CN112405523A

CN112405523A - 机器人碰撞检测方法、装置及机器人

Info

Publication number: CN112405523A
Application number: CN202011125667.6A
Authority: CN
Inventors: 伍浩文
Original assignee: Shenzhen Topband Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Topband Co Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-02-26

Abstract

本发明适用于机器人技术领域，提供了一种机器人碰撞检测方法、装置及机器人，该方法包括实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速；判断电机转速是否小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率是否大于预设变化率；若是，则确定当前机器人发生碰撞。本发明提供的机器人碰撞检测方法解决了现有实现碰撞检测所带来的成本高及设计复杂的问题。

Description

机器人碰撞检测方法、装置及机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人碰撞检测方法、装置及机器人。

背景技术

诸如机器人割草机之类的自动或机器人动力工具正变得越来越流行。在典型的应用中，诸如花园之类的工作区域，割草机器人可能不知道其碰撞到了许多静止的或可运动的物体。因此，碰撞检测是必要的，以便能够使割草机器人作业时保持警觉，以在检测到碰撞时适应其操作，从而避免机器人通过试图推动通过物体而简单地停在物体前面。同样，从安全的角度来看，重要的是检测机器人是否被提升，这样使得可关闭诸如割草机的旋转刀之类的操作构件或工具，以防止伤害操作者的风险。

现有通常通过将机器人的外壳布置为相对于机器人的底盘或主体是可运动的来实现提升和碰撞检测。这样的布置通常包括运动被监控的可运动或可滑动的构件，并且如果检测到在与被作业的表面相同的平面中的运动，则检测到碰撞。并且，如果检测到在垂直于被作业的表面的平面上的运动，则检测到提升。

然而现有由于采用检测所需设置的外壳以及监控位移的霍尔传感器等传感器件，使得增加制造成本，同时由于所需外壳设计，使得结构设计复杂。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种机器人碰撞检测方法，旨在解决现有实现碰撞检测所带来的成本高及设计复杂的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种机器人碰撞检测方法，所述方法包括：

实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速；

判断电机转速是否小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率是否大于预设变化率；

若是，则确定当前机器人发生碰撞。

更进一步地，所述方法还包括：

实时检测工作状态下机器人行走电机的电机电流大小；

根据电机电流大小的变化状态判断机器人当前所处位置区域；

根据当前所处位置区域相应的调整机器人行走电机的电机电流的限流阈值大小。

更进一步地，所述方法还包括：

实时检测当前工作状态下机器人的姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角及横滚角；

根据所述姿态信息中的俯仰角大小相应的调整机器人行走电机的设定转速大小。

更进一步地，所述方法还包括：

判断确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间是否大于预设时间；

若是，则根据当前工作状态控制机器人进行后退或转向，以实现机器人的脱困。

本发明另一实施例的目的还在于提供一种机器人碰撞检测装置，所述装置包括：

电机转速检测模块，用于实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速；

电机转速判断模块，用于判断电机转速是否小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率是否大于预设变化率；

碰撞确定模块，用于当所述电机转速判断模块判断出电机转速小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率大于预设变化率时，确定当前机器人发生碰撞。

进一步地，所述装置还包括：

电机电流检测模块，用于实时检测工作状态下行走电机机器人的电机电流大小；

位置区域判断模块，用于根据电机电流大小的变化状态判断机器人当前所处位置区域；

限流阈值调整模块，用于根据当前所处位置区域相应的调整机器人行走电机的电机电流的限流阈值大小。

进一步地，所述装置还包括：

姿态信息检测模块，用于实时检测当前工作状态下机器人的姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角及横滚角；

设定转速调整模块，用于根据所述姿态信息中的俯仰角大小相应的调整机器人行走电机的设定转速大小。

进一步地，所述装置还包括：

持续时间判断模块，用于判断确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间是否大于预设时间；

工作控制模块，用于当所述持续时间判断模块判断出确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间大于预设时间时，根据当前工作状态控制机器人进行后退或转向，以实现机器人的脱困。

