CN113876246A - 智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法 - Google Patents

智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及清扫机器人技术领域,尤其为智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其方法包括如下步骤:清扫机器人通过视觉系统对作业环境进行扫描,采集作业环境的环境数据,处理系统获取视觉系统采集的环境数据,随后对初始扫描数据进行滤波处理,得到扫描数据;本发明提出一种机器人机械臂视觉避障的控制方法,具有可以对障碍物进行精确扫描,有利于机器人规避障碍物,避免清扫机器人与障碍物发生碰撞的优点,有效提升了清扫机器人的安全性,解决了现有的避障方法不能准确决策机器人的避障策略,避障稳定性较差,导致清扫机器人容易出现碰撞损坏的问题,进而能够延长清扫机器人的使用寿命。

Description

智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法
技术领域
本发明涉及清扫机器人技术领域,具体为智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法。
背景技术
清扫机器人是智能家用电器的一种,能凭借一定的人工智能,自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式,将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒,从而完成地面清理的功能。
在清扫机器人的导航过程中,经常会出现有障碍物存在的情况,因而机器人的避障对于机器人的正常运作比较重要。通常利用激光雷达实时获取清扫机器人周围的环境信息,激光雷达数据记录了一段时间内激光雷达在各个方向上的障碍物的距离。避障控制器利用激光雷达的数据,判断障碍物是否在机器人的安全区域,进而进行避障。
但是在实际情况中,由于机器人的作业环境的不同,在某些作业环境下,并不能通过雷达数据和安全区域决定是否进行避障。系统判断障碍物距离机器人的距离近,但实际上机器人可能并不会与障碍物碰撞,会迫使机器人立即紧急制动,从而导致导航和作业无法完成,且现有的避障方法不能准确决策机器人的避障策略,避障稳定性较差,导致清扫机器人容易出现碰撞损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其方法包括如下步骤:
(1)作业环境数据采集:清扫机器人通过视觉系统对作业环境进行扫描,采集作业环境的环境数据;
(2)数据信号处理:处理系统获取视觉系统采集的环境数据,随后对初始扫描数据进行滤波处理,得到扫描数据;
(3)清扫机器人定位:通过扫描数据对清扫机器人的扫描点进行定位,得到清扫机器人的定位数据,确定清扫机器人的位置信息;
(4)获取障碍物位置信息:测距传感器检测清扫机器人在运动方向上是否有障碍物,当清扫机器人检测到有障碍物时,通过清扫机器人上的测距传感器获取清扫机器人行进方向上障碍物的参数信息;
(5)障碍物参数检测:通过扫描数据判断障碍物占据的区域,然后根据清扫机器人的位置以及路径规划信息判断是否有碰撞的可能,保证清扫机器人对作业环境全局进行清扫;
(6)确定避障策略:根据障碍物的距离将清扫机器人与障碍物之间分为安全区域、减速区域和制动区域,清扫机器人按照全局最优路径进行移动,直到清扫机器人到达目标点。
优选的,所述步骤(1)中,视觉系统采用激光雷达和测距传感器进行环境数据扫描。
优选的,所述步骤(1)中,环境数据为激光雷达的扫描数据,且扫描数据与障碍物的扫描点对应。
优选的,所述步骤(2)中,滤波处理为滤去初始扫描数据中激光雷达自身的噪点以及外部干扰产生的扫描点。
优选的,所述步骤(3)中,清扫机器人定位包括清扫机器人的路径规划信息。
优选的,所述步骤(3)中,定位数据包括清扫机器人机械臂的长度以及机械臂转动时所需的空间参数。
优选的,所述步骤(4)中,障碍物的参数信息为清扫机器人当前位置与障碍物扫描点之间的距离以及障碍物占据区域的面积。
优选的,所述步骤(5)中,根据障碍物检测将障碍物区分为移动障碍物和一般障碍物,机器人清扫完毕后清扫移动障碍物占据的未清扫区域。
优选的,所述步骤(6)中,根据障碍物扫描点确定清扫机器人向目标点移动的全局最优路径,按照调整后的全局最优路径控制清扫机器人向目标点移动。
优选的,所述步骤(6)中,若障碍物扫描点属于安全区域,不进行制动,若障碍物扫描点属于减速区域,进行减速,若障碍物扫描点属于制动区域,进行制动。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明提出一种机器人机械臂视觉避障的控制方法,具有可以对障碍物进行精确扫描,有利于机器人规避障碍物,避免清扫机器人与障碍物发生碰撞的优点,有效提升了清扫机器人的安全性,解决了现有的避障方法不能准确决策机器人的避障策略,避障稳定性较差,导致清扫机器人容易出现碰撞损坏的问题,进而能够延长清扫机器人的使用寿命。
