一种智能多功能室外清扫机器人

摘要

一种智能多功能室外清扫机器人，包括动力驱动单元、数据传输单元、自主导航单元、中央处理单元、地面监测单元、环境监测单元、智能洒水单元、垃圾自动分类单元和智能调速单元。其中动力驱动单元用于各部件的驱动，数据传输单元用于清扫机器人与调度室之间的信息交互，自主导航单元实现自主导航，中央处理单元为用于处理各单元的信息并使其协同工作，地面检测单元用于监测路况，环境监测单元用于监测环境信息，垃圾自动分类单元用于垃圾进行自动分类并回收。本发明实现了高精度导航、多路况清扫和自主垃圾分类回收，同时可监测工作区域的环境信息，提高了清扫机器人的智能性。

权利要求

1.一种智能多功能室外清扫机器人，包括车体和清扫单元；其特征在于还包括设置在车体上的动力驱动单元、数据传输单元、自主导航单元、中央处理单元、地面检测单元、环境监测单元、智能洒水单元、垃圾自动分类单元及智能调速单元；所述动力驱动单元用于清扫机器人各部件的驱动及电力供给；所述数据传输单元用于清扫机器人与调度室之间的信息交互；所述自主导航单元用于清扫机器人的自主导航；所述地面检测单元用于监测路况，所述环境监测单元用于监测环境获取环境信息；所述垃圾分类单元将清扫垃圾进行自动分类并回收；智能调速单元用于清扫机器人在不同环境清洁程度中的智能调速；所述中央处理单元为清扫机器人的控制中心，其与各单元连接，用于信息处理并向各单元发送指令；垃圾识别分类，其步骤如下：S1，通过设置在车体正前方的双目摄像机采集环境图像； S2，采用yolov3算法对采集的环境图像中的物体进行初步分类，依据初步分类结果设定初步判定为可回收垃圾的置信度K；同时，对图像中物体数量进行计数，并计算单位面积的物体数量A；

S3，根据制定的五种模糊规则，得到相应的环境因子Y；五种模糊规则:第一种,A＜6时，Y=1；

第二种，6≤A＜12时，Y=0.9；第三种，12≤A＜20时，Y=0.85；第四种，20≤A＜30时，Y=0.8；第五种，A≥30时，Y=0.75； S4,通过得到的环境因子Y；S4,计算K*Y之积P；设定当P＞0.7时，判定物体为可回收垃圾，将垃圾收集至可回收垃圾箱中；当P≤0.7时，则判定物体为不可回收垃圾，将垃圾收集至不可回收垃圾箱中。

2.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述动力驱动单元包括电源及电源管理模块；所述电源为主从双电源结构，主电源为电池组；从电源为太阳能电池。

3.根据权利要求2所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述电源管理模块采用基于卡尔曼滤波的SOC在线估算方法，对清扫机器人所剩电量 进行估算；根据前一段时间 所行的平均速度 和消耗能量 计算清扫机器人续航里程，考虑清扫机器人在清洁路面过程中可能需要躲避障碍物或行人的情况，保留 电量冗余，得到可续航里程；当清扫机器人可续航里程不足以回到充电站，自动切换到从电源，以保证清扫机器人的正常工作。

4.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述数据传输单元包括GPRS 4G模块和数传模块两种通信方式；所述GPRS 4G模块和数传模块分别与调度室通信；优先选择采用GPRS 4G模块与调度台通信；当网速V<50Kbps时，且清扫机器人在距离调度室20公里以内，切换至数传模块与调度室通信。

5.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述自主导航单元包括设置在车体上面的北斗—GPS双模定位导航系统、设置在车体的上前方的激光雷达、设置在车体正前方的红外视觉双目相机及设置在车体上的惯性测量传感器；所述北斗—GPS双模定位导航系统用于清扫机器人全局路线的导航工作，所述激光雷达、红外视觉双目相机、惯性测量单元与北斗—GPS双模定位导航系统进行数据融合，用于局部精确导航工作。

6.根据权利要求5所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于融合流程如下：S1：构建系统的预测状态方程：

