CN114594482A - 基于超声波数据的障碍物材质检测方法及机器人控制方法 - Google Patents

基于超声波数据的障碍物材质检测方法及机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于超声波数据的障碍物材质检测方法及机器人控制方法，该障碍物材质检测方法应用于装配有超声波传感器和三维感知传感器的移动机器人；所述障碍物检测方法包括：当检测到预设探测区域的超声波数据大于或等于预设阈值时，移动机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质；当检测到预设探测区域的超声波数据小于预设阈值时，移动机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质；其中，预设探测区域是位于三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内，且不被移动机器人占据。

Description

基于超声波数据的障碍物材质检测方法及机器人控制方法
技术领域
本发明涉及障碍物材质检测的技术领域，特别是基于超声波信息的障碍物材质检测方法及机器人控制方法。
背景技术
障碍物检测是机器人重要的一个检测方法，目前主要通过深度学习模型识别物体，然而在室内无法在可穿越类的大件物品中区别出下垂的床单、茶几布帘、桌帘、窗帘等轻薄的障碍物，导致机器人在原定的规划方向前进的过程中，机器人的轮轴存在被下垂的床单、茶几布帘、桌帘、窗帘等一些轻薄且可穿越类障碍物卷住的风险。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开的融合超声波检测信息的障碍物检测方法及机器人控制方法，简单有效地提前预警机器人会发生缠绕或卡住，具体的技术方案如下：
基于超声波数据的障碍物材质检测方法，该障碍物材质检测方法应用于装配有超声波传感器和三维感知传感器的移动机器人；所述障碍物检测方法包括：当检测到预设探测区域的超声波数据大于或等于预设阈值时，移动机器人确定占据该预设探测区域的障碍物的材质是硬材质；当检测到预设探测区域的超声波数据小于预设阈值时，移动机器人确定占据该预设探测区域的障碍物的材质是软材质；其中，预设探测区域是位于三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内，且不被移动机器人占据。
进一步地，所述预设探测区域是属于三维感知传感器在所述重叠空间区域内获取的点云占据的一个区域；所述预设探测区域与三维感知传感器的中心线的夹角小于或等于超声波传感器的探测角度；其中，障碍物是以点云的形式保存起来。
进一步地，在三维感知传感器的感测空间区域内，所述预设探测区域内存在位于点云的中心的位置点；其中，预设探测区域是用于表示障碍物的表面区域。
进一步地，所述三维感知传感器是属于测距类传感器；所述三维感知传感器的中心线是测距类传感器的中轴线或光轴线；所述三维感知传感器装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端，和/或装配在所述移动机器人的两侧，和/或装配在所述移动机器人的顶端，使得所述三维感知传感器探测到所述移动机器人的移动方向上的障碍物。
进一步地，所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云是由所述三维感知传感器采集的像素数据进行坐标系变换得到，用于确定出点云中的每个点在感测空间区域内的坐标；超声波传感器的探测范围所覆盖到的点是支持与所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云变换到同一坐标系下，使得三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域都使用同一地图空间表示。
进一步地，所述预设探测区域内存在一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是所述重叠区域内的点云中，与移动机器人的机体的连线在水平地面的最小投影长度；其中，所述预设探测区域内任一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是小于或等于所述超声波传感器的最大探测距离。
