一种定点导航的实现方法和机器人

技术领域

本发明涉及机器人导航领域，尤指一种定点导航的实现方法和机器人。

背景技术

随着科技的日新阅历的发展，我国在工业自动化科技技术方面取得突飞猛进的发展，为工农业生产方面实现自动化、智能化打下了坚实的基础，机器人也在各行各业应运而生。

目前导航技术是移动机器人技术的关键部分，而定位技术是机器人导航是否实现的先决条件。机器人在移动过程中需依赖存储后的地图信息，并依据实时位置所扫描的实际信息进行计算，最终规划出一种可以实时避障和导航的路线，并控制机器人按照规划好的路线驱动机器人行走，最终实现自动导航、实时定位以及实时避障的功能。

但是，机器人如何进行定点精准定位的同时，提高机器人的调度效率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种定点导航的实现方法和机器人，实现定点精准定位的同时，提高机器人的调度效率。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种定点导航的实现方法，包括步骤：

应用层根据用户的输入信息，在全局激光地图上的对应定点位置处添加检测任务，并将所述检测任务添加到任务列表中；所述任务列表包括若干个定点位置；

处理器根据所述任务列表中的定点位置进行路径规划生成导航路线；

所述处理器在机器人根据所述导航路线进行行驶过程中，一旦确定到达当前定点位置时，查询所述当前定点位置处是否存在待办检测任务；

所述处理器根据查询结果切换机器人的工作状态，直至所述任务列表完成后控制机器人切换为驻车状态。

进一步的，所述应用层根据用户的输入信息，在全局激光地图上的对应定点位置处添加检测任务，并将所述检测任务添加到任务列表中包括步骤：

所述应用层获取所述全局激光地图和输入信息；

所述应用层在所述全局激光地图标记出所述输入信息对应的定点位置，在所述定点位置标记添加所需的检测任务，并为各个检测任务设置对应的检测时长；

所述应用层将所述定点位置及其关联的检测任务，按照预设先后顺序添加至任务队列中以更新任务列表。

进一步的，所述处理器包括第一工控机和第二工控机；所述处理器根据所述任务列表中的定点位置进行路径规划生成导航路线包括步骤：

所述第一工控机接收所述应用层发送的任务列表；

所述第一工控机对所述任务列表进行任务分解得到所述定点位置，并将分解得到的定点位置按照所述预设先后顺序依次下发到所述第二工控机；

所述第二工控机接收所述定点位置，并根据所述定点位置进行路径规划生成所述导航路线。

进一步的，所述处理器在机器人根据所述导航路线进行行驶过程中，一旦确定到达当前定点位置时，查询所述当前定点位置处是否存在待办检测任务包括步骤：

所述第二工控机定位得到空间坐标，并根据所述空间坐标判断是否到达当前定点位置；

若所述当前定点位置与所述空间坐标匹配时，所述第二工控机确定到达所述当前定点位置并上报给所述第一工控机；

所述第一工控机在接收到所述第二工控机发送的到达所述当前定点位置的上报信息后，判断所述应用层在所述当前定点位置对应的检测时长是否为零；

若所述当前定点位置对应的检测时长为零，则所述第一工控机确定所述当前定点位置不存在待办检测任务；

若所述当前定点位置对应的检测时长不为零，则所述第一工控机确定所述当前定点位置存在待办检测任务。

进一步的，所述处理器根据查询结果切换机器人的工作状态，直至所述任务列表完成后控制机器人切换为驻车状态包括步骤：

当所述定点位置存在待办检测任务时，所述第一工控机执行所述当前定点位置的检测任务，同时所述第一工控机通知所述应用层开启对应的检测开关以获取检测报告，在所述检测任务完成后通知所述应用层关闭对应的检测开关，并判断所述任务列表是否完成；

