双激光定位导航方法及机器人与流程

本发明涉及机器人定位导航技术领域，特别涉及一种双激光定位导航方法及机器人。

背景技术：

移动机器人在室内使用过程中，由于室内环境经常变换，导致已经建好的地图与当前环境差异很大，受到环境影响导致定位失败和导航失败。现有的导航方案，通常是一个激光部署在机器人底部用来导航定位和避障，面对经常桌子摆动椅子摆动和人员走动，很容易导致机器人在导航过程中，丢失定位。

按照目前的技术，如果室内环境经常变换，导致地图和激光实际数据匹配度很低，会存在以下几个问题：定位丢失，激光实际数据和地图相似度很低，机器人会出现丢失定位，无法在地图上完成定位，导致机器人无法正常规划出导航路线；定位出错，激光实际数据和地图相似度很低，机器人会出现定位出错，导致机器人导航路线出现很大偏差。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决地面障碍物随时变化的情况下进行准确定位和导航。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种双激光定位导航方法，包括：

获取第一激光数据，其中，所述第一激光数据为安装于机器人第一预设位置的第一激光装置获取的数据；

将所述第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到所述机器人的定位信息；

获取第二激光数据，其中，所述第二激光数据为安装于机器人第二预设位置的第二激光装置获取的数据，所述第二预设位置较所述第一预设位置距离地面的高度低；

根据所述第二激光数据以及所述定位信息生成导航路线信息。

优选的，所述将所述第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到所述机器人的定位信息的方法包括：

从所述第一激光数据中提取外界环境中第一预设位置同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

将所述第一距离数据与所述初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息，其中，所述预设距离数据库包括初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合。

优选的，所述将所述第一距离数据与所述初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息的方法包括：

判断所述第一距离数据与所有的所述初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

当有多个初始距离数据的匹配率达到所述预设阈值时，选取所述匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

提取所述匹配距离数据中的坐标位置作为当前的定位信息。

优选的，所述将所述第一距离数据与初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息的方法还包括：

当所有的所述初始距离数据与所述第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新获取所述第一激光数据；

当重新获取所述第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息。

优选的，所述根据所述第二激光数据以及所述定位信息生成导航路线信息的方法包括：

从所述第二激光数据中提取外界环境中第二预设位置同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

将所述第二距离数据替换所述初始导航地图中所述定位信息所对应的初始距离数据生成实时导航地图；

根据所述实时导航地图生成导航路线信息。

优选的，所述根据所述实时导航地图生成导航路线信息的方法包括：

根据所述实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

将所有的所述可通行区域根据坐标位置集合起来生成导航路线信息。

另一方面，本申请公开一种双激光定位导航装置，包括：

第一获取模块：被配置为执行获取第一激光数据，其中，所述第一激光数据为安装于机器人第一预设位置的第一激光装置获取的数据；

匹配模块：被配置为执行将所述第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到所述机器人的定位信息；

第二获取模块：被配置为执行获取第二激光数据，其中，所述第二激光数据为安装于机器人第二预设位置的第二激光装置获取的数据，所述第二预设位置较所述第一预设位置距离地面的高度低；

生成模块：被配置为执行根据所述第二激光数据以及所述定位信息生成导航路线信息。

优选的，所述匹配模块包括：

第一提取模块：被配置为执行从所述第一激光数据中提取外界环境中第一预设位置同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

距离数据匹配模块：被配置为执行将所述第一距离数据与所述初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息，其中，所述预设距离数据库包括初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合。

优选的，所述距离数据匹配模块还包括：

判断模块：被配置为执行判断所述第一距离数据与所有的所述初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

选取模块：被配置为执行当有多个初始距离数据的匹配率达到所述预设阈值时，选取所述匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

第二提取模块：被配置为执行提取所述匹配距离数据中的坐标位置作为当前的定位信息。

优选的，所述距离数据匹配模块还包括：

重新获取模块：被配置为执行当所有的所述初始距离数据与所述第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新获取所述第一激光数据；

警报模块：被配置为执行当重新获取所述第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息。

优选的，所述生成模块包括：

第三提取模块：被配置为执行从所述第二激光数据中提取外界环境中第二预设位置同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

替换模块：被配置为执行将所述第二距离数据替换所述初始导航地图中所述定位信息所对应的初始距离数据生成实时导航地图；

生成子模块：被配置为执行根据所述实时导航地图生成导航路线信息。

有选的，所述生成子模块还包括：

排除模块：被配置为执行根据所述实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

集合模块：被配置为执行将所有的所述可通行区域根据坐标位置集合起来生成导航路线信息。

另一方面，本申请还公开一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如上述任一项权利要求所述的双激光定位导航方法的步骤。