进一步地，预设探测区域的超声波数据是超声波在障碍物占据的预设探测区域处的反射信号生成的电平信号；其中，所述超声波传感器按照一定时间间隔固定采集所述超声波数据，以反映出超声波在障碍物表面的反射位置点；其中，存在至少一个超声波传感器以相应角度装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端。
进一步地，所述超声波数据是表示超声波反射信号的电平信号时，所述预设阈值是恒定的预设电平；其中，所述超声波数据是由所述超声波传感器的探头沿着固定方向接收到，并因障碍物的材质类型的不同而不同，以区分出软材质和硬材质。
一种机器人控制方法，当机器人通过执行所述的障碍物材质检测方法来确定出占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质时，控制机器人继续沿着既定的移动方向移动，以使得机器人后续沿着占据预设探测区域的障碍物的边界行走；当机器人通过执行所述的障碍物材质检测方法来确定出占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质时，控制机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离。
进一步地，在机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质后，机器人继续沿着既定的移动方向加速前进或减速前进，当机器人到达与占据预设探测区域的障碍物的边界相距第二预设安全距离的位置处，机器人开始沿着占据预设探测区域的障碍物的边界行走；其中，占据预设探测区域的障碍物的边界是该障碍物的最外边缘在机器人的行进平面的投影；在机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质后，机器人先调整移动方向，再相对所述障碍物进行后退运动以远离所述障碍物，直至机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离；其中，第一预设安全距离大于第二预设安全距离。
与现有技术相比，本发明将超声波传感器以特定角度装配在机体上并用于探测机体前进方向上的障碍物，解决三维感知传感器不能对前方的轻薄的可穿越类的障碍物的材质进行准确识别的问题，从而在机体接触这一轻薄的可穿越类的障碍物之前，规避被驱动轮缠绕的风险，使得三维感知传感器不受被检测障碍物的具体材质限制的问题，可以实现机体前方的障碍物材质的准确检测，可增加工作区域的检测精度，减少环境内的可穿越类型障碍物对机器人正常移动的影响，进而当机体前方的障碍物材质是带线头的可穿越类的物品（窗帘）、或带线头的可跨越类的物品、或带线头的可推动类的物品（毛绒玩具）等表面是布料的物品时，控制机器人与所检测到障碍物保持比较大的距离，避免机器人弄脏相关的物品或者被软材质的物品的线条缠绕卡住，可提升机器人在工作区域工作的稳定性。
附图说明
图1是本发明的一种实施例公开的基于超声波信息的障碍物材质检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
现有技术的非接触式避障方式采用包括单目摄像头、二维激光等单一传感器，一般通过记录光信号反射时间差来计算出附近的障碍物的距离分布情况，由于单一传感器具有局限性，仅依靠一种传感器无法获得完善的障碍物信息，比如无法实现路面上的障碍物的材质分类识别，从而无法针对不同的类别材质的障碍物采取不同的避障策略。
作为一种实施例，本发明公开基于超声波信息的障碍物材质检测方法，该障碍物材质检测方法应用于装配有超声波传感器和三维感知传感器的移动机器人，障碍物材质检测方法一般由控制装置控制超声波传感器和三维感知传感器来执行，该控制装置可以采用硬件和/软件的方式来执行，一般集成在移动机器人。所述三维感知传感器可以是测距类传感器或视觉传感器，搭建起超声波的探测信息和三维点云信息相融合的检测***。其中，所述测距类传感器包括3d-tof传感器、结构光（可以包括单目结构光和双目结构光等3d结构光）、线激光等一系列3D成像传感器模组；在一些实施例中可以是红外传感器和激光传感器的组合，也可以测量二维平面环境的信息；一般地，在tof避障时会通过红外线或者激光发射特定的波长的光束，记录反射时间差，计算出附近障碍物的距离分布等空间情况。所述视觉传感器则包括单目摄像头（纯单目摄像头）、双目摄像头（纯双目摄像头）、深度摄像头等用于3d视觉检测的传感器。当采用深度摄像头进行点云采集时，可以获得水平视角范围内的点云，也可以垂直方向上下45度的点云，保证获得移动机器人三维空间环境点云信息；当采用单目摄像头进行点云采集时，可以通过单目深度估计来获取机体前方的空间点云数据。当采用双目摄像头进行点云采集时，可以通过立体匹配的方法求得机体前方的视差值，然后根据相机模型计算出图片像素对应的空间点云数据。在一些实施例中，所述三维感知传感器可以通过激光雷达结合视觉传感器来获得空间点云，通过激光雷达与视觉深度融合的方式，来获取更加准确和稠密的点云数据。此处不做具体限定。
