用于初始化自主移动式设备位姿的方法及装置与流程

本公开涉及自主移动式设备技术领域，特别涉及一种用于初始化自主移动式设备位姿的方法及装置。

背景技术：

定位是确定自主移动式设备在其作业环境中所处位置的过程。更具体地说是利用先验环境地图信息、自主移动式设备位姿的当前估计以及传感器的观测值等输入信息，经过一定的处理和变换，产生更加准确的对自主移动式设备当前位姿的估计。

二维室内平面中自主移动式设备的位姿通常使用三元组(tx，ty，θ)表示，其中(tx，ty)表示自主移动式设备相对于坐标系的位置(平移分量)，θ表示自主移动式设备的运动方向(旋转分量)。

相关技术中，位姿估计中涉及三种假设状态下的分析方法。

(1)已知起点，已知地图。这种条件下的定位称为局部定位或位姿跟踪。作为一个示例，相关技术中可根据里程计等对位姿进行估计，同时进行局部地图与全局地图的地图匹配，结合里程计和地图匹配确定自主移动式设备的位姿。

(2)不知起点，不知地图。自主移动式设备需要不断地构造环境地图并应用才地图计算自主移动式设备当前位姿，也就是自主移动式设备必须同时既能完成位姿估计，又能自行构造地图，称为同步定位与地图构造(SLAM)。

(3)不知起点，已知地图。当自主移动式设备需要复位或迷失方向或遭绑架时，需要找回自主移动式设备当前位置(即位姿初始化)。

对于(3)的位姿估计，相关技术中，常用的辅助方法是在环境中增设某些人工信标，如无线收发器、几何信标、卫星导航、条码技术、红外或超声接收系统进行位置标识；或采用高级传感器如视频摄像机或三维视觉系统以识别自然标识。但对于自主移动式设备，应当能靠自身携带传感器自主识别环境并自主定位。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种用于初始化自主移动式设备位姿的方法及装置，以解决了相关技术中自主移动式设备位姿失效后的位姿估计的技术问题。

在本公开的一个方面，提供了一种用于初始化自主移动式设备位姿的方法，该包括：使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动；在无碰撞漫游运动的同时通过传感器感知自主移动式设备的环境，得到自主移动式设备所在位置的环境特征；将环境特征与全局地图进行匹配，得到匹配的程度和自主移动式设备在全局地图中的位姿；以及，如果匹配的程度大于或等于预设值，确定自主移动式设备的位姿为自主移动式设备在全局地图中的位姿。

在某些示例中，上述方法还包括：如果确定得到自主移动式设备的位姿，结束无碰撞漫游运动。

在某些示例中，使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动，包括：确定目标位置；使自主移动式设备从当前位置向目标位置移动；判断无碰撞漫游运动是否结束以及是否移动到目标位置；以及，当移动到目标位置时如果无碰撞漫游运动未结束，确定新的目标位置，并使自主移动式设备向新的目标位置移动，重复该过程直到无碰撞漫游运动结束。

在某些示例中，目标位置为距离所述自主移动式设备最远的位置，和/或目标位置为与所述自主移动式设备的距离大于预设距离的位置。

在某些示例中，还包括：判断自主移动式设备的位姿是否失效；其中，当自主移动式设备的位姿失效时，使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动。

在某些示例中，无碰撞漫游运动为连续运动。

在某些示例中，传感器为测距传感器。

在本公开的另一个方面，提供了一种用于初始化自主移动式设备位姿的装置，该装置包括：运动模块，用于使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动；获取模块，用于在无碰撞漫游运动的同时通过传感器感知自主移动式设备的环境，得到自主移动式设备所在位置的环境特征；匹配模块，用于将该环境特征与全局地图进行匹配，得到匹配的程度和自主移动式设备在全局地图中的位姿；以及，定位模块，用于如果匹配的程度大于或等于预设值，确定自主移动式设备的位姿为自主移动式设备在全局地图中的位姿。

在某些示例中，定位模块，还用于如果确定得到自主移动式设备的位姿，结束无碰撞漫游运动。

在某些示例中，运动模块，用于确定目标位置；使自主移动式设备从当前位置向目标位置移动；判断无碰撞漫游运动是否结束以及是否移动到目标位置；以及，当移动到目标位置时如果无碰撞漫游运动未结束，确定新的目标位置，并使自主移动式设备向新的目标位置移动，重复该过程直到无碰撞漫游运动结束。

在某些示例中，目标位置为距离自主移动式设备最远的位置，和/或目标位置为与自主移动式设备的距离大于预设距离的位置。

在某些示例中，该装置还包括：判断模块，用于判断自主移动式设备的位姿是否失效；其中，运动模块，用于当自主移动式设备的位姿失效时，使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动。

