CN110412619B - 激光机器人的区域遍历方法和激光主控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光机器人的区域遍历方法和激光主控芯片，通过将激光雷达获取到的直边作为参考边来进行区域划分，可以提高机器人构建地图的规整性，再通过优先选择小区域或者距离最近的区域进行拓展遍历，可以提高机器人遍历的效率，避免机器人为了遍历该小区域需要进行远距离导航，效率低下的问题。
Description
技术领域
本发明涉及装配有激光雷达传感器的智能机器人领域，具体涉及一种激光机器人的区域遍历方法和激光主控芯片。
背景技术
现有的智能清洁机器人，在进行遍历覆盖清洁时，都是按规定方向有顺序地进行逐个区域的清洁。采用这种固化的清洁方式，机器人没有充分地考虑周围的环境情况，导致所形成的可视化地图不规整，降低用户体验，同时，还会由于一些小区域没有得到及时清洁，需要机器人花费较长的时间导航回来清洁，降低了机器人的清洁效率，甚至会出现遗漏清洁的情况。
发明内容
本发明提供了一种激光机器人的区域遍历方法和激光主控芯片，可以提高机器人的构建地图的规整性和遍历效率，有利于提升用户体验。本发明所述的具体技术方案如下：
一种激光机器人的区域遍历方法，包括如下步骤：步骤1：机器人通过激光雷达扫描周围环境，获取一条直边作为参考边，然后进入步骤2；步骤2：机器人以所述参考边为基准，设置一个待遍历区域，然后进入步骤3；步骤3：机器人遍历完所述待遍历区域后，记录所述待遍历区域的拓展边，所述拓展边是所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界所对应的边界线，然后进入步骤4；步骤4：机器人判断所记录的拓展边中是否有相同的边，没有则直接进入步骤5，有则删除相同的拓展边后进入步骤5；步骤5：机器人判断是否还有所记录的拓展边，如果有，则进入步骤6，如果没有，则进入步骤7；步骤6：机器人判断与当前待遍历区域的拓展边所对应的未知区是否属于小区域，如果是，则机器人将所述小区域作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3，如果否，则机器人将当前待遍历区域中距自身位置最近的拓展边所相邻未知区作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3；步骤7：机器人结束遍历。
进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：步骤11：机器人通过激光雷达扫描周围环境，得到点云数据；步骤12：机器人获取这些点云数据中构成直线的直边数据；步骤13：机器人根据直边数据，将最长的一条直边作为参考边。
进一步地，所述步骤13中，如果长度相同的最长的直边有多条，则机器人选择距自己当前位置最近的一条作为参考边。
进一步地，所述步骤2具体包括如下步骤：步骤21：机器人移动至参考边所在位置，并以当前位置为原点，以参考边的长度方向作为X轴方向，垂直于参考边的长度方向作为Y轴方向，构建XY轴坐标系；步骤22：机器人以X轴方向的预设长度的边为长边，Y轴方向的预设宽度的边为宽边，设置若干个矩形区域；步骤23：机器人将XY轴坐标系的第一象限中，距机器人当前位置最近的一个矩形区域作为第一个待遍历区域，第一个待遍历区域的长边位于X轴上，宽边位于Y轴上。
进一步地，所述步骤3具体包括如下步骤：步骤31：机器人对所述待遍历区域进行遍历；步骤32：机器人遍历完所述待遍历区域后，确定所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界；步骤33：机器人把所述交界对应的待遍历区域的边界线作为拓展边，记录在存储器中。
进一步地，所述步骤3具体包括如下步骤：步骤31：机器人沿着所述待遍历区域的边界行走一圈，并圈定所述待遍历区域的实际待遍历范围；步骤32：机器人对该实际待遍历范围进行遍历；步骤33：机器人遍历完该实际待遍历范围后，确定所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界；步骤34：机器人把所述交界对应的待遍历区域的边界线作为拓展边，记录在存储器中。
进一步地，所述步骤4具体包括如下步骤：步骤41：机器人判断存储器所记录的拓展边中，是否具有方位相同的拓展边，如果有，则进入步骤42，如果没有，则进入步骤43；步骤42：机器人将相同的拓展边都从存储器中删除，然后进入步骤5；步骤43：机器人保持存储器中存储的拓展边的数据不变，然后进入步骤5。
