CN111747247A - 一种机器人搭乘电梯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人搭乘电梯的方法，步骤如下：机器人来到电梯口后，经乘梯控制服务器向电梯控制系统发送乘梯请求，电梯控制系统调度电梯前往机器人所在楼层；电梯到达机器人所在楼层后，打开电梯门并保持，机器人进入电梯后发送到位信令给乘梯控制服务器，乘梯控制服务器将到位信令发送给电梯控制系统，电梯控制系统控制电梯关闭梯门，电梯前往目标楼层；机器人连续获取电梯轿厢内的图片，并根据获得的图片确定电梯楼层显示屏所在位置，判断电梯当前所在楼层：当根据图片信息判断电梯到达目标楼层后，机器人退出电梯。本发明方法实现了在没有网络的情况下机器人依然能够准确获取楼层信息，保证了机器人自主乘梯的可靠性及稳定性。

Description

一种机器人搭乘电梯的方法

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人自主搭乘电梯的方法。

背景技术

随着科技的发展，智能机器人技术取得很大的进步，除了在工程制造业领域得到了大规模应用外，在医院、酒店、餐厅、机场、车站、银行等公众场所也得到了越来越多的应用，在这些场合智能机器人可用于导航指引、自助咨询、物流配送等服务工作。在部分应用场景中，机器人需要执行跨楼层的工作任务，就不可避免地需要自主搭乘电梯。机器人在自主搭乘电梯的过程中，需要通过网络与电梯控制系统通信，来获取楼层和电梯运行信息，实现自主搭乘电梯。但在乘梯过程中，当机器人处于电梯轿厢的封闭环境内时，可能会出现与外部的电梯控制系统通信断开的情况，信息就无法实时传输，可能会导致机器人系统工作异常，无法正常自主乘梯，甚至可能会影响电梯使用的安全性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可靠稳定的机器人搭乘电梯的方法，即使是无网络状态下也可以帮助机器人准确获取楼层信息。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种机器人搭乘电梯的方法，包括以下步骤：机器人来到电梯口后，

S1、机器人向乘梯控制服务器发送乘梯请求，乘梯控制服务器将乘梯请求发送给电梯控制系统，电梯控制系统调度电梯前往机器人所在楼层；

S2、电梯到达机器人所在楼层后，打开电梯门并保持，机器人进入电梯后发送到位信令给乘梯控制服务器，乘梯控制服务器将到位信令发送给电梯控制系统，电梯控制系统控制电梯关闭梯门，电梯前往目标楼层；

S3、机器人连续获取电梯轿厢内的图片，并根据获得的图片确定电梯楼层显示屏所在位置，按照以下步骤判断电梯当前所在楼层：

S3-1、将获得的图片转换为灰度图，通过对比得到的灰度图，识别出图片中灰度值连续变化的区域，如果该灰度值连续变化的区域只存在两种灰度值，且其中一种灰度值与预设的电梯楼层显示屏所显示数字的灰度值一致，则将该区域标定为电梯楼层显示屏，从而确定电梯楼层显示屏所在位置；

S3-2、在电梯运行过程中，连续采集电梯楼层显示屏的图片，并将图片转换为灰度图，当得到的灰度图超过设定时间没有变化时，认为电梯停止运行，将此时电梯楼层显示屏的灰度图二值化，将电梯楼层显示屏的灰度图上和预设的数字的灰度值相同的区域的二值设为0或255，其余区域的二值对应设为255或0，生成二值图；

S3-3、从二值图的左上角第一列开始，从左向右逐列扫描，当遇到表示数字的像素值时，记录该列号，然后继续扫描，当遇到整列表示数字以外区域的像素值时，记录列号，两次记录的列号之间的区域即为数字所在区间，继续扫描，如果在第一次出现整列表示数字以外区域的像素值的列后未再出现含有表示数字的像素值的列，则认为楼层低于10层，不需要对二值图进行分割，得到单幅二值图，如果再次出现含有表示数字的像素值的列，则认为楼层高于10层，将二值图分割为两部分，得到两幅二值图；

