CN112591571A - 自主乘坐电梯的智能机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人控制技术领域，公开了一种自主乘坐电梯的智能机器人及其控制方法，包括：接收导航命令，导航命令包括机器人需要到达的目标楼层，根据目标楼层呼叫电梯；若电梯运行方向与到达目标楼层方向一致，检测电梯开门宽度是否大于机器人宽度，若是，导航机器人进入电梯；检测目标楼层的按键位置，控制机械臂按压目标楼层按键；通过气压传感器检测是否到达目标楼层，若是，导航机器人走出电梯。本发明至少具有以下有益效果：不需要对原有电梯控制系统与设备做出改动，实现机器人顺利乘梯，兼容不同品牌的电梯，通用性好。

Description

自主乘坐电梯的智能机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种自主乘坐电梯的智能机器人及其控制方法。

背景技术

在服务机器人自主智能技术中，机器人多楼层自主导航技术是需要关注的重点。近年来，随着我国城镇化的发展，城市的数量与人口显著增加，多层楼宇成为绝大多数城市居民生活与工作的空间，因此多层楼宇也成为服务机器人重要的应用场景，并催生了一系列的实际应用，如快件与外卖收取、楼宇清洁、文件配送、迎宾接待等，这些应用都需要机器人能够在楼宇内进行跨楼层的大范围导航。在机器人跨楼层导航的过程中，机器人乘坐电梯是其中最为关键的一个环节。

目前商用机器人要乘坐电梯，还只能借助一些外部控制与通信单元，使机器人和电梯之间进行通信互动或借助人工辅助，才能实现机器人顺利乘梯。然而为了实现机器人与电梯之间的通信，往往需要协调电梯厂家开放控制协议并对现有的电梯设备进行改装。针对不同品牌的电梯往往需要设计不同的通信协议，通用性较差。同时，对于电梯设备进行改装无法保证电梯运行的安全性，一旦出现安全事故，责任划分也很难界定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种机器人控制方法，使机器人能够在无需对现有电梯设备进行改装的情况下，完全依赖机器人自身传感器及执行器乘坐电梯实现跨楼层的导航。

本发明还提出一种具有上述机器人控制方法的机器人。

根据本发明的第一方面实施例的机器人控制方法，包括：S100、从导航命令中分离出机器人向自身所在楼层的电梯移动的导航子命令和目标楼层信息，根据所述导航子命令向机器人的移动平台发送第一移动指令，使机器人到达自身楼层的升降式的电梯前，然后发出第一运动控制指令以触发机器人的机械臂到达电梯按键位置，并根据目标楼层位于机器人所在楼层的上方还是下方，按压对应的上楼或者下楼按键，呼叫电梯；S200、通过机器人的视觉传感器识别电梯门前的显示屏信息，确定电梯运行方向与到达目标楼层方向一致，则检测电梯开门宽度，等待电梯开门宽度大于或等于机器人的宽度；S300、向机器人的移动平台发送第二移动指令，使机器人进入电梯并且使机械臂运动到目标楼层按键面板前的预定位置，通过视觉传感器检测目标楼层按键的位置，然后发出第二运动控制指令以触发机械臂按下电梯内的目标楼层按键，通过声音传感器检测电梯是否存在超重警报，若是，导航所述机器人离开电梯轿厢空间；S400、通过视觉传感器识别电梯内的显示屏信息和/或通过气压传感器比对已标定的楼层气压数据，以确定机器人所在的楼层达到目标楼层；S500、在机器人将要升降到达目标楼层或者到达目标楼层时，发出声光提醒信息，然后检测电梯开门宽度并同时发出第三移动指令，等待电梯开门宽度大于或等于机器人的宽度时，使机器人离开电梯。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S100包括：S110、通过导航命令控制所述机器人到达自身楼层的升降式的电梯前；S120、控制所述机械臂，使电梯外按键面板处于所述视觉传感器可感知范围内，视觉传感器位于机械臂前端；S130、通过所述视觉传感器获取电梯目标按键的位置，控制所述机械臂按压所述目标按键。

