本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，特別是用于移動(dòng)機(jī)器人的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建方法和導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人已可運(yùn)用于各種場(chǎng)合用于代替人力完成各項(xiàng)任務(wù)，是一種具有高度自規(guī)劃、自組織、自適應(yīng)能力的機(jī)械，可在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境中工作，在有效的空間、時(shí)間內(nèi)高效地完成各類任務(wù)，目前被廣泛應(yīng)用于物流、探測(cè)、服務(wù)等領(lǐng)域。移動(dòng)機(jī)器人的地圖創(chuàng)建和導(dǎo)航是移動(dòng)機(jī)器人的核心技術(shù)，一直是人們研究的重點(diǎn)。由于環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化和不可預(yù)測(cè)性、移動(dòng)機(jī)器人感知手段不完備等各種原因，移動(dòng)機(jī)器人的地圖創(chuàng)建和導(dǎo)航的設(shè)計(jì)難度很大。

移動(dòng)機(jī)器人的地圖可以分為幾何地圖和拓?fù)涞貓D。幾何地圖又可以分為柵格地圖和特征地圖，其中，柵格地圖的在柵格數(shù)量逐漸增大時(shí)，對(duì)于地圖的維護(hù)所占用的內(nèi)存和cpu時(shí)間迅速增加，使移動(dòng)機(jī)器人的處理器在實(shí)時(shí)處理變得非常困難；特征地圖由一系列包含位置信息的特征組成，需要對(duì)感知信息做額外的處理，且需要一定數(shù)量的感知數(shù)據(jù)才能得到結(jié)果；拓?fù)涞貓D由環(huán)境中特征位置或區(qū)域組成的節(jié)點(diǎn)及其連接關(guān)系構(gòu)成，根據(jù)連接關(guān)系信息，移動(dòng)機(jī)器人可從一個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域，拓?fù)涞貓D抽象度高，適用于大環(huán)境的結(jié)構(gòu)化描述，但目前還沒(méi)有較好的解決方案。

現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)包括跟隨路徑導(dǎo)引、視覺(jué)匹配、信標(biāo)導(dǎo)航、全球定位等。其中，跟隨路徑導(dǎo)引存在維護(hù)成本高、不靈活的缺點(diǎn)；視覺(jué)匹配存在計(jì)算量大且受環(huán)境光影響較大；信標(biāo)導(dǎo)航則需要布設(shè)信標(biāo)，環(huán)境適應(yīng)性較差；全球定位精度較低，不能滿足移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)際導(dǎo)航需要。

總體來(lái)說(shuō)，目前移動(dòng)機(jī)器人的地圖創(chuàng)建方法及導(dǎo)航方法還需要進(jìn)一步的優(yōu)化和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種新的移動(dòng)機(jī)器人的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種移動(dòng)機(jī)器人的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建方法，包括以下步驟,s1：根據(jù)獲取的移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置的環(huán)境信息構(gòu)建當(dāng)前區(qū)域；s2：判斷當(dāng)前區(qū)域是否符合子區(qū)域劃分條件，如果是則進(jìn)入步驟s3，如果否進(jìn)入步驟s4；s3：將當(dāng)前區(qū)域的劃分為包括當(dāng)前位置子區(qū)域在內(nèi)的至少兩個(gè)通過(guò)邊界相連的子區(qū)域，其中，當(dāng)前位置子區(qū)域?yàn)椴环献訁^(qū)域劃分條件的區(qū)域，然后進(jìn)入步驟s5；s4：將當(dāng)前區(qū)域作為當(dāng)前位置子區(qū)域；s5：在當(dāng)前位置子區(qū)域創(chuàng)建局部地圖并存儲(chǔ)；s6：判斷是否存在未創(chuàng)建局部地圖的子區(qū)域，如果是則進(jìn)入步驟s7，如果否則進(jìn)入步驟s8；s7：移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至未創(chuàng)建局部地圖的子區(qū)域，更新當(dāng)前位置信息后返回步驟s1；s8：以子區(qū)域?yàn)楣?jié)點(diǎn)、邊界為邊創(chuàng)建拓?fù)涞貓D。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟s1是通過(guò)激光雷達(dá)獲取移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置的環(huán)境信息。

具體地，所述步驟s2中的子區(qū)域劃分條件包括傳感器獲取的障礙信息和/或傳感器感應(yīng)距離。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟s5中的局部地圖包括脫困地圖、slam地圖、覆蓋地圖和傳感器地圖。

本發(fā)明的目的之二在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種基于拓?fù)涞貓D且高效的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方法的技術(shù)方案如下：

