自动清洁设备的制造方法
【专利摘要】本公开是关于一种自动清洁设备，包括：采集单元，用于采集所述自动清洁设备周围的预设环境参数；应用处理器AP，所述AP中包含的中央处理器CPU电连接至所述采集单元，以获取所述采集模块采集到的所述预设环境参数；所述AP中还包括图形处理器GPU，所述GPU电连接至所述CPU，且所述GPU从所述CPU处获得所述预设环境参数，并据此生成所述自动清洁设备周围的地图。通过本公开的技术方案，可以增加自动清洁设备的处理能力和反应速度，以提升自动清洁设备的工作效率。
【专利说明】
自动清洁设备
技术领域
[0001 ]本公开涉及自动清洁技术领域，尤其涉及一种自动清洁设备。
【背景技术】
[0002]在相关技术中，通过智能扫地机器人、智能拖地机器人等各种自动清洁设备，可以实现各种类型的自动清洁操作，给用户带来便捷的使用体验。其中，自动清洁设备需要实时生成周围区域的地图信息，以实现自动清洁操作。
[0003]然而，由于自动清洁设备的处理能力有限，往往会由于地图生成速度较慢而导致工作效率的降低。
【实用新型内容】
[0004]本公开提供一种自动清洁设备，以解决相关技术中的不足。
[0005]根据本公开实施例的第一方面，提供一种自动清洁设备，包括:
[0006]采集单元，用于采集所述自动清洁设备周围的预设环境参数；
[0007]应用处理器AP，所述AP中包含的中央处理器CPU电连接至所述采集单元，以获取所述采集模块采集到的所述预设环境参数;所述AP中还包括图形处理器GPU，所述GPU电连接至所述CPU，且所述GPU从所述CPU处获得所述预设环境参数，并据此生成所述自动清洁设备周围的地图。
[0008]可选的，所述采集单元包括:激光测距装置LDS;其中，所述LDS采集到的与周围物体之间的距离数据被作为所述预设环境参数。
[0009]可选的，所述LDS中包括:点激光发射器，所述点激光发射器通过生成点激光来获得与周围物体之间的距离数据。
[0010]可选的，所述LDS中包括:线激光发射器，所述线激光发射器通过生成线激光来获得与周围物体之间的距离数据。
[0011]可选的，所述采集单元包括:图像采集装置;其中，所述图像采集装置采集到的周围物体图像数据被作为所述预设环境参数。
[0012]可选的，所述GPU包括:
[0013]存储组件，所述存储组件中存放有基于粒子滤波的定位算法；
[0014]计算组件，连接至所述存储组件，用于调取所述定位算法并对所述预设环境参数进行计算处理，以得到所述自动清洁设备周围的地图。
[0015]可选的，还包括:
[0016]预处理单元，分别连接至所述采集单元和所述CPU，用于对所述预设环境参数进行预处理，以供所述CPU获得预处理后的所述预设环境参数。
[0017]可选的，所述预处理单元包括:数字信号处理器DSP。
[0018]可选的，所述自动清洁设备为扫地机器人或拖地机器人。
[0019]本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
[0020]由上述实施例可知，本公开通过在自动清洁设备的AP中采用CPU与GPU相配合的结构，使得GHJ可以专用于生成自动清洁设备周围的地图，而CPU也可以用于其他方面的数据处理与过程控制，从而通过GPU对地图生成过程的分担，可以降低对CPU的数据处理需求，有助于增加自动清洁设备的处理能力和反应速度，以提升自动清洁设备的工作效率。
[0021]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
【附图说明】
[0022]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0023]图1是根据一示例性实施例示出的一种自动清洁设备的结构示意图。
[0024]图2是根据一示例性实施例示出的另一种自动清洁设备的结构示意图。
[0025]图3是根据一示例性实施例示出的一种GPU的结构示意图。
