[發明專利]一種基于環境直線特征的地圖創建方法

在審

• 申請號: 201410677142.1
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104501794A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 陳如申;黎勇躍;王海瑞;馬麗艷
• 申請（專利權）人: 杭州申昊科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙)33216
• 代理人: 朱楓

技術領域

本發明屬于移動機器人定位技術領域，特別涉及一種基于環境直線特征的地圖創建方法。

背景技術

在移動機器人的應用中，導航定位是機器人系統的關鍵功能。導航是指移動機器人通過傳感器獲得環境信息和自身位姿狀態，實現在障礙物的環境中自主運動到目的地。導航的關鍵和前提是定位，定位是指實時確定機器人自身在環境中的位置和姿態。

目前較為常見的機器人定位技術主要是根據先驗的環境信息，結合當前機器人位置信息和傳感器獲取的信息確定機器人位姿狀態。定位技術主要分為絕對定位和相對定位；絕對定位常用的有衛星GPS定位、導航路標、地圖匹配等，相對定位通過計算相對于初始位姿的位姿變化來確定當前的位姿狀態，常見的有里程計、慣性導航系統。GPS定位誤差較大，且容易受電磁干擾；導航路標定位需要建立導航路標改變已有環境，費時費力；而已有的地圖匹配算法需要手動創建環境地圖或者自主創建的地圖精度不高無法形成閉環等，無法準確、省力地為機器人提供位姿信息。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種無需改變環境即可完成機器人自主創建地圖，且精度較高的基于環境直線特征的地圖創建方法。

為此，本發明的技術方案是：一種基于環境直線特征的地圖創建方法，在至少具有運動控制系統、慣性導航系統、激光掃描傳感器的機器人上使用；其特征在于：它包括以下步驟：

1）首先在新的未知環境下，設置起點位姿Z0，并以此為基準設置全局坐標系，即以起點位置為坐標系原點，以起點運動朝向為y軸正向，按右手法則確定x軸正向；

2）控制機器人在環境中運動以自主創建環境特征地圖；

3）機器人從起點開始運動，機器人所載激光傳感器不斷掃描環境信息得到以激光傳感器為原點的角度、距離極坐標點數據；機器人每運動一定距離就要處理一次激光掃描數據；

慣性導航系統不斷輸出機器人當前的航位信息，利用該航位信息不斷計算當前點與上一次掃描數據處理位置的距離delta_d，當該距離大于等于設定的閾值delta_dthreshod時則進行下面的激光掃描數據處理,并將delta_d清0，從當前點重新開始計算delta_d；

4）對雜亂無規律的激光掃描數據點進行濾波處理，去除在有效計算距離范圍之外的無用點；

5）將濾波后數據點根據其分布的連續特性聚類處理，分割為不同的類別；計算相鄰兩激光掃描點距離nd_laser，若該距離小于等于設定閾值thr_cate則判定為同一類別，同一類別代表該點集來自障礙物的連續表面；同時設置合適的閾值thr_cate，將數據點較少的類別剔除以加快數據處理速度；

6）采用IEP算法對每一個類別進行直線特征識別，在每個類別中找出構成直線特征的數據點集；設置合理的閾值thr_cate，將數據點較少的直線點集剔除；

7）利用最小二乘準則從直線特征的數據點集中擬合出直線，并計算其特征參數；

以機器人為中心坐標系與激光傳感器為中心的坐標系重合，所述參數為在激光傳感器坐標系下，直線到原點距離d、直線與坐標原點的垂線與極坐標軸夾角theta、直線端點坐標p1(x,y)，p2(x,y)和線性相關系數r；其中d，theta直線方程參數，利用線段端點p1，p2計算線段長度和直線匹配；利用線性系數r作為判別其直線特征相似程度，優先利用線性系數高的直線特征進行定位計算；

8）將上述步驟中得到的直線特征從激光坐標系下變換到全局坐標系下，并添加到環境特征地圖中；所述環境特征地圖為記錄特征直線參數的數據庫，每條記錄為一特征直線，記錄的屬性分別為直線的特征參數d，theta，p1，p2；

9）使機器人在整個環境中運動重復上述步驟，以得到整個環境的特征地圖。

本發明以慣性導航的輸出位姿為基礎，利用激光掃描獲取自然環境中的直線特征，創建高精度的環境特征地圖；無需改變環境即可完成機器人自主創建地圖，且精度較高。

附圖說明

以下結合附圖和本發明的實施方式來做進一步詳細說明。

圖1?本發明的工作流程圖。

具體實施方式

參見附圖。本實施例包括以下步驟：

1）首先在新的未知環境下，設置起點位姿Z0，并以此為基準設置全局坐標系，即以起點位置為坐標系原點，以起點運動朝向為y軸正向，按右手法則確定x軸正向；

2）控制機器人在環境中運動以自主創建環境特征地圖；