融合折角板及占据栅格的混合导航地图构建方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于地图构建技术领域，提供了一种融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法，具体如下：S1、检测当前帧中是否存在折角板，若检测结果为是，执行步骤S2，若检测结果为否，执行步骤S3；S2、基于折角板来计算激光雷达当前在地图坐标系中的位姿，并基于激光雷达当前在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图及折角板地图；S3、将当前帧的扫描数据与栅格地图进行匹配，获取激光雷达的当前在地图坐标系中位姿，并基于激光雷达在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图。在需要精确定位的区域利用折角板构建精度较高的地图，便于获取高精度的位姿信息，在不方便布设折角板或者不需要精定位的区域构建栅格地图，基于栅格地图进行定位，普适性更强。

【技术实现步骤摘要】
融合折角板及占据栅格的混合导航地图构建方法及系统
本专利技术属于地图构建
，提供了一种融合折角板及占据栅格的混合导航地图构建方法及系统。
技术介绍
随着社会的发展和技术的进步，移动机器人越来越深的介入到人类的日常生活中，例如家庭中的清洁机器人、工厂中的搬运机器人以及餐馆中的送餐机器人等。移动机器人想要实现上述功能必须准确的知道自身所在的位置，即实时定位。而移动机器人实时定位的先决条件是建立地图，这是机器人导航和其它智能行为的关键。激光雷达传感器因为测量精度高、不受光照条件影响等优点，被广泛的应用于移动机器人定位导航中。基于激光雷达的定位导航方法可以分为基于反光标识的定位导航方法和基于轮廓的定位导航方法，其中基于反光标识的激光雷达定位导航方法有着精度高、稳定性好等优点，但是有些场景可能会不方便布设反光标识，此外大量布设反光标识会增加成本。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种融合折角板及占据栅格的混合导航地图构建方法，在不方便布置反光标识的区域构建栅格地图，基于栅格地图进行定位，增加普适性。本专利技术是这样实现的，一种融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、检测当前帧中是否存在折角板，若检测结果为是，执行步骤S2，若检测结果为否，则执行步骤S3；S2、基于折角板来计算激光雷达当前在地图坐标系中的位姿，并基于激光雷达当前在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图及折角板地图；S3、将当前帧的扫描数据与栅格地图进行匹配，获取激光雷达的当前在地图坐标系中位姿，并基于激光雷达在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图。进一步的，折角板的检测方法具有包括如下步骤：S11、当前帧扫描数据从最小扫描角到最大扫描角顺序输出，依次顺序提取N条满足长度阈值的线段：S12、遍历N条线段，计算任意相邻两条线段的长度及两条线段的首尾距离，两条线段的首尾距离是指第一条线段的尾部距第二条线段头部的距离Dist，将满足L1-L2小于阈值，Dist小于预设阈值的两相邻线段点集执行步骤S13，其中，L1、L2分别是指第一条线段和第二条线段的距离。S13、计算两相邻线段的夹角θ，及夹角θ与折角板夹角的差值，若该差值位于允许的偏差范围，则认定该相邻线段即为折角板两面板的投影线段；S14、计算各折角板中第一条线段的剔除比例系数div，基于剔除比例系数div在第一点段的尾部来剔除属于第二线段的点集，并执行步骤S15；S15、对各折角板的两相邻线段分别进行RANSAC内点提取，找到内点最多的两条直线，对内点进行直线拟合，形成折角板两面板的投影线段，计算各折角板两面板投影线段的交点p′(x′,y′)及折角板两面板投影线段的矢量v1′(x1′,y1′),v2′(x2′,y2′)。进一步的，所述S11中的线段提取方法具体如下S111、基于当前帧的前两点来计算线段L；S112、检测下一个点到线段L的距离是否小于距离阈值T，若检测结果为是，执行步骤S113，若检测结果为否，则执行步骤S114；S113、将下一个点放入线段的点集中，对点集进行线性最小二乘拟合，更新线段L，执行步骤S112；S114、计算线段L的长度DL，若legth_min≤DL≤length_max，则更新线段L，将点集保存到线集合，将点集中最后一个点的后面两个点作为下一条线段的线段起点，并计算线段L，执行步骤S112，直至遍历完当前帧扫描数据中的所有点。进一步的，步骤S2中激光雷达当前在地图坐标系中的位姿计算方法具体如下：S21、在指定距离内提取距激光雷达最近的未被标记的折角板b′(p′(x′,y′),v1′(x1′,y1′),v2′(x2′,y2′))，将已提取的折角板b′进行标记，其中，p′(x′,y′)是折角板b′两单平面交线的二维投影点，v1′(x1′,y1′)，v2′(x2′,y2′)分别为折角板的两单平面的二维投影；S22、基于激光雷达上一帧中的位姿将折角板b′的交线投影点p′(x′,y′)投影到栅格地图中，并在栅格地图中提取距离交线投影点p′(x′,y′)距离最近的折角板b(p(x,y),v1(x1,y1),v2(x2,y2))，若交线投影点p′(x′,y′)距p(x,y)的距离小于距离阈值，则折角板b即为折角板b′在栅格地图中的坐标，即折角板b′为已知折角板，若交线投影点p′(x′,y′)距p(x,y)的距离大于距离阈值，则折角板b′为未知折角板，返回步骤S21；S23、当前帧中折角板b′(p′(x′,y′),v1′(x1′,y1′),v2′(x2′,y2′))的位置及在栅格地图中的匹配折角板b(p(x,y),v1(x1,y1),v2(x2,y2))的位置来计算机器人当前在地图坐标系中的位姿。进一步的，折角板地图的更新方法具体如下：基于激光雷达当前在地图坐标系中的位姿计算激光雷达当前相对于地图坐标系的旋转矩阵R和平移向量T；基于激光雷达当前相对于地图坐标系的旋转矩阵R和平移向量T来计算未知折角板在激光雷达坐标系中的坐标，并更新折角板地图。进一步的，栅格地图的更新方法具体如下：对光束终点所在的栅格进行占据更新，对从到所经过的栅格进行自由更新；计算占据更新栅格及自由更栅格的栅格占据概率，并更新栅格地图。本专利技术是这样实现的，一种基于折角板及占据栅格的混合导航地图构建系统，所述系统包括：设于精确定位的行驶区域的折角板，折角板是由两个呈一定角度的平面构成，折角板垂直于地面布置，设于平设于移动机器上的激光雷达，激光雷达与处理器连接，激光雷达采集行驶区域内的环境数据，并将扫描数据发送至处理器，处理器基于上述融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法来构建栅格地图或折角板地图；处理器中存储有行驶区域的环境数据。本专利技术提供的融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法：在需要精确定位的区域利用折角板构建精度较高的地图，便于获取高精度的位姿信息，在不方便布设折角板的区域或者不需要精定位的区域构建栅格地图，可以基于栅格地图进行定位，普适性更强。附图说明图1为本专利技术实施例提供的融合折角板和占据栅格的混合导航地图构建方法流程图图2为本专利技术实施例提供的折角板的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为本专利技术实施例提供的融合折角板和占据栅格的混合导航地图构建方法流程图，该方法包括如下步骤：S1、检测当前帧中是否存在折角板，若检测结果为是，执行步骤S2，若检测结果为否，则执行步骤S3；在本专利技术实施例中，折角板是由两个呈一定角度的单平面构成，折角板的结构示意图如图2所示，折角板的检测方法具有包括如下步骤：S11、当前帧扫描数据从最小扫描角到最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/nS1、检测当前帧中是否存在折角板，若检测结果为是，执行步骤S2，若检测结果为否，则执行步骤S3；/nS2、基于折角板来计算激光雷达当前在地图坐标系中的位姿，并基于激光雷达当前在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图及折角板地图；/nS3、将当前帧的扫描数据与栅格地图进行匹配，获取激光雷达的当前在地图坐标系中位姿，并基于激光雷达在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图。/n

