CN115486769A - 一种自移动设备碰撞位置检测方法及自移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自移动设备碰撞位置检测方法及自移动设备，涉及自移动设备技术领域，自移动设备碰撞位置检测方法包括如下步骤：S1.利用加速度信息和角速度信息判断自移动设备是否处于越障状态；S2.若未处于越障状态，则对压力传感器的检测信号通过第一截止频率进行低通滤波；若处于越障状态，则对压力传感器的检测信号通过第二截止频率进行低通滤波，第一截止频率高于第二截止频率；S3.根据滤波后的检测信号计算碰撞位置。本发明的自移动设备碰撞位置检测方法能够有效的提高碰撞位置检测的可靠性，防止自移动设备在越障时误将因设备抖动产生的信号作为碰撞信号，有利于自移动设备的可靠避障。

Description

一种自移动设备碰撞位置检测方法及自移动设备

优先权信息：本申请要求申请日为2021年10月26日，申请号为 202111248183.5的中国发明专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及自移动设备技术领域，尤其涉及一种自移动设备碰撞位置检测方法及自移动设备。

背景技术

自移动设备，例如扫地机器人、自动割草机等，是一种能够自动在工作区域内移动作业的设备。以扫地机器人为例，其能够在室内地面移动，进行吸尘、扫地、拖地等清洁作业，方便人们的生活。

扫地机器人在移动过程中不可避免的会与周围环境中的物体发生碰撞，在碰撞发生后，需要检测碰撞在自移动设备上发生的位置，以使得扫地机器人能够重新规划路径，进行转向以避免卡死无法脱困和撞击损害其他设品的情况，使得扫地机器人能够智能化的移动作业。因此，碰撞检测作为扫地机器人智能化的核心要素已经变得越来越重要。

扫地机器人的工作场景多样，在复杂的场景下，现有的碰撞检测方式很难得出准确的检测结果。

申请人研究发现，在上下台阶(例如20mm以下的台阶)、连续越障、过坑洼不平的路面(例如鹅卵石路面、散落有玩具的路面等)时，将产生较大的振动，扫地机器人存在误以为发生了碰撞，从而错误的做出避障动作的情况，影响扫地机器人的正常移动。进一步地，在这些场景下如果扫地机器人碰撞到一些软质、轻质的物体(比如软沙发、抱枕、轻质垃圾桶等)时，由于传感器因碰撞产生的信号较小，在较大的背景噪声下难以识别，还容易导致扫地机器人无法做出准确的避障动作。

另外，相关技术中，扫地机器人主要是利用产品分体式碰撞模块来实现的，以公开号为CN211299808U的中国实用新型专利所揭示的自律行走机器人为例，其通过在前端设置碰撞板，在碰撞板上设置传感器来检测碰撞方位，其检测精度低，仅能够判断大致的撞击区域，而且只能对靠近前侧的碰撞作出检测，无法实现全周360°的检测，难以满足不同场景下复杂的碰撞检测需求。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自移动设备碰撞位置检测方法及自移动设备，能够降低越障时对碰撞的误判，提高碰撞检测的可靠性。

为实现上述发明目的，一方面，本发明提出了一种自移动设备碰撞位置检测方法，所述自移动设备包括用于检测振动信号的至少两个压力传感器和用于检测加速度信息和角速度信息的惯性传感器；

所述自移动设备碰撞位置检测方法包括如下步骤：

S1.利用所述加速度信息和所述角速度信息判断所述自移动设备是否处于越障状态；

S2.若未处于越障状态，则对所述压力传感器的检测信号通过第一截止频率进行低通滤波；若处于越障状态，则对所述压力传感器的检测信号通过第二截止频率进行低通滤波，所述第一截止频率高于所述第二截止频率；

S3.根据滤波后的检测信号计算碰撞位置。

进一步地，所述第一截止频率小于等于2KHz，所述第二截止频率小于等于80Hz。

进一步地，所述的利用所述加速度信息和所述角速度信息判断所述自移动设备是否处于越障状态包括如下步骤：

S10.根据所述加速度信息计算振动强度；

S11.若所述振动强度大于预设的振动强度阈值，则根据所述角速度信息计算角速度变化幅度，若所述角速度变化幅度大于预设的角度门限，则判定为处于越障状态；若所述振动强度小于预设的振动强度阈值，或者，若所述角速度变化幅度小于预设的角度门限，则判定为未处于越障状态。

进一步地，所述振动强度根据三个轴向的加速度信息计算得到，计算公式如下：

式中，a为振动强度，a_xj、a_yj和a_zj分别指的是第j次采集到的x、y和z轴方向的加速度。

所述角速度变化幅度根据x轴和y轴方向的角速度信息计算得到，计算公式如下：

式中，ω为角速度变化幅度，ω_xj和ω_yj分别为第j次采集的x轴和y轴方向的角速度。

进一步地，所述步骤S2中，所述压力传感器的检测信号通过低通滤波、信号放大和模数转换后传输至处理器；

并且，处于越障状态时的信号放大倍数大于未处于越障状态时的信号放大倍数。

进一步地，处于越障状态时的信号放大倍数大于等于3倍的未处于越障状态时的信号放大倍数。

进一步地，所述步骤S3中，在计算碰撞位置之前，先检测所述压力传感器检测的振动信号是否达到触发阈值，若达到触发阈值，则采集所述压力传感器的检测信号并根据所述压力传感器的检测信号计算碰撞位置。

