障礙物探測裝置、機器人及障礙物探測方法與流程

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種障礙物探測裝置、機器人及障礙物探測方法。

背景技術：

隨著現代科技的飛速發展，智能機器人的應用范圍越來越廣泛，不管是家中，還是商場、銀行等公共場所都能夠見到智能機器人的身影。

機器人上通常都設置有障礙探測功能，以在移動時能夠自動避開障礙物，或者在人們靠近時可以自動進行避讓。為了探測多個方向上的障礙物，就在機器人上安裝多個探測部件。

現有這種安裝多個探測部件的方式，雖能檢測到多個方向上的障礙物，但還是存在盲區，不能實現全方位障礙物的探測。另外，安裝多個探測部件的方式，成本較高，且安裝復雜。

技術實現要素：

鑒于此，本發明實施例提供了一種障礙物探測裝置、機器人及障礙物探測方法，用以解決現有技術不能滿足全方位障礙探測的問題。

于是，在本發明的一個實施例中，提供了一種障礙物探測裝置。該裝置包括：驅動部件，所述驅動部件的轉動軸用于輸出旋轉動力；第一電路板，其設置在所述轉動軸上，以在所述驅動部件的驅動下旋轉；探測部件，其設置在所述第一電路板上，與所述第一電路板同步旋轉，用于探測障礙物；第二電路板，與所述第一電路板平行設置；供電部件用于為所述第一電路板、所述探測部件及所述第二電路板提供工作電壓。

可選的，上述的裝置中，所述第二電路板上設有通孔；所述通孔與所述驅動部件的外輪廓適配，所述驅動部件的轉動軸伸出所述通孔。

可選的，上述的裝置還可包括：計時器。所述計時器用于對所述探測部件的探測時間進行計時，以便基于所述探測部件在探測到障礙物時所述計時器的計時信息及所述探測部件的旋轉速度，確定所述障礙物的方位。

可選的，上述提供的裝置還可包括：零位測定部件及零位標定部件。零位測定部件設置在所述第一電路板上，以與所述探測部件同步旋轉；零位標定部件設置在所述第二電路上；其中，所述零位測定部件與所述計時器連接，所述零位測定部件在旋轉過程中檢測到所述零位標定部件時向所述計時器發送計時清零信號，以對所述計時器進行清零。

可選的，上述提供的裝置還可包括：處理器。處理器分別與所述探測部件及計時器連接。所述處理器用于獲取所述探測部件生成的探測信號，根據所述探測信號確定距障礙物的距離；若所述距離小于安全距離，則獲取所述計時器的計時信息；根據所述計時信息及所述探測部件的旋轉速度，確定所述障礙物的方位。

可選的，上述提供的裝置還包括：無線發射模塊和無線接收模塊。其中，所述無線發射模塊與所述無線接收模塊通信連接；所述無線接收模塊，其設置在所述第二電路板上，用于連接外部設備；所述無線發射模塊，其設置在所述第一電路板上，并與所述探測部件連接，用于將接收自所述探測部件生成的探測信號通過所述無線接收模塊發出。

在本發明的另一實施例中，提供了一種機器人。該機器人包括設置在所述機器人上的障礙物探測裝置；所述障礙物探測裝置可采用上述實施例提供的技術方案實現。

在本發明的又一實施例中，提供了一種機器人。該機器人包括：

驅動部件，其設置在所述機器人上，所述驅動部件的轉動軸用于輸出旋轉動力；

探測部件，其設置在所述轉動軸上，以在所述驅動部件的驅動下旋轉探測障礙物；

其中，所述探測部件與所述機器人通信連接，用于將探測信號發送至所述機器人；

所述機器人，用于根據接收到的所述探測信號確定障礙物的距離；

所述機器人，還用于對所述探測部件的旋轉進行計時，并根據所述探測部件在探測到障礙物時的計時信息及所述探測部件的旋轉速度，確定所述障礙物的方位。

在本發明的又一實施例中，提供一種障礙物探測方法。該方法包括：

獲取探測部件探測到障礙物時生成的探測信號，其中，所述探測部件設置在驅動部件的轉動軸上，并在所述驅動部件的驅動下按照所述轉動軸的旋轉速度旋轉，以探測障礙物；

根據所述探測信號，確定障礙物的距離；

若所述距離小于最小安全距離，則獲取所述探測部件的探測時間及所述旋轉速度；

根據所述探測時間和所述旋轉速度，確定所述障礙物的方位。

可選的，上述的方法，還可包括：若所述探測部件旋轉滿一圈，則將所述探測時間清零以重新計時。

可選的，上述的方法中，所述探測部件設置在移動體上；以及

所述方法，還包括：

獲取所述移動體向所述障礙物移動的速度；

獲取所述移動體的制動距離；

獲取所述探測部件的盲區時間；

根據所述速度、所述制動距離及所述盲區時間，確定所述最小安全距離。

本發明實施例提供的技術方案，通過驅動部件驅動探測部件進行旋轉探測，實現了全方位的探測；通過設置第一電路板和第二電路板，以將多個部件，如探測部件和供電部件等，分置于兩個電路板上，可簡化結構的復雜度，易實現。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一實施例提供的障礙物探測裝置的結構框圖；

