[发明专利]一种激光导航AGV高精度定位及目标对准控制方法

说明书

一种激光导航AGV高精度定位及目标对准控制方法，涉及移动机器人导航技术领域。基于激光点云对目标环境特征进行点云分割与提取，实现AGV实时获取目标特征点云的能力；基于最近邻方法，解决点云匹配中寻找对应点、建立目标函数的问题；设计一种基于梯度点云密度、多分辨率搜索匹配方法，并通过分支定界优化搜索。实现AGV对目标特征点云进行高精度低延时的匹配，解决了激光导航AGV在特定任务点高精度定位的问题；基于AGV平滑运动控制器，实现AGV平滑、精准的运动控制到达目标点的能力。解决激光导航AGV高精度定位及位姿对准、充电对接等目标对准控制问题，弥补SLAM技术定位精度不足、传统对准控制方法成本过高等缺陷。

技术领域

本发明涉及移动机器人导航技术领域，尤其是涉及到一种激光导航AGV高精度定位及目标对准控制方法。

背景技术

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术，即时定位与地图构建，在移动机器人的定位、跟踪和路径规划术中具有重要作用。目前，SLAM技术被大量应用于扫地机器人、AGV(Automated Guided Vehicle)、无人驾驶汽车等移动机器人自主导航领域。特别是无轨导航AGV由于不需要预先铺设磁条等路径轨道，具有更柔性、更智能、更灵活、自由调度等优势，是AGV的重要发展方向。而激光导航AGV基于激光雷达传感器的SLAM方法进行自主导航，具有布设简单、稳定性高、受光照环境影响小等特点，目前已经成为无轨导航AGV的主流方式。但由于目前SLAM技术中存在的定位误差，难以满足AGV任务中高稳定性、高精度的位姿对准、充电对接等目标对准控制要求。因此，一种能够适用于SLAM激光导航AGV的高精度定位及目标对准控制成了目前AGV领域亟待解决的问题。

针对该问题，特别是“自动充电”等对准控制问题，主要有以下代表性的解决方案。(1)自动充电桩充电：该类方法将自主充电系统集成在充电桩上，实现AGV自动充电，是目前普遍采用的方式。如中国专利201711383235.3公开一种AGV自动充电装置、系统及方法同，但该类方法的缺点在于需要搭建复杂的具备自主充电功能的充电桩，且一般价格较为昂贵。而且该方法仅适用于AGV自主充电，无法完成AGV高精度自动对准控制的问题，不具备适用性。(2)视觉识别自动充电：该方法通过AGV上的视觉传感器对任务点、充电桩进行识别与对准。如中国专利201810398588.9公开一种高精度载车板对接方法。该类方法依赖于特定的人工标识，且受光照变化影响较大，普遍精度不高。且目前大多无轨导航AGV采用激光传感器进行导航，增加视觉传感器提高了AGV的成本。(3)有轨导航自动充电：该类方法通过预先铺设轨道进行导航，如现有技术中国专利201810939998.X公开一种磁导航AGV驱动单元及AGV车。该类导航方式不够灵活，对于没有铺设轨道的区域不能进行导航，且路径难以更改和扩展，具有很大的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术下的AGV自动充电、自动对准系统成本过高、精度差、稳定性差等缺陷，提供成本较低、稳定型、灵活适用性高的一种激光导航AGV高精度定位及目标对准控制方法。

本发明包括以下步骤：

1)一种“目标”点云分割提取的方法；

2)一种存储“目标”点云作为模板点云的方法，根据对准任务点附近不会发生变化的任意环境特征作为“目标”，并提取“目标”点云存储至本地，作为模板点云，用于AGV点云匹配与定位；

3)一种基于最近邻方法的点云匹配的方法；

4)一种基于快速优化搜索的匹配的方法，基于最近邻方法寻找对应点，通过一种梯度点云密度-多分辨率优化搜索方法寻找出最优匹配；

5)一种目标对准的平滑运动控制方法。

在步骤1)中，所述一种“目标”点云分割提取的方法，具体步骤可为：