CN112051841A - 一种障碍物边界生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种障碍物边界生成方法及装置，其在自行走设备遇到障碍物时，记录障碍物的坐标，而后将距离符合要求的若干障碍物坐标归集到一个障碍物点集，以各个障碍物点集为基础，生成障碍物边界，对地图进行更新。由此，本发明在自行走设备工作的过程中，可同时基于其对障碍物的响应动作，同步的更新其地图信息。本发明能够对地图范围中的障碍物边界进行准确的更新，以精确的控制机器人自行走。

Description

一种障碍物边界生成方法及装置

技术领域

本发明涉及自行走控制技术领域，具体而言涉及对自行走中障碍物边界的。

背景技术

移动机器人，为实现自行走功能，其包括有导航控制模块和电机驱动模块。导航控制模块根据移动机器人所存储的地图信息而对电机驱动模块输出相应的控制信号，由电机驱动模块控制电机运转以实现所述移动机器人在地图范围内的自行走控制。

上述自行走控制依赖于地图信息。因此，为了实现移动机器人的同步定位与地图构建，需要在机器人移动的过程中不断更新地图信息。其中很重要的部分是判断与更新地图中的障碍物。

现有的移动机器人在工作时，一般可通过各类定位技术获取移动机器人当前的相对位置或绝对位置。现有的移动机器人内也可通过相关的各类传感器判断其当前位置是否存在障碍物。但这些传感数据并不能够整体判断障碍物的轮廓信息。而基于地图信息的自行走控制中，为实现对障碍物的避让，需要在地图中存储准确的障碍物轮廓信息。现有技术只能在遇到障碍物时触发转向或相应的控制机制，而无法获得上述所需的障碍物边界信息，现有的地图更新并不准确，根据现有的地图信息控制移动机器人自行走，实际上还是会受到障碍物的阻挡。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种障碍物边界生成方法及装置，可以在机器人行走过程中对障碍的各个坐标点之间的位置关系进行判定，方便机器人地图更新。本发明具体采用如下技术方案。

首先，本发明提供一种障碍物边界生成方法，用于自行走设备，其步骤包括：在遇到障碍物时记录当前位置坐标；将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集；在所述障碍物点集内坐标的数量达到预设值T时，根据该障碍物点集内的坐标更新障碍物边界。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，判断是否将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集的依据为：所述当前位置坐标是否位于该障碍物点集区域以内；若所述当前位置坐标位于该障碍物点集区域以内，则将所述当前位置坐标归集至该障碍物点集；否则，不归集。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，所述障碍物点集区域包括该障碍物点集内各坐标周围半径为阈值N的区域。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，所述当前位置坐标所归集的障碍物点集与其距离不超过阈值N。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，所述当前位置坐标与障碍物点集之间的距离为：所述当前位置坐标与该障碍物点集内各坐标之间的最近距离。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，若所述当前位置坐标与一个障碍物点集内至少一个坐标之间的距离在阈值N以内，则将所述当前位置坐标归集至该障碍物点集；否则，不归集。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，将所述当前位置坐标归集至障碍物点集时：若所述当前位置坐标与任意障碍物点集之间的距离均超过所述阈值N，或者，若当前位置坐标不位于任意障碍物点集区域以内，或者，若所述当前位置坐标与任意障碍物点集内的任意坐标之间的距离超过所述阈值N；则创建一个新的障碍物点集，将该当前位置坐标归集至新的障碍物点集。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，所述每一个坐标对应于自行走设备所处工作区域地图范围内的一个地图网格。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，所述根据障碍物点集内的坐标更新障碍物边界的步骤包括：更新所述障碍物边界为该障碍物点集区域边界线上或边界以内的全部地图网格，或更新所述障碍物边界为由该障碍物点集内各坐标所包围的区域的边界。

