[发明专利]一种激光里程计算方法和地图构建方法

说明书

本发明实施例公开一种激光里程计算方法。该激光里程计算方法包括步骤：通过激光雷达扫描多次而获得多个不均匀分布的点云；从所述每个点云中提取出具有共面几何关系的特征点；采用估算运动变换算法将不同时刻扫描所获取的点云投影至同一时刻，依据所述投影点云而获取时空对应的投影特征点；对不同时刻扫描所获取的点云进行线性插值姿态变换；采用非线性最小二乘法计算激光雷达的运动，从而获取激光里程。本发明实施例提供的激光里程计算方法有效地避免由于随着时间增长而误差累计的问题，进而提高了里程计的精度。本发明实施例还提供一种基于所述激光里程计算方法的地图构建方法，该地图构建方法无需依赖惯性测量单元进行地图构建。

技术领域

本发明涉及的机器人运动的技术领域，具体涉及一种激光里程计算的方法，还涉及基于该方法的地图构建方法。

背景技术

机器人在环境中移动时，里程信息是机器人运动状态的最基本信息。传统的机器人的里程计是利用致动器的移动数据来估算机器人位姿随时间改变量的方法。位姿变换需要由可编码器和惯性导航传感器来获得。这种传统的机器人的里程计需要依赖惯性导航传感器的累计信息，因此，里程计的误差也会不断累积，导致精度下降。

因此，针对传统的机器人的里程计所存在的精度问题，本发明实施例提出一种激光里程计算方法，该激光里程计算方法基于具有俯仰电机的二维激光雷达实现实时计算里程，从而有效地避免由于随着时间增长而误差累计的问题，进而提高了里程计的精度。基于所述的激光里程计算方法，本发明实施例还提出一种三维地图的构建方法，从而使得三维地图的构建不再依赖惯性测量单元。

发明内容

针对传统的机器人的里程计所存在的精度问题，本发明实施例提出一种激光里程计算方法。该激光里程计算方法基于具有俯仰电机的二维激光雷达实现实时计算里程，通过三维激光雷达感知的点云来估计机器人平台自身的运动状态，从而有效地避免传统里程计由于随着时间增长而误差累计的问题，进而提高了里程计的精度。

该激光里程计算方法的具体方案如下：一种激光里程计算方法，包括以下步骤：通过激光雷达扫描多次而获得多个不均匀分布的点云；从所述每个点云中提取出具有共面几何关系的特征点；采用估算运动变换算法将不同时刻扫描所获取的点云投影至同一时刻，从而获得投影点云，再依据所述投影点云而获取时空对应的投影特征点；对不同时刻扫描所获取的点云进行线性插值姿态变换；采用非线性最小二乘法计算激光雷达的运动，从而获取激光里程。

优选地，所述激光雷达连接电机，所述电机具有-90度至90度的区间俯仰角。

优选地，所述激光雷达的运动模型以恒定的角速度和恒定的线性速度进行线性插值。

优选地，所述共面几何关系的特征点包括在尖锐边缘的特征点和平面表面的特征点。

优选地，用来评估每次所扫描获得的点云的局部表面平滑度的表达式如式1所示：

式1：

其中，表示第k次扫描期间感知的点云，点i为激光雷达坐标系{L_k}中的点，被记作点j为激光雷达坐标系{L_k}中的点，被记作是激光雷达在同一扫描中返回的点i的连续点云合，c为局部表面平滑度数值。

优选地，将所述c值对扫描中的点进行排序，以最大的c值作为边缘特征点，以最小的c值作为平面特征点。

优选地，所述非线性最小二乘法包括列文伯格马夸尔特法。

优选地，所述线性插值姿态变换的具体表达式如式4所示：

式4：