圖2為本發明一實施例提供的機器人的結構示意圖；

圖3為本發明另一實施例提供的機器人的結構示意圖；

圖4為本發明一實施例提供的障礙物探測方法的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

在本發明的說明書、權利要求書及上述附圖中描述的一些流程中，包含了按照特定順序出現的多個操作，這些操作可以不按照其在本文中出現的順序來執行或并行執行。操作的序號如101、102等，僅僅是用于區分各個不同的操作，序號本身不代表任何的執行順序。另外，這些流程可以包括更多或更少的操作，并且這些操作可以按順序執行或并行執行。需要說明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于區分不同的消息、設備、模塊等，不代表先后順序，也不限定“第一”和“第二”是不同的類型。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖1示出了本發明一實施例提供的障礙物探測裝置的結構框圖。如圖1所示，該障礙物探測裝置包括：驅動部件10、第一電路板11、探測部件12、第二電路板13、供電部件400(例如圖1中示出的無線供電線圈14和無線供電接收部件15)。其中，驅動部件10的轉動軸101用于輸出旋轉動力。第一電路板11設置在所述驅動部件10的轉動軸101上，以在所述驅動部件10的驅動下旋轉。探測部件12設置在所述第一電路板11上，與所述第一電路板11同步旋轉，用于探測障礙物。第二電路板13與所述第一電路板11平行設置。供電部件400用于為所述第一電路板11、所述探測部件12及所述第二電路板13提供工作電壓。

一種可實現的方案中，所述供電部件400為無線供電設備，例如，供電部件400包括圖1中示出的無線供電線圈14和無線供電接收部件15。如圖1所示，無線供電接收部件15設置在所述第二電路板13上，用于將電能轉換為磁能。無線供電線圈14設置在所述第一電路板11上，并與所述探測部件12連接，用于將所述無線供電接收部件輸出的磁能轉換為電能以為所述探測部件提供工作電壓。

本發明實施例提供的技術方案，通過驅動部件驅動探測部件進行旋轉探測，實現了全方位的探測；通過設置第一電路板和第二電路板，以將探測部件和無線供電線圈設置在第一電路板上，將無線供電接收部件設置在第二電路板上，以實現無線供電的目的，一可以提高使用壽命，二可以簡化結構。

進一步的，如圖1所示，所述第二電路板13上可設有通孔。所述通孔與所述驅動部件的外輪廓適配。所述驅動部件的所述轉動軸101伸出所述通孔。采用該結構，可使得整個障礙物探測裝置的結構更加緊湊。

在實際應用中，所述驅動部件10可以直接選用但不限于：步進電機、伺服電機等等。或者，所述驅動部件10包括電機及調速機構；電機的旋轉動力輸入端與調速機構的高速接入端連接，所述調速機構的低速輸出端作為所述驅動部件的旋轉動力輸出端。通過對所述調速機構進行調速設置，可對驅動部件的旋轉動力輸出端的旋轉速度進行調整。

上述實施例中的探測部件12可以是但不限于：紅外反射傳感器、激光傳感器等等。本發明實施例提供的技術方案適于選用以光作為探測介質的傳感器來進行障礙物的探測。所述第一電路板11、第二電路板13可以選用印刷電路板(printed circuit board，PCB)。無線供電線圈14與探測部件12可通過印刷電路板上的布線實現電連接。無線供電接收部件15通過第二電路板13連接電源，并將電源提供的電能轉換為磁能，與所述無線供電接收部件15相對設置的無線供電線圈14將磁能轉換為電能，以為第一電路板11上的各部件提供工作電壓。

進一步的，上述裝置還可包括：計時器(圖中未示出)。所述計時器用于對所述探測部件的探測時間進行計時。對所述探測部件的探測時間進行計時的目的是：基于所述探測部件在探測到障礙物時所述計時器的計時信息及所述探測部件的旋轉速度，確定所述障礙物的方位。例如，探測部件在驅動部件的驅動下的旋轉速度為20πrad/s；探測部件從起始位置旋轉即開始計時，假設探測部件探測到障礙物時所述計時器的計時信息為50ms，則可得到探測部件相對起始位置所旋轉的角度：20πrad/s*50ms＝πrad；確定出障礙物的方位為與起始位置相差πrad角度的方向上。其中，起始位置可人為設定。

