CN114872051B - 通行地图获取系统、方法、机器人及计算机可读存储介质 - Google Patents

通行地图获取系统、方法、机器人及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN114872051B CN202210626434.7A CN202210626434A CN114872051B CN 114872051 B CN114872051 B CN 114872051B CN 202210626434 A CN202210626434 A CN 202210626434A CN 114872051 B CN114872051 B CN 114872051B
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Abstract

本申请公开了一种通行地图获取系统、方法、机器人及计算机可读存储介质，涉及机器人技术领域。通行地图获取系统包括：信息获取模块，所述信息获取模块用于获取高程地图，所述信息获取模块还用于获取所述机器人的位姿；方向获取模块，所述方向获取模块用于根据所述机器人的位姿获取所述机器人的行进方向；通行地图获取模块，所述通行地图获取模块用于根据所述机器人的行进方向获取所述高程地图中的通行地图。本申请能够根据机器人的行进方向获取高程地图，降低了需要获取的高程地图的范围，减少了获取高程地图时的计算量，提高了高程地图的获取速度并降低了进行路径规划的复杂度，进而提高机器人的行进效率。

Description

通行地图获取系统、方法、机器人及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体涉及一种通行地图获取系统、方法、机器人及计算机可读存储介质。
背景技术
随着技术的进步，多足机器人因其能够通过楼梯、台阶、斜坡及崎岖路面等复杂地形，因此普及度也越来越高。多足机器人为了实现复杂地形的路径规划，需要构建高程地图，再根据高程地图进行路径规划。由于多足机器人的行进速度较快，因此对于高程地图的更新速度要求较高，而多足机器人由于其本身计算能力有限，因此难以满足对于高程地图更新速度的要求。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种通行地图获取系统、方法、机器人及计算机可读存储介质，能够根据机器人的行进方向获取高程地图，降低了需要获取的高程地图的范围，减少了获取高程地图时的计算量，提高了高程地图的获取速度并降低了进行路径规划的复杂度，进而提高机器人的行进效率。
本申请第一方面提供一种通行地图获取系统，应用于机器人，所述通行地图获取系统包括：信息获取模块，所述信息获取模块用于获取高程地图，所述信息获取模块还用于获取所述机器人的位姿；方向获取模块，所述方向获取模块用于根据所述机器人的位姿获取所述机器人的行进方向；通行地图获取模块，所述通行地图获取模块用于根据所述机器人的行进方向获取所述高程地图中的通行地图。
在本申请的一种可能实施方式中，所述根据所述机器人的行进方向获取所述高程地图，包括：根据所述机器人的位姿及所述机器人的尺寸将所述高程地图划分为第一区域及第二区域，其中所述第一区域为所述机器人行进方向朝向的区域，所述第二区域为所述机器人行进方向背向的区域；其中所述第一区域为所述通行地图。
在本申请的一种可能实施方式中，所述第一区域与所述第二区域的分界线与所述机器人的行进方向垂直，所述机器人位于所述第一区域中，所述分界线与所述机器人之间的距离小于预设距离。
在本申请的一种可能实施方式中，所述通行地图获取模块还用于：获取所述通行地图内的预设障碍物的位置及尺寸；根据所述预设障碍物的位置及尺寸标记所述通行地图，以获取所述通行地图内的不可通行区域。
在本申请的一种可能实施方式中，所述通行地图内设置有预设数量的区块，每个区块表示预设的尺寸；所述根据所述预设障碍物的位置及尺寸标记所述通行地图，以获取所述通行地图内的所述不可通行区域，包括：根据所述预设障碍物的位置及所述区块的尺寸获取所述预设障碍物在所述通行地图内映射的区域，将所述预设障碍物在所述通行地图内映射的区域对应的区块标记为不可通行区域。
在本申请的一种可能实施方式中，所述通行地图获取系统还包括决策模块，所述决策模块用于：获取所述机器人的当前位置和目标位置；根据所述当前位置和所述目标位置规划所述机器人的预估行驶路线；根据所述预估行驶路线获取优先通行区域，所述预估行驶路线位于所述优先通行区域中。
在本申请的一种可能实施方式中，所述通行地图获取系统还包括可通行性获取模块，所述可通行性获取模块用于：获取所述机器人的通行信息，所述通行信息包括可跨越台阶的高度临界值、可通过地面的粗糙度临界值、可通过斜坡的坡度临界值及可通过悬空物体的高度临界值中的至少一个；根据所述机器人的通行信息、所述通行地图内的高度信息获取所述通行地图内的可通行区域。
本申请第二方面提供一种通行地图获取方法，应用于机器人，包括：获取高程地图；获取所述机器人的位姿；根据所述机器人的位姿获取所述机器人的行进方向；根据所述机器人的行进方向获取所述高程地图中的通行地图。
本申请第三方面提供一种机器人，包括处理器，所述处理器与存储器连接，所述存储器，用于存储指令；所述处理器，用于执行所述存储器中的指令，使得所述机器人执行如第二方面所述的通行地图获取方法。
本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使所述处理器执行如第二方面所述的通行地图获取方法。
本申请根据机器人的行进方向确定通行地图、标记大型障碍物确定不可通行区域、预估行驶路径确定优先通行区域，从而对高程地图进行划分，仅在部分高程地图区域内进行通行性判断，或者仅获取部分区域的高程地图，减少了高程地图进行可通行判断时的计算量，提高了高程地图的获取速度并降低了进行路径规划的复杂度，进而提高机器人的行进效率。
附图说明
图1是本申请一个实施方式提供的多足机器人的硬件结构示意图。
图2是本申请另一个实施方式提供的多足机器人的硬件结构示意图。
图3是本申请一个实施方式提供的通行地图获取系统的模块示意图。
图4是本申请一个实施方式提供的高程矩阵示意图。
图5是本申请另一个实施方式提供的通行地图获取系统的模块示意图。
