CN116718189A - 移动机器人及用于其的跨楼栋路径规划方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种移动机器人及用于其的跨楼栋路径规划方法。用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，包括对于多个楼栋中的每个楼栋与至少一个其他楼栋连通的跨楼栋建筑物：构建跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图；构建跨楼栋建筑物的拓扑地图，其中，跨楼栋建筑物的拓扑地图包含跨楼栋建筑物中的各个站点之间的距离和连通关系；以及基于跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图以及跨楼栋建筑物的拓扑地图，规划移动机器人从指定起点到指定终点的通行路径。

Description

移动机器人及用于其的跨楼栋路径规划方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种移动机器人及用于其的跨楼栋路径规划方法。

背景技术

随着移动机器人的智能化和个性化水平的快速提升，其应用领域不断扩展。越来越多的具备引导接待、配送、消杀等功能的移动机器人已经在博物馆、酒店、餐厅、写字楼、工业园等室内外场景应用。随着应用场景的不断增加，移动机器人已经不局限于在同一楼栋进行作业，而可能在不同楼栋之间进行作业。

发明内容

根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，包括对于多个楼栋中的每个楼栋与至少一个其他楼栋连通的跨楼栋建筑物：构建跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图；构建跨楼栋建筑物的拓扑地图，其中，跨楼栋建筑物的拓扑地图包含跨楼栋建筑物中的各个站点之间的距离和连通关系；以及基于跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图以及跨楼栋建筑物的拓扑地图，规划移动机器人从指定起点到指定终点的通行路径。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其中，这些计算机可执行指令在由用在移动机器人中的处理器执行时，促使处理器执行上述用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法。

根据本发明实施例的移动机器人，包括：处理器；以及存储器，其上存储有计算机可执行指令，其中，这些计算机可执行指令在由处理器执行时，促使处理器执行上述用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法的流程图。

图2示出了根据本发明实施例的用于移动机器人的示例跨楼栋导航过程的流程图。

图3示出了根据本发明实施例的用于移动机器人的另一示例跨楼栋导航过程的流程图。

图4示出了可以实现根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法的计算机系统的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

移动机器人在跨楼栋作业时需要在不同楼栋之间穿行，因此需要对所经过的每个楼层的通行路径进行规划。用于移动机器人的常见路径规划算法(例如，A*、Dijstra、蚁群算法等)都是基于单个楼层的二维栅格地图对该楼层的通行路径进行规划，但是移动机器人在跨楼栋作业时需要知道目标楼栋相对于其当前所在楼栋的位置和如何进入该楼栋，这需要额外的导航信息和算法支持。

通常，移动机器人使用二维栅格地图构建方法来构建单个楼层的二维栅格地图。但是，在每个楼栋与一个或多个其他楼栋连通的跨楼栋建筑物中，由于各个楼层的二维栅格地图只能展示该楼层地面上的空间信息，而无法反映建筑物内部的垂直空间信息，移动机器人无法准确识别建筑物的不同楼层之间的垂直连接通道(例如，楼梯、电梯等)，从而无法切换到目标楼栋的目标楼层进行作业。另外，即使移动机器人能够识别出这些垂直连接通道，在进行路径规划时也存在一些困难。例如，不同楼层之间的电梯和楼梯位置可能不同，有些电梯只能停靠在特定楼层，而有些楼梯可能被关闭或限制使用。这些因素都会影响移动机器人跨楼栋作业时的路径规划。

鉴于上述一个或多个问题，提出了根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，可以高效地实现跨楼栋路径规划，提高移动机器人的导航效率。

图1示出了根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法的流程图。如图1所示，对于多个楼栋中的每个楼栋与至少一个其他楼栋连通的跨楼栋建筑物，根据本发明实施例的用于移动机器人的路径规划方法100包括：S102，构建跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图；S104，构建跨楼栋建筑物的拓扑地图，其中，跨楼栋建筑物的拓扑地图包含跨楼栋建筑物中的各个站点之间的距离和连通关系；以及S106，基于跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图以及跨楼栋建筑物的拓扑地图，规划移动机器人从指定起点到指定终点的通行路径。

