一种多楼层地图切换方法及机器人与流程

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种多楼层地图切换方法及机器人。

背景技术：

目前，机器人是通过激光slam、视觉vslam、imu惯导等技术的单独或者组合使用进行室内导航。这类导航技术在理想状态下可以实现机器人的地图绘制，导航，区域限定等功能；也可以帮助机器人在建筑物内某一层中进行导航，路径规划和运行。

当机器人在多楼层移动时，如涉及到上下楼层时，需要将机器人内部正在使用的导航地图切换到相应楼层的导航地图。目前，由于机器人无法确定其上下动作，导致机器人内部的地图无法实时切换到另一个楼层，而是在机器人达到相应楼层后，需要人工切换导航地图后，机器人才能继续使用。

然而，这种热工切换方式存在需要耗费人力，增加人力成本；并且，若人工没有及时切换，则影响机器人导航等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多楼层地图切换方法及机器人，无需工作人员手动切换地图，大大减少了人力成本；并且，能够及时切换地图，避免因未及时切换地图而影响机器人正常导航。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种多楼层地图切换方法，包括：获取机器人在不同时刻的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化；当所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化时，所述机器人切换至对应楼层的楼层地图；当所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化时，保持所述机器人的楼层地图。

进一步优选的，所述的根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化具体包括：分析当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标是否一致；当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化；当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标不一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化。

进一步优选的，所述的机器人切换至对应楼层的楼层地图之前还包括：结合各楼层对应的预设高度范围，以及三维坐标信息中z轴坐标所处预设高度范围；分析出所述机器人所在楼层的楼层信息。

进一步优选的，所述的根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化之前还包括：根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层；当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人在各楼层地图上的同楼层规划路径。

进一步优选的，所述的规划所述机器人的多楼层路径具体包括：确定所述当前楼层的当前楼层关键点，在所述当前楼层的楼层地图上规划出所述机器人从当前位置到当前楼层关键点的同楼层规划路径；确定所述目标楼层的目标楼层关键点，在所述目标楼层的楼层地图上规划出所述机器人从目标楼层关键点到目标位置的同楼层规划路径。

本发明还提供一种机器人，包括：坐标转换模块，用于获取机器人在不同时刻的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；识别模块，与所述坐标转换模块连接，用于根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化；地图切换模块，与所述识别模块连接，用于当所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化时，所述机器人切换至对应楼层的楼层地图；所述地图切换模块，还用于当所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化时，保持所述机器人的楼层地图。

进一步优选的，所述识别模块，用于分析当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标是否一致；当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化；当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标不一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化。

优选的，还包括：楼层分析模块，用于结合各楼层对应的预设高度范围，以及三维坐标信息中z轴坐标所处预设高度范围；分析出所述机器人所在楼层的楼层信息。

优选的，还包括：楼层分析模块，用于根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层；路径规划模块，与所述楼层分析模块连接，用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人在各楼层地图上的同楼层规划路径。

进一步优选的，所述路径规划模块，还用于确定所述当前楼层的当前楼层关键点，在所述当前楼层的楼层地图上规划出所述机器人从当前位置到当前楼层关键点的同楼层规划路径；所述路径规划模块，还用于确定所述目标楼层的目标楼层关键点，在所述目标楼层的楼层地图上规划出所述机器人从目标楼层关键点到目标位置的同楼层规划路径。

与现有技术相比，本发明提供的一种多楼层地图切换方法及机器人具有以下有益效果：

1、本发明通过机器人身上的地磁传感器采集地磁数据，将地磁数据转换成坐标信息，根据坐标信息识别出楼层信息，在楼层信息发生变化后，自动切换至对应楼层的楼层地图；无需工作人员手动切换地图，大大减少了人力成本；并且，能够及时切换地图，避免因未及时切换地图而影响机器人正常导航。

同时，在机器人定位过程中，并不需要增加辅助设备辅助机器人定位；大大降低了设备成本及施工成本；还避免出现因无线传输定位辅助信息而影响定位准确性等现象。

2、本发明先规划出当前楼层的同楼层规划路径，再规划出目标楼层的同楼层规划路径；从而完成多楼层规划路径的规划。

3、本发明动态物体上的地磁传感器采集地磁数据，将地磁数据转换成坐标信息，从而根据动态物体的坐标信息调整同楼层规划路径；使得机器人可以成功到达目标位置。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种多楼层地图切换方法及机器人的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种多楼层地图切换方法的流程示意图；

图2是本发明又一种多楼层地图切换方法的流程示意图；

图3是本发明另一种多楼层地图切换方法的流程示意图；

图4是本发明中步骤s02的流程示意图；

图5是本发明一种机器人的结构示意框图；

附图标号说明：

10—坐标转换模块20—楼层分析模块30—路径规划模块

40—识别模块50—地图切换模块

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

根据本发明提供的一种实施例，如图1所示，一种多楼层地图切换方法，包括：

s10、获取机器人在不同时刻的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；

具体的，收集室内每层楼的地磁指纹信息，将室内每层楼各个坐标点对应到该坐标点的地磁指纹数据，并建立对应地磁指纹坐标系，该坐标系可以将地磁指纹数据转换为建筑物内的三维坐标。

