CN107289929A - 一种机器人碰到障碍物的检测方法和***及芯片 - Google Patents

一种机器人碰到障碍物的检测方法和***及芯片 Download PDF

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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***及芯片，通过采用里程计和加速度计采集的数据，来判断两者的速度差，进而判断机器人是否碰到障碍物，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，里程计和加速度计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

一种机器人碰到障碍物的检测方法和***及芯片
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***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***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，里程计和加速度计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：
接收由里程计反馈的脉冲信号，根据所述脉冲信号计算得出第一速度值；
接收加速度计反馈的加速度信号，根据所述加速度信号计算得出第二速度值；
判断所述第一速度值和所述第二速度值的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。
进一步地，所述接收由里程计反馈的脉冲信号，根据所述脉冲信号计算得出第一速度值，包括如下步骤：
获取单位时间内接收到的里程计反馈的脉冲信号；
获取里程计的脉冲信号转换到距离的系数b；
计算得出所述第一速度值，其中，。
进一步地，所述接收加速度计反馈的加速度信号，根据所述加速度信号计算得出第二速度值，包括如下步骤：
获取单位时间内接收到的加速度计反馈的加速度信号；
计算得出所述第二速度值，其中，。
进一步地，所述预设值为绝对速度的30%。
进一步地，所述绝对速度为80mm/s。
一种机器人是否碰到障碍物的检测***，包括：
用于反馈脉冲信号的里程计；
用于反馈加速度信号的加速度计；
用于接收所述脉冲信号并计算得出第一速度值和接收所述加速度信号并计算得出第二速度值的处理器；
所述处理器还用于判断所述第一速度值和所述第二速度值的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。
进一步地，所述处理器包括：
第一获取模块，用于获取单位时间内接收到的里程计反馈的脉冲信号；
第二获取模块，用于获取里程计的脉冲信号转换到距离的系数b；
第一数据处理模块，用于计算得出所述第一速度值，其中，。
进一步地，所述处理器包括：
第三获取模块，用于获取单位时间内接收到的加速度计反馈的加速度信号；
第二数据处理模块，用于计算得出所述第二速度值，其中，。
进一步地，所述预设值为绝对速度的30%，所述绝对速度为80mm/s。
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：通过采用里程计和加速度计采集的数据，来判断两者的速度差，进而判断机器人是否碰到障碍物，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，里程计和加速度计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为本发明所述检测方法的流程图。
图2为本发明所述速度对比的示意图。
图3为本发明所述检测***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。扫地机器人的机身为无线机器，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。
本发明所述机器人包括如下结构：带轮子的能够自主行进的机器人机体，前面有用于检测碰撞的传感器，前面检测碰撞传感器可以是物理的碰撞检测或者是超声波、激光等非接触式检测。机器人内部装置有惯性传感器，包括加速度计30和陀螺仪等，轮子上面有里程计20（一般是码盘）。
如图1所示的机器人是否碰到障碍物的检测方法，包括如下步骤：接收由里程计20反馈的脉冲信号，根据所述脉冲信号计算得出第一速度值；接收加速度计30反馈的加速度信号，根据所述加速度信号计算得出第二速度值；判断所述第一速度值和所述第二速度值的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。
如图2所示，坐标X轴表示的是时间T，坐标Y轴表示的是速度V，实曲线表示根据里程计20检测到随时间变化而变化的第一速度值，虚曲线表示根据加速度计30检测到的随时间变化而变化的第二速度值。由于噪声等原因两者速度会有差别，但是在没有外阻力和轮子打滑情况下，两者速度比较接近，偏差一般小于20%，如图中的△V1。如果机器遇到障碍物阻挡，轮子打滑，两者的速度差会相差比较大，如图中的△V2，根据加速度计30算出来的速度接近于零，当两者的速度差值大于预设值，则可以确定机器人碰到了障碍物。
如果地面不打滑，单独采用里程计20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，因为联动关系，轮子也会转动变慢，最后停止，里程计20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，机身虽然停止了，但是轮子还是会打滑旋转，里程计20会继续产生脉冲信号。所以，在现实使用中，仅仅依靠里程计20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20和加速度计30采集的数据，来判断两者的速度差，进而判断机器人是否碰到障碍物，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，避免了单独采用里程计20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20和加速度计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，所述接收由里程计20反馈的脉冲信号，根据所述脉冲信号计算得出第一速度值，包括如下步骤：获取单位时间内接收到的里程计20反馈的脉冲信号；获取里程计20的脉冲信号转换到距离的系数b；计算得出所述第一速度值，其中，。采用所述方式，可以准确快速地获取第一速度值，有利于后续的数据处理。
