專利名稱：為機器人劃分覆蓋區(qū)域的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為機器人劃分覆蓋區(qū)域的方法及其裝置。更具體地講， 涉及一種產(chǎn)生用于機器人工作的空間地圖并將該空間地圖分成至少一個區(qū)段 的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
和遙控技術(shù)的發(fā)展，機器人已被用于筒單工作或者極端環(huán)境(比如，高溫或低 溫)或危險環(huán)境(比如，外太空或海底)下的工作。除了用于工業(yè)的工業(yè)機器人以外，用于在家庭中輔助家務(wù)或在辦公室中輔助事務(wù)的機器人已實際應(yīng)用。例如，典型機器人為清潔機器人、向?qū)C器 人和反犯罪機器人等。這些傳統(tǒng)機器人能夠在預(yù)定區(qū)域中執(zhí)行特定工作。然而，當區(qū)域較大時， 如果機器人在區(qū)域內(nèi)隨機行進或在隨機地點工作，則機器人無法有效地在整 個區(qū)域執(zhí)行特定工作。因此，希望有效地劃分給定空間內(nèi)的區(qū)域并對于劃分 的區(qū)域執(zhí)行特定工作，以便提高效率。圖l是示意性地表示劃分區(qū)域的傳統(tǒng)方法的示圖。在如圖1所示的傳統(tǒng)方法中，通過使用直線(即，掃描線IOO)掃描給定區(qū) 域來劃分區(qū)域。如圖1中所示，可以在掃描線IOO遇到臨界點150的點處對 區(qū)域進行劃分。臨界點150是掃描線遇到障礙物并且在上部和下部不存在障 礙物的位置。因此，在圖1中，創(chuàng)建兩個臨界點150，從而劃分出了四個區(qū)段。然而，對于由機器人使用距離測量傳感器識別的柵格地圖而言，障礙物 或墻壁的輪廓可能不夠平滑。例如，如圖1中所示，多個曲線或凹陷處出現(xiàn)
在左側(cè)和右側(cè)，并在使用掃描線100進行掃描時導致了幾個不必要的臨界點160，從而導致在劃分區(qū)域時創(chuàng)建了不必要的區(qū)段?？紤]到上述問題，使用了在劃分時考慮到不必要的臨界點來平滑柵格地 圖的輪廓并劃分區(qū)域的傳統(tǒng)方法。然而，根據(jù)平滑柵格地圖的輪廓的傳統(tǒng)方法，通過使用安裝在機器人中 的傳感器測量距離來產(chǎn)生柵格地圖。因此，因為機器人可能總是可變地在傳 感器的誤差范圍內(nèi)行進，所以難以確定機器人的精確位置，相應(yīng)地，可能產(chǎn) 生相對于墻壁和障礙物的相對距離的誤差。由于這個原因，該方法在平滑柵 格地圖方面受到限制。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的 一方面在于提供一種結(jié)構(gòu)空間地圖并通過利用帶形片掃 描結(jié)構(gòu)空間地圖來對區(qū)域進行劃分。本發(fā)明的另 一方面在于通過消除噪聲小區(qū)并組合被不必要地劃分的區(qū)段 來提供機器人能夠有效地工作的區(qū)域。在下面的描述中將部分地闡明本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點，通過描述， 其會變得更加清楚，或者通過實施本發(fā)明可以了解。本發(fā)明的這些和/或其他方面通過提供一種劃分機器人的覆蓋區(qū)域的方法來實現(xiàn)，該方法包括通過感測與障礙物的距離來產(chǎn)生包括以概率方式分 布的柵格點的占有率柵格地圖；通過基于機器人的半徑和大小增加占有率柵 格地圖中的障礙物和墻壁的厚度來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖；通過在結(jié)構(gòu)空間地圖 中利用帶形片掃描區(qū)域來對該區(qū)域進行劃分。本發(fā)明的另一方面在于提供一種劃分機器人的覆蓋區(qū)域的裝置，該裝置 包括占有率柵格地圖產(chǎn)生單元，通過感測與障礙物的距離來產(chǎn)生包括以概 率方式分布的柵格點的占有率柵格地圖；結(jié)構(gòu)空間地圖產(chǎn)生單元，通過基于 機器人的半徑和大小增加占有率柵格地圖中的障礙物和墻壁的厚度來產(chǎn)生結(jié) 構(gòu)空間地圖；劃分單元，通過在結(jié)構(gòu)空間地圖中利用帶形片沿預(yù)定方向掃描 區(qū)域來對該區(qū)域進行劃分。


'通過下面結(jié)合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和
