一种构建地图的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种构建地图的方法及装置，用于解决现有SLAM方案构建地图精确度低的技术问题。该方法包括：在控制AGV移动过程中，在不同的位置使用激光雷达对该AGV的周围环境进行扫描测距，获得包含有障碍物信息的点云数据帧；其中，该障碍物信息包括多个障碍点以及各障碍点与该AGV的相对位置信息；在扫描到的点云数据帧的数量达到预设帧数N时，基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图；在确定该AGV重复经过同一位置时，计算该AGV首次经过该同一位置时生成的第一局部地图与该AGV第二次经过该同一位置时生成的第二局部地图的差异值；根据该第一局部地图与该第二局部地图的差异值对已生成的所有局部地图进行优化。

【技术实现步骤摘要】
一种构建地图的方法及装置
本专利技术涉及导航
，特别涉及一种构建地图的方法及装置。
技术介绍
即时定位与地图构建(SimultaneousLocalizationandMapping，SLAM)是一种真正实现全自主移动机器人的关键技术。现有SLAM构建地图的原理为：将每一次扫描到的点云数据帧与已观测信息进行匹配，增量式地生成地图。这种增量式方法构建出的地图的精确度与每一次点云数据帧的匹配精度密切相关。然而，在实际应用中，点云数据帧与已观测信息的匹配不可能完全精确，不可避免地会存在误差，且随着时间的推移，这些误差还会被持续累积，导致最终生成的地图的精确度低。
技术实现思路
本专利技术提供一种构建地图的方法及装置，用于解决现有SLAM方案构建地图精确度低的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种构建地图的方法，包括：在控制AGV移动过程中，在不同的位置使用激光雷达对所述AGV的周围环境进行扫描测距，获得包含有障碍物信息的点云数据帧；其中，所述障碍物信息包括多个障碍点以及各障碍点与所述AGV的相对位置信息；在扫描到的点云数据帧的数量达到预设帧数N时，基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图；在确定所述AGV重复经过同一位置时，计算所述AGV首次经过所述同一位置时生成的第一局部地图与所述AGV第二次经过所述同一位置时生成的第二局部地图的差异值；根据所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值对已生成的所有局部地图进行优化。在上述方案中，AGV在构建地图的过程中，还检测AGV是否重复经过了同一位置，如果确定AGV重复经过了同一位置，则计算AGV首次经过该同一位置时生成的局部地图与AGV第二次经过该同一位置时生成的局部地图的差异值，并根据计算得到的差异值对已生成的各个局部地图进行优化，以此实现对地图构建过程中所累积的误差的调整，提高了AGV构建地图的精确度。可选的，所述基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图，包括：按照采集时间的先后顺序，依次对所述N帧点云数据帧中的每一帧点云数据帧执行如下操作：根据历史点云数据帧的位姿，估计当前点云数据帧的M个可能位姿，所述历史点云数据帧为所述AGV在采集所述当前点云数据帧之前的预设时间范围内所采集的连续多帧点云数据帧，所述位姿包括所述AGV采集点云数据帧时的位置相对于所述AGV的初始位置的距离、偏向角；基于所述M个可能位姿，将所述当前点云数据帧映射到栅格地图M次，获得M个初始映射图；计算各个初始映射图与所述历史点云数据帧在所述栅格地图上的映射图的重合度；确定重合度最高的初始映射图所对应的可能位姿为所述当前点云数据帧的位姿；以及，根据确定出的所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧的位姿，将所述各个点云数据帧映射到所述栅格地图上，共获得N个映射图，将所述N个映射图作为所述局部地图。本方式通过持续生成局部地图的方式实现增量式构建地图，计算量小，能够提高构建地图的效率。可选的，在使用激光雷达进行扫描测距时，还包括：检测地面是否有路标；在检测到路标时，将检测到的路标的相关信息添加到同时扫描到的点云数据帧中，其中所述相关信息包括检测到的路标的编号；确定所述AGV重复经过同一位置，包括：从已生成的所有局部地图中的点云数据帧中获取路标的编号；在确定任一局部地图中的点云数据帧与另一局部地图中的点云数据帧均包含有同一路标的编号时，确定所述AGV重复经过所述同一路标所在的位置。本方式通过检测AGV是否经过相同路标确定AGV是否重复经过同一位置，提高了地图构建的效率。可选的，所述相关信息还包括检测到的路标与所述AGV的相对位置信息；在根据所述差异值对已生成的所有局部地图进行优化之后，还包括：在确定所述AGV已检测到所有路标时，根据各个路标与所述AGV的相对位置信息，将各个路标添加到各个路标对应的局部地图中。通过本方式，可以生成包含有路标信息的地图，提高了用户体验。可选的，所述路标具体为二维码图像，以使得AGV可通过检测是否经过相同二维码确定是否重复经过同一位置，提高了地图构建的效率。