进一步地，所述自移动设备包括本体和环绕于所述本体外部的外壳，所述外壳上至少设置有第一压力传感器和第二压力传感器；

所述步骤S3中，根据滤波后的检测信号计算碰撞位置包括如下步骤：

S30.获取所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的检测信号；

S31.根据获取到的所述第一压力传感器和第二压力传感器的检测信号计算所述碰撞位置距所述第一压力传感器或者所述第二压力传感器的传递距离；

S32.根据所述碰撞位置距所述第一压力传感器或者所述第二压力传感器或者所述第二压力传感器的位置信息以及所述外壳的轮廓信息得到所述碰撞位置的坐标。

进一步地，所述步骤S31中，结合所述第一压力传感器和所述第二压力传感器之间的传递距离计算所述碰撞位置距所述第一压力传感器或者所述第二压力传感器的传递距离。

进一步地，所述外壳呈连续的环状壳体结构，所述步骤S31之前还包括如下步骤：

判断碰撞位置位于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器连线的第一侧还是第二侧，进而确定所述第一压力传感器和所述第二压力传感器之间传递距离的取值。

进一步地，所述步骤S3中，还根据滤波后的检测信号的幅度计算碰撞力度。

另一方面，本发明提出了一种自移动设备，包括：

本体；

外壳，环绕设置于所述本体的外侧面；

至少两个压力传感器，所述压力传感器与所述外壳相连；

惯性传感器，用于检测所述自移动设备在三个轴向的加速度信息和X、 Y轴向的角速度信息；

控制器，与所述压力传感器和所述惯性传感器通信连接，所述控制器根据所述加速度信息和所述角速度信息判断所述自移动设备是否处于越障状态；

若未处于越障状态，则对所述压力传感器的检测信号通过第一截止频率进行低通滤波，并根据滤波后的检测信号计算碰撞位置；

若处于越障状态，则对所述压力传感器的检测信号通过第二截止频率进行低通滤波，并根据滤波后的检测信号计算碰撞位置，所述第一截止频率高于所述第二截止频率。

进一步地，所述第一截止频率小于等于2KHz，所述第二截止频率小于等于80Hz。

进一步地，所述控制器包括处理器以及连接于所述压力传感器和所述处理器之间的第一电路和第二电路；

所述第一电路包括依次电连接的第一低通滤波器、第一信号放大器和第一模数转换器，所述第一低通滤波器的截止频率为第一截止频率；

所述第二通路包括依次电连接的第二低通滤波器、第二信号放大器和第二模数转换器，所述第二低通滤波器的截止频率为第二截止频率，且所述第二信号放大器的放大倍数大于等于3倍的所述第一信号放大器的放大倍数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明中，在计算碰撞位置之前，先判断自移动设备是否处于越障状态，并在越障状态时采用低于正常状态的截止频率进行滤波，有利于在越障状态时，从更复杂的噪声信号中提取出因碰撞产生的信号，防止自移动设备在越障时误将因振动产生的干扰信号作为碰撞信号，有利于准确的计算出碰撞位置，保证自移动设备的正常工作。

2.作为改进，自移动设备通过加速度信息和角速度信息判断是否处于越障状态，判断结果更为准确。

3.作为改进，在越障过程中，通过将截止频率设置成低于80Hz，可以有效的去除背景噪声，提取出因碰撞而产生的振动信号。进一步地，通过对信号进行放大处理，能够更方便的获取到经滤波后的有用信号，提高了碰撞检测的灵敏度，使得自移动设备即使与软质、轻质物体发生碰撞，也能够提取出有相应的碰撞信号，进一步提高了使用的可靠性。

附图说明

图1是本发明中一种实施例的自移动设备碰撞位置检测方法的流程图。

图2是本发明中一种实施例的判断自移动设备是否处于越障状态的流程图。

图3是本发明中一种实施例的自移动设备碰撞位置检测方法的流程框图。

图4是本发明中一种实施例的自移动设备的结构示意图。

图5是本发明中一种实施例的自移动设备的剖视示意图。

图6是图5中未显示外壳和缓冲层时的结构示意图。

图7是本发明中控制器、压力传感器和惯性传感器的模块示意图。

图8是本发明中一种实施例的控制器的模块示意图。

图9是本发明中一种实施例的压力传感器在外壳上的位置示意图。

图10是本发明中一种实施例的感应信号的频谱图。

图11是本发明中一种实施例的外壳设有三个压力传感器时的示意图。

图12是本发明中一种实施例的外壳设有三个压力传感器时的示意图，图中第三压力传感器位于AB弧段的中间位置。

图13是本发明中一种实施例的外壳包括多个子外壳时的示意图。

图14是本发明中一种实施例的计算碰撞位置的流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提出了一种自移动设备碰撞位置的检测方法，自移动设备例如可以是扫地机器人、割草机或者其他能够自行移动进行作业的设备。

自移动设备具有碰撞位置检测的功能，本实施例中，其设置有用于检测碰撞后产生的振动信号的至少两个压力传感器4，自移动设备能够根据压力传感器4检测的振动信号计算碰撞位置。

