[发明专利]基于单线激光雷达的机器人在通道中行驶的自主导航方法

说明书

本发明涉及一种基于单线激光雷达的机器人在通道中行驶的自主导航方法，属于机器人自主导航技术领域。包括：实时获取机器人在通道内行驶时其上配置的单线激光雷达扫描到通道壁面的点云数据；对点云数据进行领域聚类，将点云数据划分为多个领域；计算各领域的角点，根据角点对各领域进行分割得到分离的线段；根据各领域分离的线段和路况属性判断机器人当前所处路况；根据各领域分离的线段和点云数据判断机器人所在位置相对于通道壁面的位姿；根据机器人当前所处路况和预设路口执行动作控制机器人在通道中行驶，并在行驶过程中根据机器人所在位置相对于通道壁面的位姿对机器人进行实时纠偏。本发明可以实现机器人在通道中行驶的完全自主导航。

技术领域

本发明涉及机器人自主导航技术领域，尤其涉及一种基于单线激光雷达的通道机器人自主导航方法。

背景技术

移动机器人的自主导航问题一直是自动控制和机器人应用领域的重要研究课题。在许多情况下，移动机器人在作业范围内行驶的通道非常狭窄，例如中央空调的通风管道中。空调的通风管道在使用中会集聚污物，这不仅降低了空调的工作效率，而且不清洁的空气也影响人体健康，因此需要定期清洗空调的通风管道。然而类似于空调的通风管道这类型的通道通常比较狭窄、黑暗、较为封闭，且考虑到人员安全，通常采用移动的机器人来清洗。

移动的机器人的机体上通常安装若干摄像头及光源，能够随时监测通道内的状况和移动机器人工作情况。但目前移动机器人还不具备完全自主导航能力，故采用拖线或遥控方式控制，由操作人员在通道外进行操作。

目前自主导航方式主要有GPS导航、电磁导航、超声波测距导航等。由于管道中GPS信号会被屏蔽，且电磁导航线不便于布置与维护，因此GPS导航和电磁导航并不适合在室内狭窄的通道中使用。超声波测距传感器成本低，方便搭载在机器人上，可以获取通道机器人与通道壁面相对位置，例如中国发明专利CN201310390231.3，名称为“一种应用于温室的自主移动车辆超声波导航装置”，该专利虽然可以解决在狭窄直道实施往返行走的问题，但通道机器人不能应对各种路口(十字路口、T型路口、拐角等)识别和通行的难题。

综上，目前机器人在通道中行走存在以下问题：(1)还不具备完全自主导航的能力。(2)GPS导航无法在室内通道中使用。(3)巡线导航方式在狭窄通道中实施困难。(4)超声波导航装置在无法估计机器人在各种路口中位姿。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于单线激光雷达的机器人在通道中行驶的自主导航方法。所述的技术方案如下：

一种基于单线激光雷达的机器人在通道中行驶的自主导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，实时获取机器人在通道内行驶时其上配置的单线激光雷达扫描到通道壁面的点云数据；

S2，对点云数据进行领域聚类，将点云数据划分为多个领域；

S3，计算各领域的点云数据中的角点，根据各领域的角点分别对各领域进行分割，得到各领域分离的线段；

S4，根据各领域分离的线段和路况属性判断机器人当前所处路况；

S5，根据各领域分离的线段和点云数据判断机器人所在位置相对于通道壁面的位姿；

S6，根据机器人当前所处路况和预设路口执行动作控制机器人在通道中行驶，并在行驶过程中根据机器人所在位置相对于通道壁面的位姿对机器人进行实时纠偏。

可选地，所述S2在对点云数据进行领域聚类，将点云数据划分为多个领域时，包括如下步骤：

S21，从点云数据中筛选距离小于r_t的点云数据，并通过如下公式(1)将激光雷达极坐标系下的点云数据转换到平面直角坐标系下：