本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機器人自動掃描控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前的掃地機器人自動路徑規(guī)劃主要有兩種方法，隨機式全區(qū)域覆蓋和規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋。隨機式全區(qū)域覆蓋指掃地機器人通過碰撞時按固定規(guī)則轉(zhuǎn)向進(jìn)行路徑遍歷。規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋是通過定位技術(shù)對清潔路線進(jìn)行規(guī)劃。目前的技術(shù)存在的主要問題是，掃地時對房間的規(guī)劃不夠智能，機器人對自身位置判定不準(zhǔn)確，對房間的邊界判斷不準(zhǔn)確。隨機式全區(qū)域覆蓋會出現(xiàn)清掃路線較多重復(fù)，且部分區(qū)域一直無法清掃的情況。規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋基于無重復(fù)路徑規(guī)劃方法，在部分形況下會導(dǎo)致算法失效，且目前機器人對自身的定位系統(tǒng)并不完善，對自己的確切位置無法準(zhǔn)確判斷，導(dǎo)致掃地機無法全區(qū)域覆蓋，從而順利完成掃地工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動判定房屋形狀、自動遍歷清掃且自動記錄行走區(qū)域的機器人自動掃描控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種機器人自動掃描控制系統(tǒng)，適用于機器人，所述控制系統(tǒng)包括傳感器、第一處理器、記憶存儲器、第二處理器和控制器，所述第一處理器連接所述傳感器，所述記憶存儲器分別連接所述第一處理器、所述第二處理器和所述控制器，所述控制器連接所述傳感器和所述第二處理器；

所述傳感器用于感知機器人的當(dāng)前位置信息及與所述當(dāng)前位置信息相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前障礙信息；

所述第一處理器用于根據(jù)所述當(dāng)前障礙信息在所述當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽或非邊界標(biāo)簽；

所述記憶存儲器用于根據(jù)處理后的所述當(dāng)前位置信息，生成房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、已掃描位置和未掃描位置；

所述第二處理器用于判斷所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界是否完整，并在所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)所述未掃描位置，得到掃描路徑；

所述控制器用于根據(jù)判斷結(jié)果、所述掃描路徑、所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所述機器人當(dāng)前位置，控制所述機器人進(jìn)行運動，并實時記錄所述機器人的運動路徑。

本發(fā)明的有益效果是：通過該機器人自動掃描控制系統(tǒng)，可以自動判定房屋形狀，自動遍歷清掃，并自動記錄行走區(qū)域，能夠在清掃時全面覆蓋整個房屋，順利完成清掃工作。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述傳感器、所述第一處理器、所述第二處理器、所述記憶存儲器以及所述控制器均為神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述神經(jīng)元包括：由權(quán)值作為特征的突觸、加法器、用于實現(xiàn)各模塊功能的計算器和能自動更新的存儲器，所述突觸的權(quán)值可以隨不同環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：神經(jīng)元主要通過激活函數(shù)實現(xiàn)各個功能，同時存儲器隨激活函數(shù)的運算發(fā)生改變，通過將激活函數(shù)的輸出值進(jìn)行排序再輸入到下一層神經(jīng)元中，可以判定神經(jīng)元內(nèi)部存儲值的大小，加法器用于求取將輸入神經(jīng)元的各輸入值與對應(yīng)權(quán)值積的總和。

進(jìn)一步，所述突觸包括用于控制所述神經(jīng)元的計算器利用激活函數(shù)進(jìn)行運算的控制突觸，所述控制突觸的權(quán)值用于表示所述神經(jīng)元的激活閥值。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：假設(shè)控制突觸可取值0或1，控制突觸的權(quán)值大于所有的輸入值與對應(yīng)權(quán)值的積，所述控制突觸的權(quán)值用于表示所述神經(jīng)元的激活閥值，當(dāng)控制突觸為0時，無論是否存在輸入，計算器均不進(jìn)行運算，當(dāng)控制突觸為1時，神經(jīng)元激活，計算器可以進(jìn)行運算。

