激光雷達SLAM建圖原理及技巧

移動機器人想要實現(xiàn)自主行走，核心在于實現(xiàn)自主定位導航，在自主定位導航技術中會涉及到定位、建圖、路徑規(guī)劃等問題，而地圖構建的好壞將直接影響機器人的行走路徑。

機器人想要到達某個目的地，需要和人類繪制地圖一樣，描述環(huán)境、認識環(huán)境的過程主要就是依靠地圖。它利用環(huán)境地圖來描述其當前環(huán)境信息，并隨著使用的算法與傳感器差異的不同，所采用的地圖描述形式也不同，在機器人學中，地圖的表示方法主要包括了格柵地圖、特征點地圖、直接表征法以及拓撲地圖這四種。柵格地圖是目前機器人應用最為廣泛的地圖儲存方式，它看起來和人們所認知的地圖區(qū)別不大，本質上就是一張位圖圖片，但其中每個“像素”則表示了實際環(huán)境中存在障礙物的概率分布。

一方面柵格地圖能表示空間環(huán)境中的很多特征，機器人可以用它來進行路徑規(guī)劃，另一方面，它又不直接記錄傳感器的原始數(shù)據(jù)，相對實現(xiàn)了空間和時間消耗的最優(yōu)。思嵐科技的SLAMWARE定位導航方案就采用了這種地圖，該方案由模塊化自主定位導航系統(tǒng)SLAMWARE Core及激光雷達組合構成，作為激光SLAM界最具代表性的產(chǎn)品，SLAMWARE能直接完成地圖的構建、自主路徑規(guī)劃及運動行走控制，無需額外計算，用戶可方便的在系統(tǒng)中集成。

在地圖的構建中，雷達作為建圖的重要工具，其重要性不言而喻，在這一過程中，激光雷達充當著“眼睛”的角色，可幫助機器人感知周圍環(huán)境。在機器人進行地圖構建前，需要對激光雷達進行準確安裝，激光雷達安裝正確以否將會直接影響后續(xù)的定位與建圖。以下將以思嵐科技的RPLIDAR建圖做實例說明。

思嵐科技激光雷達安裝方法及相關注意事項：

1.激光雷達水平安裝角度：0度 ~ +2度 （傾角朝上）；

2.激光雷達掃描開口角度：建議270度及以上，最好在機器人正前方和正后方均有開口， 至少需要大于220度；

3.激光雷達盲區(qū)：15cm， 建議雷達在安裝時，可以略往底盤結構中心靠近，以減少盲區(qū)。

雷達安裝完畢后，緊接著就是建圖前的準備工作，主要如下：

1.盡量在待掃區(qū)域里沒人或者人較少的時間點進行掃圖；

2.盡量清除待掃區(qū)域中經(jīng)常移動的物體（如經(jīng)常移動的人群、搬動的桌子、盆飾等等）；

3.對于場景中的反光，透光，吸光等物體（如：鏡子、玻璃等），在條件允許的情況下，盡量在機器人的雷達掃描平面處貼上其他不影響雷達正常掃描的材料；

地圖構建技巧：

1.開機建圖時，機器人最好面朝一堵直墻，且讓雷達盡可能多的掃到更多的有效點；

2.在商場或者一些大環(huán)境應用場景下建圖時，最好讓機器人先去完成建圖閉環(huán)，再去詳細掃描環(huán)境里的各個小細節(jié)；

3.擦除未探明的區(qū)域

在機器人的行走區(qū)域內，可能會出現(xiàn)一些掃圖時未完全探明的區(qū)域（主要跟雷達測距半徑有關），可以在思嵐科技的Robo Studio操作軟件中，可將下圖紅圈處的區(qū)域顯示為灰色，如果在此范圍內，確實不存在任何障礙物，可用白色橡皮擦將此灰色區(qū)域擦除，成為已探明區(qū)域；

下圖為RoboStudio的工具欄，紅圈處為白色橡皮擦：

4.除了可用白色橡皮擦擦除構建區(qū)域中的未探明區(qū)域之外，還可擦除地圖區(qū)域中不斷移動的物體（如：移動的人群，后期會隨時搬移的障礙物等）；

5.盡量保證地圖的完整性，在機器可能的行走路徑上，所有周圍360度的區(qū)域，均需要用雷達探明，目的是增加地圖的完整性，使得激光匹配的參照點更多；

6.如果地圖已經(jīng)建好，盡量不要在已建好的地圖區(qū)域反復來回行走，請盡快保存地圖。點擊Robo Studio上面的sync map按鈕，同步地圖后保存地圖；

最后，在地圖構建完成后，該如何判斷已建的地圖是否符合定位導航的要求呢？可通過以下幾點進行判斷：

1.地圖中障礙物邊緣是否清晰；

2.地圖中是否存和實際環(huán)境不一致的區(qū)域（如：有無閉環(huán)）；

3.地圖中是否存在機器人行動區(qū)域內的灰色區(qū)域（如：未掃描到的區(qū)域）；

4.地圖中是否存在后續(xù)定位時將不存在的障礙物（如：移動障礙物）；

5.地圖中是否能保證機器人在活動區(qū)域內的任何位置，360度的視野范圍內，均已經(jīng)探明。