CN112363491B - 机器人掉头控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种机器人掉头控制方法，方法包括：在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离；依据该距离、航线间距确定由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成的转弯路线；第一转弯点在第一直行航线与转弯路线上的导数相同，第二转弯点在第二直行航线与转弯路线上的导数相同。掉头时，由于机器人直线行进的行进方向与相机主方向一致，因此机器人在两段弧形轨迹之间的直线上的行进方向与相机主方向保持一致，可保证部分轨迹仍能落在可见区域内。由于转弯路线上的四个点在各自所属的两条轨迹上的导数均相同，因此机器人到达任一点都不需要原地停顿转向实现过渡，行驶顺畅。

Description

机器人掉头控制方法及装置

技术领域

本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人掉头控制方法及装置。

背景技术

目前的扫地机器人为了高效地清扫地面，减少漏扫的情况，通常都是按照“弓”字型轨迹进行行进。以这种行进方式在掉头时，为了避免在一次掉头过程中需要连续的停顿原地转向导致机器人行进效率低的问题，扫地机器人在当前直行航线上行进至转弯点时，先停顿原地转向90度，然后按弧形轨迹掉头行进，直到行进至相邻的下一条直行航线上，从而通过一次停顿原地转向便可掉头至下一条直行航线行进。

然而，目前的弧形轨迹掉头方式，仍然需要停顿原地掉头转向，导致机器人行进卡顿，运行效率比较低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种机器人掉头控制方法及装置，以解决目前采用的转弯方式会导致机器人行进卡顿，运行效率比较低的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种机器人掉头控制方法，所述方法包括：

机器人在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离S1；

依据所述距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线；

其中，所述转弯路线由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成，所述第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数相同。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种机器人掉头控制方法，所述方法包括：

机器人沿着第一直行航线行驶，在到达如上述第一方面所述方法确定的转弯路线上的第一转弯点时，沿着转弯路线进行行驶，以从第一直行航线转向第二直行航线。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种机器人掉头控制装置，所述装置包括：

检测模块，用于检测第一直行航线上的障碍物；

处理器，用于在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离S1；依据所述距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线；其中，所述转弯路线由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成，所述第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数相同。

根据本申请实施例的第四方面，提供一种机器人掉头控制装置，所述装置包括：

动力驱动模块，用于控制机器人沿着第一直行航线行驶，在到达如上述第一方面所述方法确定的转弯路线上的第一转弯点时，控制机器人沿着转弯路线进行行驶，以从第一直行航线转向第二直行航线。

应用本申请实施例，本申请转弯路线是由第一弧形轨迹、第一直线轨迹以及第二弧形轨迹组成，机器人在掉头过程中，由于机器人在直线行进过程中，相机可视范围的主方向与机器人的行进方向一致，因此机器人在两段弧形轨迹之间的直线轨迹上的行进方向与相机可视范围的主方向保持一致，只有在两段弧形轨迹上的行进方向与主方向有一些偏离，因此可以保证部分掉头轨迹仍能落在机器人的可见区域内，进而可减小与盲区内物体碰撞的几率。又由于转弯路线上的四个点在各自所属的两条轨迹上的导数均相同，因此机器人到达任一点都不需要原地停顿转向实现过渡，行驶比较顺畅，运行效率高。

