CN105116886B - 一种机器人自主行走的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人自主行走的方法：生成导航信息；赋采集点编号i初值、接收输入信息、结束行走判断、机器人行走、生成采集点i、生成采集点i导航信息、增加采集点编号i值、结束处理、生成导航信息、存储导航信息；设置标注点；取出导航信息、设置标注点、存储标注点信息；自主行走；取出信息、设定行走路线、确定初始点d、形成导航数据、赋采集点编号j初值、初始点判断、自主行走、图像匹配、调节行走、避障处理、到达采集点判断、增加采集点编号值j；本发明定位准、实时性高、成本低。本方法能广泛应用于各种需要机器人自主行走的场合与领域。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人、人工智能、视频图像处理技术领域。尤其是涉及一种利用视频图像处理技术的机器人自主行走的方法。
背景技术
自主行走机器人需要感知外界环境，实现向目的地自主行走并能进行避障处理。
中国发明专利申请号为200910195432.1专利公开了一种机器人餐厅多机器人自动定位系统，该系统中央服务器模块由全景定位模块、定位信息融合处理模块、人机交互模块组成，其中：全景定位模块由餐厅顶部安装全景相机与在地面安装栅格形成栅格坐标系构成；每个餐厅机器人均有双目视觉定位模块、红外信标定位模块、红外测距定位模块、射频识别模块、陀螺仪定位模块；中央服务器模块对餐厅每个机器人进行全局定位，每个机器人用多种定位方式独立确定自己的位置。该系统的不足之处在于需要改变环境、并对地面环境有特定的要求，实用性较差，成本较高。
中国发明专利申请号为201010189865.9专利公开了一种基于机器人双目立体视觉的地面障碍物检测方法，采用双目立体视觉传感器检测地面障碍物，通过对图像进行地面视差分布分析，分辨出图像中的地面和障碍物，建立栅格地图，进行避障。该方法的不足之处在于计算复杂、实时性较差、实时定标不准。
中国发明专利申请号为201210311035.8专利公开了一种基于GIS的智能家庭机器人系统，该系统是用GIS模块实现室内电子地图动态构建，通过该电子地图控制机器人在室内行走。该系统的不足之处在于，许多室内GIS信号不好或没有GIS信号，使用该系统需要增加增强GIS信号的设备，另外GIS的定位精度通常在3～5米，不能用于定位精度较高的场合。
发明内容
为了克服现有自主行走机器人定位不准、实时性差、成本高的不足。本发明的目的是提供一种机器人自主行走的方法，该方法定位准、实时性高、成本低。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种机器人自主行走的方法，其特征在于：该方法采用机器人系统，该系统包括能行走的机器人，在机器人上安装有处理机和图像采集设备；处理机包括处理器、存储设备、输入设备和输出设备，处理机装有操作系统和应用程序；具体步骤如下：
A.生成导航信息；步骤如下：
A1.赋采集点编号i初值：系统赋采集点编号初值i＝1；
A2.接收输入信息：系统接收输入信息；
A3.结束行走判断：如果系统收到结束行走的信息，系统控制机器人停止行走，转步骤A8；否则转步骤A4；
A4.机器人行走：如果系统没有收到过任何行走信息，或者系统收到停止行走信息，系统控制机器人停止行走；如果系统收到行走信息，系统依据收到行走信息所述的行走模式控制机器人进行行走；如果系统收到过行走信息，在系统没有收到改变行走信息前，系统依据原来的行走模式控制机器人进行行走；所述的行走是指直线行走、旋转行走，直线行走是指向前直线行走、向后直线行走，旋转行走是指左转行走、右转行走，左转行走是指向前左转行走、向后左转行走，右转行走是指向前右转行走、向后右转行走；所述的行走模式是机器人行走的模式；
A5.生成采集点i判断：到达行走距离，或者系统首次收到机器人行走信息，或者系统收到改变机器人行走模式的信息，转步骤A6；否则，转步骤A2；所述的到达行走距离是指机器人行走的距离≥系统设定的采集点之间的距离，机器人行走的距离是指机器人从前一个采集点到目前机器人位置之间的距离；测量机器人行走的距离是用测量距离的方法测量机器人行走的距离；
