一种智能导航机器人及其导航方法与流程

本发明涉及一种导航机器人，尤其涉及一种采用传感器获取障碍物信息以进行自主导航避障的智能导航机器人及其导航方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，机器人正逐步替代人类进行繁重的体力劳动，但基于目前技术的瓶颈，很多所谓的智能设备却依然必须依赖人类的控制来实现其功能。

在自主导航领域，目前常见的为扫地机器人，类似能够在一个陌生环境中进行自主导航避障功能与清扫功能为一体的机器人，正逐步的被市场所认可和广泛的推崇，因为此类机器人真正实现了人类不在场，其也能自主完成预定工作的功效，从而极大的减轻了我们生活上的负担，为我们的生活带来了便利。

然而目前就扫地机器人来说，的确是一个自主导航避障领域的经典应用，但此类技术及经验若直接应用于较大的设备领域时可能并不如人意，这是因为扫地机器人由于其体型较小，自重较轻，速度较慢等因素，并不会再在自主导航避障过程中对人或物体造成威胁，甚至直接撞上使用者，也无足痛痒，但此类技术若是应用于较大型的设备上时，由于自重，体型，速度等因素的变化，就不得不考虑更多的安全风险的防范方案，从而在自主导航避障过程中良好的控制安全风险，消除安全隐患。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种智能导航机器人及其导航方法，其能够在保证一定行驶速度的条件下，在探测到目标进入危险范围时，有效的采取制动措施防止碰撞，或即使发生碰撞亦可降低车身自重及行驶速度所带来的惯性碰撞力。

为了实现上述目的，本发明提供了一种智能导航机器人，包括：驱动轮，驱动电机，车身，控制装置，工控装置，传感模块，防撞装置，其中所述传感模块分别与所述工控装置及所述控制装置连接，所述控制装置与所述驱动电机连接，所述防撞装置固定在所述车身前端，并与所述控制装置连接，其中所述防撞装置包括：防撞挡板，固定架，缓冲机构，制动开关，其中所述固定架设置在所述车身前端，其与所述防撞挡板之间通过所述缓冲机构连接，所述制动开关包括：撞片设置在所述防撞挡板背面，扳机控件设置在所述固定架前方与所述撞片对应，且当所述缓冲机构被挤压至靠近极限位置时，所述撞片将压下所述扳机控件激活所述制动开关，其中所述传感模块包括：激光雷达传感器设置在所述车身前端与所述工控装置连接，人体接近传感器设置在所述防撞挡板正面，并与所述控制装置连接，其中所述驱动轮尺寸为外径320mm 轮宽140mm，所述控制装置控制所述驱动电机工作输出时速小于等于1.5m/s，减速输出时速小于等于0.8m/s，所述激光雷达传感器感测减速范围18~20米，所述缓冲机构缓冲距离为18mm，弹力为20牛，所述人体接近传感器感测制动范围为5米，所述智能导航机器人自重及载重总和小于350/KG。

进一步的，所述车身前端设有探测区，其中所述探测区包括：探测台，导测壁，其中所述导测壁分别设置在所述探测台两侧以构成大于180°的扇形探测面，且所述激光雷达传感器设置在所述探测台中部处。

进一步的，所述缓冲机构包括：导向柱，缓冲柱，弹性件，其中所述导向柱及缓冲柱一端固定在所述固定架上，另一端插入所述防撞挡板上与之匹配的导向口中，形成活动连接，所述弹性件套在所述缓冲柱上。

进一步的，所述防撞挡板上下两侧分别设有缓冲片，且该缓冲片延伸距离能够覆盖所述缓冲机构被极限压缩时突出的所述导向柱及缓冲柱。

进一步的，所述激光雷达传感器为所述工控装置提供当前检测环境障碍物信息，所述工控装置处理后，反馈控制命令至所述控制装置以控制所述驱动电机运动速度及方向进行避让。

进一步的，所述人体接近传感器为所述控制装置提供制动信息，以供所述控制装置控制所述驱动电机制动。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种智能导航机器人的导航方法，其中包括步骤：

设置车速行驶状态下小于等于1.5m/s，减速状态下小于等于0.8m/s，激光雷达传感器感测减速范围18~20米米，缓冲机构缓冲距离为18mm，弹力为20牛，人体接近传感器感测制动范围为5米，智能导航机器人自重及载重总和小于350/KG；

