CN110162030B - 一种移动机器人及其障碍物检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人及其障碍物检测方法，该移动机器人，包括：机器人本体，设置于机器人本体上的测距元件，以及控制元件；其中，各测距元件的探测信号出射方向向机器人本体旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角；各测距元件与控制元件电信号连接，用于检测障碍物与对应的测距元件之间的距离信息，并将距离信息发送至控制元件；控制元件，用于根据各测距元件发送的距离信息，各测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。本发明中的移动机器人，增大了障碍物的可探测范围，可以准确控制机器人避开障碍物，提高了移动机器人的运行安全性，而且运算简便，成本较低。

Description

一种移动机器人及其障碍物检测方法

技术领域

本发明涉及自动化机械设备技术领域，尤指一种移动机器人及其障碍物检测方法。

背景技术

移动机器人的避障方法研究一直是机器人自主运动研究领域的热点，它在科研和工业领域均得到了极大关注。障碍物检测在移动机器人的避障运动中是一个很重要的任务，是否能快速和准确地检测障碍物将严重影响到移动机器人的避障效果。

现有技术中，主要通过单线激光雷达或者超声波传感器来检测障碍物，单线激光雷达具有较高的测距精度及角度分辨率，超声测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法，由于单线激光雷达和超声波传感器具有检测方法简单、可靠性高以及性价比高等优点，因而已在室内及室外的障碍检测系统中获得了广泛的应用。

但是，单线激光雷达或超声波传感器只能检测该探测信号出射方向所在的水平面内的障碍物，无法检测位于其他水平面上的障碍物。当障碍物不在该探测信号出射方向所在的水平面内时，例如障碍物为飞行的四旋翼无人机或一个四条腿的桌子，机器人就会出现漏报的情况，因而很容易发生碰撞，导致安全事故发生。

发明内容

本发明实施例提供了一种移动机器人及其障碍物检测方法，用以缓解现有技术中存在的由于移动机器人只能检测探测信号出射方向所在的水平面内的障碍物，容易发生碰撞导致安全事故的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种移动机器人，包括：机器人本体，设置于所述机器人本体上的测距元件，以及控制元件；其中，

各所述测距元件的探测信号出射方向向所述机器人本体旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角；各所述测距元件与所述控制元件电信号连接，用于检测障碍物与对应的所述测距元件之间的距离信息，并将所述距离信息发送至所述控制元件；

所述控制元件，用于根据各所述测距元件发送的所述距离信息，各所述测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断所述机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述移动机器人中，所述测距元件至少为两个；

至少存在两个所述测距元件出射的所述探测信号，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内的正投影具有交叉点。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述移动机器人中，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，所述交叉点与所述机器人本体之间的水平距离大于所述机器人本体的制动距离。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述移动机器人中，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，所述测距元件与所述机器人本体之间的夹角可变。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述移动机器人中，所述测距元件为激光雷达或超声波传感器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种上述移动机器人的障碍物检测方法，包括：

各测距元件检测障碍物与对应的所述测距元件之间的距离信息，并将所述距离信息发送至所述控制元件；

所述控制元件根据各所述测距元件发送的所述距离信息，各所述测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断所述机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，所述控制元件根据各所述测距元件发送的所述距离信息，各所述测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断所述机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令，包括：

所述控制元件根据各所述测距元件发出的所述距离信息，以及各所述测距元件的探测信号出射方向与所述机器人本体的移动方向之间的夹角，确定各所述测距元件检测到的障碍物与所述机器人本体之间的水平距离；

所述控制元件将各所述测距元件对应的所述水平距离分别与所述安全距离比较；若各所述测距元件对应的所述水平距离均大于或等于所述安全距离，则所述机器人本体满足运行条件，发出控制所述机器人本体移动的控制指令；否则，发出控制所述机器人本体在设定的距离范围内停止或改变移动方向的控制指令。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，所述测距元件与所述机器人本体之间的夹角可变；