本发明另一实施例还提供一种机器人，包括处理器、存储器、以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时，所述机器人执行如上述所述的机器人碰撞检测方法。

本发明实施例提供的机器人碰撞检测方法，由于检测行走电机的电机转速，并根据电机转速的变化判断机器人是否发生碰撞，由于现有为实现机器人碰撞时可能产生的过流而进行的保护使得在碰撞时瞬间降低行走电机的电机转速，此时只需通过机器人内部的传感设备即可实现对机器人的碰撞检测，使得不需要再额外在机器人中设计外壳及传感器等，有效的降低了机器人结构设计的难度以及成本，解决了现有实现碰撞检测所带来的成本高及设计复杂的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机器人碰撞检测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的机器人碰撞检测方法的又一流程图；

图3是本发明实施例提供的机器人碰撞检测装置的模块示意图；

图4是本发明实施例提供的机器人碰撞检测装置的又一模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明由于检测行走电机的电机转速，并根据电机转速的变化判断机器人是否发生碰撞，使得只需通过机器人内部的传感设备即可实现对机器人的碰撞检测，而不需要再额外在机器人中设计外壳及传感器等，有效的降低了机器人结构设计的难度以及成本。

实施例一

请参阅图1，是本发明第一实施例提供的机器人碰撞检测方法的流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，该机器人碰撞检测方法包括：

步骤S10，实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速；

其中，在本发明的一个实施例中，该机器人碰撞检测方法应用于机器人，具体本实施例中，应用于割草机器人，其中，割草机器人通过电机驱动实现移动以及割草操作，具体的，本实施例中，其割草机器人通过驱动行走电机实现移动。同时为防止过流导致的对电机造成损坏，其机器人电机控制设计中一般设有限流模块以实现电机过流时的限流保护。

其中电机限流的设计思路为限流模块通过降低输出电机转速从而达到限制电流的目的，其电机电流未达到限流值时，其机器人可控制电机转速大小；而其当电机负载瞬间增加所导致电机电流瞬间增加达到至限流值时，为了实现对电机过流时的限流保护，限流模块开始工作通过控制降低电机转速，从而使得控制电机电流不超过限流值，因此相应的其电机转速的变化体现为瞬间减小，此时通过检测机器人的行走电机的电机转速变量判断机器人是否发生碰撞。

其中，在本发明的一个实施例中，为实时检测行走电机的电机转速，其机器人行走电机的转动部分可设置有带磁极的转子，其转子运动轨迹的圆周外缘设三个间隔120度的采用单极霍尔传感器的检测器件，当驱动电机带动转子旋转时。每当转子磁极经过霍尔传感器附近时，霍尔传感器会采集到一个高(低)电平信号，根据这三个霍尔传感器信号的组合的变化频率计算得到转速。可以理解的，在本发明的其他实施例中，其该检测器件还可以转角传感器或光电编码器等高精度传感器组成。需要指出的是，本发明其他实施例中，其还可以采用现有其他方式实现对行走电机的电机转速的检测获取，其根据实际使用需求进行设置，在此不做限定。

步骤S20，判断电机转速是否小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率是否大于预设变化率；

其中，当判断电机转速小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率大于预设变化率时，执行步骤S30。

其中，本发明实施例中，其割草机器人实时检测到行走电机的电机转速时，其将当前所检测的电机转速与设定转速的设定比例或与上一电机转速进行比对，其中需要指出的是，通过设定合理的较低电机限流值，当机器人发生碰撞时，由于电机负载瞬间增大至该电机限流值，从而限流模块开始工作降低电机转速，使得电机转速发生突变瞬间减小，其所降低的电机转速根据上一电机转速进行确定，例如当上一电机转速较小时，其可相应的控制当前的电机转速降至小于设定转速的设定比例；当上一电机转速较大时，其可相应的控制当前的电机转速下降预设变化率(如三分之一或二分之一)，此时可能存在所下降预设变化率后，其当前的电机转速仍大于设定转速的设定比例。其中，设定比例的设置用于防止转速不断飘忽变化时所可能产生的误判，例如设定转速设定为1000转/分，当电机转速飘忽变化至999转/分时可能产生误判，因此设置该设定比例。

