CN108572646A - 机器人轨迹和环境地图的呈现方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法和系统，通过用户终端获取机器人创建的环境地图数据以及机器人移动的轨迹数据，进一步将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端上显示，轨迹的刷新频率大于环境地图的刷新频率，从而解决了轨迹更新速度较慢，不能实时地显示而出现卡顿现象的问题，提升了用户体验。

Description

机器人轨迹和环境地图的呈现方法和系统

技术领域

本发明涉及地图数据处理技术领域，尤其涉及一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法和系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，越来越多的中产民众希望从室内清洁这繁重的工作中解放出来，通常选择购买清洁机器人帮助他们解决室内日常清扫问题。随着智能手机、平板的普及，市场上出现越来越多的使用智能手机、平板等对清洁机器人进行控制，以及用于呈现清洁机器人轨迹、建立的环境地图等信息。

在现有技术中，将环境地图和轨迹的数据放在同一个地图数据中，由于环境地图的数据量大、上传延时较大，导致轨迹更新速度较慢，出现卡顿现象，不能实时地通过智能手机、平板等显示，影响用户体验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中将环境地图和轨迹放在同一个地图数据中导致轨迹更新速度较慢，不能实时显示而影响用户体验的问题，提供一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法和系统。

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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的变形形式。

图1是一种机器人的结构示意图；

图2是图1中所示机器人的底部结构示意图；

图3是本发明实施例的机器人轨迹和环境地图的呈现系统的组成示意图；

图4是本发明实施例的机器人轨迹和环境地图的呈现方法的流程示意图；

图5是本发明又一实施例的机器人轨迹和环境地图的呈现方法的流程示意图。

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地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如图1和图2所示，图1是一种机器人10的结构示意图，图2是图1中所示机器人10的底部结构示意图。具体在本实施例中，该机器人10为清洁机器人，在其他实施例中，该机器人10也可以为陪护机器人、迎宾机器人、遥控摄像机器人等。

机器人10包括本体，该本体可以包括底盘110和上盖120，上盖120可拆卸地安装于底盘110上，以在使用期间保护机器人10内部的各种功能部件免受激烈撞击或无意间滴洒的液体的损坏；底盘110和/或上盖120用于承载和支撑各种功能部件。在一可选实施例中，机器人10的本体也可以是其他设计构造，例如，本体为一体成型结构、左右分离设置的结构，本发明实施例对本体的材料、形状、结构等不做限定。

机器人10包括驱动系统，该驱动系统连接本体并被配置为驱动机器人10在地面上移动，例如，机器人10可以被设计成自主地在地面上规划路径，也可以被设计成响应于遥控指令在地面上移动。在本发明实施例中，驱动系统包括两个轮子210、至少一个万向轮220、以及用于带动轮子210转动的马达，轮子210和万向轮220至少部分凸伸出底盘110的底部，例如，在机器人10自身重量的作用下，两个轮子210可以部分地隐藏于底盘110内。在一可选实施例中，驱动系统还可以包括三角履带轮、麦克纳姆轮等中的任意一种。

机器人10还可以包括清扫系统，例如，清扫系统包括中扫毛刷310和中扫胶刷中的一种或两种，中扫毛刷310、中扫胶刷适合设于底盘110的底部开设的收容槽内，收容槽内开设有吸尘口，该吸尘口与集尘盒320以及吸尘风机连通，使得当中扫毛刷310转动时将地面上的灰尘、垃圾搅起，利用吸尘风机产生抽吸力把灰尘、垃圾从吸尘口吸入至集尘盒320内。除了设有中扫毛刷310和/或中扫胶刷，机器人10还可以包含边扫330，边扫330的清扫覆盖区域延伸出本体的外轮廓范围，有利于对墙边、角落、障碍物边缘进行有效清扫。

机器人10还可以包括拖地系统，例如，该拖地系统包括储水箱、抹布等，储水箱与集尘盒320可以分开设置，也可以一体化设计。在一可选实施例中，储水箱中的水由抽水泵吸出并均匀地滴洒在抹布上，当机器人10在地面上移动时，浸湿的抹布对地面进行擦拭。在一可选实施例中，储水箱中的水由雾化器进行雾化操作，形成水雾并喷向地面，进而抹布对被水雾喷过的地面进行擦拭。

