CN105867386A - 机器人导航系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人导航系统，包括传感器模块、判断模块及策略控制模块。传感器模块用于发射距离信息，接收返回的距离信息，并根据返回的距离信息进行计算，并进行地图构建及输出机器人的位置信息。判断模块用于根据机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域。策略控制模块用于在获知机器人处于安全区域时，控制机器人采用第一运行策略进行移动，或在获知机器人处于非安全区域时，控制机器人采用第二运行策略进行移动。本发明还公开了一种机器人导航方法。上述机器人导航系统及方法，兼顾机器人的运行效率和应对复杂环境的可靠性，提高机器人的移动效率及安全性。

Description

机器人导航系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种机器人导航系统及方法。

背景技术

智能家居机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。机器人在移动中可能会遇到楼梯、墙、桌椅、沙发等固定摆件，能否有效、快速地检测出这些区域并采取相应的措施，决定了机器人能否在复杂环境中保障自身的安全及移动效率。现有的机器人技术一直以来都存在一个难点，我们希望机器人能以更快的速度移动，更迅速的完成指定的任务。但是移动速度越快，相应的就要求传感器的反应速度越快，越早的发现障碍物或者楼梯等危险区域，保障机器人的移动安全，然而传感器的反应速度终究有其上限，从而导致机器人的移动速度与安全不能兼得。

因此，急需提供一种改进型的机器人导航系统及方法来克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人导航系统，其能够同时兼顾机器人的移动速度与移动安全，提高机器人的移动效率。

本发明的另一目的在于提供一种机器人导航方法，其能够同时兼顾机器人的移动速度与移动安全，提高机器人的移动效率。

为了达到上述目的，本发明一实施方式提供如下技术方案：

一种机器人导航系统，包括：

传感器模块，用于发射距离信息，接收返回的距离信息，并根据所述返回的距离信息进行计算，并进行地图构建及输出机器人的位置信息；

判断模块，用于根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域；及

策略控制模块，用于在获知所述机器人处于安全区域时，控制所述机器人采用第一运行策略进行移动，或在获知所述机器人处于非安全区域时，控制所述机器人采用第二运行策略进行移动；

其中，所述机器人在所述第一运行策略的移动速度大于在所述第二运行策略的移动速度。

优选地，所述判断模块用于根据所述机器人与障碍物的距离信息来判断机器人是否是处于安全区域。

优选地，所述传感器模块还用于计算所述返回的距离信息与所述发射的距离信息的角度差，所述判断模块还用于根据所述角度差来判断所述机器人是否是处于安全区域。

优选地，所述机器人导航系统还包括区域标记模块，用于在构建的地图上根据所述判断模块的判断结果进行安全区域与非安全区域标记。

优选地，所述传感器模块还用于获取所述机器人处于安全区域时的位姿，所述判断模块还用于根据所述机器人的位姿来判断是否存在障碍区域，所述区域标记模块还用于将所述障碍区域标记为非安全区域。

为了达到上述目的，本发明一实施方式还提供如下技术方案：

一种机器人导航方法，包括以下步骤：

获取机器人的周围环境信息，根据所述周围环境信息进行地图构建并确定所述机器人的位置信息；

根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域；

所述机器人处于安全区域时，则控制所述机器人采用第一运行策略进行移动；及

所述机器人处于非安全区域时，则控制所述机器人采用第二运行策略进行移动；

其中，所述机器人在所述第一运行策略的移动速度大于在所述第二运行策略的移动速度。

优选地，所述根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域的步骤包括：

根据所述机器人与障碍物的距离信息来判断机器人是否是处于安全区域。

优选地，所述获取机器人的周围环境信息包括：发射距离信息，接收返回的距离信息，并根据所述返回的距离信息进行计算来获取机器人的周围环境信息；

所述根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域的步骤包括：计算所述返回的距离信息与所述发射的距离信息的角度差，根据所述角度差来判断所述机器人是否是处于安全区域。

优选地，所述根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域的步骤之后还包括：

根据判断结果在构建的地图上进行安全区域与非安全区域标记。

优选地，所述机器人处于安全区域时，则控制所述机器人采用第一运行策略进行移动的步骤还包括：

获取所述机器人处于安全区域时的位姿，根据所述机器人的位姿来判断是否存在障碍区域，及在存在障碍区域时将所述障碍区域标记为非安全区域。

应用本发明提供的机器人导航系统及方法，通过实时扫描周围环境并进行不断的新增区域标记，从而可以使得机器人在复杂的周围环境中有针对性地进行行为模式切换，能够同时兼顾机器人的移动速度与移动安全。

由上可知，使用本申请提供的机器人导航系统及方法，兼顾机器人的运行效率和应对复杂环境的可靠性，提高机器人的移动效率及安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的机器人导航系统的功能模块图；

