CN117182920A - 机器人碰撞检测装置、方法及机器人 - Google Patents

Abstract

一种机器人碰撞检测装置、方法及机器人，包括移动底座、雷达装置、保护罩、检测装置以及控制器，所述雷达装置安装于所述移动底座处；所述保护罩罩设于所述雷达装置，所述保护罩包括盖体和环绕所述盖体且自所述盖体向下延伸至与所述移动底座连接的多个安装部，所述多个安装部间隔开布置；所述检测装置设置在所述安装部处，用于在所述保护罩碰撞时发出感应信号；所述控制器与所述检测装置连接，用于获取所述检测装置发出的感应信号数值以在该感应信号数值大于预设阈值时，中止机器人前进。本申请提出的机器人碰撞检测装置解决现有的机器人碰撞检测装置结构复杂，故障率高的问题。

Description

机器人碰撞检测装置、方法及机器人

【技术领域】

本申请涉及机器人领域，具体涉及一种机器人碰撞检测装置、方法及机器人。

【背景技术】

激光雷达主要应用于汽车，机器人，扫地机等有自主避障意识的场合，现以家居扫地机器人居多，当前多数机器人激光雷达设置为移动机身顶部的凸起结构，因为激光雷达高于机器人的移动机身，因此在机器人的移动过程中，并不能很好的避免激光雷达的碰撞。目前还没有好的碰撞检测方案，导致经常会撞击家具或者卡住在沙发底部等问题，且激光雷达在撞击中也容易损坏。

目前95％以上激光雷达防护罩设计目的是吸收碰撞，这就要求防护罩有较强的刚性和较高成本，但这并不能意味着可以100％有效的保护价格高昂的激光雷达部件。目前，激光雷达防护检测方式一般会给激光雷达的防护罩设计复杂的机械运动结构，并配合机械开关的形式来实现。当有外力触碰到防护罩，防护罩通过机械运动来触碰机械开关反馈给MCU，但此种方案结构复杂，机械故障高，按压式开关不防尘防水，故障率高，难维护。且由于此种机械机构的设计限制，只能识别前部分碰撞，侧边以及后侧位置并不能触发此开关。

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】

本申请的目的在于提供一种机器人碰撞检测装置、方法及机器人，旨在解决现有的机器人碰撞检测装置结构复杂，故障率高的问题。

本申请的目的是通过以下技术方案实现：

一种机器人碰撞检测装置，包括移动底座；

雷达装置，安装于所述移动底座处；

保护罩，罩设于所述雷达装置，所述保护罩包括盖体和环绕所述盖体且自所述盖体向下延伸至与所述移动底座连接的多个安装部，所述多个安装部间隔开布置；

检测装置，设置在所述安装部处，用于在所述保护罩碰撞时发出感应信号；

控制器，与所述检测装置连接，用于获取所述检测装置发出的感应信号数值以在该感应信号数值大于预设阈值时，中止机器人前进。

可选地，所述多个安装部中位于机器人行进方向的安装部设置有所述检测装置。

可选地，所述检测装置的数量为多个，一个检测装置对应设置在一个所述安装部处。

可选地，所述检测装置包括压电传感器。

可选地，所述移动底座上周向设置有多个避障传感器；

所述控制器与多个避障传感器连接，用于读取多个避障传感器发出的感应信号数值以在该感应信号数值高于预设阈值时，中止机器人前进。

本申请还提出一种机器人碰撞检测方法，具体包括以下步骤：

获取机器人发生碰撞时检测装置检测到的感应信号的第一感应数值；

将所述第一感应数值与预设阈值进行比较；

在所述第一感应数值高于所述预设阈值时，确定所述机器人发生碰撞并中断前进。

可选地，所述移动底座上周向设置有多个避障传感器，所述控制器与多个避障传感器连接，用于读取多个避障传感器发出的感应信号数值以在该感应信号数值高于预设阈值时，中止机器人前进；

