CN106323230A - 一种障碍物识别装置及障碍物识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人设计制造领域，尤其涉及一种障碍物识别装置及障碍物识别方法。该障碍物识别装置设置于可移动的机器人主体上，主要包括用以发出激光束并根据激光束打在障碍物上漫反射的亮光点来获取障碍物距离的相位差激光传感器，且该相位差激光传感器设置于水平转动装置上，以随水平转动装置旋转对周围环境进行360度的障碍物检测，从而使移动机器人具备高效实时的环境检测的能力，可以提高机器人的移动效率，减少移动中的试错成本。

Description

一种障碍物识别装置及障碍物识别方法

技术领域

本发明涉及机器人设计制造领域，尤其涉及一种障碍物识别装置及障碍物识别方法。

背景技术

目前有移动需求的机器人(例如扫地机器人)会通过物理开关、超声波或者红外线传感器等测量装置，实时推算机器人前进方是否存在障碍物，若检测到障碍物则发送相关信号给控制器，来控制机器人改变路线，以达到机器人不碰壁的目的，避免了机器人在行走过程中，遇到障碍物之后，其接下来的行走路线失效。

但是这种障碍物感知方法只能针对相对于机体本身有限的角度进行测量，因为传感器(如物理开关、超声波传感器、红外线传感器)本身具有一定的体积，无法密布地安装在机器人身上，导致测量结果具有较大的偏差，而且在障碍物处于测量盲区时，需要通过调整机器人机体姿态来弥补这种盲区测量缺陷，降低了机器人的移动效率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种障碍物识别装置及障碍物识别方法，用低成本的方式解决现有技术中机器人对环境障碍物感知能力上的盲区、效率与精度问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

提供一种障碍物识别装置，其特征在于，设置于可移动的机器人主体上，所述障碍物识别装置包括：

水平转动装置，设置于所述机器人主体之上，以在水平方向上进行自转；

相位差激光传感器，设置在所述水平转动装置上，以获取所述障碍物相对于所述机器人主体的实时位置信息；

处理器，设置于所述机器人主体上，且与所述相位差激光传感器连接，以获取并根据所述实时位置信息，修正所述机器人主体的移动路径，以规避所述障碍物。

优选的，上述的障碍物识别装置，其中，所述相位差激光传感器包括：

激光束发射器，以发出激光束；

摄像头，捕捉所述激光束打在所述障碍物上漫反射的亮光点，以获取所述障碍物相对于所述机器人主体的实时位置信息。

优选的，上述的障碍物识别装置还包括：

存储器，设置于所述机器人主体上，且与所述相位差激光传感器以及所述处理器连接，以存储所述实时位置信息，生成平面点云图，并将该平面点云图发送给处理器。

优选的，上述的障碍物识别装置还包括：

光电开关，设置于所述机器人主体上，用以检测所述水平转动装置的归零位。

优选的，上述的障碍物识别装置还包括：

驱动装置，与所述水平转动装置连接，以驱动所述水平转动装置旋转。

本发明还提供一种障碍物识别方法，基于上述的障碍物识别装置，其特征在于，适用于可移动机器人的环境障碍物识别检测，所述障碍物识别方法包括以下步骤：

步骤1，将所述相位差激光传感器安装于所述水平转动装置上后，启动所述水平转动装置旋转，由光电开关实时捕获所述水平转动装置转动过程中到达归零位置的时刻，根据两个所述时刻差获得所述水平转动装置转动一周需要的时间S；

步骤2，使所述水平转动装置转速慢慢加快，直到所述时间S达到一稳定值；

步骤3，启动所述相位差激光传感器以一设定检测频率开始工作，以获取所述障碍物识别装置周围的障碍物的实时位置信息，并由处理器获取并根据所述实时位置信息，修正所述主体机器人的移动路径，以规避所述障碍物。

