CN207881713U - 一种室内活动平台动态多模态导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种室内活动平台动态多模态导航系统，包括：可行走的机体，安装在所述机体底部的滚轮，驱动所述的滚轮的电机，安装在所述机体上的顶视摄像头，以及与所述电机和所述顶视摄像头连接的控制器；其特征在于，在所述机体上还安装有与所述控制器连接的侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器，在所述控制器内设有即时定位与地图构建单元，所述即时定位与地图构建单元根据所述顶视摄像头、侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器反馈的信号建立或更新室内地图。本实用新型实现室内地图的渐进式建立，系统不需要起始时候预存地图；且渐进建立室内地图全局性好，使用便利性高。

Description

一种室内活动平台动态多模态导航系统

技术领域

本实用新型涉及导航装置技术领域，尤其涉及一种室内活动平台动态多模态导航系统。

背景技术

一个扫地机器人需要知道墙、家具的位置，以及墙和家具的不同清扫模式，比如遇到家具应该沿着家具的边缘清扫。扫地机器人需要学习并及时了解室内环境的变化，建立室内“大局观”。从而做到有效、高速的室内环境清扫，以及智能化的动作规划。室内机器人需要尽可能准确的了解当前位置和局部状况(碰撞，接近)，也需要了解全局状态。目前这样操作的难度来自两个方面：(1)建立室内地图操作很复杂很难。靠技术手段一次建立室内全局地图，是一个复杂的过程，很难被一般用户掌握和实施。有些系统要求机器人初次使用是建立地图和坐标系，这个很不现实。(2)确定机器人在室内的位置很难，缺乏可靠的室内定位系统，只能边行进边通过以往位置计算当前位置。不论是基于陀螺仪还是里程计，都会有偏差。基于顶视的摄像系统的系统，会因为出于家具造成的视线遮掩而被迷惑。如果系统被劫持(从一点移动到另一点)，则定位难度加大。

现有机器人系统智能化水平不足。虽然装备触觉传感器、陀螺仪、顶视摄像头等，但还是无法具备全局观。室内环境复杂，包括经常移动的桌椅，家具，以及柜子等大件物品。该类型机器人目前通过局部测量和转动(触碰，转角等)试图在不了解环境的情况下在复杂环境中完成清扫和覆盖。类似于让一个匍匐在地面的人完成地面清扫，效率的低下可想而知。因为不知道室内环境和自己在该环境中的位置，只能靠简单的避让和驱动逻辑动作，经常造成机器在死角死循环(无法自主脱困)。同时，因为无法判别家具位置的改变，会漏掉一些位置的清扫，同时也无法了解清扫的结果和有效性(比如漏扫和被复杂环境搁浅)。目前的系统，一旦家具位置有变，会对整个机器人的扫地程序造成极大的影响，需要手工移动机器人(劫持)。但在劫持到新位置之后无法重启高效导航。除了耽误大量时间外，也会大量影响电池使用效率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能在未知环境下运动并渐进建立地图的室内活动平台动态多模态导航系统。

为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种室内活动平台动态多模态导航系统，包括：可行走的机体，安装在所述机体底部的滚轮，驱动所述的滚轮的电机，安装在所述机体上的顶视摄像头，以及与所述电机和所述顶视摄像头连接的控制器；其特征在于，在所述机体上还安装有与所述控制器连接的侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器，在所述控制器内设有即时定位与地图构建单元，所述即时定位与地图构建单元根据所述顶视摄像头、侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器反馈的信号建立或更新室内地图。

作为上述方案的进一步说明，所述机体为扫地机器人。

作为上述方案的进一步说明，所述滚轮为安装在所述机体底部的四个，对应每个滚轮设有一个所述电机构成四驱结构。

作为上述方案的进一步说明，所述顶视摄像头为360度全景摄像头。

作为上述方案的进一步说明，所述侧视摄像头为360度全景摄像头。

作为上述方案的进一步说明，所述控制器包括电机控制器和主控电脑，所述主控电脑通过所述电机控制器控制所述电机工作，所述顶视摄像头、侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器与所述主控电脑连接，所述即时定位与地图构建单元集成在所述主控电脑内。

作为上述方案的进一步说明，在所述控制器上连接有图形化用户交流界面。

作为上述方案的进一步说明，在所述控制器上连接有近场传感器和碰撞传感器。

作为上述方案的进一步说明，在所述控制器上连接有开关启动按键。

本实用新型的有益效果是：

一、通过设置即时定位与地图构建单元、顶视摄像头、侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器等，实现室内地图的渐进式建立，系统不需要起始时候预存地图；且渐进建立室内地图全局性好，使用便利性高。

二、通过设置侧视摄像头，不仅定位准确，而且方便实现在局部位置的智能绕出，便于实现对新添的物体进行动态识别和标识。

三、将近场传感器和碰撞传感器组合设计，可准确判断机体与障碍物的接近情况，避免机体与障碍物发生剧烈碰撞。

附图说明

图1所示为本实用新型提供的导航系统结构示意图。

图2所示为本实用新型提供的导航系统结构框图。

附图标记说明：

1：机体，2：滚轮，3：电机，4：顶视摄像头，5：控制器，6：侧视摄像头，7：陀螺仪，8：里程计，9：磁传感器，10：即时定位与地图构建单元，11：图形化用户交流界面，12：近场传感器，13：碰撞传感器，14：开关启动按键。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型中的具体含义。