優(yōu)點將會變得清楚且更易于理解，其中圖l是示意性地表示劃分區(qū)域的傳統(tǒng)方法的示圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的劃分機器人的覆蓋區(qū)域的方法的流程圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)空間地圖的概念的示圖； 圖4A是根據(jù)本發(fā)明實施例的占有率柵格地圖(occupancy grid map); 圖4B是根據(jù)本發(fā)明實施例的包括自由空間和障礙物的柵格地圖； 圖5A是根據(jù)本發(fā)明實施例的經(jīng)受腐蝕(erosion)后的圖4B的柵格地圖； 圖5B是根據(jù)本發(fā)明實施例的通過向圖5A的柵格地圖應(yīng)用膨脹(dilation) 而消除噪聲的示圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的通過腐蝕而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)空間地圖；圖7A是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的向結(jié)構(gòu)空間地圖應(yīng)用帶形片的方法的示圖；圖7B是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的通過應(yīng)用帶形片對區(qū)域進行劃分的結(jié) 果的示圖；圖8表示根據(jù)本發(fā)明實施例的使用帶形片來給予ID的四個例子；圖9表示通過對如圖6中所示的根據(jù)本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)空間地圖使用帶形片來劃分區(qū)域的結(jié)果；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的消除噪聲小區(qū)(noise cell)并組合各區(qū)段的過程的示圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的已消除噪聲小區(qū)并組合各區(qū)段的圖9的結(jié)構(gòu) 空間地圖的示圖；圖12A是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9中的劃分結(jié)果的左下側(cè)的放大示圖； 圖12B是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖11中的組合結(jié)果的左下側(cè)的放大示圖； 圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的劃分機器人的覆蓋區(qū)域的裝置的方框圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細描述本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的實施例表示在附圖中，其中， 相同的標號始終表示相同的部件。下面將參照附圖來描述實施例以解釋本發(fā) 明。然而，本發(fā)明可以實現(xiàn)為很多不同的形式，并且不應(yīng)被解釋為局限于這
發(fā)明的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的劃分移動機器人的覆蓋區(qū)域的方法的流 程圖。根據(jù)本發(fā)明實施例的劃分移動機器人的覆蓋區(qū)域的方法包括在操作 210中，產(chǎn)生占有率柵格地圖；在操作220中，通過應(yīng)用臨界值來修正柵格 地圖；在操作230中，消除自由空間中的噪聲；在操作240中，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空 間地圖；在操作250中，獲得掃描方向；在操作260中，對區(qū)域進行劃分； 在操作270中，消除小區(qū)噪聲；在操作280中，對各區(qū)段進行組合。在對區(qū)域進行劃分之前，應(yīng)該產(chǎn)生該區(qū)域的地圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 機器人在自動行進的同時使用位置和距離信息來產(chǎn)生工作的空間的地圖。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)空間地圖的概念的示圖。傳統(tǒng)的柵格地圖顯示預(yù)定區(qū)域中的障礙物和墻壁或自由空間。這些柵格 地圖是在不考慮機器人的大小的情況下產(chǎn)生的，這可能導致機器人在行進的 同時與墻壁或障礙物碰撞或者移動得過于向前或向后。