CN114879692A - 一种机器人及其控制方法和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人及其控制方法和存储介质，其中，所述机器人可独立行走并设有若干障碍物传感器，所述控制方法包括：在所述机器人的寻边过程中，当检测到所述机器人与边界之间的距离小于预设阈值时，关闭所述障碍物传感器。本发明通过在机器人离边界一定距离时关闭障碍物传感器，从而避免机器人因避障而无法完成寻边操作，大大提高了工作效率。

Description

一种机器人及其控制方法和存储介质

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地涉及一种机器人及其控制方法和计算机可读存储介质。

背景技术

如图1所示，机器人一般都装配障碍物传感器5，该障碍物传感器5可以感知行进方向前方的障碍物或生物体，避免机器人碰撞障碍物或生物体。对于需要沿边界行走的机器人而言，在寻找边界的过程中可能遇到这种情况：边界外侧存在墙体、高草等障碍物，当机器人朝向边界行走的过程中，在感知到边界之前，障碍物传感器5先感知到边界外的障碍物，导致机器人执行避障动作，从而无法正确寻找到边界。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人及其控制方法和计算机可读存储介质，以解决上述问题。为此，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一方面，提供了一种机器人的控制方法，所述机器人可独立行走并设有若干障碍物传感器，其中，所述控制方法包括：在所述机器人的寻边过程中，当检测到所述机器人与边界之间的距离小于预设阈值时，关闭所述障碍物传感器。

在较佳实施例中，关闭所述障碍物传感器是指使所述障碍物传感器处于非激活状态；或者指所述障碍物传感器始终处于激活状态，但所述机器人的处理器不处理所述障碍物传感器产生的信号。

在较佳实施例中，所述寻边过程通过边界传感器检测边界线实现。

在较佳实施例中，所述边界线为闭合通电导线，所述边界传感器通过感测所述闭合通电导线的边界信号感测所述边界。

在较佳实施例中，所述控制方法还包括：当至少一个所述边界传感器从所述边界线内移动到所述边界线外，所述机器人确定到达所述边界线附近。

在较佳实施例中，所述寻边过程通过定位装置检测所述边界的边界坐标实现。

在较佳实施例中，所述边界坐标通过绕所述边界行走一周获得。

在较佳实施例中，所述定位装置包括GNNS传感器。

在较佳实施例中，所述控制方法还包括：当所述机器人需要沿边行走时，先停止工作状态，再从当前位置沿当前朝向行走以寻找所述边界.

在较佳实施例中，所述控制方法还包括：在所述机器人到达所述边界后，转向以调整姿态，使所述机器人沿所述边界行走。

在较佳实施例中，所述障碍物传感器包括第一超声探头和第二超声探头，所述第一超声探头和所述第二超声探头分别对称布置在所述机器人的左右两边。

根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可被处理器执行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

根据本发明的又一方面，还提供了一种机器人，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

在较佳实施例中，所述机器人为割草机器人。

本发明通过在机器人离边界一定距离时关闭障碍物传感器，从而避免机器人因避障而无法完成寻边操作，大大提高了工作效率。

附图说明

图1是现有机器人的立体图；

图2是根据本发明第一实施例的机器人的寻边过程的示意图；

图3是图2所示的机器人的控制方法的流程图；

图4是根据本发明第二实施例的机器人的寻边过程的示意图；

图5是图4所示的机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

图1、2和4示出了一种机器人，尤其是可自主地在预设区域内移动并执行特定作业的机器人，典型的如执行割草作业的智能割草机等。其中，所述特定作业尤其指对行走面进行处理、使行走面的状态发生改变的作业。本发明以智能割草机为例进行详细说明。机器人可自主行走于工作区域的表面上，尤其作为智能割草机可自主地在地面上进行割草作业。机器人至少包括主体机构1、移动机构、工作机构、能源模块、检测机构、交互模块、控制模块等。

所述主体机构1通常包括底盘和外壳，所述底盘用于安装和容纳移动机构、工作机构、能源模块、检测机构、交互模块、控制模块等功能机构与功能模块。所述外壳通常构造为至少部分地包覆所述底盘，主要起到增强美观和辨识度的作用。在本实施例中，所述外壳构造为在外力作用下可相对于所述底盘可复位地平移和/或旋转，配合适当的检测机构，示例性地如霍尔传感器，可进一步地起到感知碰撞、抬起等事件的作用。

