CN107702715B - 一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法 - Google Patents

一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法 Download PDF

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Abstract

一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，包括测量室内环境特征数据的步骤、将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤，由人工测量室内环境的特征数据，室内环境的特征数据包括室内的长度、宽度、固定障碍物的位置，然后将室内平面平均分格，将每一格作为一个地图计算点，根据测量得到的数据和预设的地图分辨率编制地图的二维数组。本发明可人工方便设计地图，适用于室内商业环境，基于该地图可实现机器人路径规划与自主导航、自主避障功能，利用二维数组存储地图，数据量小，对机器人硬件要求低，不需要SLAM激光雷达，降低成本，地图信息不仅限于无障碍与有障碍两种状态，可设置为更多状态。

Description

一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法
技术领域:
本发明涉及物理领域，尤其涉及测量技术，特别是一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法。
背景技术：
室内服务机器人的应用正逐步扩大。建立机器人所处的室内地图是机器人实现自主导航的前提。中国专利CN201310009149.1公开了一种机器人自主导航用数字地图建立方法，这种数字地图建立方法基于栅格状地图方式，通过2D激光雷达实时地采集机器人所处的环境信息，进行环境特征提取，对采集的信息利用SLAM技术进行栅格地图的创建，得到全局环境栅格地图；所述的全局环境栅格是指障碍物栅格标记为1(有障碍)，空白栅格标记为0(无障碍)，机器人在运动在根据地图信息以及自身SLAM传感器进行导航。该方法自主性好，但对机器人要求较高，需要配备昂贵的激光雷达，且其电子地图只能有1(有障碍)/0(无障碍)状态，表征的环境特征有限。
发明内容：
本发明的目的是提供一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，所述的这种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法要解决现有技术中机器人自主导航地图依赖于激光雷达、地图表示的环境特征有限的技术问题。
本发明的这种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，包括一个测量室内环境特征数据的步骤，以及一个将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤，其中，在所述的测量室内环境特征数据的步骤中，由人工测量室内环境的特征数据，所述的室内环境的特征数据包括室内的长度、宽度、固定障碍物的位置，然后将室内平面平均分格，将每一格作为一个地图计算点，根据测量得到的数据和一个预设的地图分辨率编制地图的二维数组MAP[m][n]，其中，MAP为数组名称，m表示行，n表示列，任意一个所述的地图计算点均为所述的数组MAP中的一个元素，所述的元素包括有可以通行、不可通行、起始位置和可以进行坐标校准的四种类型，并分别用数字0、1、3和4来表示上述四种元素类型，在将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤完成之后，利用机器人在行走过程中检测当前位置是否有障碍或者是位置校正点，在遇到障碍时将当前位置标记为临时障碍，标记后机器人重新规划避开该临时障碍的路线通过，机器人在通过该障碍后将该临时障碍对应的数组元素重新标记为可以通行类型，机器人检测当前位置是位置校正点时，进行位置校正，将该位置校正点对应的数组元素重新标记。，
进一步，每一格的宽度和长度均为0.5米。
本发明与现有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明提供了一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，可人工方便设计地图，适用于室内商业环境，基于该地图可实现机器人路径规划与自主导航、自主避障功能，利用二维数组存储地图，数据量小，对机器人硬件要求低，不需要SLAM激光雷达，降低成本，地图信息不仅限于0(无障碍)与1(有障碍)两种状态，可设置为更多状态。
附图说明
图1是本发明一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法的一个实施例中的地图示意图。
具体实施方式：
实施例1
如图1所示，本发明的室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，包括一个测量室内环境特征数据的步骤，以及一个将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤，其中，在所述的测量室内环境特征数据的步骤中，由人工测量室内环境的特征数据，所述的室内环境的特征数据包括室内的长度、宽度、固定障碍物的位置，然后将室内平面平均分格，将每一格作为一个地图计算点，根据测量得到的数据和一个预设的地图分辨率编制地图的二维数组MAP[m][n]，其中，MAP为数组名称，m表示行，n表示列，任意一个所述的地图计算点均为所述的数组MAP中的一个元素，所述的元素包括有可以通行、不可通行、起始位置和可以进行坐标校准的四种类型，并分别用数字0、1、3和4来表示上述四种元素类型，在将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤完成之后，利用机器人在行走过程中检测当前位置是否有障碍或者是位置校正点，在遇到障碍时将当前位置标记为临时障碍，标记后机器人重新规划避开该临时障碍的路线通过，机器人在通过该障碍后将该临时障碍对应的数组元素重新标记为可以通行类型，机器人检测当前位置是位置校正点时，进行位置校正，将该位置校正点对应的数组元素重新标记。，
进一步，每一格的宽度和长度均为0.5米。
具体的，在实施例1中，将机器人要工作的室内环境按照A(米)×B(米)的平方进行平均分格，形成坐标为(n,n)的地图，一般情况下，取A＝B，这样一格一格均为正方形小格，如果取A＝B＝0.5，室内空间大小为长12米，宽9米，则组成如图1所示的栅格状数字地图。每1个小方格代表1个地图计算点，在二维数组中占有一个点，可以作为一个单独的点进行功能定义，也可以作为路径规划中的一个独立点。
如设定图中圆圈为机器人起始位置，定义其中坐标系统的(0，0)点，定义小方框为边长为0.5米的正方形，斜线区域是大厅内的椅子或者柱子位置，为不可通行状态。虚线框区域为机器人常用站立位置，其它方格都为机器人可通行区域，在不可通行区域和常用站立位置，均可设置机器人可识别的标识，对机器人进行位置校正。机器人可根据地图进行路径规划与导航，如果在可通行点遇到障碍，则标记为临时障碍，标记后机器人可重新规划避开该临时障碍的路线通过，通过后将临时障碍取消，重新标记为可通行点。红色圆点为机器人起始位置与充电位置。该地图仅为示意图，具体每个室内的地图需根据实际情况调整。则图1中所示的数字地图可以表示为二维数组为：
MAP[18][24]＝
{
{3,4,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//1
{4,4,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//2
{4,4,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//3
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//4
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//5
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,4,4,4,0,0},//6
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,4,4,4,0,0},//7
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,4,4,4,0,0},//8
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0},//9
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//10
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//11
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0},//12
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0},//13
{0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,4,4,4,0,0},//14
{0,4,4,4,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,4,4,4,0,0},//15
{0,4,4,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,4,4,4,0,0},//16
{0,4,4,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//17
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},//18
}；
在MAP数组中，如果MAP[m][n]的值表示相对于起始点位置，(m*0.5,n*0.5)处的0.5米乘0.5米的正方形内的状态：
MAP[m][n]＝0：表示可以通行；
MAP[m][n]＝1，表示不可通行；
MAP[m][n]＝3，表示起始位置；
MAP[m][n]＝4，表示可以进行坐标校准；
MAP[m][n]＝*，其它需要表征量；
在完成服务环境数字地图二维数组的设计后，则可以通过机器人外部通信接口或者进行程序更新的方式，将该数组存储于机器人内部，供机器人在工作时使用。
机器人在环境中工作时，可以根据实际工作情况，对地图中的状态进行重新标定，丰富地图的信息，机器人自身中心坐标如果在1个小方格内，则状态对应地图中的值为小方格中心点的地图信息。

