CN114027748B - 移动机器人行走控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动机器人行走控制方法，移动机器人包括移动组件和履带式抹布，所述履带式抹布呈环状，所述履带式抹布和所述移动组件沿所述移动机器人行走方向依次设置，所述移动组件位于所述移动机器人的中部位置；所述行走控制方法包括：当所述移动机器人行走时，所述移动组件和所述履带式抹布以相反的转动方向转动；当移动组件无法正常行走时，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动，以通过所述履带式抹布转动时与地面产生的作用力牵引移动机器人继续行走。当机器人被困时，通过控制履带式抹布的转动方向与移动组件的转动方向相同，使履带式抹布转动时与地面产生的作用力对机器人产生牵引力，以带动机器人脱困。

Description

移动机器人行走控制方法

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，特别是涉及一种移动机器人行走控制方法。

背景技术

随着科技水平的提高，人们越来越受益于各种智能设备，扫地机器人作为能够替代人工清扫的产品被应用在很多场合。由于清扫环境复杂，例如，存在障碍物、凹陷地形或者陡坡地形，驱动轮无法为扫地机器人提供足够的动力而越过障碍物、凹陷地形或者抖坡地形，造成机器人无法正常行走。因此，扫地机器人的功能需要具备更高的要求，以使其在相对应的障碍下能够自身完成脱困，减少人工干预。

发明内容

基于此，有必要针对扫地机器人在工作过程中具备脱困能力，提供一种移动机器人行走控制方法。

一种移动机器人行走控制方法，移动机器人包括移动组件和履带式抹布，所述履带式抹布呈环状，所述履带式抹布和所述移动组件沿所述移动机器人行走方向依次设置，所述移动组件位于所述移动机器人的中部位置；所述行走控制方法包括：

当所述移动机器人行走时，所述移动组件和所述履带式抹布以相反的转动方向转动；

当移动组件无法正常行走时，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动，以通过所述履带式抹布转动时与地面产生的作用力牵引移动机器人继续行走。

在其中一个实施例中，所述履带式抹布紧邻所述移动组件设置，且在所述移动机器人的行走方向上，所述履带式抹布位于所述移动组件的后方。

在其中一个实施例中，所述履带式抹布一端紧邻所述移动组件，另一端与所述移动机器人的边缘具有相交的部分。

在其中一个实施例中，所述履带式抹布上侧边缘至下侧边缘的距离小于左侧边缘至右侧边缘的距离，所述履带式抹布采用硅胶或橡胶材质。

在其中一个实施例中，所述移动组件包括第一驱动轮和第二驱动轮，所述履带式抹布的左侧不超出所述第一驱动轮的左侧，所述履带式抹布的右侧不超出所述第二驱动轮的右侧。

在其中一个实施例中，所述履带式抹布的左侧至右侧的距离小于所述第一驱动轮左侧至所述第二驱动轮右侧之间的距离。

在其中一个实施例中，在控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动前，包括：确认所述移动组件相对于地面的速度方向与所述履带式抹布的行走方向平行。

在其中一个实施例中，确认所述移动组件相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向平行，包括：

获取所述移动组件的偏转信息，若所述偏转信息不符合预设条件内，则确认所述移动组件相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向发生偏转；

控制所述移动组件偏转测量角度，再次获取所述移动组件的偏转信息，确认所述偏转信息是否符合预设条件，若符合，则确认所述移动组件相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向平行，否则继续调整至符合预设条件。

在其中一个实施例中，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动包括控制所述履带式抹布向相反方向转动，使得其与所述移动组件的转动方向相同。

在其中一个实施例中，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动包括控制所述移动组件向相反方向转动，使得与所述履带式抹布的转动方向相同。

通过在移动机器人行走方向依次设置移动组件和环状的清洁带，移动组件位于移动机器人的中部位置，当驱动轮正常行走时，移动组件与清洁带之间的转动方向相反；当移动机器人无法正常行走时，清洁带的转动方向与移动组件的转动方向相同，以带动移动机器人脱离困境。

附图说明

图1为本发明一实施例中的移动机器人的仰视投影示意图。

图2为本发明一实施例中的移动机器人行走控制方法流程图。

具体实施方式

本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，所使用的术语“垂直”、“前”、“后”、“左”、“右”、“宽度”、“长度”等是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

