本發(fā)明涉及自移動(dòng)機(jī)器人行走方法與裝置，屬于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自移動(dòng)機(jī)器人是一種常用的機(jī)器人，包括 ：掃地機(jī)器人、割草機(jī)器人、家庭服務(wù)機(jī)器人和監(jiān)控機(jī)器人等等很多不同類(lèi)型，以其能夠自由行走的特點(diǎn)得到了使用者的廣泛青睞。如何有效控制自移動(dòng)機(jī)器人在某一作業(yè)空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，是關(guān)鍵的問(wèn)題。當(dāng)前自移動(dòng)機(jī)器人面臨的一個(gè)重大技術(shù)難點(diǎn)是對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行全覆蓋。評(píng)價(jià)全覆蓋可以用以下兩條標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量：（1）覆蓋完全性，即自移動(dòng)機(jī)器人覆蓋的區(qū)域和室內(nèi)允許自移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)入的區(qū)域之面積比值。實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域的全覆蓋一直是自移動(dòng)機(jī)器人研究的最大目標(biāo)和難題；（2）覆蓋效率，即重復(fù)覆蓋的區(qū)域與可進(jìn)入?yún)^(qū)域之面積比值。這個(gè)指標(biāo)代表著自移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃的優(yōu)化程度和工作效率。

以?huà)叩貦C(jī)器人為例，現(xiàn)有的掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)行走的方法主要分四種：（1）.如iRobot公司的Roomba系列掃地機(jī)器人，其行走方法是隨機(jī)碰撞模式，主要依靠長(zhǎng)時(shí)間（運(yùn)行至電池耗盡）的隨機(jī)行走等啟發(fā)式行走模式來(lái)獲取最大覆蓋率。這種算法原理簡(jiǎn)單，對(duì)軟硬件要求不高，容易實(shí)現(xiàn)。但是由于隨機(jī)性的存在，這種算法完全不能保證清潔機(jī)器人在面積較大、環(huán)境復(fù)雜區(qū)域的覆蓋率，而且機(jī)器人在一段時(shí)間內(nèi)容易局限于某個(gè)區(qū)域反復(fù)清掃，導(dǎo)致重復(fù)覆蓋率不但高，而且在不同區(qū)域的分布極不均勻，導(dǎo)致能耗大。（2）. 激光測(cè)距式導(dǎo)航系統(tǒng)（LaserSmart? Mapping and Navigation），Neato掃地機(jī)器人是通過(guò)激光測(cè)距的方法生成室內(nèi)地圖，在此基礎(chǔ)上合理地規(guī)劃清掃路線(xiàn)，而不是試探著撞來(lái)撞去，用戶(hù)直觀的感受是，它看起來(lái)比較聰明。其實(shí)現(xiàn)原理是：它的頂端設(shè)置有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射頭和配套接收器，通過(guò)發(fā)射激光掃描自身到邊界每個(gè)點(diǎn)的距離，從而生成數(shù)字地圖，還能根據(jù)屋內(nèi)家具位置的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行更新。既然大腦中有了室內(nèi)地圖，Neato還可以聰明地記憶存儲(chǔ)位置關(guān)系，比如當(dāng)它因電量不足而自動(dòng)返回充電完畢以后，能自動(dòng)從上次返回的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)開(kāi)始清掃（3）. 北極星導(dǎo)航系統(tǒng)（NorthStar? Navigation System），類(lèi)似于室內(nèi)GPS定位的方法，北極星導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理是在室內(nèi)建立一個(gè)發(fā)射信號(hào)的模塊，機(jī)器人通過(guò)測(cè)算自身跟該信號(hào)的偏移角度來(lái)確定自己的位置。由于它不能像Neato一樣“看見(jiàn)”室內(nèi)的物體，所以只能在清掃過(guò)程中通過(guò)自身去觸碰來(lái)建立室內(nèi)地圖和物體之間的位置關(guān)系。iRobot公司的Braava系列擦地機(jī)器人就是應(yīng)用于此項(xiàng)技術(shù)。（4）. 圖像式測(cè)算導(dǎo)航系統(tǒng)，其原理是利用頂部搭載的3攝像頭掃描周?chē)沫h(huán)境，然后結(jié)合紅外傳感器，利用數(shù)學(xué)運(yùn)算和幾何、三角法測(cè)繪出房間的地圖，以此來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航，并根據(jù)前后影像中各個(gè)地標(biāo)的位置變化來(lái)判斷當(dāng)前的移動(dòng)路線(xiàn)，并對(duì)其所構(gòu)建的環(huán)境模型進(jìn)行更新與調(diào)整。

