一种基于三维地图的路径规划方法及设备转让专利
申请号 : CN202111174723.X
文献号 : CN113607162B
文献日 : 2021-12-28
发明人 : 李庆民 , 孙平 , 孙传佳 , 邵红臣 , 杨胜军
申请人 : 创泽智能机器人集团股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于三维地图的路径规划方法,其特征在于,所述方法包括:获取机器人在栅格坐标地图中的坐标位置信息,以及所述栅格坐标地图的特征参数;
其中,所述获取机器人在栅格坐标地图中的坐标位置信息,以及所述栅格坐标地图的特征参数,包括,
获取对所述机器人周围环境的建模,并将模型放置到所述三维地图的对应位置;
获取机器人激光导航绘制的所述栅格坐标地图,将所述栅格坐标地图放置到三维地图中;其中,所述栅格坐标地图内的坐标位置与所述三维地图中的模型的坐标位置相对应;
在所述三维地图中,对所述栅格坐标地图对应的最小经纬度坐标,与最大经纬度坐标,分别进行标记;
获取所述机器人在所述栅格坐标地图中的横坐标位置与纵坐标位置,以及,获取所述栅格坐标地图的宽度与高度;
根据所述坐标位置信息,以及所述栅格坐标地图的特征参数,实时得到所述机器人在三维地图中的坐标点信息;其中,所述三维地图对应的坐标系为大地坐标系;
其中,所述根据所述坐标位置信息,以及所述栅格坐标地图的特征参数,实时得到所述机器人在三维地图中的坐标点信息,包括,确定出所述三维地图中标记的最大经度值与最小经度值之间的第一差值,并根据所述最小经度值、所述第一差值、所述机器人对应的横坐标值以及所述栅格坐标地图的宽度,得到所述机器人在所述大地坐标系对应的经度位置;以及确定出所述栅格坐标地图对应的最大纬度值与最小纬度值之间的第二差值,并根据所述最小纬度值、所述第二差值、所述机器人对应的纵坐标值以及所述栅格坐标地图的高度,得到所述机器人在所述大地坐标系对应的纬度位置;
获取所述机器人对应的目标坐标点信息,确定出所述机器人在当前坐标点到达所述目标坐标点的多条预定路径,并确定所述多条预定路径分别对应的多个路段,以及各路段对应的坡度值;
在所述路段的坡度值大于预设坡度值,且所述路段存在障碍物的情况下,获取所述障碍物的坐标,并根据所述障碍物的坐标、所述路段的起点坐标,重新规划所述路段对应的避障路线,以使所述机器人根据预设坡度夹角前进至所述路段的终点;
其中,所述获取所述障碍物的坐标,并根据所述障碍物的坐标、所述路段的起点坐标,重新规划所述路段对应的避障路线,以使所述机器人根据预设坡度夹角前进至所述路段的终点,包括,
获取所述障碍物的坐标,以及所述障碍物周围可通行通道的宽度;
在所述通行路径的宽度,大于所述机器人对应的最小通行宽度的情况下,转变所述机器人的前进方向,以使所述机器人的爬坡角度调整为所述预设坡度夹角;
在所述机器人与所述障碍物的距离或者与可通行通道的墙壁的距离,小于第一预设距离的情况下,改变所述机器人的前进方向,以使所述机器人继续按照所述预设坡度夹角,躲避所述障碍物或者所述墙壁,直到所述机器人到达所述路段的终点;
根据所述避障路线对应的水平距离,以及所述预设坡度夹角,得到所述避障路线的长度;
根据所述避障路线的长度,确定出所述机器人的通行路径,并基于所述通行路径,指引所述机器人前往所述目标坐标点。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维地图的路径规划方法,其特征在于,所述在所述通行路径的宽度,大于所述机器人对应的最小通行宽度的情况下,转变所述机器人的前进方向,以使所述机器人的爬坡角度调整为所述预设坡度夹角,具体包括:以所述机器人的本体中心为圆心,以所述机器人的本体的边缘距离所述圆心最远的距离为半径,获取所述机器人的最小通行宽度;
在所述通行路径的宽度大于所述最小通行宽度的情况下,以所述机器人的当前坐标为起点,向所述路段绘制射线,并确定出各所述射线与水平面的夹角角度;
将夹角角度为所述预设坡度夹角的射线所对应的方向,作为所述机器人的前进方向。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维地图的路径规划方法,其特征在于,所述改变所述机器人的前进方向,以使所述机器人继续按照所述预设坡度夹角,躲避所述障碍物或者所述墙壁之后,所述方法还包括:
