CN112486080A - 一种户外机器人及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种户外机器人的控制方法，所述户外机器人包括执行装置及驱动执行装置执行工作任务的执行电机，获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；计算所述负载的变化率参数；判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动执行装置的运行，该控制方法能够及时、准确地检测出执行装置是否触碰到生命体等障碍物，并在触碰到障碍物时及时控制执行装置的运行，能够提高障碍物检测准确率，提高了户外机器人的安全和工作效率。

Description

一种户外机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及机器人自动控制领域，具体涉及一种户外机器人及其控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，各种领域的自移动设备为人们所熟知，由于自移动设备可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。家居产品上的应用如园艺机器人、清洁机器人、除雪机器人等，这些机器人极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。
目前，户外机器人的应用已十分普及，户外机器人在工作区域执行工作任务时，通过运行的执行装置执行工作任务，而如果生命体触碰到高速运行的执行装置，会对生命体造成伤害。例如，用户家的智能割草机在花园内执行割草任务时，儿童或者小动物等生命体在花园内玩耍时触碰到正在运行的切割装置，则切割装置会对儿童或小动物造成伤害，因此，如何降低户外机器人的执行装置对生命体的伤害等是亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够及时、准确的判断执行装置是否触碰到生命体等障碍物的户外机器人及其控制方法，该户外机器人的运行更加可靠、安全。
有鉴于此，本发明提供一种户外机器人的控制方法，所述户外机器人包括执行装置及驱动执行装置执行工作任务的执行电机，所述控制方法包括以下步骤：
获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
基于所述负载参数，获取所述负载的变化率参数；
判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述制动执行装置包括减小或停止执行电机的速度输出或能量输出。
在一个具体的实施例中，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。
在一个具体的实施例中，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速，判断所述执行电机转速下降的变化率大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数包括：获取第一时间点的第一负载参数，及获取预设间隔时间后的第二时间点的第二负载参数；基于第一负载参数与第二负载参数的差值获取执行电机负载的变化率参数。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间范围为0.1-10s。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间为0.5s。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人还包括移动装置及用于驱动移动装置移动的驱动电机，所述控制方法还包括步骤：判断所述执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述移动装置。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人包括智能割草机，所述执行装置包括切割装置，所述执行电机包括切割电机。
相应地，本发明还提出了一种户外机器人，所述户外机器人包括：壳体；安装于壳体上的移动装置，用于带动户外机器人移动；安装于壳体上的执行装置及执行电机，所述执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务；所述户外机器人还包括控制装置，所述控制装置用于控制执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务，及用于控制移动装置带动户外机器人移动，所述控制装置还用于：
获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
基于所述负载参数，获取所述负载的变化率参数；