后面三種路徑規(guī)劃技術(shù)都是利用先進(jìn)傳感器對(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行定位，同時(shí)構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域地圖，來(lái)保證覆蓋的完全性并降低重復(fù)覆蓋率。但由于算法復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)需要增加昂貴的傳感器和計(jì)算能力強(qiáng)大的微處理器來(lái)保證，這也導(dǎo)致市場(chǎng)上這類(lèi)清潔機(jī)器人產(chǎn)品的價(jià)格居高不下，比普通清潔機(jī)器人價(jià)格貴出2-3倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種自移動(dòng)機(jī)器人行走方法，其特征在于，為S形行走方法，所述S形行走方法包括所述自移動(dòng)機(jī)器人直線(xiàn)行走和沿障礙物行走，所述直線(xiàn)行走和沿障礙物行走是可切換的，具體包括以下步驟：

步驟S0：機(jī)器人啟動(dòng)；

步驟S1：機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)360°；

步驟S2：機(jī)器人沿第一方向直線(xiàn)行走，當(dāng)觸碰到障礙物時(shí)，進(jìn)入步驟S3;

步驟S3: 判斷機(jī)器人是否能夠遠(yuǎn)端平移機(jī)身，若判斷結(jié)果為是，自移動(dòng)機(jī)器人沿第一方向的反方向直線(xiàn)行走；若判斷結(jié)果為否，自移動(dòng)機(jī)器人也是沿第一方向的反方向直線(xiàn)行走，當(dāng)再次觸碰到障礙物時(shí)，則進(jìn)入步驟S4;

步驟S4：判斷機(jī)器人是否能夠近端平移機(jī)身，若判斷結(jié)果為是，自移動(dòng)機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)入步驟S2；若判斷結(jié)果為否，則自移動(dòng)機(jī)器人沿著障礙物行走一個(gè)預(yù)定時(shí)間后, 原地旋轉(zhuǎn)90°再進(jìn)入步驟S2;

步驟S5：自移動(dòng)機(jī)器人按照步驟S2，步驟S3循環(huán)行走.

其中，所述步驟S3中自移動(dòng)機(jī)器人在遠(yuǎn)端能平移機(jī)身與不能平移機(jī)身機(jī)器人沿第一方向的反方向直線(xiàn)行走的路徑不相同，所述判斷結(jié)果為是，自移動(dòng)機(jī)器人沿第一方向的反方向直線(xiàn)行走的路徑為一條新的路徑，所述判斷結(jié)果為否，自移動(dòng)機(jī)器人沿第一方向的反方向直線(xiàn)行走的路徑與步驟S2中的路徑一樣。

其中，所述步驟S2還包括步驟S6：自移動(dòng)機(jī)器人沿第一方向直線(xiàn)行走，如果行走一段距離后未觸碰到障礙物，則判斷自移動(dòng)機(jī)器人能夠按照第一方向繼續(xù)行走 ；否則，則判斷自移動(dòng)機(jī)器人不能夠按照第一方向行走。

其中，所述步驟S4中自移動(dòng)機(jī)器人沿障礙物行走的預(yù)定時(shí)間為4-6秒。

其中，所述步驟S4中自移動(dòng)機(jī)器人沿障礙物行走的預(yù)定時(shí)間還可以為2-3秒。

進(jìn)一步，本發(fā)明還提出一種自移動(dòng)機(jī)器人裝置，所述自移動(dòng)機(jī)器人裝置包括行走結(jié)構(gòu)、控制單元和包括碰撞傳感器的傳感器系統(tǒng)，還包括用于判斷自移動(dòng)機(jī)器人裝置所處方位的方位定位系統(tǒng)，所述方位定位系統(tǒng)為電子羅盤(pán)和碼盤(pán)，所述電子羅盤(pán)設(shè)置于所述控制單元上且與所述控制單元電連接，所述碼盤(pán)設(shè)置于所述行走結(jié)構(gòu)上。