另一方面，本申请公开一种机器人，包括：

机器人主体；

一个或多个处理器：所述处理器安装于所述机器人主体内，所述主控制器内包括上述所述的存储介质；

第一激光装置：安装于机器人主体的第一预设位置，

第二激光装置：安装于机器人第二预设位置，所述第二预设位置较所述第一预设位置距离地面的高度低，所述第一激光装置、第二激光装置分别与处理器连接以执行上述任意一项所述的双激光定位导航方法。

本发明通过利用第一激光数据和第二激光数据配合起来实现导航定位，第一个激光装置位于离地面较高位置，用于测量较高位置的障碍物数据，由于较高位置大多是墙体或者柱子，不容易移动，因此以此为依据获取的定位信息较为准确，同时由于机器人在地面上移动，通过较低位置的第二激光装置来获取距离地面较低位置的障碍物数据则可得到可通行区域，实现避障，这样双激光配合起来，就可以保证机器人能够在经常变换的环境中定位准确，避障准确。

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为本发明一种双激光定位导航方法流程示意图；

图2为本发明中第一激光数据与初始导航地图进行匹配方法流程示意图；

图3为本发明中获取当前定位信息的方法第一流程图；

图4为本发明中获取当前定位信息的方法第二流程图；

图5为本发明第二激光数据以及定位信息生成导航路线信息的方法流程图；

图6为本发明实时导航地图生成导航路线信息的方法流程图；

图7为本发明的一种双激光定位导航装置框架示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图描述一种双激光定位导航方法，请参阅图1，包括：

s1000、获取第一激光数据，其中，所述第一激光数据为安装于机器人第一预设位置的第一激光装置获取的数据；

本申请公开的导航方式适用于在地面上移动的机器人，机器人自动移动过程中需要进行导航，导航的过程为通过获取当前的定位信息，结合预存储的当前环境的地图，即可规划出一条避开障碍物的可通行路线，在本实施例中，在机器人的预设位置设置一个第一激光装置以时刻获取相关激光数据。当机器人是在室内进行移动时，优选的方案为设置一个根据室内的面积选取的对应型号的激光装置，例如30米的激光装置，使其向四周扫描，以获取得到各个位置的激光数据，即第一激光数据。需要说明的是，激光作为一种测距装置，通过获得得到对应角度位置的当前机器人与周边障碍物之间的距离，则可获取得到障碍物的相对位置。

s2000、将所述第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到所述机器人的定位信息；

获取的第一激光数据中可得到当前机器人与周围障碍物之间的相对位置，也就形成了一个地图，将根据第一激光数据获取的地图与存储在机器人内部的初始导航地图进行匹配则可得到机器人当前的定位信息，具体的，在一实施例中，请参阅图2，所述将所述第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到所述机器人的定位信息的方法包括：

s2100、从所述第一激光数据中提取外界环境中第一预设位置同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

s2200、将所述第一距离数据与所述初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息，其中，所述预设距离数据库包括初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合。

由于第一激光数据是通过第一激光装置获取的，第一激光装置安装在机器人的第一预设位置，激光数据一束光束只能朝一个方向照射，因此该第一激光装置可以同时发出多个光束，或者是第一激光装置可进行一定角度的转动，以获取到机器人前进方向范围内的障碍物距离数据。

当第一激光装置是以转动扫射的方式完成距离探测时，会得到多个数据，每一个方向都会得到一个数据，沿着一定规律的多个方向构成一个面，为了能加快数据处理的能力且在不影响定位识别的准确率的基础上，可直接从第一激光装置上提取外界环境中第一预设位置同一水平面上的障碍物之间的第一距离数据，即无需提取所有的距离数据，通过其中一个水平面上的数据，来判断当前的定位，采用这种方式相较于获取多个平面上的数据，数据的处理量较少，也更快速，只需要对比初始导航地图中预设距离数据库中同一平面位置的数据即可，由于所述预设距离数据库包括初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合，只需要提取平面位置对应的坐标，则可获取得到坐标位置对应的初始距离数据。

在一实施例中，请参阅图3，所述将所述第一距离数据与所述初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息的方法包括：

s2210、判断所述第一距离数据与所有的所述初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

s2220、当有多个初始距离数据的匹配率达到所述预设阈值时，选取所述匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

s2230、提取所述匹配距离数据中的坐标位置作为当前的定位信息。

第一距离数据为某一平面位置的与障碍物的距离数据，而在预设距离数据库中包括了多个平面的数据，且相邻的平面之间的数据可能比较相似，为了能够得到准确的定位，一种优选的方案为，判断所述第一距离数据与所有的所述初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值，匹配率为第一距离数据与初始距离数据之间的相似度，由于第一距离数据为其中一个平面中不同方向上各位置的数据集合，可将第一距离数据与初始距离数据中同一平面上的所有数据进行比对，计算各方向上距离数据相同的数据占该平面上总数据的比值，即匹配率。