A6.生成采集点i导航信息：系统生成采集点i导航信息；采集点i导航信息是采集点编号i、M(i,W(i))、GS(i)与FS(i,R(i))；其中，M(i,W(i))是机器人从采集点i向采集点i+1行走的行走模式；W(i)是机器人旋转行走的旋转量，如果机器人直线行走W(i)＝0；GS(i)是系统在采集点i读取的图像；FS(i,R(i))是GS(i)的匹配数据，R(i)＝1,2，…,N(i)，N(i)是图像GS(i)中匹配数据的数量；匹配数据是指图像匹配所需的数据；
A7.增加采集点编号i：系统对采集点编号i加1；转步骤A2；
A8.结束处理：系统置I＝i；系统生成采集点I导航信息；I是行走路线上采集点的数量，行走路线是机器人行走所形成的路线；
A9.生成导航信息：系统用所述的采集点数量I和所述的采集点i的导航信息，i＝1，2,…,I，生成导航信息；
A10.存储导航信息：系统存储所述的导航信息；
B.设置标注点；步骤如下：
B1.取出导航信息：系统取出所述的导航信息；
B2.设置标注点：操作者依据所述的行走路线上的采集点设置M个标注点；系统按照标注点与所述的采集点读取图像的位置最接近，将这M个标注点设置为标注点m，标注点m分别与采集点im读取图像的位置最接近；其中，m是标注点的编号，im是采集点的编号，m＝1,2,…,M，im＝i1,i2,…,iM，1≤M≤I；
B3.存储标注点信息：系统存储所述的标注点信息；标注点信息是指所述的标注点数量M和标注点m信息，m＝1,2,…,M，M≥1；其中，标注点m信息是标注点编号m、标注点m对应的采集点编号im；对应是指标注点m与采集点im读取图像的位置最接近；
C.自主行走：步骤如下：
C1.取出信息：系统取出所述的导航信息和所述的标注点信息；
C2.设定行走路线：根据需要操作者设定机器人从标注点s行走到标注点e的路线，s≠e；
C3.确定初始点d：系统在i∈[1,I]范围内得到点P，点P即为初始点d；
C4.形成导航数据：系统根据所述的初始点d和所述的设定行走路线，形成自主行走的路线为从初始点d到标注点s，再从标注点s到标注点e；并对应该路线生成自主行走的导航采集点，这些采集点的编号依次为d,d+1,d+2,…,js,js+1,…,je，共J个采集点；其中：js是标注点s的采集点编号，je是标注点e的采集点编号；
C5.赋采集点编号j初值：系统赋采集点编号初值j＝d；
C6.初始点位置判断：如果初始点d是标注点s，转步骤C12；否则转步骤C7；
C7.自主行走：系统根据所述的采集点j导航信息和采集点j+1导航信息控制机器人从采集点j自主向采集点j+1行走；
C8.图像匹配：图像匹配的步骤如下：
C81.读取图像：系统读取机器人所在位置的图像GA；
C82.得到匹配数据：系统对图像GA进行处理得到匹配数据FA(R)，R＝1,2，…,N，N是图像GA中匹配数据的数量；
C83.图像匹配:系统用匹配数据FA(R)与匹配数据FS(j+1,R(j+1))进行图像匹配处理；
C9.调节行走：系统根据所述的图像匹配的结果，如果发现机器人行走中向右偏离行走路线，系统调节机器人按行走方向左转行走；如果发现机器人行走中向左偏离行走路线，系统调节机器人按行走方向右转行走；行走方向是指行走方向向前，或行走方向向后；
C10.避障处理：在机器人行走中，系统发现障碍物，系统控制机器人停止行走并提示有障碍物，或系统控制机器人绕行障碍物；其中，发现障碍物是指系统通过测量机器人与物体之间距离的方法发现障碍物，或者系统用图像匹配发现障碍物；系统用图像匹配发现障碍物是指系统读取机器人所在位置的图像GA，系统用图像GA与图像GS(n)进行图像匹配处理，根据图像匹配的结果发现障碍物，n是采集点编号，D+j≥n≥j，D≥0，j是采集点的编号；系统控制机器人绕行障碍物的步骤如下：
C101.从一边绕行障碍物：系统控制机器人从障碍物的一边绕行，绕行中生成绕行信息；如果机器人绕行成功，转步骤C105；否则，转步骤C102；其中：绕行信息是指机器人绕行中系统生成的采集点数量T和采集点t的导航信息，t＝1,2,…T；采集点t导航信息是采集点编号t、M(t,W(t))、GS(t)与FS(t,R(t))；绕行采集点t导航信息是系统在绕行起点生成的导航信息，或到达行走距离生成的导航信息，或系统控制机器人绕行改变机器人行走模式时生成的导航信息，或系统在绕行终点生成的导航信息；
