CN114137968A - 一种避障方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避障方法、装置、设备及存储介质，该方法应用于机器人，包括：获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；根据第一距离以及单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。本方案缩小了机器人的检测盲区，能够在成本最低化的条件下准确检测低矮障碍物，提高机器人避障能力，防止机器人压脚现象发生。

Description

一种避障方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种避障方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着机器人应用场景的日益复杂化，对于机器人的避障要求也变得越来越高。鉴于机器人主要的物体检测传感器安装位置和自身盲区特性，机器人对底部的近距离障碍物的探测能力变得越来越重要，例如突然扔过来的瓶子、突然伸出的人脚等障碍物。

目前机器人避障常用的传感器包括单线激光雷达、超声波雷达、红外、可见光相机、深度相机等，每种传感器都有其特点和优势，但对于低矮障碍物的检测及避障能力均不足，计算复杂度较大，存在机器人压脚的可能性较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种避障方法、装置、设备及存储介质，能够提高机器人避障能力，防止机器人压脚现象发生。

第一方面，本发明实施例提供了一种避障方法，应用于机器人，该方法包括：

获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；

根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

第二方面，本发明实施例提供了一种避障装置，部署于机器人，该装置包括：

距离检测模块，用于获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；

避障模块，用于根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

第三方面，本发明实施例提供了一种设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任意实施例所述的避障方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明任意实施例所述的避障方法。

本发明通过单点激光传感器来检测机器人与周围环境的距离信息，根据距离信息以及机器人上单点激光传感器的布局，确定机器人避开目标障碍物的安全方向，为机器人避障轨迹规划做好准备。本方案缩小了机器人的检测盲区，能够在成本最低化的条件下准确检测低矮障碍物，提高机器人避障能力，防止机器人压脚现象发生。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种避障方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的TOF单点激光传感器布局俯视图；

图3为本发明实施例一提供的TOF单点激光传感器测距示例图；

图4为本发明实施例二提供的一种避障方法的流程图；

图5为本发明实施例三提供的一种避障装置的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种避障方法的流程图，本实施例可适用于机器人对障碍物进行避障的情况，该方法应用于机器人，可由一种避障装置来执行。该方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离。

本实施例不对单点激光传感器的选型进行限制，机器人在检测到障碍物之前，将单点激光传感器所检测到的距离信息定义为第一距离。优选的，采用TOF (Time ofFlight，飞行时间)单点激光传感器，TOF单点激光传感器是在合适的FOV(Field of View，视场角)范围内，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来计算物体距离。FOV大约为±12°。TOF单点激光传感器利用激光定向性强这一特性，探测空间分辨率较高。

TOF单点激光传感器对于探测物材质方面较为友好，除了黑色亮面及高透玻璃(940nm红外光特性导致)面外，几乎其他材质的物体的距离都可以准确测量到。TOF单点激光传感器的测量盲区可以做到2cm，满足机器人的最小盲区的要求。TOF单点激光传感器的测量误差可以做到4％(1cm-2cm)，满足机器人的误差承受度。因此利用TOF单点激光传感器测距来辅助机器人避障，可以提高机器人对于低矮障碍物的检测能力，在机器人中的应用性价比较高。

本实施例中，若TOF单点激光传感器在机器人上的安装位置太高，则会导致底部靠近机器人盲区会变大；若安装位置太低，结合FOV，则会导致检测到地面而影响测量距离和测量精度。本实施例确定TOF单点激光传感器的安装高度为距离地面38mm-43mm，这种情况下结合自身的FOV再经过初始标定后探测到的最远距离可以达到30cm-40cm，可以给足机器人安全刹车距离，防止撞击。

本实施例中，可以在机器人上安装至少一个TOF单点激光传感器，可以对前进方向及两侧进行障碍物检测。示例性的，如图2所示，单个机器人200布局8路TOF单点激光传感器210-280。如图3所示，每个TOF单点激光传感器可以测量FOV范围内距离信息。机器人启动后，TOF单点激光传感器实时检测对应方向上的第一距离，机器人在移动过程中不断获取这些第一距离。