一種移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方法，該方法基于拓?fù)涞貓D，該導(dǎo)航方法還包括以下步驟：步驟1：獲取移動(dòng)機(jī)器人的目標(biāo)點(diǎn)位置；步驟2：判斷移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置是否位于拓?fù)涞貓D的節(jié)點(diǎn)中，如果是，則進(jìn)入步驟s3，如果否則進(jìn)行全局規(guī)劃，然后進(jìn)入步驟5；步驟3：根據(jù)拓?fù)涞貓D尋找節(jié)點(diǎn)路徑；步驟4：根據(jù)節(jié)點(diǎn)的局部地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃；步驟5：執(zhí)行路徑規(guī)劃結(jié)果。

在本發(fā)明方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述步驟4按以下子步驟順序依次進(jìn)行路徑規(guī)劃：步驟41：在融合了脫困地圖、slam地圖、覆蓋地圖和傳感器地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，如果規(guī)劃不成功，則進(jìn)入步驟42；步驟42：在融合了slam地圖、覆蓋地圖和傳感器地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，如果規(guī)劃不成功，則進(jìn)入步驟43；步驟43：在融合了覆蓋地圖和傳感器地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，如果規(guī)劃不成功，則進(jìn)入步驟43；步驟44：在僅包括覆蓋地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利申請(qǐng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明揭示的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建方法通過(guò)結(jié)合移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前環(huán)境特征判斷是否進(jìn)行子區(qū)域的劃分和如何劃分，子區(qū)域的劃分更為合理且降低了算法的復(fù)雜性；本發(fā)明揭示的移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方法提高了移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航效率和靈活性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明專利申請(qǐng)的移動(dòng)機(jī)器人的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建流程圖；

圖2為本發(fā)明專利申請(qǐng)實(shí)施例中的移動(dòng)機(jī)器人的環(huán)境示意圖；

圖3a為移動(dòng)機(jī)器人在圖2環(huán)境中p1位置的示意圖；

圖3b為移動(dòng)機(jī)器人在p1位置時(shí)，激光雷達(dá)獲取的環(huán)境信息示意圖；

圖3c為移動(dòng)機(jī)器人在p1位置時(shí)的子區(qū)域劃分示意圖；

圖4a為移動(dòng)機(jī)器人在圖2環(huán)境中p2位置的示意圖；

圖4b為移動(dòng)機(jī)器人在p2位置時(shí)，激光雷達(dá)獲取的環(huán)境信息示意圖；

圖4c為移動(dòng)機(jī)器人在p2位置時(shí)的子區(qū)域劃分示意圖；

圖5為移動(dòng)機(jī)器人在圖2所示環(huán)境完成所有子區(qū)域劃分的示意圖；

圖6為依據(jù)圖5的子區(qū)域劃分創(chuàng)建的拓?fù)涞貓D；

圖7為本發(fā)明專利申請(qǐng)的導(dǎo)航方法流程圖；

圖8為圖7中的節(jié)點(diǎn)局部地圖路徑規(guī)劃示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例主要對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建方法進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例中的移動(dòng)機(jī)器人以室內(nèi)清潔機(jī)器人為例進(jìn)行說(shuō)明。室內(nèi)清潔機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)包括定位模塊、傳感器模塊、運(yùn)動(dòng)模塊和控制模塊，其中，定位模塊包括激光雷達(dá)、里程計(jì)，傳感器模塊包括限位開(kāi)關(guān)、紅外傳感器及超聲波傳感器，控制模塊包括驅(qū)動(dòng)輪和測(cè)速機(jī)構(gòu)，定位模塊及傳感器模塊將獲取的環(huán)境信息傳輸至控制模塊，運(yùn)動(dòng)模塊接收控制模塊的指令并執(zhí)行。

結(jié)合圖1至圖6，室內(nèi)清潔機(jī)器人的拓?fù)涞貓D創(chuàng)建方法包括以下步驟：

s1：根據(jù)獲取的移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置的環(huán)境信息構(gòu)建當(dāng)前區(qū)域；

室內(nèi)清潔機(jī)器人通過(guò)激光雷達(dá)獲取環(huán)境信息并提取環(huán)境特征，如角點(diǎn)、平面等，這些環(huán)境特征構(gòu)成了室內(nèi)清潔機(jī)器人當(dāng)前區(qū)域。如圖3a所示，移動(dòng)機(jī)器人在p1位置時(shí)，激光雷達(dá)通過(guò)掃描周圍環(huán)境信息，得到的激光點(diǎn)圖如圖3b所示，這些激光點(diǎn)圖形成了室內(nèi)清潔機(jī)器人當(dāng)前區(qū)域。

