CN116540707A - 路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人 - Google Patents

路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人，涉及机器人控制技术领域，方法包括当光伏清洁机器人位于光伏板时，获取包括光伏板的边界的图像数据；根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态；获取光伏清洁机器人在预设姿态时的姿态数据；根据姿态数据确定光伏板的摆放形式；根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。通过图像数据和姿态数据的配合确定光伏板的摆放形式，最后通过光伏板的摆放形式确定光伏清洁机器人的初始位置和路径。本发明的光伏清洁机器人制作成本较低、运算量小，还能为不同摆放形式的光伏板提供不同的工作路径。

Description

路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人。
背景技术
目前，对于光伏板清洁机器人的导航控制，有以下两种方式：
1、使用定位+地图的导航模式。例如使用超宽带定位***确定位置，能确定机器人在区域内的绝对位置，并将区域分割成栅格地图，在栅格地图中设置规划路径，机器人沿设置好的规划路径进行清洗。
然而，这种导航模式的控制精度受定位***影响，而定位***的成本较高；并且需要提前录入地图数据，前期所需进行的工作量较大。
2、使用SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，即时定位与地图构建)的导航模式。例如使用平视双目、轮式编码器和SLAM，利用平视的双目相机构建SLAM，利用SLAM进行基础定位。又例如使用多角度单目、轮式编码器和移动信息。利用语义SLAM技术，多角度单目用语义分割获取光伏板边界信息并构建2D地图，并实现全局定位。以上都可以通过编码器弥补视觉缺失时的数据。
然而，这种导航模式中，构建SLAM、图像分割、多感知融合等任务的运算量较大，并且作为主要感知传感器的双目相机或者多个单目相机的成本较高。
因此，目前光伏板清洁机器人的导航控制的成本较高，且前期准备或者导航控制时的运算量较大。
发明内容
本发明提供一种路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人，用以解决现有技术中光伏清洁机器人导航控制的成本高、运算大的缺陷。
本发明提供一种光伏清洁机器人的路径控制方法，包括：当光伏清洁机器人位于光伏板时，获取包括光伏板的边界的图像数据；根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态；获取光伏清洁机器人在预设姿态时的姿态数据；根据姿态数据确定光伏板的摆放形式；根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，根据姿态数据确定光伏板的摆放形式，包括：根据姿态数据确定光伏板摆放的倾斜角度；当倾斜角度小于或等于第一预设阈值时，则判定光伏板平放；当倾斜角度大于第一预设阈值时，则判定光伏板斜放。
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，当倾斜角度大于预设阈值时，则判定光伏板斜放之后，还包括：根据姿态数据确定斜向偏航角；当倾斜偏航角为直角时，则判定光伏板为规则斜放；当倾斜偏航角不为直角时，则判定光伏板为不规则斜放。
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，姿态数据包括光伏清洁机器人的俯仰角Pitch和翻滚角Roll；倾斜角度Slope的确定方式为：斜向偏航角Yawslope的确定方式为：/>
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径，包括：若光伏板为平放，光伏板的每个角落的高度相同；将距离光伏清洁机器人最近的角落设置为初始位置，预设路径为沿光伏板边缘平行的弓形路径；若光伏板为规则斜放，光伏板包括至少一个顶角；将距离光伏清洁机器人最近的顶角设置为初始位置，预设路径为沿着水平方向逐行从上往下的弓形路径；若光伏板为不规则斜放，光伏板包括最低角落和除最低角落外的其他顶角；将距离光伏清洁机器最近的其他顶角设置为初始位置，预设路径为沿光伏板边缘平行的弓形路径。
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业，包括：在作业过程中监测光伏清洁机器人的视觉偏航角；其中，视觉偏航角为光伏清洁机器人的前进方向与光伏板直线纹理的夹角；当视觉偏航角超过第二预设阈值时，根据视觉偏航角对光伏清洁机器人的左右履带进行差速调整。
