CN110696004A - 一种智能导航机器人及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能导航机器人及其控制方法，所述控制方法包括：对一座楼构建多个标有电梯位置和楼层号的二维地图；接收用户输入的目标室室号，自动搭乘电梯，自动导航行进至目标室；在搭乘电梯过程中，识别上下按键和楼层按键并按下按键，识别电梯门开关并驱动行进模块进入和离开电梯。其通过建立多个楼层的二维地图，并标明电梯位置和楼层号，从而构建出对应整个楼层的地图；根据输入的目标室室号自动导航至目标室，并实现为用户提供自动按电梯的服务；具有更高的自动化和智能化。
Description
技术领域
本发明涉及自动机器人领域，特别是一种智能导航机器人及其控制方法。
背景技术
目前，导航机器人能实现自动导航并领导用户走至目的地。但现在高楼密布，很多地方都建有电梯，从始发地至目的地很多时候需要穿过电梯，实现导航机器人为用户提供电梯导航服务是本领域尚待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种智能导航机器人及其控制方法，实现为用户提供电梯导航服务。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
本发明的第一方面，一种智能导航机器人的控制方法，包括以下步骤：
对一座楼构建多个二维地图，多个所述二维地图均标有电梯位置，每个所述二维地图对应一个楼层并标有楼层号；
接收用户输入的目标室室号，自动搭乘电梯，自动导航行进至目标室；
其中，所述自动搭乘电梯包括以下步骤：
根据目前所在楼层和所述目标室室号，得到搭乘方向信息；
通过摄像头拍摄电梯口图像并识别电梯上下按键区域以及与所述搭乘方向信息对应的上下按键，计算所述上下按键的三维坐标，驱动机械臂按下所述上下按键；
通过红外距离传感器感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块进入电梯内；
通过摄像头拍摄电梯内部图像并识别电梯楼层按键区域以及与目标室所在楼层对应的楼层按键，计算所述楼层按键的三维坐标，驱动机械臂按下所述楼层按键；
通过红外距离传感器感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块走出电梯。
上述智能导航机器人的控制方法至少具有以下的有益效果：能应用于带电梯的多楼层的智能导航；建立多个楼层的二维地图，并标明电梯位置和楼层号，从而构建出对应整个楼层的地图；根据输入的目标室室号自动导航至目标室，并实现为用户提供自动按电梯的服务；具有更高的自动化和智能化。
根据本发明的第一方面，在导航行进的过程中，通过无线连接模块与用户的移动设备连接，当与用户的距离超过范围阈值，向所述移动设备发送警告信号。
根据本发明的第一方面，所述对一座楼构建多个二维地图包括以下步骤：
获取所述智能导航机器人的运动姿态和周边图像并从所述周边图像提取地标信息；
根据所述运动姿态和所述地标信息生成二维地图；
对所述二维地图标记所述楼层号。
根据本发明的第一方面，所述运动姿态包括由GPS定位的位置信息和由角速度计得到的航向角。
根据本发明的第一方面，所述根据目前所在楼层和所述目标室室号，得到搭乘方向信息包括以下步骤：
确认所述智能导航机器人目前所在楼层；
根据所述目标室室号，确认目标室所在楼层；
比较目前所在楼层和目标室所在楼层，得到搭乘方向信息。
根据本发明的第一方面，通过基于深度学习网络的图像识别算法从所述电梯口图像识别所述电梯上下按键区域和所述上下按键，以及从所述电梯内部图像识别所述电梯楼层按键区域和所述楼层按键。
根据本发明的第一方面，计算目标按键的三维坐标包括以下步骤:
使红外距离传感器的角度垂直于所述目标按键所在的墙壁，得到第一距离值a；
使红外距离传感器转动第一角度α直至对准所述目标按键；
计算目标按键的三维坐标；其中目标按键包括上下按键和楼层按键。
根据本发明的第一方面，所述通过红外距离传感器感应电梯门开关具体为：当红外距离传感器得到的与电梯门的距离发生变化且变化值超过距离阈值时，判定电梯门打开。