步骤120、根据第一距离以及单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

本实施例中，单点激光传感器在机器人上的布局是指，多个单点激光传感器在机器人的安装位置，如上所述，可以如图2所示在机器人前侧安装8路TOF 单点激光传感器。具体布局可以视具体使用情况而定。本实施例中，避开目标障碍物的安全方向是指机器人发现障碍物时，所确定的绕过障碍物的移动方向。

在本实施例中，单点激光传感器在未检测到障碍物时，所检测的第一距离是传感器与地面之间的单点距离，该距离是固定的，定义为距离阈值，即如图3 中所示。当多个单点激光传感器所检测到的距离信息均等于距离阈值时，则说明此时机器人周围无障碍物。当多个距离信息中有至少一个距离信息小于距离阈值，则说明有障碍物存在，将该障碍物锁定为需要避让的目标障碍物。

本实施例中，在确定存在目标障碍物后，可以先确定目标障碍物相对于机器人的相对方向，用于辅助机器人锁定安全方向。当确定有目标障碍物存在时，可以将多个第一距离之间互相比较，确定第一距离最小的单点激光传感器，得到比较结果。进一步的，第一距离最小的第一单点激光传感器的前进方向即可认定为目标障碍物相对于机器人的方向。

示例性的，假设距离阈值为35cm，即在没有障碍无的情况下，机器人所获取到的第一距离均为35cm。以图2为例，图2中8路TOF单点激光传感器由上到下的编号依次为210-280，假设1-8路TOF单点激光传感器检测的第一距离分别为30cm、28cm、25cm、27cm、31cm、35cm、35cm和35cm。将1-8路TOF单点激光传感器检测的第一距离分别与距离阈值进行比较，若存在小于距离阈值的第一距离，则确定存在目标障碍物。进一步的，将1-8路TOF单点激光传感器检测的第一距离互相比较，确定230路TOF单点激光传感器检测的第一距离最小，可以确定目标障碍物方向在230路TOF单点激光传感器的前进方向。

本实施例中，机器人在检测到障碍物之后，将单点激光传感器所检测到的距离信息定义为第二距离。当机器人发现有目标障碍物存在时，可以先停止移动，并原地转动。根据实时检测更新的第二距离，当在某一转动角度上检测的第二距离均等于距离阈值时，则确定机器人此时的前进方向上无障碍物，该前进方向即可确定为机器人的安全方向。

其中，为了快速检测到机器人的安全方向，机器人可以朝着单点激光传感器数量较多的一侧原地转动。其中，单点激光传感器数量较多的一侧为以目标障碍物方向对应第一单点激光传感器两侧分布的单点激光传感器数量较多的一侧。

本发明通过TOF单点激光传感器来检测机器人与周围环境的距离信息，将多个TOF单点激光传感器检测的距离信息进行比较，根据预设无障信息以及全部距离信息之间的比较结果锁定目标障碍物位置，从而根据目标障碍物位置距离信息以及机器人上TOF单点激光传感器的布局，确定机器人避开目标障碍物的安全方向的目标避障方向进行避障，为机器人避障轨迹规划做好准备。本方案缩小了机器人的检测盲区，能够在成本最低化的条件下准确检测低矮障碍物，提高机器人避障能力，防止机器人压脚现象发生。

实施例二

本实施例在上述实施例一的基础上，提供了一种避障方法的一个优选实施方式，步骤120具体可以包括根据第一距离以及距离阈值，确定第一距离中最小距离对应的第一单点激光传感器前进方向为目标障碍物方向；根据目标障碍物方向以及单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。进一步的，在确定安全方向时还可以包括机器人根据目标障碍物方向以及单点激光传感器在机器人上的布局进行原地转动，获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第二距离；第二距离等于距离阈值时机器人的前进方向为安全方向。优选的，机器人朝着单点激光传感器数量较多的一侧原地转动；其中，单点激光传感器数量较多的一侧为以目标障碍物方向对应第一单点激光传感器两侧分布的单点激光传感器数量较多的一侧。本实施例能够确定障碍物相对于机器人的方向，以及避障时的检测方向，提高机器人避障效率。图4为本发明实施例二提供的一种避障方法的流程图，如图4所示，该方法包括以下具体步骤：

