CN114355938A - 扫地机器人测障方法及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扫地机器人测障方法及扫地机器人，扫地机器人设有激光发射组件和图像获取仪，激光发射组件中的光束分束器位于激光发射器的出光端的正前方，包括以下步骤：在目标区域投射水平激光线；同时获取至少两幅含有激光线的目标区域图像；基于目标区域图像，计算激光线的每个投射点P至图像获取仪的直线距离Z；根据目标区域图像及直线距离Z计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L。通过计算激光线上的位于障碍物上的投射点的竖直高度及距离扫地机器人的水平距离，以对障碍物进行多点测量，精准获取障碍物高度，进而提高扫地机器人的智能化程度。

Description

扫地机器人测障方法及扫地机器人

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，特别是涉及一种扫地机器人测障方法及扫地机器人。

背景技术

随着信息技术的发展以及人们对生活质量要求的不断提高，越来越多的智能化设备逐渐被应用到人们日常生活。扫地机器人作为自动清洁设备，因可以代替人工进行清洁工作，而被应用在不同的场所，如办公区、家庭等。由于一些使用场所的环境特殊性，例如家居环境，扫地机器人的工作环境显得较为复杂，其在工作过程中需要应对各种情况，如在运行过程中会遇到障碍物。

市场上现有扫地机器人通常在壳体上设置红外传感器，通过红外传感器向工作区域的设定范围内发射红外光线，以检测是否存在障碍物。但是采用上述检测障碍的方法，不能够准确获得障碍物的高度，无法使扫地机器人根据检测结果准确执行越障或避障的动作，导致扫地机器人智能化程度不高，增加人工介入成本。

发明内容

基于此，有必要针对提高扫地机器人智能化程度及工作效率的问题，提供一种扫地机器人测障方法及扫地机器人。

一种扫地机器人测障方法，所述扫地机器人设有激光发射组件和图像获取仪，所述激光发射组件包括激光发射器和光束分束器，所述光束分束器位于所述激光发射器的出光端的正前方，包括以下步骤：

在目标区域投射水平激光线；

同时获取至少两幅含有所述激光线的目标区域图像；

基于所述目标区域图像，计算激光线的每个投射点P至所述图像获取仪的直线距离Z；

根据所述目标区域图像及直线距离Z计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L。

在其中一个实施例中，在计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L之前，还包括：

比较所述直线距离Z与激光线的长度阈值Z₀，若所述直线距离Z小于激光线的长度阈值Z₀，则判断投射点P位于障碍物上；若所述直线距离Z等于激光线的长度阈值Z₀，则判断投射点P不位于障碍物上。

在其中一个实施例中，投射点P位于障碍物上时，基于所述直线距离Z、长度阈值Z₀及激光线的所述发射角度θ，计算所述投射点P的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L。

在其中一个实施例中，所述长度阈值Z₀为：在目标区域内无障碍物时，测量所述投射点P至所述图像获取仪的垂直距离。

在其中一个实施例中，计算所述投射点P的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L的步骤包括：

利用以下公式计算获得所述投射点P的竖直高度H：

H＝(Z₀-Z)*sin(θ)；

利用以下公式计算获得所述投射点P至机器人的水平距离L：

L＝Z*cos(θ)；

θ为激光线的发射角度，Z₀为激光线的长度阈值。

在其中一个实施例中，所述图像获取仪包括第一图像获取仪和第二图像获取仪，所述第一图像获取仪和第二图像获取仪呈轴对称地设置在所述激光发射组件两侧。

在其中一个实施例中，所述激光线为线性散斑点。

一种扫地机器人，所述扫地机器人包括：本体；激光发射组件，位于所述本体上，包括激光发射器和分束器，所述分束器位于所述激光发射器的光出射端的正前方；两个图像获取仪器，位于所述激光发射组件两侧，用于获取目标区域图像。

