清洁系统和清洁方法

技术领域

本发明涉及一种系统及方法，特别是涉及一种清洁系统及清洁方法。

背景技术

众所周知，清洁机器人是能够自主移动和导航的机器人设备，其形式有吸尘机器人、扫地机器人和拖地机器人。

现有的吸尘机器人可以检测粉尘状态，直接调整吸力，但由于没有相关的用户确认和上报机制，难以相应调整清扫策略。

如果吸尘机器人的吸力受到影响，目前是通过电机的转速来判断是否有障碍物挡住了进风口和出风口。然而，由于过滤器的清洁水平仅能够对吸力产生微小变化，因此很难准确地确定是否需要检查与抽吸机构相关的过滤器。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于，针对上述技术不足提供一种清洁系统及清洁方法，能够根据含有灰尘颗粒的图像帧识别清洁状况，并根据清洁状况调整清洁策略。

为了解决上述的技术问题，本申请所采用的其中一技术方案是提供一种清洁系统，包括：主体；吸气装置，设置于所述主体内，所述吸气装置包括：气流通道；及风扇电机组件，设置在所述气流通道中，并经配置以产生吸力以通过所述气流通道吸入外部空气；光源，经配置以向所述气流通道发光；光学传感器，经配置以从所述气流通道截取多个连续的图像帧；存储器；以及处理单元，电连接于所述光学传感器和所述存储器，所述处理单元经配置以：从多个连续的所述图像帧中获得第一图像帧和第二图像帧；将所述第一图像帧与所述第二图像帧进行比较，以识别出多个灰尘颗粒；获取多个所述灰尘颗粒的至少一个颗粒特征；及根据至少一个所述颗粒特征确定当前的清洁度状况。

优选地，所述清洁系统还包括设置在所述主体内并与所述处理单元电连接的驱动系统，所述驱动系统包括：多个轮子；及电机，经配置以驱动多个所述轮子以使所述主体移动或旋转，其中，所述处理单元还经配置以根据为目标区域所限定的清洁频率和清洁路线的清洁策略，来控制所述电机驱动多个所述轮子使所述主体移动或旋转。

优选地，所述处理单元还经配置以根据当前的所述清洁度状况调整所述清洁策略。

优选地，至少一个所述颗粒特征包括粒颗粒大小、颗粒数量、颗粒密度、颗粒类型及颗粒速度中的一或多者。

优选地，所述处理单元还经配置以根据所述颗粒数量和所述颗粒密度来确定是否重复所述清洁路线或调整所述主体的移动速度。

优选地，所述吸气装置还包括：过滤器，设置在所述气流通道中，用于分离通过所述吸气装置的操作而流动的空气中所包括的灰尘；以及集尘容器，设置成与所述气流通道连通，用于储存经所述过滤器分离的所述灰尘。

优选地，所述处理单元还经配置以根据所述颗粒速度判断所述吸力是否在正常范围内，其中，响应于判断吸力低于正常范围，处理单元经配置以发送警报信号以提醒用户检查所述过滤器。

优选地，所述清洁系统还包括：通信电路，设置于所述主体内，经配置以与用户的移动设备通信连接，其中，与所述清洁度状况及所述清洁策略相关的信息是通过所述通讯电路在所述处理单元与所述移动装置之间传输。

优选地，所述处理单元还经配置以使所述移动设备进行下列步骤：根据所述颗粒密度和当前的所述清洁度状况，在用户界面上的所述目标区域的目标地图上绘制出清洁地图；以及根据所述清洁地图优化所述清洁策略。

优选地，所述存储器用于存储所述清洁策略、图像识别程序和多个特定颗粒类型分别对应的多个清洁路径，其中，处理单元还经配置以：执行所述图像辨识程序以辨识多个所述灰尘颗粒的所述颗粒类型；确定多个所述灰尘颗粒的所述颗粒类型是否与多个所述特定颗粒类型的其中一个相匹配；以及根据相匹配的其中一个所述特定颗粒类型对应的所述清洁路径重新安排所述清洁路线。

