CN110333495A - 利用激光slam在长走廊建图的方法、装置、系统、存储介质 - Google Patents

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吴泽晓
胡志远
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Abstract

本发明公开了一种利用激光SLAM在长走廊建图的方法、装置、系统、存储介质，利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法包括以下步骤：步骤S1，获取激光雷达的点云数据；步骤S2，从所述点云数据中提取出线段，根据提取出的线段判断是否为长走廊环境，若判断为长走廊环境则执行步骤S3，若否则重复执行步骤S1‑S2；步骤S3，将预测的当前机器人位置与激光雷达扫描匹配后获取的航向相融合，获得融合后的机器人位姿；步骤S4，利用所述融合后的机器人位姿作为SLAM实时定位的位姿，实现在长走廊环境中定位与地图构建。

Description

利用激光SLAM在长走廊建图的方法、装置、系统、存储介质
技术领域
本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种利用激光SLAM在长走廊建图的方法、装置、系统、存储介质。
背景技术
近年来，同步定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)技术越来越多地应用于自动驾驶汽车领域，主要用于解决车辆在未知环境运动时的定位与地图构建问题。其中，传统的SLAM的地图构建过程主要为：车辆通过车载传感器(比如相机、激光雷达)采集周围环境的观测数据(比如拍摄图像、点云数据)，以对采集到的观测数据进行跟踪与匹配；根据观测数据之间的匹配关系，计算出车载传感器对应的位姿运动信息，进而可以对车辆自身进行定位，并基于车辆定位信息构建增量式地图。
实践中发现，当车辆处于视觉特征贫乏(比如地下白墙道路)或者环境较为苛刻(比如雨天、雨刷遮挡)的条件时，在SLAM建图过程中经常出现SLAM跟踪丢失的情况，导致无法构建完整的SLAM地图。
基于上述原因，目前的基于2D激光雷达的移动机器人SLAM技术，并没有很好的解决移动机器人在长走廊、长通道环境中的定位和建图问题。
基于上述原因本发明提出了利用激光SLAM在长走廊建图的方法、装置、系统、存储介质，旨在解决上述存在的问题，目的应用于移动机器人解决目前技术中的定位出现错误、建图错乱等问题。
发明内容
为了满足上述要求，本发明的一个目的在于提供一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，本方法能灵活、有效地解决目前技术中的定位出现错误、建图错乱等问题。
本发明的另一个目的在于提出一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的装置，能实现上述利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，达到该方法同样的效果。
本发明的第三个目的在于提出一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的系统，能实现上述利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，达到该方法同样的效果。
本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取激光雷达的点云数据；
步骤S2，从所述点云数据中提取出线段，根据提取出的线段判断是否为长走廊环境，若判断为长走廊环境则执行步骤S3，若否则重复执行步骤S1-S2；
步骤S3，将预测的当前机器人位置与激光雷达扫描匹配后获取的航向相融合，获得融合后的机器人位姿；
步骤S4，利用所述融合后的机器人位姿作为SLAM实时定位的位姿，实现在长走廊环境中定位与地图构建。
进一步技术方案为，其特征在于，所述步骤S1还包括，所述激光雷达安装于移动机器人。
进一步技术方案为，所述步骤S1还包括，运用提线算法提取激光雷达获得的点云数据。
进一步技术方案为，承载有所述激光雷达的移动机器人执行步骤S2，所述移动机器人运用分裂合并算法与聚类算法提取出线段。
进一步技术方案为，所述步骤S2还包括，根据所述线段判断移动机器人是否位于长走廊环境；
若所述线段均相互平行并不全共线，则判断移动机器人已进入长走廊环境并执行步骤S3；
若所述线段存在任意两条不平行的线段，则判断移动机器人未进入长走廊环境并执行步骤S1。
进一步技术方案为，所述步骤S3还包括，所述融合位姿为承载激光雷达的移动机器人位姿。
进一步技术方案为，承载有所述激光雷达的移动机器人执行所述步骤S4，实现移动机器人在长走廊环境中工作。
本发明还公开了一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的装置，包括移动机器人，所述移动机器人安装有激光雷达，所述移动机器人包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的建图程序，其中，所述建图程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法。
一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的系统，包括服务器，与服务器数据连接并且具有激光雷达的可移动式设备；其中，所述服务器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的建图程序，所述建图程序被所述处理器执行时实现如上述所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图方法。
一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图方法。
相比于现有技术,本发明的有益效果在于：采用本发明的方法能够使基于激光雷达的移动机器人在长走廊、长通道环境中，实现高精度定位与建图，在不增加其他传感器的条件下，仅用激光雷达、里程计和IMU就能实现移动机器人在长走廊、长通道环境中高精度的激光SLAM技术，克服了传统的短量程2D激光SLAM在长走廊、长通道环境中定位错、建图乱的难题，很好地提升用户体验。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1是本发明一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法的流程方框示意图；
图2是图1流程图的原理流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
如图1所示的方法流程图，为本发明一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法的一个具体实施例，包括以下步骤：
步骤S1，获取激光雷达的点云数据；具体地，该步骤可运用于从移动机器人工作的环境中提取数据；
步骤S2，从所述点云数据中提取出线段，根据提取出的线段判断是否为长走廊环境，若判断为长走廊环境则执行步骤S3，若否则重复执行步骤S1-S2；
步骤S3，将预测的当前机器人位置与激光雷达扫描匹配后获取的航向相融合，获得融合后的机器人位姿；
步骤S4，利用所述融合后的机器人位姿作为SLAM实时定位的位姿，实现在长走廊环境中定位与地图构建。
进一步技术方案为，其特征在于，所述步骤S1还包括，所述激光雷达安装于移动机器人。
如图1所示的实施例中，所述步骤S1还包括，运用提线算法提取激光雷达获得的点云数据。
在其他实施例中，还可以根据本发明方法的步骤S1，运用其他有效方法获得点云数据。
