CN108007470A - 一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机器人的技术领域，更具体地，涉及一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统及其方法。包含边界信息模块，拓扑信息模块，路段信息模块，拐点信息模块；路径规划中包含拓扑关系建立模块，最短路径搜索模块，路径拼接模块；本发明提出的地图文件能够适应不同移动机器人所装备的传感器，能够方便添加所需的传感器信息，扩展性强。本发明地图文件采用分段存储，如果某路段地图数据需要修改，只需要修改相应路段数据，不需要整个地图文件更新。本发明的地图文件与路径规划方法响结合，能够给移动机器人自动导航提供准确的路径信息。

Description

一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统及其方法

技术领域

本发明涉及移动机器人的技术领域，更具体地，涉及一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统及其方法。

背景技术

随着时代的发展，移动机器人的研究开发成了热门，在移动机器人的自动导航中，地图起到了十分重要的角色。在地图文件中应该存储更丰富的信息，丰富的地图信息能够让移动机器人能更容易也更精确地到达目的地。此外，通过地图文件与路径规划结合实时给移动机器人提供路径信息，能够移动机器人能够以最短时间准确到达目的地。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统及其方法，在地图文件中存储了所有移动机器人自动导航所需要的信息，与传统的地图文件相比，由于每一个移动机器人所装备的传感器不同，如激光雷达，IMU，GPS等等，该地图文件能够自主增添移动机器人自动导航所需的信息。此外，该方法还提供针对地图文件的路径规划方法，能够对多个任务点进行全局路径规划，生成出一条经过所有任务点的最短全局路径。

本发明的技术方案是：一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统，其中，包括边界信息模块：在地图文件中存储着整个地图的边界信息，该信息由若干点组成，这些边界点的连线形成的多边形区域为移动机器人地图的范围；

拓扑信息模块：该模块信息记录了每一条路段的起点和终点的标号，该标号在整个地图中是唯一的，通过起点标号和终点标号来记录地图的拓扑信息；

路段信息模块：该信息模块记录了一个路段中机器人需要用到的传感器信息以及其他辅助信息，其中记录的传感器为GPS，激光雷达，记录的信息为经纬度，激光点云文件；传感器信息可根据实际机器人所采用的传感器种类自行增添需要的信息；其他辅助信息包括局部坐标，路宽，坡度，速度限制，朝向角；

拐点信息模块：该模块记录了两个路段的相交点的信息，拐点具有唯一的标号，即拓扑信息模块中的起点和终点的标号信息，只需要通过标号就能快速获取到所属路段起点或终点的信息；

拓扑关系建立模块：在路径规划中，首先读取移动机器人地图文件，通过地图文件中的拓扑信息建立地图的拓扑；

最短路径搜索模块：在得到地图路段的拓扑关系之后，可以通过拓扑关系和最短路径搜索算法计算出到达目的地的一条最短路径；

路径拼接模块：通过最短路径搜索模块得到最短路径之后，需要在移动机器人地图文件中提取路段信息，并组合成一段完整的路径信息，并将信息传送给移动机器人进行自动导航。

进一步的，所述的路段信息模块中机器人所采用的传感器有GPS，激光雷达。

进一步的，所述的激光雷达为 Velodyne 16 线或 32 线的激光雷达，所述 GPS传感器为单天线或双天线 GPS 传感器。

利用所述的移动机器人地图文件格式和路径规划系统的方法，其中，包括以下步骤：

步骤1、从移动机器人地图文件中读取所有的拐点信息，根据所有拐点信息建立拓扑关系，生成初始Floyd最短距离二维矩阵；

步骤2、获取所有的任务点坐标，确定任务点所在的路段和任务点所在路段的位置，把所在路段进行分割，并把任务点标志为拐点；

步骤3、将所有任务点都标志完拐点后，重新建立拓扑信息，生成新的Floyd最短二维矩阵；

步骤4、从移动机器人底层获取当前坐标，以当前坐标为起点，遍历搜索所有任务点，选取出离当前坐标最近的任务点作为目标点，通过Floyd二维矩阵计算出到达该任务点所经过的拐点路径；

