RU2740229C1 - Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot - Google Patents
Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740229C1 RU2740229C1 RU2020111520A RU2020111520A RU2740229C1 RU 2740229 C1 RU2740229 C1 RU 2740229C1 RU 2020111520 A RU2020111520 A RU 2020111520A RU 2020111520 A RU2020111520 A RU 2020111520A RU 2740229 C1 RU2740229 C1 RU 2740229C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- robot
- map
- obstacles
- data
- building
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/04—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C7/00—Tracing profiles
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T1/00—General purpose image data processing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области робототехники, а именно к системам и способам локализации и построения карт препятствий и глобальной карты помещения для мобильного сервисного робота, осуществляющего технологические функции на коммерческих объектах, в частности, операции, связанные с инвентаризацией.The invention relates to the field of robotics, namely to systems and methods for localizing and constructing obstacle maps and a global map of the premises for a mobile service robot performing technological functions at commercial facilities, in particular, operations related to inventory.
Известен способ работы робота для очистки полов (заявка WO № 2019007038А1 от 23.01.2018), включающий в себя следующие этапы: получение от бинокулярной камеры двух изображений объекта, сделанных одновременно с разных углов; получение информации о препятствии на основе информации двух изображений и выбор различных режимов работы на основе информации о препятствиях. Информация о препятствии содержит размер препятствия, форму препятствия и расстояние между препятствием и роботом. Этап одновременного получения двух изображений одного и того же препятствия под разными углами дополнительно содержит ассоциирование системой обработки видеоизображения всей информации о препятствии с соответствующим режимом работы.There is a known method of operation of a robot for cleaning floors (application WO No. 2019007038A1 from 23.01.2018), which includes the following steps: obtaining from a binocular camera two images of an object taken simultaneously from different angles; obtaining information about the obstacle based on the information of the two images and the selection of different modes of operation based on the information about the obstacles. The obstacle information contains the size of the obstacle, the shape of the obstacle, and the distance between the obstacle and the robot. The step of simultaneously acquiring two images of the same obstacle from different angles further comprises associating by the video image processing system all information about the obstacle with the corresponding operating mode.
Недостаток данного способа – невысокая точность определения контуров препятствий, обусловленная применением для позиционирования только RGB-камеры.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the contours of obstacles, due to the use of only an RGB camera for positioning.
Известен способ составления карт рабочей области для автономного робота (заявка на изобретение US № 2018/0004217А1 от 18.11.2015), включающий: выполнение роботом идентификации граничных линий между смежными отображенными подобластями и не отображенными подобластями рабочей области, которые должны быть отображены на карте, путем сравнения расстояний, пройденных роботом, впервые проезжающим по рабочей области, измеренных с помощью средств определения координат и одометрии; инициирование отображения на карте не отображенной подобласти, примыкающей к граничным линиям, идентифицированным контактным датчиком, во время движения из первой точки на первой граничной линии в ненанесенную на карту подобласть; генерирование карты рабочей области на основе карт подобластей, составленных роботом.There is a known method of compiling maps of the working area for an autonomous robot (application for invention US No. 2018 / 0004217A1 dated 11/18/2015), including: the robot performs identification of boundary lines between adjacent displayed sub-areas and non-displayed sub-areas of the work area, which should be displayed on the map, by comparing the distances traveled by a robot traveling for the first time across the working area, measured using coordinates and odometry; initiating display on the map of an unmapped sub-area adjacent to the boundary lines identified by the contact sensor while moving from a first point on the first boundary line to an unmapped sub-area; Generation of a map of the work area based on maps of sub-areas compiled by the robot.
Основным недостатком данного способа является отсутствие метода корректировки расчетной координаты робота, что приводит к нарастанию погрешности определения координаты местоположения робота в процессе движения, так как данные одометрии имеют значительную погрешность.The main disadvantage of this method is the lack of a method for correcting the calculated coordinates of the robot, which leads to an increase in the error in determining the coordinates of the location of the robot during movement, since the odometry data have a significant error.
