CN109008841A - 一种分层次墙面修复机器人 - Google Patents

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杨卓舒
周其
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Abstract

本发明涉及一种分层次墙面修复机器人，该机器人包括主体单元、控制单元、图像获取单元、墙面识别单元、污迹识别单元、清洁单元、存储单元、移动单元、电源单元，这些单元之间通信连接；可以自动的识别出墙面污迹的存在，能够分层次的进行墙面的清洁，对简单的污迹采用简单的清洁方式处理，而对于复杂的污迹，则采用深度清洁方式进行处理，能够对针对每个家庭的特点，自动学习最有效的清洁方式进行处理，同时忽略无效清洁方式，减少对墙面的损伤，可以让用户放心的使用，从而真正的解放家务劳动者。

Description

一种分层次墙面修复机器人
【技术领域】
本发明属于智能家居和计算机领域，尤其涉及一种智能家用服务机器人。
【背景技术】
目前，家庭服务机器人市场俨然已经进入高速发展期，整个产业已经站上风口。但是目前的家用服务机器人形式还比较单一，能够真正走入家庭的更不多，主要形式还仅仅是扫地机器人和具有简单交流功能的玩具机器人。此外，随着工作节奏的加快、人们生活压力的增加，人们没有时间来进行房间的深度打扫，而随着人民生活水平的提高，急需机器人来帮助家庭进行清洁，这从扫地机器人的火爆就可以看出。因此，需要多样化机器人形式，能够真正的走入家庭，主动的帮主人做家务。
对很多家庭，尤其是有小孩的家庭，墙面和地面一样往往不能脏的很快，小孩经常会在墙面上写写画画，磕磕碰碰，因此，针对墙面的清洁修复也迫在眉睫，为此，本发明提出一种分层次墙面修复机器人，通过图像识别的方式，可以自动的识别出墙面污迹的存在，能够分层次的进行墙面的清洁，对简单的污迹采用简单的清洁方式处理，而对于复杂的污迹，则采用深度清洁方式进行处理，能够对针对每个家庭的特点，自动学习最有效的清洁方式进行处理，同时忽略无效清洁方式，减少对墙面的损伤。
【发明内容】
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种分层次墙面修复机器人，其特征在于，包括主体单元、控制单元、图像获取单元、墙面识别单元、污迹识别单元、清洁单元、存储单元、移动单元、电源单元，这些单元之间通信连接。
主体单元起到容纳和支撑的作用；主体单元用于容纳控制单元，墙面识别单元、污迹识别单元、存储单元、电源单元；用于支撑图像获取单元、清洁单元和移动单元；
图像获取单元用于在位置X获取预设大小的墙面方向的墙面辩识图像CX，并返回获取到的墙面辩识图像CX；还用于在位置X获取区域集合{Al}的清洁完成图像集合{CAl}，并返回获取到的清洁完成图像集合{CAl}；
墙面识别单元用于将获取的墙面辩识图像CX和墙面样本图像作比对，以确定该获取的墙面辩识图像是否为墙面图像，如果是，则返回位置X及其关联的墙面辩识图像CX；
污迹识别单元用于获取位置X及其关联的墙面辩识图像，并确定该墙面辩识图像中是否包含污迹区域，如果是，则将该墙面辩识图像划分为U个区域，确定其中的污迹区域，返回位置X及其关联的污迹区域编号集合；如果否，则返回无污迹消息给控制单元；
清洁单元用于在接收到清洁消息后，获取位置X及其关联的污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；清洁完毕后，给控制单元发送清洁完成消息、位置X及其关联的区域编号集合{Al}；
控制单元用于对图像获取单元的图像获取进行控制，对移动单元的移动进行控制，对清洁单元的清洁进行控制，对污迹识别单元的识别进行控制，对墙面识别单元的识别进行控制，对存储单元的存储进行控制。
进一步的，清洁单元用于在接收到一次清洁消息后，获取位置X及其关联的污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；针对每个区域Al清洁第一预定时间T1，清洁完毕后，给控制单元发送一次清洁完成消息、位置X及其关联的区域编号集合{Al}；控制单元还用于在接收到一次清洁完成消息后，获取及其关联的污迹区域编号集合{Al}，并将该位置X和区域编号集合{Al}发送给图像获取单元，接收图像获取单元返回的该区域编号集合{Al}对应的清洁完成图像集合{CAl}，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S；如果S>ST4，则判断该区域Al的清洁完成不合格，记录该区域编号Al在新的污迹区域编号集合中，否则，判断该区域Al的清洁完成合格，不记录该区域编号；当全部清洁完成图像集合{CAl}中的区域均判断完成后，如果新的区域编号集合中的元素个数大于等于第一阈值T1，则发送二次清洁消息给清洁单元，同时发送位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；K1，ST4和ST3均为预设值。
