[發明專利]基于八叉樹搜索反光柱的機器人全局定位方法及系統

有效

• 申請號: 202210496440.5
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114593738B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 周軍;楊旭浩;李文廣;李留昭;付周;宋凱
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G01S17/06;G06T7/70;G06K9/62;G06V10/74
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本發明提供了一種基于八叉樹搜索反光柱的機器人全局定位方法及系統，屬于機器人定位技術領域，對反光柱全局地圖中的反光柱進行一次遍歷，提取滿足需求的反光柱三角形，并存儲到八叉樹數據結構中；遍歷當前觀測到的反光柱局部地圖形成的反光柱三角形，利用八叉樹快速搜索全局地圖中與之相同的反光柱三角形；根據八叉樹搜索的結果，利用三邊定位算法計算當前機器人位姿，并根據當前機器人位姿校驗當前觀測到的其余反光柱是否與全局地圖匹配，如是，則利用所有匹配成功的反光柱更新機器人位姿，否則，判定機器人位姿錯誤；本發明能夠有效地提高基于反光柱的機器人全局定位的速度和準確性。

技術領域

本發明涉及機器人定位技術領域，特別涉及一種基于八叉樹搜索反光柱的機器人全局定位方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

工業AGV、自動化叉車、智能機器人等的應用推動了生產自動化和智能化技術的迅速發展，而基于二維激光雷達的定位技術一直是室內移動機器人應用的關鍵技術之一。目前用于室內移動機器人定位的方式主要分為兩種，一是，在自然環境特征較明顯且多樣的情況下，構建自然環境的柵格地圖，并使用AMCL（Adaptive Monte Carlo Localization）、CSM（Correlative Scan Matching）等技術將激光數據與柵格地圖匹配，從而確定機器人位姿；二是，在自然環境較復雜的情況下，人為放置反光柱，并構建反光柱地圖進行移動機器人定位。

在使用反光柱地圖進行移動機器人全局定位時，傳統方法需要逐個遍歷反光柱所組成的反光柱三角形并與當前激光雷達觀察到反光柱組成的反光柱三角形進行匹配，因此隨著地圖中反光柱數目增多，一次全局定位所消耗的時間越長，而且可能出現匹配錯誤的問題，無法滿足移動機器人定位快速和準確的需求。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種基于八叉樹搜索反光柱的機器人全局定位方法及系統，能夠有效地提高基于反光柱的機器人全局定位的速度和準確性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明第一方面提供了一種基于八叉樹搜索反光柱的機器人全局定位方法。

一種基于八叉樹搜索反光柱的機器人全局定位方法，包括以下過程：

對反光柱全局地圖中的反光柱進行一次遍歷，提取滿足需求的反光柱三角形，并存儲到八叉樹數據結構中；

遍歷當前觀測到的反光柱局部地圖形成的反光柱三角形，利用八叉樹快速搜索全局地圖中與之相同的反光柱三角形；

根據八叉樹搜索的結果，利用三邊定位算法計算當前機器人位姿，并根據當前機器人位姿校驗當前觀測到的其余反光柱是否與全局地圖匹配，如是，則利用所有匹配成功的反光柱更新機器人位姿，否則，判定機器人位姿錯誤。

作為可選的一種實現方式，滿足需求的反光柱三角形，包括：

對任一反光柱三角形中，任意一條邊的長度都不大于激光雷達觀測反光柱的最大距離，任意兩條邊之間的長度差大于或等于預設值。

作為可選的一種實現方式，存儲到八叉樹數據結構中，包括：

激光雷達觀測反光柱的最大距離為邊長建立一個正方體作為八叉樹的根節點；

將上述正方體以固定的規則分割成8個子正方體并標號；

在插入反光柱三角形時，分別以反光柱三角形的三條邊的邊長對應X、Y和Z軸的坐標，計算出反光柱三角形應該位于哪個子正方體中，若該子正方體中已經存在其他的反光柱三角形，則繼續將該子正方體分割并標號，以此類推，直至子正方體中不再含有其他反光柱三角形，插入完畢。