所述移动机构构造为用于将所述主体机构支撑于地面并驱动所述主体机构在地面上移动，通常包括轮式移动机构、履带式或半履带式移动机构和步行式移动机构等。在本实施例中，所述移动机构为轮式移动机构，包括至少一个驱动轮2和至少一个行走原动机。行走原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在本实施例中，优选地设置一左驱动轮、一驱动所述左驱动轮的左行走原动机、一右驱动轮和一驱动所述右驱动轮的右行走原动机。在本实施例中，所述机器人的直线行进通过左右两个驱动轮同向等速转动实现，转向行进通过左右两个驱动轮的同向差速或相向转动实现。在其他实施方式中，移动机构还可包括独立于所述驱动轮的转向机构和独立于所述行走原动机的转向原动机。在本实施中，所述移动机构还包括至少一个从动轮3，所述从动轮3典型地构造为万向轮，所述从动轮3和所述驱动轮2分别位于机器人的前后两端。

所述工作机构构造为用于执行具体的作业任务，包括工作件和驱动所述工作件运行的工作原动机。示例性地，对于智能割草机，所述工作件包括切割刀片或切割刀盘，进一步地还包括用于调节割草高度的高度调节机构等优化或调整割草效果的其他部件。所述工作原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在另外的一些实施方式中，工作原动机和行走原动机构造为同一个原动机。

所述能源模块构造为用于为机器人的各项工作提供能量。在本实施例中，所述能源模块包括电池和充电连接结构4，其中电池优选为可充电电池。在本实施方式中，充电连接结构4被配置为无线充电接收装置。

所述检测机构构造为感知机器人所处环境参数或其自身工作参数的至少一种传感器。典型地，检测机构可包括与工作区域限定有关的传感器，例如磁感应式、碰撞式、超声波式、红外线式、无线电式等多种类型，其传感器类型与对应的信号发生装置的位置和数量相适应。检测机构还可包括与定位导航相关的传感器，例如GPS定位装置、激光定位装置、电子罗盘、加速度传感器、里程计、角度传感器、地磁传感器等。检测机构还可包括与自身工作安全性相关的传感器，例如障碍物传感器5、抬升传感器、电池包温度传感器等。障碍物传感器5安装在机器人头部的前方，用于检测行进方向上前方的障碍物。障碍物传感器5优选为非接触式障碍物传感器，例如超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、红外线传感器等。障碍物传感器5也可为接触式障碍物传感器，例如浮动外壳。检测机构还可包括与外部环境相关传感器，例如环境温度传感器、环境湿度传感器、光照传感器、雨淋传感器等。

所述交互模块构造为至少用于接收用户输入的控制指令信息、发出需要用户感知的信息、与其他系统或设备通信以收发信息等。在本实施例中，交互模块包括设置在机器人上的输入装置，用于接收用户输入的控制指令信息，典型地如控制面板、急停按键等；交互模块还包括设置在机器人上的显示屏、指示灯和/或蜂鸣器，通过发光或发声使用户感知信息。在其他实施方式中，交互模块包括设置在机器人上的通信模块和独立于机器人的终端设备，例如手机、电脑、网络服务器等，用户的控制指令信息或其他信息可在终端设备上输入、经由有线或无线通信模块到达机器人。

所述控制模块通常包括至少一个处理器和至少一个非易失性存储器，所述存储器内存储有预先写入的计算机程序或指令集，处理器根据所述计算机程序或指令集控制机器人的移动、工作等动作的执行。进一步地，所述控制模块还能够根据检测机构的信号和/或用户控制指令控制和调整机器人的相应行为、修改所述存储器内的参数等。

边界用于限定所述机器人系统的工作区域，通常包括外边界和内边界。机器人被限定在所述外边界之内、所述内边界之外或所述外边界与内边界之间移动并工作。所述边界可以是实体的，典型地如墙壁、篱笆、栏杆等，或者构造为与边界信号发生装置电连接的闭合通电导线，边界信号发生装置通常设置在停靠站内；所述边界也可以是虚拟的，典型地如针对设有定位装置(如GPS等)的机器人而言，在示例性地由二维或三维坐标形成的电子地图中设置的虚拟边界。

所述停靠站通常构造在边界上或边界内，供机器人停泊，特别是能够向停泊在停靠站的机器人供给能量。停靠站包括供电连接结构，供电连接结构被构造为可与充电连接结构4配接以形成二者之间的电连接，其中，所述配接指接触式的或非接触式的稳定的电连接。在本具体实施方式中，供电连接结构被构造为无线充电发射装置，可与设置在机器人上的无线充电接收装置配接实现非接触式电连接；在其他的一些实施方式中，充电连接结构4被构造为可暴露于机器人外的充电电极片，供电连接结构被构造为可与充电电极片配接实现接触式电连接的供电电极片。

