時(shí)間:2016-07-12 17:24:26來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)
1引言
地圖創(chuàng)建是移動(dòng)機(jī)器人一個(gè)基本而且十分重要的技術(shù),它是移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境中導(dǎo)航定位及路徑規(guī)劃等技術(shù)的基礎(chǔ)[1]。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人地圖創(chuàng)建這個(gè)問(wèn)題我們可以這樣理解:從任意時(shí)刻,任意位置開(kāi)始,一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)該能夠通過(guò)所帶的傳感器探索環(huán)境,獲取相關(guān)的環(huán)境信息,從而構(gòu)建合適的地圖[2]。
目前移動(dòng)機(jī)器人常用的地圖表示方法有二種,一是占據(jù)網(wǎng)格法,用每一個(gè)網(wǎng)格被占據(jù)的概率值來(lái)表示環(huán)境信息,但網(wǎng)格地圖的精確度不高[3]。二是基于幾何的表示方法,利用線段、弧線來(lái)表示環(huán)境信息。幾何地圖信息存儲(chǔ)量小,可以直接應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航和路徑規(guī)劃上[4]。目前國(guó)內(nèi)外普遍用采的超聲波、紅外等傳感器進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航研究,他們普遍存在精度低的問(wèn)題。激光傳感器與他們相比就具有獲取數(shù)據(jù)的速度快,精度高的優(yōu)點(diǎn)[5]。
本文通過(guò)激光傳感器采集的室內(nèi)環(huán)境的特定平面環(huán)境信息,將信息中的數(shù)據(jù)點(diǎn)利用最小二乘法分段擬合成直線,通過(guò)計(jì)算距離方差對(duì)擬合出來(lái)的直線進(jìn)行濾波得到有效線段,將有效線段合并以幾何信息表示出來(lái),得到當(dāng)前的局部地圖。在將每幀得到的局部地圖相互匹配,獲得全局地圖。
2未知環(huán)境地圖創(chuàng)建
環(huán)境地圖的創(chuàng)建分為兩種,環(huán)境局部地圖創(chuàng)建及全局地圖創(chuàng)建。
2.1局部地圖創(chuàng)建
圖2局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的關(guān)系圖
2.3全局地圖創(chuàng)建
選取第一幀局部地圖作為當(dāng)前的全局地圖,在完成當(dāng)前幀的直線特征提取后(即完成局部地圖創(chuàng)建),將得到的局部地圖與當(dāng)前的全局地圖相匹配,得到他們之間線段的關(guān)系,從而得到他們之間相關(guān)的特征點(diǎn)。然后通過(guò)特征點(diǎn)計(jì)算局部地圖與全局地圖的偏移矩陣,將局部地圖融合到全局地圖中,更新全局地圖。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
本實(shí)驗(yàn)采用激光傳感器,它的測(cè)距范圍為0.02m-4m,掃描角度范圍240°,頻率100ms,角分辨率0.35°。通過(guò)對(duì)激光數(shù)據(jù)處理,提取直線特征,將最小二乘法擬合的直線合并,再根據(jù)點(diǎn)和直線特征結(jié)合的匹配方法對(duì)局部地圖和全局地圖進(jìn)行匹配,得到全局地圖。生成的局部地圖和全局地圖如圖3-4所示。
(1)
(2)
(3)局部地圖
(4)全局地圖
本算法在最小二乘法擬合直線的過(guò)程中,將所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)按很小的間隔分成n簇點(diǎn)集,分別對(duì)每簇點(diǎn)集擬合直線,舍棄偏差較大的直線。對(duì)于近似平行的直線,將它們合并,重新提取直線特征。通過(guò)這種方法,能夠有效地抑制噪聲對(duì)局部地圖創(chuàng)建的影響。在匹配的過(guò)程中,通過(guò)求取偏移矩陣,將局部地圖由機(jī)器人的車(chē)體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系中,這種方法與單純的依靠直線特征匹配的方法相比較,能夠更好的減小在匹配過(guò)程中造成的誤差。實(shí)驗(yàn)證明本算法具有精度高,復(fù)雜程度低,實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn),適合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的室內(nèi)環(huán)境。
4結(jié)論
地圖創(chuàng)建是移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的先決條件。本文提出一種通過(guò)最小二乘法擬合直線,采用點(diǎn)跟直線特征結(jié)合的匹配方法創(chuàng)建全局地圖的算法,研究結(jié)果證明,本算法能夠很好的完成只有直線特征的簡(jiǎn)單室內(nèi)環(huán)境的地圖創(chuàng)建工作。
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