运动装置的轨迹数据处理方法及其处理系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种运动装置的轨迹数据处理方法及其处理系统，所述获取方法包括获取运动装置外部环境轮廓的相继两帧点云，以及所述两帧点云之间编码器的相对平移量和惯性测量单元的角度改变量，其中，分别将所述两帧点云标记为参考帧点云和当前帧点云；利用所述平移改变量和所述角度改变量构建初始变换矩阵；利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行据变换，以获取过渡帧点云；利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合；利用所述对应点对集合得到所述运动装置的轨迹数据。利用本发明专利技术，可以有效减小运动装置运行轨迹推算时的累积误差，提高运动装置运行轨迹推算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
运动装置的轨迹数据处理方法及其处理系统
本专利技术涉及机器人控制
，特别涉及一种运动装置的轨迹数据处理方法及其处理系统。
技术介绍
基于激光扫描的自主移动机器人技术已经有越来越成熟的应用。激光扫描所得到的点云是对机器人外部环境轮廓的一种描述，该描述实质上给出了机器人离环境边缘的距离信息。根据这些距离信息，机器可以实现自身位置的确定，也可以实现实时避障的功能。因此充分利用点云的信息是机器人自主移动的一个基本能力。点云匹配是机器人同步定位与建图(SimultaneouslyLocalizationandMapping)的重要组成部分。在相继的两帧点云中，其有极其相似的形状。由于环境轮廓的刚体性质，点云匹配输出的是两帧点云之间的旋转量和平移量。若给定其中一帧点云的位置坐标，则可以计算出另一帧点云的位置。以此类推，通过机器人所搭载激光扫描的点云序列，基于点云匹配算法我们可以得到机器人的运动轨迹。点云匹配实质上是一个优化问题。一般采用迭代算法求解此类优化问题，此时迭代过程非常强烈依赖初始值，如果初始值给得不好，则迭代算法容易陷入局部最优解，此局部最优解是机器人轨迹推算累积误差的来源。因此如果给出一个比较接近全局最优解的初始值就很重要。另一方面，在点云匹配中，误差函数是根据对应点对建立起来的，而对应点对是根据最近点规则计算得来的。此时，最近点的搜索将占用绝大部分的计算时间。如何减小最近点搜索范围是点云匹配的一个基本问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种运动装置的轨迹数据处理方法及其处理系统，通过合理选择初始变换矩阵，用于解决现有技术中运动装置运行轨迹推算时累计误差较大的技术问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种运动装置的轨迹数据处理方法，所述运动装置的轨迹数据处理方法包括：获取运动装置外部环境轮廓的相继两帧点云，以及所述两帧点云之间编码器的相对平移量和惯性测量单元的角度改变量，其中，分别将所述两帧点云标记为参考帧点云和当前帧点云；利用所述平移改变量和所述角度改变量构建初始变换矩阵；利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行变换，以获取过渡帧点云；利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合；利用所述对应点对集合得到所述运动装置的轨迹数据。在一实施例中，所述利用所述对应点对集合得到所述运动装置的轨迹数据的步骤包括：建立关于所述对应点对集合中所有对应点对误差度量的目标函数；优化求解所述目标函数，以获得目标变量增量；根据所述目标变量增量更新所述初始变换矩阵，以获取所述运动装置的轨迹数据。在一实施例中，所述采用优化算法求解所述目标函数，以获得目标变量增量的步骤包括：关于目标变量线性优化所述目标函数，以得到关于所述目标变量的方程组；求解所述目标变量的方程组，以获得目标变量增量。在一实施例中，所述运动装置的轨迹数据处理方法还包括：判断所述轨迹数据是否满足终止条件的步骤；若“否”，则将获取的所述轨迹数据作为初始变换矩阵，返回所述利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行据变换，以获取过渡帧点云的步骤进行迭代，直到所述轨迹数据满足终止条件，将满足所述终止条件时的所述运动轨迹数据作为最终数据并输出。在一实施例中，所述将获取的所述轨迹数据作为初始变换矩阵，返回所述利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行据变换，以获取过渡帧点云的步骤进行迭代时，在利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合的步骤中，采用的预设距离阈值比上次的所述预设距离阈值小。在一实施例中，所述运动装置包括机器人。在一实施例中，所述利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合的步骤包括：以获取所述参考帧点云时所述运动装置的朝向为参考视线，对于所述过渡帧点云中的每一个点，在所述参考视线附近区域搜索所述参考帧点云中与该点对应的点列；计算每一个点与所述参考帧点云中与该点对应的点列之间的距离，选取距离最小且满足预设距离阈值的两点建立对应点对；遍历所述过渡帧点云中的所有点，以建立所述对应点对集合。在一实施例中，所述以获取所述参考帧点云时所述运动装置的朝向为参考视线，对于所述过渡帧点云中的每一个点，在所述参考视线附近区域搜索所述参考帧点云中与该点对应的点列的步骤包括：以所述参考帧点云所在位置的机器人朝向为参考视线，对于所述过渡帧点云中的每一个点，从所述参考视线开始往两边逐点搜索所述参考帧点云中与该点对应的点列。