CN108209773A - 清洁机器人及清洁机器人的智能避障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洁机器人及清洁机器人的智能避障方法，所述方法包括：障碍物传感器系统发射障碍物检测信号和接收障碍物检测信号，控制器采集信号强度值，并将信号强度值转化为信号强度值的相对变化率，再根据信号强度值的相对变化率与第一阈值的比较结果控制清洁机器人的行为。上述技术方案，通过将障碍物传感器系统、控制器安装于清洁机器人，配合清洁机器人主体及驱动所述清洁机器人在地面移动的驱动系统，使清洁机器人在不同材质或颜色的障碍物环境中，有效检测清洁机器人与障碍物的接近程度。

Description

清洁机器人及清洁机器人的智能避障方法

技术领域

本发明涉及家用清洁机器人领域，尤其涉及一种清洁机器人及清洁机器人的智能避障方法。

背景技术

清洁机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭卫生的清扫、清洗等清洁工作。随着人工智能的发展，清洁机器人增加了智能避障、自救防卡死、自动充电、自主导航路径规划等功能，使得清洁机器人智能化程度大幅提升，整个清洁过程不需要人控制，大大解放了人们的双手，清洁过程省时省力，越来越受到年轻人青睐。

然而障碍物检测与避障依然是清洁机器人所要面对的一大难题，现有技术中，清洁机器人领域避开障碍物的方法有很多种，其根本原理是判断清洁机器人与障碍物的接近程度。传统避障方法中以信号接收器接收的信号强度值为依据判断清洁机器人与障碍物的接近程度，当障碍物颜色、材质不同时，信号接收器接收到的信号强度值有较大差异。采用这种方法具有一定的局限性，若清洁机器人处于不同材质或颜色的障碍物的环境中，则无法有效判断清洁机器人与障碍物的接近程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种清洁机器人及清洁机器人的智能避障方法，能够解决清洁机器人在不同材质或不同颜色的障碍物环境中，无法有效判断清洁机器人与障碍物的接近程度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用以下技术方案：

一方面，提供一种清洁机器人，包括：

主体；

驱动系统，被配置为与所述主体连接，并驱动所述清洁机器人在地面上行走；

障碍物传感器系统，其安置于所述主体，所述障碍物传感器系统包括：被配置为发射障碍物检测信号的信号发射器及被配置为接收障碍物检测信号的信号接收器；以及

控制器，与所述障碍物传感器系统通信，所述控制器被配置为采集信号强度值，将采集的信号强度值转化为信号强度值的相对变化率，并根据所述信号强度值的相对变化率与第一阈值的比较结果，控制清洁机器人的行为。

在其中一种实施方式中，所述控制器采集的信号强度值为打开所述信号发射器和关闭所述信号发射器所产生的障碍物检测信号强度值的差值。

在其中一种实施方式中，若所述信号强度值的相对变化率大于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人后退、转向或前进一定距离后绕障碍物清洁，

在其中一种实施方式中，若所述信号强度值的相对变化率小于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人继续行走。

在其中一种实施方式中，所述信号强度值的相对变化率为相邻两个信号强度值的差值与其中一个信号强度值的比值。

在其中一种实施方式中，所述的信号发射器为红外信号发射器或激光信号发射器，相应的所述信号接收器为红外信号接收器或激光信号接收器。

另一方面，本发明的实施例还提供一种清洁机器人的智能避障方法：

所述清洁机器人包括主体、与所述主体连接并驱动所述清洁机器人主体在地面上行走的驱动系统、安置于所述主体的障碍物传感器系统、以及与所述障碍物传感器系统通信的控制器，其特征在于，所述智能避障方法包括：

所述障碍物传感器系统的信号发射器发射障碍物检测信号；

所述障碍物传感器系统的信号接收器接收障碍物检测信号；

所述控制器采集信号强度值，将采集的信号强度值转化为信号强度值的相对变化率，并根据所述信号强度值的相对变化率与第一阈值的比较结果，控制清洁机器人的行为。

在其中一种实施方式中，所述控制器采集的信号强度值为打开所述信号发射器和关闭所述信号发射器所产生的障碍物检测信号强度值的差值。

在其中一种实施方式中，若所述信号强度值的相对变化率大于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人后退、转向或前进一定距离后绕障碍物清洁，

