移动机器人的控制方法、控制装置及计算机可读介质与流程

1.本发明大致涉及机器人技术领域，尤其是一种移动机器人的控制方法、控制装置及计算机可读介质。


背景技术：

2.移动机器人是指具有一定感知能力，可以在有障碍物的环境中自主运动并能完成一定任务的自主系统。目前的移动机器人通常只具有一种运动模式，并且移动机器人的最大运行速度固定，难以适应复杂多变的运行场景。
3.背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明提供一种移动机器人的控制方法、控制装置及计算机可读介质，以解决目前移动机器人运动模式单一，难以适应多种运行场景的问题。
5.本发明提供一种移动机器人的控制方法，包括：
6.获取移动机器人所处环境的环境信息；
7.根据所述环境信息切换或维持所述移动机器人的运动模式；
8.其中，所述移动机器人的运动模式至少包括第一模式和第二模式；
9.所述移动机器人在第二模式下的最高运行速度低于在第一模式下的最高运行速度；和/或，
10.所述移动机器人在第二模式下的最大加速度低于在第一模式下的最大加速度；和/或，
11.所述移动机器人在第二模式下的自转速度低于在第一模式下的自转速度。
12.根据本发明的一个方面，所述环境信息包括人数、儿童数量、动物数量、动态障碍物数量、是否存在悬空障碍物、悬空障碍物数量、目标路径中通道宽度、机器人数量、当前时间中的一个或多个。
13.根据本发明的一个方面，所述根据环境信息切换或维持所述移动机器人的运动模式的步骤包括：
14.将环境信息分别与对应第一模式的第一预设条件和对应第二模式的第二预设条件进行匹配；
15.根据匹配结果及移动机器人当前所处的运动模式，维持或切换所述移动机器人的运动模式。
16.根据本发明的一个方面，所述根据匹配结果及移动机器人当前所处的运动模式，维持或切换所述移动机器人的运动模式的步骤包括：
17.若移动机器人当前处于第一模式且环境信息与第一预设条件匹配，则将移动机器人维持在第一模式；
18.若移动机器人当前处于第一模式且环境信息与第二预设条件匹配，则将移动机器人切换至第二模式；
19.若移动机器人当前处于第二模式且环境信息与第一预设条件匹配，则将移动机器人切换至第一模式；
20.若移动机器人当前处于第二模式且环境信息与第二预设条件匹配，则将移动机器人维持在第二模式。
21.根据本发明的一个方面，切换所述移动机器人的运动模式的步骤包括：
22.获取移动机器人的当前移动速度；
23.判断移动机器人的当前移动速度是否大于预设速度阈值；
24.若移动机器人的当前移动速度大于预设速度阈值，则控制移动机器人停止运动；
25.控制移动机器人进行运动模式切换；
26.若移动机器人的当前移动速度小于或等于预设速度阈值，则控制移动机器人直接进行运动模式切换。
27.根据本发明的一个方面，所述移动机器人在第一模式下根据获取的环境点云信息建立对应的栅格地图；
28.所述移动机器人在第二模式下根据获取的环境点云信息建立对应的栅格地图，并判断栅格地图中是否存在悬空障碍物，若存在悬空障碍物则将栅格地图中的悬空障碍物按照预设膨胀系数进行额外膨胀。
29.根据本发明的一个方面，所述移动机器人上设置有氛围灯；所述控制方法还包括根据所述移动机器人的运动模式切换所述氛围灯的灯光颜色。
30.本发明还提供一种移动机器人的控制装置，包括：
31.环境检测单元，配置成探测移动机器人所处环境的环境信息；
32.控制器，与所述环境检测单元通讯连接，所述控制器配置成可执行如权利要求1-7中任意一项所述的移动机器人的控制方法。
33.根据本发明的一个方面，所述环境检测单元包括视觉探测模块和/或时间模块；
34.其中，所述视觉探测模块配置成探测移动机器人所处环境中的人数、儿童数量、动物数量、动态障碍物数量、悬空障碍物数量、目标路径中通道宽度、机器人数量中的一个或多个；所述时间模块配置成获取当前时间。
