CN111872935A - 一种机器人控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于机器人领域，具体提供一种机器人控制系统及其控制方法，系统包括：一个或多个独立摄像头，设置于机器人体外，用于采集限定工作区域内环境图像并传输至中央处理单元；中央处理单元，用于收集摄像头拍摄的环境图像，处理图像构建平面地图并传输至用户终端，接收用户终端限定工作区域信息，控制机器人越界行为；用户终端，用于获取中央处理单元生成的平面地图，圈出机器人限定工作区域并传输至中央处理单元，接收机器人运动轨迹。本发明解决了现有技术施工量大、灵活性低和机器人工作效率低的问题，通过外置摄像头减少机器人自身耗电，延长一次充电可工作时长，提高机器人工作效率，用户限定机器人工作区域，提高机器人可工作区域的灵活性。

Description

一种机器人控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种机器人控制系统及其控制方法。
背景技术
随着社会经济水平和科技水平的快速发展，机器人广泛应用在各个领域。机器人通常被要求在限定区域内工作，为了限定机器人在某一区域内工作，人们发明多种的机器人控制方案，目前机器人控制主要通过三种方法，一种方法是通过在边界设立虚拟墙生成装置产生阻碍信号，使机器人在边界处执行避障动作，从而实现机器人控制，这种方法需要设置虚拟墙装置，增加了机器人处理器负担和整体成本；一种方法是机器人在边界上运动获取边界特征参数，建立地图，当机器人驶离工作边界即发生越界行为，控制机器人返回工作边界内，这种方法需要机器人在边界运动一周获取边界特征参数，较为繁琐，机器人工作效率较低。另一种方法是通过在机器人限定工作区域边界埋设导线，机器人靠近边界识别到电磁信号，改变运动路线实现越界控制。这种方法需要铺设导线，工程量较大且铺设成本高，导线易老化损坏，机器人工作边界不能灵活限定。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种机器人控制系统，大大提高了机器人工作效率。本发明的具体技术方案如下：
一种机器人控制系统，其特征在于，系统包括：一个或多个独立摄像头，设置于机器人体外，用于采集环境图像并传输至中央处理单元；中央处理单元，用于收集摄像头拍摄的环境图像，处理图像构建平面地图并传输至用户终端，接收用户终端限定工作区域信息，控制机器人越界行为；用户终端，用于获取中央处理单元生成的平面地图，圈出机器人限定工作区域并传输至中央处理单元，接收机器人运动轨迹。
进一步地，所述中央处理单元包括：图像收集模块，用于收集摄像头拍摄的环境图像信息；图像处理模块，用于处理图像收集模块收集的环境图像信息，生成平面地图；图像识别模块，用于分析图像收集模块收集的环境图像信息，识别机器人、限定区域边界和障碍物；控制模块，用于控制机器人越界行为、控制机器人避障、绕障以及控制机器人返回充电座。
进一步地，所述图像处理模块生成平面地图的步骤包括：将环境图像进行图像变换处理，变换为顶视图，顶视图通过图像转换生成平面地图；若系统包含多个独立摄像头，则图像处理模块先将多个摄像头采集的环境图像进行拼接处理,再进入图像变换、图像转换步骤。
进一步地，中央处理单元中所述图像识别模块通过识别环境图像内机器人的特征以实现识别机器人位置信息；其中机器人的特征可包括机器人机身特殊标记、颜色和形状等。
进一步地，中央处理单元中所述图像识别模块识别限定区域边界的步骤包括：用户基于中央处理单元生成的平面地图圈出机器人限定工作区域；中央处理单元接收用户终端圈出的机器人限定工作区域；中央处理单元中图像识别模块根据平面地图中圈出的机器人限定工作区域识别出限定区域边界。
进一步地，所控制模块控制机器人越界行为步骤包括：中央处理单元基于图像识别模块识别机器人位置和限定区域边界，根据机器人位置信息判断机器人是否发生越界行为；若机器人位于限定边界外，则机器人发生越界行为，控制单元改变机器人运动规划路线并控制机器人返回限定区域边界内；若机器人位于限定边界内，则机器人未发生越界行为，控制单元控制机器人保持原运动规划路线工作。
进一步地，所述控制模块控制机器人绕障步骤包括：图像识别模块根据环境图像识别出障碍物位置信息；控制模块接收图像识别模块识别的障碍物信息，控制机器人减速绕过障碍物。
进一步地，所述中央处理单元通过实时识别机器人位置生成机器人运动轨迹，并将机器人运动轨迹传输至用户终端。
进一步地，所述控制系统适用于巡逻机器人、物流机器人、扫地机器人、拖地机器人、消毒机器人和服务机器人。
本发明还公开一种机器人控制方法，包括前面任意一项所述的机器人的控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
S1：独立摄像头采集环境图像信息，传输至中央处理单元，中央处理单元接收环境图像信息并生成平面地图；
S2：中央处理单元将平面地图传输至用户终端，用户终端基于平面地图圈出机器人限定工作区域并将圈定的机器人限定工作区域信息传输至中央处理单元；
