CN110874102A - 一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法 - Google Patents

一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110874102A
CN110874102A CN202010049062.7A CN202010049062A CN110874102A CN 110874102 A CN110874102 A CN 110874102A CN 202010049062 A CN202010049062 A CN 202010049062A CN 110874102 A CN110874102 A CN 110874102A
Authority
CN
China
Prior art keywords
safety
robot
coordinate
area
obstacle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010049062.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110874102B (zh
Inventor
赵福海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Grandwell Made Technology Co Ltd
Original Assignee
Tianjin Grandwell Made Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Grandwell Made Technology Co Ltd filed Critical Tianjin Grandwell Made Technology Co Ltd
Priority to CN202010049062.7A priority Critical patent/CN110874102B/zh
Publication of CN110874102A publication Critical patent/CN110874102A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110874102B publication Critical patent/CN110874102B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0238Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
    • G05D1/024Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/0055Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot with safety arrangements
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0214Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory in accordance with safety or protection criteria, e.g. avoiding hazardous areas
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0257Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using a radar

Abstract

本发明公开了一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法,包括移动机器人、机器人安全单元和激光测距元件,所述机器人安全单元设定不同的虚拟安全防护区域的范围及机器人在不同区域内的安全避障机制,所述激光测距元件测量障碍物的距离信息,所述机器人安全单元读取所述激光测距元件测量的距离数据,通过坐标转换,将距离数据转换为与虚拟安全防护区域在同一坐标系的数据值,通过算法判断障碍物所在的区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制;本申请对在满足安全要求的情况下,降低成本,实现小型激光测距元件在机器人上的安全使用,同时安全距离可以灵活调节,满足机器人在不同应用场景的安全需求。

Description

一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法
技术领域
本发明涉及移动机器人控制技术领域,尤其涉及一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法。
背景技术
随着工业生产发展的需求及移动机器人技术的发展,越来越多的移动机器人被用于工厂物流转运,移动机器人在复杂环境中的人机协作的安全性成为了一个重要的问题,需同时对静态的、动态的障碍物进行实时防护。最常用安全保护的方法是使用带有硬件安全开关量的激光测距元件,如安全雷达,但是,目前此种安全激光测距元件体积较大,且价格昂贵,不适用于小型机器人。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题,本申请的目的在于提供一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法。
为实现本发明的目的,本发明提供的了一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统,包括机器人安全单元和激光测距元件,
所述机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围,所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,所述机器人安全单元设定所述移动机器人在多级安全区域内的安全避障机制;