为了解决上述的技术问题，本申请所采用的另外一技术方案是提供一种清洁方法，包括：配置吸气装置的风扇电机组件产生吸力以通过气流通道吸入外部空气，其中，所述吸气装置设置于主体内，且风扇电机组件设置在所述气流通道中；配置光源以向所述气流通道发光；配置光学传感器以从所述气流通道截取多个连续的图像帧；以及配置电连接于所述光学传感器和所述存储器的处理单元以：从多个连续的所述图像帧中获得第一图像帧和第二图像帧；将所述第一图像帧与所述第二图像帧进行比较，以识别出多个灰尘颗粒；获取多个所述灰尘颗粒的至少一个颗粒特征；及根据至少一个所述颗粒特征确定当前的清洁度状况。

优选地，所述主体内设置有驱动系统，所述驱动系统与所述处理单元电连接，且所述驱动系统包括：多个轮子；以及电机，经配置以驱动多个所述轮子以使所述主体移动或旋转，其中，所述清洁方法还包括：配置所述处理单元以根据为目标区域所限定的清洁频率和清洁路线的清洁策略，来控制所述电机驱动多个所述轮子使所述主体移动或旋转。

优选地，所述清洁方法还包括：配置所述处理单元以根据当前的所述清洁度状况调整所述清洁策略。

优选地，至少一个所述颗粒特征包括粒颗粒大小、颗粒数量、颗粒密度、颗粒类型及颗粒速度中的一或多者。

优选地，所述清洁方法还包括：配置所述处理单元以根据所述颗粒数量和所述颗粒密度来确定是否重复所述清洁路线或调整所述主体的移动速度。

优选地，所述吸气装置还包括：过滤器，设置在所述气流通道中，用于分离通过所述吸气装置的操作而流动的空气中所包括的灰尘；以及集尘容器，设置成与所述气流通道连通，用于储存经所述过滤器分离的所述灰尘。

优选地，所述清洁方法还包括：配置所述处理单元以根据所述颗粒速度判断所述吸力是否在正常范围内；及响应于判断吸力低于正常范围，配置处理单元以发送警报信号以提醒用户检查所述过滤器。

优选地，所述清洁方法还包括：配置设置于所述主体内的通信电路以与用户的移动设备通信连接，其中，与所述清洁度状况及所述清洁策略相关的信息是通过所述通讯电路在所述处理单元与所述移动装置之间传输。

优选地，所述清洁方法还包括：配置所述处理单元以使所述移动设备进行下列步骤：根据所述颗粒密度和当前的所述清洁度状况，在用户界面上的所述目标区域的目标地图上绘制出清洁地图；以及根据所述清洁地图优化所述清洁策略。

优选地，所述清洁方法还包括：配置所述存储器存储所述清洁策略、图像识别程序和多个特定颗粒类型分别对应的多个清洁路径；以及配置所述处理单元配置以：执行所述图像辨识程序以辨识多个所述灰尘颗粒的所述颗粒类型；确定多个所述灰尘颗粒的所述颗粒类型是否与多个所述特定颗粒类型的其中一个相匹配；及根据相匹配的其中一个所述特定颗粒类型对应的所述清洁路径重新安排所述清洁路线。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的清洁系统及清洁方法，可在清洁过程中，通过识别连续图像帧中的灰尘颗粒，获取颗粒特征及对应的清洁度状况，进而调整清洁策略。

进一步地，在本发明提供的清洁系统及清洁方法中，响应于灰尘通过气流通道进入集尘容器，可以通过执行图像处理算法计算出颗粒大小、通过速度和相关信息，从而确定过滤器是否因灰尘附着过多而需要更换。另外，在对目标区域进行清洁处理之后，可以创建清洁地图以提供清洁信息以供用户查看。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为包含本申请实施例的清洁系统的自主机器人的示意图。

图2为本申请实施例的清洁系统的框图。

图3为本申请实施例的清洁方法的流程图。

图4A和4B示出了根据本申请实施例所截取的第一图像帧和第二图像帧。

图5为本申请实施例的目标区域的目标地图的示意图。

图6为本申请实施例的清洁方法的另一流程图。

图7为本申请实施例的清洁方法的又一流程图。及

图8为本发明实施例的目标区域的另一目标地图的示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实例来说明本申请所公开有关“清洁系统和清洁方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本申请的优点与效果。本申请可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本申请的构思下进行各种修改与变更。另外，本申请的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本申请的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本申请的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

