本發(fā)明涉及一種機器人，尤其涉及一種定位導(dǎo)航裝置，其具有虛擬墻功能。

背景技術(shù)：

在機器人業(yè)界，虛擬墻是指由于某些原因，需要設(shè)置禁止通過的邊界來防止機器人進入某個區(qū)域，例如是有貴重易碎物品的區(qū)域；對機器人來說，相當于在該邊界線上設(shè)立了一面真實墻，但在現(xiàn)實環(huán)境中卻不存在。

自主定位導(dǎo)航是實現(xiàn)服務(wù)機器人實用化的關(guān)鍵技術(shù)，它允許機器人自主地通過傳感器數(shù)據(jù)實時定位并構(gòu)建出所在環(huán)境的地圖信息，進一步實現(xiàn)導(dǎo)航。專利文獻cn106323269公開了一種自主定位導(dǎo)航設(shè)備，其為一種模塊化的高度集成的機器人定位導(dǎo)航裝置，可實現(xiàn)通過收集諸如激光雷達、攝像頭等外部傳感器獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)進行自主的同步定位與建圖(slam)并控制宿主系統(tǒng)，例如掃地機器人，在任意環(huán)境當中進行自主的行動和路徑規(guī)劃。

在耦合了該設(shè)備的機器人上實現(xiàn)虛擬墻功能，目前有以下兩種方式：

一是有源虛擬墻，其通過有源發(fā)射器件發(fā)射紅外信號或超聲信號，通過機器人配置的紅外或超聲接收器接收該信號，以實現(xiàn)避開有該信號的區(qū)域的效果；

二是磁界線虛擬墻，其通過磁條貼在限制區(qū)域邊界上，機器人運動到該區(qū)域，通過攜帶的相關(guān)傳感器檢測到磁條，以實現(xiàn)避開該區(qū)域的效果。

不難歸納出，上述實現(xiàn)方式均需在宿主設(shè)備和自主定位導(dǎo)航設(shè)備之外，配置額外的硬件設(shè)備輔助實施，且改變了環(huán)境，顯然，這些方式的實施除了使用上的不便外，也提高了成本，這是現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具虛擬墻功能的定位導(dǎo)航裝置和機器人，它們使得用純軟件的方式在機器人上實現(xiàn)虛擬墻功能成為可能。

本發(fā)明的思路是用戶在網(wǎng)頁應(yīng)用程序或客戶端應(yīng)用程序的交互界面中設(shè)置虛擬墻后，將此信息發(fā)送至本發(fā)明的機器人，機器人將虛擬墻當做真實墻，在路徑規(guī)劃中避障。

本發(fā)明的具虛擬墻功能的定位導(dǎo)航裝置，包括內(nèi)部傳感器和裸露在該裝置外的環(huán)境傳感器，其特征是該裝置還包括執(zhí)行如下步驟的程序：

獲取模塊經(jīng)由通信模塊捕獲設(shè)置的虛擬墻信息；

采用hough變換算法提取虛擬墻中的直線信息；

利用二分法構(gòu)建更新分段查找樹，結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)，查找各個角度下觀測數(shù)據(jù)，產(chǎn)生融合后的觀測數(shù)據(jù)；

利用raytrace算法，構(gòu)建全局導(dǎo)航地圖；

利用啟發(fā)式搜索算法，結(jié)合宿主設(shè)備的起點和終點，搜索一條平滑無碰撞路徑；

利用動態(tài)窗口算法，尋找可行的窗口；

對速度進行平滑處理，下發(fā)移動宿主設(shè)備的控制指令。

所述內(nèi)部傳感器包括陀螺儀、加速度計和電子羅盤。

所述環(huán)境傳感器是激光雷達和/或視覺傳感器。

本發(fā)明還提供一種具虛擬墻功能的機器人，包括自動定位導(dǎo)航裝置，其特征是：該自動定位導(dǎo)航裝置如上所述。

所述機器人為掃地機器人或安防巡邏機器人。

本發(fā)明的機器人通過耦合的定位導(dǎo)航裝置，接受設(shè)置好的虛擬墻信息后，提取其中的直線信息，結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)，產(chǎn)生融合后的觀測數(shù)據(jù)并構(gòu)建全局導(dǎo)航地圖，從而可以基于純軟件方式實現(xiàn)機器人的虛擬墻避障，在使用中不改變環(huán)境，無需額外輔助設(shè)備，生產(chǎn)成本低；

可根據(jù)具體情況切換或變更虛擬墻的位置和形狀，使用更加方便、靈活、快捷；

且克服了傳統(tǒng)技術(shù)中干擾帶來的運動行為異?，F(xiàn)象，其精度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的定位導(dǎo)航裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的定位導(dǎo)航裝置的程序流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖給出較佳實施例，以對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參看圖1，在硬件上，本發(fā)明的定位導(dǎo)航裝置包括內(nèi)部傳感器11、環(huán)境傳感器12、和算法運算單元13，內(nèi)部傳感器是集成在本裝置內(nèi)部的pcb上的一系列傳感器，包含了陀螺儀、加速度計和電子羅盤等慣性導(dǎo)航傳感器，其是原本需要外部宿主系統(tǒng)具備的，現(xiàn)無需外部宿主系統(tǒng)的協(xié)助，即可自行采集相關(guān)的數(shù)據(jù)；激光雷達、視覺傳感器(攝像頭)是優(yōu)先采用的環(huán)境傳感器，由于需要對外部環(huán)境進行直接的測量和觀測，而必須裸露在系統(tǒng)外部。

