CN109507995B - 机器人地图的管理***及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人地图的管理***及机器人，其中，***包括：历史地图库模块，用于获取和存储环境的地图；测量模块，用于获取机器人对当前环境的测量信号；建图定位模块，用于建立机器人在当前环境的第一地图与计算机器人在第一地图中的位姿信息；匹配判断模块，用于判断历史地图库中是否有与第一地图匹配的地图，输出匹配的地图编号；地图更新模块，用于更新和/或删除历史地图库中的历史地图、和/或增加新地图至历史地图库。该***可以保持机器人历史地图的有效性，有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，从而增加地图的稳定性和丰富度，并且可以增加基于地图更多的机器人智能控制操作，提高用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，特别涉及一种机器人地图的管理***及机器人。
背景技术
目前，移动机器人的建图和定位算法往往导致鲁棒性不够，从而机器人经常重新建图、或增量建图的方式进行更新，但是更新后会变成生成新的地图，导致相对于原有地图的操作也随地图的改变而失效。例如扫地机器人，若地图改变，上一次未完成的清扫记录也会随之失效，无法进行断点续扫等任务，降低了扫地机的工作效率。
另外，机器人可能常在不同的环境下进行工作，或用户对地图进行了任务划分的自定义操作，都需要对地图进行管理，同时移动机器人所处的环境也会进行改变，地图需要不断更新，但是需要在能保留历史记录有效的前提下进行更新，现有技术有待完善。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种机器人地图的管理***，该***可以有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，简单便捷。
本发明的另一个目的在于提出一种机器人。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种机器人地图的管理***，包括：历史地图库模块，用于获取和存储环境的地图，不同的环境对应不同的地图，得到历史图库；测量模块，用于获取机器人对当前环境的测量信号，其中，所述测量信号包括所述当前环境中障碍物与所述机器人的距离信息和/或所述机器人观测到的环境的图像信息；建图定位模块，用于建立所述机器人在所述当前环境的第一地图与计算所述机器人在所述第一地图中的位姿信息；匹配判断模块，用于判断所述历史地图库中是否有与所述第一地图匹配的地图，其中，当有匹配的地图，输出匹配的地图编号；地图更新模块，用于更新和/或删除所述历史地图库中的历史地图、和/或增加新地图至所述历史地图库。
本发明实施例的机器人地图的管理***，可以保持机器人历史地图的有效性，且可以有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，从而增加地图的稳定性和丰富度，并且可以增加基于地图更多的机器人智能控制操作，提高用户体验，简单便捷。
另外，根据本发明上述实施例的地图的管理方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述匹配判断模块输出所述匹配的地图编号时，所述建图定位模块导入对应编号的历史地图替换对应的第一地图，并更新所述机器人的位姿信息。
进一步地，在本发明的一个实施例中，导入所述历史地图时，如果所述原来的第一地图与所述历史地图之间的差异量大于预设阈值，则所述将原来的第一地图与所述历史地图融合，形成新的第一地图。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：统计模块，用于统计所述历史地图库中历史地图的历史使用频率和历史使用时间，使得所述地图更新模块根据所述历史使用频率和历史使用时间得到使用阈值，以根据所述使用阈值进行保留或删除；和/或合并模块，用于计算所述历史图库中的历史地图是否有局部相同区域，并在所述相同区域在整个地图的比例超过预设比例时，合并有所述相同区域的地图。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述匹配判断模块包括：第一匹配判断单元，用于根据所述测量信号得到所述机器人在历史地图中的位姿信息，并且当所述在历史地图中的位姿信息满足第一预设条件时，判定匹配；和/或第二匹配判断单元，用于获取所述第一地图在所述历史地图中的位姿信息，并且当所述在所述历史地图中的位姿信息满足第二预设条件时，判定匹配；和/或第三匹配判断单元，用于获取所述第一地图与所述历史地图的相似度，并且当所述相似度满足第三预设条件时，判定匹配，并计算仿射变换矩阵，得到所述机器人在所述历史地图中的位姿信息。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述匹配判断模块判断无匹配的历史地图时，所述建图定位模块继续建立所述当前环境的第一地图，当所述的机器人移动时，用更新的第一地图判断是否有匹配的历史地图；当所述第一地图超过预设的地图大小阈值且所述历史地图库中没有匹配的历史地图时，则认为第一地图为新地图，所述地图更新模块将所述第一地图增加至所述历史地图库。