如图1所示，所述障碍物检测方法包括：步骤S101、移动机器人使用三维感知传感器获取点云，并使用超声波传感器采集超声波数据。然后进入步骤S102。具体在步骤S101中，移动机器人使用三维感知传感器采集其感测空间区域内的点云，其中，感测空间区域是三维感知传感器所允许扫描的有效扫描空间区域，可以是三维感知传感器在一定采样周期内对周围环境所能扫描的最大空间区域，使得移动机器人使用三维感知传感器采集感测空间区域内的点云；移动机器人使用超声波传感器探测周围环境，获得相应障碍物表面（一般是机体可能会接触的物体的表面，当移动机器人是扫地机器人时是待清洁物品的表面）反射回的超声波数据。则移动机器人采集到超声波传感器的探测空间区域内的超声波数据，其中，探测空间区域可以是超声波传感器在一定采样时间内所允许的最大的超声波探测空间区域。需要说明的是，所述三维感知传感器可以是机器视觉的来源，可以利用光学元件和程序装置获取外部空间环境点云信息，并能够反映障碍物的三维点云；超声波传感器可以是利用超声波碰到杂质或分界面（一般是特定材质的障碍物的表面）查收显著反射英寸反射回波特性的传感器，可以用于检测机器周围环境中的物体材质的类型。在一些实施例中，三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域可以是需要进行遍历的区域，可以是移动机器人的工作区域，可以由用户输入或者移动机器人扫描环境生成，且三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域需要存在重叠空间区域，但需保证移动机器人探测到组成其前方的障碍物的点云，且移动机器人的机体没有进入空间重叠区域且机体不占据到空间重叠区域的点云。
在本实施例中，移动机器人可以使用三维感知传感器采集障碍物的点云数据，以及，使用超声波传感器采集障碍物表面反射回的超声波数据，其中，三维感知传感器和超声波传感器的采集频率可以相同也可以不同，例如，超声波传感器可以以6ms为间隔持续采集探测空间区域的超声波数据，而三维感知传感器每隔1s采集依次感测空间区域的点云数据，其中，移动机器人可以将超声波传感器探测到的区域位置坐标信息和三维感知传感器扫描出的点云可以转换到同一导航地图中，可以是由体素表示的三维地图或投影到二维栅格地图中。超声波传感器产生的探测空间区域由超声波传发射角和最大探测距离约束形成，优选地构成一种锥形区域范围。其中，超声波的反射信号返回的测量值包括该锥形区域范围内距超声波传感器距离最近的障碍物表面的位置点的距离测量值；超声波的反射信号也可以是超声波在障碍物表面的投影区域反馈回的超声波数据，因为超声波都是有一定角度，例如形成10度的锥形区域，所以对应获得的点云会是一块区域，可以获得点的集合。
步骤S102、移动机器人采集预设探测区域的超声波反射信号对应的超声波数据，其中，预设探测区域是在三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内，且是属于占据预设探测区域的障碍物表面的超声波反射信号，预设探测区域可以是障碍物的表面区域或在障碍物表面的投影区域。然后进入步骤S103。移动机器人在步骤S101的基础上可以获得三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内的所有点云，其中，重叠空间区域内的点云的每个点（属于三维感知传感器在其感测空间区域扫描到的障碍物的点，也是构成该障碍物所占据空间的特征点）都存在对应的超声波反射信号，并被所述超声波传感器接收到，且能够被三维感知传感器扫描出具体的空间坐标信息，并与被探测到的障碍物的外表面的点一一对应，实现对障碍物的三维重建，具体可以获得位于相应障碍物表面的预设探测区域反射的超声波数据，可以代表在三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内距离合理和/或角度合理的点的集合,可以是相对于移动机器人的机体中心或机体在移动方向的一端而言。