在实用新型中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面结合说明书的附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、图2所示，一种室内活动平台动态多模态导航系统，包括：可行走的机体1，安装在所述机体1底部的滚轮2，驱动所述的滚轮2的电机3，安装在所述机体1上的顶视摄像头4，以及与所述电机3和所述顶视摄像头4连接的控制器5；其特征在于，在所述机体1上还安装有与所述控制器5连接的侧视摄像头6、陀螺仪7、里程计8和磁传感器9，在所述控制器5内设有即时定位与地图构建单元10，所述即时定位与地图构建单元10根据所述顶视摄像头4、侧视摄像头6、陀螺仪7、里程计8和磁传感器9反馈的信号建立、完善室内地图。

其中，所述机体1为扫地机器人。所述滚轮2为安装在所述机体1底部的四个，对应每个滚轮设有一个电机3构成四驱结构。所述顶视摄像头4和所述侧视摄像头6都为360度全景摄像头。所述控制器5包括电机控制器和主控电脑，在所述主控电脑上连接有图形化用户交流界面11，以便更好地实现人机交互。

进一步地，在所述控制器5上还连接有近场传感器12、碰撞传感器13和开关启动按键14。通过所述近场传感器12和所述碰撞传感器13来判断机体1与障碍物的接近、碰撞情况，避免机体1与障碍物发生剧烈碰撞。所述开关启动按键14用来控制整个导航系统的开关。

开始使用上述导航系统时，机体1在电机3的带动下进行行走，并通过顶视摄像头4和磁传感器9初步确定室内南北，纵深走向。在行走过程的每一步，控制器5通过侧视摄像头6、顶视摄像头4采集并记录周围和顶部的图像，通过里程计8和陀螺仪7粗略估算位置变化。

在机体1的行进过程中，室内地图覆盖区域逐渐扩大，机器人边走边自学习。

当机体碰到任何障碍物，通过图像识别判断是否靠墙。如果机器人碰上一个可以预知的固定障碍物，则执行规划好的路径。

在这一步后，机器人转动一定角度(如顺时针九十度)，继续前进，重复上述的更新，扩大室内地图任务，直到遇到新的障碍物为止。

在室内信息慢慢增加的过程中，该导航系统通过融合各传感器信息估算自己的位置。该系统并随时估算周边环境的建模成熟度。在模型比较成熟的情况下，自动建立或更新(之前已生成室内地图情况下)室内地图并生成路径规划。在模型不成熟情况下，该系统一步步执行位置变化并更改模型。

每次行进一步，系统进行顶视和测试的图像比对。如果图像和预期相符，则将图像扔掉。如果不符合，则保存备份。

在每一步该系统通过即时定位与地图构建模型确定物体位置，并通过陀螺/里程计计算位置。同时该系统计算这两个模型的差别。在每一个位置，系统确立当前位置和下一步路径。同时比较和上一部规划结果的区别。该系统同时进行图像分析，并逐步建立全局室内模型。运转的次数越多，该模型的可信度越高，而依靠全局规划的行动路线则越来越完善。

对于在航程中遇到的物体，该系统逐渐完善成熟度，区别墙体(变化极少)和家具(经常变化)。

机器人如果遇到熟悉的障碍物，则更改探路模式，沿着障碍物底座边缘行进。

本实用新型提供的室内活动平台动态多模态导航系统，对于噪音和劫持时间进行多点、融合计算，并逐步建立全局室内地图，全局地图十分完全，使用便利性高。对于用户而言，该系统使用方便，无需花大量时间去标定。该系统具有智能化处理、在局部位置可以智能的绕出，并对新添的物体进行动态识别和标签的优势。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本实用新型不局限于上述的具体实施方式，在本实用新型基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (9)

1.一种室内活动平台动态多模态导航系统，包括：可行走的机体，安装在所述机体底部的滚轮，驱动所述的滚轮的电机，安装在所述机体上的顶视摄像头，以及与所述电机和所述顶视摄像头连接的控制器；其特征在于，在所述机体上还安装有与所述控制器连接的侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器，在所述控制器内设有即时定位与地图构建单元，所述即时定位与地图构建单元根据所述顶视摄像头、侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器反馈的信号建立或更新室内地图。

2.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，所述机体为扫地机器人。

3.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，所述滚轮为安装在所述机体底部的四个，对应每个滚轮设有一个所述电机构成四驱结构。

4.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，所述顶视摄像头为360度全景摄像头。

5.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，所述侧视摄像头为360度全景摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，所述控制器包括电机控制器和主控电脑，所述主控电脑通过所述电机控制器控制所述电机工作，所述顶视摄像头、侧视摄像头、陀螺仪、里程计和磁传感器与所述主控电脑连接，所述即时定位与地图构建单元集成在所述主控电脑内。

7.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，在所述控制器上连接有图形化用户交流界面。

8.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，在所述控制器上连接有近场传感器和碰撞传感器。

9.根据权利要求1所述的一种室内活动平台动态多模态导航系统，其特征在于，在所述控制器上连接有开关启动按键。