[發明專利]一種基于雙反光柱的高精度激光定位與導航方法

有效

• 申請號: 201710572161.1
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107238841B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 林志赟;邢浩;金智
• 申請（專利權）人: 浙江科鈦機器人股份有限公司
• 主分類號: G01S17/42
• 分類號: G01S17/42
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于雙反光柱的高精度激光定位與導航方法，與傳統技術中的幾何三角定位不同，本發明深入挖掘并充分利用了反射光的復數域信息，打破了傳統意義上三個反光柱的技術瓶頸，其運行條件為同時檢測到兩個反光柱的數據即可，大大提高了激光導航技術的適用性；通過濾波算法過濾掉測量誤差引起的計算誤差，極大地提高定位與導航精度；最后，雖然本發明最低要求為檢測到兩個反光柱，但實際應用時可能會同時檢測到多個反光柱，通過設計數據融合處理，能夠最大化利用反光柱的信息，從而進一步提高精度。

技術領域

本發明屬于智能倉儲物流領域，具體涉及一種基于雙反光柱的高精度激光定位與導航方法。

背景技術

基于激光傳感器的定位與導航技術是工業AGV、智能機器人等領域的關鍵性技術，相比傳統有軌導航方式，該技術具有定位精度高、靈活多變等優點，適用于復雜、高動態的工業場景中。國內外現有基于反光柱的激光定位技術，均采用了幾何三角定位原理，每時每刻必須要求同時檢測到三個反光柱才可實現定位。這一數量要求實際上在復雜工業場景中很難滿足，極大地制約了激光定位與導航技術的實用性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種新型激光定位與導航方法，通過提取和利用激光測距信息中的復數域信息，將三個反光柱的最低要求降低為兩個，有效解決了反光柱最低數量的技術瓶頸，大大提高了激光導航技術的適用性。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于雙反光柱的高精度激光定位與導航方法，該方法包括：

(1)在工業環境中布置反光柱，預設反光柱世界坐標，生成反光柱坐標列表；

(2)安裝在移動平臺上的激光傳感器向周圍呈輻射狀發射激光，并接收反射激光；

(3)篩選來源于反光柱的有效光束：預設強度閾值σ，通過檢測反射激光強度I，并與σf(range)相比較，判定激光照射物是反光柱還是普通環境物體，其中f(range)與距離range負相關；

(4)確定當前時刻照射到的反光柱數量及其相對激光傳感器的相對坐標：根據反射光束角度的連續性，判斷是否為同一個反光柱，或者，根據反射光束角度和距離的連續性，判斷是否為同一個反光柱；根據屬于同一反光柱的反射光數據，結合反光柱半徑進行數據修正，得到該反光柱相對于激光傳感器的相對坐標，并存入反光柱列表；

(5)初始化反光柱列表，得到至少兩個反光柱的世界坐標：人工確定初始位置對應的反光柱列表中至少兩個反光柱的世界坐標；或者，激光傳感器在初始位置獲取至少三個反光柱返回的角度和距離，計算兩兩反光柱之間的距離，與根據反光柱坐標列表生成的反光柱距離信息相匹配，得到至少兩個反光柱的世界坐標；

(6)在動態過程中計算期望反光柱列表：根據上一時刻對當前時刻激光傳感器位置和角度的預測，估計激光傳感器與所有反光柱之間的相對距離和角度，并存入期望反光柱列表；

(7)在動態過程中反光柱列表的匹配：計算當前時刻反光柱列表與期望反光柱列表中同一個反光柱對應的距離之差和角度之差，當距離之差和角度之差均滿足預設閾值時，匹配成功；

(8)基于雙反光柱數據的激光傳感器位姿計算：利用激光傳感器測量數據的復頻域信息，在匹配成功的反光柱中任選兩個：第l個和第k個，并計算：

z_k＝X_k+i*Y_k

z_l＝X_l+i*T_l