[發(fā)明專利]一種針對機器人導(dǎo)航的虛擬墻自動生成方法

有效

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• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108334080B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莊嚴;王櫟斐;閆飛
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明提供一種針對機器人導(dǎo)航的虛擬墻自動生成方法，屬于移動機器人自主導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。該虛擬墻自動生成方法先獲取障礙物密集區(qū)域的激光點；對激光點進行柵格化處理，并對柵格化后的激光點構(gòu)建德洛內(nèi)三角網(wǎng)，生成鄰接矩陣；對德洛內(nèi)三角網(wǎng)進行初始化：生成長度矩陣、屬性矩陣和鄰接三角形矩陣；基于虛擬墻構(gòu)建算法與矩陣信息，剔除德洛內(nèi)三角網(wǎng)中長度大于閾值的邊界邊，進而獲取到虛擬墻的幾何圖形。本發(fā)明能夠針對先驗地圖中的障礙物密集區(qū)域，自動生成將該區(qū)域包圍的虛擬墻，一方面提升機器人的導(dǎo)航工作效率，另一方面保留障礙物密集場景中有利于定位的豐富的環(huán)境特征，可用于移動機器人非結(jié)構(gòu)化場景下導(dǎo)航等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動機器人自主導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，涉及到移動機器人導(dǎo)航地圖的優(yōu)化處理，特別涉及到一種針對機器人導(dǎo)航的虛擬墻自動生成方法。

背景技術(shù)

自主導(dǎo)航是移動機器人自主環(huán)境適應(yīng)的核心技術(shù)。當(dāng)機器人工作在狹窄且障礙物密集的局部場景中時，這種環(huán)境條件會對機器人導(dǎo)航產(chǎn)生不同的影響。一方面，這種環(huán)境富含可用于定位的環(huán)境特征，有利于提高定位精度，另一方面，機器人工作在復(fù)雜場景所生成的導(dǎo)航路徑復(fù)雜度也顯著上升，降低了導(dǎo)航的工作效率，此外，障礙物密集場景會提升碰撞發(fā)生的概率，甚至導(dǎo)致導(dǎo)航失敗。因此如何既保留局部場景中多樣化的環(huán)境特征，又避免機器人進入狹窄且障礙物密集的局部場景，是提高機器人自主環(huán)境適應(yīng)能力所需要解決的一個關(guān)鍵問題。

為了保證無人車行駛在道路中的合理區(qū)域，文獻(D.Ferguson and M.Likhachev,“Efficiently using costmaps for planning complex maneuvers,”in Proceedings ofthe ICRA 2008Workshop on Planning With Costmaps,2008)使用了限制代價地圖，以提升導(dǎo)航的合理性。限制代價地圖是在路網(wǎng)描述文件的基礎(chǔ)上，對行駛路徑之外的場景添加軟約束，該約束確保無人車始終在合理的道路區(qū)域行駛，但此種方法僅適用于處理具有明確道路區(qū)域的室外環(huán)境，在移動機器人應(yīng)用領(lǐng)域中，其工作環(huán)境并無明確道路區(qū)域的劃分，而且該方法人為根據(jù)道路區(qū)域來添加約束條件，無法滿足移動機器人的自主導(dǎo)航需求。

文獻(Hao Zhu，“A Path Planning Algorithm Based on Fusing Lane andObstacle Map,”IEEE 17th International Conference on IntelligentTransportation Systems(ITSC),2014)提出了一種針對障礙物進行二次膨脹的方法，以避免機器人在執(zhí)行轉(zhuǎn)彎操作時與障礙物過近。該方法對環(huán)境中所有物體均進行二次膨脹，對沒有必要二次膨脹的場景(如長直的走廊)也進行了二次膨脹。

發(fā)明內(nèi)容

為了既保留障礙物密集場景中豐富的環(huán)境特征，又避免此類場景降低導(dǎo)航工作效率，本文提出了一種針對機器人導(dǎo)航的虛擬墻生成方法。該方法首先以原始激光點云為存儲方式對二維場景進行建模，然后圈選出障礙物密集區(qū)域，通過柵格化對障礙物密集區(qū)域內(nèi)的激光點云進行精簡，并對精簡后的激光點云以多邊形的形式包圍起來。為了保證機器人導(dǎo)航效率，將上述多邊形區(qū)域定義為導(dǎo)航時的不可通行區(qū)域，同時將包圍上述區(qū)域的多邊形定義為虛擬墻。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種針對機器人導(dǎo)航的虛擬墻自動生成方法，該虛擬墻自動生成方法先獲取障礙物密集區(qū)域的激光點；對激光點進行柵格化處理，并對柵格化后的激光點構(gòu)建德洛內(nèi)三角網(wǎng)，生成鄰接矩陣；對德洛內(nèi)三角網(wǎng)進行初始化：生成長度矩陣、屬性矩陣和鄰接三角形矩陣；基于虛擬墻構(gòu)建算法與矩陣信息，剔除德洛內(nèi)三角網(wǎng)中長度大于閾值的邊界邊，進而獲取到虛擬墻的幾何圖形，具體包以下步驟：

第一步，生成先驗地圖