本发明的第二方面，一种智能导航机器人，包括摄像头、红外距离传感器、命令输入设备、行进模块、处理器和存储器；所述存储器存有控制指令，所述处理器执行所述控制指令并应用如本发明第一方面所述的控制方法驱动所述摄像头、所述红外距离传感器、所述命令输入设备和所述行进模块执行步骤。
根据本发明的第二方面，所述命令输入设备，用于输入目标室室号；所述命令输入设备为触摸屏、键盘或麦克风。
上述智能导航机器人至少具有以下的有益效果：能应用于带电梯的多楼层的智能导航；建立多个楼层的二维地图，并在二维地图上标明电梯位置和楼层号，从而构建出对应整个楼层的地图；根据输入的目标室室号自动导航至目标室；通过摄像头和红外距离传感器识别电梯按键后驱动机械臂以实现为用户提供自动按电梯的服务；具有更高的自动化和智能化。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一种智能导航机器人的控制方法的步骤图；
图2是自动搭乘电梯步骤的具体步骤图；
图3是本发明实施例一种智能导航机器人的结构图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，本发明实施例提供了一种智能导航机器人的控制方法，包括以下步骤：
步骤S10、对一座楼构建多个二维地图，多个二维地图均标有电梯位置，每个二维地图对应一个楼层并标有楼层号；
步骤S20、接收用户输入的目标室室号，自动搭乘电梯，自动导航行进至目标室；
其中，自动搭乘电梯包括以下步骤：
步骤S31、根据目前所在楼层和目标室室号，得到搭乘方向信息；
步骤S32、通过摄像头300拍摄电梯口图像并识别电梯上下按键区域以及与搭乘方向信息对应的上下按键，计算上下按键的三维坐标，驱动机械臂按下上下按键；
步骤S33、通过红外距离传感器400感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块600进入电梯内；
步骤S34、通过摄像头300拍摄电梯内部图像并识别电梯楼层按键区域以及与目标室所在楼层对应的楼层按键，计算楼层按键的三维坐标，驱动机械臂按下楼层按键；
步骤S35、通过红外距离传感器400感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块600走出电梯。
在该实施例中，建立多个楼层的二维地图，并标明电梯位置和楼层号，从而构建出对应整个楼层的地图；根据输入的目标室室号自动导航至目标室，并实现为用户提供自动按电梯的服务；具有更高的自动化和智能化。
进一步，在导航行进的过程中，通过无线连接模块与用户的移动设备连接，当与用户的距离超过范围阈值，向移动设备发送警告信号。
具体地，其中无线连接模块为蓝牙模块；移动设备为手机。该智能导航机器人通过蓝牙连接实现与手机无线连接，并通过蓝牙实现距离的测量，但该智能导航机器人与用户的距离超过范围阈值，范围阈值取2米，则该智能导航机器人通过蓝牙模块向手机发送警告信号，使手机震动。在其他实施例中，移动设备可以为平板电脑、手提电脑等。
进一步，对一座楼构建多个二维地图包括以下步骤：
步骤S11、获取智能导航机器人的运动姿态和周边图像并从周边图像提取地标信息；
步骤S12、根据运动姿态和地标信息生成二维地图；
步骤S13、对二维地图标记楼层号。
具体地，机器人的运动姿态包括位置信息和航向角。机器人利用GPS卫星定位获取机器人的位置信息，利用角速度计计算出机器人的航向角。周边图像由机器人的摄像头300拍摄机器人四周的图像信息得到。进而，地标信息是周边图像中具有明显标志性的物体，例如立柱、划线或建筑标志等，用坐标(x，y)表示。获取得到所有地标信息后，基于机器人自身的位置信息和地标信息闭环检测得到二维地图。
进一步，根据目前所在楼层和目标室室号，得到搭乘方向信息包括以下步骤：
步骤S41、确认智能导航机器人目前所在楼层；
步骤S42、根据目标室室号，确认目标室所在楼层；
步骤S43、比较目前所在楼层和目标室所在楼层，得到搭乘方向信息。
具体地，该智能导航机器人确认目前所在楼层的方式为由预存储的楼层号信息得到。当乘坐电梯后，预存储的楼层号信息变更为目标室所在楼层的楼层号。
另外，在该实施例中，目标室室号为三位数或四位数。当输入的目标室室号为三位数时，三位数的第一个数字确认为目标室所在楼层；当输入的目标室室号为四位数，四位数的前两个数字确认为目标室所在楼层。比较目前所在楼层和目标室所在楼层，当目标室所在楼层大于目前所在楼层，搭乘方向信息为上方，则上下按键对应为向上箭头；当目标室所在楼层小于目前所在楼层，搭乘方向信息为下方，则上下按键对应为向下箭头。
