CN111381586A

CN111381586A - 一种机器人及其移动控制方法和装置

Info

Publication number: CN111381586A
Application number: CN201811512109.8A
Authority: CN
Inventors: 熊友军; 黄高波; 黄祥斌
Original assignee: Ubtech Robotics Corp
Current assignee: Ubtech Robotics Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-07-07

Abstract

一种机器人的移动控制方法包括：通过位于机器人上的UWB标签与UWB基站通讯测距，获得机器人与各UWB基站之间的距离；根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置；将所述机器人在内部坐标系中的坐标位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置；根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动。从而使得在受限场景下可以使用UWB基站定位来控制移动，并且融合里程计的定位信息，能够有效的提高定位和移动的精度。

Description

一种机器人及其移动控制方法和装置

技术领域

本申请属于机器人领域，尤其涉及一种机器人及其移动控制方法和装置。

背景技术

轮式机器人的移动控制方式主要分为导航和Locomotion自主移动两大类。机器人室内导航又分为三大类：基于激光雷达的导航、视觉导航、UWB(英文全称为UltraWideband，中文全称为超宽带)基站方式导航。其中激光雷达导航是最成熟的，但是应用环境受雷达性能影响很大，有些大的、空旷的、或高反射材料(如不锈钢等)较多的场景并不适合成本较低的雷达导航；视觉导航目前还不太成熟，也受使用条件限制；UWB基站方式导航，比较适合大的空旷的场景，但是UWB导航方式至少需要四个UWB基站，对于能部署四个或以上基站的地方，可以使用UWB导航。如果场景中不能部署四个或四个以上个UWB基站，通过UWB基站无法满足UWB导航的要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种机器人及其移动控制方法和装置，以解决现有技术由于UWB导航方式至少需要四个UWB基站，如果场景中不能部署四个或四个以上个UWB基站，通过UWB基站无法满足UWB导航的要求中的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种机器人的移动控制方法，所述的移动控制方法包括：

通过位于机器人上的UWB标签与UWB基站通讯测距，获得机器人与各UWB基站之间的距离；

根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置；

将所述机器人在内部坐标系中的坐标位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置；

根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置的步骤包括：

获取UWB基站的水平坐标位置、安装高度；

根据所述安装高度、机器人与UWB基站之间的距离，计算机器人与UWB基站之间的水平距离；

根据至少两个UWB基站的水平坐标位置、以及至少两个UWB基站之间的水平距离，计算机器人坐标位置。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述根据至少两个UWB基站的水平坐标位置、以及至少两个UWB基站之间的水平距离，计算机器人坐标位置的步骤包括：

根据UWB基站的水平坐标位置建立坐标系，使其中一个UWB基站位于坐标系原点，其它至少一个UWB基站位于坐标系的同一轴线上；

根据UWB基站之间的水平距离的线段、UWB基站与机器人之间的距离的线段构成三角形，计算机器人与UWB基站之间的夹角；

根据所计算的夹角确定机器人坐标。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动的步骤包括：

根据目标位置和场景中的障碍物，设定依次经过的途经点位置；

根据机器人的当前位置和当前需要移动到的下一个途经点位置，控制所述机器人移动。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动的步骤包括：

根据深度相机、雷达或超声传感器中的一项或者多项采集障碍物信息；

根据融合后的机器人坐标位置，结合所采集的障碍物信息，在向目标位置移动过程中自动避障。

结合第一方面、第一方面的第一种可能实现方式、第一方面的第二种可能实现方式、第一方面的第三种可能实现方式或第一方面的第四种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述UWB基站设置在场景中的边缘位置。

结合第一方面、第一方面的第一种可能实现方式、第一方面的第二种可能实现方式、第一方面的第三种可能实现方式或第一方面的第四种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述UWB基站的高度高于场景中的障碍物的高度。

本申请实施例的第二方面提供了一种机器人的移动控制装置，所述机器人的移动控制装置包括：

距离计算单元，用于通过位于机器人上的UWB标签与UWB基站通讯测距，获得机器人与各UWB基站之间的距离；

位置计算单元，用于根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置；

位置融合单元，用于将所述机器人在内部坐标系中的坐标位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置；

移动控制单元，用于根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动。

本申请实施例的第三方面提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述机器人的移动控制方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述机器人的移动控制方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：不受场景规则性及形状的局限，设置至少两个UWB基站，计算机器人相对于所述UWB基站之间的距离，结合UWB基站的位置，计算得到机器人的基站定位的位置，并将基站定位的位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置，根据融合后的机器人坐标位置，按照预定的目标位置控制机器人移动，从而可以在特定场景下使用较少数量的UWB基站，即可控制机器人移动，并且融合里程计的定位信息，能够有效的提高定位和移动的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的机器的移动控制场景示意图；

图2是本申请实施例提供的一种机器人的移动控制方法的实现流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种计算机器人基站定位的位置的实现流程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种机器人移动控制装置的示意图；

图5是本申请实施例提供的机器人的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本申请实施例提供的一种机器人的移动控制的实施场景的示意图，如图1所示，机器人的起始点可以为经过点1，目标位置可以为经过点6，机器人的起始点可以为下岗点(比如可以为充电点)，经过点6可以为机器人的上岗点。当机器人从经过点1到达经过点6的过程，即为机器人上岗过程。机器人由经过点6到达经过点1的过程，即为机器人下岗过程。如图1所示，在经过点1至经过点6之间，还依次设置有经过点2、经过点3、经过点4和经过点5，当场景中建立坐标系后，可以预先记录各个经过点的坐标位置。

本发明的实施例中，包括至少两个UWB基站，优选的，包括至少两个UWB基站。图1中包括两个UWB基站，为了便于计算，坐标系的原点位于第2号UWB基站上，第1号基站位于坐标系的Y轴上，如果系统中包括三个UWB基站，则第3个UWB基站也可以设置在Y轴上。并且可以获取各个UWB基站的位置。由于UWB基站需要发射无线信号至场景中，为了有效的避开障碍物对无线信号的影响，所述UWB基站设置在一定高度(通常可以设置UWB基站的高度大于障碍物的高度，比如障碍物可以为桌子、椅子等)的位置，所述UWB基站的位置包括UWB的水平坐标位置和UWB基站的安装高度。并且，根据UWB基站的水平坐标位置，可以计算得到UWB基站之间的水平距离。如图中的L即为第1号基站与第2号基站的水平距离。

图2为本申请实施例提供的一种机器人移动控制方法的实现流程示意图，详述如下：

在步骤S201中，通过位于机器人上的UWB标签与UWB基站通讯测距，获得机器人与各UWB基站之间的距离；

具体的，如图1所示，当系统中设置有两个UWB基站时，机器人上设置的UWB标签可以发射无线信号，UWB基站可以接收到由UWB标签发射的无线信号，并根据无线信号计算得到机器人与UWB基站之间的距离，分别记录为s1和s2。

为了保证计算的有效性，在控制机器人移动时，还可以包括对参数是否合法的检测，主要检测目标位置与各个基站的距离是否在预定的距离范围内。比如，所述预定的距离范围可以为1-100米。如果UWB基站与机器人的距离大于100米，或者UWB基站与机器人的距离小于1米，则认为参数不合法，需要调整基站的位置，或者获取第三个UWB基站的定位信号，计算机器人与第三个UWB基站之间的距离。

在步骤S202中，根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置；

出于信号传输的有效性考虑，UWB基站一般设置在较高的位置，因此，在计算机器人的基站定位的位置时，需要结合UWB基站的高度信息h来计算基站定位的位置。具体可以如图3所示，包括：

在步骤S301中，获取UWB基站的水平坐标位置、安装高度；

所述UWB基站的水平坐标位置、安装高度可以在安装的时候进行测量和采集。所述UWB基站的安装高度即为UWB基站距离机器人行走平面的垂直高度。在本申请实施例中，所述机器人行走平面表述为水平面。所述UWB基站在水平面的投影位置，即为UWB基站的水平坐标位置。

在步骤S302中，根据所述安装高度、机器人与UWB基站之间的距离，计算机器人与UWB基站之间的水平距离；

通过UWB标签计算得到机器人与UWB基站之间的距离后，结合UWB基站的高度，根据直角三角形的勾股定理，即可得到机器人与UWB基站之间的水平距离，即机器人与UWB基站的水平坐标位置之间的距离。

在步骤S303中，根据至少两个UWB基站的水平坐标位置、以及至少两个UWB基站之间的水平距离，计算机器人坐标位置。

得到机器人与两个UWB基站之间的水平距离后，结合两个基站之间的距离，通过余弦定理可以计算机器人与两个UWB基站之间的角度，根据计算的角度来确定机器人坐标位置。

优选的一种实施方式如图1所示，通过以UWB基站的水平坐标位置建立坐标系，第1号基站的水平坐标位置为(0,L)，第2号基站的水平坐标位置为(0，0)，第1号基站和第2号基站之间的距离为L，假设第1号基站的高度为h1，第2号基站的安装高度为h2，机器人测量得到机器人到第1号基站的距离为s1，机器人到第2号基站的距离为s2，那么：

机器人到第1号基站的水平距离为：

机器人到第2号基站的水平距离为：

那么，机器人当前的坐标位置为：

在步骤S203中，将所述机器人在内部坐标系中的坐标位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置；

由于使用至少两个UWB基站进行定位时，数据可能会产生漂移，为了进一步提高UWB基站定位的准确度，将基站定位的位置与里程计算的定位信息融合，通过里程计可以准确的统计机器人在短距离移动过程中发生的位移，即通过Locomotion移动的方式，确定前进的距离、旋转的角度，进而通过前进的距离、旋转的角度确定机器人坐标位置。如果所计算的位置与基站定位的位置的差异变化率大于预定的数值，则通过量程计所确定的位置来修正机器人坐标位置，从而得到更为准确的机器人定位。

在步骤S204中，根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动。

本申请所述机器人的目标位置，根据机器人的移动目的不同，可以设置目标位置为机器人上岗点或机器人下岗点，从而控制机器人上岗和下岗移动。在确定机器人初始位置和目标位置后，结合场景中的障碍物，可以设定多个途经点，机器人按照预设的途经点的顺序，依次作为机器人的短期目标位置，来控制机器人移动。

在机器人移动过程中，还可以通过机器人的深度相机、雷达或超声传感器中的一种或者多种，实时采集场景中的障碍物信息，并根据采集的障碍物信息，在朝途经点前进时，自动避开障碍物，提高机器人移动的灵活性。

本申请不受场景规则性及形状的局限，设置至少两个或者三个UWB基站，计算机器人相对于UWB基站之间的距离，结合UWB基站的位置，计算得到机器人的基站定位的位置，并将基站定位的位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置，根据融合后的机器人坐标位置，按照预定的目标位置控制机器人移动，从而可以在特定场景下使用较少数量的UWB基站，即可控制机器人移动，并且融合里程计的定位信息，可以有效的提高定位和移动的精度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

图4为本申请实施例提供的一种机器人移动控制装置的结构示意图，详述如下：

所述机器人移动控制装置，包括：

距离计算单元401，用于通过位于机器人上的UWB标签与UWB基站通讯测距，获得机器人与各UWB基站之间的距离；

位置计算单元402，用于根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置；

位置融合单元403，用于将所述机器人在内部坐标系中的坐标位置与里程计的定位信息融合，得到融合后的机器人坐标位置；

移动控制单元404，用于根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动。

图4所述机器人的移动控制装置，与图2所述的机器人的移动控制方法对应。

图5是本申请一实施例提供的机器人的示意图。如图5所示，该实施例的机器人5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52，例如机器人的移动控制程序。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个机器人的移动控制方法实施例中的步骤。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述机器人5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成：

所述机器人可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是机器人5的示例，并不构成对机器人5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机器人还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器51可以是所述机器人5的内部存储单元，例如机器人5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述机器人5的外部存储设备，例如所述机器人5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述机器人5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述机器人所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种机器人的移动控制方法，其特征在于，所述的移动控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的机器人的移动控制方法，其特征在于，所述根据预先设定的UWB基站的位置，设定内部坐标系，根据UWB基站与机器人之间的距离，计算得到机器人在内部坐标系中的坐标位置的步骤包括：

获取UWB基站的水平坐标位置、安装高度；

3.根据权利要求2所述的机器人的移动控制方法，其特征在于，所述根据至少两个UWB基站的水平坐标位置、以及至少两个UWB基站之间的水平距离，计算机器人坐标位置的步骤包括：

根据所计算的夹角确定机器人坐标。

4.根据权利要求1所述的机器人的移动控制方法，其特征在于，所述根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的机器人的移动控制方法，其特征在于，所述根据融合后的机器人坐标位置，按照预先设定的目标位置控制机器人移动的步骤包括：

6.根据权利要求1-5任一项所述的机器人的移动控制方法，其特征在于，所述UWB基站设置在场景中的边缘位置。

7.根据权利要求1-5任一项所述的机器人的移动控制方法，其特征在于，所述UWB基站的高度高于场景中的障碍物的高度。

8.一种机器人的移动控制装置，其特征在于，所述机器人的移动控制装置包括：

9.一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述机器人的移动控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述机器人的移动控制方法的步骤。