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 如圖3中右側(cè)的示圖所示，通過定義考慮了機器人大小的結(jié)構(gòu)空間地圖，機 器人被減小為點大小，并且可以產(chǎn)生考慮到墻壁320和障礙物310相對于機 器人的大小而創(chuàng)建的自由空間311和321。通過產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖，可以產(chǎn) 生行進路徑或劃分機器人的工作區(qū)域而不必考慮機器人的大小。因此，在操作210中，機器人在自動行進的同時通過識別周圍的障礙物 來產(chǎn)生占有率柵格地圖。占有率柵格地圖允許機器人通過使用安裝的至少一 個傳感器來感測距離從而以概率方式識別障礙物或墻壁。根據(jù)本發(fā)明的實施 例，由于傳感器因機器人的行進而可能引起精確度和位置的誤差，所以為障 礙物的位置和存在賦予0和1之間的概率值。為了本發(fā)明的此實施例的方便， 當代表障礙物和墻壁的多個柵格點被給定為概率值時，它們被定義為概率柵 格點。也就是說，0為自由空間并且1為100%概率的障礙物，而0和1之間 的值表示可能存在障礙物。實際環(huán)境僅包括障礙物(l)和自由空間(O)之一，但 由于因傳感器感測距離時的誤差或機器人識別自身位置時的誤差導致產(chǎn)生了 障礙物的位置誤差，所以地圖也包括O和l之間的值。圖4A是根據(jù)本發(fā)明實施例的占有率柵格地圖，圖4B是根據(jù)本發(fā)明實施 例的僅包括自由空間和障礙物的柵格地圖。
例如，如圖4A中所示，獲得了公寓室內(nèi)的柵格地圖。首先，移動機器人在目標區(qū)域自動行進。移動機器人能夠使用，例如，能夠感測距離的檢測 傳感器(諸如，超聲傳感器、紅外傳感器或激光傳感器)感測前方區(qū)域的障礙物。 通過感測從機器人到建筑物或障礙物的距離來獲得包括多個點的柵格點，使 用這些柵格點可以建立占有率柵格地圖。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，占有率柵格地圖中的點的分布不僅包括0或1,還包括0和1之間的概率。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在操作220中，通過對給予占有率柵格地圖的空 間中的所有點的0和1之間的概率分布應(yīng)用預(yù)定臨界值，獲得如圖4B中所示 的僅包括自由空間和障礙物的柵格地圖。關(guān)于應(yīng)用臨界值的操作，當對給予了 0和1之間的值的點應(yīng)用臨界值0.5 時，對0.5以上的^H各點給予值1并且對0.5以下的其他點^會予值0。因此， 具有值1的點作為障礙物并且具有值O的點作為自由空間。因此，如圖4B中 所示的通過應(yīng)用臨界值而獲得的柵格地圖能夠使占有率柵格地圖更清楚。因 此，由于以概率方式分布的柵格點;故改變?yōu)樽鳛?存在"的1或作為"不存 在"的0，所以在修正的柵格地圖中自由空間和障礙物被清楚地分開。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可考慮到傳感器的誤差而對臨界值進行各種方式的修改。圖5A表示經(jīng)受腐蝕后的圖4B的柵格地圖，圖5B表示根據(jù)本發(fā)明實施 例的通過向圖5A的柵格地圖應(yīng)用膨脹而消除噪聲的示圖。在獲得包括障礙物和自由空間的柵格地圖之后，在操作230中，對柵格 地圖應(yīng)用圖像處理操作以消除自由空間中的噪聲。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通 過腐蝕和膨脹來應(yīng)用該圖像處理操作。腐蝕和膨脹消除自由空間中的噪聲并且以任意次序被應(yīng)用。當首先應(yīng)用 腐蝕時，通過使具有預(yù)定大小的障礙物和墻壁的柵格點變厚來減小自由空間。 例如，如圖5A中所示，當對圖4B的柵格地圖應(yīng)用了腐蝕時，每個障礙物的 厚度和寬度增加預(yù)定大小。在圖5中，白色區(qū)域代表自由空間而黑色區(qū)域代 表障礙物。膨脹使障礙物和墻壁的柵格點的大小和厚度減小預(yù)定大小，從而使自由 空間擴大障礙物所減小的大小那么多。例如，如圖5B中所示，通過對圖5A 中已經(jīng)經(jīng)受腐蝕的柵-格地圖應(yīng)用膨脹來擴大自由空間，可以獲得僅包括已消 除噪聲的自由空間和障礙物的柵格地圖。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在膨脹之后進行腐蝕。類似于上述操 作，自由空間中的點或小區(qū)域被視為噪聲并被消除。