在其中一个实施例中，所述激光发射组件位于所述本体正前端。

在其中一个实施例中，两个所述图像获取仪器关于所述激光发射组件呈轴对称设置。

上述扫地机器人测障方法及扫地机器人，通过计算激光线上的位于障碍物上的投射点的竖直高度及距离扫地机器人的水平距离，以对障碍物进行多点测量，精准获取障碍物高度，进而提高扫地机器人的智能化程度。

附图说明

图1为本发明一实施例中扫地机器人的整体结构示意图。

图2为本发明一实施例中扫地机器人的信息获取模块的组成示意图。

图3为本发明一实施例中扫地机器人测障方法流程图。

图4为本发明一实施例中计算投射点至图像获取仪直线距离的原理示意图。

图5为本发明一实施例中扫地机器人发出的激光线的投射状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，所使用的术语“竖直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。第一特征在第二特征“正前端”可以是第一和第二特征中心线重合。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“位于”等术语应做广义理解，可以是一个元件直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。

参阅图1所示，图1示出了本发明一实施例中的扫地机器人的整体结构示意图，本发明一实施例提供的扫地机器人，用于包括本体100和信息获取模块200，信息获取模块200设置于本体100上。信息获取模块200用于获取扫地机器人所处环境的环境信息，本体100用于对信息获取模块200所获得的信息进行处理。

参阅图2所示，图2示出了本发明一实施例中的扫地机器人中的信息获取模块200的示意图。信息获取模块200包括激光发射组件210和图像获取仪230。激光发射组件210用于向工作环境中的目标区域发射具有设定发射角度θ的激光线。图像获取仪230用于获取目标区域内的图像，以将目标区域图像提供给本体100。

参阅图2所示，激光发射组件210包括激光发射器211和分束器213，分束器213位于激光发射器211的发光路径上。分束器213具有多个密集分布的孔隙，在本实施例中，分束器213正对激光发射器211的发光位置。分束器213位于激光发射器211的正前方，可以使得激光发射器211发出的一束激光线经过分束器213后被分为若干束激光线，以获得线性散斑点。若干束激光线的发射角度θ与被分束前的对应的激光线的发射角度θ相同。其中，分束器213也可以选用其他将激光线散射成若干个线性散斑点的器件替换。

激光发射器211和分束器213通过封装形成上述激光发射组件210，其组装过程简单，性能稳定，不易损坏。将封装后形成的激光发射组件210安装至本体100过程中，由于激光发射组件210作为一个封装元件，使得安装操作简单便捷。

在本实施例中，激光发射组件210位于本体100的正前端。本体100的正前端是指扫地机器人的行进方向。在扫地机器人行进方向上，激光发射组件210发出若干束激光线，并在目标区域形成线性散斑点。当目标区域没有障碍物时，上述散斑点投射在地面上；当目标区域存在障碍物时，上述散斑点至少部分地投射到障碍物上。

参阅图2所示，图像获取仪230包括第一图像获取仪231和第二图像获取仪233。第一图像获取仪231和第二图像获取仪233呈轴对称地设置在激光发射组件210的两侧。以图2所示的方位，第一图像获取仪231和第二图像获取仪233分别位于激光发射组件210的左右两侧。第一图像获取仪231和第二图像获取仪233可以被设置为与激光发射组件210位于同一直线上。

在一具体实施例中，第一图像获取仪231和第二图像获取仪233与激光发射组件210的具***置关系被设置为：第一图像获取仪231、第二图像获取仪233与激光发射组件210之间顺次连线为等腰三角形，激光发射组件210位于上述等腰三角形的顶点位置。如此设置，相比于将第一图像获取仪231、第二图像获取仪233和激光发射组件210设置在同一直线上，可以减小图像获取仪230与激光发射组件210所占的空间长度。

第一图像获取仪231和第二图像获取仪233均采用相机，第一图像获取仪231和第二图像获取仪233的性能及规格等参数均一致。

在扫地机器人上设置激光发射组件210和图像获取仪230，并将第一图像获取仪231和第二图像获取仪233设置在激光发射组件210的两侧，在扫地机器人行进过程中，激光发射组件210对目标区域发射激光线，图像获取仪230对目标区域进行实时拍照获取目标区域图像，使得本体100接收目标区域图像后对其进行处理。