判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则所述执行装置被制动。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述制动执行装置包括减小或停止执行电机的速度输出或能量输出。
在一个具体的实施例中，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。
在一个具体的实施例中，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速，判断所述执行电机转速下降的变化率大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数包括：获取第一时间点的第一负载参数，及获取预设间隔时间后的第二时间点的第二负载参数；基于第一负载参数与第二负载参数的差值获取执行电机负载的变化率参数。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间范围为0.1-10s。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间为0.5s。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人还包括移动装置及用于驱动移动装置移动的驱动电机，所述控制方法还包括步骤：判断所述执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述移动装置。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人包括智能割草机，所述执行装置包括切割装置，所述执行电机包括切割电机。
本发明还提出了一种户外机器人的控制方法，所述户外机器人包括执行装置及驱动执行装置执行工作任务的执行电机，所述控制方法包括以下步骤：
检测户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
若检测结果表征所述负载在上升方向突变，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，基于所述检测的负载参数，获取负载的变化率参数，判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则所述检测结果表征所述负载在上升方向突变。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述制动执行装置包括减小或停止执行电机的速度输出或能量输出。
在一个具体的实施例中，所述负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。
在一个具体的实施例中，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速，判断所述执行电机转速下降的变化率大于等于预设阈值，则减小或停止执行电机的速度或能量输出。
在一个具体的实施例中，所述获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数包括：获取第一时间点的第一负载参数，及获取预设间隔时间后的第二时间点的第二负载参数；基于第一负载参数与第二负载参数的差值获取执行电机负载的变化率参数。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间为0.5s。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人还包括移动装置及用于驱动移动装置移动的驱动电机，所述控制方法还包括步骤：判断所述执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述移动装置。
相应地，本发明还提出了一种户外机器人，所述户外机器人包括：壳体；安装于壳体上的移动装置，用于带动户外机器人移动；安装于壳体上的执行装置及执行电机，所述执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务；所述户外机器人还包括控制装置，所述控制装置用于控制执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务，及用于控制移动装置带动户外机器人移动，其特征在于，所述控制装置还用于：
检测户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
