一种机器人的环境地图更新方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人的环境地图更新方法、系统、设备及存储介质，该方法包括：获取感测到的环境测量数据；获取机器人的位姿数据；根据环境测量数据和位姿数据更新预存的环境地图；根据更新后的环境地图对以机器人为中心的设定范围内的障碍物进行可通行检测，得到障碍物可通行检测结果；根据障碍物可通行检测结果和更新后的环境地图，生成局部环境可达性地图；其中，局部环境可达性地图具有障碍物可通行标记、障碍不可通行标记；基于环境测量数据和机器人的位姿数据对环境地图进行局部更新后，进行障碍物可通行检测并在地图中标记障碍物可通行和不可通行，有效避免机器人在感知环境过程中丢失地形与障碍物细节的问题，提高机器人的导航安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人的环境地图更新方法、系统、设备及存储介质
本专利技术涉及机器人导航
，尤其涉及一种机器人的环境地图更新方法、系统、设备及存储介质。
技术介绍
机器人的自主性在移动机器人的领域一直是人们追求的目标。随着移动机器人的应用场景越来越广泛，工作环境越来越复杂，对移动机器人的自主性要求也越来越高。作为自主行为的底层支撑，移动机器人对复杂的三维环境高效感知表达是保证其避开障碍物并安全运行的前提。目前，移动机器人对地形与障碍物的表达主要还是在平坦的结构化地形环境中通过将感知到的环境信息中的障碍物转换成二维栅格中的不可通过点，基于二维栅格地图的技术方案只能对空间中的一个切平面进行建模，这种方法丢失了很多地形与障碍物的细节信息，若障碍物不在地图的感知平面内中将导致实际障碍物的丢失，导致移动机器人出现碰撞的可能。或者直接通过传感器感知障碍物的距离从而在快要发生碰撞时紧急停车。使用上述方案使得移动机器人对于局部环境的感知能力有限，无法胜任一些非结构化且地形复杂环境中的相关任务。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种机器人的环境地图更新方法、系统、设备及存储介质，其能有效避免机器人在感知环境过程中丢失地形与障碍物细节的问题，提高机器人的导航安全性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种机器人的环境地图更新方法，包括：获取感测到的环境测量数据；获取机器人的位姿数据；根据所述环境测量数据和所述位姿数据更新预存的环境地图；根据更新后的环境地图对以所述机器人为中心的设定范围内的障碍物进行可通行检测，得到障碍物可通行检测结果；根据所述障碍物可通行检测结果和更新后的环境地图，生成局部环境可达性地图；其中，所述局部环境可达性地图具有障碍物可通行标记、障碍不可通行标记。作为上述方案的改进，所述根据所述环境测量数据和所述位姿数据更新预存的环境地图，包括：根据所述环境测量数据对所述环境地图进行局部更新，其中，所述环境地图为高程栅格地图；根据所述位姿数据对局部更新后的环境地图进行增量更新，得到扩展高程栅格地图。作为上述方案的改进，所述根据所述环境测量数据对所述环境地图进行局部更新之前，还包括：对所述环境测量数据进行点云转换，得到点云数据；对所述点云数据进行滤波处理；对滤波后的点云数据进行降采样处理。作为上述方案的改进，所述根据所述环境测量数据对所述环境地图进行局部更新，包括：根据所述环境测量数据，获取距离传感器到现实场景中任意一测量点的距离；其中，所述距离传感器用于感测所述环境测量数据；对获取的距离进行坐标转换，得到每一所述测量点在第一坐标系下对应的高度测量值；其中，所述第一坐标系是以所述距离传感器为中心的坐标系；根据预设的投影矩阵，将所述高度测量值映射到所述环境地图中相应的高度标量测量值上；根据所述高度测量值和预设的坐标变换矩阵，计算所述高度测量值对应的方差；将所述高度测量值及其对应的方差与所述环境地图中的高度标量测量值及其对应的方差进行融合，获得融合高度测量值和融合方差；根据所述高度测量值及其对应的高度标量测量值，计算马哈拉诺比斯距离；根据所述马哈拉诺比斯距离、所述融合高度测量值、所述高度测量值、所述高度标量测量值，确定所述环境地图中每一单元栅格的最终的高度更新值；根据所述马哈拉诺比斯距离、所述融合方差、所述高度测量值对应的方差、所述高度标量测量值对应的方差，确定所述环境地图中每一单元栅格的最终的方差更新值。