进一步的，在该第一预定时间内，清洁单元可以采用第一种清洁方式进行清洁；该第一种清洁方式可以是采用干性软布进行扫灰擦拭的方式。
进一步的，该第一预定时间为预设值，可以由机器人根据经验设置，也可以由用户主动设置。
进一步的，清洁单元还用于在接收到二次清洁消息后，获取位置X及其关联的新污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；针对每个区域Al清洁第二预定时间T1，清洁完毕后，给控制单元发送二次清洁完成消息、位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；控制单元还用于在接收到二次清洁完成消息后，获取及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}，并将该位置X和新的污迹区域编号集合{Al}发送给图像获取单元，接收图像获取单元返回的该新的污迹区域编号集合{Al}的清洁完成图像集合{CAl}，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S；如果S>ST5，则判断该区域Al的清洁完成不合格，记录该区域编号Al在新的污迹区域编号集合中，否则，判断该区域Al的清洁完成合格，不记录该区域编号；当全部清洁完成图像集合{CAl}中的区域均判断完成后，计算该新的污迹区域编号集合{Al}中元素的个数，如果个数大于第二阈值T2，则发送三次清洁消息给清洁单元，同时发送位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；否则控制移动单元移动到下一位置X，以对该下一位置X对应的墙面进行处理。
进一步的，在该第二预定时间内，清洁单元可以采用第二种清洁方式进行清洁；该第二清洁方式可以是采用半干软布进行擦拭的方式。
进一步的，清洁单元可以针对不同的清洁深度进行设置多个层次的清洁，对于第n个层次的清洁，用于在接收到控制单元第n次清洁消息后进行，在清洁完成后，发送n次清洁完成消息、位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；控制单元用于在第n次清洁完成后，判断清洁是否达标，在不合格区域的个数大于第n阈值Tn时，发送第n+1次清洁消息给清洁单元，让清洁单元进入下一层次的清洁；其中n+1应当小于等于清洁单元支持的最大清洁层次。
进一步的，如果第n次清洁完成后的不合格区域的个数相对于第n－1次清洁完成后不合格的区域的个数没有减少，说明该第n次清洁是无效的，则记录该无效次数。
进一步的，当第n次清洁无效的次数大于无效阈值K时，则不采用该第n种清洁方式，在第n－1次清洁过后，直接采用第n+1种清洁方式；通过直接忽略这种清洁类型以减少无用的操作次数，同时减少对墙面的损伤。
进一步的，该第一预定时间或第二预定时间长度的设置和区域的大小相关。
本发明的有益效果包括：能够分层次的进行墙面的清洁，对简单的污迹采用简单的清洁方式处理，而对于复杂的污迹，则采用深度清洁方式进行处理，能够对针对每个家庭的特点，自动学习最有效的清洁方式进行处理，同时忽略无效清洁方式，减少对墙面的损伤。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是分层次墙面修复机器人总体架构图。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见附图1，其示出了本发明所应用的一种分层次墙面修复机器人。该机器人包括主体单元、控制单元、图像获取单元、墙面识别单元、污迹识别单元、清洁单元、存储单元、移动单元、电源单元，这些单元之间通信连接。
主体单元起到容纳和支撑的作用；主体结构可以呈人形，宠物形等。
主体单元用于容纳控制单元，墙面识别单元、污迹识别单元、存储单元、电源单元；用于支撑图像获取单元、清洁单元和移动单元；
图像获取单元用于在位置X获取预设大小的墙面方向的墙面辩识图像CX，并返回获取到的墙面辩识图像CX；还用于在位置X获取区域集合{Al}的清洁完成图像集合{CAl}，并返回获取到的清洁完成图像集合{CAl}；