附图说明
图1为本发明清扫机器人机械臂视觉避障控制方法的流程示意图。
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。
实施例一:
智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其方法包括如下步骤:
(1)作业环境数据采集:清扫机器人通过视觉系统对作业环境进行扫描,采集作业环境的环境数据,视觉系统采用激光雷达和测距传感器进行环境数据扫描,环境数据为激光雷达的扫描数据,且扫描数据与障碍物的扫描点对应,可以检测并记录清扫机器人在各个方向与障碍物之间的距离,判断障碍物是否在机器人的安全区域,进而进行避障;
(2)数据信号处理:处理系统获取视觉系统采集的环境数据,随后对初始扫描数据进行滤波处理,得到扫描数据,滤波处理为滤去初始扫描数据中激光雷达自身的噪点以及外部干扰产生的扫描点,可以防止外部因素影响扫描数据的精确性,提升清扫机器人的避障效果;
(3)清扫机器人定位:通过扫描数据对清扫机器人的扫描点进行定位,得到清扫机器人的定位数据,确定清扫机器人的位置信息;
(4)获取障碍物位置信息:测距传感器检测清扫机器人在运动方向上是否有障碍物,当清扫机器人检测到有障碍物时,通过清扫机器人上的测距传感器获取清扫机器人行进方向上障碍物的参数信息;
(5)障碍物参数检测:通过扫描数据判断障碍物占据的区域,然后根据清扫机器人的位置以及路径规划信息判断是否有碰撞的可能,保证清扫机器人对作业环境全局进行清扫;
(6)确定避障策略:根据障碍物的距离将清扫机器人与障碍物之间分为安全区域、减速区域和制动区域,清扫机器人按照全局最优路径进行移动,直到清扫机器人到达目标点。
实施例二:
智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其方法包括如下步骤:
(1)作业环境数据采集:清扫机器人通过视觉系统对作业环境进行扫描,采集作业环境的环境数据,视觉系统采用激光雷达和测距传感器进行环境数据扫描,环境数据为激光雷达的扫描数据,且扫描数据与障碍物的扫描点对应,可以检测并记录清扫机器人在各个方向与障碍物之间的距离,判断障碍物是否在机器人的安全区域,进而进行避障;
(2)数据信号处理:处理系统获取视觉系统采集的环境数据,随后对初始扫描数据进行滤波处理,得到扫描数据,滤波处理为滤去初始扫描数据中激光雷达自身的噪点以及外部干扰产生的扫描点,可以防止外部因素影响扫描数据的精确性,提升清扫机器人的避障效果;
(3)清扫机器人定位:通过扫描数据对清扫机器人的扫描点进行定位,得到清扫机器人的定位数据,确定清扫机器人的位置信息,清扫机器人定位包括清扫机器人的路径规划信息,定位数据包括清扫机器人机械臂的长度以及机械臂转动时所需的空间参数,可以提升清扫机器人的定位精度,防止清扫机器人的机械臂与障碍物发生碰撞,从而能够增加清扫机器人的安全性;
(4)获取障碍物位置信息:测距传感器检测清扫机器人在运动方向上是否有障碍物,当清扫机器人检测到有障碍物时,通过清扫机器人上的测距传感器获取清扫机器人行进方向上障碍物的参数信息,障碍物的参数信息为清扫机器人当前位置与障碍物扫描点之间的距离以及障碍物占据区域的面积,通过对障碍物的定位以及测量,可以保证机器人精确避让障碍物,避免清扫机器人与障碍物碰撞;
(5)障碍物参数检测:通过扫描数据判断障碍物占据的区域,然后根据清扫机器人的位置以及路径规划信息判断是否有碰撞的可能,保证清扫机器人对作业环境全局进行清扫;
(6)确定避障策略:根据障碍物的距离将清扫机器人与障碍物之间分为安全区域、减速区域和制动区域,清扫机器人按照全局最优路径进行移动,直到清扫机器人到达目标点。
实施例三:
智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其方法包括如下步骤:
(1)作业环境数据采集:清扫机器人通过视觉系统对作业环境进行扫描,采集作业环境的环境数据,视觉系统采用激光雷达和测距传感器进行环境数据扫描,环境数据为激光雷达的扫描数据,且扫描数据与障碍物的扫描点对应,可以检测并记录清扫机器人在各个方向与障碍物之间的距离,判断障碍物是否在机器人的安全区域,进而进行避障;
(2)数据信号处理:处理系统获取视觉系统采集的环境数据,随后对初始扫描数据进行滤波处理,得到扫描数据,滤波处理为滤去初始扫描数据中激光雷达自身的噪点以及外部干扰产生的扫描点,可以防止外部因素影响扫描数据的精确性,提升清扫机器人的避障效果;
(3)清扫机器人定位:通过扫描数据对清扫机器人的扫描点进行定位,得到清扫机器人的定位数据,确定清扫机器人的位置信息,清扫机器人定位包括清扫机器人的路径规划信息,定位数据包括清扫机器人机械臂的长度以及机械臂转动时所需的空间参数,可以提升清扫机器人的定位精度,防止清扫机器人的机械臂与障碍物发生碰撞,从而能够增加清扫机器人的安全性;
