CN113848918A - 机器人快速高效低成本的部署方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机器人快速高效低成本的部署方法和***，包括：步骤1：通过建图机器人进行扫图，收集环境数据；步骤2：根据收集的环境数据进行地图构建；步骤3：判断地图的清晰度，并根据清晰度进行修图和取点位；步骤4：进行梯控和电话***安装，并进行测试和操作培训。本发明采用分布式方案，将现场扫图、修图标点位、现场培训交付等步骤进行解耦，通过流水线方式，极大的提高了部署效率，大大减少人员部署时间，同时降低了部署人员的技能要求，实现了专业的人做专业的事。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种机器人快速高效低成本的部署方法和***。
背景技术
目前配送机器人、清洁打扫机器人的技术越来越成熟，市场上机器人的使用量也越来越大，机器人现场部署速度跟不上实际的出货量，因此需要有一种快速现场部署的方法来解决这一问题。
专利文献CN111124438A(申请号：CN201911292397.5)公开了一种企业前台机器人的部署方法，部署方法包括以下步骤：S1：环境勘察；S2：规划设计；S3：地图绘制以及区域划分，***供应方安排工程人员根据现场场景画出前台覆盖区域草图，并表明各区域；S4：LAM建图；S5：建图环境改造；S6：配置地图；S7：部署本地服务器：搭建服务器以及实施部署；S8：交付运行。
专利文献CN106443583A(申请号：CN201610784535.1)公开了一种基于定位的区域光标签快速部署方法，包括：1)现初步在待部署区域部署光标签；2)将若干台机器人放置到待部署区域中，其中，各台机器人上均安装有基于光标签定位的移动识别设备；3)机器人在待部署区域进行随机游走行进，机器人在行进过程中，机器人上的基于光标签定位的移动识别设备对机器人进行定位，当定位成功时，则机器人继续行进；当没有定位成功时，则机器人停止行进，并机器人当前所在区域记作定位盲区，并执行步骤4)；当机器人遍历完待部署光标签区域后，没有发现定位盲区时，完成光标签的部署；4)根据定位盲区的形状部署光标签，并转至步骤3)。
以酒店配送机器人现场部署举例，流程为：1)机器由工厂发货到客户；2)技术人员在客户收货后进入现场，推着机器人逐层进行建图；3)建好图后，需要花一些时间对地图进行修正；4)地图修正好后，技术人员推着机器人到各个房间门口进行房间点取位；5)电梯梯控部署以及程控电话***部署；6)测试，培训，交付。
然而存在以下缺陷：
a.在进行建图时，推机器本体进行建图，本体一般比较笨重，酒店走廊一般有比较厚的地板，阻力很大，推的很费力，而且如果没有控制好，很容易前倾，激光扫描到地面，造成生成的二维地图错乱；
b.进行slam建图需要操作人员拥有相关背景的知识，没有经过***培训的人员无法胜任；
c.现场人员需要在现场进行修正地图，然后再推机器到房间门口取房间点，这一过程如果能再后台处理，不占用现场人员的时间，部署时间也将大大加快；
d.一般机器***稳定后，会经过多轮的降成本，本体硬件和***资源刚刚好够用，一旦遇到大的复杂场景，需要比较好的传感器以及比较多的计算机算力才能构建出比较理想的二维地图.不得不进行多次重复建图，增加修改地图的时间。
以上这些缺陷都会导致现场部署时间加长，企业成本增加，部署效率大大降低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人快速高效低成本的部署方法和***。
根据本发明提供的机器人快速高效低成本的部署方法，包括：
步骤1：通过建图机器人进行扫图，收集环境数据；
步骤2：根据收集的环境数据进行地图构建；
步骤3：判断地图的清晰度，并根据清晰度进行修图和取点位；
步骤4：进行梯控和电话***安装，并进行测试和操作培训。
优选的，通过遥控的方式对建筑进行逐层扫描，通过编码器对安装在建图机器人上的激光雷达和惯性传感器收集的数据进行编码，生成数据包并将按预设格式上传至服务器。
优选的，在服务器中读取对应数据包，获取当前时刻的激光数据和里程计数据，利用里程计值作为初值进行激光匹配，得到较准后的位置，然后利用激光数据生成栅格地图，同时对各帧和各个传感器之间生成约束，按照预设频率回环优化；
根据上传的图片和描述信息进行修图，待全部楼层完成修图后，将地图存放在地图服务器中。
优选的，根据地图实际情况判断是否需要采集房间点，若房间门轮廓清晰度在预设范围内，则直接取点保存至服务器；若房间门轮廓清晰度超出预设范围，则重新取点位并进行建图标点。
优选的，在建图标点完成后，从服务器下载地图和房间点位，通过预设程序自动检查电梯点、避让点、候梯点，对房间点进行二次检查。
根据本发明提供的机器人快速高效低成本的部署***，包括：
模块M1：通过建图机器人进行扫图，收集环境数据；
模块M2：根据收集的环境数据进行地图构建；
模块M3：判断地图的清晰度，并根据清晰度进行修图和取点位；
模块M4：进行梯控和电话***安装，并进行测试和操作培训。
