一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法技术

本发明专利技术公开了一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法，涉及用于移动机器人和自主引导车的控制技术领域。本地栅格地图通过地图导入节点逐一进入系统，并将接收到的地图发送给信息交汇节点。这些本地地图压缩后然后附加上他们本地机器人的MAC地址，通过广播准备发送给机器人团队成员。信息交汇节点同时接收其他机器人发送的地图信息，之后本地地图和外部地图都被打包发送到全局地图生成节点。然后全局地图生成节点迭代的融合成环境的单一表示形式，将融合后的栅格地图存储成树状数据结构。该系统不限制机器人团队的规模，地图融合节点和全局地图生成节点都可以分别处理任意数量的机器人团队和地图。数量的机器人团队和地图。数量的机器人团队和地图。

【技术实现步骤摘要】
一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法


[0001]本专利技术涉及用于移动机器人和自主引导车的控制
，特别涉及一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法。

技术介绍

[0002]自动引导车(AGV)是指能够沿既定路径自动行走，在行走中能够感知障碍物，具有自动引导功能和安全保护装置的无人驾驶货物运载车辆。AGV是移动机器人的一种应用，其技术关键在于机器人的自主定位与导航。业界当前的自主AGV系统采用了基于激光雷达的自主定位导航技术。相较于传统技术，基于激光雷达的自主定位导航技术能够避免对工作环境的物理改造，具有较强的抗干扰性和灵活性。适配于全新应用场景时，仅需要进行简单的参数配置、地图构建即可进行工作。借助激光雷达等传感器对环境的感知能力，可实现对障碍物的自主识别与避障。
[0003]自主导航软件提供AGV基于激光雷达等传感器的自主定位导航能力，同时进行定位与地图构建，即SLAM。为了实现准确的SLAM，AGV首先通过激光雷达扫描创建二维平面的代价地图即栅格地图，通过栅格占用信息来描述工作空间的二维平面特征。在AGV移动过程中，对自身位姿与外部环境的感知，依据位置估计和地图进行自身精确定位，继而实现路径规划和导航。另一方面，一组多个AGV组成的移动机器人团队可以比单个AGV机器人在绘制某些位置的地图时，特别是广阔范围或多楼层多个区域范围上具有巨大的优势。多机器人SLAM要求机器人之间能够相互通信，在交换信息的同时，具备可扩展性的效率，并在每个AGV上进行信息融合来合并多个AGV上收集的信息。
[0004]移动机器人软件平台当前最为活跃的是机器人操作系统ROS(Robot OperatingSystem)，其已成为机器人软件平台的事实标准。机器人操作系统包含控制算法、传感器驱动等多个软件节点模块，通过分布式处理框架组合形成完整的机器人控制软件系统。其整合提供了多个软件功能包，其中的SLAM节点包负责移动机器人创建地图，并确定其在创建地图中的位置。地图格式通常在计算资源有限的情况下采用两维的代价地图表示法。比较流行的SLAM软件包，包括GMapping、Hector等，以及谷歌团队实现的Cartographer方法。另一方面，多机器人协同地图构建是对原有单机地图构建问题的延伸，能够使用单个移动机器人AGV来绘制二维地图环境，但缺少使用多个机器人，从而以更快、更可靠、更健壮的方式实现二维地图环境的方法和机器人操作系统软件包。
[0005]本专利技术针对基于机器人操作系统的单个移动AGV大型复杂地图构建效率不足，缺少多机间地图信息融合构建的高效框架问题，提出了一种机器人操作系统多机间的两维地图信息共享方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法。
[0007]本专利技术提供了如下的技术方案：
[0008]本专利技术提供一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、构建信息交汇节点：
[0010]信息交汇节点，负责在机器人之间进行所有相关数据的通信，并且以高效的方式进行通信。在提出的方法中，不依赖显式的复杂和不可靠的机器人间的通讯交流源语，而是直接将数据发布到共享主题中，并被范围内的所有机器人接收。这种方式简化了信息的传输：机器人不需要交互控制消息，而是依靠wifi_com的多主通信方式的能力来传递所有数据。所有团队中机器人更新的局部地图都将被发送到网络中，这种方法快速地将新信息转发给所有机器人，有助于尽快生成全局地图信息；
[0011]基于wifi_com包的解决方案：该包通过在远程的机器人上创建主题镜像，在各个独立的机器人操作系统之间传播消息；向该主题发布的任何消息都将通过广播的方式到达多个接收的机器人上，这样可以在不同机器人操作系统之间交换任意数据；wifi_com包可以使用多种路由算法，缺省是使用自组网动态路由算法；
