CN107422737A - 机器人是否碰到障碍物的检测方法和系统及芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人领域，其中的机器人是否碰到障碍物的检测方法和系统及芯片，就是通过采用里程计和陀螺仪采集的数据，来判断轮子产生的偏转角度和陀螺仪检测到的偏转角度之间的差值，进而判断机器人转弯时是否碰到障碍物，这种采用组合传感器进行检测的方式，即使是机器人碰到了障碍物打滑了，也能准确判断出其已经碰到了障碍物，而且不存在检测盲区的问题，避免了单独采用里程计所带来的误检的可能性。所以，本发明所述方法、系统及芯片，能够提高机器人检测转弯时是否碰到障碍物的准确性和可靠性，同时，里程计和陀螺仪都是机器人自身具有的配置，所以不需要额外的硬件成本。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种机器人是否碰到障碍物的检测方法和系统及芯片。
背景技术
机器人技术一个关键的地方是对外界的感知，包括对物体、光线、温湿度等等，这些都是通过传感器的数据来进行分析获得。对于自主行动机器人，物体尤其是前方的障碍物的检测显得尤其重要，因为这个会影响到机器人的路径行为，也影响到了外界的安全。有非常多的传感器开发出来用于这个用途，例如超声波检测、视觉检测、红外检测等等，但是，这种单一的传感器检测会存在一定的弊端。比如，视觉检测采用的传感器成本较高；超声波传感器或红外传感器易受到周围环境的噪声或其它红外光的干扰影响，从而对机器人判断障碍物的可靠性产生影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种机器人是否碰到障碍物的检测方法和系统及芯片，能够提高机器人检测是否碰到障碍物的准确性和可靠性，同时，里程计和陀螺仪都是机器人自身具有的配置，所以不需要额外的硬件成本。本发明的具体技术方案如下：
一种机器人是否碰到障碍物的检测方法，包括如下步骤：
通过里程计获取预设时间内第一轮子的第一行进距离和第二轮子的第二行进距离；
通过所述第一行进距离和所述第二行进距离的行进距离差值与所述第一轮子和所述第二轮子之间的宽度值的比值得到第一角度；
获取陀螺仪在所述预设时间内检测到的第二角度；
判断所述第一角度和所述第二角度的角度差值是否大于预设值；
如果是，则确定机器人转弯时碰到障碍物；
如果否，则确定机器人转弯时没有碰到障碍物。
进一步地，所述通过里程计获取预设时间内第一轮子的第一行进距离，包括如下步骤：
获取所述第一轮子上的第一里程计转一圈所产生的第一脉冲单量；
获取所述预设时间内所述第一里程计所产生的第一脉冲总数；
通过所述第一脉冲总量与所述第一脉冲单量比值得出所述第一轮子转动的第一圈数；
通过所述第一圈数与所述第一轮子的周长的乘积得出所述第一行进距离。
进一步地，所述第一轮子的周长通过如下步骤获得：
获取存储器中预存的所述第一轮子的直径；
获取存储器中预存的圆周率；
通过所述圆周率与所述第一轮子的直径的乘积得到所述所述第一轮子的周长。
进一步地，所述通过里程计获取预设时间内第二轮子的第二行进距离，包括如下步骤：
获取所述第二轮子上的第二里程计转一圈所产生的第二脉冲单量；
获取所述预设时间内所述第二里程计所产生的第二脉冲总数；
通过所述第二脉冲总量与所述第二脉冲单量比值得出所述第二轮子转动的第二圈数；
通过所述第二圈数与所述第二轮子的周长的乘积得出所述第二行进距离。
进一步地，所述第二轮子的周长通过如下步骤获得：
获取存储器中预存的所述第二轮子的直径；
获取存储器中预存的圆周率；
通过所述圆周率与所述第二轮子的直径的乘积得到所述所述第二轮子的周长。