這里需要說明的是：上述和下述實施例中提供的障礙物探測裝置可以安裝在任何需要進行障礙物探測的設備上，例如智能機器人上，或掃地機器人上等等。若該障礙物探測裝置設置在智能機器人上，上述的計時器可以是障礙物探測裝置中的一個部件，也可以是機器人上的一個部件。

一種可實現的技術方案中，獲取所述探測部件在探測到障礙物時所述計時器的計時信息t以及探測部件的旋轉速度w，即可得到當前探測部件的探測方向相對起始位置的角度為Φ＝t*w。此時計算得出的角度可能大于所述360度(或2π)，即探測部件轉了多圈后才探測到障礙物。此時在確定障礙物的方位時可采用減去整圈(n*360或2nπ，n＝1,2,3…的自然數)的方式進行計算，例如，計算得出的角度為380度，將該角度減去1*360，得到20度；那么可確定障礙物在距探測部件的起始位置相差20度角的方向。這里需要說明的是：計算得到的20度是從起始位置沿順時針方向的20度，還是沿逆時針方向的20度，需由探測部件的旋轉方向而定。探測部件的旋轉方向是由驅動部件決定的，假設探測部件的旋轉方向是順時針，則上述計算得到的20度應該為從起始位置沿順時針方向的20度。

另一種可實現的技術方案中，可在探測部件每轉滿一圈時對計時器進行清零。即上述提供的所述裝置還可設置：零位測定部件16和零位標定部件17。如圖1所示，零位測定部件16設置在所述第一電路板11上，以與所述探測部件12同步旋轉。零位標定部件17設置在所述第二電路板13上。所述零位測定部件16與所述計時器(圖中未示出)連接，所述零位測定部件16在旋轉過程中檢測到所述零位標定部件17時向所述計時器發送計時清零信號，以對所述計時器進行清零。

在上述實施例和下述實施例中，所述零位測定部件16可以采用霍爾傳感器實現，所述零位標定部件17可采用任何具有磁性的磁性元件實現。當然，本文僅是示例性的列舉了零位測定部件和零位標定部件的具體實現，本發明實施例對此不作具體限定。

通過設置計時器可基于探測時間確定障礙物的方位，以便于做出相應的驅動響應；通過設置零位測定部件和零位標定部件是為了在探測部件旋轉滿一周時即對計時器清零一次，以消除累計誤差，提高方位確定的準確性。如若不進行一圈清零，因為時間的累計誤差以及旋轉速度的誤差等會致使最終障礙物方位定位的準確性。

進一步的，上述實施例提供的所述障礙物探測裝置可設置有處理器，以計算距障礙物的距離以及障礙物的方位。處理器可將計算得到的距離和方位發送至障礙物探測裝置所安裝的對象，例如機器人，由被安裝對象根據所述距離和方位，做出相應的響應(例如剎車、轉向等)。或者，所述障礙物探測裝置中不設置處理器，而設置無線發射模塊18和無線接收模塊19(如圖1所示)。通過設置無線發射模塊和無線接收模塊以將探測部件生成的探測信號發送至外部設備，由外部設備根據探測信號確定障礙物的距離和方位。具體的，如圖1所示，所述無線發射模塊與所述無線接收模塊通信連接；所述無線接收模塊，其設置在所述第二電路板上，用于連接外部設備；所述無線發射模塊，其設置在所述第一電路板上，并與所述探測部件連接，用于將接收自所述探測部件生成的探測信號通過所述無線接收模塊發出。其中，無線接收模塊連接的外部設備可以是機器人，或智能移動小車等等，本發明實施例對此不作具體限定。例如，通過所述無線接收模塊將探測信號轉發至機器人，由機器人根據接收到的探測信號來計算障礙物的距離和方向，并作出相應的響應(例如剎車、轉向等)。

圖2示出了本發明一實施例提供的機器人的示意圖。如圖2所示，所述機器人包括設置在機器人20上的障礙物探測裝置21。障礙物探測裝置21可設置在機器人20的最高位置，以避免機器人的某一部分遮擋探測部件。例如，如圖2所示的機器人，可將障礙物探測裝置21設置在機器人20的頭頂。

具體實施時，本實施例中所提到的所述障礙物探測裝置可采用上述障礙物探測裝置來實現。該障礙物探測裝置的結構可參見上述實施例中的相關內容此處不再贅述。上述障礙物探測裝置中驅動部件、第二電路板及設置在所述第二電路板上的各部件均可設置在機器人的內部；第一電路板及設置在第一電路板上的各部件(如探測部件、無線法發射模塊、零位測定部件)均可設置在機器人的外部。

本實施例提供的技術方案，通過驅動部件驅動探測部件進行旋轉探測，實現了全方位的探測，減少了探測部件的設置數量，結構簡單；通過設置第一電路板和第二電路板，以將探測部件和無線供電線圈設置在第一電路板上，將無線供電接收部件設置在第二電路板上，以實現無線供電的目的，一可以提高使用壽命，二可以簡化結構。