扫地机器人内还设有处理器和控制器等，控制器用于控制激光发射组件210发射激光线、控制图像获取仪230对目标区域拍照获取图像、及根据处理器的处理结果控制扫地机器人执行相应动作等。处理器用于处理目标区域图像信息并对计算结果进行判断等，经处理结果输送至控制器使其生成相应指令。

扫地机器人在工作过程中，其工作环境中存在的障碍物，会使得扫地机器人的运行受到阻碍，为此，提出一种扫地机器人测障方法，以使扫地机器人能够获得障碍物的信息参数。信息参数包括障碍物的高度，障碍物距离扫地机器人的距离等。

参阅图3所示，图3提供了一种扫地机器人测障方法的流程图，主要包括以下步骤：

S1、向目标区域发射激光线。

扫地机器人通过本体100上设置的激光发射组件210向目标区域发射激光线。激光线相对于水平面具有设定的发散角，将发散角定义为发射角度θ。激光发射组件210中激光发射器211发出的激光线经过分束器213后投射到目标区域。

由于分束器213具有多个密集分布的孔隙，从激光发射组件210投射到目标区域的激光线为线性散斑点。如图1中的虚线部分，示意性的示出了目标区域内无障碍物时的线性散斑点的分布状态。

S2、同时获取至少两幅含有所述激光线的目标区域图像。

扫地机器人通过本体100上设置的图像获取仪230获取目标区域图像。

图像获取仪230中的第一图像获取仪231和第二图像获取仪233同时采集目标区域图像。目标区域图像包含所有线性散斑点与激光发射器211之间形成的若干条激光线。

S3、基于所述目标区域图像，计算激光线的每个投射点P至所述图像获取仪的直线距离Z。

投射点P也即光发射组件210投射出的线性散斑点，以线性散斑点中的一个点为例说明扫地机器人测障方法。

扫地机器人内设置的处理器接收图像获取仪230采集的目标区域图像，并基于两幅目标区域图像计算投射点P至图像获取仪230之间的直线距离Z。投射点P至图像获取仪230之间的直线距离Z是指：投射点P至第一图像获取仪231的光心与第二图像获取仪233的光心连接线中点之间的距离。

参阅图4所示，图4示出了根据目标区域图像计算激光线的投射点P至图像获取仪230的直线距离Z的方法。图中P点为目标区域中的投射点，p1为投射点P在第一图像获取仪231上的成像点，p2为投射点P在第二图像获取仪233上的成像点。f是焦距，第一图像获取仪231和第二图像获取仪233的焦距相同。OT是第一图像获取仪231的光心，OR是第二图像获取仪233的光心。XT是成像点p1在第一图像获取仪231拍摄的图像上距离该图像左侧边缘的距离，单位为像素；XR是成像点p2在第二图像获取仪233拍摄的图像上距离该图像左侧边缘的距离，单位为像素。

第一图像获取仪231拍摄的图像尺寸及第二图像获取仪233拍摄的图像尺寸相等，均定义为图像宽度S，当第一图像获取仪231与第二图像获取仪233光轴方向平行，则：

x3＝XR-S/2 (1)；

x4＝S/2–XT (2)；

公式(1)与公式(2)相加得：x3+x4＝XR–XT；

x1+x2＝b1；

b-b1＝x3+x4＝XR–XT，可得b1＝b-XR+XT (3)；

根据相似三角形原理：

Z/(Z-f)＝b/b1 (4)；

根据公式(3)及公式(4)得：

Z/(Z-f)＝b/(b-XR+XT) (5)；

将公式(5)整理后得：

Z＝fb/(XR-XT) (6)。

根据公式(6)获得激光线的投射点P至图像获取仪230的直线距离Z。

扫地机器人在行进过程中，根据目标区域是否存在障碍物，激光发射组件210发射出的线性散斑点会投射在不同的位置。例如，当目标区域内没有障碍物时，激光发射组件210实时发射出的线性散斑点会投射在地面；当目标区域内存在障碍物时，激光发射组件210实时发射出的线性散斑点至少部分地投射在障碍物上。上述投射在不同位置的线性散斑点至图像获取仪230的直线距离Z均可通过公式(6)计算得出。