图6是本申请一个实施方式提供的通行地图获取示意图。
图7是本申请一个实施方式提供的通行地图获取方法流程示意图。
图8是本申请一个实施方式提供的机器人的模块示意图。
主要元件符号说明
多足机器人 100
机械单元 101
驱动板 1011
电动机 1012
机械结构 1013
机身主体 1014
腿部 1015
足部 1016
头部结构 1017
尾巴结构 1018
载物结构 1019
鞍座结构 1020
摄像头结构 1021
通讯单元 102
传感单元 103
接口单元 104
存储单元 105
显示单元 106
显示面板 1061
输入单元 107
触控面板 1071
其他输入设备 1072
触摸检测装置 1073
触摸控制器 1074
控制模块 110
电源 111
通行地图获取系统 200；200a
信息获取模块 210
方向获取模块 220
通行地图获取模块 230
决策模块 240
可通行性获取模块 250
机器人 300
处理器 310
存储器 320
第一区域 400
第二区域 410
分界线 420
优先通行区域 430
可通行区域 440
预估行驶路径 450
不可通行区域 460
具体实施方式
需要说明的是，本申请实施例中“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或多于两个。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。
另外需要说明的是，本申请实施例中公开的方法或流程图所示出的方法，包括用于实现方法的一个或多个步骤，在不脱离权利要求的范围的情况下，多个步骤的执行顺序可以彼此互换，其中某些步骤也可以被删除。
请参阅图1，图1为本申请其中一个实施方式的多足机器人100的硬件结构示意图。在图1所示的实施方式中，多足机器人100包括机械单元101、通讯单元102、传感单元103、接口单元104、存储单元105、显示单元106、输入单元107、控制模块110、电源111。多足机器人100的各种部件可以以任何方式连接，包括有线或无线连接等。本领域技术人员可以理解，图1中示出的多足机器人100的具体结构并不构成对多足机器人100的限定，多足机器人100可以包括比图示更多或更少的部件，某些部件也并不属于多足机器人100的必须构成，完全可以根据需要在不改变发明的本质的范围内而省略，或者组合某些部件。
下面结合图1对多足机器人100的各个部件进行具体的介绍：
机械单元101为多足机器人100的硬件。如图1所示，机械单元101可包括驱动板1011、电动机1012、机械结构1013。如图2所示，机械结构1013可包括机身主体1014、可伸展的腿部1015、足部1016。在其他实施方式中，机械结构1013还可包括可伸展的机械臂(图未示)、可转动的头部结构1017、可摇动的尾巴结构1018、载物结构1019、鞍座结构1020、摄像头结构1021等。需要说明的是，机械单元101的各个部件模块可以为一个也可以为多个，可根据具体情况设置。比如腿部1015可为4个，每个腿部1015可配置3个电动机1012，对应的电动机1012为12个。
通讯单元102可用于信号的接收和发送，还可以通过与网络和其他设备通信。比如，接收遥控器或其他多足机器人100发送的按照特定步态以特定速度值向特定方向移动的指令信息后，传输给控制模块110处理。通讯单元102包括如WiFi模块、4G模块、5G模块、蓝牙模块、红外模块等。
传感单元103用于获取多足机器人100周围环境的信息数据以及监控多足机器人100内部各部件的参数数据，并发送给控制模块110。传感单元103包括多种传感器，如获取周围环境信息的传感器：激光雷达(用于远程物体检测、距离确定和/或速度值确定)、毫米波雷达(用于短程物体检测、距离确定和/或速度值确定)、摄像头、红外摄像头、全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)等。如监控多足机器人100内部各部件的传感器：惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)(用于测量速度值、加速度值和角速度值的值)，足底传感器(用于监测足底着力点位置、足底姿态、触地力大小和方向)、温度传感器(用于检测部件温度)。至于多足机器人100还可配置的载荷传感器、触摸传感器、电机角度传感器、扭矩传感器等其他传感器，在此不再赘述。
接口单元104可以用于接收来自外部装置的输入(例如，数据信息、电力等)并且将接收到的输入传输到多足机器人100内的一个或多个部件，或者可以用于向外部装置输出(例如，数据信息、电力等)。接口单元104可包括电源端口、数据端口(如USB端口)、存储卡端口、用于连接具有识别模块的装置的端口、音频输入/输出(I/O)端口、视频I/O端口等。
存储单元105用于存储软件程序以及各种数据。存储单元105可主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统程序、运动控制程序、应用程序(比如文本编辑器)等；数据存储区可存储多足机器人100在使用中所生成的数据(比如传感单元103获取的各种传感数据，日志文件数据)等。此外，存储单元105可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如磁盘存储器、闪存器、或其他易失性固态存储器。
显示单元106用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息。显示单元106可包括显示面板1061，可以采用液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)等形式来配置显示面板1061。
