[發(fā)明專利]基于視覺(jué)與激光雷達(dá)信息融合的機(jī)器人定位導(dǎo)航方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011600801.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112650255B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳立群;王澤恩;黃阿龍;陸凱;張一帆;盛一崢;徐海浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明涉及一種基于視覺(jué)與激光雷達(dá)信息融合的機(jī)器人室內(nèi)外定位導(dǎo)航系統(tǒng)方法，包括以下步驟：以雙目相機(jī)、2D激光雷達(dá)、超聲測(cè)距傳感器、6軸IMU和霍爾編碼器作為環(huán)境感知單元；使用ORB?SLAM2算法采集三維稀疏點(diǎn)云地圖，為機(jī)器人提供位姿信息；室內(nèi)環(huán)境，使用激光雷達(dá)，采用gmaping算法和粒子濾波器，建立二維地圖；在室外環(huán)境，提取三維稠密點(diǎn)云地圖中低于機(jī)器人高度空間點(diǎn)的平面位置，映射到二維地圖。將室內(nèi)外地圖拼接形成完整的導(dǎo)航地圖；集成拓展卡爾曼濾波器融合上述傳感器數(shù)據(jù)，獲取更為準(zhǔn)確的位姿信息；系統(tǒng)在接受到目標(biāo)點(diǎn)時(shí)開(kāi)始導(dǎo)航，使用激光雷達(dá)實(shí)時(shí)建立周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)地圖，對(duì)全局路徑進(jìn)行修正。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視覺(jué)與激光雷達(dá)信息融合的機(jī)器人室內(nèi)外定位導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)、控制理論、人工智能、傳感器技術(shù)等多項(xiàng)學(xué)科的高速發(fā)展，新技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。智能化的移動(dòng)機(jī)器人在工作環(huán)境中首先要解決自身在哪里、周圍是什么樣的、怎么去目的地這樣三個(gè)問(wèn)題，前兩者是指機(jī)器人在工作環(huán)境中如何定位、如何建立地圖，也就是SLAM過(guò)程，第三個(gè)問(wèn)題這是機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的路徑規(guī)劃與避障，即導(dǎo)航問(wèn)題。在移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研究中，導(dǎo)航技術(shù)屬于其核心技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)智能化和自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。而要解決導(dǎo)航的問(wèn)題，就必須解決前兩個(gè)問(wèn)題。

近年來(lái)很多公司都投入到對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究，也讓移動(dòng)機(jī)器人廣泛的走入人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中，例如京東所研發(fā)的室外無(wú)人配送機(jī)器人，石頭科技的智能掃地機(jī)器人，各大港口的智能AGV叉車等。但是這些機(jī)器人的環(huán)境感知和導(dǎo)航設(shè)計(jì)均只能適用于室內(nèi)或是室外的單一環(huán)境，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在室內(nèi)室外環(huán)境切換時(shí)的定位導(dǎo)航無(wú)縫銜接。

針對(duì)以上問(wèn)題，故，有必要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于視覺(jué)與激光雷達(dá)信息融合的機(jī)器人室內(nèi)外定位導(dǎo)航方法，克服現(xiàn)有技術(shù)不能滿足機(jī)器人同時(shí)兼容室內(nèi)室外環(huán)境自主運(yùn)行，同時(shí)機(jī)器人能夠在室內(nèi)外環(huán)境轉(zhuǎn)換時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位以及導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于視覺(jué)與激光雷達(dá)信息融合的機(jī)器人室內(nèi)外定位導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

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

步驟二、該系統(tǒng)集成ORB-SLAM2算法將雙目相機(jī)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)處理為三維稀疏點(diǎn)云地圖，為機(jī)器人提供全局地圖和位姿，并將地圖數(shù)據(jù)保存在主機(jī)內(nèi)；

步驟三、在室內(nèi)環(huán)境，使用激光雷達(dá)，集成gmaping算法和粒子濾波器，建立二維地圖。在室外環(huán)境，系統(tǒng)集成ORB-SLAM2算法，實(shí)現(xiàn)三維稠密點(diǎn)云地圖的建立，提取其中低于機(jī)器人高度空間點(diǎn)的平面位置，映射到二維地圖。將室內(nèi)外地圖拼接形成完整的導(dǎo)航地圖；

步驟四、機(jī)器人在定位時(shí)，通過(guò)雙目相機(jī)采集視覺(jué)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)ORB-SLAM2算法的純定位模式反饋機(jī)器人的位置信息，將位姿信息、IMU、GPS和底層里程計(jì)信息通過(guò)拓展卡爾曼濾波器融合，獲取更為準(zhǔn)確的位姿信息；

步驟五、機(jī)器人在接受到目標(biāo)點(diǎn)開(kāi)始導(dǎo)航時(shí)，使用先前建立的二維地圖作為導(dǎo)航地圖進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，使用激光雷達(dá)實(shí)時(shí)建立周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)地圖，對(duì)全局路徑進(jìn)行修正。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟一中，雙目相機(jī)為兩顆安裝在機(jī)器人前面板兩側(cè)的攝像頭，激光雷達(dá)安裝在機(jī)器人頂部，6軸IMU安裝于機(jī)器人激光雷達(dá)下方，超聲測(cè)距傳感器水平安裝在機(jī)器人底部四周，以及斜向下45度角安裝在機(jī)器人頂部四周。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟二中，系統(tǒng)集成了ORB_SLAM2算法，并且在室外使用雙目相機(jī)采集數(shù)據(jù)時(shí)由人工遙控，并同時(shí)開(kāi)啟機(jī)器人局部路徑規(guī)劃功能，進(jìn)行必要的避障措施。