其中,机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围及安全避障机制,具体包括如下步骤:
步骤1.1所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,每一级安全区域的设置方式如下:以机器人中心坐标为原点,在机器人四周设置至少4个坐标点,将所述坐标点依次连接起来所围成的多边形区域,则为该级安全区域;
步骤1.2设置障碍物在多级安全区域内时所执行的安全避障机制及优先级顺序;
所述激光测距元件安装于所述移动机器人上,其测量障碍物的距离信息,所述机器人安全单元读取所述激光测距元件测量的距离数据,通过坐标转换,将距离数据转换为与虚拟安全防护区域在同一坐标系的数据值;
机器人安全单元读取激光测距元件测量的距离数据并进行坐标转换,具体包括如下步骤:
步骤2.1机器人安全单元读取激光测距元件所测量的障碍物基于激光测距元件极坐标系的原始极坐标数据;
步骤2.2机器人安全单元读取步骤2.1中的原始极坐标数据后,将其转换为障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标;
步骤2.3机器人安全单元将步骤2.2中转换后的障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标转换为障碍物基于移动机器人直角坐标系的点云坐标;
机器人安全单元通过算法判断障碍物所在的区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制;
判断障碍物所在的安全区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制,具体包括如下步骤;
步骤3.1选取其中1个多边形,初始化参数sumA为0,sumA为符合条件的交点之和;
步骤3.2选取多边形中一组相邻两坐标点;判断选取的坐标点是否为重复选取,若是,执行步骤3.9;
步骤3.3比较障碍物点云y坐标值是否在相邻两坐标点中最大y坐标值和最小y坐标值区间内;
步骤3.4若不在区间内,则返回步骤3.2,若在此区间内,则执行步骤3.5计算;
步骤3.5以障碍物点云y坐标值,画一条平行于X轴的直线与选取的两坐标点连成的直线相交;
步骤3.6根据直线的两点式列出通过两坐标点的直线的方程式,将障碍物点云y坐标值代入方程式,求交点的x坐标值;
步骤3.7判断障碍物点云x坐标值是否小于交点的x坐标值,若大于,则返回步骤3.2,若小于,则进行步骤3.8计算;
步骤3.8累计计算符合条件的交点之和sumA=sumA+1,返回步骤3.2;
步骤3.9若交点之和sumA为奇数,判断障碍物在该级安全区域内,若交点之和为除0之外的偶数,则判断障碍物在该级安全区域外;
步骤3.10返回步骤3.1选取另一个多边形进行计算;
步骤3.11累计计算符合障碍物在安全区域内的安全区域个数sumN,当符合条件的安全区域个数sumN为1时,表示仅在一个安全区域内有障碍物,发布当前区域的安全避障机制;
步骤3.12当符合条件的区域个数sumN大于1时,表示同时在两个或两个以上区域内有障碍物,根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统;
所述移动机器人还包括用于执行相应安全避障机制的导航单元、运动单元、声光警示单元。
相应地,本申请还提供了一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法,包括以下步骤:
步骤S1:机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围及安全避障机制,具体包括如下步骤:
步骤1.1所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,每一级安全区域的设置方式如下:以机器人中心坐标为原点,在机器人四周设置至少4个坐标点,将所述坐标点依次连接起来所围成的多边形区域,则为该级安全区域;
步骤1.2设置障碍物在多级安全区域内时所执行的安全避障机制及优先级顺序;
步骤S2:机器人安全单元读取激光测距元件测量的距离数据并进行坐标转换,具体包括如下步骤:
步骤2.1机器人安全单元读取激光测距元件所测量的障碍物基于激光测距元件极坐标系的原始极坐标数据;
步骤2.2机器人安全单元读取步骤2.1中的原始极坐标数据后,将其转换为障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标;
步骤2.3机器人安全单元将步骤2.2中转换后的障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标转换为障碍物基于移动机器人直角坐标系的点云坐标;
步骤S3:判断障碍物所在的安全区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制,具体包括如下步骤;
步骤3.1选取其中1个多边形,初始化参数sumA为0,sum为符合条件的交点之和;
步骤3.2选取多边形中一组相邻两坐标点;判断选取的坐标点是否为重复选取,若是,执行步骤3.9;
步骤3.3比较障碍物点云y坐标值是否在相邻两坐标点中最大y坐标值和最小y坐标值区间内;
步骤3.4若不在区间内,则返回步骤3.2,若在此区间内,则执行步骤3.5计算;
步骤3.5以障碍物点云y坐标值,画一条平行于X轴的直线与选取的两坐标点连成的直线相交;
步骤3.6根据直线的两点式列出通过两坐标点的直线的方程式,将障碍物点云y坐标值代入方程式,求交点的x坐标值;
步骤3.7判断障碍物点云x坐标值是否小于交点的x坐标值,若大于,则返回步骤3.2,若小于,则进行步骤3.8计算;
步骤3.8累计计算符合条件的交点之和sumA=sumA+1,返回步骤3.2;
步骤3.9若交点之和sumA为奇数,判断障碍物在该级安全区域内,若交点之和为除0之外的偶数,则判断障碍物在该级安全区域外;
步骤3.10返回步骤3.1选取另一个多边形进行计算;
步骤3.11累计计算符合障碍物在安全区域内的安全区域个数sumN,当符合条件的安全区域个数sumN为1时,表示仅在一个安全区域内有障碍物,发布当前区域的安全避障机制;
步骤3.12当符合条件的区域个数sumN大于1时,表示同时在两个或两个以上区域内有障碍物,根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统;