输入单元107可用于接收输入的数字或字符信息。具体地，输入单元107可包括触控面板1071以及其他输入设备1072。触控面板1071，也称为触摸屏，可收集用户的触摸操作(比如用户使用手掌、手指或适合的附件在触控面板1071上或在触控面板1071附近的操作)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。触控面板1071可包括触摸检测装置1073和触摸控制器1074两个部分。其中，触摸检测装置1073检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器1074；触摸控制器1074从触摸检测装置1073上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给控制模块110，并能接收控制模块110发来的命令并加以执行。除了触控面板1071，输入单元107还可以包括其他输入设备1072。具体地，其他输入设备1072可以包括但不限于遥控操作手柄等中的一种或多种，具体此处不做限定。
进一步的，触控面板1071可覆盖显示面板1061，当触控面板1071检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给控制模块110以确定触摸事件的类型，随后控制模块110根据触摸事件的类型在显示面板1061上提供相应的视觉输出。虽然在图1中，触控面板1071与显示面板1061是作为两个独立的部件来分别实现输入和输出功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板1071与显示面板1061集成而实现输入和输出功能，具体此处不做限定。
控制模块110是多足机器人100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个多足机器人100的各个部件，通过运行或执行存储在存储单元105内的软件程序，以及调用存储在存储单元105内的数据，从而对多足机器人100进行整体控制。
电源111用于给各个部件供电，电源111可包括电池和电源控制板，电源控制板用于控制电池充电、放电、以及功耗管理等功能。在图1所示的实施方式中，电源111电连接控制模块110，在其它的实施方式中，电源111还可以分别与传感单元103(比如摄像头、雷达、音箱等)、电动机1012电性连接。需要说明的是，各个部件可以各自连接到不同的电源111，或者由相同的电源111供电。
在上述实施方式的基础上，在一些实施方式中，可以通过终端设备来与多足机器人100进行通信连接。在终端设备与多足机器人100进行通信时，可以通过终端设备来向多足机器人100发送指令信息，多足机器人100可通过通讯单元102来接收指令信息，并可在接收到指令信息的情况下，将指令信息传输至控制模块110，使得控制模块110可对接收到的指令信息进行处理。
终端设备包括但不限于：具备图像拍摄功能的手机、平板电脑、服务器、个人计算机、可穿戴智能设备、其它电器设备。
指令信息可以根据预设条件来确定。例如，如上所述，多足机器人100包括传感单元103。传感单元103可根据多足机器人100所在的当前环境生成指令信息。控制模块110根据指令信息来判断多足机器人100的当前速度值是否满足对应的预设条件。若满足，则会保持多足机器人100的当前速度值和当前步态移动。若不满足，则会根据对应的预设条件来确定目标速度值和相应的目标步态，从而可控制多足机器人100以目标速度值和相应的目标步态移动。
传感单元103还可以包括环境传感器，环境传感器可以包括温度传感器、气压传感器、视觉传感器、声音传感器。指令信息可以包括温度信息、气压信息、图像信息、声音信息。环境传感器与控制模块110之间的通信方式可以为有线通信，也可以为无线通信。无线通信的方式包括但不限于：无线网络、移动通信网络(3G、4G、5G等)、蓝牙、红外。
请一并参阅图3，图3是本申请一实施例提供的通行地图获取系统200。在本实施例中，通行地图获取系统200可以为存储在多足机器人100的存储单元105内的软件模块。
如图3所示，通行地图获取系统200包括：信息获取模块210、方向获取模块220及通行地图获取模块230。
信息获取模块210可以获取多足机器人100的信息，例如多足机器人100的位姿。
信息获取模块210还可以调取传感单元103中激光雷达、毫米波雷达或摄像头获取到的高程地图。可以理解，局部环境实时感知是机器人自主导航的基础，而高程地图是一种常用的描述局部环境的地图模型。例如，高程地图可通过一组有序数值阵列(例如高程矩阵)表示地面高程信息。其中，将地图按一定尺寸划分为不同的单元格，并在每个单元格中记录每个单元格内的高度，即为高程矩阵。可以理解，高程矩阵可以对于单元格内的高度设置高度分辨率，根据高度分辨率将高度值折算为对应的数值，以简化多足机器人100在进行通行地图获取时的计算量。例如，以高度分辨率为5cm为例，当地图中单元格内的高度为0-5cm时，将高度标记为0，当单元格内的高度为5-10cm时，将高度标记为1，当单元格内的高度为10-15cm时，将高度标记为2，当单元格内的高度为15-20cm时，将高度标记为3，依次类推。
请一并参阅图4，图4是本申请一实施例提供的高程矩阵。如图4所示，以高程矩阵内的每个单元格的尺寸为0.04m2(20cm*20cm)，高度分辨率为5cm为例，依次对高程矩阵内的单元格进行标记直至全部单元格都标记完成。在本实施例中，可以将高程矩阵转换为对应的高程地图。具体地，在高程地图中，将高程矩阵中的每个单元格内的数字转换为不同个数的方块。例如，当单元格中的数字为1时，可以在高程地图中用一个方块来表示该单元格内的高度，当单元格内的数字为2时，可以在高程地图中用两个相同高度方块来表示该单元格内的高度，当单元格内的数字为3时，可以在高程地图中用三个相同高度方块来表示该单元格内的高度。
在本实施例中，方向获取模块220连接信息获取模块210。方向获取模块220用以获取来自信息获取模块210的多足机器人100的位姿。可以理解，位姿是用于描述某个对象(如坐标)在指定坐标系下的位置和姿态。机器人技术领域中常用位姿来描述机器人在空间坐标系(如里程计坐标系)中的位置与姿态。
