[发明专利]用于移动机器人在非平面环境自主探索的导引点选取方法

说明书

本发明公开了一种用于移动机器人在非平面环境自主探索的导引点选取方法，包括以下步骤：1）按顺序获取3D激光雷达采集的激光帧数据并确定运动轨迹；2）根据激光帧与其对应位姿构建机器人坐标系下的高程地图；3）根据高程地图计算初始导引点集合以及每个栅格的坡度与粗糙度信息；4）对初始导引点集合进行mean‑shift聚类以及计算到聚类点的路径5）根据聚类导引点以及地图几何信息生成最优导引点。本发明的自主导航的导引点选取方法充分考虑了移动机器人的运动特性，导引点的选取充分考虑了时间成本，空间成本以及安全三大要素，可用于移动机器人在非平面环境下的自主快速且安全的探索。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，特别是涉及一种用于移动机器人在非平面环境自主探索的导引点选取方法。

背景技术

近年来，随着机器人与人工智能的大力发展，自主移动机器人越来越受到工程界和学术界的关注。机器人具备自主智能功能的首要关键技术是机器人具备在未知环境中的自主探索功能，并利用传感器在未知环境中进行定位与建图。但是传统建图方式大多为人为控制机器人移动，针对大而复杂的场景将耗费巨大的时间、人力与物力。目前学术界与工业界也涌现了大量针对室内场景的自主探索方法。

针对目前绝大多数自主探索机器人主要应用在2D平面场景，其原理主要以地面为标准面去评价前方区域的可通行性，当遇到可通过的坡或坑以及颠簸路面时，它们的可通行区域的评价方式会认为该区域不可通行，使得机器人无法探索更多的未知区域甚至错误的认为前方区域为障碍物。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于移动机器人在非平面环境自主探索的导引点选取方法，结合了移动机器人的运动特性，考虑了环境的坡度与粗糙度信息，同时考虑了运动时间成本、空间成本以及信息增益因素，可拓展用于移动机器人在非平面环境下的自主快速且安全的探索。

本发明采用如下技术方案：

一种用于移动机器人在非平面环境自主探索的导引点选取方法，包括以下步骤：

步骤一：按顺序获取3D激光雷达采集的激光帧数据并确定运动轨迹，得到包含运动轨迹的激光帧序列；将第一帧激光雷达作为初始帧，选取一定数量的连续的激光雷达帧构建局部子地图；且所述局部子地图的第一帧与最后一帧的位姿的运动平移距离大于预设距离或旋转角度大于预设角度；

步骤二：根据激光帧与其对应位姿构建机器人坐标系下的高程地图，且该高程地图的每个栅格信息要包含栅格状态；所述栅格状态为占据、空闲与未知中的任一种；

步骤三：根据高程地图计算初始导引点集合以及每个栅格的坡度与粗糙度信息；

步骤四：对初始导引点集合进行mean-shift聚类，得到聚类导引点，并计算当前的机器人中心到每个聚类导引点的路径；

步骤五：根据聚类导引点以及地图几何信息生成最优导引点。

进一步地，所述步骤二具体通过如下的子步骤来实现：

创建以机器人中心为基点，机器人朝向前左上分别对应X-Y-Z构建坐标系；构建以机器人中心为中心的高程地图，该高程地图的每个栅格包含的信息为

；其中，为第c个栅格的中心点坐标，h_c为落在该栅格的所有3D点的最大的z值，s_c为该栅格的状态，其状态包括占据、空闲与未知三种，分别用occ，free，un表示；所述高程地图的边长的上限为机器人使用传感器的最大感知距离，下限为所述预设距离。

进一步地，所述步骤三具体通过如下的子步骤来实现：