CN111681250A - 一种基于激光栅格地图的分割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于激光栅格地图的分割方法，该分割方法根据激光数据扫描的轮廓信息只确定一个启动工作位置，并规划出沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展的弓字形路径，然后机器人从一个启动工作位置开始沿着所述弓字形路径，实时根据遍历过的栅格面积和连通区域的宽度设置地图坐标轴方向上的区域分割线，能在限定激光栅格地图的分割次数的基础上实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割，避免分割获得的新的工作区域出现局部区域面积过大或开口通道过小而影响机器人的工作效率，使得在分割地图中存在走廊的分割与真实环境一致，提高机器人的工作效率。

Description

一种基于激光栅格地图的分割方法

技术领域

本发明涉及栅格地图分割的技术领域，尤其涉及一种基于激光栅格地图的分割方法。

背景技术

用于机器人自主定位导航技术中最常见的地图类型是栅格地图。栅格地图中的自由区域表示机器人可以通过的区域，获得具有栅格标记信息的区域有助于机器人建立工作区域、全局定位和路径规划。现有技术对栅格地图的分割算法基本都需要预先确定每个房间区域的中心位置才能对室内区域进行分割，并且现有的形态学分割可能会因为障碍物边界的影响而把走廊和邻近的区域合并，使得在分割地图中存在走廊的分割与真实环境不一致的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于激光栅格地图的分割方法，具体的技术方案如下：

一种基于激光栅格地图的分割方法，包括：步骤1、控制机器人通过激光传感器扫描室内工作环境，获取用激光线段描述的室内工作环境的轮廓信息，并构建起激光栅格地图；步骤2、根据室内工作环境的轮廓信息控制机器人移动至距离机器人启动位置最近且激光线段最长的栅格位置，然后从该栅格位置开始以弓字形路径遍历室内工作环境，其中，该弓字形路径沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展；步骤3、当机器人沿着步骤2所述的弓字形路径遍历过的栅格面积的增量处于分割面积阈值范围内，且激光传感器扫描到的当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向或水平坐标轴方向的宽度处于分界长度阈值范围内时，在机器人当前遍历位置处沿着对应的坐标轴方向设置区域分割线，从室内工作环境中分割出新的工作区域，其中，这个新的工作区域是未遍历过的区域；步骤4、控制机器人继续沿着步骤2所述的弓字形路径遍历室内工作环境的所述最长连通区域；步骤5、当机器人开始遍历分割出的所述新的工作区域时，重新记录机器人在这个新的工作区域沿着步骤2所述的弓字形路径遍历过的栅格面积的增量和激光传感器扫描到的当前遍历位置所处的的连通区域的宽度，然后重复上述步骤3至4，直到机器人保持步骤2所述的弓字形路径遍历完所述最长连通区域。

与现有技术相比，本发明根据激光数据扫描的轮廓信息只确定一个启动工作位置，并规划出沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展的弓字形路径，就能让机器人从一个启动工作位置开始沿着所述弓字形路径对室内工作环境中的长廊区域以及各个相邻接的房间区域进行分割；然后本技术方案中的机器人在沿着弓字形路径遍历长廊区域的过程中，实时根据遍历过的栅格面积和连通区域的宽度设置地图坐标轴方向上的区域分割线，实现激光栅格地图的分割，减少激光栅格地图中标记的个别障碍物信息对区域分割的影响。

此外，机器人遍历过的栅格面积和所处遍历位置的连通区域的宽度的设置能够限定激光栅格地图的分割次数，避免分割获得的新的工作区域出现局部区域面积过大或开口通道过小而影响机器人的工作效率，从而实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割，使得在分割地图中存在走廊的分割与真实环境一致，提高机器人的工作效率。

进一步地，在所述步骤3中，当机器人在所述步骤2所述的弓字形路径中已遍历过的栅格面积处于所述分割面积阈值范围内时，所述区域分割线的设置方法包括：如果激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向的宽度处于所述分界长度阈值范围内，那么在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置区域分割线，使得这个连通区域被分割成区域分割线左右两侧的子区域；如果激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向的宽度处于分界长度阈值范围内，那么在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置区域分割线，使得这个连通区域被分割成区域分割线上下两侧的子区域。该技术方案根据机器人遍历过的栅格面积和所处遍历位置的连通区域的宽度，分别在竖直坐标轴方向上和水平坐标轴方向上分割狭窄通道连接的足够大区域，实现激光栅格地图的有效分割，减少了整块空闲栅格区域可能被划分成过多个工作区域后导致的机器人工作效率低的问题。

