机器人临时空间避障方法、装置及机器人与流程

本发明涉及一种机器人避障装置，具体涉及一种用于在机器人工作过程进行空间检测的机器人临时空间避障方法、装置及机器人。

背景技术：

移动机器人是机器人领域一个重要分支，智能导航与临时避障是移动机器人最核心的技术之一。机器人导航是指机器人在已知或者未知环境下自主的规划出一条从起点到目标地点的移动路径，让机器人沿着这条路径能顺利的到达终点；机器人临时避障是指机器人在移动过程中根据采集到的实时的环境信息，发现环境中新的障碍物，按照一定的方法有效的避开障碍物，使导航能顺利进行。传统的机器人避障方法主要有可视图法、栅格法、拓扑法、人工势场法，另外还有基于神经网络、遗传等算法的避障方法。

对于已有的机器人避障方法，主要缺陷如下：

1)可视图法缺乏灵活性，在障碍物较多的时候搜索时间长，并且要求障碍物形状不能接近圆形，限制了其实际应用。

2)栅格法是目前研究较多的避障方法，但是其中栅格的大小影响环境信息的存储量和计算时间，栅格越大，分辨率越低，在复杂环境下避障效果越差，栅格越小，避障效果越好，但计算量增加。

3)拓扑法的主要问题在于构建拓扑网络的过程相当复杂，特别是在增加障碍物的时候如何有效的修改拓扑关系还有待解决。

4)人工势场法把移动机器人在环境中的运动视为在一种抽象的人造受力场中的运动，目标点对机器人有吸引力，障碍物对机器人有排斥力，最终通过合力来控制机器人的运动，其缺点是忽略了障碍物的结构外形信息，模型的建立容易产生误差并且陷入到局部最小值。

5)对于利用神经网络、遗传等算法进行避障，其主要缺陷在于算法过于复杂，对机器人计算能力的要求非常高，推广性较弱。

为此，现需要提供一种结构简单且空间检测效率高的机器人临时空间避障方法，进一步提供一种机器人临时空间避障装置及具有该临时空间避障装置的机器人。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种结构简单且空间检测效率高的机器人临时空间避障方法，进一步提供一种机器人临时空间避障装置及具有该临时空间避障装置的机器人。

为解决上述技术问题，本发明的一种机器人临时空间避障方法，包括以下步骤，

s1：在机器人上安装对机器人行进方向的宽度方向进行检测的宽度检测装置和对机器人行进方向的高度方向进行检测的高度检测装置，机器人在沿预设的导航路径行进的过程中，驱动装置驱动所述宽度检测装置和所述高度检测装置往复滑动，所述宽度检测装置和所述高度检测装置对行进方向上的空间障碍物进行检测，一旦检测到障碍物，进入步骤s2；

s2：若只有所述宽度检测装置检测到障碍物，则进入步骤s3；若只有所述高度检测装置检测到障碍物，则进入步骤s5；若所述宽度检测装置和所述高度检测装置同时检测到障碍物，则先进入步骤s3后，再进入步骤s5；

s3：判断障碍物左、右两侧任意一侧的空间宽度是否大于机器人宽度d，如果是，进入步骤s4，否则机器人停止行进；

s4：选择障碍物左、右两侧行进空间宽度较大的一侧作为绕行行进空间，并生成绕行路径，机器人根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

s5：机器人向障碍物左侧/障碍物右侧行进，当所述高度检测装置不再检测到障碍物后，继续向障碍物左侧/障碍物右侧行进距离l且不再检测到障碍物，则机器人向障碍物右侧/障碍物左侧回退距离l，并进入步骤s6，其中距离l不小于机器人宽度d；否则，机器人停止行进；

s6：选择障碍物左侧/障碍物右侧作为绕行进行空间，并生成绕行路径，机器人根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障。