进一步地，所述步骤6具体包括如下步骤：步骤61：机器人基于激光雷达扫描到的点云数据，确定当前待遍历区域的拓展边所对应的未知区中是否具有由障碍物构成的围栏，且该围栏与所述拓展边和矩形区域的边界一起围成的区域的面积是否小于预设面积，如果是，则进入步骤62，如果否，则进入步骤63；步骤62：机器人确定该面积小于预设面积的区域为小区域，并将该小区域作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3；步骤63：机器人将当前待遍历区域中距自身位置最近的拓展边所相邻的矩形区域，作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3。
一种激光主控芯片，内置程序代码，所述程序代码用于控制激光机器人执行上述的激光机器人的区域遍历方法。
所述激光机器人的区域遍历方法和激光主控芯片，通过将激光雷达获取到的直边作为参考边来进行区域划分，可以提高机器人构建地图的规整性，再通过优先选择小区域或者距离最近的区域进行拓展遍历，可以提高机器人遍历的效率，避免机器人为了遍历该小区域需要进行远距离导航，效率低下的问题。
附图说明
图1为本发明实施例所述的激光机器人的区域遍历方法的流程示意图。
图2为本发明实施例所述的机器人记录拓展边的分析示意图。
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详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。在下面的描述中，给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，电路可以在框图中显示，避免在不必要的细节中使实施例模糊。在其他情况下，为了不混淆实施例，可以不详细显示公知的电路、结构和技术。
一种激光机器人的区域遍历方法，所述激光机器人是指装配有激光雷达传感器的机器人，这些机器人可以是扫地机器人、拖地机器人、抛光机器人或者打蜡机器人等，为了便于描述，后续将激光机器人简称为机器人。机器人进行某个区域的遍历方式，一般采用弓字形轨迹的形式，具体可以参见中国专利公开的扫地机器人的路径清扫方法，专利申请号为CN201610779422.2。
如图1所示，激光机器人的区域遍历方法，包括如下步骤：在步骤1中，机器人通过激光雷达传感器扫描周围环境，可以采集到很多点云数据，根据这些点云数据获取一条直边作为参考边，所选取的这条直边可以是扫描到的最长的一条直边，也可以是能达到一定长度且距机器人最近的一条直边。机器人确定参考边后，进入步骤2。在步骤2中，机器人以所述参考边为基准，设置一个待遍历区域，该待遍历区域的一条边位于所述参考边上，然后进入步骤3。在步骤3中，机器人遍历完所述待遍历区域后，记录所述待遍历区域的拓展边，所述拓展边是所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界所对应的边界线。所述已遍历区是指机器人行走过的地方，未知区是指机器人没有走过的地方。随着机器人行走经过的范围不断扩大，已遍历区不断扩大，未知区不断缩小，已遍历区和未知区的交界也不断变化。机器人记录了拓展边之后进入步骤4。在步骤4中，机器人判断所记录的拓展边中是否有相同的边，如果有，表明机器人当前遍历的区域与此前已遍历的区域相邻，该拓展边两侧的区域都已经被遍历过了，已经没有从该拓展边进行拓展的必要，所以机器人删除相同的拓展边，然后进入步骤5；如果没有，表明所记录的这些拓展边都有需要继续拓展的必要，则机器人保留这些记录的拓展边，直接进入步骤5。在步骤5中，机器人判断是否还有所记录的拓展边，如果有，表明机器人没有完成所有区域的遍历，进入步骤6，继续进行后续的拓展；如果没有，表明机器人已完成所有区域的遍历，则进入步骤7。在步骤6中，机器人根据激光雷达扫描的数据，判断与当前待遍历区域的拓展边所对应的未知区是否属于小区域，所述小区域是指面积小于一定值的区域，如果是，表明该拓展边旁的区域是一个比较小的区域，适合优先遍历该小区域，则机器人将所述小区域作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3。如果否，表明机器人各拓展边所对应的区域都是差不多的，则机器人将当前待遍历区域中距自身位置最近的拓展边所相邻未知区作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3，如此，机器人可以快速到达该拓展边进行相邻区域的遍历，提高机器人遍历效率。在步骤7中，机器人完成了所有区域的遍历，并结束遍历。
