[發明專利]一種服務機器人導航方法及系統

在審

• 申請號: 201810058588.4
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108375976A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 王在俊;方寶富;許峰
• 申請（專利權）人: 中國民用航空飛行學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(普通合伙) 33243
• 代理人: 龍洋

本發明公開了一種服務機器人導航方法及系統，用以解決現有的導航技術沒有回環測試定位會產生誤差的問題。該方法包括：利用cartographer算法通過閉環檢測消除地圖構建過程中產生的累積誤差；利用快速遍歷隨機樹算法對構建的地圖進行全局路徑規劃；利用局部避障的動態窗口算法對構建的地圖進行局部路徑規劃。本發明基于cartographer算法通過閉環檢測消除構圖過程中的誤差，使定位更加精確，減小誤差。

技術領域

本發明涉及定位導航技術領域，尤其涉及一種服務機器人導航方法及系統。

背景技術

服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員，到目前為止尚沒有一個嚴格的定義。不同國家對服務機器人的認識不同。

可以分為專業領域服務機器人和個人/家庭服務機器人，服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維護保養、修理、運輸、清洗、保安、救援、監護等工作。

ROS是一個機器人軟件平臺，能為異質計算機集群提供類似操作系統的功能。起源于2007年，是一種分布式的處理框架，一種開源的機器人后操作系統。例如，硬件抽象描述、底層驅動程序管理、程序間消息的傳遞等。

Gmapping定位算法主要應用了粒子濾波中的RBPF方法，掃描匹配的過程是首先估計機器人位姿，利用梯度下降的方法，以當前構建的地圖、激光點和機器人位姿作為初始估計值，為了解決PF中的粒子耗散問題，提出了自適應重采樣的機制，在一定程度上可以減少為保證定位精度所需的粒子個數。但是缺點在于依賴里程計，無法適用無人機及地面不平情況，且由于PF遵循馬爾科夫假設，當前的狀態只與前一時刻有關，所以無法進行回環。

Hector定位算法主要是將激光點與已有的地圖進行匹配，利用已經獲得的地圖對激光束點陣進行優化，估計激光點在地圖中的表示，和占據網格的概率。利用高斯牛頓解決scan-match(scan-map)的問題，找到激光點集映射到已有地圖的剛體轉換；為避免局部最小而非全劇最小，使用多分辨率地圖。缺點在于沒有地圖的修正，一旦地圖出錯，之后的匹配也會出問題，同樣該算法沒有回環檢測。

沒有回環檢測會產生誤差累積，不能及時消除誤差累積，則會導致定位不準確的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題目的在于提供一種服務機器人導航方法及系統，用以解決現有的導航技術沒有回環測試定位會產生誤差的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種服務機器人導航方法，包括步驟：

利用cartographer算法通過閉環檢測消除地圖構建過程中產生的累積誤差；

利用快速遍歷隨機樹算法對構建的地圖進行全局路徑規劃；

利用局部避障的動態窗口算法對構建的地圖進行局部路徑規劃。

進一步地，所述利用cartographer算法通過閉環檢測消除地圖構建過程中產生的累積誤差的步驟具體包括：

建立閉環檢測的子地圖并賦予所述子地圖的概率網格的網格點的概率值；

利用Ceres-based匹配掃描信息點相對于當前子地圖的位姿以找到在所述子地圖的概率最大的掃描信息點集的位姿；

利用SPA優化所有掃描信息點和子地圖的位姿并將所述相對位姿進行存儲；

采用分支界限和DFS搜索策略進行閉環檢測和相對位姿的求解以消除累積誤差。

進一步地，所述賦予所述子地圖的概率網格的網格點的概率值的方法具體包括：

判斷所述網格點是否已賦值，若否，根據所述網格點是否命中賦予命中概率值或未命中概率值；