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1. CN109445436 - Robot and walking control method

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[ ZH ]
机器人及其行走控制方法


技术领域
本发明属于智能设备技术领域,涉及一种机器人及其行走控制方法。
背景技术
随着科技的进步,机器人在工业、生活中应用越来越广泛,例如智能扫地机、智能吸尘器、智能净化器等清洁机器人,或者智能割草机、智能浇花机等园林机器人,或者智能陪护机、智能伴读机、智能服务机等服务机器人,其融合了自行充电、行走、作业的技术,是目前机器人领域最具挑战性的热门研发课题。
现有的机器人,通常在其前侧设置遇障检测装置,以便于在行走过程中避开障碍物,或者在与障碍物发生碰撞后及时调整行走方向;但是,遇障检测装置无法检测到机器人上方的障碍物,并且还会使得机器人在行走过程中经常出现卡死在障碍物下方的情况发生。
以清洁机器人为例,其遇障检测装置通常包括与保险杠配合的感测器,在清洁机器人行走过程中,当保险杠碰到前方障碍物时,保险杠会向后活动并触发感测器,以识别出前方有障碍。但是,当床、沙发、桌、椅等家具下方具有与清洁机器人等高或略高的间隙时,因保险杠无法被碰撞到而致使清洁机器人不会检测到这些障碍物,并且一旦清洁机器人运动至这些家具下方后就会被卡住,使得清洁机器人无法继续运动至其他位置进行清洁作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人及其行走控制方法,以至少解决现有技术中机器人无法检测到上方障碍物、被卡住的问题。
为实现上述发明目的之一,本发明一实施例提供了一种机器人,所述机器人包括具有开口的顶盖、控制器、与所述控制器相连接的感测元件、设于所述开口处的安装座以及碰撞收受组件,当所述感测元件被激发时,所述感测元件向所述控制器发送障碍信号,所述碰撞收受组件包括:
圆球,所述圆球的一部分可通过所述开口凸伸至所述顶盖上方,且所述圆球的其余部分始终以不可通过所述开口向上脱离的状态保持在所述顶盖下方;
支撑件,其组装在所述安装座上,其包含支撑部,所述圆球可转动地收容于所述支撑部内,当所述圆球接收到外力时,在所述圆球的带动下,所述支撑件能够从不使所述感测元件被激发的初始位置沿第一方向远离所述开口向使所述感测元件被激发的第二位置运动;
弹性件,其设于所述安装座和所述顶盖的至少其一与所述支撑件之间,并使所述支撑件具有保持在所述初始位置处的趋势。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述支撑件被所述安装座限制为不能够相对所述安装座在所述第一方向的垂直方向上晃动。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述安装座具有安装腔和围出所述安装腔的侧壁;所述支撑件包括设置于所述安装腔内的限位部,所述限位部与所述侧壁贴合适配,以使得所述支撑件不能够相对所述安装座在所述第一方向的垂直方向上晃动。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述安装座具有与所述开口沿所述第一方向相对设置的底壁,其中,于所述初始位置时,所述限位部至所述底壁的距离不大于所述圆球凸伸出所述顶盖的高度,以使所述支撑件沿所述第一方向的最大位移不大于所述圆球凸伸出所述顶盖的高度。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述安装座具有与所述开口沿所述第一方向相对设置的底壁;所述支撑件包括沿所述第一方向延伸的柱形引导部;所述弹性件为夹持于所述底壁和所述支撑件之间的压簧,所述压簧套设于所述引导部上。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述底壁上形成有环形凸台或环形凹槽;所述压簧的下端与所述环形凸台或所述环形凹槽相套设。