当所述定点位置不存在待办检测任务时，所述第一工控机判断所述任务列表是否完成；

当确定所述任务列表未完成时，继续按照所述预设先后顺序下发下一定点位置至所述第二工控机；

当确定所述任务列表完成时，通知所述第二工控机和应用层将对应待办检测任务的待办状态更改为完成状态，并控制机器人处于驻车状态。

本发明还提供一种机器人，包括：应用层和处理器；

所述应用层，用于根据用户的输入信息，在全局激光地图上的对应定点位置处添加检测任务，并将所述检测任务添加到任务列表中；所述任务列表包括若干个定点位置；

所述处理器，用于根据所述任务列表中的定点位置进行路径规划生成导航路线，然后，在机器人根据所述导航路线进行行驶过程中，一旦确定到达当前定点位置时，查询所述当前定点位置处是否存在待办检测任务，并根据查询结果切换机器人的工作状态，直至所述任务列表完成后控制机器人切换为驻车状态。

进一步的，所述应用层包括：

获取模块，用于获取所述全局激光地图和输入信息；

添加模块，用于在所述全局激光地图标记出所述输入信息对应的定点位置，在所述定点位置标记添加所需的检测任务，并为各个检测任务设置对应的检测时长；

生成模块，用于将所述定点位置及其关联的检测任务，按照预设先后顺序添加至任务队列中以更新任务列表。

进一步的，所述处理器包括第一工控机和第二工控机；所述第一工控机包括第一通信模块和第一处理模块，所述第二工控机包括第二通信模块和第二处理模块，所述应用层还包括第三通信模块；

所述第一通信模块，用于接收所述应用层的第三通信模块发送的任务列表，还用于将分解得到的定点位置按照所述预设先后顺序依次下发到所述第二工控机；

所述第一处理模块，用于对所述任务列表进行任务分解得到所述定点位置；

所述第二通信模块，用于接收所述定点位置；

所述第二处理模块，用于根据所述定点位置进行路径规划生成所述导航路线。

进一步的，所述第二处理模块，还用于定位得到空间坐标，并根据所述空间坐标判断是否到达当前定点位置，若所述当前定点位置与所述空间坐标匹配时，所述第二工控机确定到达所述当前定点位置；

所述第二通信模块，还用于发送到达所述当前定点位置的上报信息给所述第一工控机；

所述第一通信模块，还用于接收到所述第二工控机发送的上报信息；

所述第一处理模块，还用于在所述第一通信模块接收到所述上报信息后，判断所述应用层在所述当前定点位置对应的检测时长是否为零；

所述第一处理模块，还用于若所述当前定点位置对应的检测时长为零，则确定所述当前定点位置不存在待办检测任务；若所述当前定点位置对应的检测时长不为零，则确定所述当前定点位置存在待办检测任务。

进一步的，所述第一通信模块，还用于当所述定点位置存在待办检测任务时，通知所述应用层开启对应的检测开关以获取检测报告，在所述检测任务完成后通知所述应用层关闭对应的检测开关；

所述第一通信模块，还用于当确定所述任务列表未完成时，继续按照所述预设先后顺序下发下一定点位置至所述第二工控机；

所述第一处理模块，还用于当所述定点位置存在待办检测任务时，执行所述当前定点位置的检测任务并判断所述任务列表是否完成；当所述定点位置不存在待办检测任务时，判断所述任务列表是否完成；

所述第一处理模块，还用于当确定所述任务列表完成时，通知所述第二工控机和应用层将对应待办检测任务的待办状态更改为完成状态，并控制机器人处于驻车状态。

通过本发明提供的一种定点导航的实现方法和机器人，能够定点精准定位的同时，提高机器人的调度效率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种定点导航的实现方法和机器人的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种定点导航的实现方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明一种定点导航的实现方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明一种机器人的一个实施例的通信结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

本发明的一个实施例，如图1所示，一种定点导航的实现方法，包括：

S100应用层根据用户的输入信息，在全局激光地图上的对应定点位置处添加检测任务，并将所述检测任务添加到任务列表中；所述任务列表包括若干个定点位置；

S200处理器根据所述任务列表中的定点位置进行路径规划生成导航路线；

S300所述处理器在机器人根据所述导航路线进行行驶过程中，一旦确定到达当前定点位置时，查询所述当前定点位置处是否存在待办检测任务；

S400所述处理器根据查询结果切换机器人的工作状态，直至所述任务列表完成后控制机器人切换为驻车状态。

具体的，本发明通过基于激光地图来实现定点导航方法，能够有效解决定位难、导航线路不可控等一系列内外在因素导致无法精准定点导航的问题，相对于传统的定点导航方法，本发明不仅可以精准定位、规划一条可控的最优导航线路，而且还可以在定点位置进行一系列的检测任务，能够让导航任务更智能、更多样化。

