基于三維成像系統的可自動返回充電的清潔機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及清潔機器人，更具體涉及具有按照規劃路徑行駛，自動躲避障礙物以及自動返回充電的清潔機器人，其中清潔機器人能夠從三維成像系統采集到的圖像信息中判別障礙物和充電站，并能高效的避開障礙物以及返回充電站充電。
【背景技術】
[0002]隨著社會科技的發展，購物商場等一些大型場所，完全依靠人工進行清潔工作，不僅工作效率低，而且人力成本高。因此，具有在一定區域內以一定的模式進行自動擦洗或者利用真空吸塵器清除地上的灰塵紙肩的清潔機器人越來越受到人們的關注。在現在這生活節奏越來越快的社會，高效的清潔機器人無疑能減輕不少人的勞動負擔，方便人們的生活。清潔機器人通常包括行進機構、真空吸塵器機構、傳感器、微控制器等機械電子機構。
[0003]現有的清潔機器人多以紅外傳感判別與障礙物的距離，在大型場所，紅外傳感的工作距離沒那么遠，因此這是不可取的，也就局限了現有清潔機器人往往只能在較小的室內工作。同時，常用紅外傳感技術不能識別障礙物大小，使得機器人不能智能地繞開障礙物，進行清潔工作，
很多清潔機器人在電池電量不夠時還需要人為充電，以現在的電池技術，充滿電只能工作1-2小時，而大型場所的清潔任務往往需要更長的時間，因此很可能還沒完成清掃工作便已沒電續航了。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要提出一種能解決上述問題的系統。本發明的目的是解決現有市場上清潔機器人不能自動返回充電或者自動返回充電效率不高以及在大型場所亦可亦依據三維圖像信息判別障礙物以正常工作的這些問題。本發明提供一種能在大型場所工作并具有自動返回充電站功能的清潔機器人，其中通過三維成像系統預先存儲充電站圖像信息，生成具有三維深度的圖像信息，檢測到電池電壓過低的信號時，然后清潔機器人能夠快速返回充電的方法。
[0005]一種基于三維成像系統的可自動返回充電的清潔機器人，其特征在于，它包括:清潔機器人車體、行走模塊、電子羅盤、電源模塊、清潔模塊、三維成像系統、數據處理器和顯示終端;
其中，所述行走模塊包括兩個第一伺服驅動器、兩個第一伺服電機、兩個伺服減速器、兩個驅動輪、兩個從動輪，第一伺服驅動器、第一伺服電機和伺服減速器安裝在清潔機器人車體內，兩個驅動輪和兩個從動輪安裝在清潔機器人車體底部，且兩個驅動輪位于清潔機器人車體前部；第一伺服驅動器、第一伺服電機、伺服減速器、驅動輪依次連接，第一伺服驅動器與數據處理器相連；
清潔模塊包括第二伺服驅動器、第二伺服電機、清潔刷，第二伺服驅動器、第二伺服電機、清潔刷依次連接，第二伺服驅動器與數據處理器相連；第二伺服驅動器和第二伺服電機安裝在清潔機器人車體內，清潔刷安裝在清潔機器人車體底面中心位置；
所述電源模塊包括24V直流電池和電壓檢測電路；
電子羅盤、電源模塊、數據處理器均安裝在清潔機器人車體內，顯示終端安裝在清潔機器人車體的頂面上，三維成像系統安裝在清潔機器人車體的前側面上；
電子羅盤、三維成像系統、顯示終端分別與數據處理器相連；第一伺服驅動器、第二伺服驅動器、電子羅盤、三維成像系統、數據處理器、顯示終端均與24V直流電池相連，電壓檢測電路一端與24V直流電池相連，另一端與數據處理器相連。
