CN104991463A - 机器人半自主建图方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及室内机器人技术领域，公开了一种机器人半自主建图方法及系统。该方法包括步骤：与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。本发明通过遥控干预，辅助机器人半自主地采用可信可靠路径建立地图，可大幅提高机器人移动的精度和可靠性，同时提高了扫描地图的识别和定位精度，使得智能机器人的自主移动更为准确高效可靠。

Description

机器人半自主建图方法及系统

技术领域

本发明涉及室内机器人技术领域，特别涉及一种机器人半自主建图方法及系统。

背景技术

随着计算机处理能力、传感器和人工智能技术的发展，机器人研究的主流方向已逐渐向可移动的智能机器人转移。目前室内服务机器人主要依赖SLAM(Simultaneous Localization and Mapping，同步定位与建图)技术来实现全自主移动。SLAM技术中，机器人首先借助传感器设备探测周边环境建立地图，同时识别并标注自身当前在地图中位置。

现有技术虽然实现了机器人的全自主移动，但其过于依赖机器人自身的处理能力和逻辑判断能力，一方面对系统压力较大，另一方面在当前人工智能水平的情况下出错率极高，机器人整体的效率和可靠性均较低，实际应用效果不佳。最典型地，现有技术中室内机器人建图依赖机器人自主完成，需要机器人自行在室内空间移动并扫描获得数据，该方式无法适用于复杂环境或复杂应用，尤其是其定位方式依赖于特定障碍物或标志物，要求机器人在启动时启动地点和角度固定，否则需要大范围扫描重新构建地图，这给实际应用带来了极大不便。此外，现有技术的建图方式还存在无法识别复杂障碍物等缺陷，使得机器人在路径规划时常常会选择理论上最优实际却不可通行的路线，机器人自主移动的准确性、可靠性和效率均难以保证。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现智能机器人快速精准地构建地图。

为解决该问题，一方面，本发明提供了一种机器人半自主建图方法，该方法包括步骤：

与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；

自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；

在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；

根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。

优选地，所述方法中，所述遥控端通过WIFI连接机器人，访问路由内部的WebServer，实现对机器人的设置和遥控。

优选地，所述预定目标点是系统默认的目标点、服务器指定的目标点和遥控端实时命令的目标点中的至少一个。

优选地，所述方法中，在半自主建图模式下机器人仅采集信息而不实时建图，将采集信息上传给服务器，由服务器综合全部信息建立完整的扫描地图。

另一方面，本发明还同时提供一种机器人半自主建图系统，所述系统包括：

设置模块，用于与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；

自主处理模块，用于自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；

遥控处理模块，用于在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；

建图模块，用于根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。

优选地，所述遥控端为移动终端，通过WIFI连接机器人，访问路由内部的WebServer，实现对机器人的设置和遥控。

优选地，所述建图系统设置在机器人上，所述机器人还包括：行进系统、控制系统、地图及位置测量系统、智能语音交互系统和通讯系统、图像识别和人脸交互系统和供电与自动回充系统；

其中，行进系统用于实现机器人的移动；控制系统用于将一个坐标转换成具体指令的控制系统；地图及位置测量系统用于扫描周围环境建立地图；智能语音交互系统和通讯系统用于和服务器进行交互；图像识别和人脸交互系统用于获得当前环境并确定捕捉到人脸和确认身份；供电与自动回充系统用于提供电源并在电量不足时返回充电桩充电的。

优选地，所述系统还包括服务器，在半自主建图模式下机器人仅采集信息而不实时建图，将采集信息上传给服务器，由服务器综合全部信息建立完整的扫描地图。

优选地，所述路由内部的WebServer设置在机器人、独立路由器和/或服务器中。

优选地，所述系统还包括：

移动终端，用于通过自身的通讯单元与服务器和/或机器人交互，向机器人发出移动指示或服务任务。

本发明的技术方案提供了一种机器人半自主建图方法及系统，通过遥控干预，辅助机器人半自主地采用可信可靠路径建立地图，可大幅提高机器人移动的精度和可靠性，同时提高了扫描地图的识别和定位精度，使得智能机器人的自主移动更为准确高效可靠。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中机器人半自主建图方法的流程图；

