[实用新型]一种面向长直廊环境的室内地图自动构建系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向长直廊环境的室内地图自动构建系统。

背景技术

室内地图自动构建技术一直是机器人自主移动导航领域的研究热点。地图自动构建技术通常需要借助机器人底盘编码器、视觉里程计和激光测距仪等数据用于判断实际的距离与大小，然而在长直廊环境场景下，由于两侧墙体相似度高，受特征点稀少、环境相似度较高等因素影响，使得现有技术并不能较为精确地完成长直廊环境下地图的构建，尤其是在长廊的长度计算上有较大误差。

目前世界上几种流行的二维激光建图算法，如Gmapping、Hector SLAM等，由于二维激光数据特征较少，在长直廊环境下容易误将机器人直线运动判定为编码器里程计漂移，从而导致算法重新定位机器人位置，导致最后建立的直廊地图长度相较于真实距离短，且会出现重叠的情况。

因此，如何提高长直廊场景下的建图精度，已成为目前亟需的一个问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种面向长直廊环境的室内地图自动构建系统，与传统的建图构建系统相比，本发明在长直廊环境下能有效提高建图精度，减少了因建图算法的回环检测误差所造成的长直廊环境下地图长度出现短缺和弯曲的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案由机器人本体(1)、视觉采集装置(2)、自动伸缩支架(3)、激光测距仪(4)、控制器(5)组成， 其特征在于，视觉采集装置(2)通过自动伸缩支架(3)安装在机器人本体(1)上，机器人本体（1）由驱动轮(11)、支撑轮(12)、底板(13)、第二层夹板(14)、顶层夹板(15)构成，控制器(5)安装在底板(13)之上，激光测距仪(4)安装于第二层夹板(14)之上，机器人的底板(13)安装有直流电机(131)和编码器(132)。

所述的视觉采集装置(2)由RGBD摄像头(22)、底层支撑板(23)、U型支撑架(24)、顶层支撑板(25)、单轴舵机(26)和双轴舵机(27)构成；底层支撑板(23)可通过单轴舵机(26)带动U型支撑架(24)沿偏摆方向进行360度旋转，U型支撑架(24)可通过双轴舵机(27)带动顶层支撑板(25)沿俯仰方向进行±45度旋转，顶层支撑板(25)通过安装孔固定在双轴舵机(27)上，底层支撑板(23)可以通过带齿导轨(31)固定在升降板(32)上。

所述的机器人本体(1)上设有自动伸缩支架(3)，支架上设有带齿导轨(31)、升降板(32)及环形支撑架(342)，环形支撑架(342)通过安装孔固定于机器人的顶层夹板(15)之上，电机支撑架(341)通过焊接的方式固定在环形支撑架(342)上，步进电机(332)通过定位螺丝(343)固定在电机支撑架(341)上，并通过齿轮(331)啮合实现视觉采集装置(2)的升降功能，带齿导轨(31)竖直安装，通过滚动轴承(311)与环形支撑架(342)连接；两个步进电机(332)、单轴舵机(26)、双轴舵机(27)、直流电机(131)与控制器(5)的输出端连接，激光测距仪(4)、RGBD摄像头(22)和编码器(132)与控制器(5)的输入端连接，控制器(5)能够同时控制自动伸缩支架(3)和直流电机(131)，以及能够实时获取激光测距仪(4)、RGBD摄像头(22)和编码器(132)的数据。

所述的控制器(5)通过激光测距仪(4)采集周围环境的深度信息，激光测距仪旋转360度共产生360个深度数据(P₁，P₂...P_n)及与其一一匹配的360个角度数据(A₁，A₂...A_n)，控制器(5)以机器人当前朝向为y轴正方向，建立符合右手准则的笛卡尔坐标系，将当前获得的深度数据和角度数据进行二维重建，所有的深度数据通过连接相邻数据得到n-1组线段，计算不同线段之间的夹角，若两线段夹角小于5度则判定这两条线段在同一线段组内，采用最小二乘法对采集到各信息点的位置坐标进行拟合得到线段组，并计算不同线段之间的夹角，如果两条线段相距的最小距离大于机器人本体最大宽度且倾角相差小于5度，则判定机器人进入长直廊环境。

进入长直廊环境后，控制器(5)调节自动伸缩支架(3)并驱动单轴舵机(26)，通过视觉采集装置(2)采集周围环境图像信息及深度信息，采用栅格地图的方式构建整体地图，栅格最小单位为0.04m²。