进一步地，所述预设值为所述第一角度的30%。
一种机器人是否碰到障碍物的检测系统，包括：
里程计，用于获取预设时间内第一轮子的第一行进距离和第二轮子的第二行进距离；
陀螺仪，用于获取在所述预设时间内检测到的第二角度；
处理器，用于通过所述第一行进距离和所述第二行进距离的行进距离差值与所述第一轮子和所述第二轮子之间的宽度值的比值得到第一角度；同时，判断所述第一角度和所述第二角度的角度差值是否大于预设值；如果是，则确定机器人转弯时碰到障碍物；如果否，则确定机器人转弯时没有碰到障碍物。
进一步地，所述里程计包括第一里程计和第二里程计；
所述处理器用于先获取所述第一轮子上的第一里程计转一圈所产生的第一脉冲单量，再获取所述预设时间内所述第一里程计所产生的第一脉冲总数，接着通过所述第一脉冲总量与所述第一脉冲单量比值得出所述第一轮子转动的第一圈数，最后通过所述第一圈数与所述第一轮子的周长的乘积得出所述第一行进距离；
所述处理器还用于先获取所述第二轮子上的第二里程计转一圈所产生的第二脉冲单量，再获取所述预设时间内所述第二里程计所产生的第二脉冲总数，接着通过所述第二脉冲总量与所述第二脉冲单量比值得出所述第二轮子转动的第二圈数，最后通过所述第二圈数与所述第二轮子的周长的乘积得出所述第二行进距离。
进一步地，所述预设值为所述第一角度的30%。
一种芯片，用于存储程序，所述程序用于控制机器人执行任一项上述的检测方法。
本发明的有益效果在于：通过采用里程计和陀螺仪采集的数据，来判断两者的角度差，进而判断机器人转弯时是否碰到障碍物，这种采用组合传感器进行检测的方式，能够提高机器人转弯时检测是否碰到障碍物的准确性和可靠性，而且不存在检测盲区的问题，同时，里程计和陀螺仪都是机器人自身具有的配置，所以不需要额外的硬件成本。
附图说明
图1为本发明所述机器人的结构示意图。
图2为本发明所述检测方法的流程图。
图3为本发明所述第一角度的示意图。
图4为本发明所述检测系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。扫地机器人的机体1为无线机器，以圆盘型为主。使用充电电池运作，操作方式为遥控或是机器上的操作面板。一般能设定时间预约打扫，自行充电。机体1上设有各种感应器，可检测行进距离、行进角度、机身状态和障碍物等，如碰到墙壁或其他障碍物，会自行转弯，并依不同的设定，而走不同的路线，有规划地清扫地区。
如图1所示，本发明所述机器人包括如下结构：带第一轮子3和第二轮子2的能够自主行进的机器人机体1，机器人内部装置有惯性传感器，包括加速度计和陀螺仪30等，轮子上面有里程计（一般是码盘）。
如图2和图3所示，机器人是否碰到障碍物的检测方法，包括如下步骤：通过里程计获取预设时间内第一轮子3的第一行进距离DL和第二轮子2的第二行进距离DR；通过所述第一行进距离DL和所述第二行进距离DR的行进距离差值与所述第一轮子3和所述第二轮子2之间的宽度值M的比值得到第一角度a；获取陀螺仪30在所述预设时间内检测到的第二角度；判断所述第一角度a和所述第二角度的角度差值是否大于预设值；如果是，则确定机器人转弯时碰到障碍物；如果否，则确定机器人转弯时没有碰到障碍物。