自移动设备在工作时，其工作状态通常可以分为正常状态和越障状态，以扫地机器人为例，正常状态为其在平整的地面移动、工作时的状态，越障状态则是在上下台阶、经过坑洼地面时的状态，在越障状态下，自移动设备将产生较大幅度的姿态变化。自移动设备还具有用于检测加速度信息和角速度信息的惯性传感器，其通过惯性传感器检测自身姿态的变化。

如图1所示，本发明的自移动设备碰撞位置检测方法包括如下步骤：

S1.利用加速度信息和角速度信息判断自移动设备是否处于越障状态；

S2.若未处于越障状态，则对压力传感器4的检测信号通过第一截止频率进行低通滤波；若处于越障状态，则对压力传感器4的检测信号通过第二截止频率进行低通滤波，第一截止频率高于第二截止频率；

S3.根据滤波后的检测信号计算碰撞位置。

步骤S1中，由于在正常工作时，自移动设备常在平地工作，因此其姿态变化较小，而在越障状态下，姿态变化幅度较大，因此通过惯性传感器检测的加速度信息和角速度信息能够判断自移动设备是否处于越障状态。

进一步地，在越障时，非碰撞的干扰信号比较大，导致信噪比降低，自移动设备会产生较正常状态时更大的背景噪声，通过设置较正常工作状态时更低的截止频率进行低通滤波，能够更好的排除干扰信号，防止将设备越障时因抖动等原因产生的干扰信号误判为碰撞信号，并过滤出因碰撞而产生的振动信号。这样，通过有针对性的对越障状态和非越障状态设置不同的截止频率进行滤波，可以使得自移动设备在不同的运行状态下都能够可靠的滤除干扰信号，提取出准确的碰撞信号进行计算，有利于自移动设备进行准确避障，保证其正常运行。

作为一种优选的实施方式，第一截止频率小于等于2KHz，能够可靠地排除正常工作时的背景噪声，准确地提取压力传感器4检测到的因碰撞产生的信号。第二截止频率小于等于80Hz，一方面能够可靠地过滤掉越障时的噪声，防止将设备抖动等原因产生的干扰信号误判为碰撞，另一方面可以从背景噪声中准确地提取出因碰撞产生到的信号，保证自移动设备在越障的过程中也能够准确的计算碰撞位置。

进一步地，上述步骤S3中，在计算碰撞位置的同时，还根据滤波后的信号计算碰撞的力度。碰撞的力度与压力传感器4输出信号的幅度成正相关的线性关系，可以对采集的信号幅度进行校准后表征碰撞力度的大小。

由压力传感器4检测的信号为模拟信号，在一些实施例中，压力传感器4 的检测信号通过低通滤波、信号放大和模数转换后传输至处理器，由处理器进行分析计算。处理器例如可以是单片机。信号放大例如可以是放大电压信号、电荷信号或者电流信号等。信号放大的倍数根据实际情况确定，例如可以根据外壳的材质、形状、厚度等决定信号幅度的参数进行确定。处于越障状态时的信号放大倍数被设置成大于未处于越障状态时的信号放大倍数，在低通滤波后，有用的信号幅度会降低，通过调节信号放大倍数，有利于提取出准确的碰撞信号，同时能够满足数模转换模块的要求，防止饱和益出或达不到采集阈值，针对不同的越障场景，还可以通过试验得出不同的信号放大倍数以便调用。

作为一种优选的实施方式，处于越障状态时的信号放大倍数被设置成大于等于3倍的未处于越障状态时的信号放大倍数，以可靠的排除噪音信号，提取出因碰撞产生的振动信号。

通过调节信号放大的倍数，使得自移动设备即使在越障过程中能够更为准确的计算碰撞位置和撞击力度，并进行合理的避障规划，而且，即使越障时自移动设备与软质、轻质的物体(比如软沙发、抱枕、轻质垃圾桶等)发生碰撞，也能够准确的提取出因碰撞产生的振动信号，从而计算出碰撞位置，进行避障操作。

在一些实施例中，参考图2和图3，步骤S1.利用所述加速度信息和角速度信息判断自移动设备是否处于越障状态的步骤包括如下步骤：

S10.根据加速度信息计算振动强度；

S11.若振动强度大于预设的振动强度阈值，则根据角速度信息计算角速度变化幅度，若角速度变化幅度大于预设的角度门限，则判定为处于越障状态；若振动强度小于预设的振动强度阈值，或者，若角速度变化幅度小于预设的角度门限，则判定为未处于越障状态。

步骤S10中，可以在自移动设备上设置6轴惯性传感器来检测加速度信息和角速度信息，六轴惯性传感器能够检测三个轴向的加速度值和三个轴向的角速度值。

通过加速度信息能够计算得到振动强度，在一种优选的实施方式中，加速度信息包括自移动设备x、y、z三个轴向的加速度，x、y、z轴为空间直角坐标系的三个轴，其中，x、y轴设置在扫地机器人的移动平面内，Z轴与之垂直。假设在一个预设周期内，进行i次的加速度信号采集，则可以通过如下公式计算振动强度：