附图说明

图1A为本申请根据一示例性实施例示出的一种相机的可视范围示意图；

图1B为本申请根据一示例性实施例示出的一种机器人的转弯路线示意图；

图2A为本申请根据一示例性实施例示出的一种机器人掉头控制方法的实施例流程图；

图2B为本申请根据图2A所示实施例示出的一种机器人转弯路线示意图；

图2C为本申请根据一示例性实施例示出的另一种机器人转弯路线示意图；

图3A为本申请根据一示例性实施例示出的另一种机器人掉头控制方法的实施例流程图；

图3B为本申请根据一示例性实施例示出的一种机器人行驶路径示意图；

图3C为本申请根据图3A所示实施例示出的一种机器人行驶路线更新示意图；

图3D为本申请根据图3C所示实施例示出的一种更新后的行驶路线的轨迹平滑示意图；

图4A为本申请根据一示例性实施例示出的又一种机器人掉头控制方法的实施例流程图；

图4B为本申请根据图4A所示实施例示出的一种机器人的当前可见区域示意图；

图4C为本申请根据图4A所示实施例示出的一种第一转弯点被遮挡时的路线优化示意图；

图4D为本申请根据图4A所示实施例示出的一种第一中间点被遮挡时的路线优化示意图；

图4E为本申请根据图4A所示实施例示出的一种第二中间点被遮挡时的路线优化示意图；

图4F为本申请根据图4A所示实施例示出的一种第二转弯点被遮挡时的路线优化示意图；

图5为本申请根据一示例性实施例示出的一种机器人掉头控制装置的实施例结构图；

图6为本申请根据一示例性实施例示出的另一种机器人掉头控制装置的实施例结构图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以设有相机的扫地机器人为例，相机区别于其他环境感知传感器(如激光雷达、红外、超声波等传感器)，相机相当于机器人的“眼睛”，由于相机可视范围(可视范围大小由相机的视场角和可视距离决定)的限制，通常存在一定盲区，盲区内的物体对当前时刻的扫地机器人而言是不可见的。如图1A所示，阴影范围是相机的可视范围，也是机器人的可见范围，其他区域均为盲区，盲区的角度、深度由相机的视场角和在扫地机器人上的安装位置决定。由图1A可见，相机的可视范围具有一个主方向，离主方向的距离越远，机器人的可见范围越小，机器人在直线行进过程中，可视范围的主方向为机器人的行进方向。

为了避免在一次掉头过程中需要连续的停顿原地转向导致机器人行进效率低的问题，如图1B所述，扫地机器人在行进至转弯点时，先原地掉头转向90度，然后按照弧形轨迹行进至相邻的下一条直行航线上，通过一次原地转向实现掉头行进。然而，目前的弧形轨迹掉头方式，需要停顿原地掉头转向，导致机器人行进卡顿，运行效率比较低。并且整个掉头轨迹方向始终偏离主方向，落在机器人的盲区内，导致扫地机器人与盲区内物体产生碰撞的几率也比较高。

扫地机器人在进行清扫时，所采用的“弓”字型清扫是指扫地机器人沿直行航线行进至转弯点时，原地转向90度后行进一定宽度后，再转向90度，使当前行进方向与原来的直行航线的行进方向相反，接着继续行进至下一个转弯点，由于扫地机器人按此方式行进的轨迹类似弓字，故称之为“弓”字型清扫。

为解决上述问题，在机器人掉头过程中，本申请为了避免机器人原地停顿转向的问题，对机器人掉头控制方法做出了一些改进。

图2A为本申请根据一示例性实施例示出的一种机器人掉头控制方法的实施例流程图，本实施例以机器人行驶前如何规划转弯路线为例进行说明，如图2A所示，所述机器人掉头控制方法包括如下步骤：

步骤201：机器人在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离S1。

在本申请中，如果机器人前方没有障碍物，通常会一直沿直行航线行驶，直到在直行航线上检测到障碍物时，需要规划转弯路线，以从当前直行航线上行驶到下一条直行航线上。

基于此，机器人会利用设有的各类传感器采集的数据构建环境地图，该环境地图即包含机器人已经走过的区域也包含未走过的区域，并且该环境地图上标记有机器人当前位置、所处的第一直行航线以及由障碍物传感器的数据检测出的障碍物，如果机器人检测到第一直行航线上有障碍物，表示机器人无法沿第一直行航线一直行驶下去，需要确定当前位置与障碍物之间的距离S1，以用于规划转弯路线。

其中，障碍物可以是墙、桌子、人等任何阻碍机器人前进的物体。机器人上设有的传感器可以包括里程传感器、码盘传感器、障碍物传感器、图像传感器等。障碍物传感器可以是激光传感器、雷达传感器等。

步骤202：依据所述距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线。

其中，第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2可以预先设置，即每相邻两条直行航线之间的间距均为S2。

由上述图1B所示的转弯路线，机器人沿直行航线行进至转弯点时，需要原地停顿下来，掉头转向90度后才能按照弧形轨迹继续行进。其中，在转弯点需要停顿转向的原因是，该转弯点分别在直行航线和弧形轨迹上的导数不相同，机器人的运动控制模块无法在行驶过程中实现平滑过渡到弧形轨迹上，因此需要先控制机器人停顿下来，掉头转向90度后才能过渡到弧形轨迹上。