当机器人转弯时，第一轮子3和第二轮子2所产生的转速是不一样的，所以两个轮子所行进的距离也不一样，从而会产生一个弧形的行进轨迹。但是为了便于说明，如图3所示，将采用直线的形式表示第一轮子3和第二轮子2的行进轨迹，由此产生的误差在可预期范围内。假设机器人从图的下方向图的上方行进，此时，第一轮子3为左边的轮子，第二轮子2为右边的轮子。当机器人在转弯过程中碰到障碍物，机体1已经停止移动，但是由于轮子打滑的缘故，里程计继续产生脉冲，并得出所述第一轮子3行进的第一行进距离DL与第二轮子2行进的第二行进距离DR，计算两轮子的行进距离差值为△L。因为所述第一轮子3和所述第二轮子2之间的宽度值为M，所以，以小角度近似算法的计算方式可以得出第一角度a=△L/M，即a=（DL-DR）/M。在机器人没有碰到障碍物的正常转弯的情况下，陀螺仪30检测到的第二角度与所述第一角度a是相同或者相近的。但是，由于此时机器人碰到了障碍物，机体1已经不移动或者仅有微小的偏移，所以，陀螺仪30检测出来的第二角度为零或者为很微小的偏移角度。因此，通过比较第一角度a和第二角度的角度差值，可以判断机器人转弯时是否碰到了障碍物。
如果地面不打滑，单独采用里程计就能准确地检测是否碰到障碍物，因为机器人碰到障碍物停止下来了，由于联动关系，轮子也会转动变慢，最后停止，里程计反馈回来的速度信号也变成了零。但是，实际上，轮子和地面很容易产生打滑，当机器人碰到障碍物时，机体1虽然停止了，但是轮子还是会打滑旋转，里程计会继续产生脉冲信号。所以，在现实使用中，仅仅依靠里程计是无法准确检测出机器人是否碰到了障碍物。本发明所述的检测方法，就是通过采用里程计和陀螺仪30采集的数据，来判断轮子产生的偏转角度和陀螺仪30检测到的偏转角度之间的差值，进而判断机器人转弯时是否碰到障碍物，这种采用组合传感器进行检测的方式，即使是机器人碰到了障碍物打滑了，也能准确判断出其已经碰到了障碍物，而且不存在检测盲区的问题，避免了单独采用里程计所带来的误检的可能性。所以，本发明所述的检测方法，能够提高机器人检测转弯时是否碰到障碍物的准确性和可靠性，同时，里程计和陀螺仪30都是机器人自身具有的配置，所以不需要额外的硬件成本。
优选的，所述通过里程计获取预设时间内第一轮子3的第一行进距离，包括如下步骤：获取所述第一轮子3上的第一里程计21转一圈所产生的第一脉冲单量；获取所述预设时间内所述第一里程计21所产生的第一脉冲总数；通过所述第一脉冲总量与所述第一脉冲单量比值得出所述第一轮子3转动的第一圈数；通过所述第一圈数与所述第一轮子3的周长的乘积得出所述第一行进距离。通过所述方式，可以快速准确的获取预设时间内第一轮子3的第一行进距离，有利于后续的数据处理。
优选的，所述第一轮子3的周长通过如下步骤获得：获取存储器中预存的所述第一轮子3的直径；获取存储器中预存的圆周率；通过所述圆周率与所述第一轮子3的直径的乘积得到所述所述第一轮子3的周长。通过所述方式，可以快速准确的获取第一轮子3的周长，有利于后续的数据处理。
优选的，所述通过里程计获取预设时间内第二轮子2的第二行进距离，包括如下步骤：获取所述第二轮子2上的第二里程计22转一圈所产生的第二脉冲单量；获取所述预设时间内所述第二里程计22所产生的第二脉冲总数；通过所述第二脉冲总量与所述第二脉冲单量比值得出所述第二轮子2转动的第二圈数；通过所述第二圈数与所述第二轮子2的周长的乘积得出所述第二行进距离。通过所述方式，可以快速准确的获取预设时间内第二轮子2的第二行进距离，有利于后续的数据处理。
优选的，所述第二轮子2的周长通过如下步骤获得：获取存储器中预存的所述第二轮子2的直径；获取存储器中预存的圆周率；通过所述圆周率与所述第二轮子2的直径的乘积得到所述所述第二轮子2的周长。通过所述方式，可以快速准确的获取第二轮子2的周长，有利于后续的数据处理。
优选的，所述预设值为所述第一角度的30%。通过采用第一角度的30%作为判断基准，可以准确地判断第一角度和第二角度的角度差值是否合理，避免一些小角度的偏差而导致检测结果的误判，进一步提高了机器人检测转弯时是否碰到障碍物的准确性和稳定性。
