[发明专利]一种基于CAD图纸的移动机器人自主建图方法

说明书

一种基于CAD图纸的移动机器人自主建图方法，包括如下步骤：将CAD矢量地图根据标注的尺寸同比例生成栅格地图，再处理成导航先验地图；在导航先验地图上绘制期望的建图路线，对建图路线上离散的路径点进行采样生成一个密集的最终的建图路径；机器人基于导航先验地图进行定位并跟踪规划的建图路径，行走过程中自主避障并实时建图；机器人回到建图路径终点，生成并保存构建的地图。本发明利用CAD地图作为导航先验地图，预先对机器人的建图路径进行规划，可控制机器人的运动轨迹，避免机器人在自主建图行走中的无参考性、随机性对建图质量造成的影响，提高自主建图的可控性和高效性，实用性强，易于实现。

技术领域

本发明涉及地图构建技术领域，尤其涉及一种基于CAD图纸的移动机器人自主建图方法。

背景技术

在移动机器人领域，机器人的定位和导航离不开地图，因此机器人必须预先对工作环境进行扫描探测，构建地图，为机器人后续工作提供参考。地图构建即机器人在环境中移动，通过自身携带的传感器对环境信息进行探测，记录环境的轮廓信息并最终生成地图的过程。通常地图的构建是人工操作机器人在环境中进行扫描后生成地图，该方法需耗费较多的人力成本，因此移动机器人自主建图方法成为近期移动机器人领域的研究热点。目前自主建图的方法主要为探索式建图，即在指定范围内机器人进行探索式移动并最终生成地图，如SLAM技术，它是同步定位与地图构建，在没有场景先验信息的情况下机器人在未知环境中移动，同时根据传感器探测数据及位姿估计，通过多特征匹配进行自身定位，并构建增量式地图，该类方法是基于随机规则的轨迹数据，具有随机性、不可控性，难以构建出完整的环境地图并且效率较低，耗时较长，且获取地图的成本高，实用性并不是很强。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可控性强、效率高的基于CAD图纸的移动机器人自主建图方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于CAD图纸的移动机器人自主建图方法，包括如下步骤：

S1、将CAD图纸转换成栅格地图，再处理成导航先验地图；

S2、基于导航先验地图规划机器人的建图路径；

S3、机器人基于导航先验地图进行定位并跟踪规划的建图路径，行走过程中自主避障并实时建图；

S4、机器人来到建图路径终点，生成并保存构建的地图，自主建图任务完成。

CAD图纸是一种矢量地图，而本方案是基于2D栅格地图进行导航定位，因此需要先将CAD图转换成2D栅格地图。与矢量图相比，栅格地图是由一系列像素组成的矩形图案，数据结构简单，便于空间分析和地表模拟，现势性较强，适合于机器人定位。

由CAD图纸生成的2D栅格地图可初步用于导航，由于施工误差及环境的改造，该地图无法用于精确的导航，而将该地图作为建图的先验导航地图是可行的。在有先验地图的前提下可通过绘制建图路径来控制机器人自主建图的运动轨迹，实现高效可控的自主建图。

进一步地，所述S1步骤的具体方法是：根据CAD图纸标注的尺寸同比例生成栅格地图，并通过增加部分障碍或者擦除部分障碍等处理方式将栅格地图处理成导航先验地图。由于实际场景中的信息(包括障碍物)可能与CAD地图所体现出来的会有出入，因此实际应用时需要对由CAD转化而来的栅格地图进行处理，以更符合实际场景中的情况。

进一步地，所述S2步骤的具体方法是：根据机器人的建图任务，在导航先验地图上绘制期望的建图路线，建图路线绘制的原则是使建图路径经过需要扫描的场景，建图路线要能覆盖机器人的建图任务；对绘制的建图路线进行采样，生成最终的机器人建图路径。