进一步地，在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置所述区域分割线的前提下，所述区域分割线左侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线右侧的子区域是分割出新的工作区域，或者，所述区域分割线右侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线左侧的子区域是分割出的所述新的工作区域；在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置所述区域分割线的前提下，所述区域分割线上侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线下侧的子区域是分割出新的工作区域，或者，所述区域分割线下侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线上侧的子区域是分割出的所述新的工作区域。该技术方案通过所述区域分割线确定机器人的已经遍历区域和未遍历的新区域，避免机器人在遍历室内工作环境过程中出现重复分割已遍历过的工作区域的问题。

进一步地，在所述步骤4中，机器人遍历室内工作环境的所述最长连通区域的方法包括：当所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向时，机器人保持步骤2所述的弓字形路径去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域，但不去遍历水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域；当所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的竖直坐标轴方向时，机器人保持步骤2所述的弓字形路径去遍历水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域，但不去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域。本技术方案根据分割出的新的工作区域与对应的区域分割线的分布位置特征，规划出机器人在长廊区域内的弓字形遍历路径的延伸方向，使得的弓字形遍历路径朝着机器人所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展下去，也能够避免机器人在反复遍历室内工作环境过程中重复分割已遍历过的工作区域的问题，有利于提高机器人对所述激光栅格地图的分割效率。从而实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割。

进一步地，所述区域分割线在所述室内工作环境中分割出的每个工作区域都是闭合区域，分割出的每个闭合区域在所述激光栅格地图中填充同灰度级的颜色，当每个闭合区域都被填充至检测不出空闲栅格代表的白色像素点时，停止填充操作。该技术方案利用颜色填充的方式完成对闭合地图区域的聚类处理，有利于识别出各个闭合地图区域之间的分割线是否为直线，实现根据类的连通性合并类得到完整的走廊和房间。

进一步地，所述机器人沿着所述的弓字形路径在所述室内环境中遍历过的栅格面积是所述机器人规划行走的所述弓字形路径在所述激光栅格地图中占据的栅格单元的个数。有利于机器人根据激光栅格地图精准地判断遍历面积。

进一步地，所述区域分割线是相邻接的所述闭合区域之间的边界线，都是以直线的形式标记在所述激光栅格地图中。有效剔除激光传感器扫描出的过短线段以及激光栅格地图中标记的不规则形状障碍物的干扰。

附图说明

图1是机器人上装配的激光传感器旋转扫描构建的激光栅格地图的效果图。

图2是图1的激光栅格地图沿着X轴完成第一次分割处理获得的效果图。

图3是图2 的激光栅格地图沿着Y轴完成第二次分割处理获得的效果图。

图4是图3 的激光栅格地图沿着X轴完成第三次分割处理获得的效果图。

图5是图4 的激光栅格地图沿着Y轴完成第四次分割处理获得的效果图。

图6是图5的激光栅格地图沿着X轴完成第五次分割处理获得的效果图。

图7是图6的激光栅格地图沿着Y轴完成第六次分割处理获得的效果图。

图8是本发明实施例激光栅格地图沿着各个坐标轴指向分割和聚类处理后得到的各个闭合地图区域的效果图。

图9是本发明实施例公开的一种基于激光栅格地图的分割方法流程图。

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详细描述。为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

本发明实施例公开一种基于激光栅格地图的分割方法，如图5所示，包括：步骤S901、控制机器人通过激光传感器扫描室内工作环境，获取用激光线段描述的室内工作环境的轮廓信息，并利用室内工作环境的轮廓信息构建起激光栅格地图，然后进入步骤S902；优选地，图1是机器人上装配的激光传感器旋转扫描构建的激光地图的灰度化图像的效果图，存在杂物干扰和小的封闭区域的干扰，这时需要设置阈值对灰度化的激光地图去噪处理，过滤图1的白色大区域内的极小的黑色区域和离散分布的黑色标记点。