进一步，通过基于深度学习网络的图像识别算法从电梯口图像识别电梯上下按键区域和上下按键，以及从电梯内部图像识别电梯楼层按键区域和楼层按键。
在该实施例中，深度学习网络可以为CNN网络或FCNN网络。当然在其他实施例中，深度学习网络也可以是其他常用的神经网络。由于电梯的按键通常为圆形或矩形。通过图像识别算法识别出内部标有数字的圆形或矩形，其所组成的区域为按键区域。然后再通过图像识别算法识别出具体数字，根据目标室所在楼层得到对应的数字，则标有对应数字的图形为楼层按键所在区域。或者通过图像识别算法识别出具体箭头，根据搭乘方向信息确认对应的箭头，则标有对应箭头的图形为上下按键所在区域。
进一步，计算目标按键的三维坐标包括以下步骤:
步骤S51、使红外距离传感器400的角度垂直于目标按键所在的墙壁，得到第一距离值a；
步骤S52、使红外距离传感器400转动第一角度α直至对准目标按键；
步骤S53、计算目标按键的三维坐标；其中目标按键包括上下按键和楼层按键。
具体地，通过角度仪记录红外距离传感器400转动的第一角度α。在红外距离传感器400转动第一角度α后，通过红外距离传感器400测量得到第二距离b，根据第一距离a、第二距离b和第一角度α根据三角函数关系可以得到目标按键的三维坐标。该三维坐标是以机械臂的底盘为原点建立的。
另外，在驱动机械臂按下目标按键的步骤中，机械臂为三轴机械臂；根据目标按键的三维坐标驱动三轴机械臂按下目标按键。需要说明的是，三轴机械臂和根据三维坐标驱动三轴机械臂运动是现有技术，在此不作具体阐述。
进一步，通过红外距离传感器400感应电梯门开关具体为：当红外距离传感器400得到的与电梯门的距离发生变化且变化值超过距离阈值时，判定电梯门打开。具体地，距离阈值的范围为0.5m至2m。在该实施例中，距离阈值取1m。
当该智能导航机械人离开电梯，到达目标室所在楼层后，根据目标室室号得到目标室在该楼层的二维地图的所在位置，并智能规划最短路线，按照最短路线驱动行进模块600行进至目标室位置。另外，该智能导航机械人通过红外距离传感器400测量与阻碍物的距离和体积根据避障算法，能实现智能避障，达到更智能化的导航效果。
参照图3，本发明的另一个实施例，提供了一种智能导航机器人，包括摄像头300、红外距离传感器400、命令输入设备500、行进模块600、处理器100和存储器200；存储器200存有控制指令，处理器100执行控制指令驱动摄像头300、红外距离传感器400、命令输入设备500和行进模块600执行以下步骤：
步骤S10、对一座楼构建多个标有电梯位置和楼层号的二维地图；
步骤S20、接收用户输入的目标室室号，自动搭乘电梯，自动导航行进至目标室；
其中，在自动搭乘电梯的过程中，
步骤S31、根据目前所在楼层和目标室室号，得到搭乘方向信息；
步骤S32、通过摄像头300拍摄电梯口图像并识别电梯上下按键区域以及与搭乘方向信息对应的上下按键，计算上下按键的三维坐标，驱动机械臂按下上下按键；
步骤S33、通过红外距离传感器400感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块600进入电梯内；
步骤S34、通过摄像头300拍摄电梯内部图像并识别电梯楼层按键区域以及与目标室所在楼层对应的楼层按键，计算楼层按键的三维坐标，驱动机械臂按下楼层按键；
步骤S35、通过红外距离传感器400感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块600走出电梯。
进一步，命令输入设备500，用于输入目标室室号；命令输入设备500为触摸屏、键盘或麦克风。
另外，在该实施例中，该智能导航机器人还包括用于显示信息的显示屏、用于获取定位信息的GPS模块、用于与移动设备无线连接的无线连接模块、用于获取航向角的角速度计和用于获取转动角度的角度仪。具体地，无线连接模块为蓝牙模块，型号为SKB369。
进一步，运动模块由四个电机和四个麦克纳姆轮组成。每个电机单独驱动一个麦克纳姆轮运动。