预设阈值为根据当前环境的障碍物距离情况设置的能较为准确评估得到当前定位的匹配率临界值，当获取的第一距离数据与初始距离数据的匹配率达到该临界值时，则表示该初始距离数据对应的坐标位置很有可能就是机器人本体当前的定位。

在一实施例中，由于相邻位置上的数据比较接近，可能会产生多个位置的匹配率在预设阈值内，此时，选取匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据，而该匹配距离数据对应的坐标位置则为机器人当前的定位信息，

在一实施例中，可能存在没有一组第一距离数据的匹配率未达到预设阈值的情况，因此针对该情况，请参阅图4，所述将所述第一距离数据与初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息的方法还包括：

s2240、当所有的所述初始距离数据与所述第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新获取所述第一激光数据；

s2250、当重新获取所述第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息。

当没有初始距离数据与第一距离数据匹配时，则重新获取所述第一激光数据，具体的操作为向第一激光装置发送重新获取数据的指令，使第一激光装置重新获取当前的距离数据值。

当重新获取的第一激光数据的次数达到预设次数时，则发送警报信息，例如当第一激光装置在接收到三次重新获取数据的指令，且进行了三次数据重新获取指令后，依旧不能得到对应的定位信息，则判定当前的数据有问题，或者可能是当前的初始距离数据不准确，需要重新获取初始距离数据或者更换初始导航地图，发送警报信息以提醒用户进行错误排查。

s3000、获取第二激光数据，其中，所述第二激光数据为安装于机器人第二预设位置的第二激光装置获取的数据，所述第二预设位置较所述第一预设位置距离地面的高度低；

第二激光数据是通过第二激光装置获得的，第二激光装置安装在机器人的第二预设位置，激光数据一束光束只能朝一个方向照射，因此该第二激光装置与第一激光装置一样可以同时发出多个光束，或者是第二激光装置可进行一定角度的转动，以获取到机器人前进方向范围内的障碍物距离数据。

本实施例中，第二预设位置较第一预设位置距离地面的高度低，即第一预设位置在机器人的上部分位置，第二预设位置在机器人的下部分位置，由于较高位置的障碍物大多是墙壁或者柱子，不容易移动，因此通过位于上方的第一激光装置获取的第一激光数据大多墙壁或者柱子之间的距离，由于室内环境下不同位置与各个墙壁或者柱子之间的距离是不一样的，因此通过获取了各个障碍物之间的距离，则可进行准确定位。

由于机器人的高度有高有矮，当机器人较矮时，可在机器人上安装一个一定高度的支架，将第一激光装置安装在支架上以达到可直接获取四周墙壁以及柱子之间的距离的高度。

本实施例中，第二预设位置通常位于机器人的底部，例如机器人的移动转盘位置，方便获取到机器人本体距离地面的激光数据以及机器人本体移动方向上的障碍物之间的距离数据。机器人本体距离地面的激光数据可以用于判断机器人本体移动过程中地面是否平整，是否有台阶或者坑洼，机器人本体移动方向上的障碍物之间的距离数据则用于判断机器人欲移动方向障碍物的位置以及距离。

s4000、根据所述第二激光数据以及所述定位信息生成导航路线信息。

由于第二激光数据可以探测到机器人本体移动方向上的障碍物之间的距离，因此可通过该数据获取得到哪些位置上有障碍物，哪些位置上没有障碍物为可通行区域。

在一实施例中，请参阅图5，所述根据所述第二激光数据以及所述定位信息生成导航路线信息的方法包括：

s4100、从所述第二激光数据中提取外界环境中第二预设位置同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

s4200、将所述第二距离数据替换所述初始导航地图中所述定位信息所对应的初始距离数据生成实时导航地图；

s4300、根据所述实时导航地图生成导航路线信息。

第二激光数据通常有两种，一种是用于测量机器人所移动的地面的距离数据，该数据主要用于保障机器人不会因地面坑洼或者台阶而翻转，另一种数据则为测量机器人本体移动方向上的数据。因此要获取导航路线信息，必须先从第二激光数据中提取外界环境中的障碍物距离数据，排除机器人移动方向上障有障碍物的区域，得到可移动的区域，将该区域与初始导航地图进行比对，则可得到导航路线信息。

由于获取的障碍物距离数据较多，为了节省数据处理时间，提高检测速率，在一实施例中，减少障碍物距离数据，只对与第二预设位置同一水平面上障碍物之间的距离数据进行数据，该数据称之为第二距离数据，第二预设位置为第二激光装置安装的位置，且该位置一般较低，靠近地面，该位置对应的水平面有障碍物时，机器人也是不能通过的，因此在一实施例中，通过获取该位置对应的水平面的障碍物之间的距离，则可知道哪些地方有障碍物不允许通过，哪些地方没有障碍物，机器人本体可以通过而得到导航路线信息。