步骤S902、根据步骤S901获取的室内工作环境的轮廓信息，控制机器人移动至距离机器人启动位置最近且激光线段最长的栅格位置，然后从该栅格位置开始以弓字形路径遍历室内工作环境，并在激光栅格地图中实时标记位置信息，包括弓字形路径遍历过的栅格面积的增量，以及激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向或水平坐标轴方向的宽度，其中，该弓字形路径沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展。然后进入步骤903。如图1的位置P所示。本实施例一开始将机器人启动位置设置在图1的激光栅格地图右下角的空闲栅格区域，机器人在这个启动位置处启动激光传感器扫描周围环境，用以构建激光栅格地图，并获取标记激光栅格地图的轮廓，包括激光地图的墙壁轮廓、障碍物的外围边缘，然后计算激光栅格地图中标记墙壁轮廓或障碍物的外围边缘的黑色栅格连成的线段的长度，即对应的激光线段长度，在此基础上，控制机器人移动至距离机器人启动位置最近且激光线段最长的栅格位置，即控制机器人从所述启动位置移动至距离机器人启动位置最近且激光线段最长的栅格位置P，然后从该栅格位置P开始以图1所示的弓字形路径遍历室内工作环境并在激光栅格地图中实时标记位置信息，包括与当前遍历栅格位置距离最近的障碍物标记的黑色栅格对应的位置信息、和室内工作环境的轮廓边界标记的黑色栅格位置信息，使得后续分割的区域有效地反映出周围环境的轮廓特征。如图1所示，机器人行走的弓字形路径是沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展，图1的激光栅格地图内标记的最长连通区域是激光栅格地图内部虚线箭头M所标记过的空闲栅格区域（白色栅格区域），其中，这个最长连通区域的延伸方向是虚线箭头M的指向。而本实施例将虚线箭头M的指向是图1的激光栅格地图的水平坐标轴X轴的正方向指向，使得机器人行走的弓字形路径在这个最长连通区域的水平路径平行于水平坐标轴X轴方向，并沿着X轴方向拓展，如图3的弓字形路径在水平路径上的箭头指向所示。

步骤903、判断机器人沿着步骤S902所述的弓字形路径遍历过的栅格面积的增量是否落入分割面积阈值范围，同时判断激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向或水平坐标轴方向的宽度是否落入分界长度阈值范围，如果两者判断条件同时满足则进入步骤S904，否则进入步骤S905，以控制机器人继续沿着所述的弓字形路径遍历室内工作环境，直到满足前述阈值条件为止。

步骤S904、每当机器人沿着步骤S902所述的弓字形路径遍历过的栅格面积的增量处于分割面积阈值范围内，且激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向或水平坐标轴方向的宽度处于分界长度阈值范围时，在机器人当前遍历位置处沿着对应的坐标轴方向设置区域分割线，以实现在室内工作环境中分割出新的工作区域，然后进入步骤S906。本实施例中，这个新的工作区域是机器人未遍历过的区域，可以属于所述室内工作环境的所述最长连通区域的一部分。

在所述步骤S904中，当机器人在图3所示的弓字形路径中已遍历过的栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，即机器人从图2所示的启动位置P开始，已遍历过的栅格面积处于所述分割面积阈值范围内时，在图2至图8所示的示例性实施例中，所述分割面积阈值范围为17个栅格至55个栅格，所述分界长度阈值范围为栅格的边长的1倍至3倍，所述区域分割线的设置实施方式包括：

如果激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向的宽度处于所述分界长度阈值范围内，那么在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置区域分割线，使得这个连通区域被分割成区域分割线上下两侧的子区域，以实现在所述室内工作环境中分割出所述新的工作区域。对比图1和图2所示，当机器人从位置P开始沿着所述弓字形路径移动至图2的位置R1时，机器人已遍历过的栅格面积的增量是36个栅格，该栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，且激光传感器扫描到当前遍历位置R1对应图1的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）的宽度是栅格边长的1倍，该栅格边长处于所述分界长度阈值范围内，则在机器人当前遍历位置R1处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）设置区域分割线，将位置R1所在的连通区域被分割成区域分割线上下两侧的子区域，这个区域分割线上侧的子区域对应于工作区域#A，这个区域分割线下侧的子区域对应于工作区域#B，使得在所述室内工作环境中分割出所述新的工作区域#A，这相对于机器人工作区域#B中已经遍历过的区域而言，其中工作区域#B不被定义为所述新的工作区域，毕竟工作区域#B存在已遍历的区域。当然，如果机器人已遍历过的区域是所述区域分割线上侧的子区域#A，所述区域分割线下侧的子区域#B是分割出所述新的工作区域。需要说明的是，机器人当前遍历位置R1处的连通区域用于连通工作区域#A和工作区域#B，其中，区域分割线上侧的区域属于工作区域#A，区域分割线下侧的区域属于工作区域#B。