此时通过当前工作状态下的电机转速与设定转速的设定比例或上一电机转速之间的变化率中的任一条件进行判断，以判断机器人是否发生碰撞，当判断电机转速大于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率小于预设变化率时，则确定机器人为正常工作状态。

步骤S30，确定当前机器人发生碰撞；

其中，本发明实施例中，当判断电机转速小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率大于预设变化率时，则确定其电机转速为当前机器人发生碰撞时所由于负载瞬间增加而使得限流模块工作后降低导致，此时确定当前机器人发生碰撞。

本实施例中，由于检测行走电机的电机转速，并根据电机转速的变化判断机器人是否发生碰撞，由于现有为实现机器人碰撞时可能产生的过流而进行的保护使得在碰撞时瞬间降低行走电机的电机转速，此时只需通过机器人内部的传感设备即可实现对机器人的碰撞检测，使得不需要再额外在机器人中设计外壳及传感器等，有效的降低了机器人结构设计的难度以及成本，解决了现有实现碰撞检测所带来的成本高及设计复杂的问题。

实施例二

请参阅图2，是本发明第二实施例提供的一种机器人碰撞检测方法的流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，该机器人碰撞检测方法包括：

步骤S11，实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速。

其中，本发明的一个实施例中，其实时检测当前工作状态下机器人的电机转速的步骤之后还包括：

一、实时检测工作状态下机器人行走电机的电机电流大小；

二、根据电机电流大小的变化状态判断机器人当前所处位置区域；

三、根据当前所处位置区域相应的调整机器人行走电机的电机电流的限流阈值大小。

其中，该割草机器人实时检测当前工作状态下行走电机的电机转速以及电机电流大小，其中，割草机器人由于行走电机所承受的负载不同，此时相应的电机电流大小不同，例如当割草机器人处于深草区域或泥泞区域时，由于深草区域或泥泞区域中割草机器人所受到的负载阻力大于浅草区域，因此相应的其电机电流会相应的增加，以驱动行走电机工作，此时根据电机电流大小的变化状态，如电机电流在一定的范围内小幅度波动，但其电机电流的大小又大于平常正常工作时的电机电流大小，此时确定割草机器人处于深草区域或泥泞区域。

其由于当前割草机器人处于深草区域或泥泞区域时的电机电流的大小大于正常工作时的电机电流大小，使得可能由于任何割草机器人行进或割草时的电流大于限流阈值时，其限流模块均会触发控制行走电机的电机转速降低，此时使得在深草区域或泥泞区域存在碰撞检测时的误触发。因此，此时相应的根据当前所处位置区域调整机器人行走电机的电机电流的限流阈值大小，使得减少由于割草机器人在不同位置区域进行工作时的电机电流不同而导致在有些位置区域误触发概率高的问题。

其中，需要指出的是，其根据位置区域调整限流阈值中的步骤除可发生在步骤S11之后外，其还可发生在其他步骤之前或之后，在此并不对该步骤的执行顺序进行具体限定，其根据实际操作时的先后顺序进行确定。

