CN110788864A - 机器人进出电梯的方法及进出电梯的机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人进出电梯的方法，包括以下步骤：通过传感器组件判断目标电梯是否处于开门状态；通过传感器组感应目标电梯，获得感应数据；根据感应数据进行特征数据识别，判断识别后的特征数据是否与预设的电梯缝的特征数据匹配；通过传感器组获取电梯缝与传感器组的距离、电梯缝与地面的角度及传感器组与沿机器人前进方向的前方障碍物的最小距离，判断L0是否大于L1cosθ与L2之和；控制机器人驶向所述目标电梯。本发明提供的机器人进出电梯的方法，参照物明显，测量精度高，减少了对电梯正常运行的负面影响，改善了现有机器人进出电梯时由于人员遮挡导致定位误差较大的问题。

Description

机器人进出电梯的方法及进出电梯的机器人控制系统

【技术领域】

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人进出电梯的方法及进出电梯的机器人控制系统。

【背景技术】

目前，具备自主移动能力的服务机器人，在城市楼宇中工作时，需要具备自主乘坐楼宇电梯的能力。然而，由于电梯空间作为公共空间，当有同乘的人员进入电梯空间时，机器人当前位置与电梯空间位置的相对关系(包括机器人是否完全处于电梯内部或外部，机器人当前的位置是否影响电梯门的关闭)是机器人在进行乘梯行为过程中进行自主决策的重要决定因素之一，如果不能准确的判断机器人与电梯空间的相对位置，机器人便无法作出正确的决策，不仅容易造成机器人任务执行失败，也会可能影响电梯门的关闭，对楼宇电梯的运送效率造成负面的影响。

另外，现有的室内移动机器人通过传感器数据(如激光，图像等)与预先扫描和存储的楼宇地图进行匹配来确定自己在楼宇中的绝对位置，然而在人流密集的电梯间中，由于人员走动遮挡，机器人通常难以获得足够的有效传感器数据，因此机器人此时的定位容易产生较大的误差(一般而言，误差可达10厘米以上)，在同乘人员较多的时候可能机器人实际未能完全进入电梯，导致电梯门不能正常关闭。此外，通过定位的方法判断机器人与电梯相对空间还需要对机器人存储的地图做额外的处理，标记出电梯空间区域，这部分工作通常要消耗比较大的人力，增加了机器人进入楼宇的施工成本。

鉴于此，实有必要提供一种机器人进出电梯的方法及进出电梯的机器人控制系统以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种机器人进出电梯的方法及进出电梯的机器人控制系统，旨在改善现有的机器人在进出电梯时定位及相对位置误差较大的问题，提高机器人进出电梯对于相对距离定位的精度，且减少同乘人员对于机器人传感器测量的干扰。

为了实现上述目的，本发明一方面是提供一种机器人进出电梯的方法，用于控制所述机器人进出电梯，机器人设置有包括若干传感器的传感器组件，包括以下步骤：S10：通过传感器组件判断目标电梯是否处于开门状态；若是，则进入步骤S11；若否，则放弃进入所述目标电梯；S11：通过传感器组件感应所述目标电梯，获得包括距离与角度信息的感应数据，其中，所述传感器组件包括位置传感器与角度传感器；S12：根据所述感应数据进行滤波分析及特征数据识别，判断识别后的特征数据是否与预设的电梯缝的特征数据匹配；若是，则进入步骤S13；若否，则返回步骤S11；S13：通过所述传感器组件获取所述电梯缝与所述传感器组件的距离、所述电梯缝与地面的角度及所述传感器组件与沿所述机器人前进方向的前方障碍物的最小距离；将所述电梯缝与所述传感器组件的距离定义为L₁，将所述传感器组件与所述电梯缝的连线与地面的角度定义为θ，将所述机器人沿前进方向的前后两端的最大水平距离定义为L₂，将所述传感器组件与沿所述机器人前进方向的前方障碍物的最小距离定义为L0；判断L₀是否大于L₁cosθ与L₂之和；若是，则进入步骤S14；若否，则返回步骤S11；S14：控制所述机器人驶向所述目标电梯。

在一个优选可实现方式中，所述步骤S11还包括步骤T11：通过计时器进行计时，判断所述步骤S11是否超过预设时间；若是，则放弃进入所述目标电梯；若否，则进入所述步骤S12。