C102.退行回到绕行起点：系统根据所述的绕行信息生成退行信息；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点；其中：退行信息是所述的采集点数量T和退行采集点t的导航信息，t＝1,2,…T；退行采集点t的导航信息是退行采集点编号t、Mb(t,W(t))、GSb(t)与FSb(t,R(t))，Mb(t)是机器人从退行采集点t+1向退行采集点t行走的行走模式；系统根据所述的绕行信息生成退行信息是指系统设置GSb(t)＝GS(t)、FSb(t,R(t))＝FS(t,R(t))、Mb(t,W(t))取M(t,W(t))相反的行走模式，t＝1,2,…,T；向前直线行走与向后直线行走互为相反行走模式，向前左转行走与向后右转行走互为相反行走模式，向前右转行走与向后左转行走互为相反行走模式；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点是指系统根据所述的退行采集点t+1导航信息和退行采集点t导航信息控制机器人从退行采集点t+1自主向退行采集点t行走；t的取值顺序是T-1,T-2,…,1；
C103.从另一边绕行障碍物：系统在绕行起点从障碍物的另一边进行绕行，绕行中生成绕行信息，如果机器人绕行成功，转步骤C105；否则，转步骤C104；
C104.退行回到绕行起点：系统根据所述的绕行信息生成退行信息；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点；系统控制机器人停止行走并提示有障碍物；
C105.得到绕行终点：系统在i∈[j,I]范围内得到点P，点P即为绕行终点，j是采集点编号；系统置j＝P-1；绕行结束，转步骤C11；
C11.到达采集点判断：系统根据所述的图像匹配的结果判断机器人是否到达采集点j+1；如果机器人未到达采集点j+1，转步骤C7；否则转步骤C12；
C12.增加采集点编号：系统对采集点编号值j加1；如果j≥J结束自主行走；否则j＜J转步骤C7。
本发明中，所述的系统生成采集点i导航信息是指系统在采集点i读取图像GS(i)；系统对图像GS(i)进行处理得到的匹配数据FS(i,R(i))；系统用采集点编号i、M(i,W(i))、GS(i)与FS(i,R(i))生成采集点i导航信息；其中，采集点i是采集点编号为i的采集点；M(i,W(i))是机器人从采集点i向采集点i+1行走的行走模式，W(i)是机器人旋转行走的旋转量，如果机器人直线行走W(i)＝0；R(i)＝1,2，…,N(i)，N(i)是图像GS(i)中匹配数据的数量；匹配数据是指图像匹配所需的数据。
所述的图像匹配是指系统用图像匹配算法对两幅图像分别进行处理得到这两幅图像的匹配数据，分析这两幅图像匹配数据的对应关系、相似性与一致性，得到图像匹配的结果是：这两幅图像相对缩放量、这两幅图像相对旋转量、这两幅图像相对平移量、这两幅图像的相同目标、这两幅图像相同目标的相对旋转量、这两幅图像相同目标的相对平移量、这两幅图像的不同目标；匹配数据是指灰度数据，或者特征数据，或者灰度数据与特征数据。
所述的系统在i∈[Si,Ei]范围内得到点P是指系统读取在行走路线上机器人所在位置的图像GA，并对图像GA进行处理得到匹配数据FA(R)，R＝1,2，…,N，N是图像GA中匹配数据的数量；系统用所述的FS(i,R(i))和FA(R)逐一进行图像匹配，i＝Si,Si+1,…,Ei，从图像GS(i)中找到与图像GA对应图像GS(d)，对应图像的读取位置即为点P，P是采集点的编号；图像GS(P)与图像GA为对应图像是指在导航信息的图像GS(i)中图像GS(P)与图像GA读取图像的位置最接近。
所述的绕行是指通过测量距离的方法测量机器人与障碍物的距离，系统控制机器人使机器人与障碍物保持一定的距离围绕障碍物行走。
本发明通过人工控制机器人进行示教行走；在机器人行走中按设定的距离系统生成采集点的导航信息，在示教行走结束时存储这些导航信息。机器人自主行走时，系统用示教行走生成的导航信息确定机器人所处的位置，并控制机器人从该位置自主行走到起点，再从起点自主行走到终点。当机器人遇到障碍物时，系统用测量距离的方法测量机器人与障碍物的距离，系统控制机器人使机器人与障碍物保持一定的距离绕行障碍物。
本发明的有益效果是：采用该方法定位准、实时性高、成本低，具有较好的实用性与较高的可靠性。本方法能广泛应用于各种需要机器人自主行走的场合与领域。
附图说明
图1是本发明的生成导航信息的流程图。
图2是本发明的自主行走的流程图。
图3是本发明的绕行障碍物的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，详细叙述本发明的方法的具体实施方式：
