本發(fā)明涉及自動清潔
技術領域：
，特別是涉及一種清潔機器人及其避障方法。
背景技術：
：回顧國內外清潔機器人技術這十多年的發(fā)展歷程，發(fā)展趨勢已經由最初的實現清潔功能轉變?yōu)槿缃褡非蟾咧悄苄?，目前主要?chuàng)新主要是針對機器人的自主導航技術，比如實時路徑規(guī)劃與避障技術。傳統(tǒng)的清潔機器人在清潔地板時大都采用紅外傳感器、超聲波傳感器或是觸覺傳感器來探測障礙物，這些距離傳感器不僅便宜、尺寸小，而且還容易使用，但是單個超聲波傳感器在測量障礙物的準確位置是有困難的，紅外傳感器在觀測環(huán)境時的視野比較狹窄。這兩類傳感器可以提供的關于環(huán)境的信息十分稀少，基于這些稀少的信息機器人很難重構一張環(huán)境地圖。所以傳統(tǒng)的清潔機器人需要額外地安裝一些觸碰傳感器來探測障礙物，但是觸碰傳感器只有碰到環(huán)境中的物體時才會被觸發(fā)，所以這會給機器人和其他物體造成一定的損傷。此外，由于缺少局部環(huán)境模型，傳統(tǒng)的機器人經常會被困在類似于墻角這類環(huán)境中。為了解決這個問題，各大廠家著手在清潔機器人上搭載激光掃描儀比如SICKRLMS200和HokuyoRURG-04LX。相比較傳統(tǒng)的距離傳感器，激光掃描儀確實可以提高情節(jié)機器人的自主導航與避障能力，但是它的價格過于昂貴，此外，在家庭環(huán)境中使用時還存在著安全隱患。因此，針對上述清潔機器人避障技術存在的問題，有必要提供一種清潔機器人及其避障方法。技術實現要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種清潔機器人及其避障方法，以解決機器人避障能力適應性不強的問題，并且控制整個機器人的制造成本。為了實現上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術方案如下：一種清潔機器人，所述清潔機器人的邊緣處安裝有若干距離傳感器，所述距離傳感器呈非徑向排列的方式安裝，以確保清潔機器人正前方的區(qū)域均能被探測到。作為本發(fā)明的進一步改進，所述距離傳感器沿清潔機器人左右對稱分布。作為本發(fā)明的進一步改進，所述距離傳感器為紅外或激光距離傳感器。相應地，一種清潔機器人的避障方法，所述避障方法包括：S1、創(chuàng)建描繪清潔機器人正前方區(qū)域連通性的局部柵格地圖，局部柵格地圖包括第一類柵格、第二類柵格及第三類柵格，其中，第一類柵格為無障礙區(qū)域，第二類柵格為有障礙區(qū)域，第三類柵格為不確定障礙區(qū)域；S2、設定第三類柵格為無障礙區(qū)域；S3、設定清潔機器人走過的柵格為無障礙區(qū)域；S4、在清潔機器人移動過程中搜索出一條逆時針方向的可移動的直線路徑，路徑的轉角為θ1；S5、在清潔機器人移動過程中搜索出一條順時針方向的可移動的直線路徑，路徑的轉角為θ2；S6、比較θ1和θ2的絕對值，確定路徑轉角絕對值較小的路徑就為下一時刻清潔機器人的移動路線。作為本發(fā)明的進一步改進，所述避障方法還包括：優(yōu)化距離傳感器的位姿參數，位姿參數包括距離傳感器的數量n、位置角α、方位角β。作為本發(fā)明的進一步改進，所述“優(yōu)化距離傳感器的位姿參數”具體包括：沿清潔機器人左右對稱分布安裝m個距離傳感器；設置一側距離傳感器的位姿參數OptParm，其中，位置角α范圍是[0°，89°]，同時方位角β范圍是[-89°，89°]；設置另一側距離傳感器的位姿參數該位姿參數為位姿參數OptParm的相反數。作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S1還包括：通過更新局部柵格地圖；其中，△X為清潔機器人的位姿變化，M為局部柵格地圖。作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S1還包括：將距離傳感器的數據融合到新的局部柵格地圖中，確定測量模型為：z1z2...zm=h1(Xr(k+1),M)h2(Xr(k+1),M)...hm(Xr(k+1),M),]]>其中，在k+1時刻傳感器的數據為Z(k+1)＝[z1z2…zm]，m表示距離傳感器的數量，M為局部柵格地圖。