CN110989621A - 自主机器人的控制方法及自主机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自主机器人的控制方法及自主机器人，自主机器人的控制方法包括以下步骤：获取各测距传感器与障碍物的间距；当确定其中一测距传感器与障碍物的第一间距小于或等于第一预设间距时，获取该测距传感器与第一沿边传感器形成的圆心角的角度值；控制机器人主体旋转角度值，以使第一沿边传感器转动至与障碍物保持第一预设间距。本发明自主机器人提高了自主机器人的沿边性能及实用性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自主机器人的控制方法及自主机器人。
背景技术
清洁机器人用于对地面进行吸尘、清扫、清洗等清洁工作，随着人工智能的发展，清洁机器人具备了智能避障、防卡死、自动充电、自主导航路径规划等功能，使得清洁机器人智能化程度大幅提升，整个清洁过程不需要认为控制，大大解放了人们的双手，清洁过程省时省力，越来越受到年轻人青睐。
沿边跟随清洁是清洁机器人的重要功能之一，沿边跟随清洁是指机器人沿着物体的轮廓边缘移动时进行清洁。机器人进行沿边跟随清洁时，需要先找到跟随物，跟随物可以是墙、家私家电等布置在地面上的物体。
寻找跟随物的方法有多种，根据传感器的不同，至少包括如下两种方式：一、当机器人的边缘碰撞到物体时，碰撞传感器被触发，则认为找到跟随物。二、当机器人上的测距传感器测量到物体与机器人之间处于合适的间距时，则认为找到跟随物。找到跟随物之后，机器人需要旋转到与跟随物的轮廓边缘基本平行，再进行沿边跟随清洁。
然而，大部分清洁机器人在旋转时，经过多次碰撞或多次调整姿态才能与跟随物的轮廓边缘基本平行，增加了损坏诸如墙壁、家私家电等物品的概率，机器人动作也会显得生硬笨拙，用户体验不佳，降低了机器人的实用性。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种自主机器人的控制方法，旨在解决如何提高自主机器人实用性的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的自主机器人包括：
所述自主机器人包括：
机器人主体，所述机器人主体具有前端、侧端、以及经过所述前端的前进方向，所述侧端与所述机器人主体中心的连线垂直于所述前进方向；所述机器人主体的周缘形成有位于两所述侧端之间的检测区，所述前端位于所述检测区内；
传感器系统，包括多个测距传感器，多个所述测距传感器分布于所述检测区，定义其中至少一个为第一沿边传感器；
驱动系统，所述驱动系统支撑并驱动所述机器人主体旋转及移动；
所述自主机器人的控制方法包括以下步骤：
获取各所述测距传感器与障碍物的间距；
当确定其中一测距传感器与障碍物的第一间距小于或等于所述第一预设间距时，获取该测距传感器与第一沿边传感器形成的圆心角的角度值；
控制所述机器人主体旋转所述角度值，以使所述第一沿边传感器转动至与障碍物保持所述第一预设间距。
优选地，在所述“控制所述机器人主体旋转”的步骤之前，所述自主机器人的控制方法还包括：
获取各所述测距传感器和障碍物的第二间距；
比较所述第二间距与第二预设间距；
确定各所述第二间距中的至少一个小于或等于所述第二预设间距，控制所述机器人主体停止。
优选地，在所述“控制所述机器人主体停止”的步骤之前，所述自主机器人的控制方法还包括：
获取各所述测距传感器和障碍物的第三间距；
比较所述第三间距与第三预设间距；
确定各所述第三间距中的至少一个小于或等于所述第三预设间距，控制所述机器人主体减速；
其中，所述第三预设间距大于第二预设间距。
优选地，所述第二预设间距不小于1cm，且不超出5cm。
优选地，所述第三预设间距不小于8cm，且不超出12cm。
优选地，所述测距传感器为激光传感器、超声波传感器、或者红外线传感器。
本发明还提出一种自主机器人，包括：
机器人主体，所述机器人主体具有前端、侧端、以及经过所述前端的前进方向，所述侧端与所述机器人主体中心的连线垂直于所述前进方向；所述机器人主体的周缘形成有位于两所述侧端之间的检测区，所述前端位于所述检测区内；
传感器系统，包括多个测距传感器，多个所述测距传感器分布于所述检测区，定义其中至少一个为第一沿边传感器；
驱动系统，所述驱动系统支撑并驱动所述机器人主体旋转及移动；以及，