S3-4、将得到的二值图和预存的数字二值参考图进行比较，预存的数字二值参考图包括数字0-9的二值图，将二值图分别和预存的10个数字的二值参考图相减，得到两个二值图的差值，取10组差值中的最小值，与最小值所对应的数字二值参考图的数字即为电梯楼层显示屏显示的数字，从而确定电梯楼层；

S4、当根据图片信息判断电梯到达目标楼层后，机器人在梯门打开且无障碍时，退出电梯。

进一步的，将图片的分割位置设置在两次记录的含有表示数字的像素值的列之间的整列表示数字以外区域的像素值的列所在区域内，将图片分割为左右两幅二值图。

进一步的，机器人进入时，通过红外接收单元接收电梯光幕的信号，根据接收信号测量到的连续两个上升沿或连续两个下降沿的时间差确定电梯光幕红外信号的频率，作为参考基准；在机器人退出电梯时，控制红外发射单元产生相应的红外信号照射电梯光幕，使梯门保持打开。

进一步的，在机器人第一次进入电梯时获得的参考基准后，后续机器人每次进入电梯得到的红外信号频率后均与参考基准对比，如果相同则不更新，如有差异则用新获得的红外信号的频率替换原有的参考基准。

进一步的，在到达目标楼层后，如果机器人未能退出电梯，电梯继续前往其他楼层时，机器人继续采集电梯楼层显示屏的图片，当电梯停止运行时，获取当前楼层信息后退出电梯，再次通过网络向乘梯控制服务器发送乘梯请求，调度电梯前往机器人所在楼层。

进一步的，所述机器人至少包括中央控制模块、通信模块、距离传感模块、导航避障模块以及视觉传感模块以及红外感应模块；其中，中央控制模块用于控制机器人的行动，可以接收并处理各模块发送的信息以及向各模块发送控制指令；所述通信模块用于实现机器人与乘梯控制服务器间的通信连接；所述距离传感模块用于判断梯门状态及检测是否有障碍物；所述视觉传感模块用于获取外部环境的图像信息；所述导航避障模块用于根据地图信息以及从各传感模块获取的信息为机器人导航和避障；

进一步的，还包括红外感应模块，所述红外感应模块用于获取电梯光幕信号的频率信息以及向所述电梯光幕发射红外信号；所述红外感应模块包括红外发射单元、红外接收单元、定时器和单片机。

进一步的，机器人在搭乘电梯时，通过通信模块与乘梯控制服务器通信，乘梯控制服务器通过通信网络与电梯控制系统通信连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明方法采用图片识别的方式获取电梯楼层信息，在机器人进入电梯内后即实时采集电梯楼层显示屏的显示信息并对所在楼层进行判断，判断过程不需要联网，从而在没有网络的情况下，机器人依然能够准确获取楼层信息，实现自主搭乘电梯，保证了机器人自主乘梯的可靠性以及稳定性。而且由于不需要联网，不需改造电梯，兼容性好，对接难度小。在更具体的技术方案中，使用红外传感模块来干扰电梯光幕，确保推出电梯过程中梯门保持打开状态，保证机器人可以安全退出电梯。当因异常导致机器人无法退出电梯而继续前往其它楼层时，机器人也可获取楼层信息，避免无法定位的问题。

附图说明

图1为本发明实施例机器人的系统框图；

图2为本发明实施例的原理框图；

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述。

如图1所示，本实施例的机器人至少包括中央控制模块、通信模块、距离传感模块、导航避障模块、视觉传感模块以及红外感应模块。其中，中央控制模块用于控制机器人的行动，可以接收并处理各模块发送的信息以及向各模块发送控制指令。通信模块用于实现机器人与乘梯控制服务器间的通信连接，通信模块可采用具有Wi-Fi通信功能、4G通信功能或5G通信功能中至少一种通信功能的通信模块，优选使用具有多种通信功能的通信模块，从而可根据应用需求使用具有相应功能的通信模块，例如，当应用环境中有Wi-Fi热点时，通信模块可通过Wi-Fi接入电梯控制系统和乘梯控制服务器所在的局域网，当应用环境中无Wi-Fi热点时，通信模块可通过4G或5G移动通信网络接入电梯控制系统和乘梯控制服务器所在的局域网。距离传感模块用于判断梯门状态(如打开或关闭)及检测是否有障碍物，可采用TOF摄像机或激光红外测距传感器等。视觉传感模块用于获取外部环境的图像信息。导航避障模块用于根据地图信息以及从各传感器获取的信息为机器人导航和避障，导航避障模块中可包括超声波传感器、激光雷达、防跌落传感器等。红外感应模块用于获取电梯光幕信号的频率信息，辅助机器人出入电梯，其包括红外发射单元、红外接收单元、定时器和单片机。

