移动机器人的位姿确定方法和设备技术

本发明专利技术的实施方式涉及移动机器人的位姿确定方法和设备。该方法包括：使用激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建移动机器人在其中导航的环境的全局地图；在移动机器人上电时，使用激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建针对所述移动机器人的上电时刻的环境的局部地图；以及将局部地图在述全局地图中进行图像匹配，获取移动机器人在全局地图中的初始位姿。根据本发明专利技术的实施方式，可以获取移动机器人上电启动时在全局地图中的绝对位姿，实现移动机器人位姿初始化。进一步地，可以对确定的位姿进行校正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式涉及移动机器人导航中的位姿确定方法，特别是一种基于激光扫描仪的位姿初始化方法，以及位姿校正方法。
技术介绍
目前所有导航策略无论是室外还是室内导航，都必须解决移动机器人上电启动时位姿初始化问题，初始位姿的准确性影响后续整个导航的准确性和稳定性。由于目前全球定位系统(GPS)的成熟，在室外可时刻获得基于地球坐标系的绝对位姿，故上电位姿初始化在室外已经得到很好解决。但在室内导航领域，目前仍不成熟。惯性导航定位技术和激光导航定位技术是目前较为成熟的几种室内导航定位手段中的两种手段。惯性导航定位精度高，但是存在累计误差，上电初始时刻，需配合外部其他设备提供地图和初始位姿。基于激光扫描仪的即时定位与地图构建(SLAM)技术可在新环境下同时建图和定位，第一次创建地图时，初始位姿可为固定值或由其他设备提供，但是在完成创建地图后，上电初始时刻无法确定移动机器人在已有地图中的初始位姿。对于此类的导航定位技术，移动机器人上电初期精准的初始位姿定位是首要问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施方式的所要解决的技术问题之一是为移动机器人确定初始位姿，即移动机器人的位姿初始化。根据本专利技术的一个方面，提供一种移动机器人的位姿初始化方法，所述移动机器人包括激光扫描仪。该方法可以包括：使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建所述移动机器人在其中导航的环境的全局地图；在所述移动机器人上电时，使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建针对所述移动机器人的上电时刻的环境的局部地图；以及将所述局部地图在所述全局地图中进行图像匹配，获取所述移动机器人在全局地图中的初始位姿。进一步地，所述移动机器人还可以包括惯性导航传感器，所述方法还包括：在所述移动机器人的位姿发生改变时，利用所述惯性导航传感器计算所述移动机器人在所述全局地图中的第一位姿；使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建关于所述移动机器人的周围环境的局部地图；将所述局部地图在全局地图中进行图像匹配，获取所述移动机器人在所述全局地图中的第二位姿和与所述第二位姿对应的匹配可信度，其中所述第二位姿为图形匹配得出的所述移动机器人在所述全局地图中的最佳位姿；以及根据所述匹配可信度，确定所述移动机器人的位姿为所述第一位姿或者所述第二位姿。进一步地，所述匹配可信度为使用所述激光扫描仪在所述局部地图中进行激光扫描获得的障碍轮廓在所述全局地图中的映射轮廓的坐标的像素和、并且对所述像素和进行归一化的结果。进一步地，所述图像匹配可以采用SIFT算法或模板匹配算法。进一步地，在创建所述全局地图和所述局部地图时可以都依赖于所述移动机器人所包括的电子指南针的航向角来确定移动机器人的初始位姿。进一步地，所述方法还可以包括：在移动机器人位姿初始化或者位姿发生改变时，根据移动机器人室内定位技术估计移动机器人的当前位姿；访问参考物数据库，所述参考物数据库包括所述移动机器人配备的摄像头拍摄的、关于至少一个参考物中的每个参考物的一幅参考图像，以及与所述参考图像关联的、所述摄像头拍摄所述参考图像时所述移动机器人的相应真实位姿，并且从所述参考物数据库中选择一个真实位姿和相关联的参考图像，其中所述参考物是室内环境中的静止物体；将所述移动机器人导航至目标位姿，所述目标位姿的数值是根据移动机器人室内定位技术对于所选
择的真实位姿的估计值；利用所述移动机器人配备的所述摄像头进行图像拍摄，获得拍摄图像；将所述拍摄图像中包括的参考物图像、即实际参考物图像与所选择的相关联的参考图像中包括的参考物图像、即数据库参考物图像进行对比；根据对比的结果来确定所述移动机器人室内定位技术产生的位姿误差；以及利用所确定的位姿误差对根据所述移动机器人室内定位技术所估计的移动机器人的位姿进行误差校正。根据本专利技术的一个方面，提供一种移动机器人的位姿初始化设备，所述移动机器人包括激光扫描仪。该设备可以包括：全局地图创建装置，用于使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建所述移动机器人在其中导航的环境的全局地图；局部地图创建装置，用于在所述移动机器人上电时，使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建针对所述移动机器人的上电时刻的环境的局部地图；以及初始位姿获取装置，用于将所述局部地图在所述全局地图中进行图像匹配，获取所述移动机器人在全局地图中的初始位姿。根据本专利技术的一个方面，提供一种在计算机可读存储介质中实现的计算机程序产品，所述计算机可读存储介质具有存储于其中的计算机可读程序代码部分，所述计算机可读程序代码部分被配置为执行根据前述的方法。根据本专利技术实施方式的技术方案，可以获取移动机器人上电启动时在全局地图中的绝对位姿，实现移动机器人位姿初始化。可以做到机器人放在任意有效位置点，上电启动时均可确定其准确的初始位姿，即坐标和航向角。进一步可选地，能够及时发现移动机器人在室内导航过程中所产生的位姿误差，从而在必要时可以对该位姿误差进行校正。从下文结合附图所做出的详细描述中，本专利技术的这些和其他优点和特征将变得更加明显，其中在整个下文描述的若干附图中，类似的元件将具有类似的编号。