CN109324626A - 基于红外测距的机器人及其近距离避障方法、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域，公开了一种基于红外测距的机器人及其近距离避障方法、存储介质。所述机器人包括机器人本体，机器人本体上设有运动机构和避障装置，避障装置包括：第一红外传感器组，第二红外传感器组，第三红外传感器组，以及避障处理单元；近距离避障方法包括：实时获取各个红外传感器组的避障通知信号；根据避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，进而进行相应的避障处理。本发明采用按照特定方式分布的多个红外传感器组合来进行检测，根据多个红外传感器的检测结果结合分析障碍物与机器人的相对位置，进而进行相应的避障处理，可弥补激光测距和视觉测距的缺陷，有效提高近距离避障判断的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于红外测距的机器人及其近距离避障方法、存储介质。
背景技术
近些年来，随着AI(Artificial Intelligence，人工智能)技术的快速发展，智能机器人的应用越来越广泛，智能机器人可以包括扫地机器人、搬运机器人、聊天机器人等，具有非常广阔的市场前景。
机器人在自主导航过程中，为了避免与周围的障碍物发生碰撞，需要对障碍物进行避障。但是，在针对近距离内突然出现的障碍物(如行人、墙壁等)，传统的避障方法存在着避障判断准确性差的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于红外测距的机器人及其近距离避障方法、存储介质，克服现有技术存在的障碍物判断准确性差的缺陷。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于红外测距的机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设有运动机构和避障装置，所述避障装置包括：第一红外传感器组，第二红外传感器组，第三红外传感器组，以及避障处理单元；
所述第一红外传感器组，分布于第一设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第一设置区前方的第一避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
所述第二红外传感器组，分布于第二设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第二设置区前方的第二避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
所述第三红外传感器组，分布于第三设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第三设置区前方的第三避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
所述第一设置区位于所述机器人本体左侧，所述第二设置区位于所述机器人本体前侧，所述第三设置区位于所述机器人本体右侧；
所述避障处理单元，用于根据所接收到的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
可选的，所述机器人本体包括机器人头部、机器人躯干和机器人底座；
所述第一设置区、第二设置区和第三设置区同时设于所述机器人头部/机器人躯干/机器人底座上，或者，所述第一设置区、第二设置区和第三设置区分开设置于所述机器人头部、机器人躯干和机器人底座上。
可选的，所述第一红外传感器组、第二红外传感器组以及第三红外传感器组中的所有红外传感器位于同一水平面且以所述运动机构的旋转中心为圆心呈弧形分布。
可选的，所述第一红外传感器组、第二红外传感器组以及第三红外传感器组中的各红外传感器位于不同水平面内；且在同一投影水平面内，各红外传感器围绕所述运动机构的旋转中心呈曲线分布。
可选的，所述第一避障距离阈值、第二避障距离阈值以及第三避障距离阈值相等。
可选的，若在同一投影水平面内，各红外传感器与所述运动机构的旋转中心的间距不完全相等，则所述间距越小，相应的第一避障距离阈值/第二避障距离阈值/第三避障距离阈值越大。
一种近距离避障方法，应用于如上所述的机器人；所述近距离避障方法包括：
实时获取所述第一红外传感器组、第二红外传感器组和第三红外传感器组的避障通知信号；
根据实时获取的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
可选的，所述根据实时获取的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理，包括：
若所述避障通知信号仅来自第一红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的左侧，则控制所述运动机构向右移或者向右侧斜移；
若所述避障通知信号仅来自第二红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的前方，则控制所述运动机构向左移、右移或者后移；
若所述避障通知信号仅来自第三红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的右侧，则控制所述运动机构向左移或者向左侧斜移；
若所述避障通知信号分别来自第一红外传感器组和第三红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的左右两侧，则控制所述运动机构继续前移。
可选的，所述近距离避障方法还包括：在检测到所述障碍物脱离第一避障距离阈值、第二避障距离阈值以及第三避障距离阈值范围时，停止避障处理并控制所述运动机构恢复自主导航模式。