本發(fā)明的有益效果是：將距離傳感器采用非徑向排列的方式安裝于清潔機器人上，通過使用少量而廉價的距離傳感器能夠完全實現清潔機器人的無碰撞導航；距離傳感器的安裝位置經過優(yōu)化后使得清潔機器人能夠感知到更大范圍的區(qū)域，并且有充足的反應時間完成避障；創(chuàng)建了描繪清潔機器人正前方區(qū)域連通性的局部柵格地圖，可使清潔機器人具備穩(wěn)定的自主避障能力。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)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簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)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(fā)明一具體實施方式中距離傳感器在清潔機器人上的非徑向排列的安裝示意圖；圖2為現有技術中距離傳感器在清潔機器人上呈放射狀的安裝示意圖；圖3為本發(fā)明一具體實施方式中清潔機器人避障方法的具體流程圖；圖4為本發(fā)明一具體實施方式中的局部柵格地圖示意圖。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)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(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。參圖1所示，本發(fā)明一具體實施方式中的清潔機器人，清潔機器人的邊緣處安裝有若干距離傳感器，距離傳感器呈非徑向排列的方式安裝，以確保清潔機器人正前方的區(qū)域均能被探測到。如本實施方式中，距離傳感器沿清潔機器人左右對稱分布，左側設置有距離傳感器11、12，右側設置有距離傳感器21、22，左側的距離傳感器11、12與右側的距離傳感器21、22對稱分布。常見清潔機器人上的距離傳感器(激光或超聲波)以徑向排列的方式布置在機器人的邊緣，使得其探測的距離盡可能的遠，以便當機器人在探測到障礙物時有充足的時間做局部路徑規(guī)劃，如圖2所示。但是，當清潔機器人以平均10厘米/秒的速度移動時，一般的紅外傳感器的有效探測距離達到80厘米，這意味著機器人有8秒的時間用來避障。在實際應用中，清潔機器人僅僅只需要停在那兒然后轉身來彎避開障礙物，而不需要像大多移動服務機器人那樣以平穩(wěn)變化的速度規(guī)劃出一條避障路徑，所以預警障礙物的距離可以減少一些。另一方面，由于紅外傳感器測量的數據信息較少并且會有微小的障礙物無法被探測到，比如桌子、椅子的腿等。在發(fā)明中，機器人的形狀被認為是圓形的，就像大多數清潔機器人一樣。這讓機器人避免被困在狹小的空間中。將距離傳感器以非徑向排列的方式布置在機器人的邊緣，這使得機器人能夠獲得最大的探測區(qū)域。相比較傳統(tǒng)徑向排列的布置方式，本發(fā)明能夠確保機器人前方的區(qū)域都被覆蓋到，機器人移動時，前方將不再有盲區(qū)。優(yōu)選地，本實施方式中的距離傳感器為紅外或激光距離傳感器。上述實施方式中以4個距離傳感器為例進行說明，在其他實施方式中也可以為其他數量的距離傳感器，如6個、8個等，此處不再進行贅述。相應地，參圖3所示，本發(fā)明另一具體實施方式中清潔機器人的避障方法包括：S1、創(chuàng)建描繪清潔機器人正前方區(qū)域連通性的局部柵格地圖，結合圖4所示，局部柵格地圖包括第一類柵格(圖4中白色柵格)、第二類柵格(圖4中黑色柵格)及第三類柵格(圖4中灰色柵格)，其中，第一類柵格為無障礙區(qū)域，第二類柵格為有障礙區(qū)域，第三類柵格為不確定障礙區(qū)域；S2、設定第三類柵格為無障礙區(qū)域；S3、設定清潔機器人走過的柵格為無障礙區(qū)域；S4、在清潔機器人移動過程中搜索出一條逆時針方向的可移動的直線路徑，路徑的轉角為θ1；S5、在清潔機器人移動過程中搜索出一條順時針方向的可移動的直線路徑，路徑的轉角為θ2；S6、比較θ1和θ2的絕對值，確定路徑轉角絕對值較小的路徑就為下一時刻清潔機器人的移動路線。