35.本发明还提供一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任意一项所述的移动机器人的控制方法。
36.与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种移动机器人的控制方法、控制装置及计算机可读介质，通过根据移动机器人所处环境的环境信息，对移动机器人的运动模式进行切换，可以使移动机器人适用于多种运行场景，提升用户的使用体验。
附图说明
37.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
38.图1示出了根据本发明的一个实施例的移动机器人的示意图；
39.图2示出了根据本发明的一个实施例的移动机器人的控制方法的流程图；
40.图3示出了根据本发明的一个优选实施例的移动机器人的控制方法的流程图；
41.图4示出了根据本发明的一个实施例的移动机器人的路径规划方法的流程图；
42.图5示出了根据本发明的一个实施例的移动机器人的控制装置。
具体实施方式
43.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
48.以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
49.图1示出了根据本发明的一个实施例中的移动机器人100。图2示出了根据本发明的一个实施例中的移动机器人的控制方法200。下面结合图1和图2进行详细描述。
50.如图1所示，移动机器人100可以包括壳体110、底盘120和移动单元130，其中壳体110可以用于承载物品，底盘120可以设置在壳体110的底部，移动单元130用于驱动底盘120
移动。移动机器人100还可以包括环境检测单元、功能控制器、底层控制器以及元件控制器，其中环境检测单元用于探测移动机器人100周围的环境信息，功能控制器用于供用户操作移动机器人100，底层控制器用于地图生成和路径规划，元件控制器用于控制移动单元130和环境检测单元。
51.如图1所示，控制方法200包括以下步骤，下面分别对其进行详细描述。
52.在步骤s210：获取移动机器人所处环境的环境信息。
53.环境信息可以包括人数、儿童数量、动物数量、动态障碍物数量、是否存在悬空障碍物、悬空障碍物数量、目标路径中通道宽度、机器人数量、当前时间中的一个或多个。例如在本实施例中环境信息包括人数、儿童数量和悬空障碍物数量。
54.环境信息的获取可以通过移动机器人的环境检测单元来实现，环境检测单元可以包括视觉探测模块和时间模块，其中，时间模块用于获取当前时间，视觉探测模块包括激光雷达系统、超声波传感器、红外传感器中的一个或多个。视觉探测模块可以对移动机器人所处的工作区域的人数、儿童数量、动物数量、动态障碍物数量、是否存在悬空障碍物、悬空障碍物数量、目标路径中通道宽度、机器人数量中的一个或多个进行采集，底层处理器可以利用视觉探测模块采集到的环境信息进行建模以构建环境地图，并且在构建环境地图的过程中生成不同的地图图层，例如，静态图层、动态障碍物图层、超声波图层图、视觉图层等，通过将这些图层进行融合，以得到供移动机器人进行定位导航的定位地图。
55.激光雷达系统可以设置在移动机器人的壳体的开缝处，从而容易发出激光信号，以对周围物体进行探测。激光雷达系统可以包括光电接收单元阵列和激光发射单元阵列，激光雷达系统可沿设定平面进行旋转，使得激光雷达系统的光电接收单元阵列能够形成扫描柱面，增大了扫描面积，便于获取物体形态的细节，避免出现移动机器人磕碰障碍物的情况。若激光雷达系统仅包含单个光电接收单元和单个激光发射单元，则激光雷达系统沿设定平面旋转后仅能测量一个圆周的物体形态，而不能及时获取复杂物体的形态，容易产生碰撞，危害人身和财产安全。可选的，上述设定平面可以为水平面，便于移动机器人在行进过程中进行物体探测，此外，还可以根据用户需求选取其它设定平面，例如竖直平面、倾斜平面等。
