CN115104958B - 障碍物检测方法及自移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于自移动设备的障碍物检测方法，自移动设备的机体底部设置有边刷组件，边刷组件在旋转过程中至少部分伸出机体覆盖面范围之外，所述方法包括：确定所述边刷组件的工作状态；根据工作状态，确定机体周围是否存在障碍物。本申请提供的障碍检测方法及清洁机器人能够检测高度低于机身的障碍物，扩展了清洁机器人的障碍检测范围。

Description

障碍物检测方法及自移动设备

本申请为申请号202011170983.5、申请日为2020年10月28日、发明名称为“障碍物检测方法及自移动设备”的分案申请。

【技术领域】

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种障碍物检测方法及自移动设备。

【背景技术】

自移动设备，是一种能够自主移动和执行工作任务的机器人。例如目前日益受到人们欢迎的清洁机器人，其用于在室内或者特定区域自主移动和执行清扫工作。

清洁机器人需要自主识别障碍物并根据识别结果控制行走方向。传统的清洁机器人，障碍检测传感器通常采用激光传感器，而该类传感器一般安装在机器顶部，无法检测到低于机身的障碍。在需要沿墙边行走的场景中，若墙的部分踢脚线低于上述传感器的检测范围，清洁机器人无法识别到踢脚线，在沿墙边行走时，可能出现多次碰撞的情况，降低了清洁机器人的覆盖效率。另一种清洁机器人将激光测距传感器安装在机身前方，一般设置在机身高度的中部，低于该安装高度的障碍物同样无法检测到。

因此，有必要对相关技术予以改良以克服相关技术中的上述缺陷。

【发明内容】

本申请的目的在于提供一种能够检测高度低于机身的障碍物检测方法及自移动设备。

本申请的目的是通过以下技术方案实现：

一种用于自移动设备的障碍物检测方法，所述自移动设备的机体底部设置有边刷组件，所述边刷组件在旋转过程中至少部分伸出所述机体覆盖面范围之外，所述方法包括：

确定所述边刷组件的工作状态；

根据所述工作状态，确定所述机体周围是否存在障碍物。

在其中一实施例中，所述确定所述边刷组件的工作状态包括：

获取所述边刷组件的工作电流；

根据所述工作电流的变化特征，确定所述边刷组件的工作状态。

在其中一实施例中，所述根据所述工作电流的变化特征，确定所述边刷组件的工作状态包括：

将所述工作电流与预设电流值进行比较，定义所述工作电流上升超于预设电流值之后又下降至低于预设电流的变化过程为所述工作电流的一次超负载状态；

在所述工作电流的所述超负载状态呈间歇性出现的情况下，确定所述工作状态为遇障状态，所述机体周围存在障碍物。

在其中一实施例中，确定所述工作状态为遇障状态包括以下步骤：

计算所述工作电流在一旋转周期内间歇性出现所述超负载状态的次数；判断所述次数是否等于预设次数，若是，则确定所述工作状态为遇障状态；

其中，所述旋转周期为所述边刷组件旋转一周所需的时间。

在其中一实施例中，在判断超负载状态的次数等于预设次数之后，所述方法还包括：

确定在所述工作电流连续高于所述预设电流值的部分的占空比；

根据所述占空比，确定障碍物与所述边刷组件旋转中心的距离。

在其中一实施例中，在判断超负载状态的次数等于预设次数之后，所述方法还包括：

获取所述工作电流开始和/或结束高于所述预设电流值时所述边刷组件相对于初始位置的转动位置；

根据所述转动位置，确定障碍物相对于所述机体的角度。

在其中一实施例中，所述边刷组件包括至少两根长度不一致的边刷条，在确定所述工作状态为遇障状态之后，所述方法还包括：

根据所述边刷组件的旋转角度确定与障碍物接触的所述边刷条，获取所述边刷条的长度；

根据所述边刷条的长度确定障碍物与所述机体的距离。

在其中一实施例中，所述确定所述边刷组件的工作状态包括：

获取所述边刷组件的工作电压；

根据所述工作电压的变化特征，确定所述边刷组件的工作状态。

在其中一实施例中，所述边刷组件包括一根或多根间隔分布的边刷条，还包括设置在所述边刷条上的传感器，所述传感器用于检测与所述边刷条的形变量或者受力大小相关的运行参数，所述确定所述边刷组件的工作状态包括：

