障碍物探测装置、机器人及障碍物探测方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种障碍物探测装置、机器人及障碍物探测方法。

背景技术：

随着现代科技的飞速发展，智能机器人的应用范围越来越广泛，不管是家中，还是商场、银行等公共场所都能够见到智能机器人的身影。

机器人上通常都设置有障碍探测功能，以在移动时能够自动避开障碍物，或者在人们靠近时可以自动进行避让。为了探测多个方向上的障碍物，就在机器人上安装多个探测部件。

现有这种安装多个探测部件的方式，虽能检测到多个方向上的障碍物，但还是存在盲区，不能实现全方位障碍物的探测。另外，安装多个探测部件的方式，成本较高，且安装复杂。

技术实现要素：

鉴于此，本发明实施例提供了一种障碍物探测装置、机器人及障碍物探测方法，用以解决现有技术不能满足全方位障碍探测的问题。

于是，在本发明的一个实施例中，提供了一种障碍物探测装置。该装置包括：驱动部件，所述驱动部件的转动轴用于输出旋转动力；第一电路板，其设置在所述转动轴上，以在所述驱动部件的驱动下旋转；探测部件，其设置在所述第一电路板上，与所述第一电路板同步旋转，用于探测障碍物；第二电路板，与所述第一电路板平行设置；供电部件用于为所述第一电路板、所述探测部件及所述第二电路板提供工作电压。

可选的，上述的装置中，所述第二电路板上设有通孔；所述通孔与所述驱动部件的外轮廓适配，所述驱动部件的转动轴伸出所述通孔。

可选的，上述的装置还可包括：计时器。所述计时器用于对所述探测部件的探测时间进行计时，以便基于所述探测部件在探测到障碍物时所述计时器的计时信息及所述探测部件的旋转速度，确定所述障碍物的方位。

可选的，上述提供的装置还可包括：零位测定部件及零位标定部件。零位测定部件设置在所述第一电路板上，以与所述探测部件同步旋转；零位标定部件设置在所述第二电路上；其中，所述零位测定部件与所述计时器连接，所述零位测定部件在旋转过程中检测到所述零位标定部件时向所述计时器发送计时清零信号，以对所述计时器进行清零。

可选的，上述提供的装置还可包括：处理器。处理器分别与所述探测部件及计时器连接。所述处理器用于获取所述探测部件生成的探测信号，根据所述探测信号确定距障碍物的距离；若所述距离小于安全距离，则获取所述计时器的计时信息；根据所述计时信息及所述探测部件的旋转速度，确定所述障碍物的方位。

可选的，上述提供的装置还包括：无线发射模块和无线接收模块。其中，所述无线发射模块与所述无线接收模块通信连接；所述无线接收模块，其设置在所述第二电路板上，用于连接外部设备；所述无线发射模块，其设置在所述第一电路板上，并与所述探测部件连接，用于将接收自所述探测部件生成的探测信号通过所述无线接收模块发出。

在本发明的另一实施例中，提供了一种机器人。该机器人包括设置在所述机器人上的障碍物探测装置；所述障碍物探测装置可采用上述实施例提供的技术方案实现。

在本发明的又一实施例中，提供了一种机器人。该机器人包括：

驱动部件，其设置在所述机器人上，所述驱动部件的转动轴用于输出旋转动力；

探测部件，其设置在所述转动轴上，以在所述驱动部件的驱动下旋转探测障碍物；

其中，所述探测部件与所述机器人通信连接，用于将探测信号发送至所述机器人；

所述机器人，用于根据接收到的所述探测信号确定障碍物的距离；

所述机器人，还用于对所述探测部件的旋转进行计时，并根据所述探测部件在探测到障碍物时的计时信息及所述探测部件的旋转速度，确定所述障碍物的方位。

在本发明的又一实施例中，提供一种障碍物探测方法。该方法包括：

获取探测部件探测到障碍物时生成的探测信号，其中，所述探测部件设置在驱动部件的转动轴上，并在所述驱动部件的驱动下按照所述转动轴的旋转速度旋转，以探测障碍物；

根据所述探测信号，确定障碍物的距离；

若所述距离小于最小安全距离，则获取所述探测部件的探测时间及所述旋转速度；

根据所述探测时间和所述旋转速度，确定所述障碍物的方位。

可选的，上述的方法，还可包括：若所述探测部件旋转满一圈，则将所述探测时间清零以重新计时。

可选的，上述的方法中，所述探测部件设置在移动体上；以及

所述方法，还包括：

获取所述移动体向所述障碍物移动的速度；

获取所述移动体的制动距离；

获取所述探测部件的盲区时间；

根据所述速度、所述制动距离及所述盲区时间，确定所述最小安全距离。

本发明实施例提供的技术方案，通过驱动部件驱动探测部件进行旋转探测，实现了全方位的探测；通过设置第一电路板和第二电路板，以将多个部件，如探测部件和供电部件等，分置于两个电路板上，可简化结构的复杂度，易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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为本发明一实施例提供的障碍物探测装置的结构框图；