在所述机器人本体启动或改变移动方向时，所述障碍物检测方法还包括：

所述控制元件控制各所述测距元件的探测信号出射方向与所述机器人本体的移动方向之间的夹角在最小值和最大值之间变化，并判断各所述测距元件对应的所述水平距离是否均大于或等于所述安全距离；若是，则发出控制所述机器人本体移动的控制指令；若否，则发出控制所述机器人本体停止或改变移动方向的控制指令。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，还包括：

所述控制元件在所述机器人本体移动过程中控制各所述测距元件按照特定方向出射探测信号。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，所述安全距离按以下公式确定：

L_i＝(H-h_i)cotθ_i；

其中，L_i表示第i个所述测距元件对应的安全距离；H表示所述机器人本体的高度；h_i表示第i个所述测距元件到所述机器人本体的顶端或底端之间的距离；θ_i表示第i个所述测距元件的探测信号出射方向与所述机器人本体的移动方向之间的夹角。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的移动机器人及其障碍物检测方法，该移动机器人，包括：机器人本体，设置于机器人本体上的测距元件，以及控制元件；其中，各测距元件的探测信号出射方向向机器人本体旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角；各测距元件与控制元件电信号连接，用于检测障碍物与对应的测距元件之间的距离信息，并将距离信息发送至控制元件；控制元件，用于根据各测距元件发送的距离信息，各测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。本发明实施例提供的移动机器人，由于各测距元件的探测信号出射方向向机器人本体旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角，因而测距元件可以检测在竖直方向上的一定宽度范围内的障碍物，增大了障碍物的可探测范围，而且控制元件可以根据各测距元件发送的距离信息，各测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，来判断机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令，因而可以准确的控制机器人避开障碍物，提高了移动机器人在移动过程中的安全性，而且运算简便，成本较低。

附图说明

图1a至图1d为本发明实施例中仅包括一个测距元件的移动机器人的结构示意图之一；

图2为本发明实施例中仅包括一个测距元件的移动机器人的结构示意图之二；

图3为本发明实施例中包括一个测距元件和一个探测元件的移动机器人的结构示意图；

图4为本发明实施例中包括两个测距元件的移动机器人的结构示意图之一；

图5为本发明实施例中包括两个测距元件的移动机器人的结构示意图之二；

图6为本发明实施例中包括两个测距元件和一个探测元件的移动机器人的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的上述移动机器人的障碍物检测方法的流程示意图；

图8为本发明实施例中包括两个测距元件的移动机器人的结构示意图之三。

具体实施方式

针对现有技术中存在的由于移动机器人只能检测到探测信号出射方向所在的水平面内的障碍物，容易发生碰撞导致安全事故的问题，本发明实施例提供了一种移动机器人及其障碍物检测方法。

下面结合附图，对本发明实施例提供的移动机器人及其障碍物检测方法的具体实施方式进行详细地说明。附图中各结构的大小和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

第一方面，本发明实施例提供了一种移动机器人，如图1a所示，包括：机器人本体101，设置于机器人本体101上的测距元件102，以及控制元件；其中，

各测距元件102的探测信号出射方向向机器人本体101旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角；各测距元件102与控制元件电信号连接，用于检测障碍物与对应的测距元件102之间的距离信息，并将距离信息发送至控制元件；

控制元件，用于根据各测距元件102发送的距离信息，各测距元件102的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断机器人本体101是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。

本发明实施例提供的移动机器人，由于各测距元件102的探测信号出射方向向机器人本体101旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角，因而测距元件102可以检测在竖直方向上的一定宽度范围内的障碍物，增大了障碍物的可探测范围，而且控制元件可以根据各测距元件102发送的距离信息，各测距元件102的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，来判断机器人本体101是否满足运行条件，并发出对应的控制指令，因而可以准确的控制机器人避开障碍物，提高了移动机器人在移动过程中的安全性，而且运算简便，成本较低。

