一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，包括繪制工作區(qū)域邊界線步驟、邊界特征點(diǎn)標(biāo)注步驟和SLAM地圖構(gòu)建步驟。本發(fā)明提供的智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，能夠直觀第表示出機(jī)器人在某個(gè)時(shí)刻對(duì)整體環(huán)境的理解，而且容易存儲(chǔ)和管理，因此適用于機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)區(qū)域的記憶；同時(shí)能夠?qū)C(jī)器人的路徑規(guī)劃、自主返回充電等技術(shù)研究提供基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能機(jī)器人技術(shù)，尤其涉及一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]信息感知與多信息融合技術(shù)
[0003]信息感知來(lái)源于傳感器，這是智能移動(dòng)機(jī)器人決策規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。移動(dòng)機(jī)器人在行駛時(shí)，必須持續(xù)不斷地感知周圍環(huán)境信息及自身狀態(tài)信息，由于移動(dòng)機(jī)器人工作環(huán)境的復(fù)雜性，機(jī)器人自身狀態(tài)的不確定性，只靠單一的傳感器獲取的環(huán)境信息，往往是局部的、片面的，而高精度和高可靠性的傳感器往往價(jià)格較高，且會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0004]機(jī)器人通常都需要安裝多種傳感器來(lái)感知環(huán)境信息。通過(guò)多種傳感器獲得同類或不同類的壞境，利用相關(guān)的算法進(jìn)行多傳感器信息融合，比如割草機(jī)器人可獲得環(huán)境的真實(shí)、可靠信息，也即多傳感器集成和融合(Mult1-sensor integration and Fusion),多傳感器信息融合的優(yōu)點(diǎn)在于提供了信息冗余、互補(bǔ)和適時(shí)(Timelines)，從而提高了信息的可靠性。
[0005]智能機(jī)器人內(nèi)部最常使用的傳感器類型有接觸式傳感器和非接觸式傳感器。接觸式傳感器可以測(cè)出受動(dòng)器端與其他物體間的實(shí)際接觸；非接觸傳感器則主要是通過(guò)傳感器對(duì)外部信息的理解和感知，從而進(jìn)行環(huán)境信息的提取。一般對(duì)于非接觸式的傳感器根據(jù)其采集信息種類以和采集方式的不同，可以分成外部傳感器和內(nèi)部傳感器兩類:外部傳感器主要用來(lái)采集機(jī)器人外界環(huán)境信息(主要是距離信息)，包括超聲波測(cè)距儀、激光測(cè)距儀、視覺(jué)傳感器等；內(nèi)部傳感器負(fù)責(zé)采集機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的信息(主要是自身的方位角等信息)，包括陀螺儀、羅盤等。
[0006]移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航與自主定位技術(shù)
[0007]移動(dòng)機(jī)器人的準(zhǔn)確定位是保證其正確完成導(dǎo)航、控制任務(wù)的關(guān)鍵之一。定位技術(shù)可以分為絕對(duì)定位技術(shù)和相對(duì)定位技術(shù)。
[0008]相對(duì)定位技術(shù)通常包括測(cè)距法和慣導(dǎo)法。測(cè)距法采用隨時(shí)間累積路程增量的原理，在短期、短距離內(nèi)具有良好的精度，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，成本低廉，并且具有較高的數(shù)據(jù)采樣率；最常用的有里程儀和光電編碼器。慣導(dǎo)法包括陀螺儀和加速度計(jì)，是用測(cè)量值的一次、二次積分計(jì)算向?qū)ζ鋵?shí)位置的偏移量；慣導(dǎo)法具有自包含的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)定位技術(shù)成本低、可靠性較高、對(duì)外部環(huán)境無(wú)特殊要求，可在一段時(shí)間內(nèi)獲得較高定位精度，但其定位誤差往往會(huì)隨時(shí)間不斷積累而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失效，定位誤差主要來(lái)源于初始位姿誤差、模型不確定性以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的擾動(dòng)等，通常可以利用多個(gè)內(nèi)部傳感器信息融合的方法來(lái)獲得較為精確的位姿。
