[发明专利]一种基于机器人位姿的多重栅格值导航方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于机器人位姿的多重栅格值导航方法及其应用，属于机器人导航技术领域。本发明基于机器人位姿的多重栅格值导航方法，扩大了机器人在栅格地图中的可通过区域，增强了拓扑地图的联通性。同时，在基于BIM信息的室内墙面施工自主移动机器人导航方法中，基于提取的BIM信息计算工作点，再根据工作点的位置信息和工作任务顺序，基于机器人位姿的多重栅格值导航方法，设置相邻工作点之间的局部导航路线；实时定位并检测室内墙面施工自主移动机器人周围的障碍物信息，更新栅格地图，并基于更新后的栅格地图重新设置相邻工作点之间的局部导航路线。本发明的实施，提升了导航工作效率和准确率。

技术领域

本发明涉及一种机器人导航技术领域，具体涉及一种基于机器人位姿的多重栅格值导航技术。

背景技术

随着计算机技术的发展，机器人SLAM(Simultaneous Localization AndMapping)技术愈发成熟，常用的技术包括基于计算机视觉的VSLAM(Visual SimultaneousLocalization And Mapping)和基于激光雷达的多传感器融合的SLAM。这些技术应用于诸多领域，如扫地机器人，外太空勘探机器人等。

传统2D激光SLAM技术构建的地图为栅格地图，栅格地图仅仅具有尺度信息而不具备语义信息。从而难以较好的指导机器人进行工作。

普通基于栅格地图的机器人导航中，机器人很难安全到达外切障碍区域，以及非自由空间。更进一步的描述为：常规栅格地图中，每一个栅格有一个栅格值，如图3所示。这个栅格值与地图环境以及机器人的外形尺寸相关。栅格值为254时为致命障碍，障碍物与机器人中心重合，此时机器人必然与障碍物发生碰撞。栅格值253表示内切障碍，此时障碍物处于机器人轮廓的内切圆内，栅格值252～128是外切障碍，此时机器人与障碍物临接接触，不一定发生碰撞。非自由空间为128～0，为机器人外切障碍到自由区域的缓存空间。自由区域为0，机器人可以自由运行，未知区域为255，表示为探测到的区域。常规的基于栅格地图的导航应该尽量避免机器人进入非自由空间，不能进入外切障碍。

此外，在实际工程应用中，有时机器人必须进入外切障碍区域，才能完成对应工作。实际例子就是建筑抹灰机器人进行抹灰的时候仅仅离墙2厘米，此时机器人已经进入了外切障碍区域，即现有技术无法解决室内墙面施工自主移动机器人的该导航问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于机器人位姿的多重栅格值导航方法，其特征在于，包括下列步骤：

在栅格地图中，为每一个栅格除了存储栅格值信息外，额外定义一个表示机器人在不同角度状态下的是否碰撞标识符的数组；

对栅格地图进行预处理：将栅格地图中的所有自由区域的是否碰撞标识符标记为非碰撞标识符，以及将栅格地图中的致命障碍和内切障碍的是否碰撞标识符均置为碰撞标识符；

基于机器人的不同位姿的角度x，分别判断机器人的每个顶点是否落在致命障碍的栅格上，若全部顶点均未落在致命障碍的栅格上，则设置角度x对应的是否碰撞标识符为非碰撞标识符；否则设置是否碰撞标识符为碰撞标识符；从而得到多个与机器人角度相关的可达性地图，记为可达性地图Map[n]，其中n为对应的角度区分符；

基于机器人的当前起始点A与目标点B，设置从点A到点B的局部路径：

用Map0表示不限制机器人角度的由障碍物和自由区域构成的地图；

若A点处于自由区域，B点处于自由区域，且A点到B点能在地图Map0中查找到一条可达路径，则采用非限制角度变化的方式导航；若在地图Map0中不能查找到可达路径，则遍历搜索每个可达性地图Map[n]中是否存在从点A到点B的可达路径，其中每个可达性地图Map[n]只对应一条可达路径；再从搜索得到的所有可达路径中，查找最短路径的可达路径所对应的可达性地图，并将其对应的角度作为机器人的导航角度，通过限制机器人角度的方式导航到B点；