图2为本发明一实施例提供的机器人的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的机器人的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的障碍物探测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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清楚、完整地描述。

在本发明的说明书、权利要求书及上述附图中描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行。操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

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清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。

图1示出了本发明一实施例提供的障碍物探测装置的结构框图。如图1所示，该障碍物探测装置包括：驱动部件10、第一电路板11、探测部件12、第二电路板13、供电部件400(例如图1中示出的无线供电线圈14和无线供电接收部件15)。其中，驱动部件10的转动轴101用于输出旋转动力。第一电路板11设置在所述驱动部件10的转动轴101上，以在所述驱动部件10的驱动下旋转。探测部件12设置在所述第一电路板11上，与所述第一电路板11同步旋转，用于探测障碍物。第二电路板13与所述第一电路板11平行设置。供电部件400用于为所述第一电路板11、所述探测部件12及所述第二电路板13提供工作电压。

一种可实现的方案中，所述供电部件400为无线供电设备，例如，供电部件400包括图1中示出的无线供电线圈14和无线供电接收部件15。如图1所示，无线供电接收部件15设置在所述第二电路板13上，用于将电能转换为磁能。无线供电线圈14设置在所述第一电路板11上，并与所述探测部件12连接，用于将所述无线供电接收部件输出的磁能转换为电能以为所述探测部件提供工作电压。

本发明实施例提供的技术方案，通过驱动部件驱动探测部件进行旋转探测，实现了全方位的探测；通过设置第一电路板和第二电路板，以将探测部件和无线供电线圈设置在第一电路板上，将无线供电接收部件设置在第二电路板上，以实现无线供电的目的，一可以提高使用寿命，二可以简化结构。

进一步的，如图1所示，所述第二电路板13上可设有通孔。所述通孔与所述驱动部件的外轮廓适配。所述驱动部件的所述转动轴101伸出所述通孔。采用该结构，可使得整个障碍物探测装置的结构更加紧凑。

在实际应用中，所述驱动部件10可以直接选用但不限于：步进电机、伺服电机等等。或者，所述驱动部件10包括电机及调速机构；电机的旋转动力输入端与调速机构的高速接入端连接，所述调速机构的低速输出端作为所述驱动部件的旋转动力输出端。通过对所述调速机构进行调速设置，可对驱动部件的旋转动力输出端的旋转速度进行调整。

上述实施例中的探测部件12可以是但不限于：红外反射传感器、激光传感器等等。本发明实施例提供的技术方案适于选用以光作为探测介质的传感器来进行障碍物的探测。所述第一电路板11、第二电路板13可以选用印刷电路板(printed circuit board，PCB)。无线供电线圈14与探测部件12可通过印刷电路板上的布线实现电连接。无线供电接收部件15通过第二电路板13连接电源，并将电源提供的电能转换为磁能，与所述无线供电接收部件15相对设置的无线供电线圈14将磁能转换为电能，以为第一电路板11上的各部件提供工作电压。

进一步的，上述装置还可包括：计时器(图中未示出)。所述计时器用于对所述探测部件的探测时间进行计时。对所述探测部件的探测时间进行计时的目的是：基于所述探测部件在探测到障碍物时所述计时器的计时信息及所述探测部件的旋转速度，确定所述障碍物的方位。例如，探测部件在驱动部件的驱动下的旋转速度为20πrad/s；探测部件从起始位置旋转即开始计时，假设探测部件探测到障碍物时所述计时器的计时信息为50ms，则可得到探测部件相对起始位置所旋转的角度：20πrad/s*50ms＝πrad；确定出障碍物的方位为与起始位置相差πrad角度的方向上。其中，起始位置可人为设定。

这里需要说明的是：上述和下述实施例中提供的障碍物探测装置可以安装在任何需要进行障碍物探测的设备上，例如智能机器人上，或扫地机器人上等等。若该障碍物探测装置设置在智能机器人上，上述的计时器可以是障碍物探测装置中的一个部件，也可以是机器人上的一个部件。

