一种扫地机器人路径规划和控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种扫地机器人路径规划和控制系统，包括主控芯片STM32，以及与主控芯片STM32相连的超声波传感器、温度传感器、电源模块及电源稳压模块、陀螺仪、电机驱动器及电机、编码器、防跌落传感器和清扫装置，通过多种传感器融合的方式减少了避障不及时的问题，其中，通过温度传感器获取当前室内温度，给超声波检测数据进行温度补偿，从而提高了精度，通过设置一个距离阈值，一旦超声波测量的距离临近阈值，则降低电机的转速，以防撞上移动的物体，从而提高覆盖率和实时性，实现低成本、强鲁棒性、能准确避障及全覆盖清扫的路径规划。能准确避障及全覆盖清扫的路径规划。能准确避障及全覆盖清扫的路径规划。

【技术实现步骤摘要】
一种扫地机器人路径规划和控制系统


[0001]本专利技术涉及扫地机器人
，具体为一种扫地机器人路径规划和控制系统。

技术介绍

[0002]随着人口老龄化的到来和人民对提升生活品质的需要，人们对在现实生活场景中取代人力的服务机器人有着迫切的需要。扫地机器人是服务机器人中技术最成熟和最为广泛使用的机器人。它可以自动的在室内行走，通过刷扫和吸尘将地面上的碎屑吸收进垃圾收集装置中，完成清洁地面的任务，有效的减少了人们清洁地面这种简单重复的家务劳动。对于许多忙于工作和生活的人来说，扫地机器人已经成为家庭必备的产品；，其中，现有的部分扫地机器人多采用单一的红外传感器或超声波传感器实现行走避障，行走方式多采用随机往复式、沿边迂回式和内螺旋式，其存在清扫存在覆盖率，效率，避障不及时，以及难以进行智能规划与有序清扫等问题。而其他部分扫地机器人采用多高性能传感器融合，涉及地图构建(SLAM技术)、路径规划、操作系统、深度学习、通信传输等诸多内容，其存在软硬件的成本过高，导致价格十分昂贵的问题，因此亟需一种扫地机器人路径规划和控制系统来解决上述问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种低成本高实时性的扫地机器人路径规划和控制系统，来解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种扫地机器人路径规划和控制系统，该系统包括：
[0005]若干超声波传感器，各所述超声波传感器部署在扫地机器人四周，用于检测并获取所述扫地机器人周围障碍及相距障碍物距离，并形成超声波检测数据；
[0006]温度传感器，所述温度传感器获取当前室内温度，给所述超声波检测数据进行温度补偿；
[0007]主控芯片STM32，用于执行以下操作：
[0008]通过编码器模式，获取脉冲值，计算所述扫地机器人电机的转速，以及通过PID调节保持所述扫地机器人直线行走并记录里程；
[0009]根据温度补偿后的所述超声波检测数据，输出对应的控制信号，实时调整所述扫地机器人移动速度，以及对所述扫地机器人自身姿态；
[0010]电源模块及电源稳压模块，用于给所述系统供电。
[0011]优选的，所述温度补偿为通过当前所述室内温度更新所述超声波计算公式：
[0012]L＝V*t/2*100/1000000；
[0013]V＝331.45+0.607*T；
[0014]其中，V为声速，T为温度，L为距离，t为回响电平高电平持续的时间。
[0015]优选的，编码器模式计算转速公式：
[0016][0017]其中，n为转速，M0为单位内测量到的脉冲数，C为编码器单圈总脉冲数，T0为单位时间，单位为r/s；
[0018]编码器模式计算里程公式：
[0019]S＝2πRx；
[0020]其中，S为里程，R为轮子半径，x为轮子转过的圈数。
[0021]优选的，所述主控芯片STM32调整移动速度包括：
[0022]在前方不存在障碍物时，保持直线移动；
[0023]在前方出现障碍物时，进行减速调整。
[0024]优选的，所述主控芯片STM32预设有距离阈值，其中，在所述障碍物距离小于所述距离阈值时，对所述扫地机器人进行减速调整。
[0025]优选的，所述系统还包括陀螺仪，所述陀螺用于仪获取扫地机器人的自身姿态，计算旋转角度，与编码器结合实现定位和修正里程。
[0026]优选的，所述主控芯片STM32调整自身姿态具体为：
[0027]结合多个所述超声波传感器数据计算所述障碍物的位置；
[0028]基于所述障碍物的位置，控制所述扫地机器人进行规避转向或原地掉头。
