CN114779784A - 机器人工具的控制方法及机器人工具 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人工具领域，具体涉及一种机器人工具的控制方法及机器人工具，方法包括：机器人工具在沿预设路径的第一方向行进，检测到第一停止事件；控制所述机器人工具沿与第一方向相反的第二方向移动第一预设距离；设定避障路径；控制所述机器人工具旋转预定角度；控制所述机器人工具以避障路径行走，直至回到所述预设路径；控制所述机器人工具沿第二方向移动，直至检测到第二停止事件；控制所述机器人工具沿第一方向移动。本发明能够使割草机的行走轨迹尽可能多的覆盖障碍物周边的区域，提高割草覆盖率。

Description

机器人工具的控制方法及机器人工具

技术领域

本发明属于机器人工具领域，具体涉及一种机器人工具的控制方法及机器人工具。

背景技术

智能割草机等机器人工具能够预先规划好行走路径，机器人工具工作时，沿规划好的行走路径进行作业，一般情况下无需人工干预。然而在实际应用场景中往往会出现一些特殊状况，例如工作区域内临时出现行人、水桶等障碍物，当机器人工具被这些障碍物阻挡时，就需要适时做出决策以规避这些障碍物，然而现有技术中的避障措施和方法过于复杂，一般通过传感器采集外部障碍信息然后计算障碍物信息，需要大量的计算量，效率低下，而且高精度的外部传感器成本昂贵。另外，现有技术中的机器人工具在避障时会遗漏障碍物周边的大量工作区域，导致大量返工，影响工作效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种控制流程简单、工作效率高的机器人工具的控制方法及机器人工具。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机器人工具的控制方法，包括：

机器人工具在沿预设路径的第一方向行进，检测到第一停止事件；

控制所述机器人工具沿与第一方向相反的第二方向移动第一预设距离；

设定避障路径；

控制所述机器人工具旋转预定角度；

控制所述机器人工具以避障路径行走，直至回到所述预设路径；

控制所述机器人工具沿第二方向移动，直至检测到第二停止事件；

控制所述机器人工具沿第一方向移动。

在本发明的一可选实施例中，所述第一停止事件包括所述机器人工具的第一方向的第一临界距离内有障碍物存在。

在本发明的一可选实施例中，所述第二停止事件包括所述机器人工具的第二方向的第二临界距离内有障碍物存在。

在本发明的一可选实施例中，所述设定避障路径，包括：

初始化所述障碍物的预估半径，将所述预估半径作为避障距离，根据所述避障距离规划所述避障路径；

在本发明的一可选实施例中，所述机器人工具沿所述避障路径行走时，实时检测所述机器人工具的前方区域，判断所述机器人工具前方第三临界距离内是否有障碍物存在；

当所述机器人工具前方第三临界距离内有障碍物存在时，控制所述机器人工具后退第二预设距离，将所述避障距离加上预设增量作为新的避障距离，根据新的避障距离重新规划新的避障路径。

在本发明的一可选实施例中，所述避障路径的规划方法如下：

确定起始点，以所述机器人工具后退第一预设距离后所在的位置作为所述起始点；

确定圆心，以机器人工具第一方向的所述预设路径上的一点作为所述圆心，该圆心与所述起始点之间的距离等于所述避障距离；

根据所述圆心以所述避障距离为半径，确定一条半圆形路径，所述半圆形路径的两端分别位于所述预设路径上；所述半圆形路径即为所述避障路径。

在本发明的一可选实施例中，所述避障路径的规划方法如下：

确定起始点，以所述机器人工具后退第一预设距离后所在的位置作为所述起始点；

确定第一区段，所述第一区段与所述预设路径垂直，以所述起始点作为所述第一区段的起点，使所述第一区段的长度等于所述避障距离；

确定第二区段，所述第二区段与所述预设路径平行，以所述第一区段的终点作为所述第二区段的起点，使所述第二区段的长度等于所述避障距离；

确定第三区段，所述第三区段与所述预设路径垂直，以所述第二区段的终点作为所述第三区段的起点，使所述第三区段的长度等于所述第一区段的长度；

所述第一区段、第二区段和第三区段的叠加构成所述避障路径。

在本发明的一可选实施例中，当沿所述第二区段行走的机器人工具检测到前方第三临界距离内有障碍物存在时，将所述避障距离加上预设增量作为新的避障距离，使所述第一区段的长度和所述第三区段的长度等于新的避障距离，并保持所述第二区段的长度不变；