Известен способ построения карты роботом (патент US № 8761925В2 от 23.10.2008) оснащенным трехмерным измерительным аппаратом (например, стереокамерой или видеокамерой глубины и расстояния (ToF-камерой)), включающий: последовательное получение первых и вторых данных о поверхности маршрута, по которому движется робот; сопоставление данных первой и второй поверхности для вычисления разности между данными о первой и второй поверхностях; обнаружение динамического препятствия по первым и вторым поверхностным данным в соответствии с разницей между данными о первой и второй поверхностях; генерирование данных третьей поверхности путем удаления данных о динамическом препятствии по меньшей мере из данных о первой или второй поверхностях; сопоставление данных третьей поверхности без динамического препятствия с данными первой и второй поверхностей для построения карты, при этом сопоставление данных выполняется путем итерации ближайшей точки (ICP) для регистрации данных первой и второй поверхностей, а данные о трехмерном образе робот получает в процессе движения.Known is a method of constructing the robot map (Patent US № 8761925V2 on 23.10.2008) equipped with a three-dimensional measuring apparatus (e.g., a stereo camera or a video camera and the depth distance (ToF-camera)), comprising: sequentially receiving first and second data surfaces route by which moves robot; comparing the data of the first and second surfaces to calculate the difference between the data of the first and second surfaces; detecting a dynamic obstacle from the first and second surface data in accordance with the difference between the data on the first and second surfaces; generating third surface data by removing dynamic obstacle data from at least the first or second surface data; mapping third surface data without dynamic obstruction to first and second surface data to build a map, where the data is matched by iterating the nearest point ( ICP ) to capture the first and second surface data, and the robot acquires 3D image data as it moves.
Основным недостатком данного способа является отсутствие метода корректировки расчетной координаты робота, что приводит к нарастанию погрешности локализации в процессе движения, так как данные одометрии имеют значительную погрешность. Также недостатком данного способа является применение только одного типа сенсора - трехмерного измерительного аппарата.The main disadvantage of this method is the lack of a method for correcting the calculated coordinate of the robot, which leads to an increase in the localization error during movement, since the odometry data have a significant error. Also, the disadvantage of this method is the use of only one type of sensor - a three-dimensional measuring device.
Известна система и способ навигации транспортного средства с использованием абсолютных и относительных координат (заявка JP № 2010519550А от 21.02.2008). Система включает GPS-датчик абсолютного положения в дополнение к одному или нескольким дополнительным датчикам, таким как камера, лазерный сканер или радар. A known system and method of vehicle navigation using absolute and relative coordinates (application JP No. 2010519550A from 21.02.2008). The system includes a GPS absolute position sensor in addition to one or more additional sensors such as a camera, laser scanner or radar.
В процессе движения датчики обнаруживают присутствие объектов и измеряют относительное положение транспортного средства относительно этих объектов. Эта информация используется вместе с информацией об абсолютном местоположении и дополнительной картографической информацией для определения местоположения транспортного средства и для поддержки функций управления и предотвращения столкновений. Система по одному из вариантов использует относительное позиционирование, не полагаясь на сохранение информации об абсолютном положении. В способе навигации используются RFID-метки для идентификации различных физических объектов на карте, таких как дорожные знаки.As you move, sensors detect the presence of objects and measure the relative position of the vehicle relative to these objects. This information is used in conjunction with absolute position information and additional map information to locate the vehicle and to support steering and collision avoidance functions. The system uses relative positioning according to one of the variants, without relying on storing information about the absolute position. The navigation method uses RFID tags to identify various physical objects on the map, such as road signs.
Описанные система и способ используют GPS для корректировки текущей координаты, что не позволяет применять их для роботов в закрытых помещениях.The described system and method uses GPS to correct the current coordinate, which does not allow their use for robots in closed rooms.
Известен способ генерации и обновления карт помещений (заявка CN № 107764270А от 19.10.2017) роботом c лазерным радаром (далее - ЛИДАР), установленным на его верхней части, кодером и чипом центрального процессора, установленными в роботе; сигнальной антенной, связывающей робот с управляющим компьютером, и ЛИДАРом для сканирования окружающего пространства и передачи отсканированной информации о дискретных точках в центральный процессор. Использование ЛИДАР позволяет осуществлять быстрый и точный сбор данных и точно создавать, и обновлять карту помещений.There is a known method for generating and updating room maps (application CN No. 107764270A dated 19.10.2017) by a robot with a laser radar (hereinafter - LIDAR) installed on its upper part, an encoder and a central processor chip installed in the robot; a signal antenna connecting the robot with the control computer, and LIDAR for scanning the surrounding space and transmitting the scanned information about discrete points to the central processor. Using LIDAR allows fast and accurate data collection and accurate creation and updating of a room map.