作为上述方案的改进，所述根据所述高度测量值和预设的坐标变换矩阵，计算所述高度测量值对应的方差，包括：根据所述高度测量值和预设的坐标变换矩阵，分别计算所述距离传感器的雅可比和第一坐标系的旋转雅可比；其中，所述第一坐标系和第二坐标系通过所述坐标变换矩阵进行转换，所述第二坐标系是以所述机器人为中心的坐标系；根据所述距离传感器的雅可比和所述第一坐标系的旋转雅可比，计算所述高度测量值对应的方差。作为上述方案的改进，所述机器人根据所述位姿数据对局部更新后的环境地图进行增量更新，得到扩展高程栅格地图，包括：在所述机器人发生运动的情况下，根据所述位姿数据，将当前时刻下所述第三坐标系重合到上一时刻下第三坐标系中，得到地图公共参考坐标系；其中，所述位姿数据包括所述第三坐标系与所述第二坐标系在当前时刻下相对的平移向量和旋转、所述机器人在所述第二坐标系下从上一时刻到当前时刻的平移向量和旋转；所述第三坐标系是以所述机器人为中心的地图坐标系；获取所述环境地图中每一栅格的方差更新值，并根据所述方差更新值计算相应栅格在上一时刻的空间协方差矩阵；基于所述地图公共参考坐标系，根据每一栅格在上一时刻的空间协方差矩阵，计算对应栅格在当前时刻的空间协方差矩阵；计算每一栅格在当前时刻的空间协方差矩阵与上一时刻对应的第二坐标系、当前时刻对应的第二坐标系之间的高斯分布，得到所述机器人运动的不确定估计；根据所述不确定估计，计算每一栅格的协方差矩阵更新值，并根据每一栅格的协方差矩阵更新值，确定每一栅格的最终方差更新值。作为上述方案的改进，所述障碍物可通行检测结果包括：倾斜障碍物可通行检测结果和垂直障碍物可通行检测结果；所述根据更新后的环境地图对以所述机器人为中心的设定范围内的障碍物进行可通行检测，得到障碍物可通行检测结果，包括：获取以所述机器人为中心的设定范围内的高度测量值；根据所述设定范围内的高度测量值，计算所述设定范围的斜率值；根据所述斜率值和预设的斜率阈值，确定所述机器人所在栅格的倾斜障碍物可通行检测结果；根据所述机器人的预设的足迹模型，计算所述足迹模型覆盖区域内所有栅格与所述足迹模型覆盖区域的中心栅格之间的最大高度差值；根据所述最大高度差值和预设的临界高度值，确定所述机器人所在栅格的垂直障碍物可通行检测结果。作为上述方案的改进，所述方法还包括：将所述斜率值与预设的斜率阈值进行比较；在所述斜率值大于所述斜率阈值的情况下，确定所述机器人所在栅格的倾斜障碍物不可通过；在所述斜率值小于等于所述斜率阈值的情况下，确定所述机器人所在栅格的倾斜障碍物可通过。作为上述方案的改进，所述方法还包括：将所述最大高度差值与预设的临界高度值进行比较；在所述最大高度差值大于所述临界高度值的情况下，确定所述机器人所在栅格的垂直障碍物不可通过；在所述最大高度差值小于等于所述临界高度值的情况下，确定所述机器人所在栅格的垂直障碍物可通过。作为上述方案的改进，所述根据所述障碍物可通行检测结果和更新后的环境地图，生成局部环境可达性地图，包括：对更新后的环境地图中的任意一个栅格的倾斜障碍物可通行检测结果和垂直障碍物可通行检测结果进行加权求和，得到任意一个栅格的可通行结果；将任意一个栅格的可通行结果标记到更新后的环境地图中，生成所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人的环境地图更新方法，其特征在于，包括：/n获取感测到的环境测量数据；/n获取机器人的位姿数据；/n根据所述环境测量数据和所述位姿数据更新预存的环境地图；/n根据更新后的环境地图对以所述机器人为中心的设定范围内的障碍物进行可通行检测，得到障碍物可通行检测结果；/n根据所述障碍物可通行检测结果和更新后的环境地图，生成局部环境可达性地图；其中，所述局部环境可达性地图具有障碍物可通行标记、障碍不可通行标记。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人的环境地图更新方法，其特征在于，包括：
获取感测到的环境测量数据；
获取机器人的位姿数据；
根据所述环境测量数据和所述位姿数据更新预存的环境地图；
根据更新后的环境地图对以所述机器人为中心的设定范围内的障碍物进行可通行检测，得到障碍物可通行检测结果；
根据所述障碍物可通行检测结果和更新后的环境地图，生成局部环境可达性地图；其中，所述局部环境可达性地图具有障碍物可通行标记、障碍不可通行标记。


