CN114413901A - 楼层定位与地图构建系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种楼层定位与地图构建系统，包括一摄像机、一自主机器人以及一通信装置。摄像机设置于一楼层。自主机器人用以发出一楼层地图请求。通信装置连接摄像机，其中自主机器人出现在摄像机所在的楼层时，通信装置接收楼层地图请求，且通信装置通知自主机器人所在的楼层的一楼层地图索引。

Description

楼层定位与地图构建系统及其方法

技术领域

本发明是有关于一种定位系统，且特别是有关于一种楼层定位与地图构建系统及其方法。

背景技术

同步定位与地图构建(Simultaneous localization and mapping，简称SLAM)系统已被广泛应用在扫地机器人、无人搬运车以及自走机器人等领域中，可依照导航信息、地图空间配置信息、障碍物的位置信息等自行规划路径与弹性改变路径。一般而言，扫地机器人以光测距装置(或光达装置)或高阶深度摄像机来进行同步定位与地图构建，构建之后的地图会存在扫描机器人的数据库中，待下次开启扫地机器人之后，可以直接使用，不需重新建图。此外，光测距装置可扫描空间配置，再比对先前建立好的地图得知扫地机器人所在的坐标。

然而，SLAM系统在跨楼层的应用中，常常会有多个楼层共用一台扫地机器人的情形，当扫描机器人被关机并搬离原楼层时，因各楼层不同且房间配置也不同，扫描机器人需重新扫描环境，才能判断目前处在哪一个楼层。即使是不同楼层有相同的房间格局，但物品摆设位置不同，也会造成不同的判断结果。因此，针对SLAM系统在跨楼层的应用中所遇到的瓶颈与困难，有必要提出改善之道。

发明内容

本发明有关于一种楼层定位与地图构建系统，用以检测自主机器人所在的楼层，以利于进行楼层定位与地图构建。

根据本发明的一方面，提出一种楼层定位与地图构建系统，包括一摄像机、一自主机器人以及一通信装置。摄像机设置于一楼层。自主机器人用以发出一楼层地图请求。通信装置连接摄像机，其中自主机器人出现在摄像机所在的楼层时，通信装置接收楼层地图请求，且通信装置通知自主机器人所在的楼层的一楼层地图索引。

根据本发明的一方面，提出一种楼层定位与地图构建系统，包括至少一摄像机、一自主机器人以及一通信装置。至少一摄像机设置于至少一楼层，用以广播楼层信息。通信装置连接摄像机，其中自主机器人出现在至少一摄像机其一所在的楼层时，通信装置通知自主机器人所在的楼层的楼层信息。

根据本发明的一方面，提出一种楼层定位与地图构建方法，包括下列步骤。设置一摄像机于一楼层。自主机器人发出一楼层地图请求或摄像机发出一楼层信息。自主机器人出现在摄像机所在的楼层时，自主机器人接收一楼层地图索引或楼层信息，以取得自主机器人所在的楼层的一楼层地图。摄像机获取自主机器人的图像，并识别自主机器人的至少一识别部，以产生自主机器人的一图像定位信息。自主机器人根据楼层地图及摄像机产生的图像定位信息，检测自主机器人于楼层的一坐标位置，并产生一规划路径。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为依照本发明一实施例的楼层定位与地图构建系统的示意图；

图2为依照本发明另一实施例的楼层定位与地图构建系统的示意图；及

图3为依照本发明一实施例的楼层定位与地图构建方法的示意图。

其中，附图标记：

10,11:楼层定位与地图构建系统

20:摄像机

30:自主机器人

32:识别部

40:通信装置

21-23:摄像机

S110～S150:步骤

具体实施方式

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考所附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参照图1，其为依照本发明一实施例的楼层定位与地图构建系统10的示意图。

依照本发明的一实施例，楼层定位与地图构建系统10包括一摄像机20、一自主机器人30以及一通信装置40。摄像机20设置于一楼层，例如建筑物各楼层的天花板或墙面上。自主机器人30用以发出一楼层地图请求或接收由摄像机20广播的一楼层信息，以确认自主机器人30所在的楼层。通信装置40连接摄像机20，且通信装置40可通知自主机器人30所在的楼层的一楼层地图索引(floor map index)。通信装置40与自主机器人30之间例如以无线区域网络或蓝牙通信协定进行数据传输。

在一实施例中，借由摄像机20提供图像定位信息及各楼层地图索引信息给自主机器人30，让自主机器人30能快速知道其所在的楼层及位置，以利于自主机器人30定位及构建地图。

自主机器人30可为任何具有自主移动能力与导航功能的行动装置，例如一扫地机器人(cleaning robot)或无人搬运车，其可随意移动或者依既定路线移动，并具有定位及建图功能。举例来说，请参照图1，自主机器人30包括至少一识别部32，摄像机20获取自主机器人30的图像，并识别至少一识别部32。