56.在步骤s220：根据获取的环境信息切换或维持移动机器人的运动模式。
57.如图1所示，移动机器人100的移动单元130可以包括至少两组驱动轮131，每组驱动轮131分别位于底盘120的一侧，驱动轮131的行进速度由元件控制器控制。具体的，移动单元130的驱动轮131中，至少一组用作左驱动轮，至少一组用作右驱动轮。
58.移动机器人可以具有两种或者两种以上的运动模式。本实施例中，移动机器人的运动模式包括第一模式和第二模式，移动机器人在第二模式下的最高运行速度低于在第一模式下的最高运行速度，和/或移动机器人在第二模式下的最大加速度低于在第一模式下的最大加速度，和/或移动机器人在第二模式下的自转速度低于在第一模式下的自转速度。其中，移动机器人在第二模式下的最高运行速度可以是在第一模式下的最高运行速度的75％，移动机器人在第二模式下加速到一预定速度所用的时间可以是在第一模式下加速到该预定速度所用的时间的1.5倍，也即移动机器人100在第二模式下的最大加速度可以是在第一模式下的最大加速度的66.75％；移动机器人100在第二模式下的自转速度可以是在第一模式下的自转速度的80％。例如在本实施例中，移动机器人100在第一模式下的最高运行
速度为1.2m/s，最大加速度为0.4m/s，自转速度为0.125r/s，移动机器人100在第二模式下的最高运行速度为0.9m/s，最大加速度约为0.267m/s，自转速度为0.1r/s。
59.根据本发明的一个实施例，移动机器人可以通过激光雷达系统获取周围环境的环境点云信息(在其它实施例中也可以通过相机获取环境点云信息)。在第一模式下，移动机器人可以根据获取到的环境点云信息建立对应的栅格地图，栅格地图可以是上述定位地图，也可以是组成上述定位地图的一部分。在第二模式下，移动机器人可以根据获取到的环境点云信息建立对应的栅格地图，并且判断栅格地图中是否存在悬空障碍物。其中，若存在悬空障碍物则将栅格地图中的悬空障碍物按照预设膨胀系数进行额外膨胀，以使移动机器在经过悬空障碍物时与悬空障碍物之间具有更大的安全距离，提高移动机器人的安全性。悬空障碍物是指悬浮在空中的障碍物，例如桌角，在栅格地图的若干竖向相邻的栅格单元中，预设高度以上存在障碍物点云，预设高度以下无点云，则该障碍物点云为悬空障碍物。
60.在具体实施方式中，可以设置多个预设条件。例如在本实施例中设置有第一预设条件和第二预设条件。其中，第一预设条件例如可以是移动机器人所处环境中人数小于11、儿童数量小于1、且悬空障碍物数量小于6，第二预设条件例如可以是移动机器人所处环境中人数大于10、儿童数量大于0、或悬空障碍物数量大于5。
61.可以将获取到的移动机器人所处环境的环境信息分别与第一预设条件和第二预设条件进行匹配，根据匹配结果及移动机器人当前所处的运动模式，维持或切换所述移动机器人的运动模式，以使移动机器人适用于运行场景。用户也可以通过手动操作移动机器人的功能控制器来切换移动机器人的运动模式，提升用户的使用体验。
62.具体的，若移动机器人当前处于第一模式且环境信息与第一预设条件匹配，则将移动机器人维持在第一模式；若移动机器人当前处于第一模式且环境信息与第二预设条件匹配，则将移动机器人切换至第二模式；若移动机器人当前处于第二模式且环境信息与第一预设条件匹配，则将移动机器人切换至第一模式；若移动机器人当前处于第二模式且环境信息与第二预设条件匹配，则将移动机器人维持在第二模式。
63.其中，在切换移动机器人的运动模式时，可以获取移动机器人的当前移动速度，判断移动机器人的当前移动速度是否大于预设速度阈值，若移动机器人的当前移动速度大于预设速度阈值，则控制移动机器人停止运动，并在移动机器人停止运动后，控制移动机器人进行运动模式切换；若移动机器人的当前移动速度小于或等于预设速度阈值，则控制移动机器人直接进行运动模式的切换。