若检测结果表征所述负载在上升方向突变，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，基于所述检测的负载参数，获取负载的变化率参数，判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则所述检测结果表征所述负载在上升方向突变。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
在一个具体的实施例中，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
在一个具体的实施例中，所述制动执行装置包括减小或停止执行电机的速度输出或能量输出。
在一个具体的实施例中，所述负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。
在一个具体的实施例中，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速，判断所述执行电机转速下降的变化率大于等于预设阈值，则减小或停止执行电机的速度或能量输出。
在一个具体的实施例中，所述获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数包括：获取第一时间点的第一负载参数，及获取预设间隔时间后的第二时间点的第二负载参数；基于第一负载参数与第二负载参数的差值获取执行电机负载的变化率参数。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
在一个具体的实施例中，所述预设间隔时间为0.5s。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人还包括移动装置及用于驱动移动装置移动的驱动电机，所述控制方法还包括步骤：判断所述执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述移动装置。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人还包括与移动装置连接用于驱动移动装置移动的驱动电机，若所述检测结果表征所述负载在上升方向突变，则所述移动装置被制动。
在一个具体的实施例中，所述户外机器人包括智能割草机，所述执行装置包括切割装置，所述执行电机包括切割电机。
根据本发明实施例提供的户外机器人及其控制方法，通过获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数，基于执行电机的负载参数获取执行电机的负载变化率参数，判断负载的变化率参数与预设阈值范围的关系，以此来制动执行装置的运行，该控制方法能够及时、准确地检测出执行装置是否触碰到生命体等障碍物，提高了户外机器人的安全和工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的户外机器人的结构示意图。
图2为本发明实施例中的户外机器人在工作区域内工作触碰到儿童时的示意图。
图3为本发明实施例中的户外机器人的控制方法流程图。
图4为本发明一实施例中执行电机运转过程中，执行电机的转速与转速变化率对应关系示意图。
图5为本发明另一实施例中执行电机运行过程中，执行电机的平均电流与平均电流变化率对应关系示意图。
图6为本发明又一实施例中的户外机器人的控制方法流程图。
图7为本发明再一实施例中的户外机器人的控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例中提供的户外机器人用以智能化的执行作业任务，将用户从费时费力的繁琐工作中解放出来。户外机器人可以是园艺机器人，例如为智能割草机或者落叶收集机器人，也可以是智能打草机、智能修枝机、智能剪草机等园艺机器人，还可以是智能扫雪机等其他类型的户外机器人。
如图1所示，本实施例中的户外机器人100包括壳体10，安装于壳体10上的用于带动户外机器人移动的移动装置20，及驱动移动装置运行的驱动电机(图未示)，该移动装置20可以是安装在壳体两侧支撑壳体移动的轮式结构，也可以是履带结构，只要能带动该户外机器人移动即可，壳体10上还安装有用于执行工作任务的执行装置30，及驱动执行装置运行的执行电机40，同时，该户外机器人100还包括控制装置(图未示)，控制装置与执行电机40、驱动电机等电连接，具体地，控制装置用于控制执行电机40的运行，以驱动执行装置30执行工作任务，还可用于控制驱动电机的运行，以驱动移动装置20带动户外机器人100移动。以户外机器人100为智能割草机为例，执行装置30为执行切割任务的切割装置，切割装置上设置有至少一组刀片，在执行电机40，例如切割电机的驱动下，旋转的刀片与杂草接触，以修剪草坪内的杂草。可理解的是，当户外机器人为智能扫雪机时，执行装置可以是执行除雪任务的除雪装置，例如除雪装置可以是螺旋式集雪装置，例如搅笼，扫雪刷等，在执行电机，即除雪电机的驱动下，搅笼，扫雪刷等运转以清除路面的积雪。
