CN103323002B - 即时定位与地图构建方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于惯性导航装置的即时定位与地图构建方法和使用该即时定位与地图构建方法的即时定位与地图构建装置。所述基于惯性导航装置的即时定位与地图构建方法，包括：记录放置特征点信息获取装置的起始点的起始特征点信息，其中所述特征点信息获取装置为可移动电子设备，所述可移动电子设备包括惯性导航装置和碰撞传感器部件；移动所述可移动电子设备，当所述可移动电子设备的碰撞传感器部件感测到发生碰撞时，将发生碰撞的地点确定为特征点，并且记录惯性导航装置获取的关于所述特征点的特征点信息；根据预定的碰撞策略，继续移动所述可移动电子设备以获取其它特征点信息；以及基于获取的预定数目的特征点信息构造地图。

Description

即时定位与地图构建方法和装置

技术领域

本发明涉及即时定位与地图构建(SLAM)领域，更具体地，本发明涉及一种基于惯性导航装置的即时定位与地图构建方法和使用该即时定位与地图构建方法的即时定位与地图构建装置。

背景技术

移动装置的定位和地图构建是机器人领域的热点研究问题。对于已知环境中的移动装置自主定位和已知机器人位置的地图创建已经有了实用的解决方法。然而，在很多环境中移动装置不能利用全局定位系统进行定位，而且事先获取移动装置工作环境的地图很困难，甚至是不可能的。这时移动装置需要在自身位置不确定的条件下，在完全位置环境中构建地图，同时利用地图进行自主定位和导航。这就是所谓的即时定位与地图构建(SLAM)。在即时定位与地图构建(SLAM)中，移动装置利用自身携带的传感器识别未知环境中的特征标志，然后根据移动装置与特征标志之间的相对位置和里程计的读数估计移动装置和特征标志的全局坐标。基于环境特征的移动装置的即时定位与地图构建过程通常分为以下三个步骤：(1)基于外部感知的环境特征提取；(2)递推形式的预测和更新算法；(3)相应的数据相关技术。

例如，iRobot公司的Roomba智能机器人采用碰到实体之后，按照右手原则进行右旋转前进的策略。此外，存在利用RF射频标签形式，进行无线信号识别的方式进行导航；使用激光扫描的形式，进行构建地图导航；采用视觉进行3D即时定位与地图构建建模；采用声纳进行地图构建。然而，这些现有的即时定位与地图构建(SLAM)方法通常需要依靠多种导航设备的组合的形式来实现，其技术难度大，设备造价高，并且容易受到外界信息的干扰。因此，希望提出一种新颖和节约成本的即时定位与地图构建方法。

发明内容

有鉴于上述情况，本发明提供了一种基于惯性导航装置的即时定位与地图构建方法和使用该即时定位与地图构建方法的即时定位与地图构建装置。

根据本发明实施例，提供了一种基于惯性导航装置的即时定位与地图构建(SLAM)方法，包括：记录放置特征点信息获取装置的起始点的起始特征点信息，其中所述特征点信息获取装置为可移动电子设备，所述可移动电子设备包括惯性导航装置和碰撞传感器部件；移动所述可移动电子设备，当所述可移动电子设备的碰撞传感器部件感测到发生碰撞时，将发生碰撞的地点确定为特征点，并且记录惯性导航装置获取的关于所述特征点的特征点信息；根据预定的碰撞策略，继续移动所述可移动电子设备以获取其它特征点信息；以及基于获取的预定数目的特征点信息构造地图。

此外，根据本发明实施例的即时定位与地图构建方法，还包括：当所述可移动电子设备无法继续移动时，所述可移动电子设备返回起始点。

此外，根据本发明实施例的即时定位与地图构建方法，其中，所述预定的碰撞策略包括：在发生碰撞时，所述可移动电子设备后退5厘米并且向右旋转1°后继续前进。

此外，根据本发明实施例的即时定位与地图构建方法，其中，所述惯性导航装置包括陀螺仪和加速度计。

根据本发明的另一实施例，提供了一种即时定位与地图构建装置，用于基于惯性导航的即时定位与地图构建，所述即时定位与地图构建为可移动电子设备，所述可移动电子设备包括：惯性导航装置；以及碰撞传感器部件，其中，记录放置所述可移动电子设备的起始点的起始特征点信息，移动所述可移动电子设备，当所述碰撞传感器部件感测到发生碰撞时，将发生碰撞的地点确定为特征点，并且记录惯性导航装置获取的关于所述特征点的特征点信息；根据预定的碰撞策略，继续移动所述可移动电子设备以获取其它特征点信息；以及基于获取的预定数目的特征点信息构造地图。

