移动机器人及其控制方法技术

根据本公开的一个方面，一种移动机器人包括：捕获单元，其配置为捕获移动机器人的周围的三维(3D)图像，并提取捕获的3D图像的深度图像信息；障碍物传感器，其配置为使用由捕获单元捕获的3D图像来感测障碍物；位置估计器，其配置为使用惯性测量单元和测距在区域内估计移动机器人的第一位置信息，该区域排除由障碍物传感器感测的障碍物区域；以及控制器，其配置为使用移动机器人的估计的第一位置信息和所提取的深度图像信息来计算移动机器人的第二位置信息，并在排除由障碍物传感器所感测的障碍物区域时创建地图。

Mobile robot and its control method

According to one aspect of the present disclosure, a mobile robot includes a capture unit configured to capture a three-dimensional (3D) image around a mobile robot and extract the depth image information of the captured 3D image; an obstacle sensor, configured to sense an obstacle by using a 3D image captured by a capture unit; a position estimator. It is configured to estimate the first position information of the mobile robot using an inertial measurement unit and range finder in the region, which excludes an obstacle area measured by an obstacle sensor, and a controller configured to calculate the movement of the first position information and the extracted depth image information estimated by the mobile robot. The second position information of the robot is created and the map is removed when the obstacle area sensed by the obstacle sensor is excluded.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】移动机器人及其控制方法
本专利技术涉及移动机器人及其控制方法，并且更特别地，涉及用于使用三维(3D)空间识别传感器感测移动机器人前方的障碍物，并且识别移动机器人的位置以及使用关于感测到的障碍物的信息来创建地图的技术。
技术介绍
过去，机器人通常是为工业
而开发的，并被用作工厂自动化的部件。然而，最近，随着机器人的应用领域的数目的增加，用于医疗目的的机器人、用于航空航天目的的机器人等正被开发。此外，用于标准家庭的移动机器人正被开发。移动机器人指代能够根据来自用户的命令进行操作的机器人，同时自主地移动通过期望的区域而无需用户的操纵。移动机器人的示例包含清洁机器人、远程呈现机器人、安全机器人等。最近，使用移动机器人的应用技术正被开发。例如，随着具有网络功能的移动机器人的开发，即使当移动机器人远离用户时向移动机器人发出控制命令的功能、监控环境条件的功能等正被开发。此外，通过采用移动机器人中的照相机或各种类型的传感器(诸如障碍物感测传感器)来识别移动机器人的位置并规划移动机器人的移动路径的技术正被开发。因此，为了移动机器人的自由移动，精确跟踪移动机器人的位置并且创建关于移动机器人正在移动通过的区域的地图是必要的。这是因为当创建精确的地图时可以规划移动机器人的移动路径，并且可以进行诸如与人通信的工作。通常，使用惯性测量单元(IMU)和测距来估计移动机器人的位置并创建地图。目前，同时定位和绘图(SLAM)技术已经主要用于实时估计移动机器人的位置并创建地图。
技术实现思路
【技术问题】然而，在相关技术中，为了实现同时定位和绘图(SLAM)，图像处理算法和三维(3D)坐标提取算法是附加必要的，为了感测障碍物附加的障碍物传感器是必要的，并且管理障碍物、地理特点等的计算量较大。另外，为了规划移动机器人的移动路径应该附加地创建地图，并且感测障碍物、估计移动机器人的位置和规划移动机器人的移动路径是独立进行的，从而增加了计算量和使计算复杂化。【技术解决方案】为了解决上述问题，本专利技术旨在通过感测障碍物、估计移动机器人的位置以及使用三维(3D)空间识别传感器创建地图，来更高效地估计移动机器人的位置并创建地图。【有益的效果】本专利技术的优点在于，可以同时进行感测障碍物、识别移动机器人的位置、创建地图以及规划移动机器人的移动路径，并且因此不需要附加的地图来创建地图，并且在没有附加障碍物传感器的情况下可以识别障碍物。在识别移动机器人的位置并创建地图时，不考虑识别为障碍物的区域，从而更快地识别移动机器人的位置并创建地图。此外，当与现存的二维(2D)系统相比时，由于三维(3D)图像的使用可以改善地图的精度，并且因此可以使用3D图像提供基于地图的机器人服务。附图说明图1是图示根据本专利技术实施例的移动机器人系统的总体结构的图。图2是示意性地图示根据本专利技术实施例的移动机器人的外观的图。图3是示意性地图示根据相关技术的能够进行定位和地图构建的机器人的结构的图。图4是根据本专利技术的实施例的能够进行定位和地图构建的移动机器人的控制框图。图5是图示与捕获单元的组件相对应的一般3D空间识别传感器(3D激光范围探测传感器)的一般结构的图。图6是图示与捕获单元的组件相对应的3D深度传感器的一般结构的图。图7是根据本专利技术的实施例的估计移动机器人的当前位置和创建地图的顺序的方法的流程图。图8是图示移动机器人和位于移动机器人可以感测的区域中的障碍物的图。图9是用于感测图8的空间中的障碍物的方法的算法的流程图，该方法由移动机器人进行。图10图示了由几何方法确定参考平面的方法。图11是图示实际测量的数据的曲线图。图12是图示由最小二乘法获得的近似结果的图。图13是图示由RANSAC方法获得的近似结果的图。图14是图示由RANSAC方法确定的平面的图。