在所述运行参数周期性的高于预设阈值的情况下，确定所述边刷组件碰到障碍物，所述工作状态为遇障状态。

本申请还提供了一种自移动设备，采用上述任意实施例所提供的障碍物检测方法。

本申请具有如下有益效果：本申请提供的障碍物检测方法及采用该方法的自移动设备，基于边刷组件的工作状态判断机体周围是否存在障碍物，能够检测其高度贴近工作面的障碍物，扩展了自移动设备的障碍检测范围。

【附图说明】

图1示出了本申请一实施例提供的自移动设备的仰视图。

图2是图1所示的自移动设备的部分剖面示意图。

图3是图1所示的自移动设备的边刷组件的结构示意图。

图4是本申请提供的障碍物检测方法的流程示意图。

图5是图1所示的自移动设备遇到一种位置的障碍物的示意图。

图6是图1所示的自移动设备遇到另一种位置的障碍物的示意图。

【具体实施方式】

本申请一实施例提供了一种用于自移动设备的障碍物检测方法。其中，图1至图3示出了一种采用该障碍物检测方法的自移动设备，图4示出了该障碍物检测方法的流程示意图。

在本具体实施例中，自移动设备具体为清洁机器人100，该清洁机器人100可以是扫地机器人，拖地机器人或者扫拖一体机器人等。当然，在其他实施例场景中，该障碍物检测方法还可以用于其他自主工作的自移动设备。本申请以清洁机器人为例进行详细说明。

请参见图1和图2，清洁机器人100包括机体10，设置在机体10上的行走机构12。其中，机体10支撑于行走机构12上方，能够在行走机构12的驱动下在工作面上移动。具体而言，行走机构包括行走轮121和驱动行走轮121的行走电机（未示出）。清洁机器人还包括清洁机构，用于对行驶过的地面进行清扫、拖擦，机体10内还设置有用于存储灰尘的尘盒，清扫收集的灰尘会首先存储在尘盒内。

清洁机器人100可以在设定工作区域内自主行走。清洁机器人100还包括障碍检测装置，用于感应机体10周围是否存在障碍物。

本实施例中，障碍检测装置包括边刷组件，控制电路，以及与控制电路电连接的检测电路。

其中，边刷组件包括边刷30以及与边刷30传动连接用于驱动边刷30旋转的电机40。边刷30旋转过程中伸出机体10的覆盖面范围之外，边刷30的下端与工作面接触，在旋转过程中能够将工作面上的灰尘、碎屑等垃圾扫至清洁机器人的吸尘范围，扩大清洁机器人的清扫范围。这里机体10的覆盖面理解为机体在工作面上的投影的覆盖范围，边刷旋转形成的清扫面至少部分位于机体10的覆盖面范围之外，也即是说，边刷30在旋转过程中至少部分伸出机体10的覆盖面范围之外，从而将位于机体10覆盖面范围之外的垃圾清扫至覆盖面范围内，便于集中吸尘机体10的尘盒内。

进一步的，请参见图2，边刷组件还包括减速机构50，减速机构50设置于电机40与边刷30之间，用于将电机40的转速进行降速后传动至边刷30，从而边刷30转速降低，扭矩提高，具有更强的清扫能力。当然，电机40与边刷30之间也可以不设置减速机构，边刷30与电机40直接驱动旋转。

由于现有的清洁机器人，在自动清扫过程中，若地面上存在低于障碍检测装置的检测高度下限的障碍物，清洁机器人在撞到该障碍物之前不能识别到该障碍物，只有在与障碍物发生了碰撞之后，清洁机器人才能得知前方障碍。然而，由于碰撞已经发生，清洁机器人需要进行复杂的碰撞反应控制，通常是进行倒退行走以离开障碍物，然后进行转向控制，改变清洁机器人的行走方向以规避障碍。这些碰撞反应不仅需要花费时间浪费能源，最重要的是中断了清洁机器人的覆盖工作区域的行走计划，降低覆盖工作区域的时间效率，而且，碰撞反应会影响障碍物周围的工作面的清洁，导致障碍物周围清扫不到，形成清洁死角。

