CN115486765B - 一种自移动机器人及其矫正方法 - Google Patents

Abstract

本方案公开了机器人领域的一种带有矫正装置的自移动机器人，包括机器人主体，机器人主体设有防撞结构；机器人主体的底部设有两个动力轮，动力轮上设有阻力感知结构；机器人主体的底部设有清洁组件，清洁组件的前侧设有边界检测传感器，清洁组件的后侧设有吸尘组件，机器人主体的底部设有导向轮；机器人主体的顶端设有顶板和控制面板，顶板上设有转向传动组件，转向传动组件上设有转向台，转向台的外壁设有多个数据获取组件；机器人主体上设有MCU控制单元，MCU控制单元电信号连接有数据处理模块，MCU控制单元与清洁组件电信号连接。本方案中的机器人可进行持续、精准、全面的清扫。

Description

一种自移动机器人及其矫正方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种自移动机器人及其矫正方法。

背景技术

扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，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，一般采用刷扫配合真空吸尘的方式，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、擦地工作的机器人都统一归为扫地机器人。

在现有技术中，扫地机对行进方位的判断主要依靠于陀螺仪、加速传感器或者其他电子原件的感知实现，但是机器人在实际使用时的执行路径通常较为复杂，且需要对任务区域位置进行全面覆盖，在往复执行移动的过程中，机器人自身的位置可能因电子原件的感知灵敏度下降或者空间内复杂的地势造成位置偏移，产生的偏移误差在后续的移动过程中可能因为前期定位误差产生误差累加，最终导致机器人执行任务的路径不能起到精准全面的清扫效果。

发明内容

本发明意在提供一种自移动机器人及其矫正方法，以解决机器人执行任务的路径不能持续的起到精准全面的清扫效果的问题。

本方案中的一种带有矫正装置的自移动机器人，包括机器人主体，机器人主体上设有动力源，所述机器人主体行进方向的前侧设有防撞结构；所述机器人主体的底部位于行进方向的后侧两端均设有动力轮，两个所述动力轮上均设有阻力感知结构；所述机器人主体的底部位于行进方向的前侧两端均设有清洁组件，所述清洁组件的前侧设有边界检测传感器，所述清洁组件的后侧设有吸尘组件，所述机器人主体的底部位于行进方向的前侧设有导向轮；所述机器人主体的顶端设有顶板和控制面板，所述顶板上设有转向传动组件，所述转向传动组件上设有转向台，所述转向台的外壁设有多个数据获取组件；所述机器人主体上设有MCU控制单元，所述MCU控制单元电信号连接有数据处理模块，所述MCU控制单元与清洁组件电信号连接。

本方案的工作原理及其有益效果：MCU控制单元作为机器人的整体控制元件，用于执行机器人的转向、移动和清扫等命令的发出，防撞结构的设置能够在机器人执行移动任务的过程中起到防护作用，在机器人遇到一些未能检测得到的障碍物进行缓冲，防止机身受损，此外，本装置在两个动力轮上均设置了阻力感知结构，在机器人遇到固定障碍或者非固定的障碍时(如地面上存在宠物***物、衣物、地垫、食品、塑料袋)，能够得知当前机器人处于非正常的运行状态，可能遇到异物使得机器人的阻力增加，机器人可以合理的进行避让，防止机器人推动障碍造成室内环境的进一步破坏，保证机器人处理正常的清扫状态。

进一步，所述阻力感知结构包括轮毂和外固定环，所述轮毂与所述机器人主体的动力源连接，所述轮毂的外壁上固定连接有多个中部凸起的支撑片，所述支撑片的凸起处设有电阻式位移传感器基片，所述外固定环通过多个支撑片固定设置在所述轮毂的外壁外侧；所述外固定环上贯穿有至少一个受力杆，且所述受力杆的外端固定连接有受力环，所述受力杆的内端设有滑刷，所述电阻式位移传感器基片与滑刷相接触；所述受力环外套设有可拆卸连接的外轮，所述轮毂与支撑片之间设有弹性支撑部，所述受力杆贯穿支撑片的一端与支撑部的中部固定连接。机器人处于行进状态，其一侧遇到障碍，此时外轮部分瞬间行进受阻，整体外轮将瞬时降低旋转速度或者停止旋转，但是中心的轮毂还处于动力传动的旋转状态，此时，轮毂与外轮部分发生相对转速差，固定在外轮部分上的滑刷将在电阻式位移传感器基片上进行滑动，电阻式位移传感器能够将其滑动距离转化成数值信号输送至数据处理模块中，由于本装置设置有两个动力轮当机器人其中一侧受到障碍后，两个动力轮中的电阻式位移传感器检测到的信号将是不同的，其中位移产生较大的一侧为障碍侧，确定障碍侧后，机器人可以向障碍侧相对方向进行移动，以便于确定较短位移长度的避让路径，实现更合理的障碍避让路径规划，同时缩短障碍避让所需的移动时间。

