CN109571469A - 机器人避障的控制电路、机器人及机器人避障方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人避障的控制电路、机器人及机器人避障方法；所述控制电路包括：被配置为在检测到磁性虚拟墙则生成预警信号的检测模块，磁性虚拟墙位于机器人的第一方向；与检测模块连接，被配置为根据操作指令对预警信号进行数据处理得到控制信号的主控模块；及与主控模块连接，被配置为在控制信号的控制下驱动机器人停止或向第二方向移动的运动控制模块，第二方向位于第一方向的反向±90°范围内；本发明通过对磁性能量进行实时检测，以准确地识别出外界环境中的障碍物，所述控制电路能够对障碍物及时采取相应的避障措施；有效地解决了传统技术中机器人避障方法对于障碍物的检测准确率不高，机器人运行安全性较低的问题。

Description

机器人避障的控制电路、机器人及机器人避障方法

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人避障的控制电路、机器人及机器人避障方法。

背景技术

随着自动化工业水平的快速发展，机器人已经在各个工业生产领域中得到了广泛的应用；由于机器人能够替代人力执行部分复杂的工业任务，并且机器人的制造成本和应用成本都比较低，因此技术人员在一些耗时耗力的工业任务中，大量地采用机器人来执行相应的动作，极大地提高了工业生产效率、节省了人力成本，并且给人们的生活出行带来了极大地便利；并且随着智能控制技术在机器人中的应用，目前的机器人具有更高的智能化水平，可按照人们的需求执行各种各样的动作，多个机器人可相互配合完成具有繁杂工序的任务，实用性更强，使用体验感更佳。

在传统的机器人控制方法中，技术人员通过操作信号来控制机器人的动作，机器人根据预先设定的指令进行移动，以实现相应的电路功能；然而由于机器人所处的外界环境具有多种多样性，并且外界环境中存在众多的障碍物，比如若将机器人应用在大型地商场、机场以及营业厅等场合，这些场合就会存在一些楼梯、悬崖以及高压线等障碍物，若机器人在运动的过程中无法躲避这些障碍物，机器人与障碍物发生触碰时就会遭受较大的物理损害，甚至会导致机器人完全被毁损，并且在一些特殊场合，机器人与高压线、婴幼儿等发生碰撞，那么将会对人体以及工业生产安全造成较大的损害；为解决上述问题，传统技术采用机器人自主建图、自主导航以及自身的传感器来规避环境中的障碍物，以使机器人在外界环境中移动时能够顺利完成任务，寻找到安全的路径；然而传统技术中的机器人避障方法需要采用无线通信来实现自主导航，由于无线导航的准确率不高，并且机器人无线导航系统也无法区分一些体积较小的障碍物，信号在无线传输过程中存在迟延，进而导致机器人的避障误差率高，机器人的运动安全性低；并且传统的机器人避障方法需要预先获取外界环境中的地理位置及相关坐标，以绘制地理图形，机器人只能在固定的外界环境中实现自主导航，若外界环境发生变化，那么机器人仍然会与障碍物发生碰撞，传统的机器人避障方法无法普遍地适用于不同的外界环境中，适应范围较窄。

发明内容

本发明提供一种机器人避障的控制电路、机器人及机器人避障方法，旨在解决传统技术中机器人避障方法无法准确的识别外界环境中的障碍物并作出相应的避障措施，机器人的运动安全性较低以及传统的避障方法无法兼容适用于不同的外界环境，实用价值不高的问题。