步骤5、以上一任务点为起点，从未经历的任务点中遍历出离起点最近的任务点，通过Floyd二维矩阵计算出到达该任务点所经过的拐点路径，将计算好的路径拼接到上一次计算出来的路径；

步骤6、重复步骤4，步骤5直至所有任务点都已经历过，得到最终经历所有任务点的一条全局路径。

与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明提出的地图文件能够适应不同移动机器人所装备的传感器，能够方便添加所需的传感器信息，扩展性强。

2、本发明地图文件采用分段存储，如果某路段地图数据需要修改，只需要修改相应路段数据，不需要整个地图文件更新。

3、本发明的地图文件与路径规划方法响结合，能够给移动机器人自动导航提供准确的路径信息。

具体实施方式

一种移动机器人地图文件格式和路径规划方法，其中该方法的地图文件中包含边界信息模块，拓扑信息模块，路段信息模块，拐点信息模块；路径规划中包含拓扑关系建立模块，最短路径搜索模块，路径拼接模块；边界信息模块：在地图文件中存储着整个地图的边界信息，该信息由若干点组成，这些边界点的连线形成的多边形区域为移动机器人地图的范围；拓扑信息模块：该模块信息记录了每一条路段的起点和终点的标号，该标号在整个地图中是唯一的，通过起点标号和终点标号来记录地图的拓扑信息；路段信息模块：该信息模块记录了一个路段中机器人需要用到的传感器信息以及其他辅助信息，其中记录的传感器为GPS，激光雷达，记录的信息为经纬度，激光点云文件。传感器信息可根据实际机器人所采用的传感器种类自行增添需要的信息。其他辅助信息包括局部坐标，路宽，坡度，速度限制，朝向角；拐点信息模块：该模块记录了两个路段的拐点的信息，拐点具有唯一的标号，即拓扑信息模块中的起点和终点的标号信息，只需要通过标号就能快速获取到所属路段起点或终点的信息。拓扑关系建立模块：在路径规划中，首先读取移动机器人地图文件，通过地图文件中的拓扑信息建立地图的拓扑；最短路径搜索模块：在得到地图路段的拓扑关系之后，可以通过拓扑关系和最短路径搜索算法计算出到达目的地的一条最短路径；路径拼接模块：通过最短路径搜索模块得到最短路径之后，需要在移动机器人地图文件中提取路段信息，并组合成一段完整的路径信息，并将信息传送给移动机器人进行自动导航。本发明能适应不同机器人的传感器需要，根据不同需要增添地图属性信息，并使用地图文件进行移动机器人的路径规划。

地图文件是按照JSON形式保存，以本发明所应用的巡检机器人为例，机器人所装备的传感器有velodyne16线激光雷达，IMU，GPS。在地图中主要包含两部分：路段部分和拐点部分：路段部分存储了每一路段的信息和该路段中所有的坐标点以及对应的传感器信息；拐点部分存储的每一个拐点的详细信息。

路段部分：路段部分中包含路段的基础信息，其中有路段的起点”StartPoint”，终点”EndPoint”，路段的长度”Length”，路段的名字”Name”，路段标号”Id”，路段的限制速度”Speed”，道路宽度”RoadWidth”；路段中的点的信息包括坐标信息”Coordiante”，”Coordiante”中包含该点的经纬度坐标和局部的三维坐标信息，点的信息还包含该点巡检车的航向角”Heading”，该点的激光点云数据路径”Pointcloud”。

拐点部分：拐点部分中包含所有拐点的详细信息，其中有该拐点的标号”Id”，与该拐点相邻的路段的标号”Path”，该点的坐标信息”Coordiante”，坐标信息与路段部分形式相同。

