基于镂空障碍物的避障方法、装置、机器人及存储介质与流程

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于镂空障碍物的避障方法、装置、机器人及存储介质。

背景技术：

1、随着激光雷达技术的发展，在移动机器人上安装线激光发射器，配合以相应的红外摄像头，不仅使得移动机器人能够有效识别各种障碍物，包括常规实体障碍物、镂空障碍物和低于激光雷达安装高度的低矮障碍物，还能获得障碍物表面上被扫描点的三维位置信息，便于移动机器人制定避障策略。

2、在现有技术中，针对单个障碍物的避障策略已发展成熟，当机器人前进方向上同时存在两个障碍物时，常规做法是将每个障碍物的避障策略进行结合，生成最终的避障策略来避障，这样的做法很难得到最佳避障方式，尤其是当两个障碍物中存在一个镂空障碍物和一个低矮障碍物时，不考虑障碍物属性，对每个障碍物单独进行避障规划再整合，会导致不必要的重复处理过程，避障效率低。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于镂空障碍物的避障方法、装置、机器人及存储介质，用于同时考虑镂空障碍物和低矮障碍物的属性来制定最优避障策略，提高移动机器人的避障效率。

2、本发明第一方面提供了一种基于镂空障碍物的避障方法，包括：在行进过程中，采集环境点云并根据所述环境点云识别障碍物；当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，对所述镂空障碍物和所述低矮障碍物的点云进行解析，得到所述镂空障碍物和所述低矮障碍物的位置关系、所述镂空障碍物的镂空空间参数和所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数；根据所述位置关系、所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数生成避障策略进行绕障或越障。

3、在一种可行的实施方式中，所述当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，对所述镂空障碍物和所述低矮障碍物的点云进行解析，得到所述镂空障碍物和所述低矮障碍物的位置关系、所述镂空障碍物的镂空空间参数和所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数，包括：当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，从所述镂空障碍物上选取第一关键点，从所述低矮障碍物上选取第二关键点；根据所述第一关键点和所述第二关键点确定所述低矮障碍物和所述镂空障碍物的位置关系；根据所述镂空障碍物的点云计算所述镂空障碍物的镂空空间参数，所述镂空空间参数包括镂空宽度和镂空高度；根据所述低矮障碍物的点云计算所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数，所述障碍物尺寸参数包括低矮障碍物高度。

4、在一种可行的实施方式中，所述当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，从所述镂空障碍物上选取第一关键点，从所述低矮障碍物上选取第二关键点，包括：当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，获取所述环境点云中的地面点云；对所述地面点云进行直线拟合计算，得到地面点云直线方程；将所述环境点云中的点依次代入所述地面点云直线方程，将第一个不满足所述地面点云直线方程的点确定为第一关键点；计算所述环境点云中的断点，将所述环境点云中的第二个断点确定为第二关键点。

5、在一种可行的实施方式中，所述根据所述第一关键点和所述第二关键点确定所述低矮障碍物和所述镂空障碍物的位置关系，包括：获取所述第一关键点在所述第一坐标轴上的坐标值，根据所述第一关键点在所述第一坐标轴上的坐标值生成第一距离，所述第一坐标轴的方向为所述移动机器人的行进方向；获取所述第二关键点在所述第一坐标轴上的坐标值，根据所述第二关键点在所述第一坐标轴上的坐标值生成第二距离；当所述第一距离小于所述第二距离时，确定所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方；当所述第一距离大于或等于所述第二距离时，确定所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方。

6、在一种可行的实施方式中，所述根据所述镂空障碍物的点云计算所述镂空障碍物的镂空空间参数，所述镂空空间参数包括镂空宽度和镂空高度，包括：扫描所述镂空障碍物在竖直方向上的边沿；读取所述镂空障碍物的边沿点云在第二坐标轴上的坐标值，根据所述边沿点云在所述第二坐标轴上的坐标值生成镂空宽度，所述第二坐标轴在水平面上与所述第一坐标轴垂直；读取所述第二关键点在第三坐标轴上的坐标值，根据所述第二关键点在所述第三坐标轴上的坐标值底层镂空高度，所述第三坐标轴在竖直平面上与所述第一坐标轴垂直；将所述镂空宽度和所述镂空高度进行汇总，生成所述镂空障碍物的镂空空间参数。

7、在一种可行的实施方式中，所述根据所述低矮障碍物的点云计算所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数，所述障碍物尺寸参数包括低矮障碍物高度，包括：获取所述环境点云中的低矮障碍物点云；将所述低矮障碍物点云中的最后一点确定为第三关键点；读取所述第三关键点在第三坐标轴上的坐标值，根据所述第三关键点在所述第三坐标轴上的坐标值生成低矮障碍物高度，所述第三坐标轴在竖直平面上与所述第一坐标轴垂直；将所述低矮障碍物高度确定为所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数。