当沿所述第三区段行走的机器人工具检测到前方第三临界距离内有障碍物存在时，将所述避障距离加上预设增量作为新的避障距离，使所述第二区段的长度等于新的避障距离，并保持所述第一区段的长度和所述第三区段的长度不变。

在本发明的一可选实施例中，根据新的避障距离重新规划新的避障路径以后，控制所述机器人工具从后退第二预设距离后所在的位置驶入新的避障路径。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种机器人工具，包括：

机身；

行走机构，安装于所述机身底部；

检测模块，所述检测模块安装于所述机身上，所述检测模块用于检测机器人工具的行进方向上是否有障碍物存在，

控制模块，所述控制模块与所述行走机构和所述检测模块连接，当所述检测模块检测到所述机身前方预设距离内有障碍物存在时，所述控制模块能够控制所述行走机构后退一段距离，且所述控制模块能够生成避障路径，并控制所述行走机构沿所述避障路径行走。

本发明的技术效果在于：

本发明的割草机遇到障碍物时，先控制割草机继续行走一端距离，直至割草机与障碍物之间的距离小于第一临界距离，然后控制割草机后退第一预设距离，再执行后续的避让动作，这样能够使割草机的行走轨迹尽可能多的覆盖障碍物周边的区域，提高割草覆盖率。

本发明根据检测模块检测到的障碍物信息，对避让路径进行循环规划，降低了检测模块和运算流程的复杂度，减少计算量，提高了响应速度，降低了设备成本。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的机器人工具循迹避障方法的流程图；

图2是本发明的实施例所提供的避障路径规划方法的流程图；

图3是本发明的实施例所提供的机器人工具循迹避障系统的结构框图；

图4是本发明的实施例所提供的机器人工具的结构示意图；

图5至图11是本发明的实施例所提供的机器人工具循迹避障过程的原理图；

图12是本发明的实施例所提供的其中一种避障路径的原理图；

图13是本发明的实施例所提供的另一种避障路径的原理图；

图14是本发明的实施例所提供的其中一种工况下的避障路径规划原理图；

图15是本发明的实施例所提供的另一工况下的避障路径规划原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1-15所示，本发明结合一种割草机对本发明的技术方案进行详细说明，可以理解的是，本发明的机器人工具的控制方法不限于应用于割草机，例如本发明的机器人工具的控制方法还可以应用于扫雪机、扫地机、绿篱机等其它类型的机器人工具。

请参见图4所示，一种割草机，包括机身101、行走机构102、检测模块11和控制模块，所述控制模块进一步包括行走控制模13块和路径规划模块12；可以理解的是，为了能够获取割草机的精确位置信息，所述割草机还包括必要的定位模块15；为了对割草机运行数据及控制程序进行存储，所述割草机还包括必要的存储模块14。

请参见图4所示，所述行走机构102安装于所述机身101底部，在一具体实施例中，所述行走机构102例如可以包括两个驱动轮和一个转向轮，两个驱动轮安置于机身101后部，转向轮安装于机身101前部的中央，转向轮覆盖于机身101下方，因此图中不可见；所述行走机构102能够实现割草机的行走动作，可以理解的是，行走机构102的具体形式并不是唯一的，例如也可以设置两个转向轮和两个驱动轮，或在机身101两侧分别设置两组履带轮。

请参见图3、4所示，所述行走控制模13块与行走机构102连接，所述行走控制模13块被配置为能够至少控制机器人工具的前进、后退和转向动作。

请参见图4所示，所述检测模块11至少安装于所述机身101的前端，所述检测模块11用于检测机身101前方是否有障碍物存在；在一具体实施例中，所述检测模块11例如可以设置两组，并分置于机身101的前、后两端；检测模块11的作用是检测割草机的前、后是否有障碍物存在，以及障碍物与割草机之间的距离，因此检测模块11的具体形式没有特殊限制，例如所述检测模块11可以选用机械碰撞传感器、超声波雷达、激光雷达、图像识别摄像头中的一种，或将多种检测模块11组合使用已获得更加精准的检测数据；所述检测模块11与所述行走控制模13块连接。

