[发明专利]一种基于自然语言和语义地图实现机器人自主导航的方法

说明书

本发明公开了一种基于自然语言和语义地图实现机器人自主导航的方法，包括步骤：1)获取机器人所处环境的语义地图；2)将获取到的语义地图描述成三元组集合；3)通过两组双层GRU编码器分别提取语义地图和自然语言指令的特征；4)通过注意力机制将语义地图的特征和自然语言指令的特征融合；5)通过双层GRU解码器逐步生成导航指令；6)将解码得到的导航指令转换成机器人可以执行的指令序列，机器人根据指令序列进行自主导航。本发明够利用自然语言指令进行机器人导航，在不需要预先获取精确度量地图的条件下，满足在各种环境下使机器人进行自主导航的需求。

技术领域

本发明涉及自然语言处理、深度学习、自主导航的技术领域，尤其是指一种基于自然语言和语义地图实现机器人自主导航的方法。

背景技术

近年来，机器人自主导航在生产生活中应用越来越广泛，越来越多的应用场景需要精确且高效的自主导航技术。以往的自主导航方法，需要先对环境进行一次扫描，获取精确的度量地图，之后进行路径规划进行导航。获取精确的度量地图需要消耗大量的精力，并且地图的精准程度对导航效果的影响很大。因此基于语义地图以及自然语言的自主导航方法的研究具有重大意义。

目前，机器人自主导航研究方面主要采用基于精确度量地图的方法，但还面临如下问题：

(1)获取精确度量地图需要消耗大量的资源和时间对环境预先进行扫描，获取精确度量地图的成本较大。

(2)在一些难以观测的复杂场景下，获取精确度量地图的难度和开销更大，该类方法可能无法实施。

(3)导航效果取决于度量地图的精确程度，一些难以获取精确度量地图的场合，导航效果会变得很差。

(4)基于精确度量地图的自主导航方法，是基于环境的度量信息进行导航的，没有利用到环境的语义，拓扑信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于自然语言和语义地图实现机器人自主导航的方法，能够利用机器人所处环境的语义地图和自然语言指令，在无需预先获取精确度量地图的条件下进行机器人的自主导航。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于自然语言和语义地图实现机器人自主导航的方法，包括以下步骤：

1)获取机器人所处环境的语义地图，包括出发点、目的地及其它位置之间的拓扑关系；

2)将获取到的语义地图中各个位置用顶点表示，用顶点间的边表示顶点的通达关系，将每一对顶点之间的通达关系描述成三元组；

3)通过两组双层GRU编码器分别提取已描述成三元组集合的语义地图的特征和自然语言指令的特征；

4)通过注意力机制将语义地图的特征和自然语言指令的特征融合；

5)通过双层GRU解码器逐步生成导航指令；

6)将解码得到的导航指令转换成机器人能够执行的指令序列，机器人根据指令序列进行自主导航。

在步骤1)中，所述机器人所处环境的语义地图是指用于描述机器人所处环境的拓扑地图，包括表示环境中各个区域的顶点和表示顶点间相互通达关系的边。

在步骤2)中，每一对顶点之间的相互通达关系用一个三元组＜p_i,b_i,p_j＞来表示，其中，p_i表示出发点，p_j表示目的地，b_i表示机器人从出发点到目的地需要执行的指令。

在步骤3)中，通过两组双层GRU编码器分别提取语义地图和自然语言指令的特征，包括以下步骤：

3.1)每个包含N个三元组的语义地图M及每个包含L个词语的自然语言指令I分别描述为：