所述机器人碰撞检测方法还包括：

获取机器人发生碰撞时的所述第一感应数值和避障传感器发出感应信号的第二感应数值；

将所述第一感应数值与预设阈值进行比较，将所述第二感应数值与预设阈值进行比较；

在所述第一感应数值和所述第二感应数值中的任意一个高于预设阈值时，确定所述机器人发生碰撞并中断前进。

可选地，所述控制器还用于读取所述多个所述避障传感器发出感应信号的位置及波形；

将所述第一感应数值与预设阈值进行比较，将所述第二感应数值与预设阈值进行比较的步骤之后，还包括：

在所述第一感应数值和所述第二感应数值均不高于预设阈值时，获取多个所述避障传感器的感应信号位置，筛除对角方位所述避障传感器的感应信号，读取剩余信号波形；

计算所述剩余信号波形的线性度，当波形的线性度小于预设线性度时，获取多个所述避障传感器的感应信号的波形，读取波形峰值信息并由大到小排序；

当最大峰值高于其他峰值之和的预设倍数时，确定所述机器人发生碰撞并中止前进。

本申请还提出一种机器人，包括如上所述的机器人碰撞检测装置。

本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的碰撞检测方法。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：本申请的技术方案中，所述保护罩直接罩设所述雷达装置设置，所述保护罩上粘贴所述检测装置，通过所述检测装置来感应外界的压力，并将压力转换成感应信号，所述碰撞检测装置与所述控制器连接，能够将感应信号发送给所述控制器，使得控制器能够及时响应避免发生二次碰撞，从而更好的保护雷达装置。在所述保护罩上直接粘贴所述检测装置，安装方式简单易于更换，不用额外改变保护罩的结构，使得保所述护罩能够具有更好的防水防尘效果，感应信号的触发方式也使得检测更加迅速。

【附图说明】

图1是本申请提供的检测装置一实施例的立体示意图；

图2是图1检测装置另一视角立体示意图；

图3是本申请碰撞检测方法一实施例的流程示意图；

图4是本申请碰撞检测方法第二实施例的流程示意图；

图5是本申请碰撞检测方法第三实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	雷达装置	21	安装部
2	保护罩	3	检测装置

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

【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。

目前95％以上激光雷达防护罩设计目的是吸收碰撞，这就要求防护罩有较强的刚性和较高成本，但这并不能意味着可以100％有效的保护价格高昂的激光雷达部件。目前，激光雷达防护检测方式一般会给激光雷达的防护罩设计复杂的机械运动结构，并配合机械开关的形式来实现。当有外力触碰到防护罩，防护罩通过机械运动来触碰机械开关反馈给MCU，但此种方案结构复杂，机械故障高，按压式开关不防尘防水，故障率高，难维护。且由于此种机械机构的设计限制，只能识别前部分碰撞，侧边以及后侧位置并不能触发此开关。鉴于此本申请提供一种机器人碰撞检测装置、方法及机器人，参阅图1至图2，本申请提供一种机器人碰撞检测装置，包括移动底座(未图示)、雷达装置1、保护罩2、检测装置3以及控制器(未图示)，所述雷达装置1安装于所述移动底座处；所述保护罩2罩设于所述雷达装置1，所述保护罩2包括盖体和环绕所述盖体且自所述盖体向下延伸至与所述移动底座连接的多个安装部21，所述多个安装部21间隔开布置；所述检测装置3设置在所述安装部21处，用于在所述保护罩2碰撞时发出感应信号；所述控制器与所述检测装置3连接，用于获取所述检测装置3发出的感应信号数值以在该感应信号数值大于预设阈值时，中止机器人前进。

本申请的技术方案中，保护罩2直接罩设雷达装置1设置，其保护罩2上粘贴检测装置3，通过碰撞检测装置来感应外界的压力，并将压力转换成感应信号，检测装置3与控制器连接，能够将感应信号发送给控制器，使得控制器能够及时响应避免发生二次碰撞，从而更好的保护雷达装置1。在保护罩2上直接粘贴检测装置3，安装方式简单易于更换，不用额外改变保护罩2的结构，使得保护罩2能够具有更好的防水防尘效果，感应信号的触发方式也使得检测更加迅速。

