專利名稱：清潔機(jī)器人臟物識(shí)別系統(tǒng)及清潔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于清潔機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種清潔機(jī)器人臟物識(shí)別系統(tǒng)及清潔方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有智能清潔機(jī)器人產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)中，大多數(shù)的智能清潔機(jī)器人不能自主感知待清潔區(qū)域的臟物量。只可以實(shí)現(xiàn)除障礙物以外地面的遍歷清潔。結(jié)合實(shí)際情況，不同位置地面的干凈程度差別很大，不考慮地面的實(shí)際干凈程度而盲目利用相同方式清潔很可能造成資源的浪費(fèi)或者特殊位置清潔不干凈等問題。 針對(duì)上述情況，目前出現(xiàn)技術(shù)改進(jìn)型的智能清潔機(jī)器人，其可通過安裝在機(jī)器人前方的攝像頭對(duì)待清潔區(qū)域進(jìn)行整體拍照，再經(jīng)過圖像處理，判別待清潔區(qū)域中較臟的位置，清潔機(jī)器人直接到達(dá)較臟的位置進(jìn)行清掃，較干凈的位置不清掃。此方法可以在一定程度上提高清潔機(jī)器人的效率，但是存在以下不足1.由于同一房間內(nèi)地面的光照程度受天氣及室內(nèi)燈光的影響，相同時(shí)間不同位置光線分布不均，相同位置不同時(shí)間光線也會(huì)不同， 直接通過整體拍照進(jìn)行圖像處理，沒有考慮光照對(duì)圖像灰度的影響；2.此方法采用實(shí)際清潔過程中灰塵傳感器的示數(shù)進(jìn)行校正，實(shí)際情況，地面上的臟物不僅包含灰塵等顆粒，還包括附著在地面上的附著物，單通過灰塵傳感器的示數(shù)矯正不準(zhǔn)確；3.該方法只根據(jù)灰塵量確定清潔方法，沒有考慮附著物對(duì)地面干凈程度的影響。由于地面的臟物包括灰塵及附著物，有的地面灰塵較多但附著物較少，有的地面灰塵較少但附著物較多，因此僅通過地面灰塵量作為檢測地面干凈程度的標(biāo)準(zhǔn)不夠準(zhǔn)確全面，同時(shí)還要考慮光照及地面紋理對(duì)臟物識(shí)別的影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能識(shí)別地面灰塵量及附著物量的臟物識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)判斷出地面的灰塵量及附著物量，并且排除外界光線及地面紋理的影響，從而更準(zhǔn)確全面地判別地面的綜合干凈程度。本發(fā)明的目的還在于提供一種智能清潔機(jī)器人清潔方法，包括吸塵及擦地。所述智能清潔機(jī)器人采用上述判斷方法實(shí)時(shí)監(jiān)控地面的干凈程度，并根據(jù)其判斷結(jié)果，調(diào)節(jié)清潔力度及清潔時(shí)間，從而在保證清潔質(zhì)量的前提下，對(duì)地面實(shí)現(xiàn)高效地清潔。本發(fā)明提供的地面臟物識(shí)別系統(tǒng)，即機(jī)器人的檢測單元，包括灰塵識(shí)別裝置和附著物識(shí)別裝置。其中
所述灰塵識(shí)別裝置是一個(gè)灰塵傳感器，位于清潔機(jī)器人灰塵通道的兩側(cè)，包括一對(duì)光信號(hào)元件，即一個(gè)光發(fā)射元件和一個(gè)光接收元件；光發(fā)射元件用來發(fā)射紅外線，光接收元件用來感應(yīng)紅外線?；覊m傳感器接收到的實(shí)際信號(hào)經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將經(jīng)過交流變化量放大，得到單位時(shí)間內(nèi)吸入的灰塵量。所述附著物識(shí)別裝置包括圖像采集模塊和圖像處理模塊。所述圖像采集模塊用于采集清潔機(jī)器人待工作表面的圖像信息，由于待工作表面被機(jī)器人覆蓋，光線很弱，需要自帶光源提供光線。