[发明专利]激光与视觉融合的一体化室内机器人全局定位方法

说明书

本发明公开了一种激光与视觉融合的一体化室内机器人全局定位方法，包括：接收激光定位模块提供的机器人位姿信息，采用视觉全局定位模块和激光全局定位模块同时采集视觉图像和激光图像，建立全局定位环境库；利用机器人当前位置的视觉图像和激光信息，在全局定位环境库中进行检索与匹配，确定机器人的位姿。本发明能够支持在复杂的环境中实现定位，如人群密集处，结构相似、无结构、无纹理等环境，同时有效结合激光雷达与视觉的信息，大幅提高机器人全局环境定位的鲁棒性，全局定位时间短，运算量小，解决了常见视觉SLAM算法对硬件要求高的问题，摆脱了造价昂贵的工控机，节约了硬件成本的同时降低了电池消耗。

技术领域

本发明涉及机器人全局定位技术领域，具体而言涉及一种激光与视觉融合的一体化室内机器人全局定位方法。

背景技术

全局环境定位是智能机器人的关键技术之一，一方面可使机器人在随时随地开机后就能够确定自己的位置，有效提高机器人的适用性和实用性；另一方面可以在机器人定位丢失时提供重定位信息，保证机器人环境定位的长期稳定性和可靠性。

室内机器人的全局环境定位面临诸多挑战。一方面，室内环境中存在很多结构相似(如不同楼层的电梯口)、无结构(如走廊)、无纹理(如白墙)的场景，导致基于单一类型传感器(如纯视觉或纯激光雷达)的全局环境定位方法无法适应所有情况。如纯视觉的全局环境定位方法依赖于场景纹理的丰富程度，无法处理无纹理区域，而纯激光雷达的全局环境定位方法依赖于场景结构，无法处理无结构区域或无法区分结构相似的区域。另一方面，室内环境存在人群密集以及场景多变的情况，导致当前不管是视觉还是激光雷达的全局环境定位方法鲁棒性较差。

为此，需要一种能够应对室内环境诸多挑战的融合视觉和激光的机器人全局环境定位方法，同时该方法系统资源消耗低，可以在低功耗ARM开发板上顺畅运行，可以用于各种室内机器人。目前，有研究人员提出融合视觉和激光的机器人进行全局环境定位，例如专利号为CN106092104A的发明专利中提出一种室内机器人的重定位方法及装置，专利号为CN108256574A的发明专利中提出一种机器人定位方法及装置，专利号为CN110533722A的发明专利中提出一种基于视觉词典的机器人快速重定位方法及系统等。

然而，目前的全局环境定位方法存在如下缺陷和不足：1)目前方法分别建立视觉定位地图和激光定位地图，然后通过对两种地图的对齐，实现两种全局定位方法结果的统一。但是这种分离建立的地图很难保证地图间的一致性，如单目视觉定位精度较差并且存在错误定位情况，单目视觉建立的定位地图很难与激光定位地图保持一致。这种不一致性一方面会影响两种地图的对齐质量，另一方面会影响融合定位结果的精度和鲁棒性。此外，分离建立地图的过程需要的计算量很大，很难在低功耗ARM开发板上顺畅运行。2)目前方法要么仅依靠视觉进行关键帧检索和全局定位，在视觉定位的结果上，利用激光数据进行定位结果评估；要么在视觉定位的基础上，结合简单的激光全局定位方法，如利用一帧激光数据的整体统计信息进行全局定位。仅依靠视觉进行全局定位处理依赖于场景纹理的丰富程度，无法处理无纹理区域。而简单激光全局定位方法很难应对场景多变的情况。3)目前方法对多种定位结果的处理上比较简单粗暴，直接选择定位结果评估最佳的作为定位输出。这种简单选择策略导致定位输出太依赖评估过程，而在场景多变的情况下，评估很难做到万无一失，从而直接导致选择不可靠的定位结果作为输出。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种激光与视觉融合的一体化室内机器人全局定位方法，支持在复杂的环境中实现定位，如人群密集处，结构相似、无结构、无纹理等环境，同时有效结合激光雷达与视觉的信息，大幅提高机器人全局环境定位的鲁棒性，全局定位时间短，运算量小，解决了常见视觉SLAM算法对硬件要求高的问题，摆脱了造价昂贵的工控机，节约了硬件成本的同时降低了电池消耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光与视觉融合的一体化室内机器人全局定位方法，所述全局环境定位方法包括以下步骤：