具体地，所述多个安装部21中位于机器人行进方向的安装部21设置有所述检测装置3。本申请并不限制所述检测装置3在安装部21上的具体位置，只要是能够检测到碰撞并发送感应信号即可。请参阅图1，在本实施例中，所述检测装置3安装于机器人前进方向的安装部21上，可以识别到所述保护罩2边缘和顶部的压力并转换成感应信号。在机器人行进发生碰撞中时边缘和顶部的压力都会传导至位于前进方向的安装部21上，因此将所述检测装置3安装于此处安装部21时所述检测装置3更容易检测到碰撞，反应速度更加迅速。同时，粘贴单个传感器也使得成本更低，也可以根据单个传感器和机器人的自身方位做模糊识别算法，方便快捷。

具体地，所述检测装置3的数量为多个，一个检测装置3对应设置在一个所述安装部21处。如图2所示，所述检测装置3也可以设置为多个，多个检测装置3不仅能够检测到碰撞，而且还可以检测到碰撞的具体方位，能够辅助机器人更好的进行后续的避障运动。在本实施例中，所述检测装置3设置为三个，以机器人行进方向为前方，三个所述检测装置3分别分布在位于左前方、右前方和后方的安装部21上。更具体地，所述检测装置3在所述安装部21的位置更贴近于所述保护罩2的盖体部分，能够同时对顶部和侧部进行识别。在发生碰撞后，所述控制器能够识别发生碰撞的具体方位，方便后续进行具体定位算法避障处理。

具体地，所述检测装置3包括压电传感器。所述压电传感器是基于压电效应的传感器，用于测量力和能变换为电的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。采用压电传感器，不仅使得碰撞检测更加灵敏，也使得所述检测装置的成本更低，更加方便维护。同时压电传感器的位置方便进行调整，能够在根据实际情况进行调试以达到最好碰撞测试效果。在一优选实施例中，所述压电传感器也可以是压电片式传感器，例如电容式、压力应变片式以及薄膜式压电传感器。

进一步地，所述移动底座上周向设置有多个避障传感器；所述控制器与多个避障传感器连接，用于读取多个避障传感器发出的感应信号数值以在该感应信号数值高于预设阈值时，中止机器人前进。所述检测装置3与所述移动底座上的多个所述避障传感器一起，能够通过算法实现更加精确的碰撞检测，延长机器的使用寿命。

请结合参阅图3，本实施例还提供了一种机器人碰撞检测方法，包括以下步骤：

S10、获取机器人发生碰撞时检测装置3检测到的感应信号的第一感应数值；

S20、将所述第一感应数值与预设阈值进行比较；

S30、在所述第一感应数值高于所述预设阈值时，确定所述机器人发生碰撞并中断前进。

在本实施例中，因为防护罩设计为一体结构，结构更简单，同时为了更好的保护雷达，需要更快对碰撞情况做出判断，以达到在简化了结构的同时保证响应速度。需要说明的是，在获取碰撞检测装置在碰撞时检测到的信号之前，还包括以下步骤：ADC数据采集、滤波并进行噪音判断，在确认为非噪音后进行场景判断，加载参数，判断是否处于越障状态，随后读取检测装置3的第一感应数值，当感应信号数值高于预设阈值时进行中断，反应速度更快。在读取检测装置3的第一感应数值之前的步骤为移动机器人的普遍方法，在此不做赘述。值得说明的是，控制器包括与检测装置3电连接的电荷放大器、与电荷放大器电连接的高通滤波器、与高通滤波器电连接的电压放大器、与电压放大器电连接的模拟数字转换器(A/D转换器)以及与模拟数字转换器电连接的处理器。检测装置3传输的感应信号为模拟量，通过电荷放大器放大后由高通滤波器滤波，之后信号经电压放大器放大，再由模拟数字转换器转换为数字信号传输至处理器进行计算，处理器能够根据接收到的数字信号。以上也为本领域的常规设置，在此不做赘述。

