CN109049006A - 一种扫地机器人的防碰撞检测方法 - Google Patents

一种扫地机器人的防碰撞检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种扫地机器人的防碰撞检测方法，包括以下步骤，S1：预备具有MEMS器件(加速度计、陀螺仪)的扫地机器人，当扫地机器人处于直线运动状态，并发生碰撞情况时，跳转至步骤S2；当扫地机器人处于颠簸不平路面状况时，跳转至步骤S3；当扫地机器人处于旋转运动状态，且有障碍物阻挡时，跳转至步骤S4；S2：利用牛顿第二定律V＝a×t；扫地机器人启动行走时是正向加速度，撞击物体时为负加速度，匀速运动加速度为0；当碰撞发生时，采用陀螺仪修正扫地机器人水平加速度数值，本设计可以利用不同的修正方式进行碰撞检测与休整，使得扫地机器人可以正常稳定运行，本设计结构设计合理，技术效果突出。

Description

一种扫地机器人的防碰撞检测方法
[技术领域]
本发明涉及扫地机器人产品技术领域，尤其涉及一种结构设计合理，使用效果好，检测精确度高的扫地机器人的防碰撞检测方法。
[背景技术]
近些年，扫地机器人产品得到了快速的推广与应用，不仅在结构方面还是具体的功能方面都有了大幅度的技术提升，由于可以自动的对屋内杂物进行清理收集，且具备一定的智能化水平，所以扫地机器人的使用前景非常突出。
目前大范围使用的扫地机器人产品一般都是采用碰撞传感器来感测外部状态，并根据感测到的碰撞情况进行对应的反馈，采取相应的措施，然而，目前的技术存在较多的不足之处，如感测精准度不够，结构设计单一，功能不够丰富等，制约着产品的进一步的推广，基于此，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，从具体的防碰撞检测方法部分入手进行改进和改善，并取得了较好的成绩。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种结构设计合理，使用效果好，检测精确度高的扫地机器人的防碰撞检测方法。
本发明解决技术问题的方案是提供一种扫地机器人的防碰撞检测方法，包括以下步骤，
S1：预备具有MEMS器件(加速度计、陀螺仪)的扫地机器人，当扫地机器人处于直线运动状态，并发生碰撞情况时，跳转至步骤S2；当扫地机器人处于颠簸不平路面状况时，跳转至步骤S3；当扫地机器人处于旋转运动状态，且有障碍物阻挡时，跳转至步骤S4；
S2：利用牛顿第二定律V＝a×t；扫地机器人启动行走时是正向加速度，撞击物体时为负加速度，匀速运动加速度为0；当碰撞发生时，采用陀螺仪修正扫地机器人水平加速度数值；
S3：利用加速度计与陀螺仪融合数据，得出欧拉角a，利用欧拉角a的倾斜角，重新分配水平加速度；Accy＝acczInit*sin(a)；利用六轴融合计算方法计算出实际加速度；
S4：利用陀螺仪检测角速度W；扫地机器人利用左右轮的光栅里程计计算光栅的角速度W1,有障碍物阻挡时，W与W1的数值不匹配；当扫地机器人以一定角速度W旋转时，其切线加速度与法线加速度被加速度计检测到，当有撞击时加速度变化,得到异常的切线加速度与法线加速度；通过融合数据，对角加速度进行重新分配；
S5：扫地机器人碰撞检测完成。
优选地，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，同步利用光栅里程计、驱动轮电流检测、红外传感器感测障碍物状况、万向轮传感器进行数据感测收集，辅助处理加速度碰撞；其中，光栅里程计(M)：测出速度V,是匀速还是加速，修正Vi＝V0+a*t；驱动轮电流(C)：扫地机器人在匀速行走的时候，电流是近似恒定值，碰撞后电流出现扰动；红外传感器(IR)：提前感知前方是否有障碍物，提前告知扫地机器人前方有碰撞情况；万向轮传感器(U)：扫地机器人被阻挡，万向轮数据为0；
并利用公式：OUT＝P0*M+P1*C+P2*IR+P3*U(其中P0,P1,P2,P3为权重)计算得出最终修正数据。