本发明的一种机器人自主行走的方法，该方法采用机器人系统，该系统包括能行走的机器人，在机器人上安装有处理机和图像采集设备；处理机包括处理器、存储设备、输入设备和输出设备，处理机装有操作系统和应用程序；本例中，机器人是一台左右两轮驱动的机器人，处理机是一台平板电脑，平板电脑由处理器、SD卡、触摸屏、显示器组成，平板电脑装有操作系统和应用程序；图像采集设备是200万彩色摄像机；来实现机器人自主行走；实现机器人自主行走的方法的步骤如下：
A.生成导航信息；
其中，步骤A.生成导航信息的步骤如下：
A1.赋采集点编号i初值：系统赋采集点编号初值i＝1；
A2.接收输入信息：系统接收输入信息；
A3.结束行走判断：如果系统收到结束行走的信息，系统控制机器人停止行走，转步骤A8；否则转步骤A4；
A4.机器人行走：如果系统没有收到过任何行走信息，或者系统收到停止行走信息，系统控制机器人停止行走；如果系统收到行走信息，系统依据收到行走信息所述的行走模式控制机器人进行行走；如果系统收到过行走信息，在系统没有收到改变行走信息前，系统依据原来的行走模式控制机器人进行行走；所述的行走是指直线行走、旋转行走，直线行走是指向前直线行走、向后直线行走，旋转行走是指左转行走、右转行走，左转行走是指向前左转行走、向后左转行走，右转行走是指向前右转行走、向后右转行走；所述的行走模式是机器人行走的模式；
A5.生成采集点i判断：到达行走距离，或者系统首次收到机器人行走信息，或者系统收到改变机器人行走模式的信息，转步骤A6；否则，转步骤A2；所述的到达行走距离是指机器人行走的距离≥系统设定的采集点之间的距离，机器人行走的距离是指机器人从前一个采集点到目前机器人位置之间的距离；测量机器人行走的距离是用测量距离的方法测量机器人行走的距离；本例中,设定采集点之间的距离为500毫米；测量距离的方法是用视频测距方法测量机器人行走的距离；
A6.生成采集点i导航信息：系统生成采集点i导航信息；采集点i导航信息是采集点编号i、M(i,W(i))、GS(i)与FS(i,R(i))；其中，M(i,W(i))是机器人从采集点i向采集点i+1行走的行走模式；W(i)是机器人旋转行走的旋转量，如果机器人直线行走W(i)＝0；GS(i)是系统在采集点i读取的图像；FS(i,R(i))是GS(i)的匹配数据，R(i)＝1,2，…,N(i)，N(i)是图像GS(i)中匹配数据的数量；匹配数据是指图像匹配所需的数据；本例中，系统在采集点i读取图像GS(i)；系统对图像GS(i)中进行处理得到的匹配数据FS(i,R(i))；系统用采集点编号i、M(i,W(i))、GS(i)与FS(i,R(i))生成采集点i导航信息；匹配数据用图像中的角点作为匹配处理的特征数据；i依次为1,2,…,99；
A7.增加采集点编号i：系统对采集点编号i加1；转步骤A2；
A8.结束处理：系统置I＝i；系统生成采集点I导航信息；I是行走路线上采集点的数量，行走路线是机器人行走所形成的路线；本例中，系统置I＝100；系统生成采集点100导航信息；
A9.生成导航信息：系统用所述的采集点数量I和所述的采集点i的导航信息，i＝1，2,…,I，生成导航信息；本例中，导航信息是采集点数量100、采集点i的导航信息M(i)、GS(i)和FS(i,R(i))；i＝1,2,…,100；
A10.存储导航信息：系统存储所述的导航信息；
B.设置标注点；
其中，步骤B.设置标注点的步骤如下：
B1.取出导航信息：系统取出所述的导航信息；
B2.设置标注点：操作者依据所述的行走路线上的采集点设置M个标注点；系统按照标注点与所述的采集点读取图像的位置最接近，将这M个标注点设置为标注点m，标注点m分别与采集点im读取图像的位置最接近；其中，m是标注点的编号，im是采集点的编号，m＝1,2,…,M，im＝i1,i2,…,iM，1≤M≤I；本例中，取M＝3；标注点1、标注点2、标注点3分别与导航信息采集点20、采集点56、采集点83读取图像的位置最接近，即i 1＝20,i2＝56,i3＝83；
B3.存储标注点信息：系统存储所述的标注点信息；标注点信息是指所述的标注点数量M和标注点m信息，m＝1,2,…,M，M≥1；其中，标注点m信息是标注点编号m、标注点m对应的采集点编号im；对应是指标注点m与采集点im读取图像的位置最接近；本例中，系统存储标注点数量3和标注点1信息是标注点1、标注点1对应的采集点编号20；标注点2信息是标注点2、标注点2对应的采集点编号56；标注点3信息是标注点3、标注点3对应的采集点编号83；
C.自主行走：