基于上述分析的原因，本申请确定出的转弯路线是由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成，并且第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数也相同，以保证机器人可以从第一直行航线平滑过渡到转弯路线上，并再从转弯路线上平滑过渡到第二直行航线上。

在本实施例中，机器人在检测出第一直行航线上有障碍物时，通过依据与障碍物之间的距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线，由于第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数也相同，因此机器人在行驶中就可以从第一直行航线平滑过渡到转弯路线上，并再从转弯路线上平滑过渡到第二直行航线上，无需原地停顿转向实现过渡，行驶比较顺畅，运行效率高。

在一实施例中，转弯路线可以包括第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹以及第二中间点和所述第二转弯点之间的第二弧形轨迹。

其中，第一转弯点在第一直行航线与第一弧形轨迹上的导数相同，第一中间点在第一弧形轨迹与第一直线轨迹上的导数相同，第二中间点在第一直线轨迹与第二弧形轨迹上的导数相同，第二转弯点在第二直行航线与第二弧形轨迹上的导数相同。由此可见，由于各个点在各自所属的两条轨迹上的导数都相同，因此机器人在掉头过程中，在到达某一点时始终可以平滑过渡到下一轨迹上，不会卡顿，行驶顺畅，运行效率高。

在本申请中，第一中间点与第二中间点之间的距离为预设距离S3，并且第一中间点与第二中间点之间的中心点位于第一直行航线与第二直行航线之间的中心线上，第一直线轨迹垂直于第一直行航线和第二直行航线。基于此，可以依据距离S1、航线间距S2以及预设距离S3确定出第一中间点与第二中间点的位置。

其中，第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹的长度即为S3，取值范围为：0≤S3≤S2。

另外，第一转弯点与第一中间点之间的纵向距离以及第二转弯点与第二中间点之间的纵向距离均为预设距离S4，因此依据距离S1、航线间距S2以及预设距离S4可以确定出第一转弯点与第二转弯点的位置。

其中，纵向距离S4的取值范围为：S4>0。

下面以一个示例性场景详细介绍转弯路线的确定过程：

如图2B所示，以机器人中心为原点，水平方向为横轴，垂直方向为纵轴建立坐标系，假设机器人的形状为半径为r的圆形，A点为第一转弯点、B点为第一中间点、C点为第二中间点，D点为第二转弯点，机器人在检测到在第一直行航线上的障碍物与机器人当前位置的距离为S1，为了避免机器人在转弯路线上碰到障碍物，需要第一直线轨迹BC与障碍物之间的距离至少为r，从而利用距离S1、航线间距S2以及预设距离S3可以获得B点位置为(0.5(S2-S3)，(S1-r))，C点位置为(0.5(S2+S3)，(S1-r))；利用距离S1、航线间距S2以及预设距离S4可以获得A点位置为(0，(S1-r-S4))，D点位置为(S2，(S1-r-S4))。

由此可得，第一直行航线的关系式为：

x＝0

其中，0≤y≤(S1-r-S4)

第二直行航线的关系式为：

x＝S2

其中，0≤y≤(S1-r-S4)

第一直线轨迹BC的关系式为：

y＝S1-r

其中，0.5(S2-S3)≤x≤0.5(S2+S3)

由上述关系式可知，A点在第一直行航线上的导数为+∞，B点和C点在第一直线轨迹BC上的导数为0，D点在第一直行航线上的导数为+∞。由于A点与B点之间是第一弧形轨迹，并且A点在第一弧形轨迹上的导数也要是+∞，B点在第一弧形轨迹上的导数也要是0，因此第一弧形轨迹为椭圆的四分之一。由此可得，第一弧形轨迹的圆心为O1(0.5(S2-S3)，(S1-r-S4))，基于相同的推导原理，第二弧形轨迹的圆心为O2(0.5(S2+S3)，(S1-r-S4))。

进而可得，第一弧形轨迹的关系式为：

其中，0≤x≤0.5(S2-S3)，(S1-r-S4)≤y≤(S1-r)

第二弧形轨迹的关系式为：

其中，0.5(S2+S3)≤x≤S2，(S1-r-S4)≤y≤(S1-r)

需要说明的是，当第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹的长度S3取0时，表示第一中间点与第二中间点合并为一个点，如图2C所示，B点与C点合并为一个点，该点在第一弧形轨迹和第二弧形轨迹上的导数相同，从而第一弧形轨迹与第二弧形轨迹也可以合并为一段弧形轨迹。

