机器人手臂避障方法和系统与流程

本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种机器人手臂避障方法和系统。

背景技术：

近年来，随着机器人技术的发展和人工智能研究不断深入，仿生智能移动机器人在人类生活中扮演越来越重要的角色，在诸多领域得到广泛应用。

仿生智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主导航运动，从而完成预定任务的机器人系统。因此，避障系统是仿生智能移动机器人必备的要素。一般地，避障是基于仿生智能移动机器人上配置的多个避障用的检测器来检测障碍物而实现的。

目前，一般是在仿生智能移动机器人的行走底盘处或者靠近头部的位置安装避障检测器，而仿生智能移动机器人在实际应用中，除了可以正常行走之外，为提高智能化程度，可能还被配置有其他的运动功能，此时，仅靠安装于行走底盘或头部的避障检测器可能无法满足可靠的避障效果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种机器人手臂避障方法和系统，当机器人具有可摆动的手臂时，结合机器人手臂上设置的与各摆动自由度方向对应的避障检测器实现机器人手臂的避障。

第一方面，本发明实施例提供一种机器人手臂避障方法，包括：

根据对机器人手臂的当前摆动方向的控制，获取所述机器人手臂上与所述当前摆动方向对应的避障检测器的实测距离值，所述实测距离值表示的是所述机器人手臂与所述摆动方向上的障碍物之间的距离；

若所述实测距离值小于或等于预设避障距离阈值，则控制所述机器人手臂停止向所述当前摆动方向摆动。

可选地，所述方法还包括：

若接收到所述机器人手臂上与所述当前摆动方向对应的防撞结构触发的碰撞指示信号，则控制所述机器人手臂停止向所述当前摆动方向摆动。

第二方面，本发明实施例提供一种机器人手臂避障系统，包括：

可摆动的机器人手臂，设置在所述机器人手臂上与所述机器人手臂的各摆动方向分别对应的避障检测器，驱动所述机器人手臂摆动的驱动电机，以及控制器；

所述避障检测器，用于检测在对应摆动方向上所述机器人手臂与障碍物之间的实测距离值；

所述控制器，用于根据对所述机器人手臂的当前摆动方向的控制，获取与所述当前摆动方向对应的避障检测器的实测距离值；若所述实测距离值小于或等于预设避障距离阈值，则通过控制所述驱动电机以控制所述机器人手臂停止向所述当前摆动方向摆动。

可选地，该系统还包括：

设置在所述机器人手臂上与所述机器人手臂的各摆动方向分别对应的防撞结构，所述防撞结构具有对应的开关，所述开关的一端与所述驱动电机连接；

所述驱动电机，用于若接收到与所述当前摆动方向对应的防撞结构的开关闭合而触发的碰撞指示信号，则控制所述机器人手臂停止向所述当前摆动方向摆动。

本发明实施例提供的机器人手臂避障方法和系统，机器人具有可摆动的手臂，在机器人手臂上设置与机器人手臂的各摆动方向分别对应的避障检测器。当基于实际需求控制机器人手臂当前向某个摆动方向摆动时，可以以一定时间间隔不断获取机器人手臂上与该当前摆动方向对应的避障检测器测得的机器人手臂与当前摆动方向上的障碍物之间的实测距离值。当发现该实测距离值小于或等于预设避障距离阈值时，控制机器人手臂停止向当前摆动方向摆动，以实现机器人手臂在当前摆动方向上的避障。

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为本发明实施例提供的机器人手臂避障方法实施例一的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种机器人手臂的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机器人手臂避障方法实施例二的流程图；

图4为本发明实施例提供的机器人手臂避障系统实施例一的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的机器人手臂避障系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述xxx，但这些xxx不应限于这些术语。这些术语仅用来将xxx区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一xxx也可以被称为第二xxx，类似地，第二xxx也可以被称为第一xxx。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。

进一步值得说明的是，本发明各实施例中各步骤之间的顺序是可以调整的，不是必须按照以下举例的顺序执行。

图1为本发明实施例提供的机器人手臂避障方法实施例一的流程图，本实施例提供的该机器人手臂避障方法可以实现为软件，或者实现为软件和硬件的组合，比如该机器人手臂避障方法可以由通过软件和硬件组合而成的控制器或者由fpga芯片构成的硬件的控制器来执行，该控制器可以设置在机器人机身内部。如图1所示，该方法包括如下步骤：：

