自移动设备的避障控制方法及自移动设备与流程

本发明属于智能机器人技术领域，涉及自移动设备的避障控制方法及自移动设备。

背景技术

现有的自移动设备多为自移动的智能机器人，因其自动执行打扫清洁工作的方式而被广泛地应用于家庭中。然而，自移动设备在移动过程中不可避免的会碰撞到障碍物，如：墙壁、家具、或移动中碰触到的其他移动物，为识别这些障碍物，自移动设备通常会设置非接触式或是接触式的感测器。

其中，非接触式的感测器可利用红外线或是激光，藉由主动发出信号来检测与障碍物间的距离。接触式的感测器，例如缓冲器(bumper)，当自走式电子装置藉由缓冲器碰撞到障碍物时，会自动停止或改变移动方向。

现有技术中的自移动设备的非接触式或接触式的感测器对障碍物会有盲区的限制，针对一些障碍物或是障碍物的所在位置，自移动设备可能无法做出识别以及回避障碍物的控制。甚至是行走在不平整的地面时，自移动设备亦无法根据所接触的地形环境即时执行相对应的调整。

因此，有必要发明一种新的自移动设备及其自避障控制方法，以解决现有技术中的缺失。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于克服背景技术中的缺陷，提供一种自移动设备的避障控制方法及自移动设备，其具体方案如下：

一种自移动设备的避障控制方法，避障控制方法包括：

s1:将自移动设备的行走路径分割为n个动作，并预设自移动设备完成每个动作所需持续时间阈值；且，n＞1；

s2:自移动设备以任一动作为当前动作运动；

s3:判断当前动作是否处于异常状态，若处于异常状态则执行步骤s4；若未处于异常状态则返回步骤s2；

s4:检测当前动作持续时间是否满足对应动作的时间阈值，如果是则自移动设备执行步骤s5；如果否则返回步骤s2；

s5：执行下一动作，并返回步骤s2；

s6：重复步骤s2至s5，直到自移动设备完成行走路径或停止工作。

进一步的，所述步骤s2中的判断当前动作是否处于异常的方法为电流检测法：

s01:获取自移动设备执行当前动作在时刻t0，其所具有的驱动机构的电流值i0；

s02:获取自移动设备执行当前动作在时刻t1，其所具有的驱动机构的电流值i1；

s03:计算i0与i1的差值，若∣i0-i1∣≤i0，则自移动设备为正常状态；若∣i0-i1∣＞i0，则自移动设备为异常状态。

进一步的，所述步骤s2中的判断当前动作是否处于异常的方法为转速检测法：

s21:获取自移动设备执行当前动作在时刻t0，其所具有的驱动机构的转速值v0；

s22:获取自移动设备执行当前动作在时刻t1，其所具有的驱动机构的转速值v1；

s23:计算v0与v1的差值，若∣v0-v1∣≥v0，则自移动设备为正常状态；若∣v0-v1∣＜v0，则自移动设备为异常状态。

进一步的，所述步骤s3以预设间隔时间循环执行。

进一步的，所述步骤s5中下一动作的行进方向偏离当前动作的行进方向。

进一步的，所述步骤s3和步骤s4可交换顺序。

一种自移动设备，包括：

存储模块，用于存储自移动设备的运行指令；

处理模块，根据上述的避障控制方法以使自移动设备执行运行指令完成避障动作。

进一步的，所述存储模块存储上述的避障控制方法。

进一步的，所述自移动设备为扫地机器人、擦窗机器人或割草机器人。

与现有技术相比，本发明技术方案：基于时间的可控性，对障碍检测方法进行验证，从而提高了机器人障碍判断的准确性，实现自移动设备的避障控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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是本发明的自移动设备结构框图；

图2是本发明的自移动设备的动作分解示意图

图3是本发明的自移动设备的移动路径示意图；

图4是本发明的自移动设备的自避障控制方法流程图；

图5是本发明的自移动设备的障碍检测方法之电流检测法流程图；

图6是本发明的自移动设备的障碍检测方法之转速检测法流程图；

图7是本发明的自移动设备的避障移动路径示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，这里所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明描述的具体实施例，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，都应当属于本发明权利要求所限定的保护范围内。

本发明方法实施例中的自移动设备包括在面或线上移动的机器人，特别是在面上能自主移动的机器人常见有擦窗机器人、扫地机器人、割草机器人等，这些机器人包括处理模块、移动模块、传感器模块、存储模块、电源模块及功能模块等，这里不再详细说明。

如图1所示，本实施例中的自移动设备包括：处理模块、移动模块、传感器模块、存储模块、电源模块及功能模块。其中，移动模块包括驱动机构驱动的轮组承载着自移动设备的主体在工作面移动，通过传感器模块可以获知所在工作面的环境信息，处理模块可以根据环境信息建立地图，使得自移动设备获得规划好的移动路径，在存储模块中存储有驱动自移动设备自主移动的运行指令，运行指令包括自移动设备的沿边行走、局部行走、脱困行走等，而功能模块可以是可拆卸的设置在自移动设备上，电源模块为自移动设备及各模块提供工作的动力源。

如图2所示，自移动设备100并可以在工作面(玻璃窗户、地面、草坪)上执行前进、转向、退后的动作，以使得自移动设备覆盖工作面，完成清洁、吸尘、净化、加湿等任一或多种功能。