本发明实施例中，测距元件102的探测信号可以是超声波信号或激光信号，也可以是其他可以探测障碍物的信号，此处不做限定。测距元件102的探测信号出射方向向机器人本体101旋转得到的夹角中存在小于90°的夹角，例如图1a中的角a小于90°，这样，测距元件102可以检测到机器人本体101前方一定高度范围内的障碍物，例如图1a中，通过设置向下倾斜的测距元件102，可以检测到该测距元件102所在水平面至地平面之间的障碍物，大大增加了障碍物的可检测范围。

在本发明实施例中，至少包括一个测距元件102，如图1a和图2所示，图1a中的测距元件102设置在机器人本体101的顶部，且该测距元件102的探测信号出射方向向下倾斜，因而该测距元件102可以检测到机器人本体101前方从顶部至地面范围内的障碍物，然而，在机器人本体101实际运行过程中，只有检测到的障碍物与机器人本体101的水平距离大于机器人本体101的制动距离，才能控制机器人有效的避开障碍物，如图1a所示，以M点所在位置与机器人本体101的距离D刚好等于制动距离为例，例如在t₁时刻，M点以下存在障碍物104a，此时，由于探测信号还没有到达障碍物104a的位置，则t₁时刻没有检测到障碍物，随着机器人本体101向前移动，如图1b所示，在t₂时刻，探测信号到达障碍物104a处，此时控制元件可以发出控制机器人本体101停止或转向的控制指令，由于在t₂时刻障碍物104a与机器人本体101的距离大于制动距离，机器人本体101可以及时制动在与障碍物104a发生碰撞前就能停止。如图1c所示，例如在t₁时刻M点以上存在障碍物104b，此时，由于探测信号没有到达障碍物104b处，因而在t₁时刻没有检测到障碍物，随着机器人本体101向前移动，如图1d所示，在t₃时刻，探测信号到达障碍物104b处，该测距元件102可以检测到障碍物104b，但是在t₃时刻，障碍物104b与机器人本体101之间的距离小于机器人的制动距离，虽然发现了障碍物104b，但是并不能及时控制机器人本体101制动，不能避免碰撞事故的发生。因而，图1a中所示的测距元件102只能使机器人本体101有效的避开位置靠下的障碍物，即可以有效的避开M点以下的高度范围内(即图1a中大括号T所示的范围)的障碍物，可以将该移动机器人应用于特殊的应用场景中，例如，机器人本体101的高度H本身很高，而可能出现的障碍物本身很矮的应用场景中。

同样的道理，图2中所示的移动机器人中，测距元件102设置在机器人本体101的底部，且该测距元件102的探测信号出射方向向上倾斜，因而该测距元件102可以检测到机器人本体101前方从该测距元件102所在的水平面以上的范围内的障碍物，至少能够使机器人本体101有效的避开图中大括号T所示的高度范围内的障碍物，可以将图2中的移动机器人应用于特殊的应用场景中，例如，障碍物的高度较高的应用场景中。

如图3所示，为了提高移动机器人运行的安全性，可以在图1a所示的结构的基础上增加一个水平出射探测信号的探测元件103，也可以增加多个这样的探测元件103，该探测元件103可以是激光探测器也可以是超声波探测器，此处不对该探测元件103的种类和数量进行限定。这样机器人本体101既可以有效避开图3中大括号T范围内的障碍物，又可以避开出现在靠上位置的障碍物，进一步提高了移动机器人的运行安全性。同样的道理，也可以在图2所示的结构的基础上增加一个或多个水平出射探测信号的探测元件103，此处不再赘述。

在具体实施时，测距元件102与控制元件电信号连接，可以通过导线连接，也可以采用无线连接的方式，只要能够将距离信息发送给控制单元即可，此处不对测距元件102与控制元件的连接方式进行限定。控制元件可以设置于机器人本体101的表面，也可以设置于机器人本体101的内部电路中，或者控制元件也可以设置在其他位置，例如也可以设置于用于控制机器人本体101的遥控器中，此处不对控制单元的位置进行限定。