S4、根据所述目标区域图像及直线距离Z计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L。

参阅图5中的(a)所示，图5中的(a)示出了目标区域没有障碍物时，扫地机器人上的激光发射组件210发出的激光线投射在地面上的示意图，激光线的投射点P位于地面上。图5中的(a)中所示的θ为激光线的发射角度，Z₀为目标区域没有障碍物时，激光线上位于地面上的投射点P至图像获取仪230的直线距离，将其定义为长度阈值Z₀。

在扫地机器人运行之前之前，可以根据公式(6)计算获得长度阈值Z₀。

在扫地机器人行进过程中，激光发射组件210持续发射激光线，图像获取仪230实时获取目标区域图像，并将目标区域图像传输至处理器进行处理，实时计算投射点P至图像获取仪230的直线距离Z。

参阅图5中的(b)所示，图5中的(b)示出了目标区域存在障碍物时，扫地机器人上的激光发射组件210发出的激光线投射在障碍物上的示意图，激光线的投射点P位于障碍物上。图5中的(b)中所示的θ为激光线的发射角度，与图5中的(a)所示的发射角度相同。Z为激光线上位于障碍物上的投射点P至图像获取仪230的直线距离。

当处理器根据目标区域图像实时处理获得的直线距离Z小于长度阈值Z₀时，利用三角函数公式计算获得投射点P的竖直高度H及投射点P至机器人的水平距离L，具体如下：

投射点P的竖直高度H为，

H＝(Z₀-Z)*sin(θ) (7)

投射点P至机器人的水平距离L为，

L＝Z*cos(θ) (8)

其中，Z₀为激光线的长度阈值，θ为激光线的发射角度，Z为激光线上位于障碍物上的投射点至图像获取仪230的直线距离。

在所述步骤S4，计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L之前，还包括：比较直线距离Z与激光线的长度阈值Z₀，若直线距离Z小于激光线的长度阈值Z₀，则判断投射点P位于障碍物上；若直线距离Z等于激光线的长度阈值Z₀，则判断投射点P不位于障碍物上。

投射点P位于障碍物上时，基于所述直线距离Z、长度阈值Z₀及激光线的所述发射角度θ，计算所述投射点P的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L。相比于实时计算所有投射点的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L，先判断投射点P是否位于障碍物上，然后再计算位于障碍物上的投射点P的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L，可以减少运算处理过程。

上述扫地机器人测障方法，利用激光发射组件210发射出线性散斑点，第一图像获取仪231和第二图像获取仪233获取目标区域图像，可以在扫地机器人静止或运动状态下通过获取一次目标区域图像，即可获得障碍物的高度及扫地机器人的距离，相比于需要扫地机器人处于运动状态连续获取多张图像，适用性更强且处理效率高。

激光发射组件210发射的若干个线性散斑点，可以获取到每个散斑点到图像获取仪230的直线距离Z’，进而将直线距离Z’与长度阈值Z₀比较，根据比较结果获取障碍物的信息参数。可以有效获取扫地机器人周围的环境信息，以利于扫地机器人正常工作。

一种扫地机器人避障方法，扫地机器人设有上述的激光发射组件210和图像获取仪230，避障方法主要包括以下内容：

S10、在目标区域发射激光线。

激光发射组件210向目标区域发射激光线，激光线相对于水平面具有设定的发散角度θ。通过将分束器213设置在激光发射器211的发光路径上，使得激光线经过分束器213后散射成线性散斑点，并投射到扫地机器人运行的目标区域内，形成投射点。