其中，本发明的另一个实施例中，其实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速的步骤之后还包括：

一、实时检测当前工作状态下机器人的姿态信息，姿态信息包括航向角、俯仰角及横滚角；

二、根据姿态信息中的俯仰角大小相应的调整机器人行走电机的设定转速大小。

其中，该割草机器人实时检测当前工作状态下的姿态信息，具体的，其可通过设置姿态传感器进行采集检测，其中，该姿态信息包括但不限于航向角、俯仰角及横滚角。此时其割草机器人实时检测当前工作状态下的俯仰角，也即确定是在平地工作还是斜坡工作，其中由于在有倾角的斜坡工作时，由于机器人在斜坡上进行受力分解后，其所受到的力均相应减少，因此其存在发生碰撞时，其电机转速既不小于设定转速的设定比例，又不与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率大于预设变化率，使得机器人判定为未发生碰撞，因此此时相应的根据姿态信息中的俯仰角大小相应的调整机器人行走电机的设定转速大小，如俯仰角越大时，其对应调整的设定转速越小，使得减少由于割草机器人在不同倾角下进行工作时发生碰撞对应的设定转速不同而导致在有些倾角下碰撞时不触发的问题。

其中，同上述需要指出的是，其根据姿态信息调整设定转速中的步骤除可发生在步骤S11之后外，其还可发生在其他步骤之前或之后，在此并不对该步骤的执行顺序进行具体限定，其根据实际操作时的先后顺序进行确定。

步骤S21，判断电机转速是否小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率是否大于预设变化率。

其中，当判断电机转速小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率大于预设变化率时，执行步骤S31。

步骤S31，确定当前机器人发生碰撞。

步骤S41，判断确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间是否大于预设时间；

其中，当判断确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间是否大于预设时间时，执行步骤S51。

其中，在本发明实施例中，由于机器人发生碰撞后存在电机堵转、空转的问题，此时割草机器人存在可能如陷入泥中、持续抵触碰撞障碍物等故障，导致无法正常工作，此时在确定机器人发生碰撞后，其实时检测机器人行走电机的电机转速，并判断电机转速小于转速阈值的持续时间是否大于预设时间，当确定大于预设时间时，则判断出机器人处于上述故障状态，此时需要控制机器人进行脱困；当确定小于预设时间时，则判断出机器人处于正常工作状态，因此继续检测机器人是否发生碰撞。

其中，需要指出的是，该转速阈值大于设定转速的设定比例及发生碰撞时的电机转速。其割草机器人发生碰撞时刻的电机转速由于限流模块的限流作用使得产生突变，从而使得减少至小于设定转速的设定比例或与上一时刻的上一电机转速的变化率大于预设变化率，而恢复后的电机转速要大于该设定转速的设定比例或发生碰撞时的电机转速，只是当割草机器人处于电机堵转或空转时其电机转速依旧小于该转速阈值。

步骤S51，根据当前工作状态控制机器人进行后退或转向，以实现机器人的脱困。

其中，在本发明实施例中，当发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间大于预设时间时，则确定机器人处于上述故障状态，此时根据当前工作状态控制机器人进行对应的后退或转向，其控制可以为转向或者后退中的任意一种，或者控制同时转向与后退，例如当获取到机器人当前工作状态为前进时，则相应的控制机器人进行后退，当获取到机器人当前工作状态为左转或右转时，则相应的控制机器人进行右转或左转，使得实现机器人的脱困。其后续的控制机器人运动时，则相应的避开先前所碰撞的位置，例如，当控制机器人后退，且机器人进行后退运动后，其后续相应的控制机器人前进时进行一定角度的偏转，以使避开先前所碰撞位置。当控制机器人进行转向或者后退后，其所检测的机器人行走电机的电机转速依旧小于阈值转速而使得处于停止状态时，则相应的控制行走电机停止工作，并发送警报信号至与其对应连接的终端，以使用户使用终端获取到报警信号时可相应的对机器人进行脱困。

本发明实施例提供的机器人碰撞检测方法，由于检测行走电机的电机转速，并根据电机转速的变化判断机器人是否发生碰撞，同时根据电机电流大小的变化状态判断所处位置区域，并相应的调整限流阈值，以及根据姿态信息调整设定转速，使得可有效的减少未发生碰撞时误检测到碰撞、以及碰撞发生时未检测到碰撞的问题，同时根据发生碰撞后的电机转速持续时间的判断，可使得在机器人打滑刨坑时有效脱困，解决了现有实现碰撞检测所带来的成本高及设计复杂的问题。