本發(fā)明的定位導(dǎo)航裝置具有高度模塊化的特點，極大地降低了與機器人宿主系統(tǒng)、例如掃地機器人或安防巡邏機器人的耦合度，便于快速整合進入現(xiàn)有的機器人宿主系統(tǒng)并可靈活擴展。

參看圖2，在軟件上，本發(fā)明包括若干為了實現(xiàn)虛擬墻功能的程序模塊，它們是通信模塊21，其用于與虛擬墻的設(shè)置終端傳遞信息，起到橋梁的作用；獲取模塊22，其用于獲取設(shè)置好的虛擬墻信息，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)存儲；直線提取模塊23，其利用hough變換算法，提取虛擬墻中的直線信息，過濾多余噪點，以提供更加精確的數(shù)據(jù)，是分段查找樹構(gòu)建及快速查找的前提；分段查找樹構(gòu)建模塊24，其用于利用直線提取模塊提取的直線信息，利用二分法構(gòu)建分段查找樹，加快多傳感器數(shù)據(jù)融合效率；觀測數(shù)據(jù)融合模塊25，其用于結(jié)合分段查找樹以及系統(tǒng)所連接多傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合角度信息，進行傳感器數(shù)據(jù)融合，獲得用于決策控制部分多傳感器融合信息，為導(dǎo)航避障功能提供數(shù)據(jù)支撐；

任務(wù)管理調(diào)度模塊26，該模塊主要用于管理用戶下發(fā)的導(dǎo)航任務(wù)，包括設(shè)置任務(wù)序列、任務(wù)分發(fā)、任務(wù)執(zhí)行邏輯、調(diào)用路徑規(guī)劃服務(wù)等部分，是整個系統(tǒng)的控制中心；

地圖構(gòu)建存儲模塊27，用于利用直線提取模塊提取的虛擬墻信息，實時更新導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)，主要利用slam相關(guān)算法，構(gòu)建環(huán)境地圖，是智能移動算法最核心模塊，該模塊主要為了便于在路徑規(guī)劃時，規(guī)劃出繞開虛擬墻的路徑；

自主定位模塊28，基于當前傳感器信息，利用相關(guān)匹配算法，獲得當前位姿信息，使得智能設(shè)備實時知道自己在環(huán)境中所處位置，解決″whereami″(我在哪里)問題；

全局路徑規(guī)劃模塊29，利用啟發(fā)式搜索算法，搜索起點到終點全局無碰撞最優(yōu)路徑，指引智能設(shè)備完成設(shè)定的導(dǎo)航任務(wù)，解決″howtogo″(怎么走)問題；局部路徑規(guī)劃模塊291，結(jié)合當前速度信息，利用動態(tài)窗口算法產(chǎn)生平滑的無碰撞控制決策，使得智能設(shè)備可以無碰撞的完成指定的導(dǎo)航任務(wù)；

運動控制模塊292，結(jié)合智能設(shè)備運動模型，產(chǎn)生運動控制決策，控制智能設(shè)備以一定的速度平滑無碰撞的移動；

智能移動模塊293，其接收運動控制模塊指令，控制設(shè)備無碰撞移動。

上述程序模塊組合起來可執(zhí)行以下步驟：

步驟一：獲取模塊捕獲由通信模塊發(fā)來的虛擬墻信息；

步驟二：在直線提取模塊，采用hough變換算法，對虛擬墻信息進行相應(yīng)處理，標注其生命周期、起點、終點、提取直線特性；

步驟三：根據(jù)直線起點、終點的角度信息，利用二分法構(gòu)建更新分段查找樹；

步驟四：根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)信息，結(jié)合分段查找樹，查找各個角度下觀測數(shù)據(jù)，產(chǎn)生融合后的各個角度下的觀測數(shù)據(jù)；

步驟五：利用多傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合raytrace算法，構(gòu)建全局導(dǎo)航地圖；

步驟六：當通信模塊收到導(dǎo)航任務(wù)后，利用全局導(dǎo)航地圖，及實時自定位信息，利用啟發(fā)式搜索算法，結(jié)合智能設(shè)備起點終點，搜索一條平滑無碰撞路徑；如果終點不可達，結(jié)束當前任務(wù)；如果有，則進入下一步驟；

步驟七：利用動態(tài)窗口算法，搜索可行窗口及控制策略；如果找到該窗口，則進入下一步驟，否則，轉(zhuǎn)入上一步驟，嘗試搜索其他可達路徑；

步驟八：對速度進行平滑處理，下發(fā)控制指令到宿主設(shè)備，控制宿主設(shè)備移動。

與現(xiàn)有虛擬墻技術(shù)相比，本發(fā)明不需要額外輔助的硬件設(shè)備，額外的生產(chǎn)成本，使用更加方便、靈活、快捷，此外，不用改變環(huán)境，增添刪除更加方便，更加智能化，同時，也克服了干擾帶來的運動行為異常，更加的精確、可靠。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。