附图说明图1图示根据本专利技术的一个实施方式的移动机器人位姿初始化方法的流程图；图2图示根据本专利技术一个实施例所创建的全局地图；图3图示根据本专利技术一个实施例所创建的局部地图；图4图示如图3所示的局部地图在如图2所示的全局地图中的匹配示意图；图5图示根据本专利技术实施方式的一种模块匹配方法的示意图；图6图示如图3所示的局部地图中的最小有效地图图像的示意图；图7图示移动机器人所包括的激光扫描仪的一种可能布置的示意图；图8图示移动机器人所包括的激光扫描仪的另一种可能布置的示意图；图9图示根据本专利技术的一个实施方式的移动机器人位姿初始化设备的框图；图10图示现有技术的室内定位和导航技术的方法的流程图；图11图示了基于超宽带(UWB)的定位和导航技术的示意图；图12图示根据本专利技术的实施方式的用于移动机器人定位的方法的流程图；图13图示根据本专利技术的实施方式的用于移动机器人定位和导航的方法的流程图；图14A、图14B和图14C图示实际参考物图像相对于数据库参考物图像所可能发生变化的示意图；图15图示实际参考物图像与数据库参考物图像匹配的示意图；图16图示了移动机器人拍摄画面中的数据库参考物图像和实际参考物图像的可能的偏差；图17图示根据本专利技术的一个实施方式的移动机器人位姿确定方法的流程图；图18图示根据本专利技术的一个实施方式的移动机器人位姿确定方法的流程图；图19图示根据本专利技术实施方式的一种激光导航测量原理结构图；以及图20图示根据本专利技术的一个实施方式的移动机器人位姿确定方法的流程图。具体实施方式下文将参考附图更完整地描述本公开内容，其中在附图中显示了本公开内容的实施方式。但是这些实施方式可以用许多不同形式来实现并且不应该被解释为限于本文所述的实施方式。相反地，提供这些实例以使得本公开内容将是透彻和完整的，并且将全面地向本领域的熟练技术人员表达本公开内容的范围。参考图1，其图示了根据本专利技术的实施方式的移动机器人的位姿初始化方法100的流程图。移
动机器人包括激光扫描仪。在步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动机器人的位姿确定方法，所述移动机器人包括激光扫描仪，其特征在于，所述方法包括：使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建所述移动机器人在其中导航的环境的全局地图；在所述移动机器人上电时，使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建针对所述移动机器人的上电时刻的环境的局部地图；以及将所述局部地图在所述全局地图中进行图像匹配，获取所述移动机器人在全局地图中的初始位姿。

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人的位姿确定方法，所述移动机器人包括激光扫描仪，其特征在于，所述方法包括：使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建所述移动机器人在其中导航的环境的全局地图；在所述移动机器人上电时，使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建针对所述移动机器人的上电时刻的环境的局部地图；以及将所述局部地图在所述全局地图中进行图像匹配，获取所述移动机器人在全局地图中的初始位姿。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动机器人还包括惯性导航传感器，所述方法还包括：在所述移动机器人的位姿发生改变时，利用所述惯性导航传感器计算所述移动机器人在所述全局地图中的第一位姿；使用所述激光扫描仪，利用即时定位与地图构建(SLAM)技术创建关于所述移动机器人的周围环境的局部地图；将所述局部地图在全局地图中进行图像匹配，获取所述移动机器人在所述全局地图中的第二位姿和与所述第二位姿对应的匹配可信度，其中所述第二位姿为图形匹配得出的所述移动机器人在所述全局地图中的最佳位姿；以及根据所述匹配可信度，确定所述移动机器人的位姿为所述第一位姿或者所述第二位姿。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述匹配可信度为使用所述激光扫描仪在所述局部地图中进行激光扫描获得的障碍轮廓在所述全局地图中的映射轮廓的坐标的像素和、并且对所述像素和进行归一化的结果。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在移动机器人位姿初始化或者位姿发生改变时，根据移动机器人室内定位技术估计移动机器人的当前位姿；访问参考物数据库，所述参考物数据库包括所述移动机器人配备的摄像头拍摄的、关于至少一个参考物中的每个参考物的一幅参考图像，以及与所述参考图像关联的、所述摄像头拍摄所述参考图像时所述移动机器人的相应真实位姿，并且从所述参考物数据库中选择一个真实位姿和相关联的参考图像，其中所述参考物是室内环境中的静止物体；将所述移动机器人导航至目标位姿，所述目标位姿的数值是根据移动机器人室内定位技术对于所选择的真实位姿的估计值；利用所述移动机器人配备的所述摄像头进行图像拍摄，获得拍摄图像；将所述拍摄图像中包括的参考物图像、即实际参考物图像与所选择的相关联的参考图像中包括的参考物图像、即数据库参考物图像进行对比；根据对比的结果来确定所述移动机器人室内定位技术产生的位姿误差；以及利用所确定的位姿误差对根据所述移动机器人室内定位技术所估计的移动机器人的位姿进行误差校正。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据对比的结果来确定所述移动机器人室内定位技术产生的位姿误差进一步包括：根据对比的结果调整所述移动机器人的位姿，并且对所述移动机器人配备的所述摄像头所拍摄的拍摄图像中包括的实际参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：王加加，刘彪，王可可，刘英英，
申请(专利权)人：深圳市神州云海智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44