[發明專利]一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法

在審

• 申請號: 202110246946.6
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112967392A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 梁彧;羅杰;尤虎;楊旭
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/20;G06T19/20;G06T7/33;G06T7/73
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

1.一種基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，包括：

通過激光雷達對大規模園區進行環境感知和三維點云信息采集，通過IMU傳感器的觀測結果進行預積分來輔助Lidar的幀-局部地圖匹配的定位；

利用幀-局部地圖匹配方法對大規模園區點云地圖的構建；

采用NDT配準算法對大規模園區內所有機器人進行實時定位。

2.根據權利要求1所述的基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，在通過激光雷達對大規模園區進行環境感知和三維點云信息采集的步驟中，包括步驟：

通過激光雷達對大規模園區周圍環境進行實時監測，包括障礙物距離信息和反射強度信息，對周圍環境感知并采集三維點云信息；

利用距離信息和對應姿態角的三角函數值可以得到點云在激光雷達坐標系下的坐標值。

3.根據權利要求1所述的基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，在通過IMU傳感器的觀測結果估計進行預積分來輔助Lidar的幀-局部地圖匹配的定位的步驟中，包括：

通過IMU傳感器的三軸垂直測量的加速度計，根據牛頓第二定律的電容變化測量得到三軸；

通過IMU傳感器的陀螺儀，測量運動中物體的慣性科氏力，從而間接測量三軸角速度。

4.根據權利要求1所述的基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，三維點云信息采集的步驟還包括：采用RTK差分定位技術，通過建立已知定位信息基站的衛導天線接受GPS信號，隨后移動站通過4G差分模塊數傳天線來接收差分位置信號，根據差分信號矯正移動站GPS傳感器接收的原始定位信息，從而得到準確的位置和方位信息。

5.根據權利要求1所述的基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，在利用幀-局部地圖匹配方法對大規模園區點云地圖的構建的步驟中，包括：

步驟1：定義坐標系與符號，將世界坐標系表示為W，機器人主體坐標系表示為B，假定IMU坐標系與機器人主體坐標系重合，機器人的狀態寫成：

x＝[R^T，p^T，v^T，b^T]^T

其中R∈SO(3)為旋轉矩陣，p∈R³為位置向量，v為速度，b為IMU偏置；從B到W的變換T∈SE(3)表示為T＝[R|p]；

步驟2：IMU傳感器的角速度和加速度測量值通過公式定義：

其中和t是時間t時B中的原始IMU測量值；和t受到緩慢變化的偏置和白噪聲的影響；是從W到B的旋轉矩陣；g是以W為單位的恒定重力矢量；

步驟3：使用IMU傳感器的測量結果來推斷機器人的運動；機器人在時間t+Δt的速度、位置和旋轉可計算如下所示:

步驟4：獲得兩個時間步長之間的相對機器人運動，時間i和j之間的預積分測量值v_ij、p_ij和R_ij使用如下公式計算:

6.根據權利要求5所述的基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，當激光雷達的新的點云掃描到達時，首先執行特征提取；通過評估局部區域上的點的粗糙度來提取邊緣和平面特征；粗糙度值大的點被歸類為邊緣特征；類似地，平面特征由小粗糙度值分類；構建激光雷達拼接后點云Fi時提取的所有特征。

7.根據權利要求4所述的基于多傳感器觸合的大規模園區建圖定位方法，其特征在于，將新獲得的拼接后的點云Fi+1采用迭代最近點(ICP)與IMU預積分來匹配，但是隨著時間的增長，激光雷達慣性里程計會存在漂移的情況，此時就需要GPS信號作為絕對參考值來抑制漂移。