其中，在本发明的一个实施例中，当所述匹配判断模块输出所述匹配的地图编号时，所述建图定位模块导入对应编号的历史地图时，并且导入所述对应编号地图的地图属性信息，以辅助控制机器人的工作模式。进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：上传模块，用于上传所述历史地图库中历史地图至云服务器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述历史地图库模块还包括：地图标记模块，用于记录地图的属性信息；其中，所述属性信息包括地图区域划分信息、历史工作数据和用户交互数据中的一种或多种。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种机器人，其包括上述的机器人地图的管理***。该机器人可以保持机器人历史地图的有效性，且可以有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，从而增加地图的稳定性和丰富度，并且可以增加基于地图更多的机器人智能控制操作，提高用户体验，简单且易实现。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的机器人地图的管理***的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的机器人地图的管理***的原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的机器人地图的管理***及机器人，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的机器人地图的管理***。
图1是根据本发明实施例的机器人地图的管理***的结构示意图。
如图1所示，该管理***10包括：历史地图库模块100、测量模块200、建图定位模块300、匹配判断模块400和地图更新模块500。
其中，历史地图库模块100用于获取和存储环境的地图，不同的环境对应不同的地图，得到历史图库。测量模块200用于获取机器人对当前环境的测量信号，其中，测量信号包括当前环境中障碍物与机器人的距离信息和/或机器人观测到的环境的图像信息。建图定位模块300用于建立机器人在当前环境的第一地图与计算机器人在第一地图中的位姿信息。匹配判断模块400用于判断历史地图库中是否有与第一地图匹配的地图，其中，当有匹配的地图，输出匹配的地图编号。地图更新模块500用于更新和/或删除历史地图库中的历史地图、和/或增加新地图至历史地图库。本发明实施例的管理***10可以保持机器人历史地图的有效性，有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，从而增加地图的稳定性和丰富度，并且可以增加基于地图更多的机器人智能控制操作，提高用户体验。
可以理解的是，首先要有一个地图，如可以在移动机器人身上安装激光雷达、深度相机、红外测距、超声波、IMU、里程计等单个或多个传感器组合，以实现建图和定位算法的输入数据来源。其中，地图上记录的有所在环境障碍物位置信息、机器人可以移动无障碍物的区域、和未知机器人未探索的区域。需要说明的是，软件虚拟墙的地图可以是局部不完全的地图，也可以是完整的地图，并且有确定的坐标系参考，以及地图上要有足够的障碍物特征，以便后期使用过程中的地图更新后依然能与最初的地图的坐标系一致。
进一步地，得到固定的地图后，用户可以在地图上划分区域，给机器人制定不同的工作计划，也可以记录历史数据从而，通过分析地图中每个区域的环境情况和工作记录，可使机器人更智能地对不同地方制定不同的任务。例如，如用于扫地机器人，则还可以有效地记录历史清扫记录，在未完成清扫时，不管遇到什么情况(如断电、临时任务、更换环境后返回等)依然能继续返回，完成未完成的清扫任务。
需要说明的是，在建图的过程中，机器人的定位算法可能失效，如碰撞导致传感器异常，人为搬动机器人、累计误差等等情况，而本发明实施例可以通过预设的算法检测出位置可能丢失后，再根据预设的重定位算法重新定位找回位置，下面进行详细描述。
其中，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的管理***10还包括：统计模块和/或合并模块。其中，统计模块用于统计历史地图库中历史地图的历史使用频率和历史使用时间，使得地图更新模块根据历史使用频率和历史使用时间得到使用阈值，以根据使用阈值进行保留或删除。合并模块用于计算历史图库中的历史地图是否有局部相同区域，并在相同区域在整个地图的比例超过预设比例时，合并有相同区域的地图。
