CN112850388B - 一种服务机器人进入电梯的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务机器人进入电梯的方法及装置，属于服务机器人技术领域，包括服务机器人进入电梯的装置，其特征在于包括电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱、控制中心和无线收发模块，电梯口设置有第一识别线和第二识别线，服务机器人首先经过第一识别线，本发明的有益效果是：创造性地引入了拥挤度判断方法，解决了电梯内乘客站位可能比较散，影响机器人的判断，并利用拥挤度判断来开启电梯内独立区域时机，保证了容纳机器人顺利进入电梯；设置容纳机器人的容纳箱，机器人容纳箱设置成折叠结构，节省空间，不影响乘客；第一识别线与第二识别线进行机器人的定位，由于机器人本身的坐标不够精准，识别线恰恰给定了标准坐标。

Description

一种服务机器人进入电梯的方法及装置

技术领域：

本发明属于服务机器人技术领域，更具体地涉及一种服务机器人进入电梯的方法及装置。

背景技术：

随着时代的发展，商用智能机器人已经深入到人类生活的方方面面，比如酒店、医院、办公楼等场所都能看到它们的身影。以酒店应用场景为例，机器人执行指令必须有预设的导航线路，要经过行走、避障、进出电梯、楼层识别等步骤，才能到达目标点。

现有技术中，机器人进入电梯，一般要先进行楼层识别，到达预设点附近，利用传感器初步获取电梯直线和转角的特征点信息，找定位合适进入位置。在电梯开启后，首先对电梯轿厢内的特征点信息进行分析，与预设阀值进行比较，获得轿厢拥挤度和最佳位置点。

然而，电梯内人群分布往往是不均匀的，人群遮挡或其他障碍物都会影响特征点采集，这就会出现目标特征漏检或误检的情况，服务机器人就不能作出精确判断，从而影响机器人的自主决策，决策失败很可能导致任务失败，甚至影响电梯门关闭。

此外，现有机器人通过图像、激光传感器获得图像信息，与预设地图进行比较，获得定位数据，但受无线信号延迟、人流密度等因素影响，会出定位精度偏差较大的情况，从而影响到机器人准确进入到预设点。

发明内容：

为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种服务机器人进入电梯的方法及装置，能够有效的解决目标特征漏检或误检的情况，服务机器人就不能作出精确判断，从而影响机器人的自主决策，决策失败很可能导致任务失败，甚至影响电梯门关闭的问题；

解决的第二个技术问题是：电梯内乘客站位有可能比较散，有可能影响机器人的判断，导致机器本来可以进，却没有进，在出的时候，由于被阻挡，又无法出；

本发明解决上述技术问题的具体技术方案为：服务机器人进入电梯的方法及装置，包括服务机器人进入电梯的装置，其特征在于包括电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱、控制中心和无线收发模块；

所述电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱设置成共享通信方式，与控制中心通过无线或有线通信；

所述控制中心，包括用于信息处理的服务器主机，所述服务器主机能够根据任务需求、机器人坐标、楼层信息自动生成服务机器人的导航路径，所述导航路径由一系列精准的坐标点组成，服务机器人根据导航路径行走，最终到达目标点，完成任务，沿返回路径，回到初始位置；

所述服务器主机用于获取电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱的信息，并向服务机器人发送共享信息；用于负责服务机器人的管理，与服务机器人无线连接，在接收任务后，派出空闲状态的服务机器人工作。

所述的服务机器人进入电梯的装置的使用方法包括如下步骤：

S1：控制中心获取各模块信息，为服务机器人提供导航路径；

所述服务机器人上设有用于实现服务机器人定位的视觉系统和2D激光传感器；

所述2D激光传感器用于采集有效特征点，与视觉系统配合，完成服务机器人定位，服务机器人沿导航路径行走，到达电梯口附近；

所述视觉系统用于采集当前场景，与预设场景对比，来确定楼层信息和位置信息，从而为服务机器人确定导航路径；

S2：电梯口设置有第一识别线和第二识别线，服务机器人首先经过第一识别线，

第一识别线和第二识别线均为条状，由不同的反光材料组合而成，服务机器人的2D激光传感器通过反光材料反射的光，确定坐标；

第一识别线的反光材料组合形成坐标信息，2D激光传感器接收信息后，通过与预设信息对比，确定精确的坐标，对前坐标进行修正；

所述第一识别线与第二识别线的垂直距离为L，第一识别线与第二识别线平行设置，L距离是确定值，服务机器人根据重新确定的坐标，行驶距离为L，即视为到达目标点；

第二识别线与电梯口垂直，并且设置在机器人容纳箱的中心线上，服务机器人到达第二识别线后，调整位置，服务机器人中心线与第二识别线重合，服务机器人、识别线、机器人容纳箱三线合一；