64.可选的，移动机器人100的移动单元130还可以包括至少两组从动轮(图中未示出)，其中，至少一组从动轮用作左从动轮，至少一组从动轮用作右从动轮，左从动轮和右从动轮用于协助左驱动轮和右驱动轮带动移动机器人100的壳体110运动，减轻驱动轮131的负载压力。
65.根据本发明的一个实施例，控制方法200还可以包括：根据移动机器人的运动模式切换氛围灯的灯光颜色。
66.具体的，如图1所示，移动机器人100上可以设置有氛围灯140，氛围灯140具有多种灯光颜色，氛围灯140的灯光颜色与移动机器人100的运动模式相对应。例如在本实施例中，当移动机器人100处于第一模式时，氛围灯140的灯光颜色为绿色，当移动机器人100处于第二移动模式时，氛围灯140的灯光颜色为红色。
67.根据本发明的一个实施例，如图1所示，底盘120上设置有转向灯单元150，每个转向灯单元150包括至少一个转向灯，元件控制器可以控制转向灯单元150中的转向灯在移动机器人100转向时按照预设方式点亮，以提醒行人注意。可选的，元件控制器配置成在底盘120两侧的驱动轮131(例如左驱动轮和右驱动轮)的速度差大于预设值时，控制转向灯单元150内的转向灯按照预设方式点亮。可选的，移动机器人100还包括语音模块，语音模块与元件控制器电连接。元件控制器配置成在移动机器人100转向时，控制语音模块发出语音提示信息，以提醒行人注意，保障行人和移动机器人100的安全。
68.图3示出了本发明的一个优选实施例的移动机器人的控制方法300下面结合图3详细描述。
69.移动机器人除具有如上所述的第一模式和第二模式外，还具有中间模式。移动机器人在中间模式下的最高运行速度在第一模式下的最高运行速度与在第二模式下的运行速度之间，和/或移动机器人在中间模式下的最大加速度在第一模式下的最大加速度与在第二模式下的最大加速度之间，和/或移动机器人在中间模式下的自转速度在第一模式下的自转速度与在第二模式下的自转速度之间。例如，在本实施例中，移动机器人在第一模式下的最高运行速度为1.2m/s，最大加速度为0.4m/s，自转速度为0.125r/s。移动机器人在中间模式下的最高运行速度为1.05m/s，最大加速度约为0.33m/s，自转速度为0.113r/s。移动机器人在第二模式下的最高运行速度为0.9m/s，最大加速度约为0.267m/s，自转速度为0.1r/s。
70.可选的，移动机器人可以通过激光雷达系统获取周围环境的环境点云信息。在第一模式下，移动机器人可以根据获取到的环境点云信息建立对应的栅格地图；在中间模式和第二模式下，移动机器人可以根据获取的环境点云信息建立对应的栅格地图，并判断栅格地图中是否存在悬空障碍物，若存在悬空障碍物则将栅格地图中的悬空障碍物按照预设膨胀系数进行膨胀，其中移动机器人在中间模式下的膨胀系数低于在第二模式下的膨胀系数。
71.如图3所示，控制方法300包括以下步骤，下面分别对其进行详细描述。
72.在步骤s310：获取移动机器人所处环境的环境信息。其中，环境信息包括人数、儿童数量、动物数量、是否存在悬空障碍物、悬空障碍物数量和当前时间。
73.在步骤s320：根据获取的环境信息切换或维持移动机器人的运动模式。其中，可以对获取到的环境信息进行评分，根据对环境信息的评分结果切换或维持移动机器人的运动模式。
74.具体的，可以将环境信息中的每一个元素进行记分，并累加分数以得到环境信息的评分。例如，每一个人可以记10分，每一个儿童可以记100分，每一个动物可以记20分，若环境中存在悬空障碍物可以记10分，每一个悬空障碍物可以记20分，若当前时间处于预设时间段内可以记100分，若当前时间处于预设时间段外则不计分，其中预设时间段可以是交通高峰时间段，例如7时至9时。假如获取到的环境信息中包含3个人和1个悬空障碍物，并无儿童和动物，当前时间也不在预设时间段内，则该环境信息的评分为60分。