式中，a为振动强度，a_xj、a_yj和a_zj分别指的是第j次采集到的x、y和z轴方向的加速度。

步骤S11中，当计算得出振动强度大于预设的振动强度阈值时，表明扫地机器人可能受到了碰撞，也可能处于越障状态，此时，可以根据角速度信息来判断扫地机器人是否处于越障状态，具体的，通过角速度的变化幅度来判断扫地机器人是否处于越障状态。当扫地机器人在上下台阶或者经过坑洼地面时，机身将发生较大幅度的倾斜、摆动，从而产生较平整地面工作时更大的角速度变化，而正常的碰撞动作，很难使底盘抬高导致角速度的大幅变动。因此，当角速度变化幅度大于预设的角度门限时，可以判定为处于越障状态，反之，则未处于越障状态，处于正常状态。

在一种优选的实施方式中，角速度变化幅度通过x、y轴向的角速度信息计算得到，假设在一个预设周期内，进行k次的角速度采集，则可以通过如下公式计算角速度变化幅度ω：

式中，ω为角速度变化幅度，ω_xj和ω_yj分别为第j次采集的x轴和y轴方向的角速度。

将计算得到的角速度变化幅度ω与预设的角度门限比较后，若角速度变化幅度ω大于角度门限，则表明自移动设备发生了较大的机身起伏动作，该动作与正常发生碰撞时的信号不同，因此可以判定自移动设备处于越障状态。反之，当角速度变化幅度ω小于角度门限，则表明自移动设备处于正常的工作状态，此时，通过压力传感器4的信号判断是否发生碰撞、计算碰撞的位置和力度更为准确、可靠。

步骤S3中，在计算碰撞位置之前，优选的，参考图3，先检测压力传感器4检测到的振动信号是否达到触发阈值V_trigger，若达到触发阈值V_trigger，则采集压力传感器4的检测信号并根据压力传感器4的检测信号计算碰撞位置。通过和预设的触发阈值比较判断是否为碰撞动作，可以排除干扰信号，进一步提高对碰撞检测的准确性。图中，ADC指的是模数转换器采集的数值量，压力传感器4的信号通过模数转换器转化为数字信号后传输给处理器(芯片)，当其数值大于触发阈值V_trigger时，芯片采集压力传感器4的数据进行计算。

本发明还提出了一种自移动设备，该自移动设备可以执行上文所述的自移动设备碰撞位置检测方法。

如图4和图5所示，对应于本发明一种较佳实施例的自移动设备，其包括本体1、设于本体1外部的外壳2、用于驱动本体1移动的行走机构3、与外壳2相连的压力传感器4、与本体1相连的惯性传感器7以及设于本体1内的控制器5。

本体1为自移动设备的主体，其内设置有用于执行相应作业的部件，以扫地机器人为例，其本体1内常设有真空泵和尘盒等，通过真空泵将地面的脏污吸入尘盒内，以对地面进行清洁。

行走机构3与本体1相连，其通常包括与地面接触的滚轮以及与滚轮相连的电机，通过电机驱动滚轮转动，使得自移动设备能够在地面移动，进而对不同的区域进行清洁作业。通常，行走机构3的滚轮可以分为导向轮和驱动轮，导向轮主要起到导向的作用，而驱动轮则主要用于驱动本体1移动。

如图6所示，本体1设有顶面10、底面11以及连接在顶面10和底面11之间的外侧面12。图6中示出的本体1呈扁圆柱形，其外侧面12为圆环面，在其他实施方式中，本体1的形状不限于此，例如可以是长方体状或者其他形状等。

外壳2环绕设置在本体1的外周面12上，其位于自移动设备的最外部，在自移动设备移动的过程中，将率先与外部环境物体发生碰撞，因此，外壳2能够起到保护内部的本体1的作用。同时，压力传感器4连接在外壳2上，在外壳2发生碰撞时，外壳2将发生轻微变形，该变形能够为压力传感器4 所感知到，并产生感应信号，该感应信号即为压力传感器4检测到的信号(检测信号)。

外壳2在碰撞时将发生振动，并引起形变，振动信号能够沿着外壳2传递至压力传感器4处，使得压力传感器4同样发生轻微的振动变形，进而产生一系列大小不一的感应信号。作为一种优选的实施方式，压力传感器4 为压电陶瓷传感器，其具有压力效应，在变形后会产生电信号，因而当外壳2发生撞击后，压力传感器4能够在振动信号激励的作用下产生感应信号。压电陶瓷传感器可以以贴片的形式贴设在外壳2上，安装十分方便，例如贴设在外壳2内周面或者外周面上，优选的，压电陶瓷传感器贴设于外壳2的内周面上，以使得其不会直接与其他物体发生撞击，能够受到外壳2的保护，可靠性更高。

压力传感器4的数量至少为两个，两个压力传感器4分别设置在外壳2 的外周面或者内周面的不同的位置处，压力传感器4的位置信息事先存储于控制器5内，属于已知参数，当碰撞发生时，两个压力传感器4将分别感应到碰撞，进而产生大小不一的感应信号。压力传感器4与控制器5电连接，能够将感应信号传输给控制器5，并由控制器5对信号进行分析处理，根据获取到的压力传感器4感应信号能够判断出碰撞发生的具体位置，根据压力传感器4产生的感应信号数值的大小能够判断出碰撞的力度。

