一种自主移动系统及其控制方法与流程

本发明涉及智能玩具设备技术领域，尤其涉及一种自主移动系统及其控制方法。

背景技术：

现有的一种玩具设备移动控制系统，玩具设备是由控制设备例如遥控器、手机等控制其移动、转向及完成某些特定的动作。在这种系统中，玩具设备无法实现自主移动功能。

现有的另一种玩具设备移动控制系统，玩具设备上安装有用于避障的传感器，当玩具设备在向前移动过程中检测到前方近距离有障碍物时，会进行持续转向，在转向过程中，当避障传感器检测到前方近距离不存在障碍物时，玩具设备停止转向并继续向前移动。在这种系统中，玩具设备在自主移动中无法进行精确角度的转向并无法获取到精确方向上的障碍物信息，无法制定最优控制策略，另外，玩具设备在避障后无法回到原来的移动方向，从而无法实现有方向或有目的的自主移动。

随着智能硬件领域的兴起，各种小型化的传感器技术得到快速发展，比如惯性传感器、红外传感器、超声波传感器、无线感应传感器等，本发明的一种自主移动系统及其控制方法包含了多种传感器技术。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种自主移动系统及其控制方法，通过该系统的应用，智能玩具设备可以实时获取到当前的姿态角，可以对周围进行障碍物检测，可以实时侦测感应周围环境中客体的特征信息并触发其开始或结束移动，智能玩具设备可以根据预设的方向或目的制定控制策略并进行精确角度的转向和移动中避障，进而智能玩具设备可以按照预设的方向或目的进行自主移动。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种自主移动系统，该系统应用于智能玩具设备控制系统，包括：

微控制器；

与所述微控制器连接的姿态检测模块；

与所述微控制器连接的障碍检测模块；

与所述微控制器连接的侦测感应模块；

与所述微控制器连接的动力装置。

进一步，所述姿态检测模块包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁传感器。

可选的，所述障碍检测模块包括红外传感器模块、超声波传感器模块、激光传感器模块、微波雷达、激光雷达中的至少一种。

可选的，所述侦测感应模块包括感应开关模块、无线感应模块、传感模块、音频采集模块、视频采集模块、人机交互模块中的至少一种。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种上述自主移动系统的控制方法，包括：

所述微控制器中预设有所述智能玩具设备开始和结束自主移动的触发条件和所述智能玩具设备自主移动的方向或目的；

所述姿态检测模块用于实时测量所述智能玩具设备当前的三轴角速率、三轴加速度和三轴地磁场强度的数据信息并实时发送给所述微控制器；

所述障碍检测模块用于实时检测所述智能玩具设备的一定距离内是否有障碍物以及障碍物的距离并生成障碍检测信息，所述障碍检测模块将所述障碍检测信息实时发送给所述微控制器；

所述侦测感应模块用于实时侦测感应所述智能玩具设备周围一定范围内一个或一组客体的特征信息，所述侦测感应模块处理所述客体的特征信息并生成侦测感应信息，所述侦测感应模块将所述侦测感应信息实时发送给所述微控制器；

所述动力装置用于带动所述智能玩具设备移动和转向，所述微控制器发送控制信号给所述动力装置并通过所述动力装置对所述智能玩具设备进行移动和转向控制。

进一步，所述微控制器根据所述姿态检测模块发送的三轴角速率、三轴加速度和三轴地磁场强度的数据信息，通过姿态解算得到所述智能玩具设备当前的姿态角并对所述当前的姿态角进行数据滤波，进而所述微控制器获取到所述智能玩具设备当前精确的姿态角。

进一步，所述微控制器根据所述障碍检测模块发送的所述障碍检测信息，结合所述当前精确的姿态角，获取到所述智能玩具设备的当前姿态角的障碍检测信息。

进一步，所述微控制器接收所述侦测感应模块发送的所述侦测感应信息，所述微控制器处理所述侦测感应信息并解析得到所述客体的特征信息，所述微控制器根据所述预设的开始和结束自主移动的触发条件判断所述客体的特征信息是否为该触发条件，进而所述微控制器确定是否开始或结束所述智能玩具设备的自主移动。

进一步，所述微控制器根据所述预设的自主移动的方向或目的、所述当前精确的姿态角、所述当前姿态角的障碍检测信息、所述客体的特征信息制定或调整控制策略。

进一步，所述微控制器按照所述控制策略并实时根据所述智能玩具设备的所述当前精确的姿态角调节所述控制信号中的控制输出，进而所述微控制器控制所述智能玩具设备进行精确角度的转向和移动，所述智能玩具设备按照所述预设的自主移动的方向或目的进行自主移动。