在其中一种实施方式中，若所述信号强度值的相对变化率小于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人继续行走。

在其中一种实施方式中，所述信号强度值的相对变化率为相邻两个信号强度值的差值与其中一个信号强度值的比值。

在其中一种实施方式中，所述方法还包括：若所述清洁机器人运行的时间信息或距离信息达到预设条件，所述控制器将所述信号强度值转化为信号强度值的相对变化率。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案至少具有以下有益效果：

本发明的实施例中，提供一种清洁机器人及清洁机器人的智能避障方法，通过障碍物传感器系统检测障碍物信息，控制器采集信号强度值，并将信号强度值转化为信号强度值的相对变化率，根据信号强度值的相对变化率与第一阈值的对比结果控制清洁机器人的行为。能够有效解决因不同颜色、材质障碍物对反射信号差别大，导致障碍物检测不准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的变形形式。

图1是清洁机器人的结构示意图；

图2是图1中清洁机器人的底部结构示意图；

图3是常用传感器的工作原理图；

图4是本发明一实施例中传感器的工作原理图；

图5是本发明一实施例中清洁机器人的智能避障方法的流程步骤图；

图6是本发明一实施例中基于距离监测过程的控制流程步骤图；

图7是本发明另一实施例中基于时间监测过程的控制流程步骤图；

图8是本发明一实施例中计算信号强度值的相对变化率的流程步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，图1是清洁机器人10的结构示意图，图2是图1中清洁机器人的底部结构示意图。本发明一实施例中清洁机器人10的外形呈圆形，在其他实施例中清洁机器人10可以是方形、椭圆形、三角形或其他形状。清洁机器人10包括主体100，所述主体100包括底盘120、盖合于底盘120上的上盖110，所述上盖110和底盘120形成容置空间，用于安装所述清洁机器人10的控制器等其他部件。所述清洁机器人10还包括设置于所述主体100的障碍物传感器系统200、可拆卸安装于所述主体100的清洁对象收纳装置300、与所述主体100连接并驱动所述清洁机器人10移动的驱动系统400、控制所述清洁机器人10灵活转向的全向轮410、清洁地面的清洁组件500和510、以及控制所述清洁机器人10行为的控制器。

所述控制器可以为单片机、FPGA、ASIC、DSP等微控制单元，所述控制器还包括用于存储数据的存储器，所述控制器与其他个部件或模块通过电路连接，所述连接其他各部件或模块的电路可以集成于控制器内以形成集成化的控制单元，也可以作为控制器的外围电路形式存在。所述控制器可以为多个，分别设置于障碍物传感器系统200、驱动系统400或其他需要控制器进行控制的模块中。所述控制器也可以是一个，设置于所述清洁机器人10的主体100，控制所述清洁机器人10的其他各个部件或模块配合所述清洁机器人10工作。

所述驱动系统400连接底盘120并被配置为驱动清洁机器人10在地面上移动，所述驱动系统400包括左右驱动轮和全向轮410，所述左右驱动轮设置于清洁机器人10的所述底盘120的两侧，并至少部分凸伸出所述底盘120的底部，所述方位词前、后、左或右是以清洁机器人10前进方向为参考方向。所述全向轮410设置于所述清洁机器人10的前部或后部，与所述底盘120连接，并和所述左右驱动轮形成三角形分布，使清洁机器人10在移动过程中保持平稳，且可灵活转向。例如，清洁机器人10在地面移动清洁的过程中，障碍物传感器系统200检测到障碍物时，清洁机器人10需要做出避障措施，可以是后退、转向或一定角度斜向前行走，又或者与障碍物碰撞后围绕障碍物清扫等，每一避障措施都离不开所述驱动系统400及全向轮410的配合驱动10行走。在其他实施例中，驱动系统还可以包括带轮或麦克纳姆轮。

清洁对象收纳装置300安装于清洁机器人主体100的中间位置，在其他实施例中也可安装于所述主体100的其他位置。所述清洁对象收纳装置300可拆卸安装于所述清洁机器人主体100，所述清洁对象收纳装置300设置有面盖，所述面盖设置有一开关，按下开关，所述清洁对象收纳装置300可从所述清洁机器人主体100弹出，清洁对象收纳装置300安装与所述清洁机器人主体100时，所述清洁对象收纳装300的面盖形成所述上盖110的一部分。所述清对象收纳装置300的一侧壁中部开设有进尘口，所述进程口通过风道与所述底盘120的吸尘口相连通，所述风道设置有风机，风机产生吸力将吸尘口的清洁对象吸入清洁对象收纳装置300。

