CN113848933B - 一种清扫机器人的全方位避障方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种清扫机器人的全方位避障方法及装置，其方法包括：实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；本发明能够实现避障时速度变化的平滑又提高了避让的安全性，减少阻滞时间，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种清扫机器人的全方位避障方法及方法，属于环卫设备技术领域。
背景技术
清扫机器人是一种用于路面清洁的高效清扫设备，其广泛应用于商场、居民楼、广场、公园、景区和城区辅道等室内外路面的清扫，尺寸小巧，应用灵活。随着技术的发展，清扫机器人的无人驾驶技术得到普遍应用，为了确保工作安全，清扫机器人具有一定的避障功能，但是，现有避障方法比较简单呆板，还存在避障不够灵活，效率低，避障平顺性差等问题，为了解决上述问题本申请提出了一种清扫机器人的全方位避障方法及装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种清扫机器人的全方位避障方法及装置，可以在工作中自动规避障碍物，同时提高避障时的平稳性和安全性，减少阻滞时间，提高工作效率。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种清扫机器人的全方位避障方法，包括：
实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；
将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；
根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；
根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；
其中，所述通道为以清扫机器人为中心，垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值的多个通道；所述区域为以清扫机器人为中心，沿行进方向上具有不同安全距离阈值的多个区域。
优选的，所述行进距离值、垂直距离值和安全距离阈值均为离清扫机器人本体轮廓的距离值。
优选的，所述通道按照安全距离阈值由小至大包括危险通道、低风险通道、安全通道，所述区域按照安全距离阈值由小至大包括避让区域、避让准备区域、预警区域和安全区域。
优选的，所述确定清扫机器人的实时行进速度包括：
根据障碍物所在通道确定清扫机器人的通道行进速度，所述通道行进速度与垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值大小成正比，比例系数记为k1；
根据障碍物所在区域确定清扫机器人的区域行进速度，所述区域行进速度与沿行进方向上具有不同安全距离阈值大小成正比，比例系数记为k2；
根据通道行进速度和区域行进速度确定实时行进速度Vt：
Vt＝V1*k1*k2
其中，V1为清扫机器人预设的行进速度。
优选的，当检测到至少两个障碍物时，所述清扫机器人的实时行进速度取每个障碍物对应的实时行进速度中的最小值。
优选的，所述执行相应的动作包括：
当障碍物所在的通道为危险通道时，且
障碍物所在的区域为避让区域时，则判断是否等待障碍物离开危险通道，若等待，则清扫机器人驻车并播报避让提醒，若不等待，则清扫机器人根据实时行进速度避让障碍物行进并播报避让提醒；
障碍物所在的区域为避让准备区域时，则清扫机器人根据实时行进速度行进并播报避让提醒；
障碍物所在的区域为预警区域时，则清扫机器人播报避让提醒并正常行进工作；
障碍物所在的区域为安全区域时，则清扫机器人正常行进；
当障碍物所在的通道为低危险通道时，且
若障碍物所在的区域为避让区域或避让准备区域，则清扫机器人根据实时行进速度行进行进并播报避让提醒；
若障碍物所在的区域为预警区域，则清扫机器人播报避让提醒并正常行进；
若障碍物所在的区域为安全区域，则清扫机器人正常行进；
当障碍物所在的通道为安全通道时，清扫机器人正常行进。
优选的，所述判断是否等待障碍物离开危险通道包括：
若t1>t2+t0，则不等待障碍物离开危险通道，若t1≤t2+t0，则等待障碍物离开危险通道；
其中，t1为障碍物离开危险通道的时间，t2为清扫机器人避让障碍物行进的时间，t0为预设的时间阈值。
优选的，所述避让障碍物行进依据优先级分为从障碍物左侧绕行至预设路径、从障碍物右侧绕行至预设路径、后退然后从障碍物左侧绕行至预设工作路径、后退然后从障碍物左侧绕行至预设路径。
优选的，还包括：通过传感器对地形进行检测，当检测到存在地面高度差突变时，将地面高度差突变位置视为障碍物。
第二方面，本发明提供了一种清扫机器人的全方位避障装置，所述装置包括：
距离获取模块，用于实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；
距离分解模块，用于将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；
区域通道模块，用于根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；
控制执行模块，用于根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；
其中，所述通道为以清扫机器人为中心，垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值的多个通道；所述区域为以清扫机器人为中心，沿行进方向上具有不同安全距离阈值的多个区域。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明一种清扫机器人的全方位避障方法及装置，通过获取障碍物垂直行进方向的距离，评估沿此通道行进碰撞的风险，再根据障碍物行进方向距离设定通道的不同区域，分区域执行避让动作，既能实现避障时速度变化的平滑又提高了避让的安全性，减少阻滞时间，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种清扫机器人的全方位避障方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的区域和通道划分示意图；
