本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，更具體地，涉及一種機器人避障方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，越來越多的家庭選擇智能的掃地機器人來為家庭地面清潔服務(wù)。掃地清潔機器人在完成清潔任務(wù)的過程中，不可避免的會遇到障礙物，可能發(fā)生碰撞甚至跌落現(xiàn)象。要實現(xiàn)掃地機器人的智能清潔，其避障控制是關(guān)鍵問題之一。根據(jù)掃地機器人用戶反饋，目前市場的大多數(shù)掃地機器人的避障效果不夠理想，自主性不夠，往往需要人工輔助實現(xiàn)某些障礙物的繞行。另外，在設(shè)計掃地機器人避障控制算法時，人工智能算法由于其智能性越來越受到研究者們的青睞，其中，模糊控制算法依據(jù)人類經(jīng)驗和決策，設(shè)計模糊控制器，具有相當強的可操作性。但隨著模糊控制器輸入的增多，比如為了使機器人獲得更準確的環(huán)境信息，傳感器數(shù)量增多，模糊控制規(guī)則的數(shù)量也越來越龐大，設(shè)計復(fù)雜度增加。因此，有必要開發(fā)一種機器人避障方法及系統(tǒng)。

公開于本發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種機器人避障方法及系統(tǒng)，其能夠通過多次模糊邏輯處理，更簡單精確地實現(xiàn)機器人自主避障，提升了機器人的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種機器人避障方法。所述方法可以包括：基于超聲波信息與紅外信息，獲取電壓信號數(shù)據(jù)，并繪制電壓信號曲線；基于電壓信號曲線，獲取電壓信號隸屬度函數(shù)；設(shè)置模糊閾值，確定電壓信號的模糊集合；基于電壓信號的模糊集合，獲取距離的隸屬度函數(shù)，進而獲得距離的模糊集合；基于距離的模糊集合，獲取速度的模糊規(guī)則，用于機器人避障。

優(yōu)選地，所述電壓信號隸屬度函數(shù)為：

其中，V_i表示電壓信號數(shù)據(jù)，V_max表示電壓信號數(shù)據(jù)的上端閾值，V_min表示電壓信號數(shù)據(jù)下端閾值。

優(yōu)選地，所述電壓信號數(shù)據(jù)包括：左邊電壓信號數(shù)據(jù)、右邊電壓信號數(shù)據(jù)、前方電壓信號數(shù)據(jù)、后方電壓信號數(shù)據(jù)與下方電壓信號數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述距離包括：左邊障礙物距離、右邊障礙物距離、前方障礙物距離、后方障礙物距離與下方離地距離。

優(yōu)選地，所述速度包括：平均速度與角速度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種機器人避障系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以包括：傳感單元，用于獲取超聲波信息與紅外信息，進而獲取電壓信號數(shù)據(jù)；計算單元，用于繪制電壓信號曲線，獲取電壓信號隸屬度函數(shù)，進而確定所述電壓信號的模糊集合；基于所述電壓信號的模糊集合，獲取距離的隸屬度函數(shù)，進而獲得所述距離的模糊集合；基于所述距離的模糊集合，獲取速度的模糊規(guī)則；控制處理單元，用于設(shè)置模糊閾值，基于所述速度的模糊規(guī)則，控制所述機器人避障。

優(yōu)選地，所述傳感單元包括紅外傳感器與超聲波傳感器。

優(yōu)選地，所述電壓信號隸屬度函數(shù)為：

其中，V_i表示電壓信號數(shù)據(jù)，V_max表示電壓信號數(shù)據(jù)的上端閾值，V_min表示電壓信號數(shù)據(jù)下端閾值。

優(yōu)選地，所述電壓信號數(shù)據(jù)包括：左邊電壓信號數(shù)據(jù)、右邊電壓信號數(shù)據(jù)、前方電壓信號數(shù)據(jù)、后方電壓信號數(shù)據(jù)與下方電壓信號數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述距離包括：左邊障礙物距離、右邊障礙物距離、前方障礙物距離、后方障礙物距離與下方離地距離；所述速度包括：平均速度與角速度。

其有益效果在于：采用紅外傳感與超聲波傳感相結(jié)合的傳感系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的準確度；通過多次模糊邏輯處理，更簡單精確地實現(xiàn)機器人自主避障，提升了機器人的使用壽命。

本發(fā)明的方法和裝置具有其它的特性和優(yōu)點，這些特性和優(yōu)點從并入本文中的附圖和隨后的具體實施方式中將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實施方式中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方式共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。