8、在一种可行的实施方式中，所述根据所述位置关系、所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数生成避障策略进行绕障或越障，包括：当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数满足第一预设条件时，控制移动机器人通过所述低矮障碍物和所述镂空障碍物，当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数不满足第一预设条件时，根据所述障碍物尺寸参数控制移动机器人对所述低矮障碍物进行越障或绕障；当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方时，根据所述镂空空间参数判断所述移动机器人是否能够进入所述镂空障碍物的底部，若是，则控制移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并依据所述低矮障碍物高度对所述低矮障碍物进行越障或绕障。

9、在一种可行的实施方式中，所述当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数满足第一预设条件时，控制移动机器人通过所述低矮障碍物和所述镂空障碍物，当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数不满足第一预设条件时，根据所述障碍物尺寸参数控制移动机器人对所述低矮障碍物进行越障或绕障，包括：当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数满足第一预设条件时，控制所述移动机器人越过所述低矮障碍物进入所述镂空障碍物的底部，所述第一预设条件为所述镂空宽度大于第一阈值、所述镂空高度大于第二阈值且所述低矮障碍物高度小于第三阈值；当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数不满足所述第一预设条件时，判断所述低矮障碍物高度是否小于第三阈值；若所述低矮障碍物高度小于第三阈值，则控制所述移动机器人越过所述低矮障碍物；若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则控制所述移动机器人绕过所述低矮障碍物。

10、在一种可行的实施方式中，所述当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方时，根据所述镂空空间参数判断所述移动机器人是否能够进入所述镂空障碍物的底部，若是，则控制移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并依据所述低矮障碍物高度对所述低矮障碍物进行越障或绕障，包括：当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方时，判断是否所述镂空宽度大于第一阈值且所述镂空高度大于第二阈值；若是，则判断所述低矮障碍物高度是否小于第三阈值；若所述低矮障碍物高度小于第三阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并越过所述低矮障碍物；若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并绕开所述低矮障碍物。

11、在一种可行的实施方式中，所述若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并绕开所述低矮障碍物，包括：若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则获取所述低矮障碍物和所述镂空障碍物在第二坐标轴方向上的可通行宽度信息，判断所述可通行宽度信息是否大于第一阈值；若所述通行宽度信息大于第一阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并绕开所述低矮障碍物；若所述通行宽度信息小于或等于第一阈值，则判断是否所述低矮障碍物高度小于第四阈值且所述镂空障碍物高度大于第五阈值，所述第四阈值为所述移动机器人能够跨越的极限高度；若是，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并跨越所述低矮障碍物。

12、在一种可行的实施方式中，在所述根据所述位置关系、所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数生成避障策略进行绕障或越障之后，还包括：当控制所述移动机器人对所述低矮障碍物进行越障时，监控在所述移动机器人前进方向上所述低矮障碍物顶端与前方地面的高度差；当所述高度差小于第六阈值时，控制所述移动机器人跨过所述低矮障碍物，落在行进方向的地面上；当所述高度差大于或等于第六阈值时，确认所述低矮障碍物为悬崖障碍，控制所述移动机器人移动至所述悬崖障碍的边缘，再从所述边缘返回。

13、本发明第二方面提供了一种基于镂空障碍物的避障装置，包括：采集识别模块，用于在行进过程中，采集环境点云并根据所述环境点云识别障碍物；解析模块，用于当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，对所述镂空障碍物和所述低矮障碍物的点云进行解析，得到所述镂空障碍物和所述低矮障碍物的位置关系、所述镂空障碍物的镂空空间参数和所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数；避障模块，用于根据所述位置关系、所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数生成避障策略进行绕障或越障。

14、在一种可行的实施方式中，所述解析模块包括：选取单元，用于当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，从所述镂空障碍物上选取第一关键点，从所述低矮障碍物上选取第二关键点；确定单元，用于根据所述第一关键点和所述第二关键点确定所述低矮障碍物和所述镂空障碍物的位置关系；第一计算单元，用于根据所述镂空障碍物的点云计算所述镂空障碍物的镂空空间参数，所述镂空空间参数包括镂空宽度和镂空高度；第二计算单元，用于根据所述低矮障碍物的点云计算所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数，所述障碍物尺寸参数包括低矮障碍物高度。

15、在一种可行的实施方式中，所述选取单元具体用于：当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，获取所述环境点云中的地面点云；对所述地面点云进行直线拟合计算，得到地面点云直线方程；将所述环境点云中的点依次代入所述地面点云直线方程，将第一个不满足所述地面点云直线方程的点确定为第一关键点；计算所述环境点云中的断点，将所述环境点云中的第二个断点确定为第二关键点。

16、在一种可行的实施方式中，所述确定单元具体用于：获取所述第一关键点在所述第一坐标轴上的坐标值，根据所述第一关键点在所述第一坐标轴上的坐标值生成第一距离，所述第一坐标轴的方向为所述移动机器人的行进方向；获取所述第二关键点在所述第一坐标轴上的坐标值，根据所述第二关键点在所述第一坐标轴上的坐标值生成第二距离；当所述第一距离小于所述第二距离时，确定所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方；当所述第一距离大于或等于所述第二距离时，确定所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方。

