本發(fā)明涉及機(jī)器人智能控制領(lǐng)域，具體涉及了一種針對(duì)交叉路口的機(jī)器人循跡裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著目前機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，路徑識(shí)別與軌跡規(guī)劃是移動(dòng)機(jī)器人的重要研究課題。機(jī)器人能夠自主移動(dòng)必須具備的幾個(gè)條件是有環(huán)境模型或地圖，能夠感知和分析環(huán)境，機(jī)器人能夠確定自己在環(huán)境中的位置，規(guī)劃并執(zhí)行移動(dòng)。能夠沿著一定的軌跡準(zhǔn)確移動(dòng)是移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)。

目前許多能夠自主循跡的移動(dòng)機(jī)器人都是依賴(lài)于紅外傳感器進(jìn)行循跡，但是按照一定的糾偏算法進(jìn)行軌跡糾正而實(shí)現(xiàn)循跡，在遇到交叉路口的時(shí)候因?yàn)樵谛羞M(jìn)方向的左右兩邊都是道路，可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人在十字路口的時(shí)候錯(cuò)誤轉(zhuǎn)彎的現(xiàn)象。為了能夠規(guī)避這種現(xiàn)象的發(fā)生，尋找一種合適的循跡方法尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有各種循跡方法存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明提供了一種針對(duì)交叉路口的機(jī)器人循跡裝置和方法，使用多路紅外傳感器并設(shè)計(jì)合理的循跡方法使得機(jī)器人可以按照既定的軌跡行走。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一、一種針對(duì)交叉路口的機(jī)器人循跡裝置：

包括車(chē)身移動(dòng)裝置和紅外傳感器裝置；

所述的車(chē)身移動(dòng)裝置包括分別布置在車(chē)身底部前后左右的四個(gè)全向輪以及帶動(dòng)各個(gè)全向輪旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)；

所述的紅外傳感器裝置包括布置在前輪處車(chē)身底部的四路前紅外傳感器abcd與布置在左輪或者右輪處車(chē)身底部的四路側(cè)紅外傳感器efgh。

紅外傳感器探頭朝下布置，所述的前輪四路紅外傳感器與右輪四路紅外傳感器均能夠識(shí)別兩種顏色不同的背景區(qū)域，并區(qū)分為軌跡區(qū)域和非軌跡區(qū)域。

本發(fā)明的車(chē)身移動(dòng)裝置的尺寸遠(yuǎn)大于軌跡區(qū)域的最大寬度。具體實(shí)施中，車(chē)身移動(dòng)裝置為軌跡區(qū)域的最大寬度的四倍以上。

二、一種針對(duì)交叉路口的機(jī)器人循跡方法：

采用權(quán)利要求1所述循跡裝置，在車(chē)身移動(dòng)裝置在主要由軌跡區(qū)域和非軌跡區(qū)域構(gòu)成的活動(dòng)區(qū)域移動(dòng)過(guò)程中通過(guò)紅外傳感器裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)采用以下方式進(jìn)行循跡：

①根據(jù)車(chē)的行動(dòng)速度確定紅外傳感器的采樣頻率，并通過(guò)四路前紅外傳感器與四路側(cè)紅外傳感器采樣獲得采樣數(shù)據(jù)；

②在未進(jìn)入交叉路口軌跡區(qū)域的時(shí)候和進(jìn)入交叉路口軌跡區(qū)域的時(shí)候，通過(guò)前輪四路前紅外傳感器采樣結(jié)果控制車(chē)身循軌跡行走；通過(guò)側(cè)紅外傳感器計(jì)量循跡路程；通過(guò)四路前紅外傳感器實(shí)現(xiàn)循跡轉(zhuǎn)彎。

所述步驟①為：每一路紅外傳感器以采樣頻率間隔采樣，每個(gè)采樣時(shí)刻下獲得各路紅外傳感器檢測(cè)到的對(duì)應(yīng)為軌跡區(qū)域或者非軌跡區(qū)域的采樣結(jié)果，并形成采樣數(shù)據(jù)，采樣結(jié)果用于確定車(chē)身移動(dòng)的姿態(tài)與方向。

所述步驟②在未進(jìn)入交叉路口軌跡區(qū)域的時(shí)候，采用以下方式通過(guò)四路前紅外傳感器采樣結(jié)果進(jìn)行判斷，進(jìn)而控制車(chē)身循軌跡行走：

