机器人进入电梯方法与流程

本发明涉及电机设备，尤其涉及机器人进入电梯方法。

背景技术：

1、随着机器人技术的快速发展，机器人的应用场景也变得更加广泛，比如酒店、机场、写字楼等。在这些场景中，机器人可能需要乘坐电梯进行跨楼层作业。而电梯的种类各异、且空间可能狭小，因此给机器人，特别是大型机器人，如：商用清扫机器人、协运机器人等进入电梯带来了一定的挑战。

2、现有技术常用的两种方案，方案一：电梯开门后，通过激光点云匹配的方式对机器人进行位姿估计，以驱动机器人进入电梯；方案二：通过在电梯两侧预设特征标识并进行标定的方式，获取机器人与门线的位姿关系，用于调整机器人的位姿，进而驱动机器人进入电梯。方案一依赖位姿估计的结果，受限于定位精度，且当机器人尺寸较大时，机器人在进入电梯过程中容易发生剐蹭。方案二，虽然通过标定的方式更加准确，但实际使用场景实施起来相对麻烦且成本较高，机器人受限于特定的环境。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足提供机器人进入电梯方法，旨在解决现有技术精度低且适应性差的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种机器人进入电梯方法，包括：

4、计算可通行扇区步骤：采用探测设备对电梯进行探测获取电梯的点云数据，遍历计算所述点云数据中的点与机器人的距离，再结合预定安全距离得到可通行扇区；

5、获取门线步骤：将所述点云数据进行降维采样得到二维点云数据，根据相邻点的距离对二维点云数据进行聚类得到点云数据簇，计算点云数据簇与探测起始点之间以探测装置为顶点形成的角的角度值，将最小的角度值对应的点云数据簇作为第一数据簇，将最大的角度值对应的点云数据簇作为第二数据簇，将所述第一数据簇中的点与所述第二数据簇中的点的距离最小的一对点作为门线的两个端点，其中，所述门线是从电梯入口的一侧开始到另一侧正对位置结束的线段；

6、计算行进路线步骤：根据所述门线的两个端点的位置计算出机器人与所述门线的位姿关系，根据所述位姿关系计算出行进路线；

7、进入电梯步骤：根据机器人与所述门线的距离控制机器人按照所述行进路线的行进速度，当机器人到达所述门线的另一侧的预定距离，停止行进。

8、进一步的，所述计算可通行扇区步骤包括：

9、获取点云数据子步骤：采用激光雷达对电梯进行探测得到点云数据；

10、计算距离子步骤：从探测起始点到探测结束点的顺序，遍历计算所述点云数据中的点与机器人的距离；

11、确定可通行扇区子步骤：将第一个大于所述预定安全距离的点作为扇区起始点，将最后一个大于所述预定安全距离的点作为扇区结束点，得到可通行扇区。

12、进一步的，所述获取门线步骤中，将点云数据进行聚类得到聚类簇的过程包括：

13、降采样子步骤：将点云数据的高度转换为同一高度，再转换到二维直角坐标系中，并将二维坐标相同的点进行去重得到二维点云数据；

14、聚类子步骤：计算所述二维点云数据中相邻点之间的距离，将所述距离不大于第一预定距离阈值的点聚为一类得到点云数据簇，所述第一预定距离阈值由以下公式确定：

15、

16、其中，s表示所述第一预定距离阈值，l是所述探测设备的最大探测距离，θ是所述探测设备的最小分辨角度，公式表示探测设备在探测时前后两个探测点的物理位置相邻时的最大距离。

17、进一步的，所述获取门线步骤包括：

18、计算角度值子步骤：计算所述点云数据簇与探测起始点之间以所述探测设备为顶点的角的角度值；

19、排序子步骤：按照角度值从小到大的顺序将对应的点云数据簇排序；

20、计算距离子步骤：计算最小的角度值对应的所述点云数据簇中的点，与最大的角度值对应的所述点云数据簇中的点的距离得到候选门距；

21、确定门线子步骤：比较所述候选门距的大小，将值最小的所述候选门距对应的两个点作为门线的两个端点。

22、进一步的，所述获取门线步骤中，包括：

23、获取门线的两个端点后，将两个端点形成的门线与预设门线的位置做比较，当门线与预设的门线之间的距离大于第二预定距离阈值，则重新进行所述获取门线步骤。

24、进一步的，所述计算行进路线步骤中，获取位姿关系的过程包括：

25、获取门线坐标子步骤：以探测设备为坐标原点建立第一坐标系，获取门线在所述第一坐标系中的坐标得到第一门线坐标；

26、获取坐标系关系子步骤：以机器人为坐标原点建立第二坐标系，根据机器人与所述探测设备的位置关系确定所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的转换关系；