工控装置命令控制装置控制驱动电机带动车体绕场一圈；

激光雷达传感器获取前方障碍物信息至工控装置处理后，生成轨迹地图，并输出控制命令至控制装置；

控制装置控制驱动电机运动速度及方向避让障碍物；

人体接近传感器感测移动接近目标，反馈信息至控制装置；

控制装置控制驱动电机制动，待移动接近目标离开后继续启动驱动电机工作。

进一步的，还包括步骤：防撞装置经碰撞后传递信息至控制装置，紧急制动驱动电机刹住驱动轮。

进一步的，还包括步骤：激光雷达传感器获取前方障碍物信息至工控装置经与原轨迹地图对比处理后，跟新轨迹地图，并输出控制命令至控制装置。

通过本发明一种智能导航机器人及其导航方法，能够有效的在自主导航避障过程中降低碰撞风险，并控制碰撞损害程度在一定范围内，从而极大的提高了安全性能，降低了安全风险。

本发明的另一个目的在于提供一种采用智能导航机器人的导航机器人，其能够对现有功能设备进行改装，通过挂载功能设备的方式，使现有功能设备具有自主导航避障功能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种采用智能导航机器人的导航机器人，其中该智能导航机器人挂载功能设备，以带动所述功能设备实现自身功能同时进行自主导航及避障。

通过本发明提供的一种采用智能导航机器人的导航机器人，能够有效的通过挂载方式对现有功能设备进行改装，从而以廉价的方式获得自主导航避障功能，藉此扩展了自主导航避障技术的使用领域，降低了技术门槛，有利于自主导航避障技术在各技术领域的普及及应用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的一种智能导航机器人的结构示意图；

图2是本发明的一种智能导航机器人的结构示意图；

图3是本发明的一种智能导航机器人的结构放大图；

图4是本发明的一种智能导航机器人的结构放大图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

请参阅图1至图4，本发明提供了一种智能导航机器人，包括：驱动轮1，驱动电机7，车身2，控制装置4，工控装置3，传感模块5，防撞装置6，其中该传感模块5分别与该工控装置3及该控制装置4连接，以为该工控装置3及该控制装置4提供外部环境传感数据，其中该控制装置4与该驱动电机7连接，以具体操控驱动电机7的运转，具体的，其中该驱动电机7上连接驱动轮1，该控制装置4通过控制车身两侧该驱动电机7的旋转差动，以控制该驱动轮1间产生不同的旋转速度，进而形成对车身转向的控制。

其中该防撞装置6固定在所述车身前端，并与所述控制装置4连接，其中所述防撞装置6包括：防撞挡板61，固定架62，缓冲机构63，制动开关64，其中所述固定架62固定在所述车身前端，其与所述防撞挡板61之间通过所述缓冲机构63连接，所述制动开关64包括：撞片642设置在所述防撞挡板61背面，扳机控件641设置在所述固定架62前方与所述撞片642对应，且当所述缓冲机构63被挤压至靠近极限位置时，所述撞片642将压下所述扳机控件641激活所述制动开关64，其中所述缓冲机构63包括：导向柱633，缓冲柱632，弹性件631，其中所述导向柱633及缓冲柱632一端固定在所述固定架62上，另一端插入所述防撞挡板61上与之匹配的导向口中，形成活动连接，所述弹性件631套在所述缓冲柱632上，其中该弹性件631在本实施例中优选弹簧，但本领域技术人员能够了解，利用金属/塑料弹片，泡沫塑料，橡胶等具有弹性的元件皆可替代，此外在本实施例中该极限位置即为缓冲距离，根据该导向柱633及缓冲柱632及弹性件631的长度来控制。

进一步的，其中该传感模块5包括：激光雷达传感器51设置在所述车身前端与所述工控装置3连接，人体接近传感器52设置在所述防撞挡板正面，并与所述控制装置4连接，其中所述工控装置3内部包含处理模块，其能够处理较为复杂的数据信息，该控制装置4为了实现对简单数据快速响应的需求，优选处理速度较快的但数据量较小的计算模块芯片，进而该工控装置3用于复杂的计算及逻辑判断功能，并下达控制指令至，该控制装置4进行具体的运行控制，且该控制装置4同时也能自主对简单的传感数据进行判断，以便辅助该工控装置3控制车体运转，藉此提高车体控制效率。

