机器人识别地毯的方法、识别装置和机器人与流程

1.本发明涉及信息传输技术领域，具体涉及一种机器人识别地毯的方法、识别装置和机器人。


背景技术：

2.扫地机获得了广泛的应用，扫地机本质上是通过各种不同的传感器来解决感知外部世界，通过传感器反馈来控制机器的行为。要么受限于内置的传感器及处理算法，无法检测房间里 的地毯等特殊物品，对于地毯也像常规地面一样进行清扫，无法有效地清除地毯上的垃圾和杂物；要么采用单一传感器的简单判定方式。采用单一的光接近式进行材质识别，是利用硬质地面和地毯光反射率不同进行识别，但是具有一些黑灰粗糙硬质地面和白色等短毛地毯无法分辨的问题。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明公开一种机器人识别地毯的方法、识别装置和机器人，本技术采用摄像头和补光灯共同工作，来通过检测当前行走面的平滑度和检测高度来进行地毯识别，提高检测结果的准确度，使机器人更好的进行清扫规划。具体技术方案如下：一种机器人识别地毯的方法，该方法包括以下步骤：s1：机器人控制补光灯工作，使补光灯在行走面的检测区域投射出光投影，然后通过摄像头获取检测区域中具有光投影的图像；s2：机器人通过平滑度评价函数从具有光投影的图像中获取图像中光投影的边缘的平滑度；s3：机器人根据具有光投影的图像中光投影的位置、补光灯的位置和补光灯的发射角度来获取检测面到补光灯之间的高度；s4：机器人通过将光投影的边缘的平滑度和检测面与补光灯之间的高度，分别与相应的设定值进行比较来判断行走面是否为地毯。与现有的技术相比，本技术通过摄像头获取具有补光灯投影的图像，然后根据图像中的光投影的像素、位置和补光灯的设置角度来获取当前检测面的平滑度和当检测面与补光灯之间的检测高度，通过摄像头和补光灯相互配合来进行地毯识别，检测数据更加准确，检测结果更加可靠。
4.进一步地，步骤s1中，补光灯在检测区域上投射出设定图形的光投影图案，所述设定图形的光投影图案的侧面设置有计算标识。通过设置计算标识来使机器人计算更加方便。
5.进一步地，步骤s2中，机器人通过平滑度评价函数从具有光投影的图像中获取图像中光投影的边缘的平滑度包括以下步骤：s21：机器人识别具有光投影的图像中光投影的边缘，获取边缘直线；s22：获取边缘直线上的像素的数量，然后获取边缘直线上每个像素的垂直位置值；s23：将边缘直线上的相邻像素的垂直位置值做差值，然后获取差值的绝对值的平均值，该平均值为具有光投影的图像中光投影的边缘的平滑度。
6.进一步地，步骤s21中，机器人通过具有光投影的图像中光投影的亮度阈值来将光投影的边缘识别为边缘直线。
7.进一步地，步骤s3中，机器人获取检测面到补光灯之间的高度包括以下步骤：s31：机器人预先获取补光灯的中心线与摄像头的中心线之间的预设角度；s32：机器人通过补光灯投射设定图形的光投影在行走面的检测区域，设定图案的光投影的侧面设有计算标识，通过摄像头获取设定图形的光投影的图像；s33：获取图像中设定图形的光投影的计算标识所在的且与补光灯发射方向垂直的垂直直线，然后获取垂直直线与补光灯在图像上的垂直投影点之间的垂直距离；s34：机器人通过预设角度和垂直距离采用反正切函数来得到检测面到补光灯之间的高度。
8.进一步地，所述设定图形的光投影为旋转90度后的凸字形，所述计算标识为旋转90度后的凸字形的矩形凸起，所述垂直距离为旋转90度后的凸字形的矩形凸起的底部或顶部的直线与补光灯在图像上的垂直投影点之间的垂直距离。
9.进一步地，步骤s4中，若光投影的边缘的平滑度小于平滑度设定值，且检测面与补光灯之间的高度小于高度设定值，则机器人判断行走面为地毯。
10.进一步地，所述高度设定值为正常地面与补光灯之间的高度。
11.一种地毯识别装置，所述地毯识别装置包括摄像头和补光灯，所述摄像头垂直地面且朝下设置，所述补光灯的中心线与摄像头的中心线之间呈预设角度。该地毯识别装置，结构简单，识别准确度高，降低机器人的生产成本。