在实际应用中，测距元件102向特定方向出射探测信号，当探测信号遇到障碍物时被反射回来，测距元件102可以根据接收反射回来的信号，来判断障碍物与测距元件102之间的绝对距离。此外，测距元件102一般具有一定的探测角度，即测距元件102出射的探测信号具有一定的宽度，也就是说，测距元件102能够探测到的范围是一个以测距元件102为中心的扇面状区域，因而，测距元件102可以检测到位于机器人本体101移动方向上一定宽度范围内的障碍物。此外，在具体实施时，为了提高移动机器人的障碍物探测范围，当包括多个测距元件102时，可以调整各测距元件102的探测信号出射方向，使各测距元件102的探测信号在地平面的投影可以稍微错开一定角度，以增大探测范围，提高移动机器人的运行安全性。

进一步地，本发明实施例提供的上述移动机器人中，测距元件102至少为两个；

如图4和图5所示，至少存在两个测距元件102出射的探测信号，在机器人本体101的移动方向所在的垂直于地平面的截面内(即图4和图5所示的截面)的正投影具有交叉点(即M点处)。

图4和图5中均以包括两个测距元件102为例进行示意，由于图中两个测距元件102出射的探测信号具有交叉点M，即两个测距元件102出射的探测信号不平行，位置靠上且向下出射探测信号的测距元件102，可以检测M点以下的范围内的障碍物，即图中大括号T₁所示的范围，位置靠下且向上出射探测信号的测距元件102，可以检测M点以上的范围内的障碍物，即图中大括号T₂所示的范围，也就是说，在机器人本体101向前移动的过程中，在图4和图5中粗实线W右侧出现障碍物，都可以被探测信号检测到，而且障碍物被检测到时距离机器人本体101还有一段距离，可以为机器人本体101执行制动或转向指令留出更多的时间，当M点与机器人本体101的距离D大于制动距离时，可以完全避免机器人本体101与障碍物发生碰撞。相比于图1a和图2中仅设置一个测距元件102的结构，进一步提高了移动机器人的运行安全性。

同样参照图4和图5，在实际应用中，可以设置夹角θ₁大于θ₂，即靠上的测距元件102与机器人本体101之间的夹角更小，这样，靠下的测距元件102可以检测到更远的障碍物，而且，运算过程中可以避免错误，提高运算准确性。

更进一步地，本发明实施例提供的上述移动机器人中，同样参照图4和图5，在机器人本体101的移动方向所在的垂直于地平面的截面内(即图4和图5所示的截面)，交叉点(图中M点所在的位置)与机器人本体101之间的水平距离(即图中所示的距离D)大于机器人本体101的制动距离。这样，在机器人本体101向前移动的过程中，出现在粗实线W右侧的障碍物都能被测距元件102检测到，而且，检测到的障碍物与机器人本体101之间的距离都会大于距离D，如果设置距离D大于机器人本体101的制动距离，则检测到的障碍物与机器人本体101之间的距离都会大于制动距离，因而可以为机器人本体101发现障碍物后进行制动留出足够的时间和空间，使机器人本体101成功避开障碍物，从而完全避免机器人本体101与障碍物发生碰撞。此外，为了进一步增加移动机器人的运行安全性，优选为将距离D设置为大于机器人本体101在最大运行速度下的制动距离。

在本发明实施例中，包括两个测距元件102，且在机器人本体101的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，交叉点与机器人本体101之间的水平距离大于机器人本体101的制动距离，是本发明实施例的优选实施方式，在实际应用中，也可以包括更多个测距元件102，或者也可以增加水平出射探测信号的探测元件103，此处不做限定，例如图6所示，若交叉点(如图中M点所在位置)与机器人本体101之间的水平距离小于机器人本体101的制动距离，可以增加一个水平出射探测信号的探测元件103，图中以增加一个与M点位于同一水平面的探测元件103为例进行示意，在实际应用中，增加的探测元件103也可以位于其他位置，或者增加更多个探测元件103，此处不做限定。此外，为了增大移动机器人探测障碍物的宽度范围，也可以将两个测距元件102设置为出射的探测信号在地平面上的正投影也具有交叉点，如图6所示，在移动方向所在的垂直于地平面的截面内看不到图中用虚线表示的测距元件102，为了保证在移动方向上的探测能力，一般测距元件102的探测信号在地平面上的正投影的夹角较小。

