基于地图边界的绕行路径规划方法、芯片及机器人技术

本发明专利技术公开基于地图边界的绕行路径规划方法、芯片及机器人，该绕行路径规划方法包括：步骤1、分别以每个地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第一圆域，再对每个第一圆域进行渐变式腐蚀操作，获得每个第一圆域内的栅格点的路径障碍程度评估值；步骤2、每按照一个预设间隔去遍历一个地图边界栅格点，并以当前遍历的地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第二圆域，再结合步骤1获得的路径障碍程度评估值搜索出满足临界条件的栅格点；其中，所有的第二圆域内的栅格点都已经在步骤1中被赋予所述路径障碍程度评估值；步骤3、将步骤2先后搜索出的满足临界条件的栅格点依次连接为绕行路径。径。径。

【技术实现步骤摘要】
基于地图边界的绕行路径规划方法、芯片及机器人


[0001]本专利技术涉及地图的图形形态处理的
，涉及基于地图边界的绕行路径规划方法、芯片及机器人。

技术介绍

[0002]移动机器人借助传感器（包括激光雷达、单目视觉传感器、双目视觉传感器）可创建可视化实时地图，但是鉴于这些传感器生成的二维栅格地图受环境影响，比如，光照不均和物体遮挡会在障碍物周边产生阴影，会存在一些噪点或地图边缘不平滑的情况，影响在栅格地图中的障碍物轮廓的提取和后续的测量工作，如何简单、高效地提取出绕地图的边界行走的路线（可以是栅格地图的内部的一条闭合的沿边路线），在移动机器人自主导航绕行避障中有着重大意义。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术公开基于地图边界的绕行路径规划方法、芯片及机器人，用于在栅格地图内对地图边界进行渐进式腐蚀处理，再结合渐进式腐蚀处理的结果，从地图边界栅格点开始扩展并规划出处于地图边界内部的一条绕行路径，具体的技术方案如下：基于地图边界的绕行路径规划方法，该绕行路径规划方法包括：步骤1、分别以每个地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第一圆域，再对每个第一圆域进行渐变式腐蚀操作，获得每个第一圆域内的栅格点的路径障碍程度评估值；其中，地图边界栅格点是存在于机器人预先构建的栅格地图的边界上；其中，预设倍数是与栅格地图的定位精度相关；步骤2、每隔一个预设间隔遍历一个地图边界栅格点，并以当前遍历的地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第二圆域，再结合步骤1获得的路径障碍程度评估值搜索出满足临界条件的栅格点；其中，所有的第二圆域内的栅格点都已经在步骤1中被赋予所述路径障碍程度评估值；步骤3、将步骤2先后搜索出的满足临界条件的栅格点依次连接为绕行路径。
[0004]本技术方案通过步骤1对每个第一圆域进行渐变式腐蚀操作，以获得第一圆域内任意栅格点的不同于常规的腐蚀操作而得到的路径障碍程度评估值，再结合步骤1获得的路径障碍程度评估值在步骤2构建的第二圆域内搜索满足临界条件的栅格点，用以连接出绕行路径，以获得栅格地图减去渐变式腐蚀操作后的结果得到的一种边界线，由此规划出的与栅格地图的边界相适应的绕行路径不受环境影响，有效实现绕行路径的去噪效果和平滑效果，提高机器人绕行路径的规划效果，尤其是提高机器人沿边绕障路径的顺畅程度。
[0005]进一步地，所述步骤1中的渐变式腐蚀操作包括：计算当前腐蚀的栅格点与其所属的第一圆域的圆心的直线距离，记为边界搜索距离；其中，当前腐蚀的栅格点是从所述第一圆域的圆心开始，使用遍历单元覆盖到的一个栅格点；遍历单元等效于腐蚀操作的结构元素；将所述预设倍数的机器人机身直径设置为腐蚀半径；然后，将所述当前腐蚀的栅格点的
路径障碍程度评估值设置为在所述第一圆域内与所述边界搜索距离成负相关关系；判断当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值是否大于在先设置出的同一栅格点的路径障碍程度评估值，是则维持当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值不变，再将当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为当前腐蚀的栅格点的最新的路径障碍程度评估值；否则将在先设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值更新为当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值，再将当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为当前腐蚀的栅格点的最新的路径障碍程度评估值。
[0006]本技术方案属于对常规的腐蚀操作的改进，在遍历每一个地图边界栅格点的过程中，每一个第一圆域都从对应的地图边界栅格点向四周作渐变式腐蚀操作，获得的是当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为在所述第一圆域内随着所述边界搜索距离的增大而减小，使得在所述第一圆域内，自外向内分布的栅格点的路径障碍程度评估值是依次增加的；本技术方案还基于同一栅格点被多个第一圆域所覆盖的特点，对当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值与在先设置出的同一栅格点的路径障碍程度评估值进行比较，再将比较获得的最大的路径障碍程度评估值设置为当前腐蚀的栅格点的最新的路径障碍程度评估值，作为渐变式腐蚀操作下获得的属于当前腐蚀的栅格点的最新的路径障碍程度评估值（可理解为使用最大值填充栅格点），进而获得距离相应的地图边界栅格点最近的当前腐蚀的栅格点。
[0007]进一步地，当所述边界搜索距离大于所述腐蚀半径时，将所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为预设的最小路径障碍程度评估值；其中，所述地图边界栅格点的路径障碍程度评估值设置为预设的最大路径障碍程度评估值。从而将当前腐蚀（执行渐进式腐蚀操作）的第一圆域以外的所有栅格点设置为预设的最小路径障碍程度评估值，进而将所述第一圆域内任意栅格点的路径障碍程度评估值都约束在大于预设的最小路径障碍程度评估值，且小于或等于所述预设的最大路径障碍程度评估值。