在一些实施例中，根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法100还可以包括：对于跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图，相关联地存储该二维栅格地图、该楼栋的楼栋标识符、以及该楼层的楼层号。具体地，可以对跨楼栋建筑物进行结构分析，识别不同的楼栋和楼层，并对这些楼栋和楼层分配相应的楼栋标识符和楼层号。可以采用激光雷达、即时定位与地图构建(Simultaneous Localization andMapping，SLAM)等技术来构建跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图，并用相应的楼栋标识符和楼层号来标识二维栅格地图。

在一些实施例中，根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法100还可以包括：存储跨楼栋建筑物中的每个站点的相关信息，其中，跨楼栋建筑物中的每个站点的相关信息包含该站点的标识信息和位置信息。站点是指移动机器人可以停靠或停留的空间点，可以是跨楼栋建筑物中的房间、电梯轿厢点、乘梯避让点等，也可以是移动机器人在跨楼栋建筑物中的开机重定位点、原点、充电点等。也就是说，跨楼栋建筑物中的站点包括移动机器人在跨楼栋建筑物中的开机重定位点、定位原点、充电点以及跨楼栋建筑物中的电梯轿厢点、乘梯避让点中的一者或多者。

在一些实施例中，跨楼栋建筑物中的每个站点的标识信息可以包含该站点所在楼栋的楼栋标识符和所在楼层的楼层号。也就是说，可以根据站点所在的楼栋和楼层来标识站点，以保证站点的标识信息在跨楼栋建筑物中的唯一性。例如，某个站点的标识信息可以表示为BBAFFXXX，其中，BB表示该站点所在楼栋的楼栋标识符，取值0～99；FF表示该站点所在楼层的楼层号，取值1～99；A表示该站点所在楼层的正负，例如A＝1表示正楼层，A＝0表示负楼层；XXX表示该站点的标识符。跨楼栋建筑物中的每个站点的位置信息可以包含该站点在其所在楼栋的所在楼层的二维栅格地图上的位置信息。

在一些实施例中，跨楼栋建筑物中的每个站点的相关信息还可以包含该站点的位姿信息和类型信息中的至少一者。例如，对于作为电梯轿厢点的某个站点，其类型信息表明该站点是电梯轿厢点，其位姿信息表明电梯轿厢的开门方向。对于作为充电点的某个站点，其类型信息表明该站点是充电点，其位姿信息表明充电桩的对接方向。某个站点的位姿信息可以表示为(x,y,yaw)，其中，x、y、yaw分别表示该站点在其所在楼栋的所在楼层的二维栅格地图上的x轴坐标值、y轴坐标值、以及航向角。

在一些实施例中，可以将跨楼栋建筑物中的各个站点的相关信息和跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格图像存储在移动机器人的存储器中。在跨楼栋作业时，移动机器人需要读取相关站点的相关信息并进行管理。例如，可以采用数据库等技术对站点的相关信息进行管理，以确保站点的相关信息的唯一性和完整性。

在一些实施例中，构建跨楼栋建筑物的拓扑地图的处理可以包括：构建跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的拓扑地图，其中，跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的拓扑地图包含跨楼栋建筑物的该楼栋的该楼层的各个站点之间的距离和连通关系；以及通过将跨楼栋建筑物的每个楼栋的各个楼层的拓扑地图中存在跨楼层连通关系的站点按照它们之间的跨楼层连通关系连接起来，构建跨楼栋建筑物的拓扑地图。例如，可以采集跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的环境信息(包括各个站点的位置、各个站点之间的距离、以及各个站点之间的连通关系等)，并结合所采集的环境信息和各个站点的相关信息建立跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的拓扑地图。这里，拓扑地图是指根据室内环境的结构和特征建立的一种拓扑结构，可以用图论中的图来表示，节点代表站点，边表示两个站点之间的连通性。在建立跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的拓扑地图之后，可以通过将每个楼栋的各个楼层的拓扑地图中的相应电梯轿厢点连接起来将它们组合成跨楼栋建筑物的拓扑地图。具体地，每个楼层的拓扑地图中的电梯轿厢点可以映射到跨楼栋建筑物的拓扑地图中，作为处于不同楼层的节点之间的连接点。