墙面识别单元用于将获取的墙面辩识图像CX和墙面样本图像作比对，以确定该获取的墙面辩识图像是否为墙面图像，如果是，则返回位置X及其关联的墙面辩识图像CX；
墙面样本图像可以由用户获取或者指定，还可以通过机器人学习来确定或者通过机器人自行采集；
获取的墙面辩识图像CX和墙面样本图像作比对，以确定该墙面方向获取的墙面辩识图像是否为墙面图像，具体为：分别计算墙面辨识图像CX和墙面样本图像的像素值均值，计算该墙面辨识图像CX的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S，当S<ST1时，则认为获取的墙面辩识图像为墙面图像；ST1为预设值；
污迹识别单元用于获取位置X及其关联的墙面辩识图像，并确定该墙面辩识图像中是否包含污迹区域，如果是，则确定该污迹区域，返回位置X及其关联的污迹区域编号集合；如果否，则返回无污迹消息给控制单元；
确定该墙面辩识图像中是否包含污迹区域，具体为：如果S<ST1且l og2S>ST2则认为包含污迹区域；如果log2S<＝ST2则认为不包含污迹区域；如果包含污迹区域，则针对墙面辩识图像识别其中的污迹区域；其中ST1>ST2，且ST1、ST2为预设值；
针对墙面辩识图像CX识别其中的污迹区域具体为：将该墙面辩识图像划分为U个区域，针对每个区域Al(1＝<l<＝U)，分别计算区域Al和墙面样本图像的像素值均值，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S，当S>ST3时，则判断该区域为污迹区域，记录该区域的编号Al，否则判断该区域为非污迹区域；在整个墙面辩识图像CX的所有U个区域均判断完毕后，返回所有的污迹区域编号集合{Al}；污迹区域集合中元素的数目小于等于U；
清洁单元用于在接收到一次清洁消息后，获取位置X及其关联的污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；针对每个区域Al清洁第一预定时间T1，清洁完毕后，给控制单元发送一次清洁完成消息、位置X及其关联的区域编号集合{Al}；在该第一预定时间内，清洁单元可以采用第一种清洁方式进行清洁；该第一种清洁方式可以是采用干性软布进行扫灰擦拭的方式；该第一预定时间为预设值，可以由机器人根据经验设置，也可以由用户主动设置；优选的：该第一预定时间和区域的大小相关；
考虑到墙面的污迹可能是不同类型的，对于一些简单的污迹，仅仅采用简单的方式处理即可，而对于复杂的污迹，则可以采用深度清洁的方式；
还用于在接收到二次清洁消息后，获取位置X及其关联的新污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；针对每个区域Al清洁第二预定时间T1，清洁完毕后，给控制单元发送二次清洁完成消息、位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；在该第二预定时间内，清洁单元可以采用第二种清洁方式进行清洁；该第二清洁方式可以是采用半干软布进行擦拭的方式；
对于目前普遍采用的水性漆和壁纸，上面的一般污迹均可以用半干软布擦拭进行有效的处理；
可以针对不同的清洁深度进行设置多个层次的清洁，对于第n个层次的清洁，用于在接收到控制单元第n次清洁消息后进行，在清洁完成后，发送n次清洁完成消息、位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；
控制单元用于控制移动单元移动到位置X，并通知图像获取单元在位置X进行图像获取；控制单元采用导航算法计算需要移动到的所有位置X，基于所有位置X进行图像获取可以覆盖到所有室内墙面；
还用于接收墙面识别单元返回的位置X及其关联的墙面辩识图像CX，并发送给污迹识别单元；如果接收到污迹识别单元返回的无污迹消息则控制移动单元移动到下一位置X，以对该下一位置X对应的墙面进行处理；如果接收到污迹识别单元返回的位置X及其关联的污迹区域编号集合，则将其发送给清洁单元，并同时发送一次清洁消息；
还用于在接收到一次清洁完成消息后，获取及其关联的污迹区域编号集合{Al}，并将该位置X和区域编号集合{Al}发送给图像获取单元，接收图像获取单元返回的该区域编号集合{Al}对应的清洁完成图像集合{CAl}，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S；如果S>ST4，则判断该区域Al的清洁完成不合格，记录该区域编号Al在新的污迹区域编号集合中，否则，判断该区域Al的清洁完成合格，不记录该区域编号；当全部清洁完成图像集合{CAl}中的区域均判断完成后，如果新的区域编号集合中的元素个数大于等于第一阈值T1，则发送二次清洁消息给清洁单元，同时发送位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；K1，ST4和ST3均为预设值；
