CN108062098A - 智能机器人的地图构建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能机器人的地图构建方法，包括以下步骤：设定初始位置坐标；根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。使用本发明的地图构建方法的智能机器人，能够在用户的引导下，快速获得待进行地图构建的场所中各区域的坐标和命名，以及各区域之间的位置关系，从而快速获得该场所完整的地图。从而令初入新场所的智能机器人能够在最短时间内适应新场所，并快速进入工作状态。

Description

智能机器人的地图构建方法和系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种智能机器人的地图构建方法和系统。

背景技术

智能机器人初到陌生环境，首先需要构建该环境地图，然后才能够实现避障和导航等功能。现有的智能机器人地图构建方法为：首先选择初始位置，利用视觉系统采集当前图像，并根据该当前图像确定候选的探索方向；然后对每一个候选的探索方向进行探索，并在行进过程中实时更新拓扑地图，直至当前图像的所有候选方向均探索完毕；再驱动智能机器人向某一方向行进一段距离至第二位置，并根据已建立的拓扑地图从该位置返回初始位置，在此行进过程中，更新拓扑地图，以此重复，直至探索完毕所有未知环境。

由于现有的机器人地图构建方法需要机器人反复在该陌生环境中行进，因此需要较长的探索时间，其效率偏低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种智能机器人的地图构建方法，旨在解决现有的机器人地图构建方法效率偏低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种智能机器人的地图构建方法，该方法包括以下步骤：

设定初始位置坐标；

根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；

在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；

将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。

优选地，所述根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径的步骤包括：

接收用户输入的行进指令；

根据所述行进指令启动智能机器人的视觉系统，获取视场范围内图像信息判断可通行区域；

在识别到前方具有障碍物时控制智能机器人的运动系统改变行进路线。

优选地，所述在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并对该区域进行命名的步骤包括：

侦测视场范围内的无线定位标识；

在侦测到无线定位标识时，提示用户输入区域名称。

优选地，所述在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并对该区域进行命名的步骤包括：

实时获取用户输入的语音；

对用户输入的语音进行解析；

在解析到所述语音中包含区域定义指令时，记录所述区域的坐标并提示用户输入区域名称。

进一步地，在执行所有步骤之后还包括以下步骤：

在再次接收到用户的行进指令时，对用户身份进行识别；

根据身份识别结果记录目标人物的行进路径与位置坐标，计算目标人物在各区域内的活动频率；

按优先级保存用户的常在活动区域。

本发明还提出一种智能机器人的地图构建系统，包括：

初始位置设置模块，用于设定初始位置坐标；

控制模块，用于根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；

命名模块，用于在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；

建模模块，用于将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。

优选地，所述控制模块包括：

接收单元，用于接收用户输入的行进指令；

视觉系统控制单元，用于根据所述行进指令启动智能机器人的视觉系统，获取视场范围内图像信息判断可通行区域；

运动系统控制单元，在识别到前方具有障碍物时控制运动系统改变行进路线。

优选地，所述命名模块包括：

侦测单元，用于侦测视场范围内的无线定位标识；

第一提示单元，用于在侦测到无线定位标识时，提示用户输入区域名称。

优选地，所述命名模块包括：

语音输入单元，用于实时获取用户输入的语音；

语音解析单元，用于对用户输入的语音进行解析；

第二提示单元，用于在解析到所述语音中包含区域定义指令时，记录所述区域的坐标并提示用户输入区域名称。

进一步地，所述智能机器人的地图构建系统还包括：

身份识别模块，用于在再次接收到用户的行进指令时，对用户身份进行识别；

频率计算模块，用于根据身份识别结果记录目标人物的行进路径与位置坐标，计算目标人物在各区域内的活动频率；

存储模块，用于按优先级保存用户的常在活动区域。

本发明通过智能机器人在获取行进指令后行进并记录行进路径，同时在行进过程中对各区域进行命名；最后将各区域按先后顺序构建地图。使用本发明的地图构建方法的智能机器人，能够在用户的引导下，快速获得待进行地图构建的场所中各区域的坐标和命名，以及各区域之间的位置关系，从而快速获得该场所完整的地图。从而令初入新场所的智能机器人能够在最短时间内适应新场所，并快速进入工作状态。

附图说明

图1为本发明智能机器人的地图构建方法的流程图；

图2为本发明智能机器人的地图构建方法中步骤200的流程图；

图3为本发明智能机器人的地图构建方法中步骤300的流程图；

图4为本发明智能机器人的地图构建方法中步骤300的又一流程图；

图5为本发明智能机器人的地图构建系统一实施例的结构示意图；

图6为本发明智能机器人的地图构建系统又一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	初始位置设置模块	33	语音输入单元
2	控制模块	34	语音解析单元
				21	接收单元	35	第二提示单元
22	视觉系统控制单元	4	建模模块
				23	运动系统控制单元	5	身份识别模块
3	命名模块	6	频率计算模块
				31	侦测单元	7	存储模块
32	第一提示单元

