一种机器人自主乘梯方法及装置

1.本发明涉及移动机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人自主乘梯方法、装置、设备、介质和产品。


背景技术：

2.在传感技术及控制技术的推动作用下，用于室内导航的移动移动机器人层出不穷。但是，大部分室内移动机器人只能完成单层范围的导航及相关作业任务，难以使用具有多层结构的大型写字楼。而迄今为止，目前，可完成跨楼层运动的室内移动机器人大体上采用如下两种方式：
3.1、具备上下楼能力的腿型移动机器人
4.此类机器人是近期起步的朝阳产业，融合了多线激光雷达、视觉相机、姿态传感器等多传感器，通过对腿部的精确鲁棒控制，实现走楼梯动作，进而实现跨楼层运动过程。但此类机器人较为昂贵，可靠性还需要进一步验证。
5.2、具备上下电梯能力的轮式移动机器人
6.轮式移动机器人较为普遍。到目前为止，阿里巴巴等大型公司已出现了可实现自主乘梯功能的服务型机器人，采取的方式基本需要对电梯控制器进行改造，通过与电梯控制器的通信进而完成开门、到达指定楼层以及关门的控制过程。但是，电梯厂商为了安全考虑，大多情况不允许对电梯控制器进行改造，也不会开放控制协议。原因在于：这种情况下如果造成较大事故，事故划分较为困难，往往难以将责任归属于电梯本身控制器故障或是外部的紊乱控制。同时，这种方式也有一定的安全隐患。


技术实现要素：

7.本发明提供一种机器人自主乘梯方法、装置、设备、介质和产品，能够确保机器人到达指定楼层。
8.第一方面，本发明提供了一种机器人自主乘梯方法，应用于轮式机器人，包括：向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使所述外部辅助按键机构根据所述第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息，使所述外部辅助按键机构根据所述成功进入信息停止按压所述上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，所述第二乘梯信息用于控制所述内部辅助按键机构按照所述第一预设频率按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过所述当前气压测量值确定当前楼层是否为所述期望楼层，若所述当前楼层为所述期望楼层，检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息，所述成功退出信息用于控制所述内部辅助按键机构停止按压所述对应期望楼层的按键。
9.进一步地，所述检测所述电梯门是否打开，包括：按照第二预设频率，检测所述电
梯门的状态；根据所述电梯门的状态，判断所述电梯门是否打开。
10.进一步地，所述检测所述电梯门的状态，包括：通过单线激光雷达对所述电梯门进行探测，得到第一激光点云数据；根据所述第一激光点云数据确定所述轮式机器人与所述电梯门的至少一个距离；将所述至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定所述电梯门的状态。
11.进一步地，所述将所述至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定所述电梯门的状态，包括：统计所述至少一个距离大于所述预设距离的个数，得到第一数据；统计所述至少一个距离小于所述预设距离的个数，得到第二数据；若所述第一数据小于且等于3，则所述电梯门为关闭状态；若所述第二数据小于且等于3，则所述电梯门为打开状态；否则继续检测所述电梯门的状态。
12.进一步地，所述向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息和/或所述向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息之前，还包括：采集电梯上方和/或天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果确定是否到达期望位置；和/或，通过所述单线激光雷达对所述电梯门进行探测，得到第二激光点云数据；根据所述第二激光点云数据确定所述轮式机器人与所述电梯门的距离；将所述轮式机器人与所述电梯门的距离与第二预设距离进行比较，确定是否到达所述期望位置。
13.进一步地，所述向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息之后，还包括：采集天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果，判断所述当前楼层是否为所述期望楼层；若是，则加载所述当前楼层的全局地图；否则，向所述外部辅助按键机构发送所述第一乘梯信息。
14.第二方面，本发明还提供了一种机器人自主乘梯装置，应用于轮式机器人，包括：第一处理模块，用于向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使所述外部辅助按键机构根据所述第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；第二处理模块，用于检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息，使所述外部辅助按键机构根据所述成功进入信息停止按压所述上行键或者下行键；第三处理模块，用于向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，所述第二乘梯信息用于控制所述内部辅助按键机构按照所述第一预设频率按压对应期望楼层的按键；第四处理模块，用于获取当前气压测量值，通过所述当前气压测量值确定当前楼层是否为所述期望楼层，若所述当前楼层为所述期望楼层，检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息，所述成功退出信息用于控制所述内部辅助按键机构停止按压所述对应期望楼层的按键。
