一种扫地机器人的智能寻路方法.pdf

本发明公开了一种扫地机器人智能寻路的方案，包括步骤：在扫地机器人吸尘口加入一个粉尘检测仪，在控制模块中加入一个控制单元，用于对粉尘检测仪的检测结果进行分析；当机器人持续不断的吸入粉尘时，机器人按照既定清扫路径运行；当机器人吸入粉尘有间断时，机器人会选取一个新方向运行，当机器人吸入粉尘长时间低于既定阈值时，即视为机器人已完成清扫工作。本发明使得扫地机器人可根据不同环境更有效地完成清扫工作，机器人更少的走重复路线，并且提高清扫覆盖率。

权利要求书
1.  一种扫地机器人的智能寻路方法，其特征在于，该扫地机器人包括控制单元、计时器，以及安装在吸尘口的粉尘检测仪，该控制单元可以接收粉尘检测仪输出的检测值，并控制扫地机器人的行进方向，该智能寻路方法包括如下步骤：
步骤1：扫地机器人启动，计时器清零，扫地机器人在初始位置随机选定一个方向行进，行进过程中粉尘检测仪一直实时检测当前粉尘浓度，并将检测值不断地实时发送给控制单元。
步骤2：扫地机器人保持方向行进，控制单元接收粉尘检测仪的检测值S，判断该检测值是否高于预先设定的阈值A；
步骤3：如果该检测值高于阈值A(即S>A)，控制单元保持扫地机器人行进方向不变，返回步骤2；如果该检测值低于阈值A(即S≤A)，控制单元启动计时器，计时器开始计时，此时扫地机器人也保持行进方向不变，继续执行以下步骤；
步骤4：控制单元继续接收粉尘检测仪的检测值，在计时器的计时值达到阈值B之前，如果控制单元发现该检测值高于阈值A，则停止计时器，计时器清零，返回步骤2，否则继续执行以下步骤；
步骤5：当计时器的计时值达到阈值B时，控制单元选择一个与当前行进方向不同的新方向，从而控制扫地机器人向新方向继续行进；
步骤6：控制单元继续接收粉尘检测仪的检测值，在计时器的计时值达到阈值C之前，如果控制单元发现该检测值高于阈值A，则停止计时器，计时器清零，返回步骤2，否则继续执行以下步骤，其中阈值C大于阈值B；
步骤7：当计时器的计时值达到阈值C时，认为扫地机器人已完成清扫工作，扫地机器人停止；
在上述步骤的执行中，如果扫地机器人与外界物体发生碰撞，该扫地机器人将随机选择一个方向继续行进。

2.  如权利要求1所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中阈值A、B、C可以由用户根据扫地机器人实际应用场合自定义设置。

3.  如权利要求1所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中阈值A、B、C是扫地机器人厂家在出厂前内置的默认值。

4.  如权利要求1-3任一项所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中步骤5的新方向是随机选择的方向。

5.  如权利要求1-3任一项所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中控制单元在扫地机器人行进过程中，记录粉尘检测仪的检测值最大时扫地机器人所在的地点，在步骤5中，如果该检测值最大的点不在当前行进方向所在的直线上，则以该检测值最大的点作为新方向，控制扫地机器人向该检测值最大的点行进，否则随机选择一个与当前行进方向不同的新方向。

6.  如权利要求1和4-5任一项所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中阈值A、B、C是根据清扫情况动态调整的。

7.  如权利要求1和4-6任一项所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中阈值A通过以下步骤进行动态调整：
1)在启动扫地机器人之前，首先设置阈值A＝A0，A0可以是厂家在出厂前内置的默认值，也可以是用户自定义设置的值；
2)启动扫地机器人后，每隔1秒，控制单元记录一次粉尘检测仪的检测值，在n秒后，控制单元将得到n个检测值A1，A2，……，An，其中n是个预先设定的时间值。
3)控制单元计算上述n个检测值的算术平均值A平均，即