附圖說明

通過結(jié)合附圖對本發(fā)明示例性實施方式進行更詳細的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本發(fā)明示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的機器人避障方法的步驟的流程圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電壓信號隸屬度函數(shù)的示意圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的傳感單元的示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本發(fā)明更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

實施方式1

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的機器人避障方法的步驟的流程圖。

在該實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的機器人避障方法可以包括：步驟101，基于超聲波信息與紅外信息，獲取電壓信號數(shù)據(jù)，并繪制電壓信號曲線；步驟102，基于電壓信號曲線，獲取電壓信號隸屬度函數(shù)；步驟103，設(shè)置模糊閾值，確定電壓信號的模糊集合；步驟104，基于電壓信號的模糊集合，獲取距離的隸屬度函數(shù)，進而獲得距離的模糊集合；以及步驟105，基于距離的模糊集合，獲取速度的模糊規(guī)則，用于機器人避障。

該實施方式通過多次模糊邏輯處理，更簡單精確地實現(xiàn)機器人自主避障，提升了機器人的使用壽命。

下面詳細說明根據(jù)本發(fā)明的機器人避障方法的具體步驟。

在一個示例中，基于超聲波信息與紅外信息，獲取電壓信號數(shù)據(jù)，并繪制電壓信號曲線。

在一個示例中，基于電壓信號曲線，獲取電壓信號隸屬度函數(shù)。

在一個示例中，電壓信號隸屬度函數(shù)為：

其中，V_i表示電壓信號數(shù)據(jù)，V_max表示電壓信號數(shù)據(jù)的上端閾值，V_min表示電壓信號數(shù)據(jù)下端閾值。

在一個示例中，電壓信號數(shù)據(jù)包括：左邊電壓信號數(shù)據(jù)、右邊電壓信號數(shù)據(jù)、前方電壓信號數(shù)據(jù)、后方電壓信號數(shù)據(jù)與下方電壓信號數(shù)據(jù)。

在一個示例中，設(shè)置模糊閾值，確定電壓信號的模糊集合。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電壓信號隸屬度函數(shù)的示意圖。

具體地，基于傳感單元獲得的超聲波信息與紅外信息，獲取電壓信號數(shù)據(jù)，并繪制電壓信號曲線，進而計算電壓信號隸屬度函數(shù)為公式(1)。對于V_min≤V_i≤V_max，設(shè)置模糊閾值M₀，使得公式(1)進一步為：

則電壓信號的模糊集合為公式(3)：

其中，M(V_i)表示電壓信號的模糊集合。

其中，電壓信號數(shù)據(jù)包括：左邊電壓信號數(shù)據(jù)、右邊電壓信號數(shù)據(jù)、前方電壓信號數(shù)據(jù)、后方電壓信號數(shù)據(jù)與下方電壓信號數(shù)據(jù)，因此，求得的電壓信號的模糊集合包括：左邊電壓信號模糊集合、右邊電壓信號模糊集合、前方電壓信號模糊集合、后方電壓信號模糊集合與下方電壓信號模糊集合。

在一個示例中，基于電壓信號的模糊集合，獲取距離的隸屬度函數(shù)，進而獲得距離的模糊集合。

在一個示例中，距離包括：左邊障礙物距離、右邊障礙物距離、前方障礙物距離、后方障礙物距離與下方離地距離。

具體地，由于傳感單元輸出的電壓信號與距離具有對應(yīng)關(guān)系，可以根據(jù)電壓信號的模糊集合，獲取距離的隸屬度函數(shù)為公式(4)：

其中，F(xiàn)(L_i)表示距離的隸屬度函數(shù)，進而獲得距離的模糊集合為公式(5)：

其中，M(L_i)表示距離的模糊集合。

其中，距離包括：左邊障礙物距離、右邊障礙物距離、前方障礙物距離、后方障礙物距離與下方離地距離，因此，求得的距離的模糊集合包括：左邊距離模糊集合、右邊距離模糊集合、前方距離模糊集合、后方距離模糊集合與下方距離模糊集合。

在一個示例中，基于距離的模糊集合，獲取速度的模糊規(guī)則，用于機器人避障。

在一個示例中，速度包括：平均速度與角速度。

具體地，根據(jù)各個距離的模糊集合以及經(jīng)驗，可以獲取速度的模糊規(guī)則如表2所示。

表2速度的模糊規(guī)則

其中，Z0表示直行，N1表示下行，P1表示左轉(zhuǎn)，P2表示右轉(zhuǎn)，T0表示停止或后退，其中，下行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的角度可以根據(jù)傳感單元的實時數(shù)據(jù)進行判定，當角速度為T0時，調(diào)用后方距離模糊集合判定機器人停止或后退。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況進行設(shè)定。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，上面對本發(fā)明的實施方式的描述的目的僅為了示例性地說明本發(fā)明的實施方式的有益效果，并不意在將本發(fā)明的實施方式限制于所給出的任何示例。