进一步，所述支撑片上设置有条形通孔，且所述受力杆活动贯穿于所述条形通孔。

进一步，所述数据获取组件包括多个激光扫描测距雷达和多个图像采集装置，所述激光扫描测距雷达和图像采集装置一一对应设置在转向台的同侧外壁上。数据获取组件在整体执行任务的过程中处于旋转的状态，在旋转过程中，激光扫描测距雷达可以不断的对周围空间边缘位置以及参照物与机器人本体之间的距离进行测量，尤其是在机器人执行完成避障过程后，机器人的位置与预设的任务路线发生偏移，通过激光扫描测距雷达测量当前位置与多个参照之间的距离，确定自身位置信息，便于生成矫正路线。

进一步，所述图像采集装置在激光扫描测距雷达得到测距数值变化跨度较大时，对周围参照物的图像进行获取比对。图像采集装置可以用于对图像进行获取，如空间内的参照物发生变化或者新增加物体对参照物进行遮挡，采用当前图像与常规路径中参照物的预留图像进行比对，可以判定参照物的可靠性，在确定参照物发生变化后，调用陀螺仪传感器的感知的数据，并生成矫正路线。

进一步，所述转向传动组件包括小型电机，小型电机固定连接在顶板上，顶板上设有内齿轮，小型电机的输出轴连接有齿轮，齿轮与内齿轮啮合，转向台固定连接在内齿轮上。当需要数据获取组件进行转动时，其内侧的驱动电机进行旋转，并带动锁紧在其输出端上的齿轮进行旋转，由于齿轮与齿条为啮合连接关系，在此运动过程中，将带动整体转向台进行旋转，以实现数据获取组件对周围物体的扫描测距方式的精准性。

进一步，所述防撞结构与机器人主体之间连接有减震缓冲组件。减震缓冲组件用于整体机器人主体起到减震缓冲的作用，具有更好的防护效果。

一种自移动机器人的矫正方法，包括如下步骤：S10、通过数据获取组件获取任务区域内的范围，生成机器人执行任务的任务路线；S20、基于任务路线确定路线内的多个基准点，所述基准点用于确定当前机器人的位置；S30、接受来自于阻力感知结构的阻力方位数据，对异物进行避让；S40、检测到处于非任务路线时，生成目标为最近基准点的矫正路线；S50、MCU控制单元控制车轮编码器执行矫正路线方向的角度矫正。

进一步，所述矫正路线的生成包括如下步骤：S41获取其中一个基准点与多个参照物之间的最近距离，作为参照距离；S42对异物避让后，获取多个参照物之间的最近距离的测量值与参照距离进行比对，得到距离差值；S43根据所述距离差值和最近基准点的坐标信息，得到矫正路线。

进一步，所述阻力方位数据的获取来自于两侧动力轮上布置的电阻式位移传感器。使用时，滑刷位移产生较大的一侧为障碍侧。

本方案的有益效果：1、本装置中设置有两个动力轮，其中每个动力轮上均设置有电阻式位移传感器基片和滑刷，在具体实施过程中，两组动力轮中的电阻式位移传感器检测到的信号将是不同的，其中位移产生较大的一侧为障碍侧，基于障碍侧的确定能够更合理的规划障碍避让路径，同时缩短障碍避让所需的移动时间。

2、传统机器人借助于陀螺仪传感器极容易出现误差，其判断不能精准的得知避让后机器人的位置信息，因此本装置提供了数据获取组件，能够从图像以及距离多方面因素确定当前机器人的位置，结合基准点的位置信息，并得到校正数据，提供了一种在任意位置迅速生成矫正路线的方法，使机器人回到任务路线的执行方式更简单，且精度更高，保证机器人后续任务过程中路径的精度。

附图说明

图1为本发明一种自移动机器人的结构示意图；

图2为本发明一种自移动机器人的另一结构示意图；

图3为本发明一种自移动机器人的移动路线图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为本发明实施例1中阻力感知结构的结构示意图；