[0009]絕對(duì)定位的技術(shù)一般包括磁羅盤定位、GPS衛(wèi)星定位、路標(biāo)導(dǎo)航法、地圖模型的匹配等。絕對(duì)定位不存在累積誤差問(wèn)題，但是絕對(duì)定位技術(shù)的定位算法如路標(biāo)識(shí)別、地圖匹配等通常都比較復(fù)雜、費(fèi)時(shí)、實(shí)時(shí)性差。
[0010]根據(jù)絕對(duì)定位技術(shù)和相對(duì)定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，通常在定位系統(tǒng)中綜合使用相對(duì)定位技術(shù)和絕對(duì)定位技術(shù)，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以達(dá)到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的定位。
[0011]工作區(qū)域邊界識(shí)別
[0012]對(duì)于智能移動(dòng)機(jī)器人的邊界識(shí)別研究可分成兩種，一種是基于有信標(biāo)的邊界識(shí)另IJ，另一種是基于無(wú)信標(biāo)的邊界識(shí)別。
[0013]對(duì)于第一種方法，國(guó)外的專利中給出了一些方法和觀點(diǎn):預(yù)先使用電纜包圍整個(gè)工作區(qū)域，然后在電纜中通上電流，機(jī)器人工作過(guò)程中通過(guò)探測(cè)通電電纜所形成的磁場(chǎng)來(lái)獲取邊界信息。
[0014]對(duì)于第二種方法，先由人工推著機(jī)器人在整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)無(wú)遺漏的行走一遍，機(jī)器人記錄下所有的軌跡，然后機(jī)器人在以后的工作中重復(fù)先前記錄的路徑。
[0015]地圖的表示方式
[0016]移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要獲知傳感器對(duì)環(huán)境的感知信息，而后通過(guò)處理這些數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)器人周圍的環(huán)境信息以及機(jī)器人當(dāng)前的位置，同時(shí)創(chuàng)建環(huán)境地圖。目前使用的比較多的地圖表示方法有很多，可以大致分成如下三類:柵格地圖、幾何特征地圖以及拓?fù)涞貓D。
[0017]柵格地圖是是將環(huán)境分解成一系列離散的柵格,每個(gè)柵格有一個(gè)值，用每一個(gè)柵格被占據(jù)的概率值來(lái)表示環(huán)境信息，一般標(biāo)識(shí)為是否是障礙物，每個(gè)地圖柵格都與實(shí)際環(huán)境中的一個(gè)小塊區(qū)域?qū)?yīng)，反映出環(huán)境的信息，易于機(jī)器人進(jìn)行地圖信息的存儲(chǔ)。柵格地圖可以詳細(xì)地描述環(huán)境信息，并且很容易創(chuàng)建和維護(hù)。
[0018]幾何特征地圖對(duì)于真實(shí)場(chǎng)景中機(jī)器人的位姿的判定，有著較高的精度，一般對(duì)這種地圖進(jìn)行抽象描述，從而大量減少計(jì)算上的耗費(fèi)。幾何特征地圖能夠精確的表示出機(jī)器人當(dāng)前的位置信息以及障礙物信息，很完整的表示出實(shí)際的室內(nèi)環(huán)境，方便角點(diǎn)的提取以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)計(jì)算，但是同時(shí)也有一系列的問(wèn)題，由于精度比較高，因此在計(jì)算上帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，計(jì)算復(fù)雜度比較高，硬件的要求也就同樣比較高了，對(duì)于家用機(jī)器人很顯然是不太符合條件的；另外對(duì)于室內(nèi)清掃機(jī)器人來(lái)說(shuō)要避免多次重復(fù)的清掃則是十分重要的，因此這就要求對(duì)地圖有一個(gè)記憶的功能，然而如果通過(guò)幾何地圖進(jìn)行地圖存儲(chǔ)，勢(shì)必會(huì)大量增加了時(shí)間以及空間上的復(fù)雜度。
[0019]拓?fù)涞貓D是將環(huán)境中的特殊的位置用節(jié)點(diǎn)表示，然后通過(guò)連線表示環(huán)境中的路徑。節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著環(huán)境中的關(guān)鍵特征點(diǎn)，連線表示的是環(huán)境中各個(gè)節(jié)點(diǎn)彼此之間的連接關(guān)系。拓?fù)涞貓D將環(huán)境中的信息用一些特定的環(huán)境信息來(lái)描述，根據(jù)拓?fù)涞貓D的特點(diǎn)，拓?fù)涞貓D常常用于結(jié)構(gòu)化的環(huán)境下，而拓?fù)涞貓D應(yīng)用在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，其結(jié)構(gòu)將變得十分復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)的描述也會(huì)非常困難，往往不利于處理。拓?fù)涞貓D表示法使環(huán)境具有緊湊性與連貫性。相對(duì)于上述的兩種地圖表示方法，拓?fù)涞貓D具有占用內(nèi)存較小的優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題:即環(huán)境的信息量的大量缺乏，使得對(duì)清掃機(jī)器人對(duì)自身的定位產(chǎn)生了困難；如果存在環(huán)境中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相似的時(shí)候，通過(guò)傳統(tǒng)的處理算法，機(jī)器人很難對(duì)這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)若傳感器存在有較大的誤差的時(shí)候，機(jī)器人將很難根據(jù)撲地圖對(duì)自身的位置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，能夠全區(qū)域覆蓋移動(dòng)機(jī)器人活動(dòng)范圍，并自動(dòng)創(chuàng)建一種低成本、高精度的全局柵格地圖。
[0021]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0022]一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，包括如下步驟:
[0023](1)在X-Y平面坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)繪制機(jī)器人的工作區(qū)域邊界線；
[0024](2)標(biāo)記出工作區(qū)域邊界線上的所有邊界特征點(diǎn)在X-Y平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)位置，并將邊界特征點(diǎn)記錄到地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)數(shù)組中；
[0025](3)在X-Y平面坐標(biāo)系中構(gòu)建SLAM地圖，包括如下步驟:
[0026](31)設(shè)計(jì)柵格的寬度為d，作表達(dá)式為Xi=IXd的直線，i=0，1,2,3-;然后求得直線Xi與工作區(qū)域邊界線的交點(diǎn)的集合N= {NJ，Ni= (NijI = ((XilYij)}, j=l，2，3...，其中Xfi X d，Yij＜Yi (j+D ;
[0027](32)設(shè)計(jì)候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合 M= {Mj , Mi=(Mik) = Kxi, yik) I，k=l, 2，3...,其中yik=mXd，m=0, I, 2，3...；yijmin ≤ yik ≤ yiJmax ；
[0028](33)判斷出候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M中實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)，將實(shí)際存在與工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)記錄到地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)數(shù)組中；候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M中實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)的判斷條件為:點(diǎn)(Xi，yik)中yik的值必須位于yijPyia+1)之間，且j為奇數(shù)；
[0029](34)判斷Xi=i X d的值大小，若Xi=i X d>Xmax成立，則跳轉(zhuǎn)至步驟(35)，否則跳轉(zhuǎn)至步驟(32);其中Xmax為所有邊界特征點(diǎn)中的最大X值；
[0030](35)構(gòu)建柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，遍歷地圖特征數(shù)組，并將其記錄紙存儲(chǔ)單元中。
