本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人及其导航方法、系统、设备。
背景技术：
当前，机器人行业发展迅猛，越来越多的机器人品种被研发生产出来，并被应用到各个行业，具体非常广阔的应用前景。
现在有不少机器人需要应用于对目标物体进行清洗、维修等作业环境中。当机器人需要在上述目标物体上移动时，通常需要借助于目标物体的边框来进行导航。例如，传统光伏清洗机器人在对传统光伏阵列进行清洗作业时，需要依赖传统光伏阵列的边框行走。
然而，在很多情况下，等待机器人清洗或维修的物体上并没有边框，在这种情况下，如何让机器人在物体表面上进行导航行走便成为了一个非常棘手的问题。例如，在当前的光伏发电领域中，基于双层玻璃组件的光伏阵列(双玻光伏阵列)是未来光伏领域里十分重要的新型光伏阵列结构，这种结构的光伏阵列上是没有边框的，此时传统光伏清洗机器人便无法在这种光伏阵列进行导航行走了。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人及其导航方法、系统、设备，能够使得机器人在没有边框的物体表面上进行导航行走。其具体方案如下：
第一方面，本发明公开了一种机器人导航方法，包括：
当机器人沿着支撑对象的边缘移动时，分别实时获取第一位置传感器组和第二位置传感器组探测到的位置信息，得到第一实时位置信息和第二实时位置信息；其中，所述第一位置传感器组和所述第二位置传感器组均安置于所述机器人的与所述边缘距离最短的一个底盘外侧上；
根据所述第一实时位置信息和所述第二实时位置信息，对所述机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为所述边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为所述边缘的内部位置信息。
可选的，所述机器人底盘的两个外侧上均设有第一位置传感器组和第二位置传感器组。
可选的，所述第一位置传感器组包括一个位置传感器或多个位置传感器；所述第二位置传感器组包括一个位置传感器或多个位置传感器。
可选的，所述根据所述第一实时位置信息和所述第二实时位置信息，对所述机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为所述边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为所述边缘的内部位置信息的步骤，包括：
当第一实时位置信息为所述边缘的内部位置信息，则控制所述机器人向边缘外侧偏移；
当第二实时位置信息为所述边缘的外部位置信息，则控制所述机器人向边缘内侧偏移。
可选的，所述机器人导航方法，还包括：
分别利用所述机器人预先安置在前端的第三位置传感器组和预先安置在后端的第四位置传感器组来探测所述支撑对象的边缘；
当所述第三位置传感器组和所述第四位置传感器组中的任一传感器组探测到所述支撑对象的边缘，则控制所述机器人进行移离边缘操作。
可选的，所述当所述第三位置传感器组和所述第四位置传感器组中的任一传感器组探测到所述支撑对象的边缘，则控制所述机器人进行移离边缘操作的步骤，包括：
当所述第三位置传感器组和所述第四位置传感器组中的任一传感器组探测到所述支撑对象的边缘，则将该边缘确定为目标边缘，并实时控制所述机器人进行移离边缘操作，以使得移离边缘结束后所述机器人的前端朝向与所述目标边缘上的线段延伸方向保持一致，并确保在移离边缘操作过程中，当所述第三位置传感器组探测到所述支撑对象的边缘，则驱动所述机器人向后移动，当所述第四位置传感器组探测到所述支撑对象的边缘，则驱动所述机器人向前移动。
可选的，所述机器人导航方法，还包括：
当移离边缘结束后，判断当前所述机器人所处的位置是否为标准启动位置，如果是，则启动所述机器人继续沿着所述支撑对象的边缘移动，如果否，则对所述机器人的位置进行微调，直到所述机器人的位置为标准启动位置；