在一个优选可实现方式中，所述步骤S13还包括步骤T12：通过计时器进行计时，判断所述步骤S13是否超过预设时间；若是，则放弃进入所述目标电梯；若否，则进入所述步骤S14。

在一个优选可实现方式中，还包括步骤S15：判断是否获取超重警报；若是，则控制所述机器人离开所述目标电梯的电梯空间；若否，则完全进入所述目标电梯的电梯空间。

本发明另一方面提供了一种进出电梯的机器人控制系统，控制所述机器人执行如上述可实现方式中任一项所述的机器人进出电梯的方法，其中，所述进出电梯的机器人控制系统包括用于移动机器人的行走组件、用于探测电梯位置与开关状态的传感器组件、用于信息交换的通讯组件、用于存储楼层地图及电梯缝特征数据的存储组件及用于数据分析、时间与距离判断的中控组件；所述传感器组件将感应到的包含电梯距离与角度的数据信息发送到所述中控组件；所述中控组件对所述数据信息进行数据分析与判断，与所述存储组件进行比对匹配生成机器人的行走路径，将所述行走路径发送到所述行走组件；所述行走组件接收到所述行走路径后执行，进入所述目标电梯，中控组件通过所述通讯组件与所述目标电梯交互，到达目标楼层。

在一个优选实施方式中，还包括计时组件，所述计时组件用于对所述传感器组件探测电梯及所述中控组件进行数据分析进行计时。

在一个优选实施方式中，还包括警报接收组件，所述警报接收组件用于接收所述目标电梯发出的超重警报。

在一个优选实施方式中，所述传感器组件包括超声传感器、红外传感器、激光传感器、光流传感器、结构光传感器、电机编码器、惯性传感器、激光传感器及图像传感器中的一种或多种。

在一个优选实施方式中，所述传感器组件设置于所述机器人沿前进方向的最前端。

在一个优选实施方式中，所述传感器组件设置于所述机器人的靠近于地面的一端。

本发明通过检测供电梯门打开的电梯缝并以其为参照，来确定机器人与电梯的相对位置，再通过判断电梯空间内的剩余空间是否能够容纳机器人来选择是否进出电梯，本发明提供的机器人进出电梯的方法，参照物明显，测量精度高，减少了对电梯正常运行的负面影响，改善了现有机器人进出电梯时由于人员遮挡导致定位误差较大的问题。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明提供的机器人进出电梯的方法中实施例一的流程图；

图2为图1所示的机器人进出电梯的方法实施例二的流程图；

图3为图1所示的机器人进出电梯的方法实施例三的流程图；

图4为图1所示的机器人进出电梯的方法实施例四的流程图；

图5为图1所示的机器人进出电梯的方法中机器人与电梯缝的位置关系示意图；

图6为本发明提供的进出电梯的机器人控制系统的原理框架图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

在本发明的实施例中，本发明一方面是提供了一种实现机器人进出电梯的方法的进出电梯的机器人控制系统100。

需要说明的是，机器人按照运动方式划分包括但不限于行走式机器人及轮式机器人；再次，电梯由于电梯井道与外墙之间存在间隙及电梯门需要开闭，因此每个电梯打开电梯门之后必然存在一个较为明显的电梯缝，该电梯缝可被探测到。

请参阅图6，进出电梯的机器人控制系统100包括用于移动机器人的行走组件10、用于探测电梯位置与开关状态的传感器组件20、用于信息交换的通讯组件30、用于存储楼层地图及电梯缝特征数据的存储组件40及用于数据分析、时间与距离判断的中控组件50；传感器组件20将感应到的包含电梯距离与角度的数据信息发送到中控组件50；中控组件50对数据信息进行数据分析与判断，与存储组件40进行比对匹配生成机器人的行走路径，将行走路径发送到行走组件10；行走组件10接收到行走路径后执行，进入目标电梯，中控组件50通过通讯组件30与目标电梯交互，到达目标楼层。