为实现上述发明目的之一,本发明一实施例提供了一种机器人的行走控制方法,所述行走控制方法包括步骤:
S1,按照规划路径前进;
S2,接收到第一障碍信号;
S3,后退预设距离;
S31,判断步骤S3的后退过程中是否再次接收到第一障碍信号;若是,则重置已统计的后退距离,并返回步骤S3;若否,则进入步骤S4;
S4,旋转预设角度;
S5,前进。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述步骤S4还包括:
S41,判断步骤S4的旋转过程中是否接收到第二障碍信号;若是,则回转复位,并返回步骤S3;若否,则进入步骤S5。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述机器人包括具有开口的顶盖、控制器、与所述控制器相连接的感测元件、设于所述开口处的安装座、设于所述安装座內的支撑件及部分高出所述顶盖的圆球,
所述步骤S2具体为:所述圆球与障碍物接触时,在所述圆球的带动下,所述支撑件能够从不使所述感测元件被激发的初始位置沿第一方向远离所述开口向使所述感测元件被激发的第二位置运动,所述控制器从所述感测单元接收到第一障碍信号。
作为本发明一实施例的进一步改进,所述步骤S2之后还包括:
S21:在地图上标记障碍点,更新地图并存储更新后的地图。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:一方面,通过设置于所述顶盖处的所述碰撞收受组件,可以与所述机器人的上方障碍物发生碰撞,进而使所述机器人能够对其上方障碍物进行检测;另一方面,所述圆球与障碍物进行碰撞后能够向下运动,从而避免所述机器人卡死在障碍物的下方,即使进入障碍物的下方之后也可以顺利退出;通过设置所述支撑件,其与所述圆球、所述弹性件分别配合,当所述圆球被碰撞且外力较大时,所述支撑件可与所述安装座配合以限制所述圆球过多的向下运动,从而降低了所述弹性件及所述感测元件受损的可能性,此外,所述圆球通过所述支撑件与所述弹性件相连,减少了弹性件对所述圆球的磨损,并增强遇障检测的灵敏度和稳定性。
附图说明
图1是本发明一实施例的清洁机器人的立体示意图;
图2是本发明一实施例的清洁机器人具有局部剖视结构的立体示意图;
图3是图2中A区的局部放大图;
图4是本发明一实施例的清洁机器人具有局部剖视结构的侧视图;
图5是图4中B区的局部放大图;
图6是本发明一实施例的清洁机器人的行走控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明提供了一种机器人,参图1至图5所示的一优选实施例,该实施例中,所述机器人具体示例为清洁机器人100。下面以清洁机器人100对本发明的机器人进行介绍,当然,本发明的机器人还可以以其他具体形式进行实现,例如智能割草机、智能浇花机等园林机器人,或者智能陪护机、智能伴读机、智能服务机等服务机器人。
具体参图1至图5,清洁机器人100为圆形机器人,也即从俯视角度上看大致呈圆形结构,其包括机身10、控制器、感测元件60和碰撞收受组件。
其中,机身10包括顶盖14、防护板15、以及被罩设于顶盖14和防护板15内的主体装置。顶盖14覆盖于所述主体装置上方;防护板15至少部分位于所述主体装置的四周;顶盖14和防护板15大致限定出清洁机器人100的外表面,能够保护所述主体装置免受污损;在本实施例中,所述主体装置大体包括用于提供清洁机器人100整体所需电力的电池包、用于驱动空气沿预设气路通道流动的气流发生单元(例如风机)、用于过滤并收集气流所裹挟的异物的集尘单元(包括例如尘杯、过滤器)、作用于待清洁面的清洁单元(例如地刷12)、以及用于沿待清洁面行走的行走单元(例如驱动轮13和辅助轮131)。
