一种机器人进出电梯的方法及系统与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人进出电梯的方法及系统。


背景技术：

2.近年来，随着科技水平不断提升，移动机器人技术已经广泛应用到日常生活的各个领域。特别的，随着建筑楼层高度的不断升级，移动机器人自主进出电梯的能力俞显重要。
3.目前现有的移动机器人，在进出电梯时，通过传感器数据(如激光，图像，里程计等)，与预先定制的标签(如图像，方光班等)地图进行匹配，来确定自身的位姿，然而该方法需要改造电梯环境，也不够智能；另一种是传感器数据与预先扫描的楼宇地图进行匹配，然后在人流密集的电梯中，由于遮挡及人员走动，很难获取有效的传感器数据，进而定位容易产生较大的误差，特别的在电梯内比较拥挤的情况下，机器人可能未能完全进入电梯，导致电梯门不能正常关闭；或者能顺利进入电梯，但是在电梯关闭后，由于数据受限，容易出现定位丢失等情况。此外，通过地图匹配定位的方式，需要预先设定电梯内点，若电梯内点被遮挡的情况下，极易导致任务失败，这样因素都影响了移动机器人自主进出电梯的成功率，降低使用体验。
4.因此，有必要提供一种机器人进出电梯的方法及控制系统，来克服上述缺陷。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提出一种机器人进出电梯的方法及系统。在所述方法及系统中，能够以电梯的几何特征模板与当前传感器数据，构建位姿约束获取相对位姿，通过电梯呼叫模块与电梯进行信息交互，并通过传感器数据判断是否驶入，及动态确定电梯内点位置，提高机器人在进出电梯场景的定位精度及鲁棒性，提升机器人的智能化水平。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种机器人进出电梯的方法，包括如下步骤：
8.步骤s1，控制机器人到达当前楼层的候梯位姿点；
9.步骤s2，获取传感器组件采集的数据及预先配置的当前楼层电梯几何特征模板，确定与候选电梯的相对位姿；
10.步骤s3，呼叫电梯，待电梯到达后，判断电梯内是否有足够空间进入，若是且电梯门完全打开，则转入步骤s4，若否，则继续等待；
11.步骤s4，确定机器人进入后在电梯内的目标位姿，实时更新机器人位姿并控制机器人进入电梯指定位姿；
12.步骤s5，判断是否到达指定楼层，若是且电梯门完全打开，则控制机器人驶出电梯；若否，则继续等待。
13.优选地，所述步骤s1，具体包括如下步骤：
14.步骤s11，预先扫描的楼层地图；
15.步骤s12，基于楼层地图控制移动机器人移动至当前楼层的候梯位姿点。
16.优选地，所述步骤s2，具体包括如下步骤：
17.步骤s21，基于机器人当前楼层的候梯位姿点与预先配置的电梯几何特征模板的相对位姿映射关系，得到机器人在所述当前楼层电梯几何特征模板上的初始化位姿；
18.步骤s22，在预设的匹配范围内遍历搜索，所述匹配范围内的每一点均表示一个机器人位姿；
19.步骤s23，以匹配范围内的每个机器人位姿，将当前位置的激光数据转换到所述电梯几何特征模板坐标系下；
20.步骤s24，计算每个机器人位姿下，激光数据与电梯几何特征模板的匹配权重；
21.步骤s25，判断匹配权重是否大于阈值，若大于阈值，则对应机器人位姿即为对应的相对位姿；否则，检测失败。
22.优选地，所述步骤s24，具体包括如下步骤：
23.步骤s241，以电梯几何特征模板数据，生成局部高斯分布的栅格地图，权重为0～1，同时生成对应的2d激光点云数据；
24.步骤s242，激光数据转换到电梯几何特征模板坐标系后，得到每个激光点与对应的栅格地图的权重；
25.步骤s243，根据激光点与栅格地图的权重之和，计算当前机器人位姿的匹配权重；
26.步骤s244，以转换后的激光数据与由电梯几何特征模板生成的2d激光点云数据进行迭代最近邻匹配，得到新的机器人位姿和内点率，由内点率和匹配权重加权得到新的匹配权重。
27.优选地，所述判断电梯内是否有足够空间进入，具体包括如下步骤：
28.步骤s311，根据机器人在电梯几何特征模板坐标系上的位姿，将激光数据投影到电梯几何特征模板上，并利用opencv获取激光数据在当前位姿及电梯内的内轮廓信息；