[0026]图4-7是根据一示例性实施例示出的一种扫地机器人的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0028]图1是根据一示例性实施例示出的一种自动清洁设备的结构示意图，如图1所示，该自动清洁设备可以包括:采集单元10和应用处理器AP(Applicat1n Processor)20 ;其中，采集单元10用于采集该自动清洁设备周围的预设环境参数，而AP20可以通过对该预设环境参数的分析和处理，生成该自动清洁设备周围的地图，以供该自动清洁设备行走并执行自动清洁等操作。
[0029]在本公开的自动清洁设备中，AP20中进一步包含中央处理器CPU201和图形处理器GPU202。其中，CPU201电连接至该采集单元10并获得其采集到的上述预设环境参数；以及，GPU202电连接至CPU201，并获得CPU201从采集单元10处获取的上述预设环境参数，从而根据该预设环境参数来生成该自动清洁设备周围的地图。
[0030]在本实施例中，由于GPU202自身的结构特性，使得其相比于CPU201更加适合于执行大量数据的相同计算，而采集单元10采集到的预设环境参数正是大数据量的同类型数据。所以，本公开通过在AP20中同时配置CPU201和GPU202，使得一方面GPU202能够分担CPU201的处理压力，另一方面能够充分发挥出GPU202自身的结构特性和数据处理性能，从而能够加快地图的实时生成、提升自动清洁设备的工作效率。
[0031]1、数据预处理
[0032 ]如图2所示，自动清洁设备中还可以包括:预处理单元30。其中，预处理单元30分别连接至采集单元10和CPU201，用于对该预设环境参数进行预处理，以供该CPU获得预处理后的该预设环境参数。举例而言，预处理单元30可以为数字信号处理器DSP，该DSP通过譬如对数据的格式变换、集成、清洗等，执行对采集单元10所得到的预设环境参数的预处理，以便于GPU202对该预设环境参数的最终处理。
[0033]2、数据处理
[0034]GPU202根据预设环境参数生成地图时，可以通过多种方式进行计算和处理。举例而言，GPU202可以通过基于粒子滤波的定位算法，在工作区域内对自动清洁设备进行定位，并得到相应的地图；相应地，如图3所示，GPU202可以包括:存储组件202A，该存储组件202A中存放有基于粒子滤波的定位算法;计算组件202B，连接至存储组件202A，用于调取存储组件202A中的定位算法，并根据该定位算法对该预设环境参数进行计算处理，以得到该自动清洁设备周围的地图。
[0035]3、采集单元10和预设环境参数
[0036]自动清洁设备可以采用多种不同类型的采集单元10，则相应采集到的预设环境参数以及GPU202采用的数据处理方式均可能存在相应差异。为了便于理解，下面结合图4-7所示的扫地机器人的结构示意图，对本公开的技术方案进行详细说明。
[0037]如图4-7所示，扫地机器人100(当然，也可以为诸如拖地机器人等其他类型的自动清洁设备，本公开并不对此进行限制)包含机器主体110、感知系统120、控制系统130、驱动系统140、清洁系统150、能源系统160和人机交互系统170。其中:
[0038]机器主体110包括前向部分111和后向部分112，具有近似圆形形状(前后都为圆形)，也可具有其他形状，包括但不限于前方后圆的近似D形形状。
[0039]感知系统120包括位于机器主体110上方的位置确定装置121、位于机器主体110的前向部分111的缓冲器122、悬崖传感器123和超声传感器(图中未示出)、红外传感器(图中未示出)、磁力计(图中未示出)、加速度计(图中未示出)、陀螺仪(图中未示出)、里程计(图中未示出)等传感装置，向控制系统130提供机器的各种位置信息和运动状态信息。位置确定装置121中包括图1或图2所示实施例中的采集单元10，比如该采集单元10可以为图像采集装置、激光测距装置(LDS)等。