15.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述机器人自主乘梯方法的步骤。
16.第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机器人自主乘梯方法的步骤。
17.第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机器人自主乘梯方法的步骤。
18.本发明提供的一种机器人自主乘梯方法、装置、设备、介质和产品，通过向外部辅
助按键机构发送第一乘梯信息，使所述外部辅助按键机构根据所述第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息，使所述外部辅助按键机构根据所述成功进入信息停止按压所述上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，所述第二乘梯信息用于控制所述内部辅助按键机构按照所述第一预设频率按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过所述当前气压测量值确定当前楼层是否为所述期望楼层，若所述当前楼层为所述期望楼层，检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息，所述成功退出信息用于控制所述内部辅助按键机构停止按压所述对应期望楼层的按键。可以看出，通过内/外部辅助按键机构控制电梯门，解决了不用对电梯控制器改造，就能控制电梯门的问题，使乘梯更加安全，通过气压测量值确定当前楼层是否为所述期望楼层，使机器人能成功到达期望楼层。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是根据本发明提供的机器人自主乘梯方法的一些实施例的流程示意图；
21.图2是根据本发明提供的机器人自主乘梯方法的另一些实施例的流程示意图；
22.图3-1是多功能采集卡功能框图；
23.图3-2是整体乘梯流程示意图；
24.图3-3是机器人简图及坐标系统；
25.图3-4根据本发明提供的机器人自主乘梯方法的外部辅助按键机构结构示意图；
26.图3-5是根据本发明提供的机器人自主乘梯方法的内部辅助按键机构结构示意图；
27.图3-6是外部/内部辅助按键机构的控制电路功能框图；
28.图3-7是外部/内部辅助按键机构与轮式机器人交互示意图；
29.图3-8是电梯门开关确定流程；
30.图3-9是单次判定电梯门状态时使用的激光数据范围示意图；
31.图4是根据本发明提供的机器人自主乘梯置的一些实施例的结构示意图；
32.图5是根据本发明提供的电子设备的结构示意图。
33.附图3-4和附图3-5标号说明：
34.1：控制电路；2：wifi服务器；3：电池；4：舵机；5：连杆；6：调整杆；7：胶头螺丝。
35.附图3-3标号说明：
36.8：差速驱动轮；9：随动轮；10：平面激光雷达；11：机器人平面轮廓。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本
发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
40.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
41.本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
42.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
43.请参阅图1，图1是本发明提供的机器人自主乘梯方法的一些实施例的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
44.步骤101，向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门。
45.在一些实施例中，外部辅助按键机构可以是安装在电梯门外的装置，用于打开电梯门。第一乘梯信息可以包括当前楼层、期望楼层和当前乘梯状态等。比如，第一乘梯信息可以是当前楼层1楼、期望楼层3楼和期望进入电梯的状态，外部辅助按键机构接收到第一乘梯信息，经过解析后，得到第一乘梯信息的内容，并判断当前楼层1楼小于期望楼层3楼，外部辅助按键机构可以按照第一预设频率按压电梯的上行键，打开电梯门。若期望楼层和当前楼层一致，则外部辅助按键机构可以不做反应，也可以向轮式机器人(也可以是腿型移动机器人，以下简称机器人)发送报错信息。
46.步骤102，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键。
47.在一些实施例中，机器人可以通过摄像头或者激光雷达技术检测电梯门是否打开，比如通过摄像头拍摄电梯门的图片，通过神经网络或其他算法判断电梯门是否打开。检测到电梯门打开，则进入电梯，进入电梯成功后需要向外部辅助按键机构发送成功进入信息，仍以上述为例，外部辅助按键机构发接收到成功进入信息，随即停止按压电梯上行键。