在所述机器人的坐标点与所述障碍物的侧边缘对应的坐标点之间的距离,小于第二预设距离的情况下,控制所述机器人进行平移,使得所述机器人的坐标点与所述可通行通道的中垂线重合;其中,所述障碍物的侧边缘,为所述障碍物阻挡当前路段的一侧所对应的底部边界区域;
对所述机器人的行驶方向重新进行调节,使得所述机器人根据预设坡度夹角前进,以通过所述可通行通道躲避所述障碍物。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维地图的路径规划方法,其特征在于,所述根据所述避障路线对应的水平距离,以及所述预设坡度夹角,得到所述避障路线的长度,具体包括:
获取所述机器人相邻两次改变前进方向时,分别对应的坐标点;
根据所述坐标点得到两点之间的水平距离;
根据所述水平距离以及所述预设坡度夹角,得到所述机器人对应的实际路线长度;
根据当前路段对应的一个或多个实际路线长度,得到所述当前路段的避障路线长度。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维地图的路径规划方法,其特征在于,所述根据所述最小经度值、所述第一差值、所述机器人对应的横坐标值以及所述栅格坐标地图的宽度,得到所述机器人在所述大地坐标系对应的经度位置,具体包括:根据经度计算公式
得到所述机器人在所述大地坐标系对应的经度位置;其中,lng为经度值;minLng为所述三维地图中标记的最小经度值;maxLng为所述三维地图中标记的最大经度值;maxLng‑minLng为所述第一差值;x为所述机器人在所述栅格坐标地图中的横坐标位置;imgWidth为所述栅格坐标地图的宽度。
6.根据权利要求1所述的一种基于三维地图的路径规划方法,其特征在于,所述根据所述最小纬度值、所述第二差值、所述机器人对应的纵坐标值以及所述栅格坐标地图的高度,得到所述机器人在所述大地坐标系对应的纬度位置,具体包括:根据纬度计算公式
得到所述机器人在所述大地坐标系对应的纬度位置;其中,lat为纬度值;minLat为所述三维地图中标记的最小纬度值;maxLat为所述三维地图中标记的最大纬度值;maxLat‑minLat为所述第二差值;y为所述机器人在所述栅格坐标地图中的纵坐标位置;imgHeight为所述栅格坐标地图的高度。
7.一种基于三维地图的路径规划设备,该设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器,其中,当该计算机程序指令被该处理器执行时,触发该设备执行权利要求1‑6中的任一项所述的方法。
说明书 :
一种基于三维地图的路径规划方法及设备
技术领域
背景技术
移像素、角度,将世界坐标系位置转换成栅格坐标系的位置,并在图片平面地图上将机器人
的位置呈现出来,以进行路径规划。
纬度,但是GPS设备难以在室内获取经纬度,定位比较难。并且,室内经常会有斜坡、桌椅等
障碍物,不仅会影响机器人行进过程中经纬度坐标的变化,也会改变机器人的高度。而现有
技术难以实时获取激光导航机器人在三维地图中的坐标,从而在对机器人的行进路径进行
规划时,难以准确对障碍物进行躲避。
发明内容
信息,实时得到机器人在三维地图中的坐标点信息;其中,三维地图对应的坐标系为大地坐
标系;获取机器人对应的目标坐标点信息,确定出机器人在当前坐标点到达目标坐标点的
多条预定路径,并确定多条预定路径分别对应的多个路段,以及各路段对应的坡度值;在路
段的坡度值大于预设坡度值,且路段存在障碍物的情况下,获取障碍物的坐标,并根据障碍
物的坐标、路段的起点坐标,重新规划路段对应的避障路线,以使机器人根据预设坡度夹角
前进至路段的终点;根据避障路线对应的水平距离,以及预设坡度夹角,得到避障路线的长
度;根据避障路线的长度,确定出所述机器人的通行路径,并基于通行路径,指引机器人前
往目标坐标点。
施例根据三维地图对机器人的路径进行规划,在路径坡度较大的情况下,采用斜线形式爬
坡的方案,降低机器人爬坡的难度。此外,本申请实施例能够根据三维地图获取到当前路径
中的障碍物,以使机器人在爬坡过程中成功躲避障碍,不仅能够确保机器人顺利到达目标
位置,也能降低机器人爬坡的难度,确保机器人稳定前进。
图的对应位置;获取机器人激光导航绘制的栅格坐标地图,将栅格坐标地图放置到三维地