其中 和 为系统输出即目标量， 的下一时刻为 为状态转移矩阵， 为控制矩阵， 为系统输入； 为测量噪声，其满足 ，为环境噪声，通过实时估算得到；

S2：构建测量的状态方程：

其中 为第 个传感器的测量值， 为其的传感器测量矩阵， 为其的测量噪声，其满足 ；

S3：根据状态方程，在 时刻对下一时刻 进行预测：S4：根据 时刻的预测值和传感器在 时刻的测量值矩阵，确定传感器数据融合系统的最优估计值为：

式中， 为 时刻的传感器融合的最优状态估计值； 为卡尔曼增益， 为各传感器在 时刻的由测量方程得出的测量值构成的测量值矩阵， 为观测矩阵。

7.根据权利要求6所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述的环境噪声 根据环境的复杂度来计算，其计算规则为：根据yolov3算法检测环境图像中单位面积内物体数量A，令 。

8.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述环境监测单元设置在车体尾部；其包括噪音传感器、电子辐射传感器、PM2.5测量传感器和温湿度传感器。

9.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述智能洒水单元包括设置在车体中的水箱及与所述水箱连通且位于所述车体两侧外部的洒水喷头，所述洒水喷头位于液面的上方；在所述水箱内的液面上方设置有可上下位移迫使水从水箱压出的压盖；当监测到空气中粉尘浓度大于 时，中央处理单元向智能洒水单元发出指令，智能洒水单元自动洒水；且依据粉尘浓度，确定洒水速度：当 ≥50时，洒水速度V=150；

3 3

当 ＜50时，洒水速度V=5*（ ‑20），其中 的单位为cm/s，的单位是mg/m。

10.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述垃圾自动分类单元包括设置在所述车体正前方的双目摄像机，设置在车体中的并排设置的可回收垃圾箱和不可回收垃圾箱；在位于清扫单元后方的车体底部设置有垃圾收集总管，所述垃圾收集总管一端两根垃圾收集支管分别与可回收垃圾箱和不可回收垃圾箱连通；在所述垃圾收集总管与垃圾收集支管的连接处设置有通道开关，可根据识别后的垃圾种类，切断或连通垃圾收集支管与其连通的垃圾箱之间的通道；在所述可回收垃圾箱及不可回收垃圾箱的顶部设置有负压风机。

11.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述地面检测单元位于所述车体的底部中央，紧靠垃圾自动分类单元的垃圾进口端；所述地面检测单元包括硬物检测传感器和倾角传感器。

12.根据权利要求11所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述硬物检测传感器检测清扫机器人是否接触到硬物；应力传感器与被冲击物碰触后测得的应力为 ，根据 ，其中 为材料系数，为清扫速度；当 时，判定被冲击物为硬物。

13.根据权利要求1所述的智能多功能室外清扫机器人，其特征在于所述智能调速单元根据垃圾自动分类单元测得的单位面积内物体数量A进行清扫机器人的车速智能控制：当A≥30时，车速V=0.3m/s；当A＜30时，车速V=0.01*（60‑A）m/s。

说明书

一种智能多功能室外清扫机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及室外清扫领域，特别涉及一种智能多功能室外清扫机器人。

背景技术

[0002] 清扫机器人作为智能机器人的一种，能够帮助人们进行清洁打扫，大大提高人们生活的舒适性和便利性。现有的清扫机器人大多都是用于室内，室外清扫机器人的种类还
比较少。室外清扫的主要困难在于：清洁面积大，垃圾种类多，路况复杂，难以自主导航实现
工作区域的清扫。

