[发明专利]一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统以及方法

权利要求书

1.一种移动机器人虚拟安全防护区域保护系统，其特征在于，包括机器人安全单元和激光测距元件，

所述机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围，所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域，所述机器人安全单元设定所述移动机器人在多级安全区域内的安全避障机制；其中，机器人安全单元设定虚拟安全防护区域的范围及安全避障机制，具体包括如下步骤：步骤1.1所述虚拟安全防护区域包括范围不同的多级安全区域，每一级安全区域的设置方式如下：以机器人中心坐标为原点，在机器人四周设置至少4个坐标点，将所述坐标点依次连接起来所围成的多边形区域，则为该级安全区域；

步骤1.2设置障碍物在多级安全区域内时所执行的安全避障机制及优先级顺序；

所述激光测距元件安装于所述移动机器人上，其测量障碍物的距离信息，所述机器人安全单元读取所述激光测距元件测量的距离数据，通过坐标转换，将距离数据转换为与虚拟安全防护区域在同一坐标系的数据值；

机器人安全单元读取激光测距元件测量的距离数据并进行坐标转换，具体包括如下步骤：

步骤2.1机器人安全单元读取激光测距元件所测量的障碍物基于激光测距元件极坐标系的原始极坐标数据；

步骤2.2机器人安全单元读取步骤2.1中的原始极坐标数据后，将其转换为障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标；

步骤2.3机器人安全单元将步骤2.2中转换后的障碍物基于激光测距元件直角坐标系的点云坐标转换为障碍物基于移动机器人直角坐标系的点云坐标；

机器人安全单元通过算法判断障碍物所在的区域，并根据优先级原则执行相应安全避障机制；判断障碍物所在的安全区域，并根据优先级原则执行相应安全避障机制，具体包括如下步骤；

步骤3.1选取其中1个多边形，初始化参数sumA为0，sumA为符合条件的交点之和；

步骤3.2选取多边形中一组相邻两坐标点；判断选取的坐标点是否为重复选取，若是，执行步骤3.9；

步骤3.3比较障碍物点云y坐标值是否在相邻两坐标点中最大y坐标值和最小y坐标值区间内；

步骤3.4若不在区间内，则返回步骤3.2，若在此区间内，则执行步骤3.5计算；

步骤3.5以障碍物点云y坐标值，画一条平行于X轴的直线与选取的两坐标点连成的直线相交；

步骤3.6根据直线的两点式列出通过两坐标点的直线的方程式，将障碍物点云y坐标值代入方程式，求交点的x坐标值；

步骤3.7判断障碍物点云x坐标值是否小于交点的x坐标值，若大于，则返回步骤3.2，若小于，则进行步骤3.8计算；

步骤3.8累计计算符合条件的交点之和sumA＝sumA+1，返回步骤3.2；

步骤3.9若交点之和sumA为奇数，判断障碍物在该级安全区域内，若交点之和为除0之外的偶数，则判断障碍物在该级安全区域外；

步骤3.10返回步骤3.1选取另一个多边形进行计算；

步骤3.11累计计算符合障碍物在安全区域内的安全区域个数sumN，当安全区域个数sumN为1时，表示仅在一个安全区域内有障碍物，发布当前区域的安全避障机制；

步骤3.12当符合条件的区域个数sumN大于1时，表示同时在两个或两个以上区域内有障碍物，根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域，并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统；

所述移动机器人还包括用于执行相应安全避障机制的导航单元、运动单元、声光警示单元；

所述虚拟安全防护区域包括由近及远的危险区域、警示区域、避障区域，优先级原则为危险区域警示区域避障区域，若同时在两个及以上安全区域内有障碍物，则根据优先级原则选择适用优先级最高的虚拟安全防护区域，并将相应的安全避障机制发布给导航单元、运动单元或声光警示系统；

所述的安全避障机制包括：

危险区域：发布零速度给运动单元，停止移动机器人，同时发布信号给声光预警单元进行警示；

警示区域：发布零速度给运动单元，停止等待预设时间后，发布信号给导航单元，绕开障碍物；

避障区域：发布信号给导航单元，绕开障碍物。