图1为包含本申请实施例的清洁系统的自主机器人的示意图，且图2为本申请实施例的清洁系统的框图。请参阅图1及图2，本发明实施例提供了一种清洁系统100，其包括主体1、吸气装置2、光源3、光学传感器4、存储器5及处理单元6。

如图1所示，显示了一个自主机器人的主体。吸气装置2设置于主体1内，吸气装置2包括气流通道21和设置于气流通道21内且用于产生吸力Fs的风扇电机组件22，其通过气流通道21吸入外界空气。

更具体地，风扇电机组件22可以产生吸力以通过形成在主体1的底部上的吸气孔211吸入外部空气。吸气装置2还包括过滤器23、集尘容器24，以及清洁工具25。清洁工具25可以是设置在吸气孔211处且具有旋转机构的刷子，过滤器23设置在气流通道21中，用于分离通过吸气装置2的操作而流动的空气中所包括的灰尘。集尘容器24设置成与所述气流通道21连通，用于储存经过滤器23分离的灰尘。然而，图1中所示的风扇电机组件22、过滤器23和集尘容器24的配置仅是示例，并不意味着限制本申请的范围。

如图1和图2所示，光源3可以设置在气流通道21内，用于向气流通道21发射光线L，例如将光线L发射到气流通道21的内表面，但本申请不限于此。光源3也可以设置在其他可以将光线L射向气流通道21的空间。光源3可以包括一个或多个发光器件，例如灯泡或发光二极管。

进一步地，光学传感器4可以设置在气流通道21内，用于接收流过气流通道21的灰尘反射的光线。类似地，光学传感器4可以设置在可以接收到来自上述灰尘的反射光的任何位置。光学传感器4可以是例如包括多个图像传感器单元(例如光电二极管)的图像传感器(例如，CMOS或CCD传感器芯片)。光学传感器4还可经配置以将光信号转换成电信号。

处理单元6与光源3、光学传感器4和存储器5电连接。处理单元6例如可以是中央处理器(central processing unit,CPU)，或其他可编程的通用或专用微处理器、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、可编程控制器、专用集成电路(application-specific integrated circuit,ASIC)、可编程逻辑设备(programmable logic device,PLD)、图形处理单元(graphics processing unit,GPU)、其他类似装置或上述装置的组合。处理单元6可以执行存储在存储器5中的程序代码、软件模块、指令等，以实现本发明实施例的清洁方法。

存储器5可以经配置以存储图像、程序代码、软件模块和其他数据。例如，存储器5可以是任何类型的固定或可移动的随机存取存储器(random-access memory,RAM)、只读存储器(read-only memory,ROM)、闪存、硬盘或其他类似设备、集成电路及其组合。

在本实施例中，清洁系统100还包括驱动系统7，驱动系统7设置于主体1内且电性连接至处理单元6。驱动系统7包括多个轮子72和电机71，电机71经配置以驱动多个轮子72，以使主体1(自主机器人)移动或旋转。需要说明的是，处理单元6可以经配置以控制上述部件。更具体地，处理单元6可以用于控制光源3的开启和关闭，控制光学传感器4进行图像截取并将截取到的图像发送给处理单元6，以及控制电机71和轮子72(必要时通过驱动轴)驱动主体1根据指令转动或移动。

此外，清洁系统100还包括设置在主体1内的通信电路8。通信电路8可以经配置以通信连接(例如，无线连接)至用户的移动设备9。因此，与清洁度状况和清洁策略相关的信息可通过通信电路8在处理单元6和移动设备9之间传输。在特定实施例中，通信电路8可以是小距离或远距离无线通信电路，其支持特定无线通信协议，例如3G、4G、5G网络、蓝牙(BLUETOOTH)及WIFI等。需说明的是，处理单元6、通信电路8可用于实现特定无线通信协议。

移动设备9例如可以是计算机、笔记本或智能手机。对于某些使用场景，可以在移动设备9中安装清洁器管理应用程序，并以移动设备9执行以提供用户界面以供用户控制清洁系统100并提供下列功能，包括诸如电源开/关、设置为目标区域限定的清洁策略的清洁频率和/或清洁路线，以及控制自主机器人移动和搜索墙壁的地图建立程序，以建立目标区域的地图。