其中，当所述机器人处于所述标准启动位置时，第一实时位置信息为所述支撑对象边缘的外部位置信息，第二实时位置信息为所述支撑对象边缘的内部位置信息，并且所述第四位置传感器组探测到所述支撑对象的边缘。
第二方面，本发明公开了一种机器人导航系统，包括：
位置信息获取模块，用于当机器人沿着支撑对象的边缘移动时，分别实时获取第一位置传感器组和第二位置传感器组探测到的位置信息，得到第一实时位置信息和第二实时位置信息；其中，所述第一位置传感器组和所述第二位置传感器组均安置于所述机器人的与所述边缘距离最短的一个底盘外侧上；
方向纠偏模块，用于根据所述第一实时位置信息和所述第二实时位置信息，对所述机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为所述边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为所述边缘的内部位置信息。
第三方面，本发明公开了一种机器人导航设备，包括第一位置传感器组、第二位置传感器组、存储器和处理器；其中，所述处理器通过执行保存在所述存储器中的计算机程序实现以下步骤：
当机器人沿着支撑对象的边缘移动时，分别实时获取所述第一位置传感器组和所述第二位置传感器组探测到的位置信息，得到第一实时位置信息和第二实时位置信息；其中，所述第一位置传感器组和所述第二位置传感器组均安置于所述机器人的与所述边缘距离最短的一个底盘外侧上；
根据所述第一实时位置信息和所述第二实时位置信息，对所述机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为所述边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为所述边缘的内部位置信息。
第四方面，本发明还公开了一种机器人，包括前述公开的机器人导航设备。
可见，本发明预先在距离边缘最近的一个底盘外侧安置了第一位置传感器组和第二位置传感器组，机器人沿着支撑对象的边缘移动时，将可以根据上述两个位置传感器组探测到的实时位置信息，对机器人的前进方法进行纠偏处理，以使得纠偏处理后的第一实时位置信息和第二实时位置信息分别为支撑对象边缘的外部位置信息和内部位置信息。按照上述纠偏方式不断地对机器人的行进方向进行纠正，最终可以使得机器人既能够达到支撑面的边缘处进行作业，又能够避免从支撑面的边缘处失足掉落，也即，由此使得机器人在没有边框的物体表面上进行导航行走。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种机器人导航方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种具体的机器人导航方法子流程图；
图3为本发明实施例公开的一种具体的机器人导航方法应用示意图；
图4为本发明实施例公开的一种具体的机器人示意图；
图5为本发明实施例公开的一种具体的机器人导航方法应用示意图；
图6为本发明实施例公开的一种机器人行走失误示意图；
图7为本发明实施例公开的一种具体的机器人导航方法应用示意图；
图8为本发明实施例公开的一种具体的机器人导航方法示意图；
图9为本发明实施例公开的一种机器人导航系统结构示意图。
具体实施方式
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。
本发明实施例公开了一种机器人导航方法，参见图1所示，该方法包括：
步骤s11：当机器人沿着支撑对象的边缘移动时，分别实时获取第一位置传感器组和第二位置传感器组探测到的位置信息，得到第一实时位置信息和第二实时位置信息；其中，第一位置传感器组和第二位置传感器组均安置于机器人的与边缘距离最短的一个底盘外侧上。
可以理解的是，如果机器人只沿着顺时针或只沿着逆时针在支撑对象的边缘进行移动时，则本实施例可以只在机器人的与边缘距离最短的一个底盘外侧设有第一位置传感器组和第二位置传感器组。当然，如果机器人既可能沿着顺时针也可能沿着逆时针在支撑对象的边缘进行移动时，则本实施例需要在机器人底盘的两个外侧上均设有第一位置传感器组和第二位置传感器组。