根据本发明的一些实施例，所述视觉传感器为深度相机，所述步骤S130包括：S131、通过所述深度相机采集所述电梯外按键面板的深度图像，检测所述目标按键在所述深度图像像素坐标系中的第一位置；S132、根据所述第一位置获取所述目标按键在空间坐标系中的第二位置和按键平面法向量；S133、根据所述第二位置和所述按键平面法向量方向规划所述机械臂末端第一目标位置，所述第一目标位置为所述目标按键位置，控制所述机械臂末端到达所述第一目标位置并按下所述目标按键呼叫电梯。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S200还包括：S210、将机器人导航地图坐标系基于齐次转换矩阵变换到机器人二维激光雷达坐标系，获取电梯门两端位于所述二维激光雷达坐标系中的坐标点；S220、通过所述电梯门两端的坐标点建立二维超平面；S230、根据所述二维超平面和电梯门厚度得到所述激光雷达检测的最大角度测距与最小角度测距；S240、基于所述最大角度测距与所述最小角度测距结合所述电梯门两端的坐标点得到电梯门的开启幅度值；S250、检测所述电梯门的开启幅度值的变化趋势，得到当前电梯门的状态，所述状态为正在开启状态或正在关闭状态；S260、确定所述状态为正在开启状态，且，所述电梯门的开启幅度值大于所述机器人宽度，则导航所述机器人准备进入电梯。

根据本发明的一些实施例，电梯门的开启幅度值的计算步骤为：通过电梯门两端的坐标点，建立二维超平面，

w^Tx+b＝0

x＝(x₁,x₂)^T＝(l_θcosθ+l_θsinθ)

其中，l_θ为雷达激光射线与x₁轴相对θ角度时的测距结果，电梯门两端的坐标为

得到激光雷达的有效角度范围为：

激光雷达测量范围内的点可以组成集合定义如下，其中，Δθ为激光雷达角分辨率：

通过所述二维超平面，电梯门的厚度w_e，获得集合中位于电梯门另一端的测距点的集合为：

通过位于电梯门另一端的测距点中分别找到角度最大测距点与角度最小的测距点θ_l与θ_r，通过所述角度最大测距点与所述角度最小测距点，计算电梯门的开启幅度如下：

w_o＝|vtan(θ_l-θ₃)|+|vtan(θ_r-θ₃)|

其中，w_o为电梯门开启的幅度值。

根据本发明的一些实施例，所述视觉传感器为深度相机，所述步骤S400还包括：S410、通过所述深度相机采集所述电梯内按键面板的深度图像，检测所述目标楼层按键在所述深度图像像素坐标系中的第三位置；S420、根据所述第三位置获取所述目标楼层按键在空间坐标系中的第四位置和按键平面法向量；S430、根据所述第四位置和所述按键平面法向量方向规划所述机械臂末端第二目标位置，所述第二目标位置为所述目标楼层按键位置，控制所述机械臂末端到达所述第二目标位置并按下所述目标楼层按键呼叫电梯。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S500还包括：S510、获取第一气压值，所述第一气压值为所述机器人准备进入电梯时采集的气压值；S520、获取第二气压值，所述第二气压值为所述机器人进入电梯之后采集的气压值；S530、基于所述第一气压值，相邻楼层之间的气压差值，所述目标楼层与机器人准备进入电梯时的初始楼层的楼层差值，得到目标楼层气压值；S540、比较所述第二气压值与所述目标楼层气压值之差是否小于预设误差值，若是，则所述机器人到达所述目标楼层。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S300还包括：机器人进入电梯前，通过至少一个传感器检测电梯内部轿厢连续空余空间，确定所述连续空余空间投射到电梯轿厢底部的面积大于或等于机器人自身体积投射到地面的面积，则导航机器人进入电梯轿厢。

根据本发明的第二方面实施例的机器人控制方法，包括以下步骤：S1、根据导航命令，控制机器人到达电梯厅并根据目标楼层命令按键呼叫电梯；S2、等待电梯开门，并检测电梯运行方向与目标楼层是否相符合，若方向一致则检测电梯开门宽度是否大于机器人宽度，以便机器人进入电梯；S3、机器人进入电梯后，通过视觉传感器检测目标楼层按键位置，并使用机械臂按下按键；S4、通过至少一个传感器检测机器人是否到达目标楼层；S5、在确定机器人到达目标楼层后检测电梯开门状态，以便机器人离开电梯。