图6为图5中的A处放大图；

图7为本发明一种自移动机器人的矫正方法的流程图；

图8为本发明一种自移动机器人的矫正方法中矫正路线的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：机器人主体1、防撞结构2、MCU控制单元3、阻力感知结构4、数据处理模块5、清洁组件6、边界检测传感器7、导向轮8、转向传动组件9、控制面板10、顶板11、转向台12、数据获取组件13、减震缓冲组件14、任务路线15、基准点16、非常规线路17、参照物18、矫正路线19、吸尘组件20、轮毂41、外固定环42、受力环43、外轮44、受力杆45、支撑片46、电阻式位移传感器基片47、滑刷48、弹性支撑部49。

实施例1：

基本如附图1、图2和图3所示，一种带有矫正装置的自移动机器人，包括机器人主体1，机器人主体1上设有动力源，机器人主体1行进方向的前侧设有防撞结构2，防撞结构2与机器人主体1之间连接有减震缓冲组件14；机器人主体1的底部位于行进方向的后侧两端均设有动力轮，两个动力轮上均设有阻力感知结构4；机器人主体1的底部位于行进方向的前侧两端均设有清洁组件6，清洁组件6的前侧设有边界检测传感器7，清洁组件6的后侧设有吸尘组件20，机器人主体1的底部位于行进方向的前侧设有导向轮8，导向轮8内连接有车轮编码器；机器人主体1的顶端设有顶板11和控制面板10，顶板11上设有转向传动组件9，转向传动组件9上设有转向台12，转向台12的外壁设有多个数据获取组件13，数据获取组件13包括多个激光扫描测距雷达和多个图像采集装置，激光扫描测距雷达和图像采集装置一一对应设置在转向台12的同侧外壁上，图像采集装置在激光扫描测距雷达得到测距数值变化跨度较大时，对周围参照物18的图像进行获取比对；机器人主体1上设有MCU控制单元3，MCU控制单元3电信号连接有数据处理模块5，MCU控制单元3与清洁组件6电信号连接。

借由上述技术方案可知，本申请提供的带有矫正装置的自移动机器人包括MCU控制单元3，其作为机器人的整体控制元件，用于执行机器人的转向、移动和清扫等命令的发出，防撞结构2结合减震缓冲组件14的设置能够在机器人执行移动任务的过程中起到防护作用，在机器人遇到一些未能检测得到的障碍物进行缓冲，防止机身受损，此外，本装置在两个动力轮上均设置了阻力感知结构4，在机器人遇到固定障碍或者非固定的障碍时(如地面上存在宠物***物、衣物、地垫、食品、塑料袋)，能够得知当前机器人处于非正常的运行状态，可能遇到异物使得机器人的阻力增加，机器人可以合理的进行避让，防止机器人推动障碍造成室内环境的进一步破坏，保证机器人处理正常的清扫状态，清洁组件6对机器人经过之处地面的灰尘进行集中清理，并经由吸尘组件20进行收集吸附，边界检测传感器7用于机器人在移动的过程中，能够对区域中的台阶进行检测，能够有效防止机器人在行进过程中跌落，起到更全面的保护效果。

具体的，机器人的避让可以是先后退，然后向障碍物的邻侧进行移动，但是该移动过程并非在预先设定的清扫程序中，对于障碍物的大小可能不能够自动设备(识别)，在避让障碍物的过程中，需要机器人反复试探性的执行小幅度的转向行进以及后退动作，因此，借助于陀螺仪传感器极容易误差，其判断不能精准的得知避让后机器人的位置信息，因此本装置提供了数据获取组件13，能够从图像以及距离多方面因素确定当前机器人的位置，并得到校正数据，使机器人回到任务路线15的执行方式更简单，且精度更高，保证机器人后续任务过程中路径的精度。

数据获取组件13在整体执行任务的过程中处于旋转的状态，在旋转过程中，激光扫描测距雷达可以不断的对周围空间边缘位置以及参照物18与机器人本体之间的距离进行测量，尤其是在机器人执行完成避障过程后，机器人的位置与预设的任务路线15发生偏移，通过激光扫描测距雷达测量当前位置与多个参照之间的距离，确定自身位置信息，便于生成矫正路线19。

图像采集装置可以用于对图像进行获取，如空间内的参照物18发生变化或者新增加物体对参照物18进行遮挡，采用当前图像与常规路径中参照物18的预留图像进行比对，可以判定参照物18的可靠性，在确定参照物18发生变化后，调用陀螺仪传感器的感知的数据，并生成矫正路线19。

其中清洁组件6为清洁刷，通过多个清洁刷的定向旋转，对机器人经过之处地面的灰尘进行集中清理，并经由吸尘组件20进行收集吸附，边界检测传感器7用于机器人在移动的过程中，能够对区域中的台阶进行检测，能够有效防止机器人在行进过程中跌落，起到更全面的保护效果。