本实施例所述方法，通过将激光雷达获取到的直边作为参考边来进行区域划分，可以提高机器人构建地图的规整性，再通过优先选择小区域或者距离最近的区域进行拓展遍历，可以提高机器人遍历的效率，避免机器人为了遍历该小区域需要进行远距离导航，效率低下的问题。
如图2所示，图中有灰度的长条形部分表示墙壁。机器人10在图中的当前位置接收到开始区域遍历的控制信号时，进行激光扫描，扫描到下方和左边分别是一条直边。机器人以下方的直边为参考边，构建一个待遍历区域，即机器人10当前所在小方格，作为第一个待遍历区域。机器人10对该区域进行遍历结束后，获取到拓展边A1和A2，并记录在存储器中。由于机器人遍历结束时离拓展边A2比较近，所以，机器人遍历A2上方的区域，为第二个待遍历区域。遍历完成后，机器人又记录了拓展边A3、A4和A5。由于A2和A3的方位相同，属于相同的拓展边，所以，机器人删除所记录的拓展边A2和A3。机器人遍历完第二个待遍历区域后，扫描到第二个待遍历区域上方邻近拓展边A5的地方由墙壁围成的一个小区域，机器人将该小区域作为第三个待遍历区域，对其进行遍历。遍历结束后，记录拓展边A6和A8。同样的，A5和A6属于相同的拓展边，机器人将A5和A6都删除。然后，机器人扫描到A8右侧的区域也是小区域，机器人将其作为第四个待遍历区域。遍历结束后，删除相同的拓展边A8和A9，记录拓展边A10。由于A10是距离最近的拓展边，所以，机器人将A10下方的区域作为第五个待遍历区域。遍历结束后，删除相同的拓展边A10和A11，A4和A12，记录拓展边A13和A14。此时，机器人将距离最近的A13下方的区域作为第六个待遍历区域，遍历结束后，删除相同的拓展边A13和A15，A1和A16。此时，机器人的存储器中只剩下拓展边A14和A17，机器人将距离最近的A17右侧的区域作为第七个待遍历区域，以此类推，直到机器人存储器中记录的拓展边全部删除为止，机器人完成全部区域的遍历。
作为其中一种实施方式，所述步骤1具体包括如下步骤：在步骤11中，机器人通过激光雷达扫描周围环境，得到点云数据。在步骤12中，机器人获取这些点云数据中构成直线的直边数据，这些直边数据所对应的物体一般是墙壁或者靠墙的柜子或者沙发等底部侧面为直平面的物体。在步骤13中，机器人根据直边数据，将最长的一条直边作为参考边。本实施例所述方法通过将最长的一条直边作为参考边，所构建的地图显示出来相对会更加规整，区域的分布也更合理，使得机器人的遍历效率也会更高。
具体的，所述步骤13中，如果长度相同的最长的直边有多条，则机器人选择距自己当前位置最近的一条作为参考边。如此，可以避免机器人跑到较远的位置才能开始区域规划和遍历，机器人就近开始，可以大大提高工作效率。
作为其中一种实施方式，所述步骤2具体包括如下步骤：在步骤21中，机器人移动至参考边所在位置，并以当前位置为原点，以参考边的长度方向作为X轴方向，垂直于参考边的长度方向作为Y轴方向，构建XY轴坐标系。在步骤22中，机器人以X轴方向的预设长度的边为长边，Y轴方向的预设宽度的边为宽边，设置若干个矩形区域。所述预设长度和预设宽度可以根据具体研发要求进行相应设置，一般可以设置为4米。在步骤23中，机器人将XY轴坐标系的第一象限中，距机器人当前位置最近的一个矩形区域作为第一个待遍历区域，第一个待遍历区域的长边位于X轴上，宽边位于Y轴上。
如图2所示，机器人10从当前位置移动至O点所在位置，以0点为原点，以下方墙壁所对应的边为X轴，建立XY轴坐标系。然后从O点开始，沿X轴方向和Y轴方向，划分出多个大小相同的矩形区域，边长可以设置为4米或者5米。
本实施例所述方法，通过以参考边作为坐标系的轴，所构建的XY轴坐标系更贴近房间的形状和布局，使得规划处理的区域更规整，有利于提高后续机器人的遍历效率。
作为其中一种实施方式，所述步骤3具体包括如下步骤：在步骤31中，机器人对所述待遍历区域进行遍历。在步骤32中，机器人遍历完所述待遍历区域后，确定所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界。在步骤33中，机器人把所述交界对应的待遍历区域的边界线作为拓展边，记录在存储器中，所述存储器可以是RAM或者ROM。本实施例所述方法，机器人通过直接进行区域遍历的方式获得已遍历区和未知区的交界，可以高效快捷地确定拓展边。