如果四路前紅外傳感器中左側(cè)兩路的紅外傳感器a、b采樣結(jié)果為軌跡區(qū)域，并且右側(cè)兩路的紅外傳感器c、d采樣結(jié)果為非軌跡區(qū)域，該四路采樣結(jié)果的組合出現(xiàn)的次數(shù)累計(jì)到偏移閾值，則認(rèn)為車(chē)身已向右偏移，控制車(chē)身向左旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走；

如果四路前紅外傳感器中左側(cè)兩路的紅外傳感器a、b采樣結(jié)果為非軌跡區(qū)域，并且右側(cè)兩路的紅外傳感器c、d采樣結(jié)果為軌跡區(qū)域，該四路采樣結(jié)果的組合出現(xiàn)的次數(shù)累計(jì)到偏移閾值，則認(rèn)為車(chē)身已向左偏移，控制車(chē)身向右旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走；

如果連續(xù)采樣時(shí)間內(nèi)的四路前傳感器從左側(cè)紅外傳感器a到右側(cè)紅外傳感器d的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次檢測(cè)到非軌跡區(qū)域，則認(rèn)為車(chē)身沿循跡軌跡向左偏移至非軌跡區(qū)域，控制車(chē)身向右旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走；

如果連續(xù)采樣時(shí)間內(nèi)的四路前傳感器從右側(cè)紅外傳感器d到左側(cè)紅外傳感器a的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次檢測(cè)到非軌跡區(qū)域，則認(rèn)為車(chē)身沿循跡軌跡向右偏移至非軌跡區(qū)域，控制車(chē)身向左旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走。

如果四路前傳感器采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域，則認(rèn)為車(chē)身位于軌跡區(qū)域上，車(chē)身方向不做調(diào)整。

如果顯示全部為非軌跡區(qū)域，需要對(duì)比之前的采樣數(shù)據(jù)或者結(jié)合側(cè)紅外傳感器的采樣結(jié)果進(jìn)行判斷，獲得當(dāng)前車(chē)身調(diào)整方向。

當(dāng)通過(guò)車(chē)輪控制車(chē)身旋轉(zhuǎn)的軌跡糾正后，將已累計(jì)的所有采樣結(jié)果的采樣數(shù)據(jù)清除，以進(jìn)行下一次糾偏控制。

本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)交叉路口直行，而不會(huì)錯(cuò)誤地轉(zhuǎn)彎。

所述步驟②在進(jìn)入交叉路口軌跡區(qū)域的時(shí)候，采用以下方式對(duì)四路前紅外傳感器采樣結(jié)果進(jìn)行處理，使得車(chē)身在交叉路口軌跡區(qū)域后保留有偏轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)：在行走過(guò)程中，將四路前紅外傳感器的采樣結(jié)果中具有至少一路為非軌跡區(qū)域的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄累計(jì)，將具有至少一路為非軌跡區(qū)域的兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)的四路采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域?qū)?yīng)的采樣數(shù)據(jù)清除。由此能夠避免車(chē)身在交叉路口軌跡區(qū)域前存在偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)交叉路口軌跡區(qū)域后不會(huì)修正偏轉(zhuǎn)的狀況，解決了車(chē)身經(jīng)過(guò)交叉路口軌跡區(qū)域可能會(huì)完全進(jìn)入非軌跡區(qū)域(識(shí)別盲區(qū))而無(wú)法調(diào)整方向的問(wèn)題。

具體實(shí)施中可以將任一采樣時(shí)刻出現(xiàn)的四路采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域?qū)?yīng)的采樣數(shù)據(jù)清除。

所述步驟②中計(jì)量循跡路程具體為：通過(guò)側(cè)紅外傳感器的采樣數(shù)據(jù)計(jì)量循跡行走過(guò)程中通過(guò)的交叉路口數(shù)目，而記錄循跡路程：側(cè)紅外傳感器中四路紅外傳感器的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次經(jīng)過(guò)四路全部為非軌跡區(qū)域、前側(cè)兩路為軌跡區(qū)域、四路全部為軌跡區(qū)域、后側(cè)兩路為非軌跡區(qū)域、四路全部為非軌跡區(qū)域的過(guò)程時(shí)，則認(rèn)為車(chē)身經(jīng)過(guò)一個(gè)交叉路口。

