一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法

2023-04-28 04:12:36 2

一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法
【專利摘要】本發明公開了一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，包括：啟動蛇形機器人和雷射測距儀，隨著蛇形機器人的運動，雷射測距儀實現對環境信息的採集，並對採集的雷射數據進行預處理；進行地圖初始化，將當前的雷射的測量值與當前的地圖進行匹配；用Monte-Carlo算法對機器人粒子集的粒子位姿及權值進行更新，計算機器人粒子集概率中心位姿；用改進的Bresenham算法進行地圖的更新。本發明具有算法簡單易懂、計算簡單準確度高，適用於快速移動的機器人的優點。
【專利說明】一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於移動機器人地圖創建【技術領域】，特別涉及一種基於雷射測距儀在未知 環境中的地圖創建方法。

【背景技術】
[0002] 移動機器人通常是基於環境地圖才能夠實現定位和導航，所以地圖創建是研究移 動機器人的一個基本問題。SLAM問題在智能移動機器人領域的重要性受到了廣泛的關注， 出現了許多較為成熟的理論和實現方法。目前有很多針對SLAM問題的研究，SLAM常見的 算法有EKF-SLAM算法、FastSLAM算法、DP-SLAM算法等。
[0003] 基於EKF-SLAM的算法在不確定信息的表達上非常簡潔和高效，它採用一個 多維的高斯模型

【權利要求】
1. 一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，其特徵在於，包括以下步驟： 步驟（1):通過雷射測距儀進行環境感知，獲取環境信息； 步驟（2):將當前雷射測距儀的測量值與當前地圖進行匹配； 步驟（3):對機器人粒子集的粒子位姿及權值進行更新； 步驟（4):進行地圖更新。
2. 根據權利要求1所述的一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，其特徵在 於：所述雷射測距儀為測距範圍20mm到4000mm的URG04-LX雷射測距儀，該雷射測距儀的 最大測量距離小於4m;採用閾值濾波方法對掃描的雷射數據進行預處理濾除噪聲點；並採 用一個恆定的縱向和轉速值對每次雷射掃描值進行糾正。
3. 根據權利要求1所述的一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，其特徵在 於：所述雷射測距儀每一次掃描完後，會將觀測值與當前地圖中的特徵點進行匹配；當與 環境中的特徵點較遠時，採用最近鄰數據關聯準則，選取距離觀測值最近的環境路標作為 其匹配點；環境特徵點間的距離相距越遠，誤匹配率越低，當誤匹配率小於最大匹配誤差閾 值時，認為匹配成功。
4. 根據權利要求1所述的一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，其 特徵在於：步驟（3)所述的對機器人粒子集的粒子位姿及權值進行更新，採用的是 Monte-Carlo算法；每次機器人感知完環境後這些粒子會重新採樣；算法結束時，粒 子會收斂於機器人的實際位置；在每個時刻，由初始狀態和到當前時刻所有的測量值 # = {Ζ,.,?=1..*}估計當前機器人的狀態。
5. 根據權利要求4所述的一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，其特徵在 於：所述Monte-Carlo算法包含3個階段： 預測階段：預測階段用運動模型以概率密度函數的形式來預測當前機器人的位姿；假 設當前的狀態％ 僅依賴於之前的狀態JCm 和已知的控制輸入，該運動模型 被認定為條件密度#(? ，對於一階馬爾可夫過程，先驗概率密度就可以通過 積分得到
更新階段：預測階段用測量模型整合傳感器的信息來獲得後驗概率密度IZl;假定對於Xt 測量值Z4 與之前的測量值Zw是條件獨立的；測量模型以似然 函數JJ(ZtUt)的形式給出，這種形式表示在觀測值Z1 的情況下，機器人在Xi 的可能性；通過貝葉斯公式更新先驗值，得到後驗概率密度
i- / 重採樣階段：重採樣的目的是剔除權值較小的粒子，複製權值較大的粒子，通過對後 驗概率密3
再採樣 次，得到新的粒子。
6.根據權利要求1所述的一種蛇形機器人基於雷射測距儀的地圖創建方法，其特徵在 於：步驟（4)所述的地圖更新方法採用的是改進的Bresenham算法，只採用整數運算，避免 了除法運算和浮點數運算，降低了算法複雜度，提高了計算速度。
【文檔編號】G01C21/20GK104236551SQ201410510657
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】王超傑, 趙旭, 蘇中, 連曉峰 申請人:北京信息科技大學, 北京理工大學