在一些实施例中，规划移动机器人从指定起点到指定终点的通行路径的处理可以包括：基于跨楼栋建筑物的拓扑地图，规划从指定起点所对应的起始站点到指定终点所对应的目的站点的拓扑路径；以及基于从起始站点到目的站点的拓扑路径和跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图，规划从指定起点到指定终点的通行路径。例如，可以基于从起始站点到目的站点的拓扑路径，使用Dijkstra算法或A*算法来找出从指定起点到指定终点的最短通行路径。一旦找到最短通行路径，就可以将该路径传输给移动机器人的导航系统，使移动机器人根据该路径导航到目的地。移动机器人的导航系统可以使用多种传感器来确定移动机器人的当前位置和方向(例如，可以使用激光雷达或摄像头来检测周围环境，并基于检测周围环境所获取的实时感测数据来确定移动机器人的当前位置和方向)。在移动机器人跨楼栋作业时，可以在移动机器人到达从指定起点到指定终点的通行路径中的相应站点(例如，电梯轿厢点)时加载对应的二维栅格地图，使移动机器人沿着上述通行路径移动，直到到达指定终点。通过使用跨楼栋建筑物的拓扑地图来规划从起始站点到目的站点的拓扑路径，可以减少搜索空间和计算量，从而可以更快地规划从指定起点到指定终点的通行路径。通过将跨楼栋建筑物的拓扑地图分割成各个楼层的拓扑地图，可以将整个建筑物的路径规划分解成各个楼层的路径规划，从而避免了在多楼栋且楼栋结构复杂的环境下进行大规模搜索。

在根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法中，通过将跨楼栋建筑物的电梯轿厢点、房间等站点作为节点并将站点之间的连通关系作为拓扑结构，将跨楼栋建筑物的结构表示为拓扑地图，实现了对于移动机器人的跨楼栋导航。另外，通过使用跨楼栋建筑物的拓扑地图可以高效地规划出跨楼栋的通行路径，这样可以保证移动机器人在跨楼栋环境中在不同楼栋和/或不同楼层之间快速移动从而高效地完成任务。

图2示出了根据本发明实施例的用于移动机器人的示例跨楼栋导航过程的流程图。如图2所示，根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋导航过程200包括：S202，建立跨楼栋建筑物中的各个站点的相关信息；S204，构建跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图；S206，构建跨楼栋建筑物的拓扑地图；S208，基于跨楼栋建筑物的拓扑地图和跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图，计算从指定起点到指定终点的通行路径；S210，对从指定起点到指定终点的通行路径所涉及到的各个站点分别进行导航；以及S212，将移动机器人导航到目的站点。

图3示出了根据本发明实施例的用于移动机器人的另一示例跨楼栋导航过程的流程图。如图3所示，根据本发明实施例的用于移动机器人的跨楼栋导航过程300包括：S302，根据跨楼栋建筑物的拓扑地图和跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格图像，生成从指定起点到指定终点的通行路径，并选择该通行路径所涉及到的首个站点作为当前站点；S304，判断用于移动机器人的导航的二维栅格地图是否为当前站点所在楼栋的所在楼层的二维栅格地图；如果是，则转到S306，使用导航系统向当前站点导航；如果不是，则转到S308，将用于移动机器人的导航的二维栅格地图切换为当前站点所在楼栋的所在楼层的二维栅格地图，然后转到S306；S310，将移动机器人导航到当前站点；S312，判断移动机器人是否到达目的站点；如果是，则转到S314，移动机器人的跨楼栋导航完成；如果不是，则转到S316，选择从指定起点到指定终点的通行路径所涉及到的下一个站点作为当前站点，并返回S304。

图4示出了可以实现图1所示的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法的计算机系统的示意图。下面结合图4，描述适于用来实现本公开的实施例的计算机系统400。应该明白的是，图4示出的计算机系统400仅是一个示例，不应对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，计算机系统400可以包括处理装置(例如，中央处理器、图形处理器等)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的程序或者从存储装置408加载到随机访问存储器(RAM)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还存储有计算机系统400操作所需的各种程序和数据。处理装置401、ROM 402、以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