本实施例中，第一位置传感器组探测到的实时位置信息具体可以是支撑对象边缘的外部位置信息或内部位置信息。通过第一位置传感器组探测到的实时位置信息，可以确定出第一位置传感器组是否是位于支撑对象的边缘外部区域，还是位于支撑对象的边缘内部区域。同理，本实施例中的第二位置传感器组探测到的实时位置信息具体可以是支撑对象边缘的外部位置信息或内部位置信息。通过第二位置传感器组探测到的实时位置信息，可以确定出第二位置传感器组是否是位于支撑对象的边缘外部区域，还是位于支撑对象的边缘内部区域。
另外，需要指出的是，本实施例中，上述第一位置传感器组和第二位置传感器组中的任一传感器组中，可以只包括一个位置传感器，当该位置传感器探测到的实时位置信息为支撑对象边缘的外部位置信息，则可直接判定相应的位置传感器组位于支撑对象的边缘外部区域，同理，当该位置传感器探测到的实时位置信息为支撑对象边缘的内部位置信息，则可直接判定相应的位置传感器组位于支撑对象的边缘内部区域。
当然，为了提升导航精度，减少失误情况，本实施例第一位置传感器组和第二位置传感器组中的任一传感器组中，也可以包括多个位置传感器，并且，上述多个位置传感器可以分布于与机器人的履带底盘侧边平行的直线上，当然也可以根据实际应用需要在履带底盘外侧上对上述多个位置传感器进行合理的分布。
本实施例中，当上述任一位置传感器组中包括多个位置传感器时，可以获取到相应的多组实时位置信息，在上述多组实时位置信息中，如果实时位置信息为支撑对象边缘的外部位置信息的组数大于总组数的一半，则可以判定相应的位置传感器组位于支撑对象的边缘外部区域，如果实时位置信息为支撑对象边缘的内部位置信息的组数大于或等于总组数的一半，则可以判定相应的位置传感器组位于支撑对象的边缘内部区域。
另外，本实施例中的位置传感器可以是距离传感器，也可以是开关量传感器，包括但不限于超声波距离传感器、接近开关、光电开关和3d激光雷达。
需要进一步指出的是，本实施例中支撑对象的支撑面可以是平面也可以是曲面，既可以是规则的矩形面，也可以是不规则的面，在此不对其进行更加具体的限定。
步骤s12：根据第一实时位置信息和第二实时位置信息，对机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为边缘的内部位置信息。
在一种具体实施方式中，上述根据第一实时位置信息和第二实时位置信息，对机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为边缘的内部位置信息的步骤，具体可以包括：
当第一实时位置信息为边缘的内部位置信息，则控制机器人向边缘外侧偏移；当第二实时位置信息为边缘的外部位置信息，则控制机器人向边缘内侧偏移。
可见，本发明预先在距离边缘最近的一个底盘外侧安置了第一位置传感器组和第二位置传感器组，机器人沿着支撑对象的边缘移动时，将可以根据上述两个位置传感器组探测到的实时位置信息，对机器人的前进方法进行纠偏处理，以使得纠偏处理后的第一实时位置信息和第二实时位置信息分别为支撑对象边缘的外部位置信息和内部位置信息。按照上述纠偏方式不断地对机器人的行进方向进行纠正，最终可以使得机器人既能够达到支撑面的边缘处进行作业，又能够避免从支撑面的边缘处失足掉落，也即，由此使得机器人在没有边框的物体表面上进行导航行走。
在前述实施例的基础上，本发明实施例作了进一步的优化和说明。具体的：
参见图2所示，本实施例中的机器人导航方法，还可以包括：
步骤s21：分别利用机器人预先安置在前端的第三位置传感器组和预先安置在后端的第四位置传感器组来探测支撑对象的边缘；
步骤s22：当第三位置传感器组和第四位置传感器组中的任一传感器组探测到支撑对象的边缘，则控制机器人进行移离边缘操作。