本发明第一方面提供一种机器人避障的控制电路，包括：

被配置为在检测到磁性虚拟墙则生成预警信号的检测模块，其中，所述磁性虚拟墙位于所述机器人的第一方向；

与所述检测模块连接，被配置为根据操作指令对所述预警信号进行数据处理得到控制信号的主控模块；及

与所述主控模块连接，被配置为在所述控制信号的控制下驱动所述机器人停止或向第二方向移动的运动控制模块，其中，所述第二方向位于所述第一方向的反向±90°范围内。

在其中的一个实施例中，所述检测模块包括3轴磁力计芯片。

在其中的一个实施例中，还包括，连接在所述检测模块与所述主控模块之间，被配置为传输所述预警信号的串行外设接口。

在其中的一个实施例中，还包括，连接在所述主控模块与所述运动控制模块之间，被配置为传输所述控制信号的串行通信接口。

在其中的一个实施例中，还包括，与所述主控模块连接，被配置为生成电源信号的电源模块。

在其中的一个实施例中，还包括，与所述主控模块连接，被配置为接入调试信号的调试接口模块。

在其中的一个实施例中，还包括，与所述主控模块连接，被配置为进行数据通信的预留通信模块。

在其中的一个实施例中，所述运动控制模块包括电机。

本发明第二方面提供一种机器人，包括如上所述的机器人避障的控制电路。

本发明第三方面提供一种机器人避障方法，包括：

若检测到磁性虚拟墙则生成预警信号，其中，所述磁性虚拟墙位于所述机器人的第一方向；

根据操作指令对所述预警信号进行数据处理得到控制信号；

在所述控制信号的控制下驱动所述机器人停止或向第二方向移动，其中，所述第二方向位于所述第一方向的反向±90°范围内。

在上述机器人避障的控制电路中，在外界环境中的障碍物处预先设置磁性物质，由于磁性物质具有自发性的磁化现象，在磁性物质周围的一定区域内都可准确地检测到磁力，利用磁性物质的磁化能量，以形成磁性虚拟墙；本发明中的控制电路能够准确地识别出位于外界环境中的磁性虚拟墙；当检测模块检测到磁性虚拟墙时，则说明在机器人的第一方向存在障碍物，上述控制电路立刻做出避障措施，运动控制模块在控制信号的驱动下使得机器人停止运动或者使得机器人向第二方向移动，其中第二方向位于第一方向的方向±90°范围内，防止机器人继续行驶到障碍物处，以保护机器人自身的物理安全并顺利地执行完工业任务；因此本发明利用磁性虚拟墙识别出外界环境中的障碍物，相比于传统技术中机器人通过自主导航来躲避障碍物，本发明中磁性虚拟墙具有固有的、稳定的磁化能量，通过检测模块能够在一定的距离内精确地感应到该磁性虚拟墙，有助于控制电路准确识别出障碍物与机器人的相对距离以及障碍物的相对位置，对于障碍物的检测精度以及检测准确率极高；并且当检测模块检测到外界环境中存在障碍物时，运动控制模块立即使机器人躲避位于第一方向上的障碍物，以避免机器人继续移动到障碍物区域；从而本发明中的控制电路使得机器人能够及时地对障碍物采取避障措施，以保障机器人的运行安全，机器人的安全级别更高，能够有效地适用于不同的外界环境中，解决了传统技术中机器人避障方法无法准确地识别出外界环境中的障碍物，对于障碍物的检测成功率较低，机器人在运行过程中容易受到障碍物的损坏，进而导致机器人的实用性不佳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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附图。

图1是本发明实施例提供的一种机器人避障的控制电路的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的一种检测模块的电路结构图；

图3是本发明实施例提供的一种主控模块的电路结构图；

图4是本发明实施例提供的另一种机器人避障的控制电路的模块结构图；

图5是本发明实施例提供的一种串行外设接口的电路结构图；

图6是本发明实施例提供的一种串行通信接口的电路结构图；

图7是本发明实施例提供的一种电源模块的电路结构图；

图8是本发明实施例提供的一种调试接口模块的电路结构图；

图9是本发明实施例提供的一种预留通信模块的电路结构图；

图10是本发明实施例提供的一种机器人的电路结构图；

图11是本发明实施例提供的一种机器人避障方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、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以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，磁性物质具有极强的磁导率，比如磁性物质包括铁镍合金和铁铝合金等物质，由于磁性物质具有自发性的磁化现象，因此磁性物质中的磁能量是一种较为稳定的能量，并且该磁性物质中的磁能量也不易受到外界噪声的干扰，可靠性强，在磁性物质周围的一定区域内存在稳定的磁力，该磁力形成了磁性虚拟墙；并且不同的磁性物质之间能够实现磁性感应；本发明正是利用磁性物质具有磁力这一特性，通过对于磁性虚拟墙的检测来识别出外界环境中障碍物，由于磁性虚拟墙中磁性能量的稳定性，则本发明可对准确的检测出外界环境中障碍物的具体位置，避免对于障碍物的检测误差；当机器人在运动过程中，若检测到机器人的运动区域存在障碍物，本发明能够及时地躲避障碍物，保护机器人本身的物理安全，提高机器人的应用价值，及扩大了机器人的适用范围。

图1示出了本发明实施例提供的机器人避障的控制电路10的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，控制电路10能够与外界环境中的磁性虚拟墙相互感应，若检测到磁性虚拟墙则说明机器人的运动区域内存在障碍物；可以理解的是，本实施例中的障碍物可以为楼梯、悬崖或者高压线等；控制电路10包括：检测模块101、主控模块102以及运动控制模块103，其中，当检测模块101检测到磁性虚拟墙时则生成预警信号，若检测模块101未检测到磁性虚拟墙时则不生成预警信号，其中磁性虚拟墙位于机器人的第一方向；如上所述，在机器人移动过程中，当检测模块101在机器人周围的运动区域内检测到磁性能量，则说明机器人的第一方向上存在障碍物，并且通过该预警信号能够得到该障碍物的具体位置以及障碍物与机器人的相对距离，从而该预警信号包含障碍物警报信息，通过预警信号能够驱动控制电路10迅速采取避障措施，防止机器人继续朝着第一方向移动，以保障机器人的运动安全；本实施例通过检测模块101能够对磁性虚拟墙进行准确地检测，检测的精度极高，提高控制电路10对于障碍物的响应灵敏度。