一种存储介质，所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行如上所述的近距离避障方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例采用按照特定方式分布的多个红外传感器组合来进行检测，根据多个红外传感器的检测结果结合分析障碍物与机器人的相对位置，进而进行相应的避障处理，与传统的方案相比，可弥补激光测距和视觉测距的缺陷，有效提高近距离避障判断的准确性，保证机器人的安全。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的机器人的结构原理图；
图2为本发明实施例提供的近距离避障方法流程图；
图3为本发明实施例提供的红外传感器的分布示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1，本实施例提供了一种机器人，包括机器人本体，机器人本体上设有运动机构、运动控制单元和避障装置；其中，运动控制单元，用于对运动机构进行运动控制，以使机器人本体按照导航运动；
避障装置，用于实现近距离避障处理，具体包括第一红外传感器组、第二红外传感器组、第三红外传感器组以及避障处理单元。
第一红外传感器组，分布于第一设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第一设置区前方的第一避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
第二红外传感器组，分布于第二设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第二设置区前方的第二避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
第三红外传感器组，分布于第三设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第三设置区前方的第三避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
第一设置区位于机器人本体左侧，第二设置区位于机器人本体前侧，第三设置区位于机器人本体右侧；相邻的设置区之间，可以部分重叠，也可以完全不重叠。
避障处理单元，用于根据所接收到的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
另外，机器人本体包括机器人头部、机器人躯干和机器人底座。第一设置区、第二设置区和第三设置区可同时设于机器人头部/机器人躯干/机器人底座上，也可分开设置于机器人头部、机器人躯干和机器人底座上，具体不限。
第一红外传感器组、第二红外传感器组以及第三红外传感器组中的所有红外传感器可位于同一水平面内且围绕运动机构的旋转中心呈曲线分布。第一避障距离阈值、第二避障距离阈值以及第三避障距离阈值可以相同，也可以不同，具体可根据各红外传感器组与运动机构的旋转中心的相对位置来设定；例如，若各设置区以运动机构的旋转中心为中心呈弧形分布，则三个避障距离阈值可设为相同值；否则，则与旋转中心相距越远的红外传感器组的避障距离阈值越小。
当然，第一红外传感器组、第二红外传感器组以及第三红外传感器组中的各红外传感器也可位于不同水平面内，此时，将红外传感器以及运动机构的旋转中心投影至同一水平面时，各红外传感器的投影顺序且呈曲线分布，第一避障距离阈值、第二避障距离阈值以及第三避障距离阈值也可根据红外传感器组与运动机构的旋转中心的相对位置来设定，具体同上，此处不再赘述。
相应的，请参阅图2，本实施例还提供了一种近距离避障方法，包括步骤：
步骤101、根据机器人的结构参数(如：机器人直径、运动模型)，设置各个避障距离阈值。
步骤102、实时获取各红外传感器组的避障通知信号。
步骤103、根据实时获取的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
具体的，步骤103进一步包括：
若避障通知信号仅来自第一红外传感器组，判定障碍物当前位于机器人本体的左侧，则控制运动机构向右移或者向右侧斜移；
若避障通知信号仅来自第二红外传感器组，判定障碍物当前位于机器人本体的前方，则控制运动机构向左移、右移或者后移；
若避障通知信号仅来自第三红外传感器组，判定障碍物当前位于机器人本体的右侧，则控制运动机构向左移或者向左侧斜移；
若避障通知信号分别来自第一红外传感器组和第三红外传感器组，判定障碍物当前位于机器人本体的左右两侧，则控制运动机构继续前移。
下面将提供一个应用实例。
请参阅图3，该实例中包括五个传感器：红外传感器1、红外传感器2、红外传感器3、红外传感器4和红外传感器5。这五个红外传感器以旋转中心为圆心呈圆弧形间隔分布，且红外传感器1-5分别设于机器人本体的正左侧、左上侧、正前侧、右上侧及正右侧位置。
此时，避障处理可分为以下多种情形：
情形一：若仅获取到红外传感器1的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的左侧，则控制机器人右移，直到障碍物脱离避障距离阈值范围。
情形二：若仅获取到红外传感器2或者同时获取红外传感器1和2的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的左上侧，则控制机器人以45°角向右下方斜移，直到障碍物脱离避障距离阈值范围。
情形三：若仅获取到红外传感器3的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的正前方，则控制机器人左移直至障碍物脱离避障距离阈值范围后再前移；若左移过程中一直检测到障碍物处于避障距离阈值范围内，则控制机器人右移，直至障碍物脱离避障距离阈值范围后再前移；若右移过程中也一直检测到障碍物处于避障距离阈值范围内，则控制机器人向后移，使得机器人背离障碍物移动，从而避开障碍物。
情形四：若仅获取到红外传感器4或者同时获取红外传感器4和5的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的右上侧，则控制机器人以45°角向左下方斜移，直到障碍物脱离避障距离阈值范围。