29.步骤s312，以机器人尺寸构建外接圆，并在所述外接圆的轮廓范围内进行碰撞检测，若无碰撞，则认为电梯内有足够空间满足机器人进入；若有碰撞，则认为无空间进入。
30.优选地，所述目标位姿为无碰撞条件下，轮廓范围中居中位姿对应的坐标。
31.优选地，所述判断电梯门完全打开的方法，具体包括如下步骤：
32.步骤s321，根据机器人在电梯几何特征模板坐标系上的位姿，截取当前激光数据在对应电梯门对应的激光数据；
33.步骤s322，判断激光长度是否满足电梯门完全打开的条件，多次判断，确认电梯完全打开。
34.优选地，所述步骤s4，具体包括如下步骤：
35.计算当前时刻在电梯几何特征模板下的位姿；
36.以上一时刻在电梯几何特征模板坐标系下的位姿，叠加间隔时间内的里程计变换量为初值，运行过程中实时更新机器人在当前电梯几何特征模板下得位姿直至控制机器人达到指定位姿。
37.优选地，所述判断是否到达指定楼层，具体包括如下步骤：
38.与电梯无线通信，获取所处楼层信息；
39.基于获取的所处楼层信息判断是否到达指定楼层。
40.基于上述内容，本发明还公开了一种机器人进出电梯的系统，包括：传感器组件、电梯呼叫模块、决策模块和驱动模块，其中，
41.所述传感器组件，用于采集机器人周边的环境信息，并将环境信息发送至通行决策模块；
42.所述电梯呼叫模块，用于与电梯进行无线通信，获取当前状态信息并发送至通行决策模块，所述状态信息包括电梯楼层信息、载重信息、当前任务信息和接受外部任务指令信息；
43.所述决策模块，用于基于获取环境信息、状态信息和预先配置的当前楼层电梯几何特征模板，确定机器人的运动路径并向驱动模块下发运行指令；
44.所述驱动模块，用于控制机器人按路径运行到指定位姿。
45.基于上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明以电梯的几何特征模板与当前传感器数据，构建位姿约束获取相对位姿，通过电梯呼叫模块与电梯进行信息交互，并通过传感器数据判断是否驶入，及动态确定电梯内点位置，提高机器人在进出电梯场景的定位精度及鲁棒性，提升机器人的智能化水平。
附图说明
46.图1是一个实施例中一种机器人进出电梯的方法的结构示意图；
47.图2是一个实施例中电梯几何特征模板示意图；
48.图3是一个实施例中可通行区域及位姿确定示意图；
49.图4是一个实施例中一种机器人进出电梯的系统的结构示意图。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
51.图1为本发明实施例提供的一种机器人进出电梯的方法流程图，该方法的应用场景为移动机器人、导航定位和计算机视觉领域，下面将该方法应用在移动机器人为例，进行具体说明。
52.在步骤s1中，控制机器人到达当前楼层的候梯位姿点。
53.具体的，在移动机器人slam中，预先扫描的楼层地图，基于楼层地图控制移动机器人移动至当前楼层的候梯位姿点。
54.在步骤s2中，获取传感器组件采集的数据及预先配置的当前楼层电梯几何特征模板，确定与候选电梯的相对位姿。
55.具体的，基于机器人当前楼层的候梯位姿点与预先配置的电梯几何特征模板的相对位姿映射关系，得到机器人在所述当前楼层电梯几何特征模板上的初始化位姿；在预设的匹配范围内遍历搜索，其中匹配范围内的每一点均表示一个机器人位姿；以匹配范围内的每个机器人位姿，将当前位置的激光数据转换到所述电梯几何特征模板坐标系下；计算每个机器人位姿下，激光数据与电梯几何特征模板的匹配权重；由匹配权重确定与候选电梯的相对位姿。
56.其中，所述当前楼层电梯几何特征模板如图2所示，包含电梯内部及电梯外部部分区域的几何尺度信息。
57.其中，所述以机器人当前全局地图位姿得到机器人在所述当前楼层电梯几何特征模板上的初始化位姿，本实施例中，通过当前全局位姿与电梯几何特征模板的相对位姿映射关系，获取初始位姿。
58.其中，所述计算每个机器人位姿下，激光数据与电梯几何特征模板的匹配权重，具体的，以电梯几何特征模板数据，生成局部高斯分布的栅格地图，权重为0～1，同时生成2d激光点云数据；如图2所示，以图中黑色粗实线部分的数据，生成栅格地图及点云数据。
