CN110385719A - 机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法和芯片以及智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法和芯片以及智能机器人，通过在虚拟墙两侧设置预判区，使机器人在进入预判区时，结合机器人的当前方向，以及机器人与对照点之间的直线距离和对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离的关系，可以准确判断出机器人是否碰撞虚拟墙，不易受外界环境干扰，不会出现误判的情况，准确性非常高。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法和芯片以及智能机器人。
背景技术
现有的扫地机器人，为了避免其误入一些不需要清扫的区域，一般会在该区域的入口处设置一个虚拟墙发射器，该虚拟墙发射器会发生红外信号，当机器人检测到该红外信号时，就停止继续向前，从而阻隔机器人进入该区域。这种方式需要提供额外的虚拟墙发射器，使得硬件成本增加。目前，有的厂家采用设置虚拟墙的方式，在机器人所构建的地图中所对应的不需要清扫的区域入口处划设一条虚拟线，机器人再依照虚拟线所对应的地图中的坐标位置，设定相应的位置为虚拟墙，机器人移动到该虚拟墙对应的坐标位置时，就停止前进或者调头转向，从而实现阻隔的效果。这种方式相对虚拟墙发射器，节省了硬件成本，但是，由于行走误差等原因，会导致机器人不能准确地检测到虚拟墙，影响了虚拟墙的阻隔效果。
发明内容
本发明提供了一种机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法和芯片以及智能机器人，可以提高机器人判断是否碰撞到虚拟墙的准确性。本发明所述的具体技术方案如下：
一种机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法，包括如下步骤：基于机器人所构建的地图，设置虚拟墙；以虚拟墙为中心线，在虚拟墙两侧设置预判区；判断机器人当前位置是否处于所述预判区；在机器人处于所述预判区时，判断机器人的当前方向是否朝向所述虚拟墙，且机器人与对照点之间的直线距离是否大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，如果都是，则确定机器人碰撞到虚拟墙，否则，确定机器人没有碰撞到虚拟墙；其中，所述对照点是与机器人位于虚拟墙同一侧的，距虚拟墙的中心点的垂直距离为预设长度的坐标位置点。
进一步地，所述基于机器人所构建的地图，设置虚拟墙，具体包括如下步骤：智能移动终端接收机器人所构建的地图信息，并通过屏幕显示所述地图信息；所述智能移动终端检测到设置虚拟墙的信号，并将屏幕上的触控信号转换成虚拟墙显示在屏幕所示的地图中；所述智能移动终端将设置了虚拟墙的地图信息传输给机器人。
进一步地，所述以虚拟墙为中心线，在虚拟墙两侧设置预判区，具体包括如下步骤：确定虚拟墙的斜率角度和虚拟墙的中心点的坐标；把虚拟墙以其中心点为参考点平移到坐标系的原点，并旋转所述斜率角度，使虚拟墙置于坐标系的X轴上；以X轴上的虚拟墙为中线，以预设高度框定一个矩形区域作为预判区。
进一步地，所述判断机器人当前位置是否处于所述预判区，具体包括如下步骤：确定机器人当前位置的坐标点；将当前位置的坐标点进行与虚拟墙相应的平移和旋转；判断平移和旋转后的坐标点的X值是否大于所述预判区的最小X值，且小于所述预判区的最大X值，同时，判断平移和旋转后的坐标点的Y值是否大于所述预判区的最小Y值，且小于所述预判区的最大Y值；如果都是，则确定机器人当前位置处于所述预判区，否则，确定机器人当前位置不处于所述预判区。
进一步地，所述在机器人处于所述预判区时，判断机器人的当前方向是否朝向所述虚拟墙，具体包括如下步骤：机器人确定当前处于所述预判区；机器人判断其平移和旋转后的前进方向是否与平移和旋转后的虚拟墙相交，如果是，则确定机器人的当前方向朝向虚拟墙，否则确定机器人的当前方向不朝向虚拟墙。
进一步地，所述判断机器人与对照点之间的直线距离是否大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，具体包括如下步骤：确定机器人位于虚拟墙的一侧为参考侧；确定位于虚拟墙的参考侧，且距离虚拟墙的中心点的垂直距离为预设长度的坐标位置点为对照点；确定机器人与对照点之间的直线距离为第一距离；确定对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离为第二距离；判断所述第一距离是否大于或等于所述第二距离，如果是，则确定机器人与对照点之间的直线距离大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，否则确定机器人与对照点之间的直线距离不大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离。
