[發(fā)明專利]一種機(jī)器人建圖方法、裝置及計(jì)算設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110348706.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN112734852B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓松杉;劉星;王世漢;趙家陽;韓亮;張彌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江欣奕華智能科技有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/73
• 分類號(hào): G06T7/73;G01C21/00;G01C21/16;G01C22/00
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 李迪

本申請(qǐng)公開一種機(jī)器人建圖方法、裝置及計(jì)算設(shè)備，機(jī)器人可將預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)采集的連續(xù)多幀圖像數(shù)據(jù)、慣性測(cè)量單元IMU數(shù)據(jù)以及輪速里程計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集束優(yōu)化，獲取當(dāng)前幀圖像中預(yù)設(shè)標(biāo)簽在機(jī)器人的相機(jī)坐標(biāo)系的優(yōu)化位姿及優(yōu)化位姿的方差值；對(duì)當(dāng)前幀圖像對(duì)應(yīng)的IMU數(shù)據(jù)、輪速里程計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼EKF的狀態(tài)遞推，確定機(jī)器人的位姿和機(jī)器人的位姿的方差值；之后將優(yōu)化位姿、優(yōu)化位姿的方差值、機(jī)器人的位姿和機(jī)器人的位姿的方差值進(jìn)行EKF測(cè)量的狀態(tài)更新，獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)采集的連續(xù)多幀圖像中預(yù)設(shè)標(biāo)簽在世界坐標(biāo)系的目標(biāo)位姿和目標(biāo)位姿的方差值。該方式通過集束優(yōu)化和EKF的松緊融合來進(jìn)行機(jī)器人建圖，可以提高建圖精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人建圖方法、裝置及計(jì)算設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著制造靈活性需求的提高、產(chǎn)品周期縮短或加快、人力成本上升以及安全的需求增加，移動(dòng)機(jī)器人正在快速發(fā)展，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。如今，自主導(dǎo)引車（automated guided vehicles，AGV）已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化倉庫，工廠物料傳輸系統(tǒng)，物流揀配系統(tǒng)，柔性裝配系統(tǒng)和其他智能運(yùn)輸站點(diǎn)。自主導(dǎo)引車導(dǎo)航的核心技術(shù)為同步定位與建圖（simultaneous localization and mapping，SLAM），通過SLAM導(dǎo)引車可以獲悉環(huán)境地圖，以及導(dǎo)引車自身的實(shí)時(shí)位置，以便在沒有人為干預(yù)的情況下，高效智能移動(dòng)到達(dá)目的地。

目前主要采用激光SLAM和視覺SLAM。但是，視覺SLAM的攝像頭成本遠(yuǎn)低于激光傳感器。此外，相對(duì)于2維激光SLAM而言，視覺SLAM能獲得待定位目標(biāo)對(duì)象的6自由度位姿。故此，成本相對(duì)低廉的視覺SLAM得以快速發(fā)展。

但是，單純依賴視覺SLAM，存在累計(jì)誤差，基于視覺特征點(diǎn)的視覺SLAM精度會(huì)大幅降低，為了提高機(jī)器人定位的魯棒性，在機(jī)器人落地時(shí)可加入二維碼標(biāo)簽進(jìn)行輔助定位。相關(guān)技術(shù)需要預(yù)先獲取二維碼標(biāo)簽的全局位姿及其方差，但通過測(cè)繪等方式無法精確獲取標(biāo)簽的全局位姿及其方差。此外，針對(duì)單次二維碼標(biāo)簽的觀測(cè)出現(xiàn)的圖像模糊、位姿歧義、噪聲等位姿估計(jì)不穩(wěn)定性情況，基于傳統(tǒng)松耦合算法，無法準(zhǔn)確的計(jì)算二維碼位姿。在多傳感器融合過程，各傳感器的外參精度和時(shí)間偏置會(huì)極大影響SLAM效果。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N機(jī)器人建圖方法、裝置及計(jì)算設(shè)備，用以提高視覺建圖的可靠性和準(zhǔn)確度。

第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種機(jī)器人建圖方法，該方法可通過機(jī)器人來執(zhí)行，也可通過與機(jī)器人通訊連接的服務(wù)器（機(jī)器人采集數(shù)據(jù)后傳輸給服務(wù)器）來執(zhí)行，本申請(qǐng)?jiān)诖瞬蛔骶唧w限定。在此僅以執(zhí)行主體為機(jī)器人為例進(jìn)行說明，機(jī)器人可將預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)采集的連續(xù)多幀圖像數(shù)據(jù)、慣性測(cè)量單元（inertial measurement，IMU）數(shù)據(jù)以及輪速里程計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集束優(yōu)化，獲取當(dāng)前幀圖像中預(yù)設(shè)標(biāo)簽在機(jī)器人的相機(jī)坐標(biāo)系的優(yōu)化位姿及優(yōu)化位姿的方差值；對(duì)當(dāng)前幀圖像對(duì)應(yīng)的所述IMU數(shù)據(jù)、輪速里程計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼（extended kalman filter，EKF）的狀態(tài)遞推，確定機(jī)器人的位姿和機(jī)器人的位姿的方差值；將優(yōu)化位姿、優(yōu)化位姿的方差值、機(jī)器人的位姿和機(jī)器人的位姿的方差值進(jìn)行EKF測(cè)量的狀態(tài)更新，獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)采集的連續(xù)多幀圖像中預(yù)設(shè)標(biāo)簽在世界坐標(biāo)系的目標(biāo)位姿和目標(biāo)位姿的方差值。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，機(jī)器人在建圖時(shí)，在采用連續(xù)多幀的圖像的同時(shí)，參考了IMU數(shù)據(jù)以及輪速里程計(jì)數(shù)據(jù)，通過該方式也可以保證建圖過程中預(yù)設(shè)標(biāo)簽位姿的精確度。另外，本申請(qǐng)?jiān)诮▓D時(shí)還融合了集束優(yōu)化與EKF的狀態(tài)預(yù)測(cè)的方法，使得機(jī)器人建圖精確度更高，且有助于更快地計(jì)算出預(yù)設(shè)標(biāo)簽在世界坐標(biāo)系中的目標(biāo)位姿和目標(biāo)位姿的方差值。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，機(jī)器人在EKF的測(cè)量狀態(tài)更新過程中對(duì)各傳感器之間的外參和時(shí)間偏置進(jìn)行在線優(yōu)化，并將優(yōu)化后的外參和時(shí)間偏置用于集束優(yōu)化；所述外參包括：IMU與相機(jī)的相對(duì)位姿，以及輪速里程計(jì)與相機(jī)的相對(duì)位姿。