一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法技术

本发明专利技术公开了一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，通过在线子区域更新和分层规划，显著提高了探索效率，降低了计算消耗。首先，使用快速环境预处理方法，仅检查已更新边界提取前沿点，从而减少计算负担。其次，构建稀疏拓扑图，将空间离散化，并利用KD树存储拓扑节点，避免在三维体素地图上进行耗时的路径搜索。此外，提出了子区域的层级结构划分，将环境分为多个自适应子区域，实时更新环境信息，支持后续探索规划。采用分层规划策略，将环境覆盖建模为旅行商问题，求解全局覆盖路径，考虑子区域访问的总体路径长度。相较于贪婪策略，此方法提供了长期视角，提高了探索效率。最终，方法通过仿真和实测验证，证明其高效性和可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地面机器人，具体涉及一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法。

技术介绍

1、近年来，地面移动机器人在搜索救援、环境监测及工业自动化等关键领域的广泛应用，已显著提升了作业效率并确保了极端或危险条件下的人员安全。其核心优势在于，机器人能够自主导航与探索未知环境，无需人工直接干预。尽管历经数十年的研究与发展，已涌现出多种自主勘探技术与方法，但在面对大规模、拓扑结构复杂的环境时，实现高效、全面的自主探索任务依然面临严峻挑战。主流的勘探框架主要包括基于边界的方法和基于采样的方法。边界方法侧重于识别并优先探索自由空间与未知区域之间的交界地带，而采样方法则通过随机选择并评估潜在视点的方式引导探索进程。这两种方法均通过不断迭代地搜索与评估，逐步覆盖整个环境。然而，一些限制仍然阻碍了自主探索的发展，如下所述：

2、首先是高计算成本。边界的精确检测与视点的潜在收益评估，涉及复杂的体素占用状态检查及光线追踪算法，导致计算资源消耗巨大。对于资源受限的边缘计算平台而言，满足实时性需求尤为困难。其次是低效率。多数现有方法倾向于采用贪婪策略，即直接前往本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，通过地面无人平台上搭载的激光雷达与惯性测量单元，使用SLAM算法对当前环境进行扫描建图，同时获取无人平台的位姿信息，并使用UFOMap建图算法生成当前环境的三维体素地图；基于生成当前环境的三维体素地图，对当前已建图的环境区域进行快速预处理，包括增量式前沿点提取、稀疏拓扑路图构建和视点生成，即得到当前环境的有效信息。

3.根据权利要求2所述的一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，所述...

【技术特征摘要】

1.一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，通过地面无人平台上搭载的激光雷达与惯性测量单元，使用slam算法对当前环境进行扫描建图，同时获取无人平台的位姿信息，并使用ufomap建图算法生成当前环境的三维体素地图；基于生成当前环境的三维体素地图，对当前已建图的环境区域进行快速预处理，包括增量式前沿点提取、稀疏拓扑路图构建和视点生成，即得到当前环境的有效信息。

3.根据权利要求2所述的一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，所述slam算法的输入为当前时刻的点云数据与惯性测量单元测量的车身加速度、角速度和角加速度信息，输出为机器人的位姿估计和点云地图；ufomap算法的输入为位姿估计与当前时刻的点云数据，输出为已探索部分的环境三维体素地图。

4.根据权利要求2所述的一种在线子区域更新和分层规划的三维环境覆盖方法，其特征在于，所述对当前已建图的环境区域进行快速预处理，具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种在线子区域更新和分层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，龙诗军，樊伟，徐彬，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：