阅读说明：本技术 一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统及边缘规避方法 (Desktop edge detection system and edge avoidance method for foot type desktop pet robot ) 是由 张洪涛 张月 于 2020-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及机器人技术领域,更具体地说是一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统及边缘规避方法。包括机器人在头部的下颌位置设置有微型激光测距传感器,足底设置有光传感器阵列；所述微型激光测距传感器的发射方向与水平方向呈一定的夹角,倾斜向下安装；所述光传感器阵列包含4个光传感器,机器人为双足结构,每个足底设置两个光传感器；所述每个足底的两个光传感器设置在足底的外侧边缘并倾斜45度；所述每个光传感器包含一个红外发射管和一个红外接收管；所述每个光传感器安装时红外发射管在外侧,红外接收管在内侧；本发明可以有效的检测到桌面的边缘,并执行规避动作避开边缘,解决了足式桌面宠物机器人无法检测桌面边缘导致跌落损坏的问题。(The invention relates to the technical field of robots, in particular to a foot type desktop edge detection system and an edge evasion method for a pet robot. The robot is provided with a miniature laser ranging sensor at the lower jaw position of the head, and an optical sensor array is arranged at the sole; the emitting direction of the miniature laser ranging sensor forms a certain included angle with the horizontal direction and is installed obliquely downwards; the optical sensor array comprises 4 optical sensors, the robot is of a double-foot structure, and each sole is provided with two optical sensors; the two light sensors of each sole are arranged on the outer side edge of the sole and are inclined by 45 degrees; each optical sensor comprises an infrared transmitting tube and an infrared receiving tube; when each optical sensor is installed, the infrared transmitting tube is arranged on the outer side, and the infrared receiving tube is arranged on the inner side; the invention can effectively detect the edge of the desktop, execute evasive action to avoid the edge and solve the problem that the foot type desktop pet robot cannot detect the edge of the desktop and is damaged by falling.)

一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统及边缘规避方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说是一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统及边缘规避方法。

背景技术

桌面宠物机器人是智能机器人领域的一个新品类，具有丰富的传感器、高性能的处理器，采用先进的AI算法，环境感知和交互能力强，机器人本身具备一定的自主行为和自我学习能力。按照桌面宠物机器人的行动方式，可以分为轮式和足式。

桌面宠物机器人的活动空间通常为书桌、办公桌、床头柜等，传统轮式桌面宠物机器人多数不具备桌面边缘检测能力，少数具有桌面边缘检测能力的轮式桌面宠物机器人，其检测方法也不适应于足式，因此目前足式桌面宠物机器人不能有效的对桌面边缘进行检测，也不能进行边缘规避和防跌落，可能导致机器人从桌面跌落并造成损坏。

发明内容

为了克服现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统及边缘规避方法，通过在机器人下颌处安装的微型激光测距传感器以及足底安装的光传感器阵列，可以有效的检测到桌面的边缘，并执行规避动作避开边缘，解决了足式桌面宠物机器人无法检测桌面边缘导致跌落损坏的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统，包括：

机器人在头部的下颌位置设置有微型激光测距传感器，该机器人的足底设置有光传感器阵列；

所述微型激光测距传感器的发射方向与水平方向呈一定的夹角，倾斜向下安装；

所述光传感器阵列包含4个光传感器，机器人为双足结构，每个足底设置两个光传感器；所述每个足底的两个光传感器设置在足底的外侧边缘并倾斜45度；所述每个光传感器包含一个红外发射管和一个红外接收管；所述每个光传感器安装时红外发射管在外侧，红外接收管在内侧；所述每个光传感器嵌入式安装于足底的凹槽内；所述每个凹槽上覆盖有一个透明防尘罩；

一种基于所述足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统的边缘规避方法，包括：

所述微型激光测距传感器每隔一个固定的周期采集到测量距离，比较测量距离与第一阈值距离，若测量距离小于第一阈值距离，则认为机器人前方离桌面边缘较远；比较测量距离与第二阈值距离，若测量距离大于第二阈值距离，则认为机器人前方离桌面边缘较近；