存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的自主机器人的控制程序，所述自主机器人的控制程序被所述处理器执行时实现上述自主机器人的控制方法的步骤。
优选地，所述测距传感器的数量为12至20个。
优选地，所述测距传感器的安装高度不小于1.5cm，且不超出4.5cm。
优选地，所述第一沿边传感器邻近所述机器人主体的一侧端。
优选地，定义多个所述测距传感器中的至少一个为第二沿边传感器，所述第二沿边传感器邻近所述机器人主体的另一侧端。
优选地，所述第一沿边传感器的数量为两个，两所述第一沿边传感器相互邻近。
优选地，所述检测区包括两侧检测区以及位于两所述侧检测区之间的前检测区，所述前端位于所述前检测区内，多个所述测距传感器在两所述侧检测区的分布密度大于在所述前检测区的分布密度。
优选地，所述自主机器人为扫地机器人或清洁机器人。
本发明自主机器人在机器人主体的检测区设置多个测距传感器，并将其中至少一测距传感器定义为沿边传感器，记录沿边传感器与各测距传感器的圆心角度，在某一测距传感器与障碍物保持预设间距时，控制器控制驱动系统带动机器人主体旋转，旋转的角度为该测距传感器与沿边传感器的圆心角，以将沿边传感器转动与障碍物保持该预设间距，此时机器人主体的前进方向与障碍物的延伸方向或经过沿边传感器照射点的切向平行，从而机器人主体能与障碍物保持该预设间距前进，实现了自主机器人的沿边工况。由于沿边传感器与各测距传感器的圆心角不变，因此，任一测距传感器与障碍物保持预设间距时，机器人主体只需要通过旋转对应的圆心角度即可使沿边传感器与障碍物保持该预设间距，实现了一次旋转到位，即不需要经过多次旋转，提高了自主机器人的沿边性能及实用性；此外，使用激光传感器能实现无接触远距离测量，且测量精度高，使得机器人主体能尽量接近障碍物，同时激光传感器还能免受障碍物表面颜色的干扰，提高了自主机器人沿边功能的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明自主机器人一实施例的结构示意图；
图2为本发明自主机器人控制方法一实施例的流程示意图；
图3为本发明自主机器人控制方法另一实施例的流程示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 10 | 机器人主体 | 20 | 测距传感器 | 30 | 第一沿边传感器 |
| 40 | 第二沿边传感器 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种自主机器人。
在本发明实施例中，如图1至图3所示，该自主机器人包括：
机器人主体10，所述机器人主体10具有前端、侧端、以及经过所述前端的前进方向，所述侧端与所述机器人主体10中心的连线垂直于所述前进方向；所述机器人主体10的周侧形成有位于两所述侧端之间的检测区，所述前端位于所述检测区内；
传感器系统，包括多个测距传感器20，多个所述测距传感器20分布于所述检测区，定义其中至少一个为第一沿边传感器30；
驱动系统，所述驱动系统支撑并驱动所述机器人主体10旋转及移动；
控制器，与所述传感器系统及驱动系统电连接，以控制所述机器人主体10旋转至使所述第一沿边传感器30与障碍物保持预设间距，并控制所述机器人主体10保持该预设间距移动。
在本实施例中，机器人主体10的外形轮廓包括但不限于圆形结构，也可为矩形或矩形与圆形的结合。驱动系统装配于机器人主体10，被配置为驱动机器人主体10旋转和移动。驱动系统包括驱动装置及驱动轮，驱动轮包括两移动轮和一转向轮，转向轮带动机器人主体10旋转，移动轮带动机器人主体10前进或后退，移动轮的前进方向由转向轮决定。机器人主体10的前端即在机器人主体10的前进方向上，距离机器人主体10的中心最远的一端。机器人主体10的侧端即机器人主体10的左右两端，侧端与机器人主体10中心的连线垂直于前进方向。检测区即在机器人主体10的前进方向上，机器人主体10的周缘位于两侧端之间的区域，机器人主体10的前端位于检测区的中部。测距传感器20可为光电探测传感器，例如激光传感器或者红外线传感器，当然也可以是超声波传感器。