如图2所示，机器人在搭乘电梯时，通过通信模块经由通信设备与乘梯控制服务器通信，乘梯控制服务器是调度管理后台，其通过通信网络(通信设备)与电梯控制系统通信连接，充当机器人和电梯控制系统的中间媒介，将机器人和电梯串联起来，实现信令交互。机器人需要达成电梯时，通过乘梯控制服务器向电梯控制系统发送电梯调度指令调度电梯，从而实现乘梯。

如图3所示，本实施例的方法包括以下步骤：机器人要搭乘电梯时，自主导航来到电梯口后，

S1、机器人通过网络向乘梯控制服务器发送乘梯请求，乘梯控制服务器接收到乘梯请求后，将乘梯请求发送给电梯控制系统，电梯控制系统调度电梯前往机器人所在楼层；

S2、电梯到达机器人所在楼层后，打开电梯门并保持，机器人进入电梯，并在进入电梯后通过通信模块发送到位信令给乘梯控制服务器，乘梯控制服务器将到位信令发送给电梯控制系统，电梯控制系统控制电梯关闭梯门，电梯前往目标楼层；

S3、机器人进入电梯内并停靠到位后，通过视觉传感模块连续获取电梯轿厢内的图片，并将图片信息发送给中央控制模块，中央控制模块根据图片信息确定电梯楼层显示屏所在位置，并根据电梯楼层显示屏的图片信息判断电梯当前所在楼层；

更具体的，本发明判断电梯当前所在楼层的步骤如下：

S3-1、将机器人进入电梯轿厢后视觉传感模块获得的图片转换为灰度图，例如将图片转换为RGB格式后通过灰度公式转换为灰度图，通过对比多张灰度图，识别出图片中灰度值连续变化的区域，如果该灰度值连续变化的区域只存在两种灰度值，且其中一种灰度值与预设的电梯楼层显示屏所显示数字的灰度值一致，则将该区域标定为电梯楼层显示屏，从而确定电梯楼层显示屏所在位置；由于电梯楼层显示屏只用于显示楼层数字，显示屏的图像中只有两种灰度值，数字的灰度值和其它区域的灰度值，数字部分以外的其它区域的灰度值始终保持不变，通过该特征可以区分出电梯楼层显示屏的位置,电梯楼层显示屏所显示数字的灰度值可在预先采集图片后进行设定，如先采集电梯楼层显示屏的图片，转成灰度图后，即可确定所显示的数字的灰度值，从而进行灰度值的预设；

S3-2、在电梯运行过程中，视觉传感模块连续采集电梯楼层显示屏的图片并发送给中央控制模块，中央控制模块将图片转换为灰度图，当得到的灰度图超过设定时间(例如2秒)没有变化时，认为电梯停止运行，根据此时电梯楼层显示屏的灰度图，将灰度图二值化，生成二值图；电梯楼层显示屏上所显示数字的灰度值已经预设好，将灰度图上和预设的数字的灰度值相同的区域的二值设为0或255，其余区域的二值对应设为255或0，生成二值图，相当于电梯楼层显示屏的灰度图中灰度值为0的区域表示数字，本实施例以将灰度图上和预设的数字的灰度值相同的区域的二值设为0，其余区域的二值对应设为255为例进行说明；