还可以参考图3，图3为本申请实施例的清洁方法的流程图。根据本申请的一主要构思，本实施例的清洁系统及清洁方法可根据含有灰尘颗粒的图像帧来辨识清洁状况，并根据清洁状况调整清洁策略。

如图3所示，处理单元6可经配置以执行以下步骤：

步骤S10：控制风扇电机组件产生吸力，通过气流通道吸入外界空气。需要说明的是，处理单元6可以同时控制驱动系统7驱动自主机器人在目标区域移动。

步骤S11：控制光源向气流通道发光。

步骤S12：控制光学传感器从气流通道中截取连续的多个图像帧。

步骤S13：从连续的多个图像帧中获取第一图像帧和第二图像帧。

具体地，在灰尘进入集尘容器24之前，通过图像传感记录通过气流通道21的吸入空气中颗粒的大小、密度，从而得到用于量化自主机器人正在清洁的区域的环境(即地板)状况的指标。因此，光学传感器4以预定的采样率从气流通道21内部采集多个连续的图像帧，并可从多个连续的图像帧中选择两个连续的图像帧作为第一图像帧和第二图像帧。然而，本申请不限于此。在特定实施例中，如果第一图像帧和第二图像帧之间的时间差是已知的，则第一图像帧和第二图像帧不限于两个连续的图像帧，其中，时间差被定义为捕获第一图像帧和第二图像帧的时间点之间的持续时间。需要注意的是，在第一图像帧和第二图像帧之间的相似度太低而无法找到相同颗粒的情况下，应调整采样率或缩短时间差。

步骤S14：将第一图像帧与第二图像帧进行比较，以识别出多个灰尘颗粒。

可以参考图4A和4B，图4A和4B示出了根据本申请实施例所截取的第一图像帧和第二图像帧。如图所示，选择第一图像帧IMG1和第二图像帧IMG2，相减得到帧与帧的差值，从而求出被吸力Fs驱动的大小灰尘的位移量。

例如，第一图像帧F1被处理单元6处理并且识别出两个颗粒A1和A2。接着，第二图像帧F2也被处理单元6处理，根据颗粒特征，例如大小或形状，识别并确定两个颗粒B1和B2对应于颗粒A1和A2。需注意，也可以计算第一图像帧F1和第二图像帧F2之间的阴影变化，以帮助识别特定的灰尘颗粒。

步骤S15：获取多个所述灰尘颗粒的至少一个颗粒特征。具体地，至少一个颗粒特征包括颗粒大小、颗粒数量、颗粒密度、颗粒类型和颗粒速度中的一或多者。

例如，还可以根据颗粒A1、A2、B1、B2的位置计算出位移D1，根据上述位移D1与采样率或时间差计算颗粒速度。需要说明的是，为了准确获得颗粒速度，可以将采样率提高到高于预定采样率。

此外，还记录第一图像帧F1和第二图像帧F2的被识别颗粒的数量、距离和/或面积，然后可以用于根据第一图像帧F1和第二图像帧F2的帧面积计算颗粒密度。

步骤S16：根据至少一个颗粒特征确定当前的清洁度状况。在此步骤中，可以使用上一步中计算出的颗粒密度来确定当前的清洁度状况。例如，可以使用清洁度水平来定义当前的清洁度状况，并且清洁度水平随着颗粒密度的降低而增加，然而，本申请不限于此。

步骤S17：根据当前的清洁度状况调整清洁策略。例如，处理单元6可经配置以根据颗粒数量和颗粒密度自动判断是否重复清洁路线或调整主体的移动速度。在另一实施例中，清洁度状况可以通过移动设备9的用户界面提供给用户，使得用户可以决定是否手动调整清洁策略。

步骤S18：根据颗粒密度和当前的清洁度状况，使移动设备在用户界面上的目标区域的目标地图上绘制出清洁地图。

请参阅图5，图5为本申请实施例的目标区域的目标地图的示意图。如图5所示，在得到目标地图M1的当前的清洁度状况后，可以在目标地图M1上绘制脏污区域DR1、DR2、DR3和干净区域CR1，以建立清洁地图。具体地，清洁地图可以显示在移动设备9的显示器91上的用户界面中。