在本实施例中,清洁机器人100的行走包括沿方向v前进、沿方向v的反方向后退以及绕竖直纵轴转向,为清楚地表达本申请内所描述的位置与方向,将方向v的指向定义为“前”,将方向v的反方向的指向定义为“后”;其中,方向v与驱动轮13转轴相垂直。
所述控制器被配置为控制清洁机器人100,其具体可以控制所述气流发生单元、所述清洁单元、所述行走单元等。例如,所述控制器能够生成控制信号以使所述电池包向清洁机器人100的各个电力驱动部件的供电电路的导通或断开,进而控制清洁机器人100的开机或关机;所述控制器能够生成控制信号以使所述气流发生单元、所述清洁单元、所述行走单元启动,进而控制清洁机器人100动作,等等。
所述控制器优选地设置于机身10上,当然,其也可以设置于远程终端设备上或者同时设置于机身10上和远程终端设备上。另外,所述控制器的实现方式可以是包括其上形成有集成电路的至少一个芯片的各种类型的处理器,所述处理器的数目可以设置为一个或多个。
感测元件60设置于机身10内部并连接所述控制器,具体可采用有线连接或无线连接,当感测元件60被激发时,感测元件60向所述控制器发送障碍信号,进而所述控制器可根据接收到的障碍信号控制清洁机器人100。
所述碰撞收受组件与感测元件60相适配,其配置为能够与清洁机器人100的上方障碍物发生碰撞,并且在碰撞外力作用下由待命状态向效用状态变化,以使感测元件60被激发。
具体地,参图2,顶盖14具有上下贯通的开口,在本实施例中,所述开口优选设置于顶盖14前端位置附近,从而便于对清洁机器人100前进过程中的上方障碍物及时有效地进行检测;机身10还包括设置于所述开口处的安装座16,安装座16位于顶盖14下方,在本实施例中,部分安装座16与顶盖14一体成型,且另一部分安装座16与顶盖14分体成型,将在后文中对其详细描述。当然,在替换实施例中,还可以设置为,全部安装座16与顶盖14一体成型或者分体成型。
所述碰撞收受组件活动地设置于所述开口处,其包括圆球20、支撑件30以及弹性件40。
其中,支撑件30活动组装在安装座16上,其具有初始位置和第二位置,并且能够相对安装座16从所述初始位置沿第一方向远离所述开口向所述第二位置运动,在本实施例中,所述第一方向竖直向下,也即支撑件30由所述初始位置竖直向下以远离所述开口。当然,在替换实施例中,所述第一方向也可以不平行于竖直方向。
并且,支撑件30与感测元件60位置相适配,当支撑件30由所述初始位置向所述第二位置运动时,支撑件30使感测元件60由不被激发状态变化为被激发状态。也就是说,当支撑件30位于所述初始位置时,感测元件60不被激发;而当支撑件30位于所述第二位置时,支撑件30使感测元件60被激发。可以理解的是,清洁机器人100在正常情况下,例如圆球20未与障碍物发生碰撞时,支撑件30位于所述初始位置,而一旦圆球20与障碍物发生碰撞(包括圆球20与障碍物保持在接触状态时),支撑件30即可位于所述第二位置。也即,该第二位置可以为支撑件30相对安装座16的一个位置、多个位置或者连续位置区间。
支撑件30包括支撑部31,该支撑部31的顶表面上具有容纳槽,所述容纳槽朝向所述开口开放且其槽面呈球冠面,从而与所述开口相连通。
圆球20可旋转地收容于所述容纳槽内以使圆球20被支撑件30所支撑。在本实施例中,圆球20大于所述开口,这样,圆球20的一小部分(小于半球)能够通过所述开口凸伸至顶盖14的上方,而且圆球20的其余大部分(大于半球)始终以不可通过所述开口向上脱离的状态保持在顶盖14下方,也就是说圆球20被顶盖14限位而无法整体向上穿过所述开口,从而避免从清洁机器人100上脱落。