如图2所示，智能割草机在工作区域内移动并工作时，通过运转的切割装置修剪草坪内的杂草，当正在工作区域内玩耍的儿童的脚50触碰到高速运转的切割装置30上的刀片，则会造成对儿童的伤害，而本发明实施例提供了一种户外机器人的控制方法，能够及时、准确地检测到是否有儿童等物体触碰到执行装置，且在检测到有物体触碰到执行装置时，快速制动执行装置的运行，降低对儿童等生命体的伤害。
本发明第一实施例提供了一种户外机器人的控制方法，该方法可以由户外机器人中的控制装置执行，如图3所示，该控制方法包括如下步骤：
S1，获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
本实施例中的执行电机的负载参数可以包括执行电机的转速，也可以包括执行电机的电流，执行电机的扭矩等，可理解的是，任何能够表征执行电机负载的参数都是可行的。其中，在户外机器人运行到第一时间点时获取执行电机的第一负载参数L1，运行到预设间隔时间t后的第二时间点时，获取执行电机的第二负载参数L2，根据第一负载参数L1与第二负载参数L2的关系，获取负载的变化率参数，并判断负载的变化率参数与预设阈值范围的关系，若负载的变化率参数符合触发条件(触发条件的说明下文会具体介绍)，则制动执行装置的运行，例如通过减小或停止执行电机的速度输出或能量输出的方式使执行装置的运行速度减慢或者停止运行，若不符合触发条件，则继续在第一时间点的相邻时间点，即第三时间点获取执行电机的第三负载参数L3，在第三时间点的预设间隔时间t后的第四时间点，获取执行电机的第四负载参数L4，继续判断负载的变化率参数与预设阈值范围的关系，若负载的变化率参数符合触发条件，则制动执行装置的运行，若仍不符合触发条件，则以此类推，继续获得执行电机的第n负载参数Ln，预设间隔时间t后，获取执行电机的第n+1负载参数Ln+1，继续判断负载的变化率参数与预设阈值范围的关系，若负载的变化率参数符合触发条件，则快速制动执行装置的运行，从而减少执行装置对物体的伤害，若不符合触发条件，则继续获得负载参数，直至执行电机完成工作任务。其中，控制预设间隔时间t的范围为0.1-10s，在一个具体的实施例中，预设间隔时间t的范围为0.1-2s，更具体地，预设间隔时间可以为0.5s，本发明实施例中的该预设间隔时间t的范围恰当合理，不会因间隔时间短，控制装置的检测过于灵敏，容易导致误判断的问题，也不会因间隔时间长，检测过程迟钝，发生控制装置不能及时检测出异常负载，造成对生命体的损害的问题，也就是说，本实施例中的预设间隔时间的设置使得控制装置能够及时、准确地检测出异常，及时对户外机器人进行控制，减少对生命体的损伤。
S2，基于所述负载参数，获取所述负载的变化率参数；
获取到第一负载参数L1、第二负载参数L2后，根据第一负载参数L1与第二负载参数L2的差值获取负载的变化率参数，负载的变化率参数可通过多种方式来表征，可理解的，因为预设间隔时间t是固定的，在本实施例中，可以通过获取负载参数在预设间隔时间t内的变化量的手段来表征负载的变化率，也就是说，负载的变化率参数为负载参数在预设间隔时间内的变化量。在一个具体的实施例中，具体方法可以是将前一时间点的负载参数减去后一时间点的负载参数，例如将第一负载参数L1减去第二负载参数L2计算差值d1，差值d1即可作为负载的变化率参数，判断差值d1与预设阈值范围的关系，若符合触发条件，则制动执行装置的运行，若不符合触发条件，则获取到第三负载参数L3，第四负载参数L4后，继续将第三负载参数L3减去第四负载参数L4计算差值d2，继续判断负载的变化率参数d2与预设阈值范围的关系，若符合触发条件，则制动执行装置的运行，若仍不符合触发条件，则继续获取并计算第n负载参数Ln与第n+1负载参数Ln+1的差值，若差值符合触发条件，则减小或停止执行电机的速度输出或能量输出，以快速制动执行装置的运行，从而减少执行装置对物体的伤害，若不符合触发条件，则继续获取负载参数并计算负载参数的差值来获取负载的变化率参数，直至执行电机完成工作任务。在另一实施例中，负载的变化率参数也可以通过计算负载参数的一阶或多阶导数的方式来表征，以一阶导数为例，也就是通过负载参数变化与预设间隔时间t的比值来表征负载的变化率参数，即可以用负载参数与时间形成的坐标系中的斜率值来表征，例如将第一时间点的负载参数L1与第二时间点的负载参数L2相减后除以预设间隔时间t得到除数值k1，k1即可作为负载的变化率参数，判断k1与预设阈值范围的关系，若符合触发条件，则制动执行装置的运行，若不符合触发条件，则继续获取负载参数并采取相同方法计算负载的变化率参数kn，并判断负载的变化率参数kn与预设阈值范围的关系，直至执行装置完成工作任务。本发明实施例中通过获取负载的变化率参数的方法能够更准确地反映出执行电机的实际工况，并根据实际工况更准确地检测出异常负载，提高户外机器人的安全性。