在本公开的又一个方面，还提供了一种自主移动式设备，该自主移动式设备包括：传感器，用于感知环境；存储装置，用于存储全局地图；运动装置，用于使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动；提取装置，用于在所述无碰撞漫游运动的同时使所述传感器感知自主移动式设备的环境，得到自主移动式设备所在位置的环境特征；匹配装置，用于将所述环境特征与所述全局地图进行匹配，得到匹配的程度和所述自主移动式设备在所述全局地图中的位姿；以及，定位装置，用于如果所述匹配的程度大于或等于预设值，确定自主移动式设备的位姿为自主移动式设备在全局地图中的位姿。

在某些示例中，运动装置，用于确定目标位置；使自主移动式设备从当前位置向目标位置移动；判断无碰撞漫游运动是否结束以及是否移动到目标位置；以及，当移动到目标位置时如果无碰撞漫游运动未结束，确定新的目标位置，并使自主移动式设备向新的目标位置移动，重复该过程直到无碰撞漫游运动结束。

在某些示例中，目标位置为距离所述自主移动式设备最远的位置，和/或目标位置为与所述自主移动式设备的距离大于预设距离的位置。

本公开，可在自主移动式设备位姿失效时，重新得到自主移动式设备的位姿。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本公开实施例的一种自主移动式设备100的示意图；

图2是本公开实施例的计算机程序指令模块的示意图；

图3是本公开实施例的一种用于初始化自主移动式设备位姿的装置的结构框图；

图4是本公开实施例的用于初始化自主移动式设备位姿的方法的流程图；

图5是本公开实施例的另一种初始化自主移动式设备位姿的方法的流程图；以及

图6是本公开实施例的一种无碰撞漫游运动的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1是本公开实施例的一种自主移动式设备100的示意图。

如图1所示，自主移动式设备100可包括：控制器20、距离传感器21、驱动单元24、存储装置25。应当理解图1所示的自主移动式设备100仅作为示例性说明，并不是对本公开的限定，自主移动式设备100可包括一个或多个更少或更多的部件。

控制器20可包括一个或多个处理单元及其外围电路，处理单元及外围电路具有相应的通信接口以进行数据传输。

驱动单元24包括电机等以驱动移动部件(图1中未示出)产生移动。驱动单元24可从控制器20接收驱动指令，根据驱动指令驱动移动部件产生移动。在某些示例中，移动部件可以包括轮式移动部件、步行移动部件(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动部件、爬行式移动部件、蠕动式移动部件和游动式移动部件等类型，但不限于此。在某些示例中，驱动单元24还可向控制器20提供反馈信息。另外，驱动单元24还可包括电机等驱动肢体(图1中未示出)、清洁模块(图1中未示出)等部件产生动作。

在某些示例中，自主移动式设备100还可包括障碍物检测传感器22。障碍物检测传感器22可包括红外传感器/红外传感器组、超声波传感器等非接触式检测传感器。障碍物检测传感器22可发射和接收信号，并将信号发送至控制器20，控制器20根据信号判断是否存在障碍物。在某些示例中，障碍物检测传感器22可发射和接收信号，并根据信号判断是否存在障碍物，并将判断结果发送给控制器20。障碍物检测传感器22还可包括诸如碰撞开关等接触式传感器，以在碰撞发生时感知到碰撞的发生。但本公开并不限于此。

在某些示例中，自主移动式设备100还可包括移动距离检测单元23。移动距离检测单元23可以采用里程计等用于检测轮子转动圈数的转动检测传感器。例如，转动检测传感器可以采用用于检测电机的转动圈数的编码器等。在某些示例中，移动距离检测单元23可以采用诸如加速度传感器和陀螺仪等来估计移动距离。应当理解，在本公开中还可以采用其他可行的移动距离检测单元，以上示例仅作为举例说明，并不是对本公开的限定。

在某些示例中，自主移动式设备100还可以发射器26，发射器26可通过天线(图2中未示出)发送信息，并向控制器20发送通过天线接收的信息。

在某些示例中，自主移动式设备100还可以包括麦克风或麦克风阵列(以下简称麦克风26)。麦克风26可采集声音，并将声音信号经音频电路处理后发送给控制器20。控制器20可包括语音识别组件，经语音识别算法识别声音内容，还可通过声纹等特征识别说话人。此外，麦克风阵列还可提供声源所在方位。麦克风26还可采用语音增强技术，提高语音采集的效果。

在某些示例中，自主移动式设备100还可包括喇叭27。控制器20将音频信号给喇叭27以播放声音。控制器20可提供数字音频信号，喇叭27相关的音频处理电路对数字音频信号进行数模转换，得到模拟音频信号，喇叭27将模拟音频信号的电信号转换成声音信号。