48.步骤103，向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按照第一预设频率按压对应期望楼层的按键。
49.在一些实施例中，第二乘梯信息可以包括当前楼层、期望楼层和当前乘梯状态，仍以上述为例，内部辅助按键机构接到第二乘梯信息后，解析得到第二乘梯信息的内容，即当前楼层1楼、期望楼层3楼和期望进入电梯的状态，第一预设频率按压对应期望楼层3楼的按键，待机器人进入电梯之后，还可以按压关闭电梯的按键。
50.步骤104，获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构停止按
压对应期望楼层的按键。
51.在一些实施例中，在电梯上升或者下降过程中，可以根据当前气压测量值检测当前机器人所处的高度，推算出当前楼层，也可以通过特定的装置和方法推算当前楼层，比如通过激光雷达推算当前楼层。若电梯门的状态为打开，还可以向内部辅助按键机构发送打开电梯门的信息，内部辅助按键机构根据信息按照一定频率按压打开电梯门的按键，在机器人退出电梯后，向内部辅助按键机构发送成功退出信息，使内部辅助按键机构停止按键。
52.在各种因素的影响作用下，可能出现机器人在非期望楼层出电梯的情况发生。在这种情况下，需要采用一定的机制进行保证，比如基于气压计测量值和电梯门状态的联合测量方式，即基于多功能采集卡实现对气压部分的采集工作，对每层的气压计读数进行事先标定，通过当前气压计的读数与一层气压计标定数据的比对，进而可获取当前楼层信息。其中，多功能采集卡功能结构图可以如图3-1所示，图3-1中的电路板采集气压传感器信号、超声波信号以及激光信号，经过a/d转换电路，并在核心运算单元的处理作用下，可以获得气压值数字量及超声波数字量，通过rs232接收外部的查询命令，并可通过rs232进行反馈。气压高度采集可以使用ms5611传感器，该传感器可以获取气压值和当前温度值，根据hypsometric公式可以计算出当前高度，计算公式如下：
53.a＝[(p0/p)^(1/5.257)-1]*(t+273.15)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0054]
其中，h＝a/0.0065；
[0055]
a：是一个中间变量；
[0056]
p0：是标准大气压；
[0057]
p：是测得的气压值；
[0058]
t：是测得的温度值。
[0059]
假设楼层共n层，各层的气压值分别为a1,a2,...,an,当前测量得到的气压值为pressure,则判定为楼层为第i(1＜i＜n)层的条件如下：
[0060][0061]
判定当前楼层为第1层的条件如下：
[0062][0063]
判定当前楼层为第n层的条件如下：
[0064][0065]
基于前述方式，可准确获取当前楼层。
[0066]
整体乘梯流程图可以参考图3-2。
[0067]
本发明一些实施例公开的机器人自主乘梯方法，通过向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或
者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构按压关闭电梯的按键。可以看出，通过内/外部辅助按键机构控制电梯门，解决了不用对电梯控制器改造，就能控制电梯门的问题，使乘梯更加安全，通过气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，使机器人能成功到达期望楼层。
[0068]
请参阅图2，图2是根据本发明的机器人自主乘梯方法的另一些实施例的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
[0069]
步骤201，向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门。
[0070]
在一些实施例中，步骤201的具体实现及其所带来的技术效果，可以参考图1对应的实施例中的步骤101，在此不再赘述。
[0071]
步骤202，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键。
[0072]
步骤203，向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按照第一预设频率按压对应期望楼层的按键。
[0073]
步骤204，获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构停止按压对应期望楼层的按键。
[0074]
对于步骤202、步骤203和步骤204，在一些实施例中，对于电梯门状态，可以基于机器人本体上安装的单线激光雷达进行探测。如图3-3所示，机器人(小车)坐标系与激光雷达坐标系重合：x轴向前，y轴向左(从小车尾部看向小车头部)，z轴垂直地面向上，坐标系原点在xoy平面上的投影与驱动轮中心连线中点在xoy平面上的投影重合。机器人进入电梯过程中采用倒行方式；机器人出电梯过程中采用顺行方式。
[0075]
在一些实施例中，机器人可以通过wifi连接的方式与外部辅助按键机构和内部辅助按键机构传递消息。
[0076]
