具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中一种机器人位姿确定方法的一个实施例可以包括：

步骤S101、获取由安装在机器人上的激光雷达当前所采集的激光帧。

优选地，在获取所述激光帧的同时，还可以读取所述激光帧的采集时刻，此处将其记为t_lidar。在获取所述激光帧之后，还可以进一步对其进行过滤，去掉其中太远和太近的点，以避免对最终的位姿结果造成干扰，提高位姿计算精度。

步骤S102、根据所述激光帧计算所述机器人在由预设的第一指针所指向的地图中的当前位姿。

具体地，若所述激光帧为第一帧，则可新建一个空地图，将所述第一指针指向该地图，并将所述当前位姿设置为预设的初始位姿，该初始位姿即为所述第一指针所指向的地图的中心，将其记为pose:{x,y,theta}＝{0,0,0}。

若所述激光帧不是第一帧，则可以通过如图2所示的过程计算所述当前位姿：

步骤S1021、获取里程计数据。

所述里程计数据可以为轮式里程计数据或惯性测量单元(Inertial MeasurementUnit，IMU)数据或二者融合后的底盘里程计的数据，该数据以轮式里程计开机时的位姿为原点。此处将所述里程计数据中的位姿记为p_odom，将所述里程计数据中的速度记为v，将所述里程计数据的采集时刻记为t_odom。

步骤S1022、根据所述里程计数据计算所述机器人的预测位姿。

具体地，可以根据下式计算所述机器人的预测位姿：

pose_odom_predict＝p_odom+v*(t_lidar-t_odom)

其中，pose_odom_predict即为所述预测位姿。

步骤S1023、使用预设的匹配算法在由所述预测位姿所确定的区域内进行匹配计算，得到所述当前位姿。

此处将所述第一指针记为submap，由submap所指向的地图如图3所示，其中，黑色是障碍物，白色是空白区域，灰色是未知区域，在该地图中，可以确定一块以所述预测位姿为中心的区域，例如，该区域可以为以所述预测位姿为圆心的圆形区域，其半径可以根据实际情况预先进行设置，当然，该区域也可以设置为矩形或者其它形状，本实施例对此不作具体限定。在所述区域内可以采用PCL匹配或模板搜索匹配算法，跟地图上已有的信息匹配，得到最佳匹配位姿，并将该最佳匹配位姿作为所述当前位姿，此处将其记为matched_pose，并将其对应的匹配分值记为score。

步骤S103、获取已插入由所述第一指针所指向的地图的激光帧数。

对于新建的空地图而言，所述激光帧数被初始化为0，每当有激光帧被插入到该地图中，则可以通过预设的计数器对所述激光帧数进行统计，若满足条件1，即所述激光帧数小于预设的第一阈值，则执行步骤S104，若满足条件2，即所述激光帧数大于等于所述第一阈值且小于预设的第二阈值，则执行步骤S105，若满足条件3，即所述激光帧数等于所述第二阈值，则执行步骤S106。

所述第一阈值和所述第二阈值的具体取值可以根据实际情况进行设置，优选地，可以将所述第二阈值设置为所述第一阈值的2倍，将所述第一阈值记为n/2，将所述第二阈值记为n，n为大于2的偶数。

步骤S104、将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图。

步骤S105、分别将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图以及由预设的第二指针所指向的地图。

此处将所述第二指针记为submap_backup，由submap_backup所指向的地图的形式与图3所示的由submap所指向的地图类似，具体可参见前述说明，此处不再赘述。需要注意的是，所述第二指针所指向的地图在初始建立时为空地图。

步骤S106、将所述第一指针指向由所述第二指针所指向的地图，将所述第二指针指向新建的空地图，并将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图。

优选地，在将所述第一指针指向由所述第二指针所指向的地图之前，可以先销毁由所述第一指针所指向的地图，从而释放由所述第一指针所指向的地图占用的存储空间。

如图4所示，由所述第一指针所指向的地图为进行位姿计算的地图，此处将其记为MAP1，由所述第二指针所指向的地图为备用地图，此处将其记为MAP2，MAP2是在MAP1中插入的激光帧数达到n/2帧后才建立并开始插入激光帧，因此MAP1中插入的激光帧数比MAP2多n/2帧，当在MAP1中插入的激光帧数达到n帧后，则销毁原有的MAP1，将原有的MAP2作为新的MAP1，并新建一个空地图作为新的MAP2，并不断重复以上过程。通过这样的方式，交错使用相差一定帧数的两个地图，并在激光帧数量较多的地图中进行位姿计算，避免了出现固定窗口场景下可能出现的激光帧数量较少的问题，提高了计算精度，而相较于通过滑动窗口建立子地图用于激光匹配的方式，本发明中只有在插入的激光帧数达到足够数量时，才会重建地图，极大减少了运算量，在精度和运算量之间取得了较好的平衡。