与上述图1B所示的转弯路线相比，虽然本申请在S3取0情况下，第一转弯点与第二转弯点之间也为一段弧形轨迹，但是第一转弯点与第二转弯点在各自所属的两条轨迹上的导数均相同，而图1B上的第一个转弯点在所属的两条轨迹上的导数不同。

由此可见，相对于现有技术，即使将两段弧形轨迹合并为一段，本申请也不需要采用停顿原地转向的方式进行掉头。

在本实施例中，由于转弯路线是由第一弧形轨迹、第一直线轨迹以及第二弧形轨迹组成，机器人在掉头过程中，由于机器人在直线行进过程中，相机可视范围的主方向与机器人的行进方向一致，因此机器人在两段弧形轨迹之间的直线轨迹上的行进方向与相机可视范围的主方向保持一致，只有在两段弧形轨迹上的行进方向与主方向有一些偏离，因此可以保证部分掉头轨迹仍能落在机器人的可见区域内，进而可减小与盲区内物体碰撞的几率。又由于转弯路线上的四个点在各自所属的两条轨迹上的导数均相同，因此机器人到达任一点都不需要原地停顿转向实现过渡，行驶比较顺畅，运行效率高。

图3A为本申请根据一示例性实施例示出的另一种机器人掉头控制方法的实施例流程图，本实施例以机器人如何按照上述图2A至图2C任一实施例中确定的转弯路线行驶为例，如图3A所示，所述机器人掉头控制方法进一步包括如下步骤：

步骤301：机器人沿着第一直行航线行驶至第一转弯点。

步骤302：从第一转弯点沿转弯路线行驶至第二直行航线。

下面以转弯路线包括第一弧形轨迹、第一直线轨迹以及第二弧形轨迹的场景为例进行详细阐述：

如图3B所示的路径示意图，带箭头的线路表示机器人的行进方向，A点与B点之间为第一弧形轨迹，B点与C点之间为第一直线轨迹，C点与D点之间为第二弧形轨迹。

当机器人行进至第一直行航线上的A点时，从A点沿第一弧形轨迹行进至B点，从B点再沿第一直线轨迹行进至C点，并从C点再沿第二弧形轨迹行进至D点进而行进至第二直行航线上，依次类推。由于A点、B点、C点以及D点在各自所属的两条轨迹上的导数相同，因此机器人从每个点上都可以平滑过渡至下一条轨迹上，无需停顿原地转向。

机器人在掉头过程中，由于机器人在直线行进过程中，相机可视范围的主方向与机器人的行进方向一致，因此机器人在两段弧形轨迹之间的直线轨迹上的行进方向与相机可视范围的主方向保持一致，只有在两段弧形轨迹上的行进方向与主方向有一些偏离，因此可以保证部分掉头轨迹仍能落在机器人的可见区域内，进而可减小与盲区内物体碰撞的几率。又由于转弯路线上的四个点在各自所属的两条轨迹上的导数均相同，因此机器人到达任一点都不需要原地停顿转向实现过渡，行驶比较顺畅，运行效率高。

值得注意的是，机器人沿着第一直行航线行驶且在到达第一转弯点时沿着转弯路线进行行驶，是机器人在行驶过程中未检测到影响转弯路线的障碍物时执行的。

在一实施例中，机器人在行进过程中，获取所述机器人周围的障碍物，并将所述障碍物的轮廓按预设尺寸进行膨胀，得到目标轮廓，如果目标轮廓与机器人的行驶路线有两个交点，则依据该两个交点更新机器人的行驶路线，以避免机器人在行驶过程中与障碍物发生碰撞。

其中，预设尺寸可以根据实际需求设置，如在机器人的形状为圆形时，预设尺寸可以设置为机器人的半径。如果目标轮廓与行驶路线有两交点，表示机器人在按照当前的行驶路线行进过程中，很可能与障碍物发生碰撞，因此需要依据该两个交点更新机器人的行驶路线。

示例性的，机器人在行驶过程中，障碍物传感器不断检测周围障碍物，并标记在环境地图中，因此机器人可以从已构建的环境地图中获取机器人周围的障碍物。如果障碍物比较大时，障碍物传感器会在不同方向检测到不同的位置，因此由这些位置所形成的区域的边缘即为障碍物的轮廓。