可选的，在基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图之后，所述方法还包括：将所述N帧点云数据帧中的预设帧的位姿作为所述局部地图的整体位姿；基于所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧的位姿、所述局部地图的整体位姿，确定所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧与所述局部地图的相对位姿；基于所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧与所述局部地图的相对位姿，计算所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧与所述局部地图的误差约束项对所述N帧点云数据帧中所有点云数据帧与所述局部地图的误差约束项进行求和将作为所述局部地图的整体误差约束项；所述计算所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值，包括：计算所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿；基于所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿，计算所述AGV采集所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的误差约束项对所述第二局部地图中所有点云数据帧与所述第一局部地图的误差约束项进行求和将作为所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值；所述根据所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值对已生成的所有局部地图进行优化，包括：求所有局部地图的整体位姿误差约束项与所述差异值的总和：采用梯度下降法调整已生成的所有局部地图中的点云数据帧的位姿，使达到最小值。本方式采用梯度下降法调整所有局部地图点云数据帧的位姿，使达到最小，实现了对增量式构建地图过程中所累积的匹配误差的调整，提高了AGV构建地图的精确度。可选的，所述计算所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿，包括：对所述第二局部地图中的每一点云数据帧均执行如下操作：根据所述第一局部地图的位姿，估计所述第二局部地图中的任一点云数据帧的K个可能位姿；基于所述K个可能位姿，将所述任一点云数据帧映射到栅格地图K次，获得K个初始映射图；计算所述K个初始映射图中各个初始映射图与所述第一局部地图的重合度；确定重合度最高的初始映射图所对应的可能位姿为所述任一点云数据帧的新位姿；根据所述任一点云数据帧的新位姿与所述第一局部地图的整体位姿，确定所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿。本方式基于第一局部地图位姿重新计算第二局部地图中各帧点云数据帧的位姿，然后基于重新计算的各帧点云数据帧的位姿确定第二局部地图中各个点云数据帧与第一局部地图的相对位姿，使得第一局部地图与第二局部地图的差异值的计算更加准确可靠，保证优化效果，进一步提高了AGV构建地图的精确度。第二方面，本专利技术实施例提供一种构建地图的装置，包括：扫描单元，用于在控制AGV移动过程中，在不同的位置使用激光雷达对所述AGV的周围环境进行扫描测距，获得包含有障碍物信息的点云数据帧；其中，所述障碍物信息包括多个障碍点以及各障碍点与所述AGV的相对位置信息；处理单元，用于在扫描到的点云数据帧的数量达到预设帧数N时，基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图；在确定所述AGV重复经过同一位置时，计算所述AGV首次经过所述同一位置时生成的第一局部地图与所述AGV第二次经过所述同一位置时生成的第二局部地图的差异值；根据所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值对已生成的所有局部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构建地图的方法，其特征在于，包括：在控制自动导引运输车AGV移动过程中，在不同的位置使用激光雷达对所述AGV的周围环境进行扫描测距，获得包含有障碍物信息的点云数据帧；其中，所述障碍物信息包括多个障碍点以及各障碍点与所述AGV的相对位置信息；在扫描到的点云数据帧的数量达到预设帧数N时，基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图；在确定所述AGV重复经过同一位置时，计算所述AGV首次经过所述同一位置时生成的第一局部地图与所述AGV第二次经过所述同一位置时生成的第二局部地图的差异值；根据所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值对已生成的所有局部地图进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种构建地图的方法，其特征在于，包括：在控制自动导引运输车AGV移动过程中，在不同的位置使用激光雷达对所述AGV的周围环境进行扫描测距，获得包含有障碍物信息的点云数据帧；其中，所述障碍物信息包括多个障碍点以及各障碍点与所述AGV的相对位置信息；在扫描到的点云数据帧的数量达到预设帧数N时，基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图；在确定所述AGV重复经过同一位置时，计算所述AGV首次经过所述同一位置时生成的第一局部地图与所述AGV第二次经过所述同一位置时生成的第二局部地图的差异值；根据所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值对已生成的所有局部地图进行优化。