[发明专利]一种基于三维激光栅格的定位方法以及机器人自主充电方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光栅格的定位方法以及机器人自主充电方法，属于智能机器人技术领域。本发明的定位方法用于机器人进入充电房进行充电时的定位，包括以下步骤：判断机器人是否已进入充电房的步骤；对机器人进行粗定位的步骤；对机器人进行精定位的步骤；确定机器人的坐标的步骤。采用本发明的方法，适用于无轨式导航定位中的机器人自主充电，实现整个充电过程的自动化、智能化；不论充电房墙壁是否平整，都可以具有很高的导航定位精度。

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种基于三维激光栅格的定位方法以及机器人自主充电方法。

背景技术

目前，变电站巡检机器人的自主充电多采用接触式自主充电技术。当巡检机器人需要充电时，会自动驶向指定充电区，机器人充电连接触点与充电基座的供电触点自动准确对接并实施充电。充电完成后巡检机器人自动与充电基座脱离并驶向工作区或待命区。

如何实现巡检机器人的定位导航是机器人实现自主充电的关键。目前常用的方案是基于磁轨道引导的导航定位方法。该方法实施的前提是铺设轨道，不仅带来了大量的基础设施建造工作，而且存在机器人行走路线不灵活的缺陷。鉴于此，激光导航定位技术被越来越多的应用到巡检机器人的导航定位作业过程中。激光导航定位技术摆脱了轨道限制，在节省成本的同时，机器人能够灵活地调整行走线路。

中国专利CN201610324865公开了一种基于激光导航的变电站巡检机器人自主充电方法，先对激光数据进行直线拟合，然后选取四条符合要求的直线对激光数据进行分割，最后利用这四条直线获取两个墙角对应拐点，对机器人进行定位。

中国专利CN2016112609096公开了一种巡检机器人定位方法及自动充电方法，首先通过快速高效的二次点集分割算法对连续的激光数据集进行分割，获取鲁棒性较高的三个边缘特征，然后对充电房模型进行重构，利用重构充电房模型对应的关键点对机器人进行定位。在保证定位准确性的同时，不直接依赖于充电房墙角拐点，对充电房建造工艺依赖较低。

上述两种方法均存在以下问题：

(1)如果充电房左右墙壁不平整，则会导致拟合直线出现偏差，影响充电房墙角拐点位置的准确性，使机器人的导航定位精度不理想，从而出现机器人充电连接触点与充电基座的供电触点对接失败的现象。采用上述两种方法进行机器人的导航定位及自主充电时，对充电房墙壁的平整性要求较高，机器人对环境的适应能力较差。

(2)利用二维激光传感器采集的激光数据具有稀疏性的特点，影响直线的拟合精度，进而影响机器人的定位精度。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术的不足，提供一种基于三维激光栅格的定位方法以及基于该定位方法的机器人自主充电方法。该方法适用于无轨式导航定位中的机器人自主充电，实现整个充电过程的自动化、智能化；不论充电房墙壁是否平整，都可以具有很高的导航定位精度。

本发明提供的基于三维激光栅格的定位方法，用于机器人进入充电房进行充电时的定位，包括以下步骤：

判断机器人是否已进入充电房的步骤：

在充电房中机器人正前方墙面、左边墙面和右面墙面建立三维激光栅格；当根据机器人的三维激光传感器扫描所述墙面所得三维激光数据获取到标准特征栅格时，认为机器人已进入充电房；

对机器人进行粗定位的步骤：

在机器人向目标位姿移动的过程中将每一帧来自机器人的三维激光传感器的三维激光数据处理成激光点云数据后，将三维栅格空间中的激光点云数据投射到二维激光栅格平面上，根据所述二维平面上的连续两帧激光数据中位姿计算机器人位移速度和旋转速度，并通过前一帧位姿、位移速度和旋转速度计算下一帧的预测位姿初值；

根据最新接收的里程计数据和最新接收的惯性导航数据对预测位姿初值进行校正得到位姿的估计值；