用于移动机器人的障碍物探测方法及装置与流程

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种用于移动机器人的障碍物探测方法、装置及计算机存储介质。

背景技术：

机器人是自动执行工作的机器装置，在工作过程中，需要准确的获取视野范围内的障碍物信息进行相应的导航避障，才能到达设定的目的地。

现有技术中，在机器人的底盘上布置有多个距离传感器，并采用轮寻的方式触发所述距离传感器进行障碍物的测距。例如，先触发其中一个距离传感器进行障碍物的测距，经设定时长后，触发另一个距离传感器进行障碍物的测距。这种测距方式降低了障碍物的测距采样频率，导致机器人对突发障碍物反应较慢，无法及时进行障碍物的测距，出现障碍物探测精度低的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于移动机器人的障碍物探测方法、装置、终端设备及计算机存储介质，以有效提高障碍物探测精度。

本发明实施例的第一方面提供了一种用于移动机器人的障碍物探测装置，所述装置安装于所述移动机器人的底盘，包括：

多个发射探头，用于发射测距信号；

多个接收探头，用于接收经由障碍物反射后的所述测距信号；

连接所述发射探头和接收探头的控制电路，用于控制一个或多个所述发射探头发射测距信号的同时，控制至少两个所述接收探头接收所述测距信号，并根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置，以及估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

本发明实施例的第二方面提供了一种用于移动机器人的障碍物探测方法，包括：

控制一个或多个发射探头发射测距信号；

控制至少两个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号；

若所述接收探头接收到所述测距信号，则根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置；

综合计算出的多个所述障碍物的位置估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

本发明实施例的第三方面提供了一种用于移动机器人的障碍物探测装置，包括：

发射控制单元，用于控制一个或多个发射探头发射测距信号；

接收控制单元，用于控制至少两个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号；

距离计算单元，用于若所述接收探头接收到所述测距信号，则根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的距离；

综合估算单元，用于综合多个所述接收探头至所述障碍物的距离估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

本发明实施例的第四方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述方法的步骤。

本发明实施例的第五方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述方法的步骤。

本发明实施例，通过所述控制电路同时连接相互分离的多个发射探头和多个接收探头，实现所述相互分离的多个发射探头和多个接收探头的集成控制。在控制所述一个或多个所述发射探头发射测距信号的同时，控制至少两个所述接收探头接收所述测距信号，并根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置，以及估计所述障碍物的尺寸和外部形状。实现了提高所述移动机器人对所述障碍物的测量准确度的同时，能够利用最少数量的距离传感器，最大限度的减少障碍物探测盲区。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有技术中收发分离的距离传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的收发一体式的距离传感器的结构示意图；

图3-1，图3-2分别是采用如图1所示的距离传感器的机器人测距装置结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置的结构框图；

图5是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置中圆周形分布的发射探头与接收探头的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置中直线形分布的发射探头与接收探头的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测方法的示意流程图；

图8是本发明实施例提供的发射探头、接收探头与障碍物之间的坐标位置示意图；

图9是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

在移动机器人底盘上，为了检测周围环境中的障碍物，通常会安装一定数量的距离传感器，如：红外距离传感器和超声波距离传感器等。通过准确测量机器人底盘和障碍物之间的距离，才能使机器人准确的进行相应的导航避障，到达设定的目的地。

图1示出了现有技术中收发分离的距离传感器1的结构示意图，该收发分离的距离传感器1包括发射探头11和接收探头12，所述发射探头11和所述接收探头12连接控制电路13，所述控制电路13用于控制所述发射探头11和所述接收探头12的信号发射与信号接收。如图3-1和图3-2分别示出了采用如图1所示的距离传感器的机器人测距装置结构示意图，其中，图3-1为圆周形分布的距离传感器对应的机器人测距装置，图3-2为直线形分布的距离传感器对应的机器人测距装置。也就是说，现有技术中距离传感器的一个发射探头11和一个接收探头12连接一个控制电路13。

图2示出了现有技术中收发一体式的距离传感器2的结构示意图，该收发一体式的距离传感器2包括发射与接收探头21，所述发射与接收探头21连接控制电路22，所述控制电路22用于控制所述发射与接收探头21的信号发射与信号接收。同样地，一个发射与接收探头21连接一个控制电路22。

