适用于酒店清洁机器人的复合路径规划方法及系统与流程

1.本发明涉及清洁机器人的技术领域，具体地，涉及适用于酒店清洁机器人的复合路径规划方法及系统。


背景技术：

2.酒店清洁机器人是一种作业于酒店卫生间的特殊机器人，酒店场景比较特殊，长廊居多，而清洁机器人体型比较庞大且有机械臂等比较坚硬的部分会裸露在体外，为了安全起见，机器人在行走过程中必须平稳且需要以安全为主。由于该机器人携带了一系列机械设备(如机械臂，相机，电动夹爪，电动刷等)，身形比较庞大且不规则，行进时可能会遇到很多空间中的障碍物，尤其是机械臂在收拢状态下也有可能碰触到障碍物或人，因此需要在保证安全的情况下尽可能快速且平稳地行进。
3.公开号为cn109871013a的中国发明专利文献公开了一种清洁机器人路径规划方法及系统、存储介质、电子设备，包括清洁区域获取，导入包含待清洁区域的轮廓数据，并将轮廓数据发送至地图生成模块；地图生成，地图生成模块根据轮廓数据生成待清洁区域的场景地图；路径规划，路径规划模块根据场景地图规划清洁机器人清洁路径。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为由于在常规的路径规划中往往会出现比较多的原地旋转或绕个大圈进行局部避障，且路径也相对不固定，经常会反复规划路径，这使得运行效率比较低下。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于酒店清洁机器人的复合路径规划方法及系统。
6.根据本发明提供的一种适用于酒店清洁机器人的复合路径规划方法，包括如下步骤：
7.导航地图建立步骤：利用激光雷达建立相应的导航所使用的栅格地图；
8.位置标记步骤：在栅格地图上标记出所有目标点；
9.路径规划建立步骤：当任务下发时，导航逻辑层会下发任务对应的目标点；机器人进行当前位置到任务对应的目标点的全局路径规划，同时在机器人的预定区域范围建立局部避障地图，并利用局部避障地图进行实时动态局部路径规划。
10.优选的，该复合路径规划方法还包括路径规划策略切换步骤：在机器人行进过程中，根据机器人当前位置的周边环境选择对应的路径规划策略进行切换，然后执行切换的路径规划策略。
11.优选的，在所述位置标记步骤中，所述目标点包括酒店各房间门口的位置和房间卫生间的位置。
12.优选的，在所述导航地图建立步骤中，利用二维激光雷达建立相应的导航所使用的2d栅格地图。
13.优选的，所述路径规划策略切换步骤包括如下步骤：
14.第一路径规划策略切换步骤：若机器人当前位置处于长廊中，路径规划选择走廊的中间进行行进轨迹规划，重新得到全局路径规划，并且在遇到障碍时通过局部路径规划选择停止，等障碍物通过再继续前进，若在预定时间内障碍物仍不消失，则重新规划全局路径或向任务层发出告警寻求帮助；
15.第二路径规划策略切换步骤：若机器人当前位置处于房间内或者狭窄的地方，局部路径规划将减少机器人旋转的比重，并且加大机器人后退的比重，进而机器人穿越狭窄的通道或者进出卫生间；
16.第三路径规划策略切换步骤：若机器人位置处于宽敞的地方，遇到障碍时局部路径规划选择绕障。
17.根据本发明提供的一种适用于酒店清洁机器人的复合路径规划系统，包括如下模块：
18.导航地图建立模块：利用激光雷达建立相应的导航所使用的栅格地图；
19.位置标记模块：在栅格地图上标记出所有目标点；
20.路径规划建立模块：当任务下发时，导航逻辑层会下发任务对应的目标点；机器人进行当前位置到任务对应的目标点的全局路径规划，同时在机器人的预定区域范围建立局部避障地图，并利用局部避障地图进行实时动态局部路径规划。
21.优选的，该复合路径规划系统还包括路径规划策略切换模块：在机器人行进过程中，根据机器人当前位置的周边环境选择对应的路径规划策略进行切换，然后执行切换的路径规划策略。
22.优选的，在所述位置标记模块中，所述目标点包括酒店各房间门口的位置和房间卫生间的位置。
23.优选的，在所述导航地图建立模块中，利用二维激光雷达建立相应的导航所使用的2d栅格地图。
24.优选的，所述路径规划策略切换模块包括如下模块：
25.第一路径规划策略切换模块：若机器人当前位置处于长廊中，路径规划选择走廊的中间进行行进轨迹规划，重新得到全局路径规划，并且在遇到障碍时通过局部路径规划选择停止，等障碍物通过再继续前进，若在预定时间内障碍物仍不消失，则重新规划全局路径或向任务层发出告警寻求帮助；
26.第二路径规划策略切换模块：若机器人当前位置处于房间内或者狭窄的地方，局部路径规划将减少机器人旋转的比重，并且加大机器人后退的比重，进而机器人穿越狭窄的通道或者进出卫生间；
27.第三路径规划策略切换模块：若机器人位置处于宽敞的地方，遇到障碍时局部路径规划选择绕障。
