基于激光点的机器人悬空判断方法、地图更新方法及芯片与流程

本发明涉及栅格地图优化处理的，特别是基于激光点的机器人悬空判断方法、悬空规避方法及芯片。

背景技术：

1、在家居环境下，移动机器人的行进平面可能存在台阶、斜坡等不平坦平面，所以，移动机器人在运行中会出现被抬起或跌落的情况，此时，对于用激光定位的移动机器人，其驱动轮会离地悬空，让移动机器人脱离了原来的运行平面，而该移动机器人仍然持续建图。

2、目前，虽然利用跌落传感器去检测驱动轮的抬起现象、利用悬崖传感器去检测驱动轮的跌落现象，但在检测到抬起时，移动机器人已经悬在空中，会采集到几帧错误激光点云并叠加到预先构建的地图上，引起地图重叠或地图模糊。具体地，移动机器人在越障（跨越低矮的玩具障碍物、斜坡、门槛）时，由于本身的高度增加有可能扫射到墙体以外的激光点云信息，这样叠加到预先构建的地图后，可能会出现原本应该是阻挡机器人前进的墙体障碍物却变为墙体背面的点云信息的现象；另外，移动机器人在从台阶上跌落时，由于探测的高度降低有可能扫射到水平地面的激光点云信息，这样叠加到预先构建的地图后，实际获得的定位信息全是水平地面的点云信息。从而在地图中实际标记的是目标探测区域以外的位置信息，引起地图重叠或地图模糊，从而影响移动机器人使用地图进行正常的导航定位。

技术实现思路

1、机器人在其行进平面中可能被抬升或跌落的场景下，为了克服由于现有技术中的相关检测方法滞后或一些无法检测场景引起的地图重叠模糊问题，本发明结合激光点云和栅格地图，判断机器人可能被抬起、跌落的情况并及时调整地图的更新策略，避免出现构建的地图与真正需要探测的区域不符的现象。具体的技术方案如下：

2、基于激光点的机器人悬空判断方法，该机器人悬空判断方法适用于安装有激光传感器的移动机器人，机器人悬空判断方法包括控制激光传感器发射的激光束扫描待探测区域，获取激光束模拟线段；同时获取预先构建的栅格地图；根据激光束模拟线段在测距误差允许范围内经过的障碍物栅格的数目，获取具备判断作用的激光束模拟线段，并对具备判断作用的激光束模拟线段进行计数；根据具备判断作用的激光束模拟线段的数目在所有激光束模拟线段的数目中所占的比值，判断移动机器人是否处于悬空状态。

3、进一步地，所述根据具备判断作用的激光束模拟线段的数目在所有激光束模拟线段的数目中所占的比值，判断移动机器人是否处于悬空状态的方法包括控制所述激光束在所述栅格地图中映射为所述激光束模拟线段，其中，在获取一帧激光点云时，所述激光传感器在所述待探测区域内的位置是不变的；在所述一帧激光点云内，当获取的所述具备判断作用的激光束模拟线段的数目与映射出的所有激光束模拟线段的数目的比值小于或等于预设比值阈值时，确定所述移动机器人不处于悬空状态；在所述一帧激光点云内，当获取的所述具备判断作用的激光束模拟线段的数目与映射出的所有激光束模拟线段的数目的比值大于预设比值阈值时，确定所述移动机器人处于悬空状态。

4、进一步地，所述悬空状态包括所述移动机器人的机体前侧部分被倾斜抬升，以确定移动机器人在移动过程中相对于当前行进平面被抬升，且让所述移动机器人的驱动轮变为悬空状态；所述悬空状态还包括所述移动机器人的机体前侧部分向下倾斜，以确定移动机器人在移动过程中相对于当前行进平面出现跌落，且让所述移动机器人的驱动轮变为悬空状态。

5、进一步地，所述激光束模拟线段在测距误差允许范围内经过的障碍物栅格的来源是在所述栅格地图内，沿着激光点指向观测点的直线方向，将与该激光点相距一个预设误差距离的点设置为目标定位点；其中，观测点与激光点的连线是所述激光束模拟线段；观测点是所述激光传感器在所述栅格地图中标记的位置；然后，在排除掉观测点所处的栅格和目标定位点所处的栅格的前提下，将观测点与目标定位点的连线经过的障碍物栅格标记为预配置障碍栅格，并确定所述预配置障碍栅格是所述激光束模拟线段在测距误差允许范围内经过的障碍物栅格；其中，障碍物栅格是所述待探测区域内的障碍物在所述栅格地图内对应占据的栅格。

6、进一步地，当所述观测点位于栅格的边上时，所述观测点所处的栅格是所述激光束模拟线段沿着其激光观测方向经过的第一个栅格；其中，激光观测方向是所述观测点指向所述激光点的直线方向，以形成所述激光束模拟线段的激光观测方向；当所述目标定位点位于栅格的边上时，所述目标定位点所处的栅格是所述目标定位点与所述激光点的连线沿着所述激光观测方向经过的第一个栅格。

