CN114166212B - 机器人系统及机器人避障方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人系统及机器人避障方法，机器人系统包括机器人，避障单元；所述避障单元配置成布置于机器人行走路线上、且位于障碍物的预设距离处；所述机器人配置成在行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物。本发明的机器人系统及机器人避障方法，在障碍物附近设置产生具有预定方向的磁场信号的避障单元，机器人行走过程中，通过检测避障单元产生的磁场信号及方向，确定行进路径上是否具有障碍物，有效辅助机器人识别避障盲区，提高机器人对障碍物的识别精度，达到更好避障的效果。

Description

机器人系统及机器人避障方法

技术领域

本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种机器人系统及机器人避障方法。

背景技术

低重复率、高覆盖率是遍历式机器人如吸尘、割草及泳池清洗等移动机器人追求的目标。以移动机器人为智能割草机器人为例，割草机器人以边界围住的草坪为工作区域以进行割草作业，草坪之外定义为非工作区域。

机器人在工作过程中，由于机器人存在一定的盲区，容易误入障碍物区域；现有技术中，避障方法包括：通过传感器碰撞检测识别障碍物，通过视觉识别区别障碍物，或通过超声波探测检测障碍物等方式，然而，现有技术的障碍物识别方式容易被外界环境遮蔽和干扰造成错误识别，导致无法准确识别真实障碍物。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种机器人系统及机器人避障方法。

为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种机器人系统，其包括：机器人，避障单元；所述避障单元配置成布置于机器人行走路线上、且位于障碍物的预设距离处；

所述机器人配置成在行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物。

通过上述系统，有效辅助机器人识别避障盲区，提高机器人对障碍物的识别精度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述避障单元包括：脉冲电流发生器，连接所述脉冲电流发生器且形成闭合电流回路的单根电导线；

所述电导线包括：以所述电导线对折后，形成依次相互连接的第一子导线段、第二子导线段和第三子导线段，以及于所述第三子导线段对应所述障碍物的区间段外围所包覆的屏蔽罩，所述屏蔽罩用于屏蔽其包覆的第三子导线段区间段所产生的磁场信号；

其中，所述电导线折弯部分形成所述第二子导线段；

所述第一子导线段和所述第三子导线段分别连接所述脉冲电流发生器，第三子导线段与第一子导线段之间相互平行排布，且电流流向相反；

通过上述特殊方式排布的避障单元，提供利于机器人识别的磁场。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一子导线段和所述第三子导线段自连接所述脉冲电流发生器的端部开始，始终朝远离所述脉冲电流发生器的方向延伸；

空间位置上，所述脉冲电流发生器和所述第二子导线段分别靠近所述障碍物相对设置的两个侧端排布；

通过该系统，使得各位置磁场分布较为均匀，提供利于机器人识别的磁场。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一子导线段和所述第三子导线段为相互平行排布的直线段；

通过该系统，使得各位置磁场分布均匀一致，提供利于机器人识别的磁场。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一子导线段和所述第三子导线段相互抵接排布；

通过该系统，使得第一子导线段和所述第三子导线段两侧之外的磁场强度尽可能的相互抵消，提供利于机器人识别的磁场。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第三子导线段排布在所述第一子导线段和所述障碍物之间；

所述机器人配置成当检测到磁场信号且检测到的磁场信号的方向与第一子导线段产生的磁场信号方向相同时，确定机器人前方设置有障碍物。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述机器人还配置成在确定机器人前方设置有障碍物后沿行走路线继续行走，若在预设时间内，机器人检测到的磁场信号持续加强，且检测到的磁场信号的方向始终与第一子导线段产生的磁场信号方向相同，则确认机器人检测到障碍物的结果正确；并驱动机器人转向。

为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种机器人避障方法，所述方法包括：在机器人行走路线上、且位于障碍物的预设距离处设置避障单元；所述避障单元产生具有预定方向的磁场信号；

机器人行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物；

设置的所述避障单元包括：脉冲电流发生器，连接所述脉冲电流发生器且形成闭合电流回路的单根电导线；

所述电导线包括：以所述电导线对折后，形成依次相互连接的第一子导线段、第二子导线段和第三子导线段，以及于所述第三子导线段对应所述障碍物的区间段外围所包覆的屏蔽罩，所述屏蔽罩用于屏蔽其包覆的第三子导线段区间段所产生的磁场信号；

