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CN107402569B - 自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法 - Google Patents

自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法，自移动机器人包括：机器人本体(100)和设置在本体上的控制中心，本体包括设置在水平朝向上的用于采集二维地图信息的第一距离传感器(101)和竖直向上朝向上的用于采集空间高度信息的第二距离传感器(102)，控制中心在获得工作表面二维地图信息的同时，将空间高度信息叠加到二维地图信息上获得工作区域的三维地图信息。本发明通过设置在自移动机器人上的距离传感器，在生成的二维地图基础上，叠加空间高度信息并生成三维地图信息，机器人在组合状态下，调用并基于该三维地图规划在工作区域内的行走路径；确保了组合机器人在复杂环境中运行畅通，安全高效。

Description

自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法
技术领域
本发明涉及一种自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法，属于小家电制造技术领域。
背景技术
自移动机器人以其控制方便行动灵活得到广泛应用，为了进一步使其功能更加强大，组合机器人应运而生。所谓的组合机器人就是将具有不同功能的功能模块集成在一起，形成的具备多种功能的自移动机器人。现有技术中的一种集成方式，是将具有不同功能的功能模块在自移动机器人的机体上进行高度叠加，这样一来，便可以在机器人自移动的基础上扩展其作业技能。但现有这种集成、整合方式的缺陷在于：集成后的组合机器人高度受到一定的限制，在自移动机器人的行走过程中，如果障碍物的高度低于主机高度，则对机器人的自移动行走造成障碍，使其无法顺利通过。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法，本发明通过设置在自移动机器人上的距离传感器，在生成的二维地图基础上，叠加空间高度信息并生成三维地图信息，机器人在组合状态下，调用并基于该三维地图规划在工作区域内的行走路径；确保了组合机器人在复杂环境中运行畅通，安全高效。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种自移动机器人，包括机器人本体和设置在所述本体上的控制中心，所述机器人本体包括设置在水平朝向上的第一距离传感器和竖直向上朝向上的第二距离传感器，所述第一距离传感器采集所述自移动机器人所在工作表面的二维地图信息，所述第二距离传感器采集所述自移动机器人所在工作表面上方的空间高度信息，所述控制中心在获得所述工作表面二维地图信息的同时，将所述空间高度信息叠加到所述二维地图信息上并获得所述工作区域的三维地图信息。
根据需要，所述第一距离传感器和第二距离传感器包括超声波传感器、红外传感器或视觉传感器。
具体来说，所述工作表面上方的空间高度信息为自所述工作表面到所遇到障碍物的下表面之间的距离。
本发明还提供一种如上所述的自移动机器人的地图构建方法，包括如下步骤：
步骤100：生成工作表面的二维地图信息；
步骤200：实时采集所述工作表面上方的空间高度信息，并将所述空间高度信息叠加到所述工作表面的二维地图信息上，以获得工作区域的三维地图信息并保存。
更具体地，所述步骤100中的二维地图信息是通过自移动机器人在所述工作表面中遍历行走扫描得到的。
进一步地，所述步骤200中的所述工作表面上方的空间高度信息为所述工作平面到所遇到障碍物的下表面之间的距离；
所述空间高度信息叠加到预先生成的二维地图信息上的具体过程包括：
步骤201：所述自移动机器人在工作区域内行走，记录离散点N1的坐标为(x1，y1)，同时探测到N1点上方的空间高度为h1，则记录离散点N1上方空间的最高点M1的三维坐标为(x1、y1、h1)；
步骤202：所述自移动机器人继续行走，持续记录离散点N2至Nn的上方空间的最高点M2至Mn的三维坐标，直到完成所述工作区域的遍历行走；
步骤203：将离散点N1至Nn拟合的面到M1至Mn拟合的面之间的空间信息拟合成三维地图信息并保存。
根据所述步骤203保存的三维地图信息即可构建所述工作区域的三维地图。
本发明还提供一种组合机器人地图调用方法，所述组合机器人包括自移动机器人和组合连接在所述自移动机器人上的功能模块，所述自移动机器人上设有存储单元，所述存储单元存有工作区域的二维地图信息和三维地图信息；
所述组合机器人包括非组合模式和组合模式，当自移动机器人单独工作时，为非组合模式，当自移动机器人与功能模块组合连接在一起时，为组合模式；
在非组合模式下，所述自移动机器人调用所述二维地图信息，并在二维工作表面上行走作业；
在组合模式下，所述组合机器人调用所述三维地图信息，并在三维工作区域内行走作业。
具体地说，在组合模式下，所述组合机器人根据所述三维地图信息规划行走路径，计算可行走的工作区域。
更进一步地，所述组合机器人根据自身的机身高度L及所述三维地图信息，计算出第一平面P1的地图信息，所述第一平面P1与所述工作表面之间的高度差为所述组合机器人的机身高度L，所述组合机器人根据所述第一平面P1的二维地图信息规划行走路径。
综上所述，本发明提供一种自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法，本发明通过设置在自移动机器人上的距离传感器，在生成的二维地图基础上，叠加空间高度信息并生成三维地图信息，机器人在组合状态下，调用并基于该三维地图规划在工作区域内的行走路径；确保了组合机器人在复杂环境中运行畅通，安全高效。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明自移动机器人的整体结构示意图；