优选的，上述的障碍物识别方法，其中，所述相位差激光传感器上还设置有激光束发射器和摄像头，所述步骤3还包括：

步骤31，所述激光束发射器发出激光束，所述摄像头捕捉所述激光束打在障碍物上漫反射的亮光点，以获取所述障碍物相对于所述机器人主体的实时位置信息；

步骤32，所述相位差激光传感器将所述实时位置信息发送给所述处理器；

步骤33，所述处理器根据接收到的所述实时位置信息，通过三角定位的方法测算出所述障碍物的距离。

优选的，上述的障碍物识别方法，其中，所述障碍物识别装置还设置有存储器，所述步骤32还包括：

步骤321，所述相位差激光传感器获取到所述实时位置信息后，将该实时位置信息发送给所述存储器；

步骤322，所述存储器根据接收到的所述实时位置信息生成平面点云图，并将该平面点云图发送给处理器。

优选的，上述的障碍物识别方法，其中，所述水平转动装置的稳定转动周期S为200ms。

优选的，上述的障碍物识别方法，其中，所述相位差激光传感器的设定检测频率为2000fps。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的障碍物识别装置及障碍物识别方法，可以使移动机器人具备高效实时的环境检测的能力，可以提高机器人的移动效率，减少移动中的试错成本。在光电开关进入归零位置开始，直到下一次进入归零位置结束，在这样的一个周期S＝200ms的时间内，相位差激光传感器获得的测距的所有数据(样本数c≈400f)依次按时间先后排序，则这些数据就是本周期S内对移动机器人水平方向360°的测距数据，精度可以达到360°/400f＝0.9°/f。如此循环往复，每秒可以检测5次周边环境，则可以实时地建立起以移动机器人为中心的平面图点云数据，为移动机器人的移动路径提供精确的数据基础。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明一种障碍物识别装置设置于机器人上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

如图1所示，本发明的障碍物识别装置，设置于移动机器人3本体上，较佳的安装于移动机器人的顶部。该障碍物识别装置包括：

相位差激光传感器1，其上设置有摄像头(图中未示出)和激光束发射器(图中未示出)，激光束发射器用以发出激光束，相位差激光传感器1接收摄像头捕捉到的激光束打在物体上漫反射的亮光点相对于摄像头的位置，通过三角定位的方法测算出障碍物与相位差激光传感器1之间的距离。这种相位差激光传感器的测距具有精度高、测距时间短、采样频率高的特点。

其中，三角定位法的原理是利用探测到的两个或者两个以上障碍物与相位差激光传感器1的不同距离数据，运用三角几何原理确定障碍物的位置。

水平转动装置(本实施例中该水平转动装置为电机)2，相位差激光传感器1安装在该电机2的转动轴上。电机2的转子在水平面方向顺时针或逆时针转动，相位差激光传感器1的连接信号线由滑环结构连通到电子2的定子同一端。

光电开关(图中未示出)，设置于机器人3上，用以检测电机2的归零位。

存储器(图中未示出)，设置于机器人3上，且与相位差激光传感器1连接，该存储器用以存储障碍物的实时位置信息，生成平面点云图。

处理器(图中未示出)，设置于机器人3上，且与相位差激光传感器1和存储器连接，用以接收存储器发送的平面点云图，并根据平面点云图上的障碍物信息修正机器人3的移动路径，以规避障碍物。

下面结合一具体实施例对本发明的一种障碍物识别装置及障碍物识别方法作详细说明。

本发明的障碍物识别装置，可安装于各种移动机器人本体上，实现移动机器人高效实时的环境障碍物检测能力，可以提高机器人的移动效率，减少移动中的试错成本。本实施例将该障碍物识别装置安装在一扫地机器人3的顶部，其整个运作过程经历以下步骤，则可以实现高精度的环境障碍物检测：

在扫地机器人3启动清洁工作前，先进行周围环境检测，即

启动电机2以低速度开始转动，光电开关实时捕获电机2转动过程中到达归零位置(该归零位置为一预设定的位置，可设定为机器人圆周的任一位置)的时刻，由电机2进入归零位置记录时刻1，到下一次电机2进入归零位置结束记录时刻2，则由时刻2和时刻1之间的时间差获得电机2转动一周需要的时间S。

接着，控制电机2转速慢慢加快，知道电机转动周期S达到一稳定值(该稳定值可根据实际需要设定，本实施例设定该稳定值S＝200ms)，随后稳定转速，使电机2以200ms每转的速度稳定转动。

进一步的，启动相位差激光传感器1以最高检测频率(以保证能采集最多周围物体的数据，于实际运用中可根据不同需求设定不同的检测频率，本实施例中设定该最高检测频率为2000fps)开始工作。相位差激光传感器1不断发射激光束，通过摄像头捕捉激光束打在物体上漫反射的亮光点相对于摄像头的位置，通过三角定位的方法测算出障碍物与相位差激光传感器1的距离。在电机2转动的一个周期S＝200ms内，总共可以获得样本数c约为400f的距离数据，这些距离数据按照时间先后排序，可以实现对机器人3水平方向360度的测距，精度可达到360°/400f＝0.9°/f。

这样循环往复测距，每秒可检测5次周边环境，则存储器可以建立起以机器人为中心的平面图点云数据，获得周围环境的平面点云图，由处理器计算出机器人即将移动的路径上，第一个会遇到的障碍物的位置，进而修正原有的移动路径，规划新的路径绕开刚才第一个障碍物，然后继续在平面点云图上计算新路径上会遇到的第一个障碍物，再修改路径，如此往复，最终得出一条完全不会碰撞障碍物的路径。这一方法为机器人的精准移动提供精确的数据基础，扫地机器人即可按照此路径，执行扫地工作。