步骤410、获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离。

步骤420、根据第一距离以及距离阈值，确定第一距离中最小距离对应的第一单点激光传感器前进方向为目标障碍物方向。

在本实施例中，单点激光传感器在未检测到障碍物时，所检测的第一距离是传感器与地面之间的单点距离，该距离是固定的，定义为距离阈值。在确定存在目标障碍物后，可以先确定目标障碍物相对于机器人的相对方向，用于辅助机器人锁定安全方向。

本实施例中，将每路单点激光传感器检测的第一距离分别与距离阈值进行比较，若存在小于距离阈值的第一距离，则确定存在目标障碍物。

进一步的，在确定存在目标障碍物之后，还包括：控制机器人停止移动。可以及时阻止机器人前进，防止机器人与障碍物发生碰撞，提高机器人的安全性。

本实施例中，当确定有目标障碍物存在时，可以将多个第一距离之间互相比较，确定第一距离最小的单点激光传感器，得到比较结果。进一步的，第一距离最小的第一单点激光传感器的前进方向即可认定为目标障碍物相对于机器人的方向。

步骤430、机器人根据目标障碍物方向以及单点激光传感器在机器人上的布局进行原地转动，获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第二距离。

本实施例中，机器人在检测到障碍物之后，将单点激光传感器所检测到的距离信息定义为第二距离。机器人原地转动是为了锁定安全方向。

本实施例可以在确定存在障碍物的情况下，机器人锁定安全方向时，优先检测的原地转动方向。只有在明确目标检测方向后，才能进行高效的避障方向检测。本实施例可以以目标障碍物方向为指引，在机器人中单点激光传感器布局的基础上，判断如何快速躲避目标障碍物为目标，来确定目标检测方向。

进一步的，机器人根据单点激光传感器在机器人上的布局原地转动可以包括：机器人朝着单点激光传感器数量较多的一侧原地转动；其中，单点激光传感器数量较多的一侧为以目标障碍物方向对应第一单点激光传感器两侧分布的单点激光传感器数量较多的一侧。

本实施例中，优先选择单点激光传感器数量较多的一侧为目标检测方向，以使机器人旋转尽量小的角度就可以确定目标避障方向。

示例性的，假设图2中1-8路TOF单点激光传感器检测的第一距离分别为 30cm、28cm、25cm、27cm、31cm、35cm、35cm和35cm。在确定存在目标障碍物后，控制机器人停止移动。将1-8路TOF单点激光传感器检测的第一距离互相比较，确定230路TOF单点激光传感器检测的第一距离信息最小，可以确定目标障碍物方向在230路TOF单点激光传感器的前进方向。此时目标障碍物一侧的传感器数量为2，另一侧的传感器数量为5，因此确定数量为5的一侧为目标检测方向。

步骤440、第二距离等于距离阈值时机器人的前进方向为安全方向。

本实施例中，机器人在原地转动的过程中逐步检测寻找安全方向，当所有第二距离都等于距离阈值时，则确定机器人前进方向无障碍物存在了，以该前进方向为安全方向移动即可成功避障。

本实施例的技术方案，当有至少一个第一距离小于距离阈值时，首先可以确定了目标障碍物的存在，控制机器人停止移动；并且可以明确距离信息最小的第一单点激光传感器的前进方向为目标障碍物方向，从而以第一单点激光传感器为分界线，确定单点激光传感器数量较多的一侧为目标检测方向；最终控制机器人沿着目标检测方向原地转动，直到检测到所有第二距离等于距离阈值，进而确定机器人的当前转动后的位置对应的前进方向为安全方向。本方案通过单点激光传感器测距功能的应用，缩小了机器人的检测盲区，且TOF单点激光传感器提高了机器人所检测物体材质的范围和测距准确性。通过距离的检测和目标检测方向的确定，优化了计算量，能够在成本最低化的条件下准确检测低矮障碍物，提高机器人避障能力，防止机器人压脚现象发生。

实施例三

图5为本发明实施例三提供的一种避障装置的结构示意图，本实施例可适用于机器人对障碍物进行避障的情况，该装置部署于机器人，可实现本发明任意实施例所述的避障方法。该装置具体包括：

