机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质

摘要

本发明提供一种机器人避开障碍的运动控制方法，包括如下步骤：检测机器人移动的障碍物信息，并根据所述障碍物信息获取避障限速值；控制所述机器人以所述避障限速值作为速度阈值进行移动。本发明还提供一种机器人避开障碍的运动控制系统、机器人及计算机存储介质。本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质，实现了机器人移动过程中的避障功能，控制方法简单，计算量小，适应场景强，且鲁棒性能好，进而避免了机器人控制命令不连续、移动不平滑的问题，避障能力强。

说明书

【技术领域】

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质。

【背景技术】

当今，机器人技术越来越成熟，很多场景下需要机器人移动位置来完成任务，机器人运行的场景越来越复杂，目前，市面上的机器人移动算法计算量比较大，且鲁棒性能差，导致机器人控制命令不连续、移动不平滑的问题，避障能力差。

鉴于此，实有必要提供一种新型的机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质，实现了机器人移动过程避开障碍，控制方法简单，计算量小，适应场景强，且鲁棒性能好，进而避免了机器人控制命令不连续、移动不平滑的问题，避障能力强。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种机器人避开障碍的运动控制方法，包括如下步骤：检测机器人移动的障碍物信息，并根据所述障碍物信息获取避障限速值；控制所述机器人以所述避障限速值作为速度阈值进行移动。

在一个优选实施方式中，所述检测机器人移动的障碍物信息，并根据所述障碍物信息获取避障限速值的步骤，包括如下步骤：检测所述机器人的中心与障碍物的距离，并根据所述距离计算所述机器人的斥力；将所述斥力分解为所述机器人前后方向上的X轴斥力及所述机器人左右方向上的Y轴斥力；根据所述X轴斥力获取避障线速度限速值；根据所述Y轴斥力获取避障角速度限速值。

在一个优选实施方式中，所述避障限速值包括避障线速度限速值及避障角速度限速值。

第二方面，本发明还提供一种机器人避开障碍的运动控制系统，包括获取模块，用于检测机器人移动的障碍物信息，并根据所述障碍物信息获取避障限速值；以及控制模块，用于控制所述机器人以所述避障限速值作为速度阈值进行移动。

在一个优选实施方式中，所述获取模块包括：斥力计算单元，用于检测所述机器人的中心与障碍物的距离，并根据所述距离计算所述机器人的斥力；斥力分解单元，用于将所述斥力分解为所述机器人前后方向上的X轴斥力及所述机器人左右方向上的Y轴斥力；避障线速度获取单元，用于根据所述X轴斥力获取避障线速度限速值；以及避障角速度获取单元，用于根据所述Y轴斥力获取避障角速度限速值。

在一个优选实施方式中，所述避障限速值包括避障线速度限速值及避障角速度限速值。

第三方面，本发明还提供一种机器人，包括：存储器、一个或多个处理器以及一个或多个执行器；所述存储器，用于存储一个或多个计算机程序；当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器运行时，所述一个或多个处理器控制所述一个或多个执行器实现上述任意一项所述的机器人避开障碍的运动控制方法。

第四方面，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时控制执行器实现上述任意一项所述的机器人避开障碍的运动控制方法。

相比于现有技术，本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质，能够根据障碍物信息获取避障限速值，并控制机器人以障碍限速值作为速度阈值进行移动，实现了机器人移动过程中的避障，控制方法简单，计算量小，适应场景强，且鲁棒性能好，进而避免了机器人控制命令不连续、移动不平滑的问题，避障能力强。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的机器人避开障碍的运动控制系统的原理框图；

图2为本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法的流程图；

图3为本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法的步骤S10的流程图；

图4为本发明提供的机器人的原理框图；

图5为本发明提供的机器人的结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其为本发明提供的机器人避开障碍的运动控制系统100的原理模块图。本发明提供的机器人避开障碍的运动控制系统100，包括获取模块10及控制模块20。

具体的，获取模块10用于检测机器人移动的障碍物信息，并根据所述障碍物信息获取避障限速值；控制模块20用于控制所述机器人以所述避障限速值作为速度阈值进行移动。

进一步地，获取模块10包括斥力计算单元11、斥力分解单元12、避障线速度获取单元13及避障角速度获取单元14。

具体的，斥力计算单元11用于检测所述机器人的中心与障碍物的距离，并根据所述距离计算所述机器人的斥力；斥力分解单元12用于将所述斥力分解为所述机器人前后方向上的X轴斥力及所述机器人左右方向上的Y轴斥力；避障线速度获取单元13用于根据所述X轴斥力获取避障线速度限速值；避障角速度获取单元14用于根据所述Y轴斥力获取避障角速度限速值。

可以理解地，上述各功能模块及单元可以软件程序的形式存储于存储器中，并由处理器执行。替代实施例中，上述各功能模块及单元也可为具有特定功能的硬件，例如，烧录有特定软件程序的芯片。

下面结合图2及图3对上述各功能模块及单元进行详细的介绍。

如图2所示，其为本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法的流程图。所应说明的是，本发明的方法并不受限于下述步骤的顺序，且其他实施例中，本发明的方法可以只包括以下所述步骤的其中一部分，或者其中的部分步骤可以被删除。