在某些示例中，自主移动式设备100还可以包括显示屏28。在某些示例中，显示屏28可采用触敏显示器，触敏显示器可以让使用者只要用手指或其他媒介轻轻地碰显示屏上的图形(图符或文字等)就能实现输入操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。应当理解，本公开并不限于此。

自主移动式设备100可探索室内环境，并建立用于描述室内环境的室内地图。在本公开中，以采用测距传感器21为例的环境感知传感器为例进行说明。如图1所示，自主移动式设备100可包括测距传感器21。

在某些示例中，测距传感器21可采用激光扫描仪，激光扫描仪可采用激光二极管发射和接收光脉冲来测距。激光测距方法可基于TOF(time of flight)技术，发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间确定目标的距离。自主移动式设备100可根据激光扫描仪采集的信号建立室内地图。

在某些示例中，测距传感器21可采用声纳传感器。声纳可采用脉冲测距法测距。脉冲测距法基于TOF技术，即发射一个脉冲信号再接收其回波，根据时间差来计算至目标对象的距离信息。在应用中可将多个传感器布置在不同方向上获取平面内的距离信息。自主移动式设备100可根据声纳采集的信号建立室内地图。

在某些示例中，自主移动式设备100的测距传感器21还可以采用视觉传感器。视觉传感器将环境的光信号转换成电信号。根据采用的视觉传感器个数可将视觉传感器分为单目视觉、双目视觉、三目视觉和混合视觉等视觉系统。下面以立体视觉为例进行说明，立体视觉测距是利用两个相互位置已知的摄像头组成的视觉系统，根据同一景物在两个摄像头上成像的视差计算出景物的深度，从而获得其距离信息。

在某些示例中，自主移动式设备100可融合多种传感器的数据来定位和创建地图。作为示例，多传感器融合方法可采用加权平均、卡尔曼滤波、贝叶斯估计、统计决策理论、证据推理、产生式规则等方法。另外，还可采用模糊逻辑与神经网络等智能计算方法。

自主移动式设备100可自主对室内环境进行探索，建立室内环境的全局地图。并可将全局地图存储在存储装置25中。

应当理解，以上定位和建图方法仅作为示例性说明，并不是对自主移动式设备100创建地图的限定。实际上，相关技术中多种公知的方法也是可行的，在此不再赘述。本公开之后的技术也可应用到自主移动式设备100来进行机器人定位和创建地图，本公开对此不做限定。

存储装置25可存储计算机程序指令模块，该计算机程序程序指令模块可被控制器20。存储装置25还可存储室内环境的全局地图。图2是本公开实施例的计算机程序指令模块的示意图。

如图2所示，本公开实施例的计算机程序指令模块可包括：地图建立装置200、路径规划装置210、定位装置220、移动控制装置230、通信装置240。应当理解，自主移动式设备100可包括一个或多个更多或更少的模块，图2仅作为一个示例，并不是对自主移动式设备100的计算机程序指令模块的限定。

地图建立装置200，用于建立坐标系，并控制自主移动式设备100探索所处的室内环境，通过测距传感器21感知所处的室内环境，经过特征提取等建立室内地图的全局地图。将全局地图的数据存储在存储装置25中。

定位装置220，用于根据测距传感器21对环境的感知以及移动距离检测单元等估计自主移动式设备100的位姿。路径规划装置210，用于根据全局地图规划当前位置到目标位置的移动路径，得到路径规划数据。移动控制装置230，用于根据路径规划数据产生对驱动单元24的控制指令，以使自主移动式设备100按照规划的路径移动到目标位置。

通信装置240，用于接收或发送指令。

在本公开实施例中，提供了一种用于初始化自主移动式设备位姿的装置，图3是本公开实施例的一种用于初始化自主移动式设备位姿的装置的结构框图。

如图3所示，用于初始化自主移动式设备位姿的装置包括：运动模块300，用于使自主移动式设备100进行无碰撞漫游运动；获取模块310，与运动模块300相连接，用于在无碰撞漫游运动的同时通过测距传感器21感知自主移动式设备100的环境，得到自主移动式设备100所在位置的环境特征；匹配模块320，与获取模块310相连接，用于将环境特征与全局地图进行匹配，得到匹配的程度和自主移动式设备100在全局地图中的位姿；以及，定位模块330，与匹配模块320相连接，用于如果匹配的程度大于或等于预设值，确定自主移动式设备100的位姿为自主移动式设备100在全局地图中的位姿。