S3：中央处理单元基于用户圈定的机器人限定工作区域识别出机器人工作边界，基于独立摄像头拍摄的实时环境图像识别机器人位置，根据机器人位置是否在限定工作区域内判断机器人是否发生越界行为，若机器人发生越界行为，中央处理单元向机器人发送控制指令，控制机器人返回限定工作区域。
本发明的有益效果在于：通过外置独立摄像头采集环境图像，节省机器人自身耗电，延长机器人一次充满电后可工作时间，大大提高机器人工作效率，通过设立多个独立摄像头，可限定大面积的工作区域，提高机器人工作的灵活度。
附图说明
图1为本发明一种实施例所述机器人控制系统的结构示意图。
图2为本发明一种实施例所述机器人控制系统的结构示意图。
图3为本发明一种实施例所述机器人控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
以下各实施例均可应用于图1所示的机器人控制系统当中，图1示出的机器人控制系统包括一个或多个摄像头、中央处理单元和用户终端，其中：所述一个或多个独立摄像头，设置于机器人体外，用于采集环境图像并传输至中央处理单元；中央处理单元，用于收集摄像头拍摄的环境图像，处理图像构建平面地图并传输至用户终端，接收用户终端限定工作区域信息，控制机器人越界行为；用户终端，用于获取中央处理单元生成的平面地图，圈出机器人限定工作区域并传输至中央处理单元，接收机器人运动轨迹。
可以理解，发明中所述机器人是指移动机器人，可以是但不限于巡逻机器人、物流机器人、扫地机器人、拖地机器人、消毒机器人和服务机器人等等。所述“独立摄像头设置于机器人体外”，一般设置于用户限定工作区域外或限定工作区域上方，其功能可以通过摄像头布置的不同位置来实现，在具体实现形式上不作限定。所述的“独立摄像头”所用镜头可采用但不限于广角镜头、双目摄像头等等。所述“中央处理单元”一般包括运算器和控制器，具有处理指令、执行操作和处理数据等功能。所述“限定工作区域”是指用户指定的机器人可工作活动的区域范围。所述“机器人越界行为”是指机器人从限定工作区域内移动至限定工作区域外的行为。所述“用户终端”为手机或平板电脑等移动设备，具有触屏和显示等功能。所述摄像头、中央处理单元以及用户终端之间通过无线通信的方式传输信息，这种方式能够缩短信息传输时间，提高机器人工作效率。
本发明的一种实施例中，如图2所示，中央处理单元包括图像收集模块、图像处理模块、图像识别模块以及控制模块，其中：所述图像收集模块，用于收集独立摄像头拍摄的环境图像信息并传输至图像处理模块与图像识别模块；所述图像处理模块，用于接收图像收集模块收集的环境图像信息，对环境图像进行图像处理生成平面地图并传输至用户终端；所述图像识别模块，用于接收图像收集模块手机的环境图像信息和用户终端圈出机器人限定工作区域的平面地图，通过识别环境图像获取机器人位置信息和障碍物信息，通过识别机器人限定工作区域获取机器人限定工作边界；所述控制模块，用于控制机器人越界行为，控制机器人避障绕障以及控制机器人返回充电座。
进一步优选地，所述图像处理模块生成平面地图的步骤包括：如果系统包含一个独立摄像头，则图像处理模块接收图像收集模块收集的环境图像，根据环境图像进行图像变换处理，变换为顶视图，将顶视图经过图像转换生成平面地图；如果系统包括多个独立摄像头，则图像处理模块接收图像收集模块收集的多幅环境图像，将多幅环境图像进行图像拼接处理，获取一张覆盖较大面积的环境图像，对环境图像进行图像变换处理获得顶视图，将顶视图经过图像转换生成覆盖较大面积的平面地图；
进一步优选地，所述图像识别模块通过识别实时环境图像中机器人的特征来获取机器人位置信息，其中机器人的特征可包括但不限于机器人机身特殊标志、机器人机身颜色、机器人机身形状等等。
进一步优选地，所述图像识别模块识别机器人限定工作区域边界的步骤包括：图像识别模块接收用户终端圈出机器人限定工作区域的平面地图，根据平面地图内圈定的机器人限定工作区域识别出限定区域的边界信息；
进一步优选地，所述控制模块控制机器人越界行为的步骤包括：中央处理单元基于图像识别模块获取的机器人位置信息和限定工作区域边界信息，根据机器人位置信息判断机器人是否在限定工作区域边界内，如果机器人位置不在限定工作区域边界内，则机器人发生越界行为，控制模块向机器人发送控制指令，控制机器人返回限定工作区域边界内；如果机器人位置在限定工作区域内，则机器人未发生越界行为，机器人继续根据自身控制程序按照规划路径行走。
进一步优选地，所述控制模块控制机器人绕障的步骤包括，中央处理单元基于图像识别模块获取障碍物信息和机器人位置信息，根据障碍物信息和机器人位置信息判断障碍物与机器人的距离关系，如果障碍物与机器人距离小于一定阈值，控制模块向机器人发送控制指令，控制机器人减速行进并根据障碍物位置信息进行绕障。
本发明的一种实施例中，机器人控制系统可适用于但不限于巡逻机器人、物流机器人、扫地机器人、拖地机器人、清洁机器人、消毒机器人以及服务机器人等等。
如图3所示，本发明还包括一种机器人控制方法，包括以上任意一项机器人控制系统，控制方法包括以下步骤：
S1：独立摄像头采集环境图像信息，并传输至中央处理单元，中央处理单元接收环境图像信息经过图像处理生成平面地图；
