CN104634328A - 空间测量机器人及其空间测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间测量机器人及其空间测量方法，所述空间测量机器人，包括机器人本体，以及安装于机器人本体上的行走机构、激光测距传感器和处理器；所述行走机构和激光测距传感器分别与处理器连接。本发明提供的空间测量机器人及其空间测量方法可以应用到具有遮挡物的室内环境。空间测量机器人带有升降机构，能够对高空的墙壁进行测量。与现有技术比较，本发明的优点为：测距的距离更广，速度更快，精确度更高，可以形成三维效果图，并通过无线网络发送给远程的接收端，在复杂的被测环境中，不存在因遮挡而无法测量到的区域。

Description

空间测量机器人及其空间测量方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种空间测量机器人及其空间测量方法。

背景技术

测量机器人又叫自动全站仪，目前已经有应用，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。

然而，现有技术中的测量机器人的应用场合只能是小范围的室内环境，其被测量的数据只能是角度和距离，在被测量的环境很大的情况下，现有的测量机器人就不能发挥作用了。

因此，现有技术有待进一步完善和发展。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中的缺陷，提供一种测距的距离更广，速度更快，精确度更高，可以形成三维效果图的空间测量机器人及其空间测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空间测量机器人，用于测量室内环境，包括机器人本体，以及安装于机器人本体上的行走机构、激光测距传感器和处理器；所述行走机构和激光测距传感器分别与处理器连接；

所述行走机构用于驱动机器人本体进行移动；

所述激光测距传感器用于扫描其所在水平面，并测量该水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

所述处理器用于协调控制行走机构和激光测距传感器进行工作；

当激光测距传感器在量程内无法检测到墙壁时，行走机构驱动机器人本体运动，直至激光测距传感器检测到墙壁后，行走机构向墙壁靠近并沿墙壁行走；

所述处理器根据机器人本体的行走路径和激光测距传感器采集的距离信息建立室内环境的空间模型。

所述空间测量机器人还包括安装于机器人本体上的升降机构和高度测量传感器，所述升降机构和高度测量传感器分别与处理器连接；所述激光测距传感器安装于升降机构上；

所述升降机构用于支撑激光测距传感器进行升降运动，以调整激光测距传感器的高度，使激光测距传感器测量多个不同高度的水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

所述高度测量传感器用于测量机器人本体到天花板的距离；

所述处理器还用于控制升降机构的升降高度。

所述空间测量机器人，还包括安装于机器人本体上的避障系统，所述避障系统与处理器连接，用于在机器人本体移动的过程中，根据激光测距传感器测得的距离，使机器人本体与墙壁或障碍物保持距离。

所述空间测量机器人还包括安装于机器人本体上的无线通讯系统，所述无线通讯系统与处理器连接，用于将空间测量机器人采集到的数据或建立的空间模型发送给远程接收端。

所述行走机构为轮式底盘，所述轮式底盘安装于机器人本体底部。

一种使用所述的空间测量机器人进行室内空间测量的方法，包括以下步骤：

S1、高度测量传感器测量机器人本体到天花板的距离；

S2、处理器根据机器人本体到天花板的距离，确定多个不同高度的水平面；

S3、升降机构将激光测距传感器调整到其中一个未测量的水平面所在的高度；

S4、激光测距传感器测量当前所在水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

S5、判断是否完成所有水平面的测量；如果未完成所有水平面的测量，则返回S3继续依次执行；如果已完成所有水平面的测量，则进行S6；

S6、处理器根据激光测距传感器从所有水平面上采集到的距离信息，建立室内环境的空间模型。

所述S4具体包括以下步骤：

S401、激光测距传感器判断其量程内是否能够检测到墙壁；

S402、当激光测距传感器在量程内无法检测到墙壁或障碍物时，行走机构驱动机器人本体运动，直至检测到墙壁；

S403、激光测距传感器在量程内检测到墙壁后，行走机构驱动机器人本体向墙壁靠近，并沿墙壁行走；

S404、处理器记录行走机构的行走路径以及激光测距传感器采集的距离信息。

所述方法还包括：

S7、通过一无线通讯系统，将建立的空间模型发送给远程接收端。

本发明提供的空间测量机器人及其空间测量方法可以应用到具有遮挡物的室内环境。空间测量机器人带有升降机构，能够对高空的墙壁进行测量。与现有技术比较，本发明的优点为：测距的距离更广，速度更快，精确度更高，可以形成三维效果图，并通过无线网络发送给远程的接收端，在复杂的被测环境中，不存在因遮挡而无法测量到的区域。采用本发明提供的空间测量机器人及其空间测量方法，在对房间的精确建模工作中，可省去大量的人力、时间；只需把空间测量机器人放入房间后，空间测量机器人能够自动对房间进行测量，得到房间的精确空间数据。