此外，根据本发明另一实施例的即时定位与地图构建装置，其中，当所述可移动电子设备无法继续移动时，所述可移动电子设备返回起始点。

此外，根据本发明另一实施例的即时定位与地图构建装置，其中，所述预定的碰撞策略包括：在发生碰撞时，所述可移动电子设备后退5厘米并且向右旋转1°后继续前进。

此外，根据本发明另一实施例的即时定位与地图构建装置，其中，所述惯性导航装置包括陀螺仪和加速度计。

根据本发明实施例的基于惯性导航装置的即时定位与地图构建方法和使用该即时定位与地图构建方法的即时定位与地图构建装置，实现了新颖和节约成本的即时定位与地图构建。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的即时定位与地图构建装置的主要配置的示意性框图；以及

图2是示出根据本发明实施例的即时定位与地图构建方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。

首先，将参照图1描述根据本发明实施例的即时定位与地图构建装置。所述即时定位与地图构建装置优选地例如是诸如机器人的可移动电子设备。

如图1所示，根据本发明实施例的即时定位与地图构建装置10包括惯性导航装置20和碰撞传感器部件30。

具体地，所述惯性导航装置20包括陀螺仪和加速度计等，其用于获取所述即时定位与地图构建装置10的运动位置、姿态和速度等信息。惯性导航装置20使用一种推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的装置运动角度和速度推算出其下一点的位置。例如，陀螺仪用来形成一个导航坐标系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中并给出航向和姿态角。加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。其中，所述陀螺仪包括但不限于绕线陀螺、静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。在本发明实施例中使用的所述惯性导航装置20相对于现有技术的即时定位与地图构建(SLAM)中使用的其他导航装置具有以下优点：(1)由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响；(2)能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低；(3)数据更新率高、短期精度和稳定性好；(4)制造成本低，数据采集和控制方法简单。

所述碰撞传感器部件30用于感测所述即时定位与地图构建装置10与外部环境的碰撞事件。所述碰撞传感器部件30包括但不限于偏心锤式传感器、滚球式碰撞传感器、滚轴式膨胀传感器、水银开关式碰撞传感器、有压阻效应式碰撞传感器和压电效应式碰撞传感器等。

在本发明的即时定位与地图构建装置10中，每次所述碰撞传感器部件30感测到所述即时定位与地图构建装置10与外部环境发生碰撞，即将该碰撞发生地点确定为用于地图构建的地图特征点，而此时由所述惯性导航装置20采集的导航信息即为该地图特征点的特征点信息。通过构建大量的特征点，并且采集相应的特征点信息，可以形成一个2D地图，从而所述即时定位与地图构建装置10(例如，机器人)可以按照形成的地图导航。

以上参照图1描述了根据本发明实施例的即时定位与地图构建装置10。下面，将进一步具体描述由根据本发明实施例的即时定位与地图构建装置10执行的即时定位与地图构建方法。

图2是示出根据本发明实施例的即时定位与地图构建方法的流程图。

如图2所示，根据本发明实施例的即时定位与地图构建方法包括：

在步骤S201中，记录放置所述即时定位与地图构建装置10的起始点的起始特征点信息。此后，即时定位与地图构建方法进到步骤S202。

在步骤S202中，移动所述即时定位与地图构建装置10，当所述即时定位与地图构建装置10的碰撞传感器部件30感测到发生碰撞时，将发生碰撞的地点确定为特征点。此后，即时定位与地图构建方法进到步骤S203。