优选的，所述接收加速度计30反馈的加速度信号，根据所述加速度信号计算得出第二速度值，包括如下步骤：获取单位时间内接收到的加速度计30反馈的加速度信号；计算得出所述第二速度值，其中，。采用所述方式，可以准确快速地获取第二速度值，有利于后续的数据处理。
优选的，所述预设值为绝对速度的30%。通过采用绝对速度作为判断基准，可以保证判断的准确性。因为采用其它传感器检测的速度作为判断基准时，往往会受传感器检测结果的影响，如果外界事物干扰了传感器，则检测速度就会变化，判断基准也就相应变化，从而得出错误的结果。
优选的，所述绝对速度为80mm/s，该速度是通过大量的研究和设计才得出的，能够符合大多数机器人的检测条件。
如图3所示的机器人是否碰到障碍物的检测***，包括：用于反馈脉冲信号的里程计20；用于反馈加速度信号的加速度计30；用于接收所述脉冲信号并计算得出第一速度值和接收所述加速度信号并计算得出第二速度值的处理器10；所述处理器10还用于判断所述第一速度值和所述第二速度值的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。所述预设值为绝对速度的30%，所述绝对速度为80mm/s。
其中，所述处理器10包括：第一获取模块101，用于获取单位时间内接收到的里程计20反馈的脉冲信号；第二获取模块103，用于获取里程计20的脉冲信号转换到距离的系数b，该系数b可以从存储器或者缓存区中获取；第一数据处理模块102，用于计算得出所述第一速度值，其中，；第三获取模块104，用于获取单位时间内接收到的加速度计30反馈的加速度信号；第二数据处理模块105，用于计算得出所述第二速度值，其中，。
本发明所述的检测***，通过采用里程计20和加速度计30采集的数据，来判断两者的速度差，进而判断机器人是否碰到障碍物，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，避免了单独采用里程计20所带来的误检的可能性。所以，本发明所述的检测***，能够提高机器人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20和加速度计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。
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。采用该芯片的机器人，能够通过采用里程计20和加速度计30采集的数据，来判断两者的速度差，进而判断机器人是否碰到障碍物，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。
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：
接收由里程计反馈的脉冲信号，根据所述脉冲信号计算得出第一速度值；
接收加速度计反馈的加速度信号，根据所述加速度信号计算得出第二速度值；
判断所述第一速度值和所述第二速度值的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。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述接收由里程计反馈的脉冲信号，根据所述脉冲信号计算得出第一速度值，包括如下步骤：
获取单位时间内接收到的里程计反馈的脉冲信号；
获取里程计的脉冲信号转换到距离的系数b；
计算得出所述第一速度值，其中，。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述接收加速度计反馈的加速度信号，根据所述加速度信号计算得出第二速度值，包括如下步骤：
获取单位时间内接收到的加速度计反馈的加速度信号；
计算得出所述第二速度值，其中，。
4.根据权利要求1至3任一项所述的检测方法，其特征在于，所述预设值为绝对速度的30%。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述绝对速度为80mm/s。
6.一种机器人是否碰到障碍物的检测***，其特征在于，包括：
用于反馈脉冲信号的里程计；
用于反馈加速度信号的加速度计；
用于接收所述脉冲信号并计算得出第一速度值和接收所述加速度信号并计算得出第二速度值的处理器；
所述处理器还用于判断所述第一速度值和所述第二速度值的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。
7.根据权利要求6所述的检测***，其特征在于，所述处理器包括：
第一获取模块，用于获取单位时间内接收到的里程计反馈的脉冲信号；
第二获取模块，用于获取里程计的脉冲信号转换到距离的系数b；
第一数据处理模块，用于计算得出所述第一速度值，其中，。
8.根据权利要求6所述的检测***，其特征在于，所述处理器包括：
第三获取模块，用于获取单位时间内接收到的加速度计反馈的加速度信号；
第二数据处理模块，用于计算得出所述第二速度值，其中，。
9.根据权利要求6至8任一项所述的检测***，其特征在于，所述预设值为绝对速度的30%，所述绝对速度为80mm/s。
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5任一项所述的检测方法。
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