一种可实现的技术方案中，获取所述探测部件在探测到障碍物时所述计时器的计时信息t以及探测部件的旋转速度w，即可得到当前探测部件的探测方向相对起始位置的角度为Φ＝t*w。此时计算得出的角度可能大于所述360度(或2π)，即探测部件转了多圈后才探测到障碍物。此时在确定障碍物的方位时可采用减去整圈(n*360或2nπ，n＝1,2,3…的自然数)的方式进行计算，例如，计算得出的角度为380度，将该角度减去1*360，得到20度；那么可确定障碍物在距探测部件的起始位置相差20度角的方向。这里需要说明的是：计算得到的20度是从起始位置沿顺时针方向的20度，还是沿逆时针方向的20度，需由探测部件的旋转方向而定。探测部件的旋转方向是由驱动部件决定的，假设探测部件的旋转方向是顺时针，则上述计算得到的20度应该为从起始位置沿顺时针方向的20度。

另一种可实现的技术方案中，可在探测部件每转满一圈时对计时器进行清零。即上述提供的所述装置还可设置：零位测定部件16和零位标定部件17。如图1所示，零位测定部件16设置在所述第一电路板11上，以与所述探测部件12同步旋转。零位标定部件17设置在所述第二电路板13上。所述零位测定部件16与所述计时器(图中未示出)连接，所述零位测定部件16在旋转过程中检测到所述零位标定部件17时向所述计时器发送计时清零信号，以对所述计时器进行清零。

在上述实施例和下述实施例中，所述零位测定部件16可以采用霍尔传感器实现，所述零位标定部件17可采用任何具有磁性的磁性元件实现。当然，本文仅是示例性的列举了零位测定部件和零位标定部件的具体实现，本发明实施例对此不作具体限定。

通过设置计时器可基于探测时间确定障碍物的方位，以便于做出相应的驱动响应；通过设置零位测定部件和零位标定部件是为了在探测部件旋转满一周时即对计时器清零一次，以消除累计误差，提高方位确定的准确性。如若不进行一圈清零，因为时间的累计误差以及旋转速度的误差等会致使最终障碍物方位定位的准确性。

进一步的，上述实施例提供的所述障碍物探测装置可设置有处理器，以计算距障碍物的距离以及障碍物的方位。处理器可将计算得到的距离和方位发送至障碍物探测装置所安装的对象，例如机器人，由被安装对象根据所述距离和方位，做出相应的响应(例如刹车、转向等)。或者，所述障碍物探测装置中不设置处理器，而设置无线发射模块18和无线接收模块19(如图1所示)。通过设置无线发射模块和无线接收模块以将探测部件生成的探测信号发送至外部设备，由外部设备根据探测信号确定障碍物的距离和方位。具体的，如图1所示，所述无线发射模块与所述无线接收模块通信连接；所述无线接收模块，其设置在所述第二电路板上，用于连接外部设备；所述无线发射模块，其设置在所述第一电路板上，并与所述探测部件连接，用于将接收自所述探测部件生成的探测信号通过所述无线接收模块发出。其中，无线接收模块连接的外部设备可以是机器人，或智能移动小车等等，本发明实施例对此不作具体限定。例如，通过所述无线接收模块将探测信号转发至机器人，由机器人根据接收到的探测信号来计算障碍物的距离和方向，并作出相应的响应(例如刹车、转向等)。

图2示出了本发明一实施例提供的机器人的示意图。如图2所示，所述机器人包括设置在机器人20上的障碍物探测装置21。障碍物探测装置21可设置在机器人20的最高位置，以避免机器人的某一部分遮挡探测部件。例如，如图2所示的机器人，可将障碍物探测装置21设置在机器人20的头顶。

具体实施时，本实施例中所提到的所述障碍物探测装置可采用上述障碍物探测装置来实现。该障碍物探测装置的结构可参见上述实施例中的相关内容此处不再赘述。上述障碍物探测装置中驱动部件、第二电路板及设置在所述第二电路板上的各部件均可设置在机器人的内部；第一电路板及设置在第一电路板上的各部件(如探测部件、无线法发射模块、零位测定部件)均可设置在机器人的外部。

本实施例提供的技术方案，通过驱动部件驱动探测部件进行旋转探测，实现了全方位的探测，减少了探测部件的设置数量，结构简单；通过设置第一电路板和第二电路板，以将探测部件和无线供电线圈设置在第一电路板上，将无线供电接收部件设置在第二电路板上，以实现无线供电的目的，一可以提高使用寿命，二可以简化结构。