s2：判斷當(dāng)前區(qū)域是否符合子區(qū)域劃分條件，如果是則進(jìn)入步驟s3，如果否進(jìn)入步驟s4；

在此步驟中，主要根據(jù)當(dāng)前區(qū)域信息確定是否劃分子區(qū)域，如圖3b所示，室內(nèi)清潔機(jī)器人在p1位置時(shí)激光雷達(dá)獲取環(huán)境信息后得到的激光點(diǎn)圖在右上角有一缺口，即角點(diǎn)a、b之間的間隙，表明當(dāng)前區(qū)域的邊界或該區(qū)域的障礙在激光雷達(dá)的探測(cè)范圍之外，因而符合子區(qū)域劃分條件；當(dāng)激光點(diǎn)圖形成一個(gè)封閉的區(qū)域時(shí)，則認(rèn)為不符合子區(qū)域劃分條件。如圖4b所示，室內(nèi)清潔機(jī)器人在p2位置時(shí)，激光點(diǎn)圖在上方和右方各存在一缺口，其中上方的缺口是因?yàn)榧す饫走_(dá)的探測(cè)距離限制形成的，右側(cè)的缺口則代表門。

s3：將當(dāng)前區(qū)域的劃分為包括當(dāng)前位置子區(qū)域在內(nèi)的至少兩個(gè)通過(guò)邊界相連的子區(qū)域，其中，當(dāng)前位置子區(qū)域?yàn)椴环献訁^(qū)域劃分條件的區(qū)域，然后進(jìn)入步驟s5。

根據(jù)步驟s2中的描述，當(dāng)室內(nèi)清潔機(jī)器人位于p1位置時(shí)，激光雷達(dá)通過(guò)掃描周圍環(huán)境信息得到了如圖3b所示激光點(diǎn)圖，在角點(diǎn)a、b之間存在激光雷達(dá)不能探測(cè)到的未知區(qū)域，此時(shí)，將角點(diǎn)a、b之間的連線作為邊界處理，如圖3c所示，邊界①將激光點(diǎn)圖形成的當(dāng)前區(qū)域圖劃分為當(dāng)前位置子區(qū)域r1和另一子區(qū)域r2，也就是說(shuō)，子區(qū)域r1和子區(qū)域r2通過(guò)邊界①連接，室內(nèi)清潔機(jī)器人可以通過(guò)邊界①來(lái)往于子區(qū)域r1和子區(qū)域r2。需要說(shuō)明的是，邊界①在以后的子區(qū)域劃分時(shí)作為障礙邊緣處理，邊界①和3b所示激光點(diǎn)圖構(gòu)成了閉合的當(dāng)前位置子區(qū)域r1，子區(qū)域r1不再符合子區(qū)域劃分條件。

s4：將當(dāng)前區(qū)域作為當(dāng)前位置子區(qū)域，然后進(jìn)入s5。

如果激光雷達(dá)掃描周圍環(huán)境形成的是一個(gè)閉合的激光點(diǎn)圖區(qū)域，則表明該區(qū)域已被激光雷達(dá)完全探測(cè)到，不需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行區(qū)域劃分，將其作為當(dāng)前子區(qū)域處理，然后進(jìn)入s5。

s5：在當(dāng)前位置子區(qū)域創(chuàng)建局部地圖并存儲(chǔ)。

在完成當(dāng)前位置子區(qū)域的創(chuàng)建后，在當(dāng)前位置子區(qū)域進(jìn)行局部地圖創(chuàng)建，如在子區(qū)域r1進(jìn)行局部地圖創(chuàng)建時(shí)，將邊界①作為障礙物處理，因此移動(dòng)機(jī)器人（室內(nèi)清潔機(jī)器人）不會(huì)越過(guò)邊界①進(jìn)入子區(qū)域r2的。子區(qū)域的局部地圖包括脫困地圖、slam地圖、覆蓋地圖及傳感器地圖的創(chuàng)建及存儲(chǔ)。其中，脫困地圖標(biāo)記有移動(dòng)機(jī)器人（室內(nèi)清潔機(jī)器人）可以到達(dá)但容易困住的區(qū)域，如門檻、狹小通道等；slam地圖是通過(guò)激光雷達(dá)實(shí)時(shí)形成的地圖，并實(shí)時(shí)覆蓋；覆蓋地圖標(biāo)記有移動(dòng)機(jī)器人所覆蓋過(guò)的區(qū)域；傳感器地圖標(biāo)記有通過(guò)紅外、超聲波等傳感器探測(cè)到有障礙物的區(qū)域。

s6：判斷是否存在未創(chuàng)建局部地圖的子區(qū)域，如果是則進(jìn)入步驟s7，如果否則進(jìn)入步驟s8。

在完成當(dāng)前位置子區(qū)域r1的局部地圖創(chuàng)建后，判斷是否還存在未創(chuàng)建局部地圖的子區(qū)域，然后進(jìn)入對(duì)應(yīng)的步驟進(jìn)行處理。

s7：移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至未創(chuàng)建局部地圖的子區(qū)域，更新當(dāng)前位置信息后返回步驟s1。