主控模块102与检测模块101连接，主控模块102与检测模块101能够进行数据通信，当检测模块101将预警信号传输至主控模块102时，主控模块102根据操作指令对预警信号进行数据处理得到控制信号，其中控制信号具有电子元器件驱动的功能；可选的，所述操作指令由外界的驱动电路生成，主控模块102与驱动电路进行无线通信，所述驱动电路采用传统技术中的电路结构实现，该操作指令包含技术人员的功能选择信息，以使控制电路10能够对外界的障碍物及时作出控制响应，提高了控制电路10的人机交互性能，保障了控制电路10的安全稳定运行；主控模块102根据操作指令对预警信号进行处理分析，使得主控模块102所输出的控制信号包括运动控制信息，通过该控制信号能够驱动运动控制模块103执行相应的动作；运动控制模块103与主控模块102连接，当主控模块102将控制信号传输至运动控制模块103时，运动控制模块103在控制信号的控制下驱动机器人停止或向第二方向移动，以防止机器人继续移动至障碍物处，进而导致机器人本身遭受损坏，其中第二方向位于第一方向的反向±90°范围内；具体的，运动控制模块101能够控制机器人的运动或者静止状态，以及通过运动控制模块101能够改变机器人的运动方向和运动速率，当通过检测模块101检测到外界环境中的障碍物时，运动控制模块101通过控制信号得到外界环境中的障碍物信息，进而使得机器人立即作出避让措施，机器人停止移动或者朝着远离障碍物的方向移动，通过运动控制模块103使机器人不再靠近障碍物，极大地保护了机器人的物理安全，提高了机器人的工作效率。

在本实施例中，控制电路10包括三个电路模块(检测模块101、主控模块102以及运动控制模块103)，因此上述控制电路10以较为简化的电路模块结构实现了机器人避障的功能，使控制电路10具有极低的应用成本和制造成本，实用性极强；并且本实施例利用磁性虚拟墙的磁力，通过检测模块101能够准确地检测出位于第一方向的障碍物，对于障碍物的检测精度高、准确率也较高，无检测时延误差，极大地提高本实施例中控制电路10对于障碍物的响应处理速度；若检测模块101检测到出机器人的第一方向存在障碍物，则检测模块101立即生成预警信号，通过预警信号驱动控制电路10立即采取避障措施，进而通过运动控制模块103立即使得机器人停止或者驶离该障碍物，以避免机器人继续向障碍物靠近，保护机器人运动的安全性；当机器人的第一方向存在障碍物时，本实施例中的控制电路10能够准确识别障碍物的具体位置并使机器人采取合适的避障措施，增强了机器人对于障碍物躲避的灵敏性，极大地提高机器人的物理安全性能，当将控制电路10应用于机器人时，可使该机器人在各种外界环境保持安全的运行状态，及时避免机器人与外界障碍物发生碰撞，所述控制电路10的兼容性极强，适应范围极广，上述控制电路10具有较高的实用价值；有效地解决了传统技术中机器人避障方法无法精确地识别出障碍物，进而导致机器人在运动过程中容易接触到障碍物，机器人的安全性较低，及传统的机器人避障方法无法普遍适用于不同的外界环境中的问题。

作为一种可选的实施方式，检测模块101包括：3轴磁力计芯片；示例性的，图2示出了本实施例提供的检测模块101的电路示意图，如图2所示，检测模块101包括：3轴磁力计芯片U2、电阻R145、电阻R146、电阻R147、电容C94、电容C95、电容C96以及电容C97；其中，3轴磁力计芯片U2的通讯管脚用于接主控模块102，所述3轴磁力计芯片U2的通讯管脚包括：SCL/SPC和SDA/SDI/SDO，通过3轴磁力计芯片U2能够精确检测到外界环境中是否存在磁性虚拟墙，并且通过3轴磁力计芯片U2能够检测得到磁性虚拟墙在外界环境中为具体位置，功能齐全；当3轴磁力计芯片U2检测到磁性虚拟墙并生成预警信号，通过3轴磁力计芯片U2的通讯管脚将预警信号传输至主控模块102，进而本实施例通过3轴磁力计芯片U2实现了对于障碍物的检测，操作简便。

其中，3轴磁力计芯片U2的接地管脚接地GND，磁感应芯片U2的电压信号传输管脚C1接电容C97的第一端，电容C97的第二端接地GND，3轴磁力计芯片U2的电源管脚接第七直流电源V7，第七直流电源V7能够将稳定的电能传输至3轴磁力计芯片U2，可选的，第七直流电源V7为+3V～+31V的直流电源，其中3轴磁力计芯片U2的电源管脚包括Vdd和Vdd_IOS，电容C94连接在3轴磁力计芯片U2的电源管脚Vdd和地GND之间，电容C95连接在3轴磁力计芯片U2的电源管脚Vdd和地GND之间，电容C96连接在3轴磁力计芯片U2的电源管脚Vdd_IOS和地GND之间；电阻R145的第一端和电阻R146的第一端共接于3轴磁力计芯片U2的片选信号输入管脚CS，电阻R145的第二端接第八直流电源V8，可选的，第八直流电源V8为+3V～+31V的直流电源，电阻R146的第二端和电阻R147的第一端共接于3轴磁力计芯片U2的检测状态指示管脚SDO/SA1，电阻R147的第二端接地GND，结合片选信号输入管脚CS和检测状态指示管脚SDO/SA1可对3轴磁力计芯片U2的信号检测功能设定，在本实施例中，通过3轴磁力计芯片U2可实时检测外界环境中的磁性能量，对障碍物的检测精度极高，使机器人能够对障碍物作出快速的反应；并且3轴磁力计芯片具有较高的兼容性，以使机器人避障的控制电路10能够应用于各种外界环境中，实用性极强。