图2为本发明自移动机器人的三维地图构建方法流程简图；
图3为本发明组合机器人整体结构示意图；
图4为本发明组合机器人在工作表面行走状态示意图。
具体实施方式
图1为本发明自移动机器人的整体结构示意图。如图1所示，本发明提供一种自移动机器人10，包括机器人本体100和设置在所述本体100上的控制中心(图中未示出)。所述机器人本体100包括设置在水平朝向上的第一距离传感器101和竖直向上朝向上的第二距离传感器102，所述第一距离传感器101采集所述自移动机器人所在工作表面W的二维地图信息，所述第二距离传感器102采集所述自移动机器人所在工作表面W上方的空间高度信息，所述控制中心在获得所述工作表面W二维地图信息的同时，将所述空间高度信息叠加到所述二维地图信息上并获得所述工作区域的三维地图信息。根据需要，所述第一距离传感器101和第二距离传感器102包括超声波传感器、红外传感器或视觉传感器。具体来说，所述工作表面W上方的空间高度信息为在上下方向上自所述工作表面到所遇到障碍物的下表面之间的距离。
图2为本发明自移动机器人的三维地图构建方法流程简图。如图2所示，本发明还提供一种如上所述的自移动机器人的地图构建方法，包括如下步骤：
步骤100：生成工作表面的二维地图信息；
步骤200：实时采集所述工作表面上方的空间高度信息，并将所述空间高度信息叠加到所述工作表面的二维地图信息上，以获得工作区域的三维地图信息并保存。
更具体地，所述步骤100中的二维地图信息是通过自移动机器人在所述工作表面中遍历行走扫描得到的。
进一步地，所述步骤200中的所述工作表面上方的空间高度信息为在上下方向上所述工作平面到所遇到障碍物的下表面之间的距离；
所述空间高度信息叠加到预先生成的二维地图信息上的具体过程包括：
步骤201：所述自移动机器人在工作区域内行走，记录离散点N1的坐标为(x1，y1)，同时探测到N1点上方的空间高度为h1，则记录离散点N1上方空间的最高点M1的三维坐标为(x1、y1、h1)；
步骤202：所述自移动机器人继续行走，持续记录离散点N2至Nn的上方空间的最高点M2至Mn的三维坐标，直到完成所述工作区域的遍历行走；
步骤203：将离散点N1至Nn拟合的面到M1至Mn拟合的面之间的空间信息拟合成三维地图信息并保存。
根据所述步骤203保存的三维地图信息即可构建所述工作区域的三维地图。
图3为本发明组合机器人整体结构示意图。如图3所示，本发明还提供一种组合机器人A，包括如上所述的自移动机器人10和集成在所述自移动机器人上的功能模块20。其中的自移动机器人可以为多种可以独立工作的清洁机器人、输运机器人或者行走机器人，在本发明的一个实施例中，所述自移动机器人10为扫地机器人。根据需要，所述功能模块20可以为安防模块、加湿模块和净化模块其中一种子模块或多种子模块组合而成。
本发明还提供一种组合机器人地图调用方法，所述组合机器人A包括自移动机器人10和组合连接在所述自移动机器人上的功能模块20，所述自移动机器人10上设有存储单元(图中未示出)，所述存储单元存有工作区域的二维地图信息和三维地图信息。所述组合机器人A包括非组合模式和组合模式，当自移动机器人10单独工作时，为非组合模式，当自移动机器人10与功能模块20组合连接在一起时，为组合模式。在非组合模式下，所述自移动机器人10调用所述二维地图信息，并在二维工作表面W上行走作业；在组合模式下，所述组合机器人10调用所述三维地图信息，并在三维工作区域内行走作业。
具体地说，在组合模式下，所述组合机器人A根据所述三维地图信息规划行走路径，计算可行走的工作区域。具体地，该规划行走路径方法包括，结合组合机器人根据自身高度L及所述三维地图，计算出离地面高度为L的平面地图，组合机器人再根据该平面地图规划行走路径。图4为本发明组合机器人在工作表面行走状态示意图。结合图4所示，更进一步地，所述组合机器人根据自身的机身高度L及所述三维地图信息，计算出第一平面P1的地图信息，所述第一平面P1与所述工作表面W之间的高度差为所述组合机器人的机身高度L，所述组合机器人根据所述第一平面P1的二维地图信息规划行走路径。
如图1至图4所示，本发明的实施例的实际工作过程是这样的：
首先，如图1所示，自移动机器人10在工作环境内通过行走扫描建图或者遍历行走记录工作平面坐标信息建图后，在其控制中心内形成二维地图，上述二维地图的形成过程属于现有技术，在此不再赘述。随后，自移动机器人10继续在工作环境内遍历行走，在行走的同时，距离传感器实时采集工作环境中的高度信息传送给所述控制中心，所述控制中心将所述高度信息叠加到预先生成的二维地图上，获得三维地图并保存在所述控制中心。需要注意的是，当自移动机器人采用上述遍历行走记录工作平面坐标信息建图的方式时，自移动机器人可以同时记录空间高度信息，即在获得工作平面的二维信息时，也可以同时收集工作区域的三维信息，以完成工作区域的三维地图的建立。当组合机器人如图3所示组合连接在一起时，组合机器人的高度显然比自移动机器人10的高度增高了很多。因此，原有的二维地图则不足以作为规划组合机器人行走路径的依据。之前自移动机器人10能够顺利通行的位置可以会由于组合机器人高度增高的问题而无法通过。此时需要调用三维地图对组合机器人的行走路径进行规划。
如图4所示，自移动机器人10在组合状态下自身的机身高度为L，在本实施例中，组合机器人通过上述三维地图计算出距离自移动机器人工作平面W为L的第一平面P1的地图信息，该第一平面P1即可认定为组合机器人的可通行的工作平面，并在该第一平面P1的地图内规划组合机器人的行进路径。
综上所述，本发明提供一种自移动机器人及地图构建方法、组合机器人地图调用方法，本发明通过设置在自移动机器人上的距离传感器，在生成的二维地图基础上，叠加空间高度信息并生成三维地图信息，机器人在组合状态下，调用并基于该三维地图规划在工作区域内的行走路径；确保了组合机器人在复杂环境中运行畅通，安全高效。