识别部32例如为发光元件或可识别图案，发光元件或可识别图案的数量可为多个，且各个发光元件或各个可识别图案例如朝向不同方向，以利于摄像机20能从不同角度均可获取到识别部32的图像。

在一实施例中，发光元件发出具有一身份识别码的光信号，例如是可见光信号或红外光信号，摄像机20可获取光信号，并识别身份识别码。或者，在另一实施例中，可识别图案为具有一身份识别码的图案，例如QR code、二维条码或几何图案等，摄像机20获取可识别图案，并识别身份识别码。也就是说，当自主机器人30出现在摄像机20所在的楼层的一可视范围内时，摄像机20借由身份识别码辨别出是哪一台自主机器人30，并记录自主机器人30的身份识别码，以供下次自主机器人30出现在楼层时，可直接取得摄像机20所在的楼层的一楼层地图，而不需通过预扫描来取得楼层地图。

在一实施例中，自主机器人30的数量可以为多台，每一台自主机器人30有各自的身份识别码，以供摄像机20识别。当有多台自主机器人30出现在同一楼层，摄像机20可记录各个自主机器人30的身份识别码及与各身份识别码相关的楼层地图索引等信息，不需进行预扫描。

自主机器人30可包括一或多个感测器、处理器、存储装置、导航模块以及移动构件等。感测器可为任何可用以检测自主机器人30所在的环境中的物体或其他障碍物与自主机器人30之间的相对距离与方位的感测器，例如是光达(Lidar)、图像感测器(例如景深相机)、超声波(Ultrasound)感测器、激光(Laser)感测器、红外线感测器、电子罗盘(Electronic Compass)、陀螺仪(Gyroscope)或者是前述多种元件的组合，但本发明不限于此。

导航模块可根据自主机器人30的目前位置以及一目的地，进行一路径规划，进而得到一规划路径，处理器可控制导航模块进行一导航，使自主机器人30可以依据规划路径前进至目的地。于一些实施例中，导航模块可更包括一全域规划器(global planner)以及一区域规划器(local planner)，用以产生一条到目的地的规划路径并适合进行避障以进行导航。其中全域规划器负责进行从自主机器人30到指定地点的最佳全局路径的规划，而区域规划器(local planner)负责根据感测器的感测结果得到环境的周遭信息，配合全域规划器(global planner)所提供的全局路径，规划出最佳的局部路径与进行动态避障操作。也就是说，导航模块可以通过全域规划器规划一条从目前位置到指定地点的一条全局路径，并通过区域规划器来动态避障产生局部路径以避开所规划的全局路径中的障碍物，以完成导航。

在一实施例中，当摄像机20获取自主机器人30的图像，并识别自主机器人30的至少一识别部32时，摄像机20还可通过图像处理及辨识，产生自主机器人30的一图像定位信息，以得知自主机器人30于楼层的位置。此外，摄像机20还可记录每一次检测到自主机器人30的行走轨迹以及自主机器人30回传的导航路径，以供进一步比对。

在一实施例中，自主机器人30可根据楼层地图及摄像机20产生的图像定位信息，检测自主机器人30所在的楼层的一坐标位置，并产生一规划路径，以完成楼层定位及建图。

第二实施例

请参照图2，其为依照本发明另一实施例的楼层定位与地图构建系统11的示意图。此系统11包括一台或多台摄像机21-23、一自主机器人30以及一通信装置40。通信装置40可同时连接多台摄像机21-23，并分别通知自主机器人30所在的楼层的楼层信息，通信装置40与各自主机器人30之间例如以无线区域网络或蓝牙通信协议进行数据传输。

在一实施例中，借由摄像机提供图像定位信息及各楼层信息(或各楼层摄像机的身份识别码)给自主机器人30，让自主机器人30能快速知道其所在的楼层及位置，以利于自主机器人30定位及构建地图。

以三台摄像机21-23为例，将三台摄像机21-23分别设置于三楼层，例如第一摄像机21设置于第一楼层，第二摄像机22设置于第二楼层，第三摄像机23设置于第三楼层。第一摄像机21用以广播第一楼层的信息，第二摄像机22用以广播第二楼层的信息，第三摄像机23用以广播第三楼层的信息。自主机器人30可跨楼层进行定位与建图。当自主机器人30位于第一楼层，且自主机器人30出现在第一摄像机21的一可视范围内时，第一摄像机21判断自主机器人30的身份识别码之后，广播自主机器人30位于第一楼层的信息，此时，自主机器人30记录第一摄像机21广播的信息，并根据自主机器人30的目前位置以及第一楼层地图，进行一路径规划，以完成第一楼层定位及建图。当自主机器人30位于第二楼层，且自主机器人30出现在第二摄像机22的一可视范围内时，第二摄像机22判断自主机器人30的身份识别码之后，广播自主机器人30位于第二楼层的信息，此时，自主机器人30记录第二摄像机22广播的信息，并根据自主机器人30的目前位置以及第二楼层地图，进行一路径规划，以完成第二楼层定位及建图，依此类推。