需要说明的是，三维感知传感器会使用激光束对所述感测空间区域内进行扫描，障碍物的每一个位姿点反射回的激光束对应一个点，相应规模空间范围内的激光点加在一起是点云，点云可以以一定的角度范围进行按帧划分；而超声波传感器发射的超声波的声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性；结合三维感知传感器已经感测到的具体点的三维空间坐标信息，移动机器人会先从在所述重叠空间区域内的点云中筛选出所述预设探测区域作为满足距离或角度条件的一个区域，其中，超声波传感器的探测边界可以在三维感知传感器已经感测到的具体点中确定出；然后通过超声波传感器的探头具体获取到由所述预设探测区域反射回所述超声波传感器的超声波反射信号对应的超声波数据，反映出所述预设探测区域的回波能量（超声波的反射信号的电平状态），进而确定超声波传感器发射的超声波在所述预设探测区域所属的障碍物表面的回波能量。
步骤S103、判断预设探测区域的超声波数据是否小于预设阈值，是则进入步骤S105，否则进入步骤S104。
步骤S104、机器人确定检测到预设探测区域的超声波数据大于或等于预设阈值，即移动机器人通过超声波传感器检测到反射自预设探测区域的超声波反射信号的超声波数据大于或等于预设阈值，表明占据预设探测区域的障碍物的反射声波的能力较强，其材质对声波的削弱程度轻，从预设探测区域反射回的信号相对于发射信号衰减得少，则移动机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质，也可以确定为该预设探测区域所属的障碍物表面的材质是硬材质，使得移动机器人可以靠近这一类型的障碍物，甚至与之相接触，当移动机器人是扫地机器人时，可以将检测出的硬材质障碍物视为可清洁材质。
步骤S105、机器人确定检测到预设探测区域的超声波数据小于预设阈值，即移动机器人通过超声波传感器检测到反射自预设探测区域的超声波反射信号的超声波数据小于所述预设阈值，表明占据预设探测区域的障碍物的反射声波的能力较弱，从预设探测区域反射回的信号相对于发射信号衰减得比较多，则移动机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质，也可以确定占据预设探测区域的障碍物表面的材质是软材质；可以理解的是，软材质的障碍物包括可穿越类的大件物品中区别出下垂的床单、茶几布帘、桌帘、窗帘等轻薄的障碍物，还包括轻型且可推动类障碍物，如毛绒小玩具、毛绒型拖鞋、抹布等；因而，为了避免移动机器人的驱动轮被毛发缠绕、轮轴卷入线条，移动机器人在移动的过程中与这一类软材质的障碍物保持较大的距离。需要说明的是，移动机器人是扫地机器人时，预设探测区域是位于三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内，且与移动机器人的清洁用具的边缘保持一段较大的距离，使得预设探测区域不被移动机器人占据，占据预设探测区域的障碍物不与移动机器人接触。其中，所述超声波传感器和所述三维感知传感器都没有到达这一预设探测区域，但这一预设探测区域内的点的位姿信息（包括三维坐标和角度）被三维感知传感器感测到，由这一预设探测区域返回的探测距离信息被所述超声波传感器感测到且能够反映到三维感知传感器采集的点云中。
综上，步骤S101至步骤S105所述的实施例将超声波传感器以特定角度装配在机体上并用于探测机体前进方向上的障碍物，解决三维感知传感器不能对前方的轻薄的可穿越类的障碍物的材质进行准确识别的问题，从而在机体接触这一轻薄的可穿越类的障碍物之前，规避被驱动轮缠绕的风险，使得三维感知传感器不受被检测障碍物的具体材质限制的问题，可以实现机体前方的障碍物材质的准确检测，可增加工作区域的检测精度，减少环境内的可穿越类型障碍物对机器人正常移动的影响，进而当机体前方的障碍物材质是带线头的可穿越类的物品（窗帘）、或带线头的可跨越类的物品、或带线头的可推动类的物品（毛绒玩具）等表面是布料的物品时，控制机器人与所检测到障碍物保持比较大的距离，避免机器人弄脏相关的物品或者被软材质的物品的线条缠绕卡住，可提升机器人在工作区域工作的稳定性。
作为一种实施例，所述预设探测区域是属于三维感知传感器在所述重叠空间区域内获取的点云占据的一个区域，该区域内的具体空间位置点可以依据超声波返回的探测范围的远近确定，本实施例中的三维感知传感器的光信号探测范围大于超声波传感器的超声波信号探测范围，所以，所述预设探测区域内任一个点与三维感知传感器的中心线的夹角小于或等于超声波传感器的探测角度；当所述预设探测区域内存在一个点与三维感知传感器的中心线的夹角等于超声波传感器的探测角度时，由于三维感知传感器的探测角度大于或等于超声波传感器的探测角度的两倍，则在所述重叠空间区域内，所述预设探测区域覆盖超声波传感器的探测角度的边界线；其中，所述预设探测区域内的点与三维感知传感器的中心线的夹角是：所述预设探测区域内的点与三维感知传感器的探头中心的连线与三维感知传感器的中心线所成的夹角，超声波传感器的探测角度的取值范围优选为10度至20度，有利于加快为移动机器人筛选出一个距离机体较近的空间位置点处的障碍物进行材质检测，也便于在确定材质类型后提前规避障碍物。
