CN106568440A - 基于加速度传感器的机器人行为检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于加速度传感器的机器人行为检测系统及方法，通过配置加速度检测装置并利用特定的检测分析步骤，即可实现对机器人轮子打滑、碰撞等行为的检测，为机器人行为控制策略提供相关的依据。本发明使得机器人的结构设计简化，降低了模具跟电子元件的成本，保证机器人外观美观，增加机器人的可靠性，功能使用寿命长。
Description
【技术领域】
本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种机器人行为(运行状态)检测系统及方法。
【背景技术】
生活水平的提高，越来越多人渴望得到更多的个人休闲时间，以便享受生活。随着科学技术的发展，机器人可以逐步代替人类承担简单重复的体力劳动。这些机器人很多都必须具备自主行走运动能力，而这类机器人的运动环境比较复杂，常常会导致机器人出现异常的情况。例如，机器人在行动过程中会遇到比较小的障碍物、比较高的门槛、比较窄小的空间等，针对这些情况，一般的做法都需要通过设计一些比较复杂的结构来检测机器人的运行状态。
目前，市面上的移动机器人为了检测障碍物跟打滑，一般结构都包括碰撞检测机构(检测是否碰撞障碍物)、万向轮检测机构(检测轮子是否打滑)。这就会导致机器人的结构设计复杂，开发模具费用过高，电子元件的成本高，外观不够美观，而且也导致机器人容易出现故障(比如碰撞部分的元件出现问题)，万向轮脏了导致不能检测出打滑。
【发明内容】
本发明旨在实现对机器人的碰撞、打滑、正常运行等行为的检测的同时，简化机器人的结构设计简化，降低模具跟电子元件的成本，增加机器人的可靠性。本发明的目的由以下技术方案实现：
一种基于加速度传感器的机器人行为检测系统，所述机器人包括机壳、运动系统、控制主板；其特征在于，所述行为检测系统由加速度检测装置实现，加速度检测装置包括加速度传感器和加速度数据处理单元，加速度数据处理单元的输出连接控制主板的行为检测数据输入端。
作为具体的技术方案，所述运动系统包括：可以由马达驱动改变方向的轮子、驱动马达和万向轮。
作为具体的技术方案，所述控制主板设置于机壳内，所述加速度检测装置设置于主板上并远离所述驱动马达。
一种基于上述行为检测系统的检测方法，包括：
将T时间内采集的数据绝对值进行累加积分ACCEL_SUM，同时记录T时间内绝对值超过阈值ACCEL的时间间隔存储到数组Time_buffer[]，根据公式1对累加的ACCEL_SUM取平均值；
ACCEL_AVERAGE＝ACCEL_SUM/T(公式1)
结合Time_buffer[]和ACCEL_AVERAGE的值进行分析就可以对机器的三种行为进行判断，具体如下：
当Time_buffer[]里面存储的数据个数为0，并且ACCEL_AVERAGE的数据小于值ACCEL_Data0时，则判断机器处于打滑状态；
当Time_buffer[]里面存储的数据个数大于1，并且相邻的数据差值小于t0，则可以判断机器在这段时间内频繁碰撞，并且ACCEL_AVERAGE的数据大于值ACCEL_Data2时则判断机器处于碰撞状态；
当Time_buffer[]里面存储的数据个数等于0，并且ACCEL_AVERAGE的数据大于值ACCEL_Data1小于值ACCEL_Data2时则判断机器处于正常运行状态；或者当Time_buffer[]里面存储的数据个数大于等于1时，Time_buffer[0]值大于t1,并且相邻的数据差值大于t1，则也认为机器处于正常运行状态；
其中，ACCEL_Data2>ACCEL_Data1>ACCEL_Data0,该三个值根据实际的机器人运行情况进行设定和调整；t1>t0,该两个值根据实际的机器人运行情况进行设定和调整。
本发明提供的机器人行为检测系统及方法，仅通过加速度检测装置并配置特定的检测分析步骤，即可实现对机器人轮子打滑、碰撞等行为的检测，为机器人行为控制策略提供相关的依据。本发明使得机器人的结构设计简化，降低了模具跟电子元件的成本，保证机器人外观美观，增加机器人的可靠性，功能使用寿命长。
【附图说明】
图1为应用本发明实施例提供的检测方法的机器人的硬件系统。
图2为本发明实施例提供的检测方法的检测流程图。
图3A、3B、3C分别为应用本发明实施例提供的检测方法的机器人在空旷空间内运动偶尔发生碰撞行为、在狭小空间内运动不断发生碰撞行为、轮子打滑行为对应的加速度数据样板。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明的机器人行为检测系统硬件框架如图1所示，其中机器人底座4跟机器人的外壳5固定在一起，构成机壳。机器人的运动系统包括如下组件：可以由马达驱动改变方向的轮子1、驱动马达和万向轮6，万向轮6为非必要器件，可以由其他支撑作用的器件替代。控制主板2设置于机壳内，通过主板程序控制轮子向前向后向左向右运动。加速度检测装置安装于机器人主板的中心位置，以避免机器的抖动造成对加速度传感器的影响，另外加速度传感器要尽量远离轮子的驱动马达，避免马达的电磁辐射对其造成影响。加速度检测装置包括加速度传感器和加速度数据处理单元，加速度传感器可以为三轴加速度传感器，加速度数据处理单元对加速度传感器采集的数据进行处理，其输出连接控制主板的行为检测数据输入端。