一种芯片，用于存储程序指令，所述程序指令用于控制机器人执行上述的机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法。
一种智能机器人，包括主控芯片，所述主控芯片为上述的芯片。
所述机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法和芯片以及智能机器人，通过在虚拟墙两侧设置预判区，使机器人在进入预判区时，结合机器人的当前方向，以及机器人与对照点之间的直线距离和对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离的关系，可以准确判断出机器人是否碰撞虚拟墙，不易受外界环境干扰，不会出现误判的情况，准确性非常高。
附图说明
图1为本发明实施例所述的机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法的流程示意图。
图2为本发明实施例所述的机器人会碰撞到虚拟墙的分析示意图。
图3为本发明实施例所述的机器人不会碰撞到虚拟墙的分析示意图。
图4为本发明实施例所述虚拟墙进行平移和旋转的分析示意图。
具体实施方式
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详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。在下面的描述中，给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，电路可以在框图中显示，避免在不必要的细节中使实施例模糊。在其他情况下，为了不混淆实施例，可以不详细显示公知的电路、结构和技术。
如图1所示的机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法，该方法的执行主体是机器人的处理器或者控制芯片，为便于描述，直接描述为机器人。所述机器人可以是扫地机器人、洗地机器人、空气净化机器人、物流机器人、除草机器人、商业服务机器人等。所述方法具体包括如下步骤：首先，机器人基于自身行走时所构建的地图，设置虚拟墙。所构建的地图可以栅格地图、点阵地图、色块地图或者其它类型的地图，所构建的地图可以反映出机器人当前所处的环境情况。本发明各实施例都是以栅格地图为例进行说明。设置虚拟墙可以采用不同的方式，比如控制机器人在需要设置虚拟墙的位置行走一遍，记录行走时的坐标位置和方向，把这些坐标位置标示为虚拟障碍单元，这些虚拟障碍单元组成所述虚拟墙。所述虚拟障碍单元是指机器人实际可以正常行走通过，但是根据地图导航行走时，却不能行走通过的栅格单元。或者用户直接在地图的显示终端上操作，通过鼠标或者触控的方式在相应的位置划线，划线的位置所对应的栅格单元，就是标示为虚拟墙的栅格单元。所述栅格单元是构成栅格地图的最小单元格。然后，机器人以虚拟墙为中心线，在虚拟墙两侧设置预判区，即在虚拟墙的周围圈定一个区域，用于预先判断机器人是否可能碰撞到虚拟墙，只有进入该预判区，机器人才有可能碰撞到虚拟墙，不在该预判区范围内，机器人是不会碰撞到虚拟墙的。接着，机器人在行走过程中实时检测和判断其当前位置是否处于所述预判区。当机器人处于所述预判区时，判断机器人的当前方向是否朝向所述虚拟墙，同时，判断机器人与对照点之间的直线距离是否大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离。机器人的当前方向是指机器人当前的前进方向。所述对照点是与机器人位于虚拟墙同一侧的，距虚拟墙的中心点的垂直距离为预设长度的坐标位置点。所述预设长度可以根据具体的研发要求进行设置，比如设置为10米、100米或者1000米等，所设置的值越大，碰撞虚拟墙的检测精度越高。如果机器人当前的前进方向朝向虚拟墙，表明机器人继续按当前方向前进，就有可能会碰撞到虚拟墙；如果机器人当前的前进方向并不是朝向虚拟墙或者背离虚拟墙，则表明机器人继续按照当前方向前进，是不会碰撞到虚拟墙的。