如何通过视觉SLAM构建得到的三维地图进行机器人的路径规划

作者&投稿:化询 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
如何通过视觉SLAM构建得到的三维地图进行机器人的路径规划~

机器人的最优路径规划问题就是依 据某个或某些优化准则 ( 工作代价最小、行走时间最短、行 走路线最短等 ),在机器人的工作空间中寻找一条从起始 位置到目标位置的无碰撞路径。就如人一样,只有知道怎 么在环境中行走,才不会与其他物体相碰撞并且正确地从 起始地到达目的地,才能去做其他的事。但是即使是完成 这样一个在我们看来十分简单的任务,其实也是经过了一 个良好配合与正确分析的过程。首先眼睛要搜集环境信息, 把看到的环境状态反馈给大脑,然后大脑根据眼睛反馈回 来的环境信息和所要到达的目的地做出综合的分析,得到 一个判断和结果,然后指挥人的身体移动,从而实现在环 境中的行走。机器人也是类似,只不过在这里传感器充当 了机器人的“眼睛”而路径规划模块就相当于机器人的“大 , 脑” ,根据传感器信息和任务要求进行分析和决策,指挥机 器人的运动。

这机器人导航领域,这个问题被称为SLAM(simultaneous localization and mapping)同步定位与地图构建。
SLAM被认为是实现完全自主导航机器人的关键技术之一。

首先,我们还是需要确认一下,三维的路径规划需要哪些信息? 定位与地图。 机器人家上了解到
首先, 利用视觉 SLAM 可以解决机器人的定位问题,剩下的就是怎么将视觉地图转换成规划使用的地图了。 当然,对于规划算法,三维的点状机器人,用 A* 还凑合,但是,如果是需要考虑姿态的无人机(六维),那么可能就得考虑用基于采样的方法或者轨迹优化类的算法了。 而这类算法,不太可能直接得到完整的 Configuration Space,所以涉及到环境(地图)的就一个用途:碰撞检测/计算与障碍物距离。 我们用 V-SLAM 建立的地图可能长这样: 理论上讲,直接输入这些障碍物的点就够用了(计算每个点与机器人最近距离)。
但是,毕竟点很多呀,而且V-SLAM很可能计算到一些错误的点。所以,我们一般需要进行以下处理: (我就用机械臂上的来做例子,当然,我的点云是从Kinect获取的,但大概意思相同:机器之眼 | Kinect v2)
滤波:去掉一些离群点,PCL 库就提供了几种点云滤波算法。
滤波前: 滤波后: Octomap:在做规划时,对障碍物的距离精度要求其实不是那么高,所以,完全可以对点云数据进行压缩。
降采样是一个方法,但是采用八叉树结构是更通用的方法:OctoMap - 3D occupancy mapping。 前面的图中可以发现,我将机械臂规划中的点云也换成了Octomap,这样,每次只需对Octomap中的小立方体与机械臂做碰撞检测就行,大大降低了存储数据量与碰撞检测运算量。
Sematic Map: 就算转换成了Octomap,小立方体还是很多呀,怎么办?这时候就可以对点云进行一些处理了。例如,通过平面检测,识别出地面、天花板等,直接用一个大的立方体替换掉Octomap的小方块;或者通过物体识别算法识别出环境中的物体,用物体的3D模型替换Octomap,这样也可以大大减少碰撞检测的计算量。


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可视化SLAM算法详解
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超详细语义视觉SLAM综述
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