本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法100，包括如下步骤：

步骤S10：检测机器人移动的障碍物信息，并根据所述障碍物信息获取避障限速值。可以理解，机器人处于不同的空间时，障碍物的信息不同，不同的障碍物信息应对应机器人不同的限速值，即对应不同的障碍物限速值，获取模块10能够根据检测的障碍物信息获取避障限速值。

步骤S20：控制所述机器人以所述避障限速值作为速度阈值进行移动。具体的，控制模块20将获得的避障限速值下发给机器人的执行器，控制机器人以避障限速值作为速度阈值进行移动。

因此，本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法及系统100，能够根据障碍物信息获取避障限速值，并控制机器人以避障限速值作为速度阈值进行移动，实现了机器人移动过程中的避障，计算量小，适应场景强，且鲁棒性能好，进而避免了机器人控制命令不连续、移动不平滑的问题，避障能力强。

需要说明的是，本发明适用任何移动动机器人，为了方便描述，以机器人中心为坐标原点，坐标单位为米，机器人正前方向为X轴正向，机器人正右侧为Y轴正向，机器人中心垂直地面向上为Z轴正向，建立机器人中心坐标系。

进一步地，请参阅图3，步骤S10包括如下步骤：

步骤S11：检测所述机器人的中心与障碍物的距离，并根据所述距离计算所述机器人的斥力。本实施方式中，将超声传感器、红外传感器和激光传感器检测障碍物体的距离值投影到机器人中心座标系中，具体的，障碍物的位置斥力最大，斥力随着机器人中心到障碍物的距离增大而减小，斥力计算单元11根据机器人的中心与障碍物的距离计算机器人的斥力。可以理解，斥力的大小与距离的关系可根据具体期望机器人与障碍关系和机器人模型来定，并不局限于本例的说明，本例中使用一次线性方程做为关系模型，即：F＝k×L；其中，L表示机器人中心距离障碍物的距离；k表示力的变化斜率，如此，在机器人中心坐标系下的每个坐标都有一个斥力F。

可以理解，本发明适用各种检测物体距离或位置或空间的传感器融合，也适用于通过无线通信或标定来获取位置或距离或空间的融合，也适用于通过计算机图像识别获取的障碍物距离或位置信息等，不仅仅局限与本例中提到的传感器及其种类。

步骤S12：将所述斥力分解为所述机器人前后方向上的X轴斥力及所述机器人左右方向上的Y轴斥力。具体的，在机器人中心坐标系下，斥力分解单元12将机器人轮廓点受力分解到X轴(即前后方向)和Y轴(即左右方向)上：Fx＝F×cosβ，Fy＝F×sinβ；其中，Fx表示机器人X轴受到的合力，即X轴斥力；Fy表示机器人Y轴上的合力，即Y轴斥力；β表示机器人轮廓点与X轴的夹角。

步骤S13：根据所述X轴斥力获取避障线速度限速值。具体的，避障线速度获取单元13将机器人X轴上的合力转换为机器人的避障线速度限速值，即：V

步骤S14：检测所述机器人的速度信息，并根据所述速度信息获取响应限速值。具体的，避障角速度获取单元14将机器人Y轴上受到的合力转换为机器人的避障角速度限速值，即：ω

进一步地，避障限速值包括避障线速度限速值及避障角速度限速值，将获得的避障线速度限速值V

本发明巧妙的将运动模型与力学模型结合，将机器人空间障碍信息通过力学模型转换为作用到机器人的前后、左右方向的力，将机器人受到的合力转换为机器人移动的线速度与角速度限速值，并控制机器人以避障线速度限速值及避障角速度限速值为速度阈值进行运动，从而达到机器人移动避障的效果。

需要说明的是，本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法的所有实施例均适用于本发明提供的机器人避开障碍的运动控制系统100，且均能够达到相同或相似的有益效果。

请参阅图4，本发明还提供一种机器人200，包括：存储器210、一个或多个处理器220以及一个或多个执行器230。

具体的，存储器210用于存储一个或多个计算机程序；当所述一个或多个计算机程序被一个或多个处理器220运行时，一个或多个处理器220控制一个或多个执行器230实现上述任意一项所述的机器人避开障碍的运动控制方法。

其中，所述存储器210可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器210用于存储程序，所述处理器220在接收到执行指令后运行所述程序，并控制执行器230实现上述任意一项所述的机器人避开障碍的运动控制方法。可以理解，所述处理器220以及其他可能的组件对所述存储器210的访问可在存储控制器的控制下进行。

所述处理器220可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器220可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等，还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，能够实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

图5为本发明提供的机器人的结构示意图，机器人上设置有多个传感器，本实施方式中，红外在位于机器人最底部，超声在红外之上，激光在超声之上，机器人的顶部还设置有加速度计或陀螺仪，用于感测机器人的位置、距离信息等。

本发明还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如前述实施例中任意一项所述的机器人避开障碍的运动控制方法。

综上，本发明提供的机器人避开障碍的运动控制方法、系统、机器人及计算机存储介质，能够根据障碍物信息获取避障限速值，并控制机器人以避障限速值作为速度阈值进行移动，实现了机器人移动过程中的避障，控制方法简单，计算量小，适应场景强，且鲁棒性能好，进而避免了机器人控制命令不连续、移动不平滑的问题，避障能力强。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。