[發(fā)明專利]一種機器人防跌落檢測方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011123094.3 | 申請日： | 2020-10-20 |
| 公開（公告）號： | CN112305547B | 公開（公告）日： | 2022-05-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 崔欣;高明;馬辰 | 申請（專利權(quán)）人： | 山東新一代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司 |
| 主分類號： | G01S15/88 | 分類號： | G01S15/88;G01S15/86;G01C21/16;G01C21/20 |
| 代理公司： | 濟南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218 | 代理人： | 李桂存 |
| 地址： | 250104 山東省濟南市高新*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 機器 人防 跌落 檢測 方法 | ||
一種機器人防跌落檢測方法，由于采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行最優(yōu)估計，通過采用多次采樣、迭代計算更新估計結(jié)構(gòu)，從而消除超聲波傳感器數(shù)據(jù)不確定帶來的誤差，其工作穩(wěn)定、結(jié)果可靠性高。整個控制方法結(jié)構(gòu)簡單，算法簡明，適合FPGA的并行處理結(jié)構(gòu)及底層設(shè)計的特點，運行速度較快，可以實時監(jiān)測。采用超聲波傳感器轉(zhuǎn)動掃描的方式，其成本較低，實現(xiàn)簡單，可提前檢測到臺階并預(yù)警，有效防止機器人的跌落。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及機器人跌落檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機器人防跌落檢測方法。
背景技術(shù)
傳統(tǒng)機器人防跌落采用的主要方法為將超聲波、紅外、激光等測距傳感器垂直朝下安裝在機器人最前方的底部，朝下測量倒地距離，當(dāng)探出桌面或臺階時，距離發(fā)生變化，判斷為即將跌落，停止前進(jìn)。這種方法需要將傳感器安置在探出桌面、臺階的位置，只有已經(jīng)到達(dá)邊緣時才能檢測出并停止前進(jìn)，由于傳感器不穩(wěn)定且檢測防錯余量空間較小，存在因誤判而跌落的風(fēng)險。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種可以提前檢測臺階，有效防止機器人跌落的檢測方法。
本發(fā)明克服其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種機器人防跌落檢測方法，包括如下步驟：
a)機器人前端的下方轉(zhuǎn)動安裝有超聲波傳感器，超聲波傳感器的初始位置垂直向下，驅(qū)動裝置驅(qū)動超聲波傳感器向上轉(zhuǎn)動90°后再驅(qū)動其向下轉(zhuǎn)動至初始位置，并使超聲波傳感器循環(huán)往復(fù)運動；
b)超聲波傳感器轉(zhuǎn)動至相對豎直狀態(tài)的初始位置小于30°時，超聲波傳感器檢測的臺階邊緣的距離為準(zhǔn)確距離，當(dāng)超聲波傳感器轉(zhuǎn)動至相對豎直狀態(tài)的初始位置大于30°時，其檢測的臺階邊緣的距離在100cm-300cm時，檢測距離為Sedge；
c)超聲波傳感器檢測到距離臺階邊緣距離為100cm-300cm時，機器人內(nèi)的FPGA芯片以Nms為采樣周期采集超聲波傳感器輸出的距離檢測值，當(dāng)Mms內(nèi)出現(xiàn)十次存在從準(zhǔn)確距離到Sedge突變時，記錄超聲波傳感器此時的轉(zhuǎn)動角度θ，記錄此時測量的準(zhǔn)確距離x1；
d)通過公式S1＝x1×sinθ計算機器人距離臺階邊緣的距離S1；
e)通過公式計算位置估計值概率分布S1′，式中N為正態(tài)分布，為超聲波傳感器的位置距離方差；
f)經(jīng)過時間t，機器人底盤里程計或IMU記錄機器人行進(jìn)距離為vt，其中v為機器人的慣性傳感器測量的速度值，通過公式計算得到距離估計值概率S2′，式中為慣性傳感器的噪聲方差，a為正態(tài)分布期望，為方差值；
g)再次使用超聲波傳感器測量臺階邊緣，得到的測量距離為z2，通過公式計算得到距離測量值z2的正態(tài)分布Z2′；
h)根據(jù)卡爾曼濾波算法，通過公式計算得到當(dāng)前距離的初步估計概率分布b2；
i)通過公式計算當(dāng)前位置的最優(yōu)估計的概率分布c2′；
j)通過公式計算當(dāng)前距離值的最優(yōu)估計c2，F(xiàn)PGA芯片以c2為當(dāng)前距離，以為當(dāng)前方差對t時刻之后的時刻進(jìn)行迭代運算并更新超聲波傳感器測量的與臺階邊緣的距離估計結(jié)果；
k)當(dāng)距離估計結(jié)果小于跌落閾值k時，機器人停止運動。
進(jìn)一步的，驅(qū)動裝置包括設(shè)置于機器人內(nèi)的電機、安裝于電機輸出軸上的帶輪Ⅰ以及同軸連接于超聲波傳感器上的帶輪Ⅱ，帶輪Ⅰ與帶輪Ⅱ之間通過皮帶傳動連接。
優(yōu)選的，步驟a)中超聲波傳感器的轉(zhuǎn)動時線速度為10cm/s。
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