机器人地磁传感器按照预设时间间隔(例如每隔10秒)或实时采集不同时刻的地磁数据，由于机器人在各层楼各个坐标点采集到的地磁数据均不相同，可将地磁数据转化成三维坐标信息(xn，yn，zn)；其中，zn的值可以是楼层信息。

s20、根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化；

具体的，当zn的值为楼层信息时，识别出机器人所处当前楼层zn是否发生变化；如当前时刻zn＝3，前一时刻zn＝2。

s40、当所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化时，所述机器人切换至对应楼层的楼层地图。

具体，当当前时刻zn＝3，前一时刻zn＝2时，机器人所在楼层的楼层信息发生了变化，机器人正在使用的二楼地图切换为三楼地图。

s50、当所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化时，保持所述机器人的楼层地图。

具体的，当当前时刻zn＝2，前一时刻zn＝2时，机器人所在楼层的楼层信息未发生变化，保持机器人正在使用的二楼地图，不将二楼地图切换为其他楼层地图。

本实施例中，地磁属于地球自带的属性，只要机器人携带有地磁传感器，就可以在任一点获取到对应的地磁数据，因此不会增加超声波测距、激光测距传感器等额外设备和费用；其内部程序也会相应简化。

通过有效的算法，地磁定位可以将精度控制在1m范围，因此可以有效地在室内实时绝对位置定位，保证机器人在室内获取准确的三维位置信息，从而保证机器人可以通过地磁数据确认所处的楼层，从而自动切换导航地图，有效进行多楼层导航运动。无需工作人员手动切换地图，大大减少了人力成本；并且，能够及时切换地图，避免因未及时切换地图而影响机器人正常导航。

同时，在机器人定位过程中，并不需要增加辅助设备辅助机器人定位；大大降低了设备成本及施工成本；还避免出现因无线传输定位辅助信息而影响定位准确性等现象。

根据本发明提供的又一种实施例，如图2所示，一种多楼层地图切换方法，包括：

s10、获取机器人在不同时刻的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；

具体的，由于机器人在各层楼各个坐标点采集到的地磁数据均不相同，可将地磁数据转化成三维坐标信息(xn，yn，zn)；其中，zn的值可以是距离地面的高度信息。

s21、根据不同时刻的三维坐标信息分析当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标是否一致；

具体的，当zn的值为高度信息时，如当前时刻zn＝3.5m，前一时刻zn＝0.5m；当前时刻zn＝3.5m，前一时刻zn＝3.7m；当前时刻zn＝3.5m，前一时刻zn＝3.5m。

s22、当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化；

具体的，一种情况，其z轴坐标允许在预设误差范围(0.5)内变化，则基本上认为其z轴坐标一致，如当前时刻zn＝3.5m，前一时刻zn＝3.7m；楼层没有发生变化。另一种情况，机器人在同一楼层，其z轴坐标不会发生变化，如当前时刻zn＝3.5m，前一时刻zn＝3.5m；楼层没有发生变化。

s23、当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标不一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化。

具体的，其z轴坐标的变化超出预设误差范围，或其z轴坐标发生了变化；如当前时刻zn＝3.5m，前一时刻zn＝0.5m；则认为其z轴坐标不一致，楼层发生了变化。

s30、结合各楼层对应的预设高度范围，以及三维坐标信息中z轴坐标所处预设高度范围；分析出所述机器人所在楼层的楼层信息。

具体的，各楼层对应的预设高度范围，例如一楼对应的预设高度范围为0～2m，二楼对应的预设高度范围为3～4m等。通过z轴坐标识别出在哪个高度范围内，再分析出机器人在哪个楼层。

当前时刻zn＝3.5m，则当前时刻机器人处于二楼；前一时刻zn＝0.5m，则前一时刻机器人处于一楼。

s40、当所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化时，所述机器人切换至对应楼层的楼层地图。

具体的，在当前时刻机器人处于二楼，前一时刻机器人处于一楼时，机器人将正在使用的一楼地图切换成二楼地图。

s50、当所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化时，保持所述机器人的楼层地图。

本实施例中，地磁指纹坐标系对应的不局限于楼层，可以时建筑物中的任意高度值，当高度值在一定范围时自动转换为楼层值，这样该方案可以有更加广泛的应用范围。垂直升降方法不限于普通电梯，可以是任何运输机器人进行垂直运动的器械。

以机器人在一个5层的商场中运行为例。

1、首先通过采集每个楼层平面上的地磁指纹信息，生成对应个的地磁指纹—平面坐标对应关系，而坐标中带有楼层信息z，z为1～5，对应一层到五层。

2、机器人在某一层开始运行，并通过地磁感应器获取自身所在位置的地磁信息。

3、通过对应算法比对将地磁信息转换为机器人所在的坐标(x，y，z)，(x，y)代表机器人在z层到平面坐标。

4、当z坐标发生变化时，机器人的导航地图自动切换到z坐标变化后的对应楼层。

5、由于机器人可以自动的切换各个楼层之间的导航地图，从而保证了机器人可以自动在任意楼层中正常运行。

根据本发明提供的另一种实施例，如图3、4所示，一种多楼层地图切换方法，包括：

s01、根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层；

s02、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人在各楼层地图上的同楼层规划路径。

当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，在当前楼层的楼层地图上规划所述机器人从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。