所述足底的光传感器阵列每隔一个固定的周期采集一组光强数据，每组光强数据包含光强1，光强2，光强3和光强4，分别对应四个光传感器；

若所述光强1、光强2、光强3和光强4均大于第一光强阈值，则认为机器人双足没有超出桌面边缘；

若所述光强1小于第二光强阈值，所述光强2、光强3和光强4均大于第一光强阈值，则认为机器人右脚前端已超出桌面边缘，机器人右脚先抬起然后执行左转弯后退动作；

若所述光强2小于第二光强阈值，所述光强1、光强3和光强4均大于第一光强阈值，则认为机器人右脚后端已超出桌面边缘，机器人右脚先抬起然后执行左转弯前进动作；

若所述光强3小于第二光强阈值，所述光强1、光强2和光强4均大于第一光强阈值，则认为机器人左脚前端已超出桌面边缘，机器人左脚先抬起然后执行右转弯后退动作；

若所述光强4小于第二光强阈值，所述光强1、光强2和光强3均大于第一光强阈值，则认为机器人左脚后端已超出桌面边缘，机器人左脚先抬起然后执行右转弯前进动作；

若所述光强1和光强2小于第二光强阈值，所述光强3和光强4大于第一光强阈值，则认为机器人的右侧已超出桌面边缘，机器人向左执行滑步动作；

若所述光强3和光强4小于第二光强阈值，所述光强1和光强2大于第一光强阈值，则认为机器人的左侧已超出桌面边缘，机器人向右执行滑步动作；

若所述光强1和光强3小于第二光强阈值，所述光强2和光强4大于第一光强阈值，则认为机器人的前侧已超出桌面边缘，机器人执行后退动作，若光强1小于光强3，则执行后退动作时右脚先抬起，若光强1大于光强3，则执行后退动作时左脚先抬起，若光强1等于光强3，则后退时随机选择左脚或右脚先抬起；

若所述光强2和光强4小于第二光强阈值，所述光强1和光强3大于第一光强阈值，则认为机器人的后侧已超出桌面边缘，机器人执行前进动作，若光强2小于光强4，则执行前进动作时右脚先抬起，若光强2大于光强4，则执行前进动作时左脚先抬起，若光强2等于光强4，则前进时随机选择左脚或右脚先抬起；

本发明一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统及边缘规避方法的有益效果为：

（1）当机器人面向桌面边缘运动时，可以通过微型激光测距传感器发现前方桌面边缘，并以此来决定后续的运动路线。

（2）当机器人没有面向桌面边缘，或者虽然通过微型激光测距传感器发现了前方边缘，但是仍要求机器人继续前进时，可以通过足底的光传感器阵列判断具体是哪只脚和哪个方向超出了桌面边缘，并以此来决定使用哪种动作来进行规避。

（3）结合上述两种方式可以有效的进行边缘检测及规避，避免了机器人从桌面跌落损坏，解决了传统技术方案中无法检测桌面边缘从而导致机器人跌落损坏的问题。

（4）基于桌面宠物机器人桌面边缘检测系统，可以设计一种人机交互模式，让机器人主动的发现并靠近桌面边缘，并显示受到惊吓的表情，当用户试图去用手接住机器人防止跌落时，机器人自己又执行了规避动作避开了桌面边缘，增加了机器人的趣味性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统的示意图；

图2为本发明足式桌面宠物机器人的足底结构示意图；

图3为本发明微型激光测距传感器桌面边缘检测流程图；

图4为本发明足底光传感器阵列桌面边缘检测与规避流程图；

图中：足式桌面宠物机器人1；足底2；微型激光测距传感器3；桌面4；右脚前光传感器201；右脚后光传感器202；左脚前光传感器203；左脚后光传感器204。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

具体实施方式一

一种足式桌面宠物机器人桌面边缘检测系统，包括微型激光测距传感器3，足底光传感器阵列，所述光传感器阵列包括右脚前光传感器201；右脚后光传感器202；左脚前光传感器203；左脚后光传感器204；

如图1所示，所述桌面宠物机器人1为双足结构，所述微型激光测距传感器3的发射方向与水平方向呈一定的夹角α，倾斜向下安装；

如图2所示，所述桌面宠物机器人1每个足底2设置两个光传感器；所述每个足底2的两个光传感器设置在足底的外侧边缘并倾斜45度；所述每个光传感器包含一个红外发射管和一个红外接收管；所述每个光传感器安装时红外发射管在外侧，红外接收管在内侧；所述每个光传感器嵌入式安装于足底的凹槽内；所述每个凹槽上覆盖有一个透明防尘罩；

具体实施方式二

一种基于所述桌面宠物机器人桌面边缘检测系统的边缘规避方法，包括：

如图3所示，所述微型激光测距传感器3每隔一个固定的周期T1采集到测量距离d，比较测量距离d与第一阈值距离d1，若测量距离小于等于第一阈值距离d1，则机器人前方离桌面4边缘的距离大于D=H/tanα，认为机器人1前方离桌面4边缘距离较远；比较测量距离d与第二阈值距离d2，若测量距离d大于第二阈值距离d2，则机器人前方离桌面4边缘的距离小于D=H/tanα，认为机器人1前方离桌面4边缘距离较近；