可以理解的是，本实施例中的第三位置传感器组和第四位置传感器组均可以只包括一个位置传感器，如果该位置传感器探测到支撑对象的边缘，则可以直接判定相应的位置传感器组探测到了支撑对象的边缘。当然，为了提升探测精度，它们也可以均包括多个位置传感器，另外，如果上述第三位置传感器组或第四位置传感器组中包括多个位置传感器，这种情况下，对于任一位置传感器组，如果该传感器组中探测到支撑对象边缘的传感器数量达到预设阈值，则可判定该传感器组探测到了支撑对象的边缘，否则判定该传感器组还没探测到支撑对象的边缘。为了提高机器人的安全性，避免机器人失足掉落，可以将上述预设阈值尽量设定为比较小的数值，例如设为1。
本实施例中，上述当第三位置传感器组和第四位置传感器组中的任一传感器组探测到支撑对象的边缘，则控制机器人进行移离边缘操作的步骤，具体可以包括：
当第三位置传感器组和第四位置传感器组中的任一传感器组探测到支撑对象的边缘，则将该边缘确定为目标边缘，并实时控制机器人进行移离边缘操作，以使得移离边缘结束后机器人的前端朝向与目标边缘上的线段延伸方向保持一致，并确保在移离边缘操作过程中，当第三位置传感器组探测到支撑对象的边缘，则驱动机器人向后移动，当第四位置传感器组探测到支撑对象的边缘，则驱动机器人向前移动。
进一步的，本实施例中的机器人导航方法，还可以包括：
当移离边缘结束后，判断当前机器人所处的位置是否为标准启动位置，如果是，则启动机器人继续沿着支撑对象的边缘移动，如果否，则对机器人的位置进行微调，直到机器人的位置为标准启动位置；
其中，当机器人处于标准启动位置时，第一实时位置信息为支撑对象边缘的外部位置信息，第二实时位置信息为支撑对象边缘的内部位置信息，并且第四位置传感器组探测到所述支撑对象的边缘。
本实施例中，机器人左右两侧的第一位置传感器组和第二位置传感器组中位置传感器的数量均可以是1，具体如图3所示。图3中，支撑物体为双玻光伏阵列，机器人的靠近双玻光伏阵列左侧边缘的一侧上设有第一位置传感器组a1和第二位置传感器组b1，机器人的远离双玻光伏阵列左侧边缘的一侧上设有第二位置传感器组a2和第二位置传感器组b2，机器人的前端设有第三位置传感器组m，机器人的后端设有第四位置传感器组n。
图3中，第一位置传感器组a1和第二位置传感器组b1之间的位置关系具有一定的特征，也即，第一位置传感器组a1和第二位置传感器组b1之间的位置关系的特征是第一位置传感器组a1和第二位置传感器组b1分别位于双玻光伏阵列的左侧边缘的两侧。当机器人的清洗底盘在移动过程中向左侧偏移时，b1传感器离开双玻光伏阵列表面，此时将可以产生相应的纠偏触发信号，以控制清洗底盘按照固有程序纠偏，向右转小角度(角度大小由程序设定)，直到b1重新位于双玻光伏阵列表面的正上方为止；清洗底盘向右偏移的情况也是类似的，a1传感器从不位于双玻光伏阵列的正上方到位于双玻光伏阵列的正上方，此时产生另一纠偏触发信号，以控制清洗底盘向左转小角度，直到a1传感器不位于双玻光伏阵列的正上方。在上述例子中，位置传感器位置跨边线布置的特征是固定的。清洗底盘右侧的传感器布置考虑的是对应同一条边线，底盘返往移动，因此机器人两侧的位置传感器可相对底盘中轴线对称布置。
当然，本实施例中，机器人左右两侧的第一位置传感器组和第二位置传感器组中位置传感器的数量也可以是2，具体如图4和图5所示。图4和图5中，支撑物体为双玻光伏阵列，机器人的靠近双玻光伏阵列左侧边缘的一侧上设有第一位置传感器组和第二位置传感器组，其中，第一位置传感器组包括呈横向分布的位置传感器a11、a12，第二位置传感器组包括呈横向分布的位置传感器b11、b12，机器人的前端设有第三位置传感器组m，机器人的后端设有第四位置传感器组n。图5中，当机器人向边缘外侧偏离导致传感器b11被触发时，机器人控制系统可以不做干涉，直到传感器b12被触发才控制机器人向内侧偏移，同理，当机器人向边缘内侧偏离导致传感器a12被触发时，机器人控制系统可以不做干涉，直到传感器a11被触发才控制机器人向外侧偏移，
