[发明专利]一种基于激光扫描传感器的里程估计方法

摘要

本发明公开了一种基于激光扫描传感器的里程估计方法，机器人的激光扫描传感器，可获得一定范围内的障碍物角度和距离信息，在每个位置可以得到局部环境地图，在相邻位置通过匹配两个局部地图可以得到一个旋转平移变换矩阵，根据变换矩阵对相邻的局部地图进行数据融合，最终可以得到一个全局的环境地图，然后机器人可利用激光扫描传感器扫描到的数据与全局环境地图匹配定位，从而得出一个准确的里程估计。本发明仅仅利用激光数据估计里程计信息，利用外部环境信息的迭代匹配进行估计里程，由于外部环境信息的相对稳定性，减少累积误差。

主权项

1.一种基于激光扫描传感器的里程估计方法，在至少具有运动控制系统、惯性导航系统、激光扫描传感器的机器人上使用；其特征在于：包括以下步骤：1）对杂乱无规律的扫描数据点进行滤波处理，去除无用点；2）将滤波后数据通过光线追踪方法计算局部栅格地图；局部栅格地图是指机器人当前位姿为坐标原点，将该位置观测到的数据构建的栅格地图，局部栅格地图创建通过激光原点所在位置到激光光束结束位置通过光束追踪计算得到，两者之间的连线经过的栅格点应为非障碍物占据，激光光束结束点为障碍物占据状态，在连线激光光束结束点之后为未观测状态，即障碍物占据的概率等于非障碍物占据概率；3）计算相邻两个位姿下的局部栅格地图的sift特征点对及其对应特征描述子；sift，即尺度不变特征变换，是用于图像处理领域的一种描述；这种描述具有尺度不变性，可在图像中检测出关键点，是一种局部特征描述子；4）根据特征描述子的相关性对特征点对进行排序，滤除特征描述子相关性较小的特征点；在两幅相邻局部地图中分别提取特征点及其描述子，遍历特征点点集，寻找特征描述子距离满足阈值条件的特征点对，并根据距离由小到大对其排序，不匹配的特征点舍弃；选取匹配的特征点对的前百分之三十的特征点对进行ICP迭代计算变换矩阵；5）将两个相邻位姿下的局部地图进行最近点迭代算法ICP，计算两个局部地图的变换矩阵；ICP迭代算法是利用与多条不平行直线的距离来确定一点的原理，通过计算直线相对机器人的距离变化信息得到机器人自身的相对位姿变化；利用两条不平行直线特征即可定位，当激光传感器获得多条不平行直线特征时，筛选线性相关系数较高的直线，两两直线进行定位解算，最后将结果舍去最大值和最小值求平均值；6）重复步骤1）‑5），记录完成整个路径的变换矩阵，最后进行数据合并得到全局栅格地图；7）利用激光传感器获得环境特征，将环境特征与全局地图匹配，从而计算出机器人的位姿变化，得出里程估计。