还用于在接收到二次清洁完成消息后，获取及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}，并将该位置X和新的污迹区域编号集合{Al}发送给图像获取单元，接收图像获取单元返回的该新的污迹区域编号集合{Al}的清洁完成图像集合{CAl}，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S；如果S>ST5，则判断该区域Al的清洁完成不合格，记录该区域编号Al在新的污迹区域编号集合中，否则，判断该区域Al的清洁完成合格，不记录该区域编号；当全部清洁完成图像集合{CAl}中的区域均判断完成后，计算该新的污迹区域编号集合{Al}中元素的个数，如果个数大于第二阈值T2，则发送三次清洁消息给清洁单元，同时发送位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；否则控制移动单元移动到下一位置X，以对该下一位置X对应的墙面进行处理；其中，T2，ST4和ST5均为预设值；
在第n次清洁完成后，如果清洁不达标，也就是不合格区域的个数大于第n阈值Tn时，发送第n+1次清洁消息给清洁单元，让清洁单元进入下一层次的清洁；其中n+1应当小于等于清洁单元支持的最大清洁层次；
如果的n次清洁完成后的不合格区域的个数相对于第n－1次清洁完成后不合格的区域的个数没有减少，则说明该第n次清洁是无效的，则记录该无效次数，当第n次清洁无效的次数大于无效阈值K时，则不采用该第n种清洁方式，在第n－1次清洁过后，直接采用第n+1种清洁方式；由于每种家庭的墙面特质和污迹类型都是不同的，可能某种清洁方式对该家庭的墙面并不有效，则直接忽略这种清洁类型以减少无用的操作次数，同时减少对墙面的损伤；
移动单元用于在控制单元的控制下在移动到指定位置，例如：移动到位置X以方便图像获取单元进行图像获取，移动到合适的位置方便清洁单元进行清洁；
存储单元用于存储所有的中间数据；
电源用于对上述组件供电，优选移动可充电式电池组。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种分层次墙面修复机器人，其特征在于，该分层次墙面修复机器人包括主体单元、控制单元、图像获取单元、墙面识别单元、污迹识别单元、清洁单元、存储单元、移动单元、电源单元，这些单元之间通信连接。
主体单元起到容纳和支撑的作用；主体单元用于容纳控制单元，墙面识别单元、污迹识别单元、存储单元、电源单元；用于支撑图像获取单元、清洁单元和移动单元；
图像获取单元用于在位置X获取预设大小的墙面方向的墙面辩识图像CX，并返回获取到的墙面辩识图像CX；还用于在位置X获取区域集合{Al}的清洁完成图像集合{CAl}，并返回获取到的清洁完成图像集合{CAl}；
墙面识别单元用于将获取的墙面辩识图像CX和墙面样本图像作比对，以确定该获取的墙面辩识图像是否为墙面图像，如果是，则返回位置X及其关联的墙面辩识图像CX；
污迹识别单元用于获取位置X及其关联的墙面辩识图像，并确定该墙面辩识图像中是否包含污迹区域，如果是，则将该墙面辩识图像划分为U个区域，确定其中的污迹区域，返回位置X及其关联的污迹区域编号集合；如果否，则返回无污迹消息给控制单元；
清洁单元用于在接收到清洁消息后，获取位置X及其关联的污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；清洁完毕后，给控制单元发送清洁完成消息、位置X及其关联的区域编号集合{Al}；
控制单元用于对图像获取单元的图像获取进行控制，对移动单元的移动进行控制，对清洁单元的清洁进行控制，对污迹识别单元的识别进行控制，对墙面识别单元的识别进行控制，对存储单元的存储进行控制。