具体地，本发明实施例提供的上述移动机器人，在机器人本体101的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，测距元件102与机器人本体101之间的夹角可变。这样，可以更方便的调整测距元件102与机器人本体101之间的夹角，可以通过铰链将测距元件102固定在机器人本体101上，以实现测距元件102的可旋转性能，可以通过手动调节测距元件102与机器人本体101之间的夹角，也可以增加电动旋转驱动装置，实现电动调节测距元件102与机器人本体101之间的夹角。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述移动机器人，测距元件102为激光雷达或超声波传感器。激光雷达具有较高的测距精度及角度分辨率等优点，超声波传感器具有可靠性高且成本低等优点，此外，也可以采用其他可以探测距离的器件，此处不做限定。

第二方面，基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种上述移动机器人的障碍物检测方法。由于该障碍物检测方法解决问题的原理与上述移动机器人相似，因此该障碍物检测方法的实施可以参见上述移动机器人的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的上述移动机器人的障碍物检测方法，如图7所示，包括：

S201、各测距元件检测障碍物与对应的测距元件之间的距离信息，并将距离信息发送至控制元件；

S202、控制元件根据各测距元件发送的距离信息，各测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。

本发明实施例提供的移动机器人的障碍物检测方法，控制元件可以根据各测距元件发送的距离信息，各测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，来判断机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令，因而可以准确的控制机器人避开障碍物，提高了移动机器人在移动过程中的安全性，而且运算简便，成本较低。

在实际应用中，测距元件向特定方向出射探测信号，当探测信号遇到障碍物时被反射回来，测距元件可以根据接收到的反射回来的信号，来判断障碍物与测距元件之间的绝对距离，因而上述步骤S201中，测距元件检测到的距离信息为障碍物与测距元件之间的绝对距离，可以结合测距元件与机器人本体之间的夹角来确定障碍物与机器人本体之间的水平距离。

具体地，本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，上述步骤S102，可以包括：

控制元件根据各测距元件发出的距离信息，以及各测距元件的探测信号出射方向与机器人本体的移动方向之间的夹角，确定各测距元件检测到的障碍物与机器人本体之间的水平距离；

控制元件将各测距元件对应的水平距离分别与安全距离比较；若各测距元件对应的水平距离均大于或等于安全距离，则机器人本体满足运行条件，发出控制机器人本体移动的控制指令；否则，发出控制机器人本体在设定的距离范围内停止或改变移动方向的控制指令。

如图8所示，图中以障碍物104出现在靠下的位置为例进行示意，若障碍物104与对应的测距元件102之间的绝对距离为x₁，障碍物104与机器人本体101之间的水平距离d₁，则x₁与d₁之间满足d₁＝x₁cosθ₁。同理，第i个测距元件102检测到的障碍物与机器人本体101之间的水平距离为d_i，而且d_i＝x_icosθ_i。

在具体实施时，可以根据实际需要确定安全距离的数值，安全数值可以是根据经验确定的具体数值，也可以是根据各测距元件102的探测信号出射角度确定的数值，此处不做限定，将检测到的障碍物与机器人本体101的水平距离d_i与对应的安全距离L_i进行比较，若d_i≥L_i，则机器人本体101满足运行条件，控制元件发出控制机器人本体101移动的控制指令；若di＜Li，则表示机器人本体101继续向前移动可能会与障碍物发生碰撞，此时控制元件发出控制机器人本体101在设定的距离范围内停止或改变移动方向的控制指令，具体地，可以根据距离d_i与制动距离进行比较得到机器人本体101可以向前移动的最大距离。

