[發(fā)明專利]一種基于視覺引導(dǎo)激光重定位的移動機(jī)器人定位方法

有效

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• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111337943B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉成菊;陳浩;陳啟軍
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S17/66;G01S17/06
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發(fā)明涉及一種基于視覺引導(dǎo)激光重定位的移動機(jī)器人定位方法，包括以下步驟：根據(jù)視覺特征地圖對機(jī)器人的位置進(jìn)行初始化定位，并將其映射到激光地圖上；采用自適應(yīng)粒子濾波方法，根據(jù)激光掃描匹配的結(jié)果獲取機(jī)器人在激光地圖上的精準(zhǔn)定位；判斷在自適應(yīng)粒子濾波方法的定位過程中定位的粒子方差是否超過設(shè)定的閾值，若是，利用視覺特征地圖進(jìn)行視覺重定位，輸出機(jī)器人的定位結(jié)果，并對當(dāng)前的粒子進(jìn)行重新初始化，即錯誤恢復(fù)；若否，輸出機(jī)器人的定位結(jié)果；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可使得機(jī)器人能在初始化時(shí)或“被綁架”后，依靠視覺特征地圖的重定位功能，快速恢復(fù)精準(zhǔn)的定位，從而保證了定位的穩(wěn)定可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動機(jī)器人自主定位領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于視覺引導(dǎo)激光重定位的移動機(jī)器人定位方法。

背景技術(shù)

定位技術(shù)是機(jī)器人自主移動的基礎(chǔ)，是賦予機(jī)器人感知和行動能力的關(guān)鍵。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，越來越多的工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人和巡檢機(jī)器人需要在無人化的工廠里工作，而定位技術(shù)則是其執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的定位方法中，絕對定位主要采用導(dǎo)航信標(biāo)、標(biāo)識和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)等進(jìn)行定位，但信標(biāo)等的建設(shè)和維護(hù)成本較高，GPS只能用于室外。相對定位主要采用輪式編碼器、慣性測量單元和激光雷達(dá)等，輪式編碼器和慣性測量單元都是測量一些間接的物理量，高精度的激光雷達(dá)價(jià)格過于昂貴，這些因素給自主定位的移動機(jī)器人的商業(yè)化、進(jìn)入日常生活帶來了不小的挑戰(zhàn)和困難。近幾年來，以視覺傳感器為中心的視覺SLAM技術(shù)得到了明顯的轉(zhuǎn)變和突破。多種基于單目、雙目和深度相機(jī)的理論方法被提出，其中，相機(jī)相比于激光雷達(dá)雖然精度較差、噪聲大，但是成本低，能夠采集彩色圖像信息，因而更加適合在普通的辦公、家庭等室內(nèi)場景使用。

然而目前主流的方法中，機(jī)器人定位多采用激光雷達(dá)方案或視覺方案。基于激光雷達(dá)的方法可以在結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中保持良好的定位，對高速運(yùn)動不敏感，但其難以初始化且錯誤恢復(fù)較難。當(dāng)前基于激光定位技術(shù)的無人搬運(yùn)車輛往往需要固定工位，在設(shè)定好的工位進(jìn)行初始化而無法靈活地在任意地方開始工作。另外，一旦其定位發(fā)生，由于工廠環(huán)境結(jié)構(gòu)的對稱性及相似性，要恢復(fù)到正確的位置往往需要很長時(shí)間的更新和恢復(fù)，而大大影響了生產(chǎn)效率，更有可能造成安全隱患。基于視覺的定位方法則可以快速初始化，但其不能應(yīng)對快速運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)，且對環(huán)境特征和光線要求很高，如若環(huán)境特征不能一直維持，也很容易丟失定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于視覺引導(dǎo)激光重定位的移動機(jī)器人定位方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于視覺引導(dǎo)激光重定位的移動機(jī)器人定位方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)視覺特征地圖對機(jī)器人的位置進(jìn)行初始化定位，并將其映射到激光地圖上。

S2、采用自適應(yīng)粒子濾波方法，根據(jù)激光掃描匹配的結(jié)果獲取機(jī)器人在激光地圖上的精準(zhǔn)定位；

S3、判斷在自適應(yīng)粒子濾波方法的定位過程中定位的粒子方差是否超過設(shè)定的閾值，若是，則執(zhí)行步驟S4；若否，則執(zhí)行步驟S5；

S4、利用視覺特征地圖進(jìn)行視覺重定位，輸出機(jī)器人的定位結(jié)果，并對當(dāng)前的粒子進(jìn)行重新初始化，即錯誤恢復(fù)；

S5、輸出機(jī)器人的定位結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述的步驟S1中，根據(jù)視覺特征地圖對機(jī)器人進(jìn)行定位具體包括以下步驟：

S11、提取圖像ORB特征，使用DBoW2模型計(jì)算當(dāng)前幀的BoW詞袋向量，生成一個表征向量v；

S12、挑選視覺特征地圖上的備選關(guān)鍵幀，計(jì)算備選關(guān)鍵幀與當(dāng)前幀的BoW相似性得分，相似性標(biāo)準(zhǔn)采用L1范數(shù)距離，返回所有滿足設(shè)定得分的關(guān)鍵幀；

S13、逐個比較當(dāng)前幀和候選關(guān)鍵幀的匹配特征點(diǎn)，得到匹配關(guān)系；