优选地，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，同时采用人工神经网络法融合数据，使得扫地机器人自主学习、识别碰撞。
优选地，所述步骤S3中，获取一段时间内(500ms)实际加速度的数据，并对该数据进行标准差分析，识别颠簸路面的情况，自动识别碰撞力度的大小。
优选地，所述扫地机器人处于坡面运行状态时，利用正交分解方式对加速度进行分解。
优选地，对光栅里程计、驱动轮电流、红外传感器、万向轮传感器所得出的数据进行综合分析，采用加权平均法进行多传感器融合计算。
与现有技术相比，本发明一种扫地机器人的防碰撞检测方法通过采用具备MEMS器件的扫地机器人产品，在不同的应用场景中，如直线行走碰撞、旋转运动碰撞或颠簸路面行走，可以利用不同的修正方式进行碰撞检测与休整，使得扫地机器人可以正常稳定运行，本设计结构设计合理，技术效果突出。
[附图说明]
图1是本发明一种扫地机器人的防碰撞检测方法的流程示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1，本发明一种扫地机器人的防碰撞检测方法1包括以下步骤，
S1：预备具有MEMS器件(加速度计、陀螺仪)的扫地机器人，当扫地机器人处于直线运动状态，并发生碰撞情况时，跳转至步骤S2；当扫地机器人处于颠簸不平路面状况时，跳转至步骤S3；当扫地机器人处于旋转运动状态，且有障碍物阻挡时，跳转至步骤S4；
S2：利用牛顿第二定律V＝a×t；扫地机器人启动行走时是正向加速度，撞击物体时为负加速度，匀速运动加速度为0；当碰撞发生时，采用陀螺仪修正扫地机器人水平加速度数值；
运动物体的速度等于物体的加速度乘以时间；扫地机是碰撞，检测加速度计数据的变化，即可检测是否碰撞；启动行走是正向加速度，撞击物体是负加速度，匀速运动加速度为0。
S3：利用加速度计与陀螺仪融合数据，得出欧拉角a，利用欧拉角a的倾斜角，重新分配水平加速度；Accy＝acczInit*sin(a)；利用六轴融合计算方法计算出实际加速度；
S4：利用陀螺仪检测角速度W；扫地机器人利用左右轮的光栅里程计计算光栅的角速度W1,有障碍物阻挡时，W与W1的数值不匹配；当扫地机器人以一定角速度W旋转时，其切线加速度与法线加速度被加速度计检测到，当有撞击时加速度变化,得到异常的切线加速度与法线加速度；通过融合数据，对角加速度进行重新分配；
S5：扫地机器人碰撞检测完成。
本申请通过采用具备MEMS器件的扫地机器人产品，在不同的应用场景中，如直线行走碰撞、旋转运动碰撞或颠簸路面行走，可以利用不同的修正方式进行碰撞检测与休整，使得扫地机器人可以正常稳定运行，本设计结构设计合理，技术效果突出。
优选地，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，同步利用光栅里程计、驱动轮电流检测、红外传感器感测障碍物状况、万向轮传感器进行数据感测收集，辅助处理加速度碰撞；其中，光栅里程计(M)：测出速度V,是匀速还是加速，修正Vi＝V0+a*t；驱动轮电流(C)：扫地机器人在匀速行走的时候，电流是近似恒定值，碰撞后电流出现扰动；红外传感器(IR)：提前感知前方是否有障碍物，提前告知扫地机器人前方有碰撞情况；万向轮传感器(U)：扫地机器人被阻挡，万向轮数据为0；
并利用公式：OUT＝P0*M+P1*C+P2*IR+P3*U(其中P0,P1,P2,P3为权重)计算得出最终修正数据。
优选地，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，同时采用人工神经网络法融合数据，使得扫地机器人自主学习、识别碰撞。
优选地，所述步骤S3中，获取一段时间内(500ms)实际加速度的数据，并对该数据进行标准差分析，识别颠簸路面的情况，自动识别碰撞力度的大小。
优选地，所述扫地机器人处于坡面运行状态时，利用正交分解方式对加速度进行分解。