作为一种可选的实施方式，主控模块101包括主控芯片，通过该主控芯片能够实现数据处理的功能，通过主控芯片生成的控制信号来控制机器人的运动状态；示例性的，图3示出了本实施例提供的主控模块101的电路结构，如图3所示，主控模块102包括：主控芯片U1、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R31、电容C98、电阻R8、电阻R11、发光二极管D1、电阻R12、电阻R125、开关SW1、二极管ESD4、电阻R15、电容C93、电阻R19、电阻R16、电容C14、晶振Y1、电容C12、电阻R28以及电阻R29等电子元器件。

其中，主控芯片U1的稳压信号输入管脚、电阻R31的第一端、电容C8的第一端、电容C7的第一端、电容C6的第一端以及电容C5的第一端共接形成主控模块102的电源输入端，所述主控模块102的电源输入端用于接入电源信号，其中主控芯片U1的稳压信号输入管脚包括VDD_1、VDD_2、VDD_3以及VBAT，电容C5的第二端、电容C6的第二端、电容C7的第二端、电容C8的第二端、电容C98的第一端共接于地GND，电阻R31的第二端和电容C98的第二端共接于主控芯片U1的参考电源输入管脚VDDA，其中主控芯片U1的电平参考管脚共接于地；其中主控芯片U1的电平参考管脚包括：VSS_1、VSS_2、VSS_3以及VSSA；因此在本实施例中，电源信号包含稳定的电能，通过该电源信号使控制电路10能够保持稳定的工作状态，减少控制电路10在运行过程中的故障发生率，提高了机器人的安全性。

其中，电阻R16的第一端接第四直流电源V4，可选的，第四直流电源V4为+3.3V直流电源，电阻R16的第二端和电阻R19的第一端共接于主控芯片U1的第一启动功能设置管脚BOOT0，电阻R19的第二端接地GND；电阻R8的第一端和电阻R11的第一端共接于主控芯片U1的第二启动功能设置管脚BOOT1，电阻R11的第二端接地GND，电阻R8的第二端接第一直流电源V1，其中第一直流电源V1为+3.3V直流电源，结合第一启动功能设置管脚BOOT0和第二启动功能设置管脚BOOT1能够在主控芯片U1上电成功后使主控芯片U1能够实现正常的电路功能，以保障主控芯片U1处于稳定的工作状态；发光二极管D1的阳极接第二直流电源V2，可选的，第二直流电源V2为+3.3V直流电源，发光二极管D1的阴极接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端接主控芯片U1的状态指示管脚PB0，其中通过状态指示管脚PB0可传输主控芯片U1的状态指示信号，通过该状态指示信号能够显示主控芯片U1的工作状态；电阻R15的第一端接第三电源V3，可选的，第三电源V3为+3.3直流电源，电阻R15的第二端、电容C93的第一端、电阻R125的第一端以及二极管ESD4的阴极共接于开关SW1的第一端，电容C93的第二端、开关SW1的第二端以及二极管ESD4的阳极共接于地GND，电阻R125的第二端接主控芯片的异步复位管脚当开关SW1被触发时，通过异步复位管脚能够向主控芯片U1传输异步复位信号，若该异步复位信号的幅值大于主控芯片U1复位的电压阀值时，通过该异步复位信号能够使主控芯片U1执行复位操作，进而在本实施例中，通过开关SW1能够控制主控芯片U1的复位操作，本实施例中的主控模块101具有更高的可控性。

电容C12的第一端和晶振Y1的第一输入输出端共接于主控芯片U1的振荡信号输入管脚OSC_IN，电容C12的第二端接地GND，电容C14的第一端和晶振Y1的第二输入输出端共接于主控芯片U1的振荡信号输出管脚OSC_OUT，电容C14的第二端接地，晶振Y1的接地端接地GND，其中晶振Y1能够产生具有特定振荡频率的振荡信号，比如振荡信号的振荡频率为8MHz，进而通过振荡信号输入管脚OSC_IN和振荡信号输出管脚OSC_OUT向主控芯片U1提供振荡频率，以提高主控芯片U1的信号处理效率，增强主控模块102的控制性能；电阻R28的第一端和电阻R29的第一端共接于第五直流电源V5，可选的，第五直流电源V5为+3.3V直流电源，电阻R28的第二端和电阻R29的第二端接主控芯片U1的电源驱动管脚，其中主控芯片U1的电源驱动管脚包括PA2和PA3；第五直流电源V5将电源驱动信号传输至主控芯片U1的电源驱动管脚，通过电源驱动信号使主控芯片U1的内部电源保持稳定，通过电源驱动信号使主控芯片U1开始进入工作状态。