机器人本体100还可以包括清洁组件，所述清扫组件包括主清洁组件500和子清洁组件510，所述主清洁组件500横向安装于所述底盘120。所述底盘120开设有容纳槽安装主清洁组件500，所述容纳槽设有吸尘口与清洁对象收纳装置的风机联通。所述主清洁组件可以包括并排设置刮条和清洁刷，清洁过程中，清洁刷转动将地面上的灰尘、垃圾、碎屑物等清洁对象搅起，清洁对象收纳装置300的风机产生吸力，将清洁对象吸入清洁对象收纳装置300。所述子清洁组件510设置于所述底盘的左上角或右上角，所述子清洁组件510包括转盘和设置于转盘边缘的若干条刷毛，刷毛部分伸出清洁机器人主体100边缘。清洁过程中，转盘在电机的驱动下旋转，带动刷毛旋转，清洁所述清洁机器人10行走过程中所述主清洁组件500无法清洁的角落、边缘位置。

请参阅图1、图3和图4，图1是清洁机器人的结构示意图，图3是现有技术中传感器的工作原理图，图4是本发明一实施例中传感器的工作原理图。清洁机器人10可以包括障碍物传感器系统200，所述障碍物传感器系统200设置于清洁机器人主体100，所述障碍物传感器系统200设置有发射障碍物检测信号的信号发射器和接收障碍物检测信号的信号接收器。本发明的一实施例中以红外信号发射器和红外信号接收器进行描述，其他实施例中所述信号发射器和信号接收器可以是激光或其他产生光电信号的装置。图3和图4中虚线表示主光线，主光线两侧的实线表示发射的边缘光线，边缘光线交点240为反射光能被接收的起点，黑色区域表示经过该区域的光经障碍物250反射后能被信号接收器接收。根据红外光的特性可知越靠近主光线信号越强，越靠近信号发射器，信号越强。

如图3所示，常用的障碍物传感器系统200是将红外发射器、红外接收器呈一定角度安装，黑色区域随着距离障碍物传感器系统200越远，面积越小。与障碍物传感器系统200的距离达到一定距离后，所述主光线已不经过黑色区域，所述红外接收器能接收到的障碍物检测信号越弱，导致清洁机器人10在检测与障碍物的接近程度时，易误判而发生碰撞。

如图4所示，本发明一实施例中，所述障碍物传感器系统200包括并排设置的红外发射器、红外接收器。为降低成本，所述红外发射器和红外接收器可以设置于同一个一体成型的安装壳上，所述红外发射器和所述红外接收器可以是一个或多个。图4中的黑色交叉区域，即可被红外接收器接收的光线区域，随着与障碍物传感器系统200距离的增大，面积也在增大，且主光线保持在黑色区域内。在与障碍物传感器系统200相同距离时，相比于图3的安装位置，在图4的安装位置处所述红外接收器接收的障碍物检测信号更强。

为了降低漏光对红外接收器的影响，可以在两个发射器和接收器之间用黑色部件220隔开，该黑色部件220可以是EVA(Ethylene-vinyl Acetate Copolymer，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)材质，也可以采用其他不透光材料。本实施例中所述障碍物传感器系统200还包括与清洁机器人10的主体100连接的透明罩210，有效保护红外发射器和红外接收器，减少灰尘或其他污物对红外发射器和红外接收器的影响。