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過腐蝕和膨脹的圖像處理來消除自由空間中的噪聲。在操作240中，例如，對于已消除噪聲的柵格地圖考慮機 器人的大小，如圖6中所示通過腐蝕來獲得結(jié)構(gòu)空間地圖。從再次經(jīng)受腐蝕從而通過增大障礙物和墻壁的厚度和面積來減小自由空間的已消除噪聲的柵格地圖來估計障礙物的大小和位置。相應(yīng)地，當區(qū)域被劃分時，在操作240 中，機器人被減小為點大小并且獲得結(jié)構(gòu)空間地圖，而不存在任何有關(guān)機器 人的大小的問題。通過使用獲得的結(jié)構(gòu)空間地圖來執(zhí)行對區(qū)域的劃分。根據(jù)本發(fā)明的實施 例，沿預(yù)定方向掃描整個區(qū)域以劃分該區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于掃 描(用來提供各個自由空間區(qū)段)的手段不是線而是帶形片。相應(yīng)地，通過使用 帶形片劃分自由空間來減少通過使用臨界值定義為墻壁和障礙物的不必要的 小區(qū)i或。在操作250中，在使用帶形片執(zhí)行掃描之前確定掃描方向。通過針對結(jié) 構(gòu)空間地圖的區(qū)域使用多種方法可以獲得整個區(qū)域中最頻繁的線的角度。例 如，為了獲得該角度，檢測該區(qū)域中的至少一個線并將其分成具有相同角度 的組，然后，確定包括多數(shù)線的組的角度作為掃描線的角度。為了實現(xiàn)上述 獲得所述角度的操作，可以執(zhí)行Hough變換、Radon變換或直方圖方法 (histogram method)。才艮據(jù)Hough變換、Radon變換或直方圖方法，通過將二 維數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)換成參數(shù)空間來從參數(shù)空間獲得線或輪廓線。通過檢測的線之中 的多數(shù)線來確定所述掃描角度。獲得的掃描角度被用作結(jié)構(gòu)空間地圖的區(qū)域中的帶形片的掃描角度。帶 形片的掃描方向與獲得的掃描角度垂直。圖7A是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的向結(jié)構(gòu)空間地圖應(yīng)用帶形片的過程的 示圖，圖7B是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的通過應(yīng)用帶形片對區(qū)域進行劃分的結(jié) 果的示圖。在確定了掃描方向之后，在操作260中，通過向結(jié)構(gòu)空間地圖應(yīng)用帶形 片來劃分區(qū)域。當帶形片沿掃描方向移動時，獲得各自由空間區(qū)段。例如， 如圖7A中所示，在結(jié)構(gòu)空間地圖中，如果帶形片的掃描角度約為90度并且 掃描方向為向右(即，0度)，則當帶形片移動時對每個自由空間區(qū)段給予ID。 另外，當帶形片在自由空間中遇到障礙物時，可劃分該自由空間的各區(qū)段。
如圖7A中所示，當帶形片向右掃描時，形成各自由空間區(qū)段700,并且 當各自由空間區(qū)段700未被障礙物打斷而彼此相鄰時，所述各自由空間區(qū)段 作為一個區(qū)段被分配ID。也就是說，圖7A左側(cè)的兩個自由空間區(qū)段被視為 一個區(qū)域，其被識別為"ID1"。相反，根據(jù)本發(fā)明的實施例，當自由空間區(qū)段被障礙物分成兩個區(qū)段 710、 720時，對每個自由空間區(qū)段給予ID。例如，在圖7A中，當自由空間 區(qū)段被障礙物分成兩個區(qū)段時，較上區(qū)段710被分配了 "ID 2"并且較下區(qū) 段720被分配了 "ID 3"。因此，通過利用帶形片掃描結(jié)構(gòu)空間地圖來獲得各自由空間區(qū)段，并且 對各自由空間區(qū)段給予ID，從而如圖7B中所示對區(qū)域進行了劃分。在上述對區(qū)域的劃分中，如圖7B中所示，如果在結(jié)構(gòu)空間地圖中墻壁 320或障礙物310是平滑的，則上述掃描與傳統(tǒng)的使用線進行的掃描沒什么 不同。然而，如圖1中所示，當在結(jié)構(gòu)空間地圖中由于傳感器的誤差而導致 墻壁或障礙物的輪廓不平滑時，出現(xiàn)了幾個不必要的臨界點160，從而導致 在墻壁或障礙物周圍限定了幾個小區(qū)域。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過 利用帶形片掃描結(jié)構(gòu)空間地圖能夠防止由墻壁或障礙物處的不必要臨界點所 帶來的不利效果。