圖像采集模塊包括光源及攝像頭，所述光源可以采用LED面光源，均勻分布在所測范圍對(duì)應(yīng)的機(jī)器人底部上，以確保所測范圍地面得到均勻的光線，使各點(diǎn)的特征都能映入攝像機(jī)；所述攝像頭可以采用廣角CCD攝像頭，設(shè)置于機(jī)器人底部中心位置，在鏡頭離地面較近的情況下仍能夠保證較大的可視范圍。所述圖像處理模塊用于處理圖像采集模塊采集到的圖像信息，包括圖像差分單元、計(jì)算單元和比較單元。首先圖像差分單元將此次擦地前后采集到的兩幅圖像差分處理，得到的差分圖像為擦拭掉附著物的近似圖像， 然后交給計(jì)算單元取差分矩陣的絕對(duì)值，再求其平均值，最后傳到比較單元，比較平均值與預(yù)先設(shè)定閾值的大小，以確定清潔區(qū)域是否需要再次清潔。本發(fā)明提供的清潔機(jī)器人的清潔方法，包括吸塵及擦地。對(duì)于地板及地板磚，先進(jìn)行吸塵，吸塵結(jié)束后再擦地；對(duì)于短毛地毯(長毛地毯不適用清潔機(jī)器人)只進(jìn)行吸塵。而吸塵的強(qiáng)度及時(shí)間由地面的實(shí)際灰塵量決定，吸塵過程中實(shí)時(shí)檢測灰塵傳感器，如果在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)小于某一閾值說明地面的灰塵已經(jīng)清潔干凈，進(jìn)入擦地環(huán)節(jié)，否則繼續(xù)吸塵。 擦地的次數(shù)由地面的實(shí)際附著物量決定，每次擦地的時(shí)間可以人為設(shè)定。在每次擦地前后， 采集清潔表面的圖像，再對(duì)圖像進(jìn)行差分處理，得到擦拭掉附著物的近似圖像，如果近似圖像的像素平均值小于某一閾值說明地面的附著物已經(jīng)清潔干凈或地面上的附著物為不可擦拭附著物，清潔下一區(qū)域，否則繼續(xù)擦地一次，每處地面的擦地時(shí)間=擦地次數(shù)X擦地間隔。前述的附著物識(shí)別裝置中的圖像處理模塊為所述控制單元的一個(gè)組成部分。本發(fā)明的有益效果在于通過實(shí)時(shí)檢測待清潔地面的灰塵量確定吸塵時(shí)間及功率，實(shí)時(shí)檢測附著物量確定擦地的次數(shù)，以保證每處地面的清潔。


圖1:臟物識(shí)別系統(tǒng)組成框圖。圖2 :灰塵識(shí)別裝置組成框圖。圖3 :附著物識(shí)別裝置組成框圖。圖4 :吸塵環(huán)節(jié)工作流程圖。圖5 :擦地環(huán)節(jié)工作流程圖。圖6 :清潔機(jī)器人整體示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并以一智能清潔機(jī)器人為例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I為臟物識(shí)別系統(tǒng)組成框圖，圖2為灰塵識(shí)別裝置組成框圖，圖3為附著物識(shí)別裝置組成框圖。結(jié)合圖1，圖2，圖3，本發(fā)明臟物識(shí)別系統(tǒng)包括灰塵識(shí)別裝置，附著物識(shí)別
>J-U裝直。在清潔機(jī)器人灰塵通道的兩側(cè)，分別設(shè)有光發(fā)射元件和光接收元件，它們構(gòu)成用于檢測進(jìn)入灰塵通道灰塵量的灰塵傳感器；在清潔機(jī)器人的底部均勻分布所測范圍對(duì)應(yīng)的 LED面光源，底部中心位置設(shè)有廣角CCD攝像頭。構(gòu)成附著物識(shí)別模塊的圖像采集模塊。根據(jù)實(shí)際情況，室內(nèi)地面大致分為地板磚，地板，短毛地毯(長毛地毯不適合使用清潔機(jī)器人)。如何判定地面 的材質(zhì)，本專利不作介紹。地面上常有的臟物包括灰塵顆粒以及附著在地面上的粘稠物。清潔機(jī)器人清潔地面的方式包括吸塵和擦地。其中吸塵用于清潔灰塵等顆粒相當(dāng)于人類所進(jìn)行的掃地，擦地用于清潔附著物相當(dāng)于人類所進(jìn)行的拖地。 對(duì)于地毯的清潔只采用吸塵，對(duì)地板和地板磚的清潔采用先吸塵后擦地。根絕地面臟物的分類，地面的臟物識(shí)別包括灰塵識(shí)別和附著物識(shí)別?