移动机器人及其导航方法与流程

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种移动机器人及其导航方法。

背景技术

擦窗机器人主要是凭借其自身底部的真空泵或者风机装置，牢牢地吸附在玻璃上，然后借助一定的人工智能，自动探测窗户的边角距离和规划擦窗路径，并在清洁完毕之后回到初始的放置位置方便人们将其取下。但是，目前现有的擦窗机器人往往缺少避障功能，当遇到障碍物时需要用户手动调整擦撞机器人的移动方向，因而增加了擦窗机器人的操作复杂性。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何实现擦窗机器人自动避障的技术问题，为此目的，本发明提供了一种移动机器人及其导航方法。

在第一方面，本发明中移动机器包括移动机器人本体和可伸缩结构；

所述移动机器人本体包括用于承载所述移动机器人的预设结构的两个分体，并且两个所述分体通过所述可伸缩结构连接；

所述可伸缩结构用于当所述移动机器人的当前移动路径上存在障碍时，通过拉伸和/或压缩带动两个所述分体顺次跨越所述障碍。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述可伸缩结构包括可变形伸缩杆和两个可伸缩支撑杆；

两个所述可伸缩支撑杆分别设置在所述可变形伸缩杆的两端，并且每个所述可伸缩支撑杆分别与一个所述分体连接。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述移动机器人还包括障碍检测模块和障碍信息获取模块；

所述障碍检测模块设置在所述移动机器人本体上，用于检测所述移动机器人的当前移动路径上是否存在障碍；

所述障碍信息获取模块设置在所述可变形伸缩杆上，用于获取所述障碍的状态信息；所述状态信息包括所述障碍的宽度信息和高度信息。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述障碍检测模块包括：

第一检测单元，其用于检测所述当前移动路径所在平面上是否存在凸起障碍；

第二检测单元，其用于检测所述当前移动路径所在平面上是否存在凹陷障碍和悬空障碍；所述悬空障碍为所述移动机器人本体的一部分处于悬空状态。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述第一检测单元包括超声波传感器和/或红外传感器；

所述第二检测单元包括超声波传感器和/或红外传感器；

所述障碍信息获取模块包括深度摄像机。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述移动机器人还包括：

移动距离检测模块，其用于检测所述移动机器人在当前移动路径上的移动距离；

位姿检测模块，其用于检测所述移动机器人的位姿信息。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述位姿检测模块包括：

惯性测量子模块，其用于检测所述移动机器人在每个预设的轴向上的姿态角、速度和加速度；

重力检测子模块，其用于检测重力场方向与所述移动机器人的当前移动方向的夹角。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述移动机器人是擦窗机器人。

在第二方面，本发明中移动机器人的导航方法包括如下步骤：

根据所述障碍检测模块的检测结果判断所述移动机器人的当前移动路径上是否存在障碍，

若存在障碍，则根据预先获取的所述移动机器人本体的位姿信息和所述障碍信息获取模块所获取的状态信息，控制所述可伸缩结构进行拉伸和/或压缩，从而带动两个所述分体顺次跨越所述障碍；

若不存在障碍，则根据所述位姿信息和预设的移动轨迹，控制所述移动机器人移动。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

“根据预先获取的所述移动机器人本体的位姿信息和所述障碍信息获取模块所获取的状态信息，控制所述可伸缩结构进行拉伸和/或压缩，从而带动两个所述分体顺次跨越所述障碍”的步骤具体包括：

控制第一分体对应的可伸缩支撑杆进行拉伸，并在所述障碍检测模块检测不到障碍后控制所述可伸缩支撑杆停止拉伸；所述第一分体为在控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩之前远离障碍的分体；

根据所述位姿信息和状态信息确定所述可变形拉伸杆的拉伸长度和拉伸方向，并根据所确定的拉伸长度和拉伸方向控制所述可变形拉伸杆进行拉伸；

控制第二分体对应的可伸缩支撑杆进行拉伸，并在所述第二分体到达所述当前移动路径所在平面后控制所述可伸缩支撑杆停止拉伸；所述第二分体为在控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩之前靠近障碍的分体；