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业，包括：在作业过程中监测光伏清洁机器人的实际路径与两侧边界的实时距离；当实时距离超过第三预设阈值时，控制光伏清洁机器人的左右履带差速转动第一预设角度，以使得光伏清洁机器人斜向行驶直至实时距离不超过第三预设阈值，根据视觉偏航角对光伏清洁机器人的左右履带进行差速调整以使得视觉偏航角不超过第二预设阈值。
根据本发明提供的一种光伏清洁机器人的路径控制方法，根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态之前，还包括：获取光伏清洁机器人的视觉传感器和/或惯性传感器反馈的滞后时间；获取光伏清洁机器人的油门-直线速度数据和/或油门-角速度数据；基于滞后时间、油门-直线速度数据和/或油门-角速度数据，得到光伏清洁机器人的作业参数；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业，包括：根据作业参数，控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种光伏清洁机器人的路径控制方法。
本发明还提供一种光伏清洁机器人，包括图像传感器、惯性传感器、防跌落传感器、机器人本体和上述的电子设备；其中，图像传感器为深度相机；或者图像传感器包括单目相机和测距组件。
本发明提供的路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人，通过获取包括光伏板边界的图像数据，可以控制光伏清洁机器人在预设姿态并获得对应的姿态数据，通过光伏清洁机器人在预设姿态时的姿态数据可以确定光伏板的摆放形式，根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。因此，本发明的光伏清洁机器人只需获得图像数据和姿态数据，传感器结构简单，能够降低制作成本；前期的准备数据少、控制过程简单，因此运算量更小，可移植性更强；并且还能够为不同摆放形式的光伏板提供不同的工作路径，智能化程度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明光伏清洁机器人的路径控制方法一实施例的流程结构示意图；
图2是本发明的光伏清洁机器人的坐标示意图；
图3是本发明光伏清洁机器人在光伏板平放时的路径示意图；
图4是本发明光伏清洁机器人在光伏板规则斜放时的路径示意图；
图5是本发明光伏清洁机器人在光伏板不规则斜放时的路径示意图；
图6是本发明光伏清洁机器人的视觉偏航角的示意图；
图7是本发明光伏清洁机器人的视觉偏航调整的控制示意图；
图8是本发明光伏清洁机器人的刹车位置和目标方向的示意图；
图9是本发明电子设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种光伏清洁机器人的路径控制方法，在本实施例中，光伏清洁机器人包括：图像传感器、惯性传感器、机器人本体和电子设备。电子设备包括存储器和处理器，可用于执行路径控制方法。可选地，电子设备可以为设置在光伏清洁机器人中的运算板。
图像传感器为深度相机，或者为单目相机和测距组件。如果使用单目相机，还需要选配1个超声波测距或激光测距，用于检测前方是否有障碍物；如果使用深度相机，深度相机本身采集的深度数据已经能够识别出前方障碍物，因此不需要配置测距组件。
惯性传感器(Inertial Measurement Unit，IMU)，也即惯性测量单元，主要用来检测和测量加速度与旋转运动的传感器。本实施例中IMU可采用6轴IMU或者9轴IMU。
6轴IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标***独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
9轴IMU和6轴IMU相比，还多了三个单轴的磁场传感器，因此如果使用9轴IMU还需要远离光伏清洁机器人内部电磁环境复杂的区域。
可选地，图像传感器安装在机器人前部较高的位置，图像传感器的镜头方向水平向前。IMU固定在机身振动较小的位置。
在一些实施例中，机器人还可以包括4个防跌落传感器，4个防跌落传感器分别部署在机器人的4个角上，可以进一步提高机器人的安全性。
请参阅图1，图1是本发明光伏清洁机器人的路径控制方法一实施例的流程结构示意图，在本实施例中，光伏清洁机器人的路径控制方法包括步骤S110～S160，各步骤具体如下：
S110：当光伏清洁机器人位于光伏板时，获取包括光伏板的边界的图像数据。
S120：根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态。
S130：获取光伏清洁机器人在预设姿态时的姿态数据。
