CN104634601B - 清洁机器人清洁性能的检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁机器人清洁性能的检测装置与方法。测量平板呈长方形，测量平板的四角安装四个支架，四条边安装有四块挡板，待测清洁机器人置于测初始区域；测量装置包括四台高精度相机，四台相机通过连接杆铰接安装到四角的支架上，四个相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平板；辅助配件包括摆放于测量平板上的障碍物和粉尘分布器，粉尘分布器装有粉尘。本发明通过粉尘分布器和各种障碍物模拟清洁机器人的工作环境，通过机器视觉跟踪清洁机器人运动轨迹采用重复覆盖移除的方法，计算清洁机器人的覆盖率和清洁率；可同时对清洁机器人X的清洁量性能、覆盖率性能进行高效、准确的检测。

Description

清洁机器人清洁性能的检测装置与方法

技术领域

本发明涉及了一种检测装置与方法，特别是涉及了一种清洁机器人清洁性能的检测装置与方法。

背景技术

随着科技水平的进步以及生活质量要求的提高，清洁机器人已经进入千家万户，代替人类从事繁琐的清洁工作。但是，目前市场上的清洁机器人产品质量参差不齐，各个厂家没有对关键参数进行标注，国内也缺乏相关标准，广大消费者无法对其产品进行性能检测，第三方质检机构也只能按照原有吸尘设备的检测标准进行部分指标认证。

发明内容

为了克服上述现有检测设备和方案的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种清洁机器人清洁性能的检测装置与方法，实现对清洁机器人清洁率与覆盖率的清洁机器人清洁性能检测。

本发明采用的技术方案是：

一、一种清洁机器人清洁性能的检测装置：

包括测量平板、测量装置和辅助部件，其中：测量平板呈长方形，测量平板的四角分别安装垂直于测量平板的第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，测量平板的四条边分别安装有用于限位测量区域的第一挡板、第二挡板、第三挡板和第四挡板，待测清洁机器人在检测开始时放置于测量平板其中一角的初始区域内；测量装置包括四台高精度CCD相机，四台高精度CCD相机分别为第一相机、第二相机、第三相机和第四相机，第一相机、第二相机、第三相机和第四相机分别通过第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆铰接安装到第一支架、第二支架、第三支架和第四支架上，四个相机具有水平方向到竖直向下方向的90角旋转，四个相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平板；辅助配件包括障碍物和粉尘分布器，障碍物摆放于测量平板上，粉尘分布器装有用于待测清洁机器人清洁检测的粉尘，粉尘分布器将粉尘均匀撒到测量平板表面。

所述的测量平板上铺盖有地板、瓷砖或者地毯。

所述的测量平板的长度不小于5m，宽度不小于4m，四个支架的高度不小于2m，四个挡板的高度不小于20cm。

所述的测量平板上任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与四周挡板的间距分别与待检清洁机器人最大直径之差均大于20mm，障碍物的高度不低于待检清洁机器人的高度。

所述的粉尘分布器包括桶状本体和洒头：桶状本体呈圆柱体，内部中空装有粉尘，洒头呈圆台状，内部中空，洒头圆台状的小端通过螺纹连接到桶状本体的顶端，洒头圆台状的大端均布开有用于粉尘撒出的小孔。

所述的洒头包括小孔为孔径0.12mm的第一洒头、小孔为孔径0.16mm的第二洒头或者小孔为孔径0.20mm的第三洒头。

二、一种清洁机器人清洁性能的检测方法包括以下步骤：

1）在测量平板上放置障碍物，任意相邻障碍物之间的间距、障碍物与四周挡板的间距分别与待检清洁机器人最大直径之差均大于20mm，障碍物的高度不低于待检清洁机器人的高度；将测量平板的面积s1与所有障碍物底面积之和s2相减计算得到需要清扫区域面积s0；

2）用粉尘分布器对测量平板进行三次均匀布灰，三次布灰的粉尘总重量为布灰量g0：

3）将待测清洁机器人放置在初始区域中，开启待测清洁机器人进入清洁模式进行自主清扫，通过四台相机共同配合拍摄得到的视觉图像记录下清洁机器人的工作轨迹，提取得到未清扫的面积s3；如果清洁机器人在开始工作15分钟后没有结束工作，则强制关闭清洁机器人；

