一种清洁消毒一体机器人的控制方法和系统与流程

1.本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种清洁消毒一体机器人的控制方法和系统。


背景技术：

2.随着计算机技术的不断发展，清洁消毒一体机器人逐渐走入了人们的日常生活，清洁消毒一体机器人能够在移动环境中自动的规划移动路径，并且按照移动路径执行清洁和消毒的工作，减少或者避免人工作业，同时清洁消毒一体机器人还能够在移动环境中主动的躲避障碍物，避免与障碍物发生碰撞，从而影响其进行正常工作，其中，现有技术在规划清洁消毒一体机器人在移动环境中的移动路径时，通常会为移动环境中的障碍物设置一个移动限制区域，也就是说为了避免与障碍物发生碰撞，清洁消毒一体机器人不能进入该移动限制区域，并在此基础之上进行移动路径的规划，然而，现有技术缺少一种方法能够准确的设置障碍物的移动限制区域，导致障碍物的移动限制区域不够合理，因此，研究一种清洁消毒一体机器人的控制方法和系统同时解决这个问题具有十分重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明通过在机器人移动时检测其与移动环境中的障碍物之间的距离值，同时根据该距离值判断障碍物的类型，并且分别计算已知障碍物的移动限制区域，和未知障碍物的移动限制区域，最后在从提前存储的移动环境地图中排除已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的情况下，来确定机器人的移动路径，旨在解决现有技术中无法准确的设置机器人的移动限制区域的问题。
4.为了达到上述的发明目的，给出如下所述的一种清洁消毒一体机器人的控制方法，主要包括以下的步骤：存储移动环境地图，所述移动环境地图包括机器人的移动环境中的结构布局和相应的尺寸数据，以及机器人的移动环境中的已知障碍物的位置数据和尺寸数据，所述已知障碍物的位置数据和尺寸数据在机器人的移动环境中保持不变；机器人在移动环境中进行移动，同时开展清洁消毒作业，并且机器人实时检测移动环境中的障碍物的位置，以及自身与移动环境中的障碍物之间的距离值，还根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型，对于已知障碍物，基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域，对于未知障碍物，进一步获取未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域，其中，未知障碍物的移动限制区域的半径大于已知障碍物的移动限制区域的半径；机器人进行对于自身的定位，并且将自身位置，以及已经检测到的移动环境中的已知障碍物和未知障碍物的位置一起映射到所述移动环境地图上，同时在从所述移动环境地图中排除已经确定的已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的基础
之上，确定机器人在移动环境中的下一时刻的移动路径。
5.作为本发明的一种优选技术方案，根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型的过程包括：当机器人与障碍物之间的距离值大于预先设定的距离阈值时，将障碍物判定为属于未知障碍物的类型；当机器人与障碍物之间的距离值小于等于预先设定的距离阈值时，将障碍物判定为属于已知障碍物的类型。
6.作为本发明的一种优选技术方案，机器人将自身位置，以及已经检测到的移动环境中的已知障碍物和未知障碍物的位置一起映射到移动环境地图上之后，还包括如下的步骤：若在移动环境地图中的与机器人已经检测到的移动环境中的已知障碍物的位置相对应的地图位置上，并不存在已知障碍物，则将机器人已经检测到的移动环境中的已知障碍物修正为是未知障碍物，并且重新获取未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域；若在移动环境地图中的与机器人已经检测到的移动环境中的未知障碍物的位置相对应的地图位置上，存在已知障碍物，则将机器人已经检测到的移动环境中的未知障碍物修正为是已知障碍物，并且基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域。
7.作为本发明的一种优选技术方案，对于已知障碍物，基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域，通过如下的计算公式进行实现：；其中，r1为已知障碍物的移动限制区域的半径大小，v1为机器人向已知障碍物移动的当前速度，a1是机器人的固定参数，为机器人做匀减速直线运动时的减速度，χ为机器人定位自身位置时的定位误差。