实施例三

请参阅图3，是本发明第三实施例提供的机器人碰撞检测装置的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，该机器人碰撞检测装置包括：

电机转速检测模块11，用于实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速；

电机转速判断模块21，用于判断电机转速是否小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率是否大于预设变化率；

碰撞确定模块31，用于当所述电机转速判断模块21判断出电机转速小于设定转速的设定比例，或与上一时刻所检测的上一电机转速之间的变化率大于预设变化率时，确定当前机器人发生碰撞。

本发明实施例所提供的机器人碰撞检测装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

实施例四

请参阅图4，是本发明第四实施例提供的机器人碰撞检测装置的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其实现原理及产生的技术效果和实施例三相同，为简要描述，本发明实施例未提及之处，可参考实施例三中相应内容。

其区别在于，在本发明的一个实施例中，机器人碰撞检测装置还包括：

电机电流检测模块41，用于实时检测工作状态下机器人行走电机的电机电流大小；

位置区域判断模块51，用于根据电机电流大小的变化状态判断机器人当前所处位置区域；

限流阈值调整模块61，用于根据当前所处位置区域相应的调整机器人行走电机的电机电流的限流阈值大小。

进一步的，在本发明的一个实施例中，机器人碰撞检测装置还包括：

姿态信息检测模块71，用于实时检测当前工作状态下机器人的姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角及横滚角；

设定转速调整模块81，用于根据所述姿态信息中的俯仰角大小相应的调整机器人的设定转速大小。

持续时间判断模块91，用于判断确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间是否大于预设时间；

工作控制模块101，用于当所述持续时间判断模块判断出确定发生碰撞后所检测的电机转速小于转速阈值的持续时间大于预设时间时，根据当前工作状态控制机器人进行后退或转向，以实现机器人的脱困。

本发明实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的机器人碰撞检测方法步骤。所述可读存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

本发明实施例还提供了一种机器人，包括处理器、存储器、以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器运行计算机程序时，机器人执行上述实施例所述的机器人碰撞检测方法。

本发明实施例提供的机器人通过检测行走电机的电机转速，并根据电机转速的变化判断是否发生碰撞，由于现有为实现机器人碰撞时可能产生的过流而进行的保护使得在碰撞时瞬间降低电机转速，此时只需通过其内部的传感设备即可实现对机器人的碰撞检测，使得不需要再额外设计外壳及传感器等，有效的降低了其机器人结构设计的难度以及成本，解决了现有实现碰撞检测所带来的成本高及设计复杂的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元或模块完成，即将存储装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施方式中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

本领域技术人员可以理解，图3或图4中示出的组成结构并不构成对本发明的机器人碰撞检测装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置，而图1-2中的机器人碰撞检测方法亦采用图3及图4中所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置来实现。本发明所称的单元、模块等是指一种能够被所述机器人碰撞检测装置中的处理器(图未示)所执行并功能够完成特定功能的一系列计算机程序，其均可存储于所述机器人碰撞检测装置的存储设备(图未示)内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述方法包括：

实时检测当前工作状态下机器人行走电机的电机转速；

若是，则确定当前机器人发生碰撞。

2.如权利要求1所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

实时检测工作状态下机器人行走电机的电机电流大小；

3.如权利要求1所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.如权利要求1所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.一种机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述装置包括：

6.如权利要求5所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

电机电流检测模块，用于实时检测工作状态下机器人行走电机的电机电流大小；

7.如权利要求5所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.如权利要求5所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

9.一种机器人，其特征在于，包括处理器、存储器、以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时，所述机器人执行权利要求1至4任一项所述的机器人碰撞检测方法。