CN106767750B - 一种用于智能机器人的导航方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于智能机器人的导航方法及系统，其中，该方法包括：环境信息采集步骤，在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息，其中，参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息；地图构建步骤，根据参考环境信息构建导航地图；导航步骤，在需要进行导航时，利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到实时环境信息，基于导航地图，根据实时环境信息对智能机器人进行导航。利用本方法，在存在强光照射时，智能机器人的对应方面将不会受到影响，这样分布在这一区域上的图像采集装置也就可以正常采集到所需要的环境特征信息，从而能够实现对智能机器人的正常导航。

Description

一种用于智能机器人的导航方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说，涉及一种用于智能机器人的导航方法及系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，信息技术、计算机技术以及人工智能技术的引入，机器人的研究已经逐步走出工业领域，逐渐扩展到了医疗、保健、家庭、娱乐以及服务行业等领域。

在机器人的日常应用中，机器人往往需要在无人控制的状态下在某一空间内行进，如果机器人无法按照合理的路径行进，那么机器人则无法有效地穿过该空间或在该空间内进行有效巡游。因此，如何有效地为机器人提供导航是亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于智能机器人的导航方法，其包括：

环境信息采集步骤，在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息，其中，所述参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息；

地图构建步骤，根据所述参考环境信息构建导航地图；

导航步骤，在需要进行导航时，利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到实时环境信息，基于所述导航地图，根据所述实时环境信息对智能机器人进行导航。

根据本发明的一个实施例，在所述环境信息采集步骤中，在智能机器人行进过程中，还利用多方向的测距传感器进行信息采集，得到参考距离信息，在所述地图构建步骤中，根据所述参考环境信息和参考距离信息构建导航地图。

根据本发明的一个实施例，在所述导航步骤中，还利用测距传感器获取实时距离信息，并基于所述导航地图，根据所述实时环境信息和实时距离信息对智能机器人进行导航。

根据本发明的一个实施例，所述图像采集装置为图像传感器，图像传感器与对应的测距传感器配置为分别采集环境中同一位置处的环境特征和距离特征。

根据本发明的一个实施例，在所述环境信息采集步骤中，还利用地磁传感器采集所述智能机器人的参考姿态信息，在所述地图构建步骤中，还结合所述参考姿态信息构建所述导航地图。

根据本发明的一个实施例，还利用地磁传感器采集所述智能机器人的实时姿态信息，并基于所述导航地图，结合所述实时姿态信息对智能机器人进行导航。

本发明还提供了一种用于智能机器人的导航系统，其包括：

环境信息采集模块，其用于在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息，其中，所述参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息；

地图构建模块，其用于根据所述参考环境信息构建导航地图；

导航模块，其用于在需要进行导航时，利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到实时环境信息，基于所述导航地图，根据所述实时环境信息对智能机器人进行导航。

根据本发明的一个实施例，所述环境信息采集模块配置为在智能机器人行进过程中，还利用多方向的测距传感器进行信息采集，得到参考距离信息，

所述地图构建模块配置为根据所述参考环境信息和参考距离信息构建导航地图。

根据本发明的一个实施例，所述导航模块配置为还利用测距传感器获取实时距离信息，并基于所述导航地图，根据所述实时环境信息和实时距离信息对智能机器人进行导航。

根据本发明的一个实施例，所述图像采集装置为图像传感器，图像传感器与对应的测距传感器配置为分别采集环境中同一位置处的环境特征和距离特征。

根据本发明的一个实施例，所述环境信息采集模块配置为还利用地磁传感器采集所述智能机器人的参考姿态信息，

所述地图构建模块配置为还结合所述参考姿态信息构建所述导航地图。

根据本发明的一个实施例，所述导航模块配置为还利用地磁传感器采集所述智能机器人的实时姿态信息，并基于所述导航地图，结合所述实时姿态信息对智能机器人进行导航。

对于智能机器人所配置的用于采集环境信息的图像采集装置来说，如果其仅仅能够采集某一方向的图像信息的话，在该方向上存在强光照射的情况下该图像采集装置将无法实现有效图像信息的采集，即图像采集装置由于收到强光干扰而无法正常工作。