其中，主控芯片U1的预警信号输入管脚PA11、PA12接检测模块101，用于接入预警信号，主控芯片U1的操作指令输入管脚PA9、PA10用于接入操作指令，通过该操作指令能够改变主控芯片U1的工作状态，因此本实施例中的主控芯片U1通过操作指令输入管脚PA9、PA10能够实现与外界电路进行实时通信；主控芯片U1的控制信号输出管脚PB6、PB7接运动控制模块103，当主控信号U1生成控制信号时，通过控制信号输出管脚PB6、PB7将控制信号传输至运动控制模块103，通过控制信号使运动控制模块103停止运动或者改变机器人的运动方向，以实现对于机器人的安全保护；进而在本实施例中，通过主控芯片U1即可对预警信号进行快速的数据处理，使控制信号具有机器人动作状态的控制功能，控制性能较高，进而图2中所示出的主控模块102具有较为简化的电路结构，主控芯片U1的功能齐全，有效地提高了控制电路10对障碍物的躲避效率，使机器人具有更佳的安全性能。

作为一种可选的实施方式，运动控制模块103包括电机，通过电机控制机器人的运动或者停止状态；如上所述，当检测模块101检测到外界环境中的障碍物时，为了避免机器人继续运动到障碍物处，通过控制信号驱动电机停止运动或者改变电机的运动方向，以保障机器人本身的物理安全；从而在本实施例通过电机可直接控制机器人工作、停止、以及改变机器人的移动方向，控制效果佳，提高了机器人对于障碍物的躲避灵敏性。

作为一种可选的实施方式，图4示出了本实施例提供的机器人避障的控制电路10的另一种模块结构，相比于图1中所示出的控制电路10的模块结构，图3中的控制电路10还包括：串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)301、串行通信接口302、电源模块303、调试接口模块304以及预留通信模块305；其中，串行外设接口301连接在检测模块101和主控模块102之间，串行外设接口301用于传输预警信号，当检测模块101检测到障碍物的具体位置并且生成预警信号，检测模块101通过串行外设接口301将预警信号快速地传输至主控模块102，进而实现了检测模块101与主控模块102之间的SPI通信，检测信号在传输过程中能够保持数据完整性，主控模块102根据预警信号得到外界环境中的障碍物信息，提高控制电路10对于外界环境中障碍物的躲避准确率；串行通信接口302连接在主控模块102和运动控制模块103之间，其中串行通信接口302可兼容传输不同数据类型的信号，兼容性极强，并且串行通信接口302具有：完整性的串行数据通讯、提供实时支持、信号传输速率高达1Mb/s，同时具有多位的寻址以及检错能力，进而串行通信接口302能够满足不同速率的信号传输需求，在本实施例中，当主控模块102通过串行通信接口302将控制信号传输至运动控制模块103，控制信号的传输误码率低，当运动控制模块103接收到该控制信号时，在控制信号的驱动下能够使机器人调整自身的运动状态，以实现避障的功能；因此通过串行通信接口302能够实现控制信号在主控模块102和运动控制模块103之间的双向数据通信，降低了控制电路10中信号传输的成本。

电源模块303与主控模块102连接，电源模块303用于生成电源信号，通过电源信号能够向主控模块102、检测模块101以及运动控制模块103提供稳定的电能，进而使本实施例中的控制电路10始终处于稳定、安全的工作状态，通过电源信号驱动控制电路10中的电子元器件能够实现正常的电路功能，保障机器人的安全运行性能；电源模块303还与机器人的供电电源连接，通过电源模块303接入供电电源的电能，并对所述供电电源的电能进行稳压处理后生成电源信号，操作简便，提高了机器人避障的控制电路10的运行稳定性及可靠性；调试接口模块304与主控模块102连接，调试接口模块304接入调试信号，调试信号具有电路调试功能，当调试接口模块304将调试信号传输至主控模块102，通过调试信号对主控模块102进行电路功能测试，主控模块102根据调试信号实现相应的电路功能，以防止主控模块102出现信号处理故障，通过调试接口模块304能够保障主控模块102处于正常、稳定的工作状态，减少了主控模块102在执行信号处理过程中的控制误差；当机器人的运动区域存在障碍物时，控制电路10能够实时的采取避障措施，控制电路10具有极高的控制稳定性；预留通信模块305与主控模块102连接，预留通信模块305用于进行数据通信，以实现控制电路10与其它移动终端之间的信息交互，其中预留通信模块305作为主控模块102的通讯扩展端口，在实际应用中，主控模块102通过预留通信模块305与其它移动终端进行数据通信，技术人员可通过移动终端输入控制指令，该控制指令通过预留通信模块305传输至主控模块102，通过该控制指令来改变控制电路10的工作状态，进一步的，技术人员可通过预留通信模块305来操控机器人的运动或者停止，全方面地保障了机器人的运动安全；并且技术人员可通过预留通信模块305来直观地控制主控模块102的信号转换功能，增强了本实施例中控制电路10的通信能力，给技术人员带来了良好的使用体验。