S140：根据姿态数据确定光伏板的摆放形式。
S150：根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径。
S160：控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。
当光伏清洁机器人位于光伏板时，光伏清洁机器人上的传感器开始工作，通过图像传感器可以获得包括光伏板的边界的图像数据。
为了适应工作人员随意放置机器人的情况，实施例的光伏清洁机器人可以根据启动后视野内的情况，自动调整至光伏板在视野内，从而获取包括光伏板的边界的图像数据。
预设姿态可以包括光伏清洁机器人与光伏板的边界平行的姿态和光伏清洁机器人与光伏板的边界不平行的姿态。
当预设姿态为光伏清洁机器人与光伏板的边界平行的姿态时，根据图像数据将光伏清洁机器人调整至与光伏板的边界平行，此时，可以理解为光伏清洁机器人与光伏板保持平行。在光伏清洁机器人与光伏板的边界平行的状态下，从IMU获取的姿态数据即可用于识别光伏板的摆放方式。根据所述光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径。最后电子设备可控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并控制光伏清洁机器人按照所述预设路径开始作业。
当预设姿态为光伏清洁机器人与光伏板的边界不平行的姿态时，可以通过图像数据将不平行的姿态换算为平行时的姿态，再按照平行时的姿态进行后续计算。例如可以通过当时的图像分析光伏清洁机器人与光伏板纹理的夹角(即视觉偏航角)，再与斜向偏航角做差值，换算出光伏清洁机器人与光伏板的边界平行时的数据。
可选地，光伏板的摆放方式可以包括平放、规则斜放和不规则斜放。由于光伏清洁机器人的作业过程中会产生污水滴落，因此本实施例确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径的目的是：一方面避免光伏清洁机器人工作过程产生的污水污染已经清洗过的区域；另一方面，可以高效得实现待清洁光伏板的完整清洗。
当识别到光伏板的摆放方式为斜放时，就可以选择光伏板中的较高位置作为初始位置，并且为了兼顾作业效率，预设路径为不重复经过的路径，例如可以为弓形路径、“N”形路径、“Z形”路径等。
以上，本发明提供一种光伏清洁机器人的路径控制方法，本发明的光伏清洁机器人只需获得图像数据和姿态数据，传感器结构简单，并且采用的是单个单目或深度相机，能够降低制作成本；前期的准备数据少，无需提前录入地图数据，控制过程简单，无需构建SLAM，运算量更小，可移植性更强。并且自动识别光伏板的摆放形式，且还为不同摆放形式的光伏板提供不同的工作路径，避免光伏清洁机器人工作过程产生的污水污染已经清洗过的区域，适应性强，智能化程度高。
在一些实施例中，根据姿态数据确定光伏板的摆放形式的步骤，具体包括：
根据姿态数据确定光伏板摆放的倾斜角度；当倾斜角度小于或等于第一预设阈值时，则判定光伏板平放；当倾斜角度大于第一预设阈值时，则判定光伏板斜放。可选地，第一预设阈值为5°。
在本实施例中可以从姿态数据中获取光伏板摆放的倾斜角度，通过对倾斜角度的判断从而确定光伏板是斜放还是平放。
在一些实施例中，当倾斜角度大于预设阈值时，则判定光伏板斜放之后的步骤，还包括：
根据姿态数据确定斜向偏航角；当倾斜偏航角为直角时，则判定光伏板为规则斜放；当倾斜偏航角不为直角时，则判定光伏板为不规则斜放。
可选地，倾斜偏航角可以允许误差，误差范围在10°以内。例如当倾斜偏航角为80°～100°时，都可以认为是属于直角。
在本实施例中，还可以进一步判断当光伏板斜放时，是规则斜放还是不规则斜放。可以理解地，由于光伏板是长方形的结构，因此当光伏板为规则斜放时，即光伏板的四个角落中，两个角度的高度相同为第一高度，剩余两个角度的高度相同为第二高度，其中第一高度大于第二高度。
需要说明的是，本实施例中的高度指的是相对水平地面的距离。可以理解地，当光伏板为不规则斜放时，即光伏板的四个角落中，存在至少三种不同的高度。
可选地，姿态数据包括光伏清洁机器人的俯仰角Pitch和翻滚角Roll；倾斜角度Slope的确定方式为：斜向偏航角Yawslope的确定方式为：
在光伏板斜放的情况下，利用俯仰角和偏航角整合成斜向偏航角，可以方便识别光伏清洁机器人在倾斜光伏板上的朝向。
请参阅图2，图2是本发明的光伏清洁机器人的坐标示意图。在光伏阵列斜放的情况下，光伏清洁机器人运行时会有朝向水平或者朝斜面向上下的状态。但是由于光伏板是斜放而不是垂直放置，无法直接使用俯仰角来进行判断。因此在本年实施例中提出斜向偏航角的概念，利用俯仰角和翻滚角来换算出机器人的状态。
如图2所示，本实施例设定沿斜面向上，即俯仰角向上抬最大、翻滚角为零的情况为斜向偏航角的0°。机器人从斜向偏航角0°向左旋转，即向上的左侧区域为斜向偏航角的负数；从斜向偏航角0°向右旋转，即向上的右侧区域为斜向偏航角的正数。因此左侧水平方向是-90°，右侧水平方向是90°。而沿斜面向下就是±180°。