其中，步骤C.自主行走的步骤如下：
C1.取出信息：系统取出所述的导航信息和所述的标注点信息；
C2.设定行走路线：根据需要操作者设定机器人从标注点s行走到标注点e的路线，s≠e；本例中，设定机器人从标注点1行走到标注点2的路线；
C3.确定初始点d：系统在i∈[1,I]范围内得到点P，点P即为初始点d；本例中，初始点d＝5；系统读取在行走路线上机器人所在位置的图像GA并对图像GA进行处理得到匹配数据FA(R)，R＝1,2，…,N，N是图像GA中匹配数据的数量；系统用所述的FS(i,R(i))和FA逐一进行图像匹配，i＝1,2,…,100，从图像GS(i)中找到与图像GA对应图像GS(d)，对应图像的读取位置即为起点d＝5，d是采集点的编号；图像匹配是用SIFT算法进行匹配处理；
C4.形成导航数据：系统根据所述的初始点d和所述的设定行走路线，形成自主行走的路线为从初始点d到标注点s，再从标注点s到标注点e；并对应该路线生成自主行走的导航采集点，这些采集点的编号依次为d,d+1,d+2,…,js,js+1,…,je，共J个采集点；其中：js是标注点s的采集点编号，je是标注点e的采集点编号；本例中，形成自主行走的路线为从采集点5到标注点1，再从标注点1到标注点2；并对应该路线生成自主行走的导航采集点，这些采集点的编号依次为5,6,…,20,21,…56共52个采集点；其中：j 1＝20是标注点1的采集点编号，j2＝56是标注点2的采集点编号；
C5.赋采集点编号j初值：系统赋采集点编号初值j＝d；本例中，j＝d＝5；
C6.初始点位置判断：如果初始点d是标注点s，转步骤C12；否则转步骤C7；本例中，d＝5≠j 1＝20，所以转步骤C7；
C7.自主行走：系统根据所述的采集点j导航信息和采集点j+1导航信息控制机器人从采集点j自主向采集点j+1行走；本例中，系统依次根据采集点5导航信息和采集点6导航信息控制机器人从采集点5自主向采集点6行走，根据采集点6导航信息和采集点7导航信息控制机器人从采集点6自主向采集点7行走，…；
C8.图像匹配：图像匹配的步骤如下：
C81.读取图像：系统读取机器人所在位置的图像GA；
C82.得到匹配数据：系统对图像GA进行处理得到匹配数据FA(R)，R＝1,2，…,N，N是图像GA中匹配数据的数量；
C83.图像匹配:系统用匹配数据FA(R)与匹配数据FS(j+1,R(j+1))进行图像匹配处理；本例中,图像匹配是用SIFT算法进行匹配处理；
C9.调节行走：系统根据所述的图像匹配的结果，如果发现机器人行走中向右偏离行走路线，系统调节机器人按行走方向左转行走；如果发现机器人行走中向左偏离行走路线，系统调节机器人按行走方向右转行走；行走方向是指行走方向向前，或行走方向向后；本例中，系统根据FA(R)与FS(j+1,R(j+1))图像匹配处理得到两幅匹配图像的相同物体轮廓角点的相对位置，如果发现机器人向前行走中向右(或向左)偏离行走路线，系统调节机器人向前左转(或右转)行走；
C10.避障处理：在机器人行走中，系统发现障碍物，系统控制机器人停止行走并提示有障碍物，或系统控制机器人绕行障碍物；其中，发现障碍物是指系统通过测量机器人与物体之间距离的方法发现障碍物，或者系统用图像匹配发现障碍物；系统用图像匹配发现障碍物是指系统读取机器人所在位置的图像GA，系统用图像GA与图像GS(n)进行图像匹配处理，根据图像匹配的结果发现障碍物，n是采集点编号，D+j≥n≥j，D≥0，j是采集点的编号；本例中，系统用图像匹配发现障碍物；系统控制机器人绕行障碍物的步骤如下：
C101.从一边绕行障碍物：系统控制机器人从障碍物的一边绕行，绕行中生成绕行信息；如果机器人绕行成功，转步骤C105；否则，转步骤C102；其中：绕行信息是指机器人绕行中系统生成的采集点数量T和采集点t的导航信息，t＝1,2,…T；采集点t导航信息是采集点编号t、M(t,W(t))、GS(t)与FS(t,R(t))；绕行采集点t导航信息是系统在绕行起点生成的导航信息，或到达行走距离生成的导航信息，或系统控制机器人绕行改变机器人行走模式时生成的导航信息，或系统在绕行终点生成的导航信息；本例中，系统控制机器人从障碍物的左边进行绕行；绕行信息是指机器人绕行行走中系统生成的采集点数量4和采集点1的导航信息：采集点编号1、M(1,0)为向前直线行走、GS(1)与FS(1,R(1))；采集点2的导航信息：采集点编号2、M(2,90°)为向前左转90度行走、GS(2)与FS(2,R(2))；采集点3的导航信息：采集点编号3、M(3,0)为向前直线行走、GS(3)与FS(3,R(3))；采集点4的导航信息：采集点编号4、M(4,0)为向前直线行走、GS(4)与FS(4,R(4))；机器人从障碍物的左边绕行未成功，转步骤C102；