参阅图1所示，本发明一实施例提供的一种移动机器人，包括机械本体100、移动组件200和清洁组件300，移动组件200和清洁组件300依次设置在机械本体100朝向地面的一侧。机械本体100在移动组件200的转动下相对于地面移动，清洁组件300相对于机械本体100转动，并在转动过程中对地面进行清洁。移动组件200与清洁组件300相互独立，具有不同的动力源。

参阅图1所示，清洁组件300包括第一动力件、转动件310和套设在转动件310上的环状的履带式抹布330。转动件310包括主动辊311和从动辊312，主动辊311和从动辊312相隔设定间距平行设置在机械本体100上。履带式抹布330套设在主动辊311和从动辊312上，并被张紧成环状结构。第一动力件与主动辊311连接，用于驱动主动辊311转动，进而使履带式抹布330在主动辊311的转动下相对于地面移动，清洁接触的地面。

履带式抹布330为柔性材料。履带式抹布330在主动辊311的带动下相对地面滑动时，履带式抹布330与地面之间产生摩擦力，即，地面对履带式抹布330产生作用力，该作用力可对机械本体100产生牵引作用。履带式抹布330的材质及与地面的接触面积的配置对上述作用力的大小具有影响。履带式抹布330的材质可以采用但不限于采用硅胶或橡胶材质。在图1所示方向，履带式抹布330的上侧边缘至下侧边缘的距离小于左侧边缘至右侧边缘的距离。

为便于理解及描述，在本实施例中，将主动辊311与从动辊312之间的垂直距离所在的方向看作Y轴方向。同时，也将Y轴方向看作机械本体100的行走方向。将主动辊311和从动辊312的轴线方向看作X轴方向。

参阅图1所示，移动组件200位于机械本体100的中部位置。移动组件200包括驱动轮210和驱动模组，驱动模组包括第二动力件，第二动力件与驱动轮210连接，用于驱使驱动轮210转动，从而带动机械本体100移动。在Y轴方向上，履带式抹布330与驱动轮210沿Y轴方向依次设置在机械本体100上，环状的履带式抹布330的开口方向位于X轴方向上。在Y轴方向上，驱动轮210设置在机械本体100上紧邻履带式抹布330的位置，且驱动轮210位于机械本体100的中部位置。移动组件200位于中部位置使得驱动轮210具有更好的驱动力，在移动组件200无法正常行走时，例如，驱动轮210无法提供足够的动力使移动机器人越过障碍物、凹陷地形或者陡坡地形，使得履带式抹布330能牵引机器人继续前行。履带式抹布330紧邻移动组件200设置，当移动组件无法正常行走时，履带式抹布330能提供更好的牵引力。

参阅图1所示，移动机器人的行走方向上，履带式抹布330位于驱动轮210的后方，履带式抹布330一端紧邻驱动轮210，另一端与移动机器人的边缘具有相交的部分，可以使得履带式抹布330具有较大的清洁面积，增加牵引力的同时，保证清洁力度。参阅图1所示，驱动轮210包括对称设置在机械本体100上的第一驱动轮211和第二驱动轮213。第一驱动轮211和第二驱动轮213的对称轴线位于Y轴方向上。

参阅图1所示，在X轴方向上，履带式抹布330的左侧不超出第一驱动轮211的左侧，履带式抹布330的右侧不超出第二驱动轮213的右侧。在一实施例中，第一驱动轮211的左侧与履带式抹布330的左侧平齐，第二驱动轮213的右侧和履带式抹布330的右侧平齐。第一驱动轮211和第二驱动轮213之间的垂直距离、第一驱动轮211在X轴方向上的轮宽尺寸和第二驱动轮213在X轴方向上的轮宽尺寸之和，等于履带式抹布330在X轴方向的长度值，能够使得地面对履带式抹布330产生较大的作用力。在另一实施例中，履带式抹布330的左侧至右侧的距离小于第一驱动轮211左侧至第二驱动轮213右侧之间的距离。

移动机器人还包括设置在机械本体100上的一个或多个处理器和一个或多个存储指令和存储设定信息等的存储器。另外，移动机器人还包括设置在机械本体100上的一个或多个获取移动机器人运动状态及工作环境信息的信息获取装置，信息获取装置如传感器、摄像头、激光雷达和惯性传感器(IMU)等。