针对现有技术的问题，本申请的发明人提供了一种利用边刷组件进行障碍物检测的方法，提高清洁机器人识别障碍物的范围，进一步降低由于与障碍物碰撞导致的工作效率降低以及清洁死角的问题。

请参见图4，本申请一实施例提供的障碍检测物检测方法包括以下步骤：

S10：确定边刷组件的工作状态。

S30：根据所述工作状态，确定机体10周围是否存在障碍物。

当机体10周围存在障碍物时，尤其是障碍物高度低于机体10的高度的情况，设置在机体10顶部的障碍传感器不能探测到该障碍物，然而由于边刷组件贴工作面旋转，能够碰到凸出工作面任意高度的障碍物，当边刷30碰到障碍物时，其旋转阻力增大，导致边刷组件的负载增大，即电机40的负载增大，此时，边刷组件与负载相关的运行参数也相应增大，定义遇到障碍时边刷组件处于遇障状态，运行参数处于超负载状态，通过预先设置边刷组件未遇到障碍时的运行参数的预设范围，若检测的运行参数超过预设范围，那么认定为运行参数处于超负载状态，进一步的确定边刷组件遇到障碍物，处于遇障状态。若边刷组件转动过程中未遇到障碍，其负载相关的运行参数在预设范围，可以确定边刷组件为正常负载状态。

在步骤S30中，若S10步确定边刷组件为正常负载状态，则机体10周围不存在障碍物，若S10步骤中确定边刷组件为遇障状态，则认为机体10周围存在障碍物。

本实施例提供的依靠边刷组件的障碍检测物检测方法，由于边刷组件贴地旋转，几乎能够检测任意高度的障碍物，从而在机身与障碍物碰撞之前，识别到障碍物的轮廓形状。具体而言，清洁机器人在识别到障碍物后，可以提前调整行走方向，可以沿着障碍物的外轮廓行走，围绕障碍物一圈，并保持与障碍物一定距离，从而清扫障碍物周围的地面，降低清洁死角，提高清洁覆盖效率。

在一具体实施例中，检测电路获取运行参数，控制电路与检测电路电连接，控制电路接收到检测电路获取的边刷组件的负载相关运行参数，确认运行参数是否在预设范围，即可确认边刷组件是否碰到障碍，即机体10周围是否存在障碍物，并由此产生控制信号。控制电路与行走机构12电连接，当运行参数处于超负载状态，控制电路向行走机构12发送控制信号，行走机构12接收控制信号，并基于控制信号控制清洁机器人100行走方向。具体而言，当清洁机器人处于沿边行走模式，行走机构根据控制信号控制清洁机器人沿障碍物的外缘行走，如沿墙边行走。当清洁机器人处于避障模式，行走机构调整行走方向以躲避障碍。

在一些实施例中，可以通过边刷组件的工作电流来确定边刷组件的工作状态。因此，在所述方法的一实施例中，确定所述边刷组件的工作状态，包括：

获取边刷组件的工作电流。

根据工作电流的变化特征，确定边刷组件的工作状态。

其中，运行参数包括流过电机40的工作电流。检测电路用于获取流过电机40的电流大小。当边刷30遇到障碍物时，流过电机40的电流相应增大，通过电流的增大的变化特征可以确定边刷组件的工作状态。

在一具体实施例中，请参见图3，边刷30包括本体31和设置在本体31的周向径向向外延伸的边刷条32，边刷条30间隔分布，在旋转过程中间歇性的与障碍物接触，当其中一根边刷条与障碍物接触到脱离障碍物的过程中，工作电流呈上升高于预设电流值，在与障碍物接触的过程中保持高于预设电流值的状态，当边刷脱离障碍物后，工作电流下降至低于预设电流值，而当下一次边刷条与障碍物接触又脱离的过程中，工作电流的又一次出现上升高于预设电流值后又下降至低于预设电流值的情况。定义工作电流上升超于预设电流值之后又下降至低于预设电流的工作电流的连续变化过程为一次超负载状态，当超负载状态间歇性出现，即工作电流间歇性的出现高于预设电流值的情况，判断边刷30碰到障碍物。因此，为了避免其他干扰（如不同摩擦力的地面导致的工作电流增大），降低障碍误判的风险。在所述方法的一实施例中，根据所述工作电流的变化特征，确定所述边刷组件的工作状态包括：