所述步驟②中實(shí)現(xiàn)循跡原地轉(zhuǎn)彎具體為：車(chē)身停止，從當(dāng)前位置繞車(chē)身中心開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)前紅外傳感器中的四路紅外傳感器的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次經(jīng)過(guò)四路全部為軌跡區(qū)域、一側(cè)兩路為非軌跡區(qū)域、四路全部為非軌跡區(qū)域、另一側(cè)兩路為軌跡區(qū)域的過(guò)程后，在四路全部為軌跡區(qū)域時(shí)，則停止車(chē)身旋轉(zhuǎn)，完成交叉路口中的兩個(gè)相鄰路口間的轉(zhuǎn)彎。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明優(yōu)化了專(zhuān)門(mén)針對(duì)交叉路口的機(jī)器人循跡方式，解決了車(chē)身移動(dòng)裝置在移動(dòng)過(guò)程中路線偏轉(zhuǎn)的修正不當(dāng)問(wèn)題以及經(jīng)過(guò)十字路口偏轉(zhuǎn)未修正而造成進(jìn)入盲區(qū)的問(wèn)題。

較之其他方法，具體而言本發(fā)明方法的特殊效果有：一是當(dāng)通過(guò)交叉路口的時(shí)候可以避免未及時(shí)修正方向的問(wèn)題；二是可以計(jì)量循跡過(guò)程中通過(guò)的交叉路口數(shù)目，從而可以記錄循跡的路程；三是可以在交叉路口實(shí)現(xiàn)機(jī)器人原地循跡轉(zhuǎn)彎，可以從當(dāng)前的軌跡上轉(zhuǎn)彎至指定的另一條軌跡上。

本發(fā)明所提供的方法能夠較精確地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的循跡運(yùn)動(dòng)，可專(zhuān)門(mén)針對(duì)交叉路口實(shí)現(xiàn)循跡行走或循跡原地轉(zhuǎn)彎至指定位置等功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為具體實(shí)施例程的場(chǎng)地圖。

圖3為循跡過(guò)程中的車(chē)身偏移后的軌跡調(diào)整圖。

圖4為前輪紅外傳感器檢測(cè)到全部非軌跡區(qū)域時(shí)的示意圖。

圖5為右輪紅外傳感器記錄直行過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的交叉路口區(qū)域。

圖6為在交叉路口原地循跡轉(zhuǎn)彎過(guò)程的示意圖。

圖7為實(shí)施例經(jīng)過(guò)交叉路口區(qū)域時(shí)未及時(shí)修正偏轉(zhuǎn)方向的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明的循跡方法，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施的循跡裝置是一個(gè)由前輪的四路紅外傳感器與右輪的四路紅外傳感器以及四個(gè)電機(jī)組成的裝置。包括車(chē)身移動(dòng)裝置和紅外傳感器裝置；車(chē)身移動(dòng)裝置包括分別布置在車(chē)身底部前后左右的四個(gè)全向輪1、2、3、4以及帶動(dòng)各個(gè)全向輪旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)；紅外傳感器裝置包括布置在前輪處車(chē)身底部的四路前紅外傳感器a、b、c、d與布置在左輪或者右輪處車(chē)身底部的四路側(cè)紅外傳感器e、f、g、h。

如圖2所示，具體實(shí)施的試驗(yàn)場(chǎng)地在一個(gè)由黑色非軌跡區(qū)域和白色軌跡區(qū)域組成的平臺(tái)。具體實(shí)施中，車(chē)身移動(dòng)裝置為軌跡區(qū)域的最大寬度的十倍左右。

具體實(shí)施循跡過(guò)程是：

1)根據(jù)車(chē)的行動(dòng)速度確定紅外傳感器的采樣頻率；并且對(duì)多次采樣進(jìn)行二值化處理，即采樣一定次數(shù)，大于某一閾值時(shí)判斷為某種顏色的背景。

通過(guò)四路前紅外傳感器5與四路側(cè)紅外傳感器6采樣獲得采樣數(shù)據(jù)，每一路紅外傳感器以采樣頻率間隔采樣，每個(gè)采樣時(shí)刻下獲得各路紅外傳感器檢測(cè)到的對(duì)應(yīng)為軌跡區(qū)域或者非軌跡區(qū)域的采樣結(jié)果，并形成采樣數(shù)據(jù)，采樣結(jié)果用于確定車(chē)身移動(dòng)的姿態(tài)與方向。

2)未經(jīng)過(guò)交叉路口

如圖3所示，在未進(jìn)入交叉路口軌跡區(qū)域的時(shí)候，采用以下方式通過(guò)四路前紅外傳感器5采樣結(jié)果進(jìn)行判斷，進(jìn)而控制車(chē)身循軌跡行走；

