CN108490957A - 移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人，涉及智能机器人领域。所述移动机器人包括机器人主体、安装于所述机器人主体的驱动系统、与所述机器人主体连接的障碍物传感器系统以及控制一个或多个部件工作的第一控制器。所述障碍物传感器系统包括壳体、大量光发射管集成的光源、聚焦反射光线的聚焦装置以及光电传感器阵列组成的信号接收装置，通过障碍物传感器系统中设置大量的传感器组，有效减少传感器组之间的检测盲区，使得检测障碍物更加有效，从而第一控制器根据障碍物传感器系统反馈的障碍物信息更加精确地控制所述移动机器人行走。

Description

移动机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种移动机器人。

背景技术

移动机器人是一种由传感器、操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能，不仅可以代替人在危险、恶劣环境下作业和人所不及的环境作业，还可以代替人在平常生活中进行监控、检测及清洁等工作，比一般机器人有更大的机动性、灵活性。

现有技术中的移动机器人的障碍物传感器系统大都设置有三组传感器，分布于所述移动机器人的前、左及右的位置，探测所述移动机器人工作环境中的障碍物信息。然而传感器组数少，导致两组传感器之间存在较大的盲区，无法检测到所述盲区中的障碍物信息。且控制器有限的A/D接口，无法增加大量的传感器组数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种移动机器人，所述移动机器人的障碍物传感器系统可以安装大量的传感器组，且包括一个A/D接口，减少所述移动机器人探测障碍物的盲区。

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：

一种移动机器人，包括：

机器人主体；

驱动系统，用于支撑所述机器人主体，且被配置为操纵所述移动机器人在地面上移动；

第一控制器，设置于所述移动机器人内部，被配置为与所述移动机器人的一个或多个部件通信，以控制所述移动机器人的一个或多个部件工作；以及

障碍物传感器系统，安装于所述机器人主体，用于探测所述移动机器人工作环境中的障碍物信息，所述障碍物传感器系统包括壳体、安装于所述壳体的光源、用于聚焦经障碍物反射光线的聚焦装置、设置于所述壳体并用于接收经障碍物反射的光线的信号接收装置及控制所述障碍物传感器系统内部各部件的第二控制器；

其中，所述光源包括多个光发射管，所述信号接收装置为光电传感器阵列。

在其中一种实施方式中，所述障碍物传感器系统包括一个A/D接口，所述A/D接口被配置为与所述第一控制器通信，所述光电传感器包括接收光线的受光部，将光信号转化为电信号的光电转化部及存储电信号的存储器

在其中一种实施方式中，所述第二控制器被配置为：

在一个光电信号转化周期内，控制只有一个所述光发射管处于开启状态；

在一个信号采集周期内，控制每个所述光发射管都至少被开启和关闭一次；

在一个信号采集周期结束后，将一个信号采集周期所采集的电信号输出为一帧图像。

在其中一种实施方式中，所述第二控制器进一步被配置为：

在所述光电信号转化周期内：

打开一个光发射管，发射光线；

聚焦装置聚焦经障碍物反射回来的光线；

光电传感器的受光部采集聚焦光线，光电转化部将光信号转化为电信号；

存储器存储所述电信号；

关闭发射管。

在其中一种实施方式中，所述信号采集周期为：

所述光源中的全部光发射管分别执行完一次所述光电信号转化周期的总和。

在其中一种实施方式中，所述障碍物传感器系统进一步被配置为根据所述图像信息确定所述工作环境中的障碍物的方向信息或障碍物的大致尺寸。

在其中一种实施方式中，所述障碍物传感器系统进一步被配置为根据所述图像信息确定所述移动机器人与工作环境中的障碍物的距离信息。

在其中一种实施方式中，所述第二控制器还被配置为与所述第一控制器通信，将所述输出图像传送给所述第一控制器，所述第一控制器根据所述图像信息，控制所述移动机器人行走。

在其中一种实施方式中，若所述图像信息中，有光发射管对应的光线接收器接收的信号强度值大于阈值，则控制所述移动机器人后退、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，若所述图像信息中，所有光发射管对应的光线接收器接收的信号强度值小于所述阈值，则控制所述移动机器人继续行走。