弹性件40设置于机身10和支撑件30之间,其作用于支撑件30以使得支撑件30具有保持在所述初始位置处的趋势。在本实施例中,弹性件40具体设置于安装座16和支撑件30之间,后文中对其配合结构进行详细描述,当然,在其他实施例中,弹性件40还可以设置于顶盖14和支撑件30之间。
其中,在所述碰撞收受组件在所述待命状态时,也即,所述碰撞收受组件未与障碍物发生碰撞的情况下,在弹性件40的作用下,支撑件30位于使感测元件40不被激发的所述初始位置处,且圆球20被支撑件30所支撑,圆球20的顶部通过所述开口凸伸至顶盖14的上方;当圆球20的顶部受到外力时,例如圆球20与清洁机器人100的上方障碍物发生碰撞时,所述碰撞收受组件由所述待命状态向所述效用状态变化,具体地,在圆球20的带动下,支撑件30由所述初始位置竖直向下向所述第二位置运动,支撑件30使感测元件40被激发。
这样,一方面,通过设置于顶盖14处的所述碰撞收受组件,可以与清洁机器人100的上方障碍物发生碰撞,进而使清洁机器人100能够对其上方障碍物进行检测;另一方面,圆球20与障碍物进行碰撞后能够向下运动,从而避免清洁机器人100卡死在障碍物的下方,即使进入障碍物的下方之后也可以顺利脱离;通过设置支撑件30,其与圆球20、弹性件40分别配合,当圆球20被碰撞且外力较大时,支撑件30可限制圆球20过多的向下运动,从而降低了弹性件40及感测元件受损60的可能性;此外,圆球20通过支撑件30与弹性件40相连,减少了弹性件40对圆球20的磨损,增强遇障检测的灵敏度和稳定性。
进一步地,支撑件30被安装座16限制为不能够相对安装座16在所述第一方向的垂直方向上晃动,这样,可以进一步保证当圆球20受到的外力具有横向分量时,圆球20可以在支撑件30的所述容纳槽内旋转,且不会造成支撑件30横向运动而影响弹性件40。
安装座16具有安装腔160和围出安装腔160的侧壁161;支撑件30包括设置于安装腔160内的限位部32,限位部32与侧壁161贴合适配,以使得支撑件30无法相对于安装座16在所述第一方向的垂直方向上晃动。在本实施例中,侧壁161的内表面、安装腔160以及限位部32外表面均呈圆柱形,当然,在其他实施例中,侧壁161的内表面、安装腔160以及限位部32外表面还可以设置为其他相对应的形状。
安装腔160与所述开口相连通;支撑件30包括形成所述容纳槽的支撑部31,该支撑部31也设置于安装腔160内,在本实施例中,支撑件30的限位部32连接至支撑件30的支撑部31的四周外缘。
进一步地,所述碰撞收受组件在所述待命状态时,支撑件30位于所述初始位置,弹性件40此时具有形变,弹性件40通过支撑件30驱使圆球20具有进一步通过所述开口向上凸伸的趋势,也即使得圆球20被支撑件30和顶盖14紧密夹持,从而避免圆球20在所述开口处晃动。
并且,在所述碰撞收受组件由所述待命状态向所述效用状态变化时,也即支撑件30由所述初始位置竖直向下运动时,弹性件40的形变持续加剧。
当圆球20受到的外力消失时,例如当障碍物脱离开圆球20时,弹性件40在其自身形变恢复力作用下,驱动支撑件30带动圆球20向上移动,直至所述碰撞收受组件恢复所述待命状态。
在本实施例中,弹性件40设置为始终具有压缩形变的压簧,当然,在替代实施例中,弹性件40还可以设置为拉簧或者扭簧,不限于所举实现方式。
进一步地,安装座16还具有限定安装腔160下边界的底壁162,底壁162与所述开口沿所述第一方向相对设置,也即,在本实施例中底壁162垂直于竖直方向并位于所述开口下方。所述压簧夹持于底壁162和支撑件30之间,具体来讲,所述压簧的一端(在本实施例中为下端)抵持底壁162上表面且其另一端(在本实施例中为上端)抵持支撑件30的支撑部31下表面。