12.进一步地，所述预设角度为20度至70度之间的任一角度。
13.进一步地，所述摄像头的前端设有投影片，所述投影片上设有设定图形的通孔。
14.一种机器人，所述机器人中设有上述的地毯识别装置。
附图说明
15.图1为本发明一种实施例中所述的机器人识别地毯的方法的流程示意图；图2为本发明一种实施例中所述的补光灯的光投影的投影图案；图3为本发明一种实施例中所述的地毯识别装置的结构示意图；图4为本发明一种实施例中所述的具有光投影的部分图像。
具体实施方式
16.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
17.如图1所示，一种机器人识别地毯的方法，该方法包括以下步骤：s1：机器人控制补光灯工作，使补光灯在行走面的检测区域投射出光投影，然后通过摄像头获取检测区域中具有光投影的图像；s2：机器人通过平滑度评价函数从具有光投影的图像中获取图像中光投影的边缘的平滑度；s3：机器人根据具有光投影的图像中光投影的位置、补光灯的位置和补光灯的发射角度来获取检测面到补光灯之间的高度；s4：机器人通过将光投影的边缘的平滑度和检测面与补光灯之间的高度，分别与相应的设定值进行比较来判断行走面是否为地毯。与现有的技术相比，本技术通过摄像头获取具有补光灯投影的图像，然后根据图像中的光投影的像素、位置和补光灯的设置角度来获取当前检测面的平滑度和当检测面与补光
灯之间的检测高度，通过摄像头和补光灯相互配合来进行地毯识别，检测数据更加准确，检测结果更加可靠。
18.作为其中一种实施例，步骤s1中，补光灯在检测区域上投射出设定图形的光投影图案，所述设定图形的光投影图案的侧面设置有计算标识。通过设置计算标识来使机器人计算更加方便。步骤s2中，机器人通过平滑度评价函数从具有光投影的图像中获取图像中光投影的边缘的平滑度包括以下步骤：s21：机器人识别具有光投影的图像中光投影的边缘，将光投影的边缘识别为直线来得到边缘直线；s22：获取边缘直线上的像素的数量，然后获取边缘直线上每个像素的垂直位置值；s23：将边缘直线上的相邻像素的垂直位置值做差值，然后获取差值的绝对值的平均值，该平均值为具有光投影的图像中光投影的边缘的平滑度；步骤s21中，机器人通过具有光投影的图像中光投影的亮度阈值来将光投影的边缘识别为边缘直线，通过摄像头获取的图像中，计算图像对应的像素来获取边缘直线上的像素的数量。求和函数为：；其中，a为光投影的边缘的平滑度，n为边缘直线上的像素的数量，
ⅹ
为像素的垂直位置值。
19.如图4所示，其中垂直位置值为图像在垂直方向上的像素所在的位置数值，由机器人直线识别，即图中右侧的数据，图中的边缘直线的垂直位置值为7、6、5、6、6，图中的边缘直线的平滑度为：a=（|0-7| |7-6| |6-5| |5-6| |6-6|）/5。
20.作为其中一种实施例，步骤s3中，机器人获取检测面到补光灯之间的高度包括以下步骤：s31：机器人预先获取补光灯的中心线与摄像头的中心线之间的预设角度；s32：机器人通过补光灯投射设定图形的光投影在行走面的检测区域，设定图案的光投影的侧面设有计算标识，通过摄像头获取设定图形的光投影的图像；s33：获取图像中设定图形的光投影的计算标识所在的且与补光灯发射方向垂直的垂直直线，然后获取垂直直线与补光灯在图像上的垂直投影点之间的垂直距离；s34：机器人通过预设角度和垂直距离采用反正切函数来得到检测面到补光灯之间的高度，即h=w*atan（θ）,其中，h为检测面到补光灯之间的高度，w为垂直距离，θ为预设角度。