请参阅图4，在另一实施例中，所述机器人碰撞检测方法还包括：

S100、获取机器人发生碰撞时的所述第一感应数值和避障传感器发出感应信号的第二感应数值；

S200、将所述第一感应数值与预设阈值进行比较，将所述第二感应数值与预设阈值进行比较；

S300、在所述第一感应数值和所述第二感应数值中的任意一个高于预设阈值时，确定所述机器人发生碰撞并中断前进。

进一步地，请参阅图5，在步骤S200后，还包括：

S310、在所述第一感应数值和所述第二感应数值均不高于预设阈值时，获取多个所述避障传感器的感应信号位置，筛除对角方位所述避障传感器的感应信号，读取剩余信号波形；

S320、计算所述剩余信号波形的线性度，当波形的线性度小于预设线性度时，获取多个所述避障传感器的感应信号的波形，读取波形峰值信息并由大到小排序；

S330、当最大峰值高于其他峰值之和的预设倍数时，确定所述机器人发生碰撞并中止前进。

在本实施例中，机器人在运行过程中，需要判断是否发生碰撞，检测到的第一感应数值和第二感应数值其中任一或者均大于预设阈值时，直接判断为发生碰撞并中断，而在均小于预设阈值时需要再次进行后续算法判断是否发生碰撞，如此设置有助于更好的进行识别，精度更佳，加入与步骤S200预设阈值的比较步骤能够减少判断步骤，不需要再进行进一步筛查，响应速度更快。具体地，在所述步骤S320中，所述预设限定度权值为5。在所述步骤S330中，所述与预设倍数为0.6。

本申请还提出一种机器人，包括如上述所述的机器人碰撞检测装置。该机器人包括但不限于自移动机器人，包括扫地机器人、汽车等。

本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的碰撞检测方法。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器、MCU等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

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 (10)

1.一种机器人碰撞检测装置，其特征在于，包括：

移动底座；

雷达装置，安装于所述移动底座处；

保护罩，罩设于所述雷达装置，所述保护罩包括盖体和环绕所述盖体且自所述盖体向下延伸至与所述移动底座连接的多个安装部，所述多个安装部间隔开布置；

检测装置，设置在所述安装部处，用于在所述保护罩碰撞时发出感应信号；以及，

控制器，与所述碰撞检测装置连接，用于获取所述碰撞检测装置发出的感应信号数值以在该感应信号数值大于预设阈值时，中止机器人前进。

2.如权利要求1所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述多个安装部中位于机器人行进方向的安装部设置有所述检测装置。

3.如权利要求2所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述检测装置的数量为多个，一个检测装置对应设置在一个所述安装部处。

4.如权利要求1所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述检测装置包括压电传感器。

5.如权利要求1所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，所述移动底座上周向设置有多个避障传感器；

所述控制器与多个避障传感器连接，用于读取多个避障传感器发出的感应信号数值以在该感应信号数值高于预设阈值时，中止机器人前进。

6.一种机器人碰撞检测方法，适用于如权利要求1-5任一项所述的机器人碰撞检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

获取机器人发生碰撞时检测装置检测到的感应信号的第一感应数值；

将所述第一感应数值与预设阈值进行比较；

在所述第一感应数值高于所述预设阈值时，确定所述机器人发生碰撞并中断前进。

7.如权利要求6所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述移动底座上周向设置有多个避障传感器，所述控制器与多个避障传感器连接，用于读取多个避障传感器发出的感应信号数值以在该感应信号数值高于预设阈值时，中止机器人前进；

所述机器人碰撞检测方法还包括：

获取机器人发生碰撞时的所述第一感应数值和避障传感器发出感应信号的第二感应数值；

将所述第一感应数值与预设阈值进行比较，将所述第二感应数值与预设阈值进行比较；

在所述第一感应数值和所述第二感应数值中的任意一个高于预设阈值时，确定所述机器人发生碰撞并中断前进。

8.如权利要求7所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述控制器还用于读取所述多个所述避障传感器发出感应信号的位置及波形；

将所述第一感应数值与预设阈值进行比较，将所述第二感应数值与预设阈值进行比较的步骤之后，还包括：

在所述第一感应数值和所述第二感应数值均不高于预设阈值时，获取多个所述避障传感器的感应信号位置，筛除对角方位所述避障传感器的感应信号，读取剩余信号波形；

计算所述剩余信号波形的线性度，当波形的线性度小于预设线性度时，获取多个所述避障传感器的感应信号的波形，读取波形峰值信息并由大到小排序；

当最大峰值高于其他峰值之和的预设倍数时，确定所述机器人发生碰撞并中止前进。

9.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的机器人碰撞检测装置。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求6-8中任一项所述的碰撞检测方法。