CN109557927B - 用于机器人返回吊篮的路径规划方法、装置、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法，包括以下步骤：判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同；控制机器人直行，直至返回到吊篮中。本发明还公开了用于机器人返回吊篮的路径规划装置、电子设备及存储介质。本发明通过超声波发射传感器和超声波接收传感器的配合，实现对机器人的定位，然后再让机器人直行即可完成返回到吊篮中，避免了户外强光的干扰，提供机器人的回收成功的概率。

Description

用于机器人返回吊篮的路径规划方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及机器人回收技术领域，尤其涉及一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法、装置、设备及介质。
背景技术
机器人对光伏电站进行清洗完成后，需要通过吊篮对机器人进行回收，然后再由载重无人机携带吊篮返航，因此，机器人回收即返回到吊篮中是对光伏电站进行自动化清洗的关键步骤。目前国内关于家庭扫地机的回充技术已经非常成熟，它们大多采用红外线引导的方式进行扫地机的路径规划。但是这种通过红外线引导的方式并不适用于户外的操作，原因在于户外太阳能对红外光电传感器有非常大的干扰，使得路径规划造成一定的误差，甚至有可能导致机器人的损伤或坠毁。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法，其通过超声波发射传感器和超声波接收传感器的配合，实现对机器人的定位，然后再让机器人直行即可完成返回到吊篮中，避免了户外强光的干扰，提供机器人的回收成功的概率和进入吊篮所处位置的准确性。
本发明的目的之二在于提供一种用于机器人返回吊篮的路径规划装置，其通过超声波发射传感器和超声波接收传感器的配合，实现对机器人的定位，然后再让机器人直行即可完成返回到吊篮中，避免了户外强光的干扰，提供机器人的回收成功的概率和进入吊篮所处位置的准确性。
本发明的目的之三在于提供一种实现上述用于机器人返回吊篮的路径规划方法的电子设备。
本发明的目的之四在于提供一种存储上述用于机器人返回吊篮的路径规划方法的计算机可读存储介质。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法，所述机器人的前侧中部位置安装有超声波接收传感器，所述吊篮上安装有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器，所述第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器以吊篮门为中轴线，对称分布于吊篮门的两侧，包括以下步骤：
通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；
判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间；
控制机器人直行，直至返回到吊篮中。
优选地，在通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，之前，还包括：
当吊篮停靠至光伏电站上时，启动第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器。
优选地，判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同时，对每一路的超声波信号多次到达超声波接收传感器的时间求平均值，然后比对两路超声波信号对应的平均值是否相同。
优选地，控制机器人直行，直至返回到吊篮中，包括：
根据所述接收时间、超声波传播速度以及有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离计算机器人到所述吊篮门中线的垂直距离；
控制机器人以预设速度向吊篮方向直行；
根据所述垂直垂直距离以及预设速度计算机器人到达吊篮的返回时间；
在机器人直行开始时进行计时，当计时时间达到返回时间时，开启吊篮门，使机器人返回到吊篮中。
优选地，控制机器人以预设速度向吊篮方向直行为通过PID算法控制机器人以预设速度向吊篮方向直行。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种用于机器人返回吊篮的路径规划装置，所述机器人的前侧中部位置安装有超声波接收传感器，所述吊篮上安装有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器，所述第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器以吊篮门为中轴线，对称分布于吊篮门的两侧，其特征在于，其包括：
第一判断模块，用于通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；
第二判断模块，用于判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间；
控制模块，用于控制机器人直行，直至返回到吊篮中。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明目的之一的用于机器人返回吊篮的路径规划方法。
本发明的目的之四采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明目的之一的用于机器人返回吊篮的路径规划方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
通过读取两路超声波的信号，来判断机器人当前位置，通过角度分析来调整机器人的位置，最终找到与吊篮对正路径的最优路径规划。本发明采用超声波传感器，规避了强光干扰，提高机器人回收成功的概率。
附图说明
图1为本发明实施例一的用于机器人返回吊篮的路径规划方法的流程图；
图2为超声波传感器的安装结构示意图；
图3为计算机器人到达吊篮的返回时间的原理图；
图4为本发明实施例三的用于机器人返回吊篮的路径规划装置的结构示意图；