惯性传感器7用于检测自移动设备的加速度信息和角速度信息，优选其为6轴惯性传感器，能够检测x、y、z三个轴向的加速度和x、y、z三个轴向的角速度。惯性传感器7与控制器5通信连接，能够将检测到的数据传输给控制器5，由控制器5分析处理，进行越障状态和正常状态的判断。

控制器5为自移动设备的电气控制部分，如图7所示，控制器5与压力传感器4和惯性传感器7均通信连接，能够接收压力传感器4、惯性传感器7传输的感应信号，对感应信号进行分析处理，并进行状态判断和碰撞位置、力度计算。

处理器54优选为单片机，其能够对接收到的传感器信号进行计算分析，并得出控制指令。

在自移动设备的工作过程中，控制器5接收惯性传感器7传输的加速度信息和角速度信息，并根据加速度信息计算振动强度。当振动强度大于预设的振动强度阈值时，其根据角速度信息计算角速度变化幅度，若角速度变化幅度大于预设的角度门限时，则判定处于越障状态。反之，若所述振动强度小于预设的振动强度阈值，或者，若所述角速度变化幅度小于预设的角度门限，则判定为未处于越障状态。

具体的振动强度和角速度变化幅度的计算方法可以参考上文。

参考图8，控制器5包括连接在压力传感器4与处理器54之间的两条电路，两条电路分别为第一电路和第二电路，处理器54可以根据自移动设备处于正常状态还是越障状态采集对应电路传输过来的振动信号。

具体的，第一电路对应正常状态，在检测到自移动设备处于正常状态时，处理器54采集该电路传输过来的振动信号。第一电路包括依次电连接的第一低通滤波器51、第一信号放大器52和第一模数转换器53(即图中的第一A/D转换器)，压力传感器4采集的信号经第一低通滤波器51进行低通滤波后，由第一信号放大器52放大，之后通过第一模数转换器53转换成数字信号，并输入处理器54。第一低通滤波器51的截止频率为第一截止频率，优选的，第一截止频率小于等于2KHz，进一步优选的，第一信号放大器52 为电压放大器。

第二电路对应越障状态，在检测到自移动设备处于越障状态时，处理器54采集该电路传输过来的振动信号。第二电路包括依次电连接的第二低通滤波器57、第二信号放大器58和第二模数转换器59(即图中的第二A/D 转换器)。压力传感器4采集的信号经第二低通滤波器57进行低通滤波后，由第二信号放大器58放大，之后通过第二模数转换器59转换成数字信号，并输入处理器54。第二低通滤波器57的截止频率为第二截止频率，优选的，第二截止频率小于等于80Hz。第二信号放大器58的放大倍数要大于第一信号放大器52的放大倍数，优选的，第一信号放大器52为电压放大器。

控制器5还包括存储器55，存储器55内存储有预设的参数或者程序，预设的参数包括振动强度阈值、角度门限和触发阈值等。存储器55内还可以存储计算得到的碰撞位置坐标、碰撞力度等信息。

当需要采集压力传感器4的检测信号进行计算碰撞位置时，处理器54 先判断采集的信号是否大于触发信号V_trigger，当大于触发信号V_trigger时，实时采集信号计算碰撞的位置和碰撞力度，并判断为碰撞动作，处理器54可以存储碰撞位置和力度，并进行力度校准。碰撞位置信息和碰撞力度信息可以上报给主系统，由主系统控制行走机构转向进行避让。

本发明中，根据至少两个压力传感器4检测的信号判断自移动设备的碰撞位置。

如图9所示，图9示出的外壳2上设置有两个压力传感器4，为叙述方便，两个压力传感器4被分别称为第一压力传感器4a和第二压力传感器4b，其中，第一压力传感器4a位于A处，第二压力传感器4b位于B处。第一压力传感器4a和第二压力传感器4b自身在外壳2上的位置信息是已知的(例如以坐标的形式存储在控制器5内)，两者之间的传递距离也是已知的，传递距离指的是振动信号从碰撞位置C沿着外壳2的实体部分传递至压力传感器4的距离，在外壳2为圆环形的情况下，传递距离大致为两个点之间的弧长，例如A、 B之间的传递距离L_AB为AB的弧长，碰撞位置C与A处的传递距离L_AC为AC 的弧长，碰撞位置C与B处的传递距离L_BC为BC的弧长。

振动信号在外壳2内以速度V进行传播，在相同介质中，速度V是恒定的。当碰撞发生时，振动信号将传递至第一压力传感器4a和第二压力传感器4b，其传递至两个压力传感器4的时间与碰撞位置距两个压力传感器4的距离有关，距离越长，相应的时间也越长。压力传感器4形变后产生感应信号的时间基本相同，因此，控制器5收到两个压力传感器4的感应信号的时间差Δt与两个压力传感器4a收到振动信号的时间差一致。

如图10所示，图10示出了在碰撞发生后两个压力传感器4产生的感应信号的频谱图，该时间差Δt能够在频谱图上获得，具体而言，该频谱图上显示有第一压力传感器4a产生的第一感应信号400以及由第二压力传感器4a 产生的第二感应信号401，第一感应信号400和第二感应信号401有明显的接收顺序，距离碰撞位置越近的压力传感器4产生的感应信号，将越早的出现在频谱图上。图中，控制器5在第一时间t1接收到第一感应信号400，在第二时间t2接收到第二感应信号401，两个感应信号出现的间隔时间即为时间差Δt。

