CN110865646A - 智能避障机器人和避让障碍物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农作物生长监测设备技术领域，具体涉及一种智能避障机器人和避让障碍物的方法，所述智能避障机器人包括移动机构、机体和可伸缩的支撑臂，所述机体设置在所述移动机构和支撑臂之间，所述支撑臂通过旋转机构与机体可转动地相连；所述机体和/或所述支撑臂上设有用于探测周围障碍物信息的探测组件，所述机体上还设有可控制移动机构移动的控制系统，探测组件与控制系统相连。通过上述技术方案，本公开提供的智能避障机器人能够及时避开障碍物。

Description

智能避障机器人和避让障碍物的方法

技术领域

本发明涉及农作物生长监测设备技术领域，具体地，涉及一种智能避障机器人和避让障碍物的方法。

背景技术

随着生活水平的提高，对于农作物(例如玉米、水稻)的需求量越来越大。为此，许多种植户选择在大范围区域种植农作物，以便于对农作物进行科学管理，从而提高产量。

当前许多种植户是通过人工监测农作物的生长环境和生长情况，以根据实际情况对对农作物进行松土、施肥、浇灌等。然而，人工巡检劳动强度大，且监测结果存在主观偏差。为了保证监测结果的准确性和及时性，部分种植户选择在种植区域投放生长环境监测机器人以及时检测植物的生长环境和生长情况。在监测过程中，生长环境监测机器人会根据预设的道路轨迹行走，然而，种植区域环境复杂，存在坡道、弯道等地形，并且会有工人在道路上作业，因此生长环境监测机器人极易撞上作业人员，或者在坡道跌倒，不仅影响了正常的监测工作，还存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能避障机器人和避让障碍物的方法，以及时避开障碍物。

为了实现上述目的，本发明提供一种智能避障机器人，包括移动机构、机体和可伸缩的支撑臂，所述机体设置在所述移动机构和支撑臂之间，所述支撑臂通过旋转机构与机体可转动地相连；所述机体和/或所述支撑臂上设有用于探测周围障碍物信息的探测组件，所述机体上还设有可控制移动机构移动的控制系统，探测组件与控制系统相连；所述探测组件包括超声波雷达和红外雷达。

可选地，所述超声波雷达的数量为两个，其中一个超声波雷达设置在机体的正面，另一个超声波雷达设置在机体的背面，所述红外雷达设置在机体的正面。

可选地，所述超声波雷达分别设置在机体上不相邻的对角上，所述红外雷达位于正面的中心位置。

可选地，所述超声波雷达通过支架与机体相连，设置在所述正面上的超声波雷达高度小于设置在所述背面的超声波雷达高度。

可选地，所述超声波雷达的数量为四个，其中一个设置在支撑臂上，另外三个分别设置在机体上；所述红外雷达设置在机体上。

可选地，所述旋转机构包括法兰盘和电机，所述法兰盘设置在机体上，所述电机设置在法兰盘和支撑臂之间，且电机的输出端与支撑臂相连。

可选地，所述移动机构的外周设有挡板。

本发明提供一种避让障碍物的方法，用于上述所述的智能避障机器人，包括以下步骤：

S1、获取移动机构的移动速度和转弯半径，判断智能避障机器人的横向位置信息和纵向位置信息；

S2、利用探测组件获取智能避障机器人周围的障碍物信息；

S3、控制系统根据探测组件所探测到的障碍物信息分析智能避障机器人相对于障碍物的距离信息，并计算智能避障机器人和障碍物的碰撞时间和碰撞位置；

S4、根据碰撞时间和碰撞位置计算智能避障机器人的避让时间；

S5、控制系统修正移动机构的移动路线，以避开所述障碍物。

可选地，在步骤S5中，所述控制系统修正移动机构的方式包括以下一种或几种操作：停止移动、反向移动、调整速度、调整转弯半径。

同现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、通过设置能探测周围障碍物信息的探测组件，可将所监测到的环境信息反馈给控制系统，并通过控制系统控制移动机构的移动状态(例如：停止移动、反向移动、调整速度、调整转弯半径)，从而及时避开障碍物，降低了智能避障机器人在移动中的安全隐患。

2、通过将超声波雷达一个设置在机体的正面，一个设置在机体的背面，既能够对前方的障碍物距离和相应信息进行探测，又可以对后方的障碍物距离进行探测，从而提高探测结果的及时性和准确性，以有效避让障碍物，保证智能避障机器人在行驶过程中的安全性。

3、由于设有四个超声波雷达，并且将其中一个设置在支撑臂上，另外三个分别设置在机体上，这样，设置在机体上的超声波雷达和红外雷达能够对机体周围的障碍物进行识别，而设置在支撑臂上的红外雷达能够坐落在高处以对更远处的障碍物进行识别，由此可以全方位对智能避障机器人周围的障碍物进行识别，提高了探测范围和探测结果的准确性。