图2为本发明另一实施例提供的机器人导航系统的功能模块图；

图3为本发明一实施例提供的机器人导航方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施方式提供的机器人导航系统的模块图。在本实施方式中，机器人导航系统10设置于机器人100中，机器人导航系统10可以实现对周围环境信息进行全方位捕捉，建立周围环境地图并识别自身的位置与姿态，结合自身位姿及已有环境地图判断机器人100处于安全区域还是危险区域，然后采取不同的行进策略。具体地，机器人导航系统10包括传感器模块1、判断模块2及策略控制模块3。传感器模块1用于发射距离信息，接收返回的距离信息，并根据返回的距离信息进行计算，并进行地图构建及输出机器人100的位置信息，具体地，传感器模块1可以通过SLAM算法来实现定位与地图构建。判断模块2用于根据机器人100的位置信息来判断机器人100是否是处于安全区域。策略控制模块3用于在获知机器人100处于安全区域时，控制机器人100采用第一运行策略进行移动，或在获知机器人100处于非安全区域时，控制机器人100采用第二运行策略进行移动。其中，机器人100在第一运行策略的移动速度大于在第二运行策略的移动速度。

请同时参阅图2，在本发明一实施方式中，机器人导航系统10还包括区域标记模块4，区域标记模块4用于在构建的地图上根据判断模块2的判断结果进行安全区域与非安全区域标记，从而使得机器人100在熟悉环境后，可以直接根据策略控制模块3来进行选择第一运行策略或第二运行策略进行移动，而不需要再通过判断模块2进行判断，这样可以提高机器人100的运行效率。

在本发明人一实施方式中，当传感器模块1可以通过SLAM算法来实现定位与地图构建，此时可以获知障碍物的具体位置信息，判断模块2根据机器人100与障碍物的距离信息来判断当前机器人100是否是处于安全区域，具体地，机器人100与障碍物的距离信息大于预设距离值时，判断模块2判断机器人100处于安全区域，否则机器人100处于非安全区域，机器人100与障碍物的距离信息优选是指机器人前行方向的一面与障碍物的距离信息。为了使得传感器模块1能侦测出各种障碍物信息，传感器模块1可以包括激光雷达传感器、超声波传感器。其中，激光雷达传感器可以用来检测非透明的障碍物，例如非玻璃性质障碍物的墙壁、家具等；超声波传感器可以用来检测玻璃性质的障碍物，例如玻璃门，落地玻璃窗等。

在本发明一实施方式中，判断模块2还用于计算传感器模块1返回的距离信息与发射的距离信息的角度差，再根据计算的角度差来判断机器人100是否是处于安全区域，当判断模块2判断角度差值小于预设角度值时，则判断机器人100处于安全区域，否则判断机器人100处于非安全区域。机器人导航系统10通过该种设计，可以判断坡度较陡的区域或者楼梯为非安全区域。

需要说明的是，在实际使用时，可能会出现移动的障碍物，从而使得区域标记模块4标记的非安全区域与安全区域发生变动，可以设置判断模块2进行周期性判断，从而使得区域标记模块4在一段时间内再次更新区域标记。同时当机器人100在安全区域移动时，传感器模块1还用于获取机器人100处于安全区域时的位姿，判断模块2还根据机器人100的位姿来判断安全区域是否存在障碍区域，区域标记模块4还用于在发现障碍区域时，将所发现的障碍区域标记为非安全区域。

图3为本发明一实施方式中提供的机器人导航方法的流程图。本方法可以使用在图1或者图2中的模块图中。机器人导航方法包括以下步骤：在步骤S301中，传感器模块1获取机器人100的周围环境信息，并根据周围环境信息进行地图构建并确定机器人100的位置信息；在步骤S303中，判断模块2根据机器人100的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域；在步骤S305中，策略控制模块3用于在获知机器人100处于安全区域时，控制机器人100采用第一运行策略进行移动；在步骤S307中，策略控制模块3用于在获知机器人100处于非安全区域时，控制机器人100采用第二运行策略进行移动。其中，机器人100在第一运行策略的移动速度大于在第二运行策略的移动速度。

在步骤S301中，传感器模块1可以通过SLAM算法来实现定位与地图构建，此时可以获知障碍物的具体位置信息；在步骤S303中，判断模块2根据机器人100与障碍物的距离信息来判断当前机器人100是否是处于安全区域。具体地，当机器人100与障碍物的距离信息大于预设距离值时，判断模块2判断机器人100处于安全区域，否则判断机器人100处于非安全区域，机器人100与障碍物的距离信息优选是指机器人前行方向的一面与障碍物的距离信息。为了使得传感器模块1能侦测出各种障碍物信息，传感器模块1可以包括激光雷达传感器、超声波传感器。其中，激光雷达传感器可以用来检测非透明的障碍物，例如非玻璃性质障碍物的墙壁、家具等；超声波传感器可以用来检测玻璃性质的障碍物，例如玻璃门，落地玻璃窗等。