斜向偏航角能够辅助判断出光伏清洁机器人在斜面上的绝对朝向，通过拟合视觉偏航角就能够识别光伏阵列的斜向摆放情况。并且在光伏板规则斜放的时候，斜向偏航角能够替代IMU的偏航角并且更加准确。
在一些实施例中，根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径的步骤，具体包括：
若光伏板为平放，光伏板的每个角落的高度相同；将距离光伏清洁机器人最近的角落设置为初始位置，预设路径为沿光伏板边缘平行的弓形路径。
若光伏板为规则斜放，光伏板包括至少一个顶角；将距离光伏清洁机器人最近的顶角设置为初始位置，预设路径为沿着水平方向逐行从上往下的弓形路径。
若光伏板为不规则斜放，光伏板包括最低角落和除最低角落外的其他顶角；将距离光伏清洁机器最近的其他顶角设置为初始位置，预设路径为沿光伏板边缘平行的弓形路径。
需要说明的是，当光伏板为长方形时，光伏板的边缘可以包括长边和短边。预设路径可以为沿光伏板长边的弓形路径，也可以是沿光伏板短边的弓形路径。
在一些实施例中，多个光伏板可以组合成光伏板阵列。当光伏板阵列为长方形时，光伏板阵列的边缘包括长边和短边。因此可以根据光伏板阵列的长边确定预设路径。
具体地，当光伏板短边组成光伏板阵列长边时，预设路径为沿光伏板短边的弓形路径；当光伏板长边组成光伏板阵列长边时，预设路径为沿光伏板长边的弓形路径。
如图2所示，光伏清洁机器人被放置于光伏板阵列上，光伏板阵列由16*3的光伏板组成，光伏板短边平行于水平(-90度～90度)的方向，光伏板长边平行于垂直(±180度～0度)的方向，光伏板阵列长边平行于水平(-90度～90度)的方向，光伏板阵列短边平行于垂直(±180度～0度)的方向，即图2中的光伏板阵列属于光伏板短边组成光伏板阵列长边的情况。
图3是本发明光伏清洁机器人在光伏板平放时的路径示意图；图4是本发明光伏清洁机器人在光伏板规则斜放时的路径示意图；图5是本发明光伏清洁机器人在光伏板不规则斜放时的路径示意图。
请参阅图3，在光伏板的摆放形式为平放时，光伏板的每个角落的高度相同；因此将距离光伏清洁机器人的当前位置最近的角落设置为初始位置，图3中(a)所示为光伏清洁机器人从当前位置移动到初始位置的移动路径；当光伏清洁机器人到达初始位置后，沿预设路径开始作业，其中预设路径为沿光伏板短边的弓形路径，图3中(b)所示为光伏清洁机器人从初始位置按照预设路径开始作业的移动路径。这种作业路径可以避免部分光伏清洁机器人悬空，提升清洗效果。
需要说明的是，由于光伏板阵列是由多个光伏板组合形成的，光伏板阵列需保持平坦，因此组成同个光伏板阵列的不同光伏板的摆放形式相同，光伏板阵列和组成该光伏板阵列的光伏板的摆放形式也相同。因此在不特殊说明的情况，本领域技术人员应当可以理解，单个光伏板的摆放形式即相当于组成的光伏板阵列的摆放形式。
请参阅图4，在光伏板的摆放形式为规则斜放时，光伏板包括两个最高的顶角和两个最低角落，因此将距离光伏清洁机器人最近的顶角设置为初始位置，图4中(a)所示为光伏清洁机器人从当前位置移动到初始位置的移动路径；当光伏清洁机器人到达初始位置后，沿预设路径开始作业，预设路径为沿着水平方向逐行从上往下的弓形路径，图4中(b)所示为光伏清洁机器人从初始位置按照预设路径开始作业的移动路径。这种作业路径可以避免污水流动到已经清洗过的区域。
请参阅图5，在光伏板的摆放形式为不规则斜放时，光伏板包括最低角落和除最低底角外的其他顶角，因此将距离光伏清洁机器最近的其他顶角设置为初始位置，图5中(a)所示为光伏清洁机器人从当前位置移动到初始位置的移动路径；当光伏清洁机器人到达初始位置后，沿预设路径开始作业，预设路径为沿光伏板短边的弓形路径，图5中(b)所示为光伏清洁机器人从初始位置按照预设路径开始作业的移动路径。这种作业路径一定程度上避免了污水污染已经清洗过的区域，又兼顾清洗效率。
在一些实施例中，在控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并按照所述预设路径开始作业之前，还包括：
根据图像数据确定光伏板的尺寸；根据光伏板的尺寸确定光伏板的短边。
可选地，可以通过光伏清洁机器人边框测距的方式确定光伏板的尺寸。具体地，通过图像传感器拍摄的图像数据能够识别出左右边框以及与机器人的垂直距离。在光伏清洁机器人被放置于光伏板上面后，初始化过程中，光伏清洁机器人会向四个方向旋转，每次将左右边框的距离相加就能获得光伏板一条边的宽度。
在一些实施例中，在光伏清洁机器人的行驶过程中，由于打滑等原因，可能会出现偏航的原因。偏航可以分为视觉偏航和路径偏航。因此可以根据视觉反馈是否与边框平行，通过左右履带的按偏航角倍率差速来微调光伏清洁机器人的方向，确保光伏清洁机器人沿路径行驶。