可以理解的是，一旦历史地图库中使用频率较低，且使用时间较早，则可以判定为无效地图，可以选择删除，并且如果多副历史地图相似或者相交，可以合并，提高历史地图库的合理性和完整性，提高工作效率。
进一步地，在本发明的一个实施例中，匹配判断模块包括第一匹配判断单元、第二匹配判断单元和第一匹配判断单元。其中，第一匹配判断单元，用于根据测量信号得到机器人在历史地图中的位姿信息，并且当在历史地图中的位姿信息满足第一预设条件时，判定匹配；和/或第二匹配判断单元，用于获取第一地图在历史地图中的位姿信息，并且当在历史地图中的位姿信息满足第二预设条件时，判定匹配；和/或第三匹配判断单元，用于获取第一地图与历史地图的相似度，并且当相似度满足第三预设条件时，判定匹配，并计算仿射变换矩阵，得到机器人在历史地图中的位姿信息。
举例而言，用测量模块的传感器数据，利用预设的定位匹配算法计算机器人在历史地图中的位姿，当传感器测量的信息与地图中计算得到的位姿处的信息相似度大于预设的第一阈值时，判为与该地图匹配，计算得到的位姿为机器人在历史地图中的位姿。和/或，用第一地图的数据，利用预设的定位匹配算法计算第一地图在历史地图中的位姿，当第一地图与地图中计算得到的位姿处的局部地图相似度大于预设的第二阈值时，判为与改地图匹配，并根据机器人在第一地图中的位姿和第一地图在历史地图中的位姿计算得到机器人在历史地图中的位姿。和/或，用第一地图的数据，利用预设的特征匹配算法计算第一地图与历史地图的相似度，当相似度大于预设的第3阈值时，判为与该地图匹配，并计算仿射变换矩阵，得到机器人在历史地图中的位姿。
需要说明的是，本发明实施例的预设值均可以有本领域技术人员根据实际情况进行设置。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当匹配判断模块判断无匹配的历史地图时，建图定位模块继续建立当前环境的第一地图，当的机器人移动时，用更新的第一地图判断是否有匹配的历史地图；当第一地图超过预设的地图大小阈值且历史地图库中没有匹配的历史地图时，则认为第一地图为新地图，地图更新模块将第一地图增加至历史地图库。
可以理解的是，首先匹配不成功时，继续扩大第一地图，直至第一地图符合存储至历史地图库的条件后，将第一地图增加至历史地图库，以满足以后需求。
其中，在本发明的一个实施例中，当匹配判断模块输出匹配的地图编号时，建图定位模块导入对应编号的历史地图时，并且导入对应编号地图的地图属性信息，以辅助控制机器人的工作模式。
可选地，在本发明的一个实施例中，历史地图库模块还包括：地图标记模块，用于记录地图的属性信息。其中，属性信息可以包括地图区域划分信息、历史工作数据和用户交互数据中的一种或多种，在此不做具体限制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，如果当匹配判断模块400输出匹配的地图编号时，建图定位模块300导入对应编号的历史地图替换对应的第一地图，并更新机器人的位姿信息。
可以理解的是，若有些地图的位置有些相似，重定位可能会定错位置，可采用多次重定位的方式，使机器人根据重定位的结果进行移动及移动至另外一个不同于之前环境且历史地图中有记录的地方时，定位依然正确，则认为重定位成功，并将重定位过程中建立的子图以一定的方法添加至历史地图进行更新。
其中，在本发明的一个实施例中，导入历史地图时，如果原来的第一地图与历史地图之间的差异量大于预设阈值，则将原来的第一地图与历史地图融合，形成新的第一地图。
可以理解的是，当机器人所处环境小幅度改变时，定位算法依然能计算机器人的位置，此时会对机器人所处的环境进行时间和空间概率更新的方式进行更新地图，而当机器人所处环境大幅度改变时，如更换了环境、或所处环境摆设大幅度移动，则存储原有的地图，进行重新建图。
其中，在待建完完整的地图之后，匹配历史地图与新建的地图得到相似度。若相似度高于一定的阈值，则认为还是以前的地图，仅因为挪动了部分家具，此时更新地图；若相似度低于一定的阈值，则认为更换了环境，替换新地图为当前的地图，并保存历史地图；若相似度介于两阈值中间，则保存两个地图，并进行多次建图更新和计算相似度确认是否更换了环境。每个地图对应一个历史工作和交互数据，因此确认是否更换需慎重。需要说明的是，阈值可以根据实际情况进行设置。
可以理解的是，如图2所示，机器人可以存储多个历史地图，如地图1、地图2和地图3，当机器人被更换至新的环境时，则匹配当前环境地图和历史地图，来确定机器人处于哪个历史环境，还是处于新的环境。其中，类似于重定位的方法，需要多次确认后才会确定机器人是处于哪个环境，并调出相应的历史工作和交互数据，且在多次确认的过程中，建立子图并记录相关数据，在确定属于哪个地图时，再将子图的数据与历史地图的数据进行合并。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的管理***10还包括：上传模块。其中，上传模块用于上传历史地图库中历史地图至云服务器。
