CN109917791B - 移动装置自动探索构建地图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动装置自动探索构建地图的方法，获取当前位置的激光数据；沿着所述可通过区域移动，同时以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域，其中，所述未知区域为未获取到所述激光数据的区域；获取所述未知区域与所述可通过区域的临界路径，并沿所述临界路径继续移动以获取当前的激光数据；根据获取的激光数据以及移动路径生成地图发送至远程服务器。本发明通过移动装置在移动过程中持续采集激光数据构建地图，且移动装置在当前位置开始，自动寻找可探索未知区域，再根据已构建地图中的可通过区域与可探索未知区域的交接处作为基础自行设计导航路径，并根据导航路径移动，边移动边构建地图。

Description

移动装置自动探索构建地图的方法

技术领域

本发明涉及移动装置导航的技术领域，尤其涉及一种移动装置自动探索构建地图的方法。

背景技术

移动机器人在导航过程中，其拥有的地图至关重要，关系到其能不能实现导航功能。现有的构建地图的方案往往都需要技术人员到现场操作移动装置进行构建，劳动强度大，成本高，效率低，在技术人员较少时弊端尤为明显。

按照目前的技术，如果让移动装置自己移动构建地图，会存在以下几个问题：

1)不知道该往哪里走：无法确认该向哪个方向移动以构建完整的地图；

2)不知道有没有障碍物：只能探测到在激光雷达所在的高度的障碍物，对其他高度的障碍物(如桌子、台阶)无法探测；

3)不知道建图有没有完成：无法判断是否已经完成对所有区域的扫描；

4)不知道地图效果：无法确定地图与实际场景之间有多少误差、判断地图是否可用。

随着服务机器人的需求不断增大，部署过程对技术人员的占用越来越明显。按照传统的构建地图方案，需要技术人员亲自到现场操作移动装置构建地图，时间成本和财务成本都非常高。本发明通过利用多传感器协作，同时对建图方案进行改进，实现移动装置自主探索构建室内地图，将部署过程做到无人化。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种操作简单、节约成本的移动装置自动探索构建地图的方法。

为了达到上述目的，本发明一种移动装置自动探索构建地图的方法，包括：

获取当前位置的激光数据，其中，所述激光数据包括可通过区域和障碍物区域；

沿着所述可通过区域移动，同时以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域，其中，所述未知区域为未获取到所述激光数据的区域；

获取所述未知区域与所述可通过区域的临界路径，并沿所述临界路径继续移动以获取当前的激光数据；

根据获取的激光数据以及移动路径生成地图发送至远程服务器。

其中，所述以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域的方法包括：

以当前位置为原点，以预设距离为半径，形成搜索范围，在所述搜索范围中搜索得到搜索点；

以所述搜索点为中心，分别向所述搜索点周围的相邻四个点搜索；

若搜索点处于当前位置的激光数据中，则标记所述搜索点为可通过点或不可到达点；

若搜索点未处于当前位置的激光数据中，则判断搜索点是否为可探索未知区域并标记。

其中，所述标记所述搜索点为可通过点或不可到达点的方法包括：

将所述当前位置的激光数据划分为多个均匀像素点；

标记所述当前位置的激光数据中可通过区域内的像素点为可通过点；

标记所述当前位置的激光数据中障碍物区域周围距离小于所述移动装置半径的位置为不可到达点。

其中，判断搜索点是否为可探索未知区域并标记的方法包括：

若所述搜索点为已标记点，则跳过；

若所述搜索点为未标记点，则继续判断。

其中，所述搜索点为未搜索点，且继续判断的方法包括：

若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中有可通过点，则将所述任意点标记为可探索未知区域；

若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中没有可通过点，则将所述任意点标记为不可到达。

其中，所述障碍物区域的识别方法包括：

采用深感摄像头探测所述障碍物；或

采用红外距离传感器探测所述障碍物；或

采用超声波距离传感器探测所述障碍物。

其中，所述地图构建完成后，还需要确认地图是否可用，所述确认地图是否可用的方法包括：

持续采集激光数据构建地图并在每隔预设时间段向服务器终端上传所述构建地图，以使所述远程服务器识别所述地图的可信度。

本发明一种移动装置，包括激光雷达、深感摄像头、红外距离传感器、超声波距离传感器以及处理器，所述处理器配置移动装置自动探索构建地图的方法，所述激光雷达、深感摄像头、红外距离传感器以及超声波距离传感器均与处理器电连接通信。

