[發(fā)明專利]一種基于視覺和慣性導(dǎo)航組合的移動(dòng)機(jī)器人定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010475627.8
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111637892A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于惠鈞;龔星宇;劉曉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C21/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;馮振寧

一種基于視覺和慣性導(dǎo)航組合的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，屬于機(jī)器人導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，包含以下步驟：S1：利用視覺傳感器獲取移動(dòng)機(jī)器人所在的位置；S2：建立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，利用視覺傳感器進(jìn)行速度、方向和重力測量及報(bào)告；S3：利用視覺傳感器采集的信息與SLAM系統(tǒng)構(gòu)建的云地圖轉(zhuǎn)換為柵格地圖后進(jìn)行路徑規(guī)劃。本發(fā)明將互補(bǔ)濾波法運(yùn)用到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，融合Xtion深度相機(jī)信息，僅用視覺傳感器就修正了定位誤差，此方法大大減小了定位誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于視覺和慣性導(dǎo)航組合的移動(dòng)機(jī)器人定位方法。

背景技術(shù)

近些年，移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)在我國迅速地發(fā)展，在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用。機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)在于其定位以及路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航，同時(shí)，其自主導(dǎo)航技術(shù)與精確定位技術(shù)對服務(wù)人類有著十分重大的意義。在對移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行探究的過程中，相關(guān)研究人員一般會(huì)從以下三方面問題入手進(jìn)行研究：我的附近是什么；我在哪兒；我要去哪兒，這剛好和移動(dòng)機(jī)器人地圖重建、自主定位、規(guī)劃自身路徑相切合。

長期以來，機(jī)器人的導(dǎo)航問題深受社會(huì)各屆重視。然而，單傳感器導(dǎo)航存在一定不足之處，容易出現(xiàn)定位誤差，故而融合多傳感器的導(dǎo)航系統(tǒng)就被格外推崇。服務(wù)性機(jī)器人在人工智能應(yīng)用板塊占據(jù)了半數(shù)以上的板塊。2017年雙十一期間，某品牌機(jī)器人的營業(yè)額達(dá)到了5.28億，打破了行業(yè)記錄。此品牌機(jī)器人銷量的不斷增多，讓人們看到了人工智能在家居這一市場的重要性。然而在室內(nèi)作業(yè)時(shí)，機(jī)器人就會(huì)出現(xiàn)定位不夠精準(zhǔn)等問題，也就會(huì)給客戶帶來很多煩惱。所以，為了做到更好地服務(wù)生活，機(jī)器人的精確的定位就成了重中之重。

同時(shí)，一般相機(jī)僅可以捕捉到彩色圖像，但不能捕捉到深度信息，而深度相機(jī)可能受光照、物體表面紋理、反光等因素影響，為了避免深度相機(jī)的使用缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步結(jié)合慣性導(dǎo)航探究移動(dòng)機(jī)器人的定位方法，完成機(jī)器人的路徑規(guī)劃。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開一種基于視覺和慣性導(dǎo)航組合的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，本發(fā)明的慣性導(dǎo)航信息以及卡爾曼濾波融合深度相機(jī)信息，僅僅用視覺傳感器就修正了定位誤差。

本發(fā)明采取以下具體技術(shù)方案：

一種基于視覺和慣性導(dǎo)航組合的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，包含以下步驟：

S1：利用視覺傳感器獲取移動(dòng)機(jī)器人所在的位置：建立外參數(shù)模型，外參數(shù)將相機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系對應(yīng)；

S2：建立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，利用視覺傳感器進(jìn)行速度、方向和重力測量及報(bào)告；

S2.1：利用互補(bǔ)濾波法在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中進(jìn)行姿態(tài)角解算：對慣性導(dǎo)航坐標(biāo)體系與世界坐標(biāo)系構(gòu)建方向余弦矩陣，然后求導(dǎo)并對微分方程進(jìn)行計(jì)算，最終得到姿態(tài)角的值；

S2.2：慣性導(dǎo)航航位推算：將慣性導(dǎo)航坐標(biāo)系下的加速度轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系，將轉(zhuǎn)換后的加速度扣除重力加速度后單次積分得到速度，二次積分得到位移；

S2.3：對測量的加速度和角速度分別進(jìn)行慣性導(dǎo)航誤差分析處理；

S3：利用視覺傳感器采集的信息與SLAM系統(tǒng)構(gòu)建的云地圖轉(zhuǎn)換為柵格地圖后進(jìn)行路徑規(guī)劃。

進(jìn)一步的，外參數(shù)模型對應(yīng)關(guān)系式為：

式中，(x_c,y_c,z_c)代表相機(jī)坐標(biāo)，(x_w,y_w,z_w)代表世界坐標(biāo)，R代表旋轉(zhuǎn)矩陣，t代表平移矩陣，m代表外參數(shù)的矩陣。

進(jìn)一步的，所述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)采用MPU6050傳感器來測量坐標(biāo)系三軸上的角速度與加速度，所述MPU6050傳感器包含三軸陀螺儀與三軸加速度計(jì)。