圖8表示根據(jù)本發(fā)明實施例的使用帶形片來給予ID的四個例子，圖9 表示通過對如圖6中所示的根據(jù)本發(fā)明實施例產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)空間地圖使用帶形 片來劃分區(qū)域的結(jié)果。如圖8中所示，對自由空間區(qū)段分配ID的操作以不同的方式來確定，例 如，如下所述來確定對自由空間區(qū)段分配ID的操作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，至少兩個自由空間區(qū)段與一個前面的共同自由空 間區(qū)段相鄰。例如，如圖8的8-1中所示，當兩個自由空間區(qū)段與被分配了 "ID 1"的共同自由空間區(qū)段相鄰時，對每個自由空間區(qū)段給予新的ID。相 應(yīng)地，"ID 2"被分配給一個自由空間區(qū)段，"ID 3";故分配給另 一個自由空間 區(qū)段。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 一個自由空間區(qū)段與多個前面的自由空間區(qū)段相 鄰。例如，如圖8的8-2中所示， 一個新的自由空間區(qū)段與分別被分配了 "ID 1"和"ID 2"的上自由空間區(qū)段和下自由空間區(qū)段相鄰。在這種構(gòu)造中，可 對該新的自由空間區(qū)段給予新的ID。相應(yīng)地，為該新的自由空間區(qū)段分配"ID3"。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 一個自由空間區(qū)段僅與障礙物或墻壁903相鄰。 在這種構(gòu)造中，當使用帶形片開始掃描時，對該自由空間區(qū)段給予新的ID。 例如，如圖8的8-3中所示，給予新的"ID 1"。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 一個自由空間區(qū)段與一個前面的自由空間區(qū)段相 鄰。換句話說，兩個自由空間區(qū)段一對一地相鄰。對后面的自由空間區(qū)段給 予前面的ID。例如，如圖8的8-4中所示，對后面的自由空間區(qū)段給予前面 的"ID 1"?？梢愿鶕?jù)為自由空間區(qū)段分配ID的上述實施例之一來對區(qū)域進行劃分。 例如，當根據(jù)上述實施例之一來對結(jié)構(gòu)空間地圖中的區(qū)域進行劃分時，在進 行掃描的同時根據(jù)第一和第三種情況最初對該區(qū)域分配"ID1"。在繼續(xù)對該 區(qū)域進行掃描的同時，自由空間區(qū)段被障礙物分成上下兩個區(qū)段，如第一種 情況中所描述的那樣。相應(yīng)地，對上面的空間區(qū)段給予"ID 2"，并對下面的 自由空間區(qū)段給予"ID 3"。在障礙物的末端，掃描操作對應(yīng)于第二種情況。 相應(yīng)地，對該處的自由空間區(qū)^a給予新的"ID4"。在給予了 ID之后，通過帶形片來形成后面的自由空間區(qū)段。當后面的自 由空間區(qū)段與前面的自由空間區(qū)段一對一地相鄰時，如前所述，不對后面的 自由空間區(qū)段給予新的ID。因此，在圖7A的自由空間中，在給予了各ID之 后，在利用帶形片掃描的過程中在帶形片遇到另 一障礙物或障礙物消失之前 不給予新的ID。相應(yīng)地，如圖7B中所示，分配了 ID l-4并且該自由空間被 分成四個區(qū)域。圖9表示通過對典型公寓應(yīng)用利用帶形片進行掃描的上述劃分方法所劃 分的區(qū)域的示圖。上述劃分是使用圖6中的結(jié)構(gòu)空間地圖來進行的。通過找 到在產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)空間地圖中出現(xiàn)最多的方向來確定掃描角度。例如，掃描角 度確定為大約90度，掃描方向為向右并且自由空間可被劃分成幾個區(qū)段。通過使用帶形片可以減少在墻壁或障礙物的邊界處出現(xiàn)多個分開區(qū)段的 這種情況的發(fā)生。如圖9中所示，在左端和右端的區(qū)段沒有被分成多個區(qū)段 而只是被分成一個或兩個區(qū)段，并且可以減少由于墻壁或障礙物的邊界處的 噪聲而導致一個區(qū)域被分成多個區(qū)段的這種情況的發(fā)生。然而，可以根據(jù)帶 形片的寬度在墻壁或拐角處限定小的區(qū)段。圖IO是表示消除噪聲小區(qū)并組合各區(qū)段的示圖，圖ll是表示消除噪聲