7、进一步地，所述根据激光束模拟线段在测距误差允许范围内经过的障碍物栅格的数目，获取具备判断作用的激光束模拟线段的方法包括在所述激光束模拟线段中，沿着所述观测点与所述目标定位点的连线，对该连线穿过的所述预配置障碍栅格进行计数，当判断到所述预配置障碍栅格的计数值大于预设数量阈值时，将所述观测点与所述目标定位点的连线所在的激光束模拟线段设置为具备判断作用的激光束模拟线段，进而将所述观测点指向所述目标定位点的直线方向所对应的一条激光束标记为所述具备判断作用的激光束。

8、进一步地，所述机器人悬空判断方法还包括：所述观测点与所述目标定位点的连线不经过障碍物栅格时，不将所述目标定位点和所述观测点所处的激光束模拟线段设置为所述具备判断作用的激光束模拟线段，则当前获取的所述具备判断作用的激光束模拟线段的数目增量为0。

9、进一步地，所述机器人悬空判断方法还包括：所述目标定位点与所述激光点的连线长度大于所述观测点与同一个激光点的连线长度时，不将所述激光点和所述观测点所处的激光束模拟线段设置为所述具备判断作用的激光束模拟线段，则当前获取的所述具备判断作用的激光束模拟线段的数目增量为0。

10、进一步地，当所述观测点与所述激光点的连线长度小于预设阈值长度时，所述预设误差距离是固定值；当所述观测点与所述激光点的连线长度大于或等于预设阈值长度时，所述预设误差距离与所述激光束模拟线段的长度呈正相关关系。

11、进一步地，所述激光点处于栅格的方式包括所述激光点位于该栅格的四条边围成的区域内、以及所述激光点位于所述栅格的边上，以反映出被扫描物体的二维位置信息；其中，在所述一帧激光点云内，观测点是固定的，一个目标定位点对应一个激光点，一条激光束对应一个激光点，一条激光束模拟线段对应一个激光点，一条激光束对应一条激光束模拟线段。

12、进一步地，所述机器人悬空判断方法还包括控制所述激光束在待探测区域内反射的激光信息转换为所述栅格地图中的激光点，其中，激光点用于表示被扫描的位置点落入所述栅格地图中的定位点；每当所述激光束在所述待探测区域内旋转一圈，则将转换出的激光点组成所述一帧激光点云；其中，一条激光束对应一个激光点，一个扫描角度对应一个激光点；在所述栅格地图中，将一个观测点与一个激光点之间的连线设置为所述激光束模拟线段，则确定所述激光束在所述栅格地图中映射为所述激光束模拟线段，使得一条激光束模拟线段对应一个激光点；其中，观测点是所述激光传感器在所述栅格地图中标记的位置，用于表示激光束的发射起点，并标记为移动机器人的当前位置。

13、一种基于激光点的地图更新方法，所述地图更新方法包括所述的机器人悬空判断方法；所述地图更新方法还包括在所述一帧激光点云内，当获取的所述具备判断作用的激光束模拟线段的数目与映射出的所有激光束模拟线段的数目的比值小于或等于预设比值阈值时，将所述一帧激光点云所携带的信息更新为栅格地图中对应命中的栅格的相关联信息，以实现在所述待探测区域内对预先构建的栅格地图的更新；在所述一帧激光点云内，当获取的所述具备判断作用的激光束模拟线段的数目与映射出的所有激光束模拟线段的数目的比值等于预设比值阈值时，停止对所述栅格地图进行更新。

14、进一步地，所述将所述一帧激光点云所携带的信息更新为栅格地图中对应命中的栅格的相关联信息的方法包括将所述一帧激光点云所携带的位姿信息更新为栅格地图中对应命中的栅格的位置信息，以实现配置出相应的激光点在栅格地图中最新命中的栅格；其中，所述一帧激光点云中存在的激光点是所述待探测区域内的被扫描的位置点转换到栅格地图的坐标系下的坐标点，其中，激光点所携带的位姿信息包括角度信息和距离信息；同时，将所述被扫描的位置点处的障碍物落入所述栅格地图的对应栅格位置处的概率信息更新为所述激光点在所述栅格地图中对应命中的栅格的概率信息。

15、进一步地，所述激光点在所述栅格地图中对应命中的栅格是与所述被扫描的位置点的定位误差最小的栅格，包括所述激光点所处的栅格的一个邻域栅格、或所述激光束模拟线段经过且与所述激光点相距一个合理距离的点所处的栅格。

16、一种芯片，所述芯片通过执行内部存储的算法程序代码，来实现所述的机器人悬空判断方法，和/或所述的地图更新方法。

17、与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于，基于一帧激光点云对应的激光束在栅格地图中所经过障碍物栅格的数量及比值信息，在更新地图之前判断出机器人在所述待探测区域内移动是否会变为悬空状态或是否存在变为悬空状态的趋势，而不是在机器人已经变为悬空状态且实时更新相应地图的场景下进行实时判断，在获知相应的机器人行为状态信息或其行进平面前方出现的行为状态趋势的基础上再决策地图的构建方式，决策对预先构建的栅格地图进行更新，避免机器人被抬升或跌落的场景下实时构建的地图出现地图重叠模糊以无法反映机器人真正工作区域，使得机器人能够继续使用当前构建的栅格地图进行导航定位。