2.如权利要求1所述的机器人的环境地图更新方法，其特征在于，根据所述环境测量数据和所述位姿数据更新预存的环境地图，包括：
根据所述环境测量数据对所述环境地图进行局部更新，其中，所述环境地图为高程栅格地图；
根据所述位姿数据对局部更新后的环境地图进行增量更新，得到扩展高程栅格地图。


3.如权利要求2所述的机器人的环境地图更新方法，其特征在于，所述根据所述环境测量数据对所述环境地图进行局部更新之前，还包括：
对所述环境测量数据进行点云转换，得到点云数据；
对所述点云数据进行滤波处理；
对滤波后的点云数据进行降采样处理。


4.如权利要求2所述的机器人的环境地图更新方法，其特征在于，所述根据所述环境测量数据对所述环境地图进行局部更新，包括：
根据所述环境测量数据，获取距离传感器到现实场景中任意一测量点的距离；其中，所述距离传感器用于感测所述环境测量数据；
对获取的距离进行坐标转换，得到每一所述测量点在第一坐标系下对应的高度测量值；其中，所述第一坐标系是以所述距离传感器为中心的坐标系；
根据预设的投影矩阵，将所述高度测量值映射到所述环境地图中相应的高度标量测量值上；
根据所述高度测量值和预设的坐标变换矩阵，计算所述高度测量值对应的方差；
将所述高度测量值及其对应的方差与所述环境地图中的高度标量测量值及其对应的方差进行融合，获得融合高度测量值和融合方差；
根据所述高度测量值及其对应的高度标量测量值，计算马哈拉诺比斯距离；
根据所述马哈拉诺比斯距离、所述融合高度测量值、所述高度测量值、所述高度标量测量值，确定所述环境地图中每一单元栅格的最终的高度更新值；
根据所述马哈拉诺比斯距离、所述融合方差、所述高度测量值对应的方差、所述高度标量测量值对应的方差，确定所述环境地图中每一单元栅格的最终的方差更新值。


5.如权利要求4所述的机器人的环境地图更新方法，其特征在于，所述根据所述高度测量值和预设的坐标变换矩阵，计算所述高度测量值对应的方差，包括：
根据所述高度测量值和预设的坐标变换矩阵，分别计算所述距离传感器的雅可比和第一坐标系的旋转雅可比；其中，所述第一坐标系和第二坐标系通过所述坐标变换矩阵进行转换，所述第二坐标系是以所述机器人为中心的坐标系；
根据所述距离传感器的雅可比和所述第一坐标系的旋转雅可比，计算所述高度测量值对应的方差。


6.如权利要求4所述的机器人的环境地图更新方法，其特征在于，所述机器人根据所述位姿数据对局部更新后的环境地图进行增量更新，得到扩展高程栅格地图，包括：
在所述机器人发生运动的情况下，根据所述位姿数据，将当前时刻下第三坐标系重合到上一时刻下第三坐标系中，得到地图公共参考坐标系；
其中，所述位姿数据包括所述第三坐标系与所述第二坐标系在当前时刻下相对的平移向量和旋转、所述机器人在所述第二坐标系下从上一时刻到当前时刻的平移向量和旋转；所述第三坐标系是以所述机器人为中心的地图坐标系；
获取所述环境地图中每一栅格的方差更新值，并根据所述方差更新值计算相应栅格在上一时刻的空间协方差矩阵；
基于所述地图公共...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜炳姜，朱小康，郑贵刚，曾志威，
申请(专利权)人：科益展智能装备有限公司，科益展智能装备有限公司广州分公司，汇专科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44