图中;其中,栅格坐标地图内的坐标位置与三维地图中的模型的坐标位置相对应;在三维地
图中,对栅格坐标地图对应的最小经纬度坐标,与最大经纬度坐标,分别进行标记;获取机
器人在栅格坐标地图中的横坐标位置与纵坐标位置,以及,获取栅格坐标地图的宽度与高
度。
最小经度值之间的第一差值,并根据最小经度值、第一差值、机器人对应的横坐标值以及栅
格坐标地图的宽度,得到机器人在大地坐标系对应的经度位置;以及确定出栅格坐标地图
对应的最大纬度值与最小纬度值之间的第二差值,并根据最小纬度值、第二差值、机器人对
应的纵坐标值以及栅格坐标地图的高度,得到机器人在大地坐标系对应的纬度位置。
解决了GPS设备在室内难以获取经纬度,定位比较难的问题。同时可以确保机器人的激光导
航对应的坐标与三维地图中的坐标一一对应,提高坐标转换的准确性。
坐标,具体包括:获取障碍物的坐标,以及障碍物周围可通行通道的宽度;在通行路径的宽
度,大于机器人对应的最小通行宽度的情况下,转变机器人的前进方向,以使机器人的爬坡
角度调整为预设坡度夹角;在机器人与障碍物的距离或者与可通行通道的墙壁的距离,小
于第一预设距离的情况下,改变机器人的前进方向,以使机器人继续按照预设坡度夹角,躲
避障碍物或者墙壁,直到机器人到达路段的终点。
施例在当前路径的坡度较大的情况下,通过改变机器人的行驶方向,进而改变机器人在爬
坡过程中与水平面之间的夹角,以降低机器人爬坡的难度。
括:以机器人的本体中心为圆心,以机器人的本体的边缘距离圆心最远的距离为半径,获取
机器人的最小通行宽度;在通行路径的宽度大于最小通行宽度的情况下,以机器人的当前
坐标为起点,向路段绘制射线,并确定出各射线与水平面的夹角角度;将夹角角度为预设坡
度夹角的射线所对应的方向,作为机器人的前进方向。
应的坐标点之间的距离,小于第二预设距离的情况下,控制机器人进行平移,使得机器人的
坐标点与可通行通道的中垂线重合;其中,障碍物的侧边缘,为障碍物阻挡当前路段的一侧
所对应的底部边界区域;对机器人的行驶方向重新进行调节,使得机器人根据预设坡度夹
角前进,以通过可通行通道躲避障碍物。
障机器人及时对该障碍物进行躲避,以较短的时间到达目标位置。并且,在机器人平移至可
通行通道时,重新对机器人的行进方向进行转换,使得机器人能够以预设坡度夹角前进,从
而减缓坡度,减轻机器人爬坡的难度。
点;根据坐标点得到两点之间的水平距离;根据水平距离以及预设坡度夹角,得到机器人对
应的实际路线长度;根据当前路段对应的一个或多个实际路线长度,得到当前路段的避障
路线长度。
计算公式
一差值;x为机器人在栅格坐标地图中的横坐标位置;imgWidth为栅格坐标地图的宽度。
计算公式
值;y为机器人在栅格坐标地图中的纵坐标位置;imgHeight为栅格坐标地图的高度。
指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够:获取机器人在栅格坐标地图
中的坐标位置信息,以及栅格坐标地图的特征参数;根据坐标位置信息,以及经纬度信息,
实时得到机器人在三维地图中的坐标点信息;其中,三维地图对应的坐标系为大地坐标系;
获取机器人对应的目标坐标点信息,确定出机器人在当前坐标点到达目标坐标点的多条预
定路径,并确定多条预定路径分别对应的多个路段,以及各路段对应的坡度值;在路段的坡
度值大于预设坡度值,且路段存在障碍物的情况下,获取障碍物的坐标,并根据障碍物的坐
标、路段的起点坐标,重新规划路段对应的避障路线,以使机器人根据预设坡度夹角前进至
路段的终点;根据避障路线对应的水平距离,以及预设坡度夹角,得到避障路线的长度;根
据避障路线的长度,确定出所述机器人的通行路径,并基于通行路径,指引机器人前往目标
坐标点。
难以对室内场景下的三维地图进行坐标定位的问题。其次,本申请实施例根据三维地图对
机器人的路径进行规划,在路径坡度较大的情况下,采用斜线形式爬坡的方案,降低机器人
爬坡的难度。此外,本申请实施例能够根据三维地图获取到当前路径中的障碍物,以使机器
人在爬坡过程中成功躲避障碍,不仅能够确保机器人顺利到达目标位置,也能降低机器人
爬坡的难度,确保机器人稳定前进。
附图说明
申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提