控制所述移动机器人沿当前移动方向移动，并在所述第一分体靠近所述障碍后控制所述移动机器人停止移动；

根据所述状态信息确定压缩长度，并根据所确定的压缩长度控制所述第一分体对应的可伸缩支撑杆进行压缩；

根据所述拉伸长度和拉伸方向控制所述可变形拉伸杆进行压缩；

控制所述第二分体对应的可伸缩支撑杆进行压缩，并在所述第一分体到达所述当前移动路径所在平面后控制所述可伸缩支撑杆停止压缩。

与最接近的现有技术相比，上述技术方案至少具有如下有益效果：

1、本发明中的移动机器人是包含两个分体的分体式移动机器人，其能够在检测到移动路径上存在障碍后，分别控制两个分体顺次跨越障碍来实现避障。同时，该移动机器人上预置的障碍检测模块(如超声波传感器或红外传感器)可以检测移动路径上是否存在障碍，障碍信息获取模块(如深度摄像机)可以获取障碍的状态信息，位姿检测模块(如惯性测量子模块和重力检测子模块)可以检测移动机器人的位姿信息，移动距离检测模块(如里程计)可以测得移动机器人的移动距离。基于上述信息检测/获取模块，能够实现移动机器人进行精准避障。

2、本发明中的障碍检测模块可以检测凸起障碍、凹陷障碍和悬空障碍等多种障碍类型，提高了机器人避障的成功率。

3、本发明中的移动机器人导航方法，在检测到障碍的情况下，可以根据预先获取的移动机器人本体的位姿信息和障碍的状态信息，控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩，从而带动两个分体顺次跨越障碍。在未检测障碍的情况下，可以根据位姿信息和预设的移动轨迹，控制移动机器人移动。基于上述步骤，无需用户手动操控移动机器人，实现了移动机器人的自动导航功能。

附图说明

图1是本发明实施例中一种移动机器人的主要结构示意图；

图2是本发明实施例中第一种障碍示意图；

图3是本发明实施例中第二种障碍示意图；

图4是本发明实施例中第三种障碍示意图；

图5是本发明实施例中第四种障碍示意图；

图6是本发明实施例中第五种障碍示意图；

图7是本发明实施例中第六种障碍示意图；

图8是本发明实施例中一种移动机器人导航方法的主要步骤示意图；

图9是本发明实施例中一种移动轨迹的示意图；

图10本发明实施例中另一种移动机器人导航方法的主要步骤示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

下面结合附图，对本发明实施例中的移动机器人进行说明。

参阅附图1，图1示例性示出了本实施例中一种移动机器人的主要结构。如图1所示，本实施例中移动机器人可以包括移动机器人本体和可伸缩结构。具体地，本实施例中移动机器人本体可以包括用于承载移动机器人的预设结构的分体11和分体12。可伸缩结构可以包括可伸缩支撑杆21、可伸缩支撑杆22和可变形伸缩杆23。可伸缩支撑杆21和可伸缩支撑杆22分别设置在可变形伸缩杆23的两端，并且可伸缩支撑杆21与分体11连接，可伸缩支撑杆22与分体12连接。

本实施例中预设结构指的是移动机器人能够实现特定功能所需的功能性结构，该功能性结构可以是机械结构，也可以是能够加载并执行特定计算机程序的计算机设备/存储介质。例如，移动机器人是擦窗机器人时，预设结构可以是能够控制移动机器人移动和执行擦除动作等功能的功能性结构。

进一步地，本实施例中图1所示的移动机器人还可以包括障碍检测模块、障碍信息获取模块、移动距离检测模块和位姿检测模块。

具体地，本实施例中障碍检测模块设置在移动机器人本体上，可以用于检测移动机器人的当前移动路径上是否存在障碍。

在本实施例的一个优选实施方案中，障碍检测模块可以包括第一检测单元和第二检测单元。第一检测单元可以用于检测当前移动路径所在平面上是否存在凸起障碍。第二检测单元，其用于检测当前移动路径所在平面上是否存在凹陷障碍和悬空障碍，其中，悬空障碍为移动机器人本体的一部分处于悬空状态。

参阅附图2-7，图2示例性示出了本实施例中的第一种凸起障碍，图3示例性示出了本实施例中的第二种凸起障碍，图4示例性示出了本实施例中的第三种凸起障碍，图5示例性示出了本实施例中的第一种悬空障碍，图6示例性示出了本实施例中的第二种悬空障碍，图7示例性示出了本实施例中的凹陷障碍。

在本实施方案中，第一检测单元可以包括超声波传感器和/或红外传感器，第二检测单元也可以包括超声波传感器和/或红外传感器。

本实施例中障碍信息获取模块设置在可变形伸缩杆23上，用于获取障碍的状态信息。其中，状态信息可以包括障碍的宽度信息和高度信息。要说明的是，相对于凸起障碍而言，障碍的高度信息指的是障碍高于工作平面的距离。相对于凹陷障碍而言，障碍的高度信息指的是障碍低于工作平面的距离。在本实施例中，障碍信息获取模块可以是深度摄像机。

