本發(fā)明涉及掃地機(jī)器人，具體涉及一種清潔機(jī)器人狹窄區(qū)域識(shí)別、清掃及退出方法。

背景技術(shù)：

1、隨著家庭和商業(yè)環(huán)境中自動(dòng)化清潔需求的增長(zhǎng)，清潔機(jī)器人的應(yīng)用日益廣泛。然而，在執(zhí)行清掃任務(wù)時(shí)，清潔機(jī)器人常常會(huì)遇到狹窄區(qū)域，例如家具間的狹小空隙或布局復(fù)雜的房間角落，這些區(qū)域不僅難以進(jìn)入而且容易導(dǎo)致機(jī)器人被困。因此，開發(fā)一種能夠有效識(shí)別、清掃并安全退出狹窄區(qū)域的清潔機(jī)器人技術(shù)方案顯得尤為重要。本發(fā)明正是基于這一實(shí)際需求而提出的。

2、傳統(tǒng)的清潔機(jī)器人在處理狹窄區(qū)域時(shí)通常采用的是固定模式清掃策略，即按照預(yù)設(shè)的路徑或隨機(jī)行走的方式進(jìn)行清掃。這種做法雖然簡(jiǎn)單易行，但缺點(diǎn)也很明顯：一方面，由于缺乏對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)感知能力，機(jī)器人無法準(zhǔn)確判斷前方是否為可通行的狹窄區(qū)域，從而導(dǎo)致碰撞或卡??；另一方面，一旦進(jìn)入狹窄區(qū)域后，機(jī)器人往往難以自主找到有效的退出路徑，影響了整體清掃效率。此外，傳統(tǒng)方法在清掃過程中很少考慮到障礙物的具體形狀與分布情況，這使得機(jī)器人在面對(duì)復(fù)雜環(huán)境時(shí)靈活性不足。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，一些先進(jìn)的清潔機(jī)器人開始嘗試?yán)脗鞲衅鱽碓鰪?qiáng)其環(huán)境感知能力，比如通過激光雷達(dá)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)更精確的定位與地圖構(gòu)建。盡管這類技術(shù)顯著提升了機(jī)器人的導(dǎo)航精度及避障性能，但在應(yīng)對(duì)特別狹窄的空間時(shí)仍存在局限性。主要問題包括：對(duì)于狹窄空間內(nèi)具體寬度的測(cè)量不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致機(jī)器人誤判；在狹窄區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，缺少有效的清掃策略調(diào)整機(jī)制，使得清掃覆蓋率不高；以及在需要緊急退出時(shí)，未能提供可靠的路徑規(guī)劃方案以確保安全脫困。

4、針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種創(chuàng)新性的清潔機(jī)器人狹窄區(qū)域識(shí)別、清掃及退出方法。該方案首先通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析快速準(zhǔn)確地識(shí)別出狹窄區(qū)域，并根據(jù)區(qū)域類型選擇合適的清掃策略，如平行式或漸窄式的清掃方式。同時(shí)，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能算法優(yōu)化，確保機(jī)器人能夠在保證自身安全的前提下完成清掃任務(wù)，并順利退出狹窄區(qū)域。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不僅提高了機(jī)器人在狹窄區(qū)域內(nèi)的清掃效率與覆蓋率，還增強(qiáng)了其應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的能力，減少了因卡住或碰撞而導(dǎo)致的工作中斷現(xiàn)象，從而為用戶提供更加高效、可靠的家庭清潔解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明一種清潔機(jī)器人狹窄區(qū)域識(shí)別、清掃及退出方法，包括：

2、s1、獲取邊界點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合邊界兩側(cè)長(zhǎng)度，計(jì)算邊界兩側(cè)直線寬度，計(jì)算邊界兩側(cè)直線寬度是否小于設(shè)定閾值，進(jìn)行判定機(jī)器人是否進(jìn)入狹窄區(qū)域；