[0040]I)在一种情况下，当采集单元10为图像采集装置(如摄像头)时，该图像采集装置采集到的预设环境参数为扫地机器人的周围物体图像数据，则GHJ202通过对该周围物体图像数据的分析处理，即可生成相应的地图。
[0041 ] 2)在另一种情况下，当采集单元10为激光测距装置时，下面以三角测距法的激光测距装置为例说明如何进行位置确定。三角测距法的基本原理基于相似三角形的等比关系，在此不做赘述。
[0042]激光测距装置包括发光单元和受光单元。发光单元可以包括发射光的光源，光源可以包括发光元件，例如发射红外光线或可见光线的红外或可见光线发光二极管(LED)。优选地，光源可以是发射激光束的发光元件。在本实施例中，将激光二极管(LD)作为光源的例子。具体地，由于激光束的单色、定向和准直特性，使用激光束的光源可以使得测量相比于其它光更为准确。例如，相比于激光束，发光二极管(LED)发射的红外光线或可见光线受周围环境因素影响(例如对象的颜色或纹理)，而在测量准确性上可能有所降低。激光二极管(LD)可以是点激光，测量出障碍物的二维位置信息，也可以是线激光，测量出障碍物一定范围内的三维位置信息。
[0043]受光单元可以包括图像传感器，在该图像传感器上形成由障碍物反射或散射的光点。图像传感器可以是单排或者多排的多个单位像素的集合。这些受光元件可以将光信号转换为电信号。图像传感器可以为互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或者电荷耦合元件(CCD)传感器，由于成本上的优势优选是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。而且，受光单元可以包括受光透镜组件。由障碍物反射或散射的光可以经由受光透镜组件行进以在图像传感器上形成图像。受光透镜组件可以包括单个或者多个透镜。
[0044]基部可以支撑发光单元和受光单元，发光单元和受光单元布置在基部上且彼此间隔一特定距离。为了测量机器人周围360°方向上的障碍物情况，可以使基部可旋转地布置在主体110上，也可以基部本身不旋转而通过设置旋转元件而使发射光、接收光发生旋转。旋转元件的旋转角速度可以通过设置光耦元件和码盘获得，光耦元件感应码盘上的齿缺，通过齿缺间距的滑过时间和齿缺间距离值相除可得到瞬时角速度。码盘上齿缺的密度越大，测量的准确率和精度也就相应越高，但在结构上就更加精密，计算量也越高;反之，齿缺的密度越小，测量的准确率和精度相应也就越低，但在结构上可以相对简单，计算量也越小，可以降低一些成本。
[0045]与受光单元连接的数据处理装置，如DSP，将相对于机器人0°角方向上的所有角度处的障碍物距离值记录并传送给控制系统130中的数据处理单元，如包含CPU的应用处理器(AP)，CPU运行基于粒子滤波的定位算法获得机器人的当前位置，并根据此位置制图，供导航使用。定位算法优选使用即时定位与地图构建(SLAM)。
[0046]基于三角测距法的激光测距装置虽然在原理上可以测量一定距离以外的无限远距离处的距离值，但实际上远距离测量，例如6米以上，的实现是很有难度的，主要因为受光单元的传感器上像素单元的尺寸限制，同时也受传感器的光电转换速度、传感器与连接的DSP之间的数据传输速度、DSP的计算速度影响。激光测距装置受温度影响得到的测量值也会发生系统无法容忍的变化，主要是因为发光单元与受光单元之间的结构发生的热膨胀变形导致入射光和出射光之间的角度变化，发光单元和受光单元自身也会存在温漂问题。激光测距装置长期使用后，由于温度变化、振动等多方面因素累积而造成的形变也会严重影响测量结果。测量结果的准确性直接决定了绘制地图的准确性，是机器人进一步进行策略实行的基础，尤为重要。