其中，目标轮廓与行驶路线的两个交点包括三种情况：第一种是两交点均位于第一直行航线或第二直行航线上；第二种是两交点均位于转弯路线上；第三种是一个交点位于转弯路线上，另一交点位于第一直行航线或第二直行航线上。

在一实施例中，针对依据所述两个交点更新机器人的行驶路线的过程，可以将机器人在两个交点之间的行驶路线替换为目标轮廓上由所述两个交点组成的一段弧形。

如图3C所示，获取的机器人周围的障碍物的轮廓经过膨胀后，与机器人的转弯路线A-B-C-D的交点为M和N，进而可以将机器人在M点和N点之间的行驶路线替换为目标轮廓上由M点和N点组成的一段弧形。

需要说明的是，为了更好的平滑机器人的行驶路线，增加机器人运动的稳定性和效率，在对行驶路线进行更新后，可以采用轨迹平滑方法对更新后的行驶路线进行平滑处理，即对不平滑的拐点进行平滑，以增加机器人行进的稳定性和效率，使得机器人的运行更加顺畅。

其中，由于机器人的最小转弯半径可以达到零，因此在轨迹平滑时不必考虑机器人的运动学约束。不平滑的拐点指的是行驶路线中轨迹不连续、导数不存在的点。在本申请中，与行驶路线的交点为不平滑的拐点。

本领域技术人员可以理解的是，轨迹平滑方法可以通过相关技术实现，本申请对轨迹平滑方法不进行具体限定。

示例性的，如上述图3C所示，掉头轨迹变为A点与M点之间的第一弧形轨迹，位于M点与N点之间的障碍物膨胀后的轮廓轨迹，N点与D点之间的第二弧形轨迹，M点和N点处的轨迹不连续，且前后两段轨迹之间的夹角比较大，机器人在M点和N点处需要将速度降到很低，才能执行转弯操作，这样会大大降低机器人的运行效率，因此需要采用轨迹平滑方法进行平滑，如图3D所示，由A-M-N-D组成的掉头轨迹经过平滑处理后，变为A-M^’-N^’-D。

至此，完成上述图3A所示流程，通过图3A所示流程，机器人在掉头过程中，全程无需原地停顿转向，机器人的运行效率高。

图4A为本申请根据一示例性实施例示出的另一种机器人掉头控制方法的实施例流程图，基于上述图2A-图3A所示实施例的基础上，当机器人在行驶过程中，检测到影响转弯路线的障碍物时，本实施例以如何优化转弯路线为例进行说明。在本实施例中，转弯路线包括第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹以及第二中间点与第二转弯点之间的第二弧形轨迹。

如图4A所示，所述机器人掉头控制方法进一步包括如下步骤：

步骤401：若第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点在机器人设有的相机的可视范围内，根据相机的可视范围和包含在所述可视范围内的障碍物的位置确定机器人的可见区域。

其中，机器人在沿第一直行航线行行驶过程中，实时判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点是否包含在相机的可视范围内，在判断是时，确定机器人的可见区域。机器人可以从已构建的环境地图中获取包含在可视范围内的障碍物。

如图4B所示，当相机的可视范围内包含障碍物时，可视范围内的障碍物后方区域被遮挡，成为机器人的不可见区域，可视范围内未被遮挡的区域为机器人的当前可见区域。

步骤402：判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中是否存在处于所述可见区域之外的点，若存在，则执行步骤403，若不存在，则结束当前流程。

步骤403：对第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中的至少一个点进行位置优化，以使处于所述可见区域之外的点在机器人到达之前落入所述机器人的可见区域。

在一实施例中，可以根据处于可见区域之外的点，从第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中选择一个目标点进行位置优化。

下面分四种情况对转弯路线的优化过程进行介绍：

第一种情况：第一转弯点处于可见区域之外

选择第一转弯点作为目标点进行位置优化，优化方式可以是：通过增加第一转弯点与机器人的当前位置之间的距离更新第一转弯点的位置。其中，增加的距离要小于所述预设距离S4。

其中，如图4C所示，机器人的可见区域为阴影部分，当A点(即第一转弯点)位于障碍物后方时，机器人在第一直行航线上行驶过程中，A点位置从未见过，此时可以通过增加A点与机器人当前位置之间的距离，即将A点上移，使得机器人绕过障碍物到达A点之前尽量能确保A点落在机器人的可见区域内，如图4C中将A点上移至第一直行航线与第一直线轨迹的交点位置，即A^’点。当然也可以在机器人绕障碍物行进过程中，依据新增的可见区域确定上移的距离。