其中，所述行走結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)裝置、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)萬(wàn)向輪，所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別位于所述自移動(dòng)機(jī)器人裝置的底部?jī)蓚?cè)與所述自移動(dòng)機(jī)器人裝置的幾何中心呈軸對(duì)稱(chēng)，所述萬(wàn)向輪位于所述自移動(dòng)機(jī)器人裝置的與所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪連線(xiàn)垂直的底部對(duì)稱(chēng)軸上靠近底部邊界的位置，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和萬(wàn)向輪移動(dòng)。

其中，所述包含碰撞傳感器的傳感器系統(tǒng)位于所述自移動(dòng)機(jī)器人前端，所述碰撞傳感器與所述控制單元相連，所述控制單元接收所述碰撞傳感器的信息并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

其中，所述方位定位系統(tǒng)還包括陀螺儀。

本發(fā)明進(jìn)一步提出一種全區(qū)域覆蓋后的回路檢測(cè)方法，全區(qū)域覆蓋后的回路檢測(cè)方法是指用所述電子羅盤(pán)或者碼盤(pán)計(jì)算自移動(dòng)機(jī)器人裝置在沿障礙物行走時(shí)的累積旋轉(zhuǎn)角度，當(dāng)所述累積角度大于或者等于為360°時(shí)，回路檢測(cè)成功。

本發(fā)明實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：其利用廉價(jià)的普通傳感器和微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)自移動(dòng)機(jī)器人裝置的行走，從而使得行走過(guò)程真正的有規(guī)律，提高行走區(qū)域的覆蓋率，降低行走重復(fù)率，并能判斷是否清掃完成，降低系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)系統(tǒng)有效工作壽命。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施 例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1 為本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人避障行走流程圖

圖2 為本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人全區(qū)域避障行走示意圖

A B 分別為機(jī)器人觸碰障礙物點(diǎn)，C 為未覆蓋區(qū)域，M1為障礙物

圖3為本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人局部區(qū)域避障行走示意圖

Y軸正向?yàn)榈谝环较?，X軸正向?yàn)榈诙较?，M1、M2、M3 為障礙物在作業(yè)區(qū)100間的位置，其中，M2為異形或者不規(guī)則形狀的障礙物

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提出一種自移動(dòng)機(jī)器人裝置，其包括行走結(jié)構(gòu)、控制單元和傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括碰撞傳感器，以及還包括由電子羅盤(pán)和碼盤(pán)組成的用于判斷自移動(dòng)機(jī)器人裝置所處方位的方位定位系統(tǒng)，電子羅盤(pán)被設(shè)置于控制單元上且與控制單元電連接，碼盤(pán)被設(shè)置于行走結(jié)構(gòu)上。行走結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)裝置、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)萬(wàn)向輪，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別位于自移動(dòng)機(jī)器人裝置的底部?jī)蓚?cè)與自移動(dòng)機(jī)器人裝置的幾何中心呈軸對(duì)稱(chēng)，萬(wàn)向輪位于自移動(dòng)機(jī)器人裝置的與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪連線(xiàn)垂直的底部對(duì)稱(chēng)軸上靠近底部邊界的位置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和萬(wàn)向輪移動(dòng)。其中，包含碰撞傳感器的傳感器系統(tǒng)位于自移動(dòng)機(jī)器人前端，碰撞傳感器與控制單元相連，控制單元接收碰撞傳感器的信息并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。進(jìn)一步，方位定位系統(tǒng)還包括陀螺儀，陀螺儀具有校正電子羅盤(pán)的作用。

