机器人的行走控制方法、装置及系统与流程

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人的行走控制方法、装置及系统。

背景技术：

扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。随着生活水平的提高，对于一般家庭也越来越普及。

通常，扫地机器人的左右行动轮分别设有测速用的里程计，通过左右两侧的里程计来调节扫地机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，从而完成对扫地机器人行走的控制，里程计可以是红外码盘，也可以是霍尔传感器。当一侧里程计失效时，会造成扫地机器人打转，走不了直线等故障，在扫地机器人的故障中，此故障一般占所有故障的10％左右。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种机器人的行走控制方法及装置。

依据本发明的第一个方面，提供了一种机器人的行走控制方法，所述方法包括：

在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角；

根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走。

可选地，所述根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走，进一步包括：

获取所述机器人第二侧里程计所测量的第二速度值，根据所述偏航角及第二速度值调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，从而完成对机器人行走的控制。

可选地，所述根据所述偏航角及第二速度值调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，进一步包括：

判断所述偏航角是否处于预设角度范围内，在所述偏航角未处于预设角度范围时，判断所述第二速度值是否处于预设速度范围内；

在所述第二速度值未处于预设速度范围内时，调整所述第二侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号；

在所述第二速度值处于预设速度范围内时，调整所述第一侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号。

可选地，所述在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角之前，所述方法还包括：

获取机器人两侧里程计分别测量的第一速度值，在满足下式时，认定所述第一侧里程计失效，

SPEEDb<k*SPEEDa

其中，SPEEDb为第一侧里程计所测量的第一速度值，SPEEDa为第二侧里程计所测量的第一速度值，k为大于0且小于1的常数。

依据本发明的第二个方面，提供了一种机器人的行走控制装置，所述装置包括：

数据获取单元，用于在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角；

行走控制单元，用于根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走。

可选地，所述行走控制单元，进一步用于获取所述机器人第二侧里程计所测量的第二速度值，根据所述偏航角及第二速度值调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，从而完成对机器人行走的控制。

可选地，所述行走控制单元，进一步用于判断所述偏航角是否处于预设角度范围内，在所述偏航角未处于预设角度范围时，判断所述第二速度值是否处于预设速度范围内；在所述第二速度值未处于预设速度范围内时，调整所述第二侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号；在所述第二速度值处于预设速度范围内时，调整所述第一侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号。

可选地，所述装置还包括：失效判断单元，用于获取机器人两侧里程计分别测量的第一速度值，在满足下式时，认定所述第一侧里程计失效，

SPEEDb<k*SPEEDa

其中，SPEEDb为第一侧里程计所测量的第一速度值，SPEEDa为第二侧里程计所测量的第一速度值，k为大于0且小于1的常数。

依据本发明的第三个方面，提供了一种机器人的行走控制系统，所述系统包括：所述的装置。

可选地，所述系统还包括：机器人两侧里程计和机器人左右行动轮，所述机器人两侧里程计和机器人左右行动轮分别与所述装置连接。

本发明在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角，根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走，从而能够在第一侧里程计失效时，不再依赖第一侧里程计所检测的速度值来控制机器人的行走，从而避免了机器人打转，走不了直线等问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是现有技术中测速所采用的码盘；

图2是现有技术中行动行动轮测速的原理示意图；

图3是光电传感器的原理图；

图4是扫地机器人的驱动轮位置图；

图5是本发明一种实施方式的机器人的行走控制方法的流程图；

图6是三轴陀螺仪三个方向所得角度的示意图；

图7是本发明另一种实施方式的机器人的行走控制方法的流程图；

图8是本发明一种实施方式的机器人的行走控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

现有技术中里程计可采用图1所示的码盘，参照图2，可将该码盘设于机器人的行动轮电机上，并将图3所示的光电传感器设于所述图2的对应位置处，当电机转动后，通过码盘的光栅遮挡或通过红外信号来感应电机的转动，从而得到一定频率的方波，方波的频率代表着电机的转动速度。