[0029]优选的，所述系统还包括防跌落传感器，所述部署在所述扫地机器人其前端，用于检测所述扫地机器人前方是否有台阶，并生成用于反馈给所述主控芯片STM32的台阶检测数据。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术通过多种传感器融合的方式减少了避障不及时的问题，其中，通过温度传感器获取当前室内温度，给超声波检测数据进行温度补偿，从而提高了精度，通过设置一个距离阈值，一旦超声波测量的距离临近阈值，则降低电机的转速，以防撞上移动的物体，从而提高覆盖率和实时性，实现低成本、强鲁棒性、能准确避障及全覆盖清扫的路径规划。
附图说明
[0031]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0032]在附图中：
[0033]图1是本专利技术的路径规划和控制系统模块图；
[0034]图2是本专利技术PID流程图；
[0035]图3是本专利技术二轮差动模型图；
[0036]图4是本专利技术路径规划流程图。
具体实施方式
[0037]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0038]实施例：如图1所示，一种扫地机器人路径规划和控制系统，包括主控芯片STM32，
以及与主控芯片STM32相连的超声波传感器、温度传感器、电源模块及电源稳压模块、陀螺仪、电机驱动器及电机、编码器、防跌落传感器和清扫装置；
[0039]其中，超声波传感器为多个，且部署在扫地机器人四周，例如为三个，分别部署在扫地机器人前、左、右，各超声波传感器用于获取对应方向上是否存在障碍物，以及判断障碍物的距离，从而实现实时避障；
[0040]温度传感器用于获取当前室内温度，并通过获取的室内温度给超声波检测数据进行温度补偿；
[0041]电源模块：给整个系统供电；
[0042]电源稳压模块：给主控芯片STM32和电机驱动器供电；
[0043]防跌落传感器：部署在所述扫地机器人其前端，用于检测所述扫地机器人前方是否有台阶，并生成用于反馈给所述主控芯片STM32的台阶检测数据，防止跌落；
[0044]陀螺仪：获取自身姿态，计算旋转角度，可与编码器结合实现定位和修正里程；
[0045]电机驱动器：用于驱动电机；
[0046]编码器：用于提供脉冲值；
[0047]清扫转置：用于清扫垃圾；
[0048]主控芯片STM32，用于执行以下操作：
[0049]通过编码器模式，获取脉冲值，计算扫地机器人电机的转速，以及通过PID调节保持扫地机器人直线行走并记录里程；
[0050]根据温度补偿后的超声波检测数据，输出对应的控制信号，实时调整扫地机器人移动速度，以及对扫地机器人自身姿态。
[0051]其中，无温补时的超声波测距公式：L为距离，t为回响电平高电平持续的时间(超声波发射到返回时间)(us)，单位为cm。
[0052]L＝t/58；
[0053]或
[0054]L＝t*0.017；
[0055]默认声音在空气中传播的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扫地机器人路径规划和控制系统，其特征在于，该系统包括：若干超声波传感器，各所述超声波传感器部署在扫地机器人四周，用于检测并获取所述扫地机器人周围障碍及相距障碍物距离，并形成超声波检测数据；温度传感器，所述温度传感器获取当前室内温度，给所述超声波检测数据进行温度补偿；主控芯片STM32，用于执行以下操作：通过编码器模式，获取脉冲值，计算所述扫地机器人电机的转速，以及通过PID调节保持所述扫地机器人直线行走并记录里程；根据温度补偿后的所述超声波检测数据，输出对应的控制信号，实时调整所述扫地机器人移动速度，以及对所述扫地机器人自身姿态；电源模块及电源稳压模块，用于给所述系统供电。2.根据权利要求1所述的一种扫地机器人路径规划和控制系统，其特征在于：所述温度补偿为通过当前所述室内温度更新所述超声波计算公式：L＝V*t/2*100/1000000；V＝331.45+0.607*T；其中，V为声速，T为温度，L为距离，t为回响电平高电平持续的时间。3.根据权利要求1所述的一种扫地机器人路径规划和控制系统，其特征在于：编码器模式计算转速公式：其中，n为转速，M0为单位内测量到的脉冲数，C为编码器单圈总脉冲数，T0为单位时间，单位为r/s；编码器模式计算里程公式：S＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈兆军，高玉飞，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：