针对这一情况，本发明所提供的用于智能机器人的导航方法利用多方向的图形采集装置来获取参考环境信息和实时环境信息，通过该图像采集装置来采集多个不同方向上的环境特征信息。当存在强光照射时，智能机器人的对应方面将不会受到影响，这样分布在这一区域上的图像采集装置也就可以正常采集到所需要的环境特征信息，从而能够实现对智能机器人的正常导航。

本发明所提供的方法在实施例一所描述的方法的基础上，还利用距离信息来对采集得到的环境信息进行比例修正，这样用于进行导航匹配的参考环境信息和实时环境信息也就能够更加准确，从而有助于提高导航的准确性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的用于智能机器人的导航方法的实现流程示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的用于智能机器人的导航方法的实现流程示意图；

图3是根据本发明又一个实施例的用于智能机器人的导航方法的实现流程示意图；

图4是根据本发明一个实施例的用于智能机器人的导航装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一：

图1示出了本实施例所提供的用于智能机器人的导航方法的实现流程示意图。

本实施例所提供的方法利用导航地图来对智能机器人进行导航，因此也就需要首先进行导航地图的构建。具体地，如图1所示，该方法在步骤S101中在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置来进行信息采集，从而得到参考环境信息。其中，参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息，其能够表征智能机器人所处位置不同方向上的环境特征。

本实施例中，该方法在步骤S101中进行信息采集所使用的图像采集装置优选地为图像传感器，这些图像传感器分别设置在智能机器人的不同位置处，以用于对不同方向上的物体进行图像采集。当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以通过其他合理方式来采集上述参考环境信息，本发明不限于此。

在得到上述参考环境信息后，该方法会在步骤S102中根据步骤S101中所得到的参考环境信息构建导航地图。由于导航地图中包含了步骤S101中采集得到的参考环境信息，因此其也就能够表征机器人到达某一位置后所能够获取到的环境特征信息。而利用该导航地图也就可以对智能机器人的实际行径过程进行导航。

具体地，如图1所示，在步骤S103中，在需要进行导航时，该方法利用上述多方向的图像采集装置来进行信息采集，从而得到实时环境信息。该实时环境信息所表征的是智能机器人在实际行进过程中所采集得到的特征信息，通过将该实时环境信息与导航地图中的参考环境信息进行匹配，也就可以实现对智能机器人的导航。因此，该方法在步骤S104中基于步骤S102中所构建得到的导航地图，根据步骤S103中所采集得到的实时环境信息来实现对智能机器人的导航。

对于智能机器人所配置的用于采集环境信息的图像采集装置来说，如果其仅仅能够采集某一方向的图像信息的话，在该方向上存在强光照射的情况下该图像采集装置将无法实现有效图像信息的采集，即图像采集装置由于受到强光干扰而无法正常工作。

针对这一情况，本实施例所提供的用于智能机器人的导航方法利用多方向的图形采集装置来获取参考环境信息和实时环境信息，通过该图像采集装置来采集多个不同方向上的环境特征信息。当存在强光照射时，智能机器人的对应方面将不会受到影响，这样分布在这一区域上的图像采集装置也就可以正常采集到所需要的环境特征信息，从而能够实现对智能机器人的正常导航。

实施例二：

图2示出了本实施例所提供的用于智能机器人的导航方法的实现流程示意图。

如图2所示，本实施例所提供的方法首先在步骤S201中在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息。需要指出的是，本实施例中，步骤S201的实现原理以及实现过程与上述实施例一中步骤S101所涉及的内容类似，故在此不再对步骤S201的相关内容进行赘述。

在获取上述参考环境信息的过程中，该方法还会在步骤S202中利用多方向的测距传感器来进行信息采集，从而得到参考距离信息。其中，该方法在步骤S202中进行信息采集所使用的距离传感器分别分布在智能机器人的不同位置处，这样该方法也就能够采集得到智能机器人不同方向上的距离信息。

本实施例中，优选地，对于图像传感器来说，其与对应的测距传感器配置为分别采集环境中同一位置处的的环境特征。例如，图像传感器A_1和对应的测距传感器B_1设置在智能机器人的同一位置C_1处并用于采集同一方向D_1上的信息，图像传感器A_2和对应的测距传感器B_2设置在智能机器人的同一位置C_2处并用于采集同一方向D_2上的信息。

