[發明專利]一種GPS失效環境下巡檢機器人定位方法

有效

• 申請號: 201711126117.4
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107909614B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 陳常;朱華;李志雄;汪雷;李振亞
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06F16/23
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 耿巖

本發明公開了一種GPS失效環境下巡檢機器人定位方法，該定位方法為：利用兩個單目攝像頭和慣性測量單元進行緊耦合，通過兩個單目攝像頭的位置關系利用三角法計算出特征點的具體坐標，采用預積分計算出兩個相鄰視覺幀之間的慣性測量單元數據，通過視覺和慣性測量單元的數據融合進行初始化，采用非線性優化計算出巡檢機器人精確位姿。通過本發明能夠提高巡檢機器人的定位精度和魯棒性，達到在GPS失效環境下精確定位的效果。

技術領域

本發明涉及巡檢機器人定位領域，尤其涉及一種GPS失效環境下巡檢機器人定位方法。

背景技術

隨著科學技術的進步，巡檢機器人在工業、軍事等領域的應用越來越廣泛。在很多情況下，巡檢機器人的作業空間的信息是復雜未知的。巡檢機器人想要實現自主導航、目標識別、自動避障等功能，其精確定位顯著尤為重要。傳統的定位方法大多以GPS、北斗等全球衛星定位為主，但普通的GPS傳感器定位精度較低，無法滿足巡檢機器人精確定位。雖然差分GPS在室外定位精度較高，但是價格高昂同時無法在室內、樹叢、煤礦井下巷道這些GPS失效環境下工作。

伴隨計算機視覺、圖像處理技術發展的同時，機器視覺方法通過感知環境進行導航定位在機器人定位導航中得到廣泛應用。視覺定位方法的原理是，通過安裝在機器人身上的攝像機實時采集運動過程中的圖像，并從圖像中提取相關信息，進而判斷并計算機器入的運行姿態和軌跡，最終實現導航和定位。然而視覺傳感器容易受到光照的影響，同時在曝光較強、低亮度等情況下定位容易丟失。除此之外，單純的單目視覺傳感器沒有尺度信息，無法感知機器人所處周圍環境深度，并且在機器人原地轉彎時特征丟失，容易導致機器人定位失效。

巡檢機器人使用慣性測量單元定位發展較早，慣性定位是利用慣性測量單元測量的線加速度和旋轉角速率來計算載體的六自由度定位信息。載體的角速率通過陀螺儀測量，主要用于計算機器人的旋轉矩陣，并且提供載體坐標系和導航坐標系的轉化關系；載體的線加速度通過加速度計測量，通過對得到的加速度積分求解機器人的速度信息和位移信息，最后通過將機器人六自由度信息轉換到導航坐標系中完成定位。然而單純的慣性重復路徑定位誤差累計較大，并且無法進行有效的回環檢測。除此之外，因慣性測量單元隨機游走等性質，在巡檢機器人加速度變化較大時會產生大量遲滯誤差。

為此，本發明現提出一種GPS失效環境下巡檢機器人定位方法。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種GPS失效環境下巡檢機器人定位方法，通過此方法提高巡檢機器人的定位精度和魯棒性，達到在GPS失效環境下精確定位的效果。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種GPS失效環境下巡檢機器人定位方法，該定位方法為：利用兩個單目攝像頭和慣性測量單元進行緊耦合，通過兩個單目攝像頭的位置關系利用三角法計算出特征點的具體坐標，采用預積分計算出兩個相鄰視覺幀之間的慣性測量單元數據，通過視覺和慣性測量單元的數據融合進行初始化，采用非線性優化計算出巡檢機器人精確位姿。

優選的是，該定位方法具體包括以下步驟：

步驟一、初始化巡檢機器人的狀態x₀，校正巡檢機器人左攝像頭、右攝像頭、慣性測量單元的時間，巡檢機器人左攝像頭、右攝像頭、慣性測量單元的時間的初始時間t₀保持一致；

步驟二、通過左攝像頭初始化采集圖、右攝像頭初始化采集圖，利用三角法計算出巡檢機器人前方環境深度圖；通過調用巡檢機器人內部先驗地圖，匹配當前環境深度圖，確定巡檢機器人世界坐標

步驟三、對左、右攝像頭采集圖像數據進行特征提取，對慣性測量單元采集數據進行預積分，通過圖像數據中的特征和慣性測量單元預積分的數據進行融合，初始化整個定位系統；

步驟四、步驟三中定位系統初始化成功后，采用滑動窗口對將融合的數據導入滑動窗口，根據回環數據庫進行回環檢測；