具体的，传感器组件20用于检测电梯缝的存在及与机器人相对位置的定位，其中，可测量传感器组件20与电梯缝之间的直线距离及与水平面的角度(即与地面的角度)，传感器组件20可包括以下检测电梯缝是否存在的传感器中的一种或多种：超声传感器、红外传感器、激光传感器、光流传感器、结构光传感器等，测量传感器组件与电梯缝之间的距离与角度的传感器包括以下中的一种或多种：电机编码器、惯性传感器、激光传感器及图像传感器等；当然，上述中的传感器可兼顾检测电梯缝的存在及测量距离与角度，同时为了便于数据分析，传感器组件20中的传感器的探头几乎设于机器人的同一位置，即，多个传感器之间的距离差可忽略不计。

举例来说，例如超声传感器，基于超声波在传输时碰到异质界面上会发生反射、折射等的原理，超声传感器发射超声波至电梯空间，当碰到电梯缝区域时，就会产生全部或部分反射，反射回来的超声波被超声传感器的探头接收，通过仪器内部的电路处理，显示在荧光屏上即为不同高度和有一定间距的波形，因此，电梯缝在电梯空间的特征数据，预设于机器人上，当超声传感器再次检测、识别到该特征数据时，即可认为检测到了电梯缝，还可以根据波形的变化特征判断电梯缝在前方的距离、位置和形状。

其中，传感器组件20可设于机器人的内部或表面，进一步的，可设于机器人沿前进方向的最前端，传感器组件的探头可获得最大的探测角度，同时更便于获取反馈的信号；更进一步的，在一个实施例中，传感器组件20设置于机器人的靠近于地面的一端，能避免电梯间人员的更多遮挡、干扰，同时，此时传感器组件20与地面的角度几乎为0，即传感器组件20与电梯缝的距离近乎可认为水平距离，数据处理时更为简单、直观。

可选的，进出电梯的机器人控制系统100还包括用于计时的计时组件60，当传感器组件20进行探测电梯时及中控组件50进行数据分析、判断时进行计时，并将计时的时间信息发送到中控组件50。

可选的，进出电梯的机器人控制系统100还包括用于接收电梯警报信息的警报接收组件70，并将电梯警报信息发送到中控组件50。

本发明另一方面是提供一种机器人进出电梯的方法，该方法用于控制能够自主运动的机器人进出电梯。

在本发明的实施例一中，请参阅图1，包括以下步骤：S10：通过传感器组件20判断目标电梯是否处于开门状态；若是，则进入步骤S11；若否，则放弃进入目标电梯。具体的，机器人在等待目标电梯时会不断朝向电梯门区域通过传感器组件20进行扫描，当扫描获得一个明显的反馈时，例如，反馈的超声波波形突然改变较大，即可认为是目标电梯门已经打开。由于电梯门开闭比电梯缝的反馈信号更为明显，因此传感器组件20对目标电梯进行一个提前扫描，能够更精确的判断目标电梯是否已经到达，目标电梯到达后，控制传感器组件20朝向电梯空间进行探查、检测，获取到反馈的感应数据。

S11：通过传感器组件20感应目标电梯，获得包括距离与角度信息的感应数据，其中相应的，传感器组件20包括用于测量相对位置的位置传感器与及测量角度的角度传感器。

机器人接收任务后，获得将要去的目标楼层的信息，结合楼宇地图的自身定位，计算出机器人应该通过电梯上行还是下行、需乘坐多少层的信息，从而进行呼叫电梯，当然，某些电梯可能只能到达指定楼层区间，机器人则需呼叫能达到目标楼层的相应电梯，其中，具体的呼叫方法不是本发明的保护核心，因此不再赘述。机器人接收任务后，通过传感器组件20感应电梯区域，获得包括有位置及角度的数据，通过对数据进行滤波分析及电梯缝的特征数据识别，判断目标电梯是否到达当前楼层及是否传感器组件20感应到了电梯缝。

进一步的，请参阅图2，在实施例二中，步骤S11之后包括步骤T11：通过计时器(图中未示出)进行计时，判断步骤S11是否超过预设时间；若是，则放弃进入目标电梯；若否，则进入步骤S12。在本实施例中，对于传感器组件20感应目标电梯是否达到及电梯缝是否存在进行计时，判断是否超时，若超时，可认为是电梯发生故障或者停运，则放弃当前任务或优先执行其他任务，当然，也可重新选择其他电梯，因此，不会对机器人执行任务的效率造成较大影响。

