一种采用智能手机导航的清扫机器人及其导航清扫方法

摘要

一种采用智能手机导航的清扫机器人，包括清扫机器人模块，还设有包括智能手机摄像头、图像处理子模块、摄像头标定子模块、EKF-SLAM子模块、地图维护与路径规划子模块和传感器子模块、传感器数据采集子模块的智能手机模块。其导航清扫方法依次有以下步骤：1）采用标定模板标定智能手机摄像头内参数；2）建立蓝牙通信连接；3）启动EKF-SLAM子模块，进行精确定位，创建三维环境地图；4）建立室内环境障碍物覆盖地图；5）自动规划清扫机器人的清扫路线；6）控制清扫机器人行走轮的下一步运动。本发明避免了直接在清扫机器人上加装导航定位以及传感器等硬件设备，实施简单，硬件改动小，定位准确，清扫覆盖面积大，清扫效率高。

主权项

一种采用智能手机导航的清扫机器人，包括清扫机器人模块，所述清扫机器人模块包括第二蓝牙通信模块、机器人控制子模块、避障传感器和行走轮控制模块，所述避障传感器包括用于采集清扫机器人的周围障碍或墙的红外墙检传感器、用于采集清扫机器人的周围地面环境的红外地检传感器、用于采集清扫机器人的周围制约信号的虚拟墙检测传感器，以及用于采集清扫机器人的周围回充座信号的座充检测传感器，所述第二蓝牙通信模块用于对外发送和接收数据，所述机器人控制子模块包括嵌入了预定的机器人路径规划程序、机器人状态数据采集程序和机器人运动控制程序的控制芯片，控制清扫机器人按预定的路径进行工作，并根据接收到的外界信号改变清扫机器人的运动状态，所述行走轮控制模块包括两个驱动轮及一个万向轮，用于清扫机器人在工作区域运动，其特征在于：在清扫机器人机身上方设有智能手机模块，所述智能手机模块包括智能手机摄像头、图像处理子模块、摄像头标定子模块、扩展卡尔曼滤波器‑同步定位与地图创建EKF‑SLAM子模块、地图维护与路径规划子模块和第一蓝牙通信模块，以及传感器子模块、传感器数据采集子模块，所述图像处理子模块、摄像头标定子模块、EKF‑SLAM子模块和地图维护与路径规划子模块分别通过各自的应用程序编程接口API进行通信，以实现在清扫机器人行走过程中，利用智能手机摄像头和清扫机器人内部传感器的信息，通过基于EKF‑SLAM子模块，进行导航定位运算，并根据导航定位结果和所述智能手机模块的传感器子模块采集的数据或提供的信息，进行精确的定位，创建环境地图和建立室内环境障碍物覆盖地图，自动规划清扫机器人的清扫路线，控制清扫机器人行走轮的下一步运动；所述传感器子模块包括惯性传感器：陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪用于采集清扫机器人运动参数：角速度，所述加速度计用于采集清扫机器人运动参数：线加速度；所述智能手机摄像头用于从外界获取图像信息，所述传感器数据采集子模块包括用于将传感器采集的模拟信号转换为数字信号的模数转换A/D模块，所述图像处理子模块用于对从外界获取的图像进行特征提取并输出相关结果，所述摄像头标定子模块用于将采集到的图像与三维空间中的物体建立映射关系，所述EKF‑SLAM子模块根据所述智能手机摄像头捕获的图像信息及所述惯性传感器采集的清扫机器人运动参数信息进行定位，创建环境地图，还根据所述避障传感器采集的清扫机器人周围状况信息建立室内障碍物覆盖地图，所述地图维护与路径规划子模块根据所述EKF‑SLAM子模块获得的地图信息规划清扫机器人的清扫路线，并通过第一蓝牙通信模块、第二蓝牙通信模块控制清扫机器人的动作，所述第二蓝牙通信模块，与所述智能手机模块中的所述第一蓝牙通信模块组成相同，通过蓝牙进行双工通信，并利用蓝牙通信控制清扫机器人的动作。