在本实施方式中，机器人在一个完整的工作循环过程中包括停泊状态和非停泊状态。其中，非停泊状态包括工作状态和转移状态，进一步地，转移状态包括出发状态和回归状态。在一些具体实施方式中，工作状态还包括正常工作状态和修边状态。具体地，停泊状态被定义为机器人停泊在停靠站、且设置在机器人上的充电连接结构4与设置在停靠站上的供电连接结构配接，此时行走机构和工作机构均保持静止状态；将处于停泊状态的机器人停泊在停靠站上的位置称为停泊位置；本领域技术人员应当了解，机器人处于停泊状态时，停靠站可以给机器人充电，但并不意味着当机器人处于停泊状态时，停靠站一定给机器人充电。工作状态被定义为机器人在工作区域内行走并执行割草作业，此时行走机构和工作机构均主要为运动状态；其中，机器人沿边界行走并执行割草作业被定义为修边状态，机器人在边界内行走并执行割草作业被定义为正常工作状态。在一些实施方式中，工作状态不包括修边状态。转移状态被定义为机器人从停泊状态向工作状态、或从工作状态向停泊状态的过渡状态，此时行走机构主要为运动状态，工作机构通常保持静止；其中，机器人从停泊状态向工作状态的过渡状态被定义为出发状态，机器人从工作状态向停泊状态的过渡状态被定义为回归状态。

当机器人要进入回归状态或修边状态时，需要首先寻找边界，此时称为寻边过程。下面第一实施例和第二实施例分别描述了两种状态下寻边过程中的机器人的控制方法。

第一实施例

如图2所示，机器人包括主体机构1和安装在主体机构1上的障碍物传感器5和边界线传感器6，其中，主体机构1和障碍物传感器5已在上文进行了详细描述，这边不再赘述。在本实施例中，障碍物传感器5包括分别对称布置在主体机构1的左右两边的两个超声探头(即，第一超声探头和第二超声探头)。障碍物传感器5的探测范围D2取决于其本身设计。在本实施例中，边界线100为实体线，例如闭合通电导线。边界线100与障碍物(例如，墙、篱笆、围栏等)的距离根据机器人的尺寸预先设定。边界线100与障碍物的距离D1通常要求不小于20cm，优选地设为25cm～35cm。边界线传感器6通过感测闭合通电导线的边界信号感测边界。在本实施例中，边界线传感器6被构造为电感。在本实施例中，利用边界线传感器6探测边界信号的强弱，进而判断机器人与边界线100之间的距离。

在这种情况下，如图3所示，机器人的控制方法包括：

S1、当机器人需要回归停靠站(需要充电、工作时间结束等)时，需要先停止工作状态，从工作区域内的某一个位置(例如，当前位置)朝向某一方向(例如，当前朝向)行走以寻找边界。

S2、在寻找边界线100过程中，当机器人与边界线100的距离D小于一预设阈值D0时，即当边界信号的强度大于一强度阈值时，关闭障碍物传感器5，防止因边界外存在障碍物(例如，墙、栅栏、树木等)而导致无法找到边界。D0的大小与D1和D2有关系，即D0+D1>D2，以确保在障碍物传感器5检测到障碍物之前关闭；并且D0也不宜太大，以避免在寻边过程中无法正常避障。

S3、判断是否机器人到达边界线100。具体地，当至少一个边界线传感器6从边界线100内移动到边界线100外，机器人确定到达边界线100附近。

S4、当机器人到达边界线100后，转向以调整姿态，使机器人沿边界线100朝停靠站行走，直到回归停靠站。优选地，在行走期间可利用边界线传感器6调整机器人的中轴线与边界线100的相对位置，以确保其始终跨线行走。在本实施例中，机器人跨线行走指通过调整姿态保持在行走过程中机器人的中轴线始终大致与边界线平行且大致位于边界线正上方。在另外一些实施例中，为了减少机器人对边界线附近草坪的磨损，机器人跨线行走还可以指机器人通过调整姿态保持在行走过程中机器人的中轴线始终大致与边界线平行且与边界线保持间隔。

跨线成功后(即，沿边界线100行走时)，可选择地打开障碍物传感器5或保持关闭障碍物传感器5。注意，所述“打开”或“关闭”障碍物传感器，可以指使障碍物传感器5处于激活状态或非激活状态，也可以指障碍物传感器5始终处于激活状态，但机器人的处理器处理或不处理障碍物传感器5产生的信号。

通常，机器人内设有回归电压和保护电压，其中，回归电压＞保护电压。当电池包电压降到回归电压时，开始执行回归动作；而当电池包电压降到保护电压以下时，机器人停机。初始设置时，可以根据机器人型号和场地面积计算出的电池包预留电压，从而确保在沿最大长度的边界线回归的情况下也不会触发电池包的保护电压，避免导致机器人在回归过程中因电量不足而自动关机，停在场地中间。