本发明的一个实施例，一种定点导航的实现方法，包括：

S110所述应用层获取所述全局激光地图和输入信息；

S120所述应用层在所述全局激光地图标记出所述输入信息对应的定点位置，在所述定点位置标记添加所需的检测任务，并为各个检测任务设置对应的检测时长；

S130所述应用层将所述定点位置及其关联的检测任务，按照预设先后顺序添加至任务队列中以更新任务列表；

S210所述第一工控机接收所述应用层发送的任务列表；

S220所述第一工控机对所述任务列表进行任务分解得到所述定点位置，并将分解得到的定点位置按照所述预设先后顺序依次下发到所述第二工控机；

S230所述第二工控机接收所述定点位置，并根据所述定点位置进行路径规划生成所述导航路线；

S310所述第二工控机定位得到空间坐标，并根据所述空间坐标判断是否到达当前定点位置；

S320若所述当前定点位置与所述空间坐标匹配时，所述第二工控机确定到达所述当前定点位置并上报给所述第一工控机；

S330所述第一工控机在接收到所述第二工控机发送的到达所述当前定点位置的上报信息后，判断所述应用层在所述当前定点位置对应的检测时长是否为零；

S340若所述当前定点位置对应的检测时长为零，则所述第一工控机确定所述当前定点位置不存在待办检测任务；

S350若所述当前定点位置对应的检测时长不为零，则所述第一工控机确定所述当前定点位置存在待办检测任务。

S410当所述定点位置存在待办检测任务时，所述第一工控机执行所述当前定点位置的检测任务，同时所述第一工控机通知所述应用层开启对应的检测开关以获取检测报告，在所述检测任务完成后通知所述应用层关闭对应的检测开关，并判断所述任务列表是否完成；

S420当所述定点位置不存在待办检测任务时，所述第一工控机判断所述任务列表是否完成；

S430当确定所述任务列表未完成时，继续按照所述预设先后顺序下发下一定点位置至所述第二工控机；

S450当确定所述任务列表完成时，通知所述第二工控机和应用层将对应待办检测任务的待办状态更改为完成状态，并控制机器人处于驻车状态。

具体的，机器人通过携带的激光雷达传感器完成对机器人周围环境中的障碍物、可行区域、位置区域精准的描述，即建立一个三维激光地图，在该激光地图基础上设置一个或者多个定点位置，从而形成一条最优路径的自主定点导航任务。在自主定点导航过程中依靠机器人携带的传感器和相关的定位算法来完成精准定位功能，根据机器人当前位置和周围环境信息利用导航算法规划出一条最优的导航线路，从而自主完成到达指定位置的任务，同时在到达设置的定点位置上可以进行相应时长任务的检测，比如陌生人检测、车牌识别和区域入侵检测等相关的检测功能。

本发明提供了一种更智能、更精准的室外机器人定点导航方法，通过该方法不仅可以为机器人快速规划出一条最优的导航路线，让机器人在行驶过程中具有自主避障功能，而且也可以在设置的定点位置进行任务检测处理，从而达到一个快速精准定位的导航任务功能。下面从如图2所示的系统流程图和如图3所示的系统结构图来具体阐述该发明系统技术方案的实现。

本系统流程是用机器人携带的激光雷达传感器做主导，IMU(Inertialmeasurement unit，惯性测量单元)和GPS(Global Positioning System，全球定位系统)做辅助，建立一个三维的激光地图，在形成的激光地图的基础上进行后续的定点导航任务。

本发明所述的定点导航方法具体流程如图2所示：

(1)通过机器人携带的激光雷达传感器创建一个三维的激光地图。

(2)在地图上设置一个或者多个定点位置及检测任务，检测任务包含陌生人检测、车牌识别、区域入侵检测，每个定点位置可以设置零个或者多个检测任务，并且每个检测任务需要设置检测时长，单位为分钟，当该定点位置设置多个检测任务，这些检测任务能够并发执行。