27、坐标转换子步骤：按照所述转换关系将所述第一门线坐标转换为门线在所述第二坐标系中的坐标，转换过程用以下公式表示：

28、poa＝pla×tol,

29、pob＝plb×tol,

30、其中，l表示所述第一坐标系，o表示所述第二坐标系，tol表示所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的所述转换关系，pla表示门线的一个端点在所述第一坐标系中的坐标，plb表示门线的另一个端点在所述第一坐标系中的坐标，poa表示门线的一个端点在所述第二坐标系中的坐标，pob表示门线的另一个端点在所述第二坐标系中的坐标；

31、得到位姿关系子步骤：根据所述门线的两个端点在所述第二坐标系中的坐标获取机器人与电梯门的位姿关系。

32、进一步的，所述计算行进路线步骤中，计算行进路线的过程包括：

33、获取门线方程子步骤：根据门线的两个端点在以机器人为坐标原点的坐标系中的坐标计算出门线的方程作为门线方程；

34、获取准备点位置子步骤：根据所述门线方程计算出所述门线的中垂线的方程，再计算出所述坐标原点在所述中垂线的投影点作为准备点，所述准备点是机器人正对电梯门开始直线行进前的点；

35、得到行进路线子步骤：计算出机器人行进到所述准备点再到进入电梯所需要进行的每次的移动距离、每次旋转角度以及移动与旋转的顺序作为所述行进路线。

36、进一步的，所述得到行进路线子步骤包括：

37、计算旋转角度孙步骤：在以机器人为原点的坐标系中，将机器人的正前方设为y轴正方向，获取所述准备点与机器人形成的直线与y轴的夹角作为初次旋转角度，机器人按照所述初次旋转角度旋转后的正前方为所述门线的平行方向，则二次旋转角度为90度；

38、计算移动距离孙步骤：计算机器人与所述准备点之间的距离作为初次移动距离，计算所述准备点到所述门线的距离，再加上机器人的机身长度得到二次移动距离；

39、得到完整路线孙步骤：机器人先旋转所述初次旋转角度，再向正前方移动所述初次移动距离，再旋转所述二次旋转角度，最后向正前方移动所述二次移动距离。

40、进一步的，所述进入电梯步骤包括：

41、初次行进子步骤：按照所述行进路线控制机器人移动到所述准备点，旋转所述二次旋转角度；

42、再次行进子步骤：判断机器人与所述准备点之间的距离是否大于距离误差阈值，判断机器人正前方与所述门线的夹角是否大于角度误差阈值，若皆否，则机器人向前移动所述二次移动距离；

43、停止行进子步骤：根据机器人与所述门线的位置关系确定机器人的位置，当机器人越过门线第三预定距离阈值时，停止行进。

44、进一步的，所述机器人到达目的楼层后，对机器人的后方进行障碍物检测，若不存在障碍物，则机器人直线后退出电梯。

45、本发明的有益效果是：本发明通过采用探测设备对电梯进行探测得到点云数据，再结合机器人的位置以及点云数据计算出可通行扇区，保障了机器人行进过程不会碰到障碍；再对点云数据降维采样，根据两点之间的距离对点云数据进行聚类，成功得将电梯的不同区域对应的点云数据聚为一簇，再通过表示电梯门的两簇点云数据找到门线，进而计算出门线与机器人的位姿关系，通过位姿关系设定机器人的行进路线，控制机器人进入电梯，同时在行进的过程中，根据机器人相对电梯的位置，控制机器人的行进速度，减少机器人的移动时的惯性带来误差，实现了机器人在任意环境中，不对环境做改造，机器人独立进入电梯而不碰触电梯，在出电梯时，机器人对正后方进行障碍物检测，若没有检测到障碍物，则直接向后移动推出电梯，方便高效。