机器人10还可以包括碰撞传感装置，该碰撞传感装置形成于所述本体的至少部分外周缘，在本发明实施例中，碰撞传感装置包括包围所述本体的外周缘的碰撞部410、设于所述本体与碰撞部410之间的传感器和弹性机构，所述碰撞部410和所述本体之间设有弹性机构和传感器，包括但不限于以下情况：1)弹性机构和传感器位于碰撞部410和所述本体之间；2)弹性机构和/或传感器安装于所述本体上，但弹性机构和/或传感器的一部位位于碰撞部410和所述本体之间；3)弹性机构和/或传感器安装于碰撞部410上，但弹性机构和/或传感器的一部位位于碰撞部410和所述本体之间；4)弹性机构和/或传感器安装于碰撞部410和所述本体上。弹性机构用于保持碰撞部410和所述本体之间具有均匀的活动间隙，传感器用于感测碰撞部410与所述本体之间的相对位移。所述传感器可以是微动开关、霍尔开关、红外光电开关等中的任意一种或多种，所述本体与碰撞部410之间可以设有多个传感器，例如，在机器人10的前方、两侧位置处的所述本体与碰撞部410之间均分布有至少一个传感器。传感器通常与机器人10上的某一控制器、处理器或控制系统(未图示)电气连接，以便于采集传感器的数据从而控制机器人10做出相应动作。由于碰撞部410包围所述本体，机器人10在行走过程中无论碰撞部410的哪个部位与障碍物碰撞都将会引起碰撞部410和所述本体之间发生相对位移。由于传感器可感测到碰撞部410与所述本体之间的相对位移，使得机器人10可以感测到障碍物的碰撞。机器人10可改变运动方向以绕开碰撞到的障碍物或采取其他应对措施。

如图3所示，本发明实施例提供了一种机器人轨迹和环境地图的呈现系统，该系统包括机器人10和用户终端20，机器人10和用户终端20之间可以基于Wifi、Zigbee、蓝牙、局域网、广域网等通讯技术实现信息传输。用户终端20包括但不限于智能手机、平板电脑、台式机、手持便携终端等。其中，该机器人10被配置为创建环境地图数据和机器人移动的轨迹数据。为了满足机器人10创建环境地图数据和轨迹数据的功能，机器人10设有特定的传感器，例如，在本实施例中，机器人10的顶部突出有激光雷达510，也被称作激光扫描测距仪；又如，在其他实施例中，机器人10上也可以设有视觉传感器，该视觉传感器可以包括发射结构光的光源、与光源呈角度设置的成像装置等。机器人10可以根据特定的传感器测量得到的距离信息，并通过SLAM(simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建)技术来创建环境地图数据、以及自身移动的轨迹数据。在本实施例中，该环境地图通常为占据栅格地图(Occupancy Grid Map)。

在本实施例中，机器人10移动的轨迹包括机器人10的实时位置和覆盖路径，由于环境地图数据相对于机器人10移动的轨迹数据，更新速度较慢，因此，如果每次获取到机器人10的实时位置和覆盖路径后，与环境地图一同更新的话，必然造成处理器资源的浪费。为了解决这一问题，用户终端20被配置为获取环境地图数据和轨迹数据，并根据环境地图数据和轨迹数据将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端20上显示，轨迹的刷新频率大于环境地图的刷新频率，从而解决了轨迹更新速度较慢，不能实时地显示而出现卡顿现象的问题，提升了用户体验。例如，轨迹大约0.5s刷新一次，即刷新频率大约是2Hz；环境地图大约3s～5s刷新一次，即刷新频率大约是0.2Hz～0.3Hz。

具体在将环境地图作为背景、轨迹作为前景的实际应用中，可以在环境地图数据中加入第一深度标识信息，在轨迹数据中加入第二深度标识信息；用户终端20根据第一深度标识信息和第二深度标识信息，将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端20上显示。也就是说，当用户终端20检测到第一深度标识信息时，则判定携带该第一深度标识信息是环境地图数据；当用户终端20检测到第二深度标识信息时，则判定携带该第二深度标识信息的是轨迹数据；从而根据判定结果将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端20上显示。可以利用用户终端20的GPU快速处理前景与背景之间的视图关系，实现轨迹浮现于环境地图上的视觉效果。

在实际应用中，由于传感器的测距误差、累计误差、算法等因素，在用户终端20上显示的环境地图的边界往往比较宽，而且常常有毛刺、孤立点的存在，影响美观，因此，需要对环境地图进行适当的修图。具体的，用户终端20被配置为进行如下运算处理：

首先，将环境地图数据分解成用于表征区域是否被探知的数据、以及用于表征是否为障碍物的数据。

在本实施例中，环境地图数据包括但不限于是否为障碍物的数据、以及区域是否被探知的数据。将环境地图数据分解是为了便于对不同的数据分别做不同的处理。

再者，对区域是否被探知的数据进行先膨胀后腐蚀的闭运算。

在本实施例中，先膨胀后腐蚀的闭运算是为了优化环境地图中边界的断续、毛刺、孤立点的问题，实现边界的平滑、闭合效果。容易理解的是，可以根据需要进行多次先膨胀后腐蚀的闭运算。

进而，对是否为障碍物的数据进行骨架提取的细化运算。具体在本实施例中，可以对是否为障碍物的数据先进行膨胀运算，再进行骨架提取的细化运算。骨架提取的细化运算可以采用Zhang-Suen并行迭代算法，也可以采用K3M顺序迭代算法。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法，该方法包括：步骤S30和步骤S50。

基于图3中所示的系统，在步骤S30中，用户终端20获取机器人10创建的环境地图数据以及机器人10移动的轨迹数据；在步骤S50中，将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端20上显示，轨迹的刷新频率大于环境地图的刷新频率，从而解决了轨迹更新速度较慢，不能实时地显示而出现卡顿现象的问题，提升了用户体验。