需要说明的是，三维感知传感器扫描到障碍物之后，获得相应的点云，然后移动机器人将以点云的形式将扫描出的障碍物保存起来，以便于确定障碍物的各个部分的位姿信息，在所述感测空间区域内建立起该障碍物的三维点云信息；其中，所述预设探测区域是用于表示障碍物的表面的特征点的集合。三维感知传感器采集到的点云中的每个点是在其感测空间区域内均匀分布。所述预设探测区域内任一个点也包括所述预设探测区域的轮廓上的点。
作为一种实施例，在三维感知传感器的感测空间区域内，所述预设探测区域内存在一个点位于点云的中心位置点，便于获取所述预设探测区域处的障碍物整体占据的空间区域，提高检测结果的有效性。在一些实施例中，三维感知传感器和超声波传感器的装配位置比较接近，可以形成三维感知传感器的感测空间区域完全覆盖到超声波传感器的探测空间区域的状态，则移动机器人获得的所述重叠空间区域是移动机器人获得的最为完整的探测空间区域，所述重叠空间区域是等于超声波传感器的探测空间区域，因此，所述预设探测区域存在一个点位于所述重叠空间区域内点云的中心位置点，优选为所述重叠空间区域的几何中心，或所述障碍物的表面在所述重叠空间区域内占据的空间的几何中心位置。便于移动机器人对障碍物进行定位，以及后续执行避障操作、或沿着障碍物的边界进行行走（即执行沿边行走操作）。
在上述实施例的基础上，所述三维感知传感器是属于测距类传感器，主要包括激光测距类传感器和/或视觉测距类传感器。所述三维感知传感器的中心线是测距类传感器的中轴线或光轴线，其中，测距类传感器的光轴线可以包括3d-tof的接收探头的光轴线、深度相机的光轴线、单目摄像头的光轴线等；测距类传感器的中轴线可以包括双目摄像头的中轴线、激光雷达的中轴线等。需要说明的是，所述三维感知传感器装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端，和/或装配在所述移动机器人的两侧，和/或装配在所述移动机器人的顶端，使得所述三维感知传感器探测到所述移动机器人的移动方向上的障碍物，以便于移动机器人对其即将靠近的障碍物进行检测和进行后续的决策行为。
在一些实施例中，若不对所述三维感知传感器的安装位置进行限制，在点云的采集过程中，所述三维感知传感器的采集角度可以发生变化，可以在三维感知传感器的感测空间区域内，以不同角度采集到组成障碍物的点云。
在一具体实现中，移动机器人的壳体可以呈圆形，也可以是其他形状(如方形、椭圆等) ，这里不做限定。在一具体实现中，移动机器人的驱动轮装置可与壳体固定连接，驱动轮装置用于基于机身主体的相关部件的驱动而进行运动，具体的，可用于前进、后退、调整前进方向等运动以及用于加速、减速、匀速、暂停等运动。需要说明的是，本申请对驱动轮装置设置在壳体下面的具***置不作限定。
作为一种实施例，所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云是由所述三维感知传感器采集的像素数据进行坐标系变换得到，用于确定出点云中的每个点在感测空间区域内的坐标，用于表示部分或全部位于感测空间区域内的障碍物的表面的点的三维坐标，以便于筛选出位于超声波传感器的探测角度范围内的合理位姿处的点或区域进行超声波数据的检测。需要说明的是，超声波传感器的探测范围所覆盖到的点是支持与所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云变换到同一坐标系下；其中，超声波传感器的探测范围所覆盖的空间区域是超声波传感器的探测空间区域；超声波传感器接收到的一个区域返回的探测距离以及超声波传感器自身的装配角度可以决定其覆盖的一个区域内的点的位姿信息，然后通过旋转矩阵和向量平移可以转换到一个全局坐标系下；所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云中每个点也可以通过相应的旋转矩阵和向量平移变换到所述全局坐标系下；则在所述全局坐标系下存在局部点云是重复，这一局部点云等同于所述重叠空间区域内的点云，使得三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域都使用同一地图空间表示，便于确定出障碍物的外形轮廓占据的区域在导航地图中的位置点。