S20、获取目标区域图像。

利用第一图像获取仪231和第二图像获取仪233获取目标区域图像，目标区域图像包含所有线性散斑点与激光发射器211之间形成的若干条激光线。

S30、基于目标区域图像，计算激光线的投射点P至图像获取仪的直线距离Z。

处理器对获得的目标区域图像进行处理计算，以获得激光线长度值，也即获得投射点距离图像获取仪230的直线距离Z。

S40、基于直线距离Z、激光线的长度阈值Z₀及发射角度θ，计算投射点P的竖直高度H。

激光线的长度阈值Z₀为目标区域没有障碍物时，激光线上位于地面上的投射点至图像获取仪230的直线距离，可以理解的，当投射点位于障碍物时，投射点至图像获取仪230的直线距离Z小于长度阈值Z₀。

处理器调用上述公式(6)计算获得投射点P的竖直高度H，也即障碍物的高度。

S50、根据竖直高度H与预设高度阈值H₀比较，若竖直高度H小于预设高度阈值H₀，则控制器向扫地机器人发出指令，使扫地机器人执行跃障动作；若竖直高度H大于预设高度阈值H₀，则控制器向扫地机器人发出指令使扫地机器人执行绕行动作，以避开障碍物。

扫地机器人会被设置高度阈值H₀，作为是否能跨越障碍物的参考高度值。例如高度阈值H₀为2cm，当竖直高度H高于2cm时，控制器控制扫地机器人执行避障动作；当竖直高度H低于2cm时，控制器控制扫地机器人执行跃障动作继续行驶。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种扫地机器人测障方法，其特征在于，所述扫地机器人设有激光发射组件和图像获取仪，所述激光发射组件包括激光发射器和光束分束器，所述光束分束器位于所述激光发射器的出光端的正前方，包括以下步骤：

在目标区域投射水平激光线；

同时获取至少两幅含有所述激光线的目标区域图像；

基于所述目标区域图像，计算激光线的每个投射点P至所述图像获取仪的直线距离Z；

根据所述目标区域图像及直线距离Z计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L。

2.根据权利要求1所述的机器人测障方法，其特征在于，在计算激光线的位于障碍物上的每个投射点的竖直高度H及距离机器人的水平距离L之前，还包括：

比较所述直线距离Z与激光线的长度阈值Z₀，若所述直线距离Z小于激光线的长度阈值Z₀，则判断投射点P位于障碍物上；若所述直线距离Z等于激光线的长度阈值Z₀，则判断投射点P不位于障碍物上。

3.根据权利要求2所述的机器人测障方法，其特征在于，投射点P位于障碍物上时，基于所述直线距离Z、长度阈值Z₀及激光线的所述发射角度θ，计算所述投射点P的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L。

4.根据权利要求2所述的机器人测障方法，其特征在于，所述长度阈值Z₀为：在目标区域内无障碍物时，测量所述投射点P至所述图像获取仪的垂直距离。

5.根据权利要求1所述的机器人测障方法，其特征在于，计算所述投射点P的竖直高度H及所述投射点P至机器人的水平距离L的步骤包括：

利用以下公式计算获得所述投射点P的竖直高度H：

H＝(Z₀-Z)*sin(θ)；

利用以下公式计算获得所述投射点P至机器人的水平距离L：

L＝Z*cos(θ)；

θ为激光线的发射角度，Z₀为激光线的长度阈值。

6.根据权利要求1所述的机器人测障方法，其特征在于，所述图像获取仪包括第一图像获取仪和第二图像获取仪，所述第一图像获取仪和第二图像获取仪呈轴对称地设置在所述激光发射组件两侧。

7.根据权利要求1所述的机器人测障方法，其特征在于，所述激光线为线性散斑点。

8.一种扫地机器人，其特征在于，所述扫地机器人包括：

本体；

激光发射组件，位于所述本体上，包括激光发射器和分束器，所述分束器位于所述激光发射器的光出射端的正前方；

两个图像获取仪器，位于所述激光发射组件两侧，用于获取目标区域图像。

9.根据权利要求8所述的扫地机器人，其特征在于，所述激光发射组件位于所述本体正前端。

10.根据权利要求8所述的扫地机器人，其特征在于，两个所述图像获取仪器关于所述激光发射组件呈轴对称设置。

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