图2为本发明的一个实施例中机器人半自主建图系统的模块结构示意图。

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，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，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的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。

智能机器人的自主移动依赖于地图和自身位置来规划路径，其中地图的建立一般依赖于传感器对周边环境的感测，比如通过激光扫描获得环境中各标志物的位置和形状；而自身位置则依靠机器人的定位能力，现有技术的多种定位方式均是通过比对特定障碍物或标志物，过于依赖传感器对物体的识别能力，识别的正确率和设备成本很难有理想的平衡。

在本发明的一个实施例中，提供了一种机器人半自主建图方法，通过遥控干预，辅助机器人半自主地采用可信可靠路径建立地图。如图1的流程图所示，该方法包括步骤：

S1、与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；

S2、自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；

S3、在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；

S4、根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。

其中，遥控端优选采用移动终端，比如手机或Pad等，通过WIFI连接机器人，访问机器人路由内部的WebServer，从而实现对机器人的设置和遥控。具体地，机器人路由板内的WebServer提供设置及操控页面，遥控端访问这些页面输入相应的设置命令(比如状态设置、启动、停止等)和/或遥控命令(比如前进、后退、加速、减速、转向、旋转等)，页面接收命令后进行命令中转控制机器人电机实现实际的移动操控。

步骤S2中的预定目标点可以是系统默认的目标点(比如启动后向前方无障碍处移动)，也可以是服务器指定的目标点(比如以顺/逆时针方向遍历房间四角)，还可以是遥控端实时命令的目标点(比如前进5米后左转)。在向机器人设置预定目标点后，机器人自主避障移动，优选的自主避障移动模式为平稳前进、居中行走、尽量直行等，移动的同时机器人实时扫描并记录周边环境信息，并根据扫描环境的情况智能规避明显障碍。采用该方式，一方面简化了遥控要求，充分利用了机器人本身具有的自主处理能力，无需操作员持续输入遥控命令，使机器人的智能化得以体现；另一方面，各设备(包括但不限于服务器、遥控端等)与机器人之间的直接运动命令仅为目标点(优选以3D坐标表示)，便于机器人记录和整理关键点位信息，减少了数据通信量，同时可保证地图和路径信息尽量准确可靠。

步骤S3中，在机器人自主移动的基础上，操作员通过遥控的方式修正机器人行进方式，避免错误识别或错误的路径规划导致机器人移动出错。当然，更重要的是，遥控修正的点位和/或路径必然是正确且高效的方案，记录这些遥控修正信息并将其优先级调高，可帮助机器人建立更加精确的地图，同时在后续的自主路径规划中基于这些高优先级的信息可优选出同样正确且高效的移动方案，使得机器人的自主移动可以更加准确、可靠和智能化。

本发明的方法中，机器人在预设区域内移动测量生成预设区域的初始地图，移动测量包括但不限于通过激光测距仪、摄像头、红外成像等至少一种传感器扫描周边环境。

步骤S4中，为进一步提高效率，机器人在半自主建图模式下仅采集信息而不实时建图，在信息采集完毕后将所有数据统一上传给服务器，由服务器综合全部信息建立完整的扫描地图。采用这种方式，一方面可以尽量减轻机器人系统压力，另一方面服务器可综合多个机器人和/或多次扫描结果进行叠加和/或校正，以获得尽量完整准确的地图。为提高传输效率降低数据传输压力，机器人向服务器上传的数据应尽量精简，还可采用周期反馈的方式仅将一定时间内的数据上传给服务器，在没有数据更新的情况下周期反馈信息可以仅保留状态数据，以使传输数据量尽可能减小。

此外，本领域技术人员应理解，实现上述实施例方法中的部分或全部步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的相应步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此，与上述方法相对应的，如图2所示，本发明还同时提供一种机器人半自主建图系统，包括：