第二种情况：第一中间点处于可见区域之外

第一种方式为：选择第一转弯点作为目标点进行位置优化，即通过减小第一转弯点与机器人当前位置之间的距离更新第一转弯点的位置。

第二种方式为：选择第一中间点作为目标点进行位置优化，即通过增加或减小第一直线轨迹的长度S3更新第一中间点的位置。

其中，如图4D所示，对于第一种方式是通过将A点向下移来减小A点与机器人当前位置之间的距离，使得机器人到达B点前能尽早让B点落入可见区域内，A点下移的距离可以根据实践经验预先设定；对于第二种方式是通过左移B点或右移B点，以将B点移出盲区，使其尽可能落在可见区域内，如图4D中将B点左移至B^’点，使其落在可见区域内。

第三种情况：第二中间点处于可见区域之外

第一种方式为：选择第一中间点作为目标点进行位置优化，即通过增加第一直线轨迹的长度S3更新第一中间点的位置；

第二种方式为：选择第二中间点作为目标点进行位置优化，即通过增加或减小第一直线轨迹的长度S3更新第二中间点的位置。

其中，如图4E所示，对于第一种方式是通过将B点左移，使得机器人到达C点之前能让C点尽早落入可见区域内，如图4E中将B点左移至B^’点，机器人拐到BC直线轨迹上时使C点能尽早落在可见区域内；对于第二种方式是通过左移C点，以将C点移出盲区，使其尽可能落在可见区域内。

第四种情况：第二转弯点处于可见区域之外

第一种方式为：选择第一中间点作为目标点进行位置优化，即通过增加第一直线轨迹的长度S3更新第一中间点的位置；

第二种方式为：选择第二中间点作为目标点进行位置优化，即通过减小第一直线轨迹的长度更新第二中间点的位置；

第三种方式为：选择第二转弯点作为目标点进行位置优化，即通过增加第二转弯点与机器人当前位置之间纵向距离更新第二转弯点的位置，增加的距离小于预设距离S4。

其中，如图4F所示，对于第一种方式是通过将B点左移，使得机器人到达D点之前尽可能让D点落入可见区域内；对于第二种方式是通过将C点左移，使得D点能尽早落入可见区域内，如图4F中将C点左移至C^’点，以使D点能尽早落在可见区域内；对于第三种方式是通过上移D点，以将D点移出盲区。

需要说明的是，上述四种情况仅为示例，本申请不限定采用其他优化方法。另外，本申请对于上述四种情况的组合，可以根据上述的优化原则对四个点选择优化。

基于上述所述的优化过程，由于只要转弯路线上的四个点中任一点的位置发生变化，其所属的两条轨迹上的导数有可能出现不相同的现象，成为拐点，导致机器人行至拐点时会出现卡顿，降低运行效率。因此，在优化更新后，还可以采用轨迹平滑方法对不平滑的拐点进行平滑化处理。

至此，完成上述图4A所示流程，通过图4A所示流程，可以将障碍物信息融合到转弯路线优化中，根据障碍物和相机的可视范围得到机器人的可见区域，如果有转弯点被障碍物遮挡，导致未落在可见区域内，则可以对四个转弯点中的任一点进行位置优化，以尽量减少与障碍物碰撞的可能性。

图5为本申请根据一示例性实施例示出的一种机器人掉头控制装置的实施例结构图，所述机器人掉头控制装置包括：

检测模块510，用于检测第一直行航线上的障碍物；

处理器520，用于在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离S1；依据所述距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线；其中，所述转弯路线由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成，所述第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数相同。

在一可选实现方式中，所述转弯路线包括：所述第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，所述第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹以及所述第二中间点和所述第二转弯点之间的第二弧形轨迹；其中，所述第一转弯点在第一直行航线与第一弧形轨迹上的导数相同，所述第一中间点在第一弧形轨迹与第一直线轨迹上的导数相同，所述第二中间点在第一直线轨迹与第二弧形轨迹上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与第二弧形轨迹上的导数相同。