如图4所示，机器人是否碰到障碍物的检测系统，包括：用于获取预设时间内第一轮子3的第一行进距离和第二轮子2的第二行进距离的里程计；用于获取在所述预设时间内检测到的第二角度的陀螺仪30；处理器10，用于通过所述第一行进距离和所述第二行进距离的行进距离差值与所述第一轮子3和所述第二轮子2之间的宽度值的比值得到第一角度；同时，判断所述第一角度和所述第二角度的角度差值是否大于预设值；如果是，则确定机器人碰到障碍物；如果否，则确定机器人没有碰到障碍物。
其中，所述里程计包括第一里程计21和第二里程计22；所述处理器10用于先获取所述第一轮子3上的第一里程计21转一圈所产生的第一脉冲单量，再获取所述预设时间内所述第一里程计21所产生的第一脉冲总数，接着通过所述第一脉冲总量与所述第一脉冲单量比值得出所述第一轮子3转动的第一圈数，最后通过所述第一圈数与所述第一轮子3的周长的乘积得出所述第一行进距离；所述处理器10还用于先获取所述第二轮子2上的第二里程计22转一圈所产生的第二脉冲单量，再获取所述预设时间内所述第二里程计22所产生的第二脉冲总数，接着通过所述第二脉冲总量与所述第二脉冲单量比值得出所述第二轮子2转动的第二圈数，最后通过所述第二圈数与所述第二轮子2的周长的乘积得出所述第二行进距离。
本发明所述的检测系统，就是通过采用里程计和陀螺仪30采集的数据，来判断轮子产生的偏转角度和陀螺仪30检测到的偏转角度之间的差值，进而判断机器人转弯时是否碰到障碍物，这种采用组合传感器进行检测的方式，即使是机器人碰到了障碍物打滑了，也能准确判断出其已经碰到了障碍物，而且不存在检测盲区的问题，避免了单独采用里程计所带来的误检的可能性。所以，本发明所述的检测系统，能够提高机器人检测转弯时是否碰到障碍物的准确性和可靠性，同时，里程计和陀螺仪30都是机器人自身具有的配置，所以不需要额外的硬件成本。
优选的，所述预设值为所述第一角度的30%。通过采用第一角度的30%作为判断基准，可以准确地判断第一角度和第二角度的角度差值是否合理，避免一些小角度的偏差而导致检测结果的误判，进一步提高了机器人检测转弯时是否碰到障碍物的准确性和稳定性。
本发明所述的芯片，用于存储程序，所述程序用于控制机器人执行任一项上述的检测方法。机器人通过采用所述芯片，可以利用里程计和陀螺仪30采集的数据，来判断轮子产生的偏转角度和陀螺仪30检测到的偏转角度之间的差值，进而判断机器人转弯时是否碰到障碍物，这种采用组合传感器进行检测的方式，即使是机器人碰到了障碍物打滑了，也能准确判断出其已经碰到了障碍物，而且不存在检测盲区的问题，避免了单独采用里程计所带来的误检的可能性。所以，本发明所述的芯片，能够提高机器人检测转弯时是否碰到障碍物的准确性和可靠性。
此外，作为一种可选方式，也可以通过单独检测加速度的大小来判断是否碰到了障碍物。当机器人加速时，加速度为正，当机器人匀速时，加速度接近于零，当遇到障碍物时，加速度为比较大的负值，通过判断加速度计输出的绝对值，就可以判断机器人是否遇到障碍物。最大加速度阈值的判断，是与正常的加速度进行判断的，机器人的轮子受控于软件，一般机器人加速度小于0.33米每平方秒，加速度阈值可以设置为0.5米每平方秒，如果超过了，就表示是外力所施加的加速度。
以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。
Claims (10)
1.一种机器人是否碰到障碍物的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过里程计获取预设时间内第一轮子的第一行进距离和第二轮子的第二行进距离；
通过所述第一行进距离和所述第二行进距离的行进距离差值与所述第一轮子和所述第二轮子之间的宽度值的比值得到第一角度；
获取陀螺仪在所述预设时间内检测到的第二角度；