图5为本发明实施例四的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本发明实施例一公开了一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法，该方法可以由硬件或/和软件来执行，请参照图1所示，其包括以下步骤：
101、通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号。
如图2所示，超声波接收传感器安装于机器人的前侧中部位置，第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器以吊篮门的中线为对称轴，对称安装于吊篮门中线的两侧，在本发明较佳的实施例中，第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器安装于吊篮门柱，图2中的左门柱超声波发射传感器即为第一超声波发射传感器，右门柱超声波发射传感器即为第二超声波发射传感器。
第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器均采用大角度超声波发射传感器，从而使得多个方向的超声波接收传感器均能接收到二者发出的超声波信号。当载重无人机搭载的吊篮降落到光伏电站上时，则控制第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器不停向周边发射超声波信号。
判断是一路信号还是两路信号可以通过超声波发射传感器的不同编码实现，即第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器采用不同的编码方式向超声波接收传感器发送超声波信号，当超声波接收传感器接收到两种不同的超声波信号时，即认定为两路信号。如果仅接收到一路超声波信号，则调整机器人的方向或位置，调整的方式为远程通过地面站或者其他处理机构对机器人运行进行控制。
120、判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间。
如果时间相同，则说明机器人前进的方向已经处于吊篮对正的位置，如果时间不同，则需要对机器人的位置或方向进行微调。直到最终达到接收到两路超声波信号，且两路超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同。
由于超声波传感器自身的缺陷会造成存在一定的误差，为了使得测量结果更加准确，在本发明较佳的实施例中，使用均值算法，即对每一路的超声波信号多次到达超声波接收传感器的时间求平均值，然后比对两路超声波信号对应的平均值是否相同。
130、控制机器人直行，直至返回到吊篮中。
当超声波接收传感器接收到两路超声波信号，且两路超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同时，则机器人直行即可返回到吊篮中。
在此过程中，还包括：
根据所述接收时间、超声波传播速度以及有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离计算机器人到所述吊篮门中线的垂直距离。请参照图3所示，假设接收时间为t，超声波传播速度以340m/s，可以得到超声波接收传感器与第一超声波发射传感器的距离ab(或第二超声波发射传感器的距离ac)＝340*t，然后根据勾股定理得到机器人到所述吊篮门中线的垂直距离
Figure BDA0001941954410000061
其中，L为第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离；
通过PID算法控制机器人以预设速度向吊篮方向直行，即向机器人输入一个初始的预设速度，然后采集机器人的实际运行速度，将实际运行速度与初始的运行速度进行PID处理，即使机器人满足匀速前行；
根据所述垂直垂直距离以及预设速度计算机器人到达吊篮的返回时间：
Figure BDA0001941954410000071
其中t0为返回时间，v为预设速度。
在机器人直行开始时进行计时，同时，还实时获取ab或ac之间的距离(即第一超声波发射传感器或第二超声波发射传感器到超声波接收传感器之间的距离)，当
Figure BDA0001941954410000072
时，二次确认机器人前进的方向已经处于吊篮对正的位置，如果是，则继续前进，否则调整机器人的位置或方向，二次确认的方法与步骤120一致，当计时时间达到返回时间时，开启吊篮门，从而使机器人返回到吊篮中。
实施例二
实施例二公开了一种对应上述实施例的用于机器人返回吊篮的路径规划装置，所述机器人的前侧中部位置安装有超声波接收传感器，所述吊篮上安装有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器，所述第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器以吊篮门为中轴线，对称分布于吊篮门的两侧，请参照图4所示，其包括：
第一判断模块210，用于通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；
第二判断模块220，用于判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间；
控制模块230，用于控制机器人直行，直至返回到吊篮中。
实施例三
图5为本发明实施例三提供的一种电子设备的结构示意图，如图5所示，该电子设备即监控平台的硬件组成，其包括处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340；计算机设备中处理器310的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器310为例；电子设备中的处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器320作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的用于机器人返回吊篮的路径规划方法对应的程序指令/模块(例如，用于机器人返回吊篮的路径规划装置中的第一判断模块210、第二判断模块220和控制模块230)。处理器310通过运行存储在存储器320中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的用于机器人返回吊篮的路径规划方法。