在另一实施例中，步骤S2中，也可以利用将后一时间点的负载参数减去前一时间点的负载参数形成差值的方法来计算负载的变化率参数。例如将第二负载参数L2减去第一负载参数L1计算差值d1’，判断d1’与预设阈值范围的关系，若符合触发条件，则制动执行装置，若不符合触发条件，则继续获取负载参数并继续利用将后一时间点的负载参数减去前一时间点的负载参数形成差值的方法来计算负载的变化率参数，直至执行装置被制动或者执行装置完成工作任务。可理解的，在采用负载参数在预设间隔时间内的变化量来表征负载的变化率的实施例中，不管是采用将前一时间点减去后一时间点的负载参数，还是采用后一时间点减去前一时间点的负载参数形成差值来获取负载的变化率参数的方法，负载参数的变化量值都是正值，因此，表征的负载的变化率的数值大小和方向都是相同的。而在采用负载参数的一阶或多阶导数来表征负载的变化率的实施例中，采用后一时间点的负载参数减去前一时间点的负载参数形成差值计算得到的负载的变化率与上面实施例中将前一时间点减去后一时间点的负载参数形成差值计算得到的负载的变化率的数值相同，而方向相反，因此，触发条件中的超过预设阈值范围的情况也相应为负载的变化率参数大于等于预设阈值，或者小于等于预设阈值。
为了方便后续判定，本发明实施例中还可以将计算出的负载的变化率参数放大预定倍数后，再进行判断。
S3，判断负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动执行装置。
可理解地，可以通过实验测得表征生命体的物体触碰到执行装置时执行电机的负载参数大小等数据，并根据实验结果设置预设阈值范围，并在控制装置内部设置触发条件，该触发条件与负载的变化率参数和预设阈值范围相关，例如触发条件为执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，也即，一种方式中，触发条件为负载参数在预设间隔时间内的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，当执行电机运行过程中，获取的负载参数的变化量符合触发条件时，则控制装置制动执行装置的运行。另一种方式中，触发条件为负载参数的一阶或多阶导数表征负载增大，且负载参数的一阶或多阶导数超过预设阈值范围，当执行电机运行过程中，获取的负载参数的一阶或多阶导数符合预设条件，则制动执行装置的运行。其中，可理解的，执行装置运行过程中，若触碰到生命体等障碍物时，执行装置要处理的负载远大于正常工作时的负载，此时，执行装置的负载必然增大，因此，将触发条件设置为执行电机的负载的变化率参数表征负载增大是能够判断执行装置触碰到障碍物的其中一个条件。
控制装置减小或停止执行电机的速度输出或能量输出的手段包括但不限于控制装置控制停止执行电机的能量输出或者降低执行电机的能量输出以制动执行电机的运行最终制动执行装置的运行，或者停止执行电机的速度输出、或者降低执行电机的速度输出以制动执行装置的运行，或者中断离合器与执行装置的接合来中断执行电机的速度或能量输出，以制动执行装置的运行，最终使得执行装置的运转速度减小或停止运转，以降低对生命体的伤害。
可理解的是，对于户外机器人来说，对于不同的工况，执行装置执行的负载是不同的，负载不同，预设阈值范围或者触发条件也是不同的，具体地，预设阈值范围或者触发条件都是根据当前负载确定的。
上述控制方法，以户外机器人为智能割草机，以负载参数为切割电机的转速为例，如图4所示，当智能割草机启动时，控制装置启动执行电机的运行，为了实现执行装置达到正常工作的状态，在启动的一段时间内，执行电机的转速是快速上升的，当转速达到正常运转的速度时，执行装置得到正常启动，执行装置正常运转时，执行电机的转速基本是不变的。步骤S1中，利用转速检测装置获取执行电机的转速，例如利用电流检测电路获取执行电机的电流以计算执行电机运行过程中的转速，即获取第一时间点t1的第一转速V1，以及预设间隔时间t后的第二时间点t2的第二转速V2，步骤S2中，计算第一转速V1与第二转速V2的差值计算转速在预设间隔时间内的变化量来表征转速的变化率，步骤S3中，判断转速变化率与预设阈值范围的关系，若转速变化率符合触发条件，即转速变化率表征负载增大，且转速变化率超过预设阈值范围，则制动切割装置的运行，具体地，若步骤S2中计算转速变化率的方法为将第一转速V1与第二转速V2相减来获得差值来表征转速变化率的方法，则在步骤S3中，触发条件为转速下降表征负载增大，且转速下降变化率大于等于预设阈值，则制动该切割装置，若转速下降变化率符合触发条件，则控制装置制动该切割装置的运行，若不符合触发条件，则继续获取第三时间点t3的第三转速V3，及预设间隔时间t后的第四时间点的第四转速V4，并计算第三转速V3与第四转速V4的差值来计算转速下降变化率，判断转速下降变化率是否符合触发条件，若符合，则制动切割装置的运行，若不符合，则继续重复步骤S1至S3，获取第n时间点的第n转速Vn，预设间隔时间t后的第n+1时间点的第n+1转速Vn+1，计算Vn与Vn+1的差值来判断转速下降变化率是否符合触发条件，直至执行装置被制动或者执行装置完成工作任务。可理解的是，在另一实施例中，步骤S2中，也可以是将第二转速V2与第一转速V1相减获得差值的方法来计算转速变化率。