请参阅图5，图5是本发明一实施例中清洁机器人10的智能避障方法的流程步骤图。清洁机器人10执行步骤601开始工作后，执行步骤602关闭红外发射器，控制器执行步骤603采集一次信号值为第一信号值。清洁机器人10执行步骤604打开红外发射器，所述控制器执行步骤605采集一次信号值为第二信号值，所述控制器执行步骤606计算差值，将第二信号值和第一信号值做差后执行步骤607将差值存储于所述控制器中的存储器。所述控制器执行步骤620采集信号强度值，所述控制器采集的信号强度值可以是信号发射器发射的信号经障碍物反射后信号接收器接收的信号转化为电路中的电压值或电流值。所述控制器根据采集的信号强度值执行步骤630计算信号强度值的相对变化率，进一步执行步骤640判断信号强度值的相对变化率是否大于第一阈值，若所述信号强度值的相对变化率大于第一阈值，则清洁机器人10判断前面有障碍物，所述控制器执行步骤650输出标志控制所述清洁机器人10的行为。所述控制器控制所述清洁机器人10的行为可以包括控制清洁机器人10转向，沿另一方向行走；或所述控制器控制清洁机器人10后退再转向执行清扫动作；又或是所述控制器控制清洁机器人10前进与障碍物碰撞，接收到碰撞信号后沿障碍物边缘执行清扫动作。若所述信号强度值的相对变化率小于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人10继续行走。

所述清洁机器人10采集信号强度值的步骤620，可以是图6所示的基于距离监测过程710的信号强度值采集过程，所述驱动系统400监测的清洁机器人10运行的距离信息达到预设条件，所述控制器采集信号强度值，将所述信号强度值转化为信号强度值的相对变化率。还可以是图7所示的基于时间检测过程720的信号强度值采集过程，所述控制器监测清洁机器人10运行的时间信息达到预设条件，所述控制器采集信号强度值，将所述信号强度值转化为信号强度值的相对变化率。

请参阅图2和图6，图2是图1中清洁机器人的底部结构示意图，图6是本发明一实施例中基于距离监测过程的控制流程步骤图。清洁机器人10通过驱动系统400执行步骤711捕获清洁机器人10行走的距离，所述驱动系统400可以在左右轮或全向轮410安装有编码器及其他可测量清洁机器人10行走距离的传感器，用于记录清洁机器人10行走的距离。控制器设置起始点，执行步骤712采集第一距离值，实时监测清洁机器人10的行走距离，进一步执行步骤713再次捕获驱动系统行走的距离值，执行步骤714采集第二距离值，控制器执行步骤715计算第二距离值与第一距离值的差值，控制器根据差值执行步骤716检测距离差值是否达到预设距离值。若距离差值没有达到预设距离值，所述控制器返回到步骤714采集第二信号值，并继续执行步骤715计算第二信号值与第一信号值的差值和步骤716检测距离差值是否达到预设距离值。若距离差值达到预设距离值，所述控制器执行步骤620采集信号强度值，进一步执行步骤630计算信号强度值的相对变化率，将第二距离值设置为起始点，并继续执行图6中的距离监测过程710。

请参阅图2和图7，图2是图1中清洁机器人的底部结构示意图，图7是本发明另一实施例中基于时间监测过程的控制流程步骤图。清洁机器人10通过控制器执行步骤721捕获清洁机器人10运行的时间信息，控制器设置起始点，执行步骤722采集第一时间点，实时监测清洁机器人10行走的时间信息，进一步执行步骤723再次捕获清洁机器人10运行的时间，再执行步骤724采集第二时间点。所述控制器采集时间点后执行步骤725计算第二时间点与第一时间点的差值，所述控制器进一步执行步骤726检测时间差值是否达到预设时间间隔。若时间差值没有达到预设距离值，所述控制器返回步骤724采集第二时间点，并继续执行步骤725计算第二时间点与第一时间点的差值和步骤726检测时间差值是否达到预设时间间隔，若所述时间差值达到预设距离值，所述控制器执行步骤620采集信号强度值，进一步执行步骤630计算信号强度值的相对变化率，将第二时间点设置为起始点，并继续执行图7中的时间监测过程720。