如圖4a所示，在完成當(dāng)前位置子區(qū)域r1的局部地圖創(chuàng)建后，還存在未創(chuàng)建局部地圖的子區(qū)域r2，因此移動(dòng)機(jī)器人（室內(nèi)清潔機(jī)器人）將穿越邊界①到達(dá)子區(qū)域r2的p2位置，然后將p2位置更新為當(dāng)前位置，然后再返回步驟s1。

s8：以子區(qū)域?yàn)楣?jié)點(diǎn)、邊界為邊創(chuàng)建拓?fù)涞貓D。

如圖5所示，為完成所有子區(qū)域地圖的局部地圖創(chuàng)建后的環(huán)境地圖，然后以子區(qū)域?yàn)轫旤c(diǎn)，以邊界為邊創(chuàng)建拓?fù)涞貓D，建好后的拓?fù)涞貓D如圖6所示。

實(shí)施例2

本實(shí)施例主要對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方法進(jìn)行說(shuō)明。

請(qǐng)結(jié)合圖7和圖8，本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方法基于實(shí)施例1中方法創(chuàng)建的拓?fù)涞貓D，具體包括以下步驟：

步驟1：獲取移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置及目標(biāo)點(diǎn)位置。

移動(dòng)機(jī)器人（室內(nèi)清潔機(jī)器人）的定位子系統(tǒng)根據(jù)激光雷達(dá)定位傳感器實(shí)時(shí)采集的距離信息以及運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)通過(guò)左右編碼器計(jì)算出里程計(jì)信息，從而得到移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置信息；移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)解析導(dǎo)航指令獲得目標(biāo)點(diǎn)的位置信息。

步驟2：判斷移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)位置是否同時(shí)位于拓?fù)涞貓D的節(jié)點(diǎn)中，如果是，則進(jìn)入步驟3，如果否則進(jìn)行全局規(guī)劃，然后進(jìn)入步驟5。

根據(jù)獲取到的移動(dòng)機(jī)器人的當(dāng)前位置信息和目標(biāo)點(diǎn)的位置信息，確認(rèn)上述兩個(gè)位置信息是否同時(shí)位于拓?fù)涞貓D的節(jié)點(diǎn)中，如果是則進(jìn)入步驟3；如果不是（包括只有一個(gè)位置信息位于拓?fù)涞貓D的節(jié)點(diǎn)中和兩個(gè)位置信息都沒(méi)有位于拓?fù)涔?jié)點(diǎn)中的情況），則進(jìn)行全局規(guī)劃，如使用a*算法或d*算法進(jìn)行導(dǎo)航，然后進(jìn)入步驟5。

步驟3：根據(jù)拓?fù)涞貓D尋找節(jié)點(diǎn)路徑。

如圖6所示，如果移動(dòng)機(jī)器人位于r2區(qū)域，而目標(biāo)點(diǎn)位于r5區(qū)域，則移動(dòng)機(jī)器人依次經(jīng)過(guò)邊界③、子區(qū)域r4、邊界④進(jìn)入子區(qū)域r5，或依次經(jīng)過(guò)邊界③、子區(qū)域r4、邊界⑤、子區(qū)域r6、邊界⑥、子區(qū)域r7、邊界⑦進(jìn)入子區(qū)域r5。

步驟4：根據(jù)節(jié)點(diǎn)的局部地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃。

本實(shí)施例中的局部地圖包含有脫困地圖、slam地圖、覆蓋地圖及傳感器地圖，在節(jié)點(diǎn)所代表的子區(qū)域的局部地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)按照以下步驟進(jìn)行：步驟41：在融合了脫困地圖、slam地圖、覆蓋地圖和傳感器地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，如果規(guī)劃不成功，則進(jìn)入步驟42；步驟42：在融合了slam地圖、覆蓋地圖和傳感器地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，如果規(guī)劃不成功，則進(jìn)入步驟43；步驟43：在融合了覆蓋地圖和傳感器地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，如果規(guī)劃不成功，則進(jìn)入步驟43；步驟44：在僅包括覆蓋地圖的局部地圖上進(jìn)行路徑規(guī)劃，覆蓋地圖表示的移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)經(jīng)過(guò)的區(qū)域，因此可以確保路徑規(guī)劃成功。

步驟5：執(zhí)行路徑規(guī)劃結(jié)果。

移動(dòng)機(jī)器人按路徑規(guī)劃圖運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)，如果全局規(guī)劃不成功，則規(guī)劃失敗，移動(dòng)機(jī)器人發(fā)出規(guī)劃失敗提示。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，不認(rèn)定本發(fā)明只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下所作出的等同替代或明顯變形，且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。