具体地，在切割装置的快速启动阶段，利用上述方法获取的转速变化率能够判断出切割电机的转速是上升的，而转速上升则表征执行装置的负载并没有增大，此时可判断切割电机的转速变化率不符合触发条件，控制装置继续获取转速，并计算转速变化率，在切割装置正常切割草坪时，切割装置的转速基本上是平稳不变的，因此，利用上述方法获取的转速变化率能够判断出切割电机的转速是基本不变的，而转速不变可表征执行装置的负载并没有增大，此时，可判断切割装置并没有触碰到生命体等障碍物，控制装置继续获取负载参数，当有儿童等生命体触碰到切割装置时，也就是切割装置触碰到异常负载时，切割装置的转速是急速下降的，因此，通过上述方法获取转速变化率能够判断出转速是下降的，转速下降表征负载增大，且转速下降变化率大于等于预设阈值，例如，图4中在tn+1时刻检测出转速下降变化率大于等于预设阈值△V，此时，即可判断切割装置触碰到生命体等障碍物，此时控制装置制动切割装置的运行，减小对儿童等生命体的损伤。进一步地，还可以制动移动装置的运行，防止运行的移动装置进一步碾压儿童等情况发生。
在本发明的另一实施例中，也可以采用执行电机的电流作为执行电机的负载参数，以执行电机的电流变化率参数来作为判断执行装置是否触碰到生命体等障碍物的依据。
以户外机器人为智能割草机，以负载参数为切割电机的电流为例，可理解的是，为方便计算，以执行电机的平均电流计算负载的变化率参数，具体方法为，利用电流采集电路采集到切割电机运转到某一时刻的n个运行电流值I1…In，再通过控制装置计算n个运行电流值的平均电流值，例如，获取t1时间点前后一定时间内的多个运行电流值，对该多个电流值进行平均计算，例如利用积分算法计算出t1时刻的平均电流值
Figure BDA0002201454600000131
同样，获取预设间隔时间后的t2时间点前后一定时间内的多个运行电流值，利用积分算法计算出t2时刻的平均电流值
Figure BDA0002201454600000141
下文中介绍的控制方法中的电流均为平均电流，具体获得某一时刻的平均电流值的方法下文不再介绍，步骤S1中，获取第一时间点t1的第一平均电流
Figure BDA0002201454600000142
以及预设间隔时间t后的第二时间点t2的第二平均电流
Figure BDA0002201454600000143
步骤S2中，通过计算第一平均电流
Figure BDA0002201454600000144
与第二平均电流
Figure BDA0002201454600000145
的差值来表征平均电流变化率，即步骤S2种，通过计算平均电流在预设间隔时间内的变化量来表征平均电流变化率，步骤S3中，判断平均电流变化率与预设阈值范围的关系，若平均电流变化率符合触发条件，即平均电流变化率表征负载增大，且平均电流变化率超过预设阈值范围，则制动切割装置的运行，具体地，当切割装置触碰到生命体等障碍物时，执行电机的平均电流是上升的，因此，将触发条件设置为平均电流上升表征负载增大，且平均电流上升变化率大于等于预设阈值，若平均电流上升变化率符合触发条件，则控制装置制动切割装置的运行，若不符合触发条件，则继续重复步骤S1至S3，获取第n时间点的第n平均电流
Figure BDA0002201454600000146
预设间隔时间t后的第n+1时间点的第n+1平均电流
Figure BDA0002201454600000147
计算
Figure BDA0002201454600000148
与
Figure BDA0002201454600000149
的差值来判断平均电流上升变化率是否符合触发条件，直至执行装置被制动或者执行装置完成工作任务。可理解的是，步骤S2中，可以是将第一平均电流与第二平均电流相减获得差值的方法来计算平均电流变化率，也可以是将第二平均电流
Figure BDA00022014546000001410
与第一平均电流
Figure BDA00022014546000001411
相减获得差值的方法来计算平均电流变化率。
如图5所示，在切割装置启动时，电流是最大的，此后逐步平稳，因此在启动阶段，利用上述方法获取的电流平均值变化率能够判断出切割电机的电流平均值是下降的，而平均电流值下降则表征切割装置的负载并没有增大，此时可判断切割电机的平均电流变化率不符合触发条件，控制装置继续获取平均电流，并计算平均电流变化率，在切割装置正常切割草坪时，切割装置的平均电流基本上是平稳不变的，因此，利用上述方法获取的平均电流变化率能够判断出切割电机的平均电流是基本不变的，而平均电流不变可表征执行装置的负载并没有增大，此时，可判断切割装置并没有触碰到生命体等障碍物，此时，控制装置继续获取平均电流，当有儿童等生命体触碰到切割装置时，也就是切割装置触碰到异常负载时，切割装置的平均电流是急速上升的，因此，通过上述方法获取平均电流变化率能够判断出平均电流是陡然上升的，电流上升表征负载增大，且平均电流上升变化率大于等于预设阈值，此时，即可检测出切割装置触碰到生命体等障碍物，例如，图5中的tn+1时刻检测出平均电流上升变化率大于等于预设阈值△