可选地，控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业的步骤，具体包括：
在作业过程中监测光伏清洁机器人的视觉偏航角；其中，视觉偏航角为光伏清洁机器人的前进方向与光伏板直线纹理的夹角；当视觉偏航角超过第二预设阈值时，根据视觉偏航角对光伏清洁机器人的左右履带进行差速调整，从而实现光伏清洁机器人形势路径的精确控制。
请参阅图6，图6是本发明光伏清洁机器人的视觉偏航角的示意图。视觉偏航角α为光伏清洁机器人的前进方向与光伏板直线纹理的夹角，视觉偏航角α是通过图像传感器测定的，视觉偏航角α的取值范围在-45度至﹢45度之间。通过视觉偏航角α可以将光伏清洁机器人与光伏板对齐，保证光伏清洁机器人沿着光伏板前进。
请参阅图7，图7是本发明光伏清洁机器人的视觉偏航调整的控制示意图。光伏清洁机器人的视觉偏航调整是一套闭环控制。进行差速调整时，左右履带相差的速度是根据偏航角按倍率进行等比例调整，即偏航角大时相差速度大，转动的更快；偏航角小时相差速度小，转动的更慢。倍率则是根据油门-角速度的变化斜率和视觉***反馈的滞后量确定。倍率过大，会出现调整时转过头，不得不左右摆动的情况；倍率过小，会出现调整太慢，斜行太久导致与边框的偏移量过大。
如图7所示，当输入偏航校正需求时，分别计算左右履带的调整数据，其中左右履带的调整方式为：
左履带＝直行速度-偏航角×倍率；
右履带＝直行速度+偏航角×倍率。
得到左右履带的调整方式后发送控制信号以控制光伏清洁机器人执行动作，同时，光伏清洁机器人继续反馈视觉偏航角。
在一些实施例中，控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业的步骤，具体包括：
在作业过程中监测光伏清洁机器人的实际路径与两侧边界的实时距离；当实时距离超过第三预设阈值时，控制光伏清洁机器人的左右履带差速转动第一预设角度，以使得光伏清洁机器人斜向行驶直至实时距离不超过第三预设阈值，根据视觉偏航角对光伏清洁机器人的左右履带进行差速调整以使得视觉偏航角不超过第二预设阈值。
在本实施例中，光伏清洁机器人由于因侧滑或偏航积累导致与设定的路径有偏移，即光伏清洁机器人的实际路径与两侧边界的实时距离超过第三预设阈值时，需要调整左右履带差速转动第一预设角度以使得光伏清洁机器人斜向行驶直至实时距离不超过第三预设阈值，再通过差速调整视觉偏航角。
需要说明的是，第一预设角度是一个较小的角度，第一预设角度大，光伏清洁机器人回到预设路径的速度快，但是扭动比较明显，而且有可能出现抖动；第一预设角度小光伏清洁机器人的运动轨迹平缓并且不容易出现抖动，但是校正速度慢。因此本领域技术人员可根据实际情况调整第一预设角度的取值范围。
为了更好地理解第一预设角度的设计要求，本实施例也提供两个取值范围：当实时距离超过第三预设阈值的偏移距离大于50mm且不大于200mm时，第一预设角度为10度；当实时距离超过第三预设阈值的偏移距离大于200mm时，第一预设角度为20度。
在一些实施例中，根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态之前的步骤，还包括：
获取光伏清洁机器人的视觉传感器和/或惯性传感器反馈的滞后时间；获取光伏清洁机器人的油门-直线速度数据和/或油门-角速度数据；基于滞后时间、油门-直线速度数据和/或油门-角速度数据，得到光伏清洁机器人的作业参数；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业，包括：根据作业参数，控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。
具体地，光伏清洁机器人的作业参数可以包括以下几种组合：
(1)视觉传感器反馈的滞后时间和油门-直线速度数据；
(2)视觉传感器反馈的滞后时间和油门-角速度数据；
(3)视觉传感器反馈的滞后时间、油门-直线速度数据和油门-角速度数据；
(4)惯性传感器反馈的滞后时间和油门-直线速度数据；
(5)惯性传感器反馈的滞后时间和油门-角速度数据；
(6)惯性传感器反馈的滞后时间、油门-直线速度数据和油门-角速度数据；
(7)视觉传感器和惯性传感器分别反馈的滞后时间以及油门-直线速度数据；
(8)视觉传感器和惯性传感器分别反馈的滞后时间以及油门-角速度数据；
(9)视觉传感器和惯性传感器分别反馈的滞后时间、油门-直线速度数据以及油门-角速度数据。
由于读取图片、测定距离、输出数据，IMU读取串口数据、数据整理、输出数据都需要时间，所以读取到的反馈具有几十到几百毫秒的滞后。如果直接使用传感器反馈的数据作为判断，那么旋转或直行都会超过设定值。因此需要根据油门判断旋转或直行的反馈滞后量，在达到滞后量时就提前刹车，保证旋转或直行能够停在设定的位置/方向。请参阅图8，图8是本发明光伏清洁机器人的刹车位置和目标方向的示意图。