；覊m識(shí)別采用灰塵識(shí)別裝置即灰塵傳感器，如圖2，灰塵傳感器的工作原理是通過紅外感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)灰塵的感應(yīng)和識(shí)別，通常是在機(jī)器人內(nèi)部的灰塵通道兩側(cè)設(shè)置一對(duì)光信號(hào)元件，一個(gè)用來發(fā)射紅外線，另一個(gè)用來感應(yīng)紅外線，構(gòu)成一對(duì)灰塵傳感器。當(dāng)灰塵通道有灰塵進(jìn)入時(shí)，兩光信號(hào)元件之間的紅外感應(yīng)受到干擾減弱。灰塵越多，感應(yīng)元件接收到的紅外信號(hào)越弱，因此機(jī)器人通過紅外感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)弱就可以判斷清掃區(qū)域灰塵量的多少。對(duì)于地板磚和地板，吸塵后擦地，需檢測附著物量。附著物識(shí)別采用附著物識(shí)別裝置，如圖3，包括圖像采集模塊和圖像處理模塊。圖像處理模塊包括圖像差分單元、計(jì)算單元和比較單元。圖像采集模塊用于采集清潔機(jī)器人待工作表面的圖像信息，由于待工作表面被機(jī)器人覆蓋，光線很弱，安裝在機(jī)器人底部的 LED照在待工作表面上，提供光線，再對(duì)表面進(jìn)行拍攝。將得到的圖像發(fā)送給圖像處理模塊。 首先圖像處理模塊的圖像差分單元將兩幅圖像相減，然后交給計(jì)算單元對(duì)所得差分圖像取絕對(duì)值再求均值，最后傳到比較單元，比較平均值與閾值的大小。以下結(jié)合圖4，圖5，圖6詳細(xì)說明具有臟物主動(dòng)識(shí)別功能的清潔機(jī)器人在工作時(shí)如何實(shí)現(xiàn)臟物的主動(dòng)識(shí)別及其工作流程。為表達(dá)更為清楚，現(xiàn)針對(duì)本實(shí)例結(jié)合附圖進(jìn)行總體闡述，具體舉例如下
步驟1，清潔機(jī)器人在所覆蓋表面工作，控制單元驅(qū)動(dòng)清潔單元的吸塵模塊工作，同時(shí)灰塵傳感器對(duì)灰塵等臟物進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，將實(shí)際檢測的灰塵量發(fā)送給控制單元，如果灰塵傳感器所檢測到的灰塵量在某一個(gè)設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，一直小于預(yù)先設(shè)定的閾值al，說明該工作表面灰塵已足夠少，執(zhí)行下一狀態(tài)，控制單元同時(shí)向灰塵傳感器和清潔單元的吸塵模塊發(fā)送停止命令，使灰塵傳感器和吸塵模塊停止工作，進(jìn)入步驟2。如果灰塵傳感器所檢測到的灰塵量在某一個(gè)設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，一直大于預(yù)先設(shè)定的閾值a2 (a2>al)，控制單元向清潔單元的吸塵模塊發(fā)送增大功率命令，吸塵模塊將功率提高到原來的n倍，直到灰塵量在某一設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，一直小于閾值al,說明該工作表面灰塵已足夠少,控制單兀同時(shí)向灰塵傳感器和清潔單元的吸塵模塊發(fā)送停止命令，使灰塵傳感器和吸塵模塊停止工作，進(jìn)入步驟2， 否則一直以功率n*P吸塵直到計(jì)數(shù)器i大于閾值z，說明機(jī)器出現(xiàn)異?；蛟搮^(qū)域異常，控制單元同時(shí)向灰塵傳感器和清潔單元的吸塵模塊發(fā)送停止命令，使灰塵傳感器和吸塵模塊停止工作，進(jìn)入步驟2。步驟2，吸塵環(huán)節(jié)結(jié)束，進(jìn)入擦地環(huán)節(jié)?？刂茊卧刂崎_啟清潔機(jī)器人圖像采集模塊中的LED照明燈，并使用圖像采集模塊中的攝像機(jī)對(duì)待測表面拍照，得到清潔機(jī)器人所覆蓋待清潔表面的圖像，并將圖像儲(chǔ)存在單元m中，同時(shí)關(guān)閉LED照明燈。