[0006]本發明的有益效果是，清潔機器人可以在大型場所自動進行清潔工作，同時可以自動檢測電池電壓信息，當發現電池電壓低于閾值時，可以自動返回充電站充電，而不用人為的操作，因此可以很大降低人為勞動所帶來的負擔，此外，本發明提供的清潔機器人可以自動控制清潔機器人繞開障礙物，特別適用于購物商場、火車站等大型場所。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明基于三維成像系統的清潔機器人的結構示意圖；
圖2為清潔機器人中各個部件的連接關系示意圖；
圖3為S形清潔路徑的示意圖；
圖4為清潔機器人繞開障礙物的路徑圖；
圖5為清潔機器人的工作過程；
圖中，清潔機器人車體1、驅動輪2、電子羅盤3、電源模塊4、清潔模塊5、三維成像系統
6、數據處理器7、顯示終端8、從動輪9。
【具體實施方式】
[0008]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細描述，以使本發明的優點和特征效果變得更加明顯。
[0009]如圖1所示，本發明一種基于三維成像系統的可自動返回充電的清潔機器人，它包括:清潔機器人車體1、行走模塊、電子羅盤3、電源模塊4、清潔模塊5、三維成像系統6、數據處理器7和顯示終端8 ;
其中，所述行走模塊包括兩個第一伺服驅動器、兩個第一伺服電機、兩個伺服減速器、兩個驅動輪2、兩個從動輪9，第一伺服驅動器、第一伺服電機和伺服減速器安裝在清潔機器人車體I內，兩個驅動輪6和兩個從動輪9安裝在清潔機器人車體I底部，且兩個驅動輪2位于清潔機器人車體I前部；
清潔模塊5包括第二伺服驅動器、第二伺服電機、清潔刷，第二伺服驅動器與數據處理器7相連；第二伺服驅動器和第二伺服電機安裝在清潔機器人車體I內，清潔刷安裝在清潔機器人車體I底面中心位置；
所述電源模塊包括24V直流電池和電壓檢測電路；
電子羅盤3、電源模塊4、數據處理器7均安裝在清潔機器人車體I內，顯示終端8安裝在清潔機器人車體I的頂面上，三維成像系統6安裝在清潔機器人車體I的前側面上；上述三維成像系統6采用申請號為201210262656.1的專利申請文件。
[0010]如圖2所示，第一伺服驅動器、第一伺服電機、伺服減速器、驅動輪依次連接，第一伺服驅動器與數據處理器7相連；第二伺服驅動器、第二伺服電機、清潔刷依次連接，電子羅盤3、三維成像系統6、顯示終端8分別與數據處理器7相連；第一伺服驅動器、第二伺服驅動器、電子羅盤3、三維成像系統6、數據處理器7、顯示終端8均與24V直流電池相連，電壓檢測電路一端與24V直流電池相連，另一端與數據處理器7相連。
[0011]如圖5所示，上述基于三維成像系統的可自動返回充電的清潔機器人，工作過程如下:
(1)數據處理器7初始化，并設定清潔機器人的清潔路徑，清潔路徑一般為如圖3所示的S形路徑；
(2)三維成像系統6采集待清潔區域的三維圖像信息，并將該三維圖像信息傳輸給數據處理器7 ;同時數據處理器7通過第二伺服驅動器控制清潔刷工作；電子羅盤3開始記錄清潔機器人車體I行駛軌跡，并向數據處理器7輸出；
(3)數據處理器7通過第一伺服驅動器和第一伺服電機控制驅動輪2轉動，并根據三維圖像信息計算清潔機器人車體I與障礙物之間的距離，當D=2L時，控制清潔機器人車體I繞開障礙物，L為清潔機器人車體I的長度；
如圖4所示，繞開障礙物的方法如下:
(3.1)檢測障礙物左側側邊離清潔路徑的距離al、右側側邊離清潔路徑的距離al，比較al與a2的大小，本實施例中，al大于a2，選擇距離較小的一側(右側)作為轉彎方向；(3.2)數據處理器7控制小車先向右90°轉向，并行駛a2+b距離，b為車身寬度(路徑
51)；
