[发明专利]一种全自动高精度室内快速定位方法

说明书

本发明公开了一种全自动高精度室内快速定位方法，包括硬件系统和软件系统。其中硬件系统包括彩色图像采集装置、激光散斑投射装置、激光散斑图像采集装置、云台控制装置、通信装置、中央控制装置；软件系统包括激光散斑投射系统、彩色图像与激光散斑图像采集系统、图像处理系统、图像匹配系统、模式识别系统、云台控制系统、中央控制系统、路径规划与控制系统；本发明方案采取软硬件结合，使室内定位装置完成从个人/家用服务机器人特征信息采集录入、室内物体图像采集与匹配识别、室内物体定位、路径规划、机器人运动控制整个过程的智能化和系统化。使室内定位、路径规划与控制方法更加精确和高效。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，具体涉及一种全自动高精度室内快速定位方法。

背景技术

随着现代经济的快速发展,人们的生活水平不断提高，越来越多的个人/家庭用服务机器人走进千家万户，让人们的家居生活更加舒适。据统计，2012年全球个人/家用服务机器人销量约为300万台，较2011年增长20％，销售额为12.21亿美元；2014年全球个人/家用服务机器人销量约为470万台，较2013年增长17.50％，销售额约为22.5亿美元。其中，家务机器人(主要包括吸尘机器人、除草机器人、泳池清理机器人、窗户清洗机器人等)的销量约为270万台，销售额约为7.99亿美元。娱乐休闲机器人(主要包括玩具机器人、教育训练机器人、娱乐用途机器人等)销量约为120万台；销售额约为9.11亿美元。根据IFR的数据预测，2015-2018年，未来清洁机器人会首先打入家庭市场，扫地机器人的全球销量将达到2500万台，拖地机器人的销量会达到49.6万台。未来三年内，个人/家庭用服务机器人的全球销量将高达2590万台，市场规模高达到122亿美元，超过2014年市场规模的5倍。

个人/家庭用服务机器人的工作主要是在室内环境下进行的，而室内环境与户外的空旷环境有着很大的不同，在室内机器人无法正常接收卫星定位信号和基站定位信号，使得定位的精度大大降低。同时，室内的环境相对拥挤，家具等物品的摆放和变动更增加了室内环境的复杂度和动态性。而在复杂的室内环境下工作的机器人，对定位的精度和速度也有着更高的要求，相对成熟的室外定位技术并不能很好的满足这些需求。为了让个人/家庭用服务机器人更好地在室内环境下正常工作，需要一种实用的室内定位解决方案，要求其在精度、覆盖范围、可靠性、成本、功耗、可扩展性和响应时间这几个方面都能够满足要求。

目前，普遍而公知的室内定位方法主要有惯性导航定位方法、室内无线定位方法、双目视觉定位方法以及激光雷达定位方法等，现在存在的室内定位与控制专利公开方案，在精度、覆盖范围、可靠性、成本、功耗、可扩展性和响应时间方面都存在一定的不足。

申请公布号CN104567931A采用的是IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元，包含三轴加速度计和三轴陀螺仪)与三轴磁力计相结合，构成AHRS(Attitude andHeading Reference System,航姿参考系统)，通过匹配已知地图，实现室内定位功能。该方法提出了一种航向漂移误差的消除方法，可有效解决由于静止时陀螺仪不工作导致的航向漂移误差，以此提高室内惯性导航系统的精度。但是在目标长时间运动时，陀螺仪和加速度计估计误差的积累仍然会对定位精度造成很大的影响。同时，该定位方法对地图有一定的依赖性，当室内环境发生变化时不能及时更新地图，大大降低了实用性和灵活性。