步驟3，控制單元向清潔單元發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)清潔單元的擦地模塊擦拭地面I 秒鐘。步驟4，控制單元控制開啟清潔機(jī)器人圖像采集模塊中的LED照明燈，并使用圖像采集模塊中的攝像機(jī)對(duì)待測表面拍照，得到清潔機(jī)器人所覆蓋表面的圖像，并將圖像儲(chǔ)存在單元n中，同時(shí)關(guān)閉LED照明燈。步驟5，將單元m，單元n對(duì)應(yīng)的兩幅圖像相減取絕對(duì)值，再對(duì)其求取均值，如果均值大于b，認(rèn)為該地面沒有清潔干凈，將單元n中的圖像覆蓋到單元m中，跳到步驟3 ;如果均值小于b，則認(rèn)為上一環(huán)節(jié)的擦地操作沒有擦掉附著物即地面已經(jīng)干凈或地面上的附著物為不可擦拭附著物，此區(qū)域的清潔結(jié)束，控制單元向清潔單元的擦地模塊發(fā)出終止信號(hào)， 并且驅(qū)動(dòng)行走單元走到下一個(gè)臨近的未清潔區(qū)域，繼續(xù)從步驟I開始。在本實(shí)施例中，圖像處理模塊是控制單元的一部分，在具體實(shí)施時(shí)，可以采用控制單元中的硬件和內(nèi)部控制程序來完成，也可以采用一套獨(dú)立的硬件和控制程序來完成，此時(shí)應(yīng)與機(jī)器人中的控制單元中的其他控制部分配合工作，以此完成機(jī)器人的清潔工作。用戶在使用過程中可以選取灰塵傳感器的閾值al，a2 (al〈a2)，附著物圖像矩陣的均值閾值b，擦地間隔1，吸塵功率d及擦地功率e等。所選取的方式可以通過對(duì)幾個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行選取，也可以由用戶在一定的取值范圍內(nèi)隨意選?。豢赏ㄟ^按鍵來進(jìn)行設(shè)定，也可以采用旋鈕，觸摸屏或是有線、無線遙控裝置來進(jìn)行設(shè)定。
對(duì)于灰塵識(shí)別裝置，同樣也可以通過一個(gè)設(shè)定單元，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)灰塵量的數(shù)值進(jìn)行選取。所選取的方式可以由用戶在幾個(gè)可選項(xiàng)中進(jìn)行選取，或是由用戶在一定的取值范圍內(nèi)隨機(jī)選取。如果所選取的標(biāo)準(zhǔn)灰塵量數(shù)值較小，則意味著灰塵傳感器較靈敏，容易探測到灰塵等臟物；如果所選取的標(biāo)準(zhǔn)灰塵量數(shù)值較大，則意味著灰塵傳感器較遲鈍，不易探測到灰塵等臟物。對(duì)于附著物識(shí)別裝置，同樣也可以通過一個(gè)設(shè)定單元，對(duì)步驟3的擦地時(shí)間進(jìn)行選擇，如果間隔較小，則對(duì)不同位置地面的清潔時(shí)間會(huì)根據(jù)地面實(shí)際干凈程度，靈活變動(dòng)； 如果間隔較大，則對(duì)每處地面擦拭時(shí)間較多，只對(duì)附著物很多的地方進(jìn)行二次擦地操作。同時(shí)，可以對(duì)清潔前后差分圖像的像素絕對(duì)平均值的閾值b進(jìn)行設(shè)定。如果閾值b較小，則意味著附著物識(shí)別裝置對(duì)附著物敏感，更容易檢測到附著物；如果閾值b較大，則意味著附著物識(shí)別裝置對(duì)附著物較遲鈍，不易檢測到附著物?？梢栽O(shè)置吸塵功率，吸塵功率越大吸塵所用的時(shí)間越少，同時(shí)也可以設(shè)置擦地功率。上述具有主動(dòng)識(shí)別臟物的識(shí)別裝置和清潔方法可以應(yīng)用在各種移動(dòng)機(jī)器人上，根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)置功能單元的不同，可以為除塵機(jī)器人或智能清掃機(jī)等所使用。