通过图像传感器和IMU的反馈测定油门-直线速度数据和油门-角速度数据和反馈滞后时间，进行原地旋转或直线固定距离行驶时计算出反馈的滞后量，提前进行刹车。具体公式如下：
Sd＝St-v×tdelay；
其中，Sd是传感器反馈的角度或距离，St是实际需要转动的角度或直行的距离，v是油门对应的角速度或线速度，tdelay是反馈滞后时间。
需要说明的是，当需要使用图像数据时则需要视觉传感器反馈的滞后时间，当需要使用姿态数据时则需要惯性传感器反馈的滞后时间。当同时需要使用图像数据和姿态数据时，例如光伏清洁机器人旋转时会同时使用视觉传感器和惯性传感器判断是否旋转至目标位置，则分别计算视觉传感器反馈的滞后时间对应的Sd和惯性传感器反馈的滞后时间对应的Sd，然后同时进行判断，只要其中一个到达设定则认为已经到达。
上述实施例在不冲突的情况下可自由组合，为了更好地说明本发明光伏清洁机器人的路径控制方法，下面给出具体例子进一步说明：
Step1：测定感知反馈参数
机器人首次运行前需要测定感知反馈参数(即作业参数)。测定并记录一次后，无需每次工作前进行测定。
1)获取视觉和IMU的反馈滞后时间。在视野中有光伏板的情况下，IMU偏航角归零，静止等待感知***稳定。然后命令机器人快速向左旋转并记录开始时间，同时开始高频监测视觉偏航角和IMU偏航角数据，如果变化大于预设数值(例如1°)则记录为结束时间。以此时间差作为视觉和IMU的反馈滞后时间。
2)获取机器人的油门-直线速度数据。视野中有光伏板并且视觉偏航角接近0°，IMU偏航角归零，并放置用于标定的固定障碍物。机器人以预设步长(例如10％)执行定时长前进和后退，通过手工测距、视觉测距或超声波/激光测距获取前进和后退的移动距离并取均值，算出该油门的直线行驶速度毫米/秒。
3)获取机器人的油门-角速度数据。视野中有光伏板并且视觉偏航角接近0°，IMU偏航角归零。机器人以预设步长(例如10％)执行向左/向右定时长旋转，通过手工测量、视觉偏航角变化和IMU偏航角变化获取转动角度，算出该油门的角速度°/秒。
Step2：旋转至视野内有光伏板。
为了适应工作人员随意放置机器人的情况，免除工作人员手动操作机器人到达指定位置的指定朝向，减少工作人员的工作量。本发明可以根据启动后视野内的情况，自动调整至光伏板在视野内并且保持平行的状态。
1)静止等待感知***稳定，然后采集视觉的测距数据。该步骤可以防止采集的数据中包含部分静止前的运动数据，从而影响数据精度。
2)如果没有测距数据，则不断向左旋转，同时检测视觉和IMU数据。如果识别到左右任一边界则停止旋转。如果IMU偏航角变化累积达到720°即已经转了两圈，则判断并不在光伏板阵列上，停止并报错退出。
3)静止等待感知***稳定后，根据视觉偏航角的反馈进行偏航校正，使机器人与光伏板边界平行。
Step3：判断光伏阵列姿态。
在机器人与光伏板保持平行后，此时从IMU获取的姿态可以识别光伏板阵列的摆放方式。
1)计算整个光伏阵列的斜率，判断光伏阵列是平放还是斜放。从IMU获取机器人的俯仰角Pitch和翻滚角Roll，通过这两个角度可以计算出机器人整体的倾斜角度Slope。由于机器人是紧贴着光伏板，因此也可认为是光伏阵列的倾斜情况。
2)计算机器人的倾斜偏航角，判断光伏阵列是与地面平行的规则斜放，还是一个角指向地面的不规则斜放。计算此时的斜向偏航角，如果此时斜向偏航角是直角，则判断是规则斜面，否则就是不规则斜面。
Step4：旋转获取四向数据。
机器人4次向左旋转90°，以此获得四个方向的数据，包括左右边距、光伏板宽度、前向边距列表、俯仰角、翻滚角、偏航角、斜向偏航角，用于路径规划。
其中，通过图像传感器可以获得左右边距、光伏板宽度、前向边距列表，通过IMU可以获得俯仰角、翻滚角、偏航角、斜向偏航角。
1)向左旋转90°；
2)视觉偏航角校正，直至与光伏板的夹角在0±0.5°；
3)静止等待视觉和IMU的滞后时间；
4)开始采集视觉测距和IMU姿态数据
5)重复1)-4)直至采集完四个方向。
Step5：计算清洗路径参数，规划清洗路径。
1)判断是否识别到光伏板的长宽两边尺寸。如果只识别到一边，则认为光伏阵列是一行的组合。
2)识别清洗方向。如果是平面，是朝向与光伏板短边平行，并且最远的前向边框更远的方向；如果是规则斜面，是朝向水平行驶，并且最远的前向边框更远的方向；如果是不规则斜面，与平面的规则相同；
3)识别首行平移方向。清洗方向的左右哪侧没有光伏板，则向另一侧平移；
4)识别初始化移动方向。清洗方向的反方向为移动的第一步方向。垂直于清洗方向的另外两个方向中，最远前向边框更近或者识别不到光伏板的方向为移动的第二步方向。
5)计算一行清洗次数。如果光伏清洁机器人的清洗机构比光伏板宽，则一行清洗一次；如果光伏清洁机器人的清洗机构比光伏板窄，则一行清洗多次，次数是按照光伏板宽度和清洗机构宽度的比例来确定；
