1引言

地圖創(chuàng)建是移動機(jī)器人一個基本而且十分重要的技術(shù)，它是移動機(jī)器人在未知環(huán)境中導(dǎo)航定位及路徑規(guī)劃等技術(shù)的基礎(chǔ)[1]。對于移動機(jī)器人地圖創(chuàng)建這個問題我們可以這樣理解：從任意時刻，任意位置開始，一個移動機(jī)器人應(yīng)該能夠通過所帶的傳感器探索環(huán)境，獲取相關(guān)的環(huán)境信息，從而構(gòu)建合適的地圖[2]。

目前移動機(jī)器人常用的地圖表示方法有二種，一是占據(jù)網(wǎng)格法，用每一個網(wǎng)格被占據(jù)的概率值來表示環(huán)境信息，但網(wǎng)格地圖的精確度不高[3]。二是基于幾何的表示方法，利用線段、弧線來表示環(huán)境信息。幾何地圖信息存儲量小，可以直接應(yīng)用在移動機(jī)器人的導(dǎo)航和路徑規(guī)劃上[4]。目前國內(nèi)外普遍用采的超聲波、紅外等傳感器進(jìn)行移動機(jī)器人的導(dǎo)航研究，他們普遍存在精度低的問題。激光傳感器與他們相比就具有獲取數(shù)據(jù)的速度快，精度高的優(yōu)點(diǎn)[5]。

本文通過激光傳感器采集的室內(nèi)環(huán)境的特定平面環(huán)境信息，將信息中的數(shù)據(jù)點(diǎn)利用最小二乘法分段擬合成直線，通過計(jì)算距離方差對擬合出來的直線進(jìn)行濾波得到有效線段，將有效線段合并以幾何信息表示出來，得到當(dāng)前的局部地圖。在將每幀得到的局部地圖相互匹配，獲得全局地圖。

2未知環(huán)境地圖創(chuàng)建

環(huán)境地圖的創(chuàng)建分為兩種，環(huán)境局部地圖創(chuàng)建及全局地圖創(chuàng)建。

2.1局部地圖創(chuàng)建

圖2局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的關(guān)系圖

2.3全局地圖創(chuàng)建

選取第一幀局部地圖作為當(dāng)前的全局地圖，在完成當(dāng)前幀的直線特征提取后（即完成局部地圖創(chuàng)建），將得到的局部地圖與當(dāng)前的全局地圖相匹配，得到他們之間線段的關(guān)系，從而得到他們之間相關(guān)的特征點(diǎn)。然后通過特征點(diǎn)計(jì)算局部地圖與全局地圖的偏移矩陣，將局部地圖融合到全局地圖中，更新全局地圖。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)采用激光傳感器，它的測距范圍為0.02m-4m，掃描角度范圍240°，頻率100ms，角分辨率0.35°。通過對激光數(shù)據(jù)處理，提取直線特征，將最小二乘法擬合的直線合并，再根據(jù)點(diǎn)和直線特征結(jié)合的匹配方法對局部地圖和全局地圖進(jìn)行匹配，得到全局地圖。生成的局部地圖和全局地圖如圖3-4所示。

(1)

(2)

(3)局部地圖

(4)全局地圖

本算法在最小二乘法擬合直線的過程中，將所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)按很小的間隔分成n簇點(diǎn)集，分別對每簇點(diǎn)集擬合直線，舍棄偏差較大的直線。對于近似平行的直線，將它們合并，重新提取直線特征。通過這種方法，能夠有效地抑制噪聲對局部地圖創(chuàng)建的影響。在匹配的過程中，通過求取偏移矩陣，將局部地圖由機(jī)器人的車體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系中，這種方法與單純的依靠直線特征匹配的方法相比較，能夠更好的減小在匹配過程中造成的誤差。實(shí)驗(yàn)證明本算法具有精度高，復(fù)雜程度低，實(shí)時性高等優(yōu)點(diǎn)，適合結(jié)構(gòu)簡單的室內(nèi)環(huán)境。

4結(jié)論

地圖創(chuàng)建是移動機(jī)器人在未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的先決條件。本文提出一種通過最小二乘法擬合直線，采用點(diǎn)跟直線特征結(jié)合的匹配方法創(chuàng)建全局地圖的算法，研究結(jié)果證明，本算法能夠很好的完成只有直線特征的簡單室內(nèi)環(huán)境的地圖創(chuàng)建工作。