在一些实施例中，根据电梯内外的不同，辅助按键机构分为两套，分别用于电梯外部和电梯内部。无论是电梯内部辅助按键机构或者是电梯外部辅助按键机构，均包含供电系统、控制电路、舵机、wifi通信器以及推杆机械结构，如图3-4和图3-5所示。控制电路通过wifi服务器接收外部上下电梯请求，解析信息中编码的当前楼层及目标楼层(或期望楼层)，在对舵机控制的基础上，通过连杆及调整杆的传递作用，进而确保胶头螺丝按压相应电梯按键。如图3-6所示，为外部/内部辅助按键机构的控制电路功能框图。单个控制电路可以完成四路舵机的控制，通过485串口可以完成多片控制电路的级联，进而可以控制多个舵机，完全满足辅助按键需求。
[0077]
作为示例，外部/内部辅助按键机构与机器人的交互可以如图3-7所示。机器人本体及外部/内部辅助按键机构均配备wifi器件，机器人本体属于客户端，外部/内部辅助按
键机构均属于服务器端。
[0078]
在机器人本体期望乘梯且已在期望位置时，可以参考如下入梯操作的步骤：
[0079]
步骤1-1、机器人作为客户端首先连接外部辅助按键机构，并向外部辅助按键机构发送乘梯请求(包含当前楼层，期望楼层信息及操作是否成功的信息)；
[0080]
步骤1-2、外部辅助按键机构控制器通过wifi服务器对发送的请求进行接收，经过解析，并分以下两种情况进行操作：
[0081]
(1)、解析得到的乘梯请求中显示操作已成功
[0082]
控制外部辅助按键机构停止按压及松开操作，复位，终止进入电梯流程。
[0083]
(2)、解析得到的乘梯请求中显示操作还未成功
[0084]
在这种情况下，对于电梯外部辅助按键机构：如果目标楼层高于当前楼层，周期性按下及松开上行按钮，否则周期性按下及松开下行按钮。
[0085]
步骤1-3、机器人本体探测门是否打开，如果未打开，返回步骤1-1执行；如果探测到门已打开，自行控制进入电梯内部，并设置操作已成功的信息，并返回步骤1-1执行。
[0086]
对于出梯过程，采用如下通信架构进行出梯操作：
[0087]
步骤2-1、机器人作为客户端首先连接内部辅助按键机构，并向内部辅助按键机构发送乘梯请求(包含当前楼层，期望楼层信息及操作是否成功的信息)；
[0088]
步骤2-2、内部辅助按键机构控制器通过wifi服务器对发送的请求进行接收，经过解析，并分以下两种情况进行操作：
[0089]
(1)、解析得到的乘梯请求中显示操作已成功
[0090]
控制内部辅助按键机构停止按压及松开操作，复位，终止出梯流程。
[0091]
(2)、解析得到的乘梯请求中显示操作还未成功
[0092]
周期性按下及松开期望楼层对应的按钮。
[0093]
步骤2-3、机器人本体探测门是否打开，如果未打开，返回步骤2-1执行；如果探测到门已打开，机器人本体自行控制出梯操作，并设置操作已成功的信息，并返回步骤2-1执行。
[0094]
步骤205，采集天花板上方的qr码的图像，进行图像识别。
[0095]
步骤206，根据图像识别的结果，判断当前楼层是否为期望楼层；若是，则加载当前楼层的全局地图；否则，向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息。
[0096]
对于步骤205和步骤206，在一些实施例中，在各种因素的综合作用下，有可能会出现小车(或称轮式机器人)从异常楼层出电梯的情况发生。因此，可以在每层电梯的外面粘贴qr码，小车基于向上看的摄像头对天花板上粘贴的qr码进行实时识别，识别其中的码字。qr码的码字与楼层具有对应关系,因此可从识别的码字中确定当前楼层。在楼层与期望楼层一致时，上下电梯结束，小车可以继续后续正常作业流程；否则，可以基于以下的方式进行处理：
[0097]
步骤一、控制小车急停，并基于天花板上的qr码确定自身在新楼层中的位姿，加载新楼层对应的地图；
[0098]
步骤二、控制小车，并导航至新楼层电梯门口正前方一定距离处；
[0099]
步骤三、基于标准进电梯的方式控制小车进行电梯，并重新执行乘梯过程。
[0100]
从图2中可以看出，机器人通过内/外部辅助按键机构乘梯的方式不需要对电梯控
制器进行改造，同样不需要与电梯控制器进行通信。而且，内/外辅助按键机构仅需要粘贴在电梯按键上方。机器人本体可以基于设计的通信协议，并通过wifi与辅助按键机构通信，进而控制内/外辅助按键机构完成相应按钮的按下以及松开操作，进而实现开关门以及到达指定楼层的过程。同时，在检测电梯门状态时制定了一系列规则，其用于可靠判定门的开关状态以及机器人是否到达电梯内理想位置。为了防止乘梯过程中被外部中断、确保机器人能够到达指定楼层，同时考虑了非期望楼层出电梯后的楼层判定及重新乘梯的控制。此外，为了保证人在非机器人乘梯期间对电梯的使用，设计的内/外辅助按键机构在空闲时，其连杆5和/或调整杆6可以是松开及外朝向状态，从而可以保证其它用户的正常使用。
[0101]
基于以上，本专利设计的装置和控制方法可以确保轮式移动机器人可靠实现跨楼层运动。
[0102]
在一些可选的实现方式中，检测电梯门是否打开，包括：按照第二预设频率，检测电梯门的状态；根据电梯门的状态，判断电梯门是否打开。
[0103]
作为示例，出于机器人安全性考虑，需要稳定地确定电梯门的状态。按照第二预设频率，检测电梯门的状态，即按照第二预设频率，多次检测电梯门的状态(即多次对电梯门进行单次判定)，得到多个状态结果，基于这多个状态结果，可以采用双变量统计模式，最终确定电梯门是否打开，图3-8所示，双变量统计模式即基于两个变量来确定电梯门的开关状态：在单次判定电梯门是打开状态时，opencnt自增；在单次判定门是关闭状态时，closecnt自增；否则，opencnt和closecnt不变化。通过比较opencnt与closecnt的大小，最终确定电梯门的开关状态。如果opencnt》closecnt,则置电梯门为打开状态，并重置closecnt为0；若closecnt》opencnt,则置电梯门未关闭状态，并重置opencnt为0。在判定门打开或关闭后，相应的变量置为2，另外一个变量清零，基于这种方式，意味着最终确定门的开关状态后，判定的状态改变的条件更加严格。基于这种方式，可以保证电梯门状态确定过程的稳健性。