(3.3)數據處理器7控制小車向左90°轉向，并行駛c+L距離，c為障礙物長度(路徑
52)；
(3.4)數據處理器7控制小車向左90°轉向，并行駛a2+b距離，回到清潔路徑(路徑
53)；
上述步驟2~4中，數據處理器7通過差速控制兩個驅動輪的轉速，實現90°轉向。向右90°轉向時，控制右側的驅動輪的轉速為0，左側驅動輪保持原速；同理，向左90°轉向時，控制左側的驅動輪的轉速為0，右側驅動輪保持原速；
(4)繞開障礙物后，小車按照設定的清潔路徑繼續前進，進行清潔工作。
[0012]在上述過程中，電壓檢測電路檢測24V直流電池的電量，當電量低于飽和電量的20%時，電壓檢測電路向數據處理器7發送低電量信號，數據處理器7通過第二伺服驅動器停止清潔刷的工作；數據處理器7通過兩個驅動輪實現180°轉向，控制小車按原路徑返回。
【主權項】
1.一種基于三維成像系統的可自動返回充電的清潔機器人，其特征在于，它包括:清潔機器人車體(1)、行走模塊、電子羅盤(3)、電源模塊(4)、清潔模塊(5)、三維成像系統(6)、數據處理器(7)和顯示終端(8); 其中，所述行走模塊包括兩個第一伺服驅動器、兩個第一伺服電機、兩個伺服減速器、兩個驅動輪(2)、兩個從動輪(9)，第一伺服驅動器、第一伺服電機和伺服減速器安裝在清潔機器人車體(I)內，兩個驅動輪(2 )和兩個從動輪(9 )安裝在清潔機器人車體(I)底部，且兩個驅動輪(2)位于清潔機器人車體(I)前部；第一伺服驅動器、第一伺服電機、伺服減速器、驅動輪(2)依次連接，第一伺服驅動器與數據處理器(7)相連； 清潔模塊(5)包括第二伺服驅動器、第二伺服電機、清潔刷，第二伺服驅動器、第二伺服電機、清潔刷依次連接，第二伺服驅動器與數據處理器(7)相連；第二伺服驅動器和第二伺服電機安裝在清潔機器人車體(I)內，清潔刷安裝在清潔機器人車體(I)底面中心位置； 所述電源模塊包括24V直流電池和電壓檢測電路； 電子羅盤(3)、電源模塊(4)、數據處理器(7)均安裝在清潔機器人車體(I)內，顯示終端(8)安裝在清潔機器人車體(I)的頂面上，三維成像系統(6)安裝在清潔機器人車體(I)的前側面上； 電子羅盤(3)、三維成像系統(6)、顯示終端(8)分別與數據處理器(7)相連；第一伺服驅動器、第二伺服驅動器、電子羅盤(3)、三維成像系統(6)、數據處理器(7)、顯示終端(8)均與24V直流電池相連，電壓檢測電路一端與24V直流電池相連，另一端與數據處理器(7)相連。
【專利摘要】本發明公開一種基于三維成像系統的可自動返回充電的清潔機器人，包括充電站和清潔機器人兩大部分，具體包括了三維成像系統，用于拍攝包括充電站在內的外部環境三維圖像信息，并傳輸至數據處理器；以及數據處理器，用于處理從三維成像系統輸出的圖像信息，接收從電子羅盤返回的行駛軌跡，在按照規劃路徑的清潔過程中，可以自動控制清潔機器人繞開障礙物，并且在接收到電池電量低于預設閾值的信號時，控制清潔機器人利用行駛軌跡自動返回充電站并進行充電。利用三維成像系統智能機器人可以自動避開障礙物和返回充電站，特別適用于購物商場、火車站等大型場所，降低傳統的需要人為操作所帶來的麻煩，實現自動清潔。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN104731098
【申請號】CN201510066030
【發明人】符建, 王淞, 胡逸, 劉峰, 李文江
【申請人】南京光錐信息科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月9日