C102.退行回到绕行起点：系统根据所述的绕行信息生成退行信息；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点；其中：退行信息是所述的采集点数量T和退行采集点t的导航信息，t＝1,2,…T；退行采集点t的导航信息是退行采集点编号t、Mb(t,W(t))、GSb(t)与FSb(t,R(t))，Mb(t)是机器人从退行采集点t+1向退行采集点t行走的行走模式；系统根据所述的绕行信息生成退行信息是指系统设置GSb(t)＝GS(t)、FSb(t,R(t))＝FS(t,R(t))、Mb(t,W(t))取M(t,W(t))相反的行走模式，t＝1,2,…,T；向前直线行走与向后直线行走互为相反行走模式，向前左转行走与向后右转行走互为相反行走模式，向前右转行走与向后左转行走互为相反行走模式；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点是指系统根据所述的退行采集点t+1导航信息和退行采集点t导航信息控制机器人从退行采集点t+1自主向退行采集点t行走；t的取值顺序是T-1,T-2,…,1；本例中，系统根据所述的绕行信息生成的退行信息是采集点数量4、退行采集点1的导航信息：退行采集点编号1、Mb(1,0)为向后直线行走、GSb(1)＝GS(1)与FSb(1,R(1))＝FS(1,R(1))；退行采集点2的导航信息：退行采集点编号2、Mb(2,90°)为向后右转90度行走、GSb(2)＝GS(2)与FSb(2,R(2))＝FS(2,R(2))；退行采集点3的导航信息：退行采集点编号3、Mb(3,0)为向后直线行走、GSb(3)＝GS(3)与FSb(3,R(3))＝FS(3,R(3))；退行采集点4的导航信息是退行采集点编号4、Mb(4,0)为向后直线行走、GSb(4)＝GS(4)与FSb(4,R(4))＝FS(4,R(4))；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点，行走的次序是系统根据退行采集点4导航信息和退行采集点3导航信息控制机器人从退行采集点4自主向退行采集点3行走，系统根据退行采集点3导航信息和退行采集点2导航信息控制机器人从退行采集点3自主向退行采集点2行走，系统根据退行采集点2导航信息和退行采集点1导航信息控制机器人从退行采集点2自主向退行采集点1行走；
C103.从另一边绕行障碍物：系统在绕行起点从障碍物的另一边进行绕行，绕行中生成绕行信息，如果机器人绕行成功，转步骤C105；否则，转步骤C104；本例中，系统控制机器人从障碍物的右边进行绕行，机器人从障碍物的右边绕行成功，转步骤C105；
C104.退行回到绕行起点：系统根据所述的绕行信息生成退行信息；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点；系统控制机器人停止行走并提示有障碍物；
C105.得到绕行终点：系统在i∈[j,I]范围内得到点P，点P即为绕行终点，j是采集点编号；系统置j＝P-1；绕行结束，转步骤C11；本例中，系统在i∈[21,100]范围内得到点P＝28，系统置j＝28-1＝27，转步骤C11；
C11.到达采集点判断：系统根据所述的图像匹配的结果判断机器人是否到达采集点j+1；如果机器人未到达采集点j+1，转步骤C7；否则转步骤C12；本例中，避障处理机器人绕行障碍物后机器人到达采集点j+1＝27+1＝28，转步骤C12；
C12.增加采集点编号：系统对采集点编号值j加1；如果j≥J结束自主行走；否则j＜J转步骤C7。本例中，如果j≥56结束自主行走；否则j＜56转步骤C7。
Claims (4)
1.一种机器人自主行走的方法，其特征在于：该方法采用机器人系统，该系统包括能行走的机器人，在机器人上安装有处理机和图像采集设备；处理机包括处理器、存储设备、输入设备和输出设备，处理机装有操作系统和应用程序；具体步骤如下：
A．生成导航信息；步骤如下：
A1. 赋采集点编号i初值：系统赋采集点编号初值i=1；
A2. 接收输入信息：系统接收输入信息；
A3. 结束行走判断：如果系统收到结束行走的信息，系统控制机器人停止行走，转步骤A8；否则转步骤A4；
