[發明專利]一種具有全局位置快速估計能力的機器人及其定位方法

有效

• 申請號: 201310227851.5
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103412565A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陶熠昆;杜鑫峰;沈慧;吳劍;鄭洪波
• 申請（專利權）人: 浙江中控研究院有限公司;浙江國自機器人技術有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種具有全局位置快速估計能力的機器人，其特征在于，包括一機器人平臺、運動傳感器以及3D掃描裝置，所述機器人平臺攜帶所述運動傳感器以及所述3D掃描裝置并移動，所述3D掃描裝置用于對環境輪廓進行3D點云數據掃描，所述運動傳感器測量所述機器人平臺的具體位置。

2.如權利要求1所述的具有全局位置快速估計能力的機器人，其特征在于，所述3D掃描裝置包括2D激光掃描傳感器、轉臺以及碼盤，所述2D激光掃描傳感器安裝在所述轉臺上，所述2D激光掃描傳感器用于逐幀掃描可測量半圓周內傳感器中心到環境障礙物的距離，所述轉臺沿激光掃描平面垂直的方向旋轉，所述碼盤測量轉臺所在位置相對轉角零位的轉角。

3.如權利要求1所述的具有全局位置快速估計能力的機器人，其特征在于，所述運動傳感器包括里程計、加速度計以及陀螺儀，所述里程計用于測量所述機器人平臺的位置增量，所述加速度計用于測量機器人平臺的加速度，所述陀螺儀用于測量機器人平臺的航向角。

4.一種基于權利要求1所述的的機器人的全局位置快速估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

事先對環境空間進行3D掃描得到完整的全局地圖，所述全局地圖上的每個點代表一個障礙物點；

將環境空間以一定尺度柵格化為???????????????????????????????????????????????的柵格空間，計算每個柵格到與該柵格最近的障礙物點的距離值；

運行所述機器人平臺，同時啟動所述3D掃描裝置完成一幀3D掃描幀；

采用粒子濾波框架，模擬一定量的粒子按照所述機器人平臺的動力學模型運動；

將所述3D掃描幀按照所述各粒子的位置和姿態投影到柵格圖中，計算各粒子的激光掃描點與機器人的激光掃描點位置之間的距離，得到激光掃描點與機器人激光掃描點最近的粒子，其位置即為機器人全局位置最終的估計結果；

重新獲得粒子群對機器人獲得的下一個掃描幀的位置進行估計。

5.如權利要求4所述的機器人全局位置快速估計方法，其特征在于，計算柵格與其最近障礙物點距離的過程采用了歐式距離變換以及基于最優KD-Tree的最近鄰點的查找。

6.如權利要求4所述的機器人全局位置快速估計方法，其特征在于，所述機器人運動的動力學模型根據所述運動傳感器測得。

7.如權利要求6所述的機器人全局位置快速估計方法，其特征在于，所述粒子模擬所述運動傳感器所測得的機器人運動數據以及所述運動傳感器的測量誤差。

8.如權利要求4所述的機器人全局位置快速估計方法，其特征在于，激光掃描點與機器人激光掃描點最近的粒子為一個或多個。

9.如權利要求4所述的機器人全局位置快速估計方法，其特征在于，所述3D掃描裝置的掃描過程為：轉臺獲取逐幀2D激光掃描數據及對應的轉臺碼盤測角，通過旋轉坐標系法則將逐幀2D測量折算成一幀3D掃描結果。