本发明一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有移动装置的远程控制程序，所述移动装置的远程控制程序被处理器执行移动装置自动探索构建地图的方法。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过移动装置在移动过程中持续采集激光数据构建地图，且移动装置在当前位置开始，自动寻找可探索未知区域，再根据已构建地图中的可通过区域与可探索未知区域的交接处作为基础自行设计导航路径，并根据导航路径移动，边移动边构建地图。本发明中的自动探索建图将原本需要技术人员亲临现场进行的部署操作，改为自动进行，基本实现了部署过程的无人化，提高了机器人的吸引力与竞争力。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明移动装置自动探索构建地图的方法流程图；

图2为本发明探索未知区域的方法流程图；

图3为本发明标记所述搜索点为可通过点或不可到达点的方法流程图；

图4为本发明判断搜索点是否为可探索未知区域并标记的方法流程图；

图5为本发明一实施例中的移动装置结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，这里所使用的远程控制设备，其包括但不限于手机、计算机、网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集或多个服务器构成的云。在此，云由基于云计算(Cloud Computing)的大量计算机或网络服务器构成，其中，云计算是分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机集组成的一个超级虚拟计算机。本发明的实施例中，远程控制设备、终端设备与WNS服务器之间可通过任何通信方式实现通信，包括但不限于，基于3GPP、LTE、WIMAX的移动通信、基于TCP/IP、UDP协议的计算机网络通信以及基于蓝牙、红外传输标准的近距无线传输方式。

参阅图1，本发明一种移动装置自动探索构建地图的方法，包括：

S100、获取当前位置的激光数据，其中，所述激光数据包括可通过区域和障碍物区域；

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。激光雷达的工作原理与雷达非常相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。

移动装置在当前位置通过激光束计算四周的障碍物距离、大小信息，在一定距离和时间内未收到反射的激光束则证明该区域为可通过区域，在收到反射的激光束就可以精准判断障碍物的具体位置，便可以得到障碍物区域。

S200、沿着所述可通过区域移动，同时以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域，其中，所述未知区域为未获取到所述激光数据的区域；

移动装置在当前位置获取了当前位置周围的激光数据，激光数据指示可通过区域以及障碍物区域，移动装置以当前位置为原点，以移动装置自身半径为搜索半径，逐步遍历搜索，直至搜索到未知区域，并标记位置区域的可探索点。

在本申请中，请进一步参阅图2，所述以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域的方法包括：

S210、以当前位置为原点，以预设距离为半径，形成搜索范围，在所述搜索范围中搜索得到搜索点；

S220、以所述搜索点为中心，分别向所述搜索点周围的相邻四个点搜索；

预设距离为移动装置的自身半径，设定搜索范围形成了多组初期的搜索点，再以搜索点为基础向外不断延伸，待移动装置在移动过程中探索时，全部位置均为已搜索点，则搜索过程完成。

S230、若搜索点处于当前位置的激光数据中，则标记所述搜索点为可通过点或不可到达点；

搜索点从移动装置通过激光数据构建的地图内逐步向外延伸，可能处于当前位置激光数据构建的地图中，也可能在不断的搜索过程中偏离了构建的地图，处于未知区域内。

在本申请中，请进一步参阅图3，所述标记所述搜索点为可通过点或不可到达点的方法包括：

S231、将所述当前位置的激光数据划分为多个均匀像素点；

激光数据构建的地图用像素的值表示该位置是否可通过，每个像素代表一个边长5cm的正方形。即：如果一个像素的值为“障碍物”，则意味着这5cm×5cm的正方形区域均为障碍物。