请参见图4、8所示，所述路径规划模块12与所述检测模块11和所述行走控制模13块连接，当所述检测模块11检测到机器人工具前方第一临界距离内有障碍物存在时，所述路径规划模块12能够为所述机器人工具规划避障路径，并将所述避障路径发送至所述行走控制模13块，行走控制模13块控制所述机器人工具沿所述避障路径行走，直至所述机器人工具回到所述预设路径。

请参见图1所示，上述割草机的控制方法如下：

S10：请参阅图5所示，对沿预设路径L行走的割草机10的前方(即所述第一方向)区域进行实时检测，判断所述割草机10前方第一临界距离内是否有障碍物20存在(即是否存在所述第一停止事件)。

需要说明的是，本发明涉及的割草机10能够预先规划好工作路径，割草机10工作时，沿预先规划的路径即预设路径L行走，预设路径L如图5-11中的水平虚线所示，图中展示了一种较为简单了预设路径L，实际应用中，割草机10的预设路径L需要根据工作区域的形状以及工作区域内各建筑物的分布情况来进行设置，因此可能存在大量曲线路径，对于这种情况，本发明中所提及的与预设路径L垂直可以理解为是与割草机10当前所在位置的预设路径L的切线方向垂直。

可以理解的是，对沿预设路径L行走的割草机10的前方区域进行实时检测，这一过程主要通过割草机10前端的检测模块11来实现。

S20：当割草机10前方第一临界距离内有障碍物20存在时，控制所述割草机10后退第一预设距离(即沿所述第二方向移动第一预设距离)。

需要说明的是，本发明的割草机10并非是一旦检测到有障碍物20，就立刻做出避障动作，而是先控制割草机10继续行走一段距离，直至割草机10与障碍物20之间的距离小于第一临界距离，再控制割草机10做出避障动作，这个第一临界距离可以是0，例如在割草机10前端设置碰撞传感器，当割草机10与障碍物20发生碰撞时，再控制割草机10做出避障动作，而由于此时割草机10太靠近障碍物20，已经无法灵活的做出转向动作，因此本发明先控制割草机10后退第一预设距离，再执行后续的避让动作，这样能够使割草机10的行走轨迹尽可能多的覆盖障碍物20周边的区域，降低漏草率；所述第一预设距离的长短视割草机10的运动参数而定，具体来说是根据割草机10的整机尺寸和转弯半径来确定，

S30：为所述割草机10规划避障路径，根据所述避障路径控制所述割草机旋转预定角度，并控制所述割草机10沿所述避障路径行走，直至所述割草机10回到所述预设路径L。

请参阅图2所示，具体包括如下步骤：

将预存的预估半径R作为避障距离，根据所述避障距离规划所述避障路径；可以理解的是，本发明中所述的障碍物是指临时出现在工作区域内的障碍物，该障碍物的边界范围没有预存在路径规划系统中，且割草机也无法获知该障碍物的具体轮廓，在此前提下，本发明首先假设一个障碍物的初始半径即所述预估半径R，考虑到在实际应用场景中，可能出现的临时障碍物20一般为行人或水桶，因此所述预估半径R的初始至可设置为40-80cm，当然预估半径R的初始值也可以根据实际应用场景的不同设置为其它数值，本发明首先根据该预估半径R来计算避障路径，当该避障路径不能完全避开障碍物时，再循环执行如下步骤，直至所述割草机10回到所述预设路径L；

控制所述割草机10沿所述避障路径行走，并对割草机10的前方区域进行实时检测，判断所述割草机10前方第三临界距离内是否有障碍物20存在；

当所述割草机10前方第三临界距离内有障碍物20存在时，控制所述割草机10后退第二预设距离，将所述避障距离加上预设增量D作为新的避障距离，根据新的避障距离重新规划新的避障路径。

具体的，所述根据新的避障距离重新规划新的避障路径以后，控制所述割草机10从后退第二预设距离后所在的位置驶入新的避障路径，可以理解的是，当新的避障路径规划完成后，割草机与新的避障路径之间的相对位置是确定的，此时割草机与新的避障路径之间必然存在最短距离，本发明例如可以控制所述割草机沿该最短距离驶入新的避障路径，以提高避障效率；当然，为简化计算过程，所述割草机也可以按照预设的方向驶入新的避障路径。