实施例2：

如图4所示，与实施例1的区别在于：转向传动组件9包括小型电机，小型电机固定连接在顶板11上，顶板11上设有内齿轮，小型电机的输出轴连接有齿轮9，齿轮9与内齿轮啮合，转向台12固定连接在内齿轮上。

当需要数据获取组件13进行转动时，其内侧的驱动电机进行旋转，并带动锁紧在其输出端上的齿轮进行旋转，由于齿轮与齿条为啮合连接关系，在此运动过程中，将带动整体转向台12进行旋转，以实现数据获取组件13对周围物体的扫描测距方式的精准性。

实施例3：

如图5所示，与实施例1的区别在于：阻力感知结构4包括受力杆45、轮毂41和外固定环42，轮毂41与机器人主体1的动力源连接，轮毂41的外壁上固定连接有中部凸起的支撑片46，支撑片46上设有条形通孔，支撑片46的凸起处设有电阻式位移传感器基片47，外固定环42通过多个支撑片46固定设置在轮毂41的外壁外侧；受力杆45的一端贯穿外固定环42，且贯穿外固定环42的一端固定连接有受力环43，受力杆45的另一端贯穿条形通孔，且贯穿条形通孔的一端的外壁上设有滑刷48，电阻式位移传感器基片47与滑刷48相接触；受力环43外套设有可拆卸连接的外轮44，轮毂41与支撑片46之间设有弹性支撑部49，受力杆45贯穿支撑片46的一端与支撑部的中部固定连接。

阻力感知结构4整体为动力轮的一部分，轮体中部轮毂41与机器人主体1的动力源相连接，轮体的外侧为活动设置，在本示例中，通过监测行进过程中的外轮44与轮毂41的转速差，判定机器人遇障碍受阻的状况；

具体的，本装置中设置有两个动力轮，其中每个动力轮上均设置有电阻式位移传感器基片47和滑刷48，在具体实施过程中，机器人处于行进状态，其一侧遇到障碍，此时外轮44部分瞬间行进受阻，整体外轮44将瞬时降低旋转速度或者停止旋转，但是中心的轮毂41还处于动力传动的旋转状态，此时，轮毂41与外轮44部分发生相对转速差，固定在外轮44部分上的滑刷48将在电阻式位移传感器基片47上进行滑动，电阻式位移传感器能够将其滑动距离转化成数值信号输送至数据处理模块5中，由于本装置设置有两个动力轮当机器人其中一侧受到障碍后，两个动力轮中的电阻式位移传感器检测到的信号将是不同的，其中位移产生较大的一侧为障碍侧，确定障碍侧后，机器人可以向障碍侧相对方向进行移动，以便于确定较短位移长度的避让路径，实现更合理的障碍避让路径规划，同时缩短障碍避让所需的移动时间。

上述实施例采用图7的矫正方法，包括如下步骤：

S10、通过数据获取组件13获取任务区域内的范围，生成机器人执行任务的任务路线15，通常该路线为蛇形，使其清洁区域能够布满整个空间地面；

S20、基于任务路线15确定路线内的多个基准点16，基准点16用于确定当前机器人的位置，机器人内设置有存储器，其中存储器中存储有每个基准点16的坐标信心以及基准点16周围的景象信息；

S30、接受来自于阻力感知结构4的阻力方位数据，在确定有异物造成干扰后，采用后续并向位移较小方向的一侧进行小幅试探性的移动，直至经过异物的边缘位置，完成对异物的避让；

S40、在避让完成后，通常机器人处于非任务路线15时，可采用图像以及对周围参照物18进行测距的方式确定自身位置，然后寻找最近的基准点16，基于该信息，生成目标为最近基准点16的矫正路线19；

图8中的矫正路线19的生成，包括如下步骤：

S41、获取其中一个基准点16与多个参照物18之间的最近距离数据，作为参照距离；

S42、对异物避让后，获取机器人与多个参照物18之间的最近距离的测量值与参照距离进行比对，如机器人在移动过程中，与参照物18的距离之间变大，则机器人可以向相反的方向进行移动，直至得到最小的与参照物18至今的间距竖直，则机器人停止移动；

S43、根据距离差值和最近基准点16的坐标信息，其中数据差值由数据获取组件13实时测量得到，其能够准确的反应当前机器人的位置，相对于单纯的采用陀螺仪传感器的感知方案更精准，基于距离差值的数据与最近基准点16的数据，能够得到矫正路线19。

S50、在非常规线路17的基础上，基于校正路线，结合当前机器人前车轮角度，得到待转向的角度，然后MCU控制单元3控制车轮编码器执行矫正路线19方向的角度矫正，机器人行进，行走在矫正路线19上，直至到达基准点16后，继续执行原任务路径。

