[发明专利]一种针对机器人导航的虚拟墙自动生成方法

权利要求书

1.一种针对机器人导航的虚拟墙自动生成方法，其特征在于，该虚拟墙自动生成方法先获取障碍物密集区域的激光点；对激光点进行栅格化处理，并对栅格化后的激光点构建德洛内三角网，生成邻接矩阵；对德洛内三角网进行初始化，生成长度矩阵、属性矩阵和邻接三角形矩阵；基于虚拟墙构建算法与矩阵信息，剔除德洛内三角网中长度大于阈值的边界边，得到虚拟墙的几何图形；具体包括以下步骤：

第一步，移动机器人通过SLAM算法进行360度的全局激光点云扫描，得到以原始激光点云为存储方式的先验地图；

第二步，对先验地图中的障碍物密集区域进行圈选

观察先验地图的密集区域，选取密集区域的中心处的某点为圆心，圆心点与O点的距离为length，夹角为θ，圆的半径为R，其中O点为激光点云原点；

遍历先验地图中的原始激光点云，若当前被遍历的激光点坐标(x,y)位于圈选范围内，满足公式(1)，则保留该激光点，并将保留的激光点存入局部激光点云；若当前被遍历的激光点坐标(x,y)不在圈选范围内，则直接舍弃；

(x-length×cosθ)²+(y-length×sinθ)²＜＝R (1)

第三步，通过栅格化对保留激光点云进行精简，得到栅格点云；

第四步，对栅格点云中的点构建德洛内三角网，德洛内三角网存储采用图的邻接矩阵方式存储，采用两个数组表示图：一个一维数组存储三角网中顶点信息，作为顶点数组；一个二维数组存储图中的边的信息，二维数组称为邻接矩阵；

若德洛内三角网内有n个顶点，则存在两个数组，顶点数组为vertex[n]＝{v₀,v₁,v₂,...,v_n}，邻接矩阵arc[n][n]为：

其中，i≤n，j≤n；E为德洛内三角网内中边的集合，(v_i,v_j)表示顶点v_i到顶点v_j的边；

第五步，根据第四步得到的德洛内三角网的邻接矩阵，对德洛内三角网进行初始化，求取德洛内三角网的长度矩阵、属性矩阵和邻接三角形矩阵；定义如下：

1)长度矩阵定义

长度矩阵Lth[n][n]，用于存储边的长度，定义为：

其中，v_i的二维坐标为(x_i,y_i)，v_j的二维坐标为(x_j,y_j)；

2)属性矩阵定义

属性矩阵为Pty[n][n]，用于存储边的属性；根据邻接矩阵arc[n][n]，对属性矩阵进行定义：若arc[i][j]＝1，且只存在一个k值，满足arc[i][k]＝1且arc[j][k]＝1，则Pty[i][j]＝1，表示(v_i,v_j)为边界边；若arc[i][j]＝1，且存在两个k值，满足arc[i][k]＝1且arc[j][k]＝1，则Pty[i][j]＝2，表示(v_i,v_j)为内部边；若arc[i][j]＝0，则Pty[i][j]＝0；

3)邻接三角形矩阵定义

邻接三角形矩阵为Adj[n][n]，用于存储每条边的邻接三角形；根据邻接矩阵arc[n][n]，对邻接三角形矩阵进行定义：若arc[i][j]＝1，且只存在一个k值，满足arc[i][k]＝1且arc[j][k]＝1，则Pty[i][j]＝v_k，表示边(v_i,v_j)含有一个邻接三角形，且三角形顶点为v_i,v_j和v_k；若arc[i][j]＝1，且存在两个k值，满足arc[i][k]＝1且arc[j][k]＝1，存在的两个k值用m和n表示，则Pty[i][j]＝v_m,v_n，表示边(v_i,v_j)含有两个邻接三角形，且三角形顶点分别为v_i,v_j,v_m和v_i,v_j,v_n；若arc[i][j]＝0，则Pty[i][j]＝0；

第六步，从德洛内三角网的最外层边开始向内不断地删去超过长度限制LengthLimit的边，最终得到虚拟墙的几何图形；通过如下步骤进行虚拟墙提取：

1)遍历属性矩阵，查找出德洛内三角网中所有的边界边；

2)初始化队列，从长度矩阵中查找出所有长度大于LengthLimit的边界边，并将其压入队列；

3)若队列为空，则执行步骤8)；若队列非空，则执行步骤4)；

4)从队列顶部弹出一条边(v_i,v_j)，通过查找邻接三角形矩阵的Adj[i][j]元素，得到边(v_i,v_j)的邻接三角形T的其他顶点v_k，执行步骤5)；

5)找到T中另外两条边(v_i,v_k)和(v_j,v_k)，将属性矩阵中Pty[i][k]和Pty[j][k]置为1，即将他们设定为新的边界边；为了使他们符合边界边只有一个邻接三角形条件，再将邻接三角形矩阵的Adj[i][k]元素中的顶点v_j和Adj[j][k]元素中的顶点v_i删除，执行步骤6)；

6)查找长度矩阵，将(v_i,v_k)和(v_j,v_k)中长度大于LengthLimit的边压入队列，执行步骤7)；

7)将边(v_i,v_j)对应的属性矩阵中的元素Pty[i][j]置为0，即剔除边(v_i,v_j)作为边界边的属性，执行步骤3)；

8)遍历属性矩阵，提取所有边界边，形成虚拟墙。

2.根据权利要求1所述的一种针对机器人导航的虚拟墙自动生成方法，其特征在于，第四步中构建德洛内三角的方法为逐点插入法。