在一可选实现方式中，所述第一中间点与所述第二中间点之间的距离为预设距离S3；所述第一中间点与所述第二中间点的位置依据所述距离S1、航线间距S2以及预设距离S3确定；其中，所述第一中间点与所述第二中间点之间的中心点位于第一直行航线与第二直行航线之间的中心线上，且所述第一直线轨迹垂直于第一直行航线和第二直行航线。

在一可选实现方式中，所述第一转弯点与所述第一中间点之间的纵向距离以及所述第二转弯点与所述第二中间点之间的纵向距离均为预设距离S4；所述第一转弯点与所述第二转弯点的位置依据所述距离S1、航线间距S2以及预设距离S4确定。

图6为本申请根据一示例性实施例示出的另一种机器人掉头控制装置的实施例结构图，基于上述图5所示的装置结构基础上，所述机器人掉头控制装置还包括：

动力驱动模块530，用于控制机器人沿着第一直行航线行驶，在到达上述图5所述装置确定的转弯路线上的第一转弯点时，控制机器人沿着转弯路线进行行驶，以从第一直行航线转向第二直行航线。

在一可选实现方式中，机器人沿着第一直行航线行驶且在到达第一转弯点时沿着转弯路线进行行驶，是机器人在行驶过程中未检测到影响转弯路线的障碍物时执行的。

在一可选实现方式中，所述转弯路线包括：所述第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，所述第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹，以及所述第二中间点与第二转弯点之间的第二弧形轨迹；该装置进一步包括(图6中未示出)：

路径优化模块，用于当机器人在行驶过程中检测到影响转弯路线的障碍物时，若所述第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点在机器人设有的相机的可视范围内，根据所述相机的可视范围和包含在可视范围内的障碍物的位置确定机器人的可见区域；判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中是否存在处于所述可见区域之外的点；若存在，则对第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中的至少一个点进行位置优化，以使处于所述可见区域之外的点在机器人到达之前落入所述机器人的可见区域。

在一可选实现方式中，所述装置还包括(图6中未示出)：

避障模块，用于在空中机器人行驶过程中，获取所述机器人周围的障碍物，并将所述障碍物的轮廓按预设尺寸进行膨胀得到目标轮廓；如果所述目标轮廓与机器人的行驶路线有两个交点，则依据所述两个交点更新机器人的行驶路线。

在一可选实现方式中，所述避障模块，具体用于在依据所述两个交点更新机器人的行驶路线过程中，将所述机器人在所述两个交点之间的行驶路线替换为所述目标轮廓上由所述两个交点组成的一段弧形。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人掉头控制方法，其特征在于，所述方法包括：

机器人在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离S1；

利用所述机器人设有的传感器采集的数据构建环境地图，所述环境地图包含机器人已经走过的区域以及未走过的区域，且所述环境地图上标记有所述机器人当前位置、所处的第一直行航线以及由障碍物传感器的数据检测出的障碍物；

依据所述距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线；

其中，所述转弯路线由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成，所述第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数相同；所述转弯路线包括：所述第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，所述第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹，以及所述第二中间点与第二转弯点之间的第二弧形轨迹；

当机器人在行驶过程中检测到影响转弯路线的障碍物时，若所述第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点在机器人设有的相机的可视范围内，根据所述相机的可视范围和包含在可视范围内的障碍物的位置确定机器人的可见区域；所述包含在可视范围内的障碍物从所述环境地图中获取；

判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中是否存在处于所述可见区域之外的点；

若存在，则对第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中的至少一个点进行位置优化，以使处于所述可见区域之外的点在机器人到达之前落入所述机器人的可见区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一转弯点在第一直行航线与第一弧形轨迹上的导数相同，所述第一中间点在第一弧形轨迹与第一直线轨迹上的导数相同，所述第二中间点在第一直线轨迹与第二弧形轨迹上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与第二弧形轨迹上的导数相同。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一中间点与所述第二中间点之间的距离为预设距离S3；

所述第一中间点与所述第二中间点的位置依据所述距离S1、航线间距S2以及预设距离S3确定；

其中，所述第一中间点与所述第二中间点之间的中心点位于第一直行航线与第二直行航线之间的中心线上，且所述第一直线轨迹垂直于第一直行航线和第二直行航线。

4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第一转弯点与所述第一中间点之间的纵向距离以及所述第二转弯点与所述第二中间点之间的纵向距离均为预设距离S4；

