[發(fā)明專利]基于RGBD深度相機(jī)的移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃方法

在審

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• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113296504A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 包建華;王振龍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進(jìn)

基于RGBD深度相機(jī)的移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃方法，包括使用arbotix_gui移動機(jī)器人建圖；使用改進(jìn)A*算法進(jìn)行全圖路徑規(guī)劃；使用RGBD深度相機(jī)對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行建圖。首先啟動RGBD?SLAM節(jié)點(diǎn)，開啟Rviz三維可視化平臺，再使用arbotix_gui移動機(jī)器人建圖，通過控制移動機(jī)器人掃描得到整個待建圖區(qū)域的3D地圖；通過研究經(jīng)典A*算法對其進(jìn)行改進(jìn)，在小區(qū)域內(nèi)對機(jī)器人進(jìn)行追蹤，使得移動機(jī)器人遇到障礙物時重新調(diào)用改進(jìn)A*算法規(guī)劃最優(yōu)路線；本發(fā)明提高了SLAM建圖的精度以及路徑規(guī)劃的可靠性，為移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃問題提供了新的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視覺SLAM技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于RGBD深度相機(jī)的移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

A.J.Davison等人在2007年提出的Mono SLAM算法，是第一個可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時SLAM的單目視覺SLAM方案，是視覺SLAM發(fā)展史上具有里程碑意義的成果。Mono SLAM前端跟蹤稀疏的特征點(diǎn)，后端優(yōu)化采用擴(kuò)展卡爾曼濾波，以相機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)和路標(biāo)點(diǎn)作為狀態(tài)量，更新其均值與協(xié)方差，目前該算法因特征點(diǎn)易丟失等原因已經(jīng)停止研究與開發(fā)。2013 年發(fā)布的基于RGBD相機(jī)的SLAM算法RTAB-SLAM，其擁有基于特征的視覺里程計、基于詞袋模型的回環(huán)檢測以及位姿圖的后端優(yōu)化，利用深度相機(jī)獲取環(huán)境深度信息的 RTAB-SLAM可以建立稠密的2D點(diǎn)云地圖，也可以建立2D柵格地圖，可運(yùn)用于二次開發(fā)例如機(jī)器人導(dǎo)航、避障與交互等。

近年來對于SLAM在環(huán)境地圖方面的運(yùn)用一般有二維地圖和三維地圖兩種形式，其中使用二維激光雷達(dá)構(gòu)建的二維地圖僅有平面二維數(shù)據(jù)，在應(yīng)用過程中會丟失較多信息，不利于機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航和定位，所以三維地圖在很多方面有著極其重要的研究與應(yīng)用價值。三維激光雷達(dá)具有價格昂貴、生成的點(diǎn)云稀疏以及缺少顏色信息等缺點(diǎn)，RGBD深度相機(jī)則表現(xiàn)更加優(yōu)良。

基于A*算法的路徑規(guī)劃研究一直都是人們研究與改進(jìn)的重點(diǎn)之一，對ROS的全局規(guī)劃算法進(jìn)行分析與比較，基于剔除冗雜節(jié)點(diǎn)的思想對A*算法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)；通過ROS仿真與真實(shí)環(huán)境下的路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，得到優(yōu)化后的A*算法路徑較為平滑，在路徑規(guī)劃的過程中趨于安全、無碰撞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于RGBD深度相機(jī)的移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃方法，包括使用arbotix_gui移動機(jī)器人建圖；使用改進(jìn)A*算法進(jìn)行全圖路徑規(guī)劃；使用RGBD深度相機(jī)對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行建圖，首先啟動RGBD-SLAM節(jié)點(diǎn)，開啟Rviz三維可視化平臺，再使用arbotix_gui移動機(jī)器人建圖，通過控制移動機(jī)器人掃描得到整個待建圖區(qū)域的3D地圖；通過研究經(jīng)典A*算法對其進(jìn)行改進(jìn)，在小區(qū)域內(nèi)對機(jī)器人進(jìn)行追蹤，使得移動機(jī)器人遇到障礙物時重新調(diào)用算法規(guī)劃最優(yōu)路線；本發(fā)明提高了SLAM建圖的精度以及路徑規(guī)劃的可靠性，為移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃問題提供了新的思路。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下：

一種基于RGBD深度相機(jī)的移動機(jī)器人建圖與路徑規(guī)劃方法，包括如下步驟：

S1：在ROS機(jī)器人操作平臺上啟動機(jī)器人底盤節(jié)點(diǎn)、深度相機(jī)節(jié)點(diǎn)以及RGBD-SLAM節(jié)點(diǎn)；

S2：開啟Rviz三維可視化平臺，使用arbotix_gui進(jìn)行移動機(jī)器人建圖；

S3：啟動ROS移動機(jī)器人導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)，在arbotix_gui關(guān)閉的情況下進(jìn)行導(dǎo)航測試；

S4：根據(jù)導(dǎo)航測試結(jié)果修正建圖設(shè)置過程中的障礙物膨脹參數(shù)等數(shù)據(jù)；

S5：使用A*算法將規(guī)劃的路徑分割為多個節(jié)點(diǎn)，在小區(qū)域?qū)σ苿訖C(jī)器人進(jìn)行追蹤，遇到未知障礙物時重新調(diào)用A*算法。

優(yōu)選的，所述步驟S1具體為：