情形五：若仅获取到红外传感器5的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的右侧，则控制机器人左移，直到障碍物脱离避障距离阈值范围。
情形六：若同时获取到红外传感器1和5的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的两侧，则控制机器人继续前移。
情形七：若同时获取到红外传感器2和4的避障通知信号，表明障碍物位于机器人的前方，则控制机器人后移。
针对其他情形，则可控制机器人停止运动，上报异常，由工作人员进行干预。
需要说明的是，在障碍物脱离避障距离阈值范围之后，运动机构的控制权将交还给运动控制单元，继续进行自主导航。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本发明实施例还提供一种存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的任一种近距离避障方法中的步骤。例如，该指令可以执行如下步骤：
根据机器人的结构参数(如：机器人直径、运动模型)，设置各个避障距离阈值；
实时获取各红外传感器组的避障通知信号；
根据实时获取的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
其中，该存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于红外测距的机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设有运动机构和避障装置，其特征在于，所述避障装置包括：第一红外传感器组，第二红外传感器组，第三红外传感器组，以及避障处理单元；
所述第一红外传感器组，分布于第一设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第一设置区前方的第一避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
所述第二红外传感器组，分布于第二设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第二设置区前方的第二避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
所述第三红外传感器组，分布于第三设置区，包括至少一个红外传感器，用于检测第三设置区前方的第三避障距离阈值范围内是否存在障碍物，在检测到障碍物时向避障处理单元发送避障通知信号；
所述第一设置区位于所述机器人本体左侧，所述第二设置区位于所述机器人本体前侧，所述第三设置区位于所述机器人本体右侧；
所述避障处理单元，用于根据所接收到的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
2.根据权利要求1所述的基于红外测距的机器人，其特征在于，所述机器人本体包括机器人头部、机器人躯干和机器人底座；
所述第一设置区、第二设置区和第三设置区同时设于所述机器人头部/机器人躯干/机器人底座上，或者，所述第一设置区、第二设置区和第三设置区分开设置于所述机器人头部、机器人躯干和机器人底座上。
3.根据权利要求1所述的基于红外测距的机器人，其特征在于，所述第一红外传感器组、第二红外传感器组以及第三红外传感器组中的所有红外传感器位于同一水平面且以所述运动机构的旋转中心为圆心呈弧形分布。
4.根据权利要求1所述的基于红外测距的机器人，其特征在于，所述第一红外传感器组、第二红外传感器组以及第三红外传感器组中的各红外传感器位于不同水平面内；且在同一投影水平面内，各红外传感器围绕所述运动机构的旋转中心呈曲线分布。
5.根据权利要求3所述的基于红外测距的机器人，其特征在于，所述第一避障距离阈值、第二避障距离阈值以及第三避障距离阈值相等。
6.根据权利要求4所述的基于红外测距的机器人，其特征在于，若在同一投影水平面内，各红外传感器与所述运动机构的旋转中心的间距不完全相等，则所述间距越小，相应的第一避障距离阈值/第二避障距离阈值/第三避障距离阈值越大。
7.一种近距离避障方法，应用于如权利要求1所述的机器人；其特征在于，所述近距离避障方法包括：
实时获取所述第一红外传感器组、第二红外传感器组和第三红外传感器组的避障通知信号；
根据实时获取的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理。
8.根据权利要求7所述的近距离避障方法，其特征在于，所述根据实时获取的避障通知信号的发送端位置，估计障碍物与机器人本体的相对位置，根据相对位置进行相应的避障处理，包括：
若所述避障通知信号仅来自第一红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的左侧，则控制所述运动机构向右移或者向右侧斜移；
若所述避障通知信号仅来自第二红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的前方，则控制所述运动机构向左移、右移或者后移；
若所述避障通知信号仅来自第三红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的右侧，则控制所述运动机构向左移或者向左侧斜移；
若所述避障通知信号分别来自第一红外传感器组和第三红外传感器组，判定所述障碍物当前位于机器人本体的左右两侧，则控制所述运动机构继续前移。
9.根据权利要求7所述的近距离避障方法，其特征在于，所述近距离避障方法还包括：在检测到所述障碍物脱离第一避障距离阈值、第二避障距离阈值以及第三避障距离阈值范围时，停止避障处理并控制所述运动机构恢复自主导航模式。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求7至9任一项所述的近距离避障方法中的步骤。
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