[0008]进一步地，在执行所述步骤1中的渐变式腐蚀操作之前，将所述地图边界栅格点的路径障碍程度评估值的初始值设置为预设的最大路径障碍程度评估值，同时将栅格地图内的未知栅格点的路径障碍程度评估值的初始值设置为预设的最大路径障碍程度评估值，并将栅格地图中的其余类型的栅格点的路径障碍程度评估值的初始值设置为预设的最小路径障碍程度评估值。从而通过设置路径障碍程度评估值的方式，预先将所述地图边界栅格点提取出来，并对不同类型的栅格点，特别是对未知栅格点进行区别标记。
[0009]进一步地，所述将所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为在所述第一圆域内与所述边界搜索距离成负相关关系的方法包括：所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值是所述腐蚀半径与所述边界收缩距离的差值与所述腐蚀半径的比值与预设的最大路径障碍程度评估值的乘积，使得所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值跟随所述边界搜索距离的增大而减小；其中，所述腐蚀半径与所述边界收缩距离的差值是所述腐蚀半径减去所述边界收缩距离得到的差值。以构建起所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值与所述边界搜索距离之间的线性负相关关系，满足地图的读取精度。
[0010]进一步地，所述步骤2具体包括：设置预设倍数的机器人机身直径为所述预设间隔，沿着机器人预先构建的栅格地图的边界，并按照所述预设间隔遍历地图边界栅格点；以
当前遍历的地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第二圆域，再在第二圆域内，以当前遍历的地图边界栅格点为搜索中心进行邻域扩展；在第二圆域内当前扩展到的栅格点的最新的路径障碍程度评估值大于所述预设的最小路径障碍程度评估值、且当前扩展到栅格点的八邻域中存在至少一个栅格点的最新的路径障碍程度评估值是所述预设的最小路径障碍程度评估值时，则将当前扩展到的栅格点中的路径障碍程度评估值最小的一个栅格点设置为搜索出的满足临界条件的栅格点，以实现搜索出最新的路径障碍程度评估值为所述预设的最小路径障碍程度评估值的栅格点和最新的路径障碍程度评估值不为所述预设的最小路径障碍程度评估值的栅格点的临界位置，用于作为连接出所述绕行路径的目标位置。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于地图边界的绕行路径规划方法，其特征在于，该绕行路径规划方法包括：步骤1、分别以每个地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第一圆域，再对每个第一圆域进行渐变式腐蚀操作，获得每个第一圆域内的栅格点的路径障碍程度评估值；其中，地图边界栅格点是存在于机器人预先构建的栅格地图的边界上；其中，预设倍数是与栅格地图的定位精度相关；步骤2、每隔一个预设间隔遍历一个地图边界栅格点，并以当前遍历的地图边界栅格点为圆心、预设倍数的机器人机身直径为半径构建第二圆域，再结合步骤1获得的路径障碍程度评估值搜索出满足临界条件的栅格点；其中，所有的第二圆域内的栅格点都已经在步骤1中被赋予所述路径障碍程度评估值；步骤3、将步骤2先后搜索出的满足临界条件的栅格点依次连接为绕行路径。2.根据权利要求1所述绕行路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中的渐变式腐蚀操作包括：计算当前腐蚀的栅格点与其所属的第一圆域的圆心的直线距离，记为边界搜索距离；其中，当前腐蚀的栅格点是从所述第一圆域的圆心开始，使用遍历单元覆盖到的一个栅格点；遍历单元等效于腐蚀操作的结构元素；将所述预设倍数的机器人机身直径设置为腐蚀半径；然后，将所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为在所述第一圆域内与所述边界搜索距离成负相关关系；判断当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值是否大于在先设置出的同一栅格点的路径障碍程度评估值，是则维持当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值不变，再将当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为当前腐蚀的栅格点的最新的路径障碍程度评估值；否则将在先设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值更新为当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值，再将当前设置出的当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为当前腐蚀的栅格点的最新的路径障碍程度评估值。3.根据权利要求2所述绕行路径规划方法，其特征在于，当所述边界搜索距离大于所述腐蚀半径时，将所述当前腐蚀的栅格点的路径障碍程度评估值设置为预设的最小路径障碍程度评估值；其中，所述地图边界栅格点的路径障碍程度评估值设置为预设的最大路径障碍程度评估值。4.根据权利要求2所述绕行路径规划方法，其特征在于，在执行所述步骤1中的渐变式腐蚀操作之前，将所述地图边界栅格点的路径障碍程度评估值的初始值设置为预设的最大路径障碍程度评估值，同时将栅格地图内的未知栅格点的路径障碍程度评估值的初始值设置为预设的最大路径障碍程度评估值，并将栅格地图中的其余类型的栅格点的路径障碍程度评估值的初始值设置为预...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永强，李永勇，肖刚军，
申请(专利权)人：珠海一微半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：