[0031]優(yōu)選的，所述步驟(35)中，在構(gòu)建柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，地圖節(jié)點(diǎn)特征數(shù)組中的元素按照X由小到大插入，遍歷地圖節(jié)點(diǎn)特征數(shù)組中的節(jié)點(diǎn)時(shí)，建立多維地圖數(shù)組，以二維地圖坐標(biāo)Map [a] [b]的格式保存節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息,且Map [a] [b]滿足如下要求:Map[a] [b]的X值小于 Map [a] [b+1]的 X 值；Map [a] [b]的 Y 值小于 Map [a+1] [b]的 Y 值；a=0，1，2，3...，b=0, I, 2，3...;所述多維地圖數(shù)組中同時(shí)包含節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置處的環(huán)境信息，比如相應(yīng)位置處的地貌特征、是否含有假山、河流或其他可能的信息等。
[0032]優(yōu)選的，所述步驟(I)的具體實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟:
[0033](11)為機(jī)器人裝載加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤；
[0034](12)在機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)任取一點(diǎn)，記該點(diǎn)為輔助原點(diǎn)(0，0)，任取一經(jīng)過(guò)輔助原點(diǎn)(0，0)的直線L，以直線L為輔助Y軸，以與輔助Y軸垂直并交與輔助原點(diǎn)的直線為輔助X軸，建立輔助X-Y平面坐標(biāo)系；
[0035](13)讓機(jī)器人從原點(diǎn)出發(fā)，沿著直線L行走至工作區(qū)域邊界，并按照逆時(shí)針?lè)较蜓刂ぷ鲄^(qū)域邊界線行走一圈；在機(jī)器人沿著工作區(qū)域邊界線行走一圈的過(guò)程中，通過(guò)加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤采集數(shù)據(jù)并定位計(jì)算出行走過(guò)程中出現(xiàn)的邊界特征點(diǎn)在輔助X-Y平面坐標(biāo)系上的相對(duì)位置坐標(biāo)；
[0036](14)將輔助X-Y平面坐標(biāo)系向輔助X軸負(fù)方向平移、向輔助Y軸負(fù)方向平移，將平移后的輔助X-Y平面坐標(biāo)系記為X-Y平面坐標(biāo)系，使得所有邊界特征點(diǎn)均位于X-Y平面坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)。
[0037]需要說(shuō)明的是，對(duì)于所有邊界特征點(diǎn)的確定，可以通過(guò)人工繪制也可以通過(guò)上述提供的方法進(jìn)行確定；當(dāng)然，在使用上述方法進(jìn)行確定的時(shí)候，所使用的機(jī)器人可以不是最終所要工作的機(jī)器人，即相關(guān)傳感器(加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤)并不一定裝載在最終工作的機(jī)器人上。
[0038]地圖創(chuàng)建的目的是對(duì)機(jī)器人當(dāng)前的位姿進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)，智能機(jī)器人利用傳感器傳送的數(shù)據(jù)作為對(duì)環(huán)境的感知信息，對(duì)實(shí)際中的環(huán)境進(jìn)行模型的建立，同時(shí)創(chuàng)建地圖。機(jī)器人在創(chuàng)建地圖的時(shí)候，需要從傳感器接收環(huán)境信息，從而進(jìn)行分析以及地圖的創(chuàng)建工作，用以對(duì)外界環(huán)境和當(dāng)前位姿做出正確的理解，進(jìn)行正確的分析決策。對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的關(guān)鍵分析就是特征點(diǎn)的確定，通過(guò)傳感器傳送的數(shù)據(jù)，特征點(diǎn)比較容易確定，且不受外界干擾。因此在SLAM的時(shí)候，一般都是通過(guò)特征點(diǎn)行進(jìn)相對(duì)定位，特征點(diǎn)理解為邊界線上的的拐點(diǎn)，這些點(diǎn)有一個(gè)共同的特征，即可以近似為兩條直線直接相交的點(diǎn)。
[0039]有益效果:本發(fā)明提供的智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，能夠直觀第表示出機(jī)器人在某個(gè)時(shí)刻對(duì)整體環(huán)境的理解，而且容易存儲(chǔ)和管理，因此適用于機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)區(qū)域的記憶；同時(shí)能夠?qū)C(jī)器人的路徑規(guī)劃、自主返回充電等技術(shù)研究提供基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為工作區(qū)域示意圖；
[0041]圖2為工作區(qū)域在輔助X-Y平面坐標(biāo)系上的示意圖；
[0042]圖3為工作區(qū)域在X-Y平面坐標(biāo)系上的示意圖；