Claims (2)

1.一种室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，包括一个测量室内环境特征数据的步骤，以及一个将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤，其特征在于：在所述的测量室内环境特征数据的步骤中，由人工测量室内环境的特征数据，所述的室内环境的特征数据包括室内的长度、宽度、固定障碍物的位置，然后将室内平面平均分格，将每一格作为一个地图计算点，根据测量得到的数据和一个预设的地图分辨率编制地图的二维数组MAP[m][n]，其中，MAP为数组名称，m表示行，n表示列，任意一个所述的地图计算点均为所述的数组MAP中的一个元素，所述的元素包括有可以通行、不可通行、起始位置和可以进行坐标校准的四种类型，并分别用数字0、1、3和4来表示上述四种元素类型，在将上述数据输入到机器人内置存贮器的步骤完成之后，利用机器人在行走过程中检测当前位置是否有障碍或者是位置校正点，在遇到障碍时将当前位置标记为临时障碍，标记后机器人重新规划避开上述临时障碍的路线通过，机器人在通过上述临时障碍后将上述临时障碍对应的数组元素重新标记为可以通行类型，机器人检测当前位置是位置校正点时，进行位置校正，将该位置校正点对应的数组元素重新标记。
2.如权利要求1所述的室内服务机器人自主导航用数字地图建立方法，其特征在于：每一格的宽度和长度均为0.5米。
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