步骤S4:导航单元、运动单元或声光警示系统接收到安全避障机制指令后执行避障措施。
在优选的实施例中,所述虚拟安全防护区域可以包括由近及远的危险区域、警示区域、避障区域,优先级原则为危险区域>警示区域>避障区域,若同时在两个及以上安全区域内有障碍物,则根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统。
在优选的实施例中,执行相应的安全避障机制可以包括:
危险区域:发布零速度给运动单元,停止移动机器人,同时发布信号给声光预警单元进行警示;
警示区域:发布零速度给运动单元,停止等待预设时间后,发布信号给导航单元,绕开障碍物;
避障区域:发布信号给导航单元,绕开障碍物。
在优选的实施例中,在步骤S1中,所述坐标值及坐标点数量可以根据机器人运行速度、运行环境进行设置。
与现有技术相比,本发明利用上述系统以及方法,具有如下优势:
在激光测距元件的基础上实现虚拟安全开关量对静态、动态障碍物进行多级保护,设置不同安全防护区域,通过设定移动机器人在不同区域内的运行规则,实现安全防护的目的,同时保证机器人运行的效率。该方法以及系统在满足安全要求的情况下,降低成本,实现小型激光测距元件在机器人上的安全使用,同时安全距离可以灵活调节,满足机器人在不同应用场景的安全需求。
附图说明
图1所示为本申请实施例一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法系统的架构图;
图2所示为本申请实施例一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法的流程图;
图3所示为本申请虚拟安全防护区域的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用属于“包含”和/ 或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/ 或它们的组合。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示,本发明提供的一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统,包括机器人安全单元11和激光测距元件12,
所述机器人安全单元11设定虚拟安全防护区域的范围,所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,所述机器人安全单元11设定所述移动机器人1在多级安全区域内的安全避障机制;
所述激光测距元件12安装于所述移动机器人1上,其实时测量障碍物的距离信息,所述机器人安全单元11读取所述激光测距元件12测量的距离数据,通过坐标转换,将距离数据转换为与虚拟安全防护区域在同一坐标系的数据值,通过算法判断障碍物所在的区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制;所述移动机器人1还包括用于执行相应安全避障机制的导航单元、运动单元、声光警示单元。
需要说明的是,上述的激光测距元件可采用激光雷达,且该激光雷达为移动机器人自身携带的不带有硬件安全开关量的普通激光雷达,体积小,成本较低。
所述移动机器人1还包括导航单元13、运动单元14、声光警示单元15,所述导航单元13、所述运动单元14以及所述声光警示单元15用于执行相应安全避障机制。
需要说明的是,机器人安全单元11可以为在移动机器人1上运行的通过C语言、C++语言、python语言编写的运行程序。
实施例2
如图2所示,与上述系统相应地,本发明还提供了一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法,包括以下步骤:
步骤S1:机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围及安全避障机制,具体包括如下步骤:
(1)所述虚拟安全防护区域包括范围不同的3级安全区域,每一级安全区域的设置方式如下:以机器人中心坐标为原点,在机器人四周设置4个坐标点,将4个所述坐标点依次连接起来所围成的多边形区域,则为该级安全区域;
其中,坐标值及坐标点数量可以根据机器人运行速度、运行环境进行设置;
(2)设置障碍物在多级安全区域内时所执行的安全避障机制及优先级顺序;
步骤S2:机器人安全单元读取激光测距元件测量的距离数据并进行坐标转换,通过如下步骤:
(1)机器人安全单元读取激光测距元件所测量的障碍物基于激光测距元件极坐标系的原始极坐标数据(
Figure DEST_PATH_IMAGE001
,θ′);
(2)机器人安全单元读取(1)的原始极坐标数据(
Figure 906456DEST_PATH_IMAGE001
,θ′)后,将其转换为障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标(x′,y′),利用下述公式一转换:
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE005
公式一
其中,x’为障碍物基于激光测距元件直角坐标系点云数据的x坐标,y’ 为障碍物基于激光测距元件直角坐标系点云数据的y坐标,
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为激光测距元件测量当前障碍物的测量长度,
Figure 810827DEST_PATH_IMAGE008
为激光测距元件测量当前障碍物的测量角度;
(3)机器人安全单元将(2)转换后的障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标(x' y')转换为障碍物基于移动机器人直角坐标系的点云坐标(x,y),利用下述公式二转换:
Figure 645184DEST_PATH_IMAGE010
Figure 272605DEST_PATH_IMAGE012
公式二
其中,x为障碍物基于机器人直角坐标系点云数据的x坐标,y为障碍物基于机器人直角坐标系点云数据的y坐标,x’ 为障碍物基于激光测距元件直角坐标系点云数据的x坐标,y’为障碍物基于激光测距元件直角坐标系点云数据的y坐标,