将工作电流与预设电流值进行比较，定义工作电流上升超于预设电流值之后又下降至低于预设电流的变化过程为工作电流的一次超负载状态；

在工作电流的超负载状态呈间歇性出现的情况下，确定工作状态为遇障状态，机体10周围存在障碍物。

在一实施例中，边刷条32的数量为3根，且周向上均匀分布，相邻的边刷条32之间的夹角大致120°。当然在其他实施例中，边刷条32的数量也可以是2根，可以是3根，当然也可以大于3根，相邻的边刷条之间的夹角也可不相同，只要在边刷旋转过程中，边刷条32能够与障碍物间歇性的接触即可。

为了进一步确保障碍物判断的可靠性，所述方法的一实施例中，确定所述工作状态为遇障状态包括以下步骤：

计算工作电流在一旋转周期内间歇性出现超负载状态的次数；判断次数是否等于预设次数，若是，则确定工作状态为遇障状态；

其中，旋转周期为边刷组件旋转一周所需的时间，预设次数可以为边刷组件的边刷条数量，也可以自行设置。

在一实施例中，假设边刷条数量为n，其中n为大于1的整数，在一旋转周期内，n根边刷条32依次与障碍物接触，导致一旋转周期内工作电流发生n次超过预设电流值，通过判断超过预设电流值的次数等于边刷条的数量n，能够可靠的确定边刷组件的工作状态为遇障状态。具体的，控制电路还包括记录一旋转周期内工作电流发生先上升超过预设电流值后又下降至低于预设电流值的次数的计数电路，若上述次数等于预设次数，则确定边刷组件遇到障碍物。

另一实施例中，清洁机器人100还可以在确定存在障碍物的基础上，进一步的确定机体10与障碍物的距离。因此，所述方法的另一实施例中，在判断工作电流在一周期内发生预设次数高于预设电流值的变化之后，所述方法还包括：

确定在工作电流连续高于预设电流值的部分的占空比；

根据所述占空比，确定障碍物与边刷组件旋转中心的距离。

在该实施例中，控制电路用于记录工作电流持续高于预设电流值的部分的占空比，通过占空比可以获得边刷条32与障碍物接触的时长。可以理解的，当障碍物与机体10距离较近时，边刷条32打到障碍物上所滑过的弧长对应增加，与障碍物持续接触的时间也延长，其占空比也相应增大；若障碍物较远，边刷条32与障碍物接触的弧长较短，接触的时间也相应较短，占空比也较小。因此，通过确定工作电流连续高于预设电流值的部分占空比，能够计算障碍物与边刷30旋转中心的的距离。确定了机体10与障碍物的距离，清洁机器人可以进行精确的沿障碍物边缘行走，保持与障碍物较小的距离能够准确的贴近障碍物进行清扫，降低障碍物周围地面的清洁死角面积。

在另一实施例中，清洁机器人100在确定存在障碍物的前提下，还可以确定障碍物相对机体10的角度，从而准确的获取障碍物相对机体10的位置，方便控制行驶方向。因此，所述方法的另一实施例中，在判断工作电流在一周期内发生预设次数高于预设电流值的变化之后，所述方法还包括：