2.根据权利要求1所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，清洁单元用于在接收到一次清洁消息后，获取位置X及其关联的污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；针对每个区域Al清洁第一预定时间T1，清洁完毕后，给控制单元发送一次清洁完成消息、位置X及其关联的区域编号集合{Al}；控制单元还用于在接收到一次清洁完成消息后，获取及其关联的污迹区域编号集合{Al}，并将该位置X和区域编号集合{Al}发送给图像获取单元，接收图像获取单元返回的该区域编号集合{Al}对应的清洁完成图像集合{CAl}，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S；如果S>ST4，则判断该区域Al的清洁完成不合格，记录该区域编号Al在新的污迹区域编号集合中，否则，判断该区域Al的清洁完成合格，不记录该区域编号；当全部清洁完成图像集合{CAl}中的区域均判断完成后，如果新的区域编号集合中的元素个数大于等于第一阈值T1，则发送二次清洁消息给清洁单元，同时发送位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；K1，ST4和ST3均为预设值。
3.根据权利要求2所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，在该第一预定时间内，清洁单元可以采用第一种清洁方式进行清洁；该第一种清洁方式可以是采用干性软布进行扫灰擦拭的方式。
4.根据权利要求2所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，该第一预定时间为预设值，可以由机器人根据经验设置，也可以由用户主动设置。
5.根据权利要求1所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，清洁单元还用于在接收到二次清洁消息后，获取位置X及其关联的新污迹区域编号集合{Al}；对该位置X关联的每个区域Al进行清洁；针对每个区域Al清洁第二预定时间T1，清洁完毕后，给控制单元发送二次清洁完成消息、位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；控制单元还用于在接收到二次清洁完成消息后，获取及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}，并将该位置X和新的污迹区域编号集合{Al}发送给图像获取单元，接收图像获取单元返回的该新的污迹区域编号集合{Al}的清洁完成图像集合{CAl}，计算该区域Al的像素值均值和墙面样本图像的像素值均值的比值S；如果S>ST5，则判断该区域Al的清洁完成不合格，记录该区域编号Al在新的污迹区域编号集合中，否则，判断该区域Al的清洁完成合格，不记录该区域编号；当全部清洁完成图像集合{CAl}中的区域均判断完成后，计算该新的污迹区域编号集合{Al}中元素的个数，如果个数大于第二阈值T2，则发送三次清洁消息给清洁单元，同时发送位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；否则控制移动单元移动到下一位置X，以对该下一位置X对应的墙面进行处理。
6.根据权利要求5所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，在该第二预定时间内，清洁单元可以采用第二种清洁方式进行清洁；该第二清洁方式可以是采用半干软布进行擦拭的方式。
7.根据权利要求1所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，清洁单元可以针对不同的清洁深度进行设置多个层次的清洁，对于第n个层次的清洁，用于在接收到控制单元第n次清洁消息后进行，在清洁完成后，发送n次清洁完成消息、位置X及其关联的新的污迹区域编号集合{Al}；控制单元用于在第n次清洁完成后，判断清洁是否达标，在不合格区域的个数大于第n阈值Tn时，发送第n+1次清洁消息给清洁单元，让清洁单元进入下一层次的清洁；其中n+1应当小于等于清洁单元支持的最大清洁层次。
8.根据权利要求7所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，如果第n次清洁完成后的不合格区域的个数相对于第n－1次清洁完成后不合格的区域的个数没有减少，说明该第n次清洁是无效的，则记录该无效次数。
9.根据权利要求8所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，当第n次清洁无效的次数大于无效阈值K时，则不采用该第n种清洁方式，在第n－1次清洁过后，直接采用第n+1种清洁方式；通过直接忽略这种清洁类型以减少无用的操作次数，同时减少对墙面的损伤。
10.根据权利要求2和5所述的分层次墙面修复机器人，其特征在于，该第一预定时间或第二预定时间长度的设置和区域的大小相关。
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