[0043]圖4為地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)提取示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0045]柵格地圖創(chuàng)建的關(guān)鍵就是柵格大小的選取，過(guò)大的柵格會(huì)導(dǎo)致相對(duì)定位計(jì)算精度降低；而過(guò)小的柵格會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算的復(fù)雜度增加，對(duì)處理器的要求比較高，增加成本。本發(fā)明中，選擇的柵格的寬度，考慮機(jī)器人每秒行走的距離與實(shí)際工作區(qū)域尺寸做動(dòng)態(tài)調(diào)整，更具有適應(yīng)性。這樣智能機(jī)器人每在一個(gè)位置，就能在柵格地圖中找到一個(gè)柵格與之對(duì)應(yīng)，從而滿足了區(qū)域覆蓋問(wèn)題。由于智能機(jī)器人無(wú)法在工作之前得知地理環(huán)境，因此必須在工作的時(shí)候必須擁有對(duì)柵格地圖的映射表示。本發(fā)明中，機(jī)器人在工作之前，首先獲得邊界特征點(diǎn)，獲取邊界特征點(diǎn)方法不限，如人工手動(dòng)繪制邊界特征點(diǎn)(需注意精度、比例問(wèn)題)、攜帶設(shè)備(安裝有加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤等傳感器)繞邊界行走記錄特征點(diǎn)等方法，這樣就能知道柵格地圖的邊界區(qū)域。隨后通過(guò)柵格劃分算法，創(chuàng)建柵格地圖。以下，舉例通過(guò)這種攜帶設(shè)備(安裝有加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤等傳感器)繞邊界行走的方法來(lái)獲取特征點(diǎn)后，介紹SLAM地圖構(gòu)建過(guò)程。
[0046]智能機(jī)器人安裝有加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤。加速度傳感器的強(qiáng)項(xiàng)在于測(cè)量設(shè)備的受力情況。對(duì)但用來(lái)測(cè)量設(shè)備相對(duì)于地面的擺放姿勢(shì)，則精確度不高。加速度傳感器可用于有固定的重力參考坐標(biāo)系、存在線性或傾斜運(yùn)動(dòng)但旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被限制在一定范圍內(nèi)的應(yīng)用。對(duì)加速度傳感器進(jìn)行一次積分，就變成了單位時(shí)間里的速度變化量，從而測(cè)出在死區(qū)內(nèi)物體的移動(dòng)。同時(shí)處理直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就需要把加速度傳感器和陀螺儀傳感器結(jié)合起來(lái)使用。如果還想設(shè)備在運(yùn)動(dòng)時(shí)不至于迷失方向，就再加上磁傳感器，陀螺儀、磁傳感器和加速度傳感器常常是相互配合使用的有一種相互補(bǔ)償?shù)年P(guān)系。應(yīng)用磁傳感器的電子羅盤是通過(guò)測(cè)量磁通量的大小來(lái)確定方向的。當(dāng)磁傳感器發(fā)生傾斜時(shí)，通過(guò)磁傳感器的地磁通量將發(fā)生變化，從而使方向指向產(chǎn)生誤差。利用加速度傳感器可以測(cè)量?jī)A角的這一原理，可以對(duì)電子羅盤的傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。
[0047]基于上述分析，下面給出本案提供的智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，包括如下步驟:
[0048](I)在X-Y平面坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)繪制機(jī)器人的工作區(qū)域邊界線；如圖1、圖2、圖3所示，具體包括如下步驟:
[0049](11)為機(jī)器人裝載加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤；
[0050](12)在機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)任取一點(diǎn)，記該點(diǎn)為輔助原點(diǎn)(0，0)，任取一經(jīng)過(guò)輔助原點(diǎn)(0，O)的直線L，以直線L為輔助Y軸，以與輔助Y軸垂直并交與輔助原點(diǎn)的直線為輔助X軸，建立輔助X-Y平面坐標(biāo)系；
[0051](13)讓機(jī)器人從原點(diǎn)出發(fā)，沿著直線L行走至工作區(qū)域邊界，并按照逆時(shí)針?lè)较蜓刂ぷ鲄^(qū)域邊界線行走一圈；在機(jī)器人沿著工作區(qū)域邊界線行走一圈的過(guò)程中，通過(guò)加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤采集數(shù)據(jù)并定位計(jì)算出行走過(guò)程中出現(xiàn)的邊界特征點(diǎn)在輔助X-Y平面坐標(biāo)系上的相對(duì)位置坐標(biāo)；