由于上述距离传感器的发射频率相同，为了避免上述距离传感器的误触发，现有技术中一般采用轮寻的方式触发所述收发分离的距离传感器以及收发一体式的距离传感器。例如：首先触发底盘右边的距离传感器，等待一段时间后所述距离传感器向所述控制电路返回一个距离值或无效值(无障碍物)，然后触发下一个距离传感器，每个距离传感器轮流测量，周而复始。但是，在减少距离传感器误触发的同时，降低了障碍物的测距采样频率，导致机器人对突发障碍物反应较慢，无法及时进行障碍物的测距，出现障碍物探测精度低的问题。

另外，现有技术中的距离传感器在障碍物较小或者所述距离传感器的发射探头的声波或红外线入射角小于45°时，所述控制电路很难再从所述距离传感器的接收探头接收到所述障碍物反射回来的声波或红外线，导致所述机器人检测不到形状特殊和体积较小的障碍物。并且，现有技术中，为了使所述移动机器人能够无死角的探测周围的障碍物，需要在所述移动机器人的底盘上安装较多的距离传感器才能减少探测盲区。

本发明实施例，通过所述控制电路同时连接相互分离的多个发射探头和多个接收探头，实现所述相互分离的多个发射探头和多个接收探头的集成控制。在控制所述一个或多个所述发射探头发射测距信号的同时，控制至少两个所述接收探头接收所述测距信号，并根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置，以及估计所述障碍物的尺寸和外部形状。实现了提高所述移动机器人对所述障碍物的测量准确度的同时，能够利用最少数量的距离传感器，最大限度的减少障碍物探测盲区。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置40的结构框图。本实施例中的装置安装于所述移动机器人的底盘，适用于需要进行移动的机器人障碍物探测的情况。该障碍物探测装置40，可包括：多个发射探头41，多个接收探头42，和控制电路43，其中，所述控制电路43分别连接所述多个发射探头41和所述多个接收探头42。

所述多个发射探头41，用于发射测距信号。

所述多个接收探头42，用于接收经由障碍物反射后的所述测距信号。

所述控制电路43，用于控制一个或多个所述发射探头41发射测距信号的同时，控制至少两个所述接收探头42接收所述测距信号，并根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置，以及估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

其中，所述发射探头41可以为超声波探头或者为红外探头，所述测距信号可以为超声波信号或者为红外信号。所述接收探头42用于接收经由障碍物反射后的所述超声波信号或者红外信号。

所述控制电路43可以是处理器，该处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

可选地，如图5所示为本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置中圆周形分布的发射探头与接收探头的结构示意图；如图6所示为本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置中直线形分布的发射探头与接收探头的结构示意图。所述发射探头和接收探头呈线型分布在所述移动机器人的底盘的边缘，并且相互分离，以便更好的发射和接收所述测距信号。

可选地，所述发射探头和接收探头在所述移动机器人的底盘的边缘交替排列。需要说明的是，所述发射探头和接收探头的排列方式可以根据经验进行设计，对不同的机器人而言具有不同的排列方式，此处举例仅为示例性说明。

本发明实施例，通过所述控制电路同时连接相互分离的多个发射探头和多个接收探头，实现所述相互分离的多个发射探头和多个接收探头的集成控制。在控制所述一个或多个所述发射探头发射测距信号的同时，控制至少两个所述接收探头接收所述测距信号，并根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置，以及估计所述障碍物的尺寸和外部形状。实现了提高所述移动机器人对所述障碍物的测量准确度的同时，能够利用最少数量的距离传感器，最大限度的减少障碍物探测盲区。

请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测方法的示意流程图。本实施例中的方法可包括：

s701，控制一个或多个发射探头发射测距信号；

s702，控制至少两个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号；

s703，若所述接收探头接收到所述测距信号，则根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置；

s704，综合计算出的多个所述障碍物的位置估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

其中，所述发射探头可以为超声波探头或者为红外探头，所述测距信号可以为超声波信号或者为红外信号。所述接收探头用于接收经由障碍物反射后的所述超声波信号或者红外信号。

需要说明的是，在步骤s701和步骤s702中，所述控制一个或多个发射探头发射测距信号，以及控制至少两个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号包括：一个发射探头发射测距信号，同时，多个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号，也就是说，可以为一发多收。还可以包括：多个发射探头发射不同频率的测距信号，同时，多个接收探头接收经由障碍物反射后的所述不同频率的测距信号，也就是说，可以为多发多收。

在所述一发多收的情况下，所述发射探头可以采用轮寻的方式，但是，每个发射探头的发射频率可以不相同，此时，可以根据实际需要提高所述发射探头轮寻的频率，进而避免机器人对突发障碍物反应较慢，无法及时进行障碍物的测距，出现障碍物探测精度低的问题。另外，由于多个接收探头同时接收所述测距信号，使得所述机器人能够无死角的探测周围的障碍物，检测到形状特殊和体积较小的障碍物，进而减少探测盲区，提高检测精度。