优选地,底壁162上形成有向上凸伸的环形凸台1621,所述压簧的下端套设在环形凸台1621内,从而稳定所述压簧的位置,避免所述压簧的下端位置随意移动。当然,在其他实施例中,所述压簧的下端还可以套设在环形凸台1621外,或者,取消环形凸台1621而在底壁162上形成有向下凹陷的环形凹部,所述压簧的下端与所述环形凹部相套设。
进一步地,于所述初始位置时,也即所述碰撞收受组件在所述待命状态时,限位部32的下端与底壁162具有一间隙,该间隙不大于圆球20凸伸出顶盖14的高度,也就是说,限位部32的下端至底壁162的距离不大于圆球20凸伸出顶盖14的高度,以使支撑件30沿所述第一方向的最大位移不大于圆球20凸伸出顶盖14的高度,从而进一步对所述压簧和感测元件60起保护作用,避免二者受压损坏。可以理解的,限位部32的下端至底壁162的距离不小于支撑件30由所述初始位置至所述第二位置的最小距离,从而保证支撑件30可以有效地使感测元件60被激发,优选地,限位部32的下端至底壁162的距离等于或者略大于支撑件30由所述初始位置至所述第二位置的最小距离,从而避免过分挤压感测元件60。
进一步地,支撑件30还包括沿所述第一方向延伸的圆柱形引导部33,所述压簧套设于引导部33外,从而进一步限定所述压簧的运动路径,避免所述压簧受到偏压而发生折弯或卡滞。
优选地,支撑部31设置为具有足够厚度的球面板结构,其下表面为球面;引导部33自支撑件30的支撑部31沿所述第一方向远离所述开口延伸;引导部33的中轴线穿过支撑部31的几何球心,从而保证所述压簧受力均匀性,进而增强所述碰撞收受组件整体结构的稳定性。
进一步地,支撑件30包括与感测元件60位置适配的抵接部34,当支撑件30向下移动时,抵接部34趋近感测元件60以使感测元件60被激发。
在本实施例中,感测元件60在抵接部34的正下方,当然,在其他实施例中,感测元件60还可以位于抵接部34的侧下方。
优选地,抵接部34自引导部33下端呈直径渐缩的锥形向下延伸,这样,可以便于支撑件30与所述压簧的套接;并且,感测元件60可以设置为通过接触而被激发的触发元件,例如压力传感器或微动开关,这样,抵接部34下端与感测元件60点面接触可以增加灵敏度。当然,感测元件60也可以设置为不通过接触而依靠位置关系即可被激发的元件,例如光感传感器等。
在本实施例中,安装座16的底壁162上还具有通孔,所述通孔设置于环形凸台1621中心位置处;感测元件60位于所述通孔的下方,其具体可通过连接结构悬挂于安装座16的底壁162上;抵接部34至少下端穿过所述通孔延伸至感测元件60处。
进一步地,在本实施例中,安装座16的底壁162和侧壁161下端部分与顶盖14分体成型,其构成安装座16的底托结构,安装座16的侧壁161上端部分与顶盖14一体成型,所述底托结构与侧壁161上端部分可以组装配接,这样,可以方便所述碰撞收受组件的装配。
另外,顶盖14具有围出所述开口的边沿141,该边沿141自侧壁161呈环形向所述开口中心处收缩,这样,所述开口呈圆形且与安装腔160同心。
进一步地,机身10还包括凸伸出顶盖14的摄像元件11,当所述碰撞收受组件处于所述待命状态时,圆球20的顶端至顶盖14的距离不小于摄像元件11顶端至顶盖14的距离,这样,可以进行及时有效的检测到会碰撞到摄像元件11的上方障碍物,以保护摄像元件11。
进一步地,清洁机器人100还具有存储器,所述存储器配置为可以临时或非临时地存储用于清洁机器人100的操作的数据和程序。在本实施例中,所述存储器至少配置为:存储关于清洁区域的预设地图。所述预设地图可以通过绘制、扫描、下载等方式产生。
所述存储器的实现方式可以为闪存类型、硬盘类型、随机存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘、光学磁盘等存储介质中的至少一种或多种。然而,所述存储器的类型不限于此,其还可以为在因特网上执行存储功能的网络存储器。
