機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，包括將室內(nèi)空間的柵格地圖作為先驗(yàn)地圖，室內(nèi)空間被分為多個(gè)室內(nèi)區(qū)域，在初始化地圖的過程中設(shè)置多個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)，導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包括位置坐標(biāo)和室內(nèi)區(qū)域編號(hào)，當(dāng)機(jī)器人需要從起始位置自主導(dǎo)航到目標(biāo)位置時(shí)，機(jī)器人基于導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域編號(hào)、先驗(yàn)的柵格地圖，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的感知數(shù)據(jù)，找到跟機(jī)器人起始位置和目標(biāo)位置處于同一室內(nèi)區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)，機(jī)器人基于各個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，規(guī)劃出一條最合理的路徑，完成自主導(dǎo)航。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人自主導(dǎo)航的地圖表示方法在路徑搜索效率和硬件資源開銷以及路徑準(zhǔn)確度方面的問題。
【專利說明】
機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖 表示方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自二十世紀(jì)六十年代末期，斯坦福研究院研制出了世界上第一臺(tái)名為化akey的自 主移動(dòng)機(jī)器人W來，移動(dòng)機(jī)器人已不僅僅局限于工業(yè)制造領(lǐng)域，而在軍事、民用和科研等諸 多領(lǐng)域都得到了廣泛的研究與發(fā)展，同時(shí)，機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境也發(fā)生了很大變化，從純粹的 室內(nèi)環(huán)境發(fā)展到航空、地下、水下和地面等諸多場所。
[0003] 近年來，隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，而自主 移動(dòng)機(jī)器人越來越成為科技界的研究熱點(diǎn)，其中的導(dǎo)航問題是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的關(guān)鍵 問題。
[0004] 移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航是指機(jī)器人依靠自身攜帶的傳感器在特定環(huán)境中，按時(shí)間 最優(yōu)、路徑最短或能耗最低等原則實(shí)現(xiàn)從起始位置到目標(biāo)位置的無碰撞運(yùn)動(dòng)。因此，要實(shí)現(xiàn) 機(jī)器人的自主導(dǎo)航，必須要解決機(jī)器人移動(dòng)過程中的定位、地圖構(gòu)建和路徑規(guī)劃的問題。在 現(xiàn)有技術(shù)中，用于機(jī)器人自主導(dǎo)航的地圖表示方法通常分為基于柵格地圖和基于拓?fù)涞貓D 兩類。
[0005] 對(duì)于基于純柵格的地圖作為后期的路徑捜索基礎(chǔ)，效率低且精度不高，因?yàn)槿?柵格地圖通常面臨資源消耗隨著運(yùn)動(dòng)范圍線性增大的問題，整個(gè)項(xiàng)目的硬件開銷比較大， 另外柵格地圖也難W精確地反應(yīng)近距離地形。對(duì)于基于拓?fù)涞貓D的路徑規(guī)劃應(yīng)用中，現(xiàn)有 的捜索算法通常會(huì)根據(jù)一定的規(guī)則去捜索拓?fù)涞貓D中的節(jié)點(diǎn)，然后規(guī)劃出一條路徑，當(dāng)任 務(wù)需要機(jī)器人從起始位置自主導(dǎo)航到目標(biāo)位置時(shí)，如果W捜索最近節(jié)點(diǎn)為原則，由于機(jī)器 人沒有其他形式的先驗(yàn)地圖，機(jī)器人在路徑捜索過程會(huì)把某一最近節(jié)點(diǎn)當(dāng)作最近可通行的 節(jié)點(diǎn)，而如果此時(shí)機(jī)器人與運(yùn)一節(jié)點(diǎn)之間存在障礙物，即使加上局部路徑規(guī)劃方法成功導(dǎo) 航至目標(biāo)位置，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的導(dǎo)航看起來比較笨拙，另外，現(xiàn)實(shí)生活中的環(huán)境多種多 樣，簡單的拓?fù)涞貓D雖然捜索效率高，但是出錯(cuò)的幾率也相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，W解決現(xiàn)有技術(shù) 中機(jī)器人自主導(dǎo)航的地圖表示方法在路徑捜索效率、硬件資源開銷和路徑準(zhǔn)確度方面的問 題。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方 法，包括W下步驟：
[000引SI.將室內(nèi)空間的柵格地圖作為機(jī)器人自主導(dǎo)航的先驗(yàn)地圖，室內(nèi)空間被分為多 個(gè)室內(nèi)區(qū)域；
[0009] S2.在初始化地圖的過程中設(shè)置多個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包括表 示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)在全局地圖坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)和導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域的編號(hào)；
[0010] S3.當(dāng)機(jī)器人需要從起始位置自主導(dǎo)航到目標(biāo)位置時(shí)，機(jī)器人基于導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域編號(hào)、機(jī)器人本身的定位的先驗(yàn)的柵格地圖，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的感知數(shù)據(jù)，找 到跟機(jī)器人起始位置和目標(biāo)位置處于同一室內(nèi)區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)；