所述第二识别线与第一识别线相同，服务机器人能够据此适当调整位置；在调整好位置后等待电梯门开启；

在进入第一识别线的任何时候，服务机器人会向控制中心发送开启电梯的需求；

同时扫描等待乘客的拥挤度信息；服务机器人的视觉系统和激光雷达扫描等待乘客的特征点信息，判断外部拥挤度，与预设阀值进行对比；

S3：电梯视觉系统主要判断电梯内的拥挤度，根据人员数量、占据空间、载重量等信息，与服务机器人判断电梯外的拥挤度整合后，判断最终拥挤程度，并与预设阀值进行比较，确定服务机器人是否进入，并向服务机器人发出指令；

S4：电梯门开启后，乘客进入，视觉系统再次判断轿厢内拥挤度，如果C3小于预设阀值，则展开机器人容纳箱，服务机器人进入机器人容纳箱内；如果大小预设阀值，则回到步骤S3，等待下一电梯；

服务机器人进入机器人容纳箱前，激光雷达会检测机器人容纳箱直线长度、角度、面积信息，确认能够顺利进入后，执行进入命令；

S5：服务机器人等待下一电梯，则以第二识别线为坐标，确定最快开启的附近电梯，并行进至识别线上，再次实施S3；

S6：到达指定楼层后，电梯通信板向控制中心发出信号，电梯开启后，服务机器人首先行进至第二识别线的预设点，纠正坐标，继续沿导航路径行进，如需再次乘梯，则执行S2，如目标点在所述楼层，则沿路径到达目标点，完成任务；

S7：控制中心重新设定返航路径，服务机器人返回。

所述拥挤度的判断方法：

S31：电梯内的拥挤度判断为实时信息，并且至少在N+1或N－1层时向服务机器人发送电梯内拥挤度信息，得出C1；

S32：服务机器人根据视觉系统和2D激光传感器判断外部拥挤度，得出C2；

S33：C1+C2得出拥挤度C3；

S34：如果C3小于预设阀值，则控制中心向电梯轿厢内机器人容纳箱发出指令，机器人容纳箱自动展开；

S35：如果C3大于预设阀值，则等待电梯门开启。

进一步地，所述第一识别线设置为“半口字”，第二识别线设置在第一识别线的内侧。

所述第一识别线设置成与电梯口垂直的平行线。

所述第一识别线设置在最外侧电梯的一端，每一个电梯都设有一个第二识别线。

所述机器人容纳箱：设置在轿厢内的靠近门口的一侧，为能够折叠的“M”形结构，不用时折叠起来，节省空间，不影响乘客；使用时，机器人容纳箱展开，形成“半口字”，刚好能容纳服务机器人进入；设置单独的空间，使服务机器人能够顺利进入电梯之中；机器人容纳箱在展开过程中，具有“警示音”，保证安全展开；在需要时展开，不必要在电梯开启后。

本发明的有益效果是：

本发明创造性地引入了拥挤度判断方法，解决了电梯内乘客站位可能比较散，影响机器人的判断，导致机器本来可以进，却没有进，在出的时候，由于被阻挡，又无法出的问题，并利用拥挤度判断来开启电梯内独立区域时机，保证了容纳机器人顺利进入电梯；