所述宽度检测装置以沿机器人的宽度方向进行滑动的方式安装在机器人上。

所述高度检测装置以沿机器人的高度方向进行滑动的方式安装在机器人上。

所述宽度检测装置以水平旋转方式安装在机器人上，其旋转范围不小于机器人宽度d。

所述宽度检测装置以竖直旋转方式安装在机器人上，其旋转范围不小于机器人高度h。

一种机器人临时空间避障装置，其包括

至少一个宽度检测装置，沿所述机器人的宽度方向滑动安装；

至少一个高度检测装置，沿所述机器人的高度方向滑动安装；

驱动装置，用于驱动所述宽度检测装置进行往复滑动的第一滑动驱动结构和用于驱动所述高度检测装置进行往复滑动的第二滑动驱动结构。

还包括导向结构，所述导向结构包括用于滑动安装所述宽度检测装置的宽度滑动槽和用于滑动安装所述高度检测装置的高度滑动槽。

一种机器人临时空间避障装置，其包括

至少一个宽度检测装置，以水平旋转方式安装在机器人上；

至少一个高度检测装置，以竖直旋转方式安装在机器人上；

驱动装置，用于驱动所述宽度检测装置进行往复旋转的第一旋转驱动结构和用于驱动所述高度检测装置进行往复旋转的第二旋转驱动结构。

所述宽度检测装置和所述高度检测装置设为红外传感器或激光器。

机器人，该机器人包括如上所述的机器人临时空间避障装置。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

在该机器人临时空间避障方法，通过所述宽度检测装置直接对机器人的行进方向进行宽度检测，通过所述高度检测装置直接对机器人的行进方向进行高度检测，并根据检测结果进行相应的后续步骤，为机器人选择合适的绕行空间，其检测速度更快，检测效率更高，检测精度也高。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例2所述的机器人临时空间避障装置结构示意图；

图2是本发明实施例3所述的机器人临时空间避障装置结构示意图；

图中附图标记表示为：1-机器人；2-宽度检测装置；3-高度检测装置；4-宽度滑动槽；5-高度滑动槽；6-第一滑动驱动结构；7-第二滑动驱动结构；8-第一旋转驱动结构；9-第二旋转驱动结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

本实施例所述的一种机器人临时空间避障方法，其包括包括以下步骤，

s1：在机器人1上安装对机器人1行进方向的宽度方向进行检测的宽度检测装置2和对机器人1行进方向的高度方向进行检测的高度检测装置3，机器人1在沿预设的导航路径行进的过程中，驱动装置驱动所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3往复滑动/旋转，所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3对行进方向上的空间障碍物进行检测，一旦检测到障碍物，进入步骤s2；

s2：若只有所述宽度检测装置2检测到障碍物，则进入步骤s3；若只有所述高度检测装置3检测到障碍物，则进入步骤s5；若所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3同时检测到障碍物，则先进入步骤s3后，再进入步骤s5；

s3：判断障碍物左、右两侧任意一侧的空间宽度是否大于机器人宽度d，如果是，进入步骤s4，否则机器人1停止行进；

s4：选择障碍物左、右两侧行进空间宽度较大的一侧作为绕行行进空间，并生成绕行路径，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

s5：机器人1向障碍物左侧/障碍物右侧行进，当所述高度检测装置3不再检测到障碍物后，继续向障碍物左侧/障碍物右侧行进距离l且不再检测到障碍物，则机器人1向障碍物右侧/障碍物左侧回退距离l，并进入步骤s6，其中距离l不小于机器人宽度d,；否则，机器人1停止行进；

s6：选择障碍物左侧/障碍物右侧作为绕行进行空间，并生成绕行路径，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障。

本实施例设有直接在机器人1的行进方向上进行宽度检测的宽度检测装置2和机器人1的行进方向上进行高度检测的高度检测装置3，通过所述宽度检测装置2直接对机器人1的行进方向进行宽度检测，通过所述高度检测装置3直接对机器人1的行进方向进行高度检测，并根据检测结果进行相应的后续步骤，为机器人1选择合适的绕行空间，其检测速度更快，检测效率更高，检测精度也高；且相对与现有技术中基于摄像头的图像检测方法来说，其反应速度更快，检测效率更高；也就是说，本实施例对行进方向的宽度方向和高度方向进行分开检测，相对与现有技术中的采用图像检测对高度和宽度进行组合检测的方式来说，其检测更为直接、快速。

在本实施例中，所述宽度检测装置2以沿机器人1的宽度方向进行滑动的方式安装在机器人1上，所述高度检测装置3以沿机器人1的高度方向进行滑动的方式安装在机器人1上；即通过滑动设置所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3实现机器人1在行进方向的全高度检测和全宽度检测，该设置结构简单、易于加工制作。

当然，作为可变换的实施方式，还可以设置所述宽度检测装置2以水平旋转方式安装在机器人1上，其旋转范围不小于机器人宽度d，所述宽度检测装置2以竖直旋转方式安装在机器人1上，其旋转范围不小于机器人高度h。