4)如果A平均<A0，则设置阈值A＝A平均，否则保持A＝A0不变。

8.  如权利要求7所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中阈值B和C通过以下步骤进行动态调整：
1)在启动扫地机器人之前，首先设置阈值B＝B0，阈值C＝C0，B0和C0可以是厂家在出厂前内置的默认值，也可以是用户自定义设置的值；其中B0大于n+1秒；
2)在寻路方法的步骤2之后，每次计时器清零前，都先记录计时器的计时值，由此可以得到一个计时值的序列T1，T2，T3…………。
3)每次计时器清零后，控制单元计算整个计时值序列的算术平均值T，即
T=(Σi=1mTi)/m]]>
其中m是已经获得的计时值序列的长度，从而在每次计时器清零后，设置阈值B＝B0+T，设置阈值C＝C0+T。

9.  如权利要求7所述的扫地机器人的智能寻路方法，其中n＝10。

说明书一种扫地机器人的智能寻路方法
技术领域
本发明涉及扫地机器人路径规划自动控制领域，尤其是一种检测路径粉尘的智能路径规划方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，扫地机器人越来越多的进入人们的生活中，扫地机器人代替人力完成日常的地面清扫工作。
市面上有各种厂商的扫地机器人，根据机器人的寻路方式可大致分为两类：随机碰撞式与路径规划式。两者各有优缺点，随机碰撞式对环境要求低、工作可靠性高，但清扫效率低、耗时长、清扫覆盖率较为随机(无法达到100％)；路径规划式整体清扫效率高、耗时短，但对环境要求较高而且容易清扫不干净。
发明内容
针对背景技术中的上述问题，本发明在随机碰撞式扫地机器人的基础上，提出了一种扫地机器人的智能路径规划的方案，有效解决了随机碰撞式扫地机器人清扫覆盖率不高、效率低等问题。
根据本发明提出的技术方案，在扫地机器人吸尘口加入一个粉尘检测仪，并在控制模块中加入一个控制单元，用于对粉尘检测仪的检测结果进行分析；当机器人持续不断的吸入粉尘时(即粉尘检测仪检测到的粉尘浓度检测值高于阈值时)，机器人按照既定清扫路径运行；当机器人吸入粉尘有间断时(即粉尘检测仪的检测值低于阈值一段时间)，机器人随机改变一个方向前进；当机器人吸入粉尘长时间间断时(即粉尘检测仪的检测值低于阈值的时间较长时)，即视为机器人已完成清扫工作。基于上述智能寻路方法，本发明使得扫地机器人可根据不同环境更有效地完成清扫工作，机器人更少的走重复路线，并且提高清扫覆盖率。
具体地，首先设定好粉尘检测仪的阈值A，定粉尘探测仪检测值低于设定阈值A的短期时长阈值B，粉尘探测仪检测值低于设定值A的长期时长阈值C。
其中A、B、C均可根据扫地机器人实际应用场合自定义设置。
机器人在初始位置随机选定一个行进方向，当粉尘检测仪的检测值高于阈值A时，机器人按原定方向继续行进。
当检测值低于阈值A时，并且时长未超过阈值B，机器人按原定方向继续行进。
当检测值低于阈值A时，并且时长超过阈值B时，机器人随机选择一个方向为下一步行进方向。
机器人行进过程中，当检测值低于阈值A时，并且时长超过阈值C时，认为扫地机器人已完成清扫工作。
附图说明
图1：本发明智能寻路的具体流程图；
具体实施方式
本发明应用于现有的随机碰撞式扫地机器人，在扫地机器人的吸尘口安装了一个粉尘检测仪，并在该扫地机器人的控制模块中加入一个控制单元和一个计时器，该控制单元可以接收粉尘检测仪输出的检测值，对检测值进行记录和分析，根据分析结果控制扫地机器人的行进方向，从而完成智能寻路过程。
参照图1，具体的寻路过程如下：
步骤1：扫地机器人启动，计时器清零，扫地机器人在初始位置随机选定一个方向行进，行进过程中粉尘检测仪一直实时检测当前粉尘浓度，并将检测值不断地实时发送给控制单元；