可选的，上述的障碍物边界生成方法中，所述障碍物边界所包围的区域包括有其所对应的障碍物点集内的全部坐标。

同时，本发明还提供一种障碍物边界生成装置，用于自行走设备，其包括：障碍物检测单元，用于在遇到障碍物时触发一个信号，所述信号能够触发记录所述自行走设备的当前位置坐标；数据处理单元，用于将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集，在所述障碍物点集内坐标的数量达到预设值T时，根据该障碍物点集内的坐标更新障碍物边界。

可选的，上述的障碍物边界生成装置中，还包括地图数据存储模块，用于存储和/或更新所述障碍物边界。

可选的，上述的障碍物边界生成装置中，所述自行走设备包括：设置有自行走单元的割草机。

可选的，上述的障碍物边界生成装置中，所述障碍物检测单元包括：碰撞传感器、霍尔传感器、超声波传感器、红外传感器、电机电流检测模块、转速变化检测模块中的一种或任意组合。

可选的，上述的障碍物边界生成装置中，还包括定位单元，用于受所述障碍物检测单元触发而获取所述自行走设备的当前位置坐标。

可选的，上述的障碍物边界生成装置中，所述定位单元包括：RTK定位传感器、DGPS定位传感器、UWB定位传感器、惯性导航传感器中的一种或任意组合。

有益效果

本发明在自行走设备遇到障碍物时，记录障碍物的坐标，而后将距离符合要求的若干障碍物坐标归集到一个障碍物点集，以各个障碍物点集为基础，生成障碍物边界，对地图进行更新。由此，本发明在自行走设备工作的过程中，可同时基于其对障碍物的响应动作，同步的更新其地图信息。本发明可以在工作过程中对地图信息进行自动更新，不需要人为操作。并且，相较于人为输入障碍物坐标等信息，本发明能够对地图范围中的障碍物边界进行准确的更新，以精确的控制机器人自行走。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所应用的自行走设备的整体架构示意图；

图2是本发明的障碍物边界生成方法的流程示意图；

图3是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第一张坐标图；

图4是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第二张坐标图；

图5是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第三张坐标图；

图6是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第四张坐标图；

图7是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第五张坐标图；

图8是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第六张坐标图；

图9是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第七张坐标图；

图10是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第八张坐标图；

图11是本发明所应用的机器人在运行过程中进行地图更新的第九张坐标图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

在一种具体的实现方式下，本发明可提供一种能够自行走的设备，包括自行走的割草机器人，或自行走的扫地机器人，或带有自行走功能的其他机器人。该机器人，参考图1可包括有：

障碍物检测单元，其可包括碰撞传感器、霍尔传感器、超声波传感器、红外传感器、电机电流检测模块、转速变化检测模块中的一种或任意组合。所述的障碍物检测单元用于在遇到障碍物时触发一个信号，所述信号能够触发记录所述自行走设备的当前位置坐标；

数据处理单元，参考图1所示，所述的数据处理单元能够与所述障碍物检测单元、定位单元、地图数据存储模块以及导航控制模块交互。用于将由定位单元所获取的当前位置坐标归集至一个障碍物点集，在所述障碍物点集内坐标的数量达到预设值T时，根据该障碍物点集内的坐标更新障碍物边界，并将障碍物边界存储在适当的存储元件中，以供导航控制模块根据所存储的地图信息输出控制信号控制电机驱动模块相应的驱动自行走设备运转。

在更为具体的实现方式下，所述的割草机器人可设置为还包括：

地图数据存储模块，用于存储和/或更新类似于图3至图11所示的障碍物边界和地图信息；

定位单元，其受所述障碍物检测单元触发而获取所述自行走设备的当前位置坐标。定位单元具体可包括：RTK定位传感器、DGPS定位传感器、UWB定位传感器、惯性导航传感器中的一种或任意组合。其所产生的位置坐标可采用数组的方式，对应为地图数据存储模块所存储的区域范围内的一个点。该点坐标通常可设置为包括横坐标和纵坐标，此外还可采用极坐标或其他定义下的坐标系。其中的惯性导航传感器，用于感应自行走设备行走过程中的惯性数据，根据该数据以提高定位与导航的精度。