在所述多发多收的情况下，所述发射探头的发射频率不相同。同样地，由于多个发射探头和多个接收探头同时发射和接收所述测距信号，使得所述机器人能够及时进行障碍物的测距，提高所述障碍物的探测精度，同时能够无死角的探测周围的障碍物，检测到形状特殊和体积较小的障碍物，进而减少探测盲区，提高检测精度。

可选地，在控制一个或多个发射探头发射测距信号时，若所述接收探头未接收到所述测距信号，则控制一个或多个其他发射探头发射测距信号。

也就是说，当前的一个或多个发射探头发射测距信号时，若所述接收探头未接收到所述测距信号，则表示未探测到所述障碍物，此时可以继续控制除当前的所述一个或多个所述发射探头以外的其他发射探头发射测距信号，进而探测其他方向的障碍物。需要说明的是，所述接收探头未接收到所述测距信号时，仍可以继续控制当前发射测距信号的发射探头继续发射测距信号。

可选地，所述控制多个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号，包括：控制全部接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号。

当所述控制全部接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号时，表示各个方向或位置的接收探头都用于接收所述经由障碍物反射后的所述测距信号，使得所述机器人能够无死角的探测周围的障碍物，并且检测到形状特殊和体积较小的障碍物，减少探测盲区，提高检测精度。

可选地，所述根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的位置，包括：所述根据、所述发射探头和接收探头的位置坐标计算所述障碍物的位置。

例如，如图8示出了本发明实施例中发射探头41、接收探头42与障碍物43之间的坐标位置示意图，在已知发射探头41的坐标为(x1，y1)，接收探头42的坐标为(x2，y2)，以及根据所述发射和接收所述测距信号的时间差求得超声波或红外线经障碍物43反射的路程l，得到：

其中，(x3，y3)为障碍物43的坐标。需要说明的是，由于发射探头与接收探头之间的间隔距离同所述发射探头和接收探头分别距离障碍物之间的距离相比较小，因此，所述超声波或红外线经障碍物反射的路程l为所述发射和接收所述测距信号的时间差对应的路程的一半。

在综合计算出的多个所述障碍物的位置估计所述障碍物的尺寸和外部形状时，可以分别根据所述障碍物的位置坐标拟合所述障碍物的尺寸和外部形状。

如图9示出了本发明实施例提供的一种用于移动机器人的障碍物探测装置900的结构示意图，包括：

发射控制单元901，用于控制一个或多个发射探头发射测距信号；

接收控制单元902，用于控制至少两个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号；

距离计算单元903，用于若所述接收探头接收到所述测距信号，则根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的距离；

综合估算单元904，用于综合多个所述接收探头至所述障碍物的距离估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

需要说明的是，为描述的方便和简洁，上述描述的一种用于移动机器人的障碍物探测装置的具体工作过程，可以参考图7所述方法的对应过程，在此不再过多赘述。

图10是本发明实施例提供的终端设备的示意图。如图10所示，该实施例的终端设备10包括：处理器100、存储器101以及存储在所述存储器101中并可在所述处理器100上运行的计算机程序102，例如用于移动机器人的障碍物探测的程序。所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各个用于移动机器人的障碍物探测方法实施例中的步骤，例如图7所示的s701至s704。或者，所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如，图9所示模块901至904的功能。

示例性的，所述计算机程序102可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器101中，并由所述处理器100执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序102在所述终端设备10中的执行过程。例如，所述计算机程序102可以被分割成发射控制单元、接收控制单元、距离计算单元、综合估算单元，各单元具体功能如下：

发射控制单元，用于控制一个或多个发射探头发射测距信号；

接收控制单元，用于控制至少两个接收探头接收经由障碍物反射后的所述测距信号；

距离计算单元，用于若所述接收探头接收到所述测距信号，则根据发射和接收所述测距信号的时间差计算所述障碍物的距离；

综合估算单元，用于综合多个所述接收探头至所述障碍物的距离估计所述障碍物的尺寸和外部形状。

所述终端设备10可以是包括距离传感器的机器人。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器100、存储器101。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是终端设备10的示例，并不构成对终端设备10的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线、舵机和陀螺仪等。

所称处理器100可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器101可以是所述终端设备10的内部存储单元，例如终端设备10的硬盘或内存。所述存储器101也可以是所述终端设备10的外部存储设备，例如所述终端设备10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器101还可以既包括所述终端设备10的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器101用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。