一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法。语义地图由栅格地图和语义信息库组成；语义地图构建方法首先使用SLAM构建栅格地图，然后移动机器人在环境中获取RFID标签信息和激光雷达扫描的去获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息，最后更新语义信息库。本发明专利技术具有获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息高效、快速；提高了机器人对室内语义信息的理解，获取第一物品标签较为准确的坐标信息；对物品标签坐标信息的获取没有做精准识别，使其能保证导航任务需要；使用图形数据库储存语义信息，能够使得机器人的其它知识形式能够结合地图语义信息以更好的理解人类语言，实现语义信息的最大化使用。实现语义信息的最大化使用。实现语义信息的最大化使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法


[0001]本专利技术涉及一种语义地图构建方法，特别是一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法。

技术介绍

[0002]当前机器人地图构建技术发展愈加成熟，研究人员转而对语义地图开展大量研究，其关键是语义信息，语义信息的功能是让地图上对应物品的属性和坐标信息方便机器人去使用。然而语义地图的构建技术存在一些缺陷。
[0003]一是对物品语义信息提取技术上，研究人员专注于机器人视觉信息对物品分割，或者采用激光雷达技术结合视觉识别技术对语义物品进行分割。这种分割需要大量算法和计算资源去实现，并且对于一些物品的分割很难采用一般视觉识别方法。
[0004]二是一些物品的识别上的欠缺，大多数语义信息提取都在专注于识别有较大的例如沙发，沙发上的抱枕，而忽略其他物品，例如电视遥控板，钥匙串等。这些物品对于机器人对环境的理解和导航任务都是很重要的。
[0005]三是存储语义信息的方法使得语义信息库不那么具有可复用性和方便管理。大多数地图语义信息数据采集后没有利用一个适合的数据库区储存信息，有些语义信息甚至直接储存在一个文件里面。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法。本专利技术具有获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息高效、快速；第一物品为长宽均大于0.45米的物品、第二物品为长宽均小于或等于0.45米的物品，提高了机器人对室内语义信息的理解；使用激光雷达扫描识别的线段信息和RFID技术共同识别第一物品标签，获取第一物品标签较为准确的坐标信息；对第二物品坐标信息的获取没有做精准识别，使其能保证导航任务需要；使用图形数据库储存语义信息，能够使得机器人的其它知识形式能够结合地图语义信息以更好的理解人类语言，实现语义信息的最大化使用；能够获取室内环境大多数物品的坐标信息，特别是不易提取的没有长宽或长宽较小的物品坐标信息，它常常决定着导航任务的执行。
[0007]本专利技术的技术方案：一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：语义地图由栅格地图和语义信息库组成；语义地图构建方法首先使用SLAM构建栅格地图，然后移动机器人在环境中获取RFID标签信息和激光雷达扫描的线段信息去获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息，最后更新语义信息库。
[0008]前述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法中，所述SLAM构建栅格地图使用gmapping算法；所述语义信息库是由图形数据库Neo4j中储存的图谱构成的。
[0009]前述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法中，所述更新语义信息库的方法为：语义信息库在定义RFID标签信息时就进行了初始化，语义信息库得到包含RFID标签信
息的图谱型节点，通过对RFID标签分类，得到第一物品标签和第二物品标签，利用激光雷达扫描识别的线段信息和RFID设备识别的RFID标签信息融合匹配获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息，获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息与语义信息库中的第一物品或第二物品的原有坐标信息进行对比，当对比结果不同时，获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息对语义信息库内之前存在的数据进行覆盖，得到最新的地图语义信息。
[0010]前述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法中，所述RFID标签分类为第一物品标签或第二物品标签；第一物品为长宽均大于0.45米的物品、第二物品为长宽均小于或等于0.45米的物品；所述RFID标签分别设有RFID标签号码，RFID标签号码均不相同，RFID标签号码分别对应第一物品或第二物品信息，第一物品或第二物品信息分别对应物品名称和物品长宽，并且RFID标签号码、第一物品或第二物品信息存储在语义信息库中，初始化语义信息库，并将RFID标签相应的粘贴在第一物品或第二物品上。
[0011]前述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法中，所述RFID标签信息识别方法：第一物品标签或第二物品标签是通过RFID设备识别获取的RFID标签号码去匹配语义信息库，获取第一物品或第二物品信息，利用第一物品或第二物品的信息和激光雷达扫描识别的线段信息进行匹配，确定第一物品标签或第二物品标签坐标信息。