可以理解，方向获取模块220还用于根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的行进方向。例如，方向获取模块220可以根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的里程计坐标系，再获取多足机器人100的里程计坐标系中的x轴方向。可以理解，多足机器人100的里程坐标系为右手坐标系，多足机器人100的里程计坐标系中的x轴方向为多足机器人100的行进方向，多足机器人100的里程计坐标系中的y轴为多足机器人100的行进方向左侧的坐标轴，多足机器人100的里程计坐标系中的z轴为多足机器人100垂直于地面方面的坐标轴，多足机器人100的里程计坐标系的原点为多足机器人100上的某一点，通常为多足机器人100的投影的中心点。
在本实施例中，通行地图获取模块230连接信息获取模块210及方向获取模块220。通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的行进方向获取高程地图中的通行地图。通行地图包括可通行区域和不可通行区域。
可以理解，通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的位姿及多足机器人100的行进方向将高程地图划分为第一区域及第二区域。可以理解，第一区域为多足机器人100行进方向朝向的区域，第二区域为多足机器人100行进方向背向的区域，第一区域即为高程地图中的通行地图。可以理解，第一区域与第二区域的分界线与多足机器人100的行进方向垂直(即与多足机器人100的里程计坐标系的y轴方向相同)，且该分界线与多足机器人100之间的距离小于预设距离。可以理解，预设距离可以设置为大于0且为小于多足机器人100身长度的一半的任意数值。
在另一些实施例中，信息获取模块210还可以获取多足机器人100的尺寸。具体地，多足机器人100的尺寸包括多足机器人100的机身长度和机身宽度等参数。
具体地，通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的里程计坐标系中的y轴方向，并获取多足机器人100尺寸中的多足机器人100的机身长度信息。接着，通行地图获取模块230以多足机器人100的投影的中点在地面上的投影点为原点，沿多足机器人100行进方向的反方向以一定距离平移里程计坐标系的y轴。例如，平移的距离大于多足机器人100的机身长度的一半且小于多足机器人100的机身长度。通行地图获取模块230再根据平移后的多足机器人100的里程计坐标系中的y轴将高程地图划分为第一区域及第二区域。可以理解，平移后的多足机器人100的里程计坐标系中的y轴即为第一区域与第二区域的分界线。其中，第一区域处于多足机器人100行进方向朝向的方向。第二区域为多足机器人行进方向背向的方向。
可以理解，由于平移y轴时的起点为多足机器人100的中点，且平移距离大于多足机器人100的机身长度的一半，因此第一区域会完整的覆盖多足机器人100，即多足机器人100始终处于第一区域中。在本实施例中，多足机器人100始终位于第一区域中，且第一区域和第二区域的分界线会随着多足机器人100的转向或移动进行实时的更新，从而第一区域也会实时更新。
可以理解，通过将高程地图划分为第一区域及第二区域，其中第一区域为高程地图中的通行地图，多足机器人100可以根据多足机器人100的位移或转向更新包含两个区域的高程地图，在获取高程地图后仅在第一区域中进行可通行区域判断或者路径规划，从而可以降低多足机器人100获取高程地图时计算的复杂度，提高多足机器人100的行进效率。此外，由于多足机器人100通常只能沿着单一方向前进(也即其前方)，因此更新多足机器人100行进方向上前方的第一区域的高程地图即可保证可以对多足机器人100实现路径规划。当多足机器人100处于移动或转向状态时，通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的位移或转向仅更新第一区域内的高程地图，无需更新第二区域内的高程地图。
可以理解，由于多足机器人100本身具有一定的尺寸，因此在对多足机器人100进行路径规划时，需要根据多足机器人100的尺寸进行路径规划，以避免多足机器人100无法通过规划出的路径。因此本实施例中，由于第一区域会完整的覆盖多足机器人100，即第一区域的覆盖面积包括了完整的多足机器人100，因此可以在路径规划时考虑到多足机器人100本身的尺寸，进而进一步提高了根据第一区域对多足机器人100行进路径规划时的准确性。
在本实施例中，通行地图获取模块230还用于获取第一区域内的预设障碍物的位置及尺寸。其中，预设障碍物可以为第一区域内多足机器人100无法通过的大型障碍物。例如大型石块、花坛、车辆、床、警戒线区域、水坑、较宽的沟槽、墙壁及其它常见的大型物体。通行地图获取模块230可根据预设障碍物的中心点位置及尺寸标记第一区域的高程地图，以获取第一区域的高程地图内的不可通行区域。例如，第一区域的高程地图内设置有预设数量的单元格(即区块)，每个单元格表示预设的尺寸。通行地图获取模块230可以根据预设障碍物的位置与每个单元格的尺寸，获取预设障碍物在第一区域的高程地图内映射的区域，并将映射的区域对应的单元格标记为不可通行区域。可以理解，预设障碍物在第一区域的高程地图内映射的区域与第一区域的高程地图内的单元格可能不会完全重合，例如，预设障碍物映射的区域可能只占第一区域的高程地图内某些单元格内的部分区域，通行地图获取模块230将全部预设障碍物映射的区域完整及部分对应的单元格均标记为不可通行区域。
可以理解，由于预设障碍物是第一区域内多足机器人100无法通过的大型障碍物，因此在对多足机器人100进行路径规划时，直接将设障碍物映射的区域标记为不可通行区域，并在可通行性计算时，可以无需计算不可通行区域的可通行性，降低了通行地图获取系统200在对多足机器人100进行路径规划时的计算量，提高了计算效率，进而提高了多足机器人100的行进效率。
请一并参阅图5，图5是本申请另一实施例提供的通行地图获取系统200a。如图5所示，通行地图获取系统200a亦包括信息获取模块210、方向获取模块220及通行地图获取模块230。与图4的差别在于，通行地图获取系统200a还包括决策模块240及可通行性获取模块250。