进一步地，本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，在机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，测距元件与机器人本体之间的夹角可变；

在机器人本体启动或改变移动方向时，障碍物检测方法还可以包括：

控制元件控制各测距元件的探测信号出射方向与机器人本体的移动方向之间的夹角在最小值和最大值之间变化，并判断各测距元件对应的水平距离是否均大于或等于安全距离；若是，则发出控制机器人本体移动的控制指令；若否，则发出控制机器人本体停止或改变移动方向的控制指令。

在实际应用中，在机器人本体开始启动或者改变移动方向时，控制元件控制各测距元件改变探测信号出射方向，以使每一个测距元件对应的夹角θ_i在最小值θ_imin和最大值θ_imax之间变化，也就是说，控制测距元件在可转动的范围内转动，以探测机器人本体附近是否存在障碍物，若在安全距离范围内存在障碍物，则控制机器人本体停止或改变移动方向，以免机器人本体沿该移动方向开始移动后与障碍物发生碰撞，若在安全距离范围内没有检测到障碍物，则发出控制机器人本体移动的指令，控制机器人本体沿着该移动方向向前移动。

更进一步地，本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，还可以包括：

控制元件在机器人本体移动过程中控制各测距元件按照特定方向出射探测信号。

虽然在机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，测距元件与机器人本体01之间的夹角可变，但是在机器人移动过程中优选为控制测距元件的探测信号出射方向不变，这样可以简化控制元件对各测距元件的控制过程，在机器人移动的过程中，控制元件只需控制各测距元件按照特定方向出射探测信号，且满足运行条件即可，这样可以降低控制过程中的运算量，而且可以提高控制元件的可靠性。

具体地，在机器人本体移动过程中，各测距元件与机器人本体的移动方向之间的夹角可以按照以下方式确定：

对于图1a和图2所示的仅设置一个测距元件102的结构，测距元件102出射的探测信号和地平面(或机器人本体101的顶部所在的水平面)的交点与该测距元件102之间的水平距离，应至少大于机器人本体101的制动距离，这样当测距元件102检测到障碍物时，控制元件能够控制机器人本体101及时停止或转向，以避免与障碍物发生碰撞。

对于图4和图5所示的设置两个具有交叉点的测距元件102的结构，两个测距元件102出射的探测信号具有交叉点，即M点所在位置，M点所在位置与机器人本体101之间的水平距离D应该大于机器人的制动距离，这样可以保证机器人本体101在向前移动过程中，当前方存在障碍物时，在障碍物与机器人本体101之前的距离大于制动距离时检测到障碍物，因而可以为机器人本体101及时停止或转向留出更多的时间和空间，提高机器人本体101的运行安全性。以图4所示的结构为例，两个测距元件102与移动方向之间的夹角θ₁和θ₂可以按以下公式确定：

其中，H表示机器人本体101的高度，θ₁表示靠上的测距元件102的探测方向与水平面之间的夹角，θ₂表示靠下的测距元件102的探测方向与水平面之间的夹角，S表示机器人本体101在最大移动速度下的制动距离。

图5所示的结构与图4所示的结构类似，也可以通过简单的推导确定测距元件与移动方向之间的夹角，基于同样的道理，对于其他的结构，也可以采用类似的方式确定各测距元件与移动方向之间的夹角，此处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的上述障碍物检测方法中，上述安全距离按以下公式确定：

L_i＝(H-h_i)cotθ_i；

其中，L_i表示第i个测距元件102对应的安全距离；H表示机器人本体101的高度；h_i表示第i个测距元件102到机器人本体101的顶端或底端之间的距离；θ_i表示第i个测距元件102的探测信号出射方向与机器人本体101的移动方向之间的夹角。