步骤S19：根据清洁地图优化清洁策略。

例如，可以优化清洁策略以在目标地图M1中提供新的清洁路线X1。进一步地，优化清洁路线X1计划移动来回多次通过脏污区域DR1、DR2和DR3，并且仅移动通过干净区域CR1一次。此外，还可以根据清洁地图优化清洁频率。

因此，在本发明所提供的清洁系统100及清洁方法中，在清洁过程中，可以通过从连续的图像帧中识别灰尘颗粒，获得颗粒特征和对应的清洁度状况，从而可以相应地调整清洁策略。

还可以参阅图6，图6为本发明实施例的清洁方法的另一流程图。

如图6所示，清洁方法还可以包括配置处理单元6响应于步骤S15中获取的颗粒速度，执行以下步骤：

步骤S20：根据颗粒速度确定吸力是否在正常范围内。

响应于确定吸力低于正常范围，清洁方法进入步骤S21：发送警报信号以提醒用户检查过滤器。

响应于确定吸力不低于正常范围，清洁方法重复步骤S20。

具体而言，当过滤器23上的灰尘堆积到一定程度时，吸力Fs减弱。此时，通过气流通道21的灰尘颗粒的位移变小，因此可以直接利用位移计算出的颗粒速度来推断吸力Fs是否正常。

因此，当检测到吸力Fs低于预定力值时，可以由通信电路8通过移动设备9通知用户，或者可以通过设置在主体1上的报警装置(例如，光源、显示器和/或扬声器)提供的光或声音通知用户。

在一些实施例中，存储器5可用于存储上述清洁策略、图像识别程序和多个特定颗粒类型分别对应的多个清洁路径。

请参阅图7，图7为本申请实施例的清洁方法的又一流程图。

如图7所示，清洁方法还可以包括配置处理单元6执行以下步骤：

步骤S30：执行图像辨识程序以辨识多个灰尘颗粒的颗粒类型。

步骤S31：确定多个灰尘颗粒的颗粒类型是否与多个特定颗粒类型的其中一个相匹配。具体地，通过图像识别算法可以识别出所截取的图像帧中的物体，为一般的灰尘、霉菌、碎玻璃或绒毛等。

响应于判断灰尘颗粒的颗粒类型与其中一种特定颗粒类型相匹配，清洁方法进入步骤S32：根据相匹配的其中一个特定颗粒类型对应的清洁路径重新安排清洁路线。

响应于确定灰尘颗粒的颗粒类型不匹配任何一种特定颗粒类型，清洁方法回到步骤S30。

参见图8，图8为本发明实施例的目标区域的另一目标地图的示意图。如图8所示，当自主机器人扫过一个区域时，可以在目标地图M2上创建并绘制灰尘地图，并可以分层显示。因此，可以实时调整清洁路径。举例而言，当执行影像辨识程序辨识出灰尘区域DR中的灰尘颗粒为奶粉时，处理单元6可立即找出存储的奶粉对应的清洁路径，并重新安排新的清洁路线X2，其中，奶粉对应的清洁路径规划为从灰尘区域DR的外部移动到灰尘区域DR的内部，以避免灰尘散开并被推移使灰尘区域DR的范围扩大。

如果在特定区域中吸入过多粉末/烟雾，如翻倒的奶粉，处理单元6可配置为提醒用户来决定是否清洁或家中是否有异常情况，并记录发生的事件区域，这对用户来说可能是有意义的信息。

并且，在清扫后，可为用户记录该区域的空间温度、清扫过程中的粉尘浓度分布、吸入中大型物体区域的层数信息等相关环境信息。

在特定实施例中，气流通道21内可设置一个或多个声音传感器和超声波传感器，以检测灰尘与气流通道21内表面碰撞产生的声音，这些传感器可用于辅助识别颗粒特征。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的清洁系统及清洁方法，可在清洁过程中，通过识别连续图像帧中的灰尘颗粒，获取颗粒特征及对应的清洁度状况，进而调整清洁策略。

进一步地，在本发明提供的清洁系统及清洁方法中，响应于灰尘通过气流通道进入集尘容器，可以通过执行图像处理算法计算出颗粒大小、通过速度和相关信息，从而确定过滤器是否因灰尘附着过多而需要更换。另外，在对目标区域进行清洁处理之后，可以创建清洁地图以提供清洁信息以供用户查看。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。