也就是说，为了减少存储空间，采用一定的方法保存有用的地图，如根据历史使用频次和历史使用时间，通过加权的方式计算出阈值，若超过一定的阈值则认为是不太可能需要操作的旧地图，进行删除。同时，用户也可以户也可自定义地保留和删除地图，若用户想要存储更多的地图，可以将地图上传到云服务器，需要调用时再将地图下载下来。
根据本发明实施例的机器人地图的管理***，不但能使机器人记录并切换多个场景的地图，而且能够在保留历史数据的基础上进行更新地图，可以保持机器人历史地图的有效性，且可以有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，从而增加地图的稳定性和丰富度，并且可以增加基于地图更多的机器人智能控制操作，提高用户体验，简单便捷。
此外，本发明的实施例还提出了一种机器人，该机器人包括上述的机器人地图的管理***。该机器人不但能使机器人记录并切换多个场景的地图，而且能够在保留历史数据的基础上进行更新地图，可以保持机器人历史地图的有效性，且可以有效提高移动机器人建图和定位算法的鲁棒性，从而增加地图的稳定性和丰富度，并且可以增加基于地图更多的机器人智能控制操作，提高用户体验，简单便捷。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种机器人地图的管理***，其特征在于，包括：历史地图库模块，用于获取和存储环境的地图，不同的环境对应不同的地图，得到历史图库；
测量模块，用于获取机器人对当前环境的测量信号，其中，所述测量信号包括所述当前环境中障碍物与所述机器人的距离信息和/或所述机器人观测到的环境的图像信息；
建图定位模块，用于建立所述机器人在所述当前环境的第一地图与计算所述机器人在所述第一地图中的位姿信息；
匹配判断模块，用于判断所述历史地图库中是否有与所述第一地图匹配的地图，其中，当有匹配的地图，输出匹配的地图编号；以及
地图更新模块，用于更新和/或删除所述历史地图库中的历史地图、和/或增加新地图至所述历史地图库；
其中，当所述匹配判断模块输出所述匹配的地图编号时，所述建图定位模块导入对应编号的历史地图替换对应的第一地图，并更新所述机器人的位姿信息。
2.根据权利要求1所述的机器人地图的管理***，其特征在于，导入所述历史地图时，如果原来的第一地图与所述历史地图之间的差异量大于预设阈值，则将所述原来的第一地图与所述历史地图融合，形成新的第一地图。
3.根据权利要求1所述的机器人地图的管理***，其特征在于，还包括：
统计模块，用于统计所述历史地图库中历史地图的历史使用频率和历史使用时间，使得所述地图更新模块根据所述历史使用频率和历史使用时间得到使用阈值，以根据所述使用阈值进行保留或删除；和/或
合并模块，用于计算所述历史图库中的历史地图是否有局部相同区域，并在所述相同区域在整个地图的比例超过预设比例时，合并有所述相同区域的地图。
4.根据权利要求1所述的机器人地图的管理***，所述匹配判断模块包括：
第一匹配判断单元，用于根据所述测量信号得到所述机器人在历史地图中的位姿信息，并且当所述在历史地图中的位姿信息满足第一预设条件时，判定匹配；和/或
第二匹配判断单元，用于获取所述第一地图在所述历史地图中的位姿信息，并且当所述在所述历史地图中的位姿信息满足第二预设条件时，判定匹配；和/或
第三匹配判断单元，用于获取所述第一地图与所述历史地图的相似度，并且当所述相似度满足第三预设条件时，判定匹配，并计算仿射变换矩阵，得到所述机器人在所述历史地图中的位姿信息。
5.根据权利要求1所述的机器人地图的管理***，其特征在于，当所述匹配判断模块判断无匹配的历史地图时，所述建图定位模块继续建立所述当前环境的第一地图，当所述的机器人移动时，用更新的第一地图判断是否有匹配的历史地图；当所述第一地图超过预设的地图大小阈值且所述历史地图库中没有匹配的历史地图时，则认为第一地图为新地图，所述地图更新模块将所述第一地图增加至所述历史地图库。
6.根据权利要求5所述的机器人地图的管理***，其特征在于，当所述匹配判断模块输出所述匹配的地图编号时，所述建图定位模块导入对应编号的历史地图时，并且导入所述对应编号的历史地图的地图属性信息，以辅助控制机器人的工作模式。
7.根据权利要求1所述的机器人地图的管理***，其特征在于，还包括：
上传模块，用于上传所述历史地图库中历史地图至云服务器。
8.根据权利要求1所述的机器人地图的管理***，所述历史地图库模块还包括：地图标记模块，用于记录地图的属性信息；
其中，所述属性信息包括地图区域划分信息、历史工作数据和用户交互数据中的一种或多种。
9.一种机器人，其特征在于，包括：
如权利要求1-8任一项所述的机器人地图的管理***。
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