Figure BDA0002201454600000151
此时控制装置减小或停止切割电机的速度或能量输出，以制动切割装置的运行，减小对儿童等生命体的损伤。进一步地，还可以控制减小或停止驱动电机的速度或能量输出，以制动移动装置的运行，防止运行的移动装置进一步碾压儿童等情况发生。
可理解的，也可以采用平均电流值的一阶或多阶导数的方法来表征平均电流的变化率，原理与上述各实施例相似，不再赘述。
如图6所示，提供了一种本发明的又一实施例，与上述实施例的区别在于，步骤S2后可以进一步包括如下步骤S3’：
判断执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则会制动移动装置的运行。也就是说，当检测到生命体等障碍物触碰到执行装置时，控制装置通过减小或停止驱动电机的速度输出或能量输出的手段制动移动装置的运行，防止移动装置继续移动时进一步伤害到触碰到执行装置的生命体。其中，具体减小或停止驱动电机的速度输出或能量输出的手段与上面实施例中减小或停止执行电机的速度输出或能量输出的手段相似，不再赘述。可理解的是，步骤S3’可以与步骤S3同时发生，也可以先执行步骤S3，再执行步骤S3’，即，当执行电机的负载的变化率参数符合触发条件时，控制装置同时制动执行装置和移动装置的运行，或者控制装置可以先制动执行装置的运行，再制动移动装置的运行。
如图7所示，本发明再一实施例中提出了一种户外机器人的控制方法，该户外机器人的结构与上述各实施例相似，不再赘述，其中，该户外机器人的控制方法包括以下步骤：
S10：检测户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
S20：若检测结果表征负载在上升方向突变，则制动执行装置。
其中，步骤S10与上述实施例中步骤S1中介绍的获取负载参数的方法相同，均是获取第一时间点的第一负载参数，及获取预设间隔时间t后的第二时间点的第二负载参数，接下来基于检测的负载参数，获取负载的变化率参数，获取负载的变化率参数的方法与上述实施例中步骤S2的方法相同，步骤S20中，若负载的变化率表征负载突然增大，即负载在上升方向突变，则制动执行装置的运行。
执行电机的负载的种类，负载的变化率参数的表征形式均与上述各实施例相同。例如，负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。负载的变化率参数例如通过负载参数的一阶或多阶导数来表征，若负载参数的一阶或多阶导数表征负载增大，且超过预设阈值范围，则制动执行装置。也可以通过负载参数在预设间隔时间内的变化量来表征，若负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则执行装置被制动。
可理解地，获取负载参数的方法，获取负载的变化率参数的方法，制动执行装置的方法，制动移动装置的方法，预设间隔时间范围的选取等各实施方式均与上述实施例相同，不再赘述。
根据本发明实施例提供的户外机器人的执行电机的控制方法，通过实时地获取执行电机的负载参数及获取预设间隔时间的负载参数，以此获取负载的变化率参数，通过负载的变化率参数更准确地反映出执行电机是否触碰到障碍物，例如儿童的手臂等障碍物，并在检测到触碰到生命体等障碍物时，制动执行装置的运行，降低对生命体伤害的同时，还可以提高户外机器人的工作效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (25)

1.一种户外机器人的控制方法，所述户外机器人包括执行装置及驱动执行装置执行工作任务的执行电机，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
基于所述负载参数，获取所述负载的变化率参数；
判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述执行装置。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述制动执行装置包括减小或停止执行电机的速度输出或能量输出。
5.根据权利要求1-3任一项所述的控制方法，其特征在于，所述执行电机的负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数包括：获取第一时间点的第一负载参数，及获取预设间隔时间后的第二时间点的第二负载参数；基于第一负载参数与第二负载参数的差值获取执行电机负载的变化率参数。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述预设间隔时间范围为0.1-10s。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述户外机器人还包括移动装置及用于驱动移动装置移动的驱动电机，所述控制方法还包括步骤：判断所述执行电机的负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则制动所述移动装置。