圖3示出本發明另一實施例提供的機器人的示意圖。如圖3所示，所述機器人包括：機器人30、驅動部件31和探測部件32。其中，所述驅動部件31設置在所述機器人30上，所述驅動部件的轉動軸用于輸出旋轉動力。探測部件32設置在所述驅動部件31的轉動軸上，以在所述驅動部件的驅動下旋轉探測障礙物。其中，所述探測部件32與所述機器人30通信連接，用于將探測信號發送至所述機器人30；所述機器人30用于根據接收到的所述探測信號確定障礙物的距離；所述機器人30還用于對所述探測部件的旋轉進行計時，并根據所述探測部件32在探測到障礙物時的計時信息及所述探測部件32的旋轉速度，確定所述障礙物的方位。

本實施例提供的技術方案，通過驅動部件驅動探測部件進行旋轉探測，實現了全方位的探測，減少了探測部件的設置數量，結構簡單。

這里需要說明的是：本實施例中所述驅動部件和所述探測部件可采用上述實施例中的相應結構實現，具體可參見上述實施例中的內容，此處不再贅述。

圖4為本發明一實施例提供的障礙物探測方法的流程示意圖。如圖4所示，本實施例提供的所述方法，包括：

101、獲取探測部件探測到障礙物時生成的探測信號。

其中，如圖1所示，所述探測部件12設置在驅動部件10的轉動軸101上，并在所述驅動部件10的驅動下按照所述轉動軸101的旋轉速度旋轉，以探測障礙物；

102、根據所述探測信號，確定障礙物的距離。

103、若所述距離小于最小安全距離，則獲取所述探測部件的探測時間及所述旋轉速度。

104、根據所述探測時間和所述旋轉速度，確定所述障礙物的方位。

圖4所示的實施例可采用上述各實施例提供的裝置實現。

上述101和102中，探測部件可以是但不限于：紅外反射傳感器、激光傳感器等等。假設探測部件為紅外反射傳感器，其包括一個可以發射紅外光的固態發光二極管和一個用作接收器的固態光敏二極管(或光敏三極管)。紅外反射傳感器發出的紅外光信號，該信號通過障礙物反射回紅外反射傳感器；基于反回信號所用時長便可確定出障礙物的距離。激光傳感器的工作原理類似，此處不再贅述。

上述103中所述的最小安全距離為一個默認值，該默認值可以是人為根據經驗得到的。或者，所述最小安全距離是一個根據實際應用場景計算得到的值。例如，安裝有探測部件的移動體(比如機器人)移動速度為變速運動；此時需根據移動體當前的移動速度確定所述最小安全距離。移動體移動速度快，其剎車距離長，因此對應的最小安全距離就長；移動體移動速度慢，其剎車距離短，因此對應的最小安全距離就短。即上述實施例提供的所述方法，還可包括確定最小安全距離的步驟。該確定最小安全距離的步驟可包括：獲取所述移動體向所述障礙物移動的速度；獲取所述移動體的制動距離；獲取所述探測部件的盲區時間；根據所述速度、所述制動距離及所述盲區時間，確定所述最小安全距離。當然，上述最小安全距離也可根據移動體的最大移動速度來確定；并將確定出的結果作為默認值。

進一步的，上述實施例提供的障礙物探測方法還可包括如下步驟：

若所述探測部件旋轉滿一圈，則將所述探測時間清零以重新計時。

在具體實施時，確定探測部件旋轉是否滿一圈可采用如下方式來實現：

方式一、根據探測部件的旋轉速度及探測時間，計算探測部件當前旋轉位置與起始位置之間的夾角來確定所述探測部件是否旋轉滿一圈。

方式二、通過設置的與探測部件同步轉動的零位檢測部件，以及設置在所述零位檢測部件旋轉范圍內的零位標定部件；當所述零位測定部件在旋轉過程中檢測到所述零位標定部件時向所述計時器發送計時清零信號，以對所述計時器進行清零。如若不進行一圈清零，因為時間的累計誤差，以及旋轉速度的誤差等會致使最終障礙物方位定位的準確性。通過設置零位測定部件和零位標定部件可減小上述提到的累計誤差，提高方位確定的準確性。

這里需要補充的是：本發明實施例提供的障礙物探測方法可采用上述各實施例提供的障礙物探測裝置、機器人來實現。

需要說明的是：上述實施例所提供方法的各步驟的執行主體均可以是同一設備，或者，該方法也由不同設備作為執行主體。比如，步驟101至步驟103的執行主體可以為設備A；又比如，步驟101和102的執行主體可以為設備A，步驟103的執行主體可以為設備B；等等。

以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性的勞動的情況下，即可以理解并實施。

通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到各實施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現，當然也可以通過硬件。基于這樣的理解，上述技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品可以存儲在計算機可讀存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。