设置容纳机器人的容纳箱，机器人容纳箱设置成折叠结构，节省空间，不影响乘客；

本发明设置的第一识别线与第二识别线进行机器人的定位，由于机器人本身的坐标不够精准，识别线恰恰给定了标准坐标。

附图说明：

附图1是本发明流程示意图；

附图2是本发明实施例二机器人容纳箱示意图；

附图3是本发明实施例一机器人容纳箱示意图；

附图4是本发明服务机器人进入电梯的装置示意图；

附图5是本发明服务机器人功能结构示意图；附图中：

具体实施方式：

在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的具体实施方式：服务机器人进入电梯的方法及装置：

实施例一：

(1)主要装置：电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容置箱、控制中心、无线收发模块；

控制中心负责服务机器人的管理，与服务机器人无线连接，在接收任务后，派出空闲状态的服务机器人工作，电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容置箱共享通信方式，与控制中心无线或有线通信，为了降低延时，优选有线通信模式，只有在无条件安装的情况下，才会选择无线通信方式。

控制中心可随时获取电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容置箱的信息，并随时向服务机器人共享状态信息。在任务启动后，控制中心便主动获取服务机器人坐标信息以及电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容置箱的信息。

控制中心有一个服务器主机组成，可以对进行信息处理，根据任务需求、机器人坐标、楼层信息等自动生成机器人导航路径，该路径由一系列精准的坐标点组成。服务机器人根据路径行走，最终到达目标点，完成任务，沿返回路径，回到初始位置。

(2)完成任务需要如下步骤：

S1：控制中心获取各模块信息，为服务机器人提供导航路径；

服务机器人上设有视觉系统、2D激光传感器，以实现服务机器人定位。

视觉系统可以采集当前场景，与预设场景对比，确定楼层信息、位置信息，激光传感器采集有效特征点，滤除干扰因素，与视觉系统配合，完成服务机器人定位。服务机器人定位误差一般不超过10厘米；服务机器人沿导航路径行走，到达电梯口附近。

S2：电梯口周围有第一识别线和第二识别线，服务机器人首先经过第一识别线。

识别线为条状，由不同的反光材料组合而成，服务机器人激光传感器通过反光材料反射的光，确定坐标。

由于服务机器人本身的坐标不够精准，识别线恰恰给定了标准坐标，反光材料组合可理解为不同的密码组合，形成坐标信息，激光传感器接收这些信息后，通过与预设信息对比，确定精确的坐标，对前坐标进行修正。设置第一识别线的目的是修正坐标，同时为到达预设进入点做准备。

第一识别线与第二识别线的垂直距离为L，二线平行，由于L距离是确定的，所以机器在根据重新确定的坐标，行驶距离为L，即视为到达目标点。

第二识别线与电梯口垂直，并且在机器人容纳箱的中心线上，服务机器人到达第二识别线后，调整位置，服务机器人中心线与第二识别线重合，服务机器人、识别线、容纳箱三线合一。

第二识别线与第一识别线相同，服务机器人可以据此适当调整位置。

在调整好位置后等待电梯门开启。

在进入第一识别线的任何时候，服务机器人会向控制中心发送开启电梯的需求。

同时扫描等待乘客的拥挤度信息。服务机器人视觉系统和激光雷达扫描等待乘客的特征点信息，判断外部拥挤度，与预设阀值进行对比。

在开阔空间，如酒店大堂，电梯口空间比较大，第一识别线与可设置为“半口字”，第二识别线在其内，服务机器人在任何一面识别线上，都可以精确地行进至第二识别线上。

在有通道的狭长空间，可设置与电梯口垂直的平行线。

电梯往往是多个电梯设置在一侧或对面，第一识别线可设置在最外侧电梯的一端，每一个电梯都设有一个第二识别线。

第一识别线与第二识别线的间距L可以调整。

S3：电梯视觉系统主要判断电梯内的拥挤度，根据人员数量、占据空间、载重量等信息，与服务机器人判断电梯外的拥挤度整合后，判断最终拥挤程度，并与预设阀值进行比较，确定服务机器人是否进入，并向服务机器人发出指令。

拥挤度的判断方法：

S31：电梯内的拥挤度判断为实时信息，并且至少在N+1或N－1层时向服务机器人发送电梯内拥挤度信息，得出C1。

S32：服务机器人判断外部拥挤度(视觉系统和激光雷达扫描)，得出C2。

S33：C1+C2得出拥挤度C3。

S34：如果C3小于预设阀值，则控制中心向电梯轿厢内机器人容纳箱发出指令，容纳箱自动展开。

S35：如果C3大于预设阀值，则等待电梯门开启。

S4：电梯门开启后，乘客进入，视觉系统再次判断轿厢内拥挤度，如果C3小于预设阀值，则展开容纳箱，服务机器人进入容纳箱内。如果大于预设阀值，则回到步骤S3，等待下一电梯。