图2是通过采集加速度检测装置的数据对机器人行为进行检测的流程，在机器人运动的过程中，不断采集加速度检测装置的数据并进行分析，通过分析可以得到机器人三种运动状态，分别是：正常运行状态、碰撞状态及打滑状态。
假设采集数据的时间长度为T,将T时间内采集的数据绝对值进行累加积分ACCEL_SUM，同时记录T时间内绝对值超过阈值ACCEL的时间间隔存储到数组Time_buffer[]，对累加的ACCEL_SUM取平均值(如公式1)。
ACCEL_AVERAGE＝ACCEL_SUM/T(公式1)
结合Time_buffer[]和ACCEL_AVERAGE的值进行分析就可以对机器的三种行为进行判断，具体如下：
当Time_buffer[]里面存储的数据个数为0，并且ACCEL_AVERAGE的数据小于值ACCEL_Data0时，则判断机器处于打滑状态。
当Time_buffer[]里面存储的数据个数大于1，并且相邻的数据差值小于t0，则可以判断机器在这段时间内频繁碰撞，并且ACCEL_AVERAGE的数据大于值ACCEL_Data2时则判断机器处于碰撞状态。
当Time_buffer[]里面存储的数据个数等于0，并且ACCEL_AVERAGE的数据大于值ACCEL_Data1小于值ACCEL_Data2时则判断机器处于正常运行状态；或者当Time_buffer[]里面存储的数据个数大于等于1时，Time_buffer[0]值大于t1,并且相邻的数据差值大于t1，则也认为机器处于正常运行状态。
如上所述的ACCEL_Data2>ACCEL_Data1>ACCEL_Data0,这三个值需要根据实际的机器人运行情况进行设定和调整；t1>t0,这两个值也需要根据实际的机器运行情况进行调整。
上述判断过程中，机器人在空旷空间内运动偶尔发生碰撞行为、在狭小空间内运动不断发生碰撞行为、轮子打滑行为对应的加速度数据样板分别参见图3A、3B、3C。
上述实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡是依据本发明创新主旨且未经创造性劳动即可获得的等效技术特征替换及增减，均应属于本发明揭露的范围。
Claims (4)
1.一种基于加速度传感器的机器人行为检测系统，所述机器人包括机壳、运动系统、控制主板；其特征在于，所述行为检测系统由加速度检测装置实现，加速度检测装置包括加速度传感器和加速度数据处理单元，加速度数据处理单元的输出连接控制主板的行为检测数据输入端。
2.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的机器人行为检测系统，其特征在于，所述运动系统包括：可以由马达驱动改变方向的轮子、驱动马达和万向轮。
3.根据权利要求2所述的基于加速度传感器的机器人行为检测系统，其特征在于，所述控制主板设置于机壳内，所述加速度检测装置设置于主板上并远离所述驱动马达。
4.一种基于权利要求1所述行为检测系统的检测方法，其特征在于，包括：
将T时间内采集的数据绝对值进行累加积分ACCEL_SUM，同时记录T时间内绝对值超过阈值ACCEL的时间间隔存储到数组Time_buffer[]，根据公式1对累加的ACCEL_SUM取平均值；
ACCEL_AVERAGE＝ACCEL_SUM/T (公式1)
结合Time_buffer[]和ACCEL_AVERAGE的值进行分析就可以对机器的三种行为进行判断，具体如下：
当Time_buffer[]里面存储的数据个数为0，并且ACCEL_AVERAGE的数据小于值ACCEL_Data0时，则判断机器处于打滑状态；
当Time_buffer[]里面存储的数据个数大于1，并且相邻的数据差值小于t0，则可以判断机器在这段时间内频繁碰撞，并且ACCEL_AVERAGE的数据大于值ACCEL_Data2时则判断机器处于碰撞状态；
当Time_buffer[]里面存储的数据个数等于0，并且ACCEL_AVERAGE的数据大于值ACCEL_Data1小于值ACCEL_Data2时则判断机器处于正常运行状态；或者当Time_buffer[]里面存储的数据个数大于等于1时，Time_buffer[0]值大于t1,并且相邻的数据差值大于t1，则也认为机器处于正常运行状态；
其中，ACCEL_Data2>ACCEL_Data1>ACCEL_Data0,该三个值根据实际的机器人运行情况进行设定和调整；t1>t0,该两个值根据实际的机器人运行情况进行设定和调整。
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