图3是本发明实施例提供的一种清扫机器人的结构示意图；
图中标记为：
1、线控底盘，11、底盘总成，12、司机室，13、动力电池系统，14、整机控制系统；2、无人驾驶系统，21、传感器集群，22、无人驾驶计算平台，3、箱体总成，4、清扫总成，5、吸尘总成，6、扫水总成。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种清扫机器人的全方位避障方法，包括以下步骤：
步骤1、实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；
步骤2、将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；
步骤3、根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；
通道为以清扫机器人为中心，垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值的多个通道；区域为以清扫机器人为中心，沿行进方向上具有不同安全距离阈值的多个区域；行进距离值、垂直距离值和安全距离阈值均为离清扫机器人本体轮廓的距离值。
如图2所示，通道按照安全距离阈值(W1，W2，W3)由小至大包括危险通道、低风险通道、安全通道，区域按照安全距离阈值(L1，L2，L3，L4)由小至大包括避让区域、避让准备区域、预警区域和安全区域。
步骤4、根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；
(1)确定清扫机器人的实时行进速度包括：
根据障碍物所在通道确定清扫机器人的通道行进速度，通道行进速度与垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值大小成正比，比例系数记为k1；
根据障碍物所在区域确定清扫机器人的区域行进速度，区域行进速度与沿行进方向上具有不同安全距离阈值大小成正比，比例系数记为k2；
根据通道行进速度和区域行进速度确定实时行进速度Vt：
Vt＝V1*k1*k2
其中，V1为清扫机器人预设的行进速度。
当检测到至少两个障碍物时，清扫机器人的实时行进速度取每个障碍物对应的实时行进速度中的最小值。
(2)如表一所示，执行相应的动作包括：
表一：
当障碍物所在的通道为危险通道时，且
障碍物所在的区域为避让区域时，则判断是否等待障碍物离开危险通道，若等待，则清扫机器人驻车并播报避让提醒，若不等待，则清扫机器人根据实时行进速度避让障碍物行进并播报避让提醒；
障碍物所在的区域为避让准备区域时，则清扫机器人根据实时行进速度行进并播报避让提醒；
障碍物所在的区域为预警区域时，则清扫机器人播报避让提醒并正常行进工作；
障碍物所在的区域为安全区域时，则清扫机器人正常行进；
当障碍物所在的通道为低危险通道时，且
若障碍物所在的区域为避让区域或避让准备区域，则清扫机器人根据实时行进速度行进行进并播报避让提醒；
若障碍物所在的区域为预警区域，则清扫机器人播报避让提醒并正常行进；
若障碍物所在的区域为安全区域，则清扫机器人正常行进；
当障碍物所在的通道为安全通道时，清扫机器人正常行进。
优选的，判断是否等待障碍物离开危险通道包括：
若t1>t2+t0，则不等待障碍物离开危险通道，若t1≤t2+t0，则等待障碍物离开危险通道；
其中，t1为障碍物离开危险通道的时间，t2为清扫机器人避让障碍物行进的时间，t0为预设的时间阈值。
其中，避让障碍物行进依据优先级分为从障碍物左侧绕行至预设路径、从障碍物右侧绕行至预设路径、后退然后从障碍物左侧绕行至预设工作路径、后退然后从障碍物左侧绕行至预设路径。通过传感器对地形进行检测，当检测到存在地面高度差突变时，将地面高度差突变位置视为障碍物。
本实施例可以应用于诸多具有自动行走的清扫机器人，如图3所示，该清扫机器人包括：
线控底盘1，是清扫机器人的行走、转向、制动和承载装置；
无人驾驶系统2，基于多传感器集群融合识别计算技术实现建图定位、路径规划、无人驾驶作业等功能。
箱体总成3，设置在线控底盘后上方，内部设置有箱体和风机等，是垃圾吸拾的驱动源和垃圾存放结构。
清扫总成4，设置在线控底盘前方两侧，用于垃圾清扫作业。
吸尘总成5，设置在司机室下方，并与箱体总成连接，用于吸尘作业。
洒水总成6，其水箱设置在司机室下方，其在清扫总成和吸尘总成布置有喷淋降尘口，用于洒水降尘。
线控底盘1，具体包括底盘总成11、司机室12、动力电池系统13、整机控制系统14等，动力电池系统13为清扫机器人提供动力，整机控制系统14与底盘总成11、动力电池系统13等连接，用于控制清扫机器人的行走、转向、制动等动作。
无人驾驶系统2，具体包括传感器集群21和无人驾驶计算平台22，无人驾驶计算平台22与整机控制系统14连接，并通过整机控制系统14执行各项动作。
传感器集群21通过多线激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等多传感器融合进行目标分类识别、轨迹跟踪、建图定位和测量；传感器集群21还包括GPS、惯性测量单元、编码器和角度传感器，其中GPS用于获得清扫机器人的精准坐标数据；惯性测量单元用于获得整车姿态数据；编码器用于获得速度数据；角度传感器用于获得转向角度数据。
无人驾驶计算平台22通过上述清扫机器人的全方位避障方法指挥清扫机器人进行各项功能动作。
实施例二：
本发明实施提供了一种清扫机器人的全方位避障装置，包括：
距离获取模块，用于实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；