优选的，通过遥控的方式对建筑进行逐层扫描，通过编码器对安装在建图机器人上的激光雷达和惯性传感器收集的数据进行编码，生成数据包并将按预设格式上传至服务器。
优选的，在服务器中读取对应数据包，获取当前时刻的激光数据和里程计数据，利用里程计值作为初值进行激光匹配，得到较准后的位置，然后利用激光数据生成栅格地图，同时对各帧和各个传感器之间生成约束，按照预设频率回环优化；
根据上传的图片和描述信息进行修图，待全部楼层完成修图后，将地图存放在地图服务器中。
优选的，根据地图实际情况判断是否需要采集房间点，若房间门轮廓清晰度在预设范围内，则直接取点保存至服务器；若房间门轮廓清晰度超出预设范围，则重新取点位并进行建图标点。
优选的，在建图标点完成后，从服务器下载地图和房间点位，通过预设程序自动检查电梯点、避让点、候梯点，对房间点进行二次检查。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用分布式方案，将现场扫图、修图标点位、现场培训交付等步骤进行解耦，通过流水线方式，极大的提高了部署效率，大大减少人员部署时间，同时降低了部署人员的技能要求，实现了专业的人做专业的事。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明方法流程图；
图2为小型建图机器人示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本发明采用分布式方案，将现场扫图、修图标点位、现场培训交付等步骤进行解耦，通过流水线方式，极大的提高了部署效率，大大减少人员部署时间，同时降低了部署人员的技能要求，实现了专业的人做专业的事。
如图1，根据本发明提供的机器人快速高效低成本的部署方法，包括如下步骤：
步骤1：由扫图技术员携带小型建图机器人进行上门扫图，如图2，该小型建图机器人由高精度激光雷达、高精度imu、高精度编码器和工控机组成。该设备体积小巧，组装方便，技术人员携带方便。扫图人员将小型建图机器人，通过遥控的方式逐一将各个楼层走一遍，机器人实际行走时不进行建图运算，只收集各个传感器数据，生成数据包，每完成一层生成一个该层的数据包，并将数据包按规定格式上传服务器，并填写必要信息。
该方法有以下好处：1)专门扫图人员携带设备为成图模块收集数据，收集完成就可以离店不做修图取点；2)便携式建图机器传感器精度比较高，收集的数据包质量好，可以生成好的地图；3)采用遥控方式，避免的手推的一些弊端，机器人更平稳，里程计数据更准确。
步骤2：后台人员从工单上收到任务，直接在专门的建图服务器中读取需要成图的数据包，运用服务器强大的算力最优的参数生成地图，并根据数据采集人员上传的图片和描述等进行修图，待全部楼层完成后，存放到地图服务器中。
该方法优点为：1)采用服务器运行建图算法，速度快效果好精度高；2)后台人员不需要到现场，节省人力开支。
步骤3：后台人员根据地图实际情况判断是否采集房间点，如果房间门轮廓清晰，则直接取点保存至服务器，如无法看清房间门轮廓，可待机器到店后，由安装培训人员操作，大部分场景电梯点位，房间点位很容易分辨，后台标注点位可大大节省现场人员的部署工时。
步骤4：在建图标点工序完成后，机器发货到达现场，安装工程师从服务器下载地图和房间点位，通过程序可自动检查电梯点、避让点、候梯点等特殊点位，对房间点进行二次检查。
步骤5：机器人发货时，安装人员预约电梯维保在机器人到达当日进行梯控安装，当日还有电话***安装、机器人地图下载并测试，以及使用培训。
综上，机器人部署中，建图环节是最耗时间，把建图步骤进行拆解，既能得到高质量的地图，又能节省人力和物力，达到快速高效高质量低成本的部署。
服务器相比普通工控机对稳定性、安全性、处理数据能力、高扩展性，I/O性能等有更高的要求。
在对环境进行建图时，需要对激光雷达数据，超声波数据，里程计数据，可视化imu数据等进行实时收集，每种传感器的频率从10～300Hz不等，对这些数据需要进行采样、降噪、排序、时间戳对齐，在处理这些数据时需要占用需要比较大的内存存放和数据交换，进行运算时需要多个CPU多进程多线程的处理，因此服务器现对机器人本体的工控机在数据处理时实时性更高，迭代计算时更快的求解。目前在使用的服务器硬件参数如下：硬盘4T，内存32G，[email protected]核。
一般在硬件确定好需要对应的调整参数，以满足不同硬件的需求。以工控机和服务器为例，使用机器人本体建图时使用限制内存使用量和CPU使用核数；进行数据处理时会对大量的数据进行降采样，在降采样的过程中会滤掉许多特征点；在进行数据构造约束连接时会降低生成约束的频率，同时对生成的约束条件设置的比较严格，比如距离、角度等。但是如果使用硬件条件较好的服务器建图时，可以全负载使用资源，cpu数量用足，内存足够大，不再进行降采样，提高约束生成频率，放宽约束条件，得到更多的数据关联。因此根据获取到的硬件的变化自适应调整最优参数：
关键帧采样距离Dis＝T*a
关键帧采样角度Ang＝T*b
其中：a＝1m，b＝10°
