CN107348910A - 机器人打滑的检测方法和建图方法及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人打滑的检测方法和建图方法及芯片，通过利用机器人现有的驱动轮上的里程计、机体内的陀螺仪和处理器，来检测并计算得出两个驱动轮在预设时间内所产生的第一角度变化率，陀螺仪在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率，从而确定了机器人的角速度变化误差率，最后通过判断该角速度变化误差率是否大于或等于预设值来确定机器人是否打滑。这种机器人打滑的检测方法和基于该检测的结果进行地图的构建，成本相对较低。同时，采用里程计和陀螺仪结合进行检测判断的方式，准确性较高，所构建的地图也比较准确。同理，相应的芯片的性能也会相对较。

Description

机器人打滑的检测方法和建图方法及芯片

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种机器人打滑的检测方法和建图方法及芯片。

背景技术

智能扫地机器人在行进清扫的过程中，由于碰到障碍物或者行进在比较潮湿光滑的地面时，轮子容易打滑，此时，轮子上的里程计仍然会把轮子打滑转动的距离计入行进的距离中，从而造成行进距离的误差，使得机器人在建图时会引入该误差，导致构建的地图也存在误差，地图不准确。目前，有一种方式是通过比较机器人的驱动轮和从动轮的速度来判断是否出现了打滑现象。但是，要获得从动轮的速度，就需要额外在从动轮上安装里程计，这样就会增加机器人的成本。同时，由于从动轮的不可控性（比如悬空空转），采用这种方式判断机器人是否打滑，会存在误判的情况，准确性不够高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种机器人打滑的检测方法和建图方法及芯片，检测的准确性相对较高，成本则相对较低。本发明的具体技术方案如下：

一种机器人打滑的检测方法，包括如下步骤：

计算预设时间内两个驱动轮所产生的第一角度变化率；

计算陀螺仪在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率；

确定所述第一角度变化率与所述第二角度变化率的差值为第一差值；

确定所述第一角度变化率的最大误差值；

确定角速度变化误差率为所述第一差值与所述最大误差值的比值；

判断所述角速度变化误差率是否大于或者等于预设值；

如果是，则确定机器人打滑；

如果否，则确定机器人没有打滑。

进一步地，所述计算预设时间内两个驱动轮所产生的第一角度变化率，包括如下步骤：

计算所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值；

确定所述两个驱动轮之间的宽度；

确定所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进角度值为所述行进距离差值与所述宽度的比值；

确定所述第一角度变化率为所述行进角度值与所述预设时间的比值。

进一步地，所述计算所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值，包括如下步骤：

根据当前记录时间点所检测到的所述两个驱动轮中的第一驱动轮所行进的第一当前行进距离，和上一记录时间点所检测到的第一驱动轮所行进的第一上一行进距离，计算得出第一驱动轮所行进的第一距离为所述第一当前行进距离与所述第一上一行进距离的差值；

根据所述当前记录时间点所检测到的所述两个驱动轮中的第二驱动轮所行进的第二当前行进距离，和所述上一记录时间点所检测到的第二驱动轮所行进的第二上一行进距离，计算得出第二驱动轮所行进的第二距离为所述第二当前行进距离与所述第二上一行进距离的差值；

