一种机器人局部障碍物地图构建方法及装置与流程

本发明涉及机器人地图构建，尤其涉及一种机器人局部障碍物地图构建方法及装置。

背景技术：

1、当前机器人正朝着智能化，自主化方向发展，在机器人在自主移动的过程中，需要基于传感器信息建立障碍物地图用于轨迹规划从而避开障碍物。现有的机器人建图方式中，通常采用激光雷达或深度相机获取障碍物点云信息，但由于激光雷达或深度相机等传感器存在噪声，因此在建图过程中通常采用占用栅格地图，通过动态更新栅格的占据概率从而较为准确地表示障碍物信息。

2、然而这种方法在建图前需要预先确定地图大小并分配内存，而机载处理设备的计算及内存资源通常较为有限，因此上述方法在地图大小未知且机器人运动范围较大情况下不适用。除此之外，针对旋翼无人机此类机动性较强的机器人，仅通过前向一到两个传感器难以发挥其机动性进行全向运动，因此可通过多个传感器信息融合的方式建立局部障碍物地图。并且现有建图技术在机器人活动范围较大时需要占用大量内存，且内存占用达到机载处理模块上限后，机器人在长时间大范围运动过程中容易超出地图边界，同时若定位信息产生偏移超出地图边界时也会进一步导致无法建图或程序崩溃。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种机器人局部障碍物地图构建方法及装置，以解决机器人在大范围移动条件下的局部障碍物地图构建及更新的技术问题。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：一种机器人局部障碍物地图构建方法，包括如下步骤：

3、s1：构建初始局部占据栅格地图，并初始化索引偏移量缓存；

4、s2：通过深度相机获取障碍物深度信息，并根据深度相机内参以及深度相机与机器人之间的外参，获取障碍物点云数据；

5、s3：根据点云数据更新栅格状态，并在遍历完成后根据局部范围内的栅格状态更新占据栅格地图；

6、s4：基于位置偏移量、索引偏移量缓存以及原有占据状态，更新当前位置局部范围内的占据状态；

7、s5：局部范围内的占据状态更新完成后，更新机器人的索引偏移量缓存。

8、进一步的，步骤s1具体为：以机器人为中心点，以预设大小范围创建初始局部占据栅格地图，用于存储三维空间各局部相对位置的占据状态，并对每个栅格单元赋未知状态初始值，同时定义x、y、z三轴方向上索引偏移量缓存，用于记录位置变化过程中无法取整的微小偏移量。

9、进一步的，步骤s2具体为：通过深度相机投影模型，将图像坐标系上的点投影至深度相机坐标系，再基于深度相机的位姿将深度相机坐标系上点投影至世界坐标系，从而将深度信息转换为世界坐标系下的三维空间点云数据。

10、进一步的，步骤s3包括如下子步骤：

11、s31：遍历步骤s2所获取的点云数据，判断点云数据所在位置是否在所需更新的局部地图范围之内；

12、s32：遍历完成后，根据步骤s31的判断结果，判断当前栅格是否存在障碍物。

13、进一步的，步骤s31具体为：遍历步骤s2所获取的点云数据，若点云数据所在位置在所需更新的局部地图范围之内，则在对应的位置赋值一次命中，否则在局部地图边界与射线的交点位置赋值一次空闲，并在局部地图范围内从射线终点开始向相机点步进，对每一个中途点都赋值一次空闲。

14、进一步的，步骤s32具体为：遍历完成后，根据每个栅格命中及空闲的次数判断当前栅格为障碍物的概率：若命中次数大于空闲次数，则增加当前栅格的占据概率，否则减小当前栅格的占据概率，随后判断当前栅格的占据概率，若高于预设阈值，则认为当前栅格存在障碍物，否则认为当前栅格无障碍物。

15、进一步的，若存在多个深度相机，则将多个深度相机的数据进行融合，并根据步骤s2和s3更新栅格占据状态和栅格地图。

16、进一步的，步骤s4包括如下子步骤：

17、s41：当机器人位置发生改变时，计算机器人当前实际位置与上一时刻位置的偏移量，除以地图分辨率后，再加上前期的索引偏移量缓存，得到局部栅格地图的实际索引偏移量；