應當理解的是，在其他是實施方式中局部柵格地圖中的第一類柵格、第二類柵格、第三類柵格也可以采用其他顏色進行區(qū)分，此處不再一一舉例進行說明。進一步地，本實施方式中還需優(yōu)化距離傳感器的位姿參數，距離傳感器的位姿參數應該被優(yōu)化以確?？梢蕴綔y到機器人前方所有可能的障礙物。結合圖1所示，位姿參數包括距離傳感器的數量n、位置角α、方位角β。本實施方式中，“優(yōu)化距離傳感器的位姿參數”具體包括：沿清潔機器人左右對稱分布安裝m個距離傳感器；設置一側距離傳感器的位姿參數OptParm，其中，位置角α范圍是[0°，89°]，同時方位角β范圍是[-89°，89°]；設置另一側距離傳感器的位姿參數該位姿參數為位姿參數OptParm的相反數。本實施方式中的清潔機器人是左右對稱的，所以距離傳感器也應該對稱的布置。于是，采用一種數值方法被去優(yōu)化這些參數。下述算法展示了4個距離傳感器的參數優(yōu)化方法，對于不同數量的距離傳感器，距離傳感器參數的優(yōu)化方法也是類似的。在這里，兩個安裝在機器人左端的距離傳感器的位姿參數OptParm被精確地優(yōu)化了，同時，右邊的兩個距離傳感器參數值按照對稱原則安裝，取相反數對于左邊的距離傳感器，它們的位置角α范圍是[0°，89°]，同時方位角β范圍是[-89°，89°]。函數dis＝GetSenceDistance(.)給出了清潔機器人所能探測的最大距離，區(qū)域中的每個單元格都將被探測超過3次。當dis值越大，清潔機器人的反應時間也就越長。在算法中，dis的值通過柵格的最大列數計算得出，從最右列開始每個單元都會被紅外傳感器探測3次以上。具體算法如下：為了避免碰撞，清潔機器人首先將它的前方區(qū)域構建成一張局部柵格地圖，包括過程更新和測量更新，局部柵格地圖的大小不會隨之改變，并且所有的模型都將是確定的而不是基于概率性的。清潔機器人的運動模型為：其中，函數f(.)表示清潔機器人從k時刻到k+1時刻的運動模型，輸入u(k)包括清潔機器人左右兩輪的旋轉速度。當機器人的狀態(tài)更新后，相比較上一時刻，其相對應的位姿變化換也對應地被應用在柵格地圖上。當這些單元格更新時，其總的數量并不會發(fā)生改變。那些界外舊柵格地圖上的單元被設定為未知。假設清潔機器人的位姿變化為△X，舊的柵格地圖為M，則新的地圖為：當使用位姿變換構建柵格地圖后，距離傳感器的數據會融合到新的局部柵格地圖中，測量模型為：z1z2...zm=h1(Xr(k+1),M)h2(Xr(k+1),M)...hm(Xr(k+1),M),]]>其中，在k+1時刻傳感器的數據為Z(k+1)＝[z1z2…zm]，m表示距離傳感器的數量，M為局部柵格地圖。在獲得新的地圖之后，機器人便能夠進行避障了。一個由清潔機器人構建的標準的局部柵格地圖如圖4所示。在圖4中黑色方塊表示有障礙物，灰色的方塊表示不確定，白色的方塊表示無障礙物。從圖4中可以看出，機器人后面的區(qū)域總是沒有障礙物的，這意味著如果清潔機器人在移動的過程中發(fā)現前方路徑均無法通過，它可以轉身繼續(xù)移動。由上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：將距離傳感器采用非徑向排列的方式安裝于清潔機器人上，通過使用少量而廉價的距離傳感器能夠完全實現清潔機器人的無碰撞導航；距離傳感器的安裝位置經過優(yōu)化后使得清潔機器人能夠感知到更大范圍的區(qū)域，并且有充足的反應時間完成避障；創(chuàng)建了描繪清潔機器人正前方區(qū)域連通性的局部柵格地圖，可使清潔機器人具備穩(wěn)定的自主避障能力。對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁1 2 3