CN107478213A - 移动装置及用于移动装置的数据采集主动控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于移动装置的数据采集的主动控制方法，包括：从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。本发明还公开了一种用于移动装置的数据采集的主动控制装置以及一种移动装置。基于本发明实施例的移动装置能够对数据的采集方式进行主动控制，主动获取需要的数据，可用于自身精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及移动装置，具体涉及一种移动装置以及用于移动装置的数据采集主动控制方法和装置。
背景技术
移动装置是指具有定位和/或导航功能的装置设备，例如移动机器人、载人飞行器、无人机等等。以移动机器人为例，移动机器人在移动过程中需要不断对其所处环境以及自身的位置进行定位，可采用的传感器有多种，如移动机器人自身的内部传感器(里程仪、陀螺、罗盘、加速计等)，还有移动机器人携带的外部传感器(激光测距仪、视觉传感器等)。大多数移动机器人同时具备多种定位传感器，不同的传感器组合采用不同的定位算法，都可以为移动机器人定位所使用。
即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)技术指移动机器人在自身位置不确定的条件下，在未知环境中创建地图，同时利用地图进行自主定位和导航。SLAM问题也可以描述为：移动机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位，同时建造增量式地图。SLAM问题主要包括四个基本方面：一、如何进行环境描述，即环境地图的表示方法；二、怎样获得环境信息，移动机器人在环境中漫游并记录传感器的感知数据，这涉及到移动机器人的定位与环境特征提取问题；三、怎样表示获得的环境信息，并根据环境信息更新地图，这需要解决对不确定信息的描述和处理方法；四、发展稳定、可靠的SLAM方法。针对上述第二个方面，已有研究指出，随着视觉图像处理技术的发展，视觉传感器可较好地应用于移动机器人的同时定位与建图，为了解决以往移动机器人搭载前向摄像机无法获取足够的图像数据导致地图构建困难的问题，还研发出使摄像机光轴与室内天花板垂直，获取天花板的视觉图像，通过对天花板上规律分布的角点采用一定算法构建三维场景地图，用于移动机器人定位和路径规划。
但是，经过大量实验研究发现，无论移动机器人搭载的摄像机朝向前方还是朝向天花板，在移动机器人漫游定位过程中均存在缺陷，对于天花板定位方法，移动机器人仅仅是被动的接收摄像机拍摄的天花板视觉信息，如果天花板上角点分布不规律，或者完全没有角点，将直接影响定位效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种移动装置以及用于移动装置的数据采集主动控制方法和装置，在移动装置上搭载数据采集设备，移动过程中根据需要对数据采集设备进行控制和调节，主动地获取环境中有用的特征位置数据。
一方面，本发明提供一种用于移动装置的数据采集的主动控制方法，包括：从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
优选地，在所述一个或多个数据采集设备采集与所述至少一个特征位置相关的数据之后，所述方法还包括：将所述一个或多个数据采集设备采集到的所述数据与从目标环境的三维地图中记录的所述数据进行比较；根据比较结果修正移动装置对自身的定位结果。
优选地，其中当移动装置从第一位置移动到第二位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制采集第一特征位置的相关数据，当移动装置从第二位置移动到第三位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制从当前状态变为再次采集第一特征位置的相关数据。
优选地，其中当移动装置从第一位置移动到第二位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制采集第一特征位置的相关数据，当移动装置从第二位置移动到第三位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制从当前状态变为采集第二特征位置的相关数据。
优选地，其中所述特征位置指的是目标环境中能够被移动装置识别且不会随时间发生变化的位置。
优选地，其中所述特征位置包括以下各项中的至少一项：室内任意两面墙与天花板形成的墙角、门框、墙壁、墙壁装饰、天花板装饰、室外固定建筑物。
优选地，其中所述一个或多个数据采集设备安装在移动装置上，工作时所述一个或多个数据采集设备经控制改变数据采集方式。
优选地，其中所述一个或多个数据采集设备包括以下各种设备中的至少一种设备：摄像头、红外摄像机、雷达、超声波感应器、激光测距仪。
另一方面，本发明还提供一种用于移动装置的数据采集的主动控制装置，包括：特征位置确定模块，用于从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；数据采集设备控制模块，用于当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