28.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
29.1、本发明使用一种复合式的路径规划方法，在保障机器人安全行进的基础上提高运行效率，保障了清洁机器人在整个任务行进过程中的安全性及灵活性；
30.2、本发明遇到障碍物时可以智能做出避让选择(绕过障碍或者停止或者选择更合适的路径)；
31.3、本发明解决了普通圆形底盘机器人避障过于灵活的问题，可有效防止事故的发生；
32.4、本发明解决了狭小空间内的避障规划问题，可以更加高效地完成进出狭小房间的清洁任务。
附图说明
33.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：
34.图1为本发明流程图。
具体实施方式
35.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。
36.本发明实施例公开了一种适用于酒店清洁机器人的复合路径规划方法，如图1所示，包括如下步骤：
37.导航地图建立步骤：利用激光雷达建立相应的导航所使用的栅格地图。具体为，利用二维激光雷达建立相应的导航所使用的2d栅格地图。
38.位置标记步骤：在栅格地图上标记出所有目标点。目标点包括酒店各房间门口的位置和房间卫生间的位置。具体为，在地图上标记出各房间门口的位置以及房间卫生间的位置。各房间门口的位置以及房间卫生间的位置为所有机器人需要到达的目标点位。
39.路径规划建立步骤：当任务下发时，导航逻辑层会下发任务对应的目标点；机器人进行当前位置到任务对应的目标点的全局路径规划，同时在机器人的预定区域范围建立局部避障地图，并利用局部避障地图进行实时动态局部路径规划。
40.具体为，当上层(任务层)任务下发时，导航逻辑层会下发对应的目标点，然后机器人规划出当前位置到目标点的全局路径(本发明所使用的全局路径规划方法是a*路径规划算法，a*(a-star)算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法)，同时会在机器人一定区域范围内建立一个局部避障地图，利用该地图可以实现实时动态路径规划(采用了dwa局部路径规划算法)，使得机器人可以进行实时避障，避障策略则依据机器人所处的环境进行灵活变化。
41.采用了dwa局部路径规划算法，dwa又称为动态窗口法，主要是在速度(v，w)空间中采样多组速度，并模拟机器人在这些速度下一定时间(sim_period)内的轨迹。在得到多组轨迹以后，对这些轨迹进行评价，选取最优轨迹所对应的速度来驱动机器人运动。该算法突出点在于动态窗口这个名词，它的含义是依据移动机器人的加减速性能限定速度采样空间在一个可行的动态范围内。
42.任务层负责处理用户下发的任务指令，例如打扫403房间的卫生间，任务层则会对该任务指令进行分解，分解成多个目标点并按照一定顺序下发给导航层，而导航层则会根据这些目标点规划处相应的全局路径，有了全局路径后则进行局部避障规划，最终下发速
度给底盘进行移动。
43.路径规划策略切换步骤：在机器人行进过程中，根据机器人当前位置的周边环境选择对应的路径规划策略进行切换，然后执行切换的路径规划策略。
44.具体为，在机器人行进过程中，会通过实时定位来判断机器人当前所在位置，并根据不同的周边环境进行路径规划策略的切换。路径规划策略事先存放入策略库中，当遇到不同的环境时会调用不同的策略。
45.路径规划策略切换步骤包括如下步骤：
46.第一路径规划策略切换步骤：若机器人当前位置处于长廊中，路径规划选择走廊的中间进行行进轨迹规划，重新得到全局路径规划，并且在遇到障碍时通过局部路径规划选择停止，等障碍物通过再继续前进，若在预定时间内障碍物仍不消失，则重新规划全局路径或向任务层发出告警寻求帮助。
47.第二路径规划策略切换步骤：若机器人当前位置处于房间内或者狭窄的地方，局部路径规划将减少机器人旋转的比重，并且加大机器人后退的比重，进而机器人穿越狭窄的通道或者进出卫生间。
48.第三路径规划策略切换步骤：若机器人位置处于宽敞的地方，遇到障碍时局部路径规划选择绕障。
49.具体为，路径规划策略切换步骤包括如下几种路径规划策略：