结合图2和图3所示，如果激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向的宽度处于所述分界长度阈值范围内，那么在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置区域分割线，使得这个连通区域被分割成区域分割线左右两侧的子区域，以实现在所述室内工作环境中分割出所述新的工作区域；如图2和图3所示，当机器人从位置P开始沿着所述弓字形路径移动至图2的位置R2时，机器人已遍历过的栅格面积的增量的50个栅格，该栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，且激光传感器扫描到当前遍历位置R2对应图1的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向（Y轴方向）的宽度是栅格边长的2倍，该宽度处于所述分界长度阈值范围内，在机器人当前遍历位置R2处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向（Y轴方向）设置区域分割线，将位置R2所在的连通区域被分割成区域分割线左右两侧的子区域，这个区域分割线左侧的子区域对应于工作区域#B2，这个区域分割线右侧的子区域对应于工作区域#B1，在图2所示的工作区域#B中分割出所述新的工作区域#B2，这相对于图2所示的机器人工作区域#B中已经遍历过的区域#B1而言，其中工作区域#B1不被定义为所述新的工作区域，毕竟工作区域#B1存在已遍历的区域。机器人在遍历至位置R2之前已经遍历过位置R1，并按照上述实施例的分割方法沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）设置区域分割线以分割出前述的工作区域#A。当然，如果机器人已遍历过的区域是所述区域分割线左侧的子区域#B2，所述区域分割线右侧的子区域#B1是分割出所述新的工作区域。在这里，机器人当前遍历位置R2处的连通区域用于连通工作区域#B2和工作区域#B1，其中，区域分割线左侧的区域属于工作区域#B2，区域分割线右侧的区域属于工作区域#B1。

图1至图3所示的实施例中，在机器人从图1所示的启动位置P开始，沿着所述弓字形路径遍历所述室内工作环境，先在位置R1处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置区域分割线以分割出工作区域#A和工作区域#B，然后沿着所述弓字形路径遍历工作区域#B的过程中，在位置R2处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置区域分割线以分割出新的工作区域#B2，从而从工作区域#B中分割出工作区域#B1和工作区域#B2。在本实施例中，机器人从启动位置P开始沿着所述弓字形路径遍历所述室内工作环境过程中，如果还没开始设置区域分割线进行分割操作，则后续分割的工作区域#B2、工作区域#B1和工作区域#A都保持相连通，其中，工作区域#B2和工作区域#B1都属于所述室内工作环境的所述最长连通区域的一部分，也可以理解为所述最长连通区域分割出的两个工作区域。在本实施例中，机器人沿着所述弓字形路径遍历的过程中，根据机器人遍历过的栅格面积和所处遍历位置的连通区域的宽度，分别在竖直坐标轴方向上和水平坐标轴方向上分割狭窄通道连接的足够大区域，实现激光栅格地图的有效分割，减少了整块空闲栅格区域可能被划分成过多个工作区域后导致的机器人工作效率低的问题。其中，机器人通过所述区域分割线确定机器人的已经遍历区域和未遍历的新区域，避免机器人在遍历室内工作环境过程中出现重复分割已遍历过的工作区域的问题。

本实施例中，所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向（往X轴正方向拓展延伸的弓字形路径），机器人在位置R2处通过设置区域分割线分割出新的工作区域#B2后，机器人保持所述的弓字形路径去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出所述新的工作区域#B2。需要说明的是，由于所述的弓字形路径的延伸走向是X轴方向，所以设置机器人不会沿着所述的弓字形路径移动进入激光栅格地图的水平坐标轴方向的区域分割线分割出的工作区域#A，因此，机器人在保持所述弓字形路径行走的过程中，在保持只遍历所述最长连通区域的过程中对所述室内工作环境进行区域分割，机器人沿着所述的弓字形路径移动进入所述新的工作区域#B2之前，机器人不会进入先前分割出的工作区域#A而触发执行所述步骤S909去重新记录统计弓字形路径遍历过的栅格面积的增量和当前遍历位置所处的连通区域的宽度。本实施例根据分割出的新的工作区域与对应的区域分割线的分布位置特征，规划出机器人在长廊区域内（所述最长连通区域）的弓字形遍历路径的延伸方向，使得弓字形遍历路径朝着机器人所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展下去，也能够避免机器人反复遍历室内工作环境和重复分割已遍历过的工作区域的问题，有利于提高机器人对所述激光栅格地图的分割效率。从而实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割。