附图说明

图1本发明实施例提供的空间测量机器人的功能模块示意图。

图2为被测量房间的布局图。

图3为本发明实施例提供的空间测量机器人对图2所示的房间进行测量的效果图。

图4为本发明实施例提供的一种空间测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供的空间测量机器人包括机器人本体，以及安装于机器人本体上的行走机构、激光测距传感器、升降机构、高度测量传感器、无线通讯系统、避障系统和处理器。所述行走机构、激光测距传感器、升降机构、高度测量传感器、无线通讯系统和避障系统分别与处理器连接。所述激光测距传感器安装于升降机构上。

具体地，所述行走机构用于驱动机器人本体进行移动。本发明实施例中，所述行走机构为轮式底盘，安装于机器人本体底部。

所述激光测距传感器用于扫描其所在水平面，并测量该水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离。

所述升降机构用于支撑激光测距传感器进行升降运动，以调整激光测距传感器的高度，使激光测距传感器测量多个不同高度的水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离。升降机构的升降高度由处理器发出的指令进行控制。

所述高度测量传感器用于测量机器人本体到天花板的距离。

所述处理器用于协调控制行走机构和激光测距传感器进行工作。具体地，当激光测距传感器在量程内无法检测到墙壁时，行走机构驱动机器人本体运动，直至激光测距传感器检测到墙壁后，行走机构向墙壁靠近并沿墙壁行走；所述处理器根据机器人本体的行走路径和激光测距传感器采集的距离信息建立室内环境的空间模型。

所述避障系统用于在机器人本体移动的过程中，根据激光测距传感器测得的距离，使机器人本体与墙壁或障碍物保持距离。

所述无线通讯系统用于将空间测量机器人采集到的数据或建立的空间模型发送给远程接收端。

如图2所示，本发明实施例提供的空间测量机器人在陌生的环境中行走，在行走的过程中能够对周围的环境进行测量，测量的数据加上机器人行走的位移量，即可得到机器人周围环境的平面图形。机器人围绕墙壁行走一周后可得到被测房间的一个完整的平面图，如图3所示，为测量效果图。

本发明的目的是使空间测量机器人在宽广的室内环境中进行自动测量，机器人的激光测距传感器有一定的测量范围的，当被测量的环境大于激光测距传感器的量程时，行走机构可以驱动机器人本体自动行走，主动去寻找墙壁，寻找记录点。当机器人找到墙壁后，机器人记录当前的位置，机器人沿着墙壁行走，所述处理器记录机器人的行走路径，并建立所处环境的最基础的平面模型，机器人沿着墙壁行走一周后，机器人对环境的平面建模基本完成。当机器人沿着墙壁行走遇到障碍物时，所述避障系统会协助处理器进行检测和判断，使行走机构主动躲避开障碍物，并利用激光测距传感器建立障碍物在地图中的模型。

进一步地，本发明实施例中的激光测距传感器的所在高度能够通过升降机构进行调节。当被测量的环境高度较高时，升降机构可以将激光测距传感器举升到一定的高度，对高处的墙壁进行扫描，以建立完整的立体模型。

当激光测距传感器高度变化后，机器人又可通过沿墙壁行走的测量方式，得到高度不同的另一个平面的完整效果图。机器人进行不同高度的多次测量后，可得到多张不同高度的平面图，将多张平面图叠加后，就可得到被测房间的完整立体效果图，进而建立房间的立体空间模型。