再一方面，本发明还提供一种移动装置，包括：移动装置本体；安装在移动装置本体上的一个或多个数据采集设备；处理器；以及用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器用于从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；当移动装置本体在目标环境中移动时，根据移动装置本体对自身的定位结果，对搭载在移动装置本体上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
本发明的实施例为移动装置引入主动控制和调整数据采集方式的概念，为移动装置搭载多种数据采集设备，根据自身所处位置控制改变数据采集方式，主动地去找寻有助于自身定位的信息。相对于以往摄像机单一朝向前方或朝向天花板、被动接收视觉信息的方案，本发明实施例数据采集方式灵活，不易受环境因素影响，后期定位效果好。
附图说明
图1是本发明实施例的用于移动装置的数据采集的主动控制方法流程图。
图2是本发明一个实施例的场景示意图。
图3是本发明另一实施例的场景示意图。
图4是本发明另一实施例的用于移动装置的数据采集的主动控制方法流程图。
图5是本发明实施例的主动控制装置的结构框图。
图6是本发明另一实施例的主动控制装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
图1示出了本发明实施例的数据采集主动控制方法流程图，包括：
S101，从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；
S102，当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
基于上述方案，可根据移动装置自身所处的位置，对所搭载的一种或多种数据采集设备进行主动控制，通过例如调节采集设备的数据采集方向、改变采集设备的组合形式、开启/关闭某些采集设备等方式，来主动地改变移动装置整体的数据采集方式，从而在移动过程中不断获取特征位置的数据。
在本发明的实施例中，特征位置是指那些能够被移动装置识别且不会随时间发生变化的位置，例如，对于室内的移动装置(如移动机器人)而言，特征位置可以是室内任意两面墙与天花板形成的墙角、门框、墙壁、墙壁装饰和/或天花板装饰；对于室外的移动装置(如飞行器)而言，特征位置可以是固定建筑物。
以下通过多个具体实施例描述本发明的实现过程。
在本发明的实施例中，原则上可选用任何已有的或尚未面世的数据采集设备，只要能搭载在移动装置本体上即可。常见的数据采集设备有各种摄像头、红外摄像仪、雷达设备、超声波感应器、激光测距仪等。
参考图2，以搭载有所需数据采集设备的移动机器人为例，其在室内移动，假设从A位置移动到B位置，再继续移动到C位置。图2中点P代表墙面与天花板形成的墙角。
根据本发明的实施例，在开始选择室内的特征位置之前，移动机器人需获取至少一部分室内场景的三维地图数据，可以从第三方复制或下载已有的数据，也可以自行绘制三维地图。
获得至少一部分室内场景的三维地图数据之后，从三维地图中选择至少一个特征位置，并记录下所选择的特征位置的数据，以备后续步骤使用。图2实施例选择以墙面与天花板形成的墙角P为一个特征位置，图3实施例还选择门框的一角Q为另一个特征位置。
在移动机器人的移动过程中，将不断地对自身的位置进行定位，根据自身定位结果可对搭载的数据采集设备进行控制，使数据采集设备能够采集到需要的数据。
假设移动机器人上搭载有摄像头，可自由旋转。对于图2实施例，在移动机器人从A位置移动到B位置并继续移动到C位置的过程中，根据自身定位控制摄像头始终朝向点P，持续采集点P的位置数据。对于图3实施例，在移动机器人从A位置移动到B位置的过程中，根据自身定位控制摄像头始终朝向点P，持续采集点P的位置数据；在移动机器人从B位置继续移动到C位置的过程中，控制摄像头不再朝向点P，而是朝向点Q，持续采集点Q的位置数据。
在上述两个实施例中，由于移动机器人已经掌握了室内场景的三维地图，因此在移动过程中能够根据自身定位判断特征位置的方位。为了采集特征位置的数据，移动机器人可以控制摄像头旋转，使摄像头始终朝向选定的特征位置(如P或Q)进行数据采集，从而完成本发明实施例对数据采集的主动控制过程。
在本发明的其他实施例中，移动机器人还可以选择墙壁、墙壁装饰和/或天花板装饰等为特征位置，则对于不同的特征为位置，移动机器人可以启动不同的数据采集设备，进行数据采集。举例来说，可移动机器人搭载摄像头、红外摄像机、雷达、超声波感应器、激光测距仪或者以上各者的任意组合，作为一个或一套数据采集设备使用，在移动机器人本体上选择合适的位置安装固定。
工作时，可以采用(并不限于)以下各种方式或其组合控制数据采集设备，进行数据采集。
●搭载四台分别面向东、南、西、北的摄像头，通过开启/关闭不同朝向的摄像头，拍摄不同方向的特征位置的影像数据。
●当已知特征位置处会辐射红外线时，将搭载的红外线探头对准特征位置接收红外线辐射数据。
●当特征位置为某一侧如右侧的墙壁时，适时开启向右侧的超声波感应器以获得移动机器人与右侧墙壁的距离数据。