18、s42：更新当前位置局部范围内的占据状态，首先初始化一个新局部占据栅格地图，随后遍历原始局部栅格地图，根据实际索引偏移量计算原始地图在新地图中的位置，若该位置仍处于当前机器人的局部范围内，则将原有的占据概率赋值到新地图对应位置的栅格中。

19、进一步的，步骤s5具体为：局部范围内占据状态更新完成后，重新对索引偏移量缓存进行赋值，更新为实际索引偏移量减去四舍五人取整后的实际索引偏移量。

20、一种机器人局部障碍物地图构建装置，包括：

21、多个深度相机，用于获取全向深度数据；

22、中央处理模块，采用上述机器人局部障碍物地图构建方法，处理深度数据并构建障碍物地图，并根据地图信息及任务信息，控制机器人运动；

23、机器人本体，用于搭载传感器，并执行中央处理模块下发的运动指令。

24、本发明的有益效果在于：本发明基于机器人的位置偏移量及索引偏移量缓存，动态更新局部占据栅格地图，不受机器人活动范围限制，可在任意位置准确感知周围环境，解决了机器人在大范围移动条件下的局部障碍物地图构建及更新问题；同时通过全向多个传感器数据融合的方式，构建出机器人当前位置周围准确的障碍物环境信息。

技术特征：

1.一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s1具体为：以机器人为中心点，以预设大小范围创建初始局部占据栅格地图，用于存储三维空间各局部相对位置的占据状态，并对每个栅格单元赋未知状态初始值，同时定义x、y、z三轴方向上索引偏移量缓存，用于记录位置变化过程中无法取整的微小偏移量。

3.如权利要求1所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s2具体为：通过深度相机投影模型，将图像坐标系上的点投影至深度相机坐标系，再基于深度相机的位姿将深度相机坐标系上点投影至世界坐标系，从而将深度信息转换为世界坐标系下的三维空间点云数据。

4.如权利要求3所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s3包括如下子步骤：

5.如权利要求4所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s31具体为：遍历步骤s2所获取的点云数据，若点云数据所在位置在所需更新的局部地图范围之内，则在对应的位置赋值一次命中，否则在局部地图边界与射线的交点位置赋值一次空闲，并在局部地图范围内从射线终点开始向相机点步进，对每一个中途点都赋值一次空闲。

6.如权利要求4所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s32具体为：遍历完成后，根据每个栅格命中及空闲的次数判断当前栅格为障碍物的概率：若命中次数大于空闲次数，则增加当前栅格的占据概率，否则减小当前栅格的占据概率，随后判断当前栅格的占据概率，若高于预设阈值，则认为当前栅格存在障碍物，否则认为当前栅格无障碍物。

7.如权利要求4所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，若存在多个深度相机，则将多个深度相机的数据进行融合，并根据步骤s2和s3更新栅格占据状态和栅格地图。

8.如权利要求1所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s4包括如下子步骤：

9.如权利要求1所述的一种机器人局部障碍物地图构建方法，其特征在于，步骤s5具体为：局部范围内占据状态更新完成后，重新对索引偏移量缓存进行赋值，更新为实际索引偏移量减去四舍五人取整后的实际索引偏移量。

10.一种机器人局部障碍物地图构建装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种机器人局部障碍物地图构建方法及装置，该方法包括如下步骤：S1：构建初始局部占据栅格地图，并初始化索引偏移量缓存；S2：通过深度相机获取障碍物深度信息，并根据深度相机内参以及深度相机与机器人之间的外参，获取障碍物点云数据；S3：根据点云数据更新栅格状态，并在遍历完成后根据局部范围内的栅格状态更新占据栅格地图；S4：基于位置偏移量、索引偏移量缓存以及原有占据状态，更新当前位置局部范围内的占据状态；S5：局部范围内的占据状态更新完成后，更新机器人的索引偏移量缓存。本发明解决了机器人在大范围移动条件下的局部障碍物地图构建及更新问题。

技术研发人员：张逸冰,郭正华,唐健平,伍明,杨文军,羊东升
受保护的技术使用者：成都国翼电子技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16