(4)获取障碍物位置信息:测距传感器检测清扫机器人在运动方向上是否有障碍物,当清扫机器人检测到有障碍物时,通过清扫机器人上的测距传感器获取清扫机器人行进方向上障碍物的参数信息,障碍物的参数信息为清扫机器人当前位置与障碍物扫描点之间的距离以及障碍物占据区域的面积,通过对障碍物的定位以及测量,可以保证机器人精确避让障碍物,避免清扫机器人与障碍物碰撞;
(5)障碍物参数检测:通过扫描数据判断障碍物占据的区域,然后根据清扫机器人的位置以及路径规划信息判断是否有碰撞的可能,保证清扫机器人对作业环境全局进行清扫,根据障碍物检测将障碍物区分为移动障碍物和一般障碍物,机器人清扫完毕后清扫移动障碍物占据的未清扫区域,可以使清扫机器人规避障碍物占据区域,同时能够防止清扫机器人清扫时存在遗漏区域,保证作业环境保持干净、整洁;
(6)确定避障策略:根据障碍物的距离将清扫机器人与障碍物之间分为安全区域、减速区域和制动区域,清扫机器人按照全局最优路径进行移动,直到清扫机器人到达目标点,根据障碍物扫描点确定清扫机器人向目标点移动的全局最优路径,按照调整后的全局最优路径控制清扫机器人向目标点移动,若障碍物扫描点属于安全区域,不进行制动,若障碍物扫描点属于减速区域,进行减速,若障碍物扫描点属于制动区域,进行制动,可以避免清扫机器人与障碍物发生碰撞,防止清扫机器人因撞击损坏,从而能够延长清扫机器人的使用寿命。
本发明提出一种机器人机械臂视觉避障的控制方法,具有可以对障碍物进行精确扫描,有利于机器人规避障碍物,避免清扫机器人与障碍物发生碰撞的优点,有效提升了清扫机器人的安全性,解决了现有的避障方法不能准确决策机器人的避障策略,避障稳定性较差,导致清扫机器人容易出现碰撞损坏的问题,进而能够延长清扫机器人的使用寿命。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:其方法包括如下步骤:
(1)作业环境数据采集:清扫机器人通过视觉系统对作业环境进行扫描,采集作业环境的环境数据;
(2)数据信号处理:处理系统获取视觉系统采集的环境数据,随后对初始扫描数据进行滤波处理,得到扫描数据;
(3)清扫机器人定位:通过扫描数据对清扫机器人的扫描点进行定位,得到清扫机器人的定位数据,确定清扫机器人的位置信息;
(4)获取障碍物位置信息:测距传感器检测清扫机器人在运动方向上是否有障碍物,当清扫机器人检测到有障碍物时,通过清扫机器人上的测距传感器获取清扫机器人行进方向上障碍物的参数信息;
(5)障碍物参数检测:通过扫描数据判断障碍物占据的区域,然后根据清扫机器人的位置以及路径规划信息判断是否有碰撞的可能,保证清扫机器人对作业环境全局进行清扫;
(6)确定避障策略:根据障碍物的距离将清扫机器人与障碍物之间分为安全区域、减速区域和制动区域,清扫机器人按照全局最优路径进行移动,直到清扫机器人到达目标点。
2.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(1)中,视觉系统采用激光雷达和测距传感器进行环境数据扫描。
3.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(1)中,环境数据为激光雷达的扫描数据,且扫描数据与障碍物的扫描点对应。
4.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(2)中,滤波处理为滤去初始扫描数据中激光雷达自身的噪点以及外部干扰产生的扫描点。
5.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中,清扫机器人定位包括清扫机器人的路径规划信息。
6.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中,定位数据包括清扫机器人机械臂的长度以及机械臂转动时所需的空间参数。
7.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(4)中,障碍物的参数信息为清扫机器人当前位置与障碍物扫描点之间的距离以及障碍物占据区域的面积。
8.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(5)中,根据障碍物检测将障碍物区分为移动障碍物和一般障碍物,机器人清扫完毕后清扫移动障碍物占据的未清扫区域。
9.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(6)中,根据障碍物扫描点确定清扫机器人向目标点移动的全局最优路径,按照调整后的全局最优路径控制清扫机器人向目标点移动。
10.根据权利要求1所述的智能化清扫机器人机械臂视觉避障的控制方法,其特征在于:所述步骤(6)中,若障碍物扫描点属于安全区域,不进行制动,若障碍物扫描点属于减速区域,进行减速,若障碍物扫描点属于制动区域,进行制动。
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