[發(fā)明專利]基于拓撲地圖和度量地圖融合的自主探索方法和導航方法

有效

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• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107179082B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 趙季;丁小羽;趙京雷
• 申請（專利權）人: 上海閱面網絡科技有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C21/30
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 蔣歡;王琦

1.一種基于拓撲地圖和度量地圖融合的自主探索方法，應用于機器人對未知環(huán)境進行探索，其特征在于，包括：

A、采集當前圖像，確定候選的探索方向；

B、對每一個候選的探索方向進行探索，驅動所述機器人向所述候選的探索方向行進第一設定距離，并在行進的過程中更新拓撲地圖和度量地圖，直至當前圖像的所有候選的探索方向均探索完畢；

C、根據已創(chuàng)建的拓撲地圖和度量地圖，驅動所述機器人行進第二設定距離，并返回A，直至探索完當前未知環(huán)境。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：

對于每一個未知環(huán)境，創(chuàng)建一個拓撲地圖和至少兩個度量地圖；

所述拓撲地圖和度量地圖之間是雙向索引的，拓撲地圖的每個節(jié)點存在一個對應的變量，所述變量指示該節(jié)點所位于的度量地圖；每個度量地圖保存有用于指示所述度量地圖所對應的拓撲地圖中節(jié)點的信息、以及所述節(jié)點在度量地圖中的位姿。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述A包括：

采集當前圖像，在當前圖像中檢測可行走區(qū)域，并根據可行走區(qū)域確定候選的探索方向。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述B包括：

B1、如果當前圖像存在至少兩個候選的探索方向，選擇其中一個作為當前探索方向，并將其余的候選的探索方向保存在探索方向集合中；

B2、驅動機器人向當前探索方向行進第一設定距離，根據當前圖像與拓撲地圖中上一個節(jié)點所對應的圖像的重疊度更新拓撲地圖，并通過跟蹤當前圖像的視覺特征更新度量地圖；

B3、從所述探索方向集合中選擇一個探索方向作為當前探索方向，執(zhí)行B2，刪除所選擇的探索方向，直至探索方向集合為空。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：

所述根據當前圖像與拓撲地圖中上一個節(jié)點所對應的圖像的重疊度更新拓撲地圖包括：計算當前圖像與拓撲地圖中上一個節(jié)點所對應的圖像的重疊度；若重疊度小于設定門限，則將當前圖像作為一個節(jié)點加入到拓撲地圖中，并在當前圖像對應的節(jié)點和上一個節(jié)點之間增加一條邊，否則，結束對拓撲地圖的更新；

所述通過跟蹤當前圖像的視覺特征更新度量地圖包括：提取當前圖像的視覺特征，調用當前的局部度量地圖對當前圖像的視覺特征進行跟蹤；如果跟蹤成功，則按照視覺特征的重投影誤差最小化的原則，優(yōu)化度量地圖中特征的位姿和機器人的位姿，并將當前圖像新觀測到的視覺特征加到度量地圖中，并建立當前圖像所對應的度量地圖與拓撲地圖的雙向索引信息；否則，若跟蹤失敗的幀數大于設定次數，則創(chuàng)建一個新的度量地圖。

6.根據權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于：

驅動所述機器人向所述候選的探索方向行進第一設定距離包括：

通過拓撲地圖進行粗略定位，在粗略定位的基礎上，通過度量地圖進行精確定位；

基于定位結果，使用拓撲地圖和度量地圖進行路徑規(guī)劃；

按照規(guī)劃的路徑驅動機器人行進第一設定距離；

驅動所述機器人行進第二設定距離包括：

通過拓撲地圖進行粗略定位，在粗略定位的基礎上，通過度量地圖進行精確定位；

基于定位結果，使用拓撲地圖和度量地圖進行路徑規(guī)劃；

按照規(guī)劃的路徑驅動機器人行進第二設定距離。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述通過拓撲地圖進行粗略定位，在粗略定位的基礎上，通過度量地圖進行精確定位包括：

將當前圖像與拓撲地圖中的所有節(jié)點進行比較，尋找最相似的節(jié)點；

計算當前圖像與最相似節(jié)點的相對位姿；

用所述最相似節(jié)點在度量地圖中的位姿和所述相對位姿計算當前圖像在度量地圖中的位姿，并以該位姿作為初值，按照重投影誤差最小化的原則調整機器人的位姿。

8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述使用拓撲地圖和度量地圖進行路徑規(guī)劃包括：

在拓撲地圖上尋找一個連通路徑作為導航的路徑，其中，路徑的起點是當前圖像對應的節(jié)點；路徑的終點是目標位置對應的節(jié)點；

當機器人位于度量地圖覆蓋的區(qū)域時，采用視覺伺服的方式將機器人調整到目標位姿；當機器人將要離開度量地圖覆蓋的區(qū)域時，計算當前節(jié)點與目標節(jié)點之間的最短路徑，使機器人行駛至下一個節(jié)點。