如图1所示，本实施例的机器人临时空间避障方法的大致过程如下：

s1：当机器人1收到任务后，机器人1执行任务并朝向目标开始行进，与此同时，所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3开始进行检测，且所述驱动装置驱动所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3进行往复滑动/旋转，所述宽度检测装置2通过在宽度方向上的往复滑动/旋转实现对机器人1的行进方向的宽度方向的无死角检测，所述高度检测装置3通过在高度方向上的往复滑动/旋转实现对机器人1的行进方向的高度方向的无死角检测，从而实现在机器人1的行进方向上的无死角检测；

s2：若只有所述宽度检测装置2检测到障碍物，则进入步骤s3；若只有所述高度检测装置3检测到障碍物，则进入步骤s5；若所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3同时检测到障碍物，则先进入步骤s3后，再进入步骤s5；

s3：判断障碍物左、右两侧任意一侧的空间宽度是否大于机器人宽度d；如果两侧的空间宽度都小于机器人宽度d，则机器人1停止行进；如果任意一侧的空间宽度大于机器人宽度d,则进入步骤s4：

s4：选择选择障碍物左、右两侧行进空间宽度较大的一侧作为绕行行进空间，并生成绕行路径；而后，根据机器人1当前位置将绕行路径与原始预设的导航路径连接，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

s5：机器人1向障碍物左侧/障碍物右侧行进以寻找非障碍物空间，当所述高度检测装置3不再检测到障碍物后，继续向障碍物左侧/障碍物右侧行进距离l且不再检测到障碍物，则机器人1向障碍物右侧/障碍物左侧回退距离l，并进入步骤s6，其中距离l不小于机器人宽度d；否则，机器人1停止行进；

s6：选择障碍物左侧/障碍物右侧作为绕行进行空间，并生成绕行路径，从而确保机器人1能够从障碍物右侧/障碍物左侧顺利通过，根据机器人1当前位置将绕行路径与原始预设的导航路径连接，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

若机器人1在继续行进过程中，再次检测到障碍物，则循环上述步骤即可。

在本实施例中，所述绕行路径根据选择的绕行空间和原始预设的导航路径重新设置而成，其具体设置方式与设置该机器人1的原始预设的导航路径的设置方式相同，因此在此不再赘述。

在本实施例中，优选所述宽度检测装置2包括距离传感器，所述高度检测装置3包括距离传感器，其结构简单、使用成本低且检测速度快。

当然，作为可变换的实施方式，还可以设置所述高度检测装置3包括图像检测装置，其摄像头设为华硕的rgb-d摄像头，该摄像头的水平视觉为58度，垂直视角为45度，对角具有70度的可视区间；为了获得更大的垂直视觉，实际使用时，将该摄像头竖直安装在机器人1上。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种机器人临时空间避障装置，其包括

至少一个宽度检测装置2，沿所述机器人1的宽度方向滑动安装；

至少一个高度检测装置3，沿所述机器人1的高度方向滑动安装；

驱动装置，用于驱动所述宽度检测装置2进行往复滑动的第一滑动驱动结构6和用于驱动所述高度检测装置3进行往复滑动的第二滑动驱动结构7。

在本实施中，优选设置两个所述高度检测装置3，且两个高度检测装置3在所述机器人1的行进面上间隔设置，从而实现不同前面位置的测高度方向上的同时检测。

本实施例还包括导向结构，所述导向结构包括用于滑动安装所述宽度检测装置2的宽度滑动槽4和用于滑动安装所述高度检测装置3的高度滑动槽5；所述宽度滑动槽4对所述宽度检测装置2的滑动进导向，所述宽度检测装置2在所述第一滑动驱动结构6的作用下沿所述宽度滑动槽4进行往复滑动；所述高度滑动槽5对所述高度检测装置3的滑动进导向，所述高度检测装置3在所述第二滑动驱动结构7的作用下沿所述高度滑动槽5进行往复滑动。

具体地，所述第一滑动驱动结构6包括第一驱动电机、与所述第一驱动电机的驱动轴同轴连接的第一螺杆、以及螺纹连接在所述第一螺杆上的第一滑块；其中，所述第一螺杆的长度方向与所述宽度滑动槽4的长度方向一致，所述第一滑块嵌入在所述宽度滑动槽4中，所述宽度检测装置2固定安装在所述第一滑块上；当所述第一驱动电机发生旋转时带动所述第一螺杆旋转，而套设在所述第一螺杆上的所述第一滑块在所述宽度滑动槽4的限制下无法发生旋转，只能沿所述第一螺杆的长度方向进行滑动，从而带动所述宽度检测装置2在所述宽度滑动槽4内发生滑动。