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本发明提出一种智能机器人的地图构建方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤100：设定初始位置坐标；

步骤200：根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；

步骤300：在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；

步骤400：将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。

本发明实施例中，所述初始位置即所述智能机器人启动地图构建的出发点，该初始位置可以是待进行地图构建的场所中的任何一个位置，比如家中、办公场所或生产车间等场所当中的某个位置。

其中，所述语音行进指令指的是用户对所述智能机器人发出语音，如“跟我走”“过来”等语句，智能机器人获取该语音后提取其中关键字并进行识别，获取其中的行进指令后行进并记录行进路径。

所述无线遥控行进指令指的是用户通过与所述智能机器人无线连接的移动终端，发出相应的行进指令，比如在手机端通过方向控制键操控所述智能机器人向不同方向行进。

其中，所述区域指的是待进行地图构建的场所中的部分区域，比如办公场所的办公区、休息区、会议室等，各区域组合则构成完整的办公场所；所述区域定义标识设置在每一个区域内的某一特定位置，智能机器人可通过视觉或无线感应方式识别该区域定义标识；所述指令指的是用户向智能机器人发出的语音或无线指令，智能机器人提取其中关键字并进行识别，获取其中的区域定义指令，比如“这里是办公室”“这里是会议室”等语句。

智能机器人获得区域定义指令时，记录该区域坐标，同时，根据用户对该区域定义的名称，对该区域进行命名并保存，以供需要时提取。

智能机器人在行进过程中，按照其沿行进路径依次经过的区域的先后顺序将各区域进行排列和整理，将全部区域之间的位置关系进行建模，形成整体地图并保存。

使用本发明的地图构建方法的智能机器人，能够在用户的引导下，快速获得待进行地图构建的场所中各区域的坐标和命名，以及各区域之间的位置关系，从而快速获得该场所完整的地图。从而令初入新场所的智能机器人能够在最短时间内适应新场所，并快速进入工作状态。

此外，本发明中用户与智能机器人之间具有高互动性，类似于人类之间，某人向另一人介绍某场所的布景、熟悉各区域的位置和用途。因此，相比现有的机器人来说，所述智能机器人具有更高的人工智能，能够为用户提供更为人性化的服务。

在一较佳实施例中，如图2所示，所述步骤200包括：

步骤210：接收用户输入的行进指令；

步骤220：根据所述行进指令启动智能机器人的视觉系统，获取视场范围内图像信息判断可通行区域；

步骤230：在识别到前方具有障碍物时控制智能机器人的运动系统改变行进路线。即所述智能机器人根据视觉系统所获得的障碍物信息进行避障，绕开障碍物后继续前行。

在一较佳实施例中，如图3所示，所述步骤300包括以下步骤：

步骤310：侦测视场范围内的无线定位标识；

步骤320：在侦测到无线定位标识时，提示用户输入区域名称。

本发明实施例中，所述无线定位标识包括电子识别码、RFID电子标签等，智能机器人在识别侦测到该无线定位标识时，提示用户输入区域名称，用户可通过语音输入，或通过在智能机器人显示面板上手写输入，或通过移动终端输入。

在一较佳实施例中，如图4所示，所述步骤300包括以下步骤：

步骤330：实时获取用户输入的语音；

步骤340：对用户输入的语音进行解析；比如：用户发出语音“这是会议室”，则智能机器人获取该语音后，对该语音进行解析，识别得到其中指示关键字“这是”与名称关键字“室”，则表示该语音中包含区域定义指令。

步骤350：在解析到所述语音中包含区域定义指令时，记录所述区域的坐标并通过语音或文字显示方式提示用户输入区域名称，用户可通过语音输入，或通过在智能机器人显示面板上手写输入，或通过移动终端输入。

在一较佳实施例中，如图1所示，在执行所有步骤之后还包括以下步骤：

步骤500：在再次接收到用户的行进指令时，对用户身份进行识别；

步骤600：根据身份识别结果记录目标人物的行进路径与位置坐标，计算目标人物在各区域内的活动频率；

步骤700：按优先级保存用户的常在活动区域。

本发明实施例中，所述再次接收到用户的行进指令指的是，机器人完成对各区域命名和地图初步构建后，再一次接收到用户的行进指令，此时智能机器人已储存有地图，可自主完成避障和各区域识别功能。

