[發明專利]多機器人激光SLAM方法、系統及其全向移動SLAM裝置

在審

• 申請號: 202110270384.9
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN112987019A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 湯奇榮;張琨;徐鵬杰;張敬濤;崔遠哲
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

1.一種多機器人激光SLAM方法，其特征是，包括有以下步驟：

S1、將若干攜帶有激光掃描測距雷達的地面全向移動SLAM裝置分散放置于室內環境的不同位置；

S2、調整確保每一臺地面全向移動SLAM裝置和中心節點彼此之間通過無線通信網絡進行指令和數據傳輸；

S3、任務初始階段，中心節點發出指令，各地面全向移動SLAM裝置開始隨機運動；

S4、在每臺全向移動SLAM裝置上運行使用激光掃描測距雷達的單機器人激光SLAM算法，每臺全向移動SLAM裝置將自己建立的本地地圖的增量更新傳輸給中心節點；

S5、中心節點接收每臺全向移動SLAM裝置建立的局部地圖，通過地圖拼接算法實時將多張局部地圖拼接為一張范圍逐漸增大的全局地圖；

S6、中心節點在合成后的地圖中規劃每臺全向移動SLAM裝置下一步的探索運動軌跡，將運動命令推送給每臺全向移動SLAM裝置以保證整個環境都能被探索到；

S7、重復步驟S4-S6，中心節點每次依次接收局部地圖的增量更新，將局部地圖的增量更新合并至全局地圖中并進行優化，直至任務結束。

2.根據權利要求1所述的多機器人激光SLAM方法，其特征是，步驟S5具體為：

S501、中心節點接收每臺全向移動SLAM裝置發送的局部地圖增量更新，將每臺全向移動SLAM裝置的局部地圖增量更新添加到對應全向移動SLAM裝置的地圖中，并對每臺全向移動SLAM裝置的局部柵格地圖進行優化；

S502、計算每臺全向移動SLAM裝置的局部占據柵格地圖之間的變換；

S503、確定地圖之間最終的變換：

S504、對拼接得到的全局地圖進行優化。

3.根據權利要求2所述的多機器人激光SLAM方法，其特征是：步驟S502具體包括有：

提取每一張局部柵格地圖的ORB特征；

對每對局部柵格地圖之間的特征進行特征匹配；

求解每對局部柵格地圖之間的坐標變換矩陣，使用RANSAC方法對特征進行篩選，使用SVD方法進行坐標變換矩陣的求解，并計算對應匹配的置信度；

形成一張匹配拓撲圖，圖的頂點為局部柵格地圖，邊為局部柵格地圖之間的變換矩陣和匹配置信度。

4.根據權利要求3所述的多機器人激光SLAM方法，其特征是，對應的兩張局部占據柵格地圖的置信度的計算具體為：

confidence＝inliers_number/(a+b*matched_features_number)

其中，inliers_number表示RANSAC獲取的內點數量，以matched_features_number表示兩張占據柵格地圖之間匹配成功的特征點數量；

a，b為非負數，在特定任務中為定值，a根據任務中RANSAC獲取的內點數量對置信度的影響確定，RANSAC獲取的內點數量影響越大a數值越小，b根據任務中成功匹配的特征點數量對置信度的影響確定，成功匹配的特征點數量影響越大b數值越小。

5.根據權利要求4所述的多機器人激光SLAM方法，其特征是，步驟S503具體包括有：

剔除置信度小于閾值的匹配，即刪掉匹配圖中的一些置信度不高的邊；

在匹配圖中尋找加權最大連通分量，即匹配的局部柵格地圖數量最多的區域；

在加權最大連通分量中建立最大生成樹；

將其中一張局部地圖的參考系視為全局參考系，遍歷生成樹以獲得其他地圖相對于全局參考系的坐標變換矩陣，實現地圖的拼接。

6.一種全向移動SLAM裝置，其特征是：包括有

上安裝板及下安裝板，相互之間平行，通過銅柱進行支撐連接；

激光掃描測距雷達，通過螺柱安裝在上安裝板的上表面，對運動軌跡經過的室內環境進行探測獲取對應局部地圖；

驅動組件，包括有四個垂直抵接于地面的全向輪；連接于下安裝板和全向輪之間對全向輪進行連接安裝的連接機構；還包括設置有四個對應于各全向輪，轉子固定連接至全向輪軸心的電機；

減振機構，設置有四組對應于各全向輪，一端連接安裝于下安裝板，另一端連接安裝于連接機構靠近全向輪的一端。