一种边界标记方法及移动机器人技术

本发明专利技术公开一种边界标记方法及移动机器人，包括：在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界；其中，反馈光信号是扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号经过障碍物反射获得的。扇形距离传感器发射出球面棱锥式光信号去探测最大有效测距区域内的环境轮廓中的三维点云，并利用这些三维点云去标记出地图上的边界和描述环境，相对于激光雷达扫描轮廓，扇形距离传感器不需要旋转扫描发射，而且只发射一束球面棱锥式光信号，出射均匀性较好，保证测距的精准度，同时开模成本适中，适合大规模产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种边界标记方法及移动机器人
本专利技术涉及移动机器人导航定位的
，特别是一种边界标记方法及移动机器人。
技术介绍
具有自动行动的移动机器人，这几年发展迅速，例如常见的家居清洁类扫地机。目前常见的slam技术有视觉导航、激光导航、惯性导航等。其中，激光导航的用户体验较好，主要是在于它能够提前把房间轮廓扫描出来，以便呈现在用户的地图界面中进行导航定位，比较直观，但是激光雷达存在装配缺点，主要是需要一个旋转的激光机构，在机器的模具上镂空或者开设凸起，从而提高生产成本。
技术实现思路
本专利技术不使用激光雷达去旋转扫描环境边界，而是采用不旋转的扇形距离传感器，实现一定视角范围的边界的标记扫描。具体的技术方案如下：一种边界标记方法，包括：在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界；其中，扇形距离传感器安装在移动机器人的前端；其中，反馈光信号是扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号经过障碍物反射获得的。与现有技术相比，本技术方案发射出球面棱锥式光信号去探测最大有效测距区域内的环境轮廓中的三维点云，并利用这些三维点云去标记出地图上的边界和描述环境，相对于激光雷达扫描轮廓，扇形距离传感器不需要旋转扫描发射，而且只发射一束球面棱锥式光信号，出射均匀性较好，保证测距的精准度，同时开模成本适中，适合大规模产业化。进一步地，所述根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界具体包括：在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，若扇形距离传感器接收到反馈光信号，则根据这个反馈光信号计算出反射所述反馈光信号的障碍物与所述扇形距离传感器的距离信息，再基于这个距离信息在地图上标记出反射所述反馈光信号的障碍物的轮廓位置，使得这个障碍物的轮廓位置成为扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界。进一步地，所述根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界具体包括：在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，若扇形距离传感器没有接收到反馈光信号，则确定移动机器人没有探测到当前行走方向的两侧的障碍物及当前位置的前方的障碍物，然后将扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号覆盖形成的球面棱锥式传感区的边界标记为移动机器人在当前位置的有效测距区域的地图边界；其中，球面棱锥式传感区是一种球面棱锥状的三维空间。该技术方案中，扇形距离传感器发射出的球面棱锥式光信号在无障碍物遮挡反射的前提下，构建出一个球面四棱锥状的三维有效测距空间，不需要构建过大过广的三维点云空间边界。进一步地，还包括：通过改变所述预设规划路径的路径方向来调节移动机器人的行走方向，使得扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域覆盖当前工作区域。在该技术方案中，随着移动机器人的行走方向改变，其发射的球面棱锥式光信号的有效测距区域的覆盖范围变得更广，从而能够将周围环境都扫描标记在地图上。进一步地，还包括：控制移动机器人的摄像头采集图像信息以进行视觉定位；控制移动机器人的扇形距离传感器从其前端的球面棱锥式传感区的内部获取距离信息，然后将摄像头采集的图像信息的视觉定位结果和扇形距离传感器获取的距离信息相互补充融合以减少扫描的边界的盲区，再将补充融合的定位结果标记到地图上。本技术方案利用不同类型的传感器的采集数据完成边界信息的融合定位，标记构建起较为完整的环境轮廓边界。进一步地，所述控制移动机器人的扇形距离传感器从其前端的球面棱锥式传感区的内部获取距离信息的方法包括：控制所述扇形距离传感器调制发射出一束球面棱锥式光信号，其中，这个球面棱锥式光信号的最大的有效测距区域为所述球面棱锥式传感区；当所述扇形距离传感器接收所述球面棱锥式传感区内的障碍物反射回的反馈光信号时，根据接收到这个反馈光信号记录的飞行时间去计算获取对应的障碍物的边界位置相对于所述扇形距离传感器的距离信息。该技术方案可视为控制扇形距离传感器在同一位置处发射球面棱锥式光信号和接收经障碍物反射的这个球面棱锥式光信号（反馈光信号），然后通过球面棱锥式光信号的飞行时间去计算确定障碍物相对于该位置的距离信息，进而确定障碍物的边界轮廓。进一步地，所述球面棱锥式传感区的内部的三维点云相对于所述扇形距离传感器的距离都是处于所述扇形距离传感器的有效测距范围内；其中，所述扇形距离传感器的有效测距范围的最大值是最大有效测距距离；其中，所述球面棱锥式光信号在移动机器人的行进平面上的投影是水平扇形区域，这个水平扇形区域是以所述扇形距离传感器的安装位置为顶点、所述最大有效测距距离为半径的扇形。在该技术方案中，所述扇形距离传感器发射出条状的光路，用于探测机体前方一定角度范围内的障碍物。进一步地，所述球面棱锥式光信号在移动机器人的行进平面上存在一个水平视角，所述球面棱锥式光信号在移动机器人的行进平面的垂直方向上存在一个竖直视角，其中，水平视角大于竖直视角。该技术方案可以控制所述扇形距离传感器在移动机器人的行进平面上测量一个扇形的角度，例如120度，而在移动机器人的行进平面的垂直方向上测量比较窄的视角范围，例如10度，因此，移动机器人行进平面是扇形的、垂直于移动机器人行进平面上有一定高度的条状的光，相对发射面光源扫描的方式来说比较好实现小面积探测光信号的光照覆盖均匀性。从而测量类似球面四棱锥状的三维空间覆盖的区域内的窄3D的点云信息。进一步地，所述将摄像头采集的图像信息的视觉定位结果和扇形距离传感器获取的距离信息相互补充融合以减少扫描的边界的盲区的方法包括：当检测到摄像头当前采集的图像信息不完全覆盖局部定位区域的边界时，使用所述扇形距离传感器当前发射形成的一个球面棱锥式传感区的内部的三维点云的距离信息完成同一地图上的局部定位区域的边界的位姿信息的补充；其中，局部定位区域是同时处于移动机器人的摄像头的当前视角范围和所述扇形距离传感器当前发射形成的一个球面棱锥式传感区的重合区域。该技术方案利用使用所述扇形距离传感器形成的球面棱锥式传感区内的三维点云信息去构建近距离小面积的边界，克服摄像头受光照环境和安装位置的影响而无法定位局部区域的边界的技术缺陷。进一步地，所述将摄像头采集的图像信息的视觉定位结果和扇形距离传感器获取的距离信息相互补充融合以减少扫描的边界的盲区的方法包括：当检测到所述扇形距离传感器当前发射形成的一个球面棱锥式传感区的内部的三维点云的距离信息不完全覆盖局部定位区域的边界时，使用摄像头当前采集的图像信息完成同一地图上的局部定位区域的边界的位姿信息的补充；其中，局部定位区域是同时处于移动机器人的摄像头的当前视角范围和所述扇形距离传感器当前发射形成的一个球面棱锥式传感区的重合区域。该技术方案通过视觉定位解决扇形距离传感器的有效测距距离不足以检测边界的问题。进一步地，所述扇形距离传感器用于调制产生出至少一个所述球面棱锥式光信号或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种边界标记方法，其特征在于，包括：/n在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界；/n其中，扇形距离传感器安装在移动机器人的前端；/n其中，反馈光信号是扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号经过障碍物反射获得的。/n