所述智能机器人可选择通过接收声音、扫描面部特征或身形特征中的任意一种方式，从而对用户身份进行识别，确认用户身份之后，根据用户的行进指令，或者主动跟随该用户行进，此时，被跟随用户，为便于理解，以下均称之为目标人物。

每个人根据自己的生活或工作需要、以及习惯性行为，都会在某些区域内活动频率相对较高，本发明利用智能机器人跟随该用户行进，即时记录该用户的行进路径与位置坐标，并针对该用户所记录的行进路径与位置坐标创建相应的用户数据库，通过计算该用户数据库中所述目标人物的各行进路径与位置坐标所占的比率，从而分析出目标人物在各区域内的活动频率。

活动频率越高的区域，优先等级越高，当需要进行目标人物搜索时，所述智能机器人可根据该优先等级从高至低的顺序，依次对相应区域进行搜索，节约搜索时间。

本发明进一步还提出一种智能机器人的地图构建系统，如图5所示，该系统包括：

初始位置设置模块1，用于设定初始位置坐标；

控制模块2，用于根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；

命名模块3，用于在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；

建模模块4，用于将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。

由于本智能机器人的地图构建系统采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

在一较佳实施例中，如图5所示，所述控制模块2包括：

接收单元21，用于接收用户输入的行进指令；

视觉系统控制单元22，用于根据所述行进指令启动智能机器人的视觉系统，获取视场范围内图像信息判断可通行区域；

运动系统控制单元23，在识别到前方具有障碍物时控制运动系统改变行进路线。

本发明实施例中，所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令。与之对应地，所述接收单元21包括语音接收单元和无线接收单元。其中，所述语音接收单元包括麦克风阵列以及语音解析装置，所述麦克风收录用户发出的语音，并发送至语音解析装置，语音解析装置分析得出其中是否包含行进指令，包含行进指令的情况下，将该行进指令发送至视觉系统与运动系统。使用所述无线接收单元则需要用户通过向移动终端发送直接的行进指令或者语音，由移动终端将该语音转化为相应的行进指令，然后通过无线接收单元接收并将该行进指令发送至视觉系统与运动系统。

所述视觉系统控制单元22包括视觉相机设置在智能机器人四周的多个超声波探测单元、设置在智能机器人底部的红外探测单元和用于进行数据处理的数据处理芯片。所述超声波探测单元包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发射超声波探测信号，并由超声波接收器接收到探测信号的反射信号，数据处理芯片记录下探测信号的发射时间和反射信号的接收时间，由其中的时间差计算出智能机器人与附近物体和用户的方位和距离。当上述距离小于预设的安全距离时，则运动系统控制单元23控制所述智能机器人停止运动或者进行转弯规避。

所述红外探测单元设置在底部边缘，包括红外发射器和红外接收器，红外发射器可发出红外光线。数据处理芯片通过红外线的发射和接收之间的时间差可计算出智能机器人底面与地面的高度。当障碍物的高度超过该高度，则运动系统控制单元23控制智能机器人绕开该障碍物前行。当智能机器人遇到坡面或者坑洼地面，即智能机器人底面与地面的高度超过预设值时，则运动系统控制单元23控制智能机器人绕道而行。

在一较佳实施例中，如图5所示，所述命名模块3包括：

侦测单元31，用于侦测视场范围内的无线定位标识；

第一提示单元32，用于在侦测到无线定位标识时，提示用户输入区域名称。

本发明实施例中，所述无线定位标识包括电子识别码、RFID电子标签等，与所述无线定位标识相对应地，所述侦测单元31为识别码扫描仪或RFID读写器，若区域内设置电子识别码，则所述侦测单元31通过识别码扫描仪随该电子识别码进行识别，若区域内设置RFID电子标签，则当所述智能机器人进入该RFID电子标签所覆盖范围内，则RFID读写器自动识别该电子标签。

智能机器人在识别侦测到该无线定位标识时，提示用户输入区域名称，用户可通过语音输入，或通过在智能机器人显示面板上手写输入，或通过移动终端输入。

在一较佳实施例中，如图6所示，所述命名模块3包括：

语音输入单元33，用于实时获取用户输入的语音；

语音解析单元34，用于对用户输入的语音进行解析；

第二提示单元35，用于在解析到所述语音中包含区域定义指令时，记录所述区域的坐标并提示用户输入区域名称。

本发明实施例中，语音输入单元33接收用户语音后，由语音解析单元34进行解析，提取其中的区域定义指令，记录该区域坐标并通过语音、屏幕显示等方式提醒用户输入该区域名称，用户可通过语音或手动输入的方式输入该区域名称，所述智能机器人则将该名称与该区域坐标关联并保存。其中，所述智能机器人保持语音输入单元33开启状态，以随时能够获取用户语音。