進(jìn)一步，所述傳感器包括：用于感知碰撞的碰撞傳感器、用于感知方向的陀螺儀和用于感知速度和位移的位移傳感器。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：碰撞傳感器用于感知機器人在行走過程中發(fā)生的碰撞，陀螺儀用于感知機器人的行走方向，位移傳感器用于感知機器人行走的速度和位移大小，從而計算機器人的當(dāng)前位置信息和當(dāng)前障礙信息。

進(jìn)一步，第一處理器根據(jù)所述當(dāng)前障礙信息判斷所述機器人當(dāng)前位置是否為邊界位置，若是，則在所述當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽，否則，在所述當(dāng)前位置信息中添加非邊界標(biāo)簽。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：根據(jù)當(dāng)前障礙信息判斷當(dāng)前位置是否為邊界位置，如果為邊界位置，則給當(dāng)前位置信息添加邊界標(biāo)簽，如果不為邊界位置，則給當(dāng)前位置信息添加非邊界標(biāo)簽。

進(jìn)一步，所述控制器用于：

當(dāng)所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界不完整時，根據(jù)所述當(dāng)前位置信息和所述當(dāng)前障礙信息以及所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到所述機器人周圍的邊界位置，控制所述機器人沿所述機器人周圍的邊界位置運動并實時記錄所述機器人的運動路徑；或者，

當(dāng)所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)所述掃描路徑得到所述機器人的下一步行走方式，控制所述機器人根據(jù)所述下一步行走方式進(jìn)行運動并實時記錄所述機器人的運動路徑。

進(jìn)一步，所述掃描路徑包括下一步行走方向和下一步需到達(dá)位置。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：判斷神經(jīng)模塊給運動控制神經(jīng)模塊提供一個目標(biāo)位置和方向，而具體的下一步位置則由運動控制神經(jīng)模塊根據(jù)感知神經(jīng)模塊感知的當(dāng)前位置信息和障礙信息進(jìn)行確定。

進(jìn)一步，所述控制器通過步進(jìn)電機實時記錄所述機器人的運動路徑。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的，從而實時記錄所述機器人的運動路徑。

一種機器人自動掃描控制方法，適用于機器人，所述控制方法包括：

步驟1：感知機器人的當(dāng)前位置信息及與所述當(dāng)前位置信息相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前障礙信息；

步驟2：根據(jù)所述當(dāng)前障礙信息在所述當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽或非邊界標(biāo)簽；

步驟3：根據(jù)處理后的所述當(dāng)前位置信息，生成房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、已掃描位置和未掃描位置；

步驟4：判斷所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界是否完整，并在所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)所述未掃描位置，得到所述掃描路徑；

步驟5：根據(jù)判斷結(jié)果、所述掃描路徑、所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所述機器人當(dāng)前位置，控制所述機器人進(jìn)行運動，并實時記錄所述機器人的運動路徑。

進(jìn)一步，所述步驟2包括：

根據(jù)所述當(dāng)前障礙信息判斷所述機器人當(dāng)前位置是否為邊界位置，若是，則在所述當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽，否則，在所述當(dāng)前位置信息中添加非邊界標(biāo)簽。

進(jìn)一步，所述步驟5包括：

當(dāng)所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界不完整時，根據(jù)所述當(dāng)前位置信息和所述當(dāng)前障礙信息以及所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到所述機器人周圍的邊界位置，控制所述機器人沿所述機器人周圍的邊界位置運動并實時記錄所述機器人的運動路徑；或者，

當(dāng)所述房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)所述掃描路徑得到所述機器人的下一步行走方式，控制所述機器人根據(jù)所述下一步行走方式進(jìn)行運動并實時記錄所述機器人的運動路徑。

進(jìn)一步，所述掃描路徑包括下一步行走方向和下一步需到達(dá)位置。

進(jìn)一步，所述步驟5中通過步進(jìn)電機實時記錄所述機器人的運動路徑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種機器人自動掃描控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種機器人自動掃描控制方法的流程示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種機器人自動掃描控制系統(tǒng)，適用于機器人，控制系統(tǒng)包括傳感器1、第一處理器2、記憶存儲器3、第二處理器4和控制器5，第一處理器2連接傳感器1，記憶存儲器3分別連接第一處理器2、第二處理器4和控制器5，控制器5連接傳感器1和第二處理器4；