小區(qū)并組合各區(qū)域的結(jié)果的示圖。在通過利用帶形片進行掃描來執(zhí)行劃分之后，在操作270中消除小區(qū)噪 聲，并且在操作280中同時組合各區(qū)段。即使使用帶形片來劃分區(qū)域，但當墻壁不平滑或墻壁的一部分由于柱子 的原因而突出時，仍可限定多個區(qū)段。例如，當如圖10的10-1的左側(cè)示圖 中所示限定了各自由空間區(qū)段時，被分配了 "ID 3"的區(qū)段可能太小而不被 接受作為一個區(qū)段，從而可以通過把它視為噪聲小區(qū)來將其與前面的區(qū)段組 合。寬度或大小低于預(yù)定臨界值的小區(qū)被視為噪聲小區(qū)。在操作270中，可 以將視為噪聲小區(qū)的小區(qū)與相鄰的其他區(qū)段進行組合。相應(yīng)地，檢查根據(jù)消 除噪聲小區(qū)進行的劃分是否正確，并且當由于噪聲小區(qū)而出現(xiàn)分離的部分時， 在操作280中組合該部分。如圖10的10-1中所示，當兩個區(qū)段彼此相鄰或者除噪聲小區(qū)以外僅限 定了一個區(qū)段時，如果噪聲小區(qū)被消除，則可能只有一個區(qū)段。相應(yīng)地，通 過組合噪聲小區(qū)將整個區(qū)域限定為一個區(qū)域。在圖10的10-1中，由于根據(jù) 組合噪聲小區(qū)的操作而使得整個區(qū)域被劃分成除噪聲小區(qū)之外的兩個區(qū)段， 所以所述兩個區(qū)段最終被組合。另一方面，當除噪聲小區(qū)以外限定了三個或更多的區(qū)段時，即使沒有限 定噪聲小區(qū)，也仍然保留三個區(qū)段。因此，僅噪聲小區(qū)能夠被組合。如圖10 的10-2中所示，即使將噪聲小區(qū)與其相鄰區(qū)段組合，也仍然保留三個區(qū)段， 因此該區(qū)域不能^皮組合。圖11中的示圖是通過將在圖9中獲得的結(jié)果應(yīng)用于上述消除和結(jié)合小區(qū) 噪聲的操作來獲得的。參照圖11，通過帶形片來劃分區(qū)域并且在該區(qū)域中存 在寬度或尺寸較小的噪聲小區(qū)。通過根據(jù)上述消除噪聲和組合其他區(qū)段來組 合噪聲小區(qū)能夠減少區(qū)段的總數(shù)。相應(yīng)地，通過消除和組合噪聲小區(qū)，多個 區(qū)段被識別為一個較大的區(qū)域，這使得機器人在一個區(qū)域中有效地工作。圖12A和圖12B分別是圖9和圖11中的示圖的左下部分的放大示圖。圖12A中表示利用帶形片來劃分區(qū)域的結(jié)果，該區(qū)域被相對有效地劃分， 但該區(qū)域在區(qū)段l-7可能由于噪聲小區(qū)而被劃分成更小的區(qū)段。如圖12B中所示，通過在操作270中將噪聲小區(qū)2、 11和25與相鄰區(qū) 段組合以及其后在操作280中將它們組合來將區(qū)段1-7組合成一個區(qū)域(l)。
例如，對于清潔機器人，如圖12B中所示，機器人通過利用帶形片掃描來劃分沒有障礙物的房間的區(qū)域，并且其后能夠通過消除小區(qū)噪聲以及同時 組合各區(qū)段來減少劃分的區(qū)段。結(jié)果，當清潔機器人單獨清潔房間中的各劃 分區(qū)段時，待清潔的區(qū)段減少，從而機器人能夠有效地清潔房間。圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的劃分機器人的覆蓋區(qū)域的裝置的方框圖。 根據(jù)本發(fā)明實施例的劃分裝置包括占有率柵格地圖產(chǎn)生單元1300、臨 界值應(yīng)用單元1310、自由空間噪聲消除單元1320、結(jié)構(gòu)空間地圖產(chǎn)生單元 1330、掃描方向獲得單元1340、劃分單元1350、噪聲小區(qū)消除單元1360和 組合單元1370。占有率柵格地圖產(chǎn)生單元1300允許機器人在自動行進的同時針對工作 的區(qū)域產(chǎn)生一冊才各地圖。通過占有率柵格地圖產(chǎn)生單元可以獲得多個柵格點， 這些柵格點是由0和1之間的概率值表示的概率柵格點。臨界值應(yīng)用單元1310在對所述概率值應(yīng)用臨界值并將所述概率值與臨 界值比較之后將概率柵格點的概率值轉(zhuǎn)換成0或1。由1代表的柵格點是墻 壁或障礙物占據(jù)的部分，其他柵格點構(gòu)成自由空間。自由空間噪聲消除單元1320通過腐蝕和膨脹來消除自由空間中的噪聲。 相應(yīng)地，通過經(jīng)腐蝕和膨脹或膨脹和腐蝕消除噪聲能夠獲得包括自由空間和 障礙物的地圖。結(jié)構(gòu)空間地圖產(chǎn)生單元1330利用腐蝕來獲得結(jié)構(gòu)空間地圖。通過考慮到 機器人的大小使墻壁或障礙物變厚，腐蝕減小自由空間。相應(yīng)地，機器人通 過使用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)空間地圖可以被視為 一個點并且劃分自由空間。掃描方向獲得單元1340在產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)空間地圖中找到最頻繁的線組，并 從該線組獲得掃描角度。