根据本发明的第三方面实施例的一种机器人，包括控制器、机械臂、移动平台及传感器，所述传感器包括激光雷达、深度相机和气压计，所述深度相机位于所述机械臂前端，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行机器人控制方法的步骤。

根据本发明实施例的机器人控制方法，至少具有如下有益效果：通过机器人自身传感器与执行器使机器人能够自主操作电梯按键并乘坐电梯，这样，在不对原有电梯控制系统与设备做出改动的情况下，实现了机器人顺利乘梯，同时由于机器人具有自主检测与操作的能力，对于不同品牌的电梯均能够实现自主乘梯，通用性较好，不需要针对不同电梯进行不同的设置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的方法的流程示意图之一；

图2为本发明实施例的获取并按压目标按键方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的获取并按压目标按键方法的流程示意图之二；

图4为本发明实施例的检测电梯开门幅度的方法的流程示意图；

图5为本发明实施例的获取并按压目标楼层按键方法的流程示意图；

图6为本发明实施例的检测目标楼层的方法的流程示意图；

图7为本发明实施例的机器人组成模块示意框图；

图8为本发明实施例的检测电梯开门幅度计算示意图；

图9为本发明实施例的方法的流程示意图之二。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中的所有组成部分均安装于机器人本体上，通过有线或者无线的方式与机器人控制中心连接，不局限于红外，蓝牙，wifi，通信移动网络，以太网，串口，USB口等连接方式，并由机器人本身携带的电池进行供电，故不需要对现有电梯设备进行改装，不会影响到电梯本身的控制系统。

一个具体的实施例，如图7所示，移动平台通过以太网与控制器相连，其内部具有底层电机控制功能与航迹推算功能，在接收到控制器发出的运动命令后，移动平台能够将移动平台的运动命令转化为电机转速命令并控制电机实现期望的运动，同时移动平台能够计算其在运动过程中的位姿信息并通过以太网发送到控制器。

机械臂通过USB通信与控制器相连。机械臂具备对于关节电机的控制及状态检测功能，控制器向机械臂发出运动命令后，机械臂能够执行对应的运动并将运动状态反馈到控制器。

激光雷达通过以太网与控制器相连，能够提供机器人与周围物体的距离信息。深度相机安装在机械臂末端，通过USB与控制器相连，能够返回相机视野内的彩色图像与深度图像。气压计通过USB与控制器相连，能够检测当前机器人所在位置的大气压。

机器人乘坐电梯的的方法见下文。

参照图1，图1示出了本发明实施例的方法的流程示意图之一，包括：

S100、从导航命令中分离出机器人向自身所在楼层的电梯移动的导航子命令和目标楼层信息，根据导航子命令向机器人的移动平台发送第一移动指令，使机器人到达自身楼层的升降式的电梯前，然后发出第一运动控制指令以触发机器人的机械臂到达电梯按键位置，并根据目标楼层位于机器人所在楼层的上方还是下方，按压对应的上楼或者下楼按键，呼叫电梯；

S200、通过机器人的视觉传感器识别电梯门前的显示屏信息，确定电梯运行方向与到达目标楼层方向一致，则检测电梯开门宽度，等待电梯开门宽度大于或等于机器人的宽度；

S300、向机器人的移动平台发送第二移动指令，使机器人进入电梯并且使机械臂运动到目标楼层按键面板前的预定位置，通过视觉传感器检测目标楼层按键的位置，然后发出第二运动控制指令以触发机械臂按下电梯内的目标楼层按键，通过声音传感器检测电梯是否存在超重警报，若是，导航机器人离开电梯轿厢空间；

S400、通过视觉传感器识别电梯内的显示屏信息和/或通过气压传感器比对已标定的楼层气压数据，以确定机器人所在的楼层达到目标楼层；

S500、在机器人将要升降到达目标楼层或者到达目标楼层时，发出声光提醒信息，然后检测电梯开门宽度并同时发出第三移动指令，等待电梯开门宽度大于或等于机器人的宽度时，使机器人离开电梯。

