[发明专利]一种适用于建筑场景的多传感器融合定位方法

说明书

本发明涉及一种适用于建筑场景的多传感器融合定位方法，本发明以激光雷达、惯性测量单元和轮式编码器为核心的多传感器融合定位技术，能够实现机器人在复杂建筑场景内实现厘米级高精度定位，提高施工作业质量。将多传感器融合定位技术应用到建筑场景中，能够确保高精度定位的稳定性和准确性，为建筑机器人施工作业提供有效的定位感知数据。

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种适用于建筑场景的多传感器融合定位方法。

背景技术

移动机器人是指一种在复杂工作环境下具备环境感知、动态决策规划及控制为一体的综合硬件系统。移动机器人拥有更大的灵活性、机动性，能够代替人从事危险、恶劣及一般机械重复作业任务，在工业、农业和服务业等场景中发挥了重要作用。

根据核心传感器，可以将机器人定位技术分为基于激光雷达的定位技术、基于视觉相机的定位技术和基于GPS的定位技术。在建筑工地复杂环境下，视觉相机由于光线环境不稳定而精度难以保证，传统的GPS定位方式由于信号不稳定无法正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于建筑场景的多传感器融合定位方法，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于建筑场景的多传感器融合定位方法，包括以下步骤：

S1、在移动机器人的底盘中安装激光雷达、IMU传感器和轮式编码器，将机器人放置于地面平整、四面封闭的房间中，移动机器人随机移动底盘，采集激光雷达、IMU和轮式编码器的输出信息。

采用帧间匹配方法对激光数据进行配准，得到激光里程计信息；采用IMU预积分的方法得到IMU里程计信息；对轮式编码器进行采样、积分得到底盘里程计信息。

S2、对采集的数据进行时间同步处理，并对采集的数据进行空间标定处理。

对采集的数据进行时间同步处理时，以激光里程计数据作为时间基准，同步底盘里程计，IMU里程计信息；针对底盘里程计，找到第i帧激光雷达时间戳前后最近的两帧数据，根据与第i帧数据的时间差做线性插值，得到与第i帧同步的底盘里程计数据；针对IMU里程计信息采用相同的插值同步操作。

对采集的数据进行空间标定处理时，采用手眼标定方法AX＝XB，其中A代表某一传感器的数据，B代表另一个传感器的数据，X为两个传感器之间的外参矩阵，外参矩阵X通常由平移和旋转分量组成，共有六个自由度，即需要完成六组方程求解。

进一步的，在六组方程求解时，组成超定方程组，建立argmin|AX＝XB|的残差模型，通过优化的方法让残差最小化，找到两个传感器的外参，两两标定后完成原始数据的时空同步。

S3、将激光雷达、IMU传感器和轮式编码器的传感器数据进行实时投影校正。

根据时空标定结果，将IMU和激光数据转换到底盘坐标系下，完成坐标系数据统一，之后进行融合处理的数据均为转换后的数据；根据IMU中的倾角数据，对底盘里程计和激光雷达数据进行校正，将数据在三维空间中分解，以水平面作为基准，将数据投影到水平面后，完成数据校正。

S4、通过单线激光雷达获取周围环境的平面扫描数据，根据紧耦合里程计方法获取机器人的位移信息；采用激光帧间匹配方法进行ICP配准，得到激光里程计数据；并根据所述激光里程计数据，得到前端激光子图。

通过单线激光雷达获取周围环境的平面扫描数据，根据里程计和IMU信息紧耦合方法获取机器人的位移信息，以两帧激光雷达数据间的机器人位移信息作为初值，采用激光帧间匹配方法对前后帧激光数据进行ICP配准，得到激光里程计数据，并根据该里程计数据，每隔一定间隔选取关键帧，对激光数据进行叠加处理，得到前端激光子图。