本实施例中移动距离检测模块可以用于检测移动机器人在当前移动路径上的移动距离。例如，移动距离检测模块可以是里程计。

本实施例中位姿检测模块可以用于检测移动机器人的位姿信息。在本实施例的另一个优选实施方案中，位姿检测模块可以包括惯性测量子模块(inertialmeasurementunit，imu)和重力检测子模块。惯性测量子模块可以用于检测移动机器人在每个预设的轴向上的姿态角、速度和加速度。重力检测子模块可以用于检测重力场方向与移动机器人的当前移动方向的夹角。

在本实施例中，基于分体式结构移动机器人能够在检测到移动路径上存在障碍后，分别控制两个分体顺次跨越障碍来实现避障。

下面结合附图，对本发明实施例中的移动机器人导航方法进行说明。

参阅附图8，图8示例性示出了本实施例中一种移动机器人导航方法的主要步骤，其中该移动机器人可以是上述移动机器人实施例所述的移动机器人。如图8所示，本实施例中移动机器人的导航方法可以包括如下步骤：

步骤s101：获取障碍检测模块的检测结果。

步骤s102：根据检测结果判断移动机器人的当前移动路径上是否存在障碍。具体地，若移动机器人的当前移动路径上存在障碍则执行步骤s103，若移动机器人的当前移动路径上不存在障碍则执行步骤s104。

步骤s103：根据移动机器人本体的位姿信息和障碍的状态信息，控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩，从而带动两个分体顺次跨越障碍。其中，位姿信息可以是利用位姿检测模块检测得到的位姿信息，障碍的状态信息可以是障碍信息获取模块得到的状态信息。

具体地，本实施例中可以按照如下步骤控制图1所示的移动机器人进行越障：

步骤s1031：控制第一分体对应的可伸缩支撑杆进行拉伸，并在障碍检测模块检测不到障碍后控制可伸缩支撑杆停止拉伸；第一分体为在控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩之前远离障碍的分体。

具体地，假设本实施例中图1所示的移动机器人的分体11是远离障碍的分体，分体12是靠近障碍的分体。在此情况下，可以对移动机器人进行如下操作：控制可伸缩支撑杆21进行拉伸，并在障碍检测模块检测不到障碍后控制可伸缩支撑杆21停止拉伸。

步骤s1032：根据位姿信息和状态信息确定可变形拉伸杆23的拉伸长度和拉伸方向，并根据所确定的拉伸长度和拉伸方向控制可变形拉伸杆23进行拉伸，使得分体12跨越障碍。

步骤s1033：控制第二分体对应的可伸缩支撑杆进行拉伸，并在第二分体到达当前移动路径所在平面后控制可伸缩支撑杆停止拉伸；第二分体为在控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩之前靠近障碍的分体。

由前述可知分体12是靠近障碍的分体。在此情况下，可以对移动机器人进行如下操作：控制可伸缩支撑杆22进行拉伸，并在分体12到达工作平面后控制可伸缩支撑杆22停止拉伸。当移动机器人是擦撞机器人时，可以在分体12接触并吸附工作平面后控制可伸缩支撑杆22停止拉伸。

步骤s1034：控制移动机器人沿当前移动方向移动，并在第一分体靠近障碍后控制移动机器人停止移动，即在分体11靠近障碍后控制移动机器人停止移动。

步骤s1035：根据状态信息确定压缩长度，并根据所确定的压缩长度控制第一分体对应的可伸缩支撑杆进行压缩，即对可伸缩支撑杆21进行压缩，使其悬空并高于障碍。

步骤s1036：根据拉伸长度和拉伸方向控制可变形拉伸杆进行压缩，使得分体11跨越障碍.

步骤s1037：控制第二分体对应的可伸缩支撑杆进行压缩，并在第一分体到达当前移动路径所在平面后控制可伸缩支撑杆停止压缩，即对可伸缩支撑杆22进行压缩，并在分体11到达当工作平面后控制可伸缩支撑杆22停止压缩。当移动机器人是擦撞机器人时，可以在分体11接触并吸附工作平面后控制可伸缩支撑杆22停止压缩。

步骤s104：根据位姿信息和预设的移动轨迹，控制移动机器人移动。

参阅附图9，图9示例性示出了本实施例中的一种移动轨迹。如图9所示，本实施例中移动机器人能够按照连续的弓形轨迹移动。在本实施例中，假设移动机器人的工作平面与水平面垂直(如建筑上垂直于水平面的玻璃平面)时，可以基于如下步骤控制移动机器人按照图9所示的移动轨迹移动：