為了在結(jié)構(gòu)空間地圖中對線進行搜索，可以執(zhí)行 Hough變換、Radon變換或直方圖方法。劃分單元1350通過在掃描方向掃描獲得的結(jié)構(gòu)空間地圖來對區(qū)域進行 劃分。通過利用帶形片來掃描結(jié)構(gòu)空間地圖，可減小由于傳感器誤差導致的 墻壁或障礙物周圍的不必要的劃分。劃分單元1350通過對各自由空間區(qū)段給 予ID來有效地劃分區(qū)域。噪聲小區(qū)消除單元1360將由劃分單元1350劃分的區(qū)段之中寬度或面積 比預(yù)定值小的區(qū)段確定為噪聲并將其消除。當區(qū)段被確定為噪聲小區(qū)時，它 可以與相鄰區(qū),殳組合。 組合單元1370在組合噪聲小區(qū)之后確定劃分是否正確，并隨后組合被不 正確地劃分的區(qū)段。組合單元1370在檢查出存在由于噪聲小區(qū)而劃分出的多 個區(qū)段的情況下將所述區(qū)段組合成一個區(qū)段。當由于不平滑的表面而導致限 定了多個噪聲小區(qū)并且因此而限定了多個區(qū)段時，組合單元1370消除噪聲小 區(qū)并嘗試組合所述多個區(qū)段。因此，防止了噪聲小區(qū)對區(qū)段進行劃分并且使 得機器人有效地工作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過利用帶形片來劃分區(qū)域，可以減少由感測墻 壁或障礙物時的誤差導致的墻壁或障礙物周圍的多個區(qū)段。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖，可以不考慮機器人的大 小而對區(qū)域進行劃分。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過組合在劃分過程中限定的作為多個小區(qū)段的 噪聲小區(qū)，機器人能夠有效地工作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過消除噪聲小區(qū)并組合劃分的區(qū)段，區(qū)域能夠 被劃分成機器人能夠?qū)嶋H工作的區(qū)段。雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解， 在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以 對這些實施例進行各種修改。
權(quán)利要求
1、一種劃分機器人的覆蓋區(qū)域的方法，該方法包括通過感測與障礙物的距離來產(chǎn)生包括以概率方式分布的柵格點的占有率柵格地圖；通過基于機器人的半徑和大小增加占有率柵格地圖中的障礙物和墻壁的厚度來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖；通過在結(jié)構(gòu)空間地圖中沿一個方向利用帶形片掃描區(qū)域來對該區(qū)域進行劃分。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，產(chǎn)生占有率柵格地圖的步驟包括 使用距離測量傳感器來感測所述距離。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括通過應(yīng)用臨界值來從占有率柵格 地圖產(chǎn)生劃分成自由空間或障礙物區(qū)域的^N各地圖。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括從所述劃分成自由空間或障礙物 區(qū)域的柵格地圖中消除自由空間噪聲。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，自由空間噪聲的消除是通過腐蝕和 膨脹來執(zhí)行的，腐蝕使得障礙物和墻壁的厚度增加至預(yù)定大小，膨脹使得障 礙物和墻壁的厚度減小至預(yù)定大小。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖的步驟包括通 過腐蝕來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖，該腐蝕使得障礙物和墻壁的厚度增加機器人的 半徑那么多。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括獲得與結(jié)構(gòu)空間地圖中的多數(shù)線 的方向垂直的帶形片的掃描方向。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，獲得掃描方向的步驟包括使用 Hough變換、Radon變換和直方圖方法中的至少一種來獲得與結(jié)構(gòu)空間地圖 中的多數(shù)線的方向垂直的帶形片的掃描方向。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括將寬度或面積小于預(yù)定大小的噪 聲小區(qū)與相鄰區(qū)段組合。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在組合噪聲小區(qū)之后組合兩個 相鄰的區(qū)段。