确定所述行进距离差值为所述第一距离与所述第二距离的差值；

其中，所述当前记录时间点与所述上一记录时间点之间的时间间隔为所述预设时间。

进一步地，所述计算陀螺仪在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率，包括如下步骤：

根据当前记录时间点陀螺仪所检测到的当前角度，和上一记录时间点陀螺仪所检测到的上一角度，计算得出变化角度为所述当前角度与所述上一角度的差值；

确定所述第二角度变化率为所述变化角度和所述预设时间的比值；

其中，所述当前记录时间点与所述上一记录时间点之间的时间间隔为所述预设时间。

进一步地，所述确定所述第一角度变化率的最大误差值，包括如下步骤：

确定所述驱动轮的最大误差率；

确定所述最大误差值为所述第一角度变化率与所述最大误差率的乘积；

其中，所述最大误差率通过实验测试得出。

进一步地，所述判断所述角速度变化误差率是否大于或者等于预设值，还包括如下步骤：

根据连续N次所确定的所述角速度变化误差率，判断每次确定的所述角速度变化误差率是否都大于或者等于预设值；

如果每次确定的所述角速度变化误差率都大于或者等于预设值，则判断结果为是；

如果有一次确定的所述角速度变化误差率小于预设值，则判断结果为是否；

其中，所述N为大于或者等于2的自然数。

进一步地，所述预设值为1。

进一步地，所述预设时间为10毫秒。

一种机器人的建图方法，包括如下步骤：

基于上述的机器人打滑的检测方法，确定机器人打滑时的位置点所在的栅格单元；

标示所述栅格单元为打滑单元。

一种芯片，用于存储程序，所述程序用于控制机器人执行上述的建图方法。

本发明通过利用机器人现有的驱动轮上的里程计、机体内的陀螺仪和处理器，来检测并计算得出两个驱动轮在预设时间内所产生的第一角度变化率，陀螺仪在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率，从而确定了机器人的角速度变化误差率，最后通过判断该角速度变化误差率是否大于或等于预设值来确定机器人是否打滑。这种机器人打滑的检测方法和基于该检测的结果进行地图的构建，成本相对较低。同时，采用里程计和陀螺仪结合进行检测判断的方式，准确性较高，所构建的地图也比较准确。同理，相应的芯片的性能也会相对较高。

附图说明

图1为本发明所述的机器人结构示意图。

图2为本发明所述的机器人打滑的检测方法的流程图。

图3为本发明所述的机器人打滑检测的***框图。

图4为本发明所述的行进角度值的分析示意图。

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10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10上设有各种传感器，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：带有第一驱动轮20和第二驱动轮30的能够自主行进的机器人机体10，机器人内部装置有惯性传感器，包括加速度计和陀螺仪40等，第一驱动轮20和第二驱动轮30上设有用于检测驱动轮的行进距离的里程计60（一般是码盘），以及能够处理相关传感器的参数，并能够输出控制信号到执行部件的处理器50。

如图2所示，机器人打滑的检测方法，包括如下步骤：计算预设时间内两个驱动轮所产生的第一角度变化率；计算陀螺仪40在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率；确定所述第一角度变化率与所述第二角度变化率的差值为第一差值；确定所述第一角度变化率的最大误差值；确定角速度变化误差率为所述第一差值与所述最大误差值的比值；判断所述角速度变化误差率是否大于或者等于预设值；如果是，则确定机器人打滑；如果否，则确定机器人没有打滑。本发明所述的检测方法，通过利用机器人现有的驱动轮上的里程计60、机体10内的陀螺仪40和处理器50（如图3所示），来检测并计算得出两个驱动轮在预设时间内所产生的第一角度变化率，陀螺仪40在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率，从而确定了机器人的角速度变化误差率，最后通过判断该角速度变化误差率是否大于或等于预设值来确定机器人是否打滑。这种机器人打滑的检测方法，成本相对较低。同时，采用里程计60和陀螺仪40结合进行检测判断的方式，准确性较高。当检测到机器人是在打滑，则可以记录打滑数据，并对机器人的行进数据进行修正，从而避免打滑对机器人行进准确性的影响。

优选的，所述计算预设时间内两个驱动轮所产生的第一角度变化率，包括如下步骤：计算所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值；确定所述两个驱动轮之间的宽度；确定所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进角度值为所述行进距离差值与所述宽度的比值；确定所述第一角度变化率为所述行进角度值与所述预设时间的比值。如图4所示，如果机器人打滑，则两个驱动轮所行进的距离可能不一样（比如一个驱动轮打滑，另一个不打滑，或者两个驱动轮与地面的摩擦力不一样等等，这些都会导致驱动轮打滑产生的轮子转动的圈数也不一样，即两个驱动轮所行进的距离不一样），使得机器人会产生一个微小的偏转，从而会产生一个微小的弧形的行进轨迹。但是为了便于说明，如图4所示，将采用直线的形式表示第一驱动轮20和第二驱动轮30的行进轨迹，由此产生的误差在可预期范围内。图4中，通过里程计60检测到第一驱动轮20在预设时间T内行进的距离为L，通过里程计60检测到第二驱动轮30在预设时间内行进的距离为R，所以，处理器50在接收到里程计60的检测数据后，计算得出两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值为△L。由于两个驱动轮之间的宽度为W，所以计算得出两个驱动轮在所述预设时间内的行进角度值为a，a=△L/W，最终，计算得出第一角度变化率为P，P=a/T=△L/（W*T）。通过这种小角度的检测方法，得出的每个预设时间段内的角度变化率，有利于后续的角度误差变化率的计算，能够提高最终判断机器人是否打滑的准确性。