4、在移动机构的外周可以设有挡板，可以避免杂草或泥泞夹住智能避障机器人的移动机构，从而保证智能避障机器人在移动过程中的顺畅性，并保证使用寿命。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本公开提供的一种具体实施方式中智能避障机器人的立体结构示意图；

图2是本公开提供的另一种具体实施方式中智能避障机器人的立体结构示意图；

图3是本公开提供的一种具体实施方式中避让障碍物的方法的流程框图。

附图标记说明

1-移动机构，2-机体，3-支撑臂，4-旋转机构，41-法兰盘，42-电机，5-探测组件，51-超声波雷达，52-红外雷达，6-支架，7-挡板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其它单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

实施例1

根据本公开的具体实施方式提供了一种智能避障机器人，如图1和图2所示，该避障机器人包括移动机构1、机体2和可伸缩的支撑臂3，所述机体2设置在所述移动机构1和支撑臂3之间，所述支撑臂3通过旋转机构4与机体2可转动地相连；所述机体2和/或所述支撑臂3上设有用于探测周围障碍物信息的探测组件5，所述机体2上还设有可控制移动机构1移动的控制系统，探测组件5与控制系统相连。所述探测组件5可以包括超声波雷达51和红外雷达52。超声波雷达51的探测范围较大，可准确判断周围障碍物的距离信息，红外雷达52能够准确地识别障碍物的距离和种类，通过超声波雷达51和红外雷达52这两者的配合可准确地分析出障碍物的距离和种类，从而做出相应的避让动作。需要说明的是，在本公开中，所使用的超声波雷达51和红外雷达52均为不定向雷达，以对智能避障机器人周围的环境进行全方位识别，从而根据所采集到的信息准确地作出避让动作。

通过上述技术方案，本公开提供的智能避障机器人上设有能够探测周围障碍物信息的探测组件5，因此可将所监测到的环境信息反馈给控制系统，并通过控制系统控制移动机构1的移动状态(例如：停止移动、反向移动、调整速度、调整转弯半径)，从而及时避开障碍物，降低了智能避障机器人在移动中的安全隐患。

由于支撑臂3可伸缩、转动，因此在移动过程中能够通过伸缩和/或转动避开路上的障碍物，灵活性好。

在本公开中，控制系统可以以任意合适的方式配置。作为一种选择，控制系统可以包括控制器，进一步地，选用三菱Q系列PLC可编程控制器作为控制器。该控制器与探测组件5相连。作为控制中枢，该PLC可编程控制器可以通过信号线缆与探测组件5进行有线连接，还可以选用GPRS、蓝牙等各种本领域公知的无线传输协议的方式实现信号传输，本公开对此不做过多赘述。

其中，如图1和图2所示，探测组件5可以是设置在机体2上，也可以设置在支撑臂3上，也可以两者上均设置探测组件5，本公开对此不做限制。

在此基础上，还可以增设位移传感器，以判断障碍物的移动速度。这样，控制系统就可以根据所采集到的信息控制移动机构1做出相应的动作，从而准确地避开障碍物。作为一种选择，本公开选用型号为HG-C1200的激光位移传感器。

在本公开的一种具体实施方式中，如图1和图2所示，所述超声波雷达51的数量可以为两个，其中一个超声波雷达51设置在机体2的正面，另一个超声波雷达51设置在机体2的背面，所述红外雷达52设置在机体2的正面。这样，可以根据两个超声波雷达51的位置差准确地识别前方障碍物的距离和大小，从而根据移动机构1当前的移动状态做出预判，并作出相应的避让动作，提高避障的及时性和准确性，进而保证智能避障机器人在行驶过程中的安全性。

在此需要说明的是，此处所述的“正面”、“后面”是指机体2上相背的两个面。具体地，可以以智能避障机器人在移动路线上前方的机体2表面为正面，与正面相背的机体2表面为背面，具体地，可参考图1的图面方向。

如图1所示，所述超声波雷达51分别设置在机体2上不相邻的对角上，这样，能够增大超声波雷达51的监测范围，以及时准确地避开障碍物。所述红外雷达52位于正面的中心位置，从而准确地识别前方障碍物的信息，以及时避开障碍物。

如图1所示，所述超声波雷达51通过支架6与机体2相连，设置在所述正面上的超声波雷达51高度小于设置在所述背面的超声波雷达51高度。这样，可以提高背面的超声波雷达51的探测范围，从而将后方的障碍物信息传递给控制系统。

在另一种具体实施方式中，所述超声波雷达51的数量可以为四个，其中一个设置在支撑臂3上，另外三个分别设置在机体2上；所述红外雷达52设置在机体2上。这样，设置在机体2上的超声波雷达51和红外雷达52能够对机体2周围的障碍物进行识别，而设置在支撑臂3上的红外雷达52能够坐落在高处以对更远处的障碍物进行识别，由此可以全方位对智能避障机器人周围的障碍物进行识别，提高了探测范围和探测结果的准确性。