在具体实施时，当测距元件102向下出射探测信号时，h_i表示第i个测距元件102到机器人本体101的顶端之间的距离，当测距元件102向上出射探测信号时，h_i表示第i个测距元件102到机器人本体101的底端之间的距离。

以图5所示的结构为例，对于靠上的测距元件102，上述安全距离可以按以下公式确定：

L₁＝(H-h₁)cotθ₁；

结合图5可知，靠上的测距元件102的安全距离，可以是该测距元件102和地平面之间的交点与机器人本体101之间的水平距离，即图中所示的L₁，在实际检测过程中，若没有出现障碍物，则该测距元件102出射的探测信号被地平面反射回来，该测距元件102检测到的距离值是固定值，若在大括号T₁的范围内出现障碍物，则该测距元件102检测到的障碍物与机器人本体101的水平距离d₁小于L₁，此时机器人本体101最多还能向前移动d₁-S的距离，为了避免与障碍物发生碰撞，控制元件应该在机器人本体101继续向前移动的距离小于d₁-S时控制机器人本体101停止或转向。

对于图5中靠下的测距元件102，上述安全距离可以按以下公式确定：

L₂＝(H-h₂)cotθ₂；

结合图5可知，靠下的测距元件102的安全距离，可以是该测距元件102和机器人本体101顶端所在的平面之间的交点与机器人本体101之间的水平距离，即图中所示的L₂，在实际检测过程中，若障碍物位于机器人本体101顶端以上的水平面内，则测距元件102检测到的障碍物与机器人本体101的水平距离d₂大于L₂，此时障碍物距离机器人本体101较远，机器人本体101可以继续向前移动，当检测到障碍物位于大括号T₂的范围内，则障碍物与机器人本体101的水平距离d₂小于L₂，此时障碍物距离机器人本体101较近，为了避免与障碍物发生碰撞，控制元件应该在机器人本体101继续向前移动的距离小于d₂-S时控制机器人本体101停止或转向。

上述公式是本发明实施例中确定安全距离的优选实施方式，在实际应用中，也可以根据实际需要来确定安全距离的取值，例如为了提高安全等级，在障碍物距离较远时就发出提醒或者控制机器人本体停止或转向，可以将安全距离设置为较大的数值，可以是定值也可以是随着夹角θ_i变化的数值，此处不对安全距离的具体取值方式进行限定。

以下以图4所示的结构包括两个测距元件的结构为例，对本发明实施例提供的上述障碍物检测方法的最优实施方式进行说明，且该测距元件在机器人本体的移动方向所在的截面内可以转动，本发明实施例提供的障碍物检测方法可以包括以下步骤：

步骤一：机器人本体101在开机初始化时，控制元件确定两个测距元件102与移动方向的夹角θ₁和θ₂的数值，以控制机器人本体101在移动过程中测距元件102保持特定的探测信号出射方向；具体地，可以按以下公式确定夹角θ₁和θ₂的数值：

步骤二：机器人本体101由静止状态启动时，两个测距元件102对应的夹角θ₁和θ₂分别从最小值旋转到最大值，在旋转过程中，若靠上的测距元件102检测到的障碍物与机器人本体101之间的水平距离d₁大于或等于L₁，靠下的测距元件102检测到的障碍物与机器人本体101之间的水平距离d₂大于或等于L₂，则说明在机器人本体101附近没有障碍物，机器人可以启动，否则，机器人不能启动或者需要改变移动方向；

步骤三：机器人本体101沿移动方向前进时，两个测距元件102按照步骤一确定的方向出射探测信号，若靠上的测距元件102检测到的障碍物满足d₁大于或等于L₁，靠下的测距元件102检测到的障碍物满足d₂大于或等于L₂，则机器人本体101可以继续向前移动，否则，控制元件可以发出提示信息，提示前方存在障碍物，或者也可以在一定的时间内控制机器人本体101停止或改变移动方向。

