[發明專利]一種基于單線激光雷達的室內定位方法

有效

• 申請號: 202010156745.2
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111504317B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 張濤;桂坡坡;胡建平;徐昆源;陸新民;趙懿
• 申請（專利權）人: 中振同輅（江蘇）機器人有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01S17/931
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 劉鑫

1.一種基于單線激光雷達的室內定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)使用單線激光雷達采集的得到的數據構建占據柵格地圖：在所述占據柵格地圖中，對于一個點，用p(s＝0)來表示它是空狀態的概率，用p(s＝1)來表示它是占據狀態的概率，兩者的和為1；在此引入兩者的比值來作為點的狀態：Odd(s)＝p(s＝1)/p(s＝0)；在所述占據柵格地圖中，一個點狀態的數值越大，就表示越肯定它是占據狀態，相反數值越小，就表示越肯定它是空狀態；

(2)采用步驟(1)中的方法構建局部地圖，并進行局部匹配；

(3)采用步驟(1)中的方法構建全局地圖，并進行全局匹配；

(4)每得到一次全局匹配結果時，將所述全局地圖與所述局部地圖在該次全局匹配結果的時間戳上約束并加入優化隊列；為避免偶然誤差，在優化隊列達到一定數量時進行一次最小二乘優化，更新當前所述局部地圖中的歷史定位軌跡，并將每個點位姿更新，以最終得到實時精確的位姿；

在步驟(2)中，所述局部地圖始終保留一定范圍內的數據，隨著機器人的運動，所述局部地圖會不斷更新，新的局部地圖數據產生的同時丟棄舊的局部地圖數據；

在步驟(2)中，設當前測量數據為用空間變換函數表示將做的變換，則匹配問題可以轉化為最大化似然函數：

在式(1)中，p為概率密度函數，由上一時刻的測量數據進行柵格化，然后計算每個網格的多維正態分布得到；式(1)可等價于：

在式(2)中，將當前時刻的測量數據的每個數據點找出對應的網格點，將其代入概率密度函數p進行計算，并對式(2)使用牛頓法進行迭代求解，直到收斂；當收斂時，即求得最大化似然函數情況下的求出空間變換即可由上一時刻位姿解算出當前時刻位姿，即完成了局部定位；

在步驟(3)中，在所述全局地圖的基礎上，構造由粗到細的多張不同分辨率的構造地圖：

(a)將測量數據分別順時針旋轉0～360°，具體角分辨率需要根據實際情況選擇，得到新的不同旋轉角度下的測量數據；

(b)將不同旋轉角度下的測量數據按照多個分辨率分別進行柵格化，將這些柵格化后的數據作為候選者；

(c)取最低分辨率的所述構造地圖，將候選者從原點開始按照該分辨率下的一定步長進行平移；持續將平移后得到的數據與所述構造地圖進行匹配，直至平移后得到的數據高于事先設定的可信度閾值，將該數據作為篩選后的候選者；

(d)將篩選后的候選者與更高分辨率的所述構造地圖進行同樣的策略匹配，直到得到最高分辨率下可信度最高的平移值和旋轉值，則為匹配得出的位姿結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于單線激光雷達的室內定位方法，其特征在于：在步驟(1)中，對于一個點，若出現新的測量值z，需要更新其狀態，即更新為在測量值z發生條件下的s的狀態，通過不斷更新，以構建所述占據柵格地圖。

3.根據權利要求1所述的一種基于單線激光雷達的室內定位方法，其特征在于：在步驟(c)中，所述匹配方式與所述局部匹配的方式相同。