在本实施例中，决策模块240用于获取多足机器人100的目标位置，并根据多足机器人100的当前位置以及目标位置规划出多足机器人100的预估行驶路线。决策模块240还用于根据预估行驶路线获取优先通行区域，其中，预估行驶路线位于优先通行区域中。具体地，决策模块240可以以预估行驶路线为中心，向预估行驶路线的两边各延伸一预设的距离，以获取多足机器人100的优先通行区域。可以理解，决策模块240可以获取多足机器人100的机身宽度，再根据多足机器人100的机身宽度向预估行驶路线的两边各延伸一定的距离以获取多足机器人100的优先通行区域。可以理解，预设的距离需大于多足机器人100的机身宽度的一半，以使优先通行区域大于多足机器人100的机身宽度，因此多足机器人100可以通过该优先通行区域。可以理解，为降低通行地图获取系统200a的计算量，优先通行区域的覆盖面积应当小于一定的范围。例如，决策模块240可以将预设的距离需设置为等于多足机器人100的机身宽度，也即优先通行区域的宽度为多足机器人100的机身宽度的两倍。
可以理解，决策模块240还可以根据不可通行区域及多足机器人100的朝向修正优先通行区域，并排除优先通行区域内不可通行区域占的单元格以及多足机器人100后方的单元格，以获取修正后的优先通行区域。具体地，决策模块240可以在路径规划时删除或屏蔽不可通行区域占的单元格。可以理解，决策模块240还可以根据多足机器人100的通行信息判断多足机器人100在修正后的优先通行区域内的可通行性，即获取优先通行区域内的可通行区域。
可以理解，通过决策模块240根据预估行驶路线生成优先通行区域，并屏蔽优先通行区域内不可通行区域占的单元格以及多足机器人100后方的单元格，可以降低需要进行可通行性计算的单元格的数量，进而降低决策模块在进行进而可降低可通行性获取模块250在计算可通行性时的计算量，有效提高计算效率。
可以理解，通行地图获取系统200a还包括可通行性获取模块250。可以理解，可通行性获取模块250用于：获取机器人的通行信息，根据机器人的通行信息、通行地图内的高度信息获取通行地图内的可通行区域。
可以理解，通行地图可以是对高程地图进行划分后的第一区域，可以是根据对第一区域标记预设障碍物为不可通行区域后的地图，也可以是根据预估行驶路线确定第一区域中的优先通行区域后的地图。
在本实施例中，在获取优先通行区域内的可通行区域时，通行地图获取模块230还用于获取多足机器人100的通行信息。对应地，可通行性获取模块250可以根据多足机器人100的通行信息、第一区域内优先通行区域对应高程地图内的高度信息及不可通行区域获取优先通行区域内的可通行区域。
在本申请实施例中，多足机器人100的通行信息包括可跨越台阶的高度临界值hcrit、可通过地面的粗糙度临界值rcrit、可通过斜坡的坡度临界值scrit及可通过悬空物体的高度临界值ffloor中的至少一个。
在本实施例中，通行地图获取模块230内可以设置有坡度滤波器。坡度滤波器用于根据预设的规则依次计算可通行区域内各个单元格的斜坡坡度s。示例的，在一些实施例中，坡度滤波器在计算斜坡坡度s时，以待计算的单元格的中心为圆心，以一预设长度为半径拟合一圆形平面，并计算该圆形平面的法线与地面坐标系的z轴之间的夹角，该夹角即待计算的单元格的斜坡坡度s。
在本实施例中，通行地图获取模块230内可以设置有地形粗糙度滤波器，地形粗糙度滤波器用于计算可通行区域内各个单元格的地面粗糙度r。示例的，在一些实施例中，地形粗糙度滤波器在计算地面粗糙度r时，以待计算的单元格的中心为圆心，以一预设长度为半径拟合一圆形平面，并计算圆形平面内所有单元格高度之间的标准差，将该标准差记做地面粗糙度r。
在本实施例中，通行地图获取模块230内可以设置有台阶高度滤波器，台阶高度滤波器用于计算可通行区域内各个单元格的台阶高度h。示例的，在一些实施例中，台阶高度滤波器在计算台阶高度h时，以待计算的单元格的中心为圆心，以一预设长度为半径拟合一圆形平面，计算该圆形平面内预设窗口内的单元格之间的局部高度差。
可以理解，预设窗口内可以包括X*X个单元格，X为奇数。若预设窗口内任意单元格与待计算的单元格之间的最大高度差高于台阶高度临界值hcrit，且两个单元格之间的斜坡坡度s大于坡度临界值scrit，则将预设窗口内任意单元格与待计算的单元格之间的最大高度差设置为预设窗口的中心单元格的临时台阶高度htemp。台阶高度滤波器可以根据公式(1)计算台阶高度h。
其中，hmax为圆形平面内临时台阶高度htemp的最大值，nst为圆形平面内临时台阶高度htemp高于台阶高度临界值hcrit的单元格个数，为临时台阶高度htemp高于台阶高度临界值hcrit的有效单元格个数。
在本实施例中，通行地图获取模块230内可以设置有悬空层高度滤波器。悬空层高度滤波器用于计算可通行区域内各个单元格的悬空高度f。可以理解，悬空层高度滤波器计算悬空高度f的原理与台阶高度滤波器计算台阶高度h的原理相似，具体可以根据公式(2)计算，在此不再赘述。
其中，fmax为圆形平面内临时悬空高度ftemp的最大值，nst为圆形平面内临时悬空高度ftemp高于悬空高度临界值fcrit的单元格个数，为临时悬空高度ftemp高于悬空高度临界值fcrit的有效单元格个数。
在本实施例中，在通行地图获取模块230获取到高程地图内第一区域内的优先通行区域后，可通行性获取模块250还用于获取每个单元格的可通过性参数t，并根据每个单元格的可通过性参数t规划/获取多足机器人100的可通行区域。具体地，可通行性获取模块250可以根据公式(3)获取每个单元格的可通过性参数t。
t＝1-d (3)
其中，d为危险值。可以理解，危险值d可以由公式(4)计算得出。
其中，α1，α2，α3及α4为预设的系数，且α1+α2+α3+α4＝1，s为斜坡坡度，scrit为坡度临界值，r为地面粗糙度，rcrit为地面粗糙度临界值，h为台阶高度，hcrit为台阶高度临界值，f为悬空高度，fceil为单元格距离地面悬空高度上限值，ffloor为单元格距离地面悬空高度下限值。
可以理解，当0≤t≤1时，可通行性获取模块250判断多足机器人100可以通过该单元格。当t<0时，可通行性获取模块250判断多足机器人100不可以通过该单元格。
可以理解，α1，α2，α3及α4可以根据具体需求进行设置，例如，可均设置为0.25，也可以根据多足机器人100的通行性能进行设置，只要满足α1+α2+α3+α4＝1即可。