在一实施例中，自主机器人30的数量可以为一台或多台，每一台自主机器人30有各自的身份识别码，且分别设置于第一楼层、第二楼层及第三楼层，以供摄像机21-23识别。自主机器人30可记录各楼层的摄像机21-23的身份识别码及相关的楼层地图等信息，不需进行预扫描。自主机器人30可为任何具有自主移动能力与导航功能的行动装置，例如一扫地机器人或无人搬运车，如上所述，在此不再赘述。

请参照图3，其为依照本发明一实施例的楼层定位与地图构建方法的示意图，其包含以上述第一实施例及第二实施例的楼层定位与地图构建系统10为例的操作流程。此方法包括下列步骤S110～S150。在步骤S110，设置一摄像机21/22/23/24于一楼层。在步骤S120，自主机器人30发出一楼层地图请求或摄像机21/22/23/24广播一楼层信息。在步骤S130，当自主机器人30出现在摄像机21/22/23/24所在的楼层时，自主机器人30接收一楼层地图索引或楼层信息，以取得自主机器人30所在的楼层的一楼层地图。在步骤S140，摄像机21/22/23/24获取自主机器人30的图像，并识别自主机器人30的至少一识别部32，以产生自主机器人30的一图像定位信息。在步骤S150，自主机器人30根据楼层地图及摄像机21/22/23/24产生的图像定位信息，检测自主机器人30于楼层的一坐标位置，并产生一规划路径。

在上述方法中，楼层地图请求例如包含自主机器人30的身份识别码，用以供摄像机21/22/23/24辨别出是哪一台自主机器人30，并记录自主机器人30的身份识别码于摄像机21/22/23/24中。此外，楼层信息例如包含摄像机21/22/23/24的身份识别码，用以供自主机器人30辨别出是哪一楼层的摄像机，并记录摄像机21/22/23/24的身份识别码于自主机器人30中。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种楼层定位与地图构建系统，其特征在于，包括：

一摄像机，设置于一楼层；

一自主机器人，用以发出一楼层地图请求；以及

一通信装置，连接该摄像机，其中该自主机器人出现在该摄像机所在的该楼层时，该通信装置接收该楼层地图请求，且该通信装置通知该自主机器人所在的该楼层的一楼层地图索引。

2.一种楼层定位与地图构建系统，其特征在于，包括：

至少一摄像机，分别设置于至少一楼层，用以广播楼层信息；

一自主机器人；以及

一通信装置，连接该至少一摄像机，其中该自主机器人出现在该至少一摄像机其一所在的该至少一楼层其一时，该通信装置通知该自主机器人所在的该楼层的该楼层信息。

3.如权利要求1或2所述的楼层定位与地图构建系统，其特征在于，该自主机器人包括至少一识别部，该摄像机获取该自主机器人的图像，并识别该至少一识别部。

4.如权利要求3所述的楼层定位与地图构建系统，其特征在于，该至少一识别部包括发光元件或可识别图案。

5.如权利要求4所述的楼层定位与地图构建系统，其特征在于，该发光元件发出具有一身份识别码的光信号，该摄像机获取该光信号，并识别该身份识别码。

6.如权利要求4所述的楼层定位与地图构建系统，其特征在于，该可识别图案为具有一身份识别码的图案，该摄像机获取该可识别图案，并识别该身份识别码。

7.如权利要求3所述的楼层定位与地图构建系统，其特征在于，该自主机器人接收该楼层地图索引或该楼层信息，以取得该摄像机所在的该楼层的一楼层地图，且该摄像机识别该至少一识别部，以产生该自主机器人的一图像定位信息。

8.如权利要求7所述的楼层定位与地图构建系统，其特征在于，该自主机器人根据该楼层地图及该摄像机产生的该图像定位信息，检测该自主机器人所在的该楼层的一坐标位置，并产生一规划路径。

9.一种楼层定位与地图构建方法，其特征在于，包括：

设置一摄像机于一楼层；

自主机器人发出一楼层地图请求或该摄像机广播一楼层信息；

该自主机器人出现在该摄像机所在的该楼层时，该自主机器人接收一楼层地图索引或该楼层信息，以取得该自主机器人所在的该楼层的一楼层地图；

该摄像机获取该自主机器人的图像，并识别该自主机器人的至少一识别部，以产生该自主机器人的一图像定位信息；以及

该自主机器人根据该楼层地图及该摄像机产生的该图像定位信息，检测该自主机器人于该楼层的一坐标位置，并产生一规划路径。

10.如权利要求9所述的楼层定位与地图构建方法，其特征在于，该至少一识别部包括发光元件或可识别图案，该发光元件发出具有一身份识别码的光信号，该可识别图案为具有该身份识别码的图案。

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