75.在本实施例中，设置有第一预设条件、第二预设条件和第三预设条件。其中，第一预设条件例如可以是环境信息的评分低于60，第二预设条件例如可以是环境信息的评分高于100，第三预设条件例如可以是环境信息的评分在60-100之间(包括60和100)。
76.在对移动机器人所处环境的环境信息进行评分后，可以将环境信息的评分分别与第一预设条件、第二预设条件和第三预设条件进行匹配，根据匹配结果及移动机器人当前所处的运动模式，维持或切换移动机器人的运动模式，以使移动机器人适用于多种运行场景，提升用户的使用体验。例如，在移动机器人处于第一模式时，若移动机器人所处环境的环境信息评分为30分，则将移动机器人维持在第一模式，若移动机器人所处环境的环境信息评分为80分，则将移动机器人的运动模式切换到中间模式，若移动机器人所处环境的环境信息评分为120分，则将移动机器人的运动模式切换到第二模式。
77.图4示出了根据本发明的一个实施例的移动机器人的路径规划方法400的流程图，其中各个步骤在运行时可以是按照如图4所示的顺序先后进行，也可以是根据实际情况多个步骤同时进行，在此并不做限定，下面对路径规划方法的各个步骤进行详细描述。
78.在步骤s410：确定当前工作区域的定位地图。其中定位地图为移动机器人对其所处环境进行的建图所形成的地图。
79.具体的，移动机器人的底层控制器可以通过环境检测单元采集的环境信息进行建模以构建环境地图。在本实施方式中，通过激光雷达系统、超声波传感器和红外传感器对移动机器人所处的工作区域的环境信息进行采集，底层处理器利用这些环境信息创建地图，在创建地图的过程中生成不同的地图图层，例如，静态图层、动态障碍物图层、超声波图层图、视觉图层等，通过将这些图层进行融合，以得到供移动机器人进行定位导航的定位地图。
80.在步骤s420：根据所述定位地图规划路径。步骤s420包括：
81.步骤s421：根据所述定位地图确定所述机器人的当前位置和目标位置；
82.步骤s422：根据所述定位地图确定障碍物位置；
83.步骤s423：根据所述当前位置、所述目标位置和所述障碍物位置规划路径。
84.具体地，在步骤s421中，目标位置为使用者设定的位置，或是由移动机器人的处理系统确定的需要移动至的位置，其中，该目标位置可以是在移动过程中确定的接下来需要移动到的位置，也可以是移动机器人最终需要达到的位置。当前位置为机器人通过位置传感器确定的移动机器人的实时位置信息。
85.在步骤s422中，通过定位地图进行，以确定定位地图上的障碍物的位置。通过此种实施方式，使得移动机器人可以在不改变导航精度的前提下，确定障碍物的位置并规划路线。
86.步骤s430：根据所述路径进行移动。
87.图5示出了根据本发明的一个实施例的移动机器人的控制装置500。如图5所示，控制装置500包括环境检测单元510和控制器520，其中环境检测单元510配置成探测移动机器人所处环境的环境信息，控制器520与环境检测单元510通讯连接，控制器520配置成可执行如上所述的移动机器人的控制方法。
88.具体的，环境检测单元510包括视觉探测模块511和/或时间模块512，其中时间模块512用于获取当前时间，视觉探测模块511包括激光雷达系统、超声波传感器、红外传感器中的一个或多个，视觉探测模块511可以对移动机器人所处的工作区域的人数、儿童数量、动物数量、动态障碍物数量、是否存在悬空障碍物、悬空障碍物数量、目标路径中通道宽度、机器人数量中的一个或多个进行采集。
89.本发明还提供一种计算机可读介质。计算机可读介质上存储有指令，所述指令被处理器执行时实现如上所述的移动机器人的控制方法。
90.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。