本发明提供一种移动机器人的行走控制方法，移动机器人包括移动组件200和履带式抹布330，履带式抹布330呈环状，履带式抹布330和移动组件200沿移动机器人行走方向依次设置，移动组件200位于移动机器人的中部位置，移动组件200包括驱动轮210。

移动机器人的行走控制方法包括以下内容：

S1、当移动机器人行走时，移动机器人的驱动轮210与履带式抹布330以相反的转动方向转动。

控制移动机器人行走前，还包括：

S101、获取环境信息，确定移动机器人行走方向。

控制移动机器人行走过程中，还包括：实时监测移动机器人的运动状态。

移动机器人进行清洁工作时，处理器根据信息获取装置获取到的环境信息控制移动机器人向前移动。当处理器对环境信息进行处理判断后，确定移动机器人需要向前运动时，处理器发送相对应的命令至移动组件200和清洁组件300，控制移动组件200中的驱动轮210沿正方向转动，控制清洁组件300中的主动辊311沿与驱动轮210转向相反的方向转动，以带动履带式抹布330转动。

移动机器人在进行正常的清洁工作时，控制驱动轮210与履带式抹布330以相反的转向同时转动，可在相同时间内提高履带式抹布330相对于地面的转速，提高清洁效率，具有较好的清洁效果。在本实施例中，以驱动轮210驱动移动机器人向前行走的方向设置为驱动轮210正方向转动；反之，驱动轮210驱动移动机器人向后运动设置为驱动轮210沿反方向转动。驱动轮210与履带式抹布330以不同转向转动可以提高清洁效率的原因如下：

驱动轮210在处理器发出的指令控制下沿正方向方向转动，带动机械本体100相对于地面以速度V1移动。履带式抹布330在转动件310的带动下转动，履带式抹布330与地面贴合的一侧相对于地面的移动速度为V0。由于履带式抹布330安装于机械本体100上，故履带式抹布330与地面贴合的一侧相对于地面的移动速度为V0+V1。相比于驱动轮210的转动方向与履带式抹布330的转动方向一致的情况，提高了履带式抹布330的转速，使清洁效果更好。

本实施例所述的移动机器人行走方向中的“向前”和“向后”仅做示例性的定义。

上述获取的环境信息包括但不限于移动机器人与工作环境中障碍物的距离、工作环境中障碍物的运动状态和障碍物的三维数据等。

上述用于获取环境信息的信息获取装置可以是摄像头，移动机器人在摄像头的拍照模式下对工作环境进行拍照，以获得环境图像。移动机器人也可以在摄像头的摄像模式下对工作环境采集视频图像，以处理获得环境图像。在另一具体实施例中，用于获取环境信息的信息获取装置也可以是红外传感器、激光雷达或激光雷达与摄像头的组合等。

实时监测移动机器人行走过程中的运动状态用于确认移动机器人是否正常行走或者发生异常。监测过程中所获取的移动机器人自身数据包括但不限于移动机器人的运动位置、移动速度和运行姿态等。处理器可以根据获得的移动机器人的自身数据判断其工作状态。

在本实施例中，异常状态导致机器人无法正常行走包括但不限于由于地形原因导致驱动轮210被卡住、驱动轮210悬空和被障碍物阻碍等。地形原因如移动机器人在运动过程中遇到斜坡或门槛，又或者是相邻障碍物之间所形成的间隙等，导致驱动轮210被阻挡或卡住导致驱动力不足以带动移动机器人整机跨过障碍物。

监测移动机器人运动状态可以通过设置在机械本体10上的不同类型的传感器实现，例如光流传感器、姿态传感器和转速传感等。

S2、当移动组件200遇到障碍无法正常行走时，控制驱动轮210与履带式抹布330同向转动，以通过履带式抹布转动时与地面产生的摩擦力牵引移动机器人移动至脱离困境。

移动组件200遇到障碍的情况包括，在行进方向上存在障碍物,如斜坡,或者遇到凹陷地形，此时,扫地机器人可能会出现爬坡吃力、驱动轮打滑或悬空等情况，以致不能继续行走。