上述的导航控制模块，其具体可设置为与数据处理单元之间相互传递数据，并可读取惯性导航传感器数据，融合地图数据存储模块中的地图数据与惯性导航传感器的数据，向电机驱动模块相应的下发导航控制指令。

具体而言上述自行走设备对于地图中障碍物边界的更新可采用图2所示的方式。其步骤包括：

在遇到障碍物时记录当前位置坐标，即为障碍点的坐标；

将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集；其中，对于是否将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集，可按照所述当前位置坐标是否位于该障碍物点集区域以内进行判断：若所述当前位置坐标位于该障碍物点集区域以内，则将所述当前位置坐标归集至该障碍物点集；否则，不归集。

在所述障碍物点集内坐标的数量达到预设值T时，根据该障碍物点集内的坐标更新障碍物边界。

上述过程中，在一种具体的实现方式下，障碍物点集区域具体包括有该障碍物点集内各坐标周围半径为阈值N的区域。所述当前位置坐标所归集的障碍物点集与其距离不超过阈值N，也就是说，所述当前位置坐标所归集的障碍物点集内各坐标与该当前位置坐标之间的最近距离不超过阈值N。

上述过程中，参考图10的情况，将所述当前位置坐标归集至障碍物点集时，若所述当前位置坐标与任意障碍物点集之间的距离均超过所述阈值N，或者，若当前位置坐标不位于任意障碍物点集区域以内，或者，若所述当前位置坐标与任意障碍物点集内的任意坐标之间的距离超过所述阈值N；则创建一个新的障碍物点集，将该当前位置坐标归集至新的障碍物点集。而若所述当前位置坐标与一个障碍物点集内至少一个坐标之间的距离在阈值N以内，则将所述当前位置坐标归集至该障碍物点集；否则，不归集。

具体而言，以一个自行走过程中的障碍物边界生成过程为例。

如图3所示，机器人等自行走装置在运行过程中，遇到障碍点后，在缓存中记录下障碍点二维坐标。图3中标记为X。参考图4，在后续的自行走过程中，如果机器人再次遇到障碍物，则会判定此障碍点是否在之前障碍点为圆心的N范围内。如图4所示，可设置距离N=3。若新障碍物点位于设定范围内，则记录下新障碍点坐标，如图5所示，将X和X2共同组成同一障碍物点集。而后如图6所示的更新障碍点判定范围，为：包括点集内所有点为圆心半径为N的圆共同覆盖的区域。继续按照上述的步骤确定障碍点，直至获得图7所示的地图。而后根据预设的一个预设值T，在某一点集内检测到的障碍点数量大于等于预设值T时，生成障碍物边界。以预设值T为5为例，其所生成的障碍物边界为图7中圆圈所标记的全部区域。按照该区域更新地图，将图8中障碍物边界更新为图9所示的空白的部分，其包括有其所对应的障碍物点集内的全部坐标。具体而言，上述的每一个坐标均可分别对应于自行走设备所处工作区域地图范围内的一个地图网格。在这种对应关系下，该边界范围为该障碍物点集区域边界线上或边界以内的全部地图网格，或者，该边界范围为由该障碍物点集内各坐标所包围的区域的边界。其也可以是对应的障碍物点集区域的内接多边形或外切多边形。

上述的过程中，如果在工作区域内遇到多个障碍物，则可通过下述的方式进行障碍物边界的判定和生成：

遇到距离超过阈值N的不同障碍点后，在缓存中生成新的障碍物坐标二维数组，并记录下该点的坐标为图10中的a22。这样，原先的障碍点a1（x1,y1）属于一个点集（该点集包括若干的动态二维数组A1[(x1,y1)....]）。

而后，如图11所示，机器人在距离a1预设值范围T内遇到下一个障碍点，记录下该点的坐标a21(x2,y2)，并储存在点集A1中，A1[(x1,y1),(x2,y2)....]。