S3-3、从二值图的左上角第一列开始，从左向右逐列扫描，当遇到像素值为0(本实施例0是表示数字的像素值)时，记录该列号，然后继续扫描，当遇到整列像素值为255(本实施例255表示数字意外区域的像素值)时，记录列号，两次记录的列号之间的区域即为数字所在区间，继续扫描，如果在第一次出现整列像素值为255的列后未再出现像素值含0的列，则认为楼层低于10层，不需要对二值图进行分割，得到单幅二值图，如果再次出现像素值含0的列，记录列号，此时认为楼层高于10层，将二值图分割为两部分，得到两幅二值图；本实施例的二值图的分割方法为：将图片的分割位置设置在两次记录的像素值含0的列之间的整列像素值为255的列所在区域内，将图片分割为左右两幅二值图，例如图片扫描时，第一次出现像素值含0的列时，表示出现了数字，记录列号后继续扫描，当出现整列像素值为255时(可以是连续多列255或单列255)，像素值为255的区域为非数字区域，继续扫描再次出现像素值含0的列时，两次记录的像素值含0的列之间就是两个楼层数字之间的非数字区域(整列像素值为255的列所在区域)，将分割位置设置在两个数字之间，将图片分割为左右两半即可；

S3-4、将上一步骤得到的二值图和预存的数字二值参考图进行比较，预存的数字二值参考图包括数字0-9的二值图，将步骤S3-3得到的二值图分别和预存的10个数字的二值参考图相减，即两个二值图(显示屏二值图和二值参考图)对应的坐标像素点值相减，将所有像素点值的差的绝对值求和，得到两个二值图的差值，取10组差值中的最小值，与最小值所对应的数字二值参考图的数字即为实际显示的数字，将识别得到的数字组合确定电梯楼层。

S4、当中央控制模块根据图片信息判断电梯到达目标楼层后，控制机器人在梯门打开且无障碍时，退出电梯。

作为本发明的一种优选实施方式，在机器人进入电梯的过程中，通过红外感应单元的红外接收单元(红外接收管)接收电梯光幕的信号，并将接收到的信号发送给单片机，单片机根据接收信号测量到的连续两个上升沿或连续两个下降沿的时间差计算出电梯光幕红外信号的频率，作为参考基准，在机器人退出电梯时，通过定时器产生和参考基准同频率的方波信号，控制红外发射单元(红外发射管)产生相应的红外信号照射电梯光幕，红外发射单元产生的红外信号相当于假的遮挡信号，可以干扰电梯光幕，使梯门保持打开，从而保证机器人可以退出电梯。上升沿是指红外接收单元接收到的方波信号从低电平切换到高电平瞬间，相应的，下降沿是指红外接收单元接收到的方波信号从高电平切换到低电平瞬间，低电平不使能，高电平使能。进一步的，在机器人第一次进入电梯时获得的参考基准后，后续机器人每次进入电梯后得到的红外信号频率与参考基准对比，如果相同则不更新，如有差异，则认为电梯光幕已更换，用新获得的红外信号的频率替换原有的参考基准，进行更新。再进一步的，如果在到达目标楼层后，机器人受到人或物体的遮挡，导致红外发射单元无法对电梯光幕产生干扰，梯门闭合继续前往其他楼层，视觉传感模块继续采集电梯楼层显示屏的图片，当电梯停止运行时，获取当前楼层信息后退出电梯，机器人退出电梯后，通过通信模块重新连接上网络，再次通过网络向乘梯控制服务器发送乘梯请求，调度电梯前往机器人所在楼层。

更进一步优选的，机器人在进入电梯内之后，以自身的停靠位置作为初始位置，梯门关闭后，将自身与梯门的距离值作为初始位置参考值，在到达目标楼层后，通过距离传感模块和导航避障模块检测梯门状态和外围障碍物，并结合初始位置和初始位置参考值的信息，在梯门打开后退出电梯。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人搭乘电梯的方法，其特征在于，包括以下步骤：机器人来到电梯口后，

S1、机器人向乘梯控制服务器发送乘梯请求，乘梯控制服务器将乘梯请求发送给电梯控制系统，电梯控制系统调度电梯前往机器人所在楼层；

S2、电梯到达机器人所在楼层后，打开电梯门并保持，机器人进入电梯后发送到位信令给乘梯控制服务器，乘梯控制服务器将到位信令发送给电梯控制系统，电梯控制系统控制电梯关闭梯门，电梯前往目标楼层；