3、s2、機(jī)器人進(jìn)行原地左旋45度和右旋45度獲取狹窄區(qū)域類型，記錄機(jī)器人位姿數(shù)據(jù)；

4、s3、機(jī)器人根據(jù)狹窄區(qū)域類型選擇合適的沿墻清掃策略；

5、s4、檢測(cè)前方狹窄區(qū)域?qū)挾仁欠裥∮陬A(yù)設(shè)安全閾值，執(zhí)行停止清掃操作并啟動(dòng)返回清掃機(jī)制；

6、s5、成功退出狹窄區(qū)域后，將此次清掃過程中遇到并處理過的狹窄區(qū)域信息進(jìn)行標(biāo)記存儲(chǔ)。

7、優(yōu)選的，所述s1中，通過前向線激光數(shù)據(jù)擬合邊界兩側(cè)長(zhǎng)度時(shí)，利用最小二乘法對(duì)左側(cè)邊界和右側(cè)邊界的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行直線擬合，獲得左、右邊界的直線ll與lr，計(jì)算每條直線上連續(xù)點(diǎn)間的距離累加值d作為該側(cè)邊界長(zhǎng)度；所述左側(cè)邊界為其中(xi,yi)為左側(cè)坐標(biāo)；所述右側(cè)邊界為其中(x′j,y′j)為右側(cè)坐標(biāo)；所述兩側(cè)邊界長(zhǎng)度均滿足預(yù)設(shè)的最小長(zhǎng)度閾值時(shí)，則通過前向線激光點(diǎn)云擬合出代表前方狹窄區(qū)域?qū)挾鹊闹本€m，并據(jù)此判斷是否進(jìn)入狹窄區(qū)域。

8、優(yōu)選的，所述擬合出代表左側(cè)和右側(cè)邊界的兩條直線ll與lr后，計(jì)算這兩條直線之間的最短距離lm作為狹窄區(qū)域的寬度w，采用公式其中n為直線ll與lr上選取的點(diǎn)數(shù)，通過最小寬度w是否小于預(yù)設(shè)預(yù)制寬度，判斷機(jī)器人即將進(jìn)入或已處于一個(gè)需要特別處理的狹窄區(qū)域內(nèi)。

9、優(yōu)選的，所述s2中確認(rèn)前方是否為真實(shí)的狹窄區(qū)域并區(qū)分窄巷類型，機(jī)器人首先原地向左旋轉(zhuǎn)45度，使用線激光傳感器獲取左側(cè)障礙物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并計(jì)算左側(cè)障礙物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)到機(jī)器人中心的距離其中(xi,yi)為左側(cè)坐標(biāo)，(xrobot,yrobot)為機(jī)器人中心位置坐標(biāo)；所述機(jī)器人恢復(fù)初始朝向后再次原地向右旋轉(zhuǎn)45度，利用線激光傳感器收集右側(cè)障礙物信息，并計(jì)算右側(cè)障礙物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)到機(jī)器人中心的距離其中(x′j,y′j)為右側(cè)坐標(biāo)，計(jì)算右側(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)到機(jī)器人的距離；通過分析從最近到最遠(yuǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與機(jī)器人之間的距離變化趨勢(shì)，若左側(cè)或右側(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)到機(jī)器人的距離逐漸增大，則判斷該側(cè)為平行式狹窄區(qū)域；反之，若一側(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)到機(jī)器人的距離呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，則認(rèn)為是越來越小的狹窄區(qū)域類型。

10、優(yōu)選的，當(dāng)機(jī)器人完成原地左旋45度和右旋45度并獲取到狹窄區(qū)域類型的相關(guān)數(shù)據(jù)后，立即通過內(nèi)置的慣性測(cè)量單元與編碼器記錄當(dāng)前機(jī)器人的位姿信息，包括但不限于機(jī)器人的位置坐標(biāo)、朝向角度以及旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的位置；所述位姿數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)于機(jī)器人的內(nèi)存中，并與相應(yīng)的狹窄區(qū)域類型信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，復(fù)現(xiàn)機(jī)器人在特定狹窄區(qū)域內(nèi)所處的狀態(tài)。