本实施例通过在机器人离边界线一定距离时关闭障碍物传感器，从而避免机器人因避障而无法完成寻边操作，大大提高了工作效率，同时避免在回归过程中反复碾压草坪，让机器人的驱动电机减少无效工作，提高了驱动电机的使用寿命，并且机器人能够及时回到停靠站，使电池包始终处于保护电压以上，提高了电池包的使用寿命和效率。

第二实施例

如图4所示，本实施例与第一实施例的不同点在于，本实施例的边界200是通过安装在机器人的主体机构1上的定位装置7来确定的虚拟边界，即由二维坐标形成的电子地图中设置的虚拟边界。具体地，机器人根据定位装置7获取位置坐标，通过绕边界行走一周获得边界坐标，并通过所述边界坐标来确定边界200。应该理解，边界坐标也可以通过诸如百度地图、高德地图、谷歌地图等电子地图获得。

定位装置7典型的例如是基于GPS、北斗卫星定位系统等的GNNS(全球导航卫星系统)传感器。定位装置7可以是市场上可购得的定位模块，其可以单独安装并与机器人的控制模块通讯连接，也可以集成在机器人的控制模块中。

在这种情况下，如图5所示，机器人的控制方法包括：

S10、当机器人需要进入修边状态时，先停止工作状态，从工作区域内的某一个位置(例如，当前位置)朝向某一方向(例如，当前朝向)行走以寻找边界。

S20、在寻边过程中，当机器人距离边界200的距离D小于预设阈值D0时，即定位装置7检测到的机器人的当前位置坐标与边界曲线之间的距离小于预设阈值时，关闭障碍物传感器5。

S30、机器人在定位装置7的导航下继续走到边界200，即当D＝0时，表示机器人走到了边界200。

S40、当机器人到达边界200后，转向以调整姿态，使机器人沿边界200行走，进行修边作业。

同样地，在沿边界200行走时，可选择地打开障碍物传感器5或保持关闭障碍物传感器5。

在本实施例中，当机器人要回归时，可以直接根据当前位置和停靠站的坐标规划最近线路，无需再沿着边界200回到停靠站，大大提高了效率；并且无需布置实体边界线(例如，第一实施例中的边界线100)，节省了安装成本。

本实施例通过在机器人离边界一定距离时关闭障碍物传感器，从而避免机器人因避障而无法完成寻边操作，大大提高了工作效率，同时避免在回归过程中反复碾压草坪，让机器人的驱动电机减少无效工作，提高了驱动电机的使用寿命，并且机器人能够及时回到停靠站，使电池包始终处于保护电压以上，提高了电池包的使用效率。

第三实施例

本发明的第三实施例提供了一种机器人，具体是用于自动修整草坪的割草机器人。该机器人包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的机器人的控制方法。优选地，机器人的控制模块被构造为包括存储所述计算机程序的存储器和可执行所述计算机程序的处理器。

示例性地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明的方法。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述机器人中的执行过程。

机器人可包括但不仅限于处理器和存储器，例如其还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是机器人的控制中心，利用各种接口和线路连接整个机器人的各个部分。

所述存储器可用于存储计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述机器人的各种功能，例如，行走、定位、割草、回归充电等。所述存储器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(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器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，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

第四实施例

本发明的第四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，该计算机程序被处理器执行时可实现如上所述的机器人的控制方法。

其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上已详细描述了本发明的优选实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (13)

1.一种机器人的控制方法，所述机器人可独立行走并设有障碍物传感器，其特征在于，所述方法包括：在所述机器人的寻边过程中，当检测到所述机器人与边界之间的距离小于预设阈值时，关闭所述障碍物传感器。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，关闭所述障碍物传感器是指使所述障碍物传感器处于非激活状态，或者指所述障碍物传感器始终处于激活状态，但所述机器人的处理器不处理所述障碍物传感器产生的信号。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述寻边过程通过边界传感器检测边界线实现。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述边界线为闭合通电导线，所述边界传感器通过感测所述闭合通电导线的边界信号感测所述边界。

5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：当至少一个所述边界传感器从所述边界线内移动到所述边界线外，所述机器人确定到达所述边界线附近。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述寻边过程通过定位装置检测所述边界的边界坐标实现。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述边界坐标通过绕所述边界行走一周获得。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述定位装置包括GNNS传感器。

9.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：当所述机器人需要沿边行走时，先停止工作状态，再从当前位置沿当前朝向行走以寻找所述边界。

10.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在所述机器人到达所述边界后，转向以调整姿态，使所述机器人沿所述边界行走。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有可被处理器执行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-10中任一项所述的控制方法。

12.一种机器人，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-10中任一项所述的控制方法。

13.如权利要求12所述的机器人，其特征在于，所述机器人为割草机器人。

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