图15是图示根据另一实施例的感测移动障碍物的方法的图。图16是图示移动机器人不可以获得3D图像的情况的图。图17是图示使用粒子方法计算移动机器人的第二位置信息的图。图18是图示基于移动机器人的第一位置信息并使用粒子滤波器方法来计算移动机器人的第二位置信息的图。图19是根据本专利技术实施例的校正地图的方法的流程图。图20是图示环路闭合的图，其中图示了移动机器人的实际移动路径和移动机器人的估计移动路径。图21是图示根据本专利技术获得的最终地图的图。具体实施方式本文阐述的实施例和附图中图示的结构仅仅是本专利技术的示例，并且可以在本申请的提交日期进行可以替代实施例和附图的各种修改示例。在本说明书的附图中使用的相同附图标记或符号表示基本上实现相同功能的部件或组件。在本文中使用的术语仅用于描述实施例，并不旨在限制本文公开的本专利技术的范围。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包含复数形式。应该理解的是，术语“包括”、“包含”、“具有”等在本文中使用时指定存在所陈述的特点、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组，但并不排除存在或添加其他特点、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组中的一个或多个。将进一步理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本专利技术的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件。类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包含关联的列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。以下，将参考附图详细描述本专利技术的实施例。图1是图示根据本专利技术实施例的移动机器人系统的总体结构的图。在图1中，根据本专利技术实施例的移动机器人系统1可以包含，配置为在某一区域内自主地移动时进行工作的移动机器人100，与移动机器人100分开并且配置为遥控移动机器人100的装置200，以及与移动机器人100分开并且配置为对移动机器人100的电池充电的充电站300。移动机器人100是配置为从用户接收用于控制装置200的控制命令并且进行与该控制命令相对应的操作的装置，包含可充电电池和用于在移动期间避免障碍物的障碍物传感器，并且因此可以在工作区域内自主地移动时进行操作。移动机器人100还可以包含照相机或各种类型的传感器以识别其周围。因此，移动机器人100即使当未预先获得关于移动机器人100的周围的信息时也能够识别其位置，并且基于关于周围的信息进行定位和地图构建以创建地图。装置200是配置为无线发送控制命令以控制移动机器人100的移动或进行移动机器人100的操作的遥控装置。因此，装置200可以是手机或个人通信服务(PCS)电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、膝上型计算机、数字广播终端、上网本、平板电脑(PC)、导航系统等，但不限于此，并且可以是能够无线发送控制命令以进行移动机器人100的操作的任何装置。另外，装置200可以包含能够使用各种应用程序来实现各种功能的各种类型的装置，诸如具有有线/无线通信功能的数字照相机或摄像机。替代地，装置200可以是具有简单结构的一般遥控器。通常，遥控器通过红外数据关联(IrDA)向移动机器人100发送信号或从移动机器人100接收信号。此外，装置200可以根据诸如射频(RF)、无线保真(Wi-Fi)、蓝牙、ZigBee、近场通信(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动机器人，包括：捕获单元，其配置为捕获所述移动机器人的周围的三维(3D)图像，并且提取所述捕获的3D图像的深度图像信息；障碍物传感器，其配置为使用由所述捕获单元捕获的所述3D图像来感测障碍物；位置估计器，其配置为使用惯性测量单元和测距来估计区域内的所述移动机器人的第一位置信息，所述区域排除由所述障碍物传感器感测到的障碍物区域；以及控制器，其配置为使用所述移动机器人的估计的第一位置信息和所述提取的深度图像信息来计算所述移动机器人的第二位置信息，并在排除由所述障碍物传感器感测到的所述障碍物区域时创建地图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.26 KR 10-2015-01663101.一种移动机器人，包括：捕获单元，其配置为捕获所述移动机器人的周围的三维(3D)图像，并且提取所述捕获的3D图像的深度图像信息；障碍物传感器，其配置为使用由所述捕获单元捕获的所述3D图像来感测障碍物；位置估计器，其配置为使用惯性测量单元和测距来估计区域内的所述移动机器人的第一位置信息，所述区域排除由所述障碍物传感器感测到的障碍物区域；以及控制器，其配置为使用所述移动机器人的估计的第一位置信息和所述提取的深度图像信息来计算所述移动机器人的第二位置信息，并在排除由所述障碍物传感器感测到的所述障碍物区域时创建地图。2.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述障碍物传感器将包含于所述捕获的3D图像的物体之中的具有高于具体平面的高度的物体感测为障碍物。3.如权利要求2所述的移动机器人，其中所述具体平面包括所述移动机器人的最低部分和由用户设定的具体几何平面中的一个。4.如权利要求2所述的移动机器人，其中所述具体平面由随机样本一致性(RANSAC)方法设定。5.如权利要求1所述的移动机器人，其中当在所述感测到的障碍物之中存在移动障碍物时，所述障碍物传感器使用跟踪器跟踪所述感测的障碍物。6.如权利要求1所述的移动机器人，其中当未提取所述3D图像的深度图像信息时，所述控制器将所述移动机器人的第一位置信息设定为所述移动机器人的第二位置信息。7.如权利要求1所述的移动机器人，其中所述控制器使用所述3D图像的深度图像信息和先前储存的地图来计算所述移动机器人的第二位置信息。8.如权利要求7所述的移动机器人，其中所述控制器使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹硕浚，郭鲁山，金甫映，卢庆植，朴舜镛，李素姬，崔珉镕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR