[發明專利]一種基于激光掃描儀與強反光標志的移動機器人定位方法

有效

• 申請號: 201710461634.0
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107053219B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 張慧;王斌鵬;李貽斌;李彬
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J19/02;B25J9/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種基于激光掃描儀與強反光標志的移動機器人定位方法，包括：構建由多線激光掃描儀與強反光標志組成的移動機器人環境監測系統，通過多線激光掃描儀獲取的環境光強數據與距離數據實現對強反光標志的識別與相對定位。機器人初始位置未知時，計算反射標志兩兩連線的距離與斜率信息，進而通過數據匹配實現反射標志的全局定位，最后通過機器人與反射標志的相對位置關系實現全局環境下機器人的位置信息獲取。本發明有益效果：避免了只采用距離或方向數據時感知信息過于簡單，獲取目標特征較少的缺點，提高了識別穩定性。

技術領域

本發明涉及移動機器人定位技術領域，特別涉及一種基于激光掃描儀的移動機器人定位方法。

背景技術

隨著機器人技術的快速發展，移動機器人在倉儲物流、智能巡檢、移動操作等領域有著廣泛的應用需求。在機器人自主執行任務時，其在環境中所處的位置信息是運動規劃的關鍵。以變電站智能巡檢機器人為例，其常采用路面嵌入有磁物質或粘貼RFID標簽等方式實現機器人的定位與導航。該類方法能夠滿足機器人自主運行要求，但需要對現場環境做較大改動，同時出現問題時的維修工作也非常繁瑣。因而隨著機器人技術及智能傳感器的發展，如何采用更為高效的方法實現移動機器人定位成為了迫切需要解決的問題。

目前，按照采用傳感器的不同，機器人定位技術主要有兩種方法：一種是采用激光傳感器實現機器人的定位與導航，如中國專利文獻CN202166895U公開了一種變電站智能巡檢機器人的激光導航系統。該方法要求反光標志為平面形或圓柱形，固定安裝于導航路徑周圍，并且需保證同一時刻機器人至少能檢測到3個反光標志。該方法本質屬于引導式導航，機器人簡單的按照道路兩旁反射標志的約束行走，這要求反射標志必須按規則密集安裝，其實現方法較復雜，且同時檢測到3個反光標志的約束條件也限制了該方法在復雜環境下的可行性。

另一種是采用機器視覺的定位方法，如中國專利文獻CN105700532A公開了一種基于視覺的變電站巡檢機器人導航定位控制方法。該方法需預置導航路徑和停靠位置標志，然后機器人通過視覺相機識別標志線上不同形狀的標志，進而實現機器人的定位。該種方式的不足之處是需提前繪出機器人的路徑及標志點，且在雨雪或光照變化劇烈時，感知相機的性能會受到一定的影響。

由于移動機器人往往工作在室外環境，因而需要適應特殊的環境條件和多種工作模式，同時，不同的用戶由于已經提前構建了生產現場，這要求機器人必須在盡量少的改變現場環境的條件下，實現準確、穩定的定位與導航。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述難題，提供了一種基于激光掃描儀與強反光標志的移動機器人定位方法，能夠實現復雜環境下的高可靠性，高精度運行，運行方式靈活，抗干擾能力強，適用于強磁、強輻射等特殊環境。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

一種基于激光掃描儀與強反光標志的移動機器人定位方法，包括：

(1)構建生產現場的坐標關系{O_w}，選取特定位置作為坐標系原點，并沿東北天方向構建XYZ坐標軸；

(2)構建由多線激光掃描儀與強反光標志組成的移動機器人環境監測系統，記錄每個強反光標志在生產現場的位置坐標{x_fi,y_fi,z_fl}；并計算相鄰兩個強反光標志位置坐標之間的距離與相鄰兩個強反光標志連線的斜率{L,K}；

(3)讀取激光掃描儀每幀數據P＝{D,Δ,S}，其中D為距離數據，Δ為角度數據，S為反射光強度數據，根據數據P確定作為強反光標志的點；

(4)計算強反光標志在激光掃描儀探測視場下的坐標p_v；

(5)如果機器人在生產現場的初始位置已知，進入步驟(6)；否則，轉入步驟(7)；