在其它具体实施方式中，超声波雷达51和红外雷达52可以配置为例如3个、5个、7个等任意合适的数量，具体可以根据实际需求而定，本公开对此不做限制。

在本公开的具体实施方式中，旋转机构4可以以任意合适的方式构造。

作为一种选择，如图1和图2所示，所述旋转机构4可以包括法兰盘41和电机42，所述法兰盘41设置在机体2上，所述电机42设置在法兰盘41和支撑臂3之间，且电机42的输出端与支撑臂3相连。这样，可以通过电机42的正转和反转改变支撑臂3的转动方向。另外，还可以在此基础上增设减速器，本公开对此不做限制。

作为另一种选择，旋转机构4可以为相互啮合的齿轮(或者是齿轮齿条、蜗杆蜗轮)，包括主动轮和从动轮，从动轮通过连接轴与机体2可转动地相连，支撑臂3固定设置在从动轮上，主动轮与电机42的输出轴相连，由此在电机42的驱动下带动从动轮转动，从而实现支撑臂3的转动。

由于农作物的种植区域杂草、泥泞较多，为避免杂草或泥泞夹住智能避障机器人的移动机构1，影响其正常作业，所述移动机构1的外周可以设有挡板7，从而保证智能避障机器人在移动过程中的顺畅性，并保证其使用寿命。

实施例2

本发明提供一种避让障碍物的方法，用于上述所述的智能避障机器人，包括以下步骤：

S1、获取移动机构1的移动速度和转弯半径，判断智能避障机器人的横向位置信息和纵向位置信息；

S2、利用探测组件5获取智能避障机器人周围的障碍物信息；

S3、控制系统根据探测组件5所探测到的障碍物信息分析智能避障机器人相对于障碍物的距离信息，并计算智能避障机器人和障碍物的碰撞时间和碰撞位置；

S4、根据碰撞时间和碰撞位置计算智能避障机器人的避让时间；

S5、控制系统修正移动机构1的移动路线，以避开所述障碍物。

其中，在步骤S5中，所述控制系统修正移动机构1的方式包括以下一种或几种操作：停止移动、反向移动、调整速度、调整转弯半径。当然，控制系统还可以通过其它任意合适的操作来修正移动机构1以避开障碍物，本公开对此不做限制。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种智能避障机器人，用于植物种植区域，其特征在于：包括移动机构(1)、机体(2)和可伸缩的支撑臂(3)，所述机体(2)设置在所述移动机构(1)和支撑臂(3)之间，所述支撑臂(3)通过旋转机构(4)与机体(2)可转动地相连；所述机体(2)和/或所述支撑臂(3)上设有用于探测周围障碍物信息的探测组件(5)，所述机体(2)上还设有可控制移动机构(1)移动的控制系统，探测组件(5)与控制系统相连；所述探测组件(5)包括超声波雷达(51)和红外雷达(52)。

2.根据权利要求1所述的智能避障机器人，其特征在于：所述超声波雷达(51)的数量为两个，其中一个超声波雷达(51)设置在机体(2)的正面，另一个超声波雷达(51)设置在机体(2)的背面，所述红外雷达(52)设置在机体(2)的正面。

3.根据权利要求2所述的智能避障机器人，其特征在于：所述超声波雷达(51)分别设置在机体(2)上不相邻的对角上，所述红外雷达(52)位于正面的中心位置。

4.根据权利要求2所述的智能避障机器人，其特征在于：所述超声波雷达(51)通过支架(6)与机体(2)相连，设置在所述正面上的超声波雷达(51)高度小于设置在所述背面的超声波雷达(51)高度。

5.根据权利要求1所述的智能避障机器人，其特征在于：所述超声波雷达(51)的数量为四个，其中一个设置在支撑臂(3)上，另外三个分别设置在机体(2)上；所述红外雷达(52)设置在机体(2)上。

6.根据权利要求1所述的智能避障机器人，其特征在于：所述旋转机构(4)包括法兰盘(41)和电机(42)，所述法兰盘(41)设置在机体(2)上，所述电机(42)设置在法兰盘(41)和支撑臂(3)之间，且电机(42)的输出端与支撑臂(3)相连。

7.根据权利要求1所述的智能避障机器人，其特征在于：所述移动机构(1)的外周设有挡板(7)。

8.一种避让障碍物的方法，用于如权利要求1-7中任一项所述的智能避障机器人，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取移动机构(1)的移动速度和转弯半径，判断智能避障机器人的横向位置信息和纵向位置信息；

S2、利用探测组件(5)获取智能避障机器人周围的障碍物信息；

S3、控制系统根据探测组件(5)所探测到的障碍物信息分析智能避障机器人相对于障碍物的距离信息，并计算智能避障机器人和障碍物的碰撞时间和碰撞位置；

S4、根据碰撞时间和碰撞位置计算智能避障机器人的避让时间；

S5、控制系统修正移动机构(1)的移动路线，以避开所述障碍物。

9.根据权利要求8所述的避让障碍物的方法，其特征在于：在步骤S5中，所述控制系统修正移动机构(1)的方式包括以下一种或几种操作：停止移动、反向移动、调整速度、调整转弯半径。

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