步骤S906、控制机器人继续沿着步骤S902所述的弓字形路径遍历室内工作环境的所述最长连通区域，然后进入步骤S907。具体地，机器人遍历室内工作环境的所述最长连通区域的方法包括：当所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向时，机器人保持所述的弓字形路径去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的新的工作区域，但不去遍历水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的新的工作区域，对应图3的经过第二次分割的室内工作环境，机器人继续沿着所述的弓字形路径（往X轴正方向拓展延伸的弓字形路径）行走，从位置R2移动进入前述水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的新的工作区域#B2，由于所述的弓字形路径的延伸走向是X轴方向，所以机器人不会沿着所述的弓字形路径移动进入前述的新的工作区域#A。当所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的竖直坐标轴方向时，机器人保持所述的弓字形路径去遍历水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的新的工作区域，但不去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的新的工作区域。因此，该步骤在本实施例中的作用在于：根据分割出的新的工作区域与对应的区域分割线的分布位置特征，规划出机器人在长廊区域内的弓字形遍历路径的延伸方向，使得的弓字形遍历路径朝着机器人所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展下去，也能够避免机器人在反复遍历室内工作环境过程中重复分割已遍历过的工作区域的问题，有利于提高机器人对所述激光栅格地图的分割效率。从而实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割。

步骤S907、判断机器人是否保持所述的弓字形路径遍历完所述最长连通区域（虚线箭头M所标记过的空闲栅格区域），是则机器人进入新分割的工作区域后没有扫描检测到满足前述遍历过的栅格面积的增量阈值和当前遍历位置所处的连通区域的宽度阈值条件的待分割工作区域，进入步骤S910以结束执行基于激光栅格地图的分割方法，否则进入步骤S908。

步骤S908、判断机器人是否开始遍历分割出的新的工作区域，是则进入步骤S909，否则返回步骤S906。需要注意的是，基于前述实施例，机器人保持所述的弓字形路径遍历所述最长连通区域的过程中，不遍历所述区域分割线分割出的不属于所述最长连通区域内的所述新的工作区域，使得机器人只遍历所述最长连通区域内分割出的未遍历过的工作区域。

步骤S909、重新记录在这个新的工作区域内记录的机器人沿着弓字形路径遍历过的栅格面积的增量和当前遍历位置所处的连通区域的宽度，然后返回步骤S903。

示例性的，当机器人继续沿着所述的弓字形路径（往X轴正方向拓展延伸的弓字形路径），从工作区域#B1移动进入前述的新的工作区域#B2后，开始在新的工作区域#B2内重新记录在这个新的工作区域内记录的机器人沿着弓字形路径遍历过的栅格面积的增量，即从进入前述的新的工作区域#B2的一刻开始记录机器人遍历过的栅格面积的变化量，而机器人在工作区域#B内遍历过的栅格面积的增量不再统计入所述新的工作区域#B2的面积变化量中，或可以将工作区域#B内遍历过的栅格面积的增量清零再重新开始计数新的工作区域#B2内的栅格面积的增量。

需要说明的是，机器人当前遍历位置所处的连通区域的宽度是由激光传感器实时扫描计算获取的，比如扫描到机器人当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向上（Y轴）的墙体障碍物时，计算获取机器人当前遍历位置两侧的墙体障碍物线段对应节点在竖直坐标轴方向上的距离，即可作为机器人当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向上（Y轴）的宽度数值，机器人当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向上（X轴）的宽度数值也是通过类似的方法计算获取的。

作为一种工作区域分割实施例，如图3和图4所示，当机器人从位置R2开始沿着所述弓字形路径移动至位置R3时，机器人在这段遍历路径中已遍历过的栅格面积的增量是45个栅格，该栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，且激光传感器扫描到当前遍历位置R3对应的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）的宽度是栅格边长的1.5倍，该宽度处于所述分界长度阈值范围内，在机器人当前遍历位置R3处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）设置区域分割线，将位置R3所处的连通区域被分割成区域分割线上下两侧的子区域，这个区域分割线上侧的子区域对应于工作区域#C2，这个区域分割线下侧的子区域对应于工作区域#C1，在图3所示的新的工作区域#B2中分割出所述新的工作区域#C1，这相对于机器人在工作区域#B2中已遍历过的区域而言，其中工作区域#C2不被定义为所述新的工作区域，毕竟工作区域#C2存在已遍历的区域。在这里，机器人当前遍历位置R3处的连通区域用于连通工作区域#C1和工作区域#C2。示例性的，如果机器人已遍历过的区域是所述区域分割线下侧的子区域#C1，按照前述的区域分割方法，所述区域分割线上侧的子区域#C2是分割出所述新的工作区域。

