[发明专利]基于压缩三维空间点云的平面激光SLAM与导航方法有效
| 申请号： | 202111533035.8 | 申请日： | 2021-12-15 |
| 公开（公告）号： | CN114415661B | 公开（公告）日： | 2023-09-22 |
| 发明（设计）人： | 郑永军;刘伟洪;李文伟;许家伟;苏道毕力格;刘星星;王子蒙 | 申请（专利权）人： | 中国农业大学 |
| 主分类号： | G05D1/02 | 分类号： | G05D1/02;G06T7/73 |
| 代理公司： | 北京卫平智业专利代理事务所(普通合伙) 11392 | 代理人： | 闫萍 |
| 地址： | 100193 *** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 基于 压缩 三维空间 平面 激光 slam 导航 方法 | ||
本发明涉及基于压缩三维空间点云的平面激光SLAM与导航方法包括：建立坐标系并获取三维点云数据，将三维点云数据压缩至二维平面，得到平面点云数据；基于平面点云数据，进行平面激光SLAM建图及定位、路径规划与导航控制。通过三维激光雷达采集作业环境的点云信息，结合移动机器人的三维几何尺寸约束，将三维激光点云压缩至二维平面，得到包含三维空间信息的平面点云，以平面点云作为平面激光SLAM算法的原始点云数据，实现果园等户外场景的平面SLAM建图，使用该地图规划的全局路径为安全可行的路径，使用该平面点云作为导航控制算法的原始点云数据，实现移动机器人在地图中的实时定位以及在路径跟踪过程中的实时障碍探测与避障。
技术领域
本发明属于激光SLAM建图与导航技术领域，尤其涉及一种适用于果园等户外场景的SLAM建图与导航方法。
背景技术
同时建图与定位(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)是移动机器人在一个未知环境中进行定位与建图的关键技术，也为未来一切自动化技术(如智慧农业、无人农场)提供核心支持。
目前，以平面激光雷达为主的室内平面激光SLAM技术较为成熟，已广泛应用于扫地机器人、仓储机器人、服务机器人等领域。果园等户外场景具有三维结构特征明显、环境开放、障碍复杂等特点，传统的仅依靠平面激光雷达的室内平面SLAM技术显得不够适用，但平面激光SLAM具有运算量低、实时性高等特点。
如何结合三维激光雷达环境感知丰富、平面SLAM算法运算量低、实时性高等特点，实现三维激光雷达的平面SLAM建图与导航显得尤为重要。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于使用三维激光雷达作为环境感知传感器，将三维空间点云压缩至二维平面，为平面激光导航中的SLAM建图模块、定位模块及导航控制模块提供平面原始点云数据，实现三维激光雷达的平面SLAM建图与导航。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
基于压缩三维空间点云的平面激光SLAM与导航方法，包括如下步骤：
S1.建立坐标系并获取三维点云数据，将三维点云数据压缩至二维平面，得到平面点云数据；
S2.基于步骤S1得到的平面点云数据，进行平面激光SLAM建图；
S3.基于步骤S1得到的平面点云数据，进行定位、路径规划与导航控制。
在上述方案的基础上，步骤S1具体包括：
S1.1.建立移动机器人坐标系{v}与激光雷达坐标系{l}，获取基础数据；
S1.2.基于兴趣区域选择原则，得到三维空间点云在不同维度的取值范围；
S1.3.对三维空间点云进行压缩，得到平面点云数据。
在上述方案的基础上，步骤S1.1所述的建立移动机器人坐标系{v}与激光雷达坐标系{l}，具体包括如下步骤：
以移动机器人主体中心为原点ov，xv轴指向移动机器人正前方，yv轴平行于轮轴指向左侧，zv轴垂直指向上方，建立满足右手定则的移动机器人坐标系ovxvyvzv，记为{v}；
建立三维激光雷达所在坐标系olxlylzl，记为{l}，其原点ol位于激光雷达中心，且xl、yl、zl轴分别平行于xv、yv、zv轴；
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