[0052](14)將輔助X-Y平面坐標(biāo)系向輔助X軸負(fù)方向平移、向輔助Y軸負(fù)方向平移，將平移后的輔助X-Y平面坐標(biāo)系記為X-Y平面坐標(biāo)系，使得所有邊界特征點(diǎn)均位于X-Y平面坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)；
[0053](2)標(biāo)記出工作區(qū)域邊界線上的所有邊界特征點(diǎn)在X-Y平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)位置，并將邊界特征點(diǎn)記錄到地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)數(shù)組中；
[0054](3)在X-Y平面坐標(biāo)系中構(gòu)建SLAM地圖，包括如下步驟:
[0055](31)設(shè)計(jì)柵格的寬度為d，作表達(dá)式為Xi=IXd的直線，i=0，1,2,3-;然后求
得直線Xi與工作區(qū)域邊界線的交點(diǎn)的集合N= {NJ，Ni= (NijI = ((XilYij)I, j=l，2，3...，其中Xfi X d，Yij^Yi (j+D ;
[0056](32)設(shè)計(jì)候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合 M={MJ , Mi= {Mik} = {(xi； yik)}, k=l，2，3...,其中yik=mXd，Xi=IXd, m=0, I, 2，3...；yiJmin ( yik ( yiJmax ；
[0057](33)判斷出候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M中實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)，將實(shí)際存在與工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)記錄到地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)數(shù)組中；候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M中實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)的判斷條件為:點(diǎn)(Xi，yik)中yik的值必須位于yijPyia+1)之間，且j為奇數(shù)；
[0058](34)判斷Xi=i X d的值大小，若Xi=i X d>Xmax成立，則跳轉(zhuǎn)至步驟(35)，否則跳轉(zhuǎn)至步驟(32);其中Xmax為所有邊界特征點(diǎn)中的最大X值；
[0059](35)構(gòu)建柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，遍歷地圖特征數(shù)組，并將其記錄紙存儲(chǔ)單元中；本步驟中，在構(gòu)建柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，地圖節(jié)點(diǎn)特征數(shù)組中的元素按照X由小到大插入，遍歷地圖節(jié)點(diǎn)特征數(shù)組中的節(jié)點(diǎn)時(shí)，建立多維地圖數(shù)組，以二維地圖坐標(biāo)Map[a] [b]的格式保存節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，且Map [a] [b]滿足如下要求:Map [a] [b]的X值小于Map [a] [b+1]的X值；Map [a] [b]的 Y 值小于 Map [a+1] [b]的 Y 值；a=0，1,2,3-, b=0, 1,2,3-;所述多維地圖數(shù)組中同時(shí)包含節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置處的環(huán)境信息[0060]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)在X-Y平面坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)繪制機(jī)器人的工作區(qū)域邊界線； (2)標(biāo)記出工作區(qū)域邊界線上的所有邊界特征點(diǎn)在X-Y平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo)位置，并將邊界特征點(diǎn)記錄到地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)數(shù)組中； (3 )在X-Y平面坐標(biāo)系中構(gòu)建SLAM地圖，包括如下步驟: (31)設(shè)計(jì)柵格的寬度為d，作表達(dá)式為Xi=IXd的直線，i=0，1,2,3-;然后求得直線Xi與工作區(qū)域邊界線的交點(diǎn)的集合N=仉}，Ni=(NijHKxiJij)K j=l，2，3...