CN103487066B - 一种智能设备及其安全行驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能设备及其安全行驶方法。该安全行驶方法包括：获取智能设备当前行驶的第一行驶角度及其当前坐标，并根据第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标，若存在满足第一关系式的碰撞坐标，则在智能设备到达碰撞坐标时改变其行驶角度，以避免与障碍物发生碰撞。通过上述方式，本发明能够实现智能设备在室内的高精度定位与导航，从而对移动或静止的障碍物实施有效的避让。

Description

一种智能设备及其安全行驶方法

技术领域

本发明涉及无人智能驾驶技术领域，具体而言涉及一种智能设备及其安全行驶方法。

背景技术

随着移动电子设备和无人智能技术的发展，智能吸尘器、电子宠物狗、遥控玩具模型等智能设备已广泛应用于家庭生活和娱乐中。由于这些智能设备应用于家庭等室内环境，因此在使用过程中不可避免的需要避让室内家具等静止或人、小动物等活动的障碍物，尤其是老人小孩，如果不能及时、有效的主动避让，极易导致危险事故的发生。

现有技术中，主要通过GPRS（GeneralPacketRadioService，通用无线分组业务）、红外扫描成像、摄像头监控等方法，实现对智能设备自身及障碍物的定位，而后智能设备通过GPRS定位数据实施避让，或者由用户直接通过成像实时手动改变智能设备的行驶，以实现对障碍物的避让。然而，上述方法在室内这样较小范围内的定位精度误差较大，并且用户手动操作时由于人为反映快慢的因素，极易在看到障碍物时已来不及避让，造成碰撞。因此，有必要提供一种智能设备及其安全行驶方法，以解决该问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种智能设备及其安全行驶方法，能够实现智能设备在室内的高精度定位与导航，从而对移动或静止的障碍物实施有效的避让。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种智能设备的安全行驶方法，包括：获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α及其当前坐标(x₀，y₀)；根据如下第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标(x_n，y_n)：

x_n ²+y_n ²=R²且

其中，R为预设的障碍物和智能设备之间的安全提醒距离；若存在满足第一关系式的碰撞坐标(x_n，y_n)，则在智能设备到达碰撞坐标时改变其行驶角度，以避免与障碍物发生碰撞。

其中，获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α的步骤包括：对智能设备进行采样，以获取相邻两个采样时间点智能设备的第一坐标（x₁，y₁）和第二坐标(x₂，y₂)；通过如下第二关系式获取智能设备的第一行驶角度α：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}.$

其中，按照预设采样周期获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α，且预设采样周期的取值范围为2～10秒。

其中，若存在满足第一关系式的所述碰撞坐标(x_n，y_n)，在智能设备到达碰撞坐标时改变其行驶角度的步骤包括：在智能设备到达碰撞坐标(x_n，y_n)时，使其沿与以障碍物的当前坐标为原点且R为半径的圆的切线方向行驶，其中切线方向对应第二行驶角度β，且满足如下第三关系式：

$\tan \mathrm{\β}=\frac{x_n}{y_n}.$

其中，安全行驶方法还包括：若不存在满足第一关系式的碰撞坐标（x_n，y_n），则使智能设备仍按第一行驶角度α行驶。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种智能设备，包括：定位模块，用于获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α及其当前坐标（x₀，y₀）；路线获取模块，用于根据如下第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标(x_n，y_n)，并在判断存在满足第一关系式的碰撞坐标（x_n，y_n）时，得到智能设备可避免与障碍物发生碰撞的行驶角度：

x_n ²+y_n ²=R²且

其中，R为预设的障碍物和智能设备之间的安全提醒距离。

其中，定位模块还用于对智能设备进行采样，以获取相邻两个采样时间点智能设备的第一坐标（x₁，y₁）和第二坐标（x₂，y₂），并通过如下第二关系式获取智能设备的第一行驶角度α：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}.$

其中，定位模块按照预设采样周期获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α，且设置预设采样周期的取值范围为2～10秒。

其中，处理模块还用于得到智能设备在到达碰撞坐标（x_n，y_n）时，沿与以障碍物的当前坐标为原点且R为半径的圆的切线方向对应的第二行驶角度β，其中第二行驶角度β满足如下第三关系式：

$\tan \mathrm{\β}=\frac{x_n}{y_n}.$

其中，处理模块还用于在判断不存在满足第一关系式的碰撞坐标（x_n，y_n）时，使智能设备仍按第一行驶角度α行驶。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明通过获取智能设备当前行驶的第一行驶角度及其当前坐标，并根据第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞坐标，若存在则在智能设备到达该碰撞坐标时改变其行驶角度，从而能够实现智能设备在室内的高精度定位与导航，对障碍物实施有效的避让。