在本实施例中，可通行性获取模块250可以获取多足机器人100的尺寸等参数，并根据多足机器人100的尺寸参数获取多足机器人100在可通行地图内占的单元格个数。例如，当可通行地图内的每个单元格的长宽分别为20cm和20cm，而多足机器人100的长宽分别为40cm和20cm时，多足机器人100所占的单元格为两格。
在本实施例中，可通行性获取模块250在获取多足机器人100的可通行区域时，可以根据每个单元格的可通过性参数t获取多足机器人100的通行性能t2。具体地，可通行性获取模块250根据每个单元格的可通过性参数t计算多足机器人100所占的单元格的平均可通过性参数，该平均可通过性参数即为多足机器人100的通行性能t2。当0≤t2≤1时，可通行性获取模块250判断多足机器人100可以通过该单元格，当t2<0时，可通行性获取模块250判断多足机器人100不可以通过该单元格。可以理解，全部0≤t2≤1的单元格即为可通行区域。
可以理解，在一些实施例中，若优先通行区域内的全部单元格均无法通行，即优先通行区域内不包括可通行区域，则决策模块240可以控制多足机器人100进行转向。通行地图获取模块230根据多足机器人100的行进方向更新多足机器人100转向后的第一区域内的高程地图。决策模块240根据更新后的第一区域内的高程地图的不可通行区域获取优先通行区域。可通行性获取模块250再根据多足机器人100的通行信息获取优先通行区域内的可通行区域。
在本实施例中，通行地图获取系统200a首先通过通行地图获取模块230根据多足机器人100的行进方向获取多足机器人100的第一区域内的高程地图。随后，决策模块240根据新的第一区域内的高程地图的不可通行区域获取优先通行区域。最后，可通行性获取模块250再根据多足机器人100的通行信息对优先通行区域内的单元格进行可通行性判断，以获取优先通行区域内的可通行区域。
在另一些实施例中，通行地图获取系统200a首先通过通行地图获取模块230根据多足机器人100的行进方向获取多足机器人100的第一区域内的高程地图。随后，可通行性获取模块250再对第一区域内的单元格进行可通行性判断，以获取第一区域内的可通行区域。最后，决策模块240根据第一区域内的可通行区域获取优先通行区域。
在另一些实施例中，可通行性获取模块250在进行可通行性判断时，可以直接对通行地图(即第一区域)内的单元格进行可通行性判断。具体地，可通行性获取模块250在获取到来自地图获取模块230的高程地图中的第一区域后，不再获取不可通行区域以及优先通行区域，而是直接根据通行地图内的高程信息及多足机器人100的尺寸获取多足机器人100在第一区域内的可通行区域。
在另一些实施例中，可通行性获取模块250在进行可通行性判断时，可以在获取到第一区域及不可通行区域后，对第一区域内除去不可通行区域后的单元格进行可通行性判断。具体地，通行性获取模块250在获取到来自地图获取模块230的高程地图中的第一区域及不可通行区域后，不再获取优先通行区域，而是根据通行地图内的高程信息及多足机器人100的尺寸获取多足机器人100在第一区域内除去不可通行区域的可通行区域。
可以理解，本申请实施例提供的通行地图获取系统200a可以根据多足机器人100的实际情况设计不同的路径规划方式，能够减少获取高程地图时的计算量，进而提高机器人的行进效率。例如，当多足机器人100在空旷的区域通行时，高程地图不存在或仅存在较少的预设障碍物(大型障碍物)，则可以去除掉不可通行区域的判断，以降低获取可通行区域时的计算量，进而提高机器人的行进效率。
可以理解，本申请实施例提供的通行地图获取系统200及通行地图获取系统200a能够根据多足机器人100的行进方向获取高程地图，降低了需要获取的高程地图的范围，减少了获取高程地图时的计算量，提高了高程地图的获取速度及并降低了进行路径规划的复杂度，进而提高机器人的行进效率。
请一并参阅图6，图6是本申请一实施例提供的通行地图获取示意图。如图6所示，通行地图获取系统200a通过信息获取模块210获取多足机器人100的高程地图和位姿，方向获取模块220根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的行进方向，通行地图获取模块230再根据多足机器人100的行进方向获取分界线420。通行地图获取模块230可以根据分界线420将高程地图划分为第一区域400和第二区域410。决策模块240用于根据多足机器人100的当前位置以及目标位置规划出多足机器人100的预估行驶路线450。决策模块240还用于根据预估行驶路线450获取优先通行区域430。如图6所示，两条线段A之间的区域即为优先通行区域430。可以理解，预估行驶路线450位于优先通行区域430中。在本实施例中，通行地图获取模块230还用于获取第一区域400内的预设障碍物的位置及尺寸，并将相应的单元格标记为不可通行区域460。可通行性获取模块250在对优先通行区域430内的单元格进行可通行性判断时，可以无需计算不可通行区域460的可通行性，在完成可通行性判断后，可以得到可通行区域440。如图6所示，两条线段B之间的区域即为可通行区域440。可以理解，多足机器人100可以在可通行区域440内行驶。
可以理解，通行地图获取系统200a能够根据多足机器人100的行进方向确定第一区域400、标记大型障碍物确定不可通行区域460、获取预估行驶路径450确定优先通行区域430，从而对高程地图进行划分，仅在部分高程地图区域内进行通行性判断，或者仅获取部分区域的高程地图，减少了高程地图进行可通行判断时的计算量，提高了高程地图的获取速度及进行路径规划的复杂度，进而提高机器人的行进效率。
图7是本申请一实施例提供的通行地图获取方法流程示意图。通行地图获取方法可以应用于如图3所示的通行地图获取系统200或图5所示的通行地图获取系统200a。如图7所示，通行地图获取方法包括以下步骤。
S100：获取高程地图。
在本实施例中，可通过信息获取模块210获取多足机器人100的高程地图。具体地，可通过信息获取模块210调取传感单元103中激光雷达、毫米波雷达或摄像头获取到的高程地图。可以理解，局部环境实时感知是机器人自主导航的基础，而高程地图是一种常用的描述局部环境的地图模型。例如，高程地图可通过一组有序数值阵列(例如高程矩阵)表示地面高程信息。其中，将地图按一定尺寸划分为不同的单元格，并在每个单元格中记录每个单元格内的高度，即为高程矩阵。可以理解，高程矩阵可以对于单元格内的高度设置高度分辨率，根据高度分辨率将高度值折算为对应的数值，以简化多足机器人100在进行通行地图获取时的计算量。