下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
具体实施方式
例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本说明书实施例,本领域普通技
术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的
范围。
移像素、角度,将世界坐标系位置转换成栅格坐标系的位置,并在图片平面地图上将机器人
的位置呈现出来,以进行路径规划。
纬度,但是GPS设备难以在室内获取经纬度,定位比较难。并且,室内经常会有斜坡、桌椅等
障碍物,而现有技术难以实时获取激光导航的机器人在三维地图中的三维坐标,进而难以
对机器人的行进路径进行规划。
人,难以对室内场景下的三维地图进行坐标定位的问题。其次,本申请实施例依据三维地图
对机器人的路径进行规划,在路径坡度较大的情况下,采用斜线形式爬坡的方案,降低机器
人爬坡的难度。此外,本申请实施例能够根据三维地图获取到当前路径中的障碍物,以使机
器人在爬坡过程中成功躲避障碍,不仅能够确保机器人顺利到达目标位置,也能降低机器
人爬坡的难度,确保机器人稳定前进。
地图中。其中,栅格坐标地图与三维地图中的模型的位置相对应。在三维地图中,对栅格坐
标地图对应的最小经纬度坐标,与最大经纬度坐标,分别进行标记。获取机器人在栅格坐标
地图中的横坐标位置与纵坐标位置,以及获取栅格坐标地图的宽度值与高度值。其中,特征
参数至少可以包括栅格坐标地图的宽度、高度,以及将栅格坐标地图放入三维地图中后,该
栅格坐标地图对应的最大经纬度值与最小经纬度值中的一项或多项。
导航地图,以贴图的形式放置到三维地图里,调整贴图比例大小以对应3D模型真实位置,并
在三维地图里标记激光导航图片的左下角与右上角地理坐标。
原点即为开始扫描地图的起点位置,开始扫图时,机器人的朝向即为坐标系x轴的正方向,
同样遵循右手坐标系。
其原点即为开始扫描地图的起点位置。
minLng表示最小经度、minLat表示最小纬度。将激光导航图片的右上角,标记为最大经纬度
坐标所对应的位置。maxLng表示最大经度,maxLat表示最大纬度。
最小经度纬度坐标,将激光导航地图图片的上边缘所在直线与右边缘所在直线的交点,标
注为最大经度纬度坐标。其中,最大经纬度坐标与最小经纬度坐标,分为为当前地图对应的
实际地理位置的最大经纬度坐标与最小经纬度坐标。
的宽度,得到机器人在大地坐标系对应的经度位置。以及确定出栅格坐标地图对应的最大
纬度值与最小纬度值之间的第二差值,并根据最小纬度值、第二差值、机器人对应的纵坐标
值以及栅格坐标地图的高度,得到机器人在大地坐标系对应的纬度位置。
小经纬度、最大经纬度等已知参数。对机器人在三维地图中的经纬度坐标进行计算。将栅格
坐标地图的宽度imgWidth方向视为大地坐标系的经度方向,将栅格坐标地图的高度
imgHeight方向视为大地坐标系的纬度方向,将最小经纬度视为栅格坐标地图原点,将最大
经纬度视为栅格坐标地图最大点。
的公式计算机器人在大地坐标中对应的经纬度坐标。
一差值;x为机器人在栅格坐标地图中的横坐标位置;imgWidth为栅格坐标地图的宽度。
值;y为机器人在栅格坐标地图中的纵坐标位置;imgHeight为栅格坐标地图的高度。
解决了GPS设备在室内难以获取经纬度,定位比较难的问题。同时可以确保机器人的激光导
航对应的坐标与三维地图中的坐标一一对应,提高坐标转换的准确性。
对应的坡度值。
以将写字楼内的空间划分为多个区域,且各个区域之间通过通道进行连接。根据建立的三
维地图,可以获取机器人的实时位置坐标信息。根据机器人的当前位置以及机器人的目标
位置,可以在三维地图中确定出从当前位置前往该目标位置的多条预定路径。
路段即为直行路段与左转后行驶的路段。此外,还要获取每一个路段所对应的坡度值,每一
个路段的坡度可能会发生变换,例如,有台阶或斜坡的位置所对应的路段的坡度会发生变
换。
以使机器人根据预设坡度夹角前进至路段的终点。
进方向,以使机器人的爬坡角度调整为预设坡度夹角。在机器人与障碍物的距离或者与可
通行通道的墙壁的距离,小于第一预设距离的情况下,改变机器人的前进方向,以使机器人
继续按照预设坡度夹角,躲避障碍物或者墙壁,直到机器人到达路段的终点。其中,预设坡
度夹角为机器人行进方向的直线与水平面之间的夹角。