作为一种实施例，所述预设探测区域存在一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是所述重叠区域内的点云中，与移动机器人的机体的连线在水平地面的最小投影长度，使得所述三维感知传感器采集的所述预设探测区域不是点云中的噪声，其中，所述重叠区域内的点云中，一个点与移动机器人的机体的连线在水平地面的投影长度越大，则对应采集的点在所述重叠区域内越不稳定，即距离所述三维感知传感器越远的点在点云中的误差越大，携带的噪声越多。因而，本实施例将所述预设探测区域内任一个点到所述移动机器人的机体的水平距离都配置为小于或等于所述超声波传感器的最大探测距离，优选地，所述超声波传感器的最大探测距离是处于6米至8米的距离范围内；从而本实施例将所述预设探测区域内的点限制在合理的探测范围内，以维持所述预设探测区域的超声波数据的检测精度。
在一些实施例中，所述噪声与所述三维感知传感器采集到的图像畸变相关联，图像畸变也与所述三维感知传感器的探测角度的大小相关。
在一些实施例中，所述预设探测区域内任一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是可以使用：所述预设探测区域内任一个点到所述移动机器人在与其移动方向相同的一端的水平距离、所述预设探测区域内任一个点到所述三维感知传感器的水平距离、以及所述预设探测区域内任一个点到所述超声波传感器的水平距离当中，距离值最小的一个来表示。
在一些实施例中，若在所述三维感知传感器的感测空间区域内或所述重叠区域内完成点云的体素化(voxel)，则经过网格化的空间点云，降低了点云的处理数量，从而能够利用更多合理距离或精度更高的所述预设探测区域进行超声波数据的检测。
作为一种实施例，预设探测区域的超声波数据是超声波在障碍物表面的预设探测区域的反射信号生成的电平信号，即反射自占据预设探测区域的障碍物的超声波数据是超声波在占据预设探测区域的障碍物的反射信号生成的电平信号；其中，所述超声波传感器按照一定时间间隔固定采集所述超声波数据，以反映出超声波在障碍物表面的反射位置点，能够在坐标系下使用坐标值进行表示。存在至少一个超声波传感器以相应角度装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端，则移动机器人本体装载的多个不同方向的超声波传感器获取所述移动机器人的前方附近环境的三维空间信息，基于超声波传感器的最大探测角度和最大探测距离构成所述超声波传感器的探测空间区域；或者，超声波传感器以固定的角度装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端，以探测所述移动机器人的移动方向上的障碍物，具体会沿着固定的角度探测到障碍物表面的特定的位置点，在超声波传感器采集到的这些特定的位置点中，在所述重叠空间区域内，所述预设探测区域内存在一个点到与所述移动机器人的移动方向相同的一端的水平距离是所述最小投影长度，且所述预设探测区域内任一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是小于或等于所述超声波传感器的最大探测距离。
需要说明的是，超声波传感器发射的超声波遇到障碍物的外表面之后就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在移动机器人内设的地图坐标系中相应坐标点处显示出来一个反射波的波形，该相应的坐标点处的反射波的高度和形状因被检测障碍物表面的材质的不同而不同，在本实施例中仅仅区分软材质和硬材质的不同。
具体地，所述超声波数据是表示超声波的反射信号的电平信号时，所述预设阈值是恒定的预设电平；其中，所述超声波数据是由所述超声波传感器的探头沿着固定方向接收到，并因障碍物的材质类型的不同而不同，当所述超声波数据大于或等于所述预设阈值时，表示反射点所处的障碍物是属于硬材质，表示可清洁的材质；当所述超声波数据小于所述预设阈值时，表示反射点所处的障碍物是属于软材质，表示不可清洁的材质。从而本实施例实现根据超声波的反射信号生成的电平信号与恒定的预设电平确定待检测的障碍物的材质，区分出待检测的障碍物是软材质还是硬材质。
在一些实施例中，预设探测区域的超声波数据会因其所处的（所属的）障碍物的材质类型的变化而变化，相应地，所述预设阈值也作出相应的调整；在一些实施例中，可以多次接收预设探测区域反射回的反射信号，并生成多个超声波数据，然后使用多个超声波数据的加权平均值与所述预设阈值进行比较，将大于或等于所述预设阈值的加权平均值对应的障碍物材质视为可清洁材质，否则视为不可清洁材质。