Данный способ включает следующие этапы: преобразование данных о 361 точке окружения робота, полученных с помощью ЛИДАР, в диапазоне 180 градусов с интервалом 0,5 градуса, представленных полярными координатами в глобальные координаты карты помещения в декартовой системе координат; обработку информации о данных дискретных точек, полученной ЛИДАРом, в сегмент линии, используемый для представления информации об окружении робота (о препятствиях) и генерации локальной карты; перемещение робота в помещении для получения множества локальных карт; генерирование глобальной карты помещения объединением множества локальных карт; обновление глобальной карты помещения для точного позиционирования робота путем вычисления взаимосвязи между соответствующими линейными сегментами для соответствующих линейных сегментов локальной и глобальной карт; представление областей карт одним или несколькими сегментами линий.This method includes the following steps: converting data on 361 points of the robot's environment, obtained using LIDAR, in the range of 180 degrees with an interval of 0.5 degrees, represented by polar coordinates into the global coordinates of the room map in the Cartesian coordinate system; processing information about the data of discrete points, received by LIDAR, into a line segment used to represent information about the robot's environment (obstacles) and generate a local map; moving the robot in the room to get a lot of local maps; generating a global room map by combining multiple local maps; updating the global room map for precise positioning of the robot by calculating the relationship between the corresponding line segments for the corresponding line segments of the local and global maps; represent areas of maps with one or more line segments.
Основным недостатком данного способа невозможность обнаружения препятствий, находящихся выше и ниже уровня сканирования ЛИДАРа.The main disadvantage of this method is the impossibility of detecting obstacles that are above and below the scanning level of the LIDAR.
Известны способ и устройство навигации робота (заявка CN № 106681330А от 25.01.2017, прототип), использующие для построения карты мультисенсорное объединение данных (технологию «sensor fusion»). The known method and device for the navigation of the robot (application CN No. 106681330A from 25.01.2017, prototype), using multisensor data fusion ( sensor fusion technology) to build a map.
Способ содержит следующие этапы: создание карты окружающего пространства в соответствии с данными, полученными лазерным радаром и данными одометрии; определение текущего положения робота на глобальной карте окружающего пространства в режиме реального времени в соответствии с данными, полученными с помощью лазерного радара, акселерометра, гироскопа и магнитометра, глобальной карты и данных одометрии; карта локальной среды строится в соответствии с данными, полученными в режиме реального времени камерой глубины и лазерным радарным датчиком; управление роботом для объезда препятствий осуществляется с помощью локального алгоритма планирования пути, стратегией выбора предварительно установленного направления; картой локальной среды (включающей препятствия), текущим положением и запланированным маршрутом робота; данные, полученные в режиме реального времени, проецируются на двухмерную плоскость для создания двухмерной проекции; если для соответствующего положения робота не существует данных двухмерной проекции, полученных лазерным радаром, данные карты локальной среды соответствующей позиции заполняются соответствующими данными двухмерной проекции; если для соответствующего положения робота имеются данные двухмерной проекции и данные, полученные лазерным радарным датчиком, то данные двухмерной проекции и данные, полученные лазерным радаром, взвешиваются и усредняются для получения данных локальной карты окружающего пространства для соответствующей позиции робота.The method comprises the following steps: creating a map of the surrounding space in accordance with the data obtained by the laser radar and odometry data; determination of the current position of the robot on the global map of the surrounding space in real time in accordance with the data obtained using laser radar, accelerometer, gyroscope and magnetometer, global map and odometry data; a map of the local environment is built in accordance with the data obtained in real time by a depth camera and a laser radar sensor; control of the robot to avoid obstacles is carried out using a local path planning algorithm, a strategy for choosing a preset direction; a map of the local environment (including obstacles), the current position and the planned route of the robot; real-time data is projected onto a 2D plane to create a 2D projection; if no two-dimensional projection data obtained by the laser radar exists for the corresponding position of the robot, the local environment map data of the corresponding position is filled with the corresponding two-dimensional projection data; If 2D projection data and laser radar data are available for the corresponding robot position, then the 2D projection data and laser radar data are weighted and averaged to obtain the local map data of the surrounding space for the corresponding robot position.
Основным недостатком данного способа является отсутствие метода корректировки расчетной координаты робота, что приводит к нарастанию погрешности локализации в процессе движения, так как данные одометрии имеют значительную погрешность. The main disadvantage of this method is the lack of a method for correcting the calculated coordinate of the robot, which leads to an increase in the localization error during movement, since the odometry data have a significant error.
Техническая задача, решаемая изобретением - повышение точности определения координаты местоположения робота, формы и расположения препятствий на пути мобильного сервисного робота в режиме реального времени.The technical problem solved by the invention is to improve the accuracy of determining the coordinates of the location of the robot, the shape and location of obstacles in the path of the mobile service robot in real time.
