[发明专利]用于即时定位与地图构建单元的设备、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于即时定位与地图构建的设备、系统和方法，更具体地说，涉及实现完全自主导航且能加速运行速度的、用于即时定位与地图构建的设备、系统和方法。

背景技术

即时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）是目前在机器人定位方面的热门研究课题。所谓SLAM就是将移动机器人定位与环境地图创建融为一体，即机器人在运动过程中根据自身位姿估计和传感器对环境的感知构建增量式环境地图，同时利用该地图实现自身的定位。

机器人的导航性能受到其获取环境（如，地图）和当前位置的信息的能力限制。周围地图和当前位置的准确和及时更新可以在路径寻找、路径规划、碰撞避免和其他任务方面向机器人提供更大的自由度。

当机器人处于未知环境下时，用户给出所期望机器人到达的位置坐标（目标点），机器人在SLAM的辅助下，在无任何对场景预先标示的情况下，可实现机器人快速自主探索并生成无碰撞路径，最终导航移动到目标点。

针对该问题，专利文件1（US4790402）中公开了一种可能的解决方案：其中，需要预先在特定物体上部署标志物，然后通过移动小车上的激光器来寻找这些标志物，从而对移动小车定位、导航。这种方法需要外部辅助条件，不是完全自主导航。并且此项技术不适于复杂环境，一旦标志物被遮挡，导航将无法进行下去。

专利文件2（US8090491B2）公开了另一种可能的解决方案：其中，需要人工预先设定多条路径，此后机器人可以根据场景实际情况进行路径选择，在无人工干涉的情况下，实现自主导航行驶。但此专利的路径是人工设定好的，仍不属于机器人完全自主导航。

发明内容

鉴于以上问题，期望提供实现完全自主导航且能加速运行速度的、用于即时定位与地图构建的设备、系统和方法。

本发明的设计初衷是为了实现机器人的完全自主导航。由于机器人视野距离或者场景中障碍物的限制，机器人可能无法直接观察到先前所设定的目标点位置，所以需要一个完整的系统去帮助机器人完成探索导航任务。在根据本发明的实施例中，为了加速整体系统的运行速度，采用C/S结构，即机器人Client端与主机Server端。服务器端负责将机器人端发过来的每帧SLAM数据进行融合来完成场景的3D Map和2D Map的构建。在服务器端，新生成的2D Map将会通过网络与机器人端保持实时同步。机器人端将会根据2DMap进行路径规划和导航，进而控制自身向目标点移动。

根据本发明的一个方面，提供了一种可移动电子设备，用于在未知环境中自主导航，包括：

即时定位与地图构建单元，用于在未知环境下进行即时定位与地图构建，从而每隔预定时间获得一帧点云数据；

第一通信单元，用于与外部服务器通信以向其发送最近获得的一帧点云数据并从其获取最近更新的第二地图数据；

路径规划单元，用于基于所述通信单元获得的第二地图数据，规划所述可移动电子设备到达目标点的路径；以及

控制单元，用于控制所述可移动电子设备以便按照所述路径规划单元规划的路径行进。

优选地，在根据本发明实施例的可移动电子设备中，所述服务器与可移动电子设备通信以获取最近获得的一帧点云数据，基于目前获取的所有帧点云数据产生更新的第二地图数据，并将最近更新的第二地图数据发送到所述通信单元，并且

在所述第二地图中，以预定大小的方格划分第二地图，且每个方格均对应于第一标识值、第二标识值和第三标识值中之一，第一标识值表示该方格所对应的区域无障碍物，第二标识值表示该方格所对应的区域有障碍物，第三标识值表示该方格所对应的区域未开发。

优选地，在根据本发明实施例的可移动电子设备中，所述服务器包括：

第二通信单元，用于与所述可移动电子设备通信以从其接收最近获得的一帧点云数据并向其发送最近更新的第二地图数据；

地图构建单元，用于将由所述第二通信单元目前获取的所有帧点云数据进行融合；

第一地图生成单元，用于基于所述地图构建单元的融合结果生成第一地图；

第二地图生成单元，用于基于由所述第一地图生成单元生成的第一地图，生成更新的第二地图，

其中所述第一地图的数据量大于第二地图的数据量。

优选地，在根据本发明实施例的可移动电子设备中，所述第一地图为三维地图，且所述第二地图为二维地图。

优选地，在根据本发明实施例的可移动电子设备中，所述路径规划单元进一步包括：