[0012]为对网络故障具有相对的鲁棒性，使用MAC地址来绑定特定的机器人。MAC地址与硬件本身绑定在一起，并且在网络设备的生命周期中不受变化的影响。这样，保证一个机器人总是能够识别给定消息的发送方，而不管发送方的IP可能因网络故障而遭受何种变化。此外，机器人团队的规模能够扩展，能够动态地创建一个队友列表。wifi_com的动态路由能够动态扩展，能够从链路的故障中恢复过来，并且能够根据需要建立新的链路；
[0013]步骤二、构建地图融合节点：
[0014]地图融合节点负责融合(即对齐和合并)一对地图，用于计算初始的栅格代价地图参考帧和融合后的参考帧之间的几何变换。该模块的核心是对齐算法的实现。该算法采用基于霍夫变化的图像处理方法对栅格占用信息进行融合，以更新现有栅格占用数据的变换。此节点与系统其他部分解耦，可以采用任何一个高效的地图融合算法来实现；
[0015]步骤三、构建全局地图生成节点：
[0016]该节点负责融合所有可用信息构建地图环境的表示。它通过控制地图融合节点来迭代的进行，而地图融合节点作为基础操作一次融合两个栅格地图。全局地图生成节点接收栅格地图向量，并迭代构建树状数据结构的栅格地图。
[0017]当接收到新的栅格信息时，无论此信息是来自本地还是来自远程合作的机器人，该节点都开始构建新的地图环境将新的信息纳入其中。这样做是以增量的方式进行。为避免一旦合并失败即在所有完整的地图中都包含错误的灾难性的结果，采用树状表示的地图存储方式。地图存储的树状表示使得能够在收到新地图时重用这些信息。当接收到新的栅格地图时，只对依赖于新接收栅格的中间地图进行重新合并，从而避免了完全重建全部地图的复杂操作。这个结构用从不同来源接收的前两个地图开始初始化操作，随着新地图加入任务，结构会随后增长以容纳更多信息。当新地图加入任务时，树状结构横向生长以适应新数据。
[0018]步骤四、构建输入输出辅助节点：
[0019]地图导入节点(输入辅助节点)，截取本机SLAM节点输出的所有栅格地图和本机位姿信息，并将其通过信息交汇节点引入到系统中。在引入系统之前，对栅格地图进行了裁剪，即从栅格地图中删除冗余的自由空间信息。
[0020]远程导航节点(输出辅助节点)接收来自全局地图生成节点的转换信息和来自信息交汇节点的外部机器人位姿信息，正确标记并按格式序列化后，周期性地将其提交到机器人操作系统的坐标转换(TF)节点，以便坐标转换节点完成机器人位姿和地图位姿之间的几何变换。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0022]1)本专利技术提出了一种在采用机器人操作系统的AGV上实现多机间两维地图信息共享与融合的方式；每个AGV上进行信息融合来合并多个AGV上收集的地图信息，从而高效的完成大型地图的构建；
[0023]2)本专利技术是分布式的，即能够不依赖于一个集中式的处理单元，每个AGV都能够同步并行的获取全局地图信息，即本专利技术的方法也具有鲁棒性，对通信中的故障具有抗毁性，即协同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多个移动机器人间的两维地图信息共享方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建信息交汇节点：信息交汇节点，负责在机器人之间进行所有相关数据的通信，并且以高效的方式进行通信；在提出的方法中，不依赖显式的复杂和不可靠的机器人间的通讯交流源语，而是直接将数据发布到共享主题中，并被范围内的所有机器人接收；这种方式简化了信息的传输：机器人不需要交互控制消息，而是依靠wifi_com的多主通信方式的能力来传递所有数据；所有团队中机器人更新的局部地图都将被发送到网络中，这种方法快速地将新信息转发给所有机器人，有助于尽快生成全局地图信息；基于wifi_com包的解决方案：该包通过在远程的机器人上创建主题镜像，在各个独立的机器人操作系统之间传播消息；向该主题发布的任何消息都将通过广播的方式到达多个接收的机器人上，这样可以在不同机器人操作系统之间交换任意数据；wifi_com包可以使用多种路由算法，缺省是使用自组网动态路由算法；为对网络故障具有相对的鲁棒性，使用MAC地址来绑定特定的机器人；MAC地址与硬件本身绑定在一起，并且在网络设备的生命周期中不受变化的影响；这样，保证一个机器人总是能够识别给定消息的发送方，而不管发送方的IP可能因网络故障而遭受何种变化；此外，机器人团队的规模能够扩展，能够动态地创建一个队友列表；wifi_com的动态路由能够动态扩展，能够从链路的故障中恢复过来，并且能够根据需要建立新的链路；步骤二、构建地图融合节点：地图融合节点负责融合(即对齐和合并)一对地图，用于计算初始的栅格代价地图参考帧和融合后的参考帧之间的几何变换；该模块的核心是对齐算法的实现；该算法采用基于霍夫变...

【专利技术属性】
技术研发人员：李力行，孙涛，
申请(专利权)人：上海澳悦智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：