[發明專利]一種基于場景辨識的多機器人分布式協作視覺建圖方法

在審

• 申請號: 202110318776.8
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113074737A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王東;董晨;連捷;王偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/34
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發明屬于機器人技術領域，一種基于場景辨識的多機器人分布式協作視覺建圖方法，包括以下步驟：(1)每個機器人進行單機器人視覺建圖，(2)相似場景辨識，(3)相似場景投票，(4)點云配準，(5)得到當前時刻的全局點云地圖。本發明利用的是視覺傳感器，與激光雷達傳感器相比，具有成本低的優點。另外，機器人與鄰居機器人通信的內容和通信方式實現了，在三個及三個以上機器人時，不需要保證每個機器人的運動區域都有重疊區域，只需要保證機器人與鄰居機器人的運動區域有重疊的前提，就可以讓每個機器人都得到全局點云地圖。

技術領域

本發明涉及一種基于場景辨識的多機器人分布式協作視覺建圖方法，屬于機器人技術領域。

背景技術

機器人設備已經融入到生產生活的各個方面，無論是靠雙腿行走的仿人型機器人，還是靠輪式結構運動的移動機器人，其目的都是在日常生產生活或者危險的環境中自主的工作。在未知大環境中進行自主工作之前，需要構建有效的環境地圖。但對于未知大規模環境或較復雜的作業場景，僅僅憑單個機器人去完成建圖的任務顯得力不從心，主要表現在效率不高。因此，多個機器人來協同完成建圖任務的想法被提出來。

目前，為解決單機器人建圖效率低的問題，在中國發明專利說明書CNCN107491071B中公開了一種基于激光雷達的多機器人協作建圖方法，方法是將雷達采集到的點云數據提取點線特征，然后使用點云匹配模塊對特征信息采用軌跡到軌跡以及幀與幀的方式進行匹配，通過相似性判斷是否通過了相似的地方，若匹配成功，則利用更加細致的點云匹配得到之間的變換矩陣，進而融合局部地圖得到全局地圖。但是，因為雷達成本高的緣故，該發明專利在解決效率問題的同時也帶來了成本高的問題。在中國發明專利說明書CN111369640A中公開了一種基于激光雷達的多機器人協作建圖方法，方法是選一個機器人的子地圖作為初始子地圖上傳給主機后，由主機將該地圖下發至其他機器人，其他機器人在該初始子地圖中運動，定位得到自身在該初始子地圖中的初始位姿，然后再各自進行子地圖的構建，構建完成后各機器人將子地圖發送給主機，在主機上由初始位姿將各自子地圖拼接到初始子地圖中，該方法采用的集中式方法，主機將地圖拼接完成后才能將全局地圖下發給各機器人，因此，無法實時得到全局地圖。

發明內容

為了克服現有視覺建圖技術中存在的建圖效率不高和集中式帶來的無法實時得到全局地圖的問題，本發明目的是提供一種基于場景辨識的多機器人分布式協作視覺建圖方法，該建圖方法采用視覺傳感器和多機器人協作的方式解決了單機器人效率低和雷達傳感器成本高的問題，其次，采用的分布式方法解決了集中式導致的無法實時拼接的問題，最后，設計的場景辨識方法實現了機器人不相遇也可進行地圖拼接的目的。

為了實現上述發明目的，解決現有技術存在的問題，本發明采取的技術方案是：一種基于場景辨識的多機器人分布式協作視覺建圖方法，包括以下步驟：

步驟1、每個機器人進行單機器人視覺建圖，每個機器人在視覺建圖過程中保存自己路過的場景信息，包括該機器人的標號、關鍵幀類中的關鍵幀序號、關鍵幀描述子、關鍵幀的點云信息以及關鍵幀的連接幀的序號和權重，每保存100至300幀就將存儲文件通過主機通信發送給鄰居機器人，實現將自己路過場景通知給鄰居機器人的功能；

步驟2、相似場景辨識，機器人從鄰居機器人收到存儲場景信息的文件后，將文件中每幀的所有二值描述子即所有單詞轉換成詞袋向量，得到的鄰居機器人的每個關鍵幀信息作為相似場景辨識的候選幀按順序存儲到向量容器中，機器人在對當前幀進行閉環檢測的同時，將當前幀與候選幀中的場景進行相似場景辨識，具體包括以下子步驟：

(a)將當前幀與當前幀的連接幀一一進行詞袋相似度計算，得到最大的詞袋相似度乘上一個0.3～0.8的系數作為詞袋相似度閾值；

(b)找出候選幀中和當前幀具有相同單詞的所有候選幀，同時統計候選幀中與當前幀具有相同單詞數最多的候選幀，兩幀得到最大相同單詞的數目乘上一個0.3～0.8的系數作為最小相同單詞數目閾值；