CN112130564B - 机器人转动角度的获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人转动角度的获取方法、芯片和机器人，该方法包括以下步骤：S1：机器人通过设置在前端的第一线激光器和第一摄像头获取障碍物信息；S2：机器人根据障碍物信息和侧边设置的第二传感器的设置角度来获取机器人的转动角度。采用该方法，机器人可以有效防止机器做过多的扭头等调整动作，提高流畅性和清扫的效率。

Description

机器人转动角度的获取方法
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种机器人转动角度的获取方法。
背景技术
现有技术中，自移动机器人在工作过程中，会根据实际需求进行沿边行走，清洁机器人会设置其沿着墙壁边缘或障碍物边缘清扫，以提高覆盖率及清洁效果。清洁机器人在进行沿边行走时，会先通过位于清扫机器人的前端传感器检测障碍物，然后进行转动，在来回转动的过程中根据设置在侧边的传感器来检测障碍物，并根据来回转动的过程中侧边的传感器的检测到的多个数据来确定最佳转动角度，该方法虽然可以有效帮助机器人进行沿边行走的行走方向的选择，但是需要的时间较长，而且机器人会做过多的扭头等调整动作。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种机器人转动角度的获取方法，大大提高了机器人的流畅性和清扫效率。本发明的具体技术方案如下：
一种基于线激光器的机器人的转动角度获取方法，该方法包括以下步骤：S1：机器人通过设置在前端的第一传感器模块获取障碍物信息；S2：机器人根据障碍物信息和侧边设置的第二传感器的设置角度来获取机器人的转动角度。采用该方法，机器人不需要来回转动获取数据来确定最佳转动角度，可以有效防止机器做过多的扭头等调整动作，提高了机器人的流畅性和清扫效率。
于本发明的一个或多个方案中，所述机器人检测到机器人与障碍物的距离为预设值时，机器人获取障碍物信息。
于本发明的一个或多个方案中，所述预设值为7cm。7cm作为预设值，不仅使机器人有充足的反应时间，还能使机器人快速进入沿边状态。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S1的具体步骤为：所述第一传感器模块包括第一线激光器和第一摄像机，机器人通过第一线激光器获取障碍物与机器人的测距距离，机器人通过第一摄像机获取障碍物的图像，机器人根据障碍物在图像中的位置来确定障碍物的方位角，机器人采用三角函数通过测距距离和方位角得到偏移距离；其中，所述方位角为障碍物与机器人之间的直线和机器人中轴线之间的夹角，所述偏移距离为障碍物与机器人中轴线之间的垂直距离。通过线激光器和摄像机结合的方法来进行检测数据，检测准确度高。
于本发明的一个或多个方案中，机器人在获取障碍物的方位角时，机器人将图像划分为若干分区，然后根据障碍物所在分区所对应的角度来确定障碍物的方位角。
于本发明的一个或多个方案中，机器人获取每个分区所对应的角度的步骤为：机器人的中轴线和第一摄像机的中轴线重合设置，机器人设定划分图像的分区长度，机器人获取一张图像，然后将中轴线在图像上所对应的竖线为基准线，机器人将基准线两侧的图像按分区长度划分为若干分区，机器人根据测距距离和分区长度来获取每个分区所对应的角度。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S2的具体步骤为：机器人根据机器人的半径、测距距离和偏移距离得到中心距离和第一偏转角度，机器人根据设置角度、半径和中心距离得到第二偏转角度，机器人根据第一偏转角度和第二偏转角度获取转动角度；其中，所述中心距离为障碍物与机器人中心之间的距离，所述设置角度为第二传感器的发射方向与机器人轮轴线在水平面上的夹角。
于本发明的一个或多个方案中，机器人获取中心距离和第一偏转角度的具体步骤为：机器人将半径r与测距距离d1、偏移距离d2和中心距离R设为直角三角形的三条边，机器人根据三角函数获取第一偏转角度β的正切函数tanβ＝d2/(r+d1)，再根据反正切函数获取第一偏转角度β＝arctan(tanβ)；机器人根据三角函数获取中心距离R，R＝d2/sinβ或R＝(r+d1)/cosβ，或机器人通过勾股定理(r+d1)2+d22＝R2来获取中心距离R。
于本发明的一个或多个方案中，机器人获取第二偏转角度的方法为：机器人根据设置角度θ、半径r和中心距离R获取第二偏转角度γ，当设置角度θ＝45度时，第二偏转角度γ＝(arcsin(1-(r/R)2))/2。
于本发明的一个或多个方案中，机器人获取转动角度的步骤为：若障碍物与第二传感器位于机器人同一侧，则转动角度为90度与第一偏转角和第二偏转角的和的差值；若障碍物与第二传感器分别位于机器人的两侧，则转动角度为90度和第一偏转角度的和与第二偏转角度的差值。根据障碍物的实际位置来计算转动角度，实用性高，计算速度快。