另外，考虑到第一位置传感器组和第二位置传感器组中只有一个位置传感器或所有的位置传感器均呈横向分布时，容易出现行走失误，使得机器人失足掉落，如图6所示。所以，本实施例中，还可以令第一位置传感器组和第二位置传感器组中均包括多个位置传感器，并且每组传感器均呈纵向分布，也即均沿着行走方向分布，具体如图7所示，可以理解的是，图7中传感器沿行走方向的安装距离越大，纠偏触发时的偏转角度便越小，从而大幅降低了行走失误的可能性。
另外，机器人在双玻光伏阵列的边缘向前移动时，如果前端的位置传感器组达到双玻光伏阵列的边缘正上方，则可以触发转弯操作。具体过程可以参考图8所示，图8中，当清洗机器人以侧边与双玻光伏阵列末端长边a平行的姿态放到双玻光伏阵列上后，清洗机器人向前移动，直到传感器检测到边缘点d，原地向右转弯90°，转弯角度可以通过履带底盘的转弯机制线性控制，回退，通过清洗机器人后端的传感器触发，找到清洗机器人后端的双玻光伏阵列边缘a，如果此时清洗机器人左边的传感器未触发，则清洗机器人向前向左移动，直到触发左侧传感器，找到左侧的双玻光伏阵列边缘b后，清洗机器人向右小角度调整车身，并回退，到双玻光伏阵列末端d处，此时清洗机器人左侧与尾部的传感器都处于触发状态，说明清洗机器人按设定就位。启动清洗机器人，向前以直行方式移动，在移动过程中根据传感器探测到的实时位置信息沿边边缘b不断纠偏，以尽量确保行走路线是直线的，直到前端的传感器被触发，到达点e位置；原地向右转90°，并向前直行，直到前端的传感器再次被触发，到达f点，再次原地向右转弯90°；继续向前直行，沿d边，同样通过位置传感器探测到的实时位置信息保持长距离直行的路线准确度，最终抵达起点边缘点g，此时清洗机器人前端传感器触发。再向右原地转弯90°，此时清洗机器人左侧侧边与最初放置到双玻光伏阵列上的姿态一致，与双玻光伏阵列边缘a平行。贴a边向前移动至点d，如此完成了一行双玻光伏阵列板面的清洗流程。以上流程只是一种实施例，根据不同的导航方式、双玻光伏阵列规格、清洗头尺寸，清洗流程也不同。
相应的，本发明实施例还公开了一种机器人导航系统，参见图9所示，该系统包括：
位置信息获取模块11，用于当机器人沿着支撑对象的边缘移动时，分别实时获取第一位置传感器组和第二位置传感器组探测到的位置信息，得到第一实时位置信息和第二实时位置信息；其中，第一位置传感器组和第二位置传感器组均安置于机器人的与边缘距离最短的一个底盘外侧上；
方向纠偏模块12，用于根据第一实时位置信息和第二实时位置信息，对机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为边缘的内部位置信息。
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
相应的，本发明实施例还公开了一种机器人导航设备，包括第一位置传感器组、第二位置传感器组、存储器和处理器；其中，处理器通过执行保存在存储器中的计算机程序实现以下步骤：
当机器人沿着支撑对象的边缘移动时，分别实时获取第一位置传感器组和第二位置传感器组探测到的位置信息，得到第一实时位置信息和第二实时位置信息；其中，第一位置传感器组和第二位置传感器组均安置于机器人的与边缘距离最短的一个底盘外侧上；
根据第一实时位置信息和第二实时位置信息，对机器人的行进方向进行纠偏处理，以使得每次纠偏处理后第一实时位置信息为边缘的外部位置信息，并且第二实时位置信息为边缘的内部位置信息。
关于上述处理器更加具体的执行过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
另外，本发明还公开了一种机器人，包括前述公开的机器人导航设备。其中，上述机器人具体可以为用于清洗光伏阵列的机器人，并且，上述光伏阵列为跟踪式光伏阵列或双玻光伏阵列。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种机器人及其导航方法、系统、设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。