A4. 机器人行走：如果系统没有收到过任何行走信息，或者系统收到停止行走信息，系统控制机器人停止行走；如果系统收到行走信息，系统依据收到行走信息中的行走模式控制机器人进行行走；如果系统收到过行走信息，在系统没有收到改变行走信息前，系统依据原来的行走模式控制机器人进行行走；所述的行走是指直线行走、旋转行走，直线行走是指向前直线行走、向后直线行走，旋转行走是指左转行走、右转行走，左转行走是指向前左转行走、向后左转行走，右转行走是指向前右转行走、向后右转行走；所述的行走模式是机器人行走的模式；
A5. 生成采集点i判断：到达行走距离，或者系统首次收到机器人行走信息，或者系统收到改变机器人行走模式的信息，转步骤A6；否则，转步骤A2；所述的到达行走距离是指机器人行走的距离≥系统设定的采集点之间的距离，机器人行走的距离是指机器人从前一个采集点到目前机器人位置之间的距离；测量机器人行走的距离是用测量距离的方法测量机器人行走的距离；
A6. 生成采集点i导航信息：系统生成采集点i导航信息；采集点i导航信息是采集点编号i、M(i,W(i))、GS(i)与FS(i,R(i))；其中，M(i,W(i))是机器人从采集点i向采集点i+1行走的行走模式；W(i)是机器人旋转行走的旋转量，如果机器人直线行走W(i)=0；GS(i)是系统在采集点i读取的图像；FS(i,R(i))是GS(i)的匹配数据，R(i)=1,2，…,N(i)，N(i)是图像GS(i)中匹配数据的数量；匹配数据是指图像匹配所需的数据；
A7. 增加采集点编号i：系统对采集点编号i加1；转步骤A2；
A8. 结束处理：系统置I=i；系统生成采集点I导航信息；I是行走路线上采集点的数量，行走路线是机器人行走所形成的路线；
A9. 生成导航信息：系统用所述的采集点数量I和所述的采集点i的导航信息，i=1，2,…,I，生成导航信息；
A10. 存储导航信息：系统存储所述的导航信息；
B. 设置标注点；步骤如下：
B1. 取出导航信息：系统取出所述的导航信息；
B2. 设置标注点：操作者依据所述的行走路线上的采集点设置M个标注点；系统按照标注点与所述的采集点读取图像的位置最接近，将这M个标注点设置为标注点m，标注点m分别与采集点im读取图像的位置最接近；其中，m是标注点的编号，im是采集点的编号，m=1,2,…,M，im=i1,i2,…,iM，1≤M≤I；
B3. 存储标注点信息：系统存储所述的标注点信息；标注点信息是指所述的标注点数量M和标注点m信息，m=1,2,…,M，M≥1；其中，标注点m信息是标注点编号m、标注点m对应的采集点编号im；对应是指标注点m与采集点im读取图像的位置最接近；
C. 自主行走：步骤如下：
C1. 取出信息：系统取出所述的导航信息和所述的标注点信息；
C2. 设定行走路线：根据需要操作者设定机器人从标注点s行走到标注点e的路线，s≠e；
C3. 确定初始点d：系统在i∈[1,I]范围内得到点P，点P即为初始点d；
C4. 形成导航数据：系统根据所述的初始点d和所述的设定行走路线，形成自主行走的路线为从初始点d到标注点s，再从标注点s到标注点e；并对应该路线生成自主行走的导航采集点，这些采集点的编号依次为d,d+1,d+2,…,js,js+1,…,je，共J个采集点；其中：js是标注点s的采集点编号，je是标注点e的采集点编号；
C5. 赋采集点编号j初值：系统赋采集点编号初值j=d；
C6. 初始点位置判断：如果初始点d是标注点s，转步骤C12；否则转步骤C7；
C7. 自主行走：系统根据所述的采集点j导航信息和采集点j+1导航信息控制机器人从采集点j自主向采集点j+1行走；
C8. 图像匹配：图像匹配的步骤如下：
C81.读取图像：系统读取机器人所在位置的图像GA；
C82.得到匹配数据：系统对图像GA进行处理得到匹配数据FA(R)，R=1,2，…,N，N是图像GA中匹配数据的数量；
C83.图像匹配: 系统用匹配数据FA(R)与匹配数据FS(j+1,R(j+1))进行图像匹配处理；
C9. 调节行走：系统根据所述的图像匹配的结果，如果发现机器人行走中向右偏离行走路线，系统调节机器人按行走方向左转行走；如果发现机器人行走中向左偏离行走路线，系统调节机器人按行走方向右转行走；行走方向是指行走方向向前，或行走方向向后；
C10. 避障处理：在机器人行走中，系统发现障碍物，系统控制机器人停止行走并提示有障碍物，或系统控制机器人绕行障碍物；其中，发现障碍物是指系统通过测量机器人与物体之间距离的方法发现障碍物，或者系统用图像匹配发现障碍物；系统用图像匹配发现障碍物是指系统读取机器人所在位置的图像GA，系统用图像GA与图像GS(n)进行图像匹配处理，根据图像匹配的结果发现障碍物，n是采集点编号，D+j≥n≥j，D≥0，j是采集点的编号；系统控制机器人绕行障碍物的步骤如下：
C101. 从一边绕行障碍物：系统控制机器人从障碍物的一边绕行，绕行中生成绕行信息；如果机器人绕行成功，转步骤C105；否则，转步骤C102；其中：绕行信息是指机器人绕行中系统生成的采集点数量T和采集点t的导航信息，t=1,2,…T；采集点t导航信息是采集点编号t、M(t,W(t))、GS(t)与FS(t,R(t))；绕行采集点t导航信息是系统在绕行起点生成的导航信息，或到达行走距离生成的导航信息，或系统控制机器人绕行改变机器人行走模式时生成的导航信息，或系统在绕行终点生成的导航信息；
C102. 退行回到绕行起点：系统根据所述的绕行信息生成退行信息；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点；其中：退行信息是所述的采集点数量T和退行采集点t的导航信息，t=1,2,…T；退行采集点t的导航信息是退行采集点编号t、Mb(t,W(t))、GSb(t)与FSb(t,R(t))，Mb(t)是机器人从退行采集点t+1向退行采集点t行走的行走模式；系统根据所述的绕行信息生成退行信息是指系统设置GSb(t)=GS(t)、FSb(t,R(t))=FS(t,R(t))、Mb(t,W(t))取M(t,W(t))相反的行走模式，t=1,2,…,T；向前直线行走与向后直线行走互为相反行走模式，向前左转行走与向后右转行走互为相反行走模式，向前右转行走与向后左转行走互为相反行走模式；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点是指系统根据所述的退行采集点t+1导航信息和退行采集点t导航信息控制机器人从退行采集点t+1自主向退行采集点t行走；t的取值顺序是T-1,T-2,…,1；
C103. 从另一边绕行障碍物：系统在绕行起点从障碍物的另一边进行绕行，绕行中生成绕行信息，如果机器人绕行成功，转步骤C105；否则，转步骤C104；
C104. 退行回到绕行起点：系统根据所述的绕行信息生成退行信息；系统根据退行信息控制机器人按原绕行路线退回到绕行起点；系统控制机器人停止行走并提示有障碍物；
C105. 得到绕行终点：系统在i∈[j,I]范围内得到点P，点P即为绕行终点，j是采集点编号；系统置j=P-1；绕行结束，转步骤C11；
C11. 到达采集点判断：系统根据所述的图像匹配的结果判断机器人是否到达采集点j+1；如果机器人未到达采集点j+1，转步骤C7；否则转步骤C12；
C12. 增加采集点编号：系统对采集点编号值j加1；如果j≥J结束自主行走；否则j＜J转步骤C7。
2.根据权利要求1所述的机器人自主行走的方法，其特征在于：所述的图像匹配是指系统用图像匹配算法对两幅图像分别进行处理得到这两幅图像的匹配数据，分析这两幅图像匹配数据的对应关系、相似性与一致性，得到图像匹配的结果是：这两幅图像相对缩放量、这两幅图像相对旋转量、这两幅图像相对平移量、这两幅图像的相同目标、这两幅图像相同目标的相对旋转量、这两幅图像相同目标的相对平移量、这两幅图像的不同目标；匹配数据是指灰度数据，或者特征数据，或者灰度数据与特征数据。
3.根据权利要求1所述的机器人自主行走的方法，其特征在于：步骤C3中，所述的系统在i∈[Si,Ei]范围内得到点P是指系统读取在行走路线上机器人所在位置的图像GA，并对图像GA进行处理得到匹配数据FA(R)，R=1,2，…,N，N是图像GA中匹配数据的数量；系统用所述的FS(i,R(i))和FA(R)逐一进行图像匹配，i=Si,Si+1,…,Ei，从图像GS(i)中找到与图像GA对应图像GS(d)，对应图像的读取位置即为点P，P是采集点的编号；图像GS(P)与图像GA为对应图像是指在导航信息的图像GS(i)中图像GS(P)与图像GA读取图像的位置最接近。
4.根据权利要求1所述的机器人自主行走的方法，其特征在于：所述的绕行是指通过测量距离的方法测量机器人与障碍物的距离，系统控制机器人使机器人与障碍物保持一定的距离围绕障碍物行走。
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