所述第一阈值距离d1和第二阈值距离d2的取值方法如下：

如图1所示，所述微型激光测距传感器3安装位置距离桌面4的垂直距离为H，所述微型激光测距传感器3的发射方向与水平方向呈一定的夹角α，当微型激光测距传感器3发射的激光被桌面4反射时，得到的测量结果为L= H/sinα ，当微型激光测距传感器3发射的激光超过桌面4边缘时，无法被桌面4反射，得到的测量结果将远大于L= H/sinα，取第一阈值距离d1=L=H/sinα ，取第二阈值距离d2=2*d1；

如图4所示，所述足底的光传感器阵列每隔一个固定的周期T2采集一组光强数据，每组光强数据包含光强1，光强2，光强3和光强4，分别对应四个光传感器；

若所述光强1、光强2、光强3和光强4均大于第一光强阈值p1，则认为机器人1双足没有超出桌面4边缘；

若所述光强1小于第二光强阈值p2，所述光强2、光强3和光强4均大于第一光强阈值p1，则认为机器人1右脚前端已超出桌面4边缘，机器人1右脚先抬起然后执行左转弯后退动作；

若所述光强2小于第二光强阈值p2，所述光强1、光强3和光强4均大于第一光强阈值p1，则认为机器人1右脚后端已超出桌面4边缘，机器人1右脚先抬起然后执行左转弯前进动作；

若所述光强3小于第二光强阈值p2，所述光强1、光强2和光强4均大于第一光强阈值p1，则认为机器人1左脚前端已超出桌面4边缘，机器人1左脚先抬起然后执行右转弯后退动作；

若所述光强4小于第二光强阈值p2，所述光强1、光强2和光强3均大于第一光强阈值p1，则认为机器人1左脚后端已超出桌面4边缘，机器人1左脚先抬起然后执行右转弯前进动作；

若所述光强1和光强2小于第二光强阈值p2，所述光强3和光强4大于第一光强阈值p1，则认为机器人的右侧已超出桌面4边缘，机器人1向左执行滑步动作；

若所述光强3和光强4小于第二光强阈值p2，所述光强1和光强2大于第一光强阈值p1，则认为机器人的左侧已超出桌面4边缘，机器人1向右执行滑步动作；

若所述光强1和光强3小于第二光强阈值p2，所述光强2和光强4大于第一光强阈值p1，则认为机器人1的前侧已超出桌面4边缘，机器人1执行后退动作，若光强1小于光强3，则执行后退动作时右脚先抬起，若光强1大于光强3，则执行后退动作时左脚先抬起，若光强1等于光强3，则后退时随机选择左脚或右脚先抬起；

若所述光强2和光强4小于第二光强阈值p2，所述光强1和光强3大于第一光强阈值p1，则认为机器人1的后侧已超出桌面4边缘，机器人1执行前进动作，若光强2小于光强4，则执行前进动作时右脚先抬起，若光强2大于光强4，则执行前进动作时左脚先抬起，若光强2等于光强4，则前进时随机选择左脚或右脚先抬起；

所述第一光强阈值p1和第二光强阈值p2的取值方法如下：

足底的光传感器为红外反射型，当机器人1静止站立于桌面且足底平行与桌面4时，光传感器的采集到的反射光强度为最大值pmax；当机器人1行走或进行其他动作时，足底会抬起一定距离，光传感器采集到的反射光强度范围为psmin~pmax，足底抬起距离越大，光强度越小；当机器人1足底的光传感器所在区域超出桌面4边缘时，光传感器采集到的反射光强度范围为0~pedge，超出桌面4边缘越多，光强度越小；其中，psmin>2* pedge；取第一光强阈值p1=(psmin+pedge)/2，取第二光强阈值p2=pedge/2；

当机器人1面向桌面4边缘运动时，可以通过微型激光测距传感器3发现前方桌面4边缘，并以此来决定后续的运动路线；当机器人1没有面向桌面4边缘，或者虽然通过微型激光测距传感器3发现了前方边缘，但是仍要求机器人1继续前进时，可以通过足底的光传感器阵列判断具体是哪只脚和哪个方向超出了桌面边缘，并以此来决定使用哪种动作来进行规避；结合上述两种方式可以有效的进行边缘检测及规避，避免了机器人1从桌面跌落损坏，解决了传统技术方案中无法检测桌面边缘从而导致机器人跌落损坏的问题；

基于桌面宠物机器人桌面边缘检测系统，可以设计一种人机交互模式，让机器人主动的发现并靠近桌面边缘，并显示受到惊吓的表情，当用户试图去用手接住机器人防止跌落时，机器人自己又执行了规避动作避开了桌面边缘，增加了机器人的趣味性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。