如果四路前紅外傳感器5中左側(cè)兩路的紅外傳感器a、b采樣結(jié)果為軌跡區(qū)域，并且右側(cè)兩路的紅外傳感器c、d采樣結(jié)果為非軌跡區(qū)域，該四路采樣結(jié)果的組合出現(xiàn)的次數(shù)累計(jì)到偏移閾值，則認(rèn)為車(chē)身已向右偏移，控制車(chē)身向左旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走。反之，如果四路前紅外傳感器5中左側(cè)兩路的紅外傳感器a、b采樣結(jié)果為非軌跡區(qū)域，并且右側(cè)兩路的紅外傳感器c、d采樣結(jié)果為軌跡區(qū)域，該四路采樣結(jié)果的組合出現(xiàn)的次數(shù)累計(jì)到偏移閾值，則認(rèn)為車(chē)身已向左偏移，控制車(chē)身向右旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走。當(dāng)每次控制車(chē)輪實(shí)現(xiàn)軌跡糾正(即轉(zhuǎn)彎獲得原地轉(zhuǎn)彎動(dòng)作)之后，對(duì)已累計(jì)的采樣數(shù)據(jù)清零，以便下一次糾偏累計(jì)的分析和判斷。

如圖4所示，如果連續(xù)采樣時(shí)間內(nèi)的四路前傳感器從左側(cè)紅外傳感器a到右側(cè)紅外傳感器d的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次檢測(cè)到非軌跡區(qū)域，則認(rèn)為車(chē)身沿循跡軌跡向左偏移至非軌跡區(qū)域，控制車(chē)身向右旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走。即圖4中的abcd向左移動(dòng)后完全進(jìn)入到非軌跡區(qū)域。

反之，如果連續(xù)采樣時(shí)間內(nèi)的四路前傳感器從右側(cè)紅外傳感器d到左側(cè)紅外傳感器a的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次檢測(cè)到非軌跡區(qū)域，則認(rèn)為車(chē)身沿循跡軌跡向右偏移至非軌跡區(qū)域，控制車(chē)身向左旋轉(zhuǎn)后繼續(xù)行走。

如果四路前傳感器5采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域，則認(rèn)為車(chē)身位于軌跡區(qū)域上，車(chē)身方向不做調(diào)整。

如果顯示全部為非軌跡區(qū)域，需要對(duì)比之前的采樣數(shù)據(jù)或者結(jié)合側(cè)紅外傳感器的采樣結(jié)果進(jìn)行判斷，獲得當(dāng)前車(chē)身調(diào)整方向。本發(fā)明通過(guò)上述方式能夠在車(chē)身完全進(jìn)入非軌跡區(qū)域前調(diào)整轉(zhuǎn)向，而避免了車(chē)身的完全進(jìn)入非軌跡區(qū)域識(shí)別盲區(qū)而行走錯(cuò)誤且無(wú)法調(diào)整方向的情況。

采樣的數(shù)據(jù)判斷車(chē)身移動(dòng)的方向?qū)⑾蛴移x軌跡，則需要調(diào)節(jié)左右兩個(gè)全向輪左轉(zhuǎn)；采樣的數(shù)據(jù)判斷車(chē)身移動(dòng)的方向?qū)⑾蜃笃x軌跡，則需要調(diào)節(jié)左右兩個(gè)全向輪右轉(zhuǎn)。

3)經(jīng)過(guò)交叉路口

在進(jìn)入交叉路口軌跡區(qū)域的時(shí)候，采用以下方式對(duì)四路前紅外傳感器5采樣結(jié)果進(jìn)行處理，使得車(chē)身在交叉路口軌跡區(qū)域后保留有偏轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)：

正常情況下，車(chē)身沿軌跡行走，四路前紅外傳感器abcd的采樣結(jié)果均應(yīng)為軌跡區(qū)域，經(jīng)過(guò)交叉路口軌跡區(qū)域走直行路線經(jīng)過(guò)時(shí)abcd的采樣結(jié)果也應(yīng)為軌跡區(qū)域。然而，現(xiàn)實(shí)情況可能會(huì)出現(xiàn)：如果車(chē)身行走到接近交叉路口時(shí)已經(jīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，四路前紅外傳感器abcd的采樣結(jié)果至少一路為非軌跡區(qū)域，通常是會(huì)出現(xiàn)一側(cè)兩路的采樣結(jié)果為非軌跡區(qū)域，另外一側(cè)兩路的采樣結(jié)果為非軌跡區(qū)域，但是在到達(dá)交叉路口前上述采樣結(jié)果的組合出現(xiàn)的次數(shù)累計(jì)未到偏移閾值，車(chē)身不會(huì)轉(zhuǎn)彎。在車(chē)身繼續(xù)行走經(jīng)過(guò)交叉路口時(shí)，四路采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域，此過(guò)程會(huì)加入到累計(jì)數(shù)據(jù)中影響了車(chē)身偏向的判斷。

