[發明專利]基于視覺與激光雷達信息融合的機器人定位導航方法

有效

• 申請號: 202011600801.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112650255B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 吳立群;王澤恩;黃阿龍;陸凱;張一帆;盛一崢;徐海浩
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.一種基于視覺與激光雷達信息融合的機器人室內外定位導航方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、使用jetson xavier nx主機作為機器人的運算核心，并在其中安裝ROS操作系統，使用雙目相機、2D激光雷達、超聲測距傳感器、6軸IMU和霍爾編碼器作為環境感知單元；

步驟二、集成ORB-SLAM2算法將雙目相機采集到的環境數據處理為三維稀疏點云地圖，為機器人提供全局地圖和位姿，并將地圖數據保存在主機內；

步驟三、在室內環境，使用激光雷達，集成gmaping算法和粒子濾波器，建立二維地圖；建立的二維地圖屬于占據地圖，通過使用像素點的色彩不同來表示可通行區域，障礙物和位置區域，保存為bpm格式的圖像，并設置每個像素點代表0.05m；

在室外環境，集成ORB-SLAM2算法，實現三維稠密點云地圖的建立，提取其中低于機器人高度空間點的平面位置，映射到二維地圖；將室內外地圖拼接形成完整的導航地圖；機器人在室外環境還使用車頂超聲測距傳感器來檢測側方是否有低于路面的情況，并將檢測到低于正常路面的位置也映射到二維地圖中；

步驟四、機器人在定位時，通過雙目相機采集視覺數據，啟動ORB-SLAM2算法的純定位模式反饋機器人的位置信息，將位姿信息、IMU、GPS和底層里程計信息通過拓展卡爾曼濾波器融合，獲取更為準確的位姿信息；

步驟五、機器人在接受到目標點開始導航時，使用先前建立的二維地圖作為導航地圖進行全局路徑規劃，使用激光雷達實時建立周邊環境的動態地圖，對全局路徑進行修正。

2.根據權利要求1所述的一種基于視覺與激光雷達信息融合的機器人室內外定位導航方法，其特征在于：步驟一中，雙目相機為兩顆安裝在機器人前面板兩側的攝像頭，激光雷達安裝在機器人頂部，6軸IMU安裝于機器人激光雷達下方，超聲測距傳感器水平安裝在機器人底部四周，以及斜向下45度角安裝在機器人頂部四周。

3.根據權利要求1所述的一種基于視覺與激光雷達信息融合的機器人室內外定位導航方法，其特征在于：步驟二中，集成ORB_SLAM2算法，并且在室外使用雙目相機采集數據時由人工遙控，并同時開啟機器人局部路徑規劃功能，進行避障措施。

4.根據權利要求1所述的一種基于視覺與激光雷達信息融合的機器人室內外定位導航方法，其特征在于：步驟四中，機器人在從室外運行到室內時則停止將GPS數據引入拓展卡爾曼濾波器中計算；反之，當機器人從室內運行到室外后，則自動駛入空曠處停止等待GPS數據穩定后再繼續運行。

5.根據權利要求1所述的一種基于視覺與激光雷達信息融合的機器人室內外定位導航方法，其特征在于：步驟五中，所使用的全局路徑規劃是A-star算法，局部路徑規劃是Timed-Elastic-Band算法，具體的導航流程為：

(1)初始化：加載步驟二中的三維稀疏點云地圖，啟動雙目相機，進行特征點匹配，實時提供當前機器人位姿；加載步驟三中的二維柵格地圖，將初始位姿映射到二維地圖；開啟激光雷達、復位6軸IMU、檢測編碼器、超聲測距數據是否異常；

(2)接收目標點，首先使用二維地圖進行全局路徑規劃，機器人開始運行，并將控制指令發送到機器人驅動器；

(3)當運行環境中有全局地圖中未標注出的障礙物時，啟動局部路徑規劃，結合激光雷達和超聲測距傳感器實時建立局部代價地圖，進行局部路徑規劃，修正全局路徑，并將修正后的控制指令發送到機器人驅動器；

(4)到達目標點，導航任務完成。