【技术特征摘要】
1.一种边界标记方法，其特征在于，包括：
在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界；
其中，扇形距离传感器安装在移动机器人的前端；
其中，反馈光信号是扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号经过障碍物反射获得的。


2.根据权利要求1所述边界标记方法，其特征在于，所述根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界的方法具体包括：
在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，若扇形距离传感器接收到反馈光信号，则根据这个反馈光信号计算出反射所述反馈光信号的障碍物与所述扇形距离传感器的距离信息，再基于这个距离信息在地图上标记出反射所述反馈光信号的障碍物的轮廓位置，使得这个障碍物的轮廓位置成为扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界。


3.根据权利要求2所述边界标记方法，其特征在于，所述根据扇形距离传感器接收反馈光信号的情况，在地图上标记出扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域的边界的方法具体包括：
在移动机器人沿着预设规划路径行走的过程中，若扇形距离传感器没有接收到反馈光信号，则确定移动机器人没有探测到当前行走方向的两侧的障碍物及当前位置的前方的障碍物，然后将扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号覆盖形成的球面棱锥式传感区的边界标记为移动机器人在当前位置的有效测距区域的地图边界；
其中，球面棱锥式传感区是一种球面棱锥状的三维空间。


4.根据权利要求3所述边界标记方法，其特征在于，还包括：
通过改变所述预设规划路径的路径方向来调节移动机器人的行走方向，使得扇形距离传感器发射的一束球面棱锥式光信号的有效测距区域完全覆盖当前工作区域。


5.根据权利要求4所述边界标记方法，其特征在于，还包括：
控制移动机器人的摄像头采集图像信息以进行视觉定位；
控制移动机器人的扇形距离传感器从其前端的球面棱锥式传感区的内部获取距离信息，然后将摄像头采集的图像信息的视觉定位结果和扇形距离传感器获取的距离信息相互补充融合以减少扫描的边界的盲区，再将补充融合的定位结果标记到地图上。


6.根据权利要求5所述边界标记方法，其特征在于，所述控制移动机器人的扇形距离传感器从其前端的球面棱锥式传感区的内部获取距离信息的方法包括：
控制所述扇形距离传感器调制发射出一束球面棱锥式光信号，其中，这个球面棱锥式光信号的最大的有效测距区域为所述球面棱锥式传感区；
当所述扇形距离传感器接收所述球面棱锥式传感区内的障碍物反射回的反馈光信号时，根据接收到这个反馈光信号记录的飞行时间去计算获取对应的障碍物的边界位置相对于所述扇形距离传感器的距离信息。


7.根据权利要求6所述边界标记方法，其特征在于，所述球面棱锥式传感区的内部的三维点云相对于所述扇形距离传感器的距离都是处于所述扇形距离传感器的有效测距范围内；
其中，所述扇形距离传感器的有效测距范围的最大值是最大有效测距距离；
其中，所述球面棱锥式光信号在移动机器人的行进平面上的投影是水平扇形区域，这个水平扇形区域是以所述扇形距离传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖钦伟，肖刚军，戴剑锋，
申请(专利权)人：珠海市一微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44