此时，控制器在控制行动轮运动时，可通过驱动脉冲信号(PWM)来控制行动轮的电机运动，PWM的占空比越高，输出电压越大，电机转速越高；PWM占空比越低，输出电压越小，电机转速越低。

当然，现有技术中还采用多极磁环用作霍尔传感器的码盘，也就是说，将图2中的码盘设为多极磁环，将图2中的传感器设为霍尔传感器。

参照图4，由于扫地机器人的左右行动轮分别设有测速用的里程计，通过左右两侧的里程计来调节扫地机器人左右行动轮的PWM，从而完成对扫地机器人行走的控制，当一侧里程计失效时，会造成扫地机器人打转，走不了直线等故障，针对该故障，故而，提出以下实施方式。

图5是本发明一种实施方式的机器人的行走控制方法的流程图；参照图5，所述方法包括：

S501：在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角；

需要说明的是，本实施方式的方法的执行主体为控制器，所述控制器用于对机器人的行走进行控制，其可以设置于所述机器人上(参照图2)，即作为所述机器人的控制装置，也可以不设置于所述机器人上，而通过远程控制的方式控制所述机器人行走，当然，还可为其他类似功能的部件，本实施方式对此不加以限制。

可理解的是，所述机器人为可行走的机器人，例如：扫地机器人，当然，可为其他可行走的机器人，本实施方式对此不加以限制。

图6是三轴陀螺仪三个方向所得角度的示意图；参照图6，三个方向所得角度分别为：pitch、yaw和roll，其中，pitch是围绕X轴旋转，也叫做俯仰角；yaw是围绕Y轴旋转，也叫偏航角；roll是围绕Z轴旋转，也叫翻滚角；故而，本实施方式中的偏航角可通过三轴陀螺仪获取，当然，还可采用其他传感器获取，本实施方式对此不加以限制。

S502：根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走。

可理解的是，所述控制器可控制机器人的行走，因此，本实施方式中可根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走。

本实施方式在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角，根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走，从而能够在第一侧里程计失效时，不再依赖第一侧里程计所检测的速度值来控制机器人的行走，从而避免了机器人打转，走不了直线等问题。

图7是本发明另一种实施方式的机器人的行走控制方法的流程图；参照图7，所述方法包括：

S700：获取机器人两侧里程计分别测量的第一速度值，在满足下式时，认定所述第一侧里程计失效，

SPEEDb<k*SPEEDa

其中，SPEEDb为第一侧里程计所测量的第一速度值，SPEEDa为第二侧里程计所测量的第一速度值，k为大于0且小于1的常数；

可理解的是，通常在SPEEDa和SPEEDb之间存在明显差距时，会认定为有一侧里程计失效，为便于对失效的里程计进行确认，本实施方式中，通过以上公式进行判断。

S701：在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角；

步骤S701与图5所示的实施方式的步骤S501相同，在此不再赘述。

S702：获取所述机器人第二侧里程计所测量的第二速度值，根据所述偏航角及第二速度值调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，从而完成对机器人行走的控制。

为便于对机器人行走进行控制，本实施方式中，通过调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号来实现。

在具体实现中，所述根据所述偏航角及第二速度值调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，进一步包括以下步骤A1～A3：

A1：判断所述偏航角是否处于预设角度范围内，在所述偏航角未处于预设角度范围时，判断所述第二速度值是否处于预设速度范围内；

A2：在所述第二速度值未处于预设速度范围内时，调整所述第二侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号；

A3：在所述第二速度值处于预设速度范围内时，调整所述第一侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号。

下面以一个具体实施例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围。假设控制行动轮运动的PWM波，行动轮A记为PWMa,行动轮B记为PWMb。行动轮运动每厘米检测到的方波个数记为SQUARE_COUNT。行动轮A的方波个数记为SQURE_COUNTa，行动轮B的方波个数记为SQURE_COUNTb，机器运动固定速度SPEED_FIXED。