作为另一种实施方式，所述步骤3具体包括如下步骤：在步骤31中，机器人沿着所述待遍历区域的边界行走一圈，并圈定所述待遍历区域的实际待遍历范围。在步骤32中，机器人对该实际待遍历范围进行遍历。在步骤33中，机器人遍历完该实际待遍历范围后，确定所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界。在步骤34中，机器人把所述交界对应的待遍历区域的边界线作为拓展边，记录在存储器中。本实施例所述方法，先沿边行走圈定待遍历区域的边界，再对该区域进行遍历，如此可以提高所确定的区域边界的准确性，进而提高所记录的拓展边的准确性。
作为另一种实施方式，所述步骤4具体包括如下步骤：在步骤41中，机器人判断存储器所记录的拓展边中，是否具有方位相同的拓展边，如果有，表明机器人已经对该拓展边两侧的区域进行了遍历，则进入步骤42，如果没有，表明该拓展边另一侧的区域还没有遍历过，则进入步骤43。在步骤42中，机器人将相同的拓展边都从存储器中删除，然后进入步骤5。在步骤43中，机器人保持存储器中存储的拓展边的数据不变，然后进入步骤5。本实施例所述方法，以记录和删除拓展边的方式，可以准确地判断是否完成了全部区域的遍历，同时能有效地找到需要拓展遍历的区域，工作效率更高。
作为另一种实施方式，所述步骤6具体包括如下步骤：在步骤61中，机器人基于激光雷达扫描到的点云数据，确定当前待遍历区域的拓展边所对应的未知区中是否具有由障碍物构成的围栏，且该围栏与所述拓展边和矩形区域的边界一起围成的区域的面积是否小于预设面积，所述预设面积可以根据具体的研发要求进行相应设置，一般设置为小于矩形区域的面积，如果是，则进入步骤62，如果否，则进入步骤63。在步骤62中，机器人确定该面积小于预设面积的区域为小区域，并将该小区域作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3。在步骤63中，机器人将当前待遍历区域中距自身位置最近的拓展边所相邻的矩形区域，作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3。
如图2所示，其中一个小区域是由上边和左边的部分墙壁构成的围栏，以及拓展边A6和矩形区域的部分边界（A8对应的边界线段）一起共同围成的区域。
本实施例所述的方法，通过限定小区域的条件和优先清扫小区域的顺序，可以有效提高机器人的遍历效率。
一种激光主控芯片，内置程序代码，所述程序代码用于控制激光机器人执行上述的激光机器人的区域遍历方法。通过将激光雷达获取到的直边作为参考边来进行区域划分，可以提高机器人构建地图的规整性，再通过优先选择小区域或者距离最近的区域进行拓展遍历，可以提高机器人遍历的效率，避免机器人为了遍历该小区域需要进行远距离导航，效率低下的问题。
一种清洁机器人，装配所述激光主控芯片，通过所述激光主控芯片的控制，提高机器人构建地图的规整性，再通过优先选择小区域或者距离最近的区域进行拓展遍历，可以提高机器人遍历的效率，避免机器人为了遍历该小区域需要进行远距离导航，效率低下的问题。
上述实施例中所提到的“上”、“下”、“左”和“右”等方向字词，如果没有具体说明，则是指代附图中的上下左右等方向。如果有具体说明，则按具体说明定义，比如机器人的左侧，则是指代机器人前进方向的左侧，不是指代附图的左侧。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。这些程序可以存储于计算机可读取存储介质（比如ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质）中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种激光机器人的区域遍历方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：机器人通过激光雷达扫描周围环境，获取一条直边作为参考边，然后进入步骤2；
步骤2：机器人以所述参考边为基准，设置一个待遍历区域，然后进入步骤3；
步骤3：机器人遍历完所述待遍历区域后，记录所述待遍历区域的拓展边，所述拓展边是所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界所对应的边界线，然后进入步骤4；
步骤4：机器人判断所记录的拓展边中是否有相同的边，没有则直接进入步骤5，有则删除相同的拓展边后进入步骤5；
步骤5：机器人判断是否还有所记录的拓展边，如果有，则进入步骤6，如果没有，则进入步骤7；