如图3所示，在一个以线框为边界障碍表示的工作环境内，沿箭头a、b、c所指方向的路径为自移动设备100的移动路径abc，其中，自移动设备在a方向前进中会遇到边界障碍，当边界障碍被确定时，自移动设备向b方向转向，并移动一定距离后，恢复到与a方向相反的c方向，直到自移动设备覆盖整个工作环境。须知，自移动设备100在执行任一动作时，均需要持续一定时间，这个时间可以由行进距离的长短，或行进方向角度偏转的大小进行测量。

具体的，如图4所示，避障控制方法包括：

s1:将自移动设备的行走路径分割为n个动作，并预设自移动设备完成每个动作所需持续时间阈值；且，n＞1；

s2:自移动设备以任一动作为当前动作运动；

s3:判断当前动作是否处于异常状态，若处于异常状态则执行步骤s4；若未处于异常状态则返回步骤s2；

s4:检测当前动作持续时间是否满足对应动作的时间阈值，如果是则自移动设备执行步骤s5；如果否则返回步骤s2；

s5：执行下一动作，并返回步骤s2；

s6：重复步骤s2至s5，直到自移动设备完成行走路径或停止工作。

其中，在步骤s3中当前动作异常状态是基于自移动设备的轮组在工作时输出的电流值或转速值变化形成的障碍判断方法。

实施例一

当障碍检测方法为电流检测法时，如图5所示，：

s01:获取自移动设备执行当前动作在时刻t0的驱动机构的电流值i0；

s02:获取自移动设备执行当前动作在时刻t1的驱动机构的电流值i1；

s03:计算i0与i1的差值，若∣i0-i1∣≤i0，则自移动设备为正常状态；若∣i0-i1∣＞i0，则自移动设备为异常状态。

如图7所示，自移动设备100在执行a方向的前进动作时，有障碍物(边界)的存在，因遭遇到的障碍或与工作面的摩擦系数不同，其在持续同一动作在遇障前后输出的实际电流值与额定的值存在差异，这差异可以表现为过流的异常现象。

通过记录自移动设备在完成前进动作前一时刻t0的电流值io，再记录前进动作完成时刻t1的电流值i1，通过处理模块对比分析i0与ii的差值，若∣i0-i1∣≤i0，则自移动设备为正常状态；若∣i0-i1∣＞i0，则可以确认自移动设备处于过流的异常状态。当自移动设备100在异常状态时，自移动设备100可以判定在前进动作的完成有障碍物存在，需要改变当前动作行为，执行d方向的退后动作，使得自移动设备100的当前行为发生改变。

实施例二

障碍检测方法为转速检测法时，如图6所示：

由于自移动设备的不同的工作环境移动时，基于电流检测法相同的原理，驱动机构的轮组因为障碍或与工作面产生的摩擦系数不同，其输出的转速值也存在差异，所以：

s21:获取自移动设备执行当前动作在时刻t0的驱动机构的转速值v0；

s22:获取自移动设备执行当前动作在时刻t1的驱动机构的转速值v1；

s23:计算v0与v1的差值，若∣v0-v1∣≥v0，则自移动设备为正常状态；若∣v0-v1∣＜v0，则自移动设备为异常状态。

在上述两个实施例中，电流检测方法和转速检测方法在实际行走过程中存在障碍误判的可能性，即，导致自移动设备在出现被障碍物顶死或卡死的现象时，电流值和转速值不会出现明显的变化。所以，本申请提出一种处理模块可以为单片机的自移动设备，在自移动设备行走一段时间后，单片机亦可以在持续当前动作时，利用定时中断法，获取自移动设备任一动作在某一持续时间内的动作持续时间变量，通过变量的控制循环执行避障控制方法。

步骤s3的循环方法：在步骤s1中预设的时间阈值为变量，设变量为t，可理解为利用时间隔δt对t做减法，当t≤0时，表示当前动作完成，则判断为自移动设备的障碍检测方法失效，行走前方遇到障碍，自移动设备则执行下一动作进行避障，并继续步骤s3判断自移动设备在执行当前动作时是否处于异常状态。其中，δt被定义为单片机k次毫秒级中断后的时间总和，k定义为中断次数。

上述中的t的递减采用单片机定时中断的方式实现，单片机每毫秒中断一次去执行中断处理函数，在中断处理函数中，k＝k+1，即中断次数累加，当单片机执行100次中断后，k＝100，时间间隔δt＝k＝100毫秒，相应的时间控制变量t＝t-1。也就是说，单片机控制系统每隔100毫秒执行一次时间控制变量减1。若时间控制变量t开始设定为100，当t减为0时，则相应的行走动作的控制时间为100*100毫秒＝10000毫秒＝10秒。

基于上述方案，自移动设备100的移动范围内有障碍物(边界)的存在，预设完成前进动作持续时间为5s，在执行a方向的前进动作持续时间3s时被障碍阻挡，则说明前进动作持续时间小于5s，自移动设备100可以执行下一动作，或当前进动作时间持续到5s时，自移动设备100执行下一动作，向d方向退后。

综上所述，自移动设备仅结合电流检测方法或转速检测方法就能提高障碍检测方法的准确性，并使自移动设备可以取消结构复杂的机械碰撞接触式的障碍检测方法，或生产成本高昂如通过红外、超声波、激光等光信号的非接触式障碍检测方法，降低生产成本。需要注意的是，在改变当前动作行为时，自移动设备可以预设一定的转向角度，使得当前动作行进方向偏离上一动作完成时的方向。

以上所揭露的仅为本发明技术方案的实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。