CN108673510A - 机器人安全行进系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种机器人安全行进系统及方法。该系统可以包括：深度摄像头，深度摄像头位于机器人的前部，用于获取机器人前方地面平面的图像；计算模块，连接于深度摄像头，用于将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；控制模块，连接于计算模块，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，设置机器人的安全行进策略。本发明通过增设深度摄像头，可以扩大机器人的监测范围，增加机器人的反应时间，提前采取避障等措施。

Description

机器人安全行进系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，更具体地，涉及一种机器人安全行进系统及方法。

背景技术

近几年各类机器人越来越多的进入到人们的生活中，诸如扫地机器人，引领机器人，餐饮托盘机器人等等。其中大部分运用的机器人采用轮式行驶结构，这类型机器人一般工作在平面的环境中，只能承受跨越较小地面高度起伏，一般在1-2cm之间。较大的地面(>10cm)陷落会让机器人失去重心而跌倒，更有甚者，如果遇到楼梯或者台阶，往往会让机器人摔落损坏。针对这种问题当前市面上机器人(比如扫地机器人)，一般在底盘下面安装了红外测距传感器，检测底盘移动方向下方地面是否虚悬，以此决定是否前进，这种设计需要机器人在全速运行下能达到很短的刹车距离，一般要小于底盘半径。对于移动速度较快，重心较高的机器人无法达到这种要求。因此，有必要开发一种机器人安全行进系统及方法。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种机器人安全行进系统及方法，其能够通过增设深度摄像头，可以扩大机器人的监测范围，增加机器人的反应时间，提前采取避障等措施。

根据本发明的一方面，提出了一种机器人安全行进系统，可以包括：深度摄像头，所述深度摄像头位于所述机器人的前部，用于获取机器人前方地面平面的图像；计算模块，连接于所述深度摄像头，用于将所述平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含所述陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；控制模块，连接于所述计算模块，根据所述陷落平面栅格的位置、所述机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，设置所述机器人的安全行进策略。

优选地，所述深度摄像头的摄像头中心轴线倾斜向下，俯视角度为10-50°。

优选地，所述安全距离为0.5m。

优选地，所述机器人的安全行进策略包括：当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于所述安全距离与所述制动距离之和时，所述机器人停止行进。

优选地，所述机器人的安全行进策略还包括：当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于所述安全距离与所述制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

根据本发明的另一方面，提出了一种机器人安全行进方法，可以包括：根据深度摄像头，确定机器人前方地面平面的图像；将所述平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含所述陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；设定安全距离，根据所述陷落平面栅格的位置、所述机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，获取所述机器人的安全行进策略。

优选地，所述根据所述图像上每个像素点计算陷落点的位置包括：建立摄像头坐标系与机器人坐标系；在所述摄像头坐标系中，获取每个像素点距离摄像头中心的距离与方向，获得每个像素点在所述摄像头坐标系中的位置；根据每个像素点在所述摄像头坐标系中的位置，通过坐标变换计算每个像素点在所述机器人坐标系中的位置；设定当前机器人所在平面为基准面，将所在平面低于所述基准面的像素点标记为凹陷像素点；根据所述凹陷像素点的位置，获取所述凹陷像素点在所述基准面的投射点，将距离所述机器人最近的投射点标记为陷落点，获得所述陷落点的位置。

优选地，所述安全距离为0.5m。

优选地，所述机器人的安全行进策略包括：当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于所述安全距离与所述制动距离之和时，所述机器人停止行进。

优选地，所述机器人的安全行进策略还包括：当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于所述安全距离与所述制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的机器人安全行进方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的平面栅格与陷落平面栅格的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的凹陷像素点在基准面的投射点的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的机器人安全行进系统可以包括：深度摄像头，深度摄像头位于机器人的前部，用于获取机器人前方地面平面的图像；计算模块，连接于深度摄像头，用于将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；控制模块，连接于计算模块，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，设置机器人的安全行进策略。

在一个示例中，深度摄像头的摄像头中心轴线倾斜向下，俯视角度为10-50°。

在一个示例中，安全距离为0.5m。

在一个示例中，机器人的安全行进策略包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于安全距离与制动距离之和时，机器人停止行进。