存储器320可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器320可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器320可进一步包括相对于处理器310远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置330可用于用户信息。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
实施例四
本发明实施例四还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法，该方法包括：
通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；
判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间；
控制机器人直行，直至返回到吊篮中。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述用于机器人返回吊篮的路径规划装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于机器人返回吊篮的路径规划方法，所述机器人的前侧中部位置安装有超声波接收传感器，所述吊篮上安装有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器，所述第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器以吊篮门为中轴线，对称分布于吊篮门的两侧，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；
步骤2，判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间；
步骤3，控制机器人直行，直至返回到吊篮中；控制机器人直行包括控制机器人以预设速度向吊篮方向直行为通过PID算法控制机器人以预设速度向吊篮方向直行；
控制机器人直行，直至返回到吊篮中，包括：
根据所述接收时间、超声波传播速度以及有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离计算机器人到所述吊篮门中线的垂直距离；
控制机器人以预设速度向吊篮方向直行；
根据所述垂直距离以及预设速度计算机器人到达吊篮的返回时间；
在机器人直行开始时进行计时，当计时时间达到返回时间时，开启吊篮门，使机器人返回到吊篮中；
步骤4，实时获取第一超声波发射传感器到超声波接收传感器之间的距离，当所述距离
Figure FDA0003248759520000021
时，二次确认机器人前进的方向是否处于吊篮对正的位置，如果是，则继续前行，否则跳转至步骤2，其中，ab为第一超声波发射传感器到超声波接收传感器之间的距离，L为第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离。
2.如权利要求1所述的用于机器人返回吊篮的路径规划方法，其特征在于，在通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，之前，还包括：
当吊篮停靠至光伏电站上时，启动第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器。
3.如权利要求1所述的用于机器人返回吊篮的路径规划方法，其特征在于，判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同时，对每一路的超声波信号多次到达超声波接收传感器的时间求平均值，然后比对两路超声波信号对应的平均值是否相同。
4.一种用于机器人返回吊篮的路径规划装置，所述机器人的前侧中部位置安装有超声波接收传感器，所述吊篮上安装有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器，所述第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器以吊篮门为中轴线，对称分布于吊篮门的两侧，其特征在于，其包括：
第一判断模块，用于通过超声波接收传感器接收第一超声波发射传感器或/和第二超声波发射传感器发出的超声波信号，判断所述超声波信号为一路信号或两路信号，如果为一路信号，则调整机器人的方向或/和位置，直至接收到两路的超声波信号；
第二判断模块，用于判断两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间是否相同，如果不同，则调整机器人的方向或/和位置，直至两路的超声波信号到达超声波接收传感器的时间相同，将两路的超声波信号到达超声波接收传感器相同的时间即为接收时间；
控制模块，用于控制机器人直行，直至返回到吊篮中；控制机器人直行包括控制机器人以预设速度向吊篮方向直行为通过PID算法控制机器人以预设速度向吊篮方向直行；
所述控制模块包括：
控制机器人直行，直至返回到吊篮中，包括：
根据所述接收时间、超声波传播速度以及有第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离计算机器人到所述吊篮门中线的垂直距离；
控制机器人以预设速度向吊篮方向直行；
根据所述垂直距离以及预设速度计算机器人到达吊篮的返回时间；
在机器人直行开始时进行计时，当计时时间达到返回时间时，开启吊篮门，使机器人返回到吊篮中；
实时获取模块，用于实时获取第一超声波发射传感器到超声波接收传感器之间的距离，当所述距离
Figure FDA0003248759520000031
时，二次确认机器人前进的方向是否处于吊篮对正的位置，如果是，则继续前行，否则执行第二判断模块，其中，ab为第一超声波发射传感器到超声波接收传感器之间的距离，L为第一超声波发射传感器和第二超声波发射传感器之间的距离。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-3中任一所述的用于机器人返回吊篮的路径规划方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一所述的用于机器人返回吊篮的路径规划方法。
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