请参阅图12所示，在本发明的其中一实施例中，所述避障路径，包括：

确定起始点，以所述割草机10后退第一预设距离后所在的位置作为所述起始点；

确定圆心，以所述预设路径L上的一点作为所述圆心，并使所述圆心与所述起始点之间的距离等于所述避障距离；可以理解的是，所述障碍物的实际轮廓有可能并不是圆形，而本发明为了简化计算过程，固将障碍物的轮廓拟作标准的圆形区域，该圆形区域应当能够覆盖整个障碍物；所述避障路径的圆心应当与假设的障碍物的圆心重合，该圆心的位置可以通过如下方法来确定：首先该圆心一定位于预设路径L上，又因为所述避障路径经过所述起始点，因此，所述预设路径L的第一方向上与所述起始点距离等于所述避障距离的一点即为所述圆心所在位置。

根据所述圆心和所述避障距离，确定一条半圆形路径，所述半圆形路径的两端分别位于所述预设路径L上；所述半圆形路径即为所述避障路径。

请参阅图13所示，在本发明的另一实施例中，所述避障路径例如也可以是直线型路径，本实施例中，割草机的避障过程为：割草机首先沿垂直于预设路径L的方向运动一段距离，再沿平行于预设路径L的方向运动一段距离，最后再次沿垂直于预设路径L的方向回到所述预设路径L，该避障路径的具体规划方法如下：

确定起始点，以所述割草机10后退第一预设距离后所在的位置作为所述起始点；

确定第一区段，所述第一区段与所述预设路径L垂直，以所述起始点作为所述第一区段的起点，使所述第一区段的长度等于所述避障距离；

确定第二区段，所述第二区段与所述预设路径L平行，以所述第一区段的终点作为所述第二区段的起点，使所述第二区段的长度等于所述避障距离的两倍；

确定第三区段，所述第三区段与所述预设路径L垂直，以所述第二区段的终点作为所述第三区段的起点，使所述第三区段的长度等于所述第一区段的长度

所述第一区段、第二区段和第三区段的叠加构成所述避障路径。

更具体的，请参阅图14所示，当沿所述第二区段行走的割草机10检测到前方第三临界距离内有障碍物20存在时，将所述避障距离加上预设增量D作为新的避障距离，使所述第一区段的长度和所述第三区段的长度等于新的避障距离，并保持所述第二区段的长度不变。

请参阅图15所示，当沿所述第三区段行走的割草机10检测到前方第三临界距离内有障碍物20存在时，将所述避障距离加上预设增量D作为新的避障距离，使所述第二区段的长度等于新的避障距离，并保持所述第一区段的长度和所述第三区段的长度不变。

可以理解的是，本实施例中，割草机10在垂直方向上和平行方向上的避让路径长度能够单独进行调节，这样能够有效减少冗余行程，一方面提高了避障效率，另一方面能够进一步降低漏草率。

S40：控制所述割草机10向靠近所述障碍物20的方向行走(即控制所述割草机沿第二方向移动)，直至割草机10与所述障碍物20之间的距离小于等于第二临界距离(即出现所述第二停止事件)。

具体的，在本发明的其中一实施例中：

控制所述割草机10转向，使所述割草机10的前端朝向所述障碍物20；

控制所述割草机10以前进的方式靠近所述障碍物20。

在本发明的另一实施例中：

控制所述割草机10转向，使所述割草机10的后端朝向所述障碍物20；

控制所述割草机10以后退的方式靠近所述障碍物20。

S50：控制所述割草机10继续沿所述预设路径L行走。

可以理解的是，本发明中的第一临界距离、第二临界距离、第三临界距离可以是相等的，也可以是不等的，具体数值由割草机10的尺寸参数和可能出现的障碍物20的轮廓确定。

综上所述，本发明的割草机10遇到障碍物20时，先控制割草机10降低速度继续行走一段距离，直至割草机10与障碍物20之间的距离小于第一临界距离，降低速度能够防止割草机因速度过快而撞击到障碍物，然后控制割草机10后退第一预设距离，再执行后续的避让动作，这样能够使割草机10的行走轨迹尽可能多的覆盖障碍物20周边的区域，提高割草覆盖率；