[0003] 目前，室外清扫机器人主要包括行走单元、清扫单元、自主导航单元。智能清扫机器人，针对平整地面来说，包括室内和室外，在清扫行业内已经属于比较成熟技术，各类智
能清扫机器人，尤其是室内清扫机器人应运而生既是实例。但是这类清扫机器人仅能适用
平整地面。由于室外道路路况复杂，比如坑洼路况、高度较高的垃圾障碍物的路面等，由于
目前清扫机器人的清扫单元的清扫刷一般高度无法自动依据路面状况进行自主调节，导致
目前的清扫机器人难于适用复杂路况清扫。 目前室外的清扫机器人的自动导航路径规划
不精确，无法很好完成对工作区域的清扫。中国专利申请201810079515.3公开了一种室外
清扫机器人，包括自动驾驶装置和控制器，其控制器内设置有路径规划和图像识别模块；图
像识别模块通过识别采集物体图像确定物体种类，清扫车带有垃圾收集机构，清扫车侧设
置有垃圾桶机械臂等结构。虽然该申请文件中提示到控制器内设置有路径规划和图像识别
模块，但是在申请文件中如何进行路径规划及垃圾分类的识别则无揭示。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种智能多功能室外清扫机器人，以解决现有清扫机器人中存在的部分不足。

[0005] 本发明提供一种智能多功能室外清扫机器人，包括车体和清扫单元；其特征在于还包括设置在车体上的动力驱动单元、数据传输单元、自主导航单元、中央处理单元、地面
检测单元、环境监测单元、智能洒水单元、垃圾自动分类单元及智能调速单元；所述动力驱
动单元用于清扫机器人各部件的驱动及电力供给；所述数据传输单元用于清扫机器人与调
度室之间的信息交互；所述自主导航单元用于清扫机器人的自主导航；所述地面检测单元
用于监测路况，所述环境监测单元用于监测环境获取环境信息；所述垃圾分类单元将清扫
垃圾进行自动分类并回收；智能调速单元用于清扫机器人在不同环境清洁程度中的智能调
速；所述中央处理单元为清扫机器人的控制中心，其与各单元连接，用于信息处理并向各单
元发送指令。

[0006] 所述动力驱动单元包括电源及电源管理模块；所述电源为主从双电源结构，主电源为电池组；从电源为太阳能电池。

[0007] 所述电源管理模块采用基于卡尔曼滤波的SOC在线估算方法，对清扫机器人所剩电量 进行估算；根据前一段时间 所行的平均速度 和消耗能量 计算清扫机器人续
航里程，考虑清扫机器人在清洁路面过程中可能需要躲避障碍物或行人的情况，保留
电量冗余，得到可续航里程 ；当清扫机器人可续航里程不足以回到充电站，自动
切换到从电源，以保证清扫机器人的正常工作。

[0008] 所述数据传输单元包括GPRS 4G模块和数传模块两种通信方式；所述GPRS 4G模块和数传模块分别与调度室通信；优先选择采用GPRS 4G模块与调度台通信；当网速V<50Kbps
时，且清扫机器人在距离调度室20公里以内，切换至数传模块与调度室通信。

[0009] 所述自主导航单元包括设置在车体上面的北斗—GPS双模定位导航系统、设置在车体的上前方的激光雷达、设置在车体正前方的的红外视觉双目相机及设置在车体上的惯
性测量传感器；所述北斗—GPS双模定位导航系统用于清扫机器人全局路线的导航工作，所
述激光雷达、红外视觉双目相机、惯性测量单元与北斗—GPS双模定位导航系统进行数据融
合，用于局部精确导航工作。

[0010] 融合流程如下：

[0011] S1：构建系统的预测状态方程：

[0012]

[0013] 其中 和 为系统输出即目标量， 的下一时刻为 为状态转移矩阵，为控制矩阵， 为系统输入； 为测量噪声，其满足 ，为环境噪声，通过实时
估算得到；

[0014] S2：构建测量的状态方程：

[0015]

[0016] 其中 为第 个传感器的测量值， 为其的传感器测量矩阵， 为其的测量噪声，其满足 ；

[0017] S3：根据状态方程，在 时刻对下一时刻 进行预测：

[0018]

[0019] S4：根据 时刻的预测值和传感器在 时刻的测量值矩阵，确定传感器数据融合系统的最优估计值为：

[0020]