的宽度进行测量,在获取当前机器人的最小通行宽度。在可通行通道的宽度大于机器人的
最小通行宽度的情况下,会调整机器人的行驶方向,使得机器人以较小的坡度爬坡。改变机
器人的行驶方向后,机器人会以斜线的方式行驶,此时可能会与通道两边的墙壁、或者障碍
物本身产生碰撞。因此,为了确保机器人的安全,在机器人行驶过程中会实时对周边物体与
机器人的距离进行测量,一旦机器人与周围环境中物体的距离小于第一预设距离,例如,第
一预设距离可以为10cm,会改变机器人的行进方向,重新规划躲避该障碍的路线,且确保机
器人的爬坡时的坡度角保持为预设坡度夹角。
物。当前坡度较大,机器人以直行的方式不仅会与障碍物产生碰撞,也会增加爬坡的难度。
因此,先确定出符合预设坡度夹角所对应的起始路线,例如,预设坡度夹角可以为15度,此
时,机器人会向左水平旋转,使得机器人的爬坡坡度调整为15度,然后以旋转后的角度进行
爬坡。在行进一段距离到达C点后,会接收到与墙壁距离小于10cm的报警警告,此时会以C点
为起点,将机器人的前进方向调节为正前方,在将机器人以反方向调整,例如,在C点,将机
器人向右水平旋转,使其爬坡的角度依然保持为15度。机器人根据调整后的角度进行爬坡
以躲避障碍物,并到达当前路段的终点。
通行宽度。在通行路径的宽度大于最小通行宽度的情况下,以机器人的当前坐标为起点,向
路段绘制射线,并确定出各射线与水平面的倾斜角度。将倾斜角度为预设坡度夹角的射线
所对应的方向,作为机器人的前进方向。
人的最小通行宽度。例如,机器人距离圆心最远的点与圆心之间的距离为30cm,此时,可以
得到机器人的最小通行宽度为60cm。在机器人到达当前路段的起始坐标后,为了获取机器
人爬坡的路线,先以机器人的当前位置为起点,向该路段绘制多条射线,每一条射线代表一
条前进路径。在每一条射线上任意取一点,获取该点的坐标,并通过该点的坐标与起始位置
的坐标得到该射线对应的与水平面的斜坡夹角。将斜坡夹角与预设坡度夹角相同的射线作
为当前机器人的前进路线。
地图获取到当前路径中的障碍物,以使机器人在爬坡过程中成功躲避障碍,不仅能够确保
机器人顺利到达目标位置,也能降低机器人爬坡的难度,确保机器人稳定前进。
行通道的中垂线重合。其中,障碍物的侧边缘,为障碍物阻挡当前路段的一侧所对应的底部
边界区域。对机器人的行驶方向进行调节,使得机器人根据预设坡度夹角前进,以通过可通
行通道躲避障碍物。
正前方即可。之后,在对机器人的行进角度进行调整,使得机器人根据预设坡度夹角前进,
以通过可通行通道躲避障碍物。
对应的实际路线长度。根据当前路段对应的一个或多个实际路线长度,得到当前路段的避
障路线长度。
度夹角,可以得到机器人实际行走的路线的长度。
路线长度进行相加计算,即可得到各路径分别对应的路线长度。将路线长度最短的路径作
为机器人的通行路径,以指引机器人根据该可通行路障前往目标坐标点。
少一个处理器201能够:获取机器人在栅格坐标地图中的坐标位置信息,以及栅格坐标地图
的特征参数;根据坐标位置信息,以及经纬度信息,实时得到机器人在三维地图中的坐标点
信息;其中,三维地图对应的坐标系为大地坐标系;获取机器人对应的目标坐标点信息,确
定出机器人在当前坐标点到达目标坐标点的多条预定路径,并确定多条预定路径分别对应
的多个路段,以及各路段对应的坡度值;在路段的坡度值大于预设坡度值,且路段存在障碍
物的情况下,获取障碍物的坐标,并根据障碍物的坐标、路段的起点坐标,重新规划路段对
应的避障路线,以使机器人根据预设坡度夹角前进至路段的终点;根据避障路线对应的水
平距离,以及预设坡度夹角,得到避障路线的长度;根据避障路线的长度,确定出所述机器
人的通行路径,并基于通行路径,指引机器人前往目标坐标点。
备、非易失性计算机存储介质实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较
简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或
者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的
或者可能是有利的。
的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。