[發明專利]一種激光雷達定位及地圖創建方法

有效

• 申請號: 202011134579.2
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112180396B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 孫海銘;沈志航;郭文慧;邢加偉
• 申請（專利權）人: 航天科工智能機器人有限責任公司
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S17/86;G01S7/48
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 柯宏達;王銘珠

針對現有技術的不足，本公開涉及一種激光雷達定位及地圖創建方法，通過基于柵格地圖的激光雷達匹配技術，在發生顛簸時通過里程計和激光雷達匹配計算克服顛簸帶來的誤差，確保定位的快速和準確。為實現以上目的，本公開通過以下技術方案予以實現：一種激光雷達定位及地圖創建方法，應用于無人機動平臺，基于里程計和激光雷達匹配的聯合優化定位，獲取全路徑后驗狀態，剔除錯誤激光雷達匹配信息后進行再估計，從而適應顛簸的環境。本公開通過這樣的技術方案，在對于無人機動平臺無需額外添置設備的前提下在經過顛簸環境時能快速準確的完成定位，避免了由于顛簸導致的誤差。

技術領域

本公開涉及測量與控制技術領域，尤其是涉及一種激光雷達定位及地圖創建方法。

背景技術

隨著技術進步，各種自動無人機動平臺在公共安全、災害救援、反恐處突等領域大顯身手。特別是作為排爆機器人、消防機器人、管道檢測機器人等應用已經得到了用戶的認可和廣泛使用。作為無人機動平臺，必須具備定位、導航、規劃和避障的能力，以完成無人監管的相關任務。現有技術中通常采用單線激光雷達匹配定位技術進行這些操作，但是這樣的方法容易受到環境顛簸的影響，定位實時性差。因此，為了使機器人能夠適應復雜室外環境，現有技術中公開號為CN108663681A的發明專利申請《基于雙目攝像頭與二維激光雷達的移動機器人導航方法》中就公開了一種能夠在已知環境二維柵格地圖環境下，使用雙目攝像頭探測環境中高于和低于二維激光雷達平面的障礙物，并且將障礙物映射到環境地圖中，通過最短路徑算法與啟發式搜索優化，得到避開障礙物的導航路徑線。

這樣的方法能夠有效避開較大的障礙，但是需要配置專用的設備，并且對于一些顛簸的地面例如室外崎嶇不平的土地，或者室內完整的一條減速帶時，并沒有良好的解決方案。而這些地形造成的顛簸確實會導致激光雷達測量受到影響，降低了定位實時性。對于一些對實時控制精度要求高的場景甚至可能導致無人機動平臺受到不必要的損害。

發明內容

本公開涉及一種激光雷達定位及地圖創建方法，通過基于柵格地圖的激光雷達匹配技術，在發生顛簸時通過里程計和激光雷達匹配計算克服顛簸帶來的誤差，確保定位的快速和準確。

為實現以上目的，本公開采用以下技術方案：

一種激光雷達定位及地圖創建方法，應用于無人機動平臺，基于里程計和激光雷達匹配的聯合優化定位，獲取全路徑后驗狀態，剔除錯誤激光雷達匹配信息后進行再估計，從而適應高度小于小范圍顛簸的環境。

優選的，具體步驟包括：

步驟1：建立激光雷達似然域模型；

步驟2：對步驟1所生成的似然域模型進行簡化；

步驟3：對似然域模型中的似然域地圖進行曲面擬合；

步驟4：通過負對數聯合后驗概率密度的方法，將最大后驗概率轉換為具有最小二乘形式的優化，從而生成聯合優化的目標函數；

步驟5：選擇優化算法用于解出目標函數的最優值。該最優值為使得聯合后驗概率密度達到最大值的機器人狀態，即機器人的位置和航向信息的估計值。

優選的，所述步驟2中采用高斯核函數對柵格地圖進行局部卷積代替似然域模型。

優選的，在似然域模型進行簡化的過程中忽略測量失效噪聲以及無法解釋的隨機測量噪聲。

優選的，似然域地圖進行曲面擬合時選擇雙線性插值算法和雙三次卷積插值算法其中的一種。