如图4所示，本发明还提供了一种使用上述空间测量机器人进行室内空间测量的方法，具体包括以下步骤：

S1、高度测量传感器测量机器人本体到天花板的距离；

S2、处理器根据机器人本体到天花板的距离，确定多个不同高度的水平面；

S3、升降机构将激光测距传感器调整到其中一个未测量的水平面所在的高度；

S4、激光测距传感器测量当前所在水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

S5、判断是否完成所有水平面的测量；如果未完成所有水平面的测量，则返回S3继续依次执行；如果已完成所有水平面的测量，则进行S6；

S6、处理器根据激光测距传感器从所有水平面上采集到的距离信息，建立室内环境的空间模型。

S7、通过无线通讯系统，将建立的空间模型发送给远程接收端。

其中，所述S4具体包括以下步骤：

S401、激光测距传感器判断其量程内是否能够检测到墙壁；

S402、当激光测距传感器在量程内无法检测到墙壁或障碍物时，行走机构驱动机器人本体运动，直至检测到墙壁；

S403、激光测距传感器在量程内检测到墙壁后，行走机构驱动机器人本体向墙壁靠近，并沿墙壁行走；

S404、处理器记录行走机构的行走路径以及激光测距传感器采集的距离信息。

本发明提供的空间测量机器人及其空间测量方法可以应用到具有遮挡物的室内环境。空间测量机器人带有升降机构，能够对高空的墙壁进行测量。与现有技术比较，本发明的优点为：测距的距离更广，速度更快，精确度更高，可以形成三维效果图，并通过无线网络发送给远程的接收端，在复杂的被测环境中，不存在因遮挡而无法测量到的区域。采用本发明提供的空间测量机器人及其空间测量方法，在对房间的精确建模工作中，可省去大量的人力、时间；只需把空间测量机器人放入房间后，空间测量机器人能够自动对房间进行测量，得到房间的精确空间数据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种空间测量机器人，用于测量室内环境，其特征在于，包括机器人本体，以及安装于机器人本体上的行走机构、激光测距传感器和处理器；所述行走机构和激光测距传感器分别与处理器连接；

所述行走机构用于驱动机器人本体进行移动；

所述激光测距传感器用于扫描其所在水平面，并测量该水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

所述处理器用于协调控制行走机构和激光测距传感器进行工作；

当激光测距传感器在量程内无法检测到墙壁时，行走机构驱动机器人本体运动，直至激光测距传感器检测到墙壁后，行走机构向墙壁靠近并沿墙壁行走；

所述处理器根据机器人本体的行走路径和激光测距传感器采集的距离信息建立室内环境的空间模型。

2.根据权利要求1所述的空间测量机器人，其特征在于，还包括安装于机器人本体上的升降机构和高度测量传感器，所述升降机构和高度测量传感器分别与处理器连接；所述激光测距传感器安装于升降机构上；

所述升降机构用于支撑激光测距传感器进行升降运动，以调整激光测距传感器的高度，使激光测距传感器测量多个不同高度的水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

所述高度测量传感器用于测量机器人本体到天花板的距离；

所述处理器还用于控制升降机构的升降高度。

3.根据权利要求2所述的空间测量机器人，其特征在于，还包括安装于机器人本体上的避障系统，所述避障系统与处理器连接，用于在机器人本体移动的过程中，根据激光测距传感器测得的距离，使机器人本体与墙壁或障碍物保持距离。

4.根据权利要求2所述的空间测量机器人，其特征在于，还包括安装于机器人本体上的无线通讯系统，所述无线通讯系统与处理器连接，用于将空间测量机器人采集到的数据或建立的空间模型发送给远程接收端。

5.根据权利要求1所述的空间测量机器人，其特征在于，所述行走机构为轮式底盘，所述轮式底盘安装于机器人本体底部。

6.一种使用权利要求2所述的空间测量机器人进行室内空间测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、高度测量传感器测量机器人本体到天花板的距离；

S2、处理器根据机器人本体到天花板的距离，确定多个不同高度的水平面；

S3、升降机构将激光测距传感器调整到其中一个未测量的水平面所在的高度；

S4、激光测距传感器测量当前所在水平面上的墙壁和障碍物到机器人本体的距离；

S5、判断是否完成所有水平面的测量；如果未完成所有水平面的测量，则返回S3继续依次执行；如果已完成所有水平面的测量，则进行S6；

S6、处理器根据激光测距传感器从所有水平面上采集到的距离信息，建立室内环境的空间模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S4具体包括以下步骤：

S401、激光测距传感器判断其量程内是否能够检测到墙壁；

S402、当激光测距传感器在量程内无法检测到墙壁或障碍物时，行走机构驱动机器人本体运动，直至检测到墙壁；

S403、激光测距传感器在量程内检测到墙壁后，行走机构驱动机器人本体向墙壁靠近，并沿墙壁行走；

S404、处理器记录行走机构的行走路径以及激光测距传感器采集的距离信息。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

S7、通过一无线通讯系统，将建立的空间模型发送给远程接收端。