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为机器人直角坐标系相对于激光测距元件或深度视觉摄像头直角坐标系的旋转角度。
步骤S3:机器人安全单元根据步骤S2转换后的坐标判断障碍物是否在虚拟安全防护区域,通过如下步骤判断:
所述虚拟安全防护区域为多级安全区域,分为由近及远的危险区域、警示区域、避障区域,如图2所示,循环执行如下步骤;
步骤S3.1:按设置顺序选取其中一个多边形并设置参数sumA(符合条件的交点之和)为0;
步骤S3.2:从1开始给多边形顶点按照连接顺序编号,P1,P2,P3……;
步骤S3.3:取相邻的两个顶点,Pn,Pn+1
步骤S3.4:取障碍物点云Q的y坐标值yq;
步骤S3.5:取Pn,Pn+1中最大的y坐标值ypmax与最小的坐标值ypmin
步骤S3.6:判断yq是否在ypmax与ypmin区间内,若不在,则返回步骤S3.3,若在此区间内,则进行步骤S3.7,S3.8计算;
步骤S3.7:取障碍物点云Q的y坐标值yq,画一条平行于X轴的直线与Pn,Pn+1两点连成的直线相交;
步骤S3.8:根据直线的两点式列出通过Pn与Pn+1两点的直线的方程式, 如式三,将障碍物点云Q的y坐标值yq代入方程式,求交点的坐标值x0:
Figure DEST_PATH_IMAGE015
公式三
其中yq为障碍物点云坐标的y坐标值,xpn、xpn+1为顶点Pn,Pn+1的x坐标值,ypn、ypn+1为顶点Pn、Pn+1的y坐标值,n为顶点编号1,2,3……。
步骤S3.9:判断障碍物点云x坐标值xq是否小于x0,若大于,则返回步骤S3.3,若小于,则进行步骤S3.10计算;
步骤S3.10:累计计算符合条件的交点之和sumA=sumA+1,返回步骤S3.3;
步骤S3.11:若交点之和为奇数,判断障碍物在安全区域内部,若交点之和为除0之外的偶数,则判断障碍物在安全区域外部;
步骤S3.12:返回步骤S3.1选取另一个多边形进行计算;
步骤S3.13:累计计算符合障碍物在安全区域内的区域个数sumN=sumN+1,当符合条件的区域个数为1时,表示仅在一个安全区域内有障碍物,发布当前区域的安全避障机制;
步骤S3.14:当符合条件的区域个数大于2时,表示同时在两个或以上区域内有障碍物,根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统,优先级原则可以为危险区域>警示区域>避障区域。
步骤4:导航单元、运动单元或声光警示系统接收到安全避障机制指令后执行避障措施,可以如下:
危险区域:发布零速度给运动单元,停止移动机器人,同时发布信号给声光预警单元进行警示;
警示区域:发布零速度给运动单元,停止等待预设时间后,发布信号给导航单元,绕开障碍物;
避障区域:发布信号给导航单元,绕开障碍物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统,其特征在于,包括机器人安全单元和激光测距元件,
所述机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围,所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,所述机器人安全单元设定所述移动机器人在多级安全区域内的安全避障机制;
其中,机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围及安全避障机制,具体包括如下步骤:
步骤1.1所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,每一级安全区域的设置方式如下:以机器人中心坐标为原点,在机器人四周设置至少4个坐标点,将所述坐标点依次连接起来所围成的多边形区域,则为该级安全区域;
步骤1.2设置障碍物在多级安全区域内时所执行的安全避障机制及优先级顺序;
所述激光测距元件安装于所述移动机器人上,其测量障碍物的距离信息,所述机器人安全单元读取所述激光测距元件测量的距离数据,通过坐标转换,将距离数据转换为与虚拟安全防护区域在同一坐标系的数据值;
机器人安全单元读取激光测距元件测量的距离数据并进行坐标转换,具体包括如下步骤:
步骤2.1机器人安全单元读取激光测距元件所测量的障碍物基于激光测距元件极坐标系的原始极坐标数据;
步骤2.2机器人安全单元读取步骤2.1中的原始极坐标数据后,将其转换为障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标;
步骤2.3机器人安全单元将步骤2.2中转换后的障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标转换为障碍物基于移动机器人直角坐标系的点云坐标;
机器人安全单元通过算法判断障碍物所在的区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制;
判断障碍物所在的安全区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制,具体包括如下步骤;
步骤3.1选取其中1个多边形,初始化参数sumA为0,sumA为符合条件的交点之和;
步骤3.2选取多边形中一组相邻两坐标点;判断选取的坐标点是否为重复选取,若是,执行步骤3.9;
步骤3.3比较障碍物点云y坐标值是否在相邻两坐标点中最大y坐标值和最小y坐标值区间内;
步骤3.4若不在区间内,则返回步骤3.2,若在此区间内,则执行步骤3.5计算;
步骤3.5以障碍物点云y坐标值,画一条平行于X轴的直线与选取的两坐标点连成的直线相交;
步骤3.6根据直线的两点式列出通过两坐标点的直线的方程式,将障碍物点云y坐标值代入方程式,求交点的x坐标值;
步骤3.7判断障碍物点云x坐标值是否小于交点的x坐标值,若大于,则返回步骤3.2,若小于,则进行步骤3.8计算;
步骤3.8累计计算符合条件的交点之和sumA=sumA+1,返回步骤3.2;
步骤3.9若交点之和sumA为奇数,判断障碍物在该级安全区域内,若交点之和为除0之外的偶数,则判断障碍物在该级安全区域外;
步骤3.10返回步骤3.1选取另一个多边形进行计算;
步骤3.11累计计算符合障碍物在安全区域内的安全区域个数sumN,当安全区域个数sumN为1时,表示仅在一个安全区域内有障碍物,发布当前区域的安全避障机制;