定位模块330还用于如果确定得到自主移动式设备100的位姿，使运动模块300结束无碰撞漫游运动。

在某些示例中，运动模块300，用于确定目标位置，使自主移动式设备100从当前位置向目标位置移动，判断无碰撞漫游运动是否结束以及是否移动到目标位置，当移动到目标位置时如果无碰撞漫游运动未结束，确定新的目标位置，并使自主移动式设备100向新的目标位置移动，重复该过程直到无碰撞漫游运动结束。

在某些示例中，目标位置为距离自主移动式设备100最远的位置，和/或目标位置为与自主移动式设备100的距离大于预设距离的位置。

在某些示例中，还可以判断模块(图3中未示出)，用于判断自主移动式设备100的位姿是否失效。运动模块300，用于当自主移动式设备100的位姿失效时，使自主移动式设备进行无碰撞漫游运动。

在公开本实施例中，还提供了一种用于初始化自主移动式设备位姿的方法。图4是本公开实施例的用于初始化自主移动式设备位姿的方法的流程图。如图4所示，该方法包括步骤402至步骤408。

步骤402，使自主移动式设备100进行无碰撞漫游运动。

在某些示例中，无碰撞漫游运动为连续运动，连续运动可使得自主移动式设备100通过测距传感器21稳定的感知环境。自主移动式设备100可通过障碍物检测传感器22检测环境中的障碍物，并根据检测到的障碍物信息避开障碍物进行无碰撞运动。

在步骤402中，无碰撞漫游运动可以具有一定的随机性，例如，随机的向一个方向移动一定距离，再随机的向另一个方向移动一定距离，多次移动的距离可以相同或不同。

在某些示例中，在步骤402中，可确定目标位置，使自主移动式设备100从当前位置向目标位置移动，判断无碰撞漫游运动是否结束以及是否移动到目标位置，当移动到目标位置时如果无碰撞漫游运动未结束，确定新的目标位置，并使自主移动式设备100向新的目标位置移动，重复该过程直到无碰撞漫游运动结束。

在某些示例中，目标位置被设置为距离自主移动式设备100最远的位置和/或与自主移动式设备100的距离大于预设距离的位置。通过该示例，将目标位置设置为最远或者距离大于预定值的位置，可以使自主移动式设备100产生更长时间的连续运动，有利于更好的感知环境，此外，可以使得多次移动后感知到更大范围的环境，有利于确定自主移动式设备100的位姿。

在步骤402中，运动模块300可产生运动移动指令，将移动指令发送至移动控制装置230，移动控制装置230根据移动指令产生针对驱动单元24的控制指令，驱动单元24根据控制指令使自主移动式设备100移动。

步骤404，在无碰撞漫游运动的同时，通过测距传感器21知自主移动式设备100的环境，得到自主移动式设备所在位置的环境特征。

步骤406，将环境特征与全局地图进行匹配，得到匹配的程度和自主移动式设备100在全局地图中的位姿。

步骤408，如果匹配的程度大于或等于预设值，确定自主移动式设备的位姿为自主移动式设备在全局地图中的位姿。

在某些示例中，自主移动式设备100可判断自主移动式设备100的位姿是否失效，当自主移动式设备100的位姿失效时，进入初始化位姿的过程。

图5是本公开实施例的另一种初始化自主移动式设备位姿的方法的流程图，如图5所示，该方法包括步骤501至步骤506。

步骤501，判断自主移动式设备100的位姿是否失效，当自主移动式设备100的位姿失效时，进入步骤502；当自主移动式设备100位姿未失效时，进入步骤506。

在步骤501中，当自主移动式设备100上电时，可能会出现位姿失效的情况。

步骤502，无碰撞漫游运动，同时在无碰撞漫游运动的过程中，从诸如测距传感器21中获取环境数据，提取自主移动式设备100所在位置的环境特征。

步骤503，将环境特征与全局地图进行匹配。

步骤504，匹配的程度是否大于等于预设值(例如90％)，如果是，进入步骤505；如果否，返回步骤502。

步骤505，确定自主移动式设备100的位姿为自主移动式设备100在全局地图中的位姿。

步骤506，进入导航运动模式。

图6是本公开实施例的一种无碰撞漫游运动的流程图，如图6所示，该方法包括步骤601至步骤604。

步骤601，确定距离自主移动式设备100最远的位置为目标位置。

步骤602，向目标位置移动。

步骤603，在移动过程中，判断是否收到结束指令，如果是，结束；如果否，进入步骤604。

步骤604，判断是否移动到目标位置，如果是，进入步骤601，如果否，返回步骤602。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储装置等。

本公开实施例，可在自主移动式设备位姿失效时，重新得到自主移动式设备的位姿。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。