(3)将设置的定点位置和检测任务根据设置的先后顺序添加到任务列表中，首先判断该列表是否为空，如果任务列表为空，提示用户添加定点位置和检测任务，否则执行步骤(4)。

(4)主控工控机(即本发明的第一工控机)接收到任务列表之后，将当前任务列表进行分解，并将当前任务列表中的定点位置按照设置的先后顺序一个个下发给Xavier工控机(即本发明的第二工控机)；主控工控机首先将任务列表中设置的第一个定点位置下发给Xavier工控机，以此类推，再将任务列表中设置的第二个定点位置下发给Xavier工控机，直至将所有定点位置按照顺序依次下发完成为止。

(5)Xavier工控机通过相关的定位算法对设置的定点位置实现精准定位，之后根据机器人当前位置和周围环境信息利用导航算法规划出一条最优的导航线路。

(6)在导航行驶过程中根据相关的定点算法判断当前机器人是否已到达设置的定点位置，如果没到达继续按照规划的线路进行行走，并且在行驶过程中如遇到障碍物进行自主避障处理；如果到达，Xavier工控机向主控工控机上报一个已到达定点位置的状态信息并执行步骤(7)。

(7)到达定点位置后，主控工控机会判断在当前的定点位置设置的检测任务时长是否为零，如果不为零，则进行定点位置的检测任务，同时主控工控机通知应用层开启对应的检测开关，获取任务检测过程中所产生的告警日志，之后执行步骤(8)；如果设置的检测任务时长都为零，即只是设置了该定点位置，让机器人经过该定点位置，则执行步骤(9)。

(8)判断当前的检测任务是否完成，如果检测任务已完成，则通知应用层关闭对应的检测开关，并执行步骤(9)。

(9)判断当前任务列表中的任务是否都已执行完，如果任务列表中还有后续的定点位置需要执行，则下发下一个定点位置给Xavier工控机，之后执行步骤(5)进行下一阶段的定位、规划和检测；否则执行步骤(10)。

(10)通知Xavier工控机更改对应的状态并让机器人处于驻车状态，同时通知应用层更改对应的标识表示该定点导航任务已完成。

其中，如图2所示的流程图中的第一虚线框部分1为应用层模块，涉及到定点位置和检测任务的添加，并且添加有先后顺序之分。如图2所示的第二虚线框部分2为Xavier工控机模块，涉及定点位置的定位、自主避障和规划最优路径等控制机器人相关定点导航功能。如图2所示的第三虚线框部分3除内部的第二虚线框部分2均为主控工控机模块，涉及到任务列表的一系列逻辑处理。

本发明的系统结构从整体上可以分为如图3所示的三个模块：

应用模块：应用层基于三维激光地图的基础上，设置一个或者多个定点位置和检测任务信息，将这些定点位置和检测任务有序的添加到任务列表中，点击执行开始任务时，通过MQTT协议将该任务按照与主控工控机预定的协议格式下发到云台服务器，云台服务器通过MQTT协议将这些任务命令派发给订阅了该协议的主控工控机。

主控工控机模块：主控工控机收到应用层下发的任务列表后，对该任务列表进行拆解，将任务列表中的位置信息按与Xavier工控机预定的协议格式，通过MQTT协议按照顺序一个个下发给Xavier工控机，并等待Xavier工控机上报定点位置到达的状态信息；到达位置之后按照设置的检测时长并发执行对应的检测任务。

Xavier工控机模块：收到主控工控机下发的定点位置之后，通过定位算法进行位置的精准定位，根据机器人当前位置和周围环境信息利用导航算法规划出一条最优的导航路线，通过CAN协议控制机器人自主完成到达指定位置的任务，到达指定目标位置之后并向主控工控机上报到达状态。