[0021] 式中， 为 时刻的传感器融合的最优状态估计值； 为卡尔曼增益， 为各传感器在 时刻的由测量方程得出的测量值构成的测量值矩阵， 为观测矩阵。

[0022] 所述的环境噪声 根据环境的复杂度来计算，其计算规则为：根据yolo v3算法检测环境图像中单位面积内物体数量A，令 。

[0023] 所述环境监测单元设置在所述车体尾部；其包括噪音传感器、电子辐射传感器、PM2.5测量传感器和温湿度传感器。

[0024] 所述智能洒水单元包括设置在车体中的水箱及与所述水箱连通且位于所述车体两侧外部的洒水喷头，所述洒水喷头位于液面的上方；在所述水箱内的液面上方设置有可
上下位移迫使水从水箱压出的压盖；当监测到空气中粉尘浓度大于 时，中央处理
单元向智能洒水单元发出指令，智能洒水单元自动洒水；且依据粉尘浓度，确定洒水速度：
3
当 ≥50时， 洒水速度V=150；当 ＜50时， 洒水速度V=5*（ ‑20），其中 的单位为cm/s，
3
的单位是mg/m。

[0025] 所述垃圾自动分类单元包括设置在所述车体正前方的双目摄像机，设置在车体中的并排设置的可回收垃圾箱和不可回收垃圾箱；在位于清扫单元后方的车体底部设置有垃
圾收集总管，所述垃圾收集总管一端两根垃圾收集支管分别与可回收垃圾箱和不可回收垃
圾箱连通；在所述垃圾收集总管与垃圾收集支管的连接处设置有通道开关，可根据识别后
的垃圾种类，切断或连通垃圾收集支管与与其连通的垃圾箱之间的连通通道；在所述可回
收垃圾箱及不可回收垃圾箱的顶部设置有负压风机。

[0026] 垃圾识别分类，其步骤如下：S1，通过设置在车体正前方的双目摄像机采集环境图像； S2，采用yolov3算法对采集的环境图像中的物体进行初步分类，依据初步分类结果设
定初步判定为可回收垃圾的置信度K；同时，对图像中物体数量进行计数，并计算单位面积
的物体数量A；S3，根据制定的五种模糊规则，得到相应的环境因子Y；五种模糊规则:第一
种,A＜6时，Y=1；第二种，6≤A＜12时，Y=0.9；第三种，12≤A＜20时，Y=0.85；第四种，20≤A
＜30时，Y=0.8；第五种，A≥30时，Y=0.75；S4,通过得到的环境因子Y；S4,计算K*Y之积P；设
定当P＞0.7时，判定物体为可回收垃圾，则通道开关则打开与可回收垃圾箱连通的垃圾收
集支管，将垃圾收集至可回收垃圾箱中；当P≤0.7时，则判定物体为不可回收垃圾，则通道
开关则打开与不可回收垃圾箱连通的垃圾收集支管，将其收集至不可回收垃圾箱中。

[0027] 所述地面检测单元位于所述车体的底部中央，紧靠垃圾自动分类单元的垃圾进口端；所述地面检测单元包括硬物检测传感器和倾角传感器。

[0028] 所述硬物检测传感器检测清扫机器人是否接触到硬物；应力传感器与被冲击物碰触后测得的应力为 ，根据 ，其中 为材料系数，为清扫速度；当 时，判定
被冲击物为硬物。

[0029] 所述智能调速单元根据垃圾自动分类单元测得的单位面积内物体数量A进行清扫机器人的车速智能控制：当A≥30时，车速V=0.3m/s；当A＜30时，车速V=0.01*（60‑A）m/s。

[0030] 上述的智能多功能室外清扫机器人，还包括行车制动模块、显示模块和电流检测模块。所述的紧急制动模块配合一具有控制阀的行车制动装置，当扫地车视野中突然闯入
非法目标，控制行车制动装置紧急刹车。所述显示模块用LCD进行显示，显示清扫机器人工
作时间、剩余电量、工作环境地图、自身位置以及已清扫区域信息等。所述的电流检测模块
检测电机过电流情况，防止电机堵转损坏电机。判断是否电机电流I>28A且行进速度V<
0.1m/s，如果是，则控制电源断电，并及时将自身位置信息回传到调度台。