如图1所示的实施例中，承载有所述激光雷达的移动机器人执行步骤S2，所述移动机器人运用分裂合并算法与聚类算法提取出线段，具体地，所述线段可为一个包括有若干线条的集合。
如图1所示的实施例中，所述步骤S2还包括，根据所述线段判断移动机器人是否位于长走廊环境；
若所述线段均相互平行并不全共线，则判断移动机器人已进入长走廊环境并执行步骤S3；
若所述线段存在任意两条不平行的线段，则判断移动机器人未进入长走廊环境并执行步骤S1。
在其他实施例中，还可以使用其他具有数据处理功能的设备与激光雷达相匹配以实现步骤S1-S2。
如图1所示的实施例中，所述步骤S3还包括，所述融合位姿为承载激光雷达的移动机器人位姿。
如图1所示的实施例中，承载有所述激光雷达的移动机器人执行所述步骤S4，实现移动机器人在长走廊环境中工作。
如图2所示的实施例中，本为发明建图方法的原理流程：
当机器在刚刚进入长走廊、长通道环境时，运用提线算法，提取激光雷达数据作为识别长走廊、长通道环境的条件。
从激光雷达的点云数据中运用分裂合并算法和聚类算法提取出线段，从提取出来的线段中判断它们的空间位置关系，如果提取出来的线段都是平行或者共线的，那么认为机器人进入了长走廊环境。
当识别出来了长走廊、长通道环境后，用预测的x，y位置(移动机器人位置)和激光雷达匹配后的航向融合作为SLAM实时定位的位姿，从而实现移动机器人在长走廊、长通道环境中高精度的定位与地图构建，让移动机器人在长走廊、长通道环境中正常工作。
本发明还公开了一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的装置，包括移动机器人，所述移动机器人安装有激光雷达，所述移动机器人包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的建图程序，其中，所述建图程序被所述处理器执行时实现如上述任一项所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法。
其中，存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其它类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM))或者可存储信息和指令的其它类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其它光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其它磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过通信总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的系统，包括服务器，与服务器数据连接并且具有激光雷达的可移动式设备；其中，所述服务器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的建图程序，所述建图程序被所述处理器执行时实现如上述所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图方法。
其中，存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其它类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM))或者可存储信息和指令的其它类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其它光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其它磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过通信总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图方法。
其中，所述存储介质可以是前述服务器的内部存储单元，例如服务器的硬盘或内存。所述存储介质也可以是所述设备的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，所述存储介质还可以既包括所述设备的内部存储单元也包括外部存储设备。
综上所述，采用本发明的方法能够使基于激光雷达的移动机器人在长走廊、长通道环境中，实现高精度定位与建图，在不增加其他传感器的条件下，仅用激光雷达、里程计和IMU就能实现移动机器人在长走廊、长通道环境中高精度的激光SLAM技术，克服了传统的短量程2D激光SLAM在长走廊、长通道环境中定位错、建图乱的难题，很好地提升用户体验。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，获取激光雷达的点云数据；
步骤S2，从所述点云数据中提取出线段，根据提取出的线段判断是否为长走廊环境，若判断为长走廊环境则执行步骤S3，若否则重复执行步骤S1-S2；
步骤S3，将预测的当前机器人位置与激光雷达扫描匹配后获取的航向相融合，获得融合后的机器人位姿；
步骤S4，利用所述融合后的机器人位姿作为SLAM实时定位的位姿，实现在长走廊环境中定位与地图构建。
2.根据权利要求1所述的一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括，所述激光雷达安装于移动机器人。
3.根据权利要求1所述的一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括，运用提线算法提取激光雷达获得的点云数据。
4.根据权利要求1所述的一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，承载有所述激光雷达的移动机器人执行步骤S2，所述移动机器人运用分裂合并算法与聚类算法提取出线段。
5.根据权利要求4所述的一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，根据所述线段判断移动机器人是否位于长走廊环境；
若所述线段均相互平行并不全共线，则判断移动机器人已进入长走廊环境并执行步骤S3；
若所述线段存在任意两条不平行的线段，则判断移动机器人未进入长走廊环境并执行步骤S1。
6.根据权利要求1所述的一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，所述融合位姿为承载激光雷达的移动机器人位姿。
7.根据权利要求1所述的一种利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法，其特征在于，承载有所述激光雷达的移动机器人执行所述步骤S4，实现移动机器人在长走廊环境中工作。
8.一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的装置，其特征在于，包括移动机器人，所述移动机器人安装有激光雷达，所述移动机器人包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的建图程序，其中，所述建图程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图的方法。
9.一种具备利用激光SLAM技术在长走廊环境建图功能的系统，其特征在于，包括服务器，与服务器数据连接并且具有激光雷达的可移动式设备；其中，所述服务器包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的建图程序，所述建图程序被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的利用激光SLAM技术在长走廊环境建图方法。
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