在实施例的基础上，如图4和图5所示，当机器人从位置R2开始沿着所述弓字形路径（X轴正方向）移动至位置R4时，机器人在这段遍历路径中已遍历过的栅格面积的增量是46个栅格，该栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，且激光传感器扫描到当前遍历位置R4对应图4的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向（Y轴方向）的宽度是栅格边长的3倍，该栅格边长处于所述分界长度阈值范围内，则在机器人当前遍历位置R4处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向（Y轴方向）设置区域分割线，将位置R4所处的连通区域被分割成区域分割线左右两侧的子区域，这个区域分割线左侧的子区域对应于工作区域#D2，这个区域分割线右侧的子区域对应于工作区域#D1，使得在图4所示的新的工作区域#C2中分割出所述新的工作区域#D2，这相对于机器人在工作区域#C2中已遍历过的区域而言，其中工作区域#D1不被定义为所述新的工作区域，毕竟工作区域#D1存在已遍历的区域。机器人在遍历至位置R4之前已经遍历过位置R3，并按照上述实施例的分割方法沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）设置区域分割线以分割出前述的工作区域#C1。在这里，机器人当前遍历位置R4处的连通区域用于连通工作区域#D1和工作区域#D2。示例性的，如果机器人已遍历过的区域是所述区域分割线左侧的子区域#D2，按照前述的区域分割方法，所述区域分割线右侧的子区域#D1是分割出所述新的工作区域。在本实施例中，机器人沿着所述弓字形路径遍历的过程中，根据机器人遍历过的栅格面积和所处遍历位置的连通区域的宽度，分别在竖直坐标轴方向上和水平坐标轴方向上分割狭窄通道连接的足够大区域，实现激光栅格地图的有效分割，减少了整块空闲栅格区域可能被划分成过多个工作区域后导致的机器人工作效率低的问题。其中，机器人通过所述区域分割线确定机器人的已经遍历区域和未遍历的新区域，避免机器人在遍历室内工作环境过程中出现重复分割已遍历过的工作区域的问题。

图3至图5所示的实施例中，在机器人从图3所示的位置R2开始，沿着所述弓字形路径遍历所述最长连通区域的过程中，先在位置R3处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置区域分割线以分割出图4所述新的工作区域#C1，再在位置R4处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置区域分割线以分割出图5所述新的工作区域#D2，从而从图3所述工作区域#B2分割出图5所示的工作区域#D1、工作区域#C1和工作区域#D2。在本实施例中，机器人从图3所示的位置R2开始，沿着所述弓字形路径遍历所述最长连通区域（包括图3的工作区域#B2）的过程中，如果还没开始设置区域分割线进行分割操作时，图4的工作区域#C1和工作区域#C2相连通，图5的工作区域#D1、工作区域#D2和工作区域#C1相连通，其中，工作区域#D1和工作区域#D2都属于所述室内工作环境的所述最长连通区域的一部分，也可以理解为所述最长连通区域分割出的两个工作区域。在本实施例中，所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向（往X轴正方向拓展延伸的弓字形路径），机器人保持所述的弓字形路径去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的图5所述新的工作区域#D2，由于所述的弓字形路径的延伸走向是X轴方向，所以机器人不会沿着所述的弓字形路径移动进入前述的新的工作区域#C1。图3至图5所示的实施例中，机器人在保持所述弓字形路径行走的过程中，在保持只遍历所述最长连通区域的过程中对所述室内工作环境进行区域分割，机器人沿着所述的弓字形路径移动进入所述新的工作区域#D2之前，机器人在图3至图5的实施例中不会执行所述步骤S909去重新记录统计所述弓字形路径遍历过的栅格面积的增量和当前遍历位置所处的连通区域的宽度。本实施例根据分割出的新的工作区域与对应的区域分割线的分布位置特征，规划出机器人在长廊区域内（所述最长连通区域）的弓字形遍历路径的延伸方向，使得弓字形遍历路径朝着机器人所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展下去，也能够避免机器人在反复遍历室内工作环境过程中重复分割已遍历过的工作区域的问题，有利于提高机器人对所述激光栅格地图的分割效率。从而实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割。