碰撞位置C至压力传感器4的传递距离L可通过如下公式计算得到：

其中，Δt为接收到的所述压力传感器4的振动信号与另一压力传感器4 的振动信号的时间差。

具体的，碰撞位置C至第一压力传感器4a的传递距离L_AC可通过如下公式计算得到：

碰撞位置C至第二压力传感器4b的传递距离L_BC可通过如下公式计算得到：

外壳2的形状参数是已知的，其轮廓信息预设于控制器5内，控制器5 能够根据计算得到的传递距离、与传递距离对应的压力传感器4的位置信息以及外壳2的轮廓信息，得到碰撞位置C的坐标。例如，当外壳2为圆环形时，在计算出传递距离后，可以通过例如外壳2的半径等轮廓信息计算出碰撞位置与压力传感器4之间的圆心角，进而获得碰撞位置C的极坐标；又例如，当外壳2为矩形时，可以通过外壳2的长、宽或者外壳2的轮廓坐标等轮廓信息计算出碰撞位置C的直角坐标。

显然的，只需计算L_AC和L_BC其中之一即可计算得到碰撞位置的坐标，在一些实施例中，通过计算L_AC和L_BC，可以根据两者计算得到两个碰撞位置坐标，进而可以对两个坐标进行取平均值等计算获得更准确的坐标位置。

可以理解的是，对于呈封闭环状的外壳2而言，A和B之间的传递距离有两种情况，如图9所示，碰撞位置可能位于两个压力传感器4连线(即AB 连线)404的第一侧402，例如壳体2的C点，此时振动信号沿着AB连线404 第一侧402的外壳2进行传播，AB之间的传递距离L_AB为图中的L_AB1；碰撞位置还可能位于AB连线404的第二侧403，例如壳体2的C’点，此时振动信号沿着AB连线404第二侧403的外壳2进行传播，AB之间的传递距离L_AB为图中的L_AB2。因此，上述公式中的L_AB可能是L_AB1或者L_AB2，可以根据振动信号传递至压力传感器4的方向、自移动设备的移动路线或者参照摄像头、雷达等扫描得到的周围环境等方式来判断碰撞位置位于AB连线404的第一侧402还是第二侧403，进而选择对应的L_AB1或者L_AB2进行计算。

显然的，当外壳2以AB连线404对称时，L_AB1和L_AB2的取值相同，可以以相同的定值进行计算。

为了更方便的判断碰撞位置，压力传感器4的数量为3个或更多个，这样，可以通过其他压力传感器4(例如图11和图12中的第三压力传感器4c) 来判断碰撞发生的位置所在侧，例如根据感应信号的强度或者获取到感应信号的时间来判断碰撞位置所在侧，例如当碰撞发生位置发生在第二压力传感器4b和第三压力传感器4c之间的外壳2上时，第二压力传感器4b和第三压力传感器4c产生的信号的时间要早于第一压力传感器4a产生的信号的时间，强度也通常要大于第一压力传感器4a产生的信号的强度，从而可以判断碰撞发声的区域。图12中，第三压力传感器4c设于AB弧段的中间位置。

作为一种优选的实施方式，压力传感器4的数量为三个或更多个，此时，可以将两个压力传感器4作为一组，计算出多个碰撞位置的坐标，然后将这些坐标的平均值作为最终的碰撞位置坐标，结果更为准确。

在一种优选的实施方式中，外壳2呈封闭的环状，且外壳2为一体成型的，呈连续的环状壳体结构，这样压力传感器4的位置精度更高，振动信号在外壳2内的传递速度更为一致，更易保证计算得出的碰撞位置坐标的准确性。该种实施方式中，通过完整环状的外壳2和至少两个压力传感器4即可实现碰撞位置的检测，其成本更低，且能够实现360°的全方位碰撞位置检测。

在另一种优选的实施方式中，如图13所示，外壳2包括多个子外壳20，子外壳20环绕设置于本体1外部，相邻两个子外壳20的端部可以贴合也可以具有一定的间距，每一子外壳20上均设置有至少两个压力传感器4，以便于计算碰撞位置，由于振动在相邻两个子外壳20之间能够快速衰减，因此，可以根据感应信号的强弱方便地判断碰撞发生于哪一个子外壳20上，更便于计算碰撞位置，优选的，至少子外壳20的两端部设置有压力传感器4。该实施例中，同样可以实现碰撞位置的360°全方位检测。

由于本体1内具有复杂的结构和部件，因此碰撞发生后，通过本体1传输至压力传感器4的信号会因为折射和反射等原因大幅衰减，且因为传递路径的增加，本体1传递的振动信号将滞后于外壳2传递的振动信号，可以方便的在频谱图上排除该干扰信号，识别出有效的感应信号进行计算。

进一步地，为了更好的识别出感应信号，参考图4和图5，在外壳2和本体1之间设置有缓冲层6，缓冲层6优选为橡胶。缓冲层6的设置，一方面能够使得外壳2传输至本体1的信号大幅衰减，方便了处理器54对有效信号的识别，可以减少算法的复杂程度，提高系统的计算速度和计算得出的碰撞位置的精度，有利于提高对软质、轻质物体碰撞的检测精度，另一方面，能够起到缓冲的作用，对本体1的保护效果更好。缓冲层6可以是完整的环形，也可以是多个间隔设置的缓冲件。