在一些示例中，阻力方位数据的获取来自于两侧动力轮上布置的电阻式位移传感器。其中滑刷48位移产生较大的一侧为障碍侧，可以理解的是，当机器人其中一侧受到障碍后，两组动力轮中的电阻式位移传感器检测到的信号将是不同的，由此可以确定，其中位移产生较大的一侧为障碍侧。

在一些示例中，图像采集装置在激光扫描测距雷达得到测距数值变化跨度较大时，对周围参照物18的图像进行获取比对，可以理解的是，空间内的参照物18发生变化或者新增加物体对参照物18进行遮挡，采用当前图像与常规路径中参照物18的预留图像进行比对，可以判定参照物18的可靠性，在确定参照物18发生变化后，调用MCU控制单元3的陀螺仪传感器的感知的数据，并生成矫正路线19。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、电子设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程流程管理电子设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程流程管理电子设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种自移动机器人，包括机器人主体，机器人主体上设有动力源，其特征在于：所述机器人主体行进方向的前侧设有防撞结构；所述机器人主体的底部位于行进方向的后侧两端均设有动力轮，两个所述动力轮上均设有阻力感知结构；所述机器人主体的底部位于行进方向的前侧两端均设有清洁组件，所述清洁组件的前侧设有边界检测传感器，所述清洁组件的后侧设有吸尘组件，所述机器人主体的底部位于行进方向的前侧设有导向轮；所述机器人主体的顶端设有顶板和控制面板，所述顶板上设有转向传动组件，所述转向传动组件上设有转向台，所述转向台的外壁设有多个数据获取组件；所述机器人主体上设有MCU控制单元，所述MCU控制单元电信号连接有数据处理模块，所述MCU控制单元与清洁组件电信号连接；所述阻力感知结构包括轮毂和外固定环，所述轮毂与所述机器人主体的动力源连接，所述轮毂的外壁上固定连接有多个中部凸起的支撑片，所述支撑片的凸起处设有电阻式位移传感器基片，所述外固定环通过多个支撑片固定设置在所述轮毂的外壁外侧；所述外固定环上贯穿有至少一个受力杆，且所述受力杆的外端固定连接有受力环，所述受力杆的内端设有滑刷，所述电阻式位移传感器基片与滑刷相接触；所述受力环外套设有可拆卸连接的外轮，所述轮毂与支撑片之间设有弹性支撑部，所述受力杆贯穿支撑片的一端与支撑部的中部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种自移动机器人，其特征在于：所述支撑片上设置有条形通孔，且所述受力杆活动贯穿于所述条形通孔。

3.根据权利要求2所述的一种自移动机器人，其特征在于：所述数据获取组件包括多个激光扫描测距雷达和多个图像采集装置，所述激光扫描测距雷达和图像采集装置一一对应设置在转向台的同侧外壁上。

4.根据权利要求3所述的一种自移动机器人，其特征在于：所述图像采集装置在激光扫描测距雷达得到测距数值变化跨度较大时，对周围参照物的图像进行获取比对。

5.根据权利要求4所述的一种自移动机器人，其特征在于：所述转向传动组件包括小型电机，小型电机固定连接在顶板上，顶板上设有内齿轮，小型电机的输出轴连接有齿轮，齿轮与内齿轮啮合，转向台固定连接在内齿轮上。

6.根据权利要求5所述的一种自移动机器人，其特征在于：所述防撞结构与机器人主体之间连接有减震缓冲组件。

7.根据权利要求1~6中任一所述的一种自移动机器人的矫正方法，其特征在于：包括如下步骤：S10、通过数据获取组件获取任务区域内的范围，生成机器人执行任务的任务路线；S20、基于任务路线确定路线内的多个基准点，所述基准点用于确定当前机器人的位置；S30、接受来自于阻力感知结构的阻力方位数据，对异物进行避让；S40、检测到处于非任务路线时，生成目标为最近基准点的矫正路线；S50、MCU控制单元控制车轮编码器执行矫正路线方向的角度矫正。

8.根据权利要求7所述的一种自移动机器人的矫正方法，其特征在于：所述矫正路线的生成包括如下步骤：S41获取其中一个基准点与多个参照物之间的最近距离，作为参照距离；S42对异物避让后，获取多个参照物之间的最近距离的测量值与参照距离进行比对，得到距离差值；S43根据所述距离差值和最近基准点的坐标信息，得到矫正路线。

9.根据权利要求8所述的一种自移动机器人的矫正方法，其特征在于：所述阻力方位数据的获取来自于两侧动力轮上布置的电阻式位移传感器。

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