在机器人主体10前进的过程中，总是检测区最靠近前方的障碍物，因此，设于检测区的测距传感器20能最先检测到障碍物，需要说明，测距传感器20的检测方向与机器人主体10的径向一致，任一测距传感器20检测到的与障碍物的间距即该测距传感器20所在位置与障碍物的间距。当某一测距传感器20与障碍物的间距满足预设间距时，控制器会控制驱动系统旋转，以带动机器人主体10旋转，从而将沿边传感器转动到该测距传感器20所在的位置，从而使沿边传感器保持与障碍物保持该预设间距，需要说明，当沿边传感器与障碍物保持该预设间距时，机器人主体10的前进方向与障碍物的延伸方向平行，或与障碍物被检测点的切向平行，以使机器人主体10前进的过程中始终满足使沿边传感器与障碍物保持预设间距。
若第一沿边传感器30邻近机器人主体10的侧端，则该预设间距可设为各测距传感器20与障碍物的最小间距；若第一沿边传感器30不邻近机器人主体10的侧端，则该预设间距应大于各测距传感器20与障碍物的最小间距。控制器提前记录第一沿边传感器30与各测距传感器20的圆心角度，当需要将第一沿边传感器30转动至某一测距传感器20的位置时，只需要将机器人主体10一次性旋转第一沿边传感器30与该测距传感器20的圆心角度即可。激光传感器能实现无接触远距离测量，以避免机器人主体10与障碍物碰撞；此外，激光传感器还具有速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等优点，并且还能排除障碍物表面颜色对检测结果的干扰，以提高检测的准确度，从而提高机器人主体10沿边移动功能的稳定性。
本发明自主机器人在机器人主体10的检测区设置多个测距传感器20，并将其中至少一测距传感器20定义为沿边传感器，记录沿边传感器与各测距传感器20的圆心角度，在某一测距传感器20与障碍物保持预设间距时，控制器控制驱动系统带动机器人主体10旋转，旋转的角度为该测距传感器20与沿边传感器的圆心角，以将沿边传感器转动与障碍物保持该预设间距，此时机器人主体10的前进方向与障碍物的延伸方向或经过沿边传感器照射点的切向平行，从而机器人主体10能与障碍物保持该预设间距前进，实现了自主机器人的沿边工况。由于沿边传感器与各测距传感器20的圆心角不变，因此，任一测距传感器20与障碍物保持预设间距时，机器人主体10只需要通过旋转对应的圆心角度即可使沿边传感器与障碍物保持该预设间距，实现了一次旋转到位，即不需要经过多次旋转，提高了自主机器人的沿边性能及实用性；此外，使用激光传感器能实现无接触远距离测量，且测量精度高，使得机器人主体10能尽量接近障碍物，同时激光传感器还能免受障碍物表面颜色的干扰，提高了自主机器人沿边功能的稳定性。
具体地，所述测距传感器20的数量为12至20个。在本实施例中，单个测距传感器20的视场为15°，而检测区的圆心角为180°，因此，至少需要设置12个测距传感器20，以使测距传感器20的视场完全覆盖检测区的周侧，避免出现检测盲区。单个测距传感器20具有检测范围，而测距传感器20与第一沿边传感器30的圆心角是固定的，因此，转动后的第一沿边传感器30与障碍物的间距会与预设间距存在误差，若测距传感器20的数量越多，则误差可控制至越小；因此将测距传感器20的数量设置为20个，既可提高自主机器人沿边移动的准确度，又能保证各测距传感器20的稳固安装。
在实际应用中，所述测距传感器20的安装高度不小于1.5cm，且不超出4.5cm。在本实施例中，测距传感器20的安装高度指的是测距传感器20的中心与地面的间距。测距传感器20在纵向上的视场也为15°，视场的最低点与地面的间距即越障高度，越障高度设为2cm。测距传感器20的有效检测距离为10cm，因此测距传感器20的安装高度H应设为H＝越障高度+tan(7.5°)*有效检测距离＝2+tan(7.5°)*10＝2.4cm。由此，将测距传感器20的安装高度设为1.5cm至4.5cm，可有效满足自主机器人的越障高度，避免非障碍物对自主机器人的移动造成干扰。
在一实施例中，如图1所示，所述第一沿边传感器30邻近所述机器人主体10的一侧端。在本实施例中，第一沿边传感器30可邻近机器人主体10的右侧端，从而实现机器人主体10对障碍物的右沿边移动。将第一沿边传感器30设于机器人主体10的侧端，在机器人主体10进行沿边移动时，第一沿边传感器30与障碍物的间距即机器人主体10与障碍物的最小间距，从而可避免机器人主体10在沿边旋转或移动过程中与障碍物碰撞，并使对机器人主体10的沿边旋转的控制过程更加简化。
具体地，如图1所示，定义多个所述测距传感器20中的至少一个为第二沿边传感器40，所述第二沿边传感器40邻近所述机器人主体10的另一侧端。在本实施例中，第二沿边传感器40可邻近机器人主体10的左侧端，当环境特征满足特定条件，自主机器人对障碍物可切换为左沿边移动，以使自主机器人能适应更多的应用环境，满足不同应用需求，提高自主机器人的实用性。
