| 主权项 |
一种用于移动机器人自主探索的前沿目标点生成方法，其特征在于：在移动机器人探索的过程中，根据采集到的最新激光数据生成当前时刻的局部前沿目标点，再结合全局拓扑地图信息和已生成的前沿目标点，对所有的前沿目标点进行全局更新，以保证前沿目标点全局最优；本方法包括以下内容：第一，提出一种基于几何规则的初始前沿目标点生成方法，根据当前激光数据，提取出局部环境的前沿，再结合几何规则生成当前局部环境下的初始前沿目标点；第二，引入可通行空间的概念，对初始的前沿目标点进行调整，保证前沿目标点是安全的、可到达的；第三，沿着移动机器人的运动轨迹，创建当前时刻的拓扑节点，进而更新全局拓扑地图，用以标记移动机器人已探测到的区域；第四，结合全局拓扑地图和已生成的前沿目标点，对前沿目标点进行全局更新，保证前沿目标点全局最优；本方法提供的方法包括以下步骤：步骤一，原始激光数据的预处理；在本方法中，激光测距仪被用于感知外界环境信息；然而，激光测距仪对环境中某些特殊材质或者颜色是不敏感的，这些材质或者颜色为玻璃、黑色等，这些均会导致原始激光数据中存在inf或者nan等无效数据；为提高本方法的鲁邦性，首先对原始的激光数据进行预处理，以剔除原始数据中的无效数据；预处理方法如下：(1)顺序遍历原始激光数据，记录第一个满足预设的有效数据；(2)若首尾的激光数据出现无效数据，则将该数据赋值为激光数据的最大量程值；(3)从(1)中记录的有效数据开始，向下和向上顺序访问每一个原始激光数据，若该数据为有效数据，跳转到第(4)步，否则跳转到第(5)步；(4)顺序访问下一个数据，若遍历完原始激光数据，则预处理结束，否则跳转到第(3)步；(5)若与该数据相邻的激光数据均为有效数据，则将较小的数据值赋给该数据，跳转到第(3)步，否则将与之相邻的有效数据值赋给该数据，跳转到第(3)步；步骤二，检测局部环境前沿；本方法将局部环境前沿分为A、B两类前沿；A类前沿是由激光测距仪的量程制约而产生的，位于激光测距仪最大量程处；B类前沿是由障碍物遮挡而产生的；本方法定义两类前沿的长度均大于所用移动机器人的宽度，以保证移动机器人能够穿越该前沿；检测局部环境前沿的方法如下：顺序遍历预处理后的激光数据，若出现连续的激光数据略小于激光测距仪的最大量程，且该连续的激光数据扫描的弧长大于所用移动机器人的宽度，则认为检测出了一个A类前沿；若出现相邻两激光数据距离差值的绝对值大于所用移动机器人的长度，则认为检测出了一个B类前沿；保存本步骤中检测出的A、B两类前沿；步骤三，提取当前局部环境的前沿目标点；本方法将前沿目标点分成A、B两类，分别产生于A、B两类前沿附近；提取当前局部环境前沿目标点的方法如下：(1)针对步骤二中检测出的不同类型的前沿，构建不同的几何规则集以提取对应的初始前沿目标点；(2)为保证前沿目标点是安全的，且可到达的，构建两类前沿目标点各自成立的条件，进而对初始的前沿目标点进行调整，使其满足各自成立的条件；调整后的前沿目标点即为本步骤提取的当前局部环境的前沿目标点；步骤四，全局拓扑地图更新；为方便前沿目标点的全局更新，本方法构建全局拓扑地图，以此来标记移动机器人已探测到的区域；在移动机器人运动的过程中，沿着移动机器人的运动轨迹构建一系列拓扑节点，并按构建节点的先后顺序构建拓扑树，进而创建全局拓扑地图；全局拓扑地图更新的方法如下：在移动机器人探索的过程中，每当移动机器人运动一段距离时，采集一次激光数据，按步骤一、二、三中的方法生成当前局部环境的前沿目标点；再结合当前移动机器人的位姿构建当前时刻的拓扑节点，并将该拓扑节点添加到全局拓扑地图中以完成全局拓扑地图的更新操作；在本方法中，全局拓扑地图用来标记移动机器人已探索过的区域；步骤五，前沿目标点全局更新；在移动机器人探索的过程中，由于新的前沿目标点的产生和移动机器人的运动，可能会导致某些前沿目标点出现在已探索的区域，也可能会出现前沿目标点之间过于接近的情况，此时需利用前沿目标点的全局更新规则对所有的前沿目标点进行添加、绑定与删除更新操作，以保证前沿目标点全局最优。 |