具体地，所述第二滑动驱动结构7包括第二驱动电机、与所述第二驱动电机的驱动轴同轴连接的第二螺杆、以及螺纹连接在所述第二螺杆上的第二滑块；其中，所述第二螺杆的长度方向与所述高度滑动槽5的长度方向一致，所述第二滑块嵌入在所述高度滑动槽5中，所述高度检测装置3固定安装在所述第二滑块上；当所述第二驱动电机发生旋转时带动所述第二螺杆旋转，而套设在所述第二螺杆上的所述第二滑块在所述高度滑动槽5的限制下无法发生旋转，只能沿所述第二螺杆的长度方向进行滑动，从而带动所述高度检测装置3在所述高度滑动槽5内发生滑动。

在本实施例中，优选将所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3设为红外传感器或激光器。

本实施例的机器人临时空间避障装置的大致使用过程如下：

首先将该机器人临时空间避障装置安装在机器人1的行进面的面板上，且两个所述高度检测装置3间隔设置，且每个所述高度检测装置3靠近机器人1的侧面设置，也就是说，使得两个所述高度检测装置3之间的间距尽可能的接近所述机器人1的宽度，两个所述高度检测装置3分别设为左侧高度检测装置3和右侧高度检测装置3；

当机器人1收到任务后，机器人1执行任务并朝向目标开始行进，与此同时，所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3开始进行检测，且所述驱动装置驱动所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3进行往复滑动，所述宽度检测装置2通过在宽度方向上的往复滑动实现对机器人1的行进方向的宽度方向的无死角检测，两个所述高度检测装置3通过在高度方向上的往复滑动实现对机器人1的行进方向的高度方向的无死角检测，从而实现在机器人1的行进方向上的无死角检测；

当只有所述宽度检测装置2检测到障碍物时，判断障碍物左、右两侧进一侧的空间宽度是否大于机器人宽度d；如果两侧的空间宽度都小于机器人宽度d，则机器人1停止行进；如果任意一侧的空间宽度大于机器人宽度d，则选择选择障碍物左、右两侧行进空间宽度较大的一侧作为绕行行进空间，并生成绕行路径；而后，根据机器人1当前位置将绕行路径与原始预设的导航路径连接，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

当只有所述高度检测装置3检测到障碍物时，机器人1向障碍物左侧/障碍物右侧行进以寻找非障碍空间；如果，仅为左侧高度检测装置3检测到障碍物，则机器人1优先向障碍物右侧行进以寻找非障碍空间；如果，仅为右侧高度检测装置3检测到障碍物，则机器人1优先向左侧行进以寻找非障碍空间；当所述高度检测装置3不再检测到障碍物后，继续向障碍物左侧/障碍物右侧行进距离l且不再检测到障碍物，则机器人1向障碍物右侧/障碍物左侧回退距离l，其中距离l不小于机器人宽度d，选择障碍物左侧/障碍物右侧作为绕行进行空间，并生成绕行路径，从而确保机器人1能够从障碍物右侧/障碍物左侧顺利通过，否则机器人1停止行进；根据机器人1当前位置将绕行路径与原始预设的导航路径连接，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

当所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3同时检测到障碍物，首先进入只有所述宽度检测装置2检测到障碍物的后续步骤，再进入只有所述高度检测装置3检测到障碍物的后续步骤；

若机器人1在继续行进过程中，再次检测到障碍物，则循环上述步骤即可。

实施例3

如图2所示，本实施例提供一种机器人临时空间避障装置，其包括

至少一个宽度检测装置2，以水平旋转方式安装在机器人1上；

至少一个高度检测装置3，以竖直旋转方式安装在机器人1上；

驱动装置，用于驱动所述宽度检测装置2进行往复旋转的第一旋转驱动结构8和用于驱动所述高度检测装置3进行往复旋转的第二旋转驱动结构9。

在本实施中，优选设置两个所述高度检测装置3，且两个高度检测装置3在所述机器人1的行进面上间隔设置，从而实现不同前面位置的测高度方向上的同时检测。

具体地，所述第一旋转驱动结构8包括第一驱动电机、与所述第一驱动电机的驱动轴同轴套设的第一传动齿轮、以及与所述第一传动齿轮啮合的第一从动齿轮；其中，所述宽度检测装置2安装在所述第一从动齿轮上；当所述第一旋转电机发生旋转时带动所述第一传动齿轮旋转，而与所述第一传动齿轮啮合的第一从动齿轮带动所述宽度检测装置2发生旋转，从而使得所述宽度检测装置2进行往复旋转，实现对所述机器人1的行进方向上的宽度方向的检测。