17、在一种可行的实施方式中，所述第一计算单元具体用于：扫描所述镂空障碍物在竖直方向上的边沿；读取所述镂空障碍物的边沿点云在第二坐标轴上的坐标值，根据所述边沿点云在所述第二坐标轴上的坐标值生成镂空宽度，所述第二坐标轴在水平面上与所述第一坐标轴垂直；读取所述第二关键点在第三坐标轴上的坐标值，根据所述第二关键点在所述第三坐标轴上的坐标值生成镂空高度，所述第三坐标轴在竖直平面上与所述第一坐标轴垂直；将所述镂空宽度和所述镂空高度进行汇总，生成所述镂空障碍物的镂空空间参数。

18、在一种可行的实施方式中，所述第二计算单元具体用于：获取所述环境点云中的低矮障碍物点云；将所述低矮障碍物点云中的最后一点确定为第三关键点；读取所述第三关键点在第三坐标轴上的坐标值，根据所述第三关键点在所述第三坐标轴上的坐标值生成低矮障碍物高度，所述第三坐标轴在竖直平面上与所述第一坐标轴垂直；将所述低矮障碍物高度确定为所述低矮障碍物的障碍物尺寸参数。

19、在一种可行的实施方式中，所述避障模块包括：第一避障子模块，用于当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数满足第一预设条件时，控制移动机器人通过所述低矮障碍物和所述镂空障碍物，当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数不满足第一预设条件时，根据所述障碍物尺寸参数控制移动机器人对所述低矮障碍物进行越障或绕障；第二避障子模块，用于当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方时，根据所述镂空空间参数判断所述移动机器人是否能够进入所述镂空障碍物的底部，若是，则控制移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并依据所述低矮障碍物高度对所述低矮障碍物进行越障或绕障。

20、在一种可行的实施方式中，所述第一避障子模块具体用于：当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数满足第一预设条件时，控制所述移动机器人越过所述低矮障碍物进入所述镂空障碍物的底部，所述第一预设条件为所述镂空宽度大于第一阈值、所述镂空高度大于第二阈值且所述低矮障碍物高度小于第三阈值；当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的前方且所述镂空空间参数和所述障碍物尺寸参数不满足所述第一预设条件时，判断所述低矮障碍物高度是否小于第三阈值；若所述低矮障碍物高度小于第三阈值，则控制所述移动机器人越过所述低矮障碍物；若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则控制所述移动机器人绕过所述低矮障碍物。

21、在一种可行的实施方式中，所述第二避障子模块包括：第一判断单元，用于当所述位置关系指示所述低矮障碍物在所述镂空障碍物的下方或后方时，判断是否所述镂空宽度大于第一阈值且所述镂空高度大于第二阈值；第二判断单元，用于若是，则判断所述低矮障碍物高度是否小于第三阈值；第一控制单元，用于若所述低矮障碍物高度小于第三阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并越过所述低矮障碍物；第二控制单元，用于若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并绕开所述低矮障碍物。

22、在一种可行的实施方式中，所述第二控制单元具体用于：若所述低矮障碍物高度大于或等于第三阈值，则获取所述低矮障碍物和所述镂空障碍物在第二坐标轴方向上的可通行宽度信息，判断所述可通行宽度信息是否大于第一阈值；若所述通行宽度信息大于第一阈值，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并绕开所述低矮障碍物；若所述通行宽度信息小于或等于第一阈值，则判断是否所述低矮障碍物高度小于第四阈值且所述镂空障碍物高度大于第五阈值，所述第四阈值为所述移动机器人能够跨越的极限高度；若是，则控制所述移动机器人进入所述镂空障碍物的底部并跨越所述低矮障碍物。

23、在一种可行的实施方式中，在所述避障模块之后还包括监控模块，所述监控模块具体用于：当控制所述移动机器人对所述低矮障碍物进行越障时，监控在所述移动机器人前进方向上所述低矮障碍物顶端与前方地面的高度差；当所述高度差小于第六阈值时，控制所述移动机器人跨过所述低矮障碍物，落在行进方向的地面上；当所述高度差大于或等于第六阈值时，确认所述低矮障碍物为悬崖障碍，控制所述移动机器人移动至所述悬崖障碍的边缘，再从所述边缘返回。

24、本发明第三方面提供了一种移动机器人，包括：线激光模组、红外摄像头、存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，使得所述移动机器人执行上述的基于镂空障碍物的避障方法。

25、本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的基于镂空障碍物的避障方法。

26、本发明提供的技术方案中，在行进过程中，采集环境点云并根据环境点云识别障碍物，当识别到同时存在镂空障碍物和低矮障碍物时，对镂空障碍物和低矮障碍物的点云进行解析，得到镂空障碍物和低矮障碍物的位置关系、镂空障碍物的镂空空间参数和低矮障碍物的障碍物尺寸参数，根据位置关系、镂空空间参数和障碍物尺寸参数生成避障策略进行绕障或越障。本发明实施例中，获取镂空障碍物与低矮障碍物的位置关系，计算镂空障碍物和低矮障碍物的参数，根据位置关系以及镂空障碍物和低矮障碍物的参数制定综合的避障策略来避障，提高移动机器人的避障效率。