在一实施方式中，移动组件200遇到障碍无法正常行走时，确认移动机器人无法正常行走，确认无法正常行走包括以下内容:利用转速传感器检测驱动轮210的转速。利用位移传感器检测移动机器人的位移变化，获得移动机器人在设定时间内的位移值。若驱动轮210转速值位于正常转速范围内，移动机器人的位移值发生异常，如位移值没有发生变化或者位移值不符合预设的合理移动距离时，则确定移动机器人处于受困状态。若驱动轮210转速值出现异常，移动机器人的位移值没有发生变化或者位移值不符合预设的合理移动距离时，同样确定移动机器人处于受困状态。同时将驱动轮210的转速值与移动机器人的位移值作为判断机器人是否无法正常行走的参数值，可以使得判断结果更准确。上述用于测量驱动轮210转速的传感器还可以采用但不限于光流传感器等。

关于S2中控制驱动轮210与履带式抹布330同向转动，包括以下内容：当处理器确认驱动轮210处于受困状态而没有足够的动力带动移动机器人行走时，处理器分别对移动组件200和清洁组件300发出运动控制命令，使驱动轮210和转动件310的转动方向相同。履带式抹布330在转动件310的带动下绕环形面转动，履带式抹布330与地面接触的部分相对于地面滑动且与地面产生摩擦力，地面对履带式抹布330的作用力对移动机器人形成牵引力，使得移动机器人被提供动力而脱离困境。

由于履带式抹布330一端紧邻驱动轮210，另一端与移动机器人的边缘具有相交的部分，能够使移动机器人具有更强的越障能力。

地面对履带式抹布330的作用力大小可以通过改变履带式抹布330的材质或形状尺寸等方式来到达最佳配置。

关于S2中控制驱动轮210与履带式抹布330同向转动的执行，包括以下执行方式：

方式一：

控制移动组件200与履带式抹布330同向转动包括:控制履带式抹布330向相反方向转动，使履带式抹布330与驱动轮210的转动方向相同。

在一实施方式中，以移动机器人向前行走过程中无法正常行走与克服障碍正常行走为例：移动机器人向前行走的正常状态下，驱动轮210正方向转动，履带式抹布330在转动件310的带动下反方向转动，以提高清洁效率。此时驱动轮210相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向平行。当确认驱动轮210受困时，处理器控制驱动轮210正方向转动，同时控制转动件310带动履带式抹布330反方向转动，即，驱动轮210和转动件310的转动方向相同。此时，地面对履带式抹布330的作用力方向向前，即作用力方向与移动机器人行走方向一致，为移动机器人提供牵引力(或推力)，使得移动机器人在上述牵引力的作用下越过障碍。

方式二：

控制移动组件200与履带式抹布330同向转动包括：控制所移动组件向相反方向转动，使得驱动轮210与履带式抹布330的转动方向相同。

需要说明的是，方式二的执行，可以在确认驱动轮210处于受困状态时，处理器不采取方式一而直接通过方式二进行脱困；也可以在处理器采取方式一后，在设定时间内，处理器确认移动机器人仍不能脱困的情况下，执行方式二。

若处理器不采取方式一而直接通过方式二进行脱困，则执行方式与方式一基本相同。不同的是，处理器控制驱动轮210反方向转动，同时控制转动件310带动履带式抹布330反方向转动，使得驱动轮210和转动件310的转动方向相同。此时，地面对履带式抹布330的作用力方向向后，即作用力方向与移动机器人行走方向相反，为移动机器人提供反方向的牵引力(或拉力)，使得移动机器人脱离困境。

若处理器根据实时获得的运动状态确认实施方式一后仍不能脱困的情况下，执行方式二。执行方式与方式二中的第一种情况相同，在此不再赘述。

方式三

与方式一和方式二不同的是，方式一和方式二均为驱动轮210相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向平行时的脱困方式。由于移动机器人通常状况下都具有转向功能，当驱动轮210向左偏转或向右偏转以调整移动机器人的行进方向时被障碍物困住，即驱动轮210相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向具有偏转夹角时，执行方式三，如下所述：

具体地，在一实施方式中，当确认驱动轮210受困时，若处理器根据角度传感器获取的驱动轮210偏转信息，偏转信息如获得的测量角度，不符合预设条件，则确认驱动轮210发生偏转无法正常行走。处理器控制驱动轮210以测量角度的角度值进行偏转，以使驱动轮210相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向平行。对驱动轮210的偏转角度进行调整后，再次获取驱动轮210偏转信息并再次确认，若确认测量角度符合预设条件，则处理器控制驱动轮210正方向/反方向转动，同时控制转动件310带动履带式抹布330正方向/反方向转动，即，驱动轮210和转动件310的转动方向相同。通过地面对履带式抹布330的作用力为移动机器人提供牵引力，使得移动机器人在上述牵引力的作用下越过障碍。

