[發明專利]用于掃地機器人的語義導航方法及其系統

在審

• 申請號: 201910585099.9
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110275540A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 張先江;張遠謀;雷明軍;皮釩;蔣玉城
• 申請（專利權）人: 湖南海森格諾信息技術有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

用于掃地機器人的語義導航方法及其系統，該方法包括以下步驟：步驟S1：獲取掃地機器人在環境中的定位信息；步驟S2：獲取環境中障礙物所對應的深度圖；步驟S3：獲取深度圖中所有障礙物的三維位置；步驟S4：識別環境中障礙物對應的語義信息；步驟S5：構建帶語義的場景二維柵格地圖；步驟S6：規劃掃地機器人路徑，引導掃地機器人行進；步驟S7：實時更新帶語義的場景二維柵格地圖。還包括一種用于掃地機器人的語義導航系統。本發明解決漏掃、重復掃、錯掃的問題，提升掃地機器人清掃效率，并能夠避開動態障礙物。

技術領域

本發明涉及掃地機器人，具體是涉及一種用于掃地機器人的語義導航方法及其系統。

背景技術

掃地機器人在家庭日常清掃中運用得越來越多，現有掃地機器人主要使用SLAM定位導航以及基于陀螺儀和里程計的航跡推算導航系統。這兩種技術由于不具備對環境、物體進行目標識別的能力，無法理解場景中目標語義信息，均難以解決漏掃、重復掃、錯掃的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服上述背景技術的不足，提供一種用于掃地機器人的語義導航方法及其系統，解決漏掃、重復掃、錯掃的問題，提升掃地機器人清掃效率，并能夠避開動態障礙物。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是，一種用于掃地機器人的語義導航方法，包括以下步驟：

步驟S1：獲取掃地機器人在環境中的定位信息；

步驟S2：獲取環境中障礙物所對應的深度圖；

步驟S3：獲取深度圖中所有障礙物的三維位置；

步驟S4：識別環境中障礙物對應的語義信息；

步驟S5：構建帶語義的場景二維柵格地圖；

步驟S6：規劃掃地機器人路徑，引導掃地機器人行進；

步驟S7：實時更新帶語義的場景二維柵格地圖。

進一步，步驟S1中，獲取掃地機器人在環境中的定位信息，還包括以下步驟：

步驟S11：獲取圖像P₁，圖像P₁為XZ軸平面內與X軸呈30-90度夾角的RGB圖像，X、Z是三維笛卡爾坐標的坐標軸，Z軸表示豎直朝上的坐標，X軸表示掃地機器人前進的方向；

步驟S12：提取并跟蹤每幀圖像P₁的視覺局部特征信息；

步驟S13：采集兩幀圖像P₁間的慣性導航單元信息和里程計信息，并利用慣性導航單元信息和預積分方法計算慣性導航單元信息對應的兩幀圖像P₁間機器人的相對位置和相對姿態，得到預積分結果；

步驟S14：基于非線性優化方法計算機器人當前三維位置和姿態，以及跟蹤上的視覺局部特征信息所對應的地圖點的三維位置，并篩選關鍵幀圖像，通過非線性最小二乘法融合所有的視覺局部特征信息、預積分結果和里程計信息，以獲得當前局部地圖中機器人當前三維位置、姿態以及跟蹤上的視覺局部特征信息所對應的地圖點的三維位置的最優解，從而得到機器人當前的定位信息和關鍵幀圖像對應的機器人定位信息；

步驟S15：根據關鍵幀圖像對應的機器人定位信息構建關鍵幀的位姿圖，通過視覺特征袋的方法檢測關鍵幀圖像集合中的視覺閉環，并對關鍵幀圖像所對應的機器人位置和姿態進行全局優化，消除長距離運行時機器人定位累積的誤差。

進一步，步驟S2中，獲取環境中障礙物所對應的深度圖，還包括以下步驟：

步驟S21:發射紅外結構光，采集帶有結構光斑點的同步的雙目圖像，同時采集圖像P₂，圖像P₂為沿X軸方向的RGB圖像；通過紅外結構光提升雙目圖像的環境紋理豐富程度，實現對弱紋理或無紋理環境的深度估計；