[發明專利]用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法及系統

在審

• 申請號: 202011243832.8
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112446422A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 張雁鵬;金長新;高明
• 申請（專利權）人: 濟南浪潮高新科技投資發展有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G01C21/00
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 孫園園

1.一種用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法，其特征在于，該方法是通過多種可選的傳感器，實現多種傳感器數據的接入和采集，以擴展卡爾曼濾波為基礎，對數據進行融合計算，擬合得到機器人位姿數據；具體如下：

傳感器數據預處理；

擴展卡爾曼濾波數據融合。

2.根據權利要求1所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法，其特征在于，傳感器數據預處理具體如下：

坐標系轉換：將傳感器采集到的原始數據統一轉換為以機器人核心坐標系為參考坐標系的數據；機器人核心坐標系以機器人質心為原點；

數據格式統一：根據不同傳感器類型分別處理，將數據類型統一為位姿數據，即空間位置坐標加四元數表示的姿態數據結構類型，并根據位置和姿態數據轉換得到的位姿矩陣。

3.根據權利要求1或2所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法，其特征在于，所述傳感器類型包括視覺里程計傳感器、慣性測量單元、衛星定位系統、輪式或編碼器里程計及激光里程計。

4.根據權利要求3中所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法，其特征在于，擴展卡爾曼濾波數據融合具體如下：

通過統一傳感器數據結構，按順序將多種傳感器數據送入同一擴展卡爾曼濾波器；

利用不同傳感器數據更新同一觀測矩陣、控制矩陣和協方差矩陣，并最終輸出位姿數據及其協方差矩陣。

5.根據權利要求4所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法，其特征在于，所述擴展卡爾曼濾波器是針對非線性系統，通過線性化方法將非線性系統近似為線性系統，從而使用卡爾曼濾波方法完成濾波的擴展卡爾曼濾波器；

卡爾曼濾波方法是利用狀態方程和觀測構建的自回歸濾波器。

6.一種用于機器人區域定位的多傳感器數據融合系統，其特征在于，該系統包括，

數據預處理單元，用于通過多種可選的傳感器，實現多種傳感器數據的接入和采集，對不同傳感器數據進行數據預處理；

數據融合模塊，用于以擴展卡爾曼濾波為基礎，對數據進行融合計算，擬合得到機器人位姿數據。

7.根據權利要求6所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合系統，其特征在于，所述數據預處理單元包括，

坐標系轉換模塊，用于將傳感器采集到的原始數據統一轉換為以機器人核心坐標系為參考坐標系的數據；機器人核心坐標系以機器人質心為原點；

數據格式統一模塊，用于根據不同傳感器類型分別處理，將數據類型統一為位姿數據，即空間位置坐標加四元數表示的姿態數據結構類型，并根據位置和姿態數據轉換得到的位姿矩陣。

8.根據權利要求6或7所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合系統，其特征在于，所述數據融合模塊包括，

數據送入模塊，用于通過統一傳感器數據結構，按順序將多種傳感器數據送入同一擴展卡爾曼濾波器；

輸出模塊，用于利用不同傳感器數據更新同一觀測矩陣、控制矩陣和協方差矩陣，并最終輸出位姿數據及其協方差矩陣。

9.根據權利要求8所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合系統，其特征在于，該系統的工作過程具體如下：

(1)、通過多種傳感器采集原始數據，通過數據預處理模塊對不同傳感器數據進行數據預處理，具體包括：

①、通過坐標系轉換模塊統一轉換位置關系為機器人核心坐標與地圖坐標系相對位置關系；

②、通過數據格式統一模塊統一數據結構為機器人位置與姿態結構類型；

(2)、通過數據送入模塊將數據按照順序送入同一擴展卡爾曼濾波器；

(3)、利用不同傳感器數據更新同一觀測矩陣、控制矩陣和協方差矩陣，并最終通過輸出模塊輸出位姿數據及其協方差矩陣。

10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質中存儲有計算機執行指令，當處理器執行所述計算機執行時，實現如權利要求1至5中所述的用于機器人區域定位的多傳感器數據融合方法。