上述的预设条件可以是驱动轮210在正常行走状态下所被允许的角度偏差范围值。

需要说明的是，上述方式一和方式二，也可以先由处理器判断驱动轮210无法正常行走时是否发生偏转，若没有发生偏转，可直接执行方式一或方式二；若驱动轮210无法正常行走时存在角度偏转，则可执行方式三。上述实施方式为示例性的，在另一些实施例中也可根据驱动轮210的受困方式执行对应的命令，使驱动轮210与履带式抹布330的转动方向一致。

本发明提供一种移动机器人控制装置，被控制的移动机器人包括移动组件200和清洁组件300，控制装置包括：

获取模块，用于获取移动机器人的自身数据信息和环境信息。在一实施方式中，获取模块可用于获取移动机器人的运动位置、驱动轮的转速和运行姿态等。

判断模块，用于根据获得的自身数据信息和环境信息确定移动机器人的状态。判断模块用于，根据驱动轮的转动信息和移动机器人的位移信息确定移动机器人的状态。

控制模块，若移动机器人为无法正常行走状态时，用于控制移动组件和清洁组件改变运动状态。控制模块可用于控制移动组件200和清洁组件300的转动状态。例如，当判断模块判断移动机器人无法正常行走时，控制模块控制移动组件200和清洁组件300停止运动，并重新以相同的转动方向转动。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种移动机器人行走控制方法，其特征在于，移动机器人包括移动组件和履带式抹布，所述履带式抹布呈环状，所述履带式抹布和所述移动组件沿所述移动机器人行走方向依次设置，所述移动组件位于所述移动机器人的中部位置；所述行走控制方法包括：

当所述移动机器人行走时，所述移动组件和所述履带式抹布以相反的转动方向转动；

当移动组件无法正常行走时，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动，以通过所述履带式抹布转动时与地面产生的作用力牵引移动机器人继续行走；

其中在控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动前，确认所述移动组件相对于地面的速度方向与所述履带式抹布的行走方向是否平行，包括：

获取所述移动组件的偏转信息，若所述偏转信息不符合预设条件内，则确认所述移动组件相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向发生偏转；控制所述移动组件偏转测量角度，再次获取所述移动组件的偏转信息，确认所述偏转信息是否符合预设条件，若符合，则确认所述移动组件相对于地面的速度方向与移动机器人的行走方向平行，否则继续调整至符合预设条件。

2.根据权利要求1所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，所述履带式抹布紧邻所述移动组件设置，且在所述移动机器人的行走方向上，所述履带式抹布位于所述移动组件的后方。

3.根据权利要求2所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，所述履带式抹布一端紧邻所述移动组件，另一端与所述移动机器人的边缘具有相交的部分。

4.根据权利要求3所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，所述履带式抹布上侧边缘至下侧边缘的距离小于左侧边缘至右侧边缘的距离，所述履带式抹布采用硅胶或橡胶材质。

5.根据权利要求2所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，所述移动组件包括第一驱动轮和第二驱动轮，所述履带式抹布的左侧不超出所述第一驱动轮的左侧，所述履带式抹布的右侧不超出所述第二驱动轮的右侧。

6.根据权利要求5所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，所述履带式抹布的左侧至右侧的距离小于所述第一驱动轮左侧至所述第二驱动轮右侧之间的距离。

7.根据权利要求1所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，所述移动组件包括驱动轮，所述预设条件为驱动轮在正常行走状态下所被允许的角度偏差范围值。

8.根据权利要求1所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动包括控制所述履带式抹布向相反方向转动，使得其与所述移动组件的转动方向相同。

9.根据权利要求8所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，在设定时间内移动组件仍无法正常行走时，控制所述移动组件和所述履带式抹布均向相反方向转动。

10.根据权利要求1所述的移动机器人行走控制方法，其特征在于，控制所述移动组件与所述履带式抹布同向转动包括控制所述移动组件向相反方向转动，使得与所述履带式抹布的转动方向相同。

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