11、優(yōu)選的，所述s3中，根據(jù)狹窄區(qū)域類型選擇合適的沿墻清掃策略，所述識(shí)別為平行式狹窄區(qū)域，則機(jī)器人沿一側(cè)墻壁前進(jìn)清掃直至前方無路可通行時(shí)原路返回，并平行移動(dòng)至另一側(cè)墻壁繼續(xù)清掃直至識(shí)別前方區(qū)域已無可通行路徑后，原路返回；所述識(shí)別漸窄式狹窄區(qū)域，機(jī)器人沿一側(cè)墻壁進(jìn)行清掃，當(dāng)檢測(cè)到前方不可通行時(shí)執(zhí)行后退操作并計(jì)算出安全旋轉(zhuǎn)空間，在確保有足夠的空間進(jìn)行轉(zhuǎn)向后完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，隨后沿另一側(cè)墻壁繼續(xù)清掃直至完全駛出漸窄區(qū)域。

12、優(yōu)選的，所述識(shí)別為平行式狹窄區(qū)域時(shí)，機(jī)器人沿一側(cè)墻壁前進(jìn)清掃，通過前向線激光傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前方可通行路徑寬度wc；若計(jì)算得到的前方可通行路徑寬度wc小于預(yù)設(shè)的安全閾值wsafe，滿足wc<wsafe時(shí)，則判斷前方無路可通行，機(jī)器人立即停止前進(jìn)并執(zhí)行原路返回動(dòng)作直至回到進(jìn)入該狹窄區(qū)域之前的初始位置；所述機(jī)器人依據(jù)當(dāng)前位置與另一側(cè)墻壁的距離dq，使用公式dq′＝dq+2×doffset計(jì)算出平行移動(dòng)至另一側(cè)墻壁所需的目標(biāo)距離dq′，其中doffset為安全偏移量，確保機(jī)器人能夠順利移動(dòng)到另一側(cè)而不碰撞障礙物；完成平行移動(dòng)后，機(jī)器人繼續(xù)沿新選定的一側(cè)墻壁進(jìn)行清掃，直至再次檢測(cè)到前方無可通行路徑后，重復(fù)上述原路返回的過程。

13、優(yōu)選的，所述識(shí)別為漸窄式狹窄區(qū)域時(shí)，機(jī)器人沿一側(cè)墻壁進(jìn)行清掃，通過前向線激光傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)前方可通行路徑寬度；一旦檢測(cè)到前方不可通行，即前方可通行路徑寬度小于預(yù)設(shè)的安全閾值wsafe，機(jī)器人立即執(zhí)行后退操作直至與最近障礙物保持安全距離dsafe；所述根據(jù)當(dāng)前位姿信息以及前后左右的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算出能夠滿足旋轉(zhuǎn)所需最小半徑rmin的安全旋轉(zhuǎn)空間，公式為：其中l(wèi)為機(jī)器人最長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，θ為機(jī)器人需旋轉(zhuǎn)的角度；確認(rèn)有足夠的空間進(jìn)行轉(zhuǎn)向后，機(jī)器人完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，并沿另一側(cè)墻壁繼續(xù)清掃直至完全駛出該漸窄區(qū)域。

14、優(yōu)選的，所述漸窄式狹窄區(qū)域清掃時(shí)，機(jī)器人沿另一側(cè)墻壁進(jìn)行清掃，通過前向線激光傳感器檢測(cè)到前方存在障礙物，獲取障礙物點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過公式計(jì)算障礙物長(zhǎng)度zobstacle，其中(xk,yk)為障礙物點(diǎn)云坐標(biāo)，執(zhí)行平移操作，平移障礙物寬度后前進(jìn)，通過雷達(dá)掃描是否避開障礙物，若成功避開則執(zhí)行平移操作，繞過障礙物繼續(xù)沿墻清掃。

