【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及定位和建图，尤其涉及一种机器人自主建图方法、装置、系统、电子设备及计算机可读存储介质。
技术介绍
1、机器人执行各类任务，如导航、传递、搜索和清洁等，一般都需要对其工作环境建构地图，并确定自己的在环境中的位置，这就需要同时定位与地图构建(simultaneouslocalization andmapping,以下简称slam)技术。其中，基于激光雷达的slam技术具有较多优势，成为目前最受关注的slam方向之一。目前，市面上有很多开源的激光建图整体解决方案，如gmapping、hector、karto、cartographer等，可分为基于滤波器的和基于图优化的。
2、本专利技术人在实施例本专利技术时发现，现有的基于机器人的自主建图方案存在如下不足：(1)对于大场景(大面积)的地图构建，采用单个机器人对整个场景进行一次建图，所花费的时间非常大，工作效率极低；在建图过程中如果被打断，有可能建图失败导致需要重新建图；而且场景规模越大，累积的误差越大，从而影响最后生成的完整地图的精确度。(2)在自主建图时往往利用墙体结合摆放实体障碍物限制机器人的可活动区域，即利用墙体及实体障碍物作为机器人的自主建图活动边界，这样一方面实体障碍物摆放不方便，另外一方面，如果主建图活动边界比较大，则摆放的实体障碍物的数量就比较多。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种机器人自主建图方法、装置、系统、电子设备及计算机可读存储介质，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题
2、一方面，本申请实施例公开了一种机器人自主建图方法，适用于通过机器人对待建图区域进行自主建图，所述待建图区域包括基准区域以及至少一个待建图子区域，所述待建图子区域与所述基准区域存在公共区域，所述公共区域上排列多个二维码/色块标签，每个所述二维码/色块标签的长度和宽度为已知值，相邻的两个二维码/色块标签之间的间距小于所述机器人的机身宽度；所述机器人自主建图方法包括步骤：
3、s1、对所述基准区域进行自主建图得到基准地图；所述基准地图为由多个基准子地图转换构成的栅格地图，每个所述基准子地图包括预设帧的基准点云数据；在自主建图中，通过机器人上设置的相机获取并计算每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿，并根据每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿计算得到每一所述二维码/色块标签在所述基准地图的坐标及标记对应的虚拟墙栅格，在所述基准地图上将标记的虚拟墙栅格依次连接构成所述公共区域上的完整虚拟墙；
4、s2、对所述待建图子区域进行实时建图，将对所述待建图子区域采集的实时点云数据及基于采集预设帧的点云数据所创建完成的实时子地图与所述基准点云数据及基准子地图进行回环优化，从而得到所述待建图子区域优化后的所有历史子地图的位姿以及所有点云数据的位姿，直至完成所述待建图子区域的建图以生成子区域地图；所述子区域地图为由多个优化后的子地图转换构成的栅格地图，在对所述待建图子区域进行实时建图时，通过机器人上设置的相机获取并计算每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿，并根据每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿计算得到每一所述二维码/色块标签在所述子区域地图的坐标及对应的虚拟墙栅格，在所述子区域地图上将标记的虚拟墙栅格依次连接构成所述公共区域上的完整虚拟墙；
5、s3、将所述基准地图和所述子区域地图拼接得到所述待建图区域的完整地图。
6、作为上述方案的改进，在对所述基准区域/待建图子区域进行自主建图时，通过以下步骤计算每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿：
7、通过相机拍摄并识别出二维码/色块标签后，通过二维码/色块标签的四个角点并调用opencv的solvepnp函数计算出旋转矩阵和平移矩阵；
8、设po为二维码/色块标签中心点在二维码/色块标签坐标系下的坐标(000)，设pc为相机中心点在二维码/色块标签坐标系下的坐标，则po和pc的相对关系如公式1所示：
9、po＝r1*pc+t1 公式1
10、式中，r1为旋转矩阵t1为平移矩阵；
11、设变换矩阵为则po＝t1*pc 公式1’
12、设p'c为相机中心点在相机坐标系的坐标，p'o为二维码/色块标签中心点在相机坐标系的坐标，由公式1’可以得出:
13、
14、根据公式2得到每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿。
15、作为上述方案的改进，在对所述基准区域/待建图子区域进行自主建图时，通过以下步骤计算得到每一所述二维码/色块标签在所述基准地图/子区域地图的坐标及标记对应的虚拟墙栅格：
16、设t2为相机p'c到机器人base坐标系下的机器人中心点pr的变换矩阵，则p'c＝t2*pr公式3，由公式3和公式2可得二维码/色块标签中心点在机器人base坐标系pr下的坐标为
17、
18、设t3为机器人pr在建图时在地图坐标系下的机器人中心点pw下的变换矩阵，则pr＝t3*pw公式5；由公式4和公式5得出
19、
20、根据公式6得到每一所述二维码/色块标签的中心点在所述基准地图/子区域地图的坐标，并根据每一所述二维码/色块标签的中心点在所述基准地图/子区域地图的坐标及每个所述二维码/色块标签的长度和宽度得到对应的虚拟墙栅格。
21、作为上述方案的改进，通过以下方式识别出二维码/色块标签：预存所述公共区域上排列的每个二维码/色块标签图像，将通过相机实时拍摄的图像与预存的每个二维码/色块标签图像进行图像特征匹配，从而识别出二维码/色块标签；其中，所述公共区域上排列的每个二维码/色块标签图像为全部相同、部分相同或者全部不同。