进一步，可选的，所述预设的自主移动的方向或目的还可以与所述客体的特征信息相关，所述微控制器处理所述侦测感应信息并解析得到所述客体的特征信息，所述微控制器根据所述预设的自主移动的方向或目的判断所述客体的特征信息是否与该方向或目的相关，进而所述微控制器根据所述客体的特征信息确定所述智能玩具设备自主移动的方向或目的并制定或调整控制策略。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中，通过智能玩具设备上的姿态检测模块以及对姿态检测信息的处理，使智能玩具设备可以实时获取到当前精确的姿态角。

(2)本发明中，通过智能玩具设备上的障碍检测模块并结合智能玩具设备当前精确的姿态角，使智能玩具设备可以获取到当前姿态角的障碍检测信息。

(3)本发明中，通过智能玩具设备上的侦测感应模块，使智能玩具设备可以实时侦测感应智能玩具设备周围一定范围内一个或一组客体的特征信息，可以判断客体的特征信息是否为预设的触发条件，进而确定是否开始或结束移动，实现了基于周围环境中客体的特征信息的感应触发。

(4)本发明中，通过实时获取智能玩具设备当前精确的姿态角、当前姿态角的障碍检测信息以及对智能玩具设备周围环境中客体的特征信息的侦测感应，使智能玩具设备可以根据自主移动的方向或目的制定或调整控制策略并可以在移动中进行精确角度的转向和避障，进而实现了智能玩具设备有方向或有目的的自主移动。

附图说明

图1为本发明实施例的一种自主移动系统的结构示意图；

图2和图3为本发明实施例的一种自主移动系统控制方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的一种自主移动系统控制方法的障碍物检测方法示意图。

图中：1为微控制器，2为姿态检测模块，3为障碍检测模块，4为侦测感应模块，5为动力装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的一种自主移动系统，如图1所示，包括：

微控制器1；

与微控制器1连接的姿态检测模块2；

与微控制器1连接的障碍检测模块3；

与微控制器1连接的侦测感应模块4；

与微控制器1连接的动力装置5。

姿态检测模块2包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁传感器。

障碍检测模块3可以例如为红外传感器模块、超声波传感器模块、激光传感器模块、微波雷达、激光雷达等。

侦测感应模块4可以例如为感应开关模块、无线感应模块、传感模块、音频采集模块、视频采集模块、人机交互模块等。

本发明实施例的一种自主移动系统的控制方法，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

在步骤s101中，微控制器1中预设智能玩具设备开始和结束自主移动的触发条件和智能玩具设备自主移动的方向或目的；

在步骤s201中，姿态检测模块2实时测量智能玩具设备当前的三轴角速率、三轴加速度和三轴地磁场强度的数据信息并实时发送给微控制器1；

在步骤s202中，微控制器1处理姿态检测模块2发送的三轴角速率、三轴加速度和三轴地磁场强度的数据信息，通过姿态解算得到智能玩具设备当前的姿态角；

在步骤s203中，微控制器1对当前的姿态角进行数据滤波，进而微控制器1获取到智能玩具设备当前精确的姿态角；

在步骤s301中，障碍检测模块3实时检测智能玩具设备的一定距离内是否有障碍物以及障碍物的距离并生成障碍检测信息，障碍检测模块3将障碍检测信息实时发送给微控制器1；

在步骤s302中，微控制器1处理障碍检测模块3发送的障碍检测信息，结合当前精确的姿态角，获取到智能玩具设备的当前姿态角的障碍检测信息；

在步骤s401中，侦测感应模块4实时侦测感应智能玩具设备周围一定范围内一个或一组客体的特征信息，侦测感应模块4处理客体的特征信息并生成侦测感应信息，侦测感应模块4将侦测感应信息实时发送给微控制器1；

在步骤s402中，微控制器1处理侦测感应模块4发送的侦测感应信息并解析得到客体的特征信息；

在步骤s403中，微控制器1根据预设的智能玩具设备开始和结束自主移动的触发条件判断客体的特征信息是否为该触发条件，进而微控制器1确定是否开始或结束智能玩具设备的自主移动；