如果机器人在距离a1预设值范围T外遇到下一个障碍点，记录下该点的坐标a22(x2,y2)，并创建新的点集（动态二维数组A2[(x2,y2)...]），将a22归集到该新的点集中。在任意一个点集内坐标点的数量达到上述设定后，可依次根据每一个点集中坐标的分布状况，以上面图7至图9所示的方式获得相应的障碍物的边界。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种障碍物边界生成方法，用于自行走设备，其特征在于，步骤包括：

在遇到障碍物时记录当前位置坐标；

将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集；

在所述障碍物点集内坐标的数量达到预设值T时，根据该障碍物点集内的坐标更新障碍物边界。

2.如权利要求1所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，判断是否将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集的依据为：所述当前位置坐标是否位于该障碍物点集区域以内；

若所述当前位置坐标位于该障碍物点集区域以内，则将所述当前位置坐标归集至该障碍物点集；

否则，不归集。

3.如权利要求2所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，障碍物点集区域包括该障碍物点集内各坐标周围半径为阈值N的区域。

4.如权利要求1所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，所述当前位置坐标所归集的障碍物点集与其距离不超过阈值N。

5.如权利要求4所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，所述当前位置坐标与障碍物点集之间的距离为：所述当前位置坐标与该障碍物点集内各坐标之间的最近距离。

6.如权利要求1所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，若所述当前位置坐标与一个障碍物点集内至少一个坐标之间的距离在阈值N以内，则将所述当前位置坐标归集至该障碍物点集；

否则，不归集。

7.如权利要求1-6所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，将所述当前位置坐标归集至障碍物点集时，

若所述当前位置坐标与任意障碍物点集之间的距离均超过所述阈值N，或者，若当前位置坐标不位于任意障碍物点集区域以内，或者，若所述当前位置坐标与任意障碍物点集内的任意坐标之间的距离超过所述阈值N；

则创建一个新的障碍物点集，将该当前位置坐标归集至新的障碍物点集。

8.如权利要求1-7所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，所述每一个坐标对应于自行走设备所处工作区域地图范围内的一个地图网格。

9.如权利要求8所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，根据障碍物点集内的坐标更新障碍物边界的步骤包括：

更新所述障碍物边界为该障碍物点集区域边界线上或边界以内的全部地图网格，或更新所述障碍物边界为由该障碍物点集内各坐标所包围的区域的边界。

10.如权利要求1-9所述的障碍物边界生成方法，其特征在于，所述障碍物边界所包围的区域包括有其所对应的障碍物点集内的全部坐标。

11.一种障碍物边界生成装置，用于自行走设备，其特征在于，包括：

障碍物检测单元，用于在遇到障碍物时触发一个信号，所述信号能够触发记录所述自行走设备的当前位置坐标；

数据处理单元，用于将所述当前位置坐标归集至一个障碍物点集，在所述障碍物点集内坐标的数量达到预设值T时，根据该障碍物点集内的坐标更新障碍物边界。

12.如权利要求11所述的障碍物边界生成装置，其特征在于，还包括地图数据存储模块，用于存储和/或更新所述障碍物边界。

13.如权利要求11所述的障碍物边界生成装置，其特征在于，自行走设备包括：设置有自行走单元的割草机。

14.如权利要求11所述的障碍物边界生成装置，其特征在于，障碍物检测单元包括：碰撞传感器、霍尔传感器、超声波传感器、红外传感器、电机电流检测模块、转速变化检测模块中的一种或任意组合。

15.如权利要求11所述的障碍物边界生成装置，其特征在于，还包括定位单元，用于受所述障碍物检测单元触发而获取所述自行走设备的当前位置坐标。

16.如权利要求15所述的障碍物边界生成装置，其特征在于，所述定位单元包括：RTK定位传感器、DGPS定位传感器、UWB定位传感器、惯性导航传感器中的一种或任意组合。

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