[发明专利]一种基于超声雷达探测的清洁机器人及其行走控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人和行走控制方法，特别涉及一种基于超声雷达探测的清洁机器人及其行走控制方法。

背景技术

室内清洁机器人是一种省时省力的新型清洁机，可在无人干预的情况下全自动运行，可按照设定的清洁时间表自主地工作。

现阶段国内外的清洁机器人大多采用随机遍历的方式清扫，不仅效率低下，而且会有很多死角无法清扫。这时，清洁机器人就需要利用传感器感知周围的环境，根据周围的环境因地制宜地让清洁机器人进行清扫。为了达到高效清扫的目的，韩国三星公司研制了一种基于网格地图的同步定位与自主导航控制的清洁机器人（专利号200710086152.8）。该专利利用传感器测得的环境信息融合进网格地图，进行地图的实时更新，利用网格地图导航清洁机器人的行走。但是，这种方法需要的算法过于复杂，对清洁机器人的处理器要求很高，增加了清洁机器人的成本。

发明内容

为了解决上述背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于超声雷达探测的清洁机器人及其行走控制方法。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于超声雷达探测的清洁机器人，该机器人包含机械本体、控制器以及超声雷达系统，所述的超声雷达系统和控制器分别安装在机械本体的上方。超声雷达系统包含可移动超声雷达、固定超声雷达以及舵机，所述的可移动超声雷达安装在舵机上侧，控制器控制舵机带动可移动超声雷达旋转并探测360°环境信息和障碍物信息，所述的固定超声雷达安装在舵机下侧以探测机器人与基准间的距离信息。所述的控制器接收可移动超声雷达和固定超声雷达探测的信息，控制机器人的行进路线和位姿。其中，所述的可移动超声雷达包含四个正交分布的超声测距传感器，所述的固定超声雷达四个分成两组对称安装在机器人左右两侧的超声波测距传感器。

其中，上述的机械本体包含机器人主体、至少一个驱动轮和至少一个万向轮，所述的驱动轮和万向轮分别安装在机器人主体的下侧，所述的驱动轮的运动受控制器控制，万向轮处于自由状态，辅助机器人的运动。

本发明还包括一种用于上述清洁机器人的行走控制方法，包括：对利用上述可移动超声雷达获得的360°的环境信息进行数据处理和直线拟合找出直线行走的基准，清洁机器人沿着基准以往复直线并自动绕障的的方式遍历清洁区域。其中，数据处理包含通过数字滤波方法识别和剔除数据中明显错误的点、按方向属性进行数据分组、以及采用最小二乘法进行直线拟合。

一种用于上述清洁机器人的行走控制方法，还包括：洁机器人沿着基准平行方向前进时，利用上述固定超声雷达来调整位姿，当机器人左侧距离基准较近时，用机器人左侧的超声测距传感器测量机器人与基准的距离，设前面的超声测距传感器测得的距离为d_i，后面的超声测距传感器测得的距离为d_j，若d_i>d_j且差值大于阈值ε_d，说明机器人右偏，应调整机器人向左转；若d_j>d_i且差值大于阈值ε_d，说明机器人左偏，应调整机器人向右转；反之，当机器人右侧距离基准较近时，用机器人右侧的超声测距传感器测量机器人与基准的距离，判断方法与上述一致。

一种用于上述清洁机器人的行走控制方法，还包括：所述的清洁机器人沿着基准前进时，利用可移动超声雷达判断障碍物的大小，并将障碍物的尺寸与一设定值比较，若大于设定值，则将该障碍物视为墙壁，从而把不能绕行的墙壁与能够绕行的小型障碍物区分开来；当机器人接近墙壁时进给一个清洁可达宽度再反方向沿基准行进；当发现小型障碍物的终止边角之后自动绕障，随着绕障的进行，机器人位姿不断变化，当机器人的位姿与绕障开始时刻的位姿正好相反时，结束绕障，机器人回到原来主行进方向继续前行。

一种用于上述清洁机器人的行走控制方法，还包括：所述的清洁机器人每走完一条直线就将这条直线信息的起始点和此直线上障碍物的起始点记录下来，建成电子地图。其中，所述的电子地图的表示方法为设置一个动态数组Map[m][n]记录这个机器人探测过的环境数据，m表示机器人走过的行程编号，n表示每个行程中被障碍物打断的直线号。

本发明具有以下的有益效果：

（1）本发明增加在传统清洁机器人的基础上增加了自行构造的超声雷达，可以实时地进行环境探测并通过探测结果进行分析运算出行进路径，从而区别于传统清洁机器人的随机行走；

（2）由于本发明合理的路径规划，清洁机器人清扫效率得到了提高，达到了节省能源的目的；