步骤2：扫地机器人保持方向行进，控制单元接收粉尘检测仪的检测值S，判断该检测值是否高于预先设定的阈值A；
步骤3：如果该检测值高于阈值A(即S>A)，控制单元保持扫地机器人行进方向不变，返回步骤2；如果该检测值低于阈值A(即S≤A)，控制单元启动计时器，计时器开始计时，此时扫地机器人也保持行进方向不变，继续执行以下步骤；
步骤4：控制单元继续接收粉尘检测仪的检测值，在计时器的计时值达到阈值B之前，如果控制单元发现该检测值高于阈值A，则停止计时器，计时器清零，返回步骤2，否则继续执行以下步骤；(设置阈值B主要为了防止出现一小段区域比较干净时，机器人误判为本区域已清扫过)；
步骤5：当计时器的计时值达到阈值B时，控制单元随机选择一个与当前行进方向不同的新方向，从而控制扫地机器人向新方向继续行进；
步骤6：控制单元继续接收粉尘检测仪的检测值，在计时器的计时值达到阈值C之前(C>B)，如果控制单元发现该检测值高于阈值A，则停止计时器，计时器清零，返回步骤2，否则继续执行以下步骤；(设置阈值C主要为了防止出现存在未清扫的地面时，机器人误判为清扫工作已结束)；
步骤7：当计时器的计时值达到阈值C时，认为扫地机器人已完成清扫工作，扫地机器人停止。
其中，在上述步骤的执行中，如果扫地机器人与外界物体发生碰撞，该扫地机器人将随机选择一个方向继续行进。
上述阈值A、B、C均可由用户根据扫地机器人实际应用场合自定义设置，但是阈值C应该足够大，以防止扫地机器人过快停止。
在上述步骤5中，所选择的新方向也可以不是随机选择的，而是选择朝向粉尘检测值最大点的方向。具体地，控制单元在扫地机器人行进过程中，记录检测值最大时扫地机器人所在的地点，在步骤5中，如果该检测值最大的点不在当前行进方向所在的直线上，则以该检测值最大的点作为新方向，控制扫地机器人向该检测值最大的点行进，否则仍然随机选择一个与当前行进方向不同的新方向。
上述方案中，阈值A、B、C都是固定值，可以是扫地机器人厂家在出厂前内置的默认值，也可以在用户启动该扫地机器人之前，由用户自定义设置。但是，默认值可能并不能适应各种场地情况，而自定义设置对许多用户来说，又过于专业，因此本发明还提出了一种阈值的动态调整方案，可以较好地自动适应不同场地情况。
阈值A的动态调整步骤如下：
1)在启动扫地机器人之前，首先设置阈值A＝A0，A0可以是厂家在出厂前内置的默认值，也可以是用户自定义设置的值；
2)启动扫地机器人后，每隔1秒，控制单元记录一次粉尘检测仪的检测值，在n秒后，控制单元将得到n个检测值A1，A2，……，An；n是个预先设定的时间值，优选的，n＝10；
3)控制单元计算上述检测值的算术平均值A平均，即

4)如果A平均<A0，则设置阈值A＝A平均，否则保持A＝A0不变。
阈值B和C的动态调整步骤如下：
1)在启动扫地机器人之前，首先设置阈值B＝B0，阈值C＝C0，B0和C0可以是厂家在出厂前内置的默认值，也可以是用户自定义设置的值；考虑到阈值A动态调整的时间，这里需要保证B0大于n+1秒；
2)在寻路过程的步骤2之后，每次计时器清零前，都先记录计时器的计时值，由此可以得到一个计时值的序列T1，T2，T3…………；
3)每次计时器清零后，控制单元计算整个计时值序列的算术平均值T，即
其中m是已经获得的计时值序列的长度，从而在每次计时器清零后，设置阈值B＝B0+T，设置阈值C＝C0+T。
基于本发明的上述扫地机器人寻路方法，扫地机器人可以根据实时的粉尘浓度调整行进方向，增强了随机碰撞式机器人的智能程度，更少的走重复路线，并且提高清扫覆盖率。动态调整的阈值使得扫地机器人可根据不同环境更有效地完成清扫工作。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。