附图说明
图1为本发明的机器人转动角度的获取方法的流程图；
图2为本发明的机器人的结构示意图；
图3为本发明的图像分区对应角度的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照附图1可知，一种基于线激光器的机器人的转动角度获取方法，该方法包括以下步骤：S1：机器人通过设置在前端的第一传感器模块获取障碍物信息；S2：机器人根据障碍物信息和侧边设置的第二传感器的设置角度θ来获取机器人的转动角度。采用该方法，机器人可以有效防止机器做过多的扭头等调整动作，提高流畅性和清扫的效率。
作为其中一种实施例，第一传感器模块检测到机器人与障碍物的距离为预设值时，机器人获取障碍物信息。所述预设值为7cm。7cm作为预设值，不仅使机器人有充足的反应时间，还能使机器人快速进入沿边状态。
作为其中一种实施例，参照图2可知，图2为竖直放置的机器人，机器人的前端在最上方，第一传感器位于机器人的最前端，第二传感器位于机器人的右侧，障碍物为机器人右侧的前方的方块。第一传感器模块包括第一线激光器和第一摄像机，第一线激光器发射的线激光与水平面平行或与水平方向呈预设角度。机器人在获取数据时，第一线激光器发出的线激光会在障碍物上形成激光线段，机器人在计算时会在激光线段中选取一个点作为计算目标，每次计算过程中，关于障碍物与机器人的位置关系，也就是该点与机器人之间的位置关系，在获取转动角度后，机器人转动相应的转动角度，第二传感器发出的检测信号就会照射在选取的点上，则第二传感器可以检测到障碍物，如果第二传感器为第二线激光器，该第二线激光器则在障碍物上投射出竖直的激光线段。机器人通过第一线激光器获取障碍物与机器人的测距距离d1，机器人通过第一摄像机获取障碍物的图像，机器人将图像从左到右分为若干分区，机器人根据障碍物所在的分区来确定障碍物的方位角α。机器人在获取障碍物的方位角时，机器人将图像划分为若干分区，可以根据长度或像素来进行分区，然后根据障碍物所在分区所对应的角度来确定障碍物的方位角α。机器人在工作前或出厂前，对机器人的分区所对应的角度进行设置，如图3所示，分区长度为A,测距距离为d1，每个分区所对应的角度a，机器人的中轴线和第一摄像机的中轴线重合设置，机器人设定划分图像的分区长度A，机器人获取一张图像，然后将中轴线在图像上所对应的竖线为基准线，机器人将基准线两侧的图像按分区长度A划分为若干分区，机器人根据获取的图像的测距距离d1和分区长度A通过三角函数分别获取每个分区所对应的角度a，以每个分区所对应的角度a作为机器人判断障碍物的方位角α的判断依据，则机器人在工作过程中获取一张图像后，对这张图像以分区长度A对图像进行划分，障碍物所在分区所对应的角度a就是位于该分区内的障碍物的方位角α。机器人在实际检测中就可以通过测距距离d1和方位角α采用三角函数得到偏移距离d2＝d1*tanα；其中，所述测距距离d1为第一线激光器发出的线激光在障碍物上形成的激光线段所在的直线与第一线激光器的垂直距离，所述方位角α为障碍物与机器人之间的直线和机器人中轴线之间的夹角，所述中轴线为将机器人均分为左右两部分的直线，所述偏移距离d2为障碍物与机器人中轴线之间的垂直距离。通过线激光器和摄像机结合的方法来进行检测数据，检测准确度高。所述第一线激光器和第二传感器都是一字型线激光器。机器人采用相同的线激光发射器来进行检测，提高机器人计算的准确度。
作为其中一种实施例，机器人根据机器人的半径r、测距距离d1和偏移距离d2获取中心距离R和第一偏转角度β，机器人将半径r与测距距离d1的和、偏移距离d2和中心距离R设为直角三角形，其中中心距离R为斜边，机器人根据三角函数获取第一偏转角度β的正切函数tanβ＝d2/(r+d1)，再根据反正切函数获取第一偏转角度β＝arctan(tanβ)；机器人根据三角函数获取中心距离R，R＝d2/sinβ或R＝(r+d1)/cosβ；或，机器人通过勾股定理(r+d1)2+d22＝R2来获取中心距离R。机器人根据设置角度θ、半径r和中心距离R得到第二偏转角度γ，当设置角度θ＝45°时，第二偏转角度γ＝(arcsin(1-(r/R)2))/2，机器人根据第一偏转角度β和第二偏转角度γ获取转动角度；其中，所述中心距离R为障碍物与机器人中心之间的距离，所述设置角度θ为第二传感器的发射方向与机器人轮轴线在水平面上的夹角，第二偏转角度γ为：第二传感器的发射线与以中心距离R为半径的圆的交点与机器人的中心之间的连线和机器人的轮轴线之间的夹角。所述轮轴线为机器人驱动轮的轮轴方向上的直线。若障碍物与第二传感器位于机器人同一侧，则转动角度为90度与第一偏转角和第二偏转角的和的差值；若障碍物与第二传感器分别位于机器人的两侧，则转动角度为90度和第一偏转角度β的和与第二偏转角度γ的差值。根据障碍物的实际位置来获取转动角度，实用性高，计算速度快。机器人得到转动角度后，机器人根据第二传感器的位置来判断机器人进行转动时的转动方向；若所述第二传感器位于机器人的左侧，机器人的转动方向为顺时针；若所述第二传感器位于机器人的右侧，机器人的转动方向为逆时针。提高了机器人反应速度。