本发明实施例提供的移动机器人及其障碍物检测方法，由于各测距元件的探测信号出射方向向机器人本体旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角，因而测距元件可以检测在竖直方向上的一定宽度范围内的障碍物，增大了障碍物的可探测范围，而且控制元件可以根据各测距元件发送的距离信息，各测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，来判断机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令，因而可以准确的控制机器人避开障碍物，提高了移动机器人在移动过程中的安全性，而且运算简便，成本较低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种移动机器人，其特征在于，包括：机器人本体，设置于所述机器人本体上的测距元件，以及控制元件；其中，

各所述测距元件的探测信号出射方向向所述机器人本体旋转所得到的夹角中存在小于90°的夹角；各所述测距元件与所述控制元件电信号连接，用于检测障碍物与对应的所述测距元件之间的距离信息，并将所述距离信息发送至所述控制元件；

所述控制元件，用于根据各所述测距元件发送的所述距离信息，各所述测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断所述机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令；

所述测距元件至少为两个；

至少存在两个所述测距元件出射的所述探测信号，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内的正投影具有至少一个交叉点；

在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，所述交叉点与所述机器人本体之间的水平距离大于所述机器人本体的制动距离；

存在两个位置不同的所述测距元件，其中靠上的所述测距元件与所述机器人本体的夹角小于靠下的所述测距元件与所述机器人本体的夹角。

2.如权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，所述测距元件与所述机器人本体之间的夹角可变。

3.如权利要求1所述的移动机器人，其特在于，所述测距元件为激光雷达或超声波传感器。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的移动机器人的障碍物检测方法，其特征在于，包括：

各测距元件检测障碍物与对应的所述测距元件之间的距离信息，并将所述距离信息发送至所述控制元件；

所述控制元件根据各所述测距元件发送的所述距离信息，各所述测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断所述机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令。

5.如权利要求4所述的障碍物检测方法，其特征在于，所述控制元件根据各所述测距元件发送的所述距离信息，各所述测距元件的探测信号出射方向，以及预先确定的安全距离，判断所述机器人本体是否满足运行条件，并发出对应的控制指令，包括：

所述控制元件根据各所述测距元件发出的所述距离信息，以及各所述测距元件的探测信号出射方向与所述机器人本体的移动方向之间的夹角，确定各所述测距元件检测到的障碍物与所述机器人本体之间的水平距离；

所述控制元件将各所述测距元件对应的所述水平距离分别与所述安全距离比较；若各所述测距元件对应的所述水平距离均大于或等于所述安全距离，则所述机器人本体满足运行条件，发出控制所述机器人本体移动的控制指令；否则，发出控制所述机器人本体在设定的距离范围内停止或改变移动方向的控制指令。

6.如权利要求5所述的障碍物检测方法，其特征在于，在所述机器人本体的移动方向所在的垂直于地平面的截面内，所述测距元件与所述机器人本体之间的夹角可变；

在所述机器人本体启动或改变移动方向时，所述障碍物检测方法还包括：

所述控制元件控制各所述测距元件的探测信号出射方向与所述机器人本体的移动方向之间的夹角在最小值和最大值之间变化，并判断各所述测距元件对应的所述水平距离是否均大于或等于所述安全距离；若是，则发出控制所述机器人本体移动的控制指令；若否，则发出控制所述机器人本体停止或改变移动方向的控制指令。

7.如权利要求6所述的障碍物检测方法，其特征在于，还包括：

所述控制元件在所述机器人本体移动过程中控制各所述测距元件按照特定方向出射探测信号。

8.如权利要求4～7任一项所述的障碍物检测方法，其特征在于，所述安全距离按以下公式确定：

L_i＝(H-h_i)cotθ_i；

其中，L_i表示第i个所述测距元件对应的安全距离；H表示所述机器人本体的高度；h_i表示第i个所述测距元件到所述机器人本体的顶端或底端之间的距离；θ_i表示第i个所述测距元件的探测信号出射方向与所述机器人本体的移动方向之间的夹角。

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