距离分解模块，用于将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；
区域通道模块，用于根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；
控制执行模块，用于根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；
其中，通道为以清扫机器人为中心，垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值的多个通道；区域为以清扫机器人为中心，沿行进方向上具有不同安全距离阈值的多个区域。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，包括：
实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；
将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；
根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；
根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；
其中，所述通道为以清扫机器人为中心，垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值的多个通道；所述区域为以清扫机器人为中心，沿行进方向上具有不同安全距离阈值的多个区域；
所述通道按照安全距离阈值由小至大包括危险通道、低风险通道、安全通道，所述区域按照安全距离阈值由小至大包括避让区域、避让准备区域、预警区域和安全区域；
所述执行相应的动作包括：
当障碍物所在的通道为危险通道时，且
障碍物所在的区域为避让区域时，则判断是否等待障碍物离开危险通道，若等待，则清扫机器人驻车并播报避让提醒，若不等待，则清扫机器人根据实时行进速度避让障碍物行进并播报避让提醒；
障碍物所在的区域为避让准备区域时，则清扫机器人根据实时行进速度行进并播报避让提醒；
障碍物所在的区域为预警区域时，则清扫机器人播报避让提醒并正常行进工作；
障碍物所在的区域为安全区域时，则清扫机器人正常行进；
当障碍物所在的通道为低危险通道时，且
若障碍物所在的区域为避让区域或避让准备区域，则清扫机器人根据实时行进速度行进并播报避让提醒；
若障碍物所在的区域为预警区域，则清扫机器人播报避让提醒并正常行进；
若障碍物所在的区域为安全区域，则清扫机器人正常行进；
当障碍物所在的通道为安全通道时，清扫机器人正常行进。
2.根据权利要求1所述的一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，所述行进距离值、垂直距离值和安全距离阈值均为离清扫机器人本体轮廓的距离值。
3.根据权利要求1所述的一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，所述确定清扫机器人的实时行进速度包括：
根据障碍物所在通道确定清扫机器人的通道行进速度，所述通道行进速度与垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值大小成正比，比例系数记为k1；
根据障碍物所在区域确定清扫机器人的区域行进速度，所述区域行进速度与沿行进方向上具有不同安全距离阈值大小成正比，比例系数记为k2；
根据通道行进速度和区域行进速度确定实时行进速度Vt：
Vt＝V1*k1*k2
其中，V1为清扫机器人预设的行进速度。
4.根据权利要求1所述的一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，当检测到至少两个障碍物时，所述清扫机器人的实时行进速度取每个障碍物对应的实时行进速度中的最小值。
5.根据权利要求1所述的一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，所述判断是否等待障碍物离开危险通道包括：
若t1>t2+t0，则不等待障碍物离开危险通道，若t1≤t2+t0，则等待障碍物离开危险通道；
其中，t1为障碍物离开危险通道的时间，t2为清扫机器人避让障碍物行进的时间，t0为预设的时间阈值。
6.根据权利要求1所述的一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，所述避让障碍物行进依据优先级分为从障碍物左侧绕行至预设路径、从障碍物右侧绕行至预设路径、后退然后从障碍物左侧绕行至预设工作路径、后退然后从障碍物左侧绕行至预设路径。
7.根据权利要求1所述的一种清扫机器人的全方位避障方法，其特征在于，还包括：通过传感器对地形进行检测，当检测到存在地面高度差突变时，将地面高度差突变位置视为障碍物。
8.一种清扫机器人的全方位避障装置，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的全方位避障方法，所述装置包括：
距离获取模块，用于实时获取清扫机器人按预设工作路径行进过程中距离障碍物的距离值；
距离分解模块，用于将距离值分解为沿行进方向上的行进距离值和垂直于行进方向上的垂直距离值；
区域通道模块，用于根据行进距离值和垂直距离值确定障碍物所在的区域和通道；
控制执行模块，用于根据障碍物所在的区域和通道确定清扫机器人的实时行进速度并执行相应的动作；
其中，所述通道为以清扫机器人为中心，垂直于行进方向上具有不同安全距离阈值的多个通道；所述区域为以清扫机器人为中心，沿行进方向上具有不同安全距离阈值的多个区域。
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2021
- 2021-10-11 CN CN202111179516.3A patent/CN113848933B/zh active Active
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