所述的规划所述机器人的多楼层路径具体包括：

s021、确定所述当前楼层的当前楼层关键点，在当前楼层的楼层地图上规划出所述机器人从当前位置到当前楼层关键点的同楼层规划路径；

具体的，如当前楼层为2楼，当前楼层关键位置是指二楼电梯位置，首先规划出机器人在二楼从当前位置到二楼电梯位置的二楼规划路径。

s022、确定所述目标楼层的目标楼层关键点，在目标楼层的楼层地图上规划出所述机器人从目标楼层关键点到目标位置的同楼层规划路径。

具体的，如目标楼层为3楼，目标楼层关键位置是指三楼电梯位置，再规划出机器人在三楼从三楼电梯位置到目标位置的三楼规划路径。

s10、获取机器人在不同时刻的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；

s20、根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化；

s40、当所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化时，所述机器人切换至对应楼层的楼层地图；所述机器人按照楼层地图上的同楼层规划路径行走。

s50、当所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化时，保持所述机器人的楼层地图。

具体的，除了上述步骤外，还包括以下步骤：

获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；

根据所述动态物体的位置坐标信息、调整所述机器人在所述当前楼层的楼层地图上或所述目标楼层的楼层地图上的同楼层规划路径。

本实施例中，确定机器人从二楼到三楼所乘用的电梯，并分别获取该电梯在二楼的二楼电梯位置，在三楼的三楼电梯位置。在确定机器人乘用的电梯时，可以预先设定的专门供机器人使用的电梯，也可以是选择空闲状态的电梯供机器人使用。在选择空闲状态的电梯供机器人使用后，该电梯处于锁定状态；直到机器人从二楼到三楼使用完成后，该电梯才能解除锁定状态。

在规划机器人在各楼层地图上的同楼层规划路径时，根据目标位置所在楼层是否与机器人当前位置所在楼层相同，分别采用不同方式规划出从当前位置到目标位置的规划路径。

其中，当前位置、目标位置可以是手动输入的位置坐标，也可以是在地磁指纹地图上选择的位置坐标；步骤s01、s02、s021、s022和步骤s10的执行顺序不分先后。当前位置也可以是地磁定位得到的；在当前位置是利用地磁定位技术得到的情况下；步骤s01、s02、s021、s022在执行完步骤s10之后才执行。

在各楼层地图上除了静态物体外，还存在动态物体，通过采集动态物体的地磁数据，将其转换为动态物体的位置坐标信息；及时调整规划路径；使得规划出来的路径更加可靠。

根据本发明提供的一种实施例，如图5所示，一种机器人，包括：

坐标转换模块10，用于获取机器人在不同时刻的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；

可选的，楼层分析模块20，用于根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层；

可选的，路径规划模块30，与所述楼层分析模块20连接，用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人在各楼层地图上的同楼层规划路径。

可选的，所述路径规划模块30，还用于确定所述当前楼层的当前楼层关键点，规划出所述机器人在当前楼层从当前位置到当前楼层关键点的同楼层规划路径；

可选的，所述路径规划模块30，还用于确定所述目标楼层的目标楼层关键点，规划出所述机器人在目标楼层从目标楼层关键点到目标位置的同楼层规划路径。

识别模块40，与所述坐标转换模块10连接，用于根据不同时刻的三维坐标信息识别出所述机器人所在楼层的楼层信息是否发生变化；

可选的，所述识别模块40，用于分析当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标是否一致；

当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化；

当当前时刻的三维坐标信息中z轴坐标与前一时刻的三维坐标信息中z轴坐标不一致时，则分析出所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化。

可选的，楼层分析模块20，用于结合各楼层对应的预设高度范围，以及三维坐标信息中z轴坐标所处预设高度范围；分析出所述机器人所在楼层的楼层信息。

地图切换模块50，与所述识别模块40连接，用于当所述机器人所在楼层的楼层信息发生变化时，所述机器人切换至对应楼层的楼层地图；

所述地图切换模块50，还用于当所述机器人所在楼层的楼层信息未发生变化时，保持所述机器人的楼层地图。

本实施例中，地磁属于地球自带的属性，只要机器人携带有地磁传感器，就可以在任一点获取到对应的地磁数据，因此不会增加超声波测距、激光测距传感器等额外设备和费用；其内部程序也会相应简化。

通过有效的算法，地磁定位可以将精度控制在1m范围，因此可以有效地在室内实时绝对位置定位，保证机器人在室内获取准确的三维位置信息，从而保证机器人可以通过地磁数据确认所处的楼层，从而自动切换导航地图，有效进行多楼层导航运动。无需工作人员手动切换地图，大大减少了人力成本；并且，能够及时切换地图，避免因未及时切换地图而影响机器人正常导航。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。