具体地，所述第二旋转驱动结构9包括第二驱动电机、与所述第二驱动电机的驱动轴同轴套设的第二传动齿轮、以及与所述第二传动齿轮啮合的第二从动齿轮；其中，所述高度检测装置3安装在所述第二从动齿轮上；当所述第二旋转电机发生旋转时带动所述第二传动齿轮旋转，而与所述第二传动齿轮啮合的第二从动齿轮带动所述高度检测装置3发生旋转，从而使得所述高度检测装置3进行往复旋转，实现对所述机器人1的行进方向上的高度方向的检测。

在本实施例中，优选将所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3设为红外传感器或激光器。

本实施例的机器人临时空间避障装置的大致使用过程如下：

首先将该机器人临时空间避障装置安装在机器人1的行进面的面板上，且两个所述高度检测装置3间隔设置，且每个所述高度检测装置3靠近机器人1的侧面设置，也就是说，使得两个所述高度检测装置3之间的间距尽可能的接近所述机器人1的宽度，两个所述高度检测装置3分别设为左侧高度检测装置3和右侧高度检测装置3；

当机器人1收到任务后，机器人1执行任务并朝向目标开始行进，与此同时，所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3开始进行检测，且所述驱动装置驱动所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3进行往复旋转，所述宽度检测装置2通过在宽度方向上的往复旋转实现对机器人1的行进方向的宽度方向的无死角检测，两个所述高度检测装置3通过在高度方向上的往复旋转实现对机器人1的行进方向的高度方向的无死角检测，从而实现在机器人1的行进方向上的无死角检测；

当只有所述宽度检测装置2检测到障碍物时，判断障碍物左、右两侧进一侧的空间宽度是否大于机器人宽度d；如果两侧的空间宽度都小于机器人宽度d，则机器人1停止行进；如果任意一侧的空间宽度大于机器人宽度d，则选择选择障碍物左、右两侧行进空间宽度较大的一侧作为绕行行进空间，并生成绕行路径；而后，根据机器人1当前位置将绕行路径与原始预设的导航路径连接，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

当只有所述高度检测装置3检测到障碍物时，机器人1向障碍物左侧/障碍物右侧行进以寻找非障碍空间；如果，仅为左侧高度检测装置3检测到障碍物，则机器人1优先向障碍物右侧行进以寻找非障碍空间；如果，仅为右侧高度检测装置3检测到障碍物，则机器人1优先向左侧行进以寻找非障碍空间；当所述高度检测装置3不再检测到障碍物后，继续向障碍物左侧/障碍物右侧行进距离l且不再检测到障碍物，则机器人1向障碍物右侧/障碍物左侧回退距离l，其中距离l不小于机器人宽度d，选择障碍物左侧/障碍物右侧作为绕行进行空间，并生成绕行路径，从而确保机器人1能够从障碍物右侧/障碍物左侧顺利通过，否则机器人1停止行进；根据机器人1当前位置将绕行路径与原始预设的导航路径连接，机器人1根据绕行路径继续行进，完成一次空间避障；

当所述宽度检测装置2和所述高度检测装置3同时检测到障碍物，首先进入只有所述宽度检测装置2检测到障碍物的后续步骤，再进入只有所述高度检测装置3检测到障碍物的后续步骤；

若机器人1在继续行进过程中，再次检测到障碍物，则循环上述步骤即可。

实施例4

机器人，该机器人1包括至少一个如上所述的机器人临时空间避障装置。

在本实施例中，当该机器人1具有两个或者两个以上的可行进方向时，则可以在每一个行进方向所对应的行进面上设置一个所述机器人临时空间避障装置，从而以适应机器人1的行进方向随时发生改变的情况，也就是适应机器人1的多方向行进的需要。

当然，还可以在机器人1的同一行进面上设置多个所述机器人临时空间避障装置，以提高空间障碍物检测效率和检测精准度。

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。