一种基于边缘的三维自主探索方法

摘要

本发明公开一种基于边缘的三维自主探索方法，采用无人机平台，基于三维传感器对于三维环境的探索，基于每一次的传感器反馈数据，动态的进行边缘探索；在进行遍历地图栅格探索边缘时，不需要遍历地图中的所有栅格，只需要遍历传感器测量轮廓上的栅格即可，不仅节约了计算量，也大大提高了计算效率。用于一些特定场景的探索，代替人力完成一些危险的工作，可以极大的避免人员的伤亡。

主权项

一种基于边缘的三维自主探索方法，包含以下步骤：S1，构建无人机平台，所述的无人机平台搭载主控CPU、飞行控制板、三维传感器，所述无人机还设有惯性测量单元IMU；选定探索空间的任意一点，启动无人机，并将该位置记录为无人机的起点；S2，采用同时定位与构图算法进行无人机的定位，即利用三维传感器收集外界环境的三维信息，提取前后两帧的图像信息，求解所述两帧之间的相对运动矩阵，再通过惯性测量单元IMU进行EKF扩展卡尔曼滤波，求得精确的相对变换；结合三维传感器收集到的环境信息，进行机器人周围局部地图的构建，将局部地图信息利用三维栅格表示出来形成三维栅格地图；S3，在所述三维栅格地图的基础上，利用三维传感器的测量数据，提取出传感器的测量轮廓，所述的测量轮廓是传感器返回的深度点组成的一个曲面；S4，将所述测量轮廓分割成若干个边缘，每一个边缘作为一个潜在的下一步目标点，综合每个边缘的两个参数加权得到每个边缘的可选值，所述的两个参数分别是，从当前点移动向该边缘目标点的移动代价以及在该边缘可得到的未知环境的信息量，分配以上两个值的权重，加权得到一个和，令这个和为衡量每个待选边缘的值，选择值最大的待选边缘为下一步的目标边缘；S5，利用人工势场算法，将目标边缘点选为目标点，提供引力，将局部地图中的障碍物栅格当作斥力提供点，以合力方向为无人机运动方向；S6，按照以上的导航策略，无人机开始运动，在运动的过程中，每一次传感器的测量数据都执行S2‑S5，提取测量轮廓，提取边缘，重新规划路径，直到再无新的边缘探测出来，则探测过程结束。