基于前述实施例，本发明还公开一种机器人控制方法，当机器人通过执行前述实施例所公开的障碍物材质检测方法来确定出占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质时，控制机器人继续沿着既定的移动方向移动，以使得机器人后续沿着占据预设探测区域的障碍物的边界行走，并允许机器人与占据预设探测区域的障碍物发生碰撞。其中，障碍物边界为机器人根据所述三维感知传感器采集的障碍物的点云进行特征提取(如点云特征提取) ，从而获得占据预设探测区域的障碍物的最外边缘的位置特征。
当机器人通过执行前述实施例所公开的障碍物材质检测方法来确定出占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质时，控制机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离，使得机器人的轮轴没有机会接触视为软材质的障碍物，避免轮轴被毛发线条卷住。其中机器人可以在确定占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质后，执行避障路径，避障路径是指清洁机器人在不接触到障碍物时，避开障碍物，调整方向进行移动。避障路径的具体内容包括但不限于以下行为或内容中的一个或多个:减速、加速、调整加速度(比如调整减速加速度)、调整前进方向、直线后退、指定动作起始点(动作起始点用于确定进行避障动作的起始点)、指定动作起始点与所述预设探测区域内的点的水平距离(下文简称为动作起始点距离)等提前避障的方式，但不允许机器人碰撞到占据预设探测区域的障碍物。在一些实施例中，机器人将膨胀后的虚拟边界(指占据所述预设探测区域的障碍物的四周同时向外扩展一段距离，以确保机器人不会触碰到该障碍物)模拟成实际的墙，机器人以不接触障碍物的方式，沿着膨胀后的虚拟边界行走一段距离。
作为一种实施例，在机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质后，机器人继续沿着既定的移动方向加速前进或减速前进，当机器人到达与占据预设探测区域的障碍物的边界相距第二预设安全距离的位置处，机器人开始沿着占据预设探测区域的障碍物的边界行走，当机器人是清洁机器人时，对应启动沿墙行走模式，沿墙行走模式是:清洁机器人将障碍物边界模拟成实际的墙，清洁机器人以接触或者不接触障碍物的方式，沿着障碍物边界行走一段距离，同时清洁机器人执行沿边清扫的行为。其中，占据预设探测区域的障碍物的边界是该障碍物的最外边缘在机器人的行进平面的投影。优选地，在机器人确定预设探测区域处的障碍物的材质是硬材质后，机器人被允许接触到占据预设探测区域的障碍物的表面，但超声波传感器和三维感知传感器都是以非接触的方式采集相应的障碍物的点云。其中，预设探测区域位于机器人的前方，且与超声波传感器在机器人的机体上的装配角度相关联，使得超声波传感器以固定的探测角度覆盖到预设探测区域，是点云中的一块区域。
在机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质后，机器人先调整移动方向，再相对所述障碍物进行后退运动以远离所述障碍物，直至机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离，其中，第一预设安全距离大于第二预设安全距离；具体地，软材质的障碍物包括轻薄且可穿越类障碍物，如下垂的床单、茶几布帘、桌帘、窗帘等三维感知传感器不容易识别的软材质类型的障碍物。机器人若不改变原定前进方向继续前进，可直接穿越障碍物，但会卷入相应障碍物而被卡住，也会弄脏前述的下垂的床单、茶几布帘、桌帘、窗帘等软材质的障碍物。在一些实施例中，确认占据预设探测区域的障碍物为软材质的障碍物后，机器人从某个动作起始点开始调整方向，具体地，在该动作起始点与所述预设探测区域内任一个点的水平距离大于至少一个机身直径处，调整方向，然后沿着调整后的方向移动，直至机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离；值得注意的是，当机器人是清洁机器人时，保证清洁机器人的边缘外侧的清洁用具（比如边刷）不与软材质的障碍物相接触。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.基于超声波数据的障碍物材质检测方法，其特征在于，该障碍物材质检测方法应用于装配有超声波传感器和三维感知传感器的移动机器人；
所述障碍物检测方法包括：
当检测到预设探测区域的超声波数据大于或等于预设阈值时，移动机器人确定占据该预设探测区域的障碍物的材质是硬材质；