22、作为上述方案的改进，在所述步骤s2中，所述回环优化具体包括：
23、s21、对所述待建图子区域采集的实时点云数据与所述基准子地图进行匹配以进行回环检测；
24、s22、当匹配度大于预设阈值时，则判断存在回环并执行s23；否则返回步骤s21；
25、s23、以所述基准点云数据及基准子地图作为基准，对所述待建图子区域的所有历史子地图及所有点云数据执行非线性最小二乘优化处理，以优化所述待建图子区域的所有历史子地图及所有点云数据的位姿。
26、作为上述方案的改进，在所述步骤s2中，所述回环优化具体包括：
27、s21、将所述待建图子区域的实时子地图与所述基准点云数据进行匹配以进行回环检测；
28、s22、当匹配度大于预设阈值时，则判断存在回环并执行s23；否则返回步骤s21；
29、s23、以所述基准点云数据及基准子地图作为基准，对所述待建图子区域的所有历史子地图及所有点云数据执行非线性最小二乘优化处理，以优化所述待建图子区域的所有历史子地图及所有点云数据的位姿。
30、作为上述方案的改进，所述机器人为单机器人，所述单机器人本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机器人自主建图方法，其特征在于，适用于通过机器人对待建图区域进行自主建图，所述待建图区域包括基准区域以及至少一个待建图子区域，所述待建图子区域与所述基准区域存在公共区域，所述公共区域上排列多个二维码/色块标签，每个所述二维码/色块标签的长度和宽度为已知值，相邻的两个二维码/色块标签之间的间距小于所述机器人的机身宽度；所述机器人自主建图方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述机器人自主建图方法，其特征在于，在对所述基准区域/待建图子区域进行自主建图时，通过以下步骤计算每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿：
3.根据权利要求2所述机器人自主建图方法，其特征在于，在对所述基准区域/对所述待建图子区域进行实时建图中，通过以下步骤计算得到每一所述二维码/色块标签在所述基准地图/子区域地图的坐标及标记对应的虚拟墙栅格：
4.根据权利要求2所述机器人自主建图方法，其特征在于，通过以下方式识别出二维码/色块标签：预存所述公共区域上排列的每个二维码/色块标签图像，将通过相机实时拍摄的图像与预存的每个二维码/色块标签图像进行图像特征匹配，从而识别出二
5.根据权利要求1所述机器人自主建图方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述回环优化具体包括方式一或方式二；
6.根据权利要求1所述机器人自主建图方法，其特征在于，所述机器人为单机器人，所述单机器人通过不同时段对所述基准区域和待建图子区域进行建图。
7.一种机器人自主建图装置，其特征在于，适用于通过机器人对待建图区域进行自主建图，所述待建图区域包括基准区域以及至少一个待建图子区域，所述待建图子区域与所述基准区域存在公共区域；所述公共区域上排列多个二维码或者色块标签，每个所述二维码或者色块标签的长度和宽度为已知值，相邻的两个二维码或者色块标签之间的间距小于所述机器人的机身宽度；所述机器人自主建图装置包括：
8.一种机器人自主建图系统，其特征在于，适用于对待建图区域进行自主建图，所述待建图区域包括基准区域以及至少一个待建图子区域，所述待建图子区域与所述基准区域存在公共区域；所述公共区域上排列多个二维码/色块标签，每个所述二维码/色块标签的长度和宽度为已知值，相邻的两个二维码/色块标签之间的间距小于所述机器人的机身宽度；所述激光建图系统包括一个单机器人和云端/服务端，所述单机器人对不同区域采集的数据带有独立的标记ID；其中：
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-7任一项所述机器人自主建图方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述机器人自主建图方法。
...【技术特征摘要】
1.一种机器人自主建图方法，其特征在于，适用于通过机器人对待建图区域进行自主建图，所述待建图区域包括基准区域以及至少一个待建图子区域，所述待建图子区域与所述基准区域存在公共区域，所述公共区域上排列多个二维码/色块标签，每个所述二维码/色块标签的长度和宽度为已知值，相邻的两个二维码/色块标签之间的间距小于所述机器人的机身宽度；所述机器人自主建图方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述机器人自主建图方法，其特征在于，在对所述基准区域/待建图子区域进行自主建图时，通过以下步骤计算每一所述二维码/色块标签相对于所述相机的位姿：
3.根据权利要求2所述机器人自主建图方法，其特征在于，在对所述基准区域/对所述待建图子区域进行实时建图中，通过以下步骤计算得到每一所述二维码/色块标签在所述基准地图/子区域地图的坐标及标记对应的虚拟墙栅格：
4.根据权利要求2所述机器人自主建图方法，其特征在于，通过以下方式识别出二维码/色块标签：预存所述公共区域上排列的每个二维码/色块标签图像，将通过相机实时拍摄的图像与预存的每个二维码/色块标签图像进行图像特征匹配，从而识别出二维码/色块标签；其中，所述公共区域上排列的每个二维码/色块标签图像为全部相同、部分相同或者全部不同。
5.根据权利要求1所述机器人自主建图方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述回环优化具体包括方式一或方式二；
6.根据权利要求1所述机器人自主建图方法，其特征在于，所述机器人为单机器人...
【专利技术属性】
技术研发人员：李北辰，
申请(专利权)人：浙江齐元机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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