[0012]前述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法中，所述利用第一物品或第二物品的信息和激光雷达扫描识别的线段信息进行匹配，确定第一物品标签或第二物品标签坐标信息；具体通过机器人同时识别到第一物品或第二物品和匹配到激光雷达识别的线段时，机器人将移动到线段正前方0.40米的目标点，用标签返回信号强度RSSI是否增强类判断第一物品或第二物品标签是否段匹配，若匹配则获取坐标信息，不匹配则再识别另一条激光雷达扫描线段，移动机器人到线段前正前方0.40米处再次匹配。
[0013]前述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法中，所述第一物品标签坐标信息获取包括以下步骤：
[0014]第一物品标签坐标信息获取是基于激光雷达识别到的线段起点A和终点B坐标来识别的，这里雷达识别到的A，B是以雷达为坐标系的坐标，本专利技术中雷达和机器人在二维尺度上同属一个坐标系，坐标获取中先根据式将A,B转换到地图坐标系OXY，在雷达扫描平面将第一物品看做一个矩形ABCD，其中AB为机器人扫描线段，然后计算C,D坐标，将四个坐标作为第一物品标签的坐标；
[0015]map
P＝
map
R
ll
P+t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
[0016]其中
map
p表示地图坐标系下的一个点；
map
R
l
表示雷达坐标系到地图坐标系的旋转关系由式得，其中θ为机器人航向角；
[0017][0018]l
P表示雷达坐标系下的点的坐标，用列矩阵表示；t表示雷达坐标系到地图坐标系的平移关系，即t＝[x
r
,y
r
]T
，其中(x
r
,y
r
)表示机器人在地图坐标系下的坐标；
[0019]当机器人到的某一点(x
r
,y
r
)时它的航向角为θ，带入雷达扫描线段起点坐标A
lidar
(x
s
,y
s
)为
l
P＝[x
s
,y
s
]T
，即A在机器人坐标系下的坐标，可得到A在地图坐标系下的坐标(x
A
,y
A
)；同理可得B(x
B
,y
B
)；
[0020]要获得C,D坐标，可通过A,B坐标计算，由式，可计算C,D坐标(x
C
,y
C
)，(x
D
,y
D
)；
[0021](x
C
,y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：语义地图由栅格地图和语义信息库组成；语义地图构建方法首先使用SLAM构建栅格地图，然后移动机器人在环境中获取RFID标签信息和激光雷达扫描的线段信息去获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息，最后更新语义信息库。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：所述SLAM构建栅格地图使用gmapping算法；所述语义信息库是由图形数据库Neo4j中储存的图谱构成的。3.根据权利要求2所述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：所述更新语义信息库的方法为：语义信息库在定义RFID标签信息时就进行了初始化，语义信息库得到包含RFID标签信息的图谱型节点，通过对RFID标签分类，得到第一物品标签和第二物品标签，利用激光雷达扫描识别的线段信息和RFID设备识别的RFID标签信息融合匹配获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息，获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息与语义信息库中的第一物品或第二物品的原有坐标信息进行对比，当对比结果不同时，获取第一物品或第二物品在地图中的坐标信息对语义信息库内之前存在的数据进行覆盖，得到最新的地图语义信息。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：所述RFID标签分类为第一物品标签或第二物品标签；第一物品为长宽均大于0.45米的物品、第二物品为长宽均小于或等于0.45米的物品；所述RFID标签分别设有RFID标签号码，RFID标签号码均不相同，RFID标签号码分别对应第一物品或第二物品信息，第一物品或第二物品信息分别对应物品名称和物品长宽，并且RFID标签号码、第一物品或第二物品信息存储在语义信息库中，初始化语义信息库，并将RFID标签相应的粘贴在第一物品或第二物品上。5.根据权利要求4所述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：所述RFID标签信息识别方法：第一物品标签或第二物品标签是通过RFID设备识别获取的RFID标签号码去匹配语义信息库，获取第一物品或第二物品信息，利用第一物品或第二物品的信息和激光雷达扫描识别的线段信息进行匹配，确定第一物品标签或第二物品标签坐标信息。6.根据权利要求5所述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：所述利用第一物品或第二物品的信息和激光雷达扫描识别的线段信息进行匹配，确定第一物品标签或第二物品标签坐标信息；具体通过机器人同时识别到第一物品或第二物品和匹配到激光雷达识别的线段时，机器人将移动到线段正前方0.40米的目标点，用标签返回信号强度RSSI是否增强类判断第一物品或第二物品标签是否段匹配，若匹配则获取坐标信息，不匹配则再识别另一条激光雷达扫描线段，移动机器人到线段前正前方0.40米处再次匹配。7.根据权利要求6所述的基于激光雷达与RFID的语义地图构建方法，其特征在于：所述第一物品标签坐标信息获取包括以下步骤：第一物品标签坐标信息获取是基于激光雷达识别到的线段起点A和终点B坐标来识别的，这里雷达识别到的A，B是以雷达为坐标系的坐标，本发明中雷达和机器人在二维尺度上同属一个坐标系，坐标获取中先根据式将A,B转换到地图坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢明山，李黔黔，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：