在本发明的实施例中，S12：根据感应数据进行特征数据识别，判断识别后的特征数据是否与预设的电梯缝的特征数据匹配；若是，则进入步骤S13；若否，则返回步骤S11。

中控组件50对获得的感应数据进行滤波分析，滤掉因为人员走动带来的杂波后进行特征数据的识别，当与预设的电梯缝的特征数据匹配成功时，即可认为检测到了电梯缝，可进行进入电梯的操作步骤，若是检测到的特征数据不能匹配成功，为了安全起见，则可呼叫下一次电梯，或优先执行其他任务。

S13：通过传感器组件20获取电梯缝与传感器组件20的距离、电梯缝与地面的角度及传感器组件20与沿机器人前进方向的前方障碍物的最小距离；将电梯缝与传感器组件的距离定义为L₁，将传感器组件20与电梯缝的连线与地面的角度定义为θ，将机器人沿前进方向的前后两端的最大水平距离定义为L₂，将传感器组件与沿机器人前进方向的前方障碍物的最小距离定义为L₀；判断L₀是否大于L₁cosθ与L₂之和；若是，则进入步骤S14；若否，则返回步骤S11。

请参阅图5，机器人通过确认电梯缝确认电梯已到达时，进行相对位置的测算，当传感器组件20与地面具有一定高度时，与位于地面的电梯缝会有一角度θ，传感器组件20与电梯缝的水平距离则为传感器组件20与电梯缝直线距离L₁的水平分量，即L₁cosθ，其中，当传感器组件20设置于机器人的靠近于地面的一端时，θ可认为是0°，传感器组件20与电梯缝的水平距离即为直线距离。考虑到电梯间人员的走动，传感器组件20对前方障碍进行不断测量实时相对位置，因此，传感器组件20与沿机器人前进方向的前方障碍物的最小距离L₀是不断在变化的，当L₀大于L₁cosθ与L₂之和时，可认为此时电梯间有足够的空间可容纳机器人进入目标电梯。

进一步的，请参阅图3，在实施例三中，步骤S13之后包括步骤T12：通过计时器进行计时，判断步骤S13是否超过预设时间；若是，则放弃进入目标电梯；若否，则进入步骤S14。

当传感器组件20对前方障碍(包括人员)进行相对位置的测量时，由于人员的走动，L₀是不断变化的，为了避免机器人冲撞人体造成伤害，机器人等待L₀趋于稳定时，方才进入电梯空间，这个过程进行计时，若超时，则放弃进入目标电梯，则放弃当前任务或优先执行其他任务，当然，也可重新选择其他电梯，因此，不会对机器人执行任务的效率造成较大影响。

S14：控制机器人驶向目标电梯。

机器人进入目标电梯的电梯空间中，对目标电梯发送到达目标楼层的指令，关于如何发送指令不是本发明的核心保护点，可参考现有技术，故不再赘述。

进一步的，请参阅图4，实施例四中，步骤S14后还包括步骤S15：判断是否获取超重警报；若是，则控制机器人离开目标电梯的电梯空间；若否，则完全进入目标电梯的电梯空间。具体的，当机器人进入目标电梯内的电梯空间时，可能存在超重现象，检测到当机器人进入时电梯发出了警报，则退出目标电梯，当然，当机器人进入电梯空间一段时间后电梯再发出超重警报，机器人可退出电梯空间也可不进行响应，直至超重因素解除为止，避免因超重带来的安全隐患。

可选的，在其他的实施例中，当机器人接收到任务时，驶向目标电梯的电梯门前，即电梯缝前，等待目标电梯到达，或者，检测到目标电梯到达后，驶向电梯缝前，然后向电梯空间内移动并通过位移传感器进行相对运动距离的测量，将该相对运动距离与机器人沿前进方向的前后最大长度进行比较，当该相对运动距离大于机器人该最大长度时，则可认为机器人已经完全进入到了电梯空间，若小于，则退出电梯空间，本技术方案可避免人员在机器人前方走动、遮挡使得传感器组件20测量不便的问题。

能够理解的是，本发明提供的机器人进出电梯交互的方法，以上各个实施例中只着重阐述了进入电梯的步骤，关于离开电梯的方法、原理与进入电梯一样，故不再赘述，相关技术人员可通过进入电梯的步骤无需脑力劳动即可知晓离开电梯的方法，因此，离开电梯的方法步骤也属于本发明的保护范围。