在实际应用中，所述第一沿边传感器30的数量为两个，两所述第一沿边传感器30相互邻近。第一沿边传感器30的数量为两个，可有效克服单一沿边传感器在沿边行走过程中出现的误差，使得自主机器人在沿边移动过程中能实现动态调整，以进一步与障碍物保持预设间距，提高自主机器人沿边移动的稳定性。
在一实施例中，所述检测区包括两侧检测区以及位于两所述侧检测区之间的前检测区，所述前端位于所述前检测区内，多个所述测距传感器20在两所述侧检测区的分布密度大于在所述前检测区的分布密度。在本实施例中，前检测区的周向尺寸可与两侧检测区一致。在机器人主体10前进的过程中，正前方的障碍物更容易被前检测区的测距传感器20检测到，而侧检测区更容易出现检测盲区，因此，将测距传感器20在侧检测区的分布密度设为大于在前检测区的分布密度，可进一步提高侧检测区的检测精度，同时提高测距传感器20的有效利用率。
具体地，所述自主机器人为扫地机器人或清洁机器人。在本实施例中，自主机器人配置有清洁组件，以使自主机器人具备将地面上的灰尘、杂物等垃圾吸入的功能。清洁组件凸出于机器人主体10的周壁，以使机器人主体10在沿边移动过程中，清洁组件能有效清扫障碍物与机器人主体10之间的区域。
本发明还提出一种自主机器人的控制方法，该控制方法用以控制一种自主机器人，该自主机器人的具体结构参照上述实施例，该自主机器人还包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的自主机器人的控制程序，所述自主机器人的控制程序被所述处理器执行时实现下述自主机器人的控制方法的步骤。其中，所述自主机器人的控制方法包括下述步骤：
步骤S10：获取各所述测距传感器20与障碍物的间距；
步骤S20：当确定其中一测距传感器20与障碍物的第一间距小于或等于所述第一预设间距时，获取该测距传感器20与第一沿边传感器30形成的圆心角的角度值；
步骤S30：控制所述机器人主体10旋转该角度值，以使所述第一沿边传感器30转动至与障碍物保持所述第一预设间距。
在本实施例中，测距传感器20可为激光传感器，激光传感器能实现无接触远距离测量，以避免机器人主体10与障碍物碰撞；此外，激光传感器还具有速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等优点，并且还能排除障碍物表面颜色对检测结果的干扰，以提高检测的准确度，从而提高机器人主体10沿边移动功能的稳定性。
具体地，在所述“控制所述机器人主体10旋转”的步骤之前，所述自主机器人的控制方法还包括：
步骤S1：获取各所述测距传感器20和障碍物的第二间距；
步骤S2：比较所述第二间距与第二预设间距；
步骤S3：确定各所述第二间距中的至少一个小于或等于所述第二预设间距，控制所述机器人主体10停止。
在本实施例中，第二预设间距可与第一预设间距一致，也可大于第一预设间距。机器人主体10靠近障碍物后，在控制机器人主体10旋转之前，先控制机器人主体10停止前进，可使机器人主体10的旋转过程更加稳定，避免因惯性导致旋转角度出现误差，由此，提高机器人主体10旋转过程的稳定性。具体地，所述第二预设间距不小于1cm，且不超出5cm，由此，既可使机器人主体10尽量靠近障碍物，又可避免机器人主体10与障碍物碰撞。
在实际应用中，在所述“控制所述机器人主体10停止”的步骤之前，所述自主机器人的控制方法还包括：
步骤S01：获取各所述测距传感器20和障碍物的第三间距；
步骤S02：比较所述第三间距与第三预设间距；
步骤S03：确定各所述第三间距中的至少一个小于或等于所述第三预设间距，控制所述机器人主体10减速；其中，所述第三预设间距大于第二预设间距。
在本实施例中，机器人主体10和障碍物处于第三预设间距时，先以预设的减速度减速，当机器人主体10和障碍物处于第二预设间距时，再控制机器人主体10停止，由此，可使机器人主体10的停止过程更加稳定，避免因惯性导致停止位置出现误差，进一步提高了机器人主体10的稳定性。具体地，所述第三预设间距不小于8cm，且不超出12cm，由此，既为机器人主体10提供了足够的减速时间，又避免减速行程过长导致机器人主体10靠近障碍物所需的时间过多，进一步提高了自主机器人的实用性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (14)