所述第一转弯点与所述第二转弯点的位置依据所述距离S1、航线间距S2以及预设距离S4确定。

5.一种机器人掉头控制方法，其特征在于，所述方法包括：

机器人沿着第一直行航线行驶，在到达如权利要求1至权利要求4任一所述方法确定的转弯路线上的第一转弯点时，沿着转弯路线进行行驶，以从第一直行航线转向第二直行航线；所述转弯路线包括：所述第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，所述第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹，以及所述第二中间点与第二转弯点之间的第二弧形轨迹；

当机器人在行驶过程中检测到影响转弯路线的障碍物时，若所述第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点在机器人设有的相机的可视范围内，根据所述相机的可视范围和包含在可视范围内的障碍物的位置确定机器人的可见区域；

判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中是否存在处于所述可见区域之外的点；所述包含在可视范围内的障碍物从以构建的环境地图中获取；

若存在，则对第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中的至少一个点进行位置优化，以使处于所述可见区域之外的点在机器人到达之前落入所述机器人的可见区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，机器人沿着第一直行航线行驶且在到达第一转弯点时沿着转弯路线进行行驶，是机器人在行驶过程中未检测到影响转弯路线的障碍物时执行的。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

机器人在行驶过程中，获取所述机器人周围的障碍物，并将所述障碍物的轮廓按预设尺寸进行膨胀得到目标轮廓；

如果所述目标轮廓与机器人的行驶路线有两个交点，则依据所述两个交点更新机器人的行驶路线。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，依据所述两个交点更新机器人的行驶路线，包括：

将所述机器人在所述两个交点之间的行驶路线替换为所述目标轮廓上由所述两个交点组成的一段弧形。

9.一种机器人掉头控制装置，其特征在于，所述装置包括：

检测模块，用于检测第一直行航线上的障碍物以及影响转弯路线的障碍物；

处理器，用于在检测出第一直行航线上有障碍物时，确定当前位置与障碍物之间的距离S1；利用所述机器人设有的传感器采集的数据构建环境地图，所述环境地图包含机器人已经走过的区域以及未走过的区域，且所述环境地图上标记有所述机器人当前位置、所处的第一直行航线以及由障碍物传感器的数据检测出的障碍物；依据所述距离S1、第一直行航线与第二直行航线之间的航线间距S2确定出从第一直行航线转向第二直行航线的转弯路线；其中，所述转弯路线由第一直行航线上的第一转弯点和第二直行航线上的第二转弯点形成的弧形组成，所述第一转弯点在第一直行航线与所述转弯路线上的导数相同，所述第二转弯点在第二直行航线与所述转弯路线上的导数相同；所述转弯路线包括：所述第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，所述第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹，以及所述第二中间点与第二转弯点之间的第二弧形轨迹；

当机器人在行驶过程中检测到影响转弯路线的障碍物时，若所述第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点在机器人设有的相机的可视范围内，根据所述相机的可视范围和包含在可视范围内的障碍物的位置确定机器人的可见区域；所述包含在可视范围内的障碍物从所述环境地图中获取；

判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中是否存在处于所述可见区域之外的点；

若存在，则对第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中的至少一个点进行位置优化，以使处于所述可见区域之外的点在机器人到达之前落入所述机器人的可见区域。

10.一种机器人掉头控制装置，其特征在于，所述装置包括：

动力驱动模块，用于控制机器人沿着第一直行航线行驶，在到达如权利要求1至权利要求4任一所述方法确定的转弯路线上的第一转弯点时，控制机器人沿着转弯路线进行行驶，以从第一直行航线转向第二直行航线；所述转弯路线包括：所述第一转弯点与第一中间点之间的第一弧形轨迹，所述第一中间点与第二中间点之间的第一直线轨迹，以及所述第二中间点与第二转弯点之间的第二弧形轨迹；

当机器人在行驶过程中检测到影响转弯路线的障碍物时，若所述第一转弯点、第一中间点、第二中间点以及第二转弯点在机器人设有的相机的可视范围内，根据所述相机的可视范围和包含在可视范围内的障碍物的位置确定机器人的可见区域；

判断第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中是否存在处于所述可见区域之外的点；所述包含在可视范围内的障碍物从以构建的环境地图中获取；

若存在，则对第一转弯点、第一中间点、第二中间点和第二转弯点中的至

少一个点进行位置优化，以使处于所述可见区域之外的点在机器人到达之前落入所述机器人的可见区域。