作为一种可选的实施方式，图5示出了本实施例提供的串行外设接口301的电路结构，如图5所示，串行外设接口301包括：电阻R148、电阻R149、电阻R143以及电阻R142；其中，电阻R148的第一端和电阻R149的第一端共接于第六直流电源V6，可选的，第六直流电源V6为+3V～+31V的直流电源，电阻R148的第二端、电阻R149的第二端、电阻R143的第一端以及电阻R142的第一端为串行外设接口301的信号输出端，串行外设接口301的信号输出端接主控模块102，用于将预警信号传输至主控模块102，进而通过串行外设接口301实现了预警信号的快速传输，电阻R142的第二端和电阻R143的第二端为串行外设接口301的信号输入端，串行外设接口301的信号输入端接检测模块101，当检测模块101检测到磁性虚拟墙时，检测模块101将检测信号发送至串行外设接口301，进而通过串行外设接口301对于检测信号的传输和处理，使检测信号在传输过程总保持原有的信号功率，主控模块102能够顺利地接收到该检测信号，由于该检测信号包括机器人运动区域的障碍物信息，因此通过检测信号即可驱动控制电路10及时地采取避障措施，从而保障机器人在运动过程中始终能够障碍物保持在安全距离之外，提高了机器人的安全性；并且本实施例采用较为简化的电路结构来实现SPI通信，由于串行外设接口301具有较低的应用成本和制造成本，极大地提高控制电路10的通信兼容性，控制电路10可使机器人在不同的外界环境中都能保持安全的运行状态，实用价值极高。

作为一种可选的实施方式，图6示出了本实施例提供的串行通信接口302的电路结构，如图6所示，串行通信接口302包括：高速收发器芯片U3、电阻R24、电阻R25、电阻R22、电阻R23、电阻R157、电阻R156、电容C101、电容C26、电阻R159、电阻R158、电容C15、电阻R27、电阻R26、二极管D2以及二极管D3，其中，电阻R24的第一端和电阻R25的第一端为串行通信接口302的信号输入端，串行通信接口302的信号输入端接主控模块101，通过主控模块101将控制信号传输至串行通信接口302的信号输入端，进而串行通信接口302实现了主控模块101与运动控制模块103之间的信号传输；电阻R25的第二端和电阻R22的第一端共接于高速收发器芯片U3的数据输出管脚TXD，电阻R24的第二端和电阻R23的第一端共接于高速收发器芯片U3的数据输入管脚RXD，高速收发器芯片U3通过数据输出管脚TXD和数据输入管脚RXD即可实现与外界电子元器件的信号交互；电阻R22的第二端和电阻R23的第二端共接于第九直流电源V9，可选的，第九直流电源V9为+3.3V直流电源；电阻R156的第一端、电阻R157的第一端以及电容C101的第一端共接于高速收发器芯片U3的电源管脚VCC，电容C101的第二端接地GND，电阻R157的第二端接第十直流电源V10，可选的，第十直流电源V10为+5V直流电源，电阻R156的第二端接第十一直流电源V11，可选的，第十一直流电源V11为+3.3V直流电源，结合第十直流电源V10和第十一直流电源V11可将稳定的直流电能传输至高速收发器芯片U3的电源管脚VCC，进而使高速收发器芯片U3能够实现稳定的信号传输功能，主控模块102将控制信号快速地传输至运动控制模块103，以调整机器人的运动状态；高速收发器芯片U3的待机信号输入管脚接地GND，电阻R158的第一端和电阻R159的第一端共接于高速收发器芯片U3的共模稳压输出管脚SPLIT，电阻R159的第二端和电容C26的第一端共接于第十二直流电源V12，可选的，第十二直流电源V12为+3.3V直流电源，电容C26的第二端接地GND，电阻R26的第一端、电阻R27的第一端以及电容C15的第一端共接于电阻R158的第二端，电容C15的第二端接地GND，二极管D2的阳极和二极管D3的阳极共接于地GND，二极管D2的阴极、二极管D3的阴极、电阻R26的第二端、电阻R27的第二端以及高速收发器芯片U3的总线通信管脚为串行通信接口302的信号输出端，其中高速收发器芯片U3的总线通信管脚包括CANL和CANH，串行通信接口302的信号输出端接运动控制模块103，用于将控制信号传输至运动控制模块103。

在图6所示出串行通信接口302的具体电路结构中，二极管D2和二极管D3能够起到稳压的作用，防止控制信号的幅值过大对运动控制模块103造成损害，提高机器人的控制安全；因此在本实施例中，通过串行通信接口302的信号输入端接入控制信号，高速收发器芯片U3能够避免控制信号在传输过程中的失真现象，信号的传输通道具有较强的抗干扰能力，当串行通信接口302的信号输出端将控制信号输出至运动控制模块103，由于控制信号包括运动控制指令，运动控制模块103根据控制信号使得机器人立即停止运动，保障了机器人的物理安全；从而本实施例通过高速收发器芯片U3实现了控制信号在主控模块102和运动控制模块103之间的点对点传递，保证了控制信号的传输安全和传输效率，使控制电路10在高噪声干扰环境中也能够维持正常的数据通信，有效地避免了总线冲突，提高了控制电路10的使用普遍性，机器人能够在各种各样的外界环境中都能够保持稳定、安全的运行。