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图，包括：按照采集时间的先后顺序，依次对所述N帧点云数据帧中的每一帧点云数据帧执行如下操作：根据历史点云数据帧的位姿，估计当前点云数据帧的M个可能位姿，所述历史点云数据帧为所述AGV在采集所述当前点云数据帧之前的预设时间范围内所采集的连续多帧点云数据帧，所述位姿包括所述AGV采集点云数据帧时的位置相对于所述AGV的初始位置的距离、偏向角；基于所述M个可能位姿，将所述当前点云数据帧映射到栅格地图M次，获得M个初始映射图；计算各个初始映射图与所述历史点云数据帧在所述栅格地图上的映射图的重合度；确定重合度最高的初始映射图所对应的可能位姿为所述当前点云数据帧的位姿；根据确定出的所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧的位姿，将所述各个点云数据帧映射到所述栅格地图上，共获得N个映射图，将所述N个映射图作为所述局部地图。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在使用激光雷达进行扫描测距时，还包括：检测地面是否有路标；在检测到路标时，将检测到的路标的相关信息添加到同时扫描到的点云数据帧中，其中所述相关信息包括检测到的路标的编号；确定所述AGV重复经过同一位置，包括：从已生成的所有局部地图中的点云数据帧中获取路标的编号；在确定任一局部地图中的点云数据帧与另一局部地图中的点云数据帧均包含有同一路标的编号时，确定所述AGV重复经过所述同一路标所在的位置。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相关信息还包括检测到的路标与所述AGV的相对位置信息；在根据所述差异值对已生成的所有局部地图进行优化之后，还包括：在确定所述AGV已检测到所有路标时，根据各个路标与所述AGV的相对位置信息，将各个路标添加到各个路标对应的局部地图中。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述路标具体为二维码图像。6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在基于扫描到的N帧点云数据帧生成局部地图之后，所述方法还包括：将所述N帧点云数据帧中的预设帧的位姿作为所述局部地图的整体位姿；基于所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧的位姿、所述局部地图的整体位姿，确定所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧与所述局部地图的相对位姿；基于所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧与所述局部地图的相对位姿，计算所述N帧点云数据帧中各个点云数据帧与所述局部地图的误差约束项对所述N帧点云数据帧中所有点云数据帧与所述局部地图的误差约束项进行求和将作为所述局部地图的整体误差约束项；所述计算所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值，包括：计算所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿；基于所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿，计算所述AGV采集所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的误差约束项对所述第二局部地图中所有点云数据帧与所述第一局部地图的误差约束项进行求和将作为所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值；所述根据所述第一局部地图与所述第二局部地图的差异值对已生成的所有局部地图进行优化，包括：求所有局部地图的整体位姿误差约束项与所述差异值的总和：采用梯度下降法调整已生成的所有局部地图中的点云数据帧的位姿，使达到最小值。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿，包括：对所述第二局部地图中的每一点云数据帧均执行如下操作：根据所述第一局部地图的位姿，估计所述第二局部地图中的任一点云数据帧的K个可能位姿；基于所述K个可能位姿，将所述任一点云数据帧映射到栅格地图K次，获得K个初始映射图；计算所述K个初始映射图中各个初始映射图与所述第一局部地图的重合度；确定重合度最高的初始映射图所对应的可能位姿为所述任一点云数据帧的新位姿；根据所述任一点云数据帧的新位姿与所述第一局部地图的整体位姿，确定所述第二局部地图中各个点云数据帧与所述第一局部地图的相对位姿。8.一种构建地图的装置，其特征在于，包括：扫描单元，用于在控制AGV移动过程中，在不同的位置使用激光雷达对所述AGV的周围环境进行扫描测距，获得包含有障碍物信息的点云数据帧；其中，所述障碍物信息包括多个障碍点以及各障碍点与所述AGV的相对位置信息；...

【专利技术属性】
技术研发人员：林辉，卢维，穆方波，殷俊，
申请(专利权)人：浙江大华技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33