激光雷达SLAM建图原理及技巧

移动机器人想要实现自主行走，核心在于实现自主定位导航，在自主定位导航技术中会涉及到定位、建图、路径规划等问题，而地图构建的好坏将直接影响机器人的行走路径。

机器人想要到达某个目的地，需要和人类绘制地图一样，描述环境、认识环境的过程主要就是依靠地图。它利用环境地图来描述其当前环境信息，并随着使用的算法与传感器差异的不同，所采用的地图描述形式也不同，在机器人学中，地图的表示方法主要包括了格栅地图、特征点地图、直接表征法以及拓扑地图这四种。栅格地图是目前机器人应用最为广泛的地图储存方式，它看起来和人们所认知的地图区别不大，本质上就是一张位图图片，但其中每个“像素”则表示了实际环境中存在障碍物的概率分布。

一方面栅格地图能表示空间环境中的很多特征，机器人可以用它来进行路径规划，另一方面，它又不直接记录传感器的原始数据，相对实现了空间和时间消耗的最优。思岚科技的SLAMWARE定位导航方案就采用了这种地图，该方案由模块化自主定位导航系统SLAMWARE Core及激光雷达组合构成，作为激光SLAM界最具代表性的产品，SLAMWARE能直接完成地图的构建、自主路径规划及运动行走控制，无需额外计算，用户可方便的在系统中集成。

在地图的构建中，雷达作为建图的重要工具，其重要性不言而喻，在这一过程中，激光雷达充当着“眼睛”的角色，可帮助机器人感知周围环境。在机器人进行地图构建前，需要对激光雷达进行准确安装，激光雷达安装正确以否将会直接影响后续的定位与建图。以下将以思岚科技的RPLIDAR建图做实例说明。

思岚科技激光雷达安装方法及相关注意事项：

1.激光雷达水平安装角度：0度 ~ +2度 （倾角朝上）；

2.激光雷达扫描开口角度：建议270度及以上，最好在机器人正前方和正后方均有开口， 至少需要大于220度；

3.激光雷达盲区：15cm， 建议雷达在安装时，可以略往底盘结构中心靠近，以减少盲区。

雷达安装完毕后，紧接着就是建图前的准备工作，主要如下：

1.尽量在待扫区域里没人或者人较少的时间点进行扫图；

2.尽量清除待扫区域中经常移动的物体（如经常移动的人群、搬动的桌子、盆饰等等）；

3.对于场景中的反光，透光，吸光等物体（如：镜子、玻璃等），在条件允许的情况下，尽量在机器人的雷达扫描平面处贴上其他不影响雷达正常扫描的材料；

地图构建技巧：

1.开机建图时，机器人最好面朝一堵直墙，且让雷达尽可能多的扫到更多的有效点；

2.在商场或者一些大环境应用场景下建图时，最好让机器人先去完成建图闭环，再去详细扫描环境里的各个小细节；

3.擦除未探明的区域

在机器人的行走区域内，可能会出现一些扫图时未完全探明的区域（主要跟雷达测距半径有关），可以在思岚科技的Robo Studio操作软件中，可将下图红圈处的区域显示为灰色，如果在此范围内，确实不存在任何障碍物，可用白色橡皮擦将此灰色区域擦除，成为已探明区域；

下图为RoboStudio的工具栏，红圈处为白色橡皮擦：

4.除了可用白色橡皮擦擦除构建区域中的未探明区域之外，还可擦除地图区域中不断移动的物体（如：移动的人群，后期会随时搬移的障碍物等）；

5.尽量保证地图的完整性，在机器可能的行走路径上，所有周围360度的区域，均需要用雷达探明，目的是增加地图的完整性，使得激光匹配的参照点更多；

6.如果地图已经建好，尽量不要在已建好的地图区域反复来回行走，请尽快保存地图。点击Robo Studio上面的sync map按钮，同步地图后保存地图；

最后，在地图构建完成后，该如何判断已建的地图是否符合定位导航的要求呢？可通过以下几点进行判断：

1.地图中障碍物边缘是否清晰；

2.地图中是否存和实际环境不一致的区域（如：有无闭环）；

3.地图中是否存在机器人行动区域内的灰色区域（如：未扫描到的区域）；

4.地图中是否存在后续定位时将不存在的障碍物（如：移动障碍物）；

5.地图中是否能保证机器人在活动区域内的任何位置，360度的视野范围内，均已经探明。