优选的，所述计算所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值，包括如下步骤：根据当前记录时间点所检测到的所述两个驱动轮中的第一驱动轮20所行进的第一当前行进距离，和上一记录时间点所检测到的第一驱动轮20所行进的第一上一行进距离，计算得出第一驱动轮20所行进的第一距离为所述第一当前行进距离与所述第一上一行进距离的差值；根据所述当前记录时间点所检测到的所述两个驱动轮中的第二驱动轮30所行进的第二当前行进距离，和所述上一记录时间点所检测到的第二驱动轮30所行进的第二上一行进距离，计算得出第二驱动轮30所行进的第二距离为所述第二当前行进距离与所述第二上一行进距离的差值；确定所述行进距离差值为所述第一距离与所述第二距离的差值。其中，所述当前记录时间点与所述上一记录时间点之间的时间间隔为所述预设时间。通过对每个记录时间点所检测到的行进距离进行分析比较，可以得出不同时间段内两个驱动轮的行进距离差值，为不同时间段内的角度变化率提供计算数据，保证后续计算角度变化率的准确性。

优选的，所述计算陀螺仪40在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率，包括如下步骤：根据当前记录时间点陀螺仪40所检测到的当前角度，和上一记录时间点陀螺仪40所检测到的上一角度，计算得出变化角度为所述当前角度与所述上一角度的差值；确定所述第二角度变化率为所述变化角度和所述预设时间的比值。其中，所述当前记录时间点与所述上一记录时间点之间的时间间隔为所述预设时间。由于陀螺仪40在角度检测方面具有较高的准确性，所以，利用机器人内部已设有的陀螺仪40的检测数据计算得出的角度变化率，准确性较高。同时，通过与上述相对应的记录时间点进行数据检测，可以进行准确的数据对比，避免由于对比数据出错而造成的后续的角度误差变化率的计算出错，保证了机器人打滑判断的准确性。

优选的，所述确定所述第一角度变化率的最大误差值，包括如下步骤：确定所述驱动轮的最大误差率；确定所述最大误差值为所述第一角度变化率与所述最大误差率的乘积。由于两个驱动轮在物理结构上本身会存在误差，对于相同的物理结构，所产生的误差率非常接近，所以，所述最大误差率可以通过实验测试得出最大值，也可以从所测试的多组数据中取平均值作为最大误差率。通过引入最大误差率来确定第一角度变化率的最大误差值，可以为后续的数据处理提供准确的依据，避免直接引用有误差的数据所导致的误判的情况出现，提高判断机器人是否打滑的准确性。

优选的，所述判断所述角速度变化误差率是否大于或者等于预设值，还包括如下步骤：根据连续N次所确定的所述角速度变化误差率，判断每次确定的所述角速度变化误差率是否都大于或者等于预设值；如果每次确定的所述角速度变化误差率都大于或者等于预设值，则判断结果为是；如果有一次确定的所述角速度变化误差率小于预设值，则判断结果为是否。由于机器人行进的路面情况很复杂，而不同的路面情况又会对机器人的检测结果产生不同的影响，所以，仅依靠一次数据的检测和判断，就确定机器人是否打滑，会存在误判的情况。应该进行连续多次的检测，并对多次的检测结果进行分析，只有都满足的情况下，才能确定是否打滑，这样得出的结果才具有更高的准确性。其中，所述N可以根据具体的情况进行相应的设置，优选的，设置为大于或者等于2的自然数，最优的，设置为5次，太少了达不到准确的效果，太多了又会浪费计算资源。

优选的，确定角速度变化误差率为所述第一差值与所述最大误差值的比值。由于每次的第一角度变化率不一样，得出的最大误差值也不一样，也就是说每次的最大误差值是动态变化的，如果采用固定的绝对数值为参考进行判断，得出的结果会有较大误差。本发明的方法采用的是对比的方式，根据对比的比值进行判断，可以得出更准确的结果。

优选的，所述预设值为1，这样可以准确地界定第一差值和最大误差值的关系，从而根据对比结果有效地判断出机器人是否处于打滑状态。

优选的，所述预设时间为10毫秒，当然，也可以不同需求，设置为其它数值。设置为10毫秒是比较合适的，如果时间太长，会影响检测结果，时间太短，对传感器和处理器50的性能要求又会太高。