机器人容纳箱：设置在轿厢内的靠近门口的一侧，为可折叠的“M”形结构，不用时折叠起来，节省空间，不影响乘客。使用时，容纳箱展开，形成“半口字”，刚好能容纳服务机器人进入。

设置单独的空间，使服务机器人可以顺利进入电梯之中。容纳箱在展开过程中，具有“警示音”，保证安全展开。其可在需要时展开，不必要在电梯开启后。

服务机器人进入容纳箱前，激光雷达会检测容纳箱直线长度、角度、面积等信息，确认可顺利进入后，执行进入命令。

S5：如果服务机器人等待下一电梯，则以第二识别线为坐标，确定最快开启的附近电梯，并行进至识别线上，再次实施S3。

S6：到达指定楼层后，电梯通信板向控制中心发出信号，电梯开启后，服务机器人首先行进至第二识别线的预设点，纠正坐标，继续沿导航路径行进，如需再次乘梯，则执行S2，如目标点在所述楼层，则沿路径到达目标点，完成任务。

S7：控制中心重新设定返航路径，服务机器人返回。

实施例二：

机器人容纳箱：还可以设置成转动打开的结构形式，包括挡板1、扭转电机2、侧固定板3和控制器，工作原理为：扭转电机优选为伺服电机，控制中心发送数字信号到控制器，控制器控制伺服电机完成90度开闭，侧固定板3固定在电梯的一侧，当无机器人进入时，挡板收回，当有机器人待进时，侧固定板3展开。

综上所述：本发明创造性地引入了拥挤度判断方法，解决了电梯内乘客站位可能比较散，影响机器人的判断，导致机器本来可以进，却没有进，在出的时候，由于被阻挡，又无法出的问题，并进一步地，利用拥挤度判断来开启电梯内独立区域时机，保证了容纳机器人顺利进入电梯；设置容纳机器人的容纳箱，机器人容纳箱设置成折叠结构，节省空间，不影响乘客；

拥挤度的判断方法确定了服务机器人进入电梯的方法，能够实现拥挤度的预判，避免了电梯开启后获得轿厢拥挤度和最佳位置点的时间延迟，也避免了电梯内人群分布不均匀，人群遮挡或其他障碍物都会影响特征点采集，会出现目标特征漏检或误检的情况，服务机器人就不能作出精确判断，从而影响机器人的自主决策，决策失败很可能导致任务失败，甚至影响电梯门关闭；

本发明设置的第一识别线与第二识别线进行机器人的定位，由于机器人本身的坐标不够精准，识别线恰恰给定了标准坐标。

Claims (6)

1.一种服务机器人进入电梯的装置，其特征在于包括电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱、控制中心和无线收发模块；

所述电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱设置成共享通信方式，与控制中心通过无线或有线通信；

所述控制中心，包括用于信息处理的服务器主机，所述服务器主机能够根据任务需求、机器人坐标、楼层信息自动生成服务机器人的导航路径，所述导航路径由一系列精准的坐标点组成，服务机器人根据导航路径行走，最终到达目标点，完成任务，沿返回路径，回到初始位置；

所述服务器主机用于获取电梯通信模块、梯内视觉识别模块、机器人容纳箱的信息，并向服务机器人发送共享信息；用于负责服务机器人的管理，与服务机器人无线连接，在接收任务后，派出空闲状态的服务机器人工作；