需要说明的是，通过上述步骤方法，均能够达到使机器人在不对原有电梯控制系统与设备做出改动的情况下，能够通过机器人自身传感器与执行器使机器人自主操作电梯按键并乘坐电梯；本发明的方法对不同品牌的电梯不敏感，只要符合通常电梯的设置，包括电梯外面板，电梯内面板和符合一般规则的楼层显示按键，均可以达到机器人自主控制乘梯的效果，通用性很好。

如图2所示，图2示出了本发明实施例的获取并按压目标按键方法的流程示意图包括：

S110、通过导航命令控制机器人到达自身楼层的升降式的电梯前；

S120、控制机械臂，使电梯外按键面板处于视觉传感器可感知范围内，视觉传感器位于机械臂前端；

S130、通过视觉传感器获取电梯目标按键的位置，控制机械臂按压目标按键。

参照图3，图3为本发明实施例的获取并按压目标按键方法的流程示意图之二，包括：

S131、通过深度相机采集电梯外按键面板的深度图像，检测目标按键在深度图像像素坐标系中的第一位置；

S132、根据第一位置获取目标按键在空间坐标系中的第二位置和按键平面法向量；

S133、根据第二位置和按键平面法向量方向规划机械臂末端第一目标位置，第一目标位置为目标按键位置，控制机械臂末端到达第一目标位置并按下目标按键呼叫电梯。

具体的，当机器人接受到导航命令需要跨楼层导航时，首先基于自身在平面内的导航算法控制机器人行驶至所在楼层的电梯处并呼叫电梯。呼叫电梯的具体实现为，机器人到达电梯前方后，伸出机械臂使得电梯按键面板处于机械臂上深度相机的视野范围内，之后通过深度相机所返回的彩色图片检测得到电梯按键在图片像素坐标系中的位置，并根据此位置在深度图像中得到按键在空间坐标系中的位置和按键平面法向量。根据此位置和法向量方向定义机械臂末端目标位置，根据机械臂规划与控制方法控制机械臂末端到达按键位置并按下按键呼叫电梯。

图4示出了本发明实施例的检测电梯开门幅度的方法的流程示意图，包括：

S210、将机器人导航地图坐标系基于齐次转换矩阵变换到机器人二维激光雷达坐标系，获取电梯门两端位于二维激光雷达坐标系中的坐标点；

S220、通过电梯门两端的坐标点建立二维超平面；

S230、根据二维超平面和电梯门厚度得到激光雷达检测的最大角度测距与最小角度测距；

S240、基于最大角度测距与最小角度测距结合电梯门两端的坐标点得到电梯门的开启幅度值；

S250、检测电梯门的开启幅度值的变化趋势，得到当前电梯门的状态，状态为正在开启状态或正在关闭状态；

S260、判断状态为正在开启状态，且，电梯门的开启幅度值大于机器人宽度，执行，导航机器人准备进入电梯。

具体的，在地图坐标系中，楼宇内第i号电梯间的电梯门两端坐标分别标记为

机器人在地图中的位置使用

表示。由于本发明导航地图上标记的目标处于一个平面，故忽略z轴，将三维平移向量与三维旋转矩阵简化至二维。在二维齐次坐标系下，第i号电梯门位置可以通过机器人相对于地图原点的齐次转换矩阵变换到机器人二维激光雷达坐标系。

将电梯门的位置转换至激光雷达坐标系后，可以根据激光雷达坐标系下的电梯门位置，结合激光雷达测距点数据对电梯门开关状态进行检测，检测的示意图如图8所示。

通过坐标变换得到在激光雷达坐标系下电梯门两端的坐标为

通过上述两个端点，可以建立二维超平面：

w^Tx+b＝0

x＝(x₁,x₂)^T＝(l_θcosθ+l_θsinθ)

其中l_θ为雷达激光射线与x₁轴相对θ角度时的测距结果。同时可以得到激光雷达的有效角度范围如下：

激光雷达测量范围内的点可以组成集合定义如下，其中Δθ为激光雷达角分辨率：

根据建立的二维超平面，以及电梯门的厚度w_e，得到集合中位于电梯门另一端的测距点的集合如下：

从位于电梯门另一端的测距点中分别找到角度最大与角度最小的测距点θ_l与θ_r，根据两点计算电梯门的开启幅度如下：

w_o＝|vtan(θ_l-θ₃)|+|vtan(θ_r-θ₃)|

式中w_o为电梯门开启的宽度。若电梯门开启的宽度大于机器人宽度，则使用机械臂上的深度相机检测电梯面板上显示的上下方向指示标志，若电梯运行方向与目标上下楼方向一致则控制机器人进入电梯。