8.作为本发明的一种优选技术方案，对于未知障碍物，根据未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域，通过如下的计算公式进行实现：；其中，r2为未知障碍物的移动限制区域的半径大小，v1为机器人向未知障碍物移动的当前速度，v2为未知障碍物向机器人移动的速度，未知障碍物做匀速直线运动，a1是机器人的固定参数，为机器人做匀减速直线运动时的减速度，χ为机器人定位自身位置时的定位误差。
9.本发明还提供了一种清洁消毒一体机器人的控制系统，包括如下的模块：作业模块，用于机器人在移动环境中按照移动路径移动时，同时开展清洁消毒作业；地图存储模块，用于存储机器人的移动环境地图，所述移动环境地图包括移动环境中的结构布局和相应的尺寸数据，以及移动环境中的已知障碍物的位置数据和尺寸数据；
区域确定模块，用于机器人实时检测移动环境中的障碍物的位置，以及自身与移动环境中的障碍物之间的距离值，还根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型，对于已知障碍物，基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域，对于未知障碍物，获取未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域；路径生成模块，用于机器人进行对于自身的定位，并且将自身位置，以及已经检测到的移动环境中的已知障碍物和未知障碍物的位置一起映射到所述移动环境地图上，同时用于针对机器人已经检测到的已知障碍物和未知障碍物进行修正，还用于在从所述移动环境地图中排除已经确定的已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的基础之上，确定机器人在移动环境中的下一时刻的移动路径。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：1、本发明存储机器人的移动环境地图，移动环境地图包括移动环境中的已知障碍物的位置数据和尺寸数据；机器人在移动环境中进行移动，同时开展清洁消毒作业，还根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型，同时确定已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域；在从移动环境地图中排除已经确定的已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的基础之上，确定机器人在移动环境中的下一时刻的移动路径；2、本发明能够准确设置已知障碍物的移动限制区域的半径大小和未知障碍物的移动限制区域的半径大小，解决了现有技术中缺少方法来准确的设置障碍物的移动限制区域，导致障碍物的移动限制区域不够合理的问题，本发明还通过将位置变化的未知障碍物的移动限制区域的半径设置的比位置不变的已知障碍物的移动限制区域的半径大，在保证机器人的移动安全性的同时，还保证能生成机器人的移动路径。
附图说明
11.图1为本发明的一种清洁消毒一体机器人的控制方法的步骤流程图；图2为本发明的一种清洁消毒一体机器人的控制系统的组成结构图。
具体实施方式
12.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
13.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
14.参考如图1所示，本发明提供了一种清洁消毒一体机器人的控制方法，主要通过执行如下的步骤过程来实现：步骤一、存储移动环境地图，上述的移动环境地图包括机器人的移动环境中的结构布局和相应的尺寸数据，以及机器人的移动环境中的已知障碍物的位置数据和尺寸数
据，上述的已知障碍物的位置数据和尺寸数据在机器人的移动环境中保持不变；步骤二、机器人在移动环境中进行移动，同时开展清洁消毒作业，并且机器人实时检测移动环境中的障碍物的位置，以及自身与移动环境中的障碍物之间的距离值，还根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型，对于已知障碍物，基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域，对于未知障碍物，进一步获取未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域，其中，未知障碍物的移动限制区域的半径大于已知障碍物的移动限制区域的半径；步骤三、机器人进行对于自身的定位，并且将自身位置，以及已经检测到的移动环境中的已知障碍物和未知障碍物的位置一起映射到上述的移动环境地图上，同时在从上述的移动环境地图中排除已经确定的已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的基础之上，确定机器人在移动环境中的下一时刻的移动路径；具体的，发明人考虑到在对清洁消毒一体机器人的移动路径进行规划时，清洁消毒一体机器人应该能够在移动环境中主动的躲避障碍物，避免与障碍物发生碰撞，从而影响其进行正常工作，其中，现有技术通常会为移动环境中的障碍物设置一个移动