21.如图2所示，所述设定图形的光投影为旋转90度后的凸字形，所述计算标识为旋转90度后的凸字形的矩形凸起，所述垂直距离为旋转90度后的凸字形的矩形凸起103（即计算标识）的底部或顶部的直线与补光灯在图像上的垂直投影点之间的垂直距离。设定图形的光投影的形状可以为圆形、椭圆、三角形等等图形，然后在这些图形的基础上增加计算标识。高度的判断，也可以用其中一条边的距离来判断，不增加侧面的凸点（即计算标识），增加侧面的凸点，主要是避免高度变化时，光照的范围不够。
22.作为其中一种实施例，步骤s4中，若光投影的边缘的平滑度小于平滑度设定值，且检测面与补光灯之间的高度小于高度设定值，则机器人判断行走面为地毯。所述高度设定值为正常地面与补光灯之间的高度。投影到地面的光边缘非常的直的，当遇到光亮的平面时，这个边缘可以保持直线，平滑度比较高；当投影到地毯时，由于地毯毛的影响，光的边缘
不平缓，平滑度也相对交底。当机器人在地毯上时，由于轮子会陷入到地毯，因此，检测面与补光灯之间的高度会小于正常地面（硬质地面）与补光灯之间的高度，正常地面（硬质地面）与补光灯之间的高度可以在机器人工作时进行检测，也可以在安装补光灯后通过其它工具检测出来的安装高度，通过判断直线平滑度和高度h，就可以判断地面材质是否是地毯。
23.如图3所示，一种地毯识别装置，该地毯识别装置执行上述的机器人识别地毯的方法，所述地毯识别装置包括摄像头101和补光灯102，所述摄像头101垂直地面且朝下设置，所述补光灯102的中心线与摄像头101的中心线之间呈预设角度106。该地毯识别装置，结构简单，识别准确度高，降低机器人的生产成本。所述预设角度106为20度至70度之间的任一角度，如果摄像头101和补光灯102设置在机器人的底部，则可以从30度、45或60度三个数值之间选取。预设角度106的取值也可以不在20度至70度之间进行取值，超出这个取值范围有可能会使摄像头101获取不到有效数据，如果摄像头101可以获取到有效数据，预设角度的取值范围可以超出20度至70度之间。摄像头101与补光灯102之间的距离有实际情况进行设置，摄像头101与补光灯102相互靠近设置时，摄像头101不阻挡补光灯102的光投影即可；摄像头101与补光灯102远离设置时，补光灯102在地面上的垂直投影点不超出摄像头101的图像获取范围即可。摄像头101与补光灯102之间的距离的设置影响预设角度106的选取，摄像头101与补光灯102相互靠近设置时，从106从20度到45度之间选取预设角度106；摄像头101与补光灯102远离设置时，从45度到70度之间选取预设角度106，即补光灯102与摄像头101越靠近，预设角度106越小，补光灯102与摄像头101越远，预设角度106越大。所述摄像头101的前端设有投影片，所述投影片上设有设定图形的通孔，通孔的形状根据需要的投影图形来进行设置，不进行限定，一般是采用便于计算的矩形，防止高度变化时，光照的范围不够，可以在矩形通孔的侧面设置矩形小凸起。
24.一种机器人，所述机器人中设有上述的地毯识别装置，地毯识别装置可以设置在机器人的底部，也可以设置在机器人的前端、后端或侧面，只要使地毯识别装置的摄像头垂直地面朝下即可。机器人可以通过角点的匹配对准，来计算图像的位移dx,dy，实际机器的位移x,y，是在图像位移dx、dy的基础上乘以一个系数，这个系数跟高度有关。通过针孔模型来换算出实际机器人位移x，y：dx=f*x/h，dy=f*y/h；换算得到，x=dx*h/f，y=dy*h/f，其中，f为摄像头的焦距，h为机器人检测到的高度。
25.以上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。
26.以上各实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为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，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。