50.策略1：若机器人位置处于长廊中时，路径规划会尽可能沿着走廊中间规划行进轨迹，通过机器人本体的2d激光雷达可以扫描到走廊两侧的墙壁数据(该数据是激光雷达传感器给出的原始数据，这些数据是由若干个点组成，而这些点是激光打到物体表面反射回来形成的，其数据格式则是该反射点距离激光传感器的角度值和距离值)，并对两侧的激光数据分别进行直线拟合，可以得到两条平行的直线，然后再得到两条直线的中线，并对中线进行一定的处理和延长(得到中线后需要利用opencv滤波算法对其进行滤波和去燥，得到一条光滑且连续的路径，再利用直线拟合算法对中线进行延长)，即可得到我们所需要的全局路径。并且在遇到障碍时优先选择停止，通过机器人本体的2d激光雷达、相机以及超声波等传感器识别障碍物，并通过局部路径规划下发停止命令，即下发速度为0的指令，等障碍物通过再继续前进，若在一定时间内障碍物仍不消失，那就重新规划全局路径(从机器人当前位置到目标点)或向上层(任务层)发出告警以寻求帮助(通过中间通讯层向任务层发送告警信号并且原地等待任务层的处理)。
51.策略2：若机器人位置处于房间或者比较狭窄的地方时，局部路径规划(避障规划)将会尽可能减少旋转的比重，并且加大后退的比重，通过在dwa局部规划算法中改变速度加速度以及角速度角加速度的大小，从而改变采样的速度，同时就改变了机器人的采样轨迹，再通过修改评价函数，提高后退轨迹评分以及降低旋转轨迹评分，这样最终能获得较高评分的轨迹就会尽可能包含后退轨迹(通过改动算法中相关参数的方式)，这样可以使得机器人可以更容易穿越狭隘的通道或者进出小型卫生间，这种路径规划更适用于方形底盘机器人。
52.策略3：若机器人位置处于比较宽敞的地方时，局部路径规划(避障规划)可以相对灵活，遇到障碍时优先选择绕障(绕障是通过dwa局部规划算法实现)，这样可以尽量减少等待时间，提高运行效率。
53.本发明实施例公开了一种适用于酒店清洁机器人的复合路径规划系统，如图1所示，包括如下模块：
54.导航地图建立模块：利用激光雷达建立相应的导航所使用的栅格地图。具体为，利用二维激光雷达建立相应的导航所使用的2d栅格地图。
55.位置标记模块：在栅格地图上标记出所有目标点。目标点包括酒店各房间门口的位置和房间卫生间的位置。
56.路径规划建立模块：当任务下发时，导航逻辑层会下发任务对应的目标点；机器人进行当前位置到任务对应的目标点的全局路径规划，同时在机器人的预定区域范围建立局部避障地图，并利用局部避障地图进行实时动态局部路径规划。
57.路径规划策略切换模块：在机器人行进过程中，根据机器人当前位置的周边环境选择对应的路径规划策略进行切换，然后执行切换的路径规划策略。
58.路径规划策略切换模块包括如下模块：
59.第一路径规划策略切换模块：若机器人当前位置处于长廊中，路径规划选择走廊的中间进行行进轨迹规划，重新得到全局路径规划，并且在遇到障碍时通过局部路径规划选择停止，等障碍物通过再继续前进，若在预定时间内障碍物仍不消失，则重新规划全局路径或向上层发出告警寻求帮助。
60.第二路径规划策略切换模块：若机器人当前位置处于房间内或者狭窄的地方，局部路径规划将减少机器人旋转的比重，并且加大机器人后退的比重，进而机器人穿越狭窄的通道或者进出卫生间。
61.第三路径规划策略切换模块：若机器人位置处于宽敞的地方，遇到障碍时局部路径规划选择绕障。
62.本发明是一种比较高效且安全的复合式路径规划方法，包含清洁机器人软件算法，可有效提高清洁机器人在酒店场景中的安全性及运行效率。本发明针对不同的环境选择不同的避障策略，分别是停止、绕障及重新规划路径，在宽敞环境中优先选择绕障，在狭窄通道中优先选择停止，在机器人长时间停止无法通过时可重新进行路径规划，而在进出房间时优先选择后退或直行，尽可能避免机器人原地旋转带来不必要的安全隐患。
63.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系统及其各个装置、模块、单元以外，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系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、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功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元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功能的装置、模块、单元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装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
64.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，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。