限制区域，也就是说为了避免清洁消毒一体机器人与障碍物发生碰撞，清洁消毒一体机器人不能进入该移动限制区域，并在此基础之上进行移动路径的规划，然而，现有技术缺少一种方法能够准确的设置障碍物的移动限制区域，导致障碍物的移动限制区域不够合理，当障碍物的移动限制区域被设置的较大时，清洁消毒一体机器人的安全性可以得到保证，即清洁消毒一体机器人不容易与障碍物发生碰撞，但清洁消毒一体机器人的可移动范围会受到限制，可能造成无法生成其移动路径的问题，当障碍物的移动限制区域被设置的较小时，清洁消毒一体机器人的可移动范围得到保证，但是清洁消毒一体机器人与障碍物发生碰撞的概率也变大，本发明旨在针对该技术问题提出一种清洁消毒一体机器人的控制方法，该控制方法将在下文中进行详细描述，下文中出现的机器人即为清洁消毒一体机器人。
15.进一步的，在上述的步骤二中，根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型的过程包括：当机器人与障碍物之间的距离值大于预先设定的距离阈值时，将障碍物判定为属于未知障碍物的类型；当机器人与障碍物之间的距离值小于等于预先设定的距离阈值时，将障碍物判定为属于已知障碍物的类型；具体的，在上述的步骤一中，已经提前存储了机器人的移动环境地图，该移动环境地图包含但不限于机器人的移动环境中的结构布局和相应的尺寸数据，以及机器人的移动环境中的已知障碍物和相应的尺寸数据，举例如该移动环境地图为房间平面图，包含有墙壁、床、衣柜等已知障碍物和相应的尺寸数据，并且已知障碍物在房间平面图中的位置固定，当机器人在移动环境中移动时，其距离移动环境中的已知障碍物的距离值总是在一定的范围内，因此，当机器人检测到的其与障碍物之间的距离值小于距离阈值时，障碍物被判定为属于已知障碍物的类型，而又由于未知障碍物的位置不是固定不变的，机器人距离移动环境中的已知障碍物的距离值也在变化，当机器人检测到的其与障碍物之间的距离值大于等于距离阈值时，障碍物被判定为属于未知障碍物的类型，其中，距离阈值根据机器人距离已知障碍物的距离值的具体情况进行设定。
16.进一步的，在上述的步骤二中，对于已知障碍物，基于机器人当前的移动速度和固
定参数确定已知障碍物的移动限制区域，通过如下的计算公式进行实现：；其中，r1为已知障碍物的移动限制区域的半径大小，v1为机器人向已知障碍物移动的当前速度，a1是机器人的固定参数，为机器人做匀减速直线运动时的减速度，χ为机器人定位自身位置时的定位误差；具体的，发明人在设置已知障碍物的移动限制区域时，考虑机器人从当前的移动速度开始向已知障碍物做匀减速直线运动，直到机器人接触到已知障碍物时，机器人的速度刚好降为0，同时机器人停止移动，在机器人做匀减速直线运动的过程中，能够计算得到机器人的移动距离为，理论上，当设置已知障碍物的移动限制区域的半径大于该移动距离，那么机器人就无法移动到可能会使其与已知障碍物发生碰撞的区域内，然而，还需要考虑机器人在进行对于自身的定位时，会存在一定的定位误差，假设计算得到的机器人的移动距离为10cm，也即机器人在距离已知障碍物还有10cm时就不能再继续向已知障碍物移动，但由于机器人的位置存在误差，当机器人实际距离已知障碍物仅有9cm时，机器人检测到其距离已知障碍物还有10cm，此时容易出现机器人与已知障碍物的碰撞，为了避免碰撞的发生，将已知障碍物的移动限制区域的半径大小设为大于移动距离加上定位误差。
17.进一步的，在上述的步骤二中，对于未知障碍物，根据未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域，通过如下的计算公式进行实现：；其中，r2为未知障碍物的移动限制区域的半径大小，v1为机器人向未知障碍物移动的当前速度，v2为未知障碍物向机器人移动的速度，未知障碍物做匀速直线运动，a1是机器人的固定参数，为机器人做匀减速直线运动时的减速度，χ为机器人定位自身位置时的定位误差；具体的，发明人在设置未知障碍物的移动限制区域时，考虑机器人从当前的移动速度开始向未知障碍物做匀减速直线运动，同时未知障碍物向机器人做匀速运动，并且未知障碍物并不减速，在机器人向未知障碍物移动的过程中的某一时间，机器人的速度降为0，并且机器人与未知障碍物并未相碰，此时，机器人为了避免与未知障碍物发生碰撞，机器人开始进行反向的匀加速运动，而未知障碍物仍然向机器人做匀速运动，直到机器人的移动速度和未知障碍物的移动速度一致时，未知障碍物不能追上机器人并且与机器人相碰，分析上述的移动过程，能够计算得到在一开始时机器人与未知障碍物之间的距离值为未知障碍物的移动距离值加上机器人的移动距离值，其中，未知障碍物的移动距离值为，机器人的移动距离值为，又因为还需要考虑机器人的定位误差，所以将
未知障碍物的移动限制区域的半径大小设为大于，机器人就无法移动到可能使其与未知障碍物发生碰撞的区域。