一种移动机器人路径规划犯法，包括以下步骤：

步骤1、从移动机器人地图文件中读取所有的拐点信息，根据所有拐点信息建立拓扑关系，生成初始Floyd最短距离二维矩阵。

步骤2、获取所有的任务点坐标，确定任务点所在的路段和任务点所在路段的位置，把所在路段进行分割，并把任务点标志为拐点。

步骤3、将所有任务点都标志完拐点后，重新建立拓扑信息，生成新的Floyd最短二维矩阵。

步骤4、从移动机器人底层获取当前坐标，以当前坐标为起点，遍历搜索所有任务点，选取出离当前坐标最近的任务点作为目标点，通过Floyd二维矩阵计算出到达该任务点所经过的拐点路径。

步骤5、以上一任务点为起点，从未经历的任务点中遍历出离起点最近的任务点，通过Floyd二维矩阵计算出到达该任务点所经过的拐点路径，将计算好的路径拼接到上一次计算出来的路径。

步骤6、重复步骤4，步骤5直至所有任务点都已经历过，得到最终经历所有任务点的一条全局路径。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统，其特征在于，包括边界信息模块：在地图文件中存储着整个地图的边界信息，该信息由若干点组成，这些边界点的连线形成的多边形区域为移动机器人地图的范围；

拓扑信息模块：该模块信息记录了每一条路段的起点和终点的标号，该标号在整个地图中是唯一的，通过起点标号和终点标号来记录地图的拓扑信息；

路段信息模块：该信息模块记录了一个路段中机器人需要用到的传感器信息以及其他辅助信息，其中记录的传感器为GPS，激光雷达，记录的信息为经纬度，激光点云文件；传感器信息可根据实际机器人所采用的传感器种类自行增添需要的信息；其他辅助信息包括局部坐标，路宽，坡度，速度限制，朝向角；

拐点信息模块：该模块记录了两个路段的相交点的信息，拐点具有唯一的标号，即拓扑信息模块中的起点和终点的标号信息，只需要通过标号就能快速获取到所属路段起点或终点的信息；

拓扑关系建立模块：在路径规划中，首先读取移动机器人地图文件，通过地图文件中的拓扑信息建立地图的拓扑；

最短路径搜索模块：在得到地图路段的拓扑关系之后，可以通过拓扑关系和最短路径搜索算法计算出到达目的地的一条最短路径；

路径拼接模块：通过最短路径搜索模块得到最短路径之后，需要在移动机器人地图文件中提取路段信息，并组合成一段完整的路径信息，并将信息传送给移动机器人进行自动导航。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统，其特征在于：所述的路段信息模块中机器人所采用的传感器有GPS，激光雷达。

3.根据权利要求2所述的一种移动机器人地图文件格式和路径规划系统，其特征在于：所述的激光雷达为 Velodyne 16 线或 32 线的激光雷达，所述 GPS 传感器为单天线或双天线 GPS 传感器。

4.利用权利要求1所述的移动机器人地图文件格式和路径规划系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、从移动机器人地图文件中读取所有的拐点信息，根据所有拐点信息建立拓扑关系，生成初始Floyd最短距离二维矩阵；

步骤2、获取所有的任务点坐标，确定任务点所在的路段和任务点所在路段的位置，把所在路段进行分割，并把任务点标志为拐点；

步骤3、将所有任务点都标志完拐点后，重新建立拓扑信息，生成新的Floyd最短二维矩阵；

步骤4、从移动机器人底层获取当前坐标，以当前坐标为起点，遍历搜索所有任务点，选取出离当前坐标最近的任务点作为目标点，通过Floyd二维矩阵计算出到达该任务点所经过的拐点路径；

步骤5、以上一任务点为起点，从未经历的任务点中遍历出离起点最近的任务点，通过Floyd二维矩阵计算出到达该任务点所经过的拐点路径，将计算好的路径拼接到上一次计算出来的路径；

步骤6、重复步骤4，步骤5直至所有任务点都已经历过，得到最终经历所有任务点的一条全局路径。