本发明的自移动设备设置有位于本体外的外壳以及与外壳相连的压力传感器，在外壳发生碰撞后，压力传感器能够产生感应信号，进而能够根据感应信号计算得出碰撞发生的位置，其结构简单，能够方便的得到碰撞位置坐标，其计算得到的位置精度高，使得自移动设备能够更好的规划路径，进行避障。

作为一种优选的实施方式，参考图14，结合上述的自移动设备，上文步骤S3所述的根据滤波后的检测信号计算碰撞位置包括如下步骤：

S30.获取第一压力传感器4a和第二压力传感器4b的检测信号；

S31.根据获取到的第一压力传感器4a和第二压力传感器4b的检测信号计算碰撞位置距第一压力传感器4a或者第二压力传感器4b的传递距离；

S32.根据计算得到的碰撞位置距所述第一压力传感器4a或者所述第二压力传感器4b的传递距离、第一压力传感器4a或者第二压力传感器4b的位置信息以及外壳2的轮廓信息得到碰撞位置的坐标。

上述步骤S30中，碰撞发生后，振动信号自碰撞位置传递至两个压力传感器4，进而使得两个压力传感器4产生感应信号(即检测信号)，该感应信号由控制器5接收到。显然的，该检测信号为经过低通滤波后的信号，例如为通过上文所述的第一电路或者第二电路低通滤波后传输至处理器54的信号。

上述步骤S31中，控制器5根据获取到的第一压力传感器4a和第二压力传感器4b的感应信号的时间以及振动信号在外壳2内的传播速度V计算得到碰撞位置距第一压力传感器4a和/或第二压力传感器4b的传递距离。

上述步骤S31中，需要结合第一压力传感器4a和第二压力传感器4b之间的传递距离计算碰撞位置距第一压力传感器4a或者所述第二压力传感器4b 的传递距离。具体的，碰撞位置距第一压力传感器4a的传递距离L_AC可通过如下公式计算得出：

碰撞位置距第二压力传感器4b的传递距离可通过如下公式计算得到：

式中，L_AB为第一压力传感器4a和第二压力传感器4b之间的传递距离， t1为获取到所述第一压力传感器4a的振动信号的时间；t2为获取到所述第二压力传感器4b的振动信号的时间。

正如上文所述，对于封闭环状的外壳2，传递距离L_AB可能为L_AB1或者 L_AB2，因此，步骤S30和步骤S31之间还包括如下步骤：

判断碰撞位置位于第一压力传感器4a和第二压力传感器4b连线的第一侧402还是第二侧403，进而确定第一压力传感器4a和第二压力传感器4b之间传递距离L_AB的取值。具体而言，当碰撞位置位于第一侧402时，传递距离L_AB为L_AB1，当碰撞位置位于第二侧403时，传递距离L_AB为L_AB2。可以根据振动信号传递至压力传感器4的方向、自移动设备的移动路线或者参照摄像头、雷达等扫描得到的周围环境等方式来判断碰撞位置位于AB连线404 的第一侧402还是第二侧403，进而选择对应的L_AB1或者L_AB2进行计算。

当计算得到碰撞位置距压力传感器4的传递距离L_AC后，即可根据第一压力传感器4a的位置信息和外壳2的轮廓信息计算得到碰撞位置的坐标信息。同样的，当计算得到碰撞位置距第二压力传感器4b的传递距离L_BC后，即可根据第二压力传感器4b的位置信息和外壳2的轮廓信息计算得到碰撞位置的坐标信息。

作为一种优选的实施方式，步骤S32中，同时根据第一压力传感器4a 和第二压力传感器4b的感应信号的幅度计算碰撞的力度。

当压力传感器4的数量为三个或者以上时，可以将两个压力传感器4作为一组，即自移动设备包括有多组的压力传感器4，每组压力传感器4均包括两个压力传感器4：第一压力传感器4a和第二压力传感器4b。为了提高计算结果的准确性，步骤S32之后还设有如下步骤：

S33.根据多组压力传感器4的感应信号计算出多个碰撞位置坐标，将多个碰撞位置坐标的平均值作为最终的碰撞位置坐标。

步骤S33中，选择不同组的压力传感器4通过上述的步骤S30至S32进行计算，得到多个碰撞位置坐标，之后对多个碰撞位置坐标取平均值，能够使得最终的碰撞位置坐标与实际的碰撞位置坐标误差更小，精度更高。

上述仅为本发明的一个或多个具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述自移动设备包括用于检测振动信号的至少两个压力传感器(4)和用于检测加速度信息和角速度信息的惯性传感器；

所述自移动设备碰撞位置检测方法包括如下步骤：

S1.利用所述加速度信息和所述角速度信息判断所述自移动设备是否处于越障状态；

S2.若未处于越障状态，则对所述压力传感器(4)的检测信号通过第一截止频率进行低通滤波；若处于越障状态，则对所述压力传感器(4)的检测信号通过第二截止频率进行低通滤波，所述第一截止频率高于所述第二截止频率；