Техническая задача решена в способе локализации и построения навигационных карт мобильного сервисного робота, эксплуатирующегося в помещении коммерческого объекта, включающем: использование в помещении стационарных светоотражающих маяков; построение первоначального маршрута с использованием плана помещения (статической карты); определение текущей координаты робота с помощью модуля одновременной локализации и картирования (далее – SLAM, англ.: simultaneous localization and mapping); использование RFID-меток для идентификации стационарных светоотражающих маяков в окружающем робота пространстве; детектирование контуров объектов с помощью камеры глубины, ЛИДАРа и ультразвуковых дальномеров; построение модулем SLAM карты SLAM с помощью данных сенсоров ЛИДАР, одометрии и инерционного измерительного устройства (далее - IMU); определение текущей координаты робота с помощью модуля SLAM; построение модулем SLAM пройденной роботом траектории; построение глобальной карты с использованием данных карты SLAM и статической карты; преобразование данных с камеры глубины в проекцию на плоскость, при этом способ включает: корректировку текущей координаты робота с использованием стационарных светоотражающих маяков с установленной на каждом из маяков RFID-меткой; построение подкарты препятствий в конкретной позиции робота и обновление слоев построенной подкарты препятствий с использованием данных с RGB-D камеры, заднего ЛИДАР и ультразвуковых дальномеров соответственно при построении каждого из слоев в произвольной последовательности; привязка текущей подкарты препятствий к системе координат помещения в соответствии с пройденной траекторией робота; при перемещении робота на заданную пороговую величину построение новой подкарты препятствий робота и обновление слоев построенной подкарты препятствий с использованием данных с RGB-D камеры, заднего ЛИДАР и ультразвуковых дальномеров при построении каждого из слоев соответственно в произвольной последовательности; привязка новой подкарты препятствий к системе координат помещения в соответствии с пройденной траекторией робота; объединение подкарт препятствий в карту препятствий после построения каждой новой подкарты препятствий; построение глобальной карты с использованием данных карты SLAM, статической карты и карты препятствий.The technical problem is solved in the method of localization and construction of navigation maps of a mobile service robot operating in the premises of a commercial facility, including: the use of stationary reflective beacons indoors; building an initial route using a floor plan (static map); determination of the current coordinate of the robot using a module for simultaneous localization and mapping (hereinafter - SLAM, English: simultaneous localization and mapping) ; the use of RFID tags to identify stationary reflective beacons in the space surrounding the robot; detection of object contours using a depth camera, LIDAR and ultrasonic rangefinders; SLAM SLAM construction module card using data LIDAR sensors odometry and inertial measurement unit (hereinafter - IMU); determination of the current coordinate of the robot using the SLAM module; construction of the trajectory traversed by the robot by the SLAM module; building a global map using SLAM and static map data; converting data from a depth camera into a projection onto a plane, the method including: adjusting the current coordinate of the robot using stationary reflective beacons with an RFID tag installed on each of the beacons; building a submap of obstacles in a specific position of the robot and updating the layers of the constructed submap of obstacles using data from the RGB-D camera, rear LIDAR and ultrasonic rangefinders, respectively, when building each of the layers in a random sequence; binding of the current submap of obstacles to the coordinate system of the room in accordance with the trajectory of the robot; when the robot moves by a predetermined threshold value, building a new submap of obstacles for the robot and updating the layers of the constructed submap of obstacles using data from the RGB-D camera, rear LIDAR and ultrasonic rangefinders when building each of the layers, respectively, in a random sequence; binding a new submap of obstacles to the coordinate system of the room in accordance with the trajectory of the robot; merging obstacle submaps into an obstacle map after building each new obstacle submap; building a global map using SLAM map data, static map and obstacle map.
Решение технической задачи - повышение точности определения текущей координаты местоположения робота, формы и расположения препятствий на пути мобильного сервисного робота в режиме реального времени, - обеспечивается следующей совокупностью отличительных признаков способа локализации и построения карты мобильного сервисного робота, включающего: корректировку текущей координаты робота с использованием стационарных светоотражающих маяков с установленной на каждом из маяков RFID-меткой; построение подкарты препятствий в конкретной позиции робота и обновление слоев построенной подкарты препятствий с использованием данных с RGB-D камеры, заднего ЛИДАРа и ультразвуковых дальномеров соответственно при построении каждого из слоев в произвольной последовательности; привязку текущей подкарты препятствий к системе координат помещения в соответствии с пройденной траекторией робота; при перемещении робота на заданную пороговую величину - построение новой подкарты препятствий робота и обновление слоев построенной подкарты препятствий с использованием данных с RGB-D камеры, заднего ЛИДАРа и ультразвуковых дальномеров соответственно при построении каждого из слоев в произвольной последовательности; привязку новой подкарты препятствий к системе координат помещения в соответствии с пройденной траекторией робота; объединение подкарт препятствий в карту препятствий после построения каждой новой подкарты препятствий; построение глобальной карты с использованием данных карты SLAM, статической карты и с учетом данных карты препятствий.The solution of the technical problem - increasing the accuracy of determining the current coordinate of the location of the robot, the shape and location of obstacles in the path of the mobile service robot in real time - is provided by the following set of distinctive features of the method for localizing and building a map of the mobile service robot, including: correcting the current coordinate of the robot using stationary reflective beacons with an RFID tag installed on each of the beacons; building a submap of obstacles in a specific position of the robot and updating the layers of the constructed submap of obstacles using data from the RGB-D camera, rear LIDAR and ultrasonic rangefinders, respectively, when building each of the layers in a random sequence; binding of the current obstacle submap to the coordinate system of the room in accordance with the trajectory of the robot; when the robot moves by a predetermined threshold value - building a new submap of the robot obstacles and updating the layers of the constructed submap of obstacles using data from the RGB-D camera, rear LIDAR and ultrasonic rangefinders, respectively, when building each of the layers in a random sequence; binding a new submap of obstacles to the coordinate system of the room in accordance with the trajectory of the robot; merging obstacle submaps into an obstacle map after building each new obstacle submap; building a global map using SLAM map data, static map and taking into account obstacle map data.
Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в ходе патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Оно также не следует явно из уровня техники, следовательно, оно соответствует критерию «изобретательский уровень».This set of distinctive features was not found during the patent information search, therefore, the technical solution meets the criterion of "novelty". It also does not follow explicitly from the prior art, therefore, it meets the criterion of "inventive step".
На фиг. 1 показана схема помещения коммерческого объекта.FIG. 1 shows a diagram of the premises of a commercial facility.
На фиг. 2 показана структурная схема мобильного сервисного робота.FIG. 2 shows a block diagram of a mobile service robot.
На фиг. 3 представлена структурная схема программного обеспечения компьютера мобильного сервисного робота.FIG. 3 shows a block diagram of the computer software of a mobile service robot.
На фиг. 4 показана структурная схема комплекса программного модуля формирования глобальной карты помещения.FIG. 4 shows a block diagram of the complex of the software module for generating a global map of the room.
На фиг. 5 показана функциональная схема формирования глобальной карты помещения коммерческого объекта.FIG. 5 shows a functional diagram of the formation of a global map of the premises of a commercial facility.
На фиг. 6 показана схема алгоритма корректировки оценки текущей координаты мобильного сервисного робота с использованием стационарных светоотражающих маяков.FIG. 6 shows a diagram of the algorithm for correcting the estimate of the current coordinate of the mobile service robot using stationary reflective beacons.
На фиг. 7 показана схема алгоритма детектирования стационарных светоотражающих маяков.FIG. 7 shows a diagram of the algorithm for detecting stationary reflective beacons.
На фиг. 8 показана схема алгоритма построения карты препятствий. FIG. 8 shows a diagram of the obstacle map construction algorithm.
Способ локализации и построения навигационных карт мобильного сервисного робота 1 (фиг. 1-2), оснащенного сенсорами: RFID 2, передним ЛИДАРом 3, задним ЛИДАРом 4, RGB-D видеокамерой 5 и ультразвуковыми дальномерами 6; контроллером 7 обработки сигналов сенсоров 2-6, колесами с двигателями 8 с одометрическим датчиком 9 и IMU 10, контроллером 11 двигателей, обрабатывающим данные, поступающие от одометрического датчика 9 и IMU 10; компьютером 12 мобильного сервисного робота 1, который с помощью блока 13 человеко-машинного интерфейса или с помощью внешнего сервисного устройства 14, соединенного с компьютером 12 через блок 15 коммуникаций. В помещении 17 коммерческого объекта, разделенного на зоны 18, со стеллажами 19 расположены стационарные светоотражающие маяки 16 с установленной на каждом из маяков RFID-меткой (не показана). A method for localizing and constructing navigation maps of a mobile service robot 1 (Figs. 1-2) equipped with sensors:
Робот 1 с компьютером 12 имеет следующие программные модули (фиг. 3): Robot 1 with
- программный модуль 20 формирования статической карты, - a
- комплекс 21 программных модулей формирования глобальной карты помещения коммерческого объекта,- a complex of 21 software modules for forming a global map of the premises of a commercial facility,
- программный модуль 22 обработки сигналов сенсоров,-
- программный модуль 23 навигации и распознавания стеллажей, -
- программный модуль 24 формирования маршрута движения,- the
- программный модуль 25 управления движением.- a
Комплекс 21 программных модулей формирования глобальной карты помещения коммерческого объекта состоит из взаимосвязанных модулей:The complex of 21 software modules for forming a global map of the premises of a commercial facility consists of interconnected modules:
- программного модуля 21a корректировки координат местонахождения робота,-
- программного модуля 21b SLAM, реализующего алгоритмы SLAM,-
- программного модуля 21c создания проекции данных от RGB-D камеры на горизонтальную плоскость,-
- программного модуля 21d построения карты препятствий,-
- программного модуля 21e формирования глобальной карты.- the
Способ локализации и построения навигационных карт мобильного сервисного робота, эксплуатирующегося в помещении коммерческого объекта, выполняется в указанной ниже последовательности.The method for localizing and constructing navigation maps of a mobile service robot operating in a commercial facility is performed in the following sequence.