一种芯片，内置控制程序，所述控制程序用于控制机器人执行上述的基于线激光器的机器人的转动角度获取方法。通过装载在不同的机器人中使机器人可以通过该转动角度计算方法来进行转动角度计算，适用性强。
一种机器人，装配有主控芯片，所述主控芯片是上述的芯片。机器人通过该方法来获取转动角度来提高机器人进行沿边的反应速度。
在说明书的描述中，参考术语“合一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。说明书的描述中连接的所述连接方式具有明显的效果和实用效力。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，应由各权利要求限定之。

Claims (9)

1.一种机器人转动角度的获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：机器人通过设置在前端的第一传感器模块获取障碍物信息；
S2：机器人根据障碍物信息和侧边设置的第二传感器的设置角度来获取机器人的转动角度；
机器人根据机器人的半径、测距距离和偏移距离得到中心距离和第一偏转角度，机器人根据设置角度、半径和中心距离得到第二偏转角度，机器人根据第一偏转角度和第二偏转角度获取转动角度；
其中，所述中心距离为障碍物与机器人中心之间的距离，所述设置角度为第二传感器的发射方向与机器人轮轴线在水平面上的夹角，所述偏移距离为障碍物与机器人中轴线之间的垂直距离，所述测距距离为障碍物与机器人之间的距离。
2.根据权利要求1所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，所述机器人检测到机器人与障碍物的距离为预设值时，机器人获取障碍物信息。
3.根据权利要求2所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，所述预设值为7cm。
4.根据权利要求1所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤为：所述第一传感器模块包括第一线激光器和第一摄像机，机器人通过第一线激光器获取障碍物与机器人的测距距离，机器人通过第一摄像机获取障碍物的图像，机器人根据障碍物在图像中的位置来确定障碍物的方位角，机器人采用三角函数通过测距距离和方位角得到偏移距离；
其中，所述方位角为障碍物与机器人之间的直线和机器人中轴线之间的夹角，所述偏移距离为障碍物与机器人中轴线之间的垂直距离。
5.根据权利要求4所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，机器人在获取障碍物的方位角时，机器人将图像划分为若干分区，然后根据障碍物所在分区所对应的角度来确定障碍物的方位角。
6.根据权利要求5所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，机器人获取每个分区所对应的角度的步骤为：机器人的中轴线和第一摄像机的中轴线重合设置，机器人设定划分图像的分区长度，机器人获取一张图像，然后将中轴线在图像上所对应的竖线为基准线，机器人将基准线两侧的图像按分区长度划分为若干分区，机器人根据测距距离和分区长度来获取每个分区所对应的角度。
7.根据权利要求1所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，机器人获取中心距离和第一偏转角度的具体步骤为：机器人将半径r与测距距离d1、偏移距离d2和中心距离R设为直角三角形的三条边，机器人根据三角函数获取第一偏转角度β的正切函数tanβ＝d2/(r+d1)，再根据反正切函数获取第一偏转角度β＝arctan(tanβ)；机器人根据三角函数获取中心距离R，R＝d2/sinβ或R＝(r+d1)/cosβ，或机器人通过勾股定理(r+d1)2+d22＝R2来获取中心距离R。
8.根据权利要求1所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，机器人获取第二偏转角度的方法为：机器人根据设置角度θ、半径r和中心距离R获取第二偏转角度γ，当设置角度θ＝45度时，第二偏转角度γ＝(arcsin(1-(r/R)2))/2。
9.根据权利要求1所述的机器人转动角度的获取方法，其特征在于，机器人获取转动角度的步骤为：若障碍物与第二传感器位于机器人同一侧，则转动角度为90度与第一偏转角和第二偏转角的和的差值；若障碍物与第二传感器分别位于机器人的两侧，则转动角度为90度和第一偏转角度的和与第二偏转角度的差值。
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