在一个示例中，机器人的安全行进策略还包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于安全距离与制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

具体地，根据本发明的机器人安全行进系统可以包括：深度摄像头，深度摄像头位于机器人的前部，摄像头中心轴线倾斜向下，俯视角度为10-50°，用于获取机器人前方地面平面的图像；计算模块，连接于深度摄像头，用于将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；控制模块，连接于计算模块，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，设置机器人的安全行进策略，其中，安全距离为0.5m，机器人的安全行进策略包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于安全距离与制动距离之和时，机器人停止行进；当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于安全距离与制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

图1示出了根据本发明的机器人安全行进方法的步骤的流程图。

根据本发明的机器人安全行进方法可以包括：步骤101，根据深度摄像头，确定机器人前方地面平面的图像；步骤102，将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；步骤103，设定安全距离，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，获取机器人的安全行进策略。

在一个示例中，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置包括：建立摄像头坐标系与机器人坐标系；在摄像头坐标系中，获取每个像素点距离摄像头中心的距离与方向，获得每个像素点在摄像头坐标系中的位置；根据每个像素点在摄像头坐标系中的位置，通过坐标变换计算每个像素点在机器人坐标系中的位置；设定当前机器人所在平面为基准面，将所在平面低于基准面的像素点标记为凹陷像素点；根据凹陷像素点的位置，获取凹陷像素点在基准面的投射点，将距离机器人最近的投射点标记为陷落点，获得陷落点的位置。

在一个示例中，安全距离为0.5m。

在一个示例中，机器人的安全行进策略包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于安全距离与制动距离之和时，机器人停止行进。

在一个示例中，机器人的安全行进策略还包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于安全距离与制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

具体地，根据本发明的机器人安全行进方法可以包括：根据深度摄像头，确定机器人前方地面平面的图像；将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格，其中，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置包括：建立摄像头坐标系与机器人坐标系，其中，摄像头坐标系以摄像头中心向前线为z轴，左右线为x轴，上下线为y轴；在摄像头坐标系中，根据深度摄像头获取每个像素点距离摄像头中心的距离，根据深度摄像头计算每个像素点和摄像头中心连线的方向，进而获得每个像素点在摄像头坐标系中的位置；由于深度摄像头在机器人坐标系中的位置和方向是已知的，可以根据每个像素点在摄像头坐标系中的位置，通过坐标变换计算每个像素点在机器人坐标系中的位置；设定当前机器人所在平面为基准面，将所在平面低于基准面的像素点标记为凹陷像素点；根据凹陷像素点的位置，获取凹陷像素点在基准面的投射点，将凹陷像素点投射到基准面上，即投射为凹陷像素点到摄像头中心连线与地平面的交点，将距离机器人最近的投射点标记为陷落点，获得陷落点的位置；设定安全距离，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，获取机器人的安全行进策略，其中，安全距离为0.5m，机器人的安全行进策略包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于安全距离与制动距离之和时，机器人停止行进；当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于安全距离与制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

本发明通过增设深度摄像头，可以扩大机器人的监测范围，增加机器人的反应时间，提前采取避障等措施。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

图2示出了根据本发明的一个实施例的平面栅格与陷落平面栅格的示意图。

根据本发明的机器人安全行进系统包括：深度摄像头，深度摄像头位于机器人的前部，摄像头中心轴线倾斜向下，俯视角度为10-50°，用于获取机器人前方地面平面的图像；计算模块，连接于深度摄像头，用于将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格，如图2所示，其中，白色区域表示平面栅格，灰色区域表示陷落平面栅格，圆点表示陷落点；控制模块，连接于计算模块，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，设置机器人的安全行进策略。