При поступлении команды «старт» программный модуль (далее – ПМ) 21 получает от ПМ 20 статическую карту. Получив исходные данные, ПМ 21 генерирует стартовую глобальную карту помещения 17 с нанесенной стартовой позицией робота 1, включая координату стартовой позиции. Сгенерированные глобальная карта и координаты передаются в ПМ 23, который по полученным данным генерирует путевые точки. Сгенерированные путевые точки передаются в ПМ 24, который, на основе координат полученных путевых точек, генерирует маршрут движения, передаваемый на исполнение в ПМ 25, который, учитывая окружающую динамическую ситуацию, получаемую от сенсоров 2-6 через контроллер 7 (фиг. 2) и ПМ 22, формирует команды управления двигателями 8 (фиг. 2) и передает команды управления на контроллер 11 (фиг. 2). Контроллер 11 дает команду на начало движения робота 1. Робот 1 начинает движение из стартовой позиции по маршруту, сформированному ПМ 24.When the command "start" is received, the program module (hereinafter referred to as the PM) 21 receives a static card from the
Далее запускается параллельная работа ПМ 21-25 (фиг. 3). ПМ 22 получает данные от сенсоров 2-6 (фиг. 1, 2), сканирующих окружающее пространство, и после первичной обработки данных контроллером 7 (фиг. 2) передает сводную информацию в ПМ 21 и ПМ 25 (фиг. 3). ПМ 21 (фиг. 3) формирует, по мере обследования, глобальную карту помещения 17 и определяет координату местонахождения робота 1. Next, the parallel operation of the PM 21-25 is started (Fig. 3).
ПМ 21 (фиг. 3) работает следующим образом.PM 21 (Fig. 3) works as follows.
ПМ 21b SLAM (фиг. 4, 5) получает от ПМ 22 (фиг. 3) данные одометрии и IMU. ПМ 21b обрабатывает полученные данные, используя метод SLAM
(http://ais.informatik.unifreiburg.de/teaching/ss12/robotics/slides/12-slam.pdf), (http://ais.informatik.unifreiburg.de/teaching/ss12/robotics/slides/12-slam.pdf),
оценивает пройденную траекторию и абсолютные координаты робота 1 и передает результат в ПМ 21а (фиг. 5). ПМ 21а, используя данные от переднего ЛИДАРа, полученные от ПМ 22 (фиг. 3), детектирует наличие стационарных светоотражающих маяков 16 (фиг. 1) с RFID-метками (фиг. 1) в соответствии с алгоритмом (фиг. 7). В случае обнаружения в окружении робота 1 (фиг. 1) RFID-метки, соответствующей стационарному светоотражающему маяку 16 (фиг. 1), ПМ 21а (фиг. 5), в соответствии с алгоритмом (фиг. 6), производит корректировку координаты местоположения и пройденной траектории робота 1 (фиг. 1) с учетом координаты обнаруженного стационарного светоотражающего маяка 16 (фиг. 1).evaluates the trajectory traversed and the absolute coordinates of the robot 1 and transmits the result to the
Скорректированный результат возвращается в ПМ 21b (фиг. 5), который формирует текущую карту SLАM и пройденную роботом 1 (фиг. 1) траекторию.The corrected result is returned to the
Текущая карта SLAM передается в программный ПМ 21е (фиг. 5) формирования глобальной карты. The current SLAM map is transferred to the
Пройденная траектория передается в ПМ 21d (фиг. 5). ПМ 21d работает следующим образом (фиг. 8):The trajectory traversed is transmitted to the
- ПМ 21d (фиг. 5) получает от ПМ 22 (фиг. 3) данные от заднего ЛИДАРа 4 (фиг. 1) и ультразвуковых дальномеров 6 (фиг. 1); затем ПМ 21d получает от ПМ 22 (фиг. 3) через ПМ 21с от RGB-D видеокамеры 5 (фиг. 1) проекцию на горизонтальную плоскость;-
- строится подкарта препятствий в конкретном местоположении робота и обновляются слои построенной подкарты препятствий с использованием данных с RGB-D видеокамеры 5 (фиг. 1), заднего ЛИДАРа 4 (фиг. 1) и ультразвуковых дальномеров 6 (фиг. 1) соответственно при построении каждого из слоев в произвольной последовательности;- a submap of obstacles is built at a specific location of the robot and the layers of the constructed submap of obstacles are updated using data from RGB-D video camera 5 (Fig. 1), rear LIDAR 4 (Fig. 1) and ultrasonic range finders 6 (Fig. 1), respectively, when building each from layers in any order;
- осуществляется привязка текущей подкарты препятствий к системе координат помещения в соответствии с пройденной траекторией робота;- the current submap of obstacles is linked to the coordinate system of the room in accordance with the trajectory of the robot;