步骤3.12当符合条件的区域个数sumN大于1时,表示同时在两个或两个以上区域内有障碍物,根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统;
所述移动机器人还包括用于执行相应安全避障机制的导航单元、运动单元、声光警示单元。
2.一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围及安全避障机制,具体包括如下步骤:
步骤1.1所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域,每一级安全区域的设置方式如下:以机器人中心坐标为原点,在机器人四周设置至少4个坐标点,将所述坐标点依次连接起来所围成的多边形区域,则为该级安全区域;
步骤1.2设置障碍物在多级安全区域内时所执行的安全避障机制及优先级顺序;
步骤S2:机器人安全单元读取激光测距元件测量的距离数据并进行坐标转换,具体包括如下步骤:
步骤2.1机器人安全单元读取激光测距元件所测量的障碍物基于激光测距元件极坐标系的原始极坐标数据;
步骤2.2机器人安全单元读取步骤2.1中的原始极坐标数据后,将其转换为障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标;
步骤2.3机器人安全单元将步骤2.2中转换后的障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标转换为障碍物基于移动机器人直角坐标系的点云坐标;
步骤S3:判断障碍物所在的安全区域,并根据优先级原则执行相应安全避障机制,具体包括如下步骤;
步骤3.1选取其中1个多边形,初始化参数sumA为0,sumA为符合条件的交点之和;
步骤3.2选取多边形中一组相邻两坐标点;判断选取的坐标点是否为重复选取,若是,执行步骤3.9;
步骤3.3比较障碍物点云y坐标值是否在相邻两坐标点中最大y坐标值和最小y坐标值区间内;
步骤3.4若不在区间内,则返回步骤3.2,若在此区间内,则执行步骤3.5计算;
步骤3.5以障碍物点云y坐标值,画一条平行于X轴的直线与选取的两坐标点连成的直线相交;
步骤3.6根据直线的两点式列出通过两坐标点的直线的方程式,将障碍物点云y坐标值代入方程式,求交点的x坐标值;
步骤3.7判断障碍物点云x坐标值是否小于交点的x坐标值,若大于,则返回步骤3.2,若小于,则进行步骤3.8计算;
步骤3.8累计计算符合条件的交点之和sumA=sumA+1,返回步骤3.2;
步骤3.9若交点之和sumA为奇数,判断障碍物在该级安全区域内,若交点之和为除0之外的偶数,则判断障碍物在该级安全区域外;
步骤3.10返回步骤3.1选取另一个多边形进行计算;
步骤3.11累计计算符合障碍物在安全区域内的安全区域个数sumN,当符合条件的安全区域个数sumN为1时,表示仅在一个安全区域内有障碍物,发布当前区域的安全避障机制;
步骤3.12当符合条件的区域个数sumN大于1时,表示同时在两个或两个以上区域内有障碍物,根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统;
步骤S4:导航单元、运动单元或声光警示系统接收到安全避障机制指令后执行避障措施。
3.根据权利要求2所述的一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法,其特征在于,所述虚拟安全防护区域包括由近及远的危险区域、警示区域、避障区域,优先级原则为危险区域>警示区域>避障区域,若同时在两个及以上安全区域内有障碍物,则根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域,并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统。
4.根据权利要求2或3所述的一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法,其特征在于,执行相应的安全避障机制包括:
危险区域:发布零速度给运动单元,停止移动机器人,同时发布信号给声光预警单元进行警示;
警示区域:发布零速度给运动单元,停止等待预设时间后,发布信号给导航单元,绕开障碍物;
避障区域:发布信号给导航单元,绕开障碍物。
5.根据权利要求2所述的一种移动机器人虚拟安全防护区域保护方法,其特征在于,在步骤S1中,所述坐标值及坐标点数量可以根据机器人运行速度、运行环境进行设置。
CN202010049062.7A 2020-01-16 2020-01-16 一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法 Active CN110874102B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010049062.7A CN110874102B (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010049062.7A CN110874102B (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110874102A true CN110874102A (zh) 2020-03-10
CN110874102B CN110874102B (zh) 2020-05-05

Family

ID=69718404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010049062.7A Active CN110874102B (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110874102B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112148013A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 深圳优地科技有限公司 机器人避障方法、机器人及存储介质
CN112859873A (zh) * 2021-01-25 2021-05-28 山东亚历山大智能科技有限公司 一种基于语义激光的移动机器人多级避障系统及方法