S200：获取机器人的位姿。
在本实施例中，可通过信息获取模块210用于获取多足机器人100的位姿。具体地，位姿可以用来描述多足机器人100在里程计坐标系中的位置与姿态。
S300：根据机器人的位姿获取机器人的行进方向。
在本实施例中，可通过方向获取模块220根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的行进方向。具体地，方向获取模块220可以根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的里程计坐标系，再获取多足机器人100的里程计坐标系中的x轴方向，多足机器人100的里程计坐标系中的x轴方向即为多足机器人100的行进方向。
S400：根据机器人的行进方向获取高程地图中的通行地图。
在本实施例中，可通过高程地图获取模块230根据多足机器人100的位姿获取高程地图中的通行地图。可以理解，通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的位姿及多足机器人100的行进方向将高程地图划分为第一区域及第二区域。可以理解，第一区域为多足机器人100行进方向朝向的区域，第二区域为多足机器人100行进方向背向的区域，第一区域即为高程地图中的通行地图。可以理解，第一区域与第二区域的分界线与多足机器人100的行进方向垂直(即与多足机器人100的里程计坐标系的y轴方向相同)，且该分界线与多足机器人100之间的距离小于预设距离。可以理解，预设距离可以设置为大于0且为小于多足机器人100身长度的一半的任意数值。
在另一些实施例中，信息获取模块210还可以获取多足机器人100的尺寸。具体地，多足机器人100的尺寸包括多足机器人100的机身长度和机身宽度等参数。
具体地，通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的位姿获取多足机器人100的里程计坐标系中的y轴方向，并获取多足机器人100尺寸中的多足机器人100的机身长度信息。接着，通行地图获取模块230以多足机器人100的投影的中点在地面上的投影点为原点，沿多足机器人100行进方向的反方向以一定距离平移里程计坐标系的y轴。例如，平移的距离大于多足机器人100的机身长度的一半且小于多足机器人100的机身长度。通行地图获取模块230再根据平移后的多足机器人100的里程计坐标系中的y轴将高程地图划分为第一区域及第二区域。可以理解，平移后的多足机器人100的里程计坐标系中的y轴即为第一区域与第二区域的分界线。其中，第一区域处于多足机器人100行进方向朝向的方向。第二区域为多足机器人行进方向背向的方向。
可以理解，由于平移y轴时的起点为多足机器人100的中点，且平移距离大于多足机器人100的机身长度的一半，因此第一区域会完整的覆盖多足机器人100，即多足机器人100始终处于第一区域中。在本实施例中，多足机器人100始终位于第一区域中，且第一区域和第二区域的分界线会随着多足机器人100的转向或移动进行实时的更新，从而第一区域也会实时更新。
可以理解，通过将高程地图划分为第一区域及第二区域，其中第一区域为高程地图中的通行地图，多足机器人100可以根据多足机器人100的位移或转向更新包含两个区域的高程地图，在获取高程地图后仅在第一区域中进行可通行区域判断或者路径规划，从而可以降低多足机器人100获取高程地图时计算的复杂度，提高多足机器人100的行进效率。此外，由于多足机器人100通常只能沿着单一方向前进(也即其前方)，因此更新多足机器人100行进方向上前方的第一区域的高程地图即可保证可以对多足机器人100实现路径规划。当多足机器人100处于移动或转向状态时，通行地图获取模块230可以根据多足机器人100的位移或转向仅更新第一区域内的高程地图，无需更新第二区域内的高程地图。
在本实施例中，通行地图获取模块230还用于获取第一区域内的预设障碍物的位置及尺寸。其中，预设障碍物可以为第一区域内多足机器人100无法通过的大型障碍物。例如大型石块、花坛、车辆、床、警戒线区域、水坑、较宽的沟槽、墙壁及其它常见的大型物体。通行地图获取模块230可根据预设障碍物的中心点位置及尺寸标记第一区域的高程地图，以获取第一区域的高程地图内的不可通行区域。例如，第一区域的高程地图内设置有预设数量的单元格(即区块)，每个单元格表示预设的尺寸。通行地图获取模块230可以根据预设障碍物的位置与每个单元格的尺寸，获取预设障碍物在第一区域的高程地图内映射的区域，并将映射的区域对应的单元格标记为不可通行区域。可以理解，预设障碍物在第一区域的高程地图内映射的区域与第一区域的高程地图内的单元格可能不会完全重合，例如，预设障碍物映射的区域可能只占第一区域的高程地图内某些单元格内的部分区域，通行地图获取模块230将全部预设障碍物映射的区域完整及部分对应的单元格均标记为不可通行区域。
在本实施例中，决策模块240用于获取多足机器人100的目标位置，并根据多足机器人100的当前位置以及目标位置规划出多足机器人100的预估行驶路线。决策模块240还用于根据预估行驶路线获取优先通行区域，其中，预估行驶路线位于优先通行区域中。具体地，决策模块240可以以预估行驶路线为中心，向预估行驶路线的两边各延伸一预设的距离，以获取多足机器人100的优先通行区域。可以理解，决策模块240可以获取多足机器人100的机身宽度，再根据多足机器人100的机身宽度向预估行驶路线的两边各延伸一定的距离以获取多足机器人100的优先通行区域。可以理解，预设的距离需大于多足机器人100的机身宽度的一半，以使优先通行区域大于多足机器人100的机身宽度，因此多足机器人100可以通过该优先通行区域。可以理解，为降低通行地图获取系统200a的计算量，优先通行区域的覆盖面积应当小于一定的范围。例如，决策模块240可以将预设的距离需设置为等于多足机器人100的机身宽度，也即优先通行区域的宽度为多足机器人100的机身宽度的两倍。