例如會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，如圖7所示，當(dāng)未到交叉路口的時(shí)候車(chē)身已經(jīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)但是偏轉(zhuǎn)程度還沒(méi)有到達(dá)閾值數(shù)目所以沒(méi)有糾正，但是當(dāng)遇到交叉路口的時(shí)候四路傳感器均檢測(cè)到軌跡區(qū)域，此時(shí)不但仍然沒(méi)有糾正而且車(chē)身可能會(huì)越來(lái)越偏。最終可能會(huì)出現(xiàn)穿越交叉路口之后四路傳感器均陷入非軌跡區(qū)域而無(wú)法識(shí)別的情形。

因此在行走過(guò)程中，將具有至少一路為非軌跡區(qū)域的兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)的四路采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域?qū)?yīng)的采樣數(shù)據(jù)清除。于是之前的累計(jì)數(shù)據(jù)仍然保留，穿越之后繼續(xù)累計(jì)，這樣一旦陷入盲區(qū)也可以記住往哪邊偏移以便及時(shí)修正。由此能夠避免車(chē)身在交叉路口軌跡區(qū)域前存在偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)交叉路口軌跡區(qū)域后不會(huì)修正偏轉(zhuǎn)的狀況，解決了車(chē)身經(jīng)過(guò)交叉路口軌跡區(qū)域可能會(huì)完全進(jìn)入非軌跡區(qū)域識(shí)別盲區(qū)而無(wú)法調(diào)整方向的問(wèn)題。

具體實(shí)施中可以將任一采樣時(shí)刻出現(xiàn)的四路采樣結(jié)果均為軌跡區(qū)域?qū)?yīng)的采樣數(shù)據(jù)清除。

這樣一來(lái)，當(dāng)前輪進(jìn)入交叉路口處時(shí)，前輪的四路傳感器全部檢測(cè)到軌跡區(qū)域，四路傳感器的累計(jì)數(shù)目都會(huì)清零，故此時(shí)判斷結(jié)果為車(chē)身依然在當(dāng)前直行軌跡上，車(chē)身會(huì)繼續(xù)保持前進(jìn)狀態(tài)而不會(huì)在交叉路口轉(zhuǎn)彎。

如圖5所示，通過(guò)側(cè)紅外傳感器6的采樣數(shù)據(jù)計(jì)量循跡行走過(guò)程中通過(guò)的交叉路口數(shù)目，而記錄循跡路程：側(cè)紅外傳感器6中四路紅外傳感器的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次經(jīng)過(guò)四路全部為非軌跡區(qū)域、前側(cè)兩路為軌跡區(qū)域、四路全部為軌跡區(qū)域、后側(cè)兩路為非軌跡區(qū)域、四路全部為非軌跡區(qū)域的過(guò)程時(shí)，則認(rèn)為車(chē)身經(jīng)過(guò)一個(gè)交叉路口，從而可以記錄一次通過(guò)交叉路口的次數(shù)，計(jì)量循跡的大致距離。

如圖6所示，遇到交叉路口的時(shí)候需要轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，機(jī)器人可以原地循跡轉(zhuǎn)彎，具體步驟為：車(chē)身停止，從當(dāng)前位置繞車(chē)身中心開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)前紅外傳感器5中的四路紅外傳感器的采樣結(jié)果按時(shí)間順序依次經(jīng)過(guò)四路全部為軌跡區(qū)域、一側(cè)兩路為非軌跡區(qū)域、四路全部為非軌跡區(qū)域、另一側(cè)兩路為軌跡區(qū)域的過(guò)程后，在四路全部為軌跡區(qū)域時(shí)，則停止車(chē)身旋轉(zhuǎn)，完成交叉路口中的兩個(gè)相鄰路口間的轉(zhuǎn)彎。這樣機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)原地循跡轉(zhuǎn)彎。

上述的實(shí)施方法可以較好地實(shí)現(xiàn)針對(duì)交叉路口機(jī)器人的循跡過(guò)程，較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在交叉路口原地循跡轉(zhuǎn)彎，還可以計(jì)量循跡過(guò)程當(dāng)中經(jīng)過(guò)的交叉路口數(shù)目。