图3示出本发明另一实施例提供的机器人的示意图。如图3所示，所述机器人包括：机器人30、驱动部件31和探测部件32。其中，所述驱动部件31设置在所述机器人30上，所述驱动部件的转动轴用于输出旋转动力。探测部件32设置在所述驱动部件31的转动轴上，以在所述驱动部件的驱动下旋转探测障碍物。其中，所述探测部件32与所述机器人30通信连接，用于将探测信号发送至所述机器人30；所述机器人30用于根据接收到的所述探测信号确定障碍物的距离；所述机器人30还用于对所述探测部件的旋转进行计时，并根据所述探测部件32在探测到障碍物时的计时信息及所述探测部件32的旋转速度，确定所述障碍物的方位。

本实施例提供的技术方案，通过驱动部件驱动探测部件进行旋转探测，实现了全方位的探测，减少了探测部件的设置数量，结构简单。

这里需要说明的是：本实施例中所述驱动部件和所述探测部件可采用上述实施例中的相应结构实现，具体可参见上述实施例中的内容，此处不再赘述。

图4为本发明一实施例提供的障碍物探测方法的流程示意图。如图4所示，本实施例提供的所述方法，包括：

101、获取探测部件探测到障碍物时生成的探测信号。

其中，如图1所示，所述探测部件12设置在驱动部件10的转动轴101上，并在所述驱动部件10的驱动下按照所述转动轴101的旋转速度旋转，以探测障碍物；

102、根据所述探测信号，确定障碍物的距离。

103、若所述距离小于最小安全距离，则获取所述探测部件的探测时间及所述旋转速度。

104、根据所述探测时间和所述旋转速度，确定所述障碍物的方位。

图4所示的实施例可采用上述各实施例提供的装置实现。

上述101和102中，探测部件可以是但不限于：红外反射传感器、激光传感器等等。假设探测部件为红外反射传感器，其包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管(或光敏三极管)。红外反射传感器发出的红外光信号，该信号通过障碍物反射回红外反射传感器；基于反回信号所用时长便可确定出障碍物的距离。激光传感器的工作原理类似，此处不再赘述。

上述103中所述的最小安全距离为一个默认值，该默认值可以是人为根据经验得到的。或者，所述最小安全距离是一个根据实际应用场景计算得到的值。例如，安装有探测部件的移动体(比如机器人)移动速度为变速运动；此时需根据移动体当前的移动速度确定所述最小安全距离。移动体移动速度快，其刹车距离长，因此对应的最小安全距离就长；移动体移动速度慢，其刹车距离短，因此对应的最小安全距离就短。即上述实施例提供的所述方法，还可包括确定最小安全距离的步骤。该确定最小安全距离的步骤可包括：获取所述移动体向所述障碍物移动的速度；获取所述移动体的制动距离；获取所述探测部件的盲区时间；根据所述速度、所述制动距离及所述盲区时间，确定所述最小安全距离。当然，上述最小安全距离也可根据移动体的最大移动速度来确定；并将确定出的结果作为默认值。

进一步的，上述实施例提供的障碍物探测方法还可包括如下步骤：

若所述探测部件旋转满一圈，则将所述探测时间清零以重新计时。

在具体实施时，确定探测部件旋转是否满一圈可采用如下方式来实现：

方式一、根据探测部件的旋转速度及探测时间，计算探测部件当前旋转位置与起始位置之间的夹角来确定所述探测部件是否旋转满一圈。

方式二、通过设置的与探测部件同步转动的零位检测部件，以及设置在所述零位检测部件旋转范围内的零位标定部件；当所述零位测定部件在旋转过程中检测到所述零位标定部件时向所述计时器发送计时清零信号，以对所述计时器进行清零。如若不进行一圈清零，因为时间的累计误差，以及旋转速度的误差等会致使最终障碍物方位定位的准确性。通过设置零位测定部件和零位标定部件可减小上述提到的累计误差，提高方位确定的准确性。

这里需要补充的是：本发明实施例提供的障碍物探测方法可采用上述各实施例提供的障碍物探测装置、机器人来实现。

需要说明的是：上述实施例所提供方法的各步骤的执行主体均可以是同一设备，或者，该方法也由不同设备作为执行主体。比如，步骤101至步骤103的执行主体可以为设备A；又比如，步骤101和102的执行主体可以为设备A，步骤103的执行主体可以为设备B；等等。

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。