本发明一个具体的实施例中，还包括，能够通过声音传感器检测电梯是否存在超重警报，若是，则导航机器人离开电梯轿厢空间，通过对超重警报的检测，更加丰富了机器人对异常情况的判断和处理，是机器人的操作更加灵活和智能。

图5示出了本发明实施例的获取并按压目标楼层按键方法的流程示意图，包括：

S410、通过深度相机采集电梯内按键面板的深度图像，检测目标楼层按键在深度图像像素坐标系中的第三位置；

S420、根据第三位置获取目标楼层按键在空间坐标系中的第四位置和按键平面法向量；

S430、根据第四位置和按键平面法向量方向规划机械臂末端第二目标位置，第二目标位置为目标楼层按键位置，控制机械臂末端到达第二目标位置并按下目标楼层按键呼叫电梯。

具体的，根据一般电梯的设计原则，电梯内按键面板一般具有相对固定的位置，在进入电梯后控制机械臂运动使得电梯按键面板处于深度相机的视野范围内。之后通过深度相机所返回的彩色图片检测得到电梯按键在图片像素坐标系中的位置，并根据此位置在深度图像中得到按键在空间坐标系中的位置和按键平面法向量。根据此位置和法向量方向定义机械臂末端目标位置，根据机械臂规划与控制方法控制机械臂末端到达目标楼层的按键位置并按下对应楼层按键。

参照图6，图6示出了本发明实施例的检测目标楼层的方法的流程示意图，包括：

S510、获取第一气压值，第一气压值为机器人准备进入电梯时采集的气压值；

S520、获取第二气压值，第二气压值为机器人进入电梯之后采集的气压值；

S530、基于第一气压值，相邻楼层之间的气压差值，目标楼层与机器人准备进入电梯时的初始楼层的楼层差值，得到目标楼层气压值；

S540、比较第二气压值与目标楼层气压值之差是否小于预设误差值，若是，则机器人到达目标楼层。

具体的，在机器人进入电梯时记录当前气压值为P₀，在按下目标楼层后开始检测机器人当前气压值P，设根据楼层高度每层楼之间的气压值为P_L，初始楼层和目标楼层分别为Ns，Nt，当气压差值Δp＝P-P₀，与计算得到的目标楼层气压差Δpt＝(Nt-Ns)*P_L的误差小于给定误差阈值时，则说明机器人到达给定楼层。

在本发明一些具体的实施例之中，还包括：机器人进入电梯前，通过至少一个传感器检测电梯内部轿厢连续空余空间，确定连续空余空间投射到电梯轿厢底部的面积大于或等于机器人自身体积投射到地面的面积，则导航机器人进入电梯轿厢。至少一个传感器可以包括激光雷达传感器，红外传感器，视觉传感器等，电梯轿厢内部的连续空余空间指电梯轿厢内部的一整块空间，能够容纳机器人的体积。

参照图9，图9示出了本发明实施例的方法的流程示意图之二，包括：

S1、根据导航命令，控制机器人到达电梯厅并根据目标楼层命令按键呼叫电梯；

S2、等待电梯开门，并检测电梯运行方向与目标楼层是否相符合，若方向一致则检测电梯开门宽度是否大于机器人宽度，以便机器人进入电梯；

S3、机器人进入电梯后，通过视觉传感器检测目标楼层按键位置，并使用机械臂按下按键；

S4、通过至少一个传感器检测机器人是否到达目标楼层；

S5、在确定机器人到达目标楼层后检测电梯开门状态，以便机器人离开电梯。

需要说明的是，通过上述步骤方法，均能够达到使机器人在不对原有电梯控制系统与设备做出改动的情况下，能够通过机器人自身传感器与执行器使机器人自主操作电梯按键并乘坐电梯；本发明的方法对不同品牌的电梯不敏感，只要符合通常电梯的设置，包括电梯外面板，电梯内面板和符合一般规则的楼层显示按键，均可以达到机器人自主控制乘梯的效果，通用性很好。