S3、机器人连续获取电梯轿厢内的图片，并根据获得的图片确定电梯楼层显示屏所在位置，按照以下步骤判断电梯当前所在楼层：

S3-1、将获得的图片转换为灰度图，通过对比得到的灰度图，识别出图片中灰度值连续变化的区域，如果该灰度值连续变化的区域只存在两种灰度值，且其中一种灰度值与预设的电梯楼层显示屏所显示数字的灰度值一致，则将该区域标定为电梯楼层显示屏，从而确定电梯楼层显示屏所在位置；

S3-2、在电梯运行过程中，连续采集电梯楼层显示屏的图片，并将图片转换为灰度图，当得到的灰度图超过设定时间没有变化时，认为电梯停止运行，将此时电梯楼层显示屏的灰度图二值化，将电梯楼层显示屏的灰度图上和预设的数字的灰度值相同的区域的二值设为0或255，其余区域的二值对应设为255或0，生成二值图；

S3-3、从二值图的左上角第一列开始，从左向右逐列扫描，当遇到表示数字的像素值时，记录该列号，然后继续扫描，当遇到整列表示数字以外区域的像素值时，记录列号，两次记录的列号之间的区域即为数字所在区间，继续扫描，如果在第一次出现整列表示数字以外区域的像素值的列后未再出现含有表示数字的像素值的列，则认为楼层低于10层，不需要对二值图进行分割，得到单幅二值图，如果再次出现含有表示数字的像素值的列，则认为楼层高于10层，将二值图分割为两部分，得到两幅二值图；

S3-4、将得到的二值图和预存的数字二值参考图进行比较，预存的数字二值参考图包括数字0-9的二值图，将二值图分别和预存的10个数字的二值参考图相减，得到两个二值图的差值，取10组差值中的最小值，与最小值所对应的数字二值参考图的数字即为电梯楼层显示屏显示的数字，从而确定电梯楼层；

S4、当根据图片信息判断电梯到达目标楼层后，机器人在梯门打开且无障碍时，退出电梯。

2.根据权利要求1所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：二值图的分割方法为：将图片的分割位置设置在两次记录的含有表示数字的像素值的列之间的整列表示数字以外区域的像素值的列所在区域内，将图片分割为左右两幅二值图。

3.根据权利要求1所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：机器人进入时，通过红外接收单元接收电梯光幕的信号，根据接收信号测量到的连续两个上升沿或连续两个下降沿的时间差确定电梯光幕红外信号的频率，作为参考基准；在机器人退出电梯时，控制红外发射单元产生相应的红外信号照射电梯光幕，使梯门保持打开。

4.根据权利要求3所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：在机器人第一次进入电梯时获得的参考基准后，后续机器人每次进入电梯得到的红外信号频率后均与参考基准对比，如果相同则不更新，如有差异则用新获得的红外信号的频率替换原有的参考基准。

5.根据权利要求1所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：在到达目标楼层后，如果机器人未能退出电梯，电梯继续前往其他楼层时，机器人继续采集电梯楼层显示屏的图片，当电梯停止运行时，获取当前楼层信息后退出电梯，再次通过网络向乘梯控制服务器发送乘梯请求，调度电梯前往机器人所在楼层。

6.根据权利要求1所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：所述机器人至少包括中央控制模块、通信模块、距离传感模块、导航避障模块以及视觉传感模块以及红外感应模块；其中，中央控制模块用于控制机器人的行动，可以接收并处理各模块发送的信息以及向各模块发送控制指令；所述通信模块用于实现机器人与乘梯控制服务器间的通信连接；所述距离传感模块用于判断梯门状态及检测是否有障碍物；所述视觉传感模块用于获取外部环境的图像信息；所述导航避障模块用于根据地图信息以及从各传感模块获取的信息为机器人导航和避障；

7.根据权利要求6所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：还包括红外感应模块，所述红外感应模块用于获取电梯光幕信号的频率信息以及向所述电梯光幕发射红外信号；所述红外感应模块包括红外发射单元、红外接收单元、定时器和单片机。

8.根据权利要求6所述的机器人搭乘电梯的方法，其特征在于：机器人在搭乘电梯时，通过通信模块与乘梯控制服务器通信，乘梯控制服务器通过通信网络与电梯控制系统通信连接。

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