由于图像传感器和测距传感器的信息采集过程是同时进行的，因此，本实施例中，在智能机器人行进过程中，该方法利用多方向的图像采集装置采集得到参考环境信息的同时，利用多方向的测距传感器采集得到参考距离信息，该参考距离信息即表示图像采集装置采集得到的参考环境信息距离智能机器人的距离。

在得到上述参考环境信息和参考距离信息后，如图2所示，该方法会在步骤S203中根据上述参考环境信息和参考距离信息构建导航地图。由于导航地图中包含了智能机器人行进过程所能够获取到的环境特征信息，因此在得到导航地图后，该方法也就可以利用该导航地图对智能机器人的实际行进过程进行导航。

具体地，如图2所示，该方法在步骤S204中分别利用上述图像采集装置和测距传感器分别采集实时环境信息和实时距离信息，并在步骤S205中基于步骤S203所构建得到的导航地图来根据上述实时环境信息和实时距离信息对智能机器人进行导航。

具体地，对于图像采集装置来说，由于其在距离某一物体不同距离处所采集得到的图像在大小和比例上是存在差异地，因此，本实施例中，为了更加准确地对智能机器人进行导航，该方法在步骤S205中首先利用实时距离信息和参考距离信息计算得到距离比例，并根据该距离比例对所获取到的实时环境信息进行比例缩放，再将缩放后的实时环境信息与参考环境信息进行匹配，以此来对智能机器人进行导航。

从上述描述中可以看出，本实施例所提供的方法在实施例一所描述的方法的基础上，还利用距离信息来对采集得到的环境信息进行比例修正，这样用于进行导航匹配的参考环境信息和实时环境信息也就能够更加准确，从而有助于提高导航的准确性。

实施例三：

图3示出了本实施例所提供的用于智能机器人的导航方法的实现流程示意图。

如图3所示，本实施例所提供的方法首先在步骤S301中在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息。需要指出的是，本实施例中，步骤S301的实现原理以及实现过程与上述实施例一中步骤S101所涉及的内容类似，故在此不再对步骤S301的相关内容进行赘述。

在获取上述参考环境信息的过程中，该方法还会在步骤S302中利用多方向的测距传感器来进行信息采集，从而得到参考距离信息，并且在步骤S303中利用地磁传感器来采集智能机器人的对应时刻的参考姿态信息。其中，该方法在步骤S302中进行信息采集所使用的距离传感器分别分布在智能机器人的不同位置处，这样该方法也就能够采集得到智能机器人不同方向上的距离信息。

在得到上述参考环境信息、参考距离信息和参考姿态信息后，该方法在步骤S304中根据上述参考环境信息、参考距离信息和参考姿态信息构建导航地图。

在需要对智能机器人进行导航时，如图3所示，该方法会在步骤S305中利用多方向的图像采集装置、多方向的测距传感器和地磁传感器分别采集实时环境信息、实时距离信息和实时姿态信息，并在步骤S306中基于步骤S304中所构建得到的导航地图，根据上述实时环境信息、实时距离信息和实时姿态信息对智能机器人进行导航。

当图像采集装置在获取某一物体的图像时，其从不同方向上所获取到的图像中该物体会存在一定形变，而这种形变会给后期的数据处理带来干扰，因此本实施例中，该方法在实施例二所提供方法的基础上，还利用姿态信息对采集得到的环境信息进行修正，从而消除上述形变对导航的影响。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以仅利用多方向的图像采集装置所采集得到的环境信息和地磁传感器所采集到的智能机器人的姿态信息来对智能机器人进行导航，本发明不限于此。

本发明还提供了一种新的用于智能机器人的导航系统，图4示出了本实施例中该系统的结构示意图。

如图4所示，本实施例所提供的用于智能机器人的导航系统优选地包括：环境信息采集模块401、地图构建模块402和导航模块403。其中，环境信息采集模块401用于在地图构建阶段利用多方向的图像采集装置进行信息采集，从而得到参考环境信息。其中，上述参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息。

在得到上述参考环境信息后，环境信息采集模块401会将上述参考环境信息传输至与之连接的地图构建模块402。地图构建模块402在接收到上述参考环境信息后，会根据上述参考环境信息构建导航地图。