S3.根据滤波后的检测信号计算碰撞位置。

2.如权利要求1所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述第一截止频率小于等于2KHz，所述第二截止频率小于等于80Hz。

3.如权利要求1所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述的利用所述加速度信息和所述角速度信息判断所述自移动设备是否处于越障状态包括如下步骤：

S10.根据所述加速度信息计算振动强度；

S11.若所述振动强度大于预设的振动强度阈值，则根据所述角速度信息计算角速度变化幅度，若所述角速度变化幅度大于预设的角度门限，则判定为处于越障状态；若所述振动强度小于预设的振动强度阈值，或者，若所述角速度变化幅度小于预设的角度门限，则判定为未处于越障状态。

4.如权利要求3所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，

所述振动强度根据三个轴向的加速度信息计算得到，计算公式如下：

式中，a为振动强度，a_xj、a_yj和a_zj分别指的是第j次采集到的x、y和z轴方向的加速度。

所述角速度变化幅度根据x轴和y轴方向的角速度信息计算得到，计算公式如下：

式中，ω为角速度变化幅度，ω_xj和ω_yj分别为第j次采集的x轴和y轴方向的角速度。

5.如权利要求1至4任一项所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述压力传感器(4)的检测信号通过低通滤波、信号放大和模数转换后传输至处理器；

并且，处于越障状态时的信号放大倍数大于未处于越障状态时的信号放大倍数。

6.如权利要求5所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，处于越障状态时的信号放大倍数大于等于3倍的未处于越障状态时的信号放大倍数。

7.如权利要求1至4任一项所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，在计算碰撞位置之前，先检测所述压力传感器(4)检测的振动信号是否达到触发阈值，若达到触发阈值，则采集所述压力传感器(4)的检测信号并根据所述压力传感器(4)的检测信号计算碰撞位置。

8.如权利要求1至4任一项所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述自移动设备包括本体(1)和环绕于所述本体(1)外部的外壳(2)，所述外壳(2)上至少设置有第一压力传感器(4a)和第二压力传感器(4b)；

所述步骤S3中，根据滤波后的检测信号计算碰撞位置包括如下步骤：

S30.获取所述第一压力传感器(4a)和所述第二压力传感器(4b)的检测信号；

S31.根据获取到的所述第一压力传感器(4a)和第二压力传感器(4b)的检测信号计算所述碰撞位置距所述第一压力传感器(4a)或者所述第二压力传感器(4b)的传递距离；

S32.根据所述碰撞位置距所述第一压力传感器(4a)或者所述第二压力传感器(4b的传递距离、所述第一压力传感器(4a)或者所述第二压力传感器(4b)的位置信息以及所述外壳(2)的轮廓信息得到所述碰撞位置的坐标。

9.如权利要求8所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述步骤S31中，结合所述第一压力传感器(4a)和所述第二压力传感器(4b)之间的传递距离计算所述碰撞位置距所述第一压力传感器(4a)或者所述第二压力传感器(4b)的传递距离。

10.如权利要求9所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述外壳(2)呈连续的环状壳体结构，所述步骤S31之前还包括如下步骤：

判断碰撞位置位于所述第一压力传感器(4a)和所述第二压力传感器(4b)连线的第一侧(402)还是第二侧(403)，进而确定所述第一压力传感器(4a)和所述第二压力传感器(4b)之间传递距离的取值。

11.如权利要求1至4任一项所述的自移动设备碰撞位置检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，还根据滤波后的检测信号的幅度计算碰撞力度。

12.一种自移动设备，其特征在于，包括：

本体(1)；

外壳(2)，环绕设置于所述本体(1)的外侧面(12)；

至少两个压力传感器(4)，所述压力传感器(4)与所述外壳(2)相连；

惯性传感器(7)，用于检测所述自移动设备在三个轴向的加速度信息和X、Y轴向的角速度信息；

控制器(5)，与所述压力传感器(4)和所述惯性传感器(7)通信连接，所述控制器(5)根据所述加速度信息和所述角速度信息判断所述自移动设备是否处于越障状态；

若未处于越障状态，则对所述压力传感器(4)的检测信号通过第一截止频率进行低通滤波，并根据滤波后的检测信号计算碰撞位置；

若处于越障状态，则对所述压力传感器(4)的检测信号通过第二截止频率进行低通滤波，并根据滤波后的检测信号计算碰撞位置，所述第一截止频率高于所述第二截止频率。

13.如权利要求12所述的自移动设备，其特征在于，所述第一截止频率小于等于2KHz，所述第二截止频率小于等于80Hz。

14.如权利要求12或13所述的自移动设备，其特征在于，所述控制器(5)包括处理器(54)以及连接于所述压力传感器(4)和所述处理器(54)之间的第一电路和第二电路；

所述第一电路包括依次电连接的第一低通滤波器(51)、第一信号放大器(52)和第一模数转换器(53)，所述第一低通滤波器(51)的截止频率为第一截止频率；

所述第二通路包括依次电连接的第二低通滤波器(57)、第二信号放大器(58)和第二模数转换器(59)，所述第二低通滤波器(57)的截止频率为第二截止频率，且所述第二信号放大器(58)的放大倍数大于等于3倍的所述第一信号放大器(52)的放大倍数。

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