S2：中央处理单元将平面地图传输至用户终端，用户终端基于平面地图圈出机器人限定工作区域并将机器人限定区域信息传输至中央处理单元；
S3：中央处理单元接收用户终端圈出机器人限定工作区域的平面地图，并识别出机器人限定工作区域边界信息，中央处理单元基于独立摄像头拍摄的实时环境图像识别获取机器人位置信息，根据机器人位置信息和机器人限定工作区域边界信息判断机器人是否发生越界行为，如果机器人位置信息不在限定工作区域边界内，则机器人发生越界行为，中央处理单元向机器人发送控制指令，控制机器人返回限定工作区域内；如果机器人位置信息在限定工作区域内，则机器人未发生越界行为，机器人继续根据自身控制程序按照规划路径移动。
尽管已经示出和描述本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解为不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明保护范围之中。

Claims (10)

1.一种机器人控制系统，其特征在于，系统包括：
一个或多个独立摄像头，设置于机器人体外，用于采集环境图像并传输至中央处理单元；
中央处理单元，用于收集摄像头拍摄的环境图像，处理图像构建平面地图并传输至用户终端，接收用户终端限定工作区域信息，控制机器人越界行为；
用户终端，用于获取中央处理单元生成的平面地图，圈出机器人限定工作区域并传输至中央处理单元，接收机器人运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述中央处理单元包括：
图像收集模块，用于收集摄像头拍摄的环境图像信息；
图像处理模块，用于处理图像收集模块收集的环境图像信息，生成平面地图；
图像识别模块，用于分析图像收集模块收集的环境图像信息，识别机器人、限定区域边界和障碍物；
控制模块，用于控制机器人越界行为、控制机器人避障、绕障以及控制机器人返回充电座。
3.根据权利要求2所述的中央处理单元，其特征在于，所述图像处理模块生成平面地图的步骤包括：
将环境图像进行图像变换处理，变换为顶视图，顶视图通过图像转换生成平面地图；
若系统包含多个独立摄像头，则图像处理模块先将多个摄像头采集的环境图像进行拼接处理,再进入图像变换、图像转换步骤。
4.根据权利要求2所述的中央处理单元，其特征在于，所述图像识别模块通过识别环境图像内机器人的特征以实现识别机器人位置信息；其中机器人的特征可包括机器人机身特殊标记、颜色和形状等。
5.根据权利要求2所述的中央处理单元，其特征在于，所述图像识别模块识别限定区域边界的步骤包括：
用户基于中央处理单元生成的平面地图圈出机器人限定工作区域；
中央处理单元接收用户终端圈出的机器人限定工作区域；
中央处理单元中图像识别模块根据平面地图中圈出的机器人限定工作区域识别出限定区域边界。
6.根据权利要求2所述的中央处理单元，其特征在于，所控制模块控制机器人越界行为步骤包括：
中央处理单元基于图像识别模块识别机器人位置和限定区域边界，根据机器人位置信息判断机器人是否发生越界行为；
若机器人位于限定边界外，则机器人发生越界行为，控制单元改变机器人运动规划路线并控制机器人返回限定区域边界内；
若机器人位于限定边界内，机器人未发生越界行为，控制单元控制机器人保持原运动规划路线工作。
7.根据权利要求2所述中央处理单元，其特征在于，所述控制模块控制机器人绕障步骤包括：
图像识别模块根据环境图像识别出障碍物位置信息；
控制模块接收图像识别模块识别的障碍物信息，控制机器人减速绕过障碍物。
8.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述中央处理单元通过实时识别机器人位置生成机器人运动轨迹，并将机器人运动轨迹传输至用户终端。
9.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述控制系统适用于巡逻机器人、物流机器人、扫地机器人、拖地机器人、消毒机器人和服务机器人。
10.一种机器人控制方法，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的机器人控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
S1：独立摄像头采集环境图像信息，传输至中央处理单元，中央处理单元接收环境图像信息并生成平面地图；
S2：中央处理单元将平面地图传输至用户终端，用户终端基于平面地图圈出机器人限定工作区域并将圈定的机器人限定工作区域信息传输至中央处理单元；
S3：中央处理单元基于用户圈定的机器人限定工作区域识别出机器人工作边界，基于独立摄像头拍摄的实时环境图像识别机器人位置，根据机器人位置是否在限定工作区域内判断机器人是否发生越界行为，若机器人位置不在限定区域边界内，则机器人发生越界行为，中央处理单元向机器人发送控制指令，控制机器人返回限定工作区域。
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