设置模块，用于与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；

自主处理模块，用于自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；

遥控处理模块，用于在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；

建图模块，用于根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。

上述系统主要设置在智能机器人上，同时依靠遥控端和服务器实现。具体地，机器人还可包括：行进系统、控制系统、地图及位置测量系统、智能语音交互系统和通讯系统、图像识别和人脸交互系统和供电与自动回充系统。其中，行进系统用于实现机器人的移动；控制系统用于将一个坐标转换成具体指令的控制系统；地图及位置测量系统用于扫描周围环境建立地图；智能语音交互系统和通讯系统用于和服务器进行交互；图像识别和人脸交互系统用于获得当前环境并确定捕捉到人脸和确认身份；供电与自动回充系统用于提供电源并在电量不足时返回充电桩充电的。

进一步参见图2，机器人主要与遥控端及服务器进行交互。优选地，服务器一般包括：处理单元、存储单元、控制单元和通讯单元；处理单元用于收集机器人采集信息进行综合处理，比照实际场景完成去噪和优化，以形成与室内实际场景相匹配的室内地图；存储单元用于存储地图信息和接收到的其他信息(包括但不限于机器人状态信息、点位信息、优先级信息等)；控制单元用于对机器人进行控制操作；通讯单元用于与机器人及遥控端进行数据信息通讯。其中，遥控信息的接收和中转可由机器人、独立路由器和服务器中任意一方或多方进行，比如考虑到服务器本身具备相应的计算和处理能力可优选在服务器端进行，但该优选方式不应理解为对本发明具体实施例的限制，即前文所述路由内部的WebServer(即路由管理模块)可设置在机器人、独立路由器和/或服务器中。

在本发明的优选实施例中，还可进一步通过其他移动终端对机器人进行控制，移动终端通过自身的通讯单元与服务器和/或机器人交互，向机器人发出移动指示或服务任务。更优选地，移动终端可作为遥控端、服务指示终端和服务接收终端中至少一种存在于系统，即机器人可以接收并处理任意个终端发出的多种指令，当同一区域存在多个移动终端时，通过唯一的终端ID进行识别和区分。

本发明的技术方案提供了一种机器人半自主建图方法及系统，通过遥控干预，辅助机器人半自主地采用可信可靠路径建立地图，可大幅提高机器人移动的精度和可靠性，同时提高了扫描地图的识别和定位精度，使得智能机器人的自主移动更为准确高效可靠。

虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims (10)

1.一种机器人半自主建图方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；

自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；

在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；

根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，所述遥控端通过WIFI连接机器人，访问路由内部的WebServer，实现对机器人的设置和遥控。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定目标点是系统默认的目标点、服务器指定的目标点和遥控端实时命令的目标点中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，在半自主建图模式下机器人仅采集信息而不实时建图，将采集信息上传给服务器，由服务器综合全部信息建立完整的扫描地图。

5.一种机器人半自主建图系统，其特征在于，所述系统包括：

设置模块，用于与遥控端建立无线链接，进入半自主建图工作模式；

自主处理模块，用于自主向预定目标点移动并持续采集周边环境信息，同时实时监听遥控端的命令中断；

遥控处理模块，用于在接收到遥控端发来命令后立刻根据命令调整移动状态，同时记录与命令相关的地图信息并设置其优先级；

建图模块，用于根据所述环境信息、所述地图信息及所述优先级建立完整的扫描地图。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述遥控端为移动终端，通过WIFI连接机器人，访问路由内部的WebServer，实现对机器人的设置和遥控。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述建图系统设置在机器人上，所述机器人还包括：行进系统、控制系统、地图及位置测量系统、智能语音交互系统和通讯系统、图像识别和人脸交互系统和供电与自动回充系统；

其中，行进系统用于实现机器人的移动；控制系统用于将一个坐标转换成具体指令的控制系统；地图及位置测量系统用于扫描周围环境建立地图；智能语音交互系统和通讯系统用于和服务器进行交互；图像识别和人脸交互系统用于获得当前环境并确定捕捉到人脸和确认身份；供电与自动回充系统用于提供电源并在电量不足时返回充电桩充电的。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括服务器，在半自主建图模式下机器人仅采集信息而不实时建图，将采集信息上传给服务器，由服务器综合全部信息建立完整的扫描地图。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述路由内部的WebServer设置在机器人、独立路由器和/或服务器中。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

移动终端，用于通过自身的通讯单元与服务器和/或机器人交互，向机器人发出移动指示或服务任务。