T＝x-0.1
| 核数 | T1取值 | 取两位小数 |
| 1 | 1 | round(1)＝1 |
| 2 | 0.933 | round(0.933)＝0.93 |
| 4 | 0.87 | round(0.87)＝0.87 |
| 8 | 0.812 | round(0.812)＝0.81 |
| 16 | 0.757 | round(0.757)＝0.75 |
采样频率H＝k*c
约束构建频率P＝k*d
其中：c＝1hz，d＝1hz
k＝k1+k2
k1＝ln(x)+1，x>＝1
| 核数 | k1取值 | 向上取整 |
| 1 | 1 | ceil(1)＝1 |
| 2 | 1.69 | ceil(1.69)＝2 |
| 4 | 2.38 | ceil(2.38)＝3 |
| 8 | 3.07 | ceil(3.07)＝4 |
| 16 | 3.77 | ceil(3.77)＝4 |
| 内存 | k2 |
| memory<4G | 1 |
| 4G≤memory<8G | 2 |
| memory≥8G | 3 |
在得到参数后，就是标准的slam过程：获取当前时刻的激光数据和里程计数据，利用里程计值作为初值，进行激光匹配，得到较准后的位置，然后利用激光数据生成栅格地图，同时对各帧和各个传感器之间生成约束，按照固定频率回环优化。
在步骤1中专业扫图人员进行录制数据包时，会对该酒店进行拍照标记，比如电梯口有镂空的桌子，在数据包上传时一同上传，后台人员建图获取到栅格地图，此时的地图边缘可能存在毛刺，房间门开着，玻璃由于激光透过扫描不出来，存在坡和经过楼梯等情况，后台人员根据平台上的图片视频文字等，对该图进行人工修图，把毛刺去除，房间门使用黑线连上，玻璃幕墙使用虚拟墙修上，在坡和楼梯处标记坡点和跌落，让机器人经过该区域时执行对应的策略。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种机器人快速高效低成本的部署方法，其特征在于，包括：
步骤1：通过建图机器人进行扫图，收集环境数据；
步骤2：根据收集的环境数据进行地图构建；
步骤3：判断地图的清晰度，并根据清晰度进行修图和取点位；
步骤4：进行梯控和电话***安装，并进行测试和操作培训。
2.根据权利要求1所述的机器人快速高效低成本的部署方法，其特征在于，通过遥控的方式对建筑进行逐层扫描，通过编码器对安装在建图机器人上的激光雷达和惯性传感器收集的数据进行编码，生成数据包并将按预设格式上传至服务器。
3.根据权利要求2所述的机器人快速高效低成本的部署方法，其特征在于，在服务器中读取对应数据包，获取当前时刻的激光数据和里程计数据，利用里程计值作为初值进行激光匹配，得到较准后的位置，然后利用激光数据生成栅格地图，同时对各帧和各个传感器之间生成约束，按照预设频率回环优化；
根据上传的图片和描述信息进行修图，待全部楼层完成修图后，将地图存放在地图服务器中。
4.根据权利要求1所述的机器人快速高效低成本的部署方法，其特征在于，根据地图实际情况判断是否需要采集房间点，若房间门轮廓清晰度在预设范围内，则直接取点保存至服务器；若房间门轮廓清晰度超出预设范围，则重新取点位并进行建图标点。
5.根据权利要求4所述的机器人快速高效低成本的部署方法，其特征在于，在建图标点完成后，从服务器下载地图和房间点位，通过预设程序自动检查电梯点、避让点、候梯点，对房间点进行二次检查。
6.一种机器人快速高效低成本的部署***，其特征在于，包括：
模块M1：通过建图机器人进行扫图，收集环境数据；
模块M2：根据收集的环境数据进行地图构建；
模块M3：判断地图的清晰度，并根据清晰度进行修图和取点位；
模块M4：进行梯控和电话***安装，并进行测试和操作培训。
7.根据权利要求6所述的机器人快速高效低成本的部署***，其特征在于，通过遥控的方式对建筑进行逐层扫描，通过编码器对安装在建图机器人上的激光雷达和惯性传感器收集的数据进行编码，生成数据包并将按预设格式上传至服务器。
8.根据权利要求7所述的机器人快速高效低成本的部署***，其特征在于，在服务器中读取对应数据包，获取当前时刻的激光数据和里程计数据，利用里程计值作为初值进行激光匹配，得到较准后的位置，然后利用激光数据生成栅格地图，同时对各帧和各个传感器之间生成约束，按照预设频率回环优化；
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9.根据权利要求6所述的机器人快速高效低成本的部署***，其特征在于，根据地图实际情况判断是否需要采集房间点，若房间门轮廓清晰度在预设范围内，则直接取点保存至服务器；若房间门轮廓清晰度超出预设范围，则重新取点位并进行建图标点。
10.根据权利要求9所述的机器人快速高效低成本的部署***，其特征在于，在建图标点完成后，从服务器下载地图和房间点位，通过预设程序自动检查电梯点、避让点、候梯点，对房间点进行二次检查。
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