在其中一种实施方式中，所述光源为红外光源或激光中的一种。

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，通过将大量的传感器组集成于一个障碍物传感器系统，且该障碍物传感器系统与所述第一控制器仅需一个A/D接口进行通信。所述障碍物传感器系统可以周期性地控制所有的传感器组打开和关闭，并在一个周期结束后将采集的信号输出为一帧图像。所述移动机器人根据图像信息判断其工作环境中的障碍物方向、位置信息，再进一步调整自己的行走方式。集成大量传感器组的障碍物传感器系统，有效减少传感器组之间的检测盲区，降低所述移动机器人与障碍物碰撞的概率。

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是本发明一实施例中移动机器人的结构示意图；

图2是图1中移动机器人的仰视图；

图3是本发明一实施例中障碍物传感器系统的结构示意图；

图4是本发明一实施例中障碍物传感器系统中的传感器组的分布示意图；

图5是本发明的实施例中障碍物传感器系统的工作原理示意图；

图6是本发明一实施例中障碍物传感器系统的控制流程图；

图7是本发明一实施例中移动机器人对障碍物传感器的控制示意图；

图8是本发明一实施例中第一控制器与障碍物传感器系统通讯的示意图；

图9是本发明一实施例中障碍物传感器系统检测与障碍物距离的示意图。

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。

本文中所述方位词“前”、“后”、“左”、“右”均是以移动机器人前进方向为参考方向，本文中所述的“顶”、“底”、“上”、“下”均是以所述移动机器人正常工作时的状态为参考。

以下以移动机器人是清洁机器人为例对本发明进行示例性说明。

请参阅图1和图2，图1是图1是本发明一实施例中移动机器人的结构示意图，图2图1中移动机器人的底部视图。本发明一实施例中所述移动机器人包括主体10，安装于所述主体10，用于驱动所述移动机器人在地面上行走的驱动系统20，安装于所述主体10的障碍物传感器系统30以及设置于所述移动机器人内部，用于控制所述移动机器人一个或多个部件工作的第一控制器70。

所述驱动系统20安装于所述主体10的左右两侧，所述驱动系统20至少部分伸出所述主体10，进一步支撑所述机器人主体10在地面上移动。所述驱动系统20还包括驱动电机，所述驱动电机与所述第一控制器70通信，根据所述第一控制器70发出的信号改变转速，从而控制所述驱动系统20的速度。在一可选实施例中，驱动系统还可以包括三角履带轮、麦克纳姆轮等中的任意一种。

所述移动机器人还可以包括用于辅助驱动轮系统20的全向轮60，所述全向轮60安装于所述主体10的边缘位置，使得所述全向轮60与所述驱动系统20呈三角形分布，一方面安装所述全向轮60可以使所述移动机器人行走过程中灵活转向，另一方面所述全向轮60与所述驱动系统20三角形分布可以使所述移动机器人行走过程中更加稳定，例如所述移动机器人在越过障碍物或越过较低坎时，机身不会突然倾斜与地面碰撞。

所述障碍物传感器系统30安装于所述主体10的前部，至少部分包围所述移动机器人，本实施例中，所述移动机器人外形呈圆形，所述障碍物传感器系统30的形状呈现弧形，可以与所述移动机器人的外形配合，便于将所述障碍物传感器系统安装于所述移动机器人。在其他实施例中，所述移动机器人的外形可以是三角形、椭圆形或其他形状，所述障碍物传感器系统30的形状可以是直线型或其他形状。所述障碍物传感器系统30包括光源及信号接收装置，所述光源为大量光发射管32的集成，所述信号接收装置为光电传感器33的阵列，所述光源和所述信号接收装置集成于所述第二控制器35，通过所述第二控制器35控制所有的光发射管32和光电传感器33工作，所述障碍物传感器系统30设置有一个A/D接口周期性采集信号值，所述第二控制器35与所述第一控制器70电性连接，将采集的信号值传送给所述第一控制器70，所述第一控制器70控制所述移动机器人工作。

所述主体10的外壳包覆所述传感器系统30。所述传感器系统30与所述主体10的外壳之间设置有缓冲部。若所述移动机器人与障碍物发生碰撞时，所述缓冲部可以抵消部分撞击力，防止传感器系统被撞坏。