59.在激光数据转换到电梯几何特征模板坐标系后，得到每个激光点与对应的栅格地图的权重；根据激光点与栅格地图的权重之和，计算当前机器人位姿的匹配权重；以转换后的激光数据与由电梯几何特征模板生成的2d激光点云数据进行迭代最近邻匹配，得到新的机器人位姿和内点率，由内点率和匹配权重加权得到新的匹配权重。
60.特别的，在计算匹配权重时，可以通过栅格地图，滤除栅格地图范围外的激光点云数据，这样可以避免动态物体对位姿匹配的影响。
61.其中，所述由匹配权重确定与候选电梯的相对位姿，具体的，判断匹配权重是否大于阈值，若大于阈值，则对应机器人位姿即为对应的相对位姿；否则，检测失败。
62.在步骤s3中，呼叫电梯，待电梯到达后，判断电梯内是否有足够空间进入，若是且电梯门完全打开，则转入步骤s4，若否，则继续等待。
63.具体的，判断电梯门是否完全打开，具体的，根据机器人在电梯几何特征模板坐标系上的位姿，截取当前激光数据在对应电梯门对应的激光数据；判断激光长度是否满足电梯门完全打开的条件，多次判断，确认电梯完全打开。
64.如图2所示，电梯门口的虚线为电梯门对应的尺度数据，而电梯门和电梯其他区域，存在一些几何特征分布，利用电梯几何特征生成的模板，实时更新当前机器人的位姿，并截取出电梯门对应的数据，通过判断电梯门对应数据的几何长度，进而判断电梯门是否完全处于开启和关闭状态。
65.其中，所述确定是否有足够空间进入，具体的，如图3所示，根据机器人在电梯几何特征模板坐标系上的位姿，将激光数据投影到电梯几何特征模板上，并计算当前位姿及电梯内的内轮廓信息；可以通过利用opencv获取激光数据在电梯内部的轮廓信息；以机器人尺寸构建外接圆，并在上述轮廓范围内进行碰撞检测；无碰撞，则认为电梯内有足够空间满足机器人进入。
66.其中，所述确定机器人在电梯内的目标位姿，具体的，计算出上述电梯内可行轮廓中居中位姿对应的坐标，作为目标位姿。
67.在步骤s4中，确定机器人进入后在电梯内的目标位姿，实时更新机器人位姿并控制机器人进入电梯指定位姿。
68.其中，所述计算当前时刻在特征模板下的位姿，具体的，以上一时刻在电梯几何特征模板坐标系下得位姿，叠加间隔时间内的里程计变换量为初值，实时更新机器人在当前电梯几何特征模板下得位姿。
69.在步骤s5中，判断是否到达指定楼层，若是且电梯门完全打开，则控制机器人驶出电梯；若否，则继续等待。
70.具体的，与电梯通信，获取当前楼层信息，获取到模板楼层信息后，判断电梯门是否完全打开，并控制机器人走到指定位姿。
71.其中，与电梯通信，获取当前楼层信息，可以通过网络模块获取当前电梯的状态信息，进行判断。
72.其中，判断电梯门是否完全打开，并控制机器人走到指定位姿，与步骤s3中一样。
73.应用本发明提出的一种机器人进出电梯的方法，以电梯的几何特征模板与当前传感器数据，构建位姿约束获取相对位姿，通过电梯呼叫模块与电梯进行信息交互，并通过传感器数据判断是否驶入，及动态确定电梯内点位置，提高机器人在进出电梯场景的定位精度及鲁棒性，提升机器人的智能化水平。
74.应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
75.如图4所示，本实施例提供一种机器人进出电梯的系统100，包括：传感器组件110、电梯呼叫模块120、决策模块130和驱动模块140，其中，
76.所述传感器组件110，用于采集机器人周边的环境信息，并将环境信息发送至通行决策模块；
77.所述电梯呼叫模块120，用于与电梯进行无线通信，获取当前状态信息并发送至通行决策模块，所述状态信息包括电梯楼层信息、载重信息、当前任务信息和接受外部任务指令信息；
78.所述决策模块130，用于基于获取环境信息、状态信息和预先配置的当前楼层电梯几何特征模板，确定机器人的运动路径并向驱动模块下发运行指令；
79.所述驱动模块140，用于控制机器人按路径运行到指定位姿。
80.上述实施例阐明的系统和模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。