附图说明

图1是本发明智能设备的安全行驶方法第一实施例的流程图；

图2是本发明的根据智能设备行驶的环境场景定义的直角坐标系O的示意图；

图3是图2所示直角坐标系O进行平移后得到的直角坐标系O’的示意图；

图4是图2所示直角坐标系O中智能设备的坐标示意图；

图5是本发明一实施例的智能设备的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图1～5和具体实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明智能设备的安全行驶方法第一实施例的流程图。如图1所示，本实施例的安全行驶方法主要包括：

步骤S11：获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α及其当前坐标（x₀，y₀）。

在智能设备行驶之前，获取其所要行驶的环境场景的物理空间信息，并参照现有的地图绘制技术形成对应的环境地图，该环境地图包括一个或多个房间的布局及范围、室内家具等静止的以及人、动物等其他活动的障碍物的具体位置信息。

其中，可以采用基于摄像处理的物体距离测量技术、基于参照物的相对位置定位技术等获取室内家具等静止障碍物的具体位置信息。可以采用红外测距技术、多点立体红外测距技术、基于摄像处理的物体距离测量技术、基于参照物的相对位置定位技术等技术中的一个或任意组合获取人、动物等其他活动的障碍物的具体位置信息。

而后，根据获取的环境地图定义直角坐标系。如图2所示，环境场景为俯视时呈矩形的房间，本实施例优选以房门在环境地图中对应的点为原点，并且以房间的长度方向为Y轴、宽度方向为X轴建立直角坐标系O，此时房间的范围可定义为，例如y=1且0<x<1。

应理解，在其他实施例中，对于环境场景为俯视时呈三角形、圆形等其他任意形状的二维平面图形时，本发明还可选取以该二维平面图形的几何中心点为原点，并且以任意两个相互垂直的方向为X轴和Y轴建立直角坐标系，或者以该二维平面图形的任意一个角的顶点为原点，并且以任意两个相互垂直的方向为X轴和Y轴建立直角坐标系。

本实施例的直角坐标系O类似于生活中常用地图的坐标系，是智能设备行驶的环境场景在二维平面上按一定比例的放大或缩小，对应地，障碍物在某一时刻表现为其中的一个坐标点B（a，b），智能设备在某一时刻表现为其中的一个坐标点A（c，d）。

为方便后续对各个坐标点对应的坐标值的计算，本实施还需要对直角坐标系O进行平移，得到以障碍物的坐标点B（a，b）为原点的直角坐标系O’（如图3所示），其对应X’轴和Y’轴。应理解，在其他实施例中也可以不对直角坐标系O进行平移，后续各个坐标点如图4所示。

本实施例中，直角坐标系O和直角坐标系O’中各个坐标点的关系满足如下关系式：

x_s+a=x_m且y_s+b=y_m。

其中，（x_m，y_m）为直角坐标系O中的任意一个坐标点，（x_s，y_s）为直角坐标系O’中的任意一个坐标点。

智能设备开始行驶以及在行驶过程中，本实施例按照预设采样周期T1定期的获取其当前行驶的第一行驶角度α，并且根据实际情况限定该预设采样周期T1的取值范围为2～10秒，具体优选为2秒。

其中，获取第一行驶角度α的具体方法为：对智能设备按照预先设置的标准采样周期T2进行采样，以获取相邻两个采样时间点，即最近的两个采样时间点，此时智能设备在直角坐标系O’中如图3所示对应第一坐标A1（x₁，y₁）和第二坐标A2（x₂，y₂），而后通过如下关系式获取第一行驶角度α：

$\tan \mathrm{\&alpha;}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}.$

该关系式的原理是利用第一坐标A1（x₁，y₁）和第二坐标A2（x₂，y₂）这两个点在直角坐标系O’中确定一条直线L1，并对两点的横坐标和纵坐标形成的直角三角形C1进行正弦运算而得到。

需要说明的是，上述标准采样周期T2和预设采样周期T1的取值可以相等也可以不相等，本实施例优选两者不相等，并且标准采样周期T2的取值为1秒。

步骤S12：根据如下第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标（x_n，y_n）：

x_n ²+y_n ²=R²且

本实施例的智能设备在行驶的过程中，人、动物等活动的障碍物也在运动，并且由于其运动方向的不确定性，因此两者相碰撞实际上指的是智能设备按照第一行驶角度α行驶时会不会进入障碍物对应的安全活动范围，即图3所示的以障碍物的当前坐标B（a，b）为原点且半径为R的圆。其中，R为预设的障碍物和智能设备之间的安全提醒距离，其类似于汽车在行驶时设定的与行人避免碰撞的安全刹车距离，本实施例的R与智能设备的行驶速度以及行驶环境场景的地面光滑度相关联，比如行驶速度较大且地面光滑度较高时，R的预设值较大，行驶速度较小且地面光滑度较低时，R的预设值较小，当然并不限于此。