本发明通过采用MQTT协议，将应用层、主控工控机和Xavier工控机三个独立的模块融合在一起，有效控制机器人完成一序列的定点导航任务。本发明通过采用机器人激光雷达传感器获取的地图，能够让机器人在定点导航模式下精准定位，规划出一条可控的最优导航线路，并且完成一系列的检测任务。

本发明通过基于激光地图来实现定点导航方法，能够有效解决定位难、导航线路不可控等一系列内外在因素导致无法精准定点导航的问题，相对于传统的定点导航方法，本发明不仅可以精准定位、规划一条可控的最优导航线路，而且还可以在定点位置进行一系列的检测任务，能够让导航任务更智能、更多样化。

本发明的一个实施例，一种机器人，包括：应用层和处理器；

所述应用层，用于根据用户的输入信息，在全局激光地图上的对应定点位置处添加检测任务，并将所述检测任务添加到任务列表中；所述任务列表包括若干个定点位置；

所述处理器，用于根据所述任务列表中的定点位置进行路径规划生成导航路线，然后，在机器人根据所述导航路线进行行驶过程中，一旦确定到达当前定点位置时，查询所述当前定点位置处是否存在待办检测任务，并根据查询结果切换机器人的工作状态，直至所述任务列表完成后控制机器人切换为驻车状态。

具体的，本实施例是上述方法实施例对应的装置实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。

基于前述实施例，所述应用层包括：

获取模块，用于获取所述全局激光地图和输入信息；

添加模块，用于在所述全局激光地图标记出所述输入信息对应的定点位置，在所述定点位置标记添加所需的检测任务，并为各个检测任务设置对应的检测时长；

生成模块，用于将所述定点位置及其关联的检测任务，按照预设先后顺序添加至任务队列中以更新任务列表。

具体的，本实施例是上述方法实施例对应的装置实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。

基于前述实施例，所述处理器包括第一工控机和第二工控机；所述第一工控机包括第一通信模块和第一处理模块，所述第二工控机包括第二通信模块和第二处理模块，所述应用层还包括第三通信模块；

所述第一通信模块，用于接收所述应用层的第三通信模块发送的任务列表，还用于将分解得到的定点位置按照所述预设先后顺序依次下发到所述第二工控机；

所述第一处理模块，用于对所述任务列表进行任务分解得到所述定点位置；

所述第二通信模块，用于接收所述定点位置；

所述第二处理模块，用于根据所述定点位置进行路径规划生成所述导航路线。

具体的，本实施例是上述方法实施例对应的装置实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。

基于前述实施例，所述第二处理模块，还用于定位得到空间坐标，并根据所述空间坐标判断是否到达当前定点位置，若所述当前定点位置与所述空间坐标匹配时，所述第二工控机确定到达所述当前定点位置；

所述第二通信模块，还用于发送到达所述当前定点位置的上报信息给所述第一工控机；

所述第一通信模块，还用于接收到所述第二工控机发送的上报信息；

所述第一处理模块，还用于在所述第一通信模块接收到所述上报信息后，判断所述应用层在所述当前定点位置对应的检测时长是否为零；

所述第一处理模块，还用于若所述当前定点位置对应的检测时长为零，则确定所述当前定点位置不存在待办检测任务；若所述当前定点位置对应的检测时长不为零，则确定所述当前定点位置存在待办检测任务。

具体的，本实施例是上述方法实施例对应的装置实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。

基于前述实施例，所述第一通信模块，还用于当所述定点位置存在待办检测任务时，通知所述应用层开启对应的检测开关以获取检测报告，在所述检测任务完成后通知所述应用层关闭对应的检测开关；

所述第一通信模块，还用于当确定所述任务列表未完成时，继续按照所述预设先后顺序下发下一定点位置至所述第二工控机；

所述第一处理模块，还用于当所述定点位置存在待办检测任务时，执行所述当前定点位置的检测任务并判断所述任务列表是否完成；当所述定点位置不存在待办检测任务时，判断所述任务列表是否完成；

所述第一处理模块，还用于当确定所述任务列表完成时，通知所述第二工控机和应用层将对应待办检测任务的待办状态更改为完成状态，并控制机器人处于驻车状态。

具体的，本实施例是上述方法实施例对应的装置实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。