基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人.pdf

本发明公开一种基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人，包括充电站和清洁机器人两大部分，具体包括了三维成像系统，用于拍摄包括充电站在内的外部环境三维图像信息，并传输至数据处理器；以及数据处理器，用于处理从三维成像系统输出的图像信息，接收从电子罗盘返回的行驶轨迹，在按照规划路径的清洁过程中，可以自动控制清洁机器人绕开障碍物，并且在接收到电池电量低于预设阈值的信号时，控制清洁机器人利用行驶轨迹自动返回充电站并进行充电。利用三维成像系统智能机器人可以自动避开障碍物和返回充电站，特别适用于购物商场、火车站等大型场所，降低传统的需要人为操作所带来的麻烦，实现自动清洁。

权利要求书
1.  一种基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人，其特征在于，它包括：清洁机器人车体（1）、行走模块、电子罗盘（3）、电源模块（4）、清洁模块（5）、三维成像系统（6）、数据处理器（7）和显示终端（8）；
其中，所述行走模块包括两个第一伺服驱动器、两个第一伺服电机、两个伺服减速器、两个驱动轮（2）、两个从动轮（9），第一伺服驱动器、第一伺服电机和伺服减速器安装在清洁机器人车体（1）内，两个驱动轮（2）和两个从动轮（9）安装在清洁机器人车体（1）底部，且两个驱动轮（2）位于清洁机器人车体（1）前部；第一伺服驱动器、第一伺服电机、伺服减速器、驱动轮（2）依次连接，第一伺服驱动器与数据处理器（7）相连；
清洁模块（5）包括第二伺服驱动器、第二伺服电机、清洁刷，第二伺服驱动器、第二伺服电机、清洁刷依次连接，第二伺服驱动器与数据处理器（7）相连；第二伺服驱动器和第二伺服电机安装在清洁机器人车体（1）内，清洁刷安装在清洁机器人车体（1）底面中心位置；
所述电源模块包括24V直流电池和电压检测电路；
电子罗盘（3）、电源模块（4）、数据处理器（7）均安装在清洁机器人车体（1）内，显示终端（8）安装在清洁机器人车体（1）的顶面上，三维成像系统（6）安装在清洁机器人车体（1）的前侧面上；
电子罗盘（3）、三维成像系统（6）、显示终端（8）分别与数据处理器（7）相连；第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、电子罗盘（3）、三维成像系统（6）、数据处理器（7）、显示终端（8）均与24V直流电池相连，电压检测电路一端与24V直流电池相连，另一端与数据处理器（7）相连。

