[发明专利]基于曲线拟合和目标点邻域规划的边界探索自主建图方法

权利要求书

1.基于曲线拟合和目标点邻域规划的边界探索自主建图方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：机器人构建栅格地图；所述栅格地图通过传感器的距离信息直接得到环境的占用状态，提供环境特征数据；栅格地图中每个栅格有三种状态，包括空闲状态、占用状态和未知状态；其中：所述空闲状态表示该栅格处没有障碍物，属于空闲空间；所述占用状态表示该栅格处有障碍物，机器人路径规划时需避开；所述未知状态表示该栅格未被机器人感知到，属于未知空间；

S2：根据边界提取算法对机器人已构建的栅格地图提取边界，判断是否有边界，如有则生成边界候选组，否则执行步骤S8；所述边界为空闲空间与未知空间的边界区域；

S3：对边界候选组中的边界进行曲线建模，筛选出安全边界，具体操作为：

S31：建立边界候选组的局部边界坐标系；

S32：将边界从地图世界坐标系转化到局部边界坐标系上；

S33：利用局部边界坐标系进行边界曲线建模，得到多个边界拟合曲线；

S34：求解每个边界拟合曲线的两个根并计算两个根的距离，比较每个边界得到的距离与机器人的直径关系，若距离不小于直径，则为安全边界；否则为不安全边界；去除不安全边界，筛选出安全边界；

S4：选择与机器人最近距离的安全边界作为目标观测点；

S5：判断目标观测点是否为不可达观测点，若是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；

S6：对不可达观测点使用边界邻域规划算法，提取新目标观测点；具体过程为：

建立以质心为原点，半径为一米的四分之一圆面作为滑动圆面；

将滑动圆面逆时针滑动并扫描栅格地图，依次扫描四个区域，并计算每个区域空闲栅格的数量

设条件：其中R为表示机器人面积，d表示栅格地图分辨率，R/d为机器人在地图内占有的栅格数量；计算符合上述条件区域的质心，并将该质心作为此边界的替代探索目标点，即提取新目标观测点；

S7：机器人使用movebase节点A*路径规划，导航至目标观测点，执行步骤S2；

S8：机器人完成自主建图。

2.根据权利要求1所述的基于曲线拟合和目标点邻域规划的边界探索自主建图方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：为ROS系统中，利用里程计节点获取机器人初始位姿，机器人全程使用Gmapping算法构建栅格地图。

3.根据权利要求2所述的基于曲线拟合和目标点邻域规划的边界探索自主建图方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在所有安全边界中选取与机器人距离最近的边界作为观测区，并将该边界的质心作为目标观测点。

4.根据权利要求3所述的基于曲线拟合和目标点邻域规划的边界探索自主建图方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：当边界观测区朝向地图未知区域弯曲，使得质心处于未知区域一侧，为防止机器人放弃该边界的探索，使用边界邻域规划算法提取新目标观测点。