下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的自移動(dòng)機(jī)器人具體行走方法進(jìn)行描述，為了便于理解，設(shè)定機(jī)器人作業(yè)區(qū)為100 ，且建立一個(gè)平面直角坐標(biāo)系，Y軸正向?yàn)榈谝环较颍琗軸正向?yàn)榈诙较?，機(jī)器人沿Y軸正向行走為去程，機(jī)器人沿Y軸反向行走為回程，本實(shí)施例中的障礙物不僅僅包括傳統(tǒng)意義上凸起類(lèi)的障礙物，還包括類(lèi)似墻體在內(nèi)，將其通稱(chēng)為障礙物。其中，機(jī)器人相對(duì)于其開(kāi)始行走的起點(diǎn)，定義成近端，相對(duì)于起點(diǎn)有著距離的一端，定義成遠(yuǎn)端，平移機(jī)身指機(jī)器人觸碰到障礙物時(shí)，左側(cè)靠近障礙物，相對(duì)于障礙物順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°移動(dòng)一個(gè)機(jī)身長(zhǎng)度距離，該機(jī)身長(zhǎng)度一般為25cm-35cm。

圖1為自移動(dòng)機(jī)器人避障行走流程圖，該避障行走方法具體過(guò)程如：在機(jī)器人啟動(dòng)后，機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)360°，用以校準(zhǔn)電子羅盤(pán)，首先，機(jī)器人執(zhí)行去程，如果行走一段距離后未觸碰到障礙物，則判斷機(jī)器人能夠繼續(xù)執(zhí)行去程，直到觸碰到障礙物 ；否則，則判斷自移動(dòng)機(jī)器人不能繼續(xù)執(zhí)行去程。當(dāng)掃地機(jī)器人觸碰到障礙物后，判斷機(jī)器人在遠(yuǎn)端是否能夠平移機(jī)身，雖然無(wú)論判斷結(jié)果是或者否，機(jī)器人接下來(lái)都是要執(zhí)行回程，但是兩者的路徑還是有所不同，當(dāng)機(jī)器人在遠(yuǎn)端能夠平移機(jī)身時(shí)，機(jī)器人執(zhí)行回程的路徑是一條新的路徑，當(dāng)機(jī)器人在遠(yuǎn)端不能平移機(jī)身時(shí)，則機(jī)器人沿去程的路徑返回到近端。機(jī)器人返回到近端后，在近端觸碰到障礙物，此時(shí)同樣需要判斷是否能夠在近端平移機(jī)身，若是在近端能夠平移機(jī)身，則機(jī)器人繼續(xù)執(zhí)行去程，直到再次觸碰障礙物；若是不能夠平移機(jī)身，表示機(jī)器人在近端遇到了障礙物，此時(shí)，機(jī)器人沿障礙物行走，直到繞出障礙物，然后執(zhí)行去程。在行走過(guò)程中，由于機(jī)器人是按照去程→遠(yuǎn)端平移機(jī)身→回程→近端平移機(jī)身→去程，其在遠(yuǎn)端和近端平移機(jī)身實(shí)際上也是沿障礙物行走，所以機(jī)器人在作業(yè)區(qū)100內(nèi)是按照直線(xiàn)行走和沿障礙物行走來(lái)構(gòu)成一個(gè)S形行走模式，其直線(xiàn)行走和沿障礙物行走根據(jù)對(duì)障礙物的判斷來(lái)自由切換，同時(shí)由于S形模式不改變系統(tǒng)前進(jìn)方向，因此累積計(jì)算清潔機(jī)器人累積覆蓋的角度時(shí)，只累加沿障礙物模式下轉(zhuǎn)過(guò)的角度。利用電子羅盤(pán)記錄在沿障礙物模式下累積轉(zhuǎn)過(guò)的角度，當(dāng)大于或等于360°閾值時(shí)，則判斷整個(gè)區(qū)域清掃結(jié)束。