在机器人朝向虚拟墙行走时，进一步检测到机器人与对照点之间的直线距离大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，则表明机器人已经行走到了虚拟墙所在的位置，碰撞到了虚拟墙，机器人需要立即停止前进，调转方向离开，避免穿过虚拟墙，误入用户限制的区域。在机器人朝向虚拟墙行走时，进一步检测到机器人与对照点之间的直线距离还是小于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，则表明机器人与虚拟墙之间还有一定距离，没有碰撞到虚拟墙，机器人可以继续沿当前方向行走，直至碰撞到虚拟墙。本实施例所述方法，通过在虚拟墙两侧设置预判区，使机器人在进入预判区时，结合机器人的当前方向，以及机器人与对照点之间的直线距离和对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离的关系，可以准确判断出机器人是否碰撞虚拟墙，不易受外界环境干扰，不会出现误判的情况，准确性非常高。
具体的，如图2所示，一条最粗的黑色线表示虚拟墙20,O点是虚拟墙20的中心点。ABCD所标示的矩形区域表示预判区。P所标示的位置点为对照点，机器人10和对照点P都位于虚拟墙20的右侧。机器人10此时位于预判区ABCD内，并且沿箭头方向朝虚拟墙前进，机器人一边前进一边判断其与对照点P的距离PR是否大于或等于O点与对照点P的距离PO。当PR≥PO时，机器人10确定碰撞到虚拟墙20，当PR小于PO，则机器人10确定没有碰撞到虚拟墙20。如图3所示，如果此时机器人10调整前进方向，沿箭头指示的背离虚拟墙20的方向行走，则机器人不会碰撞到虚拟墙20。
作为其中一种实施方式，所述基于机器人所构建的地图，设置虚拟墙，具体包括如下步骤：首先，智能移动终端接收机器人所构建的地图信息，并通过屏幕显示所述地图信息。所述智能终端包括智能手机或平板电脑等智能设备。机器人与智能终端之间通过wifi进行无线通信，机器人将行走过程中所构建的地图数据发送给智能终端，智能终端接收该数据并通过自身屏幕显示相应的地图信息。用户通过这些地图信息可以直观地看到哪里是墙壁，哪里是过道，哪里是房间入口等。然后，智能终端检测到用户输入的设置虚拟墙的信号后，进入设置虚拟墙的模式。在该模式下，智能终端检测用户在屏幕上的触控信号，并将屏幕上的触控信号转换成虚拟墙显示在屏幕所示的地图中，如此，用户可以直观地看到所设置的虚拟墙。所述虚拟墙显示在地图中是以一条线段表示。用户在需要的位置设置好虚拟墙后，所述智能移动终端将设置了虚拟墙的地图信息传输给机器人，此时，机器人分析该地图信息就可以知道当前环境中，哪个位置设有虚拟墙，是不能通过的。本实施例所述方法，通过智能终端设置虚拟墙，便于用户操作，直观快捷，有利于提高用户的产品使用体验。
作为其中一种实施方式，所述以虚拟墙为中心线，在虚拟墙两侧设置预判区，具体包括如下步骤：首先，机器人确定虚拟墙的斜率角度和虚拟墙的中心点的坐标。如图4所示，XY坐标系是地图的坐标系，线段a1b1表示地图中所设置的虚拟墙。虚拟墙a1b1的斜率角度为θ，是虚拟墙与X轴的夹角。虚拟墙a1b1的中心点p1的坐标为（px1，py1），a1点的坐标为（ax1，ay1），b1点的坐标为（bx1，by1）。然后，机器人把虚拟墙以其中心点为参考点平移到坐标系的原点，并旋转所述斜率角度，使虚拟墙置于坐标系的X轴上，如图中线段a2b2所示。则虚拟墙的各点坐标发生了改变，其中，a1点变为a2点，坐标变为（ax2，ay2）；b1点变为b2点，坐标变为（bx2，by2）； p1点变为p2点，坐标变为（px2，py2）。虚拟墙坐标的平移和旋转可以参考现有的坐标平移和旋转公式进行计算，此处不再赘述。接着，机器人以X轴上的虚拟墙为中线，以预设高度框定一个矩形区域作为预判区。所述预设高度可以根据研发设计要求进行相应设置，一般可以设置为十个栅格单元的高度。图4中虚线框v1v2v3v4所标示的区域就是预判区。本实施例所述方法通过将虚拟墙平移和旋转至坐标轴上，可以简化后续机器人判断是否进入预判区的计算，提高机器人的运算效率和判断速度，进而提高机器人的反应能力。
作为其中一种实施方式，所述判断机器人当前位置是否处于所述预判区，具体包括如下步骤：首先，机器人确定其当前位置的坐标点。然后，机器人将当前位置的坐标点进行与虚拟墙相应的平移和旋转，即机器人当前的坐标点进行平移的量和旋转的角度，与上一实施例所述虚拟墙进行平移的量和旋转的角度相同。具体的坐标平移和旋转可以参考现有的坐标平移和旋转公式进行计算，此处不再赘述。然后，机器人判断平移和旋转后的坐标点的X值是否大于所述预判区的最小X值，且小于所述预判区的最大X值，如果是，表明机器人此时位于预判区的X轴坐标范围内，同时，判断平移和旋转后的坐标点的Y值是否大于所述预判区的最小Y值，且小于所述预判区的最大Y值，如果是，表明机器人此时位于预判区的Y轴坐标范围内，由此，可以确定机器人当前位置处于所述预判区。否则，确定机器人当前位置不处于所述预判区。本实施例所述方法，通过将机器人的当前坐标平移和旋转成与虚拟墙对应的坐标系，后续只需判断X值和Y值是否在预判区的XY范围内，就能得出机器人是否位于预判区的结果，不需要经过复杂的对比和分析，大大简化了机器人的计算资源，提高了机器人的运算效率和判断速度，进而提高机器人的反应能力。
