[发明专利]非结构环境中端到端的室内移动机器人自主导航方法

说明书

本发明公开了非结构环境中端到端的室内移动机器人自主导航方法，包括以下步骤：1)获取陌生建筑内平面布局图；2)对布局图进行拓扑化，创建无向图；3)使用无向图，结合目标房间生成最短节点路径；4)将机器人第一视角图像输入避碰导航模块，生出避碰路点；5)利用三次样条生成避碰路径，通过模型预测控制进行跟踪；6)判断是否抵达目标点，如果是，结束导航，否则，返回步骤3；采用本机器人自主导航方法，能够在复杂的医疗环境中，仅使用单个单目RGB相机作为视觉输入以实现自主导航。优点是简单、灵活、经济、实用，准确性高、鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及非结构环境中端到端的室内机器人自主导航方法，尤其涉及一种非结构环境中端到端的医疗服务机器人自主导航方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们对于自身健康状况以及医疗服务水平的要求逐年提高，医疗任务繁重和医务人员短缺是医疗领域亟需面对的问题。现代科技的发展，各种移动机器人应运而生，能代替或辅助医务人员进行样本运送，医疗垃圾回收等工作，减少医务人员的重复性劳动。这为解决医疗领域工作繁重、人员短缺问题提供了新方案。

上述机器人运行在复杂多变、人员大量流动的医疗环境中，为了在“人-机”共享空间中安全、准确、快速地抵达目标点，需要可靠的自主导航技术。经典移动机器人的自主导航如人工势场法、滚动窗口法虽然在固定环境中有良好的表现，但在动态环境中其适应性弱，可靠性差并且容易陷入局部最优解。

针对于动态环境，当前提出一种端到端的机器人导航方法。该方法通过神经网络将机器人当前的视觉图像或是激光雷达的检测信息映射为机器人的速度与转角。在一定程度上解决了在动态环境中机器人导航可靠性差的问题。但对于人员流动大的复杂环境，它的实时避碰效果人不能令人满意。鉴于上述诸多因素，医疗服务机器人至今仍难普及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服当前技术中的缺陷，提供一种非结构环境中端到端的室内机器人自主导航方法，主要针对医院等大型建筑物室内的导航。要点在于通过对建筑物内部的平面布局图处理以解决利用系数地图导航的问题；通过端到端的导航模块以解决在复杂多变的动态环境中避碰问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1)获取楼层平面布局图，构建语义-拓扑图。通过给定目标房间，利用无向图搜索最短节点路径，将该条路径所有节点设为子目标。

2)获取机器人第一视角场景图像。

3)结合步骤2所获取的机器人第一视角场景图像以及当前子目标，导航模块输出基于当前场景的避碰路点。

所述步骤3之后，还包括：

4)基于步骤3生的避碰路点，机器人通过三次样条生成避碰路径，并利用模型预测控制跟踪路径抵达避碰路点。

所述步骤4之后，还包括以下步骤：

5)判断是否抵达当前子目标，如果是，执行步骤6；如果否，返回步骤2。

6)判断是否抵达目标点坐标，如果是，停止导航；如果否，获取基于步骤6时刻的当前子目标，并返回步骤2。

所述拓扑图，其创建包括以下步骤：

A)获取建筑物楼层平面布局图；

B)使用SegLink对该平面图进行文本(房间号、走廊号)检测、使用yolo对标识检测、识别，其检测具体结果为：用矩形框标识出该平面图的房间号、走廊号以及标识符(包括楼梯、安全出口、卫生间标识符)，记录矩形框左上角位置坐标和矩形框的长宽；使用CRNN对上述文本进行识别；