获取所述工作电流开始和/或结束高于所述预设电流值时所述边刷30的相对机体的转动位置；

根据转动位置，确定障碍物相对于机体10的角度。

在该实施例中，控制电路还用于记录工作电流处于超负载状态的起始和/或结束时刻，即工作电流开始和/或结束高于所述预设电流值的时刻，以及对应时刻的边刷30相对机体10的转动位置。这里，相对机体10的转动位置，应当理解为，以边刷30某一预设初始位置为起点，边刷30旋转过程中的相对该预设初始位置的转动角度，以该预设初始位置为参照，该转动角度的范围是0°-360°，在边刷30旋转过程中，相对该预设初始位置的转动角度即为边刷30相对机体10的转动位置。请参见图5，以图5所示的边刷30的转动角度为预设初始位置，在该预设初始位置边刷条32刚碰到障碍物，边刷组件旋转阻力增大，进入超负载状态，根据超负载状态的起始时刻，可以确定边刷30碰到障碍物的边刷30转动位置，即边刷条32转动0°与障碍物接触，如此确定碰到障碍物的外轮廓的起点相对机体10的角度，根据超负载状态的结束时刻，结合该时刻边刷转动位置，可以确定障碍物的外轮廓的终点，根据该外轮廓起点位置和终点位置可以确定障碍物相对机体10的角度。而当障碍物位于图6所示的位置时，边刷30在预设初始位置未接触到障碍物，需要旋转转动一定角度才能接触到障碍物，根据接触到障碍物时边刷30相对预设初始位置的转动角度，可以计算障碍物相对机体10的角度。进一步的结合超负载状态结束时边刷30的转动角度，更精确的判断障碍物相对机体10的位置，从而能够识别不同的障碍物相对机体10的角度。

在上述实施例中，清洁机器人能够获知障碍物的外轮廓形状，例如，当清洁机器人沿边障碍物边缘行走模式下（具体场景如沿墙边行走），实时通过边刷组件检测障碍物相对机体的角度，根据获取的一组障碍物外轮廓的角度值，获取障碍物的外轮廓的延伸方向，从而实时调整清洁机器人的行走方向，保持行走方向与障碍物的外轮廓走向平行。因此，在沿边行走模式，清洁机器人始终保持边刷组件与障碍物接触，而机体与障碍物保持一定距离，清洁机器人能够根据障碍物调整行走方向，准确围绕障碍物行走，而避免发生碰撞。

其中，边刷条32的旋转角度可以通过传感器来检测，例如在其中一根边刷条上设置感应磁条，机体10上预定位置设置磁感应传感器，当该边刷条32旋转经过磁感应传感器附近，磁感应传感器产生感应信号，控制电路根据该感应信号可以确定边刷条的转动角度。当然，也可以通过电机转轴的转动相位来确定边刷条的转动角度，在此不再详述。

为了更准确判断机体10与障碍物的相对位置。在一实施例中，边刷条32具有多根，至少其中两根边刷条32径向向外延伸的长度不一致。在所述方法的一实施例中，在确定工作状态为遇障状态之后，所述方法还包括：

根据边刷组件的旋转角度确定与障碍物接触的边刷条，获取所述边刷条的长度；

根据边刷条的长度确定障碍物与机体10的距离。

本实施例中，3条边刷条32径向向外延伸的长度两两不相同。例如，3条边刷条32按照顺时针或逆时针顺序长度依次递增，本实施例对此不做限定。如此，在旋转过程中，不同长度的边刷条32能够触及的障碍物的距离也不相同，也就是说，不同长度的边刷条32在碰到障碍物时，机体10与该障碍物的距离是不同的。基于边刷条的旋转角度确定与障碍物接触的边刷条，根据该边刷条的长度确定机体10与障碍物的距离。

在一实施例中，边刷条32上还可以设置受力边条，受力边条用于在边刷条碰到障碍物时增强边刷条的旋转阻力，从而，在遇到障碍时，工作电流显著的提高，更容易判断边刷是否遇障。当然，在其他实施例中，也可以通过采用硬度更大的边刷条来增强边刷条遇到障碍物时的旋转阻力。

在一些实施例的清洁机器人中，边刷组件的控制方式是通过工作电压的来调节边刷组件的运转，负载相关的运行参数也可以为边刷组件的工作电压。在所述方法的另一实施例中，确定边刷组件的工作状态包括：

获取边刷组件的工作电压；

根据工作电压的变化特征，确定边刷组件的工作状态。

在遇到障碍后，清洁机器人边刷组件的电机40两端的工作电压发生变化，若工作电压超过预设电压值，则认为工作电压为超负载状态，边刷组件处于遇障状态。边刷条32在旋转过程中间歇性的与障碍物接触，如此，若工作电压间歇性的高于预设电压值，即间歇性的处于超负载状态，那么判断边刷30碰到障碍物，边刷组件处于遇障状态。该实施例与上述采用工作电流进行工作状态判断的实施例，区别仅在于采用的运行参数的类型不同，其他控制逻辑基本相同，在此不再赘述。