4）取出清洁机器人的清洁盒，由清扫后清洁盒重量g5与清扫前清洁盒重量g6相减计算得到清洁机器人吸入的粉尘量g4；

5）由吸入的粉尘量g4除以步骤2）得到的布灰量g0得到该清洁机器人的清洁率r，并计算该清洁机器人清洁的覆盖率v=（需要清扫区域面积s0-未清扫到的面积s3）÷需要清扫区域面积s0，完成对清洁机器人清洁性能的检测。

所述的步骤2）具体包括：

2.1）首先称取g1重量的粉尘装入粉尘分布器，用小孔为孔径0.12mm的第一洒头按照20g/m²的标准进行均匀布灰；

2.2）再称取g2重量的粉尘装入粉尘分布器，用小孔为孔径0.16mm的第二洒头以20g/m²的标准进行均匀布灰；

2.3）最后称取g3重量的粉尘装入粉尘分布器，用小孔为孔径0.20mm的第三洒头以60g/m²的标准进行均匀布灰；

最终的布灰量g0为g0=g1+g2+g3。

所述的步骤3）中未清扫的面积s3具体采用以下方式提取：

通过四台相机共同配合拍摄并经过特征提取得到需要清扫区域面积s0所对应的视觉图像区域n，采用重复覆盖移除的方法进行提取：将整个清洁机器人清扫过程分为多个间隔均布的时刻，依次为t₀、t₁、t₂、t₃、···t_i，t₀为初始时刻，i表示最终时刻的序数，t₁-t₀时间段内清洁机器人只进行一个方向的清扫，清扫的方向唯一；在t₁- t₀时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₁，t₂-t₁时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₂，像素点区域n₁与像素点区域n₂取并集得到t₂-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点区域n_p2，t₃-t₂时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₃，像素点区域n₃与像素点区域n_p2取并集得到t₃-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点区域n_p3；采用上述相同方法依次对各个时刻进行提取处理，即后一段时间内清扫到的像素点区域与之前所有时间的像素点区域取并集即可得到总时间内清扫过的像素点区域，得到最终时刻t_i清洁机器人清扫到的像素点区域n_pi；再由需要清扫区域面积s0所对应的视觉图像区域n减去像素点区域n_pi得到未清扫到的图像区域，换算得到未清扫到的面积s3。

所述的多个间隔均布时刻的相邻时刻间隔之差为10ms。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过利用粉尘分布器M和各种障碍物模拟清洁机器人的工作环境，让清洁机器人正常工作一段时间后，通过对比清扫前后清洁盒净增量与布灰量，计算得到清洁机器人的清洁率。通过机器视觉跟踪清洁机器人运动轨迹采用重复覆盖移除的方法，计算清洁机器人的覆盖率。

本发明可同时对清洁机器人X的清洁量性能、覆盖率性能进行高效、准确的检测。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是相机支撑结构示意图。

图3是粉尘分布器的结构示意图。

图4是本发明方法的检测流程图。

图5是本发明的重复覆盖移除方法示意图。

图中：S、测量平板，A1、第一相机，A2、第二相机，A3、第三相机, A4、第四相机，B1、第一支架，B2、第二支架，B3、第三支架，B4、第四支架，C1、第一档板，C2、第二档板，C3、第三档板，C4、第四档板，D1、第一连接杆，T、障碍物，M、粉尘分布器，E、桶装本体，N1、第一洒头（孔径0.12mm），N2、第二洒头（孔径0.16mm），N3、第三洒头（孔径0.20mm），X、清洁机器人，Q、初始区域。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括测量平板S、测量装置和辅助部件。

如图1所示，测量平板S呈长方形，测量平板S的四角分别安装垂直于测量平板S的第一支架B1、第二支架B2、第三支架B3和第四支架B4，测量平板S的四条边分别安装有用于限位测量区域的第一挡板C1、第二挡板C2、第三挡板C3和第四挡板C4，四个挡板垂直于测量平板S，待测清洁机器人X在检测开始时放置于测量平板S其中一角的初始区域Q内，初始区域Q可为三角形区域；