CN113190009A (zh) * 2021-05-08 2021-07-30 珠海市一微半导体有限公司 基于栅格地图的机器人曲线虚拟墙实现方法
CN113233377A (zh) * 2021-03-29 2021-08-10 上海快仓自动化科技有限公司 全向自动叉车的运动控制方法和全向自动叉车
CN113568413A (zh) * 2021-08-19 2021-10-29 深圳中智永浩机器人有限公司 机器人安全保障方法、装置、计算机设备及存储介质
CN113589829A (zh) * 2021-09-29 2021-11-02 江苏天策机器人科技有限公司 一种移动机器人的多传感器区域避障方法
CN114237137A (zh) * 2021-11-29 2022-03-25 北京云迹科技股份有限公司 一种机器人安全控制方法、装置、介质及计算机设备
WO2022246795A1 (zh) * 2021-05-28 2022-12-01 京东方科技集团股份有限公司 虚拟现实体验安全区域更新方法及装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101359229A (zh) * 2008-08-18 2009-02-04 浙江大学 一种基于障碍物运动预测的移动机器人避障方法
CN103631262A (zh) * 2012-08-29 2014-03-12 科沃斯机器人科技(苏州)有限公司 自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法
US20140153423A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for handover of terminal using multi-connection in cellular communication system
EP3059650A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-24 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Movable object controller and method for controlling movable object
CN106325280A (zh) * 2016-10-20 2017-01-11 上海物景智能科技有限公司 一种多机器人防碰撞方法及系统
CN107315712A (zh) * 2017-06-19 2017-11-03 云南电网有限责任公司瑞丽供电局 一种变电站安全区域越限检测方法及装置
CN108227687A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 广东德豪润达电气股份有限公司 智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标
CN108303986A (zh) * 2018-03-09 2018-07-20 哈工大机器人(昆山)有限公司 一种激光slam导航的临时障碍物处理方法
CN108388243A (zh) * 2017-01-16 2018-08-10 浙江国自机器人技术有限公司 一种agv机器人的安全防护方法及安全防护结构
CN109426275A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 昊翔电能运动科技(昆山)有限公司 虚拟禁飞区设置及基于虚拟禁飞区的飞行控制方法、装置
CN109582745A (zh) * 2018-07-07 2019-04-05 高静 微分射线法判定点与封闭图形位置关系的方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101359229A (zh) * 2008-08-18 2009-02-04 浙江大学 一种基于障碍物运动预测的移动机器人避障方法
CN103631262A (zh) * 2012-08-29 2014-03-12 科沃斯机器人科技(苏州)有限公司 自移动机器人行走范围限制系统及其限制方法
US20140153423A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for handover of terminal using multi-connection in cellular communication system
EP3059650A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-24 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Movable object controller and method for controlling movable object
CN106325280A (zh) * 2016-10-20 2017-01-11 上海物景智能科技有限公司 一种多机器人防碰撞方法及系统
CN108227687A (zh) * 2016-12-09 2018-06-29 广东德豪润达电气股份有限公司 智能机器人识别虚拟边界方法、行进方法及信标
CN108388243A (zh) * 2017-01-16 2018-08-10 浙江国自机器人技术有限公司 一种agv机器人的安全防护方法及安全防护结构
CN107315712A (zh) * 2017-06-19 2017-11-03 云南电网有限责任公司瑞丽供电局 一种变电站安全区域越限检测方法及装置
CN109426275A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 昊翔电能运动科技(昆山)有限公司 虚拟禁飞区设置及基于虚拟禁飞区的飞行控制方法、装置
CN108303986A (zh) * 2018-03-09 2018-07-20 哈工大机器人(昆山)有限公司 一种激光slam导航的临时障碍物处理方法
