CN105513132A - 一种实时地图构建系统、方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时地图构建系统、方法及其装置，包括激光测距模块、定位模块、地图绘制模块、视觉采集模块，利用激光测距模块的三角测量法及定位模块的差分定位，结合视觉采集模块与移动支撑平台，运用OpenGL绘图方法，可实现未知环境的全方位实时二维、三维地图的构建，具有地图绘制精度高、绘制效率快等优点。

Description

一种实时地图构建系统、方法及其装置
技术领域
本发明涉及机器人地图构建技术领域，特别是涉及一种机器人全方位实时地图构建系统、方法及其装置。
背景技术
地图绘制是一种高难度的机器人技术，尤其是对陌生环境的地图感知与绘制，是移动机器人领域中的一个基本且重要的问题。机器人在未知环境中从一个未知的未知开始移动，在移动过程中根据未知估计和传感器观测进行自身定位，同时建立环境地图。
现有的地图绘制一般利用激光测距仪测量各点的距离后通过人为计算并绘制，效率非常低下。目前还没有自动进行实时地图绘制的装置。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种智能、自动进行实时实时地图构建的系统、方法及其装置。
一种实时地图构建系统，包括：
激光测距模块，用于采集目标区域的全方位距离信息，并将距离信息传送至地图绘制模块；
定位模块，用于对目标区域的定位及定位校准，并将定位数据传送至地图绘制模块；
地图绘制模块，用于根据目标区域的距离信息及定位数据，实时绘制目标区域的地图信息。
在其中一个实施例中，还包括视觉采集模块，用于采集目标区域的全方位立体视觉信息，并将视觉信息传送至地图绘制模块，以绘制三维模型地图。
在其中一个实施例中，所述激光测距模块包括激光发射器、激光接收器及旋转底座，激光发射器及激光接收器安装在旋转底座上；所述激光发射器发射激光，所述激光接收器接收反射回激光，所述旋转底座匀速旋转，以获得全方位距离信息。
在其中一个实施例中，所述定位模块包括差分GPS基站、差分GPS接收机，所述差分GPS基站与差分GPS接收机通过433MHz进行通信。
在其中一个实施例中，所述地图绘制模块接收目标区域的距离信息及定位数据后，运用OpenGL绘图函数实时绘制地图，并在GUI界面显示。
在其中一个实施例中，所述GUI界面设有最大半径值r的背景圆，以及当前测量半径R的当前圆。
在其中一个实施例中，所述GUI界面中，当前圆在背景圆表示为R＝R1/r，R1为当前测量值，所述背景圆与当前圆使用不用颜色线条表示，数据更新频率为5Hz。
在其中一个实施例中，所述定位模块通过解析NMEA协议来获得经纬度、高度、时间等信息，并显示在GUI界面。
一种实时地图构建方法，包括以下步骤：
获取目标区域的全方位距离信息，并将距离信息传送至地图绘制模块；
获取目标区域的定位及定位校准，并将定位数据传送至地图绘制模块；
根据目标区域的距离信息及定位数据，实时绘制目标区域的地图信息。
一种实时地图构建装置，包括移动支撑平台和所述实时地图构建方法和系统，所述移动支撑平台用于实时地图构建系统的安装、固定及移动。
上述实时地图构建系统、方法和装置，利用激光测距模块的三角测量法及定位模块的差分定位，结合视觉采集模块与移动支撑平台，运用OpenGL绘图方法，可实现未知环境的全方位实时二维、三维地图的构建，具有地图绘制精度高、绘制效率快等优点。
附图说明
图1为一实施例中实时地图构建系统的结构框图。
图2为一实施例中实时地图构建方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明实时地图构建系统、方法和装置进行更全面的描述。附图中给出了本发明实时地图构建系统、方法和装置的首选实施例。但是，本发明实时地图构建系统、方法和装置可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在一些实施例中，如图1所示，一种实时地图构建系统100，包括：
激光测距模块101，用于采集目标区域的全方位距离信息，并将距离信息传送至地图绘制模块。
在一些实施例中，所述激光测距模块101设置在目标区域上，包括激光发射器1011、激光接收器1012及旋转底座1013，激光发射器1011及激光接收器1012安装在旋转底座1013上；所述激光发射器1011发射的激光照射到物体上后，从物体反射回，被激光接收器1012接收，利用三角测量法，通过记录时间差，可以计算出目标区域与物体的距离，所述旋转底座1013匀速旋转一周，即可获得目标区域全方位的距离信息。
定位模块102，用于对目标区域的定位及定位校准，并将定位数据传送至地图绘制模块。
在一些实施例中，所述定位模块102包括差分GPS基站1022、差分GPS接收机1021，所述差分GPS接收机1021设置在目标区域上，通过433MHz与差分GPS基站1022进行通信。通过差分定位法修正GPS信息，能够保持定位误差在5厘米的范围内。
在一些实施例中，所述定位模块102可通过解析NMEA协议来获得经纬度、高度、时间等信息，并显示在GUI界面，同时可预留程序接口供其它开发者使用，调用GPS信号信息。
地图绘制模块103，用于根据目标区域的距离信息及定位数据，实时绘制目标区域的地图信息。
