机器人的导航方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机器人技术领域，尤其涉及机器人的导航方法及装置。
【背景技术】
[0002] 自上世纪60年代可移动的机器在人在斯坦福大学出现以来，随着科学技术的发 展，可移动的机器人的应用领域也发挥来越广泛，从工业延伸至家庭、服务、娱乐、军事等不 同的领域。可移动的机器人的运行是以导航为基础的，需要机器人了解其所处环境的地图 以及定位自身的位置，传统的室内可移动的机器人通常采用激光设备导航，激光设备虽然 导航精度高，但其动辄上万的价格带来了移动机器人过高的制造成本。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供了机器人的导航方法及装置，以解决现有的机器人 导航技术会导致机器人制造成本过高的问题。
[0004] 第一方面，提供了一种机器人的导航方法，所述机器人中内置了体感传感器，所述 方法包括：
[0005] 将点云数据集Pk与所述体感传感器采集到的上一帧的点云数据集X输入KD树匹配 器，在X中寻找离Pk最近的对应数据点，生成点对集合Y k = C(Pk，X)，其中，所述k为迭代次数， 初始化k = 0，Po为所述体感传感器采集到的当前帧的点云数据集；
[0006] 将所述点云数据集Pk与所述点云数据集X进行配准；
[0007] 在未达到预设的终止条件之前，令k = k+l，返回执行所述将点云数据集Pk与所述 体感传感器采集到的上一帧的点云数据集X输入KD树匹配器的操作；
[0008] 若已达到所述预设的终止条件，根据当前的点云数据集Pk矫正所述机器人的状态 变化量。
[0009 ]第二方面，提供了一种机器人的导航装置，所述机器人中内置了体感传感器，所述 装置包括：
[0010] 输入单元，用于将点云数据集Pk与所述体感传感器采集到的上一帧的点云数据集 X输入KD树匹配器，在X中寻找离Pk最近的对应数据点，生成点对集合Yk = C(Pk，X)，其中，所 述k为迭代次数，初始化k = 0，PQ为所述体感传感器采集到的当前帧的点云数据集；
[0011] 配准单元，用于将所述点云数据集pk与所述点云数据集X进行配准；
[0012] 第一返回单元，用于在未达到预设的终止条件之前，令k = k+l，返回执行所述输入 单元的操作；
[0013] 第一矫正单元，用于若已达到所述预设的终止条件，根据当前的点云数据集Pk矫 正所述机器人的状态变化量。
[0014] 在本发明实施例中，利用体感传感器来替代激光设备，实现机器人导航过程中的 位姿矫正，大大降低了机器人的制造成本。
【附图说明】
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0016] 图1是本发明实施例提供的机器人硬件系统的结构框图；
[0017] 图2是本发明实施例提供的机器人软件系统的结构框图；
[0018] 图3是本发明实施例提供的机器人的导航方法的实现流程图；
[0019] 图4是本发明实施例提供的机器人的导航方法的处理模块示意图；
[0020] 图5是本发明另一实施例提供的机器人的导航方法的实现流程图；
[0021] 图6是本发明实施例提供的机器人的导航方法的点集对齐示意图；
[0022] 图7是本发明实施例提供的机器人的导航装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0023] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具 体细节，以便透切理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体 细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电 路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0024] 图1示出了本发明实施例提供的机器人硬件系统的结构框图，为了便于说明，仅示 出了与本实施例相关的部分。
[0025] 如图1所示，机器人的硬件系统主要由以下几个部分组成：
[0026] 1、工业控制计算机:其上搭载了操作系统，用于对数据进行处理和存储，并为硬件 系统中的其他模块提供服务；
[0027] 2、体感传感器:用于收集机器人所处环境的色彩和深度信息；
[0028] 3、运动传感器:用于获取机器人的运动信息，包括码盘、陀螺仪等传感器；
[0029] 4、驱动控制单元:通过将驱动信号输入底层控制器，以驱动机器人行走。
[0030] 5、其他模块:包括显示模块，通信模块及各模块之间的通信接口。
[0031]图2示出了本发明实施例提供的机器人软件系统的结构框图，为了便于说明，仅示 出了与本实施例相关的部分。
[0032] 如图2所示，机器人的软件系统由下至上主要由以下几个部分组成：
[0033] 1、操作系统:其搭载在工业控制计算机之上；
[0034] 2、机器人驱动程序；
[0035] 3、机器人操作系统(R0S);
[0036] 4、导航功能包:其安装在机器人操作系统之中。
[0037]在本发明实施例中，采用工业控制计算机作为主要计算处理单元，体感传感器、码 盘将采集的数据发送到工业控制计算机，通过计算构建地图并实现移动机器人的定位。在 导航的过程中，移动机器人通过底层的嵌入式系统控制机器人驱动行走。
[0038]基于图1和图2所示的机器人的软硬件结构，接下来对本发明实施例提供的机器人 的导航方法进行阐述：
[0039] 图3示出了本发明实施例提供的机器人的导航方法的实现流程，详述如下：
[0040] 在S301中，将点云数据集Pk与所述体感传感器采集到的上一帧的点云数据集X输 入KD (K-d imens i ona 1，K维)树匹配器，在X中寻找离Pk最近的对应数据点，生成点对集合Yk = 以?1<3)，其中，所述1^为迭代次数，初始化1^ = 0，？()为所述体感传感器采集到的当前帧的点云 数据集。
[0041] 体感传感器采集图像的速率为30帧/秒，通过迭代最近点方法，不断地把体感传感 器采集到的当前帧的点云数据与上一帧的点云数据匹配，以实现进一步的位姿矫正。如图4 所示，数据点滤波器把点云数据作为输入，并在处理后输出另一点云数据，其处理方式包括 增加描述符、通过采样减少数据点数量等，也可以同时使用多个数据点滤波器，用户可按需 选择。
[0042] 进一步地，在S301之后，S302之前，所述方法还包括：
[0043] 通过外层滤波器检测所述点对集合Yk，去除所述点对集合Yk中不满足预设规则的 点对。
[0044] 例如，可以通过判断两个点之间的距离是否超过某个阈值，若超过则去除这两个 点。
[0045]在S302中，将所述点云数据集Pk与所述点云数据集X进行配准。
[0046]具体地，可以首先计算矩阵Q( Spy)的特征向量qR= [qo qi q2 q3]，其中，
所述ΣΡΥ是点集Pk和Yk 的协互方差矩阵，I3是3阶单位矩阵，Δ=[Α23 A31 A12]t，
[0047]其次，根据所述特征向量qR计算旋转矩阵R和平移向量qT，获取配准向量q= [qR q τ ] T，以实现将所述点云数据集P k与所述点云数据集X进行配准。其中：
)，qT = yy-R (qR) μρ，所述yy和μΑ别是点集Yk和Pk的质心。
[0048]在S303中，在未达到预设的终止条件之前，令k = k+l，返回执行所述将点云数据集 Pk与所述体感传感器采集到的上一帧的点云数据集X输入KD树匹配器的操作。
[0049]在S304中，若已达到所述预设的终止条件，根据当前的点云数据集Pk矫正所述机 器人的状态变化量。
[0050]在本发明实施例中，所述预设的终止条件包括：
[0051 ]所述k