11、 一種劃分機器人的覆蓋區(qū)域的裝置，該裝置包括 占有率柵格地圖產(chǎn)生單元，通過感測與障礙物的距離來產(chǎn)生包括以概率方式分布的柵格點的占有率柵格地圖；結(jié)構(gòu)空間地圖產(chǎn)生單元，通過基于機器人的半徑和大小增加占有率柵格地圖中的障礙物和墻壁的厚度來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖；劃分單元，通過在結(jié)構(gòu)空間地圖中利用帶形片沿預(yù)定方向掃描區(qū)域來對 該區(qū)域進行劃分。
12、 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述占有率柵格地圖產(chǎn)生單元使 用距離測量傳感器來感測所述距離。
13、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述距離測量傳感器是超聲波傳 感器、紅外傳感器和激光傳感器中的至少一種。
14、 如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括臨界值應(yīng)用單元，通過應(yīng)用臨 界值來從占有率柵格地圖產(chǎn)生劃分成自由空間或障礙物區(qū)域的柵格地圖。
15、 如權(quán)利要求14所述的裝置，還包括自由空間噪聲消除單元，從所 述劃分成自由空間和障礙物區(qū)域的柵格地圖中消除自由空間噪聲。
16、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述自由空間噪聲消除單元執(zhí)行 腐蝕并執(zhí)行膨脹，腐蝕使得障礙物和墻壁的厚度增加至預(yù)定大小，膨脹使得 障礙物和墻壁的厚度減小至預(yù)定大小。
17、 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述結(jié)構(gòu)空間地圖產(chǎn)生單元通過 腐蝕來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖，該腐蝕使得障礙物和墻壁的厚度增加機器人的半 徑那么多。
18、 如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括掃描方向獲得單元，獲得與結(jié) 構(gòu)空間地圖中的多數(shù)線的方向垂直的帶形片的掃描方向。
19、 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述掃描方向獲得單元使用Hough 變換、Radon變換和直方圖方法中的至少一種來獲得與結(jié)構(gòu)空間地圖中的多 數(shù)線的方向垂直的帶形片的掃描方向。
20、 如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括噪聲小區(qū)消除單元，將寬度或 面積小于預(yù)定大小的噪聲小區(qū)與相鄰區(qū)段組合。
21、 如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括組合單元，在組合噪聲小區(qū)之 后組合兩個相鄰的區(qū)段。
全文摘要
提供了一種劃分機器人的覆蓋區(qū)域的方法及其裝置。也就是說，提供了一種產(chǎn)生用于機器人工作的空間地圖并將該空間地圖分成至少一個區(qū)段的方法及其裝置。該方法包括通過感測與障礙物的距離來產(chǎn)生包括以概率方式分布的柵格點的占有率柵格地圖；通過基于機器人的半徑和大小增加占有率柵格地圖中的障礙物和墻壁的厚度來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)空間地圖；通過在結(jié)構(gòu)空間地圖中利用帶形片掃描區(qū)域來對該區(qū)域進行劃分。
文檔編號G01C3/00GK101126645SQ20071010220
公開日2008年2月20日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者姜政碗, 方錫元, 鉉 明, 李受珍, 鄭明振, 金諦鐘 申請人:三星電子株式會社