[发明专利]一种基于多传感器融合的移动机器人定位方法

说明书

本发明公开了一种基于多传感器融合的移动机器人定位方法，通过融合多种传感器定位的优势，解决了单纯视觉惯性定位在弱纹理环境下定位精度较差和激光里程计在动态或结构相似环境下定位鲁棒性弱等问题，具有较高的可靠性和定位精度，此外，本发明所提供的融合定位方法整体上硬件造价较低，且对运算平台的算力要求较低。

技术领域

本发明属于移动机器人导航定位技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的移动机器人定位方法。

背景技术

定位导航技术是机器人实现自主移动的关键技术之一，主要用于为机器人实现规避障碍物、移动至目标点、自主移动作业等功能提供指引与保障。

由于空间环境GPS有源定位信号的缺失以及精度低等问题，当前机器人在定位中常用的传感器主要包括激光雷达、IMU、视觉传感器等。然而由于机器人的应用场景复杂，单一传感器的使用往往难以实现定位方法上的通用性，如2D激光雷达在动态或几何结构相似环境中表现较差、视觉定位方法在弱纹理场景下定位精度较低等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于多传感器融合的移动机器人定位方法，能够融合全局定位信息实现移动机器人在实现高精度、强可靠性的主动定位的同时实现全局定位。

本发明提供的一种基于多传感器融合的移动机器人定位方法，包括以下步骤：

步骤1、将多个传感器安装至待定位机器人机体上；根据所述传感器获取的数据，采用视觉惯性联合位姿估计得到所述待定位机器人的初步空间位姿，采用激光里程计得到待定位机器人的初步定位数据；

步骤2、采用扩展卡尔曼滤波将所述初步空间位姿及初步定位数据融合为所述待定位机器人的空间位姿；若当前计算为首次计算或到达更新周期时，执行步骤3；否则，执行步骤4；

步骤3、根据全局空间位姿坐标系计算出所述待定位机器人的全局测量位姿，求解相同时刻的所述空间位姿与全局测量位姿之间的变换矩阵；

步骤4、采用所述变换矩阵将所述空间位姿转换为所述待定位机器人移动过程中的实时全局位姿。

进一步地，所述步骤3中的所述全局空间位姿坐标系为采用二维码建立的全局空间位姿坐标系。

进一步地，所述步骤3中求解相同时刻的所述空间位姿与全局测量位姿之间的变换矩阵，包括以下步骤：

采用最小二乘法求解实现所述空间位姿与全局测量位姿之间的变换矩阵，设置如下残差函数：

其中，P_i为所述待定位机器人的i时刻的所述空间位姿，P_i-1为所述待定位机器人的i-1时刻的所述空间位姿，为所述待定位机器人的相邻两时刻空间位姿增量，P_m为m时刻所述空间位姿通过所述变换矩阵计算得到的实时全局位姿，G_m为m时刻所述待定位机器人的全局测量位姿，∑_i为i时刻所述空间位姿对应的协方差，∑_g为所述全局测量位姿对应的协方差，为m时刻与n时刻所述空间位姿与通过所述变换矩阵计算得到的实时全局位姿之间的残差。

有益效果：

1、本发明通过融合多种传感器定位的优势，解决了单纯视觉惯性定位在弱纹理环境下定位精度较差和激光里程计在动态或结构相似环境下定位鲁棒性弱等问题，具有较高的可靠性和定位精度，此外，本发明所提供的融合定位方法整体上硬件造价较低，且对运算平台的算力要求较低。

2、本发明提供了简单有效的全局位姿估计融入方式，通过扩充融入其他有源定位信息，可有效减小里程计中的累计误差，实现全局定位，提升方法的通用性。

附图说明