6)计算换行平移距离。如果一行清洗一次，则换行时直接行驶光伏板宽度，换到下一行。如果一行清洗多次，则按照清洗次数计算每次平移的距离，直至一行内都清洗过后，再平移一个清洗机构的宽度，跨越到下一行；
7)计算首次行驶的左右边距。如果一行清洗一次，左右边距就是光伏板宽度的一半。如果清洗多次，根据首行向左还是向右平移，确定哪侧是按照清洗机构的一半、另一次按照剩余宽度。
Step6：移动到初始位置。
根据规划的初始化移动路径，分别朝两个方向旋转、对齐偏航角、直行到边并后退防跌落到机器人前端的距离。移动后机器人将在光伏阵列的角落，可以确保行驶全程后不会遗漏部分区域未清洗。
Step7：清洗首行，判断换行方向。
完成初始化后，启动滚刷和水***，速度设置为清洗速度，开始按照清洗路径进行清洗。
直行过程中不断监测视觉偏航角和两边距离。如果出现偏航则根据反馈进行左右履带的差速调整。如果出现偏移，即距离一边太近、另一边太远，则根据偏移的方向，差速调整使机器人与光伏板有5-10°的偏航，然后斜行直至偏移距离进入设定阈值范围内，再差速调整偏航角。
完成首行清洗后，机器人转向设定的方向，判断下一行是否有光伏板。如果有光伏板，则判断初始化正确，继续按路径执行。如果没有光伏板，则调头判断另一个方向，如果有光伏板则更改清洗路径的平移方向，按新路径执行；如果没有光伏板，则判断此光伏阵列是单行阵列，认定完成清洗。
Step8：清洗剩余行，直至最后一行。
完成清洗首行后，机器人按照清洗路径进行清洗，直至换行转向后发现下一行没有光伏板，并且平移后防跌落传感器也反馈没有光伏板，认定为完成清洗任务。
Step9：执行结束动作。
完成清洗后，如果是通过防跌落判断没有光伏板，需要首先回退机器人前端到防跌落的距离，转向结束方向，关闭清洗机构的滚刷和水***，完成清洗任务，等待遥控器的下一步指令。
以上，本实施例以单个单目或深度相机结合IMU获取光伏板的尺寸和姿态，结合自身清洗机构的尺寸规划较为合理的弓形清洗路径，并在清洗过程中根据视觉反馈进行调整，确保机器人沿着清洗路径进行移动。本发明的光伏清洁机器人成本不高，比使用单一逻辑设定的导航模式更智能更能适应各类型的光伏板，比使用SLAM的导航模式运算量更小可移植性更强。能够在初始化的时候自动识别光伏板尺寸和光伏阵列摆放形式，清洗过程中能够通过视觉反馈，确保行驶的方向和与两侧边框的距离，还能够应对机器人打滑导致的旋转或移动，自动返回清洗路径。
本发明还提供一种电子设备，请参阅图9，图9是本发明电子设备一实施例的结构示意图。在本实施例中，电子设备可以包括存储器(memory)920、处理器(processor)910及存储在存储器920上并可在处理器910上运行的计算机程序。处理器910执行程序时实现上述各方法所提供的光伏清洁机器人的路径控制方法。
可选地，电子设备还可以包括通信总线930和通信接口(CommunicationsInterface)940，其中，处理器910，通信接口940，存储器920通过通信总线930完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器920中的逻辑指令，以执行光伏清洁机器人的路径控制方法，该方法包括：
当光伏清洁机器人位于光伏板时，获取包括光伏板的边界的图像数据；根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态；获取光伏清洁机器人在预设姿态时的姿态数据；根据姿态数据确定光伏板的摆放形式；根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。
此外，上述的存储器920中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明还提供一种光伏清洁机器人，包括：图像传感器、惯性传感器、机器人本体和上述的电子设备；其中，图像传感器为深度相机；或者图像传感器包括单目相机和测距组件。
在一些实施例中，光伏清洁机器人还可以包括防跌落传感器，防跌落传感器可以进一步提高光伏清洁机器人的安全性。
以上，本发明具体公开了路径控制方法、电子设备及光伏清洁机器人，光伏清洁机器人的路径控制方法包括：当光伏清洁机器人位于光伏板时，获取包括光伏板的边界的图像数据；根据图像数据，将光伏清洁机器人调整至预设姿态；获取光伏清洁机器人在预设姿态时的姿态数据；根据姿态数据确定光伏板的摆放形式；根据光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径；控制光伏清洁机器人移动至初始位置，并按照预设路径开始作业。通过上述方式，本发明的光伏清洁机器人只需获得图像数据和姿态数据，传感器结构简单，能够降低制作成本；前期的准备数据少、控制过程简单，因此运算量更小，可移植性更强；并且还能够为不同摆放形式的光伏板提供不同的工作路径，智能化程度高。