在一较佳实施例中，如图5、图6所示，所述智能机器人的地图构建系统还包括：

身份识别模块5，用于在再次接收到用户的行进指令时，对用户身份进行识别；

频率计算模块6，用于根据身份识别结果记录目标人物的行进路径与位置坐标，计算目标人物在各区域内的活动频率；

存储模块7，用于按优先级保存用户的常在活动区域。

本发明实施例中，所述身份识别模块5包含语音识别模块、面部识别模块和/或身形识别模块；分别通过用户语音、面部特征和身形特征识别用户身份。

本发明中智能机器人跟随该用户行进，即时记录该用户的行进路径与位置坐标，并针对该用户所记录的行进路径与位置坐标创建相应的用户数据库，通过所述频率计算模块6计算该用户数据库中所述目标人物的各行进路径与位置坐标所占的比率，从而分析出目标人物在各区域内的活动频率，并将该用户在各区域的活动频率存储至存储模块7。

活动频率越高的区域，优先等级越高，当需要进行目标人物搜索时，所述智能机器人从所述存储模块7中提取该目标人物在各区域的活动频率数据，然后按照优先等级从高至低的顺序，依次对相应区域进行搜索，则可完成搜索任务。

需要说明，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能机器人的地图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定初始位置坐标；

根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；

在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；

将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。

2.如权利要求1所述的智能机器人的地图构建方法，其特征在于，所述根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径的步骤包括：

接收用户输入的行进指令；

根据所述行进指令启动智能机器人的视觉系统，获取视场范围内图像信息判断可通行区域；

在识别到前方具有障碍物时控制智能机器人的运动系统改变行进路线。

3.如权利要求2所述的智能机器人的地图构建方法，其特征在于，所述在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并对该区域进行命名的步骤包括：

侦测视场范围内的无线定位标识；

在侦测到无线定位标识时，提示用户输入区域名称。

4.如权利要求2所述的智能机器人的地图构建方法，其特征在于，所述在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并对该区域进行命名的步骤包括：

实时获取用户输入的语音；

对用户输入的语音进行解析；

在解析到所述语音中包含区域定义指令时，记录所述区域的坐标并提示用户输入区域名称。

5.如权利要求1至4中任一项所述的智能机器人的地图构建方法，其特征在于，在执行所有步骤之后还包括以下步骤：

在再次接收到用户的行进指令时，对用户身份进行识别；

根据身份识别结果记录目标人物的行进路径与位置坐标，计算目标人物在各区域内的活动频率；

按优先级保存用户的常在活动区域。

6.一种智能机器人的地图构建系统，其特征在于，包括：

初始位置设置模块，用于设定初始位置坐标；

控制模块，用于根据用户输入的行进指令控制智能机器人行进并记录行进路径；所述行进指令包括语音行进指令和无线遥控行进指令；

命名模块，用于在获取到区域定义标识或指令时，记录所述区域的坐标并根据用户输入的名称对该区域进行命名；

建模模块，用于将所有命名的区域按先后顺序进行建模，形成地图并保存。

7.如权利要求6所述的智能机器人的地图构建系统，其特征在于，所述控制模块包括：

接收单元，用于接收用户输入的行进指令；

视觉系统控制单元，用于根据所述行进指令启动智能机器人的视觉系统，获取视场范围内图像信息判断可通行区域；

运动系统控制单元，在识别到前方具有障碍物时控制运动系统改变行进路线。

8.如权利要求7所述的智能机器人的地图构建系统，其特征在于，所述命名模块包括：

侦测单元，用于侦测视场范围内的无线定位标识；

第一提示单元，用于在侦测到无线定位标识时，提示用户输入区域名称。

9.如权利要求7所述的智能机器人的地图构建系统，其特征在于，所述命名模块包括：

语音输入单元，用于实时获取用户输入的语音；

语音解析单元，用于对用户输入的语音进行解析；

第二提示单元，用于在解析到所述语音中包含区域定义指令时，记录所述区域的坐标并提示用户输入区域名称。

10.如权利要求6至9中任一项所述的智能机器人的地图构建系统，其特征在于，还包括：

身份识别模块，用于在再次接收到用户的行进指令时，对用户身份进行识别；

频率计算模块，用于根据身份识别结果记录目标人物的行进路径与位置坐标，计算目标人物在各区域内的活动频率；

存储模块，用于按优先级保存用户的常在活动区域。