作为其中一种实施方式，所述在机器人处于所述预判区时，判断机器人的当前方向是否朝向所述虚拟墙，具体包括如下步骤：机器人通过上述实施例所述方式确定当前处于所述预判区时，先判断其平移和旋转后的前进方向是否与平移和旋转后的虚拟墙相交，也就是判断从机器人当前位置起，其前进方向对应的直线所经过的坐标点，是否与虚拟墙中的坐标点相同，如果有相同的坐标点，表明机器人当前方向会与虚拟墙相交，则确定机器人的当前方向朝向虚拟墙，如果没有相同的坐标点，则确定机器人的当前方向不朝向虚拟墙。本实施例所述方法，通过将机器人当前位置进行平移和旋转后所确定的前进方向，与平移和旋转后的虚拟墙进行是否相交的判断，可以快速得出判断结论，不需要经过复杂的计算，从而大大提高机器人的数据处理和应变能力。
作为其中一种实施方式，所述判断机器人与对照点之间的直线距离是否大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，具体包括如下步骤：首先，机器人10确定其位于虚拟墙20的一侧为参考侧。如图2所示，机器人10位于虚拟墙20的右侧，虚拟墙20的右侧为参考侧。至于机器人10判断位于虚拟墙20哪一侧的方式，可以通过在地图中，以虚拟墙为对称线，在其两侧相同的距离设置参考点，机器人判断其与两个参考点之间的距离大小，机器人与哪个参考点的距离较短，则机器人就位于虚拟墙的该参考点所在的这一侧。当然，对照点也可以作为参考点。然后，机器人10确定位于虚拟墙20的参考侧，且距离虚拟墙20的中心点的垂直距离为预设长度的坐标位置点为对照点。图中，对照点P距离0点的直线距离的长度PO为预设长度，PO的值可以根据产品设计要求进行相应设置，所设置的值越大，判断是否碰撞到虚拟墙的精度越高，一般可以设置为1000个栅格单元的长度。接着，机器人10确定其当前位置与对照点P之间的直线距离为第一距离PR。机器人确定对照点P与虚拟墙20的中心点之间的直线距离为第二距离PO。机器人10判断所述第一距离PR是否大于或等于所述第二距离PO。如果PR≥PO，则确定机器人与对照点之间的直线距离大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，如果PR<PO，则确定机器人与对照点之间的直线距离不大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离。本实施例所述方法，通过设置对照点，可以精确地判断机器人是否行走至虚拟墙边界，克服了现有机器人不能准确行走至虚拟墙边界，导致机器人与虚拟墙之间距离过宽或者机器人直接穿越虚拟墙的问题，保证了机器人与虚拟墙之间距离控制的最优效果。
一种芯片，用于存储程序指令，所述程序指令用于控制机器人执行如上任一实施例所述的机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法。所述芯片可以控制机器人通过在虚拟墙两侧设置预判区，使机器人在进入预判区时，结合机器人的当前方向，以及机器人与对照点之间的直线距离和对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离的关系，可以准确判断出机器人是否碰撞虚拟墙，不易受外界环境干扰，不会出现误判的情况，准确性非常高。
一种智能机器人，包括主控芯片，所述主控芯片为上述的芯片。所述智能机器人通过在虚拟墙两侧设置预判区，使机器人在进入预判区时，结合机器人的当前方向，以及机器人与对照点之间的直线距离和对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离的关系，可以准确判断出机器人是否碰撞虚拟墙，不易受外界环境干扰，不会出现误判的情况，准确性非常高。