具体来说，该激光雷达传感器51的检测范围较人体接近传感器52的大，因此当前方较远处障碍物被该激光雷达传感器51识别后生成传感数据，收到该传感数据的该工控装置3进行计算，并根据当前车速生成控制命令，供该控制装置4执行并控制该驱动电机7实现减速及转向操控，藉此避让障碍，而在实际操作中，由于使用现场可能会有移动障碍的产生，如人或动物等闯入，因此该激光雷达传感器51由于其检测范围较广，能够实现预先进行避让减速等操作，以防止主动撞击障碍物，但在某些可能性中，移动障碍物可能并未察觉到车体的靠近，因此还会持续靠近中，当进入到一定检测范围内时，该人体接近传感器52则会生成传感数据，并传输至控制装置4中执行制动命令，以便该控制装置4控制该驱动电机7进行制动操作，并直至车身停止移动，防止碰撞。

而在最坏估计下若移动障碍物，最终将撞击车体时，通过该防撞装置6可最终保证撞击者所受到的撞击力在可控损失范围内，甚至无伤。具体的，当该移动障碍物撞击该防撞挡板61后会带动，该缓冲机构63向后挤压并抵消部分撞击力，同时该制动开关64顺势被开启，并激活与之连接的控制装置4控制该驱动电机7执行紧急制动操作，在本实施例中，该紧急制动包括，最大输出制动该驱动电机7，或/并根据当前车速控制该驱动轮1反转，以主动退让障碍物。

在本实施例中为了在保证车速的情况下，为了更好的制动车体，避让障碍物，并降低碰撞损害，其中该驱动轮1尺寸优选为外径320mm 轮宽140mm，所述控制装置4控制所述驱动电机7工作输出时速小于等于1.5m/s，减速输出时速小于等于0.8m/s，所述激光雷达传感器51感测减速范围18~20米，所述缓冲机构63缓冲距离为18mm，弹力为20牛，所述人体接近传感器52感测制动范围为5米，所述智能导航机器人自重及载重总和小于350/KG，在此方案设定下，该车体可以较好的保证制动距离，并主动降低撞击伤害，同时在也保证了车体在正常工作中的车速，以在最高效运行的条件下避障及主动控制撞击损害。

此外，所述车身前端设有探测区8，其中所述探测区8包括：探测台82，导测壁81，其中所述导测壁81分别设置在所述探测台82两侧以构成大于180°的扇形探测面，且所述激光雷达传感器51设置在所述探测台82中部处。

其中所述防撞挡板61上下两侧分别设有缓冲片611，且该缓冲片611延伸距离能够覆盖所述缓冲机构63被极限压缩时突出的所述导向柱633及缓冲柱632。

本发明的另一方面，还提供了一种智能导航机器人的导航方法，其中包括步骤：

设置车速行驶状态下小于等于1.5m/s，减速状态下小于等于0.8m/s，激光雷达传感器51感测减速范围18~20米米，缓冲机构63缓冲距离为18mm，弹力为20牛，人体接近传感器感测制动范围为5米，智能导航机器人自重及载重总和小于350/KG；

工控装置3命令控制装置4控制驱动电机7带动车体绕场一圈；

激光雷达传感器51获取前方障碍物信息至工控装置3处理后，生成轨迹地图，并输出控制命令至控制装置4；

控制装置4控制驱动电机7运动速度及方向避让障碍物；

人体接近传感器52感测移动接近目标，反馈信息至控制装置4；

控制装置4控制驱动电机7制动，待移动接近目标离开后继续启动驱动电机7工作。

其中还包括步骤：防撞装置经碰撞后传递信息至控制装置4，紧急制动驱动电机7刹住驱动轮1。

其中还包括步骤：激光雷达传感器51获取前方障碍物信息至工控装置3经与原轨迹地图对比处理后，跟新轨迹地图，并输出控制命令至控制装置4。

通过本发明一种智能导航机器人及其导航方法，能够有效的在自主导航避障过程中降低碰撞风险，并控制碰撞损害程度在一定范围内，从而极大的提高了安全性能，降低了安全风险。

本发明的另一方面还提供了一种采用智能导航机器人的导航机器人，其能够对现有功能设备进行改装，通过挂载功能设备的方式，使现有功能设备具有自主导航避障功能，其中该智能导航机器人挂载功能设备，以带动所述功能设备实现自身功能同时进行自主导航及避障，进而能够有效的通过挂载方式对现有功能设备进行改装，从而以廉价的方式获得自主导航避障功能，藉此扩展了自主导航避障技术的使用领域，降低了技术门槛，有利于自主导航避障技术在各技术领域的普及及应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。