所述控制器与所述存储器相连接,并用于访问和控制所述存储器,例如:读取所述存储器内存储的地图,控制所述存储器更新地图,等。
进一步地,本发明还提供了一种机器人的行走控制方法,参图6的一优选实施例,本发明的所述行走控制方法具体包括步骤:
S1,按照规划路径前进;
S2,接收到第一障碍信号;
S3,后退预设距离;
S31,判断步骤S3的后退过程中是否再次接收到第一障碍信号;若是,则重置已统计的后退距离,并返回步骤S3;若否,则进入步骤S4;
S4,旋转预设角度;
S5,前进。
结合以图1至图5所示的清洁机器人100,对所述行走控制方法进行说明:
步骤S1,所述控制器控制清洁机器人100按照规划路径前进;
步骤S2,圆球20与障碍物发生碰撞,圆球20推动支撑件30向下移动,抵接部34趋近感测元件60以使得感测元件60被激发,所述控制器从感测元件60处接收到第一障碍信号;
步骤S3,所述控制器控制清洁机器人100后退预设距离S;
步骤S31,在所述控制器控制清洁机器人100后退预设距离S的过程中,判断是否再次接收到第一障碍信号;假如已经后退了距离S1(S1<S),然而所述控制器再次从感测元件60处接收到第一障碍信号,这种情况有可能是清洁机器人100前进过程中首次遇到障碍物时因为惯性作用而越过了该遇障点,例如钻入了障碍物下方,那么所述控制器控制清洁机器人100继续后退所述预设距离S,也即重置已统计的后退距离S1,返回步骤S3;否则,直接进入步骤S4;
步骤S4,所述控制器控制清洁机器人100绕竖直纵轴旋转预设角度β;
步骤S5,在完成旋转预设角度β的动作后,所述控制器控制清洁机器人100继续前进。
这样,本发明的所述行走控制方法,能够清洁机器人100在遇障之后,控制清洁机器人100后退过程中再检测是否遇障,从而保证清洁机器人100能够从障碍物下方顺利脱离出来,而避免清洁机器人100在障碍物下方徘徊卡死。
进一步地,所述步骤S4还包括:S41,判断步骤S4的旋转过程中是否接收到第二障碍信号;若是,则回转复位,并返回步骤S3;若否,则进入步骤S5。
以清洁机器人100为例,在清洁机器人100旋转预设角度β过程中,判断是否接收到第二障碍信号;假如已经旋转了角度γ(γ<β),而所述控制器从感测元件60处接收到第二障碍信号,这种情况有可能是清洁机器人100的侧方有障碍物,则所述控制器控制所述机器人回转复位,也即回转角度γ,而后返回步骤S3(也即控制清洁机器人100后退预设距离S);否则进入步骤S5。
进一步地,所述步骤S2之后还包括:S21:在地图上标记障碍点,更新地图并存储更新后的地图。
以清洁机器人100为例,所述清洁机器人100遇到障碍后,所述控制器可以根据坐标在清洁机器人100的地图上标记障碍点A,从而更新清洁机器人100的地图,还可以控制所述存储器存储更新后的地图。
与现有技术相比,本实施例的清洁机器人100及其行走控制方法具有以下有益效果:
(1)通过设置于顶盖14处的所述碰撞收受组件,可以与清洁机器人100的上方障碍物发生碰撞,进而使清洁机器人100能够对其上方障碍物进行检测;
(2)圆球20与障碍物进行碰撞后能够向下运动,从而避免清洁机器人100卡死在障碍物的下方,即使进入障碍物的下方之后也可以顺利脱离;通过设置支撑件30,其与圆球20、弹性件40分别配合,当圆球20被碰撞且外力较大时,支撑件30可限制圆球20过多的向下运动,从而降低了弹性件40及感测元件受损60的可能性;
(3)圆球20通过支撑件30与弹性件40相连,减少了弹性件40对圆球20的磨损,增强遇障检测的灵敏度和稳定性
(4)在清洁机器人100遇障之后,在控制清洁机器人100后退过程中再检测是否遇障,从而保证清洁机器人100能够从障碍物下方顺利脱离出来,而避免清洁机器人100在障碍物下方徘徊卡死。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。