在智能机器人实际行进过程中，当需要进行导航时，导航模块403会利用多方向的图像采集装置进行信息采集，从而得到实时环境信息。在得到上述实时环境信息后，导航模块403会基于地图构建模块402所传输来的导航地图来根据上述实时环境信息对智能机器人进行导航。

需要指出的是，本实施例中，环境信息采集模块401、地图构建模块402以及导航模块403实现其各自功能的具体原理以及过程与上述实施例一中步骤S101至步骤S104所涉及的内容类似，故在此不再对其进行赘述。

当然，在本发明的其他实施例中，环境信息采集模块401还可以包括多方向的测距传感器和/或地磁传感器。利用多方向的测距传感器，环境信息采集模块401可以在导航地图构建阶段测量得到相应的参考距离信息。利用地磁传感器，环境信息采集模块401可以在导航地图构建阶段测量得到相应的参考姿态信息。

除了参考环境信息外，环境信息采集模块401还会将采集得到的参考距离信息和/或参考姿态信息传输至地图构建模块402，这样地图构建模块402也就可以根据参考环境信息以及参考距离信息和/或参考姿态信息构建出导航地图。

在智能机器人实际行进过程中，当需要进行导航时，导航模块403会基于地图构建模块402构建得到的导航地图，根据采集得到的实时环境信息以及实时距离信息和/或实时姿态信息来对智能机器人进行导航。

需要指出的是，与上述内容相对应地，环境信息采集模块401、地图构建模块402以及导航模块403实现其各自功能的具体原理以及过程既可以如图2所示，也可以如图3所示，抑或是采用其他合理方式来实现，本发明不限于此。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (2)

1.一种用于智能机器人的导航方法，其特征在于，包括：

环境信息采集步骤，在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息，其中，所述参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息，还利用地磁传感器采集所述智能机器人的参考姿态信息，还利用多方向的测距传感器进行信息采集，得到不同方向上的参考距离信息，该参考距离信息表示图像采集装置采集得到的参考环境信息距离智能机器人的距离；图像采集装置与对应的测距传感器配置为分别采集环境中同一位置处的环境特征和距离特征；

地图构建步骤，根据所述参考环境信息、参考距离信息和所述参考姿态信息构建导航地图；

导航步骤，在需要进行导航时，利用多方向的图像采集装置、多方向的测距传感器和地磁传感器分别采集实时环境信息、实时距离信息和实时姿态信息；利用实时距离信息和参考距离信息计算得到距离比例，并根据该距离比例对所获取到的实时环境信息进行比例缩放，再将缩放后的实时环境信息与参考环境信息进行匹配，最后利用所述实时姿态信息对所述实时环境信息进行修正，以消除所述实时环境信息中的形变，基于所述导航地图，根据修正后的所述实时环境信息对智能机器人进行导航。

2.一种用于智能机器人的导航系统，其特征在于，包括：

环境信息采集模块，其用于在智能机器人行进过程中利用多方向的图像采集装置进行信息采集，得到参考环境信息，其中，所述参考环境信息包括多个不同方向的环境特征信息，还用于利用地磁传感器采集所述智能机器人的参考姿态信息，还利用多方向的测距传感器进行信息采集，得到不同方向上的参考距离信息，该参考距离信息表示图像采集装置采集得到的参考环境信息距离智能机器人的距离；图像采集装置与对应的测距传感器配置为分别采集环境中同一位置处的环境特征和距离特征；

地图构建模块，其用于根据所述参考环境信息、参考距离信息和参考姿态信息构建导航地图；

导航模块，其用于在需要进行导航时，利用多方向的图像采集装置、多方向的测距传感器和地磁传感器分别采集实时环境信息、实时距离信息和实时姿态信息；利用实时距离信息和参考距离信息计算得到距离比例，并根据该距离比例对所获取到的实时环境信息进行比例缩放，再将缩放后的实时环境信息与参考环境信息进行匹配，最后利用所述实时姿态信息对所述实时环境信息进行修正，以消除所述实时环境信息中的形变，基于所述导航地图，根据修正后的所述实时环境信息对智能机器人进行导航。

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