当检测到预设探测区域的超声波数据小于预设阈值时，移动机器人确定占据该预设探测区域的障碍物的材质是软材质；
其中，预设探测区域是位于三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域的重叠空间区域内，且不被移动机器人占据。
2.根据权利要求1所述障碍物材质检测方法，其特征在于，所述预设探测区域是属于三维感知传感器在所述重叠空间区域内获取的点云占据的一个区域；
所述预设探测区域与三维感知传感器的中心线的夹角小于或等于超声波传感器的探测角度；
其中，障碍物是以点云的形式保存起来。
3.根据权利要求2所述障碍物材质检测方法，其特征在于，在三维感知传感器的感测空间区域内，所述预设探测区域内存在位于点云的中心的位置点；
其中，预设探测区域是用于表示障碍物的表面区域。
4.根据权利要求2所述障碍物材质检测方法，其特征在于，所述三维感知传感器是属于测距类传感器；
所述三维感知传感器的中心线是测距类传感器的中轴线或光轴线；
所述三维感知传感器装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端，和/或装配在所述移动机器人的两侧，和/或装配在所述移动机器人的顶端，使得所述三维感知传感器探测到所述移动机器人的移动方向上的障碍物。
5.根据权利要求2或3所述障碍物材质检测方法，其特征在于，所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云是由所述三维感知传感器采集的像素数据进行坐标系变换得到，用于确定出点云中的每个点在感测空间区域内的坐标；
超声波传感器的探测范围所覆盖到的点是支持与所述三维感知传感器的感测空间区域内的点云变换到同一坐标系下，使得三维感知传感器的感测空间区域和超声波传感器的探测空间区域都使用同一地图空间表示。
6.根据权利要求1所述障碍物材质检测方法，其特征在于，所述预设探测区域内存在一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是所述重叠区域内的点云中，与移动机器人的机体的连线在水平地面的最小投影长度；
其中，所述预设探测区域内任一个点到所述移动机器人的机体的水平距离是小于或等于所述超声波传感器的最大探测距离。
7.根据权利要求1所述障碍物材质检测方法，其特征在于，预设探测区域的超声波数据是超声波在障碍物占据的预设探测区域处的反射信号生成的电平信号；
其中，所述超声波传感器按照一定时间间隔固定采集所述超声波数据，以反映出超声波在障碍物表面的反射位置点；
其中，存在至少一个超声波传感器以相应角度装配在与所述移动机器人的移动方向相同的一端。
8.根据权利要求7所述障碍物材质检测方法，其特征在于，所述超声波数据是表示超声波反射信号的电平信号时，所述预设阈值是恒定的预设电平；
其中，所述超声波数据是由所述超声波传感器的探头沿着固定方向接收到，并因障碍物的材质类型的不同而不同，以区分出软材质和硬材质。
9.一种机器人控制方法，其特征在于，当机器人通过执行权利要求1至8任一项所述的障碍物材质检测方法来确定出占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质时，控制机器人继续沿着既定的移动方向移动，以使得机器人后续沿着占据预设探测区域的障碍物的边界行走；
当机器人通过执行权利要求1至7任一项所述的障碍物材质检测方法来确定出占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质时，控制机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离。
10.根据权利要求9所述机器人控制方法，其特征在于，在机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是硬材质后，机器人继续沿着既定的移动方向加速前进或减速前进，当机器人到达与占据预设探测区域的障碍物的边界相距第二预设安全距离的位置处，机器人开始沿着占据预设探测区域的障碍物的边界行走；
其中，占据预设探测区域的障碍物的边界是该障碍物的最外边缘在机器人的行进平面的投影；
在机器人确定占据预设探测区域的障碍物的材质是软材质后，机器人先调整移动方向，再相对所述障碍物进行后退运动以远离所述障碍物，直至机器人在其移动方向的一端与预设探测区域内任一个点在水平地面的投影长度保持大于或等于第一预设安全距离；
其中，第一预设安全距离大于第二预设安全距离。
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