可以想象的，本实施例是以移动机器人是清洁机器人进行示例性说明。所以所述移动机器人还包括安装于所述主体10的主清洁组件40，辅助清洁组件41及清洁对象收纳装置50等。

所述主清洁组件40安装于所述主体10，正对吸口设置。所述主清洁组件40旋转将清洁对象扫入吸口，所述吸口通过风道与所述清洁对象收纳装置50连接，进一步将所述清洁对象收纳于所述清洁对象收纳装置50。所述辅助清洁组件41设置于所述移动机器人的边缘位置，可以延伸至墙角、桌椅或其他低矮物下面，清洁所述主清洁组件40无法清洁的区域。所述辅助清洁组件41朝向内侧旋转，将清洁对象清洁至主清洁组件40处，以便于所述清洁对象收纳装置50收纳。

请参阅图3、图4和图5，图3是本发明一实施例中障碍物传感器系统的结构示意图，图4是本发明一实施例中障碍物传感器系统中的传感器组的分布示意图，图5是本发明的实施例中障碍物传感器系统的工作原理示意图。所述障碍物传感器系统30包括壳体31、安装于所述壳体的光源、用于聚焦经障碍物反射光线的聚焦装置34、设置于所述壳体并用于接收经障碍物反射的光线信号的信号接收装置及控制所述障碍物传感器系统30内部各部件的第二控制器35。所述光源为大量光发射管32的集成，所述光发射管32发射光信号321，所述信号接收装置为光电传感器33阵列，所述光电传感器33接收所述光发射管32所发射的光信号321经障碍物80反射后，聚焦装置34聚焦后的光信号331。所述光发射管32与所述光电传感器33成组安装于所述壳体31，即所述每一个光发射管32对应设置有一个光电传感器33，以便于可以在所发射信号的最大范围内接收所述反射信号。

所述光电传感器33包括接收聚焦装置34聚焦后的反射光信号331的受光部(图中未示出)、将所述受光部接收的光信号331转化为电信号的光电转化部(图中未示出)及存储所述电信号的存储器332。本实施例中，所述光电转化部将所述光信号331转化为电压值，在其他实施例中，所述电信号可以是电流值或其他电信号。

所述第二控制器35与所述光源及所述信号接收装置通信，控制所述光发射管32的打开和关闭，本实施例中，所述第一控制器70和所述第二控制器35可以为单片机、FPGA、ASIC、DSP等微控制单元，所述第一控制器70和所述第二控制器35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。

请参阅图6、图7、图8和图9，图6是本发明一实施例中障碍物传感器系统的控制流程图，图7是本发明一实施例中移动机器人对障碍物传感器的控制示意图，图8是本发明一实施例中第一控制器与障碍物传感器系统通讯的示意图，图9是本发明一实施例中障碍物传感器系统检测与障碍物距离的示意图。本发明的一实施例中，所述移动机器人为清洁机器人，所述移动机器人包括障碍物传感器系统30、第一控制器70、驱动系统20及清洁模块304。其控制原理如下：启动所述移动机器人工作，所述第一控制器70控制所述驱动系统20的速度使得所述移动机器人以一定速度向前行走。所述移动机器人向前行走的同时，所述第一控制器70控制所述清洁模块304对地面进行清洁。

所述移动机器人行走的过程中，所述障碍物传感器系统30检测所述移动机器人工作环境中的障碍物信息。所述传感器组301包括大量光发射管集成的光源及光电传感器阵列组成的信号接收装置。所述第一控制器70发出驱动信号302驱动所述障碍物传感器系统30工作，所述驱动信号302包括发送IP使能信号和CP脉冲信号，使得所述障碍物传感器系统30开始工作。所述障碍物传感器系统30包括多个数据处理模块3031，所述多个数据处理模块3031以并联方式连接，所述第一控制器70发送驱动信号302给所述障碍物传感器系统30，所述多个数据处理模块3031即开始工作，所述每一数据处理模块3031分别处理有限个传感器组301的数据。例如：所述每个数据处理模块3031处理10组传感器组301的数据，而所述障碍物传感器系统包括100组传感器，则需相应配置10个数据模块3031进行数据处理。所述数据处理模块的数据分配方式如下：若所述第一数据处理模块3031接收到了10组传感器的数据，则会进入步骤305发出已满信号EP，已满信号EP会与下一个数据处理模块3031的数据输入信号SP相通，将传感器组的信号依次传递到下一个数据处理模块。每一数据处理模块3031将数据处理完成后进入307步骤，将所述处理数据通过A/D接口输出到所述第一控制器。本发明仅以两个数据处理并联进行示例性说明，所述数据处理模块的数量根据所述障碍物传感器系统30中所述传感器组的数量及每个数据处理模块3031所能处理的传感器组的数量决定。