具体在将环境地图作为背景、轨迹作为前景的实际应用中，步骤S50可以包括：在环境地图数据中加入第一深度标识信息，在轨迹数据中加入第二深度标识信息；根据第一深度标识信息和第二深度标识信息，将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端上显示。也就是说，当用户终端20检测到第一深度标识信息时，则判定携带该第一深度标识信息是环境地图数据；当用户终端20检测到第二深度标识信息时，则判定携带该第二深度标识信息的是轨迹数据；从而根据判定结果将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端20上显示。可以利用用户终端20的GPU快速处理前景与背景之间的视图关系，实现轨迹浮现于环境地图上的视觉效果。

如图5所示，本发明另一实施例还提供了一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法，该方法包括：步骤S30、步骤S33、步骤S35、步骤S37、步骤S39、以及步骤S50。步骤S30和步骤S50已经在上述实施例中进行解释说明，在此不再赘述。

在实际应用中，由于传感器的测距误差、累计误差、算法等因素，在用户终端20上显示的环境地图的边界往往比较宽，而且常常有毛刺、孤立点的存在，影响美观，因此，需要对环境地图进行适当的修图。

在步骤S33中，将环境地图数据分解成用于表征区域是否被探知的数据、以及用于表征是否为障碍物的数据。

在本实施例中，环境地图数据包括但不限于是否为障碍物的数据、以及区域是否被探知的数据。将环境地图数据分解是为了便于对不同的数据分别做不同的处理。

在步骤S35中，对区域是否被探知的数据进行先膨胀后腐蚀的闭运算。

在本实施例中，可以对是否为障碍物的数据先进行膨胀运算，再进行骨架提取的细化运算。骨架提取的细化运算可以采用Zhang-Suen并行迭代算法，也可以采用K3M顺序迭代算法。

在步骤S37中，对是否为障碍物的数据进行骨架提取的细化运算。

在本实施例中，先膨胀后腐蚀的闭运算是为了优化环境地图中边界的断续、毛刺、孤立点的问题，实现边界的平滑、闭合效果。容易理解的是，可以根据需要进行多次先膨胀后腐蚀的闭运算。

在步骤S39中，将区域是否被探知的数据、以及是否为障碍物的数据合并后进行渲染。

在本实施例中，调用用户终端20的GPU对合并后的数据进行渲染，而且，当环境地图刷新时，只需要清空区域是否被探知的数据、以及是否为障碍物的数据，并按照步骤S33、S35、S37、S39的顺序执行后，重新进行渲染。

本发明实施例提供的一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法和系统，通过用户终端20获取机器人10创建的环境地图数据以及机器人移动的轨迹数据，进一步将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端20上显示，轨迹的刷新频率大于环境地图的刷新频率，从而解决了轨迹更新速度较慢，不能实时地显示而出现卡顿现象的问题，提升了用户体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一可选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人轨迹和环境地图的呈现方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S30，用户终端获取机器人创建的环境地图数据以及机器人移动的轨迹数据；

步骤S50，将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端上显示，轨迹的刷新频率大于环境地图的刷新频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S30之后，所述方法还包括：

步骤S33，将所述环境地图数据分解成用于表征区域是否被探知的数据、以及用于表征是否为障碍物的数据；

步骤S35，对区域是否被探知的数据进行先膨胀后腐蚀的闭运算；

步骤S37，对是否为障碍物的数据进行骨架提取的细化运算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S37中，对是否为障碍物的数据先进行膨胀运算，再进行骨架提取的细化运算。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步骤S37中，采用Zhang-Suen算法对是否为障碍物的数据进行骨架提取的细化运算。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S37之后，所述方法还包括步骤S39，将区域是否被探知的数据、以及是否为障碍物的数据合并后进行渲染。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S50包括：

在环境地图数据中加入第一深度标识信息，在轨迹数据中加入第二深度标识信息；

根据第一深度标识信息和第二深度标识信息，将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端上显示。

7.一种机器人轨迹和环境地图的呈现系统，其特征在于，包括：

机器人，被配置为创建环境地图数据和机器人移动的轨迹数据；

用户终端，被配置为获取环境地图数据和轨迹数据，并根据环境地图数据和轨迹数据将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端上显示，轨迹的刷新频率大于环境地图的刷新频率。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述用户终端还被配置为：

将所述环境地图数据分解成用于表征区域是否被探知的数据、以及用于表征是否为障碍物的数据；

对区域是否被探知的数据进行先膨胀后腐蚀的闭运算；

对是否为障碍物的数据进行骨架提取的细化运算。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述用户终端被配置为：对是否为障碍物的数据先进行膨胀运算，再进行骨架提取的细化运算。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述用户终端被配置为：

在环境地图数据中加入第一深度标识信息，在轨迹数据中加入第二深度标识信息；

根据第一深度标识信息和第二深度标识信息，将环境地图作为背景、轨迹作为前景在用户终端上显示。