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实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，包括：
当光伏清洁机器人位于光伏板时，获取包括所述光伏板的边界的图像数据；
根据所述图像数据，将所述光伏清洁机器人调整至预设姿态；
获取所述光伏清洁机器人在所述预设姿态时的姿态数据；
根据所述姿态数据确定所述光伏板的摆放形式；
根据所述光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径；
控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并按照所述预设路径开始作业。
2.根据权利要求1所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述根据所述姿态数据确定所述光伏板的摆放形式，包括：
根据所述姿态数据确定光伏板摆放的倾斜角度；
当所述倾斜角度小于或等于第一预设阈值时，则判定所述光伏板平放；
当所述倾斜角度大于所述第一预设阈值时，则判定所述光伏板斜放。
3.根据权利要求2所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述当所述倾斜角度大于所述预设阈值时，则判定所述光伏板斜放之后，还包括：
根据所述姿态数据确定斜向偏航角；
当所述倾斜偏航角为直角时，则判定所述光伏板为规则斜放；当所述倾斜偏航角不为直角时，则判定所述光伏板为不规则斜放。
4.根据权利要求3所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述姿态数据包括所述光伏清洁机器人的俯仰角Pitch和翻滚角Roll；
所述倾斜角度Slope的确定方式为：
所述斜向偏航角Yawslope的确定方式为：
5.根据权利要求1所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述根据所述光伏板的摆放形式，确定光伏清洁机器人的初始位置和预设路径，包括：
若所述光伏板为平放，所述光伏板的每个角落的高度相同；将距离所述光伏清洁机器人最近的角落设置为所述初始位置，所述预设路径为沿光伏板边缘平行的弓形路径；
若所述光伏板为规则斜放，所述光伏板包括至少一个顶角；将距离所述光伏清洁机器人最近的顶角设置为所述初始位置，所述预设路径为沿着水平方向逐行从上往下的弓形路径；
若所述光伏板为不规则斜放，所述光伏板包括最低角落和除所述最低角落外的其他顶角；将距离所述光伏清洁机器最近的其他顶角设置为所述初始位置，所述预设路径为沿光伏板边缘平行的弓形路径。
6.根据权利要求1所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并按照所述预设路径开始作业，包括：
在作业过程中监测所述光伏清洁机器人的视觉偏航角；其中，所述视觉偏航角为所述光伏清洁机器人的前进方向与光伏板直线纹理的夹角；
当所述视觉偏航角超过第二预设阈值时，根据所述视觉偏航角对所述光伏清洁机器人的左右履带进行差速调整。
7.根据权利要求6所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并按照所述预设路径开始作业，包括：
在作业过程中监测所述光伏清洁机器人的实际路径与两侧边界的实时距离；
当所述实时距离超过第三预设阈值时，控制所述光伏清洁机器人的左右履带差速转动第一预设角度，以使得所述光伏清洁机器人斜向行驶直至所述实时距离不超过所述第三预设阈值，再根据所述视觉偏航角对所述光伏清洁机器人的左右履带进行差速调整以使得所述视觉偏航角不超过所述第二预设阈值。
8.根据权利要求1所述的光伏清洁机器人的路径控制方法，其特征在于，所述根据所述图像数据，将所述光伏清洁机器人调整至预设姿态之前，还包括：
获取所述光伏清洁机器人的视觉传感器和/或惯性传感器反馈的滞后时间；
获取所述光伏清洁机器人的油门-直线速度数据和/或油门-角速度数据；
基于所述滞后时间、所述油门-直线速度数据和/或所述油门-角速度数据，得到所述光伏清洁机器人的作业参数；
所述控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并按照所述预设路径开始作业，包括：
根据所述作业参数，控制所述光伏清洁机器人移动至所述初始位置，并按照所述预设路径开始作业。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述光伏清洁机器人的路径控制方法。
10.一种光伏清洁机器人，其特征在于，包括：图像传感器、惯性传感器、机器人本体和如权利要求9所述的电子设备；
其中，所述图像传感器为深度相机；或者所述图像传感器包括单目相机和测距组件。
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