實施方式2

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種機器人避障系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以包括：傳感單元，用于獲取超聲波信息與紅外信息，進而獲取電壓信號數(shù)據(jù)；計算單元，用于繪制電壓信號曲線，獲取電壓信號隸屬度函數(shù)，進而確定電壓信號的模糊集合；基于電壓信號的模糊集合，獲取距離的隸屬度函數(shù)，進而獲得距離的模糊集合；基于距離的模糊集合，獲取速度的模糊規(guī)則；控制處理單元，用于設(shè)置模糊閾值，基于速度的模糊規(guī)則，控制機器人避障。

該實施方式采用紅外傳感與超聲波傳感相結(jié)合的傳感系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的準確度；通過多次模糊邏輯處理，更簡單精確地實現(xiàn)機器人自主避障，提升了機器人的使用壽命。

在一個示例中，傳感單元包括紅外傳感器與超聲波傳感器。

在一個示例中，電壓信號數(shù)據(jù)包括：左邊電壓信號數(shù)據(jù)、右邊電壓信號數(shù)據(jù)、前方電壓信號數(shù)據(jù)、后方電壓信號數(shù)據(jù)與下方電壓信號數(shù)據(jù)。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的傳感單元的示意圖。

具體地，傳感單元可以包括：左邊傳感單元1、右邊傳感單元2、前方傳感單元3、后方傳感單元4與下方傳感單元(未示出)，每個傳感單元都包括至少一個紅外傳感器與至少一個超聲波傳感器，用于獲取左邊電壓信號數(shù)據(jù)、右邊電壓信號數(shù)據(jù)、前方電壓信號數(shù)據(jù)、后方電壓信號數(shù)據(jù)與下方電壓信號數(shù)據(jù)。

在一個示例中，電壓信號隸屬度函數(shù)為：

其中，V_i表示電壓信號數(shù)據(jù)，V_max表示電壓信號數(shù)據(jù)的上端閾值，V_min表示電壓信號數(shù)據(jù)下端閾值。

在一個示例中，距離包括：左邊障礙物距離、右邊障礙物距離、前方障礙物距離、后方障礙物距離與下方離地距離；速度包括：平均速度與角速度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，上面對本發(fā)明的實施方式的描述的目的僅為了示例性地說明本發(fā)明的實施方式的有益效果，并不意在將本發(fā)明的實施方式限制于所給出的任何示例。

應(yīng)用示例

為便于理解本發(fā)明實施方式的方案及其效果，以下給出一個具體應(yīng)用示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，該示例僅為了便于理解本發(fā)明，其任何具體細節(jié)并非意在以任何方式限制本發(fā)明。

某機器人設(shè)置有五組傳感單元，分別位于機器人的左邊、右邊、前方、后方與下方，每組傳感單元均包括一個紅外傳感器與一個超聲波傳感器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的傳感單元的示意圖，其中三角表示紅外傳感器，矩形表示超聲波傳感器。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電壓信號隸屬度函數(shù)的示意圖。

根據(jù)傳感單元獲得的超聲波信息與紅外信息，計算單元獲取電壓信號數(shù)據(jù)，設(shè)置模糊閾值M₀＝0.5，電壓信號數(shù)據(jù)的上端閾值為3V，電壓信號數(shù)據(jù)下端閾值為1V，進而計算電壓信號的模糊集合為：

其中，電壓信號的模糊集合包括：左邊電壓信號模糊集合、右邊電壓信號模糊集合、前方電壓信號模糊集合、后方電壓信號模糊集合與下方電壓信號模糊集合。根據(jù)電壓信號的模糊集合，獲得距離的模糊集合為：

其中，距離的模糊集合包括：左邊距離模糊集合、右邊距離模糊集合、前方距離模糊集合、后方距離模糊集合與下方距離模糊集合。將各個距離的模糊集合代入表2的速度模糊規(guī)則，將結(jié)果發(fā)送至控制處理單元，控制處理單元根據(jù)結(jié)果控制機器人的行動路線以避障。

綜上所述，采用紅外傳感與超聲波傳感相結(jié)合的傳感系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的準確度；通過多次模糊邏輯處理，更簡單精確地實現(xiàn)機器人自主避障，提升了機器人的使用壽命。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實施方式，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施方式。在不偏離所說明的各實施方式的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術(shù)語的選擇，旨在最好地解釋各實施方式的原理、實際應(yīng)用或?qū)κ袌鲋械募夹g(shù)的改進，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能理解本文披露的各實施方式。