●到达预定位置时开启搭载的雷达，主动寻找预定目标物。
基于以上若干具体实施例，可以理解，本发明实施例的目的在于为移动装置搭载不同种类、不同数量、安装在不同位置的摄像头和/或感应器等作为数据采集设备，当移动装置在目标环境中发生移动时，可以通过控制数据采集设备来主动选择并制定数据收集方案，实现对数据采集过程的主动控制。
需要注意的是，本发明实施例主动采集数据的前提条件是需要已知至少一部分目标环境的三维地图数据，然后才能根据三维地图数据确定特征位置，进行后续主动控制数据采集设备采集特征位置数据的步骤。也就是说，本发明实施例是根据已有数据来主动设计、产生新的数据采集方式。与过去的移动装置相比，过去的移动装置都是简单的数据采集到数据处理，而本发明实施例的移动装置可以主动控制数据采集的方式。
进一步地，在图1实施例的基础上，可通过以下步骤辅助移动装置进行自我定位，参考图4：
S101，从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据。
S102，当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
S103，将所述一个或多个数据采集设备采集到的所述数据与从目标环境的三维地图中记录的所述数据进行比较。
S104，根据比较结果修正移动装置对自身的定位结果。
图4实施例利用特征位置的已知数据和当前实测数据，可以对移动装置的当前定位进行修正，例如：基于两个成一定角度的激光测距仪可获得墙的平面参数，据此可校准自身的位置和方向。相对于以往基于单一朝向前方或竖直向上被动接收数据的方式，本实施例利用主动采集的数据进行定位，定位结果不易受环境因素影响，定位效果好，定位精度高。其中，具体的校准过程可选用合适的算法计算，由于具体算法不是本发明技术方案关心的问题，在此不做详述。
此外，利用本发明实施例主动采集的数据，还可用于绘制完整的室内场景三维地图。例如，移动机器人根据一部分室内场景图可完成数据的主动采集和自我实时定位，当移动机器人继续行进时，可以一边走一边采集未知的环境数据，记录下来进行作图。举例来讲，假设一个过道外一米处有一个特征位置，利用这个过道和特征位置可行进至过道外一米处，然后继续采集一米外的数据，可发现三米处还有一个新的特征位置，据此可行进至三米处，如此实现利用已有的位置采集新的位置数据，在行进过程中根据采集的数据作图，可得到完整的室内场景三维地图。
基于前述具体实施例，本发明还提供一种用于移动装置的数据采集的主动控制装置100，参考图5，其包括：
特征位置确定模块101，用于从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据，以及
数据采集设备控制模块102，用于当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
进一步地，参考图6，主动控制装置100还可以包括：
比较处理模块103，用于将所述一个或多个数据采集设备采集到的所述数据与从目标环境的三维地图中记录的所述数据进行比较，以及
计算处理模块104，用于根据比较结果修正移动装置对自身的定位结果。
基于前述具体实施例，本发明还提供一种移动装置，其包括：移动装置本体、安装在移动装置本体上的一个或多个数据采集设备、处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器用于从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；当移动装置本体在目标环境中移动时，根据移动装置本体对自身的定位结果，对搭载在移动装置本体上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
以上结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。
Claims (17)
1.一种用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，包括：
从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；
当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
2.如权利要求1所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，在所述一个或多个数据采集设备采集与所述至少一个特征位置相关的数据之后，所述方法还包括：
将所述一个或多个数据采集设备采集到的所述数据与从目标环境的三维地图中记录的所述数据进行比较；
根据比较结果修正移动装置对自身的定位结果。
3.如权利要求1所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，其中当移动装置从第一位置移动到第二位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制采集第一特征位置的相关数据，当移动装置从第二位置移动到第三位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制从当前状态变为再次采集第一特征位置的相关数据。