本发明的实施例中还包括一种机器人，如图7所示，机器人包括控制器、机械臂、移动平台及传感器，传感器包括激光雷达、深度相机和气压计，深度相机位于机械臂前端，控制器包括处理器和存储器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项的机器人乘坐电梯的控制方法。

尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。

上文参考根据示例性实施方案的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。

因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

本文所述的程序模块、应用程序等可包括一个或多个软件组件，包括例如软件对象、方法、数据结构等。每个此类软件组件可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行而使本文所述的功能的至少一部分(例如，本文所述的例示性方法的一种或多种操作)被执行。

软件组件可以用各种编程语言中的任一种来编码。一种例示性编程语言可以为低级编程语言，诸如与特定硬件体系结构和/或操作系统平台相关联的汇编语言。包括汇编语言指令的软件组件可能需要在由硬件架构和/或平台执行之前由汇编程序转换为可执行的机器代码。另一种示例性编程语言可以为更高级的编程语言，其可以跨多种架构移植。包括更高级编程语言的软件组件在执行之前可能需要由解释器或编译器转换为中间表示。编程语言的其它示例包括但不限于宏语言、外壳或命令语言、作业控制语言、脚本语言、数据库查询或搜索语言、或报告编写语言。在一个或多个示例性实施方案中，包含上述编程语言示例中的一者的指令的软件组件可直接由操作系统或其它软件组件执行，而无需首先转换成另一种形式。

软件组件可存储为文件或其它数据存储构造。具有相似类型或相关功能的软件组件可一起存储在诸如特定的目录、文件夹或库中。软件组件可为静态的(例如，预设的或固定的)或动态的(例如，在执行时创建或修改的)。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、从导航命令中分离出机器人向自身所在楼层的电梯移动的导航子命令和目标楼层信息，根据所述导航子命令向机器人的移动平台发送第一移动指令，使机器人到达自身楼层的升降式的电梯前，然后发出第一运动控制指令以触发机器人的机械臂到达电梯按键位置，并根据目标楼层位于机器人所在楼层的上方还是下方，按压对应的上楼或者下楼按键，呼叫电梯；

S200、通过机器人的视觉传感器识别电梯门前的显示屏信息，确定电梯运行方向与到达目标楼层方向一致，则检测电梯开门宽度，等待电梯开门宽度大于或等于机器人的宽度；

S300、向机器人的移动平台发送第二移动指令，使机器人进入电梯并且使机械臂运动到目标楼层按键面板前的预定位置，通过视觉传感器检测目标楼层按键的位置，然后发出第二运动控制指令以触发机械臂按下电梯内的目标楼层按键，通过声音传感器检测电梯是否存在超重警报，若是，导航所述机器人离开电梯轿厢空间；

S400、通过视觉传感器识别电梯内的显示屏信息和/或通过气压传感器比对已标定的楼层气压数据，以确定机器人所在的楼层达到目标楼层；

S500、在机器人将要升降到达目标楼层或者到达目标楼层时，发出声光提醒信息，然后检测电梯开门宽度并同时发出第三移动指令，等待电梯开门宽度大于或等于机器人的宽度时，使机器人离开电梯。

2.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S100包括：

S110、通过导航命令控制所述机器人到达自身楼层的升降式的电梯前；

S120、控制所述机械臂，使电梯外按键面板处于所述视觉传感器可感知范围内，视觉传感器位于机械臂前端；

S130、通过所述视觉传感器获取电梯目标按键的位置，控制所述机械臂按压所述目标按键。

3.根据权利要求2所述的机器人控制方法，其特征在于，所述视觉传感器为深度相机，所述步骤S130包括：

S131、通过所述深度相机采集所述电梯外按键面板的深度图像，检测所述目标按键在所述深度图像像素坐标系中的第一位置；

S132、根据所述第一位置获取所述目标按键在空间坐标系中的第二位置和按键平面法向量；

S133、根据所述第二位置和所述按键平面法向量方向规划所述机械臂末端第一目标位置，所述第一目标位置为所述目标按键位置，控制所述机械臂末端到达所述第一目标位置并按下所述目标按键呼叫电梯。