[0011] S4.機(jī)器人基于各個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，規(guī)劃出一條最合理的路徑，完成自主 導(dǎo)航。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟Sl中，根據(jù)SLAM的方式得至幢內(nèi)空間的柵格地圖。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟S2中，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)形式為（id,x，y)，其中，（x，y)表示 導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)在全局地圖坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，id表示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域的編號(hào)， 同一個(gè)室內(nèi)區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的id相同。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟S3中，機(jī)器人通過載有的激光雷達(dá)得到感知數(shù)據(jù)。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟S3中，機(jī)器人通過載有的視覺傳感器得到感知數(shù)據(jù)。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟S3中，機(jī)器人通過載有的里程計(jì)得到感知數(shù)據(jù)。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟Sl和S2之前，將地圖數(shù)據(jù)存入xml文檔中，在初始化機(jī)器人時(shí)，程 序從xml文檔中讀入地圖的配置文件，完成地圖的初始化。
[0018] 優(yōu)選地，所述xml文檔中包括公共設(shè)置項(xiàng)、導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)項(xiàng)和地圖數(shù)據(jù)項(xiàng)，所述公共 設(shè)置項(xiàng)包括地圖寬度、地圖高度和像素實(shí)際大小，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)項(xiàng)包括節(jié)點(diǎn)定義和節(jié)點(diǎn) 連接關(guān)系定義。
[0019] 優(yōu)選地，所述地圖寬度和地圖高度的數(shù)值單位為像素，所述像素實(shí)際大小的數(shù)值 單位為cm。
[0020] 優(yōu)選地，所述地圖數(shù)據(jù)項(xiàng)的參數(shù)為行優(yōu)先，二維地圖矩陣數(shù)據(jù)至一維字符串表達(dá)。
[0021] 本發(fā)明的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人自主導(dǎo) 航的地圖表示方法在路徑捜索效率和硬件資源開銷W及路徑準(zhǔn)確度方面的問題，同時(shí)吸收 了柵格地圖和拓?fù)涞貓D兩種地圖表示方法的優(yōu)點(diǎn)，將運(yùn)兩種地圖表示方法巧妙地結(jié)合在了 一起，有效的降低了硬件成本，且不丟失太多環(huán)境信息，并且在后期的機(jī)器人自主導(dǎo)航的路 徑捜索中，不再是基于單一的純柵格地圖或者純拓?fù)涞貓D，在沒有增加額外開銷的情況下， 找到機(jī)器人路徑捜索中效率、準(zhǔn)確度和資源消耗的平衡點(diǎn)，能在效率和路徑準(zhǔn)確度方面都 得到大大的提升。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。W下實(shí)施例用于 說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024] 如圖1所示，本實(shí)施例的機(jī)器人室內(nèi)組主導(dǎo)航的地圖表示方法包括W下步驟：
[0025] SI.當(dāng)機(jī)器人處于陌生的室內(nèi)環(huán)境中時(shí)，根據(jù)SLAM的方式或者其他方式，得到室內(nèi) 空間的柵格地圖，將室內(nèi)空間的柵格地圖作為機(jī)器人自主導(dǎo)航的先驗(yàn)地圖，室內(nèi)空間被分 為多個(gè)室內(nèi)區(qū)域。
[0026] S2.在初始化地圖的過程中設(shè)置多個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包括表 示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)在全局地圖坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)和導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域的編號(hào);所述 導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)形式為（id,x，y)，其中，（x，y)表示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)在全局地圖坐標(biāo)系中的位 置坐標(biāo)，id表示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域的編號(hào)，同一個(gè)室內(nèi)區(qū)域(如邸室、客廳和廚房 等）內(nèi)的導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的id相同。
[0027] S3.當(dāng)機(jī)器人需要從起始位置自主導(dǎo)航到目標(biāo)位置時(shí)，機(jī)器人基于導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域編號(hào)、機(jī)器人本身的定位的先驗(yàn)的柵格地圖，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的感知數(shù)據(jù)，找 到跟機(jī)器人起始位置和目標(biāo)位置處于同一室內(nèi)區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn);機(jī)器人通過載有的激 光雷達(dá)、視覺傳感器或里程計(jì)得到感知數(shù)據(jù)。
[00%] S4.機(jī)器人基于各個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，規(guī)劃出一條最合理的路徑，完成自主 導(dǎo)航。