在步骤S303中，判断模块2还用于计算传感器模块1返回的距离信息与发射的距离信息的角度差，再根据计算的角度差来判断机器人100是否是处于安全区域，当判断模块2判断角度差值小于预设角度值时，则判断机器人100处于安全区域，否则判断机器人100处于非安全区域。机器人导航系统10通过该种设计，可以判断坡度较陡的区域或者楼梯为非安全区域。

作为对本发明的进一步改进，在步骤S303之后还包括步骤S304。在步骤S304中，区域标记模块4用于在构建的地图上根据判断模块2的判断结果进行安全区域与非安全区域标记。当机器人100在熟悉环境后，可以跳过步骤S301及S303，直接根据步骤S305或者步骤S307完成移动，即策略控制模块3来进行选择第一运行策略或第二运行策略进行移动，这样可以提高机器人100的运行效率。

需要说明的是，在实际使用时，可能会出现移动的障碍物，从而使得区域标记模块4标记的非安全区域与安全区域发生变动，可以设置判断模块2进行周期性判断，从而使得区域标记模块4在一段时间内再次更新区域标记。同时当机器人100在安全区域移动时，传感器模块1还用于获取机器人100处于安全区域时的位姿，判断模块2还根据机器人100的位姿来判断安全区域是否存在障碍区域，区域标记模块4还用于在发现障碍区域时，将所发现的障碍区域标记为非安全区域。

上述实施例提供的机器人导航系统及方法，通过实时扫描周围环境并进行不断的新增区域标记，从而可以使得机器人在复杂的周围环境中有针对性地进行行为模式切换，能够同时兼顾机器人的移动速度与移动安全。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种机器人导航系统，其特征在于，包括：

传感器模块，用于发射距离信息，接收返回的距离信息，并根据所述返回的距离信息进行计算，并进行地图构建及输出机器人的位置信息；

判断模块，用于根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域；及

策略控制模块，用于在获知所述机器人处于安全区域时，控制所述机器人采用第一运行策略进行移动，或在获知所述机器人处于非安全区域时，控制所述机器人采用第二运行策略进行移动；

其中，所述机器人在所述第一运行策略的移动速度大于在所述第二运行策略的移动速度。

2.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其特征在于，所述判断模块用于根据所述机器人与障碍物的距离信息来判断机器人是否是处于安全区域。

3.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其特征在于，所述传感器模块还用于计算所述返回的距离信息与所述发射的距离信息的角度差，所述判断模块还用于根据所述角度差来判断所述机器人是否是处于安全区域。

4.根据权利要求1所述的机器人导航系统，其特征在于，还包括区域标记模块，用于在构建的地图上根据所述判断模块的判断结果进行安全区域与非安全区域标记。

5.根据权利要求4所述的机器人导航系统，其特征在于，所述传感器模块还用于获取所述机器人处于安全区域时的位姿，所述判断模块还用于根据所述机器人的位姿来判断是否存在障碍区域，所述区域标记模块还用于将所述障碍区域标记为非安全区域。

6.一种机器人导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取机器人的周围环境信息，根据所述周围环境信息进行地图构建并确定所述机器人的位置信息；

根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域；

所述机器人处于安全区域时，则控制所述机器人采用第一运行策略进行移动；及

所述机器人处于非安全区域时，则控制所述机器人采用第二运行策略进行移动；

其中，所述机器人在所述第一运行策略的移动速度大于在所述第二运行策略的移动速度。

7.根据权利要求6所述的机器人导航方法，其特征在于，所述根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域的步骤包括：

根据所述机器人与障碍物的距离信息来判断机器人是否是处于安全区域。

8.根据权利要求6所述的机器人导航方法，其特征在于，所述获取机器人的周围环境信息包括：发射距离信息，接收返回的距离信息，并根据所述返回的距离信息进行计算来获取机器人的周围环境信息；

所述根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域的步骤包括：计算所述返回的距离信息与所述发射的距离信息的角度差，根据所述角度差来判断所述机器人是否是处于安全区域。

9.根据权利要求6所述的机器人导航方法，其特征在于，所述根据所述机器人的位置信息来判断机器人是否是处于安全区域的步骤之后还包括：

根据判断结果在构建的地图上进行安全区域与非安全区域标记。

10.根据权利要求9所述的机器人导航方法，其特征在于，所述机器人处于安全区域时，则控制所述机器人采用第一运行策略进行移动的步骤还包括：

获取所述机器人处于安全区域时的位姿，根据所述机器人的位姿来判断是否存在障碍区域，及在存在障碍区域时将所述障碍区域标记为非安全区域。