在机器人保持所述的弓字形路径没有遍历完所述最长连通区域之前，反复执行步骤S903至S909，使得所述室内工作环境得到有效的分割，从而实现对室内工作环境中的长廊区域（对应于所述最长连通区域）的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割。在上述实施例的基础上，机器人从图5所示的位置R4开始，沿着所述弓字形路径遍历图5所示的工作区域#D2的过程中，如图6所示，当机器人移动至位置R5时，机器人已遍历过的栅格面积的增量是17个栅格，该栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，且激光传感器扫描到当前遍历位置R5对应图5的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）的宽度是栅格边长的1倍，该宽度处于所述分界长度阈值范围内，在位置R5处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置区域分割线，通过分割位置R5所处的连通区域来获取所述新的工作区域#E1，这相对于机器人在工作区域#D2中已遍历过的区域而言,也使得图6分割出的工作区域#E2不被定义为所述新的工作区域，即未遍历区域，尽管图5的工作区域#D2也包含未遍历区域，其中，工作区域#E1位于该区域分割线的上侧，工作区域#E2位于该区域分割线的下侧，它们是从图5所示的工作区域#D2分割出来的。值得注意的是，在本实施例中，所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向（往X轴正方向拓展延伸的弓字形路径），由于所述的弓字形路径的延伸走向是X轴方向，所以机器人不会沿着所述的弓字形路径移动进入前述的新的工作区域#E1，则机器人不会执行所述步骤S909去重新记录统计弓字形路径遍历过的栅格面积的增量和当前遍历位置所处的连通区域的宽度。

当机器人从位置R4开始沿着所述弓字形路径遍历所述最长连通区域至位置R6时，机器人已遍历过的栅格面积的增量是23个栅格，该栅格面积的增量处于所述分割面积阈值范围，且激光传感器扫描到当前遍历位置R6对应图6的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向（Y轴方向）的宽度是栅格边长的1.5倍，该宽度处于所述分界长度阈值范围内，此时机器人已经遍历过位置R5并按照前述实施例在激光栅格地图的水平坐标轴方向（X轴方向）设置区域分割线来获取所述新的工作区域#E1。然后在位置R6处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置区域分割线，通过分割位置R6所处的连通区域来获取所述新的工作区域#F2，这相对于机器人在图6的工作区域#E2中已遍历过的区域而言,其中，工作区域#F2位于该区域分割线的左侧，工作区域#F1位于该区域分割线的右侧，工作区域#F1和工作区域#F2都属于图6的工作区域#E2，也属于所述室内工作环境的所述最长连通区域的一部分。在本实施例中，所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向（往X轴正方向拓展延伸的弓字形路径），由于所述的弓字形路径的延伸走向是X轴方向，所以机器人保持所述的弓字形路径去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域#F2，当机器人遍历完工作区域#F2后，机器人则遍历完所述最长连通区域，然后执行所述步骤S910。

与现有技术相比，前述实施例根据激光数据扫描的轮廓信息只确定一个启动工作位置，并规划出沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展的弓字形路径，就能让机器人从一个启动工作位置开始沿着所述弓字形路径对室内工作环境中的长廊区域以及各个相邻接的房间区域进行分割，其中，对所述最长连通区域分割得到工作区域#B1、工作区域#D1、工作区域#F1、工作区域#F2；然后本技术方案中的机器人在沿着弓字形路径遍历长廊区域的过程中，实时根据遍历过的栅格面积和连通区域的宽度设置地图坐标轴方向上的区域分割线，实现激光栅格地图的分割，即机器人沿着弓字形路径遍历所述最长连通区域的过程中，根据遍历过的栅格面积和连通区域的宽度把所述室内工作环境分割得到工作区域#A、工作区域#B1、工作区域#C1、工作区域#D1、工作区域#E1、工作区域#F1和工作区域#F2。从而减少激光栅格地图中标记的个别障碍物信息对区域分割的影响。此外，机器人遍历过的栅格面积和所处遍历位置的连通区域的宽度的设置能够限定激光栅格地图的分割次数，避免分割获得的新的工作区域出现局部区域面积过大或开口通道过小而影响机器人的工作效率，从而实现对室内工作环境中的长廊区域的分割以及各个相邻接的房间区域的有效分割，使得在分割地图中存在走廊的分割与真实环境一致，提高机器人的工作效率。

优选地，所述区域分割线在所述室内工作环境中分割出的每个工作区域都是闭合区域，分割出的每个闭合区域在所述激光栅格地图中填充同灰度级的颜色，使得每个闭合区域都被填充至检测不出空闲栅格代表的白色像素点时，停止填充操作，如图8的闭合区域#A、闭合区域#B1、闭合区域#C1、闭合区域#D1、闭合区域#E1、闭合区域#F1和闭合区域#F2所示，分别对应室内工作环境的各个相邻接的房间区域，其中，闭合区域#B1、闭合区域#D1、闭合区域#F1、闭合区域#F2对应于长廊区域分割出的子区域。本实施例利用颜色填充的方式完成对闭合地图区域的聚类处理，有利于识别出各个闭合地图区域之间的分割线是否为直线，实现根据类的连通性合并类得到完整的走廊和房间。