在该实施例中，该智能导航机器人能应用于带电梯的多楼层的智能导航；建立多个楼层的二维地图，并在二维地图上标明电梯位置和楼层号，从而构建出对应整个楼层的地图；根据输入的目标室室号自动导航至目标室；通过摄像头300和红外距离传感器400识别电梯按键后驱动机械臂以实现为用户提供自动按电梯的服务；具有更高的自动化和智能化。
本发明的另一个实施例，提供了一种存储介质，存储有可执行指令；可执行指令能使与该存储介质连接的处理器执行上述的控制方法，控制机器人运动。
以上，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
对一座楼构建多个二维地图，多个所述二维地图均标有电梯位置，每个所述二维地图对应一个楼层并标有楼层号；
接收用户输入的目标室室号，自动搭乘电梯，自动导航行进至目标室；
其中，所述自动搭乘电梯包括以下步骤：
根据目前所在楼层和所述目标室室号，得到搭乘方向信息；
通过摄像头拍摄电梯口图像并识别电梯上下按键区域以及与所述搭乘方向信息对应的上下按键，计算所述上下按键的三维坐标，驱动机械臂按下所述上下按键；
通过红外距离传感器感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块进入电梯内；
通过摄像头拍摄电梯内部图像并识别电梯楼层按键区域以及与目标室所在楼层对应的楼层按键，计算所述楼层按键的三维坐标，驱动机械臂按下所述楼层按键；
通过红外距离传感器感应电梯门开关，当感应到电梯门打开，驱动行进模块走出电梯。
2.根据权利要求1所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，在导航行进的过程中，通过无线连接模块与用户的移动设备连接，当与用户的距离超过范围阈值，向所述移动设备发送警告信号。
3.根据权利要求1所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，所述对一座楼构建多个二维地图包括以下步骤：
获取所述智能导航机器人的运动姿态和周边图像并从所述周边图像提取地标信息；
根据所述运动姿态和所述地标信息生成二维地图；
对所述二维地图标记所述楼层号。
4.根据权利要求3所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，所述运动姿态包括由GPS定位的位置信息和由角速度计得到的航向角。
5.根据权利要求1所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，所述根据目前所在楼层和所述目标室室号，得到搭乘方向信息包括以下步骤：
确认所述智能导航机器人目前所在楼层；
根据所述目标室室号，确认目标室所在楼层；
比较目前所在楼层和目标室所在楼层，得到搭乘方向信息。
6.根据权利要求1所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，通过基于深度学习网络的图像识别算法从所述电梯口图像识别所述电梯上下按键区域和所述上下按键，以及从所述电梯内部图像识别所述电梯楼层按键区域和所述楼层按键。
7.根据权利要求5所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，计算目标按键的三维坐标包括以下步骤:
使红外距离传感器的角度垂直于所述目标按键所在的墙壁，得到第一距离值a；
使红外距离传感器转动第一角度α直至对准所述目标按键；
计算目标按键的三维坐标；其中目标按键包括上下按键和楼层按键。
8.根据权利要求1所述的一种智能导航机器人的控制方法，其特征在于，所述通过红外距离传感器感应电梯门开关具体为：当红外距离传感器得到的与电梯门的距离发生变化且变化值超过距离阈值时，判定电梯门打开。
9.一种智能导航机器人，其特征在于，包括摄像头、红外距离传感器、命令输入设备、行进模块、处理器和存储器；所述存储器存有控制指令，所述处理器执行所述控制指令并应用如权利要求1至8任一项所述的控制方法驱动所述摄像头、所述红外距离传感器、所述命令输入设备和所述行进模块执行步骤。
10.根据权利要求9所述的一种智能导航机器人，其特征在于，所述命令输入设备，用于输入目标室室号；所述命令输入设备为触摸屏、键盘或麦克风。
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