上述实施例中所提到的“上”、“下”、“左”和“右”等方向字词，如果没有具体说明，则是指代附图中的上下左右等方向。如果有具体说明，则按具体说明定义，比如机器人的左侧，则是指代机器人前进方向的左侧，不是指代附图的左侧。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。这些程序可以存储于计算机可读取存储介质（比如ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质）中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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， 或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (8)
1.一种机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于机器人所构建的地图，设置虚拟墙；
以虚拟墙为中心线，在虚拟墙两侧设置预判区；
判断机器人当前位置是否处于所述预判区；
在机器人处于所述预判区时，判断机器人的当前方向是否朝向所述虚拟墙，且机器人与对照点之间的直线距离是否大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，如果都是，则确定机器人碰撞到虚拟墙，否则，确定机器人没有碰撞到虚拟墙；
其中，所述对照点是与机器人位于虚拟墙同一侧的，距虚拟墙的中心点的垂直距离为预设长度的坐标位置点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于机器人所构建的地图，设置虚拟墙，具体包括如下步骤：
智能移动终端接收机器人所构建的地图信息，并通过屏幕显示所述地图信息；
所述智能移动终端检测到设置虚拟墙的信号，并将屏幕上的触控信号转换成虚拟墙显示在屏幕所示的地图中；
所述智能移动终端将设置了虚拟墙的地图信息传输给机器人。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以虚拟墙为中心线，在虚拟墙两侧设置预判区，具体包括如下步骤：
确定虚拟墙的斜率角度和虚拟墙的中心点的坐标；
把虚拟墙以其中心点为参考点平移到坐标系的原点，并旋转所述斜率角度，使虚拟墙置于坐标系的X轴上；
以X轴上的虚拟墙为中线，以预设高度框定一个矩形区域作为预判区。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述判断机器人当前位置是否处于所述预判区，具体包括如下步骤：
确定机器人当前位置的坐标点；
将当前位置的坐标点进行与虚拟墙相应的平移和旋转；
判断平移和旋转后的坐标点的X值是否大于所述预判区的最小X值，且小于所述预判区的最大X值，同时，判断平移和旋转后的坐标点的Y值是否大于所述预判区的最小Y值，且小于所述预判区的最大Y值；
如果都是，则确定机器人当前位置处于所述预判区，否则，确定机器人当前位置不处于所述预判区。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在机器人处于所述预判区时，判断机器人的当前方向是否朝向所述虚拟墙，具体包括如下步骤：
机器人确定当前处于所述预判区；
机器人判断其平移和旋转后的前进方向是否与平移和旋转后的虚拟墙相交，如果是，则确定机器人的当前方向朝向虚拟墙，否则确定机器人的当前方向不朝向虚拟墙。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述判断机器人与对照点之间的直线距离是否大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，具体包括如下步骤：
确定机器人位于虚拟墙的一侧为参考侧；
确定位于虚拟墙的参考侧，且距离虚拟墙的中心点的垂直距离为预设长度的坐标位置点为对照点；
确定机器人与对照点之间的直线距离为第一距离；
确定对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离为第二距离；
判断所述第一距离是否大于或等于所述第二距离，如果是，则确定机器人与对照点之间的直线距离大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离，否则确定机器人与对照点之间的直线距离不大于或等于对照点与虚拟墙的中心点之间的直线距离。
7.一种芯片，用于存储程序指令，其特征在于，所述程序指令用于控制机器人执行权利要求1至6中任意一项所述的机器人判断是否碰撞虚拟墙的方法。
8.一种智能机器人，包括主控芯片，其特征在于，所述主控芯片为权利要求7所述的芯片。
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