CN109582745A (zh) * 2018-07-07 2019-04-05 高静 微分射线法判定点与封闭图形位置关系的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUE ZHAO 等: "《Obstacle avoidance and motion planning scheme for a hexapod robot Octopus-III》", 《ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS》 *
向俊 等: "《判断点与多边形拓扑关系的改进算法》", 《计算机工程与设计》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112148013A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 深圳优地科技有限公司 机器人避障方法、机器人及存储介质
CN112859873A (zh) * 2021-01-25 2021-05-28 山东亚历山大智能科技有限公司 一种基于语义激光的移动机器人多级避障系统及方法
AU2021266203B2 (en) * 2021-01-25 2023-01-19 Shandong Alesmart Intelligent Technology Co., Ltd. Semantic laser-based multilevel obstacle avoidance system and method for mobile robot
CN113233377A (zh) * 2021-03-29 2021-08-10 上海快仓自动化科技有限公司 全向自动叉车的运动控制方法和全向自动叉车
CN113233377B (zh) * 2021-03-29 2023-02-03 上海快仓自动化科技有限公司 全向自动叉车的运动控制方法和全向自动叉车
CN113190009A (zh) * 2021-05-08 2021-07-30 珠海市一微半导体有限公司 基于栅格地图的机器人曲线虚拟墙实现方法
WO2022246795A1 (zh) * 2021-05-28 2022-12-01 京东方科技集团股份有限公司 虚拟现实体验安全区域更新方法及装置
CN113568413A (zh) * 2021-08-19 2021-10-29 深圳中智永浩机器人有限公司 机器人安全保障方法、装置、计算机设备及存储介质
CN113589829A (zh) * 2021-09-29 2021-11-02 江苏天策机器人科技有限公司 一种移动机器人的多传感器区域避障方法
CN114237137A (zh) * 2021-11-29 2022-03-25 北京云迹科技股份有限公司 一种机器人安全控制方法、装置、介质及计算机设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN110874102B (zh) 2020-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110874102B (zh) 一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法
CN108253958B (zh) 一种稀疏环境下的机器人实时定位方法
Polvara et al. Obstacle avoidance approaches for autonomous navigation of unmanned surface vehicles
US11059174B2 (en) System and method of controlling obstacle avoidance of robot, robot and storage medium
US11161246B2 (en) Robot path planning method and apparatus and robot using the same
Zhang et al. Localization and navigation using QR code for mobile robot in indoor environment
CN108705532A (zh) 一种机械臂避障路径规划方法、设备及存储设备
CN109933067A (zh) 一种基于遗传算法和粒子群算法的无人艇避碰方法
CN104299244A (zh) 基于单目相机的障碍物检测方法及装置
CN107539887B (zh) 建筑施工塔吊机群防碰撞预警辅助系统
CN109947118B (zh) 一种使用gpu加速的代价地图快速更新方法
CN103065323A (zh) 一种基于单应性变换矩阵的分段空间对准方法
CN110850859B (zh) 一种机器人及其避障方法和避障系统
CN111815120A (zh) 水上交通风险评估方法、装置、计算机设备和存储介质
CN109407097A (zh) 一种车辆可行驶区域的检测方法及装置
CN111752276A (zh) 局部路径规划方法、装置、计算机可读存储介质及机器人
Xu et al. Potential gap: A gap-informed reactive policy for safe hierarchical navigation
CN113137968A (zh) 基于多传感器融合的重定位方法、重定位装置和电子设备
CN115993830B (zh) 一种基于障碍物躲避的路径规划方法、装置以及机器人
CN111538343B (zh) 一种机器人设置交通规则的系统、方法及存储介质
CN112987748A (zh) 机器人狭窄空间的控制方法、装置、终端及存储介质
Shin et al. Line segment selection method for fast path planning
Yun et al. Dynamic path planning for underwater vehicles based on modified artificial potential field method
CN116215517A (zh) 碰撞检测方法、装置、设备、存储介质和自动驾驶车辆
CN114047514A (zh) 基于毫米波雷达的无人艇导航方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant