[发明专利]一种移动机器人初始位姿获取方法和系统

说明书

一种移动机器人初始位姿获取方法和系统，包括S100获取初始信息；S200根据初始信息，采用粒子群算法获得当前朝向角度位置下的最优匹配度；S300判断当前朝向角度位置下的最优匹配度是否大于等于匹配阈值，若是执行步骤S500；否则，执行步骤S400原地旋转一定角度，获得旋转后朝向角度位置下的最优匹配度，判断旋转后朝向角度位置下的最优匹配度是否大于等于匹配阈值，若是则执行步骤S500获取最优匹配度对应粒子的位置和朝向角度，得到移动机器人的初始位姿；否则执行步骤S600移动机器人的初始位姿获取失败。本发明具有收敛快、精度高、粒子利用率高的优点，移动机器人原地旋转，可捕获移动机器人360°范围内的环境信息，使得激光雷达获取的信息更加丰富。

技术领域

本发明涉及一种移动机器人自主导航领域，特别是涉及一种移动机器人初始位姿获取方法和系统。

背景技术

随着工业4.0的不断推进，智能移动机器人已经逐渐运用于各行各业，尤其是清洁领域。移动机器人的广泛使用对移动机器人智能性的要求也越来越高，而移动机器人初始位姿的精确获取是保证其智能化的关键一环。

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲送到显示器。

环境建模与定位是移动机器人导航领域的基本问题，也是移动机器人真正实现自主的重要条件之一，所谓环境建模(Mapping)是建立移动机器人所工作环境的各种物体如障碍、路标等的准确的空间位置描述，即为空间模型或地图。而定位(Localization)则意味着移动机器人必须确定自身在该工作环境中的精确位置。精确的环境地图及移动机器人定位有助于高效地路径规划和决策，是保证移动机器人安全导航的基础。

SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)，中文称“同步定位及建图”，是目前在移动机器人定位方面的热门研究课题，移动机器人在定位的同时建立环境地图，其基本原理是运用概率统计的方法，通过多特征匹配来达到定位和减少定位误差的。地图的表示方式大致有3种，包括栅格表示、几何特征表示和拓扑图表示。

目前，现有移动机器人的初始位姿获取方法主要有两种：一种是直接将测距传感器获取的扫描地图与已有地图对比匹配，这种方法不仅计算量大，而且如果环境稍有变化该算法就可能失效；另一种方法是提取环境中的特征信息再与已有地图匹配定位，这种方法所提取环境中的特征信息仍然很大，在计算量上并没有实质性的改善，而且如果空间中特征信息不明显将会导致误差比较大，定位精度不能保证；再一种方法是利用粒子滤波方法与已有地图对比匹配，这种方法使得建立的环境地图不丰富。

针对目前存在的问题，本发明提供了一种移动机器人初始位置定位方法和系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的提供了一种移动机器人初始位姿获取方法和系统，利用粒子群算法优化粒子滤波计算最优匹配度，这种算法易于实现、精度高、收敛快；采用原地旋转的策略解决局部环境信息不丰富的问题，移动机器人旋转后进行二次或多次匹配，提高匹配成功率和对环境的适应性。

本发明提供的技术方案如下：