进一步地，在步骤S102之后、步骤S103之前，还可以判断所述当前位姿是否满足预设的位姿判定条件。

所述位姿判定条件为：所述当前位姿相对于在先位姿的位移大于预设的位移阈值，或所述当前位姿相对于所述在先位姿的旋转角度大于预设的角度阈值，或所述当前位姿相对于所述在先位姿的时间差大于预设的时间阈值。

所述在先位姿为根据上一帧插入由所述第一指针所指向的地图的激光帧计算得到的位姿。所述位移阈值、角度阈值、时间阈值的具体取值可以根据实际情况进行设置，本实施例对此不作具体限定。

若所述当前位姿满足所述位姿判定条件，则执行步骤S103及其后续步骤，若所述当前位姿不满足所述位姿判定条件，则不再执行步骤S103及其后续步骤，继续获取所述激光雷达所采集的下一帧数据并进行位姿的更新计算。通过这样的方式，可以有效减少将激光帧插入地图中的频次，从而减少地图重建及切换的频次，达到进一步减少运算量的目的。

综上所述，本发明实施例首先获取由安装在机器人上的激光雷达当前所采集的激光帧，然后根据所述激光帧计算所述机器人在由预设的第一指针所指向的地图中的当前位姿，并获取已插入由所述第一指针所指向的地图的激光帧数，若所述激光帧数小于预设的第一阈值，则将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图；若所述激光帧数大于等于所述第一阈值且小于预设的第二阈值，则分别将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图以及由预设的第二指针所指向的地图；若所述激光帧数等于所述第二阈值，则将所述第一指针指向由所述第二指针所指向的地图，将所述第二指针指向新建的空地图，并将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图。相较于常规的通过固定窗口建立子地图用于激光匹配的方式，本发明中交错使用相差一定帧数的两个地图，并在激光帧数量较多的地图(即所述第一指针所指向的地图)中进行位姿计算，避免了出现固定窗口场景下可能出现的激光帧数量较少的问题，提高了计算精度，而相较于通过滑动窗口建立子地图用于激光匹配的方式，本发明中只有在插入的激光帧数达到足够数量(即所述第二阈值)时，才会重建地图，极大减少了运算量，在精度和运算量之间取得了较好的平衡。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的一种机器人位姿确定方法，图5示出了本发明实施例提供的一种机器人位姿确定装置的一个实施例结构图。

本实施例中，一种机器人位姿确定装置可以包括：

激光帧获取模块501，用于获取由安装在机器人上的激光雷达当前所采集的激光帧；

位姿计算模块502，用于根据所述激光帧计算所述机器人在由预设的第一指针所指向的地图中的当前位姿；

帧数获取模块503，用于获取已插入由所述第一指针所指向的地图的激光帧数；

第一处理模块504，用于若所述激光帧数小于预设的第一阈值，则将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图；

第二处理模块505，用于若所述激光帧数大于等于所述第一阈值且小于预设的第二阈值，则分别将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图以及由预设的第二指针所指向的地图；

第三处理模块506，用于若所述激光帧数等于所述第二阈值，则将所述第一指针指向由所述第二指针所指向的地图，将所述第二指针指向新建的空地图，并将所述激光帧插入由所述第一指针所指向的地图。

进一步地，所述位姿计算模块可以包括：

初始位姿设置单元，用于若所述激光帧为第一帧，则将所述当前位姿设置为预设的初始位姿；

预测位姿计算单元，用于若所述激光帧不是第一帧，则获取里程计数据，并根据所述里程计数据计算所述机器人的预测位姿；

当前位姿计算单元，用于使用预设的匹配算法在由所述预测位姿所确定的区域内进行匹配计算，得到所述当前位姿。

进一步地，所述预测位姿计算单元具体用于根据下式计算所述机器人的预测位姿：

pose_odom_predict＝p_odom+v*(t_lidar-t_odom)

其中，t_odom为所述里程计数据的采集时刻，t_lidar为所述激光帧的采集时刻，p_odom为所述里程计数据中的位姿，v为所述里程计数据中的速度，pose_odom_predict为所述预测位姿。

进一步地，所述机器人位姿确定装置还可以包括：

判断模块，用于判断所述当前位姿是否满足预设的位姿判定条件，所述位姿判定条件为：所述当前位姿相对于在先位姿的位移大于预设的位移阈值，或所述当前位姿相对于所述在先位姿的旋转角度大于预设的角度阈值，或所述当前位姿相对于所述在先位姿的时间差大于预设的时间阈值，所述在先位姿为根据上一帧插入由所述第一指针所指向的地图的激光帧计算得到的位姿。

进一步地，所述机器人位姿确定装置还可以包括：

存储空间释放单元，用于释放由所述第一指针所指向的地图占用的存储空间。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置，模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

图6示出了本发明实施例提供的一种机器人的示意框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图6所示，该实施例的机器人6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个机器人位姿确定方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至步骤S106。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块501至模块506的功能。

示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述机器人6中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，图6仅仅是机器人6的示例，并不构成对机器人6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机器人6还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器61可以是所述机器人6的内部存储单元，例如机器人6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述机器人6的外部存储设备，例如所述机器人6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述机器人6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述机器人6所需的其它程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/机器人和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/机器人实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。