其中，所述电导线折弯部分形成所述第二子导线段；

所述第一子导线段和所述第三子导线段分别连接所述脉冲电流发生器，第三子导线段与第一子导线段之间相互平行排布，且电流流向相反。

通过上述方法，上述特殊方式排布的避障单元，提供利于机器人识别的磁场，有效辅助机器人识别避障盲区，提高机器人对障碍物的识别精度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，设置所述第三子导线段排布在所述第一子导线段和所述障碍物之间；

“机器人行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物”包括：

当机器人检测到磁场信号，且检测到的磁场信号的方向与第一子导线段产生的磁场信号方向相同时，确定机器人前方设置有障碍物；

具体的磁场强度和磁场方向的识别方式，有效辅助机器人识别避障盲区，提高机器人对障碍物的识别精度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在确定机器人前方设置有障碍物后，所述方法还包括：

驱动机器人沿行走路线继续行走，若在预设时间内，机器人检测到的磁场信号持续加强，且检测到的磁场信号的方向始终与第一子导线段产生的磁场信号方向相同，则确认机器人检测到障碍物的结果正确；并驱动机器人转向；

对判断结果进行校验，提高机器人对障碍物的识别精度。

与现有技术相比，本发明的机器人系统及机器人避障方法，在障碍物附近设置产生具有预定方向的磁场信号的避障单元，机器人行走过程中，通过检测避障单元产生的磁场信号及方向，确定行进路径上是否具有障碍物，有效辅助机器人识别避障盲区，提高机器人对障碍物的识别精度，达到更好避障的效果。

附图说明

图1是本发明提供的机器人系统的结构示意图；

图2是本发明提供的机器人避障方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明的机器人可以是割草机器人，扫地机器人、扫雪机、吸叶机，高尔夫球场拾球机等，各种机器人可以自动行走于工作区域并进行相对应的工作，本发明具体示例中，以机器人为割草机器人为例做具体说明，相应的，所述工作区域可为草坪。

所述割草机器人包括：本体，设置于本体上的行走单元、控制单元。所述行走单元用于控制机器人行走、转向等；所述控制单元用于规划机器人的行走方向、行走路线，储存机器人获得的外部参数，以及对获取的参数进行处理、分析等，并根据处理、分析结果具体控制机器人；所述控制单元例如：MCU或DSP等。

另外，所述机器人还包括：各种传感器，所述传感器例如：用于感应磁场强度及磁场方向的磁场信号感应传感器，倾倒、离地、地磁、陀螺仪等；存储模块例如：EPROM、Flash或SD卡等，以及用于工作的工作机构及供电电源；在本实施例中，工作机构为割草刀盘，在此不再一一具体赘述。

如图1所示，本发明一实施方式提供一种机器人系统，包括避障单元和机器人30；所述避障单元配置成布置于机器人30行走路线上、且位于障碍物40的预设距离处；所述机器人30配置成在行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物。

本发明具体实施方式中，所述避障单元包括：脉冲电流发生器10，连接所述脉冲电流发生器10且形成闭合电流回路的单根电导线20；所述电导线20包括：以所述电导线20对折后，形成依次相互连接的第一子导线段21、第二子导线段22和第三子导线段23，以及于所述第三子导线段23对应所述障碍物40的区间段外围所包覆的屏蔽罩231，所述屏蔽罩231用于屏蔽其包覆的第三子导线段23区间段所产生的磁场信号；其中，所述电导线20折弯部分形成所述第二子导线段22；所述第一子导线段21和所述第三子导线段23分别连接所述脉冲电流发生器10，第三子导线段23与第一子导线段21之间相互平行排布，且电流流向相反。

可以理解的是，当脉冲电流发生器10导通，并发出脉冲电流信号通入所述电导线20后，电导线20内部形成回路，根据电生磁原理，电导线20周围产生特定的磁场；此时，由于对折所述电导线20形成的第一子导线段21和第三子导线段23相互平行排布，如此，第一子导线段21和第三子导线段23内的电流流向相反；因此，在第一子导线段21和第三子导线段23之间位置的磁场互相叠加增强，其两侧之外的磁场相互抵消减弱，且距其越远，磁场越弱。