距离检测模块510，用于获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；

避障模块520，用于根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

进一步的，所述避障模块520，包括：

障碍物识别单元521，用于根据所述第一距离以及距离阈值，确定第一距离中最小距离对应的第一单点激光传感器前进方向为目标障碍物方向；

安全避障单元522，用于根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

进一步的，所述安全避障单元522，包括：

避障搜寻子单元5221，用于所述机器人根据所述单点激光传感器在机器人上的布局原地转动，获取所述单点激光传感器检测到的与周围环境的第二距离；

安全方向检测子单元5222，用于所述第二距离等于所述距离阈值时所述机器人的前进方向为所述安全方向。

优选的，所述避障搜寻子单元5221具体用于：

所述机器人朝着单点激光传感器数量较多的一侧原地转动；其中，所述单点激光传感器数量较多的一侧为以所述第一单点激光传感器两侧分布的单点激光传感器数量较多的一侧。

本实施例的技术方案，通过各个模块间的相互配合，实现了距离检测、目标障碍物识别、障碍物定位、检测方向确定、避障方向确定等功能，从而辅助机器人避障。本方案通过单点激光传感器测距功能的应用，缩小了机器人的检测盲区，且TOF单点激光传感器提高了机器人所检测物体材质的范围和测距准确性。通过距离的检测和目标检测方向的确定，优化了计算量，能够在成本最低化的条件下准确检测低矮障碍物，提高机器人避障能力，防止机器人压脚现象发生。

实施例四

图6为本发明实施例四提供的一种设备的结构示意图。如图6所示，该设备具体包括：一个或多个处理器610，图6中以一个处理器610为例；存储器 620，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器610执行，使得一个或多个处理器610实现本发明任意实施例所述的避障方法。处理器610与存储器620可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器620，作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的避障方法对应的程序指令(例如，各方向上信号的接收与场强的测量以及单程时延的确定和TA信息的采集)。处理器610通过运行存储在存储器620中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的避障方法。

存储器620可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器620可进一步包括相对于处理器610 远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

实施例五

本发明实施例五还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序 (或称为计算机可执行指令)，该程序被处理器执行时用于执行一种避障方法，该方法包括：

获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；

根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的避障方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器 (Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种避障方法，应用于机器人，其特征在于，该方法包括：

获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；

根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向，包括：

根据所述第一距离以及距离阈值，确定第一距离中最小距离对应的第一单点激光传感器前进方向为目标障碍物方向；

根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向，包括：

所述机器人根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局进行原地转动，获取所述单点激光传感器检测到的与周围环境的第二距离；

所述第二距离等于所述距离阈值时所述机器人的前进方向为所述安全方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述机器人根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局进行原地转动，包括：

所述机器人朝着单点激光传感器数量较多的一侧原地转动；其中，所述单点激光传感器数量较多的一侧为以所述目标障碍物方向对应第一单点激光传感器两侧分布的单点激光传感器数量较多的一侧。

5.一种避障装置，部署于机器人，其特征在于，该装置包括：

距离检测模块，用于获取单点激光传感器检测到的与周围环境的第一距离；

避障模块，用于根据所述第一距离以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述避障模块，包括：

障碍物识别单元，用于根据所述第一距离以及距离阈值，确定第一距离中最小距离对应的第一单点激光传感器前进方向为目标障碍物方向；

安全避障单元，用于根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局，确定避开目标障碍物的安全方向。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述安全避障单元，包括：

避障搜寻子单元，用于所述机器人根据所述目标障碍物方向以及所述单点激光传感器在机器人上的布局进行原地转动，获取所述单点激光传感器检测到的与周围环境的第二距离；

安全方向检测子单元，用于所述第二距离等于所述距离阈值时所述机器人的前进方向为所述安全方向。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述避障搜寻单元具体用于：

所述机器人朝着单点激光传感器数量较多的一侧原地转动；其中，所述单点激光传感器数量较多的一侧为以所述目标障碍物方向对应第一单点激光传感器两侧分布的单点激光传感器数量较多的一侧。

9.一种设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至4中任一项所述的避障方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的避障方法。

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