在另一实施例中，边刷组件还可以通过直接检测边刷条的形变量或者受力大小来判断边刷组件的运行状态。在该实施例中，边刷组件包括一根或多根间隔分布的边刷条，还包括设置在边刷条32上的传感器，传感器用于检测边刷条的形变量或者受力大小相关的运行参数，确定边刷组件的工作状态包括：

在运行参数间歇性的高于预设阈值的情况下，确定边刷组件碰到障碍物，工作状态为遇障状态。

其中，运行参数间歇性的高于预设阈值，应当理解为运行参数一段时间高于预设阈值且一段时间低于预设阈值，非持续性的高于预设阈值。传感器与检测电路电连接，用于获取该运行参数并将该运行参数转递给控制电路，控制电路将运行参数与预设参数比较，若运行参数超过预设阈值，则判定边刷组件遇到障碍，若运行参数未超过预设阈值，则认为边刷组件未遇障碍物。

本申请还提供了一种自移动设备，采用上任意实施例所提供的障碍物检测方法。由于自移动设备本身结构就包括边刷组件，因此，采用上述实施例提供的障碍物检测方法，不需要增加其他结构部件，仅需更改控制电路和检测电路即可，因此成本低。当然，该障碍检测装置也可以用于本身不具有边刷组件的自移动设备。

本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。具体的可以根据前述相关实施例示例的描述的可以实现技术方案，在此不做逐个实施例实现方案的赘述。

上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于自移动设备的障碍物检测方法，所述自移动设备的机体底部设置有边刷组件，所述边刷组件在旋转过程中至少部分伸出所述机体覆盖面范围之外，其特征在于，所述方法包括：

确定所述边刷组件的工作状态；

根据所述工作状态，确定所述机体周围是否存在障碍物，以控制所述机体回避与障碍物的碰撞；

所述根据所述工作状态，确定所述机体周围是否存在障碍物，包括：

将所述边刷组件的工作电流与预设电流值进行比较，定义所述工作电流上升超于预设电流值后又下降至低于预设电流的变化过程为所述工作电流的一次超负载状态；

在所述工作电流的所述超负载状态呈间歇性出现的情况下，确定所述工作状态为遇障状态，所述机体周围存在障碍物；

在确定所述机体周围存在障碍物的情况下，获取所述工作电流开始和/或结束高于预设电流值时所述边刷组件相对于预设初始位置的转动位置；

根据所述转动位置，确定障碍物相对于所述机体的角度；

所述边刷组件包括一根或多根间隔分布的边刷条，还包括设置在所述边刷条上的传感器，所述传感器用于检测与所述边刷条的形变量或者受力大小相关的运行参数，所述确定所述边刷组件的工作状态还包括：

在所述运行参数周期性的高于预设阈值的情况下，确定所述边刷组件碰到障碍物，所述工作状态为遇障状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述工作状态为遇障状态包括以下步骤：

计算所述工作电流在一旋转周期内间歇性出现所述超负载状态的次数；判断所述次数是否等于预设次数，若是，则确定所述工作状态为遇障状态；

其中，所述旋转周期为所述边刷组件旋转一周所需的时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在判断超负载状态的次数等于预设次数之后，所述方法还包括：

确定在所述工作电流连续高于所述预设电流值的部分的占空比；

根据所述占空比，确定障碍物与所述边刷组件旋转中心的距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边刷组件包括至少两根长度不一致的边刷条，在确定所述工作状态为遇障状态之后，所述方法还包括：

根据所述边刷组件的旋转角度确定与障碍物接触的所述边刷条，获取所述边刷条的长度；

根据所述边刷条的长度确定障碍物与所述机体的距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述边刷组件的工作状态包括：

获取所述边刷组件的工作电压；

根据所述工作电压的变化特征，确定所述边刷组件的工作状态。

6.一种自移动设备，其特征在于，采用上述权利要求1-5任意一项所述障碍物检测方法。