Claims (10)

1.一种自移动机器人，包括机器人本体(100)和设置在所述本体上的控制中心，所述机器人本体包括设置在水平朝向上的第一距离传感器(101)和竖直向上朝向上的第二距离传感器(102)，其特征在于，所述第一距离传感器采集所述自移动机器人所在工作表面(W)的二维地图信息，所述第二距离传感器采集所述自移动机器人所在工作表面上方的空间高度信息，所述控制中心在获得所述工作表面二维地图信息的同时，将所述空间高度信息叠加到所述二维地图信息上并获得所述工作区域的三维地图信息。
2.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一距离传感器(101)和第二距离传感器(102)包括超声波传感器、红外传感器或视觉传感器。
3.如权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，所述工作表面(W)上方的空间高度信息为在上下方向上自所述工作表面到所遇到障碍物的下表面之间的距离。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的自移动机器人的地图构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100：生成工作表面的二维地图信息；
步骤200：实时采集所述工作表面上方的空间高度信息，并将所述空间高度信息叠加到所述工作表面的二维地图信息上，以获得工作区域的三维地图信息并保存。
5.如权利要求4所述的自移动机器人的地图构建方法，其特征在于，所述步骤100中的二维地图信息是通过自移动机器人在所述工作表面中遍历行走扫描得到的。
6.如权利要求5所述的自移动机器人的地图构建方法，其特征在于，所述步骤200中的所述工作表面上方的空间高度信息为在上下方向上所述工作平面到所遇到障碍物的下表面之间的距离；
所述空间高度信息叠加到预先生成的二维地图信息上的具体过程包括：
步骤201：所述自移动机器人在工作区域内行走，记录离散点N1的坐标为(x1，y1)，同时探测到N1点上方的空间高度为h1，则记录离散点N1上方空间的最高点M1的三维坐标为(x1、y1、h1)；
步骤202：所述自移动机器人继续行走，持续记录离散点N2至Nn的上方空间的最高点M2至Mn的三维坐标，直到完成所述工作区域的遍历行走；
步骤203：将离散点N1至Nn拟合的面到M1至Mn拟合的面之间的空间信息拟合成三维地图信息并保存。
7.如权利要求6所述的自移动机器人的地图构建方法，其特征在于，根据所述步骤203保存的三维地图信息构建所述工作区域的三维地图。
8.一种组合机器人地图调用方法，其特征在于，所述组合机器人(A)包括自移动机器人(10)和组合连接在所述自移动机器人上的功能模块(20)，所述自移动机器人上设有存储单元，所述存储单元存有工作区域的二维地图信息和三维地图信息；
所述组合机器人包括非组合模式和组合模式，当自移动机器人单独工作时，为非组合模式，当自移动机器人与功能模块组合连接在一起时，为组合模式；
在非组合模式下，所述自移动机器人调用所述二维地图信息，并在二维工作表面上行走作业；
在组合模式下，所述组合机器人调用所述三维地图信息，并在三维工作区域内行走作业。
9.如权利要求8所述的组合机器人地图调用方法，其特征在于，在组合模式下，所述组合机器人(A)根据所述三维地图信息规划行走路径，计算可行走的工作区域。
10.如权利要求9所述的组合机器人地图调用方法，其特征在于，所述组合机器人根据自身的机身高度(L)及所述三维地图信息，计算出第一平面(P1)的地图信息，所述第一平面与所述工作表面(W)之间的高度差为所述组合机器人的机身高度，所述组合机器人(A)根据所述第一平面的二维地图信息规划行走路径。
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