本实施例预先假设智能设备按照第一行驶角度α继续行驶存在与障碍物相碰撞的碰撞坐标A3（x_n，y_n），参阅图3可知，根据直角三角形C2的勾股定理，以及智能设备的当前坐标A4（x₀，y₀）和碰撞坐标A3（x_n，y_n）的横坐标和纵坐标形成的直角三角形C3进行正弦运算，即可得到上述第一关系式。

其中，智能设备的当前坐标A4（x₀，y₀）在步骤S11中已经得到，例如为（1，3），即x₀=1和y₀=3，tanα和R也是已知数值，例如tanα=2，R=1，因此将其代入第一关系式即可计算是否存在满足第一关系式的x_n和y_n的具体数值。

步骤S13：若存在满足第一关系式的碰撞坐标（x_n，y_n），则在智能设备到达碰撞坐标时改变其行驶角度，以避免与障碍物发生碰撞。

在本实施例中，将举例的x₀=1和y₀=3，tanα=2，R=1代入第一关系式，通过计算得到x_n=-0.8，y_n=-0.6，即存在满足第一关系式的x_n和y_n的数值，则表明智能设备按照第一行驶角度α继续行驶时会与障碍物在碰撞坐标A3（x_n，y_n）处发生碰撞，为避免碰撞智能设备在到达碰撞坐标A3（x_n，y_n）时需要改变其行驶角度。需要说明的是，碰撞坐标A3（x_n，y_n）是位于直角坐标系O’中的一个坐标点，根据上述直角坐标系O和直角坐标系O’中各个坐标点的关系式可知，对应于直角坐标系O中的坐标点（x_n+a，y_n+b），对应于上述数值举例即为（-0.8+a，-0.6+b）。

本实施例优选使智能设备沿与以障碍物的当前坐标O’为原点且R为半径的圆的切线方向L2行驶，其中切线方向L2对应第二行驶角度β，且满足如下关系式：

$\tan \mathrm{\&beta;}=\frac{x_n}{y_n}.$

其中，该关系式原理是利用切线方向L2所在的直线、碰撞坐标A3（x_n，y_n）的横坐标和纵坐标形成的直角三角形C4进行正弦运算而得到。对应于上述数值举例，可得到tanβ=3/4。

若不存在x_n和y_n的数值，则表明智能设备按照第一行驶角度α继续行驶时不会与障碍物在碰撞坐标A3（x_n，y_n）处发生碰撞。为了省电，本实施例优选智能设备仍按第一行驶角度α行驶，直至进入下一个预设采样周期T1，继续采样智能设备的行驶角度，以此循环进行步骤S11、S12和S13。

基于上述，本实施例主要通过获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α及其当前坐标（x₀，y₀），并根据第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞坐标，若存在则在智能设备到达该碰撞坐标时改变其行驶角度，从而能够实现智能设备在室内的高精度定位与导航，对障碍物实施有效的避让。

另外，本发明上述实施例的智能设备还可与手机、平板电脑等终端建立连接，以将行驶路线实时显示在终端的屏幕上，从而在需要时方便用户对智能终端的远程控制。并且，对于不同类型的智能设备，根据其实际功能的不同，在步骤S13中若不存在碰撞坐标A3（x_n，y_n）时，还可根据用户的实际需要使其按第三行驶角度γ行驶，例如：智能设备为智能吸尘器时，用户发现其按照第一行驶角度α行驶时虽然不会与障碍物相碰撞，但是其并不能到达或并不是沿着最优化的路线到达需要进行卫生清扫的位置，此时用户可通过终端实时的远程控制，使其按第三行驶角度γ行驶。