S232、标记所述当前位置的激光数据中可通过区域内的像素点为可通过点；当前位置中的激光数据构建了当前位置的地图，在此激光数据中包括可通过区域以及障碍物区域，可通过区域内的像素点为可通过点，障碍物区域的像素点为障碍物点。

S233、标记所述当前位置的激光数据中障碍物区域周围距离小于所述移动装置半径的位置为不可到达点。障碍物区域周围距离小于所述移动装置半径的位置，所述移动装置并不能够到达，所以标记为不可到达点。

S240、若搜索点未处于当前位置的激光数据中，则判断搜索点是否为可探索未知区域并标记。

当搜索点进入到未知区域内，则判断此搜索点是否为可通过的未知区域，若此搜索点为可通过的未知区域，则可以将此搜索点标记为可探索未知区域。

在本申请中，进一步参阅图4，判断搜索点是否为可探索未知区域并标记的方法包括：

S241、若所述搜索点为已标记点，则跳过；

S242、若所述搜索点为未标记点，则继续判断。

已标记点是指已作为搜索点进行分析并标记了的确定点，未标记点为未搜索过的点。搜索过程采用广度优化遍历方式进行，所以搜索点可能为已标记点或未标记点，若为已搜索点则直接跳过，若为未搜索点则进一步判断，判断过程如下所示：

S2421、若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中有可通过点，则将所述任意点标记为可探索未知区域；

若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中有可通过点，可能相邻四个点中有一个可通过点、两个可通过点、三个可通过点或四个可通过点，这些都说明此搜索点与已构建地图的可通过区域相接触，在接下来的移动过程中，此点肯定不是障碍物。

S2422、若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中没有可通过点，则将所述任意点标记为不可到达。

因为搜索点是由已构建地图区域向周围扩展的，若所述搜索点处于未知区域，且相邻四个点中没有可通过点，则说明搜索点相邻的四个点中一定至少有一个点处于已构建地图中，也就是至少有一个相邻点为不可达到点，其他的可能为未知区域点或不可到达点，只要有一个相邻点为不可到达点，则说明移动装置不能移动至此处，故此处应当标记为不可到达点。

S300、获取所述未知区域与所述可通过区域的临界路径，并沿所述临界路径继续移动以获取当前的激光数据；

通过在以上过程中不断搜索未知区域内的可探索区域，从而可以得到可通过区域与可探索区域的临界路径，移动装置按照临界路径规划可前进的路径，从而实现了自动导航的过程。

S400、根据获取的激光数据以及移动路径生成地图发送至远程服务器。

移动装置先获取激光数据，再搜索可探索区域，然后生成导航路径并自主完成导航以及地图扫描的完整过程，激光数据的获取与可探索区域的搜索同时进行，直至地图中不再存在未搜索点，则地图构建完成。在构建地图的过程中，移动装置实时向远程服务器发送构建地图。

在本申请中，所述地图构建完成后，还需要确认地图是否可用，所述确认地图是否可用的方法包括：

S500、持续采集激光数据构建地图并在每隔预设时间段向服务器终端上传所述构建地图，以使所述远程服务器识别所述地图的可信度。

探索过程中，机器人每隔几秒钟向服务器上传一次地图，由服务器端的工作人员根据地图形状、整洁与杂乱程度判断其是否可用。一般而言，地图越整洁，与实际环境的差异越小。

在本申请中，所述障碍物区域的识别方法包括：

采用深感摄像头探测所述障碍物；或

采用红外距离传感器探测所述障碍物；或

采用超声波距离传感器探测所述障碍物。

针对较高、底部悬空的障碍物(如桌子)，采用深度摄像头探测，将探测到的障碍物位置投影到地图上进行绕路避障；

针对较低的障碍物(如台阶)，将红外距离传感器斜向下安装在机器人上，用于探测前方地面的形状，如发现前方地面出现较大的起伏，则认为地上有障碍物，需要避障；

针对玻璃：采用超声波测距的方式检测玻璃等不可见障碍物。

另一方面，请进一步参阅图5，本发明一种移动装置，包括激光雷达110、深感摄像头120、红外距离传感器130、超声波距离传感器140以及处理器150，所述处理器配置移动装置自动探索构建地图的方法，所述激光雷达110、深感摄像头120、红外距离传感器130以及超声波距离传感器140均与处理器150电连接通信。

