[发明专利]处理室内环境的非结构化数据的移动机器人设备

说明书

移动机器人设备接收对应于设施的内部空间的点云数据，并处理该数据以生成使得移动机器人设备能够在内部空间内移动的设施的地图。点云数据的处理包括将数据分割成被标识为天花板、地板或墙壁基元的平面基元。墙壁基元中的开口被标识为门或遮挡物。生成针对经处理的平面基元的视点，并且利用表示结构的面的顶点以及表示墙壁的边来生成复合单元数据结构。在执行复合单元结构的能量最小化之后，评估空间的邻近区以进行合并，并且生成内部空间的地图。移动机器人设备参考地图通过设施的内部空间移动。

优先权声明

本申请要求题为“Automatic Room Segmentation From Unstructured 3D DataOf Indoor Environments”并且在2016年12月30日提交的美国临时申请号62\440,795的优先权，并且还要求题为“Automatic Room Segmentation From Unstructured 3D Data OfIndoor Environments”并且在2017年5月30日提交的美国临时申请号62\512,223的优先权，特此通过引用将两个申请的全部内容明确地合并于本文。

技术领域

本公开一般涉及点云数据处理，并且更具体地，涉及设施房间地图的生成，以使得移动机器人设备能够在设施内调遣。

背景技术

对家庭或其他建筑物中的房间的精确测量对于诸如拓扑映射、语义映射、自动化专业清洁或人机交互之类的宽范围任务而言是重要的。在许多情况下，设施中房间的位置和尺寸是未知的，并且蓝图或其他建筑图纸对于项目期间的使用而言是不可用的。代替地，扫描仪可以用于生成点云数据，该点云数据对应于定义设施中的房间和连接房间的门的结构。

在移动机器人设备对点云数据的处理中出现若干困难。这些问题当中有来自注册错误或丢失数据的噪声。此外，建筑物的内部频繁地混杂有：可能部分或完全遮挡永久房间结构的家具和其他物体。例如，书架通常跨越墙壁的整个高度并且具有显著的长度。对这些遮挡结构的识别——因此它们可以从设施中的房间的地图被移除——可能是困难的。

在目前已知的移动机器人设备中，对点云数据的处理做出了关于数据的多个假设，以简化在处理数据中涉及的任务。这些假设包括针对直墙壁的向上向量、曼哈顿世界框架（Manhattan world frame）中的对齐、或扫描设备的视点知识。曼哈顿世界框架假设每个平面垂直于单个坐标系的轴中的一个轴。这些不切实际的假设呈现设施中的墙壁、天花板、地板和墙壁中的开口的不太准确的地图。在没有不切实际的假设的情况下对点云数据的处理以产生更准确的地图将有益于机器人设备在设施内的移动以及这些设备与人类的交互。

发明内容

已经开发了一种移动机器人设备，其处理点云数据以在没有曼哈顿世界框架的假设或对扫描仪视点的先验知识的情况下呈现房间、地板、天花板和墙壁中的开口的准确地图。移动机器人设备包括：至少一个动力构件；可操作地连接到至少一个动力构件的致动器，致动器被配置为驱动动力构件以使移动机器人设备移动；数据接口，其被配置为接收在其中机器人设备进行操作的设施的点云数据；存储器；以及控制器，其可操作地连接到致动器、数据接口和存储器。控制器被配置为：将从数据接口接收的点云数据存储在存储器中；将点云数据分割成平面基元；检测对应于墙壁的平面基元中的开口；生成针对对应于天花板和墙壁的平面基元的视点；参考所生成的视点生成房间地图；以及参考所生成的地图操作致动器，以使移动机器人设备通过在所生成的地图中表示的房间而移动。

移动机器人设备的另外的方面进一步包括：图像传感器，其被配置为生成移动机器人设备周围的环境的图像数据；距离传感器，其被配置为生成对应于移动机器人设备和移动机器人设备的路径中的结构之间的距离的数据；以及控制器，其可操作地连接到图像传感器和距离传感器。控制器被进一步配置为检测移动机器人设备周围的物体、墙壁和墙壁中的开口，以参考所生成的地图定位移动机器人设备。