[0031] 本发明的室外清扫机器人，可根据不同路况调节清扫速度、清扫倾斜度；且通过精确导航，可更好规划清扫路径，适应于室外复杂环境；还可以对垃圾进行自动识别分类。可
以对外部环境灰尘、噪音等进行检测，根据检测情况发出报表或自动启动洒水功能，减轻环
境灰尘；还通过电源管理，保证智能清扫机器人正常工作，且可保证其有足够电量回到充电
位置处充电。通过双通道数据传输，保证清扫机器人与调度室实时通讯。

附图说明

[0032] 图1，清扫机器人外形结构示意图。

[0033] 图2，清扫机器人各单元模块关系示意图。

[0034] 图3，垃圾箱结构示意图。

[0035] 图4，洒水结构示意图。

具体实施方式

[0036] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

[0037] 本发明的智能多功能室外清扫机器人，包括车体1和使车体行走的车轮，参看图1，车轮通过行走电机驱动。除了图1的车体外形结构，还可以是其他车体外形结构，不限于图
1。在车体上设置有清扫单元、垃圾自动分类单元、智能洒水单元、地面检测单元、自主导航
单元、环境监测单元、中央处理单元、动力驱动单元、数据传输单元等，其结构及控制具体如
下。

[0038] 清扫单元，包括清扫刷2及驱动清扫刷转动的清扫电机。清扫刷位于车体下方的前部分，用于扫除地面垃圾。清扫单元为成熟技术，在本实施例中，清扫单元可以采用申请人
之前申请的201920421703.X中的清扫机构，即清扫刷与伸缩架连接，参看图2，可通过伸缩
架调节清扫刷高度，也可通过伸缩架不同方向的的不同伸缩度，调节清扫刷的倾斜角度。也
可以采用现有的已公开的清扫机构，因此，在此对清扫单元则不再赘述。

[0039] 垃圾自动分类单元，包括垃圾收集装置及垃圾识别分类。垃圾收集装置，在位于清扫刷的后面的车体底部设置有垃圾收集总管3。垃圾收集总管通过管道与垃圾箱连通。垃圾
箱安装在车体上。垃圾箱为两个，一个为可回收垃圾箱,31，另一个为不可回收垃圾箱32。两
垃圾箱并列排放在车体内。垃圾收集总管的一端分别与两垃圾收集支管连通，两垃圾收集
直管的其中一根与与可回收垃圾箱连通，另一根与不可回收垃圾箱连通。垃圾收集总管与
两垃圾收集支管结构呈Y状。在垃圾收集总管与垃圾收集支管的连接端的管内设置有可封
闭一根垃圾收集支管的通道开关33。通道开关33可根据垃圾的种类移动，当垃圾为可回收
垃圾时，通道开关33移动至与不可回收垃圾箱连通的垃圾收集支管一端封闭其进口，打开
与可回收垃圾箱连通的垃圾收集支管端让可回收垃圾回收至可回收垃圾箱中；当判断为不
可回收垃圾时，通道开关33则封闭与可回收垃圾箱连通的垃圾收集支管，打开与不可回收
垃圾箱连通的垃圾收集支管，供不可回收垃圾回收至不可回收垃圾箱中。通道开关可以是
电磁开关，也可以是其他可智能化控制的开关。在两垃圾箱相邻处的顶部设置有涡轮风机
34，涡轮风机34可为可回收垃圾箱和不可回收垃圾箱提供垃圾回收动力。在垃圾箱的一侧
还可设置有机械臂，用于倾倒垃圾。另外，在车体正前方设置有红外线双目摄像机（未图
示），用于获取车体前方的环境内物体图像。