4.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S200还包括：

S210、将机器人导航地图坐标系基于齐次转换矩阵变换到机器人二维激光雷达坐标系，获取电梯门两端位于所述二维激光雷达坐标系中的坐标点；

S220、通过所述电梯门两端的坐标点建立二维超平面；

S230、根据所述二维超平面和电梯门厚度得到所述激光雷达检测的最大角度测距与最小角度测距；

S240、基于所述最大角度测距与所述最小角度测距结合所述电梯门两端的坐标点得到电梯门的开启幅度值；

S250、检测所述电梯门的开启幅度值的变化趋势，得到当前电梯门的状态，所述状态为正在开启状态或正在关闭状态；

S260、确定所述状态为正在开启状态，且，所述电梯门的开启幅度值大于所述机器人宽度，则导航所述机器人准备进入电梯。

5.根据权利要求4所述的机器人控制方法，其特征在于，电梯门的开启幅度值的计算步骤为：

通过电梯门两端的坐标点，建立二维超平面，

w^Tx+b＝0

x＝(x₁,x₂)^T＝(l_θcosθ+l_θsinθ)

其中，l_θ为雷达激光射线与x₁轴相对θ角度时的测距结果，电梯门两端的坐标为

得到激光雷达的有效角度范围为：

激光雷达测量范围内的点可以组成集合定义如下，其中，Δθ为激光雷达角分辨率：

通过所述二维超平面，电梯门的厚度w_e，获得集合中位于电梯门另一端的测距点的集合为：

通过位于电梯门另一端的测距点中分别找到角度最大测距点与角度最小的测距点θ_l与θ_r，通过所述角度最大测距点与所述角度最小测距点，计算电梯门的开启幅度如下：

w_o＝|vtan(θ_l-θ₃)|+|vtan(θ_r-θ₃)|

其中，w_o为电梯门开启的幅度值。

6.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述视觉传感器为深度相机，所述步骤S400还包括：

S410、通过所述深度相机采集所述电梯内按键面板的深度图像，检测所述目标楼层按键在所述深度图像像素坐标系中的第三位置；

S420、根据所述第三位置获取所述目标楼层按键在空间坐标系中的第四位置和按键平面法向量；

S430、根据所述第四位置和所述按键平面法向量方向规划所述机械臂末端第二目标位置，所述第二目标位置为所述目标楼层按键位置，控制所述机械臂末端到达所述第二目标位置并按下所述目标楼层按键呼叫电梯。

7.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S500还包括：

S510、获取第一气压值，所述第一气压值为所述机器人准备进入电梯时采集的气压值；

S520、获取第二气压值，所述第二气压值为所述机器人进入电梯之后采集的气压值；

S530、基于所述第一气压值，相邻楼层之间的气压差值，所述目标楼层与机器人准备进入电梯时的初始楼层的楼层差值，得到目标楼层气压值；

S540、比较所述第二气压值与所述目标楼层气压值之差是否小于预设误差值，若是，则所述机器人到达所述目标楼层。

8.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述步骤S300还包括：

机器人进入电梯前，通过至少一个传感器检测电梯内部轿厢连续空余空间，确定所述连续空余空间投射到电梯轿厢底部的面积大于或等于机器人自身体积投射到地面的面积，则导航机器人进入电梯轿厢。

9.一种机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据导航命令，控制机器人到达电梯厅并根据目标楼层命令按键呼叫电梯；

S2、等待电梯开门，并检测电梯运行方向与目标楼层是否相符合，若方向一致则检测电梯开门宽度是否大于机器人宽度，以便机器人进入电梯；

S3、机器人进入电梯后，通过视觉传感器检测目标楼层按键位置，并使用机械臂按下按键；

S4、通过至少一个传感器检测机器人是否到达目标楼层；

S5、在确定机器人到达目标楼层后检测电梯开门状态，以便机器人离开电梯。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括控制器、机械臂、移动平台及传感器，所述传感器包括激光雷达、深度相机和气压计，所述深度相机位于所述机械臂前端，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行权利要求1至9中任一项所述方法的步骤。

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