如图1和图2所示，测量装置包括四台高精度CCD相机，四台高精度CCD相机分别为第一相机A1、第二相机A2、第三相机A3和第四相机A4，第一相机A1、第二相机A2、第三相机A3和第四相机A4分别通过第一连接杆D1、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆铰接安装到第一支架B1、第二支架B2、第三支架B3和第四支架B4上，四个相机具有水平方向到竖直向下方向的90角旋转，四个相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平板S；

如图1所示，辅助配件包括障碍物T和粉尘分布器M，障碍物T随机摆放于测量平板S上，粉尘分布器M装有用于待测清洁机器人X清洁检测的粉尘，粉尘分布器M将粉尘均匀撒到测量平板S表面。

测量平板S上铺盖有地板、瓷砖或者地毯。

测量平板S的长度5m，宽度4m，四个支架的高度2m，四个挡板的高度20cm。

测量平板S上任意相邻障碍物T之间的间距、障碍物T与四周挡板的间距分别与待检清洁机器人X最大直径之差均大于20mm，障碍物T的高度不低于待检清洁机器人X的高度。

障碍物T为2个100cm*100cm*100cm正方体、1个100cm*50cm*30cm长方体1个20cm*30cm*20cm长方体或者1个底面半径20cm高20cm圆柱体。

如图3所示，粉尘分布器M包括桶状本体E和洒头：桶状本体E呈圆柱体，内部中空装有粉尘，洒头呈圆台状，内部中空，洒头圆台状的小端通过螺纹连接到桶状本体E的顶端，洒头圆台状的大端均布开有用于粉尘撒出的小孔。

洒头包括小孔为孔径0.12mm的第一洒头N1、小孔为孔径0.16mm的第二洒头N2或者小孔为孔径0.20mm的第三洒头N3。

桶状本体E顶端中心孔具有内螺纹，洒头圆台状的小端有外螺纹，外螺纹与内螺纹连接形成螺纹连接。

如图4所示，本发明的检测具体实施如下：

1）在测量平板S上放置障碍物T，任意相邻障碍物T之间的间距、障碍物T与四周挡板的间距分别与待检清洁机器人X最大直径之差均大于20mm，障碍物T的高度不低于待检清洁机器人X的高度；将测量平板S的面积s1=20m²与所有障碍物底面积之和s2=4.356m²相减计算得到需要清扫区域面积s0=15.644m²；

2）用粉尘分布器M对测量平板S进行三次均匀布灰，三次布灰的粉尘总重量为布灰量g0=3kg：

3）将待测清洁机器人X放置在初始区域Q中，开启待测清洁机器人X进入清洁模式进行自主清扫，通过四台相机A1、A2、A3、A4共同配合拍摄得到的视觉图像记录下清洁机器人X的工作轨迹，提取得到未清扫的面积s3=14.772m²；如果清洁机器人X在开始工作15分钟后没有结束工作，则强制关闭清洁机器人X；

4）取出清洁机器人X的清洁盒，由清扫后清洁盒重量g5=3.1kg与清扫前清洁盒重量g6=0.23kg相减计算得到清洁机器人X吸入的粉尘量g4=2.87kg；

5）由吸入的粉尘量g4除以步骤2得到的布灰量g0得到该清洁机器人X的清洁率r=94.4%，并计算该清洁机器人X清洁的覆盖率v=（需要清扫区域面积s0-未清扫到的面积s3）÷需要清扫区域面积s0，v=95.7%完成对清洁机器人清洁性能的检测。

步骤2）具体包括：

2.1）首先称取g1=1kg重量的粉尘装入粉尘分布器M，用小孔为孔径0.12mm的第一洒头N1按照20g/m²的标准进行均匀布灰；

2.2）再称取g2=1kg重量的粉尘装入粉尘分布器M，用小孔为孔径0.16mm的第二洒头N2以20g/ m²的标准进行均匀布灰；

2.3）最后称取g3=1kg重量的粉尘装入粉尘分布器M，用小孔为孔径0.20mm的第三洒头N3以60g/ m²的标准进行均匀布灰；最终的布灰量g0为g0=g1+g2+g3，g0=3kg。

如图5所示，步骤3）中未清扫的面积s3具体采用以下方式提取：

通过四台相机A1、A2、A3、A4共同配合拍摄得到需要清扫区域面积s0=15.644 m²所对应的视觉图像区域10268*7776，采用重复覆盖移除的方法进行提取：将整个清洁机器人X清扫过程分为多个间隔均布的时刻，依次为t₀、t₁、t₂、t₃、···t_i，t₀为初始时刻，i表示最终时刻的序数，t₁- t₀的时间段足够小，使得t₁- t₀时间段内清洁机器人只进行一个方向的清扫，实施例设定相邻时刻间隔之差为10ms清扫的方向唯一；在t₁- t₀时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₁，即t₁-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点n_p1，t₂-t₁时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₂，像素点区域n₁与像素点区域n₂取并集得到t₂-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点区域n_p2，t₃-t₂时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₃，像素点区域n₃与像素点区域n_p2取并集得到t₃-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点区域n_p3；采用上述相同方法依次对各个时刻进行提取处理，即后一段时间内清扫到的像素点区域与之前所有时间的像素点区域取并集即可得到总时间内清扫过的像素点区域，得到最终时刻t_i清洁机器人清扫到的像素点区域n_pi；再由需要清扫区域面积s0所对应的视觉图像区域n减去像素点区域n_pi得到未清扫到的图像区域，换算得到未清扫到的面积s3=14.772m²。

本发明在测量平板S内布置各类障碍物，利用粉尘分布器M布置固定量的粉尘，以清洁机器人X的清扫量换算清洁机器人清洁量，四台高精度CCD相机A1、A2、A3、A4检测清洁机器人X的运动轨迹换算清洁机器人覆盖率，实现了同时对清洁机器人X的清洁率性能、覆盖率性能的检测，具有突出显著的技术效果。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种清洁机器人清洁性能的检测装置，其特征在于：包括测量平板（S）、测量装置和辅助部件，其中：

测量平板（S）呈长方形，测量平板（S）的四角分别安装垂直于测量平板（S）的第一支架（B1）、第二支架（B2）、第三支架（B3）和第四支架（B4），测量平板（S）的四条边分别安装有用于限位测量区域的第一挡板（C1）、第二挡板（C2）、第三挡板（C3）和第四挡板（C4），待测清洁机器人（X）在检测开始时放置于测量平板（S）其中一角的初始区域（Q）内；

测量装置包括四台高精度CCD相机，四台高精度CCD相机分别为第一相机（A1）、第二相机（A2）、第三相机（A3）和第四相机（A4），第一相机（A1）、第二相机（A2）、第三相机（A3）和第四相机（A4）分别通过第一连接杆（D1）、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆铰接安装到第一支架（B1）、第二支架（B2）、第三支架（B3）和第四支架（B4）上，四个高精度CCD相机具有水平方向到竖直向下方向的90角旋转，四个高精度CCD相机共同配合形成的视觉场覆盖整个测量平板（S）；辅助部件包括障碍物（T）和粉尘分布器（M），障碍物（T）摆放于测量平板（S）上，粉尘分布器（M）装有用于待测清洁机器人（X）清洁检测的粉尘，粉尘分布器（M）将粉尘均匀撒到测量平板（S）表面；

所述的测量平板（S）上铺盖有地板或者地毯；

所述的测量平板（S）上任意相邻障碍物（T）之间的间距、障碍物（T）与四周挡板的间距分别与待测清洁机器人（X）最大直径之差均大于20mm，障碍物（T）的高度不低于待测清洁机器人（X）的高度。

2.根据权利要求1所述的一种清洁机器人清洁性能的检测装置，其特征在于：所述的测量平板（S）的长度不小于5m，宽度不小于4m，四个支架的高度不小于2m，四个挡板的高度不小于20cm。

3.根据权利要求1所述的一种清洁机器人清洁性能的检测装置，其特征在于：所述的粉尘分布器（M）包括桶状本体（E）和洒头：桶状本体（E）呈圆柱体，内部中空装有粉尘，洒头呈圆台状，内部中空，洒头圆台状的小端通过螺纹连接到桶状本体（E）的顶端，洒头圆台状的大端均布开有用于粉尘撒出的小孔。

4.根据权利要求3所述的一种清洁机器人清洁性能的检测装置，其特征在于：所述的洒头包括小孔孔径为0.12mm的第一洒头（N1）、小孔孔径为0.16mm的第二洒头（N2）或者小孔孔径为0.20mm的第三洒头（N3）。

5.一种清洁机器人清洁性能的检测方法，其特征在于：采用权利要求4所述清洁机器人清洁性能的检测装置进行检测，具体为以下步骤：

1）在测量平板（S）上放置障碍物（T），任意相邻障碍物（T）之间的间距、障碍物（T）与四周挡板的间距分别与待测清洁机器人（X）最大直径之差均大于20mm，障碍物（T）的高度不低于待测清洁机器人（X）的高度；将测量平板（S）的面积s1与所有障碍物底面积之和s2相减计算得到需要清扫区域面积s0；

2）用粉尘分布器（M）对测量平板（S）进行三次均匀布灰，三次均匀布灰的粉尘总重量为布灰量g0：

3）将待测清洁机器人（X）放置在初始区域（Q）中，开启待测清洁机器人（X）进入清洁模式进行自主清扫，通过四台高精度CCD相机（A1、A2、A3、A4）共同配合拍摄得到的视觉图像记录下清洁机器人（X）的工作轨迹，提取得到未清扫的面积s3；如果清洁机器人（X）在开始工作15分钟后没有结束工作，则强制关闭清洁机器人（X）；

4）取出清洁机器人（X）的清洁盒，由清扫后清洁盒重量g5与清扫前清洁盒重量g6相减计算得到清洁机器人（X）吸入的粉尘量g4；

5）由吸入的粉尘量g4除以步骤2）得到的布灰量g0得到该清洁机器人（X）的清洁率r，并计算该清洁机器人（X）清洁的覆盖率v=（需要清扫区域面积s0-未清扫的面积s3）÷需要清扫区域面积s0，完成对清洁机器人清洁性能的检测。

6.根据权利要求5所述的一种清洁机器人清洁性能的检测方法，其特征在于：所述的步骤3）中未清扫的面积s3具体采用以下方式提取：

通过四台高精度CCD相机（A1、A2、A3、A4）共同配合拍摄并经过特征提取得到需要清扫区域面积s0所对应的视觉图像区域n，采用重复覆盖移除的方法进行提取：

将整个清洁机器人（X）清扫过程分为多个间隔均布的时刻，依次为t₀、t₁、t₂、t₃、···t_i，t₀为初始时刻，i表示最终时刻的序数，t₁- t₀时间段内清洁机器人只进行一个方向的清扫，清扫的方向唯一；

在t₁- t₀时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₁，t₂-t₁时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₂，像素点区域n₁与像素点区域n₂取并集得到t₂-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点区域n_p2，t₃-t₂时间段内清洁机器人清扫到像素点区域n₃，像素点区域n₃与像素点区域n_p2取并集得到t₃-t₀时间段内清洁机器人清扫到的像素点区域n_p3；

采用相同方法依次对各个时刻进行提取处理，即后一段时间内清扫到的像素点区域与之前所有时间的像素点区域取并集即能得到总时间内清扫过的像素点区域，得到最终时刻t_i清洁机器人清扫到的像素点区域n_pi；再由需要清扫区域面积s0所对应的视觉图像区域n减去像素点区域n_pi得到未清扫到的图像区域，换算得到未清扫的面积s3。

7.根据权利要求6所述的一种清洁机器人清洁性能的检测方法，其特征在于：所述的多个间隔均布的时刻的相邻时刻间隔之差为10ms。