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本文進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種清潔機(jī)器人的臟物識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于包括灰塵識(shí)別裝置及附著物識(shí)別裝置，其中所述灰塵識(shí)別裝置是一個(gè)灰塵傳感器，位于清潔機(jī)器人灰塵通道的兩側(cè)，包括一個(gè)光發(fā)射元件和一個(gè)光接收元件；光發(fā)射元件用來發(fā)射紅外線，光接收元件用來感應(yīng)紅外線； 灰塵傳感器接收到的實(shí)際信號(hào)經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將經(jīng)過交流變化量放大，得到單位時(shí)間內(nèi)吸入的灰塵量；所述附著物識(shí)別裝置包括圖像采集模塊和圖像處理模塊；所述圖像采集模塊用于采集清潔機(jī)器人待工作表面的圖像信息，圖像采集模塊包括光源及攝像頭；所述光源采用LED 面光源，均勻分布在所測范圍對(duì)應(yīng)的機(jī)器人底部，以確保所測范圍地面得到均勻的光線，使各點(diǎn)的特征都能映入攝像機(jī)；所述攝像頭采用廣角CCD攝像頭，設(shè)置于機(jī)器人底部中心位置，在鏡頭離地面較近的情況下仍能夠保證較大的可視范圍；所述圖像處理模塊包括圖像差分單元、計(jì)算單元和比較單元，用于處理圖像采集模塊采集到的圖像信息；首先圖像差分單元將此次擦地前后采集到的兩幅圖像進(jìn)行差分處理，得到的差分圖像為擦拭掉附著物的近似圖像，然后交給計(jì)算單元取差分矩陣的絕對(duì)值，再求其平均值，最后傳到比較單元， 比較平均值與預(yù)先設(shè)定閾值的大小，以確定待清潔區(qū)域是否需要再次清潔。
2.一種清潔機(jī)器人的清潔方法，其特征在于包括吸塵環(huán)節(jié)及擦地環(huán)節(jié)；對(duì)于地板及地板磚，先進(jìn)行吸塵，吸塵結(jié)束后再擦地；對(duì)于短毛地毯只進(jìn)行吸塵；而吸塵的強(qiáng)度及時(shí)間由地面的實(shí)際灰塵量決定，吸塵過程中實(shí)時(shí)檢測灰塵傳感器，如果在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)小于某一閾值說明地面的灰塵已經(jīng)清潔干凈，進(jìn)入擦地環(huán)節(jié)，否則繼續(xù)吸塵；擦地的次數(shù)由地面的實(shí)際附著物量決定，每次擦地的時(shí)間人為設(shè)定；在每次擦地前后，采集清潔表面的圖像，再對(duì)圖像進(jìn)行差分處理，得到擦拭掉附著物的近似圖像，如果近似圖像的像素平均值小于某一閾值說明地面的附著物已經(jīng)清潔干凈或地面上的附著物為不可擦拭附著物，本輪清潔結(jié)束，進(jìn)入下一區(qū)域，否則繼續(xù)擦地一次，每處地面的擦地時(shí)間=擦地次數(shù)X擦地間隔。
全文摘要
本發(fā)明屬于清潔機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種清潔機(jī)器人臟物識(shí)別系統(tǒng)及清潔方法。所述臟物識(shí)別系統(tǒng)即檢測單元包括灰塵識(shí)別裝置及附著物識(shí)別裝置。所述灰塵識(shí)別裝置即灰塵傳感器包括光發(fā)射元件，光接收元件。所述臟物識(shí)別裝置包括圖像采集單元及圖像處理單元。清潔方法包括吸塵及擦地，吸塵時(shí)間及功率由實(shí)時(shí)檢測到的灰塵量決定，擦地次數(shù)由地面附著物量決定。該系統(tǒng)具有主動(dòng)識(shí)別臟物能力，并且可根據(jù)臟物量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)清潔力度及清潔時(shí)間，從而在保證清潔質(zhì)量的前提下，對(duì)地面實(shí)現(xiàn)高效地清潔。
文檔編號(hào)A47L11/40GK102613944SQ201210083690
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者楊絮, 賈思強(qiáng), 陸起涌, 高翔 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)