[0040] 垃圾识别分类：S1，通过设置在车体正前方的双目摄像机采集环境图像； S2，采用yolov3算法对采集的环境图像中的物体进行初步分类，依据初步分类结果设定初步判定为
可回收垃圾的置信度K；同时，对图像中物体数量进行计数，并计算单位面积的物体数量A；
S3，根据制定的五种模糊规则，得到相应的环境因子Y。五种模糊规则:第一种,A＜6时，Y=1；
第二种，6≤A＜12时，Y=0.9；第三种，12≤A＜20时，Y=0.85；第四种，20≤A＜30时，Y=0.8；第
五种，A≥30时，Y=0.75。S4,通过得到的环境因子Y；S4,计算K*Y之积P；当P＞0.7时，判定物
体为可回收垃圾，则通道开关则打开与可回收垃圾箱连通的垃圾收集支管，将垃圾收集至
可回收垃圾箱中；当P≤0.7时，则判定物体为不可回收垃圾，则通道开关则打开与不可回收
垃圾箱连通的垃圾收集支管，将其收集至不可回收垃圾箱中。实现垃圾识别分类。

[0041] 清扫车的清扫速度可根据垃圾分类识别中的单位面积中物体数量A进行智能调节。当单位面积中的物体数量大时，说明清扫车前方的物体比较多，环境比较复杂，此时应
该降低清扫车的清扫速度，当物体数量小时，可适当提高清扫速度。在本实施例中，车速调
节的依据为：当A≥30时，车速V=0.3m/s；当A＜30时，调节车速V=0.01*（60‑A）m/s。

[0042] 在车体尾部设置有环境监测单元(未图示)，包括噪音传感器、电子辐射传感器、PM2.5测量传感器和温湿度传感器等环境监测传感器。当监测到的空气质量超出人体安全
指标时，将测量的环境质量参数每隔30分钟播报一次，以提醒行人注意当前环境空气质量。
清扫机器人将所测得的环境信息储存起来，并每周生成一个报表，记录一周内清扫机器人
所测环境的污染情况，将重度污染的区域着重标记出来发送到城市环境监测中心，利于环
境治理部门对污染区域进行治理。

[0043] 智能洒水单元，包括洒水装置及智能洒水控制。洒水装置，包括设置在车体中的水箱4，在水箱中液面上方设置有可上次位移的压板41，在压板41上设置有可上下位移的撑杆
42，撑杆与驱动其上下位移的机构连接。在车体位于清扫刷后方的两侧分别设置有洒水喷
头43，洒水喷头53通过管道与水箱连通。当需要洒水时，撑杆带动压板向下位移对水箱中的
水施加压力，使水从洒水喷头中洒出；当不需要洒水时，由于洒水喷头高于液面，且无外力
作用与液面，因此，则无水从洒水喷头中洒出。洒水的智能控制：当环境监测单元监测到空
气中粉尘浓度大于 时，洒水装置则中央处理单元控制撑杆向下位移自动洒水，减
少清扫过程中对环境的影响。并根据粉尘浓度控制洒水装置的洒水速度。设空气中粉尘浓
度为 ，制定对应规则：当 ≥50时， 洒水速度V=150；当 ＜50时， 洒水速度V=5*（ ‑20），
3 3
其中 的单位为cm/s，的单位是mg/m。

[0044] 地面检测单元（未图示），位于车体底部中央，紧挨位于车体底部的垃圾收集总管的进口处。地面检测单元包括应力传感器和倾角传感器。通过应力传感器检测物体的硬度，
确定物体是否为硬物。当应力传感器碰到物体时，应力传感器测得的冲击力为F，根据
，其中 为材料系数，与冲击物和被冲击物有关，为清扫机器人的清扫速度。该公
式由清扫机器人在不同材质中不同冲撞速度对应不同的冲击力拟合的曲线所得。当所冲击
硬物为木板时，其 值为 。通过对不同硬物的冲击试验，得到的材料系数均大于250。因
此，在本实施例中，设定当 时，被冲击物为硬物。倾角传感器用于感应路面的倾斜
度。当路面倾斜度有变化时，中央处理单元控制清扫单元调节清扫刷高度，当倾角增大，适
当伸长扫地刷，当倾角减小，适当回收清扫刷。