判断所述第一角度和所述第二角度的角度差值是否大于预设值；
如果是，则确定机器人转弯时碰到障碍物；
如果否，则确定机器人转弯时没有碰到障碍物。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述通过里程计获取预设时间内第一轮子的第一行进距离，包括如下步骤：
获取所述第一轮子上的第一里程计转一圈所产生的第一脉冲单量；
获取所述预设时间内所述第一里程计所产生的第一脉冲总数；
通过所述第一脉冲总量与所述第一脉冲单量比值得出所述第一轮子转动的第一圈数；
通过所述第一圈数与所述第一轮子的周长的乘积得出所述第一行进距离。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述第一轮子的周长通过如下步骤获得：
获取存储器中预存的所述第一轮子的直径；
获取存储器中预存的圆周率；
通过所述圆周率与所述第一轮子的直径的乘积得到所述所述第一轮子的周长。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述通过里程计获取预设时间内第二轮子的第二行进距离，包括如下步骤：
获取所述第二轮子上的第二里程计转一圈所产生的第二脉冲单量；
获取所述预设时间内所述第二里程计所产生的第二脉冲总数；
通过所述第二脉冲总量与所述第二脉冲单量比值得出所述第二轮子转动的第二圈数；
通过所述第二圈数与所述第二轮子的周长的乘积得出所述第二行进距离。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述第二轮子的周长通过如下步骤获得：
获取存储器中预存的所述第二轮子的直径；
获取存储器中预存的圆周率；
通过所述圆周率与所述第二轮子的直径的乘积得到所述所述第二轮子的周长。
6.根据权利要求1至5任一项所述的检测方法，其特征在于，所述预设值为所述第一角度的30%。
7.一种机器人是否碰到障碍物的检测系统，其特征在于，包括：
里程计，用于获取预设时间内第一轮子的第一行进距离和第二轮子的第二行进距离；
陀螺仪，用于获取在所述预设时间内检测到的第二角度；
处理器，用于通过所述第一行进距离和所述第二行进距离的行进距离差值与所述第一轮子和所述第二轮子之间的宽度值的比值得到第一角度；同时，判断所述第一角度和所述第二角度的角度差值是否大于预设值；如果是，则确定机器人转弯时碰到障碍物；如果否，则确定机器人转弯时没有碰到障碍物。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述里程计包括第一里程计和第二里程计；
所述处理器用于先获取所述第一轮子上的第一里程计转一圈所产生的第一脉冲单量，再获取所述预设时间内所述第一里程计所产生的第一脉冲总数，接着通过所述第一脉冲总量与所述第一脉冲单量比值得出所述第一轮子转动的第一圈数，最后通过所述第一圈数与所述第一轮子的周长的乘积得出所述第一行进距离；
所述处理器还用于先获取所述第二轮子上的第二里程计转一圈所产生的第二脉冲单量，再获取所述预设时间内所述第二里程计所产生的第二脉冲总数，接着通过所述第二脉冲总量与所述第二脉冲单量比值得出所述第二轮子转动的第二圈数，最后通过所述第二圈数与所述第二轮子的周长的乘积得出所述第二行进距离。
9.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述预设值为所述第一角度的30%。
10.一种芯片，用于存储程序，其特征在于，所述程序用于控制机器人执行权利要求1至6任一项所述的检测方法。
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