基于多传感器融合的移动机器人三维地图创建张彪1，曹其新2，何明超1（1.上海交通大学机器人研究所，上海2002402.上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240）摘要：面对移动机器人三维地图创建问题，使用融合了全景相机和三维激光扫描仪的移动机器人作为平台，搭建了机器人地图创建系统。全景相机提取环境信息和地标组特征，在生成二维地图的同时提供精确的机器人定位信息，并以此定位信息为基础将三维激光扫描仪得到的三维点云进行配准，重复这一过程直至最终得到环境的完整三维地图。实验在多种环境下创建了三维地图，验证了系统的可靠性和实用性。关键词：机械电子工程；三维计算机图形学；地图；移动机器人；传感器数据融合；三维激光扫描仪；全景相机中图分类号：TP242.6文献标志码：AMulti-sensor-fusionbased3DmapbuildingformobilerobotZhangBiao1,CaoQixin2,HeMingchao1(1.ResearchInstituteofRobotics,ShanghaiJiaotongUniversity,ShangHai200240;2.StateKeyLaboratoryofMechanicalSystemandVibration,ShanghaiJiaotongUniversity,ShangHai200240)Abstract:Inattempttotacklewith3Dmapbuildingproblemformobilerobot,takingamobilerobotequippedwithboth3DLRFandomni-directionalvisionasanexample,acompletemap-buildingsystemisestablished.WeextractSFITkeypointsandlandmarkgroupfeaturesfromomni-directionalvisionimages,forminga2Dmapandobtainingpreciselocalizationinformationofthemobilerobot.Usingthelocalizationinformationweregister3Dpointcloudstogetherandrepeattheprocessuntilwegetthecomplete3Dmapoftheenvironment.Thenthe3Dmapisconstructedindifferentenvironmentsusingthismap-buildingsystem.Experimentalresultshaveverifiedthereliabilityandpracticalityofthissystem.Keywords:mechatronicengineering;threedimensionalcomputergraphics;maps;mobilerobots;sensordatafusion;threedimensionallaserrangefinders;omni-directionalvision地图创建是移动机器人具有智能化，实现环境中自主行走并且具备自主探测能力的关键一步。目前机器人对环境的感知更多地依赖计算机视觉所提取颜色信息或者其他辅助特征来识别环境，并主要基于二维环境地图，通过粒子滤波等算法进行定位。相对于传统的二维地图，三维点云地图能够更加真实和精确地描述环境，处理很多二维图像数据不能解决的问题，因此吸引了很多国内外学者的关注[1-3]。更有研究人员将其应用于月球车或者火星车[4-5]，模拟行星表面环境中创建粗糙地表的三维地图，并已取得了很好的效果。NDT(normaldistributiontransform)算法是一种应用很广的标准最优化算法。Magnusson[6]详细地介绍了该算法；Rusu等[3]将点云表示的地图转换成三维物体地图，他们使用的方法包括几何信息识别和机器学习，用于提取目标物体信息。结合多种研究方法，面对移动机器人三维地图创建的关键问题，笔者使用融合了全景相机和三维激光扫描仪的移动机器人作为平台，将视觉里程仪和机器人里程计综合来提供定位数据，一方面生成二维地图，另一方面对三维激光扫描仪扫描到的环境点云数据进行配准，从而得到大型环境下的三维点云地图，基金项目：国家自然科学基金(61273331)；高等学校博士学科点专项科研基金(20090073110037)；教育部重大项目培育资金(708035)作者简介：张彪，(1990-)，男，硕士研究生，主要研究方向：三维点云分析与感知、环境建模与地图创建。通信联系人：曹其新，教授，主要研究方向：机器视觉与模式识别、智能机器人与模块化技术、智能维护与物联网技术。qxcao@sjtu.edu.cn-1-以供机器人进行路径规划和导航；笔者分别在室内和室外环境中进行了实验，验证了这套系统的可靠性和实用性。1系统架构实验所使用的移动平台如图1所示，主要由3个部分组成：移动机器人、全景相机和三维激光扫描仪。移动机器人可以在环境中自由移动，全景相机和三维激光扫描仪用于从不同的位置采集环境结构信息，其中全景相机作为视觉里程计在创建二维地图的同时辅助进行三维点云配准。图1机器人平台Fig.1Robotplatform...