傳感器1用于感知機器人的當(dāng)前位置信息及與當(dāng)前位置信息相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前障礙信息；

第一處理器2用于根據(jù)當(dāng)前障礙信息在當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽或非邊界標(biāo)簽；

記憶存儲器3用于根據(jù)處理后的當(dāng)前位置信息，生成房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、已掃描位置和未掃描位置；

第二處理器4用于判斷房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界是否完整，并在房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)未掃描位置，得到掃描路徑；

控制器5用于根據(jù)判斷結(jié)果、掃描路徑、房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機器人當(dāng)前位置，控制機器人進(jìn)行運動，并實時記錄機器人的運動路徑。

傳感器1、第一處理器2、第二處理器4、記憶存儲器3以及控制器5均為神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。

神經(jīng)元包括：由權(quán)值作為特征的突觸、加法器、用于實現(xiàn)各模塊功能的計算器和能自動更新的存儲器，突觸的權(quán)值可以隨不同環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

各個模塊由實現(xiàn)不同功能的若干神經(jīng)元構(gòu)成，神經(jīng)元主要通過激活函數(shù)實現(xiàn)各個功能，同時存儲器的存儲大小隨激活函數(shù)的運算發(fā)生改變，通過將激活函數(shù)的輸出值進(jìn)行排序再輸入到下一層神經(jīng)元中，有序的輸出可以判定神經(jīng)元內(nèi)部存儲大小，加法器用于求取將輸入神經(jīng)元的各輸入值與對應(yīng)權(quán)值積的總和。突觸的權(quán)值可以隨不同環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。一個神經(jīng)元包括若干突觸，突觸的權(quán)值的初始值是通過最初隨機值進(jìn)行試驗調(diào)整得到的優(yōu)化值，為了更好適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境，可以調(diào)整突觸的權(quán)值。

突觸包括用于控制神經(jīng)元的計算器利用激活函數(shù)進(jìn)行運算的控制突觸，控制突觸的權(quán)值用于表示神經(jīng)元的激活閥值。

假設(shè)一激活函數(shù)為：

其中，f(x)為神經(jīng)元輸出，x_i為第i個輸入值，w_i為第i個突觸的權(quán)值，B為偏置，通過調(diào)整偏置為正或為負(fù)，加強或降低激活函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)輸入；

控制突觸x₀的權(quán)值A(chǔ)為神經(jīng)元的激活閥值，其中，A＞max{x₁w₁,x_iw_i,...,x_mw_m}，假設(shè)x₀可取值0或1：

當(dāng)x₀為1時，神經(jīng)元激活，如果x_i不全部為零，則根據(jù)以下公式更新偏置B的值：

當(dāng)x₀為0時，無論是否有輸入，神經(jīng)元均不進(jìn)行任何運算。

不同神經(jīng)元具有不同的激活函數(shù)，相同的輸入值經(jīng)過不同神經(jīng)元的運算后得到不同的輸出，然后將這些輸出進(jìn)行排序，再輸入到下一層神經(jīng)元中，從而判定神經(jīng)元內(nèi)部存儲值的大小，通過以下公式表達(dá)不同的激活函數(shù)：

其中，j為大于或等于1的整數(shù)，y_j為第j個激活函數(shù)。

傳感器1包括：用于感知碰撞的碰撞傳感器、用于感知方向的陀螺儀和用于感知速度和位移的位移傳感器。

碰撞傳感器用于感知機器人在行走過程中發(fā)生的碰撞，陀螺儀用于感知機器人的行走方向，位移傳感器用于感知機器人行走的速度和位移大小，從而計算機器人的當(dāng)前位置信息和當(dāng)前障礙信息。

碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)中的控制信號輸入裝置。其作用是在汽車發(fā)生碰撞時，由碰撞傳感器檢測汽車碰撞的強度信號，并將信號輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號來判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。碰撞傳感器多數(shù)采用慣性式機械開關(guān)結(jié)構(gòu)，其工作狀態(tài)取決于汽車碰撞時加速度的大小。碰撞傳感器按結(jié)構(gòu)可分為機械式和電子式兩種。機械式碰撞傳感器分為滾球式碰撞傳感器、滾軸式碰撞傳感器、偏心球式碰撞傳感器。

陀螺儀包括壓電陀螺儀，微機械陀螺儀，光纖陀螺儀和激光陀螺儀，它們都是電子式的，并且它們可以和加速度計，磁阻芯片，GPS，做成慣性導(dǎo)航控制系統(tǒng)。

位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式位移傳感器又可分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩種。常用位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。

第一處理器2根據(jù)當(dāng)前障礙信息判斷機器人當(dāng)前位置是否為邊界位置，若是，則在當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽，否則，在當(dāng)前位置信息中添加非邊界標(biāo)簽。

控制器5用于：

當(dāng)房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界不完整時，根據(jù)當(dāng)前位置信息和當(dāng)前障礙信息以及房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到機器人周圍的邊界位置，控制機器人沿機器人周圍的邊界位置運動并實時記錄機器人的運動路徑；或者，

當(dāng)房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)掃描路徑得到機器人的下一步行走方式，控制機器人根據(jù)下一步行走方式進(jìn)行運動并實時記錄機器人的運動路徑。

掃描路徑包括下一步行走方向和下一步需到達(dá)位置。

控制器5通過步進(jìn)電機實時記錄機器人的運動路徑。

步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的，從而實時記錄機器人的運動路徑。

如圖2所示，一種機器人自動掃描控制方法，適用于機器人，控制方法包括：

步驟1：感知機器人的當(dāng)前位置信息及與當(dāng)前位置信息相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前障礙信息；

步驟2：根據(jù)當(dāng)前障礙信息在當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽或非邊界標(biāo)簽；

步驟3：根據(jù)處理后的當(dāng)前位置信息，生成房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、已掃描位置和未掃描位置；

步驟4：判斷房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界是否完整，并在房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)未掃描位置，得到掃描路徑；

步驟5：根據(jù)判斷結(jié)果、掃描路徑、房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機器人當(dāng)前位置，控制機器人進(jìn)行運動，并實時記錄機器人的運動路徑。

步驟2包括：

根據(jù)當(dāng)前障礙信息判斷機器人當(dāng)前位置是否為邊界位置，若是，則在當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽，否則，在當(dāng)前位置信息中添加非邊界標(biāo)簽。

步驟5包括：

當(dāng)房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界不完整時，根據(jù)當(dāng)前位置信息和當(dāng)前障礙信息以及房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到機器人周圍的邊界位置，控制機器人沿機器人周圍的邊界位置運動并實時記錄機器人的運動路徑；或者，

當(dāng)房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)掃描路徑得到機器人的下一步行走方式，控制機器人根據(jù)下一步行走方式進(jìn)行運動并實時記錄機器人的運動路徑。

掃描路徑包括下一步行走方向和下一步需到達(dá)位置。

步驟5中通過步進(jìn)電機實時記錄機器人的運動路徑。

本發(fā)明的一個實施例，如圖2所示，首先，通過傳感器1感知機器人的當(dāng)前位置信息及與當(dāng)前位置信息相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前障礙信息；然后，第一處理器2根據(jù)當(dāng)前障礙信息在當(dāng)前位置信息中添加邊界標(biāo)簽或非邊界標(biāo)簽；然后，根據(jù)處理后的當(dāng)前位置信息，生成房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)、已掃描位置和未掃描位置并存入記憶存儲器3；然后，第二處理器4判斷房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界是否完整，并在房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邊界完整時，根據(jù)未掃描位置，得到掃描路徑；最后，控制器5根據(jù)判斷結(jié)果、掃描路徑、房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機器人當(dāng)前位置，控制機器人進(jìn)行運動，并實時記錄機器人的運動路徑。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。