4.如权利要求1所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，其中当移动装置从第一位置移动到第二位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制采集第一特征位置的相关数据，当移动装置从第二位置移动到第三位置时，所述一个或多个数据采集设备经控制从当前状态变为采集第二特征位置的相关数据。
5.如权利要求1-4中任一项所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，其中所述特征位置指的是目标环境中能够被移动装置识别且不会随时间发生变化的位置。
6.如权利要求5所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，其中所述特征位置包括以下各项中的至少一项：室内任意两面墙与天花板形成的墙角、门框、墙壁、墙壁装饰、天花板装饰、室外固定建筑物。
7.如权利要求1-4中任一项所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，其中所述一个或多个数据采集设备安装在移动装置上，工作时所述一个或多个数据采集设备经控制改变数据采集方式。
8.如权利要求7所述的用于移动装置的数据采集的主动控制方法，其特征在于，其中所述一个或多个数据采集设备包括以下各种设备中的至少一种设备：摄像头、红外摄像机、雷达、超声波感应器、激光测距仪。
9.一种用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，包括：
特征位置确定模块，用于从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；
数据采集设备控制模块，用于当移动装置在目标环境中移动时，根据移动装置对自身的定位结果，对搭载在移动装置上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
10.如权利要求9所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
比较处理模块，用于将所述一个或多个数据采集设备采集到的所述数据与从目标环境的三维地图中记录的所述数据进行比较；
计算处理模块，用于根据比较结果修正移动装置对自身的定位结果。
11.如权利要求9所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，其中当移动装置从第一位置移动到第二位置时，所述一个或多个数据采集设备经所述数据采集设备控制模块控制采集第一特征位置的相关数据，当移动装置从第二位置移动到第三位置时，所述一个或多个数据采集设备经所述数据采集设备控制模块控制从当前状态变为再次采集第一特征位置的相关数据。
12.如权利要求9所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，其中当移动装置从第一位置移动到第二位置时，所述一个或多个数据采集设备经所述数据采集设备控制模块控制采集第一特征位置的相关数据，当移动装置从第二位置移动到第三位置时，所述一个或多个数据采集设备经所述数据采集设备控制模块控制从当前状态变为采集第二特征位置的相关数据。
13.如权利要求9-12中任一项所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，其中所述特征位置指的是目标环境中能够被移动装置识别且不会随时间发生变化的位置。
14.如权利要求13所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，其中所述特征位置包括以下各项中的至少一项：室内任意两面墙与天花板形成的墙角、门框、墙壁、墙壁装饰、天花板装饰、室外固定建筑物。
15.如权利要求9-12中任一项所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，其中所述一个或多个数据采集设备安装在移动装置上，工作时所述一个或多个数据采集设备经所述数据采集设备控制模块控制改变数据采集方式。
16.如权利要求15所述的用于移动装置的数据采集的主动控制装置，其特征在于，其中所述一个或多个数据采集设备包括以下各种设备中的至少一种设备：摄像头、红外摄像机、雷达、超声波感应器、激光测距仪。
17.一种移动装置，其特征在于，包括：
移动装置本体；
安装在移动装置本体上的一个或多个数据采集设备；
处理器；以及
用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，
所述处理器用于从目标环境的三维地图中选择至少一个特征位置，记录所述至少一个特征位置的相关数据；当移动装置本体在目标环境中移动时，根据移动装置本体对自身的定位结果，对搭载在移动装置本体上的一个或多个数据采集设备进行控制，以使所述一个或多个数据采集设备采集所述至少一个特征位置的相关数据。
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