作为一种可选的实施方式，图7示出了本实施例提供的电源模块303的电路结构，如图7所示，电源模块303包括：电源管理芯片U4、连接器T1、电阻R30、发光二极管D2、电容C3、电容C55、电阻R155、发光二极管D33、电容C2、电容C1、电容C100以及电容C99；其中，发光二极管D2的阴极接地GND，发光二极管D2的阳极接电阻R30的第一端，电阻R30的第二端、电容C3的第一端、电容C55的第一端以及电源管理芯片U4的电源信号输出管脚OUTPUT共接形成所述电源模块303的第一电源信号输出端口，当电源管理芯片U4对电能进行稳压处理后，通过第一电源信号输出端口输出稳定的电能；电容C3的第二端和电容C55的第二端共接于地GND，电源管理芯片U4的接地管脚ADJ/GND接地GND，发光二极管D33的阴极接地，发光二极管D33的阳极接电阻R155的第一端，电源管理芯片U4的电源信号输入管脚INPUT、电阻R155的第二端、电容C2的第一端、电容C1的第一端、电容C100的第一端、电容C99的第一端以及连接器T1的连接正极共接于形成所述电源模块303的第二电源信号输出端口，所述电源模块303的第一电源信号输出端口和第二电源信号输出端口接主控模块102；电容C2的第二端、电容C1的第二端、电容C100的第二端、电容C99的第二端以及连接器T1的连接负极共接于地GND，连接器T1的接地端口接地；其中电源模块303通过连接器T1接机器人的供电电源，其中所述供电电源用于提供供电电能，供电电源将电能输出至电源模块303；在本实施例中，电源模块303通过连接器T1接入供电电能，电源管理芯片U4将所述供电电能转换为不同类型的电源信号，由于电源管理芯片U4具有电压幅值控制功能，进而电源管理芯片U4能够兼容输出具有不同电压幅值的电源信号，以满足控制电路10中各个电路模块的供电需求；因此通过电源模块303的第一电源信号输出端口和第二电源信号输出端口能够将相应电源信号分别输出至主控模块102，主控模块102中的各个电子元器件处于额定的工作状态，进而控制电路10中各个电子元器件都能够处于稳定、安全的运行状态，防止机器人在运动过程中与障碍物接触。

因此根据图7所示出的电源模块303的具体的电路结构，电源模块303通过对供电电源进行转换输出，即可将电源信号传输至主控模块102，通过该电源信号驱动控制电路10中的各个电路模块处于稳定、安全的工作状态；当机器人在于运动过程，控制电路10能够实时对机器人提供避障保护，防止机器人与外界环境中的障碍物接触，极大地保护了机器人的运动安全；并且根据图7所示出的电路结构，本实施例中的电源模块303具有较为简化的电路结构，极大地降低了所述控制电路10的制造成本和应用成本，提高了本实施例中控制电路10的实用价值。

作为一种可选的实施方式，图8示出了本实施例提供的调试接口模块304的电路结构，如图8所示，调试接口模块304包括：接线端子T2、二极管D34、电阻R150、电阻R151、二极管ESD2以及二极管ESD3；其中，电阻R150的第一端和电阻R151的第一端接主控模块102，用于将调试信号传输至主控模块102，以实现主控模块102的电路测试功能，二极管D34的阳极接第十六直流电源V16，可选的，第十六直流电源V16为+3.3V直流电源；二极管D34的阴极、电阻R150的第二端、电阻R151的第二端、二极管ESD2的阴极以及二极管ESD3的阴极共接于接线端子T2，二极管ESD2的阳极和二极管ESD3的阳极共接于地GND；其中，接线端子T2外接逻辑功能测试电路，其中该逻辑功能测试电路用于生成调试信号，并且该逻辑功能测试电路可采用传统技术中的电路结构来实现；当接线端子T2接入调试信号时，调试接口模块304将调试信号输出至主控模块102；因此在本实施例中，技术人员通过调试信号对主控模块102的电路功能进行测试，进而使主控模块101能够始终处于稳定、安全的工作状态，该控制电路10的可操控性极强，接线端子T2可直接接入外部的调试信号，兼容性极强，技术人员可通过外界的逻辑功能测试电路所生成的调试信号来全面地测试控制电路10的电路功能，有效地提高了控制电路10的使用体验，机器人运动安全得到了更加有效的保障。

作为一种可选的实施方式，图9示出了本实施例提供的预留通信模块305的电路结构，如图9所示，预留通信模块305包括：接线端子T3、电阻R135以及电阻R136，其中，接线端子T3的通讯端口、电阻R135的第一端以及电阻R136的第一端共接于主控模块102，电阻R135的第二端和电阻R136的第二端共接于第十七直流电源V17，可选的，第十七直流电源V17为+3.3V直流电源；在图9所示出的预留通信模块305的具体电路结构中，主控模块102通过接线端子T3可与移动终端进行数据交互，进而本实施例中的控制电路10通过预留通信模块305能够外界移动终端进行信息传递，使控制电路10能够实现更加全面的电路功能，以满足机器人的运动安全性能需求，兼容性极高。