图3示出了根据本发明的一个实施例的凹陷像素点在基准面的投射点的示意图。

根据本发明的机器人安全行进方法包括：根据深度摄像头，确定机器人前方地面平面的图像；将平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格，其中，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置包括：建立摄像头坐标系与机器人坐标系，其中，摄像头坐标系以摄像头中心向前线为z轴，左右线为x轴，上下线为y轴；在摄像头坐标系中，根据深度摄像头获取每个像素点距离摄像头中心的距离，根据深度摄像头计算每个像素点和摄像头中心连线的方向，进而获得每个像素点在摄像头坐标系中的位置；由于深度摄像头在机器人坐标系中的位置和方向是已知的，可以根据每个像素点在摄像头坐标系中的位置，通过坐标变换计算每个像素点在机器人坐标系中的位置；设定当前机器人所在平面为基准面，将所在平面低于基准面的像素点标记为凹陷像素点；根据凹陷像素点的位置，获取凹陷像素点((x,y,z)，(x1,y1,z1))在基准面的投射点((x’,y’,0)，(x1’,y1’,0))，将凹陷像素点投射到基准面上，即投射为凹陷像素点到摄像头中心连线与地平面的交点，如图2所示，将距离机器人最近的投射点标记为陷落点，获得陷落点的位置；设定安全距离，根据陷落平面栅格的位置、机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，获取机器人的安全行进策略，其中，安全距离为0.5m，机器人的安全行进策略包括：当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于安全距离与制动距离之和时，机器人停止行进；当陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于安全距离与制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

本发明可以扩大机器人的监测范围，随着摄像头安装高度提升而扩大，比如安装1米左右高度，摄像头视角50度，俯视角度与水平夹角50度，可以看到前方0.27-2.14米的范围，可以增加机器人的反应时间，提前采取避障等措施。

综上所述，本发明通过增设深度摄像头，可以扩大机器人的监测范围，增加机器人的反应时间，提前采取避障等措施。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种机器人安全行进系统，其特征在于，该系统包括：

深度摄像头，所述深度摄像头位于所述机器人的前部，用于获取机器人前方地面平面的图像；

计算模块，连接于所述深度摄像头，用于将所述平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含所述陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；

控制模块，连接于所述计算模块，根据所述陷落平面栅格的位置、所述机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，设置所述机器人的安全行进策略。

2.根据权利要求1所述的机器人安全行进系统，其中，所述深度摄像头的摄像头中心轴线倾斜向下，俯视角度为10-50°。

3.根据权利要求1所述的机器人安全行进系统，其中，所述安全距离为0.5m。

4.根据权利要求3所述的机器人安全行进系统，其中，所述机器人的安全行进策略包括：

当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于所述安全距离与所述制动距离之和时，所述机器人停止行进。

5.根据权利要求3所述的机器人安全行进系统，其中，所述机器人的安全行进策略还包括：

当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于所述安全距离与所述制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。

6.一种机器人安全行进方法，包括：

根据深度摄像头，确定机器人前方地面平面的图像；

将所述平面划分为多个平面栅格，根据图像上每个像素点计算陷落点的位置，将包含所述陷落点的平面栅格标记为陷落平面栅格；

设定安全距离，根据所述陷落平面栅格的位置、所述机器人的行进路线、行驶速度、制动距离、安全距离，获取所述机器人的安全行进策略。

7.根据权利要求6所述的机器人安全行进方法，其中，所述根据所述图像上每个像素点计算陷落点的位置包括：

建立摄像头坐标系与机器人坐标系；

在所述摄像头坐标系中，获取每个像素点距离摄像头中心的距离与方向，获得每个像素点在所述摄像头坐标系中的位置；

根据每个像素点在所述摄像头坐标系中的位置，通过坐标变换计算每个像素点在所述机器人坐标系中的位置；

设定当前机器人所在平面为基准面，将所在平面低于所述基准面的像素点标记为凹陷像素点；

根据所述凹陷像素点的位置，获取所述凹陷像素点在所述基准面的投射点，将距离所述机器人最近的投射点标记为陷落点，获得所述陷落点的位置。

8.根据权利要求6所述的机器人安全行进方法，其中，所述安全距离为0.5m。

9.根据权利要求8所述的机器人安全行进方法，其中，所述机器人的安全行进策略包括：

当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离小于所述安全距离与所述制动距离之和时，所述机器人停止行进。

10.根据权利要求8所述的机器人安全行进方法，其中，所述机器人的安全行进策略还包括：

当所述陷落平面栅格位于行进路线上，且与机器人之间的距离大于所述安全距离与所述制动距离之和时，机器人减速并规划其他行进路径。