具体的，请参阅图6，所述根据所述实时导航地图生成导航路线信息的方法包括：

s4310、根据所述实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

s4320、将所有的所述可通行区域根据坐标位置集合起来生成导航路线信息。

由于位于地面位置的障碍物可能是一些可移动的物体，例如桌子，凳子或者是行人，这些障碍物位置很可能随着时间的变化会跟初始状态下的初始导航地图相差很大，因此当获取了第二距离数据后，将第二距离数据替换所述初始导航地图中所述定位信息所对应的初始距离数据生成实时导航地图，根据实时导航地图，则可得到机器人移动方向的可通行区域的坐标，由于机器人是不断移动的，因此在移动过程中不断有新的第二距离数据，这些第二距离数据不断更新生成实时导航地图，以得到机器人移动过程中的多个可通行区域，这些可通行区域的坐标位置的集合合并在一起则生成导航路线信息。

本发明通过利用第一激光数据和第二激光数据配合起来实现导航定位，第一个激光装置位于离地面较高位置，用于测量较高位置的障碍物数据，由于较高位置大多是墙体或者柱子，不容易移动，因此以此为依据获取的定位信息较为准确，同时由于机器人在地面上移动，通过较低位置的第二激光装置来获取距离地面较低位置的障碍物数据则可得到可通行区域，实现避障，这样双激光配合起来，就可以保证机器人能够在经常变换的环境中定位准确，避障准确。

另一方面，请参阅图7，本申请公开一种双激光定位导航装置，包括：

第一获取模块1000：被配置为执行获取第一激光数据，其中，所述第一激光数据为安装于机器人第一预设位置的第一激光装置获取的数据；

匹配模块2000：被配置为执行将所述第一激光数据与初始导航地图进行匹配以得到所述机器人的定位信息；

第二获取模块3000：被配置为执行获取第二激光数据，其中，所述第二激光数据为安装于机器人第二预设位置的第二激光装置获取的数据，所述第二预设位置较所述第一预设位置距离地面的高度低；

生成模块4000：被配置为执行根据所述第二激光数据以及所述定位信息生成导航路线信息。

优选的，所述匹配模块2000包括：

第一提取模块：被配置为执行从所述第一激光数据中提取外界环境中第一预设位置同一水平面上障碍物之间的第一距离数据；

距离数据匹配模块：被配置为执行将所述第一距离数据与所述初始导航地图中的预设距离数据库进行匹配，以得到当前的定位信息，其中，所述预设距离数据库包括初始状态下，外界环境中各个坐标位置的障碍物之间的初始距离数据的集合。

优选的，所述距离数据匹配模块还包括：

判断模块：被配置为执行判断所述第一距离数据与所有的所述初始距离数据的匹配率是否达到预设阈值；

选取模块：被配置为执行当有多个初始距离数据的匹配率达到所述预设阈值时，选取所述匹配率最高的初始距离数据作为匹配距离数据；

第二提取模块：被配置为执行提取所述匹配距离数据中的坐标位置作为当前的定位信息。

优选的，所述距离数据匹配模块还包括：

重新获取模块：被配置为执行当所有的所述初始距离数据与所述第一距离数据的匹配率都未达到预设阈值时，重新获取所述第一激光数据；

警报模块：被配置为执行当重新获取所述第一激光数据的次数达到预设次数时发送警报信息。

优选的，所述生成模块包括：

第三提取模块：被配置为执行从所述第二激光数据中提取外界环境中第二预设位置同一水平面上障碍物之间的第二距离数据；

替换模块：被配置为执行将所述第二距离数据替换所述初始导航地图中所述定位信息所对应的初始距离数据生成实时导航地图；

生成子模块：被配置为执行根据所述实时导航地图生成导航路线信息。

有选的，所述生成子模块还包括：

排除模块：被配置为执行根据所述实时导航地图中的距离数据排除障碍物区域以生成可通行区域；

集合模块：被配置为执行将所有的所述可通行区域根据坐标位置集合起来生成导航路线信息。

另一方面，本申请公开一种机器人，包括：

机器人主体(图未示)；

一个或多个处理器：所述处理器安装于所述机器人主体内，所述主控制器内包括上述所述的存储介质；

第一激光装置(图未示)：安装于机器人主体的第一预设位置，

第二激光装置(图未示)：安装于机器人第二预设位置，第二预设位置较第一预设位置低，例如第二预设位置位于机器人本体的移动底盘位置，以测量机器人底盘与地面的距离，以及测量机器人移动方向上障碍物的距离，所述第一激光装置、第二激光装置分别与处理器连接以执行上述任意一项所述的双激光定位导航方法。

本发明还提供一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述任一实施例所述双激光定位导航方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

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不脱离本发明的原理和宗旨的情况下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。