然而，在本发明具体实施方式中，由于第三子导线段23对应所述障碍物的区间段外围所包覆的屏蔽罩231，因此，在第一子导线段21远离所述障碍物的一侧、且对于第一子导线段21对应所述屏蔽罩231的区间段，第三子导线段23产生的磁场信号被屏蔽，仅有第一子导线段21对应所述屏蔽罩231的区间段产生的磁场，且不会被第三子导线段23产生的磁场相互抵消；并且，自第一子导线段21对应所述屏蔽罩231的区间段所在位置开始向远离障碍物方向，其产生的磁场强度逐级减弱；而对于第一子导线段21的其他区间段，在第一子导线段21和第三子导线段23之间位置的磁场互相叠加增强，其两侧之外的磁场相互抵消减弱，且距其越远，磁场越弱。

较佳的，所述第一子导线段21和所述第三子导线段23自连接所述脉冲电流发生器10的端部开始，始终朝远离所述脉冲电流发生器10的方向延伸；空间位置上，所述脉冲电流发生器10和所述第二子导线段22分别靠近所述障碍物40相对设置的两个侧端排布。

较佳的，所述第一子导线段21和所述第三子导线段23为相互平行排布的直线段；如此，使得其两侧各部分磁场信号的强度相同。

较佳的，所述第一子导线段21和所述第三子导线段23相互抵接排布；第一子导线段21和所述第三子导线段23之间距离越小，其之间的磁场强度越强；其两者侧边之外的磁场强度相互抵消，且在其之间距离最小，即相互抵接时，其两侧之外的磁场强度几乎为零；相应的，其之间距离越大，其两侧之外的磁场强度则会以其所在位置开始，向两侧逐渐减小。

较佳的，在本发明具体示例中，所述第三子导线段23排布在所述第一子导线段21和所述障碍物40之间；相应的，当机器人靠近障碍物前方的第一子导线段21时，其越靠近第一子导线段21，所能检测到的磁场强度越强，也因此，可以根据磁场强度的强弱以及第一子导线段21与障碍物的位置关系，可间接判断机器人的位置。

具体的，所述机器人30配置成当检测到磁场信号且检测到的磁场信号的方向与第一子导线段21产生的磁场信号方向相同时，确定机器人30前方设置有障碍物40。

进一步的，所述机器人30还被配置为对检测结果进行校验；具体的，所述机器人30还配置成在确定机器人30前方设置有障碍物40后沿行走路线继续行走，若在预设时间内，机器人30检测到的磁场信号持续加强，且检测到的磁场信号的方向始终与第一子导线段21产生的磁场信号方向相同，则确认机器人30检测到障碍物的结果正确；并驱动机器人30转向。

当然，机器人检测到的磁场信号强度和方向通常可通过内部单片机将其转换为电流信号或电压信号进行输出，在此不做进一步的赘述。

结合图2所示，本发明提供的机器人避障方法，所述方法包括：S1、在机器人行走路线上、且位于障碍物的预设距离处设置避障单元；所述避障单元产生具有预定方向的磁场信号；S2、机器人行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物。

本发明具体实施方式中，当工作区域确定后，为机器人规划行走路线，并在机器人启动后，驱动机器人按照设定的行走路线行走，该技术在现有技术中已经较为成熟，在此不做详细赘述。

较佳的，对于步骤S1,设置的所述避障单元包括：脉冲电流发生器10，连接所述脉冲电流发生器10且形成闭合电流回路的单根电导线20；所述电导线20包括：以所述电导线20对折后，形成依次相互连接的第一子导线段21、第二子导线段22和第三子导线段23，以及于所述第三子导线段23对应所述障碍物40的区间段外围所包覆的屏蔽罩231，所述屏蔽罩231用于屏蔽其包覆的第三子导线段23区间段所产生的磁场信号；其中，所述电导线20折弯部分形成所述第二子导线段22；所述第一子导线段21和所述第三子导线段23分别连接所述脉冲电流发生器10，第三子导线段23与第一子导线段21之间相互平行排布，且电流流向相反。

需要说明的是，所述避障单元的具体结构可以参照上述对机器人系统的描述，在此不做进一步的赘述。

对于步骤S2,本发明具体实施方式中，设置所述第三子导线段23排布在所述第一子导线段21和所述障碍物40之间；当机器人检测到磁场信号，且检测到的磁场信号的方向与第一子导线段产生的磁场信号方向相同时，确定机器人前方设置有障碍物。

较佳的，对于上述实施方式，在确定机器人前方设置有障碍物后，所述方法还包括：对检测结果进行校验，具体的，驱动机器人沿行走路线继续行走，若在预设时间内，机器人检测到的磁场信号持续加强，且检测到的磁场信号的方向始终与第一子导线段产生的磁场信号方向相同，则确认机器人检测到障碍物的结果正确；并驱动机器人转向。