，其中Xi=iXd，yi i (j+1); (32)設(shè)計(jì)候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M={Mj , Mi=(Mik) = Kxi, yik)}，k=l, 2，3...,其中yik=mXd，m=0, I, 2，3...；yiJmin ( yik ( yiJmax ； (33)判斷出候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M中實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)，將實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)記錄到地圖節(jié)點(diǎn)特征點(diǎn)數(shù)組中；候選內(nèi)部特征點(diǎn)的集合M中實(shí)際存在于工作區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)的判斷條件為:點(diǎn)(Xi，yik)中yik的值必須位于7〃和7&+1)之間，且j為奇數(shù)； (34)判斷\=iX d的值大小，若Xi=i X d>Xmax成立，則跳轉(zhuǎn)至步驟(35)，否則跳轉(zhuǎn)至步驟(32);其中Xmax為所有邊界特征點(diǎn)中的最大X值； (35)構(gòu)建柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，遍歷地圖特征數(shù)組，并將其記錄紙存儲(chǔ)單元中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，其特征在于:所述步驟(35)中，在構(gòu)建柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，地圖節(jié)點(diǎn)特征數(shù)組中的元素按照X由小到大插入，遍歷地圖節(jié)點(diǎn)特征數(shù)組中的節(jié)點(diǎn)時(shí)，建立多維地圖數(shù)組，以二維地圖坐標(biāo)Map[a] [b]的格式保存節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，且Map [a] [b]滿足如下要求:Map[a] [b]的X值小于Map [a] [b+1]的X值；Map [a] [b]的 Y 值小于 Map[a+1] [b]的 Y 值；a=0，1,2,3-, b=0, 1,2,3-;所述多維地圖數(shù)組中同時(shí)包含節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置處的環(huán)境信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機(jī)器人用的柵格地圖創(chuàng)建方法，其特征在于:所述步驟(O的具體實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟: (11)為機(jī)器人裝載加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤； (12)在機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)任取一點(diǎn)，記該點(diǎn)為輔助原點(diǎn)(O，0)，任取一經(jīng)過(guò)輔助原點(diǎn)(O, O)的直線L，以直線L為輔助Y軸，以與輔助Y軸垂直并交與輔助原點(diǎn)的直線為輔助X軸，建立輔助X-Y平面坐標(biāo)系； (13)讓機(jī)器人從原點(diǎn)出發(fā)，沿著直線L行走至工作區(qū)域邊界，并按照逆時(shí)針?lè)较蜓刂ぷ鲄^(qū)域邊界線行走一圈；在機(jī)器人沿著工作區(qū)域邊界線行走一圈的過(guò)程中，通過(guò)加速度傳感器、陀螺儀和電子羅盤采集數(shù)據(jù)并定位計(jì)算出行走過(guò)程中出現(xiàn)的邊界特征點(diǎn)在輔助X-Y平面坐標(biāo)系上的相對(duì)位置坐標(biāo)； (14)將輔助X-Y平面坐標(biāo)系向輔助X軸負(fù)方向平移、向輔助Y軸負(fù)方向平移，將平移后的輔助X-Y平面坐標(biāo)系記為X-Y平面坐標(biāo)系，使得所有邊界特征點(diǎn)均位于X-Y平面坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103472823SQ201310363428
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】陳國(guó)慶, 薛超, 王俊杰 申請(qǐng)人:蘇州兩江科技有限公司