在步骤S203中，记录所述惯性导航装置20获取的关于所述特征点的特征点信息。此后，即时定位与地图构建方法进到步骤S204。

在步骤S204中，根据预定的碰撞策略，继续移动所述即时定位与地图构建装置10以获取其它特征点信息。在本发明的一个优选实施例中，所述预定的碰撞策略包括：当所述即时定位与地图构建装置10的碰撞传感器部件30感测到发生碰撞时，所述即时定位与地图构建装置10将进行智能分析以确定进一步的移动方式。例如，所述即时定位与地图构建装置10可以根据所处的具体环境格局选择后退大于0且小于20厘米并且向右或左旋转1-10°。当所述即时定位与地图构建装置10处于狭小空间中时，所述即时定位与地图构建装置10可以选择后退大于0且小于2厘米。更进一步地，在连续3次旋转1°后的再次碰撞点均在一个平面时，所述即时定位与地图构建装置10则选择旋转更大的角度，例如旋转角度2°甚至10°。此外，如果所述即时定位与地图构建装置10无法按照策略前进或在持续一定时间(例如，20秒及以上)一直在一个狭小的空间的3个面来回碰撞时，则执行将所述即时定位与地图构建装置10返回最近有效点(如到达此3个面的最近一个特征点)的策略。也就是说，所述即时定位与地图构建装置10将按照反向策略(即，在该有效特征点采取与前一次方向相反旋转的策略)继续前进。具体地，在本发明的一个优选实施例中，所述预定的碰撞策略包括在发生碰撞时，所述即时定位与地图构建装置10后退5厘米并且向右旋转1°后继续前进。在本发明的另一个优选实施例中，所述预定的碰撞策略还包括当所述即时定位与地图构建装置10无法继续移动时，所述即时定位与地图构建装置10返回起始点。此后，即时定位与地图构建方法进到步骤S205。

在步骤S205中，基于获取的预定数目的特征点信息构造地图。在本发明的一个优选实施例中，预定数目的特征点可以为1000个特征点，但是本发明当然不限于此。

以上参照图1和图2描述了根据本发明实施例的基于惯性导航装置的即时定位与地图构建方法和使用该即时定位与地图构建方法的即时定位与地图构建装置，其实现了新颖和节约成本的即时定位与地图构建。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于惯性导航装置的即时定位与地图构建(SLAM)方法，包括：

记录放置特征点信息获取装置的起始点的起始特征点信息，其中所述特征点信息获取装置为可移动电子设备，所述可移动电子设备包括惯性导航装置和碰撞传感器部件；

移动所述可移动电子设备，当所述可移动电子设备的碰撞传感器部件感测到发生碰撞时，将发生碰撞的地点确定为特征点，并且记录惯性导航装置获取的关于所述特征点的特征点信息；

根据预定的碰撞策略，继续移动所述可移动电子设备以获取其它特征点信息；以及

基于获取的预定数目的特征点信息构造地图。

2.如权利要求1所述的即时定位与地图构建方法，还包括：当所述可移动电子设备无法继续移动时，所述可移动电子设备返回起始点。

3.如权利要求1所述的即时定位与地图构建方法，其中，所述预定的碰撞策略包括：在发生碰撞时，所述可移动电子设备后退5厘米并且向右旋转1°后继续前进。

4.如权利要求1到3的任一所述的即时定位与地图构建方法，其中，所述惯性导航装置包括陀螺仪和加速度计。

5.一种即时定位与地图构建装置，用于基于惯性导航的即时定位与地图构建，所述即时定位与地图构建装置为可移动电子设备，所述可移动电子设备包括：

惯性导航装置；以及

碰撞传感器部件，

其中，记录放置所述可移动电子设备的起始点的起始特征点信息，移动所述可移动电子设备，当所述碰撞传感器部件感测到发生碰撞时，将发生碰撞的地点确定为特征点，并且记录惯性导航装置获取的关于所述特征点的特征点信息；根据预定的碰撞策略，继续移动所述可移动电子设备以获取其它特征点信息；以及基于获取的预定数目的特征点信息构造地图。

6.如权利要求5所述的即时定位与地图构建装置，其中，当所述可移动电子设备无法继续移动时，所述可移动电子设备返回起始点。

7.如权利要求5所述的即时定位与地图构建装置，其中，所述预定的碰撞策略包括：在发生碰撞时，所述可移动电子设备后退5厘米并且向右旋转1°后继续前进。

8.如权利要求5到7的任一所述的即时定位与地图构建装置，其中，所述惯性导航装置包括陀螺仪和加速度计。