[發明專利]一種移動機器人初始位姿獲取方法和系統

有效

• 申請號: 201610922713.2
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106568432B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 楊再甫;張小*;章征貴
• 申請（專利權）人: 上海物景智能科技有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 郭桂峰

一種移動機器人初始位姿獲取方法和系統，包括S100獲取初始信息；S200根據初始信息，采用粒子群算法獲得當前朝向角度位置下的最優匹配度；S300判斷當前朝向角度位置下的最優匹配度是否大于等于匹配閾值，若是執行步驟S500；否則，執行步驟S400原地旋轉一定角度，獲得旋轉后朝向角度位置下的最優匹配度，判斷旋轉后朝向角度位置下的最優匹配度是否大于等于匹配閾值，若是則執行步驟S500獲取最優匹配度對應粒子的位置和朝向角度，得到移動機器人的初始位姿；否則執行步驟S600移動機器人的初始位姿獲取失敗。本發明具有收斂快、精度高、粒子利用率高的優點，移動機器人原地旋轉，可捕獲移動機器人360°范圍內的環境信息，使得激光雷達獲取的信息更加豐富。

技術領域

本發明涉及一種移動機器人自主導航領域，特別是涉及一種移動機器人初始位姿獲取方法和系統。

背景技術

隨著工業4.0的不斷推進，智能移動機器人已經逐漸運用于各行各業，尤其是清潔領域。移動機器人的廣泛使用對移動機器人智能性的要求也越來越高，而移動機器人初始位姿的精確獲取是保證其智能化的關鍵一環。

激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。從工作原理上講，與微波雷達沒有根本的區別：向目標發射探測信號(激光束)，然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數，從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。工作在紅外和可見光波段的，以激光為工作光束的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖送到顯示器。

環境建模與定位是移動機器人導航領域的基本問題，也是移動機器人真正實現自主的重要條件之一，所謂環境建模(Mapping)是建立移動機器人所工作環境的各種物體如障礙、路標等的準確的空間位置描述，即為空間模型或地圖。而定位(Localization)則意味著移動機器人必須確定自身在該工作環境中的精確位置。精確的環境地圖及移動機器人定位有助于高效地路徑規劃和決策，是保證移動機器人安全導航的基礎。

SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)，中文稱“同步定位及建圖”，是目前在移動機器人定位方面的熱門研究課題，移動機器人在定位的同時建立環境地圖，其基本原理是運用概率統計的方法，通過多特征匹配來達到定位和減少定位誤差的。地圖的表示方式大致有3種，包括柵格表示、幾何特征表示和拓撲圖表示。

目前，現有移動機器人的初始位姿獲取方法主要有兩種：一種是直接將測距傳感器獲取的掃描地圖與已有地圖對比匹配，這種方法不僅計算量大，而且如果環境稍有變化該算法就可能失效；另一種方法是提取環境中的特征信息再與已有地圖匹配定位，這種方法所提取環境中的特征信息仍然很大，在計算量上并沒有實質性的改善，而且如果空間中特征信息不明顯將會導致誤差比較大，定位精度不能保證；再一種方法是利用粒子濾波方法與已有地圖對比匹配，這種方法使得建立的環境地圖不豐富。

針對目前存在的問題，本發明提供了一種移動機器人初始位置定位方法和系統來解決上述問題。

發明內容

本發明的提供了一種移動機器人初始位姿獲取方法和系統，利用粒子群算法優化粒子濾波計算最優匹配度，這種算法易于實現、精度高、收斂快；采用原地旋轉的策略解決局部環境信息不豐富的問題，移動機器人旋轉后進行二次或多次匹配，提高匹配成功率和對環境的適應性。

本發明提供的技術方案如下：