所述数据处理303过程如下：传感器组301接收到驱动信号302，执行一个光电转化周期600。执行601过程控制所述传感器组开始工作；进一步执行602过程，所述第二控制器35控制所述传感器组301打开一个光发射管；进一步执行603过程，聚焦装置聚焦光发射管发出的信号，经障碍物反射后的信号；进一步执行604过程，所述光电传感器的受光部接收经所述聚焦装置聚焦的光信号，所述光电传感器的光电转化部将所述光信号转化为电信号；进一步执行605过程，存储器存储所述电信号；进一步执行606过程，关闭光发射管。所述传感器组执行完过程601至606，即完成一个光电转化周期600。

所述传感器组301完成一个所述光电转化周期600后，执行判断过程607，判断所述光源中的光发射器是否都被打开和关闭一次，若有光发射器还没有被打开，则返回过程602打开一个光发射管，继续执所述一个光电转化周期600中的其他过程；直到所述判断过程607判断所述光源中的光发射器都被打开和关闭了一次，则所述传感器组301执行完成一个信号采集周期610，进一步执行608过程，将所述存储器中的电信号输出为一帧图像信息333，此时所述第二控制器35完成数据处理303。

所述第二控制器35实时与所述第一控制器70通信，若所述第二控制器35完成数据处理303，则将所述电信号输出的图像信息333传送给第一控制器70。所述第一控制器70根据图像信息333判断障碍物的方向、距离及大致形状，控制所述移动机器人的驱动系统20做出回避动作，以及控制所述清洁模块304调整清洁模式，清洁所述障碍物边缘的区域。一帧图像信息333中包括一个信号采集周期内的所有传感器组301的信号。

本发明的第一种实施方式中，所述第一控制器70读取图像信息333，根据每个传感器组301的信号，判断障碍物80的方向。若有障碍物，则所述传感器组301发射的信号会被反射回来，信号接收装置接收到反射信号，所述图像信息333对应有信号波形；若无障碍物，则所述传感器组301发射的信号没有被反射，所述图像信息333有变化。所述第一控制器70控制所述驱动系统20，使得所述移动机器人避开所述障碍物行驶。例如：所述障碍物在左边，所述第一控制器70控制左驱动系统加速，右驱动系统减速，所述移动机器人的机身向右转向行走。

本发明的第二种实施方式中，所述第一控制器70读取图像信息333，根据多个传感器组301的信号，判断障碍物80的大致尺寸。若障碍物的尺寸较大，则多个连续的传感器组301发射的信号都会被反射回来被信号接收器接收，其图像信息333存在多个连续传感器组301的信号值没有变化。设置数量阈值，若判断所述信号值相同的连续的传感器组数大于数量阈值，则所述第一控制器70控制所述移动机器人减速向前行走，直至所述移动机器人与所述障碍物80一定距离值时，所述第一控制器70控制所述移动机器人进入沿边清洁模式，所述沿边清洁模式即指所述移动机器人紧贴所述障碍物进行清洁工作。若判断所述信号值相同的连续的传感器组数小于所述数量阈值，则所述第一控制器70控制所述移动机器人后退或转向。

本发明的第三种实施方式中，所述第一控制器70读取图像信息333，根据多个传感器组301的信号强度值，判断所述移动机器人与所述障碍物80的距离。所述移动机器人距离所述障碍物80越远，则图像信息333中的传感器组301的信号强度值越弱。为防止所述移动机器人工作过程中与障碍物发生碰撞，设置有安全阈值，若所述图像信息333中，存在有传感器组301的信号值大于所述安全阈值，则所述第一控制器70控制所述移动机器人后退、转向或前进一定距离后绕所述障碍物清洁。若所述图像信息333中没有信号值大于所述安全阈值的传感器组301，则所述第一控制器70控制所述移动机器人继续向前行走。