15、優(yōu)選的，所述s5中機(jī)器人成功退出狹窄區(qū)域后，將此次清掃過程中遇到的狹窄區(qū)域的位置坐標(biāo)、類型、清掃路徑以及障礙物分布信息進(jìn)行標(biāo)記，并存儲(chǔ)于機(jī)器人的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中；這些數(shù)據(jù)以地圖形式更新到機(jī)器人的環(huán)境模型里，包括狹窄區(qū)域的具體邊界、清掃策略采用情況以及任何特殊處理措施，確保在未來清掃任務(wù)中能夠有效避開已知的狹窄區(qū)域或優(yōu)化清掃路徑。

16、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)的技術(shù)方案具有以下技術(shù)效果：

17、本發(fā)明通過利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合邊界兩側(cè)長(zhǎng)度并計(jì)算直線寬度的技術(shù)方案，本發(fā)明能夠精確識(shí)別出清潔機(jī)器人前方的狹窄區(qū)域。當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入一個(gè)潛在的狹窄空間時(shí)，它會(huì)基于前向線激光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷當(dāng)前環(huán)境是否滿足進(jìn)入狹窄區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)。解決了傳統(tǒng)方法中由于缺乏準(zhǔn)確測(cè)量手段而導(dǎo)致機(jī)器人誤判或無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)狹窄區(qū)域的問題，從而有效避免了因誤入不可通行區(qū)域而造成地卡住或碰撞事故，提高了清掃過程的安全性和效率。

18、本發(fā)明采用原地左旋45度和右旋45度獲取狹窄區(qū)域類型的方法，結(jié)合對(duì)障礙物點(diǎn)云數(shù)據(jù)到機(jī)器人中心距離變化趨勢(shì)的分析，本發(fā)明可以準(zhǔn)確區(qū)分不同類型的狹窄區(qū)域(如平行式與漸窄式)。這不僅幫助機(jī)器人更好地理解其所在環(huán)境的具體情況，還為后續(xù)選擇合適的清掃策略提供了依據(jù)。解決了一般清潔機(jī)器人在面對(duì)復(fù)雜布局時(shí)難以靈活調(diào)整行為模式的問題，使得即使是在極其狹小的空間內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)高效、徹底的清潔作業(yè)，增強(qiáng)了機(jī)器人的適應(yīng)性與靈活性。

19、本發(fā)明根據(jù)狹窄區(qū)域類型自動(dòng)調(diào)整清掃策略的技術(shù)方案，比如對(duì)于平行式狹窄區(qū)域采取沿一側(cè)墻壁前進(jìn)直至無路可通后原路返回再切換至另一側(cè)繼續(xù)清掃，而對(duì)于漸窄式區(qū)域則會(huì)在檢測(cè)到前方不可通行時(shí)執(zhí)行安全旋轉(zhuǎn)動(dòng)作以改變行進(jìn)方向。這種方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中清掃策略單一、不考慮具體環(huán)境因素導(dǎo)致清掃效率低下以及覆蓋率不足的問題。結(jié)果是，無論是在規(guī)則還是非規(guī)則形狀的狹窄區(qū)域內(nèi)，都能保證較高的清掃覆蓋率，并且減少了不必要的重復(fù)清掃，優(yōu)化了整體清掃路徑規(guī)劃。

20、本發(fā)明成功退出狹窄區(qū)域后將相關(guān)位置坐標(biāo)、類型等信息標(biāo)記存儲(chǔ)于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中的做法，使得清潔機(jī)器人能夠在未來的清掃任務(wù)中主動(dòng)避開已知的困難區(qū)域或者采用更優(yōu)的清掃路徑。這一功能克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)中缺乏記憶機(jī)制、每次清掃都需要重新學(xué)習(xí)環(huán)境結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。最終效果是，隨著時(shí)間的積累，機(jī)器人能夠逐漸形成對(duì)自己工作環(huán)境的深刻理解，進(jìn)一步提升了清掃效率與用戶體驗(yàn)，同時(shí)也降低了因頻繁嘗試探索未知區(qū)域所帶來的能源消耗。

21、上述說明僅是本技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的技術(shù)手段，從而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本技術(shù)的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下以本技術(shù)的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

22、根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本技術(shù)的上述及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。