优选地，对光栅里程计、驱动轮电流、红外传感器、万向轮传感器所得出的数据进行综合分析，采用加权平均法进行多传感器融合计算。
扫地机在正常清扫中会获取其他传感器的数据，光栅里程计，驱动轮电流，红外传感器，这些传感器都可以辅助处理加速度碰撞。
光栅里程计：测出速度V,是匀速还是加速，修正Vi＝V0+a*t；
驱动轮电流：扫地机在匀速行走的时候。电流是近似恒定值。
红外传感器：提前感知前方是否有障碍物，提前告知扫地机前方有碰撞情况。
与现有技术相比，本发明一种扫地机器人的防碰撞检测方法1通过采用具备MEMS器件的扫地机器人产品，在不同的应用场景中，如直线行走碰撞、旋转运动碰撞或颠簸路面行走，可以利用不同的修正方式进行碰撞检测与休整，使得扫地机器人可以正常稳定运行，本设计结构设计合理，技术效果突出。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种扫地机器人的防碰撞检测方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：预备具有MEMS器件(加速度计、陀螺仪)的扫地机器人，当扫地机器人处于直线运动状态，并发生碰撞情况时，跳转至步骤S2；当扫地机器人处于颠簸不平路面状况时，跳转至步骤S3；当扫地机器人处于旋转运动状态，且有障碍物阻挡时，跳转至步骤S4；
S2：利用牛顿第二定律V＝a×t；扫地机器人启动行走时是正向加速度，撞击物体时为负加速度，匀速运动加速度为0；当碰撞发生时，采用陀螺仪修正扫地机器人水平加速度数值；
S3：利用加速度计与陀螺仪融合数据，得出欧拉角a，利用欧拉角a的倾斜角，重新分配水平加速度；Accy＝acczInit*sin(a)；利用六轴融合计算方法计算出实际加速度；
S4：利用陀螺仪检测角速度W；扫地机器人利用左右轮的光栅里程计计算光栅的角速度W1,有障碍物阻挡时，W与W1的数值不匹配；当扫地机器人以一定角速度W旋转时，其切线加速度与法线加速度被加速度计检测到，当有撞击时加速度变化,得到异常的切线加速度与法线加速度；通过融合数据，对角加速度进行重新分配；
S5：扫地机器人碰撞检测完成。
2.如权利要求1所述的一种扫地机器人的防碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，同步利用光栅里程计、驱动轮电流检测、红外传感器感测障碍物状况、万向轮传感器进行数据感测收集，辅助处理加速度碰撞；其中，光栅里程计(M)：测出速度V,是匀速还是加速，修正Vi＝V0+a*t；驱动轮电流(C)：扫地机器人在匀速行走的时候，电流是近似恒定值，碰撞后电流出现扰动；红外传感器(IR)：提前感知前方是否有障碍物，提前告知扫地机器人前方有碰撞情况；万向轮传感器(U)：扫地机器人被阻挡，万向轮数据为0；
并利用公式：OUT＝P0*M+P1*C+P2*IR+P3*U(其中P0,P1,P2,P3为权重)计算得出最终修正数据。
3.如权利要求2所述的一种扫地机器人的防碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，同时采用人工神经网络法融合数据，使得扫地机器人自主学习、识别碰撞。
4.如权利要求1所述的一种扫地机器人的防碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，获取一段时间内(500ms)实际加速度的数据，并对该数据进行标准差分析，识别颠簸路面的情况，自动识别碰撞力度的大小。
5.如权利要求1所述的一种扫地机器人的防碰撞检测方法，其特征在于：所述扫地机器人处于坡面运行状态时，利用正交分解方式对加速度进行分解。
6.如权利要求2所述的一种扫地机器人的防碰撞检测方法，其特征在于：对光栅里程计、驱动轮电流、红外传感器、万向轮传感器所得出的数据进行综合分析，采用加权平均法进行多传感器融合计算。
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