【技术特征摘要】
1.一种融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、检测当前帧中是否存在折角板，若检测结果为是，执行步骤S2，若检测结果为否，则执行步骤S3；
S2、基于折角板来计算激光雷达当前在地图坐标系中的位姿，并基于激光雷达当前在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图及折角板地图；
S3、将当前帧的扫描数据与栅格地图进行匹配，获取激光雷达的当前在地图坐标系中位姿，并基于激光雷达在地图坐标系中的位姿来更新栅格地图。


2.如权利要求1所述融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法，其特征在于，折角板的检测方法具有包括如下步骤：
S11、当前帧扫描数据从最小扫描角到最大扫描角顺序输出，依次顺序提取N条满足长度阈值的线段：
S12、遍历N条线段，计算任意相邻两条线段的长度及两条线段的首尾距离，两条线段的首尾距离是指第一条线段的尾部距第二条线段头部的距离Dist，将满足L1-L2小于阈值，Dist小于预设阈值的两相邻线段点集执行步骤S13，其中，L1、L2分别是指第一条线段和第二条线段的距离。
S13、计算两相邻线段的夹角θ，及夹角θ与折角板夹角的差值，若该差值位于允许的偏差范围，则认定该相邻线段即为折角板两面板的投影线段；
S14、计算各折角板中第一条线段的剔除比例系数div，基于剔除比例系数div在第一点段的尾部来剔除属于第二线段的点集，并执行步骤S15；
S15、对各折角板的两相邻线段分别进行RANSAC内点提取，找到内点最多的两条直线，对内点进行直线拟合，形成折角板两面板的投影线段，计算各折角板两面板投影线段的交点p′(x′,y′)及折角板两面板投影线段的矢量v1′(x1′,y1′),v2′(x2′,y2′)。


3.如权利要求2所述融合折角板与占据栅格的混合导航地图构建方法，其特征在于，所述S11中的线段提取方法具体如下
S111、基于当前帧的前两点来计算线段L；
S112、检测下一个点到线段L的距离是否小于距离阈值T，若检测结果为是，执行步骤S113，若检测结果为否，则执行步骤S114；
S113、将下一个点放入线段的点集中，对点集进行线性最小二乘拟合，更新线段L，执行步骤S112；
S114、计算线段L的长度DL，若legth_min≤DL≤length_max，则更新线段L，将点集保存到线集合，将点集中最后一个点的后面两个点作为下一条线段的线段起点，并计算线段L，执行步骤S112，直至遍历完当前帧扫描数据中的所有点。


4.如权利要求1至3任一权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智君，伍永健，郝奇，高云峰，曹雏清，
申请(专利权)人：芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34