[0029] 所述步驟Sl和S2之前，將地圖數(shù)據(jù)存入xml文檔中，在初始化機(jī)器人時(shí)，程序從xml 文檔中讀入地圖的配置文件，完成地圖的初始化。所述xml文檔中包括公共設(shè)置項(xiàng)、導(dǎo)航路 標(biāo)點(diǎn)項(xiàng)和地圖數(shù)據(jù)項(xiàng)，所述公共設(shè)置項(xiàng)包括地圖寬度、地圖高度和像素實(shí)際大小，所述導(dǎo)航 路標(biāo)點(diǎn)項(xiàng)包括節(jié)點(diǎn)定義和節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系定義。所述地圖寬度和地圖高度的數(shù)值單位為像 素，所述像素實(shí)際大小的數(shù)值單位為cm。所述地圖數(shù)據(jù)項(xiàng)的參數(shù)為行優(yōu)先，二維地圖矩陣數(shù) 據(jù)至一維字符串表達(dá)。
[0030] xml文檔的具體格式示例如下：
[0031]
[0032] xml文檔的樣例如下：
[0033]
[0034] 本發(fā)明的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人自主導(dǎo) 航的地圖表示方法在路徑捜索效率和硬件資源開銷W及路徑準(zhǔn)確度方面的問題，同時(shí)吸收 了柵格地圖和拓?fù)涞貓D兩種地圖表示方法的優(yōu)點(diǎn)，將運(yùn)兩種地圖表示方法巧妙地結(jié)合在了 一起，有效的降低了硬件成本，且不丟失太多環(huán)境信息，并且在后期的機(jī)器人自主導(dǎo)航的路 徑捜索中，不再是基于單一的純柵格地圖或者純拓?fù)涞貓D，在沒有增加額外開銷的情況下， 找到機(jī)器人路徑捜索中效率、準(zhǔn)確度和資源消耗的平衡點(diǎn)，能在效率和路徑準(zhǔn)確度方面都 得到大大的提升。
[0035] 本發(fā)明的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā) 明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選 擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，包括以下步驟：51. 將室內(nèi)空間的柵格地圖作為機(jī)器人自主導(dǎo)航的先驗(yàn)地圖，室內(nèi)空間被分為多個(gè)室 內(nèi)區(qū)域；52. 在初始化地圖的過程中設(shè)置多個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包括表示導(dǎo) 航路標(biāo)點(diǎn)在全局地圖坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)和導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域的編號(hào)；53. 當(dāng)機(jī)器人需要從起始位置自主導(dǎo)航到目標(biāo)位置時(shí)，機(jī)器人基于導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 室內(nèi)區(qū)域編號(hào)、機(jī)器人本身的定位的先驗(yàn)的柵格地圖，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的感知數(shù)據(jù)，找到跟 機(jī)器人起始位置和目標(biāo)位置處于同一室內(nèi)區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)；54. 機(jī)器人基于各個(gè)導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，規(guī)劃出一條最合理的路徑，完成自主導(dǎo) 航。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述步驟 Sl中，根據(jù)SLAM的方式得到室內(nèi)空間的柵格地圖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述步驟 S2中，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)形式為（id，x，y)，其中，（x，y)表示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)在全局地圖坐 標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，id表示導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的室內(nèi)區(qū)域的編號(hào)，同一個(gè)室內(nèi)區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航 路標(biāo)點(diǎn)的id相同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述步驟 S3中，機(jī)器人通過載有的激光雷達(dá)得到感知數(shù)據(jù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述步驟 S3中，機(jī)器人通過載有的視覺傳感器得到感知數(shù)據(jù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述步驟 S3中，機(jī)器人通過載有的里程計(jì)得到感知數(shù)據(jù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征 在于，所述步驟Sl和S2之前，將地圖數(shù)據(jù)存入xml文檔中，在初始化機(jī)器人時(shí)，程序從xml文 檔中讀入地圖的配置文件，完成地圖的初始化。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述xml 文檔中包括公共設(shè)置項(xiàng)、導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)項(xiàng)和地圖數(shù)據(jù)項(xiàng)，所述公共設(shè)置項(xiàng)包括地圖寬度、地圖 高度和像素實(shí)際大小，所述導(dǎo)航路標(biāo)點(diǎn)項(xiàng)包括節(jié)點(diǎn)定義和節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系定義。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述地圖 寬度和地圖高度的數(shù)值單位為像素，所述像素實(shí)際大小的數(shù)值單位為cm。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航的地圖表示方法，其特征在于，所述地 圖數(shù)據(jù)項(xiàng)的參數(shù)為行優(yōu)先，二維地圖矩陣數(shù)據(jù)至一維字符串表達(dá)。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK105953785SQ201610230164
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】王運(yùn)志
【申請(qǐng)人】青島克路德機(jī)器人有限公司