[发明专利]一种同步定位与地图构建方法及设备

说明书

本发明公开一种同步定位与地图构建方法及设备，用于机器人，地图构建方法包括步骤：加载预先建立的机器人运动学模型；通过环境感测传感器扫描环境而在预设坐标系中建立初始全局地图，所述初始全局地图采用若干几何原形表示，所述几何原形按同一顺序存储，并标注存储序号；在移动至当前位置时，通过环境感测传感器扫描获得当前局部地图，当前局部地图采用若干几何原形表示，所述几何原形按与初始全局地图一致的同一顺序存储，并标注存储序号，根据所述当前局部地图和初始全局地图几何原形存储序号的比对进行融合得到更新全局地图；根据所述当前局部地图、初始全局地图和更新全局地图对所述机器人的当前估计位姿。有效地简化地图构建的计算量和减少存储空间。

技术领域

本发明涉及一种移动机器人导航领域，特别是涉及一种同步定位与地图构建方法。

背景技术

自主移动机器人的同步定位与地图构建(simultaneouslocalizationandmapping，SLAM)问题可描述为：在未知环境中，移动机器人通过机载环境感测传感器(如里程计、视觉环境感测传感器、超声波及激光等)来感知环境信息，逐步构建周围环境地图，同时运用此地图对其位置和姿态进行估计。该问题一直是移动机器人研究领域的热点和难点，被认为是能否真正实现机器人自主导航的关键问题，具有广阔的应用前景。

现有的地图构建方法主要是基于栅格的地图,这种方法也称作占有格（证据格）地图。对于栅格地图,整个环境被分割成一定大小的栅格,每一个栅格赋以一个值,表示这个单元格被占的概率。每个单元格代表一个正方形的区块,用一个在（0,1）范围内的值来指示这个区块被占有的概率,表明它所对应的物理位置是否有障碍物存在。占有格地图清楚地表明某个区块是障碍区块,还是自由空间。被占的栅格赋值,自由空间赋值。对于的栅格地图,每一个栅格赋以一个值,表示这个单元格的高度信息。

对于大规模环境,占有格地图表示方法的一个最大难点就是在单元格分辨率与计算复杂度之间找到平衡。理想情况下,为了得到更精确的环境信息,以得到更精确的位置估计,就要求单元格的尺寸尽可能小。这样,从计算可行性考虑,空间复杂度和时间复杂度随着单元格的增加而增加，故其主要缺点是用于定位时的高计算量和存储空间需求。

发明内容

本发明旨在提供一种简化计算量和减少存储空间的地图构建方法和设备，旨在提高同步定位与地图构建便捷性。

本发明的一种同步定位与地图构建方法，用于机器人，其特征在于，所述地图构建方法包括步骤：加载预先建立的机器人运动学模型；通过环境感测传感器扫描环境而在预设坐标系中建立初始全局地图，所述初始全局地图采用若干几何原形表示，所述几何原形按同一顺序存储，并标注存储序号；在移动至当前位置时，通过环境感测传感器扫描获得当前局部地图，当前局部地图采用若干几何原形表示，所述几何原形按与初始全局地图一致的同一顺序存储，并标注存储序号，根据所述当前局部地图和初始全局地图几何原形存储序号的比对进行融合得到更新全局地图；根据所述当前局部地图、初始全局地图和更新全局地图对所述机器人的当前估计位姿。

进一步地，本发明的同步定位与地图构建方法，其中所述通过环境感测传感器扫描环境而在预设坐标系中建立初始全局地图包括：

A）加载预设建立的机器人运动学模型；

B）通过环境感测传感器在第一位置扫描机器人所在工作环境，采集工作环境中环境感测传感器与所所在工作环境中各障碍物的距离数据帧，生成点云数据，计算机接收环境感测传感器反馈的点云数据，根据最小二乘法拟合出所在工作环境中各障碍物的几何原形，并按同一顺序标注存储序号，生成第一局部地图；

C) 移动至第二位置时，通过环境感测传感器扫描并获得第二局部地图，根据所述第二局部地图和第一局部地图融合得到第一局部融合地图；

D）依次多次重复步骤B)、C)，由若干局部地图和前一局部融合地图不断融合得到所在工作环境的初始全局地图。