所述的服务机器人进入电梯的装置的使用方法包括如下步骤：

S1：控制中心获取各模块信息，为服务机器人提供导航路径；

所述服务机器人上设有用于实现服务机器人定位的视觉系统和2D激光传感器；

所述2D激光传感器用于采集有效特征点，与视觉系统配合，完成服务机器人定位，服务机器人沿导航路径行走，到达电梯口附近；

所述视觉系统用于采集当前场景，与预设场景对比，来确定楼层信息和位置信息，从而为服务机器人确定导航路径；

S2：电梯口设置有第一识别线和第二识别线，服务机器人首先经过第一识别线，

第一识别线和第二识别线均为条状，由不同的反光材料组合而成，服务机器人的2D激光传感器通过反光材料反射的光，确定坐标；

第一识别线的反光材料组合形成坐标信息，2D激光传感器接收信息后，通过与预设信息对比，确定精确的坐标，对前坐标进行修正；

所述第一识别线与第二识别线的垂直距离为L，第一识别线与第二识别线平行设置，L距离是确定值，服务机器人根据重新确定的坐标，行驶距离为L，即视为到达目标点；

第二识别线与电梯口垂直，并且设置在机器人容纳箱的中心线上，服务机器人到达第二识别线后，调整位置，服务机器人中心线与第二识别线重合，服务机器人、识别线、机器人容纳箱三线合一；

所述第二识别线与第一识别线相同，服务机器人能够据此适当调整位置；在调整好位置后等待电梯门开启；

在进入第一识别线的任何时候，服务机器人会向控制中心发送开启电梯的需求；

同时扫描等待乘客的拥挤度信息；服务机器人的视觉系统和激光雷达扫描等待乘客的特征点信息，判断外部拥挤度，与预设阀值进行对比；

S3：电梯视觉系统主要判断电梯内的拥挤度，根据人员数量、占据空间、载重量等信息，与服务机器人判断电梯外的拥挤度整合后，判断最终拥挤程度，并与预设阀值进行比较，确定服务机器人是否进入，并向服务机器人发出指令；

S31：电梯内的拥挤度判断为实时信息，并且至少在N+1或N－1层时电梯视觉系统向服务机器人发送电梯内拥挤度信息，得出C1；

S32：服务机器人根据视觉系统和2D激光传感器判断外部拥挤度，得出C2；

S33：C1+C2得出最终拥挤度C3；

S4：电梯门开启后，乘客进入，视觉系统再次判断轿厢内拥挤度，如果C3小于预设阀值，则展开机器人容纳箱，服务机器人进入机器人容纳箱内；如果大于预设阀值，则回到步骤S3，等待下一电梯；

服务机器人进入机器人容纳箱前，激光雷达会检测机器人容纳箱直线长度、角度、面积信息，确认能够顺利进入后，执行进入命令；

S5：服务机器人等待下一电梯，则以第二识别线为坐标，确定最快开启的附近电梯，并行进至识别线上，再次实施S3；

S6：到达指定楼层后，电梯通信板向控制中心发出信号，电梯开启后，服务机器人首先行进至第二识别线的预设点，纠正坐标，继续沿导航路径行进，如需再次乘梯，则执行S2，如目标点在所述楼层，则沿路径到达目标点，完成任务；

S7：控制中心重新设定返航路径，服务机器人返回。

2.根据权利要求1所述的服务机器人进入电梯的装置，其特征在于所述拥挤度的判断方法：

S31：电梯内的拥挤度判断为实时信息，并且至少在N+1或N－1层时电梯视觉系统向服务机器人发送电梯内拥挤度信息，得出C1；

S32：服务机器人根据视觉系统和2D激光传感器判断外部拥挤度，得出C2；

S33：C1+C2得出最终拥挤度C3；

S34：如果C3小于预设阀值，则控制中心向电梯轿厢内机器人容纳箱发出指令，机器人容纳箱自动展开；

S35：如果C3大于预设阀值，则等待电梯门开启。

3.根据权利要求1所述的服务机器人进入电梯的装置，其特征在于所述第一识别线设置为“半口字”，第二识别线设置在第一识别线的内侧。

4.根据权利要求1所述的服务机器人进入电梯的装置，其特征在于所述第一识别线设置有与电梯口垂直的平行线。

5.根据权利要求1所述的服务机器人进入电梯的装置，其特征在于所述第一识别线设置在最外侧电梯的一端，每一个电梯都设有一个第二识别线。

6.根据权利要求1所述的服务机器人进入电梯的装置，其特征在于所述机器人容纳箱设置在轿厢内的靠近门口的一侧，为能够折叠的结构；使用时机器人容纳箱展开，能容纳服务机器人进入；机器人容纳箱在展开过程时，具有“警示音”，保证安全展开；在需要时展开，不必要在电梯开启后。

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