请参阅图1、图5和图8，图1是清洁机器人的结构示意图，图5是本发明一实施例中清洁机器人的智能避障方法的流程步骤图，图8是本发明一实施例中计算信号强度值的相对变化率的流程步骤图。清洁机器人10在运行过程中，障碍物传感器系统200探测障碍物信息，根本原理是判断清洁机器人10与障碍物的接近程度。传统避障方法中直接以反射信号强度值为依据判断清洁机器人10与障碍物的接近程度，当障碍物颜色、材质不同时，反射信号强度值有较大差异，使得清洁机器人10与障碍物接近程度相同，因不同材质障碍物反射信号却不同，清洁机器人10对与障碍物接近程度的判断错误。本发明一实施例中通过信号强度值的相对变化率判断清洁机器人10与障碍物的接近程度，使清洁机器人10对障碍物的检测更精准。清洁机器人10的控制器执行到步骤620采集信号强度值后，执行步骤632计算相邻两个信号强度值的差值，进一步执行步骤633将差值除以其中一个信号强度值，再执行步骤634输出信号强度值的相对变化率。所述计算信号强度值的相对变化率为相邻两个信号强度值的差值与其中一个信号强度值的比值。首先采集信号强度值，若当前信号强度值大于前一信号强度值，则信号强度值的相对变化率为当前信号强度值减去前一信号强度值的差值再除以当前信号强度值的比值。若当前信号强度值小于前一信号强度值，则信号强度值的相对变化率为前一信号强度值减去当前信号强度值的差值再除以前一信号强度值的比值。所述控制器执行步骤630计算信号强度值的相对变化率后执行步骤640将信号强度值的相对变化率与第一阈值做比较，若信号强度值的相对变化率小于第一阈值，所述清洁机器人10继续行走，所述控制器计算下一信号强度值的相对变化率。若所述信号强度值的相对变化率大于第一阈值，所述控制器执行步骤650输出标志控制所述清洁机器人10的行为。所述控制器控制所述清洁机器人10的行为可以包括控制清洁机器人10转向，沿另一方向行走；或所述控制器控制清洁机器人10后退再转向执行清扫动作；又或所述控制器控制清洁机器人10前进与障碍物碰撞，接收到碰撞信号后沿障碍物边缘执行清扫动作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种清洁机器人，其特征在于，包括：

主体；

驱动系统，被配置为与所述主体连接，并驱动所述清洁机器人在地面上行走；

障碍物传感器系统，其安置于所述主体，所述障碍物传感器系统包括：被配置为发射障碍物检测信号的信号发射器及被配置为接收障碍物检测信号的信号接收器；以及

控制器，与所述障碍物传感器系统通信，所述控制器被配置为采集信号强度值，将采集的信号强度值转化为信号强度值的相对变化率，并根据所述信号强度值的相对变化率与第一阈值的比较结果，控制清洁机器人的行为。

2.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述控制器采集的信号强度值为打开所述信号发射器和关闭所述信号发射器所产生的障碍物检测信号强度值的差值。

3.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，若所述信号强度值的相对变化率大于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人后退、转向或前进一定距离后绕障碍物清洁。

4.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，若所述信号强度值的相对变化率小于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人继续行走。

5.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述信号强度值的相对变化率为相邻两个信号强度值的差值与其中一个信号强度值的比值。

6.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述的信号发射器为红外信号发射器或激光信号发射器，相应的所述信号接收器为红外信号接收器或激光信号接收器。

7.一种清洁机器人的智能避障方法，所述清洁机器人包括主体、与所述主体连接并驱动所述清洁机器人主体在地面上行走的驱动系统、安置于所述主体的障碍物传感器系统、以及与所述障碍物传感器系统通信的控制器，其特征在于，所述智能避障方法包括：

所述障碍物传感器系统的信号发射器发射障碍物检测信号；

所述障碍物传感器系统的信号接收器接收障碍物检测信号；

所述控制器采集信号强度值，将采集的信号强度值转化为信号强度值的相对变化率，并根据所述信号强度值的相对变化率与第一阈值的比较结果，控制清洁机器人的行为。

8.根据权利要求7所述的清洁机器人的智能避障方法，其特征在于，所述控制器采集的信号强度值为打开所述信号发射器和关闭所述信号发射器所产生的障碍物检测信号强度值的差值。

9.根据权利要求7所述的清洁机器人的智能避障方法，其特征在于，若所述信号强度值的相对变化率大于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人后退、转向或前进一定距离后绕障碍物清洁。

10.根据权利要求7所述的清洁机器人的智能避障方法，其特征在于，若所述信号强度值的相对变化率小于第一阈值，所述控制器控制所述清洁机器人继续行走。

11.根据权利要求7所述的清洁机器人的智能避障方法，其特征在于，所述信号强度值的相对变化率为相邻两个信号强度值的差值与其中一个信号强度值的比值。

12.根据权利要求7所述的清洁机器人的智能避障方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述清洁机器人运行的时间信息或距离信息达到预设条件，所述控制器采集信号强度值，将所述信号强度值转化为信号强度值的相对变化率。