步骤101、根据对机器人手臂的当前摆动方向的控制，获取机器人手臂上与当前摆动方向对应的避障检测器的实测距离值。

其中，该实测距离值表示的是机器人手臂与当前摆动方向上的障碍物之间的距离。

步骤102、若实测距离值小于或等于预设避障距离阈值，则控制机器人手臂停止向当前摆动方向摆动。

本发明实施例中的机器人为具有可摆动的手臂的机器人，机器人手臂的摆动方向可以包括向上、向下、向左、向右四个自由度。在机器人手臂上可以设置与每个摆动方向对应的避障检测器，该避障检测器可以是激光传感器。

在实际应用中，当基于某需求需要让机器人手臂向某个方向摆动时，可以驱动机器人手臂向该方向摆动。在机器人手臂向该方向摆动的过程中，机器人可能原地不动也可能同时向该方向行走。假设在机器人向某方向行走的过程中，控制机器人手臂也向该方向摆动，而机器人手臂在摆动的过程中，可能因为在该摆动方向的前方某处存在障碍物，使得机器人手臂在向该摆动方向摆动的过程中可能会与该障碍物碰撞。

为避免机器人手臂在当前的摆动方向上与前方的障碍物发生碰撞，当控制机器人手臂在向该摆动方向摆动的过程中，可以以一定时间间隔比如100毫秒来从与该摆动方向对应的避障检测器处获取其检测到的机器人手臂与前方障碍物之间的实测距离值，当发现该实测距离值小于或等于预设的避障距离阈值时，说明机器人手臂即将与该摆动方向前方的障碍物发生碰撞，控制机器人手臂停止向该摆动方向摆动。

可以理解的是，针对任意摆动方向对应的避障传感器来说，其可以被预先设置有最大的探测距离，当机器人手臂与该任意摆动方向前方的障碍物之间的距离大于该最大探测距离时，该避障传感器测得的实测距离值可以设置为无限大。

另外，值得说明的是，假设当前机器人手臂是向左摆动的，此时，可以仅控制与向左的摆动方向对应的避障检测器工作，当然也可以控制其他摆动方向对应的避障检测器也同时工作。而且，控制器中预先存储有各避障检测器的标识与摆动方向的对应关系，以便根据当前对机器人手臂的摆动方向的控制，结合该对应关系确定当前应该获取哪个避障检测器测得的实测距离值。

在实际应用中，为提高机器人手臂的拟人化效果，可以设置包含前臂和后臂的机器人手臂，如图2所示，该机器人手臂包括前臂和后臂，从而，前臂和后臂分别可以具有上、下、左、右四个摆动方向的摆动自由度。可选地，对于任意摆动方向来说，与该摆动方向对应的避障检测器可以包括设置在前臂上的第一避障检测器和设置在后臂上的第二避障检测器。另外，由于在机器人手臂的摆动过程中，前臂和后臂的末端的转动路径是最长的，从而，针对任意摆动方向来说，可以将与该摆动方向对应的第一避障检测器和第二避障检测器分别设置在前臂和后臂的末端侧，以最有效地防止机器人手臂在该摆动方向的摆动过程中碰到障碍物。

当机器人手臂包括前臂和后臂时，若当前摆动方向上的第一避障检测器对应的第一实测距离值或者当前摆动方向上的第二避障检测器对应的第二实测距离值小于或等于预设避障距离阈值，则控制机器人手臂停止向当前摆动方向摆动。

本实施例中，机器人具有可摆动的手臂，在机器人手臂上设置与机器人手臂的各摆动方向分别对应的避障检测器。当基于实际需求控制机器人手臂当前向某个摆动方向摆动时，可以以一定时间间隔不断获取机器人手臂上与该当前摆动方向对应的避障检测器测得的机器人手臂与当前摆动方向上的障碍物之间的实测距离值。当发现该实测距离值小于或等于预设避障距离阈值时，控制机器人手臂停止向当前摆动方向摆动，以实现机器人手臂在当前摆动方向上的避障。