进一步的，在移动过程中，可实时地扫描周围环境，扩充平面点云图，进而在遇到新发现的障碍物时实时修正机器人的预定路径，同时执行扫地工作。

综上所述，本发明公开了一种障碍物识别装置及障碍物识别方法，可以使移动机器人具备高效实时的环境检测的能力，可以提高机器人的移动效率，减少移动中的试错成本。在光电开关进入归零位置开始，直到下一次进入归零位置结束，在这样的一个周期S＝200ms的时间内，相位差激光传感器获得的测距的所有数据(样本数c≈400f)依次按时间先后排序，则这些数据就是本周期S内对移动机器人水平方向360°的测距数据，精度可以达到360°/400f＝0.9°/f。如此循环往复，每秒可以检测5次周边环境，则可以实时地建立起以移动机器人为中心的平面图点云数据，为移动机器人的精准移动提供精确的数据基础。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种障碍物识别装置，其特征在于，设置于可移动的机器人主体上，所述障碍物识别装置包括：

水平转动装置，设置于所述机器人主体之上，以在水平方向上进行自转；

相位差激光传感器，设置在所述水平转动装置上，以获取所述障碍物相对于所述机器人主体的实时位置信息；

处理器，设置于所述机器人主体上，且与所述相位差激光传感器连接，以获取并根据所述实时位置信息，修正所述机器人主体的移动路径，以规避所述障碍物。

2.根据权利要求1所述的障碍物识别装置，其特征在于，所述相位差激光传感器包括：

激光束发射器，以发出激光束；

摄像头，捕捉所述激光束打在所述障碍物上漫反射的亮光点，以获取所述障碍物相对于所述机器人主体的实时位置信息。

3.根据权利要求1所述的障碍物识别装置，其特征在于，所述障碍物识别装置还包括：

存储器，设置于所述机器人主体上，且与所述相位差激光传感器以及所述处理器连接，以存储所述实时位置信息，生成平面点云图，并将该平面点云图发送给处理器。

4.根据权利要求1所述的障碍物识别装置，其特征在于，所述障碍物识别装置还包括：

光电开关，设置于所述机器人主体上，用以检测所述水平转动装置的归零位。

5.根据权利要求1所述的障碍物识别装置，其特征在于，所述障碍物识别装置还包括：

驱动装置，与所述水平转动装置连接，以驱动所述水平转动装置旋转。

6.一种障碍物识别方法，基于权利要求1-5任意一项所述的障碍物识别装置，其特征在于，适用于可移动机器人的环境障碍物识别检测，所述障碍物识别方法包括以下步骤：

步骤1，将所述相位差激光传感器安装于所述水平转动装置上后，启动所述水平转动装置旋转，由光电开关实时捕获所述水平转动装置转动过程中到达归零位置的时刻，根据两个所述时刻差获得所述水平转动装置转动一周需要的时间S；

步骤2，使所述水平转动装置转速慢慢加快，直到所述时间S达到一稳定值；

步骤3，启动所述相位差激光传感器以一设定检测频率开始工作，以获取所述障碍物识别装置周围的障碍物的实时位置信息，并由处理器获取并根据所述实时位置信息，修正所述主体机器人的移动路径，以规避所述障碍物。

7.根据权利要求6所述的障碍物识别方法，其特征在于，所述相位差激光传感器上还设置有激光束发射器和摄像头，所述步骤3还包括：

步骤31，所述激光束发射器发出激光束，所述摄像头捕捉所述激光束打在障碍物上漫反射的亮光点，以获取所述障碍物相对于所述机器人主体的实时位置信息；

步骤32，所述相位差激光传感器将所述实时位置信息发送给所述处理器；

步骤33，所述处理器根据接收到的所述实时位置信息，通过三角定位的方法测算出所述障碍物的距离。

8.根据权利要求7所述的障碍物识别方法，其特征在于，所述障碍物识别装置还设置有存储器，所述步骤32还包括：

步骤321，所述相位差激光传感器获取到所述实时位置信息后，将该实时位置信息发送给所述存储器；

步骤322，所述存储器根据接收到的所述实时位置信息生成平面点云图，并将该平面点云图发送给处理器。

9.根据权利要求6所述的障碍物识别方法，其特征在于，所述水平转动装置的稳定转动周期S为200ms。

10.根据权利要求6所述的障碍物识别方法，其特征在于，所述相位差激光传感器的设定检测频率为2000fps。