[發明專利]基于點云地圖動態加載的自主移動裝置定位方法

有效

• 申請號: 202110643205.1
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113375664B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 蔣濤;蔡明希;許林;鄒艷玲;張林帥;李晨
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S17/86;G01S17/88;G01S19/47;G01S19/46;G01S19/39;G01C21/00
• 代理公司: 綿陽遠卓弘睿知識產權代理事務所(普通合伙) 51371
• 代理人: 張忠慶

1.一種基于點云地圖動態加載的自主移動裝置定位方法，其特征在于，包括：

步驟一，標定，通過構建慣性傳感器IMU的誤差模型，將IMU與激光雷達Lidar進行在線標定與對準；

步驟二，構建地圖，設置點云加載規則，移動平臺搭載標定后的激光雷達與IMU錄制bag包，對bag包基于降采樣的loam算法進行地圖構建；

步驟三，對構建后的地圖進行模塊化分區處理，以得到多個可供機器人加載的區塊地圖，且相鄰的區塊地圖之間預留加載區；

步驟四，地圖映射，將模塊化地圖與下載的GPS地圖進行映射，以得到可供機器人行走的柵格化地圖；

步驟五，在機器人的巡檢操作中，當其行駛在任一模塊上時，則工控機只加載當前模塊和與之相連的兩塊緩沖區；

當機器人行駛到任一緩沖區時，則判斷與其相連的兩塊模塊地圖是否完成加載，若否，則加載地圖，若是，則停止判斷，并在緩沖區行駛完畢跨入下一模塊區域時，刪除上一模塊區域及其單邊緩沖區，對下一緩沖區進行加載，保持系統的匹配速度，循環往復直到遍歷所有地圖；

在步驟三中，地圖的模塊化分區處理被配置為包括：

S30，確定對地圖進行劃分的模塊數量；

S31，確定模塊之間緩沖區的大小；

S32，根據預定的劃分規則對地圖進行模塊化劃分，以使每一塊模塊中的點云數量與預設值相差不超過10％，且模塊與模塊之間的預留區域滿足緩沖區的大小；

在S30中，地圖的區域數量劃分是基于地圖中所包含的所有點云數量，計算原始加載時間與劃分模塊數的關系以獲得：

在S31中，基于巡檢機器人的行駛速度，以及每一塊點云模塊在工控機上加載所需時間，在每兩塊相鄰模塊中間設置下一個模塊化地圖加載的區域長度作為緩沖區；

在S32中，所述劃分規則包括：

S320，基于S30中得到的模塊數量對地圖進行區域劃分，同時將地圖中的每個拐角設置為獨立模塊，不另作劃分；

S321，選取多個模塊作為起始點，以通過擴散的方式在相鄰模塊之間構建緩沖區；

所述緩沖區的構建方式被配置為包括：

S3210，以各拐角作為起始點，將完全加載時間設定為S，則在拐角數大S+1的地圖中，選取相對位置更小的幾個拐角作為起始點；而對于拐角數小于S+1的地圖，則在選取了所有的拐角之后進行數量判斷以確定起始點；

S3211，對各選取的起始點同時向外擴散，設地圖的點云數量為N，則在擴散框選的點云數量達到時，觸發擴散極限，停止框選；

S3212，對擴散獲得的模塊數量與目標數量進行比對，若其差值為1，則在兩相距最遠的模塊中間選取新起點，進行二次擴散，并在二次擴散框選的點云數量達到時或雖點云數量沒有達到，但是擴散半徑與其相鄰兩模塊任一擴散半徑之間的預留距離等于3米時，觸發停止；

其中，所述新起點的位置為且l為兩相距最遠的模塊起始點的距離，r₁和r₂分別為兩模塊的擴散半徑；

S3213，將所有的圓按半徑整合為矩形，采用K-Means聚類算法、概率貪婪的方法保留模塊中定量的點云；

S3214，對各相鄰模塊邊界之間的距離進行計算，若其結果大于3米，就進行擴張，若擴張達到20％仍無法滿足要求，則進行定量偏移，以使間隔距離滿足要求；

若其結果小于3米，則強制平均刪除兩模塊直接相應的點云，以留出足夠的緩沖區域。

2.如權利要求1所述的基于點云地圖動態加載的自主移動裝置定位方法，其特征在于，在步驟一中，所述在線標定與對準包括：

S10，建立IMU標定誤差模型；

S11，對誤差模型的誤差項進行激勵；

S12，對誤差項進行可觀測性分析；

S13，采用擴展卡爾曼濾波算法對誤差項的分量參數進行估計，以得到對應的標定矩陣；

S14，將Lidar與IMU進行聯合標定，以得到能加入到地圖構建的補償矩陣。