在步骤s501中，微控制器1根据预设的智能玩具设备自主移动的方向或目的、当前精确的姿态角、当前姿态角的障碍检测信息、客体的特征信息制定或调整控制策略；

在步骤s502中，微控制器1实时根据智能玩具设备的当前精确的姿态角调节控制信号中的控制输出，微控制器1按照控制策略发送控制信号给动力装置5；

在步骤s503中，动力装置5接收微控制器1的控制信号，动力装置5根据控制信号带动智能玩具设备进行精确角度的转向和移动，进而实现智能玩具设备按照预设的方向或目的进行自主移动。

请继续参考图2，具体实施时，使智能玩具设备进行精确角度转向的控制方法包括：在步骤s202中，微控制器1通过姿态融合算法将接收到的智能玩具设备当前的三轴角速率、三轴加速度和三轴地磁场强度的数据信息解算得到智能玩具设备当前的姿态角；在步骤s203中，微控制器1通过滤波算法对智能玩具设备当前的姿态角进行数据滤波得到智能玩具设备当前精确的姿态角；在步骤s502中，微控制器1可以通过pid(比例proportion、积分integral、导数derivative)控制技术实时将智能玩具设备当前精确的姿态角与控制策略中期望的转向角度进行比较，微控制器1不断调节控制输出并形成闭环控制系统，进而可以实现微控制器1通过控制信号控制动力装置5带动智能玩具设备进行精确角度的转向。

在本实施例的控制方法中，预设的智能玩具设备自主移动的方向或目的还可以与客体的特征信息相关，如图3所示，在步骤s404中，微控制器1根据预设的智能玩具设备自主移动的方向或目的判断客体的特征信息是否与该方向或目的相关，如果相关，微控制器1可以根据客体的特征信息确定智能玩具设备自主移动的方向或目的并制定或调整控制策略。

在本实施例中，还提供了一种对智能玩具设备周围进行全方向或多方向的障碍物检测方法，包括：微控制器1通过控制智能玩具设备进行精准角度的转向并实时获取智能玩具设备当前姿态角的障碍检测信息，进而微控制器1获取到智能玩具设备全方向或多方向的障碍检测信息。以智能玩具设备在水平面上移动为例，请参考图4，对智能玩具设备周围进行全方向或多方向的障碍物检测过程中，微控制器1通过姿态检测模块2获取到智能玩具设备当前精确的姿态角，当前精确的姿态角包括俯仰角θ(pitch)、航向角ψ(yaw)、滚转角φ(roll)，微控制器1通过障碍检测模块3对智能玩具设备当前航向角ψ方向的障碍物进行检测并获取到当前航向角ψ的障碍检测信息，进一步，微控制器1可以控制智能玩具设备在所在平面上进行精确角度△ψ的转向并实时通过障碍检测模块3获取到航向角(ψ+△ψ)方向的障碍检测信息，进而微控制器1可以获取到智能玩具设备多方向的障碍检测信息，进一步，微控制器1还可以通过控制智能玩具设备进行360度的转向并获取到智能玩具设备在所在平面上的全方向的障碍检测信息。

可选的，在智能玩具设备自主移动过程中，微控制器1通过障碍检测模块3检测到在移动方向上有障碍物时，微控制器1制定的控制策略中可以包括一种或多种相结合的移动避障方式，所述移动避障方式可以例如为：

微控制器1通过障碍检测模块3对智能玩具设备的周围进行全方向的障碍物检测并获取到全方向的障碍检测信息，微控制器1根据已制定的控制策略规划最优或次优的移动避障路径，微控制器1控制智能玩具设备在所述最优或次优的移动路径上继续移动；

微控制器1通过障碍检测模块3对智能玩具设备的周围进行多方向的障碍物检测并获取到多方向的障碍检测信息，微控制器1根据已制定的控制策略规划最优或次优的移动避障路径，微控制器1控制智能玩具设备在所述最优或次优的移动路径上继续移动；

微控制器1控制智能玩具设备根据已制定的控制策略进行精确角度的转向并实时获取智能玩具设备的当前姿态角的障碍检测信息，当检测到某个方向不存在障碍物时，微控制器1控制智能玩具设备向该方向继续移动；

微控制器1控制智能玩具设备根据已制定的控制策略进行精确角度的转向并实时获取智能玩具设备的当前姿态角的障碍检测信息，当检测到某个方向障碍物距离较远时，微控制器1控制智能玩具设备向该方向继续移动。

在本实施例中，侦测感应模块4侦测感应的客体的特征信息可以例如为客体是否存在、客体的位置、客体的状态、客体的无线信号强度、客体的声音、客体的图像等信息。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。