[發明專利]一種基于慣性導航單元與激光雷達的地圖構建方法

有效

• 申請號: 201610856946.7
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106324616B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 虞坤霖;張濤
• 申請（專利權）人: 深圳市普渡科技有限公司
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請涉及一種基于慣性導航單元與激光雷達的地圖構建方法，該方法采用慣性導航單元和激光雷達同時來構建地圖，慣性導航單元提供了大致的位姿變化，使得對激光雷達數據進行ICP拼接時計算時間大大縮短。而且慣性導航單元可以測出機器人的側傾，據此可以識別側傾時激光雷達的無效數據，減少對定位的干擾。

技術領域

本發明涉及一種地圖構建方法，具體涉及一種結合了慣性導航單元與激光雷達的室內平面地圖構建方法。

背景技術

基于激光雷達的室內地圖構建在機器人領域應用越來越廣發。常見的有3d激光雷達和2d激光雷達。3d激光雷達掃描整個環境的3d模型，2d激光雷達至于機器人底部，掃面平面底圖。上述兩種方法都是依據關鍵幀拼接技術實現底圖構建。這種底圖構建方法由于對傳感器的位置估計是通過相鄰兩針的拼接得到的位移變化，在室內大范圍掃描時，兩兩相鄰位移的積分會產生累積誤差，使得最終的底圖構建效果不佳。尤其是對于激光雷達量程不夠大的情況，這種情況位姿累積的誤差會較大。其他大面積情況會出現地圖整體扭曲的情況。

發明內容

本發明將傳統的基于2d激光雷達的室內地圖構建方法與慣性導航相結合提升了地圖構建的精度，降低了地圖的扭曲感。具體內容如下：

一種基于慣性導航單元與激光雷達的地圖構建方法，包括以下步驟：

1) 搭建掃描平臺

掃描平臺由具有雙輪移動平臺的機器人構成，平臺上搭載一激光雷達與慣性導航單元；

2) 掃描數據

遙控雙輪移動平臺，用激光雷達進行掃描，得到掃描數據，同時從平臺搭載的慣性導航單元讀取平臺的位姿信息；

3) 幀間拼接

對于激光雷達掃描出的數據，對相鄰的兩幀采取ICP最近點迭代方法得到平臺的位姿變化；

4) 閉環檢測

提取所有掃描幀的特征點并將特征點存入特征字典；對每個新的幀，在特征字典中查找匹配，若匹配成功則完成閉環檢測；

5) 圖優化

對步驟3）得到的一系列幀間拼接的位姿進行圖優化，其中以每一幀觀測瞬間的位姿為節點，相鄰兩幀的位姿變化為邊構建優化圖；將優化圖輸入isam優化方法庫計算，得到優化出的每一幀的中心點位姿，以及包括中心點位姿的處理后的優化圖；

6) 加入慣性導航數據

在上述處理后的優化圖中，結合每一幀激光雷達數據采集的瞬間讀取到的慣性導航單元的位姿變化信息，將對應的節點之間加入由慣性導航單元得到的位姿變化，如此構成的優化圖的每兩節點之間如果有邊則都有兩條。

7) 二次圖優化

對上述處理后的優化圖重新運行圖優化方法得到優化出的每一幀的中心點位姿；

8) 渲染

從步驟7）得到每一幀的中心點位姿后，使用opengl繪制出occupancy grid map，其中采樣點標記為黑色，從采樣點到中心點位置的連線繪制為白色。

由于慣性導航單元提供了大致的位姿變化，使得對激光雷達數據進行ICP拼接時計算時間大大縮短。而且慣性導航單元可以測出機器人的側傾，據此可以識別側傾時激光雷達的無效數據，減少對定位的干擾。

具體實施方式

一種基于慣性導航單元與激光雷達的地圖構建方法，包括以下步驟：

1)搭建掃描平臺

掃描平臺由具有雙輪移動平臺的機器人構成，平臺上搭載一激光雷達與慣性導航單元；