[0104]
在一些可选的实现方式中，检测电梯门的状态，包括：通过单线激光雷达对电梯门进行探测，得到第一激光点云数据；根据第一激光点云数据确定轮式机器人与电梯门的至少一个距离；将至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定电梯门的状态。
[0105]
作为示例，机器人可以采用一定范围内的激光数据进行电梯门开关状态的单次判定，即通过单线激光雷达对电梯门进行探测。如图3-9所示。图3-9给出了单次判定电梯门状态时使用的激光数据范围：由于机器人进入电梯过程中采用倒行方式，机器人出电梯过程中采用顺行方式，小车轮廓外头部方向上的短划线为出电梯时单次判定电梯门状态时使用的激光数据范围；小车轮廓外尾部方向上长划线为入电梯时单次判定电梯门状态时使用的激光数据范围。对于第一激光点云数据，计算到车边缘的距离(出电梯时车边缘为车头部边缘；入电梯时车边缘为车尾部边缘)。
[0106]
在一些可选的实现方式中，将至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定电梯门的状态，包括：统计至少一个距离大于预设距离的个数，得到第一数据；统计至少一个距离小于预设距离的个数，得到第二数据；若第一数据小于且等于3，则电梯门为关闭状态；若第二数据小于且等于3，则电梯门为打开状态；否则继续检测电梯门的状态。
[0107]
作为示例，设置的第一预设距离可以为相应方向边缘到电梯门距离加上30cm),统计至少一个距离在第一预设距离之下以及阈值之上的点的个数，最小及最大个数可以分别表示为lowerdatacnt及upperdatacnt，如果lowerdatacnt《＝3,则直接判定电梯门是打开
状态；如果upperdatacnt《＝3,则直接判定电梯门是关闭状态；否则，则是不确定状态，需要在下个控制周期再次进行判定。与lowerdatacnt及upperdatacnt比较的数值为3，是为了抵消噪声的影响，可对电梯门单次开关状态进行可靠判定。
[0108]
在一些可选的实现方式中，向外部辅助按键机构发送成功进入信息和/或向内部辅助按键机构发送成功退出信息之前，还包括：采集电梯上方和/或天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果确定是否到达期望位置；和/或，通过单线激光雷达对电梯门进行探测，得到第二激光点云数据；根据第二激光点云数据确定轮式机器人与电梯门的距离；将轮式机器人与电梯门的距离与第二预设距离进行比较，确定是否到达期望位置。
[0109]
作为示例，在实际使用中，需要对小车入电梯及出电梯是否完成进行判断：在入电梯中，该判断可控制小车及时停止运动及后续流程继续执行；在出电梯中，该判断利于后续作业的继续执行。
[0110]
在进入电梯时，可以基于双重措施用于判定小车是否进入电梯成功。
[0111]
1、在电梯内部顶部中央粘贴qr码，通过qr码与小车之间的相对位置关系确定是否进入电梯成功。在qr中央构建坐标系，xoy平面为qr所在平面，z轴垂直于纸面向下。通过qr码可以解析出码值，由于qr码具备特殊结构，可以挑选已知实际尺寸的四个点，通过与像素位置的对应，并在opencv的帮助下直接确定qr码坐标系在摄像头坐标系中的表示，设为设摄像头坐标系在小车坐标系中的表示为从而可得qr坐标系在小车坐标系中的表示，设为由下式确定：
[0112][0113]
将表示如下：
[0114][0115]
基于下式计算小车坐标系原点投影到qr坐标系xoy平面上的点到qr坐标系原点的距离：
[0116][0117]
上式中的dis可有效表征机器人是否处于电梯中心位置的状
[0118]
态。在下式满足时，判定小车处于电梯内期望位置：
[0119]
dis＜thresh
to_center
ꢀꢀ
(8)
[0120]
thresh
to_center
为到中心距离的阈值，可以设置为40cm。
[0121]
在极端情况下，有可能存在qr码识别失败的情况。为了确保安全性，可以同时探测机器人尾部距离电梯内侧的距离，并基于该距离与设定阈值的比较确定是否位于电梯内期望位置的状态。
[0122]
在出电梯中，基于电梯外天花板上粘贴的qr码确定是否出电梯成功。
[0123]
请参阅图4，图4是根据本发明提供的机器人自主乘梯装置的一些实施例的结构示意图，作为对上述各图所示方法的实现，本发明还提供了一种机器人自主乘梯装置的一些实施例，这些装置实施例与图1所示的一些方法的实施例相对应，且该装置可以应用于各种电子设备中。
[0124]
如图4所示，一些实施例的机器人自主乘梯装置400包括第一处理模块401、第二处理模块402、第三处理模块403、第四处理模块403：第一处理模块401，用于向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；第二处理模块402，用于检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键；第三处理模块403，用于向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按照第一预设频率按压对应期望楼层的按键；第四处理模块404，用于获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构停止按压对应期望楼层的按键。