- при перемещении робота на заданную пороговую величину строится новая подкарта препятствий робота и обновляются слои построенной подкарты препятствий с использованием данных с RGB-D видеокамеры 5 (фиг. 1), заднего ЛИДАРа 4 (фиг. 1) и ультразвуковых дальномеров 6 (фиг. 1) соответственно при построении каждого из слоев в произвольной последовательности;- when the robot moves to a predetermined threshold value, a new submap of the robot obstacles is built and the layers of the constructed submap of obstacles are updated using data from the RGB-D video camera 5 (Fig. 1), the rear LIDAR 4 (Fig. 1) and ultrasonic rangefinders 6 (Fig. 1 ) respectively, when building each of the layers in an arbitrary sequence;
- осуществляется привязка новой подкарты препятствий к системе координат помещения в соответствии с пройденной траекторией робота.- the new obstacle submap is linked to the coordinate system of the room in accordance with the trajectory of the robot.
По полученным данным ПМ 21d (фиг. 5), объединяя подкарты препятствий, формирует карту препятствий, содержащую информацию о контурах препятствий, обнаруженных по маршруту движения робота 1 (фиг. 1).According to the obtained data, the
Сформированная карта препятствий передается в ПМ 21е (фиг. 5). ПМ 21е объединяет в одну глобальную карту полученные карты: от ПМ 21b - карту SLAM; от ПМ 21d - карту препятствий; от ПМ 20 (фиг. 3) - статическую карту.The generated obstacle map is transmitted to the
Работа всех ПМ завершается по возвращении робота 1 (фиг. 1) на стартовую позицию. The work of all PMs ends upon the return of the robot 1 (Fig. 1) to the starting position.
Построение подкарт и карты препятствий позволяет повысить точность определения формы и расположения препятствий на пути робота в режиме реального времени. Корректировка текущей координаты робота с помощью стационарных светоотражающих маяков позволяет повысить точность определения текущей координаты местоположения робота при выполнении складских операций.Building submaps and obstacle maps allows you to improve the accuracy of determining the shape and location of obstacles in the path of the robot in real time. Correction of the current coordinate of the robot using stationary reflective beacons improves the accuracy of determining the current coordinate of the location of the robot when performing warehouse operations.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111520A RU2740229C1 (en) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111520A RU2740229C1 (en) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740229C1 true RU2740229C1 (en) | 2021-01-12 |
Family
ID=74183971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020111520A RU2740229C1 (en) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740229C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113703001A (en) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 上海景吾智能科技有限公司 | Method, system and medium for generating obstacles on existing map of robot |
CN113776516A (en) * | 2021-09-03 | 2021-12-10 | 上海擎朗智能科技有限公司 | Method and device for adding obstacles, electronic equipment and storage medium |
CN114543808A (en) * | 2022-02-11 | 2022-05-27 | 杭州萤石软件有限公司 | Indoor relocation method, device, equipment and storage medium |
WO2023059222A1 (en) | 2021-10-04 | 2023-04-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго" | Terrain mapping method for autonomous vehicles |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2424105C2 (en) * | 2008-11-28 | 2011-07-20 | Валерий Александрович Бимаков | Device for controlling autonomous robot |
RU2619542C1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-05-16 | Общество с ограниченной ответственностью Викрон | Method of managing mobile robot |
CN106681330A (en) * | 2017-01-25 | 2017-05-17 | 北京航空航天大学 | Robot navigation method and device based on multi-sensor data fusion |
RU2016107570A (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Mobile robot navigation method |
RU2634857C2 (en) * | 2012-09-27 | 2017-11-07 | Конинклейке Филипс Н.В. | Autonomous mobile robot and method for its operation |
US20180004217A1 (en) * | 2014-12-16 | 2018-01-04 | Robert Bosch Gmbh | Method for Mapping a Processing Area for Autonomous Robot Vehicles |
RU178222U1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-03-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Mobile robot |
WO2019007038A1 (en) * | 2017-07-05 | 2019-01-10 | 广东宝乐机器人股份有限公司 | Floor sweeping robot, floor sweeping robot system and working method thereof |