步骤s1041：对移动机器人进行初始化处理。

具体地，本实施例中对移动机器人进行初始化处理可以包括：对移动机器人中预置的软件模块进行参数初始化，对移动机器人中预设的硬件模块进行模块自检，以及将移动机器人放置在工作平面的初始位置上(初始位置可以是图9所示平面中的左上角)，并使移动机器人的移动方向与重力方向夹角为90°，以保证移动机器人能够按照水平方向向右移动。

步骤s1042：控制移动机器人按照当前移动方向移动。

步骤s1043：当检测到工作界面边界(即图9所示的右侧边界)后控制移动机器人旋转，使得移动机器人的移动方向与重力方向平行，以保证移动机器人能够向下移动。

在本实施例的一个优选实施方案，以工作平面的法向为旋转轴时，将逆时针旋转的角度作为正向角度，将顺时针旋转的角度作为负向角度。在此情况下，当检测到工作界面边界(即图9所示的右侧边界)后可以控制移动机器人旋转90°，从而使其能够向下移动。

步骤s1044：当检测到移动机器人向下移动一定距离(如移动机器人的宽度)后控制移动机器人再次旋转(如旋转90°)，使得移动机器人的移动方向与重力方向夹角为90°，以保证移动机器人能够按照水平方向向左侧移动。

步骤s1045：控制移动机器人按照当前移动方向移动。

步骤s1046：当检测到工作界面边界(即图9所示的左侧边界)后控制移动机器人旋转(如旋转-90°)，使得移动机器人的移动方向与重力方向平行，以保证移动机器人能够向下移动。

步骤s1047：当检测到移动机器人向下移动一定距离(如移动机器人的宽度)后控制移动机器人再次旋转(如旋转-90°)，使得移动机器人的移动方向与重力方向夹角为90°，以保证移动机器人能够按照水平方向向右移动。

步骤s1048：重复执行步骤s1042-步骤s1047，直至移动机器人移动至工作平面的左下角后，控制移动机器人停止移动。

继续参阅附图10，图10示例性示出了本实施例中另一种移动机器人导航方法的主要步骤，其中该移动机器人可以是上述移动机器人实施例所述的移动机器人。如图10所示，本实施例中移动机器人的导航方法可以包括如下步骤：

步骤s201：对移动机器人进行初始化处理。

具体地，本实施例中的初始化处理与上述导航方法实施例中所述的初始化处理相同，为了描述简洁，在此不再赘述。

步骤s202：根据移动机器人的位姿信息和预设的移动轨迹，控制移动机器人移动。

具体地，本实施例中“根据移动机器人的位姿信息和预设的移动轨迹，控制移动机器人移动”的方法与上述导航方法实施例中“根据位姿信息和预设的移动轨迹，控制移动机器人移动”的方法相同，为了描述简洁，在此不再赘述。

步骤s203：判断是否满足终止条件。其中，终止条件指的是移动机器人达到工作平面的移动终止边界，并且移动机器人未成功跨越该移动终止边界。

具体地，若满足终止条件则执行步骤s209，若不满足终止条件则执行步骤s204。

步骤s204：判断是否达到工作平面的边界。

具体地，若到达工作平面的边界则执行步骤s205，若未到达工作平面的边界则返回步骤s202。

步骤s205：判断越障成功的累计次数是否达到最大值。

具体地，若越障成功的累计次数达到最大值则返回步骤s202，若越障成功的累计次数未达到最大值则执行步骤s206。

步骤s206：控制移动机器人进行越障。

具体地，本实施例中“控制移动机器人进行越障”的方法与上述导航方法实施例中“根据移动机器人本体的位姿信息和障碍的状态信息，控制可伸缩结构进行拉伸和/或压缩，从而带动两个分体顺次跨越障碍”的方法相同，为了描述简洁，在此不再赘述。

步骤s207：判断是否越障成功。

具体地，若越障成功则执行步骤s208，若越障失败返回步骤s202。

步骤s208：将越障成功的累计次数加1，并返回步骤s202。

步骤s209：控制移动机器人停止移动。

在本实施例中，当移动机器人达到工作平面的边界后，利用越障成功的累计次数作为是否进行越障的判断条件，使得移动机器人不必在每次移动到边界后都执行越障操作，既可以提高移动机器人的工作效率，还可以延长移动机器人中机械结构的使用寿命。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

应该注意的是上述实施例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例。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“包括”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。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。