10.一种户外机器人，所述户外机器人包括：
壳体；
安装于壳体上的移动装置，用于带动户外机器人移动；
安装于壳体上的执行装置及执行电机，所述执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务；
所述户外机器人还包括控制装置，所述控制装置用于控制执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务，及用于控制移动装置带动户外机器人移动，其特征在于，所述控制装置还用于：
获取户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
基于所述负载参数，获取所述负载的变化率参数；
判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则所述执行装置被制动。
11.根据权利要求10所述的户外机器人，其特征在于，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
12.根据权利要求10所述的户外机器人，其特征在于，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
13.根据权利要求12所述的户外机器人，其特征在于，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
14.根据权利要求10所述的户外机器人，其特征在于，所述户外机器人包括智能割草机，所述执行装置包括切割装置，所述执行电机包括切割电机。
15.一种户外机器人的控制方法，所述户外机器人包括执行装置及驱动执行装置执行工作任务的执行电机，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
检测户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
若检测结果表征所述负载在上升方向突变，则制动所述执行装置。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，基于所述检测的负载参数，获取负载的变化率参数，判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则所述检测结果表征所述负载在上升方向突变。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述负载的变化率参数包括所述负载参数的一阶或多阶导数。
18.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述负载的变化率参数包括所述负载参数在预设间隔时间内的变化量，判断所述负载参数的变化量表征负载增大，且负载参数在预设间隔时间内的变化量大于等于预设阈值，则制动所述执行装置。
19.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述制动执行装置包括减小或停止执行电机的速度输出或能量输出。
20.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述负载参数包括执行电机的转速、执行电机的电流，执行电机的扭矩的至少一种。
21.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述预设间隔时间范围为0.1-2s。
22.一种户外机器人，所述户外机器人包括：
壳体；
安装于壳体上的移动装置，用于带动户外机器人移动；
安装于壳体上的执行装置及执行电机，所述执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务；
所述户外机器人还包括控制装置，所述控制装置用于控制执行电机运行以驱动执行装置执行工作任务，及用于控制移动装置带动户外机器人移动，其特征在于，所述控制装置还用于：
检测户外机器人运行过程中执行电机的负载参数；
若检测结果表征所述负载在上升方向突变，则制动所述执行装置。
23.根据权利要求22所述的户外机器人，其特征在于，基于所述检测的负载参数，获取负载的变化率参数，判断所述负载的变化率参数表征负载增大，且负载的变化率参数超过预设阈值范围，则所述检测结果表征所述负载在上升方向突变。
24.根据权利要求22所述的户外机器人，其特征在于，所述户外机器人还包括与移动装置连接用于驱动移动装置移动的驱动电机，若所述检测结果表征所述负载在上升方向突变，则所述移动装置被制动。
25.根据权利要求22所述的户外机器人，其特征在于，所述户外机器人包括智能割草机，所述执行装置包括切割装置，所述执行电机包括切割电机。
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