说明书基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人
技术领域
本发明涉及清洁机器人，更具体涉及具有按照规划路径行驶，自动躲避障碍物以及自动返回充电的清洁机器人，其中清洁机器人能够从三维成像系统采集到的图像信息中判别障碍物和充电站，并能高效的避开障碍物以及返回充电站充电。
背景技术
随着社会科技的发展，购物商场等一些大型场所，完全依靠人工进行清洁工作，不仅工作效率低，而且人力成本高。因此，具有在一定区域内以一定的模式进行自动擦洗或者利用真空吸尘器清除地上的灰尘纸屑的清洁机器人越来越受到人们的关注。在现在这生活节奏越来越快的社会，高效的清洁机器人无疑能减轻不少人的劳动负担，方便人们的生活。清洁机器人通常包括行进机构、真空吸尘器机构、传感器、微控制器等机械电子机构。
现有的清洁机器人多以红外传感判别与障碍物的距离，在大型场所，红外传感的工作距离没那么远，因此这是不可取的，也就局限了现有清洁机器人往往只能在较小的室内工作。同时，常用红外传感技术不能识别障碍物大小，使得机器人不能智能地绕开障碍物，进行清洁工作，
很多清洁机器人在电池电量不够时还需要人为充电，以现在的电池技术，充满电只能工作1-2小时，而大型场所的清洁任务往往需要更长的时间，因此很可能还没完成清扫工作便已没电续航了。
发明内容
基于此，有必要提出一种能解决上述问题的系统。本发明的目的是解决现有市场上清洁机器人不能自动返回充电或者自动返回充电效率不高以及在大型场所亦可亦依据三维图像信息判别障碍物以正常工作的这些问题。本发明提供一种能在大型场所工作并具有自动返回充电站功能的清洁机器人，其中通过三维成像系统预先存储充电站图像信息，生成具有三维深度的图像信息，检测到电池电压过低的信号时，然后清洁机器人能够快速返回充电的方法。
一种基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人，其特征在于，它包括：清洁机器人车体、行走模块、电子罗盘、电源模块、清洁模块、三维成像系统、数据处理器和显示终端；
其中，所述行走模块包括两个第一伺服驱动器、两个第一伺服电机、两个伺服减速器、两个驱动轮、两个从动轮，第一伺服驱动器、第一伺服电机和伺服减速器安装在清洁机器人车体内，两个驱动轮和两个从动轮安装在清洁机器人车体底部，且两个驱动轮位于清洁机器人车体前部；第一伺服驱动器、第一伺服电机、伺服减速器、驱动轮依次连接，第一伺服驱动器与数据处理器相连；
清洁模块包括第二伺服驱动器、第二伺服电机、清洁刷，第二伺服驱动器、第二伺服电机、清洁刷依次连接，第二伺服驱动器与数据处理器相连；第二伺服驱动器和第二伺服电机安装在清洁机器人车体内，清洁刷安装在清洁机器人车体底面中心位置；
所述电源模块包括24V直流电池和电压检测电路；
电子罗盘、电源模块、数据处理器均安装在清洁机器人车体内，显示终端安装在清洁机器人车体的顶面上，三维成像系统安装在清洁机器人车体的前侧面上；
电子罗盘、三维成像系统、显示终端分别与数据处理器相连；第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、电子罗盘、三维成像系统、数据处理器、显示终端均与24V直流电池相连，电压检测电路一端与24V直流电池相连，另一端与数据处理器相连。
本发明的有益效果是，清洁机器人可以在大型场所自动进行清洁工作，同时可以自动检测电池电压信息，当发现电池电压低于阈值时，可以自动返回充电站充电，而不用人为的操作，因此可以很大降低人为劳动所带来的负担，此外，本发明提供的清洁机器人可以自动控制清洁机器人绕开障碍物，特别适用于购物商场、火车站等大型场所。
附图说明
图1是本发明基于三维成像系统的清洁机器人的结构示意图；
图2为清洁机器人中各个部件的连接关系示意图；
图3为S形清洁路径的示意图；
图4为清洁机器人绕开障碍物的路径图；
图5为清洁机器人的工作过程；
图中，清洁机器人车体1、驱动轮2、电子罗盘3、电源模块4、清洁模块5、三维成像系统6、数据处理器7、显示终端8、从动轮9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述，以使本发明的优点和特征效果变得更加明显。
如图1所示，本发明一种基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人，它包括：清洁机器人车体1、行走模块、电子罗盘3、电源模块4、清洁模块5、三维成像系统6、数据处理器7和显示终端8；
其中，所述行走模块包括两个第一伺服驱动器、两个第一伺服电机、两个伺服减速器、两个驱动轮2、两个从动轮9，第一伺服驱动器、第一伺服电机和伺服减速器安装在清洁机器人车体1内，两个驱动轮6和两个从动轮9安装在清洁机器人车体1底部，且两个驱动轮2位于清洁机器人车体1前部；
清洁模块5包括第二伺服驱动器、第二伺服电机、清洁刷，第二伺服驱动器与数据处理器7相连；第二伺服驱动器和第二伺服电机安装在清洁机器人车体1内，清洁刷安装在清洁机器人车体1底面中心位置；
所述电源模块包括24V直流电池和电压检测电路；
电子罗盘3、电源模块4、数据处理器7均安装在清洁机器人车体1内，显示终端8安装在清洁机器人车体1的顶面上，三维成像系统6安装在清洁机器人车体1的前侧面上；
上述三维成像系统6采用申请号为201210262656.1的专利申请文件。
如图2所示，第一伺服驱动器、第一伺服电机、伺服减速器、驱动轮依次连接，第一伺服驱动器与数据处理器7相连；第二伺服驱动器、第二伺服电机、清洁刷依次连接，电子罗盘3、三维成像系统6、显示终端8分别与数据处理器7相连；第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、电子罗盘3、三维成像系统6、数据处理器7、显示终端8均与24V直流电池相连，电压检测电路一端与24V直流电池相连，另一端与数据处理器7相连。
如图5所示，上述基于三维成像系统的可自动返回充电的清洁机器人，工作过程如下：
（1）数据处理器7初始化，并设定清洁机器人的清洁路径，清洁路径一般为如图3所示的S形路径；
（2）三维成像系统6采集待清洁区域的三维图像信息，并将该三维图像信息传输给数据处理器7；同时数据处理器7通过第二伺服驱动器控制清洁刷工作；电子罗盘3开始记录清洁机器人车体1行驶轨迹，并向数据处理器7输出；
（3）数据处理器7通过第一伺服驱动器和第一伺服电机控制驱动轮2转动，并根据三维图像信息计算清洁机器人车体1与障碍物之间的距离，当D=2L时，控制清洁机器人车体1绕开障碍物，L为清洁机器人车体1的长度；
如图4所示，绕开障碍物的方法如下：
（3.1）检测障碍物左侧侧边离清洁路径的距离a1、右侧侧边离清洁路径的距离a1，比较a1与a2的大小，本实施例中，a1大于a2，选择距离较小的一侧（右侧）作为转弯方向；
（3.2）数据处理器7控制小车先向右90°转向，并行驶a2+b距离，b为车身宽度（路径S1）；
（3.3）数据处理器7控制小车向左90°转向，并行驶c+L距离，c为障碍物长度（路径S2）；
（3.4）数据处理器7控制小车向左90°转向，并行驶a2+b距离，回到清洁路径（路径S3）；
上述步骤2~4中，数据处理器7通过差速控制两个驱动轮的转速，实现90°转向。向右90°转向时，控制右侧的驱动轮的转速为0，左侧驱动轮保持原速；同理，向左90°转向时，控制左侧的驱动轮的转速为0，右侧驱动轮保持原速；
（4）绕开障碍物后，小车按照设定的清洁路径继续前进，进行清洁工作。
在上述过程中，电压检测电路检测24V直流电池的电量，当电量低于饱和电量的20%时，电压检测电路向数据处理器7发送低电量信号，数据处理器7通过第二伺服驱动器停止清洁刷的工作；数据处理器7通过两个驱动轮实现180°转向，控制小车按原路径返回。