义路径的起点为S，目标点为T；在吸尘器的工作区内有许多的障碍区域均以圆形区域的方式来表示，越接近圆形区域的中心便越易受碰撞，在区域之外则不受碰撞；吸尘器工作任务就是在所有障碍区域的前提下，在S与T之间寻找一条最优的路线；所述障碍探测系统寻找一条最优的路线处理方法包括：1)连接S与T；将ST分为D+1段，即D个节点，分别标记为L1,L2,...,Lk,...LD；在每个节点处作ST的垂线，构成一个离散点的集合：C＝{S,L1(x(1),y(1)),L2(x(2),y(2)),...,Lk(x(k),y(k)),...LD(x(D),y(D)),T}按顺序将这些点连接起来便形成了一条路径；2)坐标系变换：为加快搜索速度，把ST当作x轴，对每个离散点(xk,yk)做坐标变换；其中，θ是原始坐标系的x轴逆时针旋转到平行于ST时的角度，(xs,ys)代表原始坐标系下的坐标；这样，x坐标便可以表示为离散点的集合C便可以转换为：C'＝{0,L1(y'(1)),L2(y'(2)),...,Lk(y'(k)),...LD(y'(D)),0}；3)，建立性能评价函数：对吸尘器路径的评价主要包括障碍代价Jt和电耗代价Jf；1其中，wt和wf是与当前路径点，分别代表每段路线的障碍代价和电耗代价，L是航线的总长度；采用精确的近似策略，两个离散点之间每段路线的障碍代价，为五个点的总和：其中，Nt是障碍区域的数量，Li是第i子段的长度，d0.1,i,k是i子段上1/10分点到第k个障碍的距离，tk是第k个障碍的障碍程度；假设吸尘器的速度为一常量，电耗代价等价为总长度L；最终的总代价为：J＝kJt+(1-k)Jf(5)其中，k＝0.5，k从0到1变化，k趋近于1，则路径更短，k远离近于1，则路径更长；4)确定蝙蝠的速度更新和位置更新：假设搜索空间为n维，蝙蝠i在t时刻的位置为速度为则在t+1时刻的位置和速度更新公式如下：其中，fi，fmax，fmin分别表示蝙蝠i在当前时刻发出的声波的频率、声波频率的最大值和最小值；β∈[0,1]是随机产生的数。best表示当前全局最优解；对于大小为n的蝙蝠群体，可随机地从中选择一只蝙蝠，并据公式(4)更新该蝙蝠相应的位置，这个过程被理解为一个局部搜索的过程，即在被选择的解中产生一个新解；xnew(i)＝xold+εAt(9)，其中，xold表示从当前最优解集中随机选择的一个解，At表示在t时刻前i只蝙蝠响度的平均值，随机向量ε的元素是区间[-1,1]的随机数；5)确定响度和脉冲速率：蝙蝠在搜寻开始时，脉冲音强大而脉冲频度小，在飞向食物的过程中，脉冲音强会逐渐降低，脉冲频度则会逐渐提高；蝙蝠i脉冲音强A(i)和脉冲r(i)根据下述公式(5)(6)更新：rt+1(i)＝r0(i)×[1-exp(-γt)](10)，At+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖家旺，黄燕燕，
申请(专利权)人：武汉洁美雅科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42