图10示出了本实施例提供的机器人110的电路结构，如图10所示，机器人110包括如上所述的机器人避障的控制电路10；参照上述图1至图9的实施例，由于控制电路10能够准确地识别出外界环境中的障碍物，并且控制电路10能够生成相应的控制信号，在控制信号的驱动下使得机器人110停止运动或者远离障碍物，以避免机器人110接触到外界环境中的障碍物，保障机器人110的运动安全，提高机器人110的工作效率，机器人110能够在各种外界环境中都能够保持安全、稳定的运行状态；从而本实施例中的机器人110可自动躲避外界环境中的障碍物，极大地保障了机器人110的物理安全，机器人110能够在不同的外界环境中安全地执行相应的工作任务，以满足技术人员的实际需求；有效地解决了传统技术中机器人无法准确地识别外界环境中的障碍物，机器人在运动过程中容易受到障碍物的损坏，进而导致机器人的故障率高，无法普遍适用的问题。

图11示出了本实施例提供的机器人避障方法的实现流程，如图11所示，机器人避障方法包括如下步骤：

步骤S1201：若检测到磁性虚拟墙则生成预警信号，其中磁性虚拟墙位于机器人的第一方向；相反，若未检测到磁性虚拟墙则不生成预警信号；通过该预警信号来传输外界环境中的障碍物信息，以实现对于外界环境中障碍物的准确识别。

步骤S1202：根据操作指令对预警信号进行数据处理得到控制信号；该控制信号包括相应的控制指令，进而通过控制信号可控制机器人的运动状态。

步骤S1203：在控制信号的控制下使机器人停止或向第二方向移动，其中第二方向位于第一方向的反向±90°范围内；当检测到机器人的第一方向存在障碍物时，通过控制信号立即使机器人停止运动或者使机器人朝着远离障碍物的方向移动，以避免机器人继续移动到障碍物处，防止机器人与障碍物接触，保护机器人的物理安全。

其中上述机器人避障方法与图1中机器人避障的控制电路10相对应，因此对于上述机器人避障方法各个操作步骤的具体实施方式可参照图1的实施例，此处不再赘述。

在上述机器人避障方法中，通过在外界环境中的障碍物处设置磁性物质，以形成磁性虚拟墙，进而可精确地检测出障碍物的具体位置，检测的准确率高，当机器人的运动区域存在障碍物时，则通过控制信号使机器人立即采取避障措施，避免机器人继续向障碍物移动，极大地保障了机器人的运动安全；因此在本实施例中，无论在机器人的运动区域存在何种类型的障碍物，比如悬崖、楼梯等，上述机器人避障方法都能够使机器人成功地躲避这些障碍物，机器人的安全性极高，防止了机器人与障碍物接触所引起的生产安全事故，极大地提高了机器人的实用价值，使机器人能够广泛地适用于不同的工业生产领域中。

综合前文所述，本实施例提供的机器人避障的控制电路10可对外界环境中的障碍物采取及时的避障措施，对障碍物的识别准确率较高；当机器人运动区域内存在障碍物时，通过控制电路10立即使机器人不再向障碍物方向移动，以保障机器人的安全稳定运行，增强了机器人在不同工业领域中的实用性；从而本实施例中的控制电路10能够使机器人具有更高的工作效率，对于促进机器人技术的发展具有极为重要的意义。

需要说明的是,在本文中，诸如多个和多条之类的词语是指大于1的数量，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品或者结构所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或者“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人避障的控制电路，其特征在于，包括：

被配置为在检测到磁性虚拟墙则生成预警信号的检测模块，其中，所述磁性虚拟墙位于所述机器人的第一方向；

与所述检测模块连接，被配置为根据操作指令对所述预警信号进行数据处理得到控制信号的主控模块；及

与所述主控模块连接，被配置为在所述控制信号的控制下驱动所述机器人停止或向第二方向移动的运动控制模块，其中，所述第二方向位于所述第一方向的反向±90°范围内。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述检测模块包括3轴磁力计芯片。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括，连接在所述检测模块与所述主控模块之间，被配置为传输所述预警信号的串行外设接口。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括，连接在所述主控模块与所述运动控制模块之间，被配置为传输所述控制信号的串行通信接口。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括，与所述主控模块连接，被配置为生成电源信号的电源模块。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括，与所述主控模块连接，被配置为接入调试信号的调试接口模块。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括，与所述主控模块连接，被配置为进行数据通信的预留通信模块。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述运动控制模块包括电机。

9.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的机器人避障的控制电路。

10.一种机器人避障方法，其特征在于，包括：

若检测到磁性虚拟墙则生成预警信号，其中，所述磁性虚拟墙位于所述机器人的第一方向；

根据操作指令对所述预警信号进行数据处理得到控制信号；

在所述控制信号的控制下驱动所述机器人停止或向第二方向移动，其中，所述第二方向位于所述第一方向的反向±90°范围内。