[0045] 自主导航单元（未图示），包括北斗—GPS双模定位导航系统、激光雷达、红外视觉双目相机、惯性测量传感器。北斗—GPS双模定位导航系统安装在车体上面，激光雷达位于
车体上面的前方，红外视觉双目相机设置于车体的正前方。惯性测量传感器设置在车体上。
北斗—GPS双模定位导航系统用于清扫机器人全局路线的导航工作；激光雷达、红外视觉双
目相机、惯性测量传感器与北斗—GPS双模定位导航系统进行数据融合，用于局部精确导航
工作。更在融合过程考虑到环境因素对传感器测量的影响，使其更适于不同环境。

[0046] 为了精确的估计清扫机器人的位置，本发明使用卡尔曼滤波算法将视觉、激光雷达、惯性测量传感器和北斗—GPS双模定位导航系统数据进行融合，并在融合过程空加入了
环境因素对传感器测量的影响，使其更适用于不同环境。数据融合流程如下：

[0047] S1：系统的预测状态方程：

[0048]

[0049] 其中 和 为系统输出即目标量， 为状态转移矩阵， 为控制矩阵， 为系统输入， 为测量噪声，其满足 ，为环境噪声，通过实时估算得到。

[0050] S2：测量的状态方程：

[0051]

[0052] 其中在 时刻， 为第 个传感器的测量值， 为第 个传感器测量矩阵，  为第个传感器的测量噪声，其满足 。

[0053] S3：下一时刻的预测值为：

[0054]

[0055] 式中 为在 时刻对 时刻值得预测。

[0056] S4：最优估计为：

[0057]

[0058] 式中， 为 时刻的传感器融合的最优状态估计值。 为卡尔曼增益， 为各传感器在 时刻的由测量方程得出的测量值构成的测量值矩阵， 为观测矩阵。

[0059] 进一步地，S2中的环境噪声 是根据环境的复杂度来判断，其判定标准为：根据yolo检测环境图像中单位面积内物体数量A，令 ，将 归算到 之间，将环境
噪声加入传感器自身测量噪声中，提高了导航系统对环境的适应度。

[0060] 电源为双电源结构，分为主从两部分。主电源为18650电池组，采用30并20串结构，电池容量达到1200AH，放电电流达到30A。从电源采用太阳能电池，配备安装在车体上的太
阳能光伏组件，组件功率可达300W，可在日光下自主充电。电源管理采用基于卡尔曼滤波的
SOC在线估算方法，对清扫机器人所剩电量 进行估算。根据前一段时间 所行的平均速
度 和消耗能量 计算清扫机器人续航里程，考虑清扫机器人在清洁路面过程中可能需
要躲避障碍物或行人的情况，保留 电量冗余，得到续航里程 。当清扫机器人
可续航里程不足以回到充电站，自动切换到从电源，以保证清扫机器人的正常工作。

[0061] 数据传输单元包括GPRS 4G模块和数传模块两种通信方式。GPRS 4G模块和数传模块分别与调度室通信。通过判断网络拥堵程度对两通道进行选择，优先选择采用GPRS 4G模
块与调度台通信，但是当网速V<50Kbps时，且清扫机器人在距离调度室20公里以内，采用数
传模块进行与调度室的通信。

[0062] 动力驱动单元,位于车体的右下部，用于清扫机器人各部件的驱动及电力供给。动力驱动单元通过向中央处理单元发送和接收各控制信号，控制各部件的动作，及电源间的
切换管理。

[0063] 中央处理单元，通过接收各单元发送的信号，进行信号处理判断，并向各单元发出动作指令，控制各单元有序动作。在本实施例中，采用JetsonTX2作为中央处理单元，控制清
扫机器人各项动作。

[0064] 该清扫机器人还包含行车紧急制动模块、显示模块和电流检测模块。行车紧急制动模块装备一具有控制阀的行车制动装置，当扫地车视野中突然闯入非法目标，控制行车
制动装置紧急刹车。显示模块用LCD进行显示，显示清扫机器人工作时间、剩余电量、工作环
境地图、自身位置以及已清扫区域信息等。电流检测模块检测电机过电流情况，判断电机电
流是否大于28A且清扫机器人行进速度V<0.1m/s，如果是，则控制电源断电，并及时将自身
位置信息回传到调度台。

[0065] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。