RU2017146108A (en) * | 2015-05-28 | 2019-06-28 | Дайсон Текнолоджи Лимитед | WAY OF MANAGING A MOBILE ROBOT |
-
2020
- 2020-03-19 RU RU2020111520A patent/RU2740229C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2424105C2 (en) * | 2008-11-28 | 2011-07-20 | Валерий Александрович Бимаков | Device for controlling autonomous robot |
RU2634857C2 (en) * | 2012-09-27 | 2017-11-07 | Конинклейке Филипс Н.В. | Autonomous mobile robot and method for its operation |
US20180004217A1 (en) * | 2014-12-16 | 2018-01-04 | Robert Bosch Gmbh | Method for Mapping a Processing Area for Autonomous Robot Vehicles |
RU2017146108A (en) * | 2015-05-28 | 2019-06-28 | Дайсон Текнолоджи Лимитед | WAY OF MANAGING A MOBILE ROBOT |
RU2619542C1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-05-16 | Общество с ограниченной ответственностью Викрон | Method of managing mobile robot |
RU2016107570A (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Mobile robot navigation method |
CN106681330A (en) * | 2017-01-25 | 2017-05-17 | 北京航空航天大学 | Robot navigation method and device based on multi-sensor data fusion |
RU178222U1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-03-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Mobile robot |
WO2019007038A1 (en) * | 2017-07-05 | 2019-01-10 | 广东宝乐机器人股份有限公司 | Floor sweeping robot, floor sweeping robot system and working method thereof |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113703001A (en) * | 2021-08-30 | 2021-11-26 | 上海景吾智能科技有限公司 | Method, system and medium for generating obstacles on existing map of robot |
CN113776516A (en) * | 2021-09-03 | 2021-12-10 | 上海擎朗智能科技有限公司 | Method and device for adding obstacles, electronic equipment and storage medium |
CN113776516B (en) * | 2021-09-03 | 2024-05-14 | 上海擎朗智能科技有限公司 | Method and device for adding barriers, electronic equipment and storage medium |
WO2023059222A1 (en) | 2021-10-04 | 2023-04-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго" | Terrain mapping method for autonomous vehicles |
CN114543808A (en) * | 2022-02-11 | 2022-05-27 | 杭州萤石软件有限公司 | Indoor relocation method, device, equipment and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2740229C1 (en) | Method of localizing and constructing navigation maps of mobile service robot | |
US6442476B1 (en) | Method of tracking and sensing position of objects | |
KR101948728B1 (en) | Method and system for collecting data | |
WO2020258721A1 (en) | Intelligent navigation method and system for cruiser motorcycle | |
US10006772B2 (en) | Map production method, mobile robot, and map production system | |
US6453223B1 (en) | Infrastructure independent position determining system | |
TWI827649B (en) | Apparatuses, systems and methods for vslam scale estimation | |
KR101049906B1 (en) | Autonomous mobile apparatus and method for avoiding collisions of the same | |
KR20120046974A (en) | Moving robot and simultaneous localization and map-buliding method thereof | |
US20220012509A1 (en) | Overhead-view image generation device, overhead-view image generation system, and automatic parking device | |
KR20140003987A (en) | Slam system for mobile robot based on vision sensor data and motion sensor data fusion | |
US11143511B2 (en) | On-vehicle processing device | |
JP2016080460A (en) | Moving body | |
EP4208763A1 (en) | Method of operating a mobile device | |
JP7321035B2 (en) | OBJECT POSITION DETECTION METHOD AND OBJECT POSITION DETECTION DEVICE | |
CN113607166B (en) | Indoor and outdoor positioning method and device for autonomous mobile robot based on multi-sensor fusion | |
Tsukiyama | Global navigation system with RFID tags | |
KR102203284B1 (en) | Method for evaluating mobile robot movement | |
KR20200043329A (en) | Method and system for collecting data | |
CN114903374A (en) | Sweeper and control method thereof | |
McGill et al. | Virtual reconstruction using an autonomous robot | |
Kim | Localization of a mobile robot using a laser range finder in a hierarchical navigation system | |
Browne et al. | Localization of autonomous mobile ground vehicles in a sterile environment: a survey | |
WO2024034025A1 (en) | Autonomous movement control device, autonomous movement system, autonomous movement method, and program | |
AU756108B2 (en) | Method of tracking and sensing position of objects |