[實(shí)用新型]一種面向長(zhǎng)直廊環(huán)境的室內(nèi)地圖自動(dòng)構(gòu)建系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720539298.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207115187U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊亮;田豐溥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)中山學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02;G06K9/46;G06K9/62;G06T3/40
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向長(zhǎng)直廊環(huán)境的室內(nèi)地圖自動(dòng)構(gòu)建系統(tǒng)。

背景技術(shù)

室內(nèi)地圖自動(dòng)構(gòu)建技術(shù)一直是機(jī)器人自主移動(dòng)導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。地圖自動(dòng)構(gòu)建技術(shù)通常需要借助機(jī)器人底盤(pán)編碼器、視覺(jué)里程計(jì)和激光測(cè)距儀等數(shù)據(jù)用于判斷實(shí)際的距離與大小，然而在長(zhǎng)直廊環(huán)境場(chǎng)景下，由于兩側(cè)墻體相似度高，受特征點(diǎn)稀少、環(huán)境相似度較高等因素影響，使得現(xiàn)有技術(shù)并不能較為精確地完成長(zhǎng)直廊環(huán)境下地圖的構(gòu)建，尤其是在長(zhǎng)廊的長(zhǎng)度計(jì)算上有較大誤差。

目前世界上幾種流行的二維激光建圖算法，如Gmapping、Hector SLAM等，由于二維激光數(shù)據(jù)特征較少，在長(zhǎng)直廊環(huán)境下容易誤將機(jī)器人直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)判定為編碼器里程計(jì)漂移，從而導(dǎo)致算法重新定位機(jī)器人位置，導(dǎo)致最后建立的直廊地圖長(zhǎng)度相較于真實(shí)距離短，且會(huì)出現(xiàn)重疊的情況。

因此，如何提高長(zhǎng)直廊場(chǎng)景下的建圖精度，已成為目前亟需的一個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種面向長(zhǎng)直廊環(huán)境的室內(nèi)地圖自動(dòng)構(gòu)建系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的建圖構(gòu)建系統(tǒng)相比，本發(fā)明在長(zhǎng)直廊環(huán)境下能有效提高建圖精度，減少了因建圖算法的回環(huán)檢測(cè)誤差所造成的長(zhǎng)直廊環(huán)境下地圖長(zhǎng)度出現(xiàn)短缺和彎曲的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案由機(jī)器人本體(1)、視覺(jué)采集裝置(2)、自動(dòng)伸縮支架(3)、激光測(cè)距儀(4)、控制器(5)組成， 其特征在于，視覺(jué)采集裝置(2)通過(guò)自動(dòng)伸縮支架(3)安裝在機(jī)器人本體(1)上，機(jī)器人本體（1）由驅(qū)動(dòng)輪(11)、支撐輪(12)、底板(13)、第二層夾板(14)、頂層夾板(15)構(gòu)成，控制器(5)安裝在底板(13)之上，激光測(cè)距儀(4)安裝于第二層夾板(14)之上，機(jī)器人的底板(13)安裝有直流電機(jī)(131)和編碼器(132)。

所述的視覺(jué)采集裝置(2)由RGBD攝像頭(22)、底層支撐板(23)、U型支撐架(24)、頂層支撐板(25)、單軸舵機(jī)(26)和雙軸舵機(jī)(27)構(gòu)成；底層支撐板(23)可通過(guò)單軸舵機(jī)(26)帶動(dòng)U型支撐架(24)沿偏擺方向進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，U型支撐架(24)可通過(guò)雙軸舵機(jī)(27)帶動(dòng)頂層支撐板(25)沿俯仰方向進(jìn)行±45度旋轉(zhuǎn)，頂層支撐板(25)通過(guò)安裝孔固定在雙軸舵機(jī)(27)上，底層支撐板(23)可以通過(guò)帶齒導(dǎo)軌(31)固定在升降板(32)上。

所述的機(jī)器人本體(1)上設(shè)有自動(dòng)伸縮支架(3)，支架上設(shè)有帶齒導(dǎo)軌(31)、升降板(32)及環(huán)形支撐架(342)，環(huán)形支撐架(342)通過(guò)安裝孔固定于機(jī)器人的頂層夾板(15)之上，電機(jī)支撐架(341)通過(guò)焊接的方式固定在環(huán)形支撐架(342)上，步進(jìn)電機(jī)(332)通過(guò)定位螺絲(343)固定在電機(jī)支撐架(341)上，并通過(guò)齒輪(331)嚙合實(shí)現(xiàn)視覺(jué)采集裝置(2)的升降功能，帶齒導(dǎo)軌(31)豎直安裝，通過(guò)滾動(dòng)軸承(311)與環(huán)形支撐架(342)連接；兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)(332)、單軸舵機(jī)(26)、雙軸舵機(jī)(27)、直流電機(jī)(131)與控制器(5)的輸出端連接，激光測(cè)距儀(4)、RGBD攝像頭(22)和編碼器(132)與控制器(5)的輸入端連接，控制器(5)能夠同時(shí)控制自動(dòng)伸縮支架(3)和直流電機(jī)(131)，以及能夠?qū)崟r(shí)獲取激光測(cè)距儀(4)、RGBD攝像頭(22)和編碼器(132)的數(shù)據(jù)。

所述的控制器(5)通過(guò)激光測(cè)距儀(4)采集周?chē)h(huán)境的深度信息，激光測(cè)距儀旋轉(zhuǎn)360度共產(chǎn)生360個(gè)深度數(shù)據(jù)(P₁，P₂...P_n)及與其一一匹配的360個(gè)角度數(shù)據(jù)(A₁，A₂...A_n)，控制器(5)以機(jī)器人當(dāng)前朝向?yàn)閥軸正方向，建立符合右手準(zhǔn)則的笛卡爾坐標(biāo)系，將當(dāng)前獲得的深度數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進(jìn)行二維重建，所有的深度數(shù)據(jù)通過(guò)連接相鄰數(shù)據(jù)得到n-1組線(xiàn)段，計(jì)算不同線(xiàn)段之間的夾角，若兩線(xiàn)段夾角小于5度則判定這兩條線(xiàn)段在同一線(xiàn)段組內(nèi)，采用最小二乘法對(duì)采集到各信息點(diǎn)的位置坐標(biāo)進(jìn)行擬合得到線(xiàn)段組，并計(jì)算不同線(xiàn)段之間的夾角，如果兩條線(xiàn)段相距的最小距離大于機(jī)器人本體最大寬度且傾角相差小于5度，則判定機(jī)器人進(jìn)入長(zhǎng)直廊環(huán)境。

進(jìn)入長(zhǎng)直廊環(huán)境后，控制器(5)調(diào)節(jié)自動(dòng)伸縮支架(3)并驅(qū)動(dòng)單軸舵機(jī)(26)，通過(guò)視覺(jué)采集裝置(2)采集周?chē)h(huán)境圖像信息及深度信息，采用柵格地圖的方式構(gòu)建整體地圖，柵格最小單位為0.04m2。