[0047]机器主体110的前向部分111可承载缓冲器122，在清洁过程中驱动轮模块141推进机器人在地面行走时，缓冲器122经由传感器系统，例如红外传感器，检测机器人100的行驶路径中的一或多个事件(或对象)，机器人可通过由缓冲器122检测到的事件(或对象)，例如障碍物、墙壁，而控制驱动轮模块141使机器人来对所述事件(或对象)做出响应，例如远离障碍物。
[0048]控制系统130设置在机器主体110内的电路主板上，包括与非暂时性存储器，例如硬盘、快闪存储器、随机存取存储器，通信的计算处理器，例如中央处理单元、应用处理器，应用处理器根据激光测距装置反馈的障碍物信息利用定位算法，例如SLAM，绘制机器人所在环境中的即时地图。并且结合缓冲器122、悬崖传感器123和超声传感器、红外传感器、磁力计、加速度计、陀螺仪、里程计等传感装置反馈的距离信息、速度信息综合判断扫地机当前处于何种工作状态，如过门槛，上地毯，位于悬崖处，上方或者下方被卡住，尘盒满，被拿起等等，还会针对不同情况给出具体的下一步动作策略，使得机器人的工作更加符合主人的要求，有更好的用户体验。进一步地，控制系统130能基于SLAM绘制的即使地图信息规划最为尚效合理的清扫路径和清扫方式，大大提尚机器人的清扫效率。
[0049]驱动系统140可基于具有距离和角度信息，例如x、y及Θ分量，的驱动命令而操纵机器人100跨越地面行驶。驱动系统140包含驱动轮模块141，驱动轮模块141可以同时控制左轮和右轮，为了更为精确地控制机器的运动，优选驱动轮模块141分别包括左驱动轮模块和右驱动轮模块。左、右驱动轮模块沿着由主体110界定的横向轴对置。为了机器人能够在地面上更为稳定地运动或者更强的运动能力，机器人可以包括一个或者多个从动轮142，从动轮包括但不限于万向轮。驱动轮模块包括行走轮和驱动马达以及控制驱动马达的控制电路，驱动轮模块还可以连接测量驱动电流的电路和里程计。驱动轮模块141可以可拆卸地连接到主体110上，方便拆装和维修。驱动轮可具有偏置下落式悬挂系统，以可移动方式紧固，例如以可旋转方式附接，到机器人主体110，且接收向下及远离机器人主体110偏置的弹簧偏置。弹簧偏置允许驱动轮以一定的着地力维持与地面的接触及牵引，同时机器人100的清洁元件也以一定的压力接触地面I O。
[0050]清洁系统150可为干式清洁系统和/或湿式清洁系统。作为干式清洁系统，主要的清洁功能源于滚刷、尘盒、风机、出风口以及四者之间的连接部件所构成的清扫系统151。与地面具有一定干涉的滚刷将地面上的垃圾扫起并卷带到滚刷与尘盒之间的吸尘口前方，然后被风机产生并经过尘盒的有吸力的气体吸入尘盒。扫地机的除尘能力可用垃圾的清扫效率DPU(Dust pick up efficiency)进行表征，清扫效率DPU受滚刷结构和材料影响，受吸尘口、尘盒、风机、出风口以及四者之间的连接部件所构成的风道的风力利用率影响，受风机的类型和功率影响，是个负责的系统设计问题。相比于普通的插电吸尘器，除尘能力的提高对于能源有限的清洁机器人来说意义更大。因为除尘能力的提高直接有效降低了对于能源要求，也就是说原来充一次电可以清扫80平米地面的机器，可以进化为充一次电清扫100平米甚至更多。并且减少充电次数的电池的使用寿命也会大大增加，使得用户更换电池的频率也会增加。更为直观和重要的是，除尘能力的提高是最为明显和重要的用户体验，用户会直接得出扫得是否干净/擦得是否干净的结论。干式清洁系统还可包含具有旋转轴的边刷152，旋转轴相对于地面成一定角度，以用于将碎肩移动到清洁系统150的滚刷区域中。
[0051]能源系统160包括充电电池，例如镍氢电池和锂电池。充电电池可以连接有充电控制电路、电池组充电温度检测电路和电池欠压监测电路，充电控制电路、电池组充电温度检测电路、电池欠压监测电路再与单片机控制电路相连。主机通过设置在机身侧方或者下方的充电电极与充电粧连接进行充电。如果裸露的充电电极上沾附有灰尘，会在充电过程中由于电荷的累积效应，导致电极周边的塑料机体融化变形，甚至导致电极本身发生变形，无法继续正常充电。