[0125]
在一些实施例的可选实现方式中，第二处理模块402和第四处理模块404，包括：第一处理单元，用于按照第二预设频率，检测电梯门的状态；第二处理单元，用于根据电梯门的状态，判断电梯门是否打开。
[0126]
在一些实施例的可选实现方式中，第一处理单元，还用于通过单线激光雷达对电梯门进行探测，得到第一激光点云数据；根据第一激光点云数据确定轮式机器人与电梯门的至少一个距离；将至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定电梯门的状态。
[0127]
在一些实施例的可选实现方式中，第一处理单元，还用于统计至少一个距离大于预设距离的个数，得到第一数据；统计至少一个距离小于预设距离的个数，得到第二数据；若第一数据小于且等于3，则电梯门为关闭状态；若第二数据小于且等于3，则电梯门为打开状态；否则继续检测电梯门的状态。
[0128]
在一些实施例的可选实现方式中，装置400还包括第五处理模块，用于采集电梯上方和/或天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果确定是否到达期望位置；和/或，通过单线激光雷达对电梯门进行探测，得到第二激光点云数据；根据第二激光点云数据确定轮式机器人与电梯门的距离；将轮式机器人与电梯门的距离与第二预设距离进行比较，确定是否到达期望位置。
[0129]
在一些实施例的可选实现方式中，装置400还包括第六处理模块，用于采集天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果，判断当前楼层是否为期望楼层；若是，则加载当前楼层的全局地图；否则，向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息。
[0130]
可以理解的是，该装置400中记载的各模块与参考图1描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作、特征以及产生的有益效果同样适用于装置400及其中包含的模块、单元，在此不再赘述。
[0131]
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(communications interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通
信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行机器人自主乘梯方法，应用于轮式机器人，该方法包括：向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按照第一预设频率按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构停止按压对应期望楼层的按键。
[0132]
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0133]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，当上述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的机器人自主乘梯方法，应用于轮式机器人，该方法包括：向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按照第一预设频率按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构停止按压对应期望楼层的按键。
[0134]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的机器人自主乘梯方法，应用于轮式机器人，该方法包括：向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使外部辅助按键机构根据第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，第二乘梯信息用于控制内部辅助按键机构按照第一预设频率按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内
部辅助按键机构发送成功退出信息，成功退出信息用于控制内部辅助按键机构停止按压对应期望楼层的按键。
[0135]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0136]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分上述的方法。