图3为本发明实施例提供的机器人手臂避障方法实施例二的流程图，如图3所示，在图1所示实施例基础上，还可以包括如下步骤：

步骤201、若接收到机器人手臂上与当前摆动方向对应的防撞结构触发的碰撞指示信号，则控制机器人手臂停止向当前摆动方向摆动。

本实施例还提供了一种针对当避障检测器工作异常导致没有预先防止机器人手臂与当前摆动方向前方的障碍物发生碰撞时的补救手段。

具体来说，可以在机器人手臂上设置与各摆动方向对应的防撞结构，该防撞结构用于提供一种物理的或者说是硬件的防撞保护措施。该防撞结构可以采用常用的防撞材料制成，并且每个防撞结构具有与之对应的开关，开关的一侧与控制器连接，从而，当防撞结构由于与障碍物碰撞而触发开关闭合时，向控制器触发碰撞指示信号，以告知控制器机器人手臂在哪个摆动方向上与障碍物发生了碰撞。从而，若控制器接收到了机器人手臂上与当前摆动方向对应的防撞结构触发的碰撞指示信号时，控制机器人手臂停止向当前摆动方向摆动。

可以理解的是，控制器中预先存储有防撞结构或开关的标识与摆动方向的对应关系，碰撞指示信号中可以携带对应的防撞结构或开关的标识，以便控制器确定是哪个摆动方向的防撞结构被触发。

结合本实施例，可以在机器人手臂上设置与各摆动方向对应的避障检测器和防撞结构，以通过避障检测器和防撞结构联合实现对机器人手臂的可靠地避障控制。

图4为本发明实施例提供的机器人手臂避障系统实施例一的结构示意图，如图4所示，该系统包括：

可摆动的机器人手臂1，设置在所述机器人手臂1上与所述机器人手臂1的各摆动方向分别对应的避障检测器11，驱动所述机器人手臂1摆动的驱动电机12，以及控制器13。

所述避障检测器11，用于检测在对应摆动方向上所述机器人手臂1与障碍物之间的实测距离值。

所述控制器13，用于根据对所述机器人手臂1的当前摆动方向的控制，获取与所述当前摆动方向对应的避障检测器11的实测距离值；若所述实测距离值小于或等于预设避障距离阈值，则通过控制所述驱动电机12以控制所述机器人手臂1停止向所述当前摆动方向摆动。

可选地，所述机器人手臂1包括可摆动的前臂和后臂，对应于同一摆动方向上的避障检测器11包括设置在所述前臂上的第一避障检测器和设置在所述后臂上的第二避障检测器。

可选地，所述第一避障检测器和所述第二避障检测器分别设置在所述前臂和所述后臂的末端侧，所述末端侧为对应于转动路径最大的一侧。

从而，所述控制器13具体用于：获取与所述当前摆动方向对应的第一避障检测器的第一实测距离值和第二避障检测器的第二实测距离值，若所述第一实测距离值或者所述第二实测距离值小于或等于预设避障距离阈值，则通过控制所述驱动电机12以控制所述机器人手臂1停止向所述当前摆动方向摆动。

图4所示系统可以执行图1所示实施例的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对图1所示实施例的相关说明。该技术方案的执行过程和技术效果参见图1所示实施例中的描述，在此不再赘述。

图5为本发明实施例提供的机器人手臂避障系统实施例二的结构示意图，如图5所示，在图4所示实施例基础上，该系统还包括：

设置在所述机器人手臂1上与所述机器人手臂1的各摆动方向分别对应的防撞结构14，所述防撞结构14具有对应的开关15，所述开关15的一端与所述驱动电机12连接。

所述驱动电机12，用于若接收到与所述当前摆动方向对应的防撞结构14的开关闭合而触发的碰撞指示信号，则控制所述机器人手臂1停止向所述当前摆动方向摆动。

上述开关15的一端可以直接与驱动电机12连接，以使得驱动电机可以直接控制机器人手臂1在当前摆动方向的摆动。当然，该开关15的一端也可以与控制器13连接，由控制器13控制驱动电机12来实现对机器人手臂1在当前摆动方向的摆动。

图5所示系统可以执行图3所示实施例的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对图3所示实施例的相关说明。该技术方案的执行过程和技术效果参见图3所示实施例中的描述，在此不再赘述。

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和软件结合的方式来实现。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计算机产品的形式体现出来，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

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。