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种运动装置的运行轨迹处理系统，所述运动装置的运行轨迹处理系统包括：服务装置；点云获取装置，设置于运动装置上，所述点云获取装置与所述服务装置连接，所述点云获取装置用于获取所述运动装置的外部环境轮廓点云；编码器，设置于所述运动装置上，所述编码器与所述服务装置连接，所述编码器用于获取所述运动装置的相对平移量；惯性测试单元，设置于所述运动装置上，所述惯性测试单元与所述服务装置连接，所述惯性测试单元用于获取所述运动装置的角度改变量；其中，所述服务装置用于根据获取的所述外部环境轮廓点云、所述相对平移量以及所述角度改变量获取轨迹数据。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种服务装置，所述服务装置包括：通信器，用于与外部通信；存储器，用于存储计算机程序；处理器，连接所述通信器及存储器，用于运行所述计算机程序以执行上述任意一项的所述运动装置的轨迹数据处理方法。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序；所述计算机程序运行时执行上述任意一项所述的运动装置的轨迹数据处理方法。利用本专利技术的运动装置的轨迹数据处理方法及其处理系统，通过将编码器的相对平移量和惯性测量单元的角度改变量作为初始变换矩阵，可以有效减小运动装置运行轨迹推算时的累积误差，提高运动装置运行轨迹推算的准确性，所得到的最终刚体变换(也即轨迹数据)具有非常高的可信度，从而减少了轨迹推算的累积误差，同时也提高了运算速度，对于自主移动机器人的落地应用具有十分重要的意义；另外，在本专利技术中，以参考帧点云所在运动装置(例如机器人)朝向为参考视线进行对应点搜索时，可以自主设置搜索的点数范围以及预设距离阈值，并且采用从参考视线开始往两边逐点的搜索策略，如此可以减少搜索计算量，提高了运算速度；又，本专利技术在对应点对的集合上选取平方距离函数作为误差函数(目标函数)，该函数具有凸性以及光滑性，能够方便后续线性化逼近；又，在本专利技术中，更新初始变换矩阵重新作用在当前帧点云，再进行对应点对的搜索时，采用了减小预设距离阈值的方式，如此可以逐步得到真实的对应点对；当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明图1显示为本专利技术的运动装置的轨迹数据处理方法的流程图。图2显示为图1中步骤S40的子流程图。图3显示为图1中步骤S50的子流程图。图4显示为本专利技术的运动装置的运行轨迹处理系统的框图。图5显示为本专利技术的运动装置的运行轨迹处理系统中服务装置的框图。图6显示为本专利技术的运动装置的运行轨迹处理系统的工作流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运动装置的轨迹数据处理方法，其特征在于，包括：获取运动装置外部环境轮廓的相继两帧点云，以及所述两帧点云之间编码器的相对平移量和惯性测量单元的角度改变量，其中，分别将所述两帧点云标记为参考帧点云和当前帧点云；通过所述平移改变量和所述角度改变量构建初始变换矩阵；利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行数据变换，以获取过渡帧点云；利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合；利用所述对应点对集合得到所述运动装置的轨迹数据。

【技术特征摘要】
1.一种运动装置的轨迹数据处理方法，其特征在于，包括：获取运动装置外部环境轮廓的相继两帧点云，以及所述两帧点云之间编码器的相对平移量和惯性测量单元的角度改变量，其中，分别将所述两帧点云标记为参考帧点云和当前帧点云；通过所述平移改变量和所述角度改变量构建初始变换矩阵；利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行数据变换，以获取过渡帧点云；利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合；利用所述对应点对集合得到所述运动装置的轨迹数据。2.根据权利要求1所述的运动装置的轨迹数据处理方法，其特征在于，所述利用所述对应点对集合得到所述运动装置的轨迹数据的步骤包括：建立关于所述对应点对集合中所有对应点对误差度量的目标函数；优化求解所述目标函数，以获得目标变量增量；根据所述目标变量增量更新所述初始变换矩阵，以获取所述运动装置的轨迹数据。3.根据权利要求2所述的运动装置的轨迹数据处理方法，其特征在于，所述采用优化算法求解所述目标函数，以获得目标变量增量的步骤包括：关于目标变量线性优化所述目标函数，以得到关于所述目标变量的方程组；求解所述目标变量的方程组，以获得目标变量增量。4.根据权利要求2所述的运动装置的轨迹数据处理方法，其特征在于，所述获取方法还包括：判断所述轨迹数据是否满足终止条件的步骤；若“否”，则将获取的所述轨迹数据作为初始变换矩阵，返回所述利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云进行据变换，以获取过渡帧点云的步骤进行迭代，直到所述轨迹数据满足终止条件，将满足所述终止条件时的所述运动轨迹数据作为最终数据并输出。5.根据权利要求4所述的运动装置的轨迹数据处理方法，其特征在于，所述将获取的所述轨迹数据作为初始变换矩阵，返回所述利用所述初始变换矩阵对所述当前帧点云的每个点进行数据变换，以获取过渡帧点云的步骤进行迭代时，在利用所述参考帧点云和所述过渡帧点云得到对应点对集合的步骤中，采用的预设距离阈值比上次的所述预设距离阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡龙生，赵明，
申请(专利权)人：上海有个机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31