优选的一种方案为，移动装置为一种可移动机器人，激光雷达110安装在可移动机器人的身体正面，深感摄像头120安装在可移动机器人的顶部，红外距离传感器130安装在可移动机器人的底部，超声波距离传感器140安装在可移动机器人的身体正面。

另一方面，本发明一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有移动装置的远程控制程序，所述移动装置的远程控制程序被处理器执行移动装置自动探索构建地图的方法。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动装置自动探索构建地图的方法，其特征在于，包括：

获取当前位置的激光数据，其中，所述激光数据包括可通过区域和障碍物区域；

沿着所述可通过区域移动，同时以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域，其中，所述未知区域为未获取到所述激光数据的区域；

获取所述未知区域与所述可通过区域的临界路径，并沿所述临界路径继续移动以获取当前的激光数据；

根据获取的激光数据以及移动路径生成地图发送至远程服务器；

所述以当前位置为原点，以预设距离为半径，探索未知区域的方法包括：

以当前位置为原点，以预设距离为半径，形成搜索范围，在所述搜索范围中搜索得到搜索点；

以所述搜索点为中心，分别向所述搜索点周围的相邻四个点搜索；

若搜索点处于当前位置的激光数据中，则标记所述搜索点为可通过点或不可到达点；

若搜索点未处于当前位置的激光数据中，则判断搜索点是否为可探索未知区域并标记。

2.根据权利要求1所述的移动装置自动探索构建地图的方法，其特征在于，所述标记所述搜索点为可通过点或不可到达点的方法包括：

将所述当前位置的激光数据划分为多个均匀像素点；

标记所述当前位置的激光数据中可通过区域内的像素点为可通过点；

标记所述当前位置的激光数据中障碍物区域周围距离小于所述移动装置半径的位置为不可到达点。

3.根据权利要求2所述的移动装置自动探索构建地图的方法，其特征在于，判断搜索点是否为可探索未知区域并标记的方法包括：

若所述搜索点为已标记点，则跳过；

若所述搜索点为未标记点，则继续判断。

4.根据权利要求3所述的移动装置自动探索构建地图的方法，其特征在于，所述搜索点为未标记点，且继续判断的方法包括：

若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中有可通过点，则将所述搜索点标记为可探索未知区域；

若所述搜索点处于未知区域，且所述相邻四个点中没有可通过点，则将所述搜索点标记为不可到达。

5.根据权利要求1所述的移动装置自动探索构建地图的方法，其特征在于，所述障碍物区域的识别方法包括：

采用深感摄像头探测所述障碍物；或

采用红外距离传感器探测所述障碍物；或

采用超声波距离传感器探测所述障碍物。

6.根据权利要求1所述的移动装置自动探索构建地图的方法，其特征在于，所述地图构建完成后，还需要确认地图是否可用，所述确认地图是否可用的方法包括：

持续采集激光数据构建地图并在每隔预设时间段向服务器终端上传所述构建地图，以使所述远程服务器识别所述地图的可信度。

7.一种移动装置，其特征在于，包括激光雷达、深感摄像头、红外距离传感器、超声波距离传感器以及处理器，所述处理器配置上述权利要求1-6任意一项所述的移动装置自动探索构建地图的方法，所述激光雷达、深感摄像头、红外距离传感器以及超声波距离传感器均与处理器电连接通信。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有移动装置的远程控制程序，所述移动装置的远程控制程序被处理器执行时现如权利要求1-6中任意一项所述的移动装置自动探索构建地图的方法。

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