本发明的实施例中，所述光源为红外光源。在其他实施例中，所述光源可以是激光或发射其他光线的光发射管，所述障碍物传感器系统可以是CIS传感或其他可以集成大量传感器组，并且包括一个A/D接口的障碍物传感器系统。

本发明的实施例中，通过将大量的传感器组集成于一个障碍物传感器系统，所述障碍物传感器系统可以周期性地控制所有的传感器组打开和关闭，并在一个周期结束后将采集的信号输出为一帧图像。所述移动机器人根据图像信息判断其工作环境中的障碍物方向、位置信息以及障碍物的大致尺寸信息，进一步调整行走方式，可以有效避开障碍物。所述传感器系统集成大量传感器组，有效减少传感器组之间的检测盲区，降低所述移动机器人与障碍物碰撞的概率。

在其他实施例中，所述移动机器人可以是送餐机器人、巡检机器人或室外机器人等，所述障碍物传感器系统可以应用于上述移动机器人，辅助探测移动机器人工作环境中的障碍物信息。提高移动机器人的工作效率，减少与障碍物的碰撞，也可以有效保护所述移动机器人。

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 (11)

1.一种移动机器人，其特征在于，包括：

机器人主体；

驱动系统，用于支撑所述机器人主体，且被配置为操纵所述移动机器人在地面上移动；

第一控制器，设置于所述移动机器人内部，被配置为与所述移动机器人的一个或多个部件通信，以控制所述移动机器人的一个或多个部件工作；以及

障碍物传感器系统，安装于所述机器人主体，用于探测所述移动机器人工作环境中的障碍物信息，所述障碍物传感器系统包括壳体、安装于所述壳体的光源、用于聚焦经障碍物反射光线的聚焦装置、设置于所述壳体并用于接收经障碍物反射的光线的信号接收装置及控制所述障碍物传感器系统内部各部件的第二控制器；

其中，所述光源包括多个光发射管，所述信号接收装置为光电传感器阵列。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述障碍物传感器系统包括一个A/D接口，所述A/D接口被配置为与所述第一控制器通信，所述光电传感器包括接收光线的受光部，将光信号转化为电信号的光电转化部及存储电信号的存储器。

3.根据权利要求2所述的移动机器人，所述第二控制器被配置为：

在一个光电信号转化周期内，控制只有一个所述光发射管处于开启状态；

在一个信号采集周期内，控制每个所述光发射管都至少被开启和关闭一次；

在一个信号采集周期结束后，将一个信号采集周期所采集的电信号输出为一帧图像。

4.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述第二控制器进一步被配置为：

在所述光电信号转化周期内：

打开一个光发射管，发射光线；

聚焦装置聚焦经障碍物反射回来的光线；

光电传感器的受光部采集聚焦光线，光电转化部将光信号转化为电信号；

存储器存储所述电信号；

关闭发射管。

5.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述信号采集周期为：所述光源中的全部光发射管分别执行完一次所述光电信号转化周期的总和。

6.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述障碍物传感器系统进一步被配置为根据所述图像信息确定所述工作环境中的障碍物的方向信息或障碍物的大致尺寸。

7.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述障碍物传感器系统进一步被配置为根据所述图像信息确定所述移动机器人与工作环境中的障碍物的距离信息。

8.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述第二控制器还被配置为与所述第一控制器通信，将所述输出图像传送给所述第一控制器，所述第一控制器根据所述图像信息，控制所述移动机器人行走。

9.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于，若所述图像信息中，有光发射管对应的光线接收器接收的信号强度值大于阈值，则控制所述移动机器人后退、转向或前进一定距离后绕障碍物清洁。

10.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于，若所述图像信息中，所有光发射管对应的光线接收器接收的信号强度值小于所述阈值，则控制所述移动机器人继续行走。

11.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述光源为红外光源或激光中的一种。