可以理解，决策模块240还可以根据不可通行区域及多足机器人100的朝向修正优先通行区域，并排除优先通行区域内不可通行区域占的单元格以及多足机器人100后方的单元格，以获取修正后的优先通行区域。具体地，决策模块240可以在路径规划时删除或屏蔽不可通行区域占的单元格。可以理解，决策模块240还可以根据多足机器人100的通行信息判断多足机器人100在修正后的优先通行区域内的可通行性，即获取优先通行区域内的可通行区域。
可以理解，通过决策模块240根据估行驶路线生成优先通行区域，并屏蔽优先通行区域内不可通行区域占的单元格以及多足机器人100后方的单元格，可以降低需要进行可通行性计算的单元格的数量，进而降低决策模块在进行进而可降低可通行性获取模块250在计算可通行性时的计算量，有效提高计算效率。
可以理解，在获取优先通行区域内的可通行区域时，通行地图获取模块230还用于获取多足机器人100的通行信息。对应地，可通行性获取模块250可以根据多足机器人100的通行信息、第一区域的高程地图内的高度信息及不可通行区域获取优先通行区域内的可通行区域。
如图8所示，本申请实施例提供一种机器人300，包括处理器310及存储器320。处理器310与存储器320连接。存储器320用于存储指令。处理器310用于执行存储器320中的指令，使得机器人300执行如上所述的通行地图获取方法。
可以理解，机器人300可以作为独立的装置，以控制多足机器人100获取高程地图。例如，机器人300可以是移动终端或非移动终端等。机器人300还可以作为多足机器人100的组件，并应用多足机器人100内部的组件执行如上所述的通行地图获取方法。
在另一些实施例中，当机器人300可以作为独立的装置时，机器人300还可以设置有通信模块(图中未示出)，当机器人300设置有通信模块时，机器人300还可以控制一定范围内的一个多足机器人100或多个多足机器人100获取高程地图。
在另一些实施例中，当机器人300为一个多足机器人100的组件时，机器人300还可以应用多足机器人100内的通讯单元102控制一定范围内的其他多足机器人100获取高程地图。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括计算机程序。当计算机程序在机器人300上运行时，使得机器人300执行本申请实施例提供的高程地图获取方法。
本申请实施例提供的通行地图获取方法、机器人300、计算机可读存储介质与通行地图获取系统200及通行地图获取系统200a能够根据多足机器人100的行进方向确定通行地图、标记大型障碍物确定不可通行区域、预估行驶路径确定优先通行区域，从而对高程地图进行划分，仅在部分高程地图区域内进行通行性判断，或者仅获取部分区域的高程地图，减少了高程地图进行可通行判断时的计算量，提高了高程地图的获取速度及进行路径规划的复杂度，进而提高机器人的行进效率。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种通行地图获取系统，应用于机器人，其特征在于，所述通行地图获取系统包括：
信息获取模块，所述信息获取模块用于获取高程地图，所述信息获取模块还用于获取所述机器人的位姿；
方向获取模块，所述方向获取模块用于根据所述机器人的位姿获取所述机器人的行进方向；
通行地图获取模块，所述通行地图获取模块用于根据所述机器人的位姿及所述机器人的行进方向将高程地图划分为所述机器人行进方向朝向的第一区域，以及所述机器人行进方向背向的第二区域，所述第一区域为所述通行地图；
所述机器人位于所述第一区域中，所述第一区域与所述第二区域的分界线与所述机器人之间的距离小于预设距离。
2.如权利要求1所述的通行地图获取系统，其特征在于，所述第一区域与所述第二区域的所述分界线与所述机器人的行进方向垂直。
3.如权利要求1所述的通行地图获取系统，其特征在于，所述通行地图获取模块还用于：
获取所述通行地图内的预设障碍物的位置及尺寸；
根据所述预设障碍物的位置及尺寸标记所述通行地图，以获取所述通行地图内的不可通行区域。
4.如权利要求3所述的通行地图获取系统，其特征在于，所述通行地图内设置有预设数量的区块，每个区块表示预设的尺寸；
所述根据所述预设障碍物的位置及尺寸标记所述通行地图，以获取所述通行地图内的所述不可通行区域，包括：
根据所述预设障碍物的位置及所述区块的尺寸获取所述预设障碍物在所述通行地图内映射的区域，将所述预设障碍物在所述通行地图内映射的区域对应的区块标记为不可通行区域。
5.如权利要求1或3所述的通行地图获取系统，其特征在于，所述通行地图获取系统还包括决策模块，所述决策模块用于：
获取所述机器人的当前位置和目标位置；
根据所述当前位置和所述目标位置规划所述机器人的预估行驶路线；
根据所述预估行驶路线获取所述通行地图中的优先通行区域，所述预估行驶路线位于所述优先通行区域中。
6.如权利要求1所述的通行地图获取系统，其特征在于，所述通行地图获取系统还包括可通行性获取模块，所述可通行性获取模块用于：
获取所述机器人的通行信息，所述通行信息包括可跨越台阶的高度临界值、可通过地面的粗糙度临界值、可通过斜坡的坡度临界值及可通过悬空物体的高度临界值中的至少一个；
根据所述机器人的通行信息、所述通行地图内的高度信息获取所述通行地图内的可通行区域。
7.一种通行地图获取方法，应用于机器人，其特征在于，所述通行地图获取方法包括：
获取高程地图；
获取所述机器人的位姿；
根据所述机器人的位姿获取所述机器人的行进方向；
根据所述机器人的位姿及所述机器人的行进方向将高程地图划分为所述机器人行进方向朝向的第一区域，以及所述机器人行进方向背向的第二区域，所述第一区域为所述通行地图；
所述机器人位于所述第一区域中，所述第一区域与所述第二区域的分界线与所述机器人之间的距离小于预设距离。
8.一种机器人，包括处理器，所述处理器与存储器连接，其特征在于，
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于执行所述存储器中的指令，使得所述机器人执行如权利要求7所述的通行地图获取方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求7所述的通行地图获取方法。
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