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，上述描述方法具体工作过程中所涉及的避障单元，可以参考前述机器人系统的对应结构及工作原理，在此不再赘述。

综上所述，本发明的机器人系统及机器人避障方法，本发明的机器人系统及机器人避障方法，在障碍物附近设置产生具有预定方向的磁场信号的避障单元，机器人行走过程中，通过检测避障单元产生的磁场信号及方向，确定行进路径上是否具有障碍物，有效辅助机器人识别避障盲区，提高机器人对障碍物的识别精度，达到更好避障的效果。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的模块，系统和方法，均可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以2个或2个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种机器人系统，其包括机器人，其特征在于，所述机器人系统还包括：

避障单元，所述避障单元配置成布置于机器人行走路线上、且位于障碍物的预设距离处；

所述避障单元包括：脉冲电流发生器，连接所述脉冲电流发生器且形成闭合电流回路的单根电导线；

所述电导线对折后置于所述障碍物的预设距离处；

所述机器人配置成在行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物；

所述电导线包括：以所述电导线对折后，形成依次相互连接的第一子导线段、第二子导线段和第三子导线段，以及于所述第三子导线段对应所述障碍物的区间段外围所包覆的屏蔽罩，所述屏蔽罩用于屏蔽其包覆的第三子导线段区间段所产生的磁场信号；

其中，所述电导线折弯部分形成所述第二子导线段；

所述第一子导线段和所述第三子导线段分别连接所述脉冲电流发生器，第三子导线段与第一子导线段之间相互平行排布，且电流流向相反。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

所述第一子导线段和所述第三子导线段自连接所述脉冲电流发生器的端部开始，始终朝远离所述脉冲电流发生器的方向延伸；

空间位置上，所述脉冲电流发生器和所述第二子导线段分别靠近所述障碍物相对设置的两个侧端排布。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，所述第一子导线段和所述第三子导线段为相互平行排布的直线段。

4.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述第一子导线段和所述第三子导线段相互抵接排布。

5.根据权利要求1至4任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述第三子导线段排布在所述第一子导线段和所述障碍物之间；

所述机器人配置成当检测到磁场信号且检测到的磁场信号的方向与第一子导线段产生的磁场信号方向相同时，确定机器人前方设置有障碍物。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人还配置成在确定机器人前方设置有障碍物后沿行走路线继续行走，若在预设时间内，机器人检测到的磁场信号持续加强，且检测到的磁场信号的方向始终与第一子导线段产生的磁场信号方向相同，则确认机器人检测到障碍物的结果正确；并驱动机器人转向。

7.一种机器人避障方法，其特征在于，所述方法包括：

在机器人行走路线上、且位于障碍物的预设距离处设置避障单元；所述避障单元产生具有预定方向的磁场信号；

机器人行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物；

设置的所述避障单元包括：脉冲电流发生器，连接所述脉冲电流发生器且形成闭合电流回路的单根电导线；

所述电导线包括：以所述电导线对折后，形成依次相互连接的第一子导线段、第二子导线段和第三子导线段，以及于所述第三子导线段对应所述障碍物的区间段外围所包覆的屏蔽罩，所述屏蔽罩用于屏蔽其包覆的第三子导线段区间段所产生的磁场信号；

其中，所述电导线折弯部分形成所述第二子导线段；

所述第一子导线段和所述第三子导线段分别连接所述脉冲电流发生器，第三子导线段与第一子导线段之间相互平行排布，且电流流向相反。

8.根据权利要求7所述的机器人避障方法，其特征在于，设置所述第三子导线段排布在所述第一子导线段和所述障碍物之间；

“机器人行进过程中，根据所述避障单元产生的磁场信号的强弱及方向确定机器人是否遇到障碍物”包括：

当机器人检测到磁场信号，且检测到的磁场信号的方向与第一子导线段产生的磁场信号方向相同时，确定机器人前方设置有障碍物。

9.根据权利要求8所述的机器人避障方法，其特征在于，在确定机器人前方设置有障碍物后，所述方法还包括：

驱动机器人沿行走路线继续行走，若在预设时间内，机器人检测到的磁场信号持续加强，且检测到的磁场信号的方向始终与第一子导线段产生的磁场信号方向相同，则确认机器人检测到障碍物的结果正确；并驱动机器人转向。