综上所述，本发明通过检测供电梯门打开的电梯缝并以其为参照，来确定机器人与电梯的相对位置，再通过判断电梯空间内的剩余空间是否能够容纳机器人来选择是否进出电梯，本发明提供的机器人进出电梯的方法，参照物明显，测量精度高，减少了对电梯正常运行的负面影响，改善了现有机器人进出电梯时由于人员遮挡导致定位误差较大的问题。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种机器人进出电梯的方法，用于控制机器人进出电梯，其特征在于，包括以下步骤：

S10：通过传感器组件判断目标电梯是否处于开门状态；若是，则进入步骤S11；若否，则放弃进入所述目标电梯；

S11：通过设置于所述机器人的所述传感器组件感应目标电梯，获得包括距离与角度信息的感应数据，其中，所述传感器组件包括位置传感器与角度传感器；

S12：根据所述感应数据进行滤波分析及特征数据识别，判断识别后的特征数据是否与预设的电梯缝的特征数据匹配；若是，则进入步骤S13；若否，则返回步骤S11；

S13：通过所述传感器组件获取所述电梯缝与所述传感器组件的距离、所述电梯缝与地面的角度及所述传感器组件与沿所述机器人前进方向的前方障碍物的最小距离；将所述电梯缝与所述传感器组件的距离定义为L₁，将所述传感器组件与所述电梯缝的连线与地面的角度定义为θ，将所述机器人沿前进方向的前后两端的最大水平距离定义为L₂，将所述传感器组件与沿所述机器人前进方向的前方障碍物的最小距离定义为L₀；判断L₀是否大于L₁cosθ与L₂之和；若是，则进入步骤S14；若否，则返回步骤S11；

S14：控制所述机器人驶向所述目标电梯。

2.如权利要求1所述的机器人进出电梯的方法，其特征在于，所述步骤S11还包括步骤T11：通过计时器进行计时，判断所述步骤S11是否超过预设时间；若是，则放弃进入所述目标电梯；若否，则进入所述步骤S12。

3.如权利要求1所述的机器人进出电梯的方法，其特征在于，所述步骤S13还包括步骤T12：通过计时器进行计时，判断所述步骤S13是否超过预设时间；若是，则放弃进入所述目标电梯；若否，则进入所述步骤S14。

4.如权利要求1所述的机器人进出电梯的方法，其特征在于，还包括步骤S15：判断是否获取超重警报；若是，则控制所述机器人离开所述目标电梯的电梯空间；若否，则完全进入所述目标电梯的电梯空间。

5.一种进出电梯的机器人控制系统，其特征在于，控制所述机器人执行如权利要求1-4任一项所述的机器人进出电梯的方法，其中，所述进出电梯的机器人控制系统包括用于移动机器人的行走组件、用于探测电梯位置与开关状态的传感器组件、用于信息交换的通讯组件、用于存储楼层地图及电梯缝特征数据的存储组件及用于数据分析、时间与距离判断的中控组件；所述传感器组件将感应到的包含电梯距离与角度的数据信息发送到所述中控组件；所述中控组件对所述数据信息进行数据分析与判断，与所述存储组件进行比对匹配生成机器人的行走路径，将所述行走路径发送到所述行走组件；所述行走组件接收到所述行走路径后执行，进入所述目标电梯，中控组件通过所述通讯组件与所述目标电梯交互，到达目标楼层。

6.如权利要求5所述的进出电梯的机器人控制系统，其特征在于，还包括计时组件，所述计时组件用于对所述传感器组件探测电梯及所述中控组件进行数据分析进行计时。

7.如权利要求5所述的进出电梯的机器人控制系统，其特征在于，还包括警报接收组件，所述警报接收组件用于接收所述目标电梯发出的超重警报。

8.如权利要求5所述的进出电梯的机器人控制系统，其特征在于，所述传感器组件包括超声传感器、红外传感器、激光传感器、光流传感器、结构光传感器、电机编码器、惯性传感器、激光传感器及图像传感器中的一种或多种。

9.如权利要求5所述的进出电梯的机器人控制系统，其特征在于，所述传感器组件设置于所述机器人沿前进方向的最前端。

10.如权利要求9所述的进出电梯的机器人控制系统，其特征在于，所述传感器组件设置于所述机器人的靠近于地面的一端。

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