1.一种自主机器人的控制方法，其特征在于，所述自主机器人包括：
机器人主体，所述机器人主体具有前端、侧端、以及经过所述前端的前进方向，所述侧端与所述机器人主体中心的连线垂直于所述前进方向；所述机器人主体的周缘形成有位于两所述侧端之间的检测区，所述前端位于所述检测区内；
传感器系统，包括多个测距传感器，多个所述测距传感器分布于所述检测区，定义其中至少一个为第一沿边传感器；
驱动系统，所述驱动系统支撑并驱动所述机器人主体旋转及移动；
所述自主机器人的控制方法包括以下步骤：
获取各所述测距传感器与障碍物的间距；
当确定其中一测距传感器与障碍物的第一间距小于或等于所述第一预设间距时，获取该测距传感器与第一沿边传感器形成的圆心角的角度值；
控制所述机器人主体旋转所述角度值，以使所述第一沿边传感器转动至与障碍物保持所述第一预设间距。
2.如权利要求1所述的自主机器人的控制方法，其特征在于，在所述“控制所述机器人主体旋转”的步骤之前，所述自主机器人的控制方法还包括：
获取各所述测距传感器和障碍物的第二间距；
比较所述第二间距与第二预设间距；
确定各所述第二间距中的至少一个小于或等于所述第二预设间距，控制所述机器人主体停止。
3.如权利要求2所述的自主机器人的控制方法，其特征在于，在所述“控制所述机器人主体停止”的步骤之前，所述自主机器人的控制方法还包括：
获取各所述测距传感器和障碍物的第三间距；
确定各所述第三间距中的至少一个小于或等于所述第三预设间距，控制所述机器人主体减速；
其中，所述第三预设间距大于第二预设间距。
4.如权利要求2所述的自主机器人的控制方法，其特征在于，所述第二预设间距不小于1cm，且不超出5cm。
5.如权利要求3所述的自主机器人的控制方法，其特征在于，所述第三预设间距不小于8cm，且不超出12cm。
6.如权利要求1至5任一项所述的自主机器人的控制方法，其特征在于，所述测距传感器为激光传感器、超声波传感器、或者红外线传感器。
7.一种自主机器人，其特征在于，包括：
机器人主体，所述机器人主体具有前端、侧端、以及经过所述前端的前进方向，所述侧端与所述机器人主体中心的连线垂直于所述前进方向；所述机器人主体的周缘形成有位于两所述侧端之间的检测区，所述前端位于所述检测区内；
传感器系统，包括多个测距传感器，多个所述测距传感器分布于所述检测区，定义其中至少一个为第一沿边传感器；
驱动系统，所述驱动系统支撑并驱动所述机器人主体旋转及移动；以及，
存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的自主机器人的控制程序，所述自主机器人的控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的自主机器人的控制方法的步骤。
8.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，所述测距传感器的数量为12至20个。
9.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，所述测距传感器的安装高度不小于1.5cm，且不超出4.5cm。
10.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，所述第一沿边传感器邻近所述机器人主体的一侧端。
11.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，定义多个所述测距传感器中的至少一个为第二沿边传感器，所述第二沿边传感器邻近所述机器人主体的另一侧端。
12.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，所述第一沿边传感器的数量为两个，两所述第一沿边传感器相互邻近。
13.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，所述检测区包括两侧检测区以及位于两所述侧检测区之间的前检测区，所述前端位于所述前检测区内，多个所述测距传感器在两所述侧检测区的分布密度大于在所述前检测区的分布密度。
14.如权利要求7所述的自主机器人，其特征在于，所述自主机器人为扫地机器人或清洁机器人。
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