步骤6：机器人判断与当前待遍历区域的拓展边所对应的未知区是否属于小区域，如果是，则机器人将所述小区域作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3，如果否，则机器人将当前待遍历区域中距自身位置最近的拓展边所相邻未知区作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3；
步骤7：机器人结束遍历；
其中，所述小区域是指由障碍物构成的围栏，且该围栏与拓展边和待遍历区域的边界一起围成的面积小于预设面积的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤11：机器人通过激光雷达扫描周围环境，得到点云数据；
步骤12：机器人获取这些点云数据中构成直线的直边数据；
步骤13：机器人根据直边数据，将最长的一条直边作为参考边。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤13中，如果长度相同的最长的直边有多条，则机器人选择距自己当前位置最近的一条作为参考边。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤21：机器人移动至参考边所在位置，并以当前位置为原点，以参考边的长度方向作为X轴方向，垂直于参考边的长度方向作为Y轴方向，构建XY轴坐标系；
步骤22：机器人以X轴方向的预设长度的边为长边，Y轴方向的预设宽度的边为宽边，设置若干个矩形区域；
步骤23：机器人将XY轴坐标系的第一象限中，距机器人当前位置最近的一个矩形区域作为第一个待遍历区域，第一个待遍历区域的长边位于X轴上，宽边位于Y轴上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：
步骤31：机器人对所述待遍历区域进行遍历；
步骤32：机器人遍历完所述待遍历区域后，确定所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界；
步骤33：机器人把所述交界对应的待遍历区域的边界线作为拓展边，记录在存储器中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：
步骤31：机器人沿着所述待遍历区域的边界行走一圈，并圈定所述待遍历区域的实际待遍历范围；
步骤32：机器人对该实际待遍历范围进行遍历；
步骤33：机器人遍历完该实际待遍历范围后，确定所述待遍历区域中已遍历区和未知区的交界；
步骤34：机器人把所述交界对应的待遍历区域的边界线作为拓展边，记录在存储器中。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤41：机器人判断存储器所记录的拓展边中，是否具有方位相同的拓展边，如果有，则进入步骤42，如果没有，则进入步骤43；
步骤42：机器人将相同的拓展边都从存储器中删除，然后进入步骤5；
步骤43：机器人保持存储器中存储的拓展边的数据不变，然后进入步骤5。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6具体包括如下步骤：
步骤61：机器人基于激光雷达扫描到的点云数据，确定当前待遍历区域的拓展边所对应的未知区中是否具有由障碍物构成的围栏，且该围栏与所述拓展边和矩形区域的边界一起围成的区域的面积是否小于预设面积，如果是，则进入步骤62，如果否，则进入步骤63；
步骤62：机器人确定该面积小于预设面积的区域为小区域，并将该小区域作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3；
步骤63：机器人将当前待遍历区域中距自身位置最近的拓展边所相邻的矩形区域，作为下一个待遍历区域，然后返回步骤3。
9.一种激光主控芯片，内置程序代码，其特征在于：所述程序代码用于控制激光机器人执行权利要求1至8中任一项所述的激光机器人的区域遍历方法。
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2019
- 2019-08-12 CN CN201910740903.6A patent/CN110412619B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110412619A (zh) | 2019-11-05 |
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