[发明专利]一种基于GPS闭环检测的变电站巡检机器人建图方法

说明书

本发明属于智能机器人技术领域，公开了一种基于GPS闭环检测的变电站巡检机器人建图方法，包括：机器人按照指定路线行驶，行驶中获取激光点云数据；在全局坐标系中，利用相邻两帧激光中位姿间转换关系和上一帧激光点云数据，对帧间激光点云数据进行拼接；瓦片式建图的步骤；选取子图的指定帧为关键帧；根据GPS数据实时定位出机器人的当前位置，以该位置为圆心，指定距离为半径，界定闭环候选区域；筛选闭环候选区域中各子图中各个位候选位姿，当某位姿符合筛选条件时，将该位姿对应的激光帧与关键帧进行闭环连接。采用本发明的基于GPS闭环检测的变电站巡检机器人建图方法，定位相关计算量大大降低，定位效率和定位精度得到明显提高。

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种基于GPS闭环检测的变电站巡检机器人建图方法。

背景技术

变电站建图是激光导航变电站机器人运行前的必要环节，主要将变电站的地图尽可能详细和精准的通过数据的形式记录下来。激光导航变电站巡检机器人使用该地图与激光传感器实时获取的周围信息做比对，并通过定位算法确定变电站巡检机器人的位置。所以变电站地图的精度对于激光导航变电站机器人的导航定位至关重要。

变电站机器人的二维激光建图是机器人根据传感器的信息，一边计算自身位置，一边构建环境地图的过程。常用方法是通过激光雷达和编码器共同采集数据，后期将数据融合，从而生成变电站地图，该方法具有以下不足：

(1)采用单一的定位传感器，难以满足机器人的定位精度集可靠性要求；

(2)存在较大的累计误差，导致部分环形道路无法闭合；

(3)变电站建图过程的数据量庞大，建图效率低下。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术的不足，提供一种基于GPS闭环检测的变电站巡检机器人建图方法。本方法可以有效提高建图效率、精度和准确度。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括：

获取激光点云数据的步骤：

机器人按照指定路线行驶，在行驶过程中记录二维激光数据、里程计数据、惯性导航单元(IMU)数据和GPS数据；

对机器人的位姿初值进行估算；

求取相邻两帧激光数据中位姿转换关系；

将二维激光数据处理处理为激光点云数据；

计算激光点云在激光传感器坐标系中的位姿；

拼接激光点云数据的步骤：

在全局坐标系中，利用所述相邻两帧激光中位姿间转换关系和上一帧激光点云数据，对帧间激光点云数据进行拼接；

瓦片式建图的步骤：

利用连续的激光点云数据生成子图，连续的指定帧数的激光数据生成一张子图，后一子图中包含前一子图中在后指定帧数的激光点云数据；

闭环检测的步骤：

选取子图的指定帧为关键帧；

根据GPS数据实时定位出机器人的当前位置，以该位置为圆心，指定距离为半径，界定闭环候选区域；

筛选闭环候选区域中各子图中各个位候选位姿，当某位姿符合筛选条件时，将该位姿对应的激光帧与关键帧进行闭环连接。

进一步而言，所述对机器人的位姿初值进行估算的方法包括：

根据里程计数据、IMU数据建立机器人的位姿预测方程，用于更新粒子的状态；

利用里程计数据、二维激光传感器数据、GPS数据建立观测模型，用于计算粒子的权重；