[发明专利]一种具有全局位置快速估计能力的机器人及其定位方法

权利要求书

1.一种具有全局位置快速估计能力的机器人，其特征在于，包括一机器人平台、运动传感器以及3D扫描装置，所述机器人平台携带所述运动传感器以及所述3D扫描装置并移动，所述3D扫描装置用于对环境轮廓进行3D点云数据扫描，所述运动传感器测量所述机器人平台的具体位置。

2.如权利要求1所述的具有全局位置快速估计能力的机器人，其特征在于，所述3D扫描装置包括2D激光扫描传感器、转台以及码盘，所述2D激光扫描传感器安装在所述转台上，所述2D激光扫描传感器用于逐帧扫描可测量半圆周内传感器中心到环境障碍物的距离，所述转台沿激光扫描平面垂直的方向旋转，所述码盘测量转台所在位置相对转角零位的转角。

3.如权利要求1所述的具有全局位置快速估计能力的机器人，其特征在于，所述运动传感器包括里程计、加速度计以及陀螺仪，所述里程计用于测量所述机器人平台的位置增量，所述加速度计用于测量机器人平台的加速度，所述陀螺仪用于测量机器人平台的航向角。

4.一种基于权利要求1所述的的机器人的全局位置快速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

事先对环境空间进行3D扫描得到完整的全局地图，所述全局地图上的每个点代表一个障碍物点；

将环境空间以一定尺度栅格化为                                               的栅格空间，计算每个栅格到与该栅格最近的障碍物点的距离值；

运行所述机器人平台，同时启动所述3D扫描装置完成一帧3D扫描帧；

采用粒子滤波框架，模拟一定量的粒子按照所述机器人平台的动力学模型运动；

将所述3D扫描帧按照所述各粒子的位置和姿态投影到栅格图中，计算各粒子的激光扫描点与机器人的激光扫描点位置之间的距离，得到激光扫描点与机器人激光扫描点最近的粒子，其位置即为机器人全局位置最终的估计结果；

重新获得粒子群对机器人获得的下一个扫描帧的位置进行估计。

5.如权利要求4所述的机器人全局位置快速估计方法，其特征在于，计算栅格与其最近障碍物点距离的过程采用了欧式距离变换以及基于最优KD-Tree的最近邻点的查找。

6.如权利要求4所述的机器人全局位置快速估计方法，其特征在于，所述机器人运动的动力学模型根据所述运动传感器测得。

7.如权利要求6所述的机器人全局位置快速估计方法，其特征在于，所述粒子模拟所述运动传感器所测得的机器人运动数据以及所述运动传感器的测量误差。

8.如权利要求4所述的机器人全局位置快速估计方法，其特征在于，激光扫描点与机器人激光扫描点最近的粒子为一个或多个。

9.如权利要求4所述的机器人全局位置快速估计方法，其特征在于，所述3D扫描装置的扫描过程为：转台获取逐帧2D激光扫描数据及对应的转台码盘测角，通过旋转坐标系法则将逐帧2D测量折算成一帧3D扫描结果。