[0052]人机交互系统170包括主机面板上的按键，按键供用户进行功能选择;还可以包括显示屏和/或指示灯和/或喇叭，显示屏、指示灯和喇叭向用户展示当前机器所处状态或者功能选择项;还可以包括手机客户端程序。对于路径导航型清洁设备，在手机客户端可以向用户展示设备所在环境的地图，以及机器所处位置，可以向用户提供更为丰富和人性化的功能项。
[0053]为了更加清楚地描述机器人的行为，进行如下方向定义:机器人100可通过相对于由主体110界定的如下三个相互垂直轴的移动的各种组合在地面上行进:横向轴X、前后轴y及中心垂直轴z。沿着前后轴y的前向驱动方向标示为“前向”，且沿着前后轴y的向后驱动方向标示为“后向”。横向轴X实质上是沿着由驱动轮模块141的中心点界定的轴心在机器人的右轮与左轮之间延伸。
[0054]机器人100可以绕X轴转动。当机器人100的前向部分向上倾斜，向后向部分向下倾斜时为“上仰”，且当机器人100的前向部分向下倾斜，向后向部分向上倾斜时为“下俯”。另夕卜，机器人100可以绕Z轴转动。在机器人的前向方向上，当机器人100向Y轴的右侧倾斜为“右转”，当机器人100向y轴的左侧倾斜为“左转”。
[0055]本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0056]应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
【主权项】
1.一种自动清洁设备，其特征在于，包括: 采集单元，用于采集所述自动清洁设备周围的预设环境参数； 应用处理器AP，所述AP中包含的中央处理器CPU电连接至所述采集单元，以获取所述采集模块采集到的所述预设环境参数;所述AP中还包括图形处理器GPU，所述GPU电连接至所述CPU，且所述GPU从所述CPU处获得所述预设环境参数，并据此生成所述自动清洁设备周围的地图。2.根据权利要求1所述的自动清洁设备，其特征在于，所述采集单元包括:激光测距装置LDS;其中，所述LDS采集到的与周围物体之间的距离数据被作为所述预设环境参数。3.根据权利要求2所述的自动清洁设备，其特征在于，所述LDS中包括:点激光发射器，所述点激光发射器通过生成点激光来获得与周围物体之间的距离数据。4.根据权利要求2所述的自动清洁设备，其特征在于，所述LDS中包括:线激光发射器，所述线激光发射器通过生成线激光来获得与周围物体之间的距离数据。5.根据权利要求1所述的自动清洁设备，其特征在于，所述采集单元包括:图像采集装置;其中，所述图像采集装置采集到的周围物体图像数据被作为所述预设环境参数。6.根据权利要求1所述的自动清洁设备，其特征在于，所述GRJ包括: 存储组件，所述存储组件中存放有基于粒子滤波的定位算法； 计算组件，连接至所述存储组件，用于调取所述定位算法并对所述预设环境参数进行计算处理，以得到所述自动清洁设备周围的地图。7.根据权利要求1所述的自动清洁设备，其特征在于，还包括: 预处理单元，分别连接至所述采集单元和所述CPU，用于对所述预设环境参数进行预处理，以供所述CR]获得预处理后的所述预设环境参数。8.根据权利要求7所述的自动清洁设备，其特征在于，所述预处理单元包括:数字信号处理器DSP。9.根据权利要求1所述的自动清洁设备，其特征在于，所述自动清洁设备为扫地机器人或拖地机器人。
【文档编号】A47L11/40GK205671994SQ201521054625
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年12月16日 公开号201521054625.2, CN 201521054625, CN 205671994 U, CN 205671994U, CN-U-205671994, CN201521054625, CN201521054625.2, CN205671994 U, CN205671994U
【发明人】薛英男, 夏勇峰
【申请人】小米科技有限责任公司, 北京石头世纪科技有限公司