优选地，所述机器人沿着所述的弓字形路径在所述室内环境中遍历过的栅格面积是所述机器人规划行走的所述弓字形路径在所述激光栅格地图中占据的栅格单元的个数。有利于机器人根据激光栅格地图精准地判断遍历面积。

优选地，所述区域分割线是相邻接的所述闭合区域之间的边界线，都是以直线的形式标记在所述激光栅格地图中。有效剔除激光传感器扫描出的过短线段以及激光栅格地图中标记的不规则形状障碍物的干扰。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于激光栅格地图的分割方法，包括：

步骤1、控制机器人通过激光传感器扫描室内工作环境，获取用激光线段描述的室内工作环境的轮廓信息，并构建起激光栅格地图；

其特征在于，还包括：

步骤2、根据室内工作环境的轮廓信息控制机器人移动至距离机器人启动位置最近且激光线段最长的栅格位置，然后从该栅格位置开始以弓字形路径遍历室内工作环境，其中，该弓字形路径沿着激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向拓展；

步骤3、当机器人沿着步骤2所述的弓字形路径遍历过的栅格面积的增量处于分割面积阈值范围内，且激光传感器扫描到的当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向或水平坐标轴方向的宽度处于分界长度阈值范围内时，在机器人当前遍历位置处沿着对应的坐标轴方向设置区域分割线，从室内工作环境中分割出新的工作区域，其中，这个新的工作区域内不存在机器人已遍历过的区域；

步骤4、控制机器人继续沿着步骤2所述的弓字形路径遍历室内工作环境的所述最长连通区域；

步骤5、当机器人开始遍历分割出的所述新的工作区域时，重新记录机器人在这个新的工作区域沿着步骤2所述的弓字形路径遍历过的栅格面积的增量和激光传感器扫描到的当前遍历位置所处的的连通区域的宽度，然后重复上述步骤3至4，直到机器人保持步骤2所述的弓字形路径遍历完所述最长连通区域。

2.根据权利要求1所述分割方法，其特征在于，在所述步骤3中，当机器人在所述步骤2所述的弓字形路径中已遍历过的栅格面积处于所述分割面积阈值范围内时，所述区域分割线的设置方法包括：

如果激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的竖直坐标轴方向的宽度处于所述分界长度阈值范围内，那么在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置区域分割线，使得这个连通区域被分割成区域分割线左右两侧的子区域；

如果激光传感器扫描到当前遍历位置所处的连通区域在激光栅格地图的水平坐标轴方向的宽度处于分界长度阈值范围内，那么在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置区域分割线，使得这个连通区域被分割成区域分割线上下两侧的子区域。

3.根据权利要求2所述分割方法，其特征在于，在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的竖直坐标轴方向设置所述区域分割线的前提下，所述区域分割线左侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线右侧的子区域是分割出新的工作区域，或者，所述区域分割线右侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线左侧的子区域是分割出的所述新的工作区域；

在机器人当前遍历位置处沿着激光栅格地图的水平坐标轴方向设置所述区域分割线的前提下，所述区域分割线上侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线下侧的子区域是分割出新的工作区域，或者，所述区域分割线下侧的子区域是机器人已遍历区域时，所述区域分割线上侧的子区域是分割出的所述新的工作区域。

4.根据权利要求1所述分割方法，其特征在于，在所述步骤4中，机器人遍历室内工作环境的所述最长连通区域的方法包括：

当所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的水平坐标轴方向时，机器人保持步骤2所述的弓字形路径去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域，但不去遍历水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域；

当所述激光栅格地图内标记的最长连通区域的延伸方向为激光栅格地图的竖直坐标轴方向时，机器人保持步骤2所述的弓字形路径去遍历水平坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域，但不去遍历竖直坐标轴方向上设置的区域分割线分割出的所述新的工作区域。

5.根据权利要求4所述分割方法，其特征在于，所述区域分割线在所述室内工作环境中分割出的每个工作区域都是闭合区域，分割出的每个闭合区域在所述激光栅格地图中填充同灰度级的颜色，使得每个闭合区域都被填充至检测不出空闲栅格代表的白色像素点时，停止填充操作。

6.根据权利要求5所述分割方法，其特征在于，所述机器人沿着所述的弓字形路径在所述室内环境中遍历过的栅格面积是所述机器人规划行走的所述弓字形路径在所述激光栅格地图中占据的栅格单元的个数。

7.根据权利要求5所述分割方法，其特征在于，所述区域分割线是相邻接的所述闭合区域之间的边界线，都是以直线的形式标记在所述激光栅格地图中。

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