[发明专利]一种基于激光雷达的单移动机器人室内定位方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的单移动机器人室内定位方法，其利用装载激光雷达的移动机器人在室内移动并扫描的方式来定位室内反光板的位置。上层控制器为一个装载激光雷达的移动机器人规划室内的移动路径，并控制其移动至路径起点。移动机器人在原点建立全局坐标系，同时对其所在位置检测范围内的反光板进行扫描，并计算得到它们的全局坐标，然后在下一时刻对所在位置检测范围内的反光板进行扫描，计算检测范围内的反光板全局坐标，依次在每个时刻重复以上步骤，直到移动机器人运动至指定路径的终点，对记录的所有反光板全局坐标进行处理。本发明方法具有高度的灵活性，可以有效地解决室内定位精度低的问题，而且实施简单，具有非常好的应用性。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的单移动机器人室内定位方法。

背景技术

在机器人应用相关领域，一个未知的室内场景信息至关重要，通过反光板获取室内环境的信息对机器人接下来执行任务有很大帮助。

在室内环境中，装配GPS的移动机器人也不能很好地解决室内定位问题，因为在室内的环境中，GPS的定位精度会受影响。距离和角度信息是环境感知中最常见的测量信息，研究使用距离和角度信息的定位算法，在室内定位领域中具有重要的现实意义。使用激光雷达可以精确地测量距离和角度信息。激光雷达是以发射激光束检测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射检测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而进行检测。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

移动机器人借助激光雷达可以获取室内反光板的距离和角度信息，从而获得室内环境的信息，以便后续任务的开展。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种基于激光雷达的单移动机器人室内定位方法，其针对没有装配GPS的移动机器人，控制其在室内移动，获得室内反光板的全局坐标，从而获取室内环境的信息。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于激光雷达的单移动机器人室内定位方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：上层控制器为一个装载激光雷达的移动机器人规划在室内的移动路径，并控制其移动至路径起点，移动机器人从路径起点开始运动，沿着指定路径移动，在路径终点停止运动，设运动起始时间为t₀，终止时间为t_n和当前时刻为t，t∈[t₀,t_n]；

步骤2：在t＝t₀时刻，移动机器人以其运动起点，即路径起点，为原点建立局部坐标系，设该局部坐标系为全局坐标系，同时对其所在位置检测范围内的反光板进行扫描，并计算得到它们的全局坐标；

步骤3：在t≠t₀时刻，移动机器人对其所在位置检测范围内的反光板进行扫描，通过从t时刻和t-1时刻重复扫描到的反光板获得的测量信息，计算移动机器人当前的全局坐标；

步骤4：移动机器人在t时刻得到自身全局坐标后，进而得出全局坐标系和当前局部坐标系之间的平移矩阵，并计算全局坐标系和当前局部坐标系之间的旋转矩阵；

步骤5：移动机器人首先计算t时刻检测范围内的反光板局部坐标，再通过旋转和平移变换得到它们的全局坐标，在重复计算同一反光板的坐标时，将得到的反光板坐标记录下来；

步骤6：在下一时刻重复以上步骤，直到移动机器人运动至指定路径的终点，则停止移动和扫描，对记录的所有反光板全局坐标进行处理，以此校正室内反光板的全局坐标。

进一步地，所述步骤1中，上层控制器规划移动机器人路径，具体包括以下内容：