[發明專利]一種GPS激光融合SLAM中坐標系動態對齊方法

在審

• 申請號: 202110706466.3
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113343061A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 袁國斌;柏林;劉彪;舒海燕;宿凱;沈創蕓;祝濤劍;雷宜輝
• 申請（專利權）人: 廣州高新興機器人有限公司
• 主分類號: G06F16/909
• 分類號: G06F16/909;G06F16/29;G06F9/448;G06K9/62;G06F16/2455;G06F16/9035
• 代理公司: 廣州國鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 44511
• 代理人: 葛紅

本發明涉及一種GPS激光融合SLAM中坐標系動態對齊方法，包括步驟：S1、獲取GPS數據并進行第一處理，將處理后的GPS數據并保存；S2、獲取3D激光點云數據并進行第二處理，獲得激光里程計數據并保存；S3、同步處理后的GPS數據和激光里程計數據；S4、篩選數據點對；S5、基于所述數據點對計算航向角，從而實現GPS激光融合SLAM中坐標系的動態對齊。本方案只需要提供單個GPS設備，無需磁力計，無需用戶進行特殊動作，方便無縫接入激光SLAM算法軟件中。

技術領域

本發明屬于智能機器人技術領域，特別涉及一種GPS激光融合SLAM中坐標系動態對齊方法。

背景技術

全球定位系統(GPS)是當前室外定位不可或缺的技術。GPS系統包括GPS衛星，地面主控站、數據注入站和監測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度。現在民用GPS可以達到十米左右的定位精度。GPS定位系統是利用衛星基本三角定位原理、GPS接收裝置以量測無線電信號的傳輸時間來量測距離，就可以定出使用者所在位置。但是室外機器人是在復雜的動態環境中工作，GPS多路徑效應及信號被遮擋問題嚴重影響室外機器人利用GPS進行實時定位。

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)，同步定位與地圖構建指的是：機器人從未知環境的未知地點出發，在運動過程中通過重復觀測到的環境特征定位自身位置和姿態，再根據自身位置構建周圍環境的增量式地圖，從而達到同時定位和地圖構建的目的。SLAM技術目前是室外機器人主要定位方法之一。

針對室外巡邏機器人通常工作在公司園區，街區，廣場等場景大，動態干擾多和城市密集。單一激光SLAM方式存在長時間誤差累積誤差和動態干擾影響激光配準精度缺點，相對GPS定位不存在累積誤差，但容易受到信號遮擋影響定位精度。因此，室外機器人，無人車多采用GPS/激光融合SLAM算法方式，提高室外大場景SLAM的魯棒性和精度。

GPS/激光融合SLAM算法將引入一個新的關鍵技術點：GPS坐標系與機器人坐標系對齊技術。坐標系對齊的精度直接影響GPS/激光融合SLAM的精度，甚至如果存在坐標系不對齊問題，將有可能導致GPS/激光融合SLAM精度低于單獨激光SLAM精度或者低于GPS定位精度。目前解決GPS坐標系與機器人坐標系對齊技術主要分為以下幾種方案：

1、雙天線定位定向：通過機器人上前后各搭載一個GPS接收器，利用兩GPS各自給出的定位點，通過三角函數求出兩點之間連線的方向角(機器人航向角)，完成機器人坐標系到GPS坐標系的對齊；

2、磁力計輔助定向：單個GPS天線中內置磁力計實現靜態實時計算機器人當前航向角。完成機器人坐標系到GPS坐標系對齊；

3、直線行走定向：機器人搭載單個GPS天線，GPS初始定點a，通過保證控制機器人直線前線一段距離，GPS當前定點b；與方案一類似，已知兩點ab，通過三角函數求出兩點之間連線的方向角(機器人航向角)，完成機器人坐標系到GPS坐標系的對齊；

上文已經清楚描述了目前實現GPS坐標系與機器人坐標系對齊的三種主流技術方案。針對室外機器人，上面三種方案均存在不同的缺點：

方案1中，雙天線的安裝要求長度不能太小(1m),否則定向精度可能受損，室外機器人并不能滿足此條件，同時雙天線增加了機器人的成本。

方案2中，磁力計計算航向，金屬干擾太多，特別容易導致定向不準，嚴重影響機器人產品的魯棒性及客戶使用感；

方案3中，與本發明提出的技術方案最為接近，但方案3要求機器人直線行走一段，然而實際機器人產品中由于安裝和運動模型問題，很難保證機器人真正是直線行走。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種GPS激光融合SLAM中坐標系動態對齊方法。