[0137]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种机器人自主乘梯方法，其特征在于，应用于轮式机器人，包括：向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使所述外部辅助按键机构根据所述第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息，使所述外部辅助按键机构根据所述成功进入信息停止按压所述上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，所述第二乘梯信息用于控制所述内部辅助按键机构按照所述第一预设频率按压对应期望楼层的按键；获取当前气压测量值，通过所述当前气压测量值确定当前楼层是否为所述期望楼层，若所述当前楼层为所述期望楼层，检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息，所述成功退出信息用于控制所述内部辅助按键机构停止按压所述对应期望楼层的按键。2.根据权利要求1所述的机器人自主乘梯方法，其特征在于，所述检测所述电梯门是否打开，包括：按照第二预设频率，检测所述电梯门的状态；根据所述电梯门的状态，判断所述电梯门是否打开。3.根据权利要求2所述的机器人自主乘梯方法，其特征在于，所述检测所述电梯门的状态，包括：通过单线激光雷达对所述电梯门进行探测，得到第一激光点云数据；根据所述第一激光点云数据确定所述轮式机器人与所述电梯门的至少一个距离；将所述至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定所述电梯门的状态。4.根据权利要求3所述的机器人自主乘梯方法，其特征在于，所述将所述至少一个距离分别与第一预设距离进行比较，确定所述电梯门的状态，包括：统计所述至少一个距离大于所述预设距离的个数，得到第一数据；统计所述至少一个距离小于所述预设距离的个数，得到第二数据；若所述第一数据小于且等于3，则所述电梯门为关闭状态；若所述第二数据小于且等于3，则所述电梯门为打开状态；否则继续检测所述电梯门的状态。5.根据权利要求1至3任一项所述的机器人自主乘梯方法，其特征在于，所述向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息和/或所述向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息之前，还包括：采集电梯上方和/或天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果确定是否到达期望位置；和/或，通过所述单线激光雷达对所述电梯门进行探测，得到第二激光点云数据；根据所述第二激光点云数据确定所述轮式机器人与所述电梯门的距离；将所述轮式机器人与所述电梯门的距离与第二预设距离进行比较，确定是否到达所述期望位置。6.根据权利要求1至3任一项所述的机器人自主乘梯方法，其特征在于，所述向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息之后，还包括：
采集天花板上方的qr码的图像，进行图像识别；根据图像识别的结果，判断所述当前楼层是否为所述期望楼层；若是，则加载所述当前楼层的全局地图；否则，向所述外部辅助按键机构发送所述第一乘梯信息。7.一种机器人自主乘梯装置，其特征在于，包括：第一处理模块，用于向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息，使所述外部辅助按键机构根据所述第一乘梯信息按照第一预设频率按压上行键或者下行键打开电梯门；第二处理模块，用于检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向所述外部辅助按键机构发送成功进入信息，使所述外部辅助按键机构根据所述成功进入信息停止按压所述上行键或者下行键；第三处理模块，用于向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息，所述第二乘梯信息用于控制所述内部辅助按键机构按照所述第一预设频率按压对应期望楼层的按键；第四处理模块，用于获取当前气压测量值，通过所述当前气压测量值确定当前楼层是否为所述期望楼层，若所述当前楼层为所述期望楼层，检测所述电梯门是否打开，若所述电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向所述内部辅助按键机构发送成功退出信息，所述成功退出信息用于控制所述内部辅助按键机构停止按压所述对应期望楼层的按键。8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的机器人自主乘梯方法的步骤。9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的机器人自主乘梯方法的步骤。10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述机器人自主乘梯方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种机器人自主乘梯方法、装置、设备、介质和产品，其中，该方法包括：向外部辅助按键机构发送第一乘梯信息；检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则进入电梯，并向外部辅助按键机构发送成功进入信息，使外部辅助按键机构根据成功进入信息停止按压上行键或者下行键；向内部辅助按键机构发送第二乘梯信息；获取当前气压测量值，通过当前气压测量值确定当前楼层是否为期望楼层，若当前楼层为期望楼层，检测电梯门是否打开，若电梯门的状态为打开，则退出电梯，并向内部辅助按键机构发送成功退出信息。能够确保机器人到达指定楼层。楼层。楼层。


技术研发人员：曹学为 鲁涛 程道一
受保护的技术使用者：中国科学院自动化研究所
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/3/7