通常，以下装置可以连接至I/O接口405：包括例如触摸屏、触摸板、摄像头、加速度计、陀螺仪、传感器等的输入装置406；包括例如液晶显示器(LCD，Liquid CrystalDisplay)、扬声器、振动器、电机、电子调速器等的输出装置407；包括例如闪存(FlashCard)等的存储装置408；以及通信装置409。通信装置409可以允许计算机系统400与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图4示出了具有各种装置的计算机系统400，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图4中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序(计算机软件程序包括计算机可执行指令)。例如，本公开的实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，该计算机程序包含用于执行图1所示的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法100的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置409从网络上被下载和安装，或者从存储装置408被安装，或者从ROM402被安装。在该计算机程序被处理装置401执行时，计算机系统400可以用作根据本发明实施例的用于移动机器人的路径规划系统。

需要说明的是，根据本发明实施例的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。根据本发明实施例的计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。另外，根据本发明实施例的计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(Radio Frequency，射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行根据本发明实施例的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言——诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能、和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (11)

1.一种用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，包括对于多个楼栋中的每个楼栋与至少一个其他楼栋连通的跨楼栋建筑物：

构建所述跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图；

构建所述跨楼栋建筑物的拓扑地图，其中，所述跨楼栋建筑物的拓扑地图包含所述跨楼栋建筑物中的各个站点之间的距离和连通关系；以及

基于所述跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图以及所述跨楼栋建筑物的拓扑地图，规划所述移动机器人从指定起点到指定终点的通行路径。

2.根据权利要求1所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，其中，构建所述跨楼栋建筑物的拓扑地图包括：

构建所述跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的拓扑地图，其中，所述跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的拓扑地图包含所述跨楼栋建筑物的该楼栋的该楼层的各个站点之间的距离和连通关系；以及

通过将所述跨楼栋建筑物的每个楼栋的各个楼层的拓扑地图中存在跨楼层连通关系的站点按照它们之间的跨楼层连通关系连接起来，构建所述跨楼栋建筑物的拓扑地图。

3.根据权利要求1所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，还包括：

存储所述跨楼栋建筑物中的每个站点的相关信息，其中，所述跨楼栋建筑物中的每个站点的相关信息包含该站点的标识信息和位置信息。

4.根据权利要求3所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，其中，所述跨楼栋建筑物中的每个站点的相关信息还包含该站点的位姿信息和类型信息中的至少一者。

5.根据权利要求3所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，其中，所述跨楼栋建筑物中的每个站点的标识信息包含该站点所在楼栋的楼栋标识符和所在楼层的楼层号。

6.根据权利要求3所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，其中，所述跨楼栋建筑物中的每个站点的位置信息包含该站点在其所在楼栋的所在楼层的二维栅格地图上的位置信息。

7.根据权利要求1所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，其中，所述跨楼栋建筑物中的站点包括所述移动机器人在所述跨楼栋建筑物中的开机重定位点、定位原点、充电点以及所述跨楼栋建筑物中的电梯轿厢点、乘梯避让点中的一者或多者。

8.根据权利要求1所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，还包括：

对于所述跨楼栋建筑物的每个楼栋的每个楼层的二维栅格地图，相关联地存储该二维栅格地图、该楼栋的楼栋标识符、以及该楼层的楼层号。

9.根据权利要求1所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法，其中，规划所述移动机器人从所述指定起点到所述指定终点的通行路径的处理包括：

基于所述跨楼栋建筑物的拓扑地图，规划从所述指定起点所对应的起始站点到所述指定终点所对应的目的站点的拓扑路径；以及

基于从所述起始站点到所述目的站点的拓扑路径和所述跨楼栋建筑物的一个或多个楼栋的一个或多个楼层的二维栅格地图，规划从所述指定起点到所述指定终点的通行路径。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令在由用在移动机器人中的处理器执行时，促使所述处理器执行权利要求1至9中任一项所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法。

11.一种移动机器人，包括：

处理器；以及

存储器，其上存储有计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令在由所述处理器执行时，促使所述处理器执行权利要求1至9中任一项所述的用于移动机器人的跨楼栋路径规划方法。