本发明还提供一种智能设备，如图5所示，本实施例的智能设备500主要包括地图模块510、定位模块520和路线获取模块530。

其中，地图模块510用于获取智能设备500所要行驶的环境场景的物理空间信息，并参照现有的地图绘制技术形成对应的环境地图，并根据环境地图定义直角坐标系。

定位模块520用于获取智能设备500当前行驶的第一行驶角度α及其在地图模块510定义的直角坐标系中的当前坐标（x₀，y₀）。

路线获取模块530用于根据如下第一关系式判断所述智能设备500是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标（x_n，y_n），并在判断存在满足第一关系式的碰撞坐标（x_n，y_n）时，得到智能设备500可避免与障碍物发生碰撞的行驶角度：

x_n ²+y_n ²=R²且……第一关系式

其中，R为预设的障碍物和智能设备500之间的安全提醒距离。

需要说明的是，本实施例的智能设备500的工作原理及具体过程与上述实施例的安全行驶方法相同，此处不再赘述。

另外，应该理解到，在本发明所提供的装置实施例中，以上所描述的智能设备500的实施例仅仅是示意性的，所描述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，模块相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，也可以是电性，机械或其它的形式。

并且，上述各个模块作为智能设备500的组成部分，可以是或不是物理单元，既可以位于一个系统，也可以分布到多个网络单元上，既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。可以根据实际的需要选择部分或全部模块来实现本发明方案的目的。

综上所述，本发明通过获取智能设备当前行驶的第一行驶角度及其当前坐标，并根据第一关系式判断智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞坐标，若存在则在智能设备到达该碰撞坐标时改变其行驶角度，从而能够实现智能设备在室内的高精度定位与导航，对障碍物实施有效的避让。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能设备的安全行驶方法，其特征在于，所述行驶方法包括：

获取智能设备当前行驶的第一行驶角度α及其当前坐标(x₀，y₀)，其中，对所述智能设备进行采样，以获取相邻两个采样时间点所述智能设备的第一坐标(x₁，y₁)和第二坐标(x₂，y₂)，并通过如下关系式获取所述智能设备的第一行驶角度α：

$tan\mathrm{\&alpha;}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$

根据如下第一关系式判断所述智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标(x_n，y_n)：

x_n ²+y_n ²＝R²且

其中，R为预设的所述障碍物和所述智能设备之间的安全提醒距离；

若存在满足所述第一关系式的所述碰撞坐标(x_n，y_n)，则在所述智能设备到达所述碰撞坐标(x_n，y_n)时改变其行驶角度，使所述智能设备沿与以所述障碍物的当前坐标为原点且R为半径的圆的切线方向行驶，其中所述切线方向对应第二行驶角度β，以避免与所述障碍物发生碰撞，且所述第二行驶角度β满足如下第三关系式：

$tan\mathrm{\&beta;}=\frac{x_n}{y_n}.$

2.根据权利要求1所述的安全行驶方法，其特征在于，按照预设采样周期获取所述智能设备当前行驶的第一行驶角度α，且所述预设采样周期的取值范围为2～10秒。

3.根据权利要求1所述的安全行驶方法，其特征在于，所述安全行驶方法还包括：

若不存在满足所述第一关系式的所述碰撞坐标(x_n，y_n)，则使所述智能设备仍按所述第一行驶角度α行驶。

4.一种智能设备，其特征在于，所述智能设备包括：

定位模块，用于获取所述智能设备当前行驶的第一行驶角度α及其当前坐标(x₀，y₀)，其中，所述定位模块用于对所述智能设备进行采样，以获取相邻两个采样时间点所述智能设备的第一坐标(x₁，y₁)和第二坐标(x₂，y₂)，并通过如下关系式获取所述第一行驶角度α：

$tan\mathrm{\&alpha;}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$

路线获取模块，用于根据如下第一关系式判断所述智能设备是否存在与障碍物相碰撞的碰撞点对应的碰撞坐标(x_n，y_n)，并在判断存在满足所述第一关系式的所述碰撞坐标(x_n，y_n)时，得到所述智能设备可避免与所述障碍物发生碰撞的行驶角度：

x_n ²+y_n ²＝R²且

其中，R为预设的所述障碍物和所述智能设备之间的安全提醒距离；

所述路线获取模块还用于在所述智能设备在到达所述碰撞坐标(x_n，y_n)时，计算沿与以所述障碍物的当前坐标为原点且R为半径的圆的切线方向对应的第二行驶角度β，所述第二行驶角度β满足如下第三关系式：

$tan\mathrm{\&beta;}=\frac{x_n}{y_n}.$

5.根据权利要求4所述的智能设备，其特征在于，所述定位模块按照预设采样周期获取所述智能设备当前行驶的第一行驶角度α，且设置所述预设采样周期的取值范围为2～10秒。

6.根据权利要求4所述的智能设备，其特征在于，所述路线获取模块还用于在判断不存在满足所述第一关系式的所述碰撞坐标(x_n，y_n)时，使所述智能设备仍按所述第一行驶角度α行驶。