在机器人做直线运动时，进行步骤R1～R7：

R1：记录机器人直线运动的航向角yaw值YAW_FIXED，标识机器人需按此航偏角做直线运动。

R2：开始运动时，行动轮A、行动轮B都以固定的PWM占空比控制，即PWMa＝PWMb；

R3：当SQURE_COUNTa或SQURE_COUNTb中的某一个达到3厘米需要的count数时，开始检测，假设SQURE_COUNTa达到3厘米所需的count数，然后读取SQURE_COUNTb的数据，通过速度＝里程/时间，计算出SPEEDa和SPEEDb；

如果SPEEDb的数据小于SPEEDb*0.3,则认为此时行动轮B的数据不良，如果强行调整行动轮B的PWM，使得SPEEDa＝SPEEDb，则机器会表现出打转，乱走的异常现象。

R4：调整目标为整机速度跟设定速度一致，最大误差不超过5％，整机航向角跟设定角度一致，最大误差不超过2度。

R5：当知道行动轮B的测速单应异常后，不再使用行动轮B的测速数据。仅以行动轮A的测速数据当作机器人整机的运动速度，并使得SPEEDa不断趋近与SPEED_FIXED。

R6：当SPEEDa在趋近SPEED_FIEXED的过程中，使得PWMb＝PWMa,则此时SPEEDb也接近于SPEED_FIXED。

R7：读取机器人的航偏角yaw_current值，当yaw_current大于YAW_FIXED时，表示机器人向左偏航。当yaw_current小于YAW_FIXED时，表示机器人向右偏航。

当(yaw_current–YAW_FIXED)的值大于2度时，表示机器人偏航较大，此时开始调整机器人的左右轮的PWM值，使得机器人回归到正常的轨道。调整PWM的策略是：如果SPEEDa在SPEED_FIXED的5％的最大偏差范围内，则调整PWMb，如果SPEEDa不在SPEED_FIXED的范围内，则调整PWMa。这样做就能保证整机运动的速度始终在SPEED_FIXED的正常范围内，并且机器人不走偏。

对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。

图8是本发明一种实施方式的机器人的行走控制装置的结构框图；参照图8，所述装置包括：

数据获取单元801，用于在机器人第一侧里程计失效时，实时获取所述机器人的偏航角；

行走控制单元802，用于根据所述偏航角及所述机器人第二侧里程计控制所述机器人的行走。

在本发明一种可选实施方式中，所述行走控制单元，进一步用于获取所述机器人第二侧里程计所测量的第二速度值，根据所述偏航角及第二速度值调节所述机器人左右行动轮的驱动脉冲信号，从而完成对机器人行走的控制。

在本发明一种可选实施方式中，所述行走控制单元，进一步用于判断所述偏航角是否处于预设角度范围内，在所述偏航角未处于预设角度范围时，判断所述第二速度值是否处于预设速度范围内；在所述第二速度值未处于预设速度范围内时，调整所述第二侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号；在所述第二速度值处于预设速度范围内时，调整所述第一侧里程计对应行动轮的驱动脉冲信号。

在本发明一种可选实施方式中，所述装置还包括：失效判断单元，用于获取机器人两侧里程计分别测量的第一速度值，在满足下式时，认定所述第一侧里程计失效，

SPEEDb<k*SPEEDa

其中，SPEEDb为第一侧里程计所测量的第一速度值，SPEEDa为第二侧里程计所测量的第一速度值，k为大于0且小于1的常数。

本发明还公开了一种机器人的行走控制系统，所述系统包括：所述的装置。

在本发明一种可选实施方式中，所述系统还包括：机器人两侧里程计和机器人左右行动轮，所述机器人两侧里程计和机器人左右行动轮分别与所述装置连接。

对于装置及系统实施方式而言，由于其与方法实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。

应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。

本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，PC通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告等。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。