本发明根据检测模块11检测到的障碍物20信息，对避让路径进行循环规划，降低了检测模块11和运算流程的复杂度，减少计算量，提高了响应速度，降低了设备成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种机器人工具的控制方法，其特征在于，包括：

机器人工具在沿预设路径的第一方向行进，检测到第一停止事件；

控制所述机器人工具沿与第一方向相反的第二方向移动第一预设距离；

设定避障路径；

控制所述机器人工具旋转预定角度；

控制所述机器人工具以避障路径行走，直至回到所述预设路径；

控制所述机器人工具沿第二方向移动，直至检测到第二停止事件；

控制所述机器人工具沿第一方向移动。

2.根据权利要求1所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，所述第一停止事件包括所述机器人工具的第一方向的第一临界距离内有障碍物存在。

3.根据权利要求1所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，所述第二停止事件包括所述机器人工具的第二方向的第二临界距离内有障碍物存在。

4.根据权利要求2所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，所述设定避障路径，包括：

初始化所述障碍物的预估半径，将所述预估半径作为避障距离，根据所述避障距离规划所述避障路径。

5.根据权利要求4所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，

所述机器人工具沿所述避障路径行走时，实时检测所述机器人工具的前方区域，判断所述机器人工具前方第三临界距离内是否有障碍物存在；

当所述机器人工具前方第三临界距离内有障碍物存在时，控制所述机器人工具后退第二预设距离，将所述避障距离加上预设增量作为新的避障距离，根据新的避障距离重新规划新的避障路径。

6.根据权利要求4所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，所述避障路径的规划方法如下：

确定起始点，以所述机器人工具后退第一预设距离后所在的位置作为所述起始点；

确定圆心，以机器人工具第一方向的所述预设路径上的一点作为所述圆心，该圆心与所述起始点之间的距离等于所述避障距离；

根据所述圆心，以所述避障距离为半径，确定一条半圆形路径，所述半圆形路径的两端分别位于所述预设路径上；所述半圆形路径即为所述避障路径。

7.根据权利要求4所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，所述避障路径的规划方法如下：

确定起始点，以所述机器人工具后退第一预设距离后所在的位置作为所述起始点；

确定第一区段，所述第一区段与所述预设路径垂直，以所述起始点作为所述第一区段的起点，使所述第一区段的长度等于所述避障距离；

确定第二区段，所述第二区段与所述预设路径平行，以所述第一区段的终点作为所述第二区段的起点，使所述第二区段的长度等于所述避障距离；

确定第三区段，所述第三区段与所述预设路径垂直，以所述第二区段的终点作为所述第三区段的起点，使所述第三区段的长度等于所述第一区段的长度；

所述第一区段、第二区段和第三区段的叠加构成所述避障路径。

8.根据权利要求7所述的机器人工具的控制方法，其特征在于：

当沿所述第二区段行走的机器人工具检测到前方第三临界距离内有障碍物存在时，将所述避障距离加上预设增量作为新的避障距离，使所述第一区段的长度和所述第三区段的长度等于新的避障距离，并保持所述第二区段的长度不变；

当沿所述第三区段行走的机器人工具检测到前方第三临界距离内有障碍物存在时，将所述避障距离加上预设增量作为新的避障距离，使所述第二区段的长度等于新的避障距离，并保持所述第一区段的长度和所述第三区段的长度不变。

9.根据权利要求5所述的机器人工具的控制方法，其特征在于，根据新的避障距离重新规划新的避障路径以后，控制所述机器人工具从后退第二预设距离后所在的位置驶入新的避障路径。

10.一种机器人工具，其特征在于，包括：

机身；

行走机构，安装于所述机身底部；

检测模块，所述检测模块安装于所述机身上，所述检测模块用于检测机器人工具的行进方向上是否有障碍物存在，

控制模块，所述控制模块与所述行走机构和所述检测模块连接，当所述检测模块检测到所述机身前方预设距离内有障碍物存在时，所述控制模块能够控制所述行走机构后退一段距离，且所述控制模块能够生成避障路径，并控制所述行走机构沿所述避障路径行走。

Images