本发明所述的机器人的建图方法，包括如下步骤：基于上述的机器人打滑的检测方法，确定机器人打滑时的位置点所在的栅格单元；标示所述栅格单元为打滑单元。由于机器人在栅格地图的构建中，需要根据检测的情况对栅格单元进行对应的标示，比如，在检测到障碍物时，把检测到障碍物的位置点所在的栅格单元标示为障碍单元；在检测到悬崖时，把检测到悬崖的位置点所在的栅格单元标示为悬崖单元。由于现有技术无法准确地检测到机器人是否打滑，所以，无法准确地对打滑的栅格单元进行标示，导致后续机器人在依据该栅格地图进行导航的过程中，导航进入该打滑区域，使得行进效率降低，导航效果较差。通过本发明所述的建图方法，可以准确地标示出打滑的栅格单元，所构建的地图准确性较高，在后续的导航过程中，机器人可以避开该打滑区域，从而提高机器人的行进效率和导航效果。

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上述的建图方法。由于所述芯片具有较高的建图准确性，所以，提高了芯片的性能。

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)

1.一种机器人打滑的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算预设时间内两个驱动轮所产生的第一角度变化率；

计算陀螺仪在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率；

确定所述第一角度变化率与所述第二角度变化率的差值为第一差值；

确定所述第一角度变化率的最大误差值；

确定角速度变化误差率为所述第一差值与所述最大误差值的比值；

判断所述角速度变化误差率是否大于或者等于预设值；

如果是，则确定机器人打滑；

如果否，则确定机器人没有打滑。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算预设时间内两个驱动轮所产生的第一角度变化率，包括如下步骤：

计算所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值；

确定所述两个驱动轮之间的宽度；

确定所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进角度值为所述行进距离差值与所述宽度的比值；

确定所述第一角度变化率为所述行进角度值与所述预设时间的比值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述两个驱动轮在所述预设时间内的行进距离差值，包括如下步骤：

根据当前记录时间点所检测到的所述两个驱动轮中的第一驱动轮所行进的第一当前行进距离，和上一记录时间点所检测到的第一驱动轮所行进的第一上一行进距离，计算得出第一驱动轮所行进的第一距离为所述第一当前行进距离与所述第一上一行进距离的差值；

根据所述当前记录时间点所检测到的所述两个驱动轮中的第二驱动轮所行进的第二当前行进距离，和所述上一记录时间点所检测到的第二驱动轮所行进的第二上一行进距离，计算得出第二驱动轮所行进的第二距离为所述第二当前行进距离与所述第二上一行进距离的差值；

确定所述行进距离差值为所述第一距离与所述第二距离的差值；

其中，所述当前记录时间点与所述上一记录时间点之间的时间间隔为所述预设时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算陀螺仪在相同的所述预设时间内所产生的第二角度变化率，包括如下步骤：

根据当前记录时间点陀螺仪所检测到的当前角度，和上一记录时间点陀螺仪所检测到的上一角度，计算得出变化角度为所述当前角度与所述上一角度的差值；

确定所述第二角度变化率为所述变化角度和所述预设时间的比值；

其中，所述当前记录时间点与所述上一记录时间点之间的时间间隔为所述预设时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一角度变化率的最大误差值，包括如下步骤：

确定所述驱动轮的最大误差率；

确定所述最大误差值为所述第一角度变化率与所述最大误差率的乘积；

其中，所述最大误差率通过实验测试得出。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述角速度变化误差率是否大于或者等于预设值，还包括如下步骤：

根据连续N次所确定的所述角速度变化误差率，判断每次确定的所述角速度变化误差率是否都大于或者等于预设值；

如果每次确定的所述角速度变化误差率都大于或者等于预设值，则判断结果为是；

如果有一次确定的所述角速度变化误差率小于预设值，则判断结果为是否；

其中，所述N为大于或者等于2的自然数。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述预设值为1。

8.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述预设时间为10毫秒。

9.一种机器人的建图方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于权利要求1至8任一项所述的机器人打滑的检测方法，确定机器人打滑时的位置点所在的栅格单元；

标示所述栅格单元为打滑单元。

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9所述的建图方法。