18.进一步的，在上述的步骤三中，机器人将自身位置，以及已经检测到的移动环境中的已知障碍物和未知障碍物的位置一起映射到移动环境地图上之后，还包括如下的步骤：若在移动环境地图中的与机器人已经检测到的移动环境中的已知障碍物的位置相对应的地图位置上，并不存在已知障碍物，则将机器人已经检测到的移动环境中的已知障碍物修正为是未知障碍物，并且重新获取未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域；若在移动环境地图中的与机器人已经检测到的移动环境中的未知障碍物的位置相对应的地图位置上，存在已知障碍物，则将机器人已经检测到的移动环境中的未知障碍物修正为是已知障碍物，并且基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域；具体的，发明人考虑到仅依靠机器人检测到的其与障碍物之间的距离值来判断障碍物的类型的准确性不够高，为了进一步解决该问题，避免对机器人的移动路径规划造成不良影响，首先将机器人的自身位置映射到移动环境地图中，同时将机器人检测到的已知障碍物和未知障碍物的位置也映射到移动环境地图中，其次判断在移动环境地图中的与机器人已经检测到的已知障碍物的位置相对应的地图位置上是否存在已知障碍物，若存在，则说明已知障碍物的类型判定正确，否则，需要将机器人已经检测到的已知障碍物修正为是未知障碍物，同时重新确定该未知障碍物的移动限制区域，最后判断在移动环境地图中的与机器人已经检测到的未知障碍物的位置相对应的地图位置上是否存在已知障碍物，若存在，需要将机器人已经检测到的未知障碍物修正为是已知障碍物，并且重新确定已知障碍物的移动限制区域，否则，说明了未知障碍物的类型判定正确，上述的方法提高了依靠机器人与障碍物之间的距离值来判断障碍物的类型的准确性。
19.参考如图2所示，本发明还提供一种清洁消毒一体机器人的控制系统，用来实现如以上内容所描述的一种清洁消毒一体机器人的控制方法，包括作业模块，地图存储模块，区域确定模块，路径生成模块，具体的，将各个模块的功能描述如下：作业模块，用于机器人在移动环境中按照移动路径移动时，同时开展清洁消毒作业；地图存储模块，用于存储机器人的移动环境地图，所述移动环境地图包括移动环境中的结构布局和相应的尺寸数据，以及移动环境中的已知障碍物的位置数据和尺寸数据；区域确定模块，用于机器人实时检测移动环境中的障碍物的位置，以及自身与移动环境中的障碍物之间的距离值，还根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型，对于已知障碍物，基于机器人当前的移动速度和固定参数确定已知障碍物的移动限制区域，对于未知障碍物，获取未知障碍物向机器人移动的速度，同时结合机器人当前的移动速度和固定参数确定未知障碍物的移动限制区域；路径生成模块，用于机器人进行对于自身的定位，并且将自身位置，以及已经检测到的移动环境中的已知障碍物和未知障碍物的位置一起映射到所述移动环境地图上，同时
用于针对机器人已经检测到的已知障碍物和未知障碍物进行修正，还用于在从所述移动环境地图中排除已经确定的已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的基础之上，确定机器人在移动环境中的下一时刻的移动路径。
20.综上所述，本发明存储机器人的移动环境地图，移动环境地图包括移动环境中的已知障碍物的位置数据和尺寸数据；机器人在移动环境中进行移动，同时开展清洁消毒作业，还根据机器人与障碍物之间的距离值判断障碍物的具体类型，同时确定已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域；在从移动环境地图中排除已经确定的已知障碍物的移动限制区域和未知障碍物的移动限制区域的基础之上，确定机器人在移动环境中的下一时刻的移动路径，本发明能够准确设置已知障碍物的移动限制区域的半径大小和未知障碍物的移动限制区域的半径大小，解决了现有技术中缺少方法来准确的设置障碍物的移动限制区域，导致障碍物的移动限制区域不够合理的问题，本发明还通过将位置变化的未知障碍物的移动限制区域的半径设置的比位置不变的已知障碍物的移动限制区域的半径大，在保证机器人的移动安全性的同时，还保证能生成机器人的移动路径。
21.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
22.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一个非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink）dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
23.以上上述的实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
24.以上上述的实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
25.以上上述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。