[发明专利]一种基于激光雷达的室内移动机器人自主探索方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的室内移动机器人自主探索方法，建立拓扑节点。依据探索目标点提取结果，生成一个拓扑地图节点并将该节点加入拓扑地图中。冗余拓扑节点处理。检测已有拓扑地图下的所有拓扑节点，剔除冗余的拓扑节点。拓扑地图闭环处理。检测当前拓扑节点与其余所有拓扑节点是否存在闭环。如果存在，则在拓扑地图上添加对应的边完成闭环。当环境中不存在未探索的节点，则结束自主探索。此方法不需要依赖栅格地图提取前沿目标点，而是通过激光数据提取探索目标点，在大大降低提取算法复杂度的同时保证了提取结果的准确性和稳定性；对于拓扑地图进行冗余节点剔除和闭环检测，大大提高了室内移动机器人自主探索的效率。

技术领域

本发明属于机器人导航和运动控制领域，尤其涉及一种基于激光雷达的室内移动机器人自主探索的控制方法。

背景技术

伴随着科学技术的发展，自主移动机器人的研究越来越受到社会的关注和认可。自主移动机器人已经被广泛的应用到农业、工业、军事、医疗以及日常生活之中。室内未知环境下的自主探索是室内机器人的关键功能之一，在自主探索的过程中,机器人需感知环境来获取一系列的局部目标点,进而指导机器人遍历环境。几乎所有的机器人探索策略均可被简化为一个生成最佳探索目标点和运动到该目标点的过程。

拓扑法是解决室内移动机器人自主探索问题的一种有效方法，该方法主要面临两个问题：探索目标点的提取和拓扑地图的建立和维护。对于探索目标点的提取，现有的研究中,通常借用数字图像处理技术在栅格地图上识别前沿区域。然而,随着环境规模的增大,在栅格地图上进行前沿检测的计算量会剧增,继而导致机器人探索效率显著降低，同时由于栅格的分辨率问题前沿提取的准确性不能得到有效保证；对于拓扑地图的建立与维护，通常采用“树”的结构存储探索过程的拓扑地图。“树”的方式描述拓扑地图，从数据结构的层面导致了对于环形场景不能有效地描述环境的闭环特性，特别在较大的、带环状结构的环境下会极大地影响探索效率。同时，拓扑地图上的冗余拓扑节点存在会大大降低探索效率。本发明针对以上缺陷做出了相应改进。

发明内容

针对当前的室内移动机器人自主探索问题，本发明提出一种基于激光雷达的室内移动机器人自主探索方法，提出了基于激光雷达的探索目标点提取策略和基于“加权无向图”的拓扑地图建立和维护策略。此方法不需要依赖栅格地图提取前沿目标点，而是通过激光数据提取探索目标点，在大大降低提取算法复杂度的同时保证了提取结果的准确性和稳定性；另一方面，对于拓扑地图进行冗余节点剔除和闭环检测，大大提高了室内移动机器人自主探索的效率。

应用该方法适用的机器人系统为：配备激光雷达的室内移动机器人。一种基于激光雷达的室内移动机器人自主探索方法，包括以下步骤：

步骤1：通过激光雷达数据提取探索目标点。提取方法由前沿断点法和可通行区域法构成。

步骤2：建立拓扑节点。依据步骤1中的探索目标点提取结果，生成一个拓扑地图节点并将该节点加入拓扑地图中。

步骤3：冗余拓扑节点处理。检测已有拓扑地图下的所有拓扑节点，剔除冗余的拓扑节点。

步骤4:拓扑地图闭环处理。检测当前拓扑节点与其余所有拓扑节点是否存在闭环。如果存在，则在拓扑地图上添加对应的边完成闭环。

步骤5：当环境中不存在未探索的节点，则结束自主探索。

同现有的室内移动机器人自主探索方法相比，本发明的优势如下：

1、本发明使用了基于激光雷达数据的探索目标点提取方法，计算量低，准确率高，鲁棒性强。

2、本发明采用的拓扑地图冗余节点剔除算法和拓扑地图闭环检测算法，提高了机器人的自主探索效率。

3、本发明对于机器人运算平台的要求降低。

附图说明

图1为前沿断点法提取探索目标点示意图；