在一些实施例中，所述地图绘制模块103的主板带有6个RS232串口和10个USB接口，同时安装有ROS(RobotOperatingSystem,机器人操作系统)，通过TTL串口转USB串口模块（115200bps）接受目标区域的距离信息，通过RS232串口（9600bps）接受目标区域的定位数据；运用OpenGL绘图函数实时绘制地图，并在GUI界面显示。
在其中一个实施例中，由于激光测距模块的测距范围有最大半径值r1，所述GUI界面参照激光测距模块的最大测距半径值r1，设有最大半径值r等于r1的背景圆；同时，在所述GUI界面中，根据当前测量数据R1设置半径为R的当前圆。当前圆在背景圆中的表示关系为R＝R1/r，所述背景圆与当前圆使用不用颜色线条表示，数据更新频率为5Hz。
在其中一个实施例中，设激光测距模块的有效测量半径为600cm，设GUI界面的背景圆半径设为1.0，设当前测量半径数据为R1，则在GUI界面中，当前圆在背景圆的显示关系为R＝R1/600。
一种实时地图构建系统100，还包括视觉采集模块104。
在一些实施例中，所述视觉采集模块104包括多个高清摄像头模组，用于采集目标区域的全方位立体视觉信息，并将视觉信息传送至地图绘制模块，以绘制三维模型地图。
在一些实施例中，视觉采集模块104由左摄像头、右摄像头组成。左右摄像头像素为1280x960，距离为L（可调节）。因为视差效果，同一物体映射在两个摄像头的像素点位置有所差异，利用像素位置差e、焦距f，结合立体视觉算法，可计算出物体上某点的坐标。获取坐标集后，即可绘制物体的三维模型。
在一些实施例中，如图2所示，一种实时地图构建方法，包括以下步骤：
步骤201，获取目标区域的全方位距离信息，并将距离信息传送至地图绘制模块。
在一些实施例中，通过激光的照射与反射，利用三角测量法，可计算出目标区域与周围360度范围内物体的距离。
步骤202，获取目标区域的定位及定位校准，并将定位数据传送至地图绘制模块。
在一些实施例中，利用差分GPS技术，GPS系统通过与邻近标准基站的通信，获得当地误差修正量，修正后提高GPS信息的精准度。
步骤203，根据目标区域的距离信息及定位数据，实时绘制目标区域的地图信息。
在一些实施例中，获得激光测距的三角测量法计算的全方位距离信息及定位信息后，再结合GPS定位和移动平台，即可实时构建全方位立体地图，进行实时地图绘制。
一种实时地图构建装置，包括移动支撑平台和所述实时地图构建方法和系统，所述移动支撑平台用于实时地图构建系统的安装、固定及移动。
在一些实施例中，实施地图构建系统的激光测距模块、定位模块、地图绘制模块及视觉采集模块可安装在具有移动能力的移动支撑平台上，通过2.4G遥控器控制移动支撑平台的移动，不断建立地图信息。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种实时地图构建系统，其特征在于，包括：
激光测距模块，用于采集目标区域的全方位距离信息，并将距离信息传送至地图绘制模块；
定位模块，用于对目标区域的定位及定位校准，并将定位数据传送至地图绘制模块；
地图绘制模块，用于根据目标区域的距离信息及定位数据，实时绘制目标区域的地图信息。
2.根据权利要求1所述的实时地图构建系统，其特征在于，还包括视觉采集模块，用于采集目标区域的全方位立体视觉信息，并将视觉信息传送至地图绘制模块，以绘制三维模型地图。
3.根据权利要求1所述的实时地图构建系统，其特征在于，所述激光测距模块包括激光发射器、激光接收器及旋转底座，激光发射器及激光接收器安装在旋转底座上；所述激光发射器发射激光，所述激光接收器接收反射回激光，所述旋转底座匀速旋转，以获得全方位距离信息。
4.根据权利要求1所述的实时地图构建系统，其特征在于，所述定位模块包括差分GPS基站、差分GPS接收机，所述差分GPS基站与差分GPS接收机通过433MHz进行通信。
5.根据权利要求1所述的实时地图构建系统，其特征在于，所述地图绘制模块接收目标区域的距离信息及定位数据后，运用OpenGL绘图函数实时绘制地图，并在GUI界面显示。
6.根据权利要求5所述的实时地图构建系统，其特征在于，所述GUI界面设有最大半径值r的背景圆，以及当前测量半径R的当前圆。
7.根据权利要求6所述的实时地图构建系统，其特征在于，所述GUI界面中，当前圆在背景圆表示为R＝R1/r，R1为当前测量值，所述背景圆与当前圆使用不用颜色线条表示，数据更新频率为5Hz。
8.根据权利要求1所述的实时地图构建系统，其特征在于，所述定位模块通过解析NMEA协议来获得经纬度、高度、时间等信息，并显示在GUI界面。
9.一种实时地图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标区域的全方位距离信息，并将距离信息传送至地图绘制模块；
获取目标区域的定位及定位校准，并将定位数据传送至地图绘制模块；
根据目标区域的距离信息及定位数据，实时绘制目标区域的地图信息。
10.一种实时地图构建装置，其特征在于，包括移动支撑平台和权利要求1至9任一项所述的实时地图构建方法或系统，所述移动支撑平台用于实时地图构建系统的安装、固定及移动。
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