圖2 是自移動(dòng)機(jī)器人在作業(yè)區(qū)100內(nèi)全區(qū)域避障行走示意圖，從圖2所示的左下角O點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，按照自動(dòng)切換成直線(xiàn)行走和沿障礙物行走的S形行走方法，直至右上角Z點(diǎn)，完成對(duì)作業(yè)區(qū)100的全區(qū)域覆蓋行走，其中機(jī)器人在A 和B處遇到了障礙物，其中A處的障礙物表示機(jī)器人執(zhí)行去程時(shí)第一次觸碰到障礙物，B處表述機(jī)器人執(zhí)行回程時(shí)第二次觸碰到障礙物，M1為本方法實(shí)施例中的障礙物，該障礙物不僅僅包括傳統(tǒng)意義上凸起類(lèi)的障礙物，還包括類(lèi)似墻體在內(nèi)，將其通稱(chēng)為障礙物，由于本發(fā)明中，機(jī)器人在遠(yuǎn)端觸碰到障礙物是平移機(jī)身后執(zhí)行回程，所以作業(yè)區(qū)100中的障礙物如C處為本方法中機(jī)器人不能覆蓋的區(qū)域，于本方法來(lái)講，其主要的有益效果為提供一種低成本的機(jī)器人行走方法以及按照此方法行走的機(jī)器人，為了有效率地覆蓋整體作業(yè)區(qū)域，所以允許機(jī)器人行走時(shí)漏過(guò)類(lèi)似的區(qū)域。

為了更加詳細(xì)解釋本技術(shù)方案，結(jié)合圖3對(duì)機(jī)器人的行走方法進(jìn)行詮釋?zhuān)瑘D3為自移動(dòng)機(jī)器人局部區(qū)域避障行走示意圖，如圖3所示，機(jī)器人從圖3所示的左下角O點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，按照自動(dòng)切換成直線(xiàn)行走和沿障礙物行走的S形行走方法，直至右上角Z點(diǎn)，完成對(duì)作業(yè)區(qū)100的全區(qū)域覆蓋行走，O→A為去程成功，A→B為遠(yuǎn)端平移機(jī)身成功，B→C為回程成功， C→D為近端平移機(jī)身成功，O→A→B→C→D→E為機(jī)器人在作業(yè)區(qū)100內(nèi)成功地執(zhí)行了去程→遠(yuǎn)端平移機(jī)身→回程→近端平移機(jī)身→去程行走。其中，機(jī)器人執(zhí)行B→C的回程，需要機(jī)器人通過(guò)原地旋轉(zhuǎn)90°來(lái)調(diào)整機(jī)器人的方向，同理，機(jī)器人執(zhí)行D→E的去程也是需要機(jī)器人通過(guò)原地旋轉(zhuǎn)90°來(lái)調(diào)整機(jī)器人的方向，當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行完D→E的去程后，執(zhí)行E→F的遠(yuǎn)端平移機(jī)身，由于障礙物M1的存在，使得機(jī)器人不能在遠(yuǎn)端平移機(jī)身，所以機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)90°來(lái)調(diào)整機(jī)器人的方向后，按照E→D的路徑執(zhí)行回程，回到近端，按照D→G的路徑執(zhí)行近端平移機(jī)身。如圖3所示，當(dāng)機(jī)器人按照J(rèn)→K的路徑執(zhí)行完回程后，機(jī)器人執(zhí)行從K→Q的近端平移機(jī)身，由于障礙物M2的存在，所以機(jī)器人在近端不能成功平移機(jī)身，需要機(jī)器人沿著障礙物M2從Q→L行走2-3秒，使機(jī)器人繞過(guò)障礙物M2的障礙，然后執(zhí)行L→P的去程。另外，當(dāng)機(jī)器人按照S→H的路徑執(zhí)行完回程后，機(jī)器人執(zhí)行從H→V的近端平移機(jī)身，由于障礙物M3的存在，所以機(jī)器人在近端不能成功平移機(jī)身，需要機(jī)器人沿著障礙物M3從V→T行走4-6秒，使機(jī)器人繞過(guò)障礙物M3的障礙，然后執(zhí)行T→W的去程。如此循環(huán)，直至全區(qū)域覆蓋后結(jié)束。

本發(fā)明實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：其利用廉價(jià)的普通傳感器和微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)自移動(dòng)機(jī)器人裝置的行走，從而使得行走過(guò)程真正的有規(guī)律，提高行走區(qū)域的覆蓋率，降低行走重復(fù)率，并能判斷是否清掃完成，降低系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)系統(tǒng)有效工作壽命。