[发明专利]一种融合惯导测量和ArUco标记的定位与导航方法

说明书

本发明公开了一种融合惯导测量和ArUco标记的定位与导航方法，属于计算机视觉定位、移动机器人导航技术领域。本发明在ArUco地图环境下，统一了惯导元件和相机的坐标系，克服了因误识别或漏识别ArUco标记而导致移动机器人当前姿态丢失；一定程度上克服了相机视野有限的问题，提升了机器人的姿态感知能力，使机器人在导航中可以完成更复杂的姿态调整。

技术领域

本发明属于计算机视觉定位、移动机器人导航技术领域，涉及一种室内定位与导航的方法，更具体地，涉及一种融合惯导测量和ArUco(Augmented Reality fromUniversity of Cordoba，科尔多瓦大学增强现实库)标记的定位与导航方法，可用于室内环境下移动机器人、无人机等智能移动设备的自主定位与导航。

背景技术

在计算机、传感器等领域的推动下，移动机器人技术得到了飞速发展，并且在医疗、军事、工业和太空等国防科技及经济生活领域得到了广泛地应用。定位导航是机器人运动控制和动作操作的基础性技术，尤其是在室内缺少卫星导航信号下，利用环境信息实现室内机器人的定位成为常用的实现方式。

室内定位和自主导航方法可分为相对估计方法和寻迹方法。相对估计方法是利用惯性导航元件或测距元件测算当前位置和相对移动距离，但缺点是元件测量数据存在漂移，而且精密仪器价格昂贵。寻迹方法需要布置轨道或路标，通过机器人搭载的电磁传感器或图像传感器识别定位，当机器人的任务发生变化时，需要重新布置路径。此外出现了利用传统二维码信息提供导航定位信息的方式，这种方式通过在地面布置二维码，机器人识别二维码信息从而判断自身位姿，并引导其运行。但是传统的二维码扫描距离近，在实际使用的时候，机器人不能很好地识别，有较大的局限性。而且此方法一般需要棋盘格状布置，布置前需要测量二维码的布置位置，布置成本较高。另外，此方法机器人只能在有二维码的路径上行进，限制了机器人的运动范围，面临一定的柔性不足。

为克服人工地标布置成本高、柔性不足等问题，本发明提出一种融合惯导测量和ArUco标记的室内定位导航方法。利用ArUco标记构建室内地图，以ArUco标记为导航信标实现机器人定位解算，同时，将惯导测量元件融合到基于ArUco标记的定位中，利用惯性测量组件的自主性和稳定性，在直角拐弯、ArUco标记丢失等情况下提供姿态输出，保证机器人位姿获取的稳定性，提升了导航鲁棒性。

本发明提供的方法利用ArUco标记建图实现机器人室内定位导航，同时，融合惯导测量信息克服导航在路径转角处无法识别ArUco标记和识别歧义性导致的姿态错误问题，增强导航系统稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的主要目的在于：针对传统室内导航方法布置成本高，柔性不足等问题，提供一种融合惯导测量和ArUco标记的定位与导航方法，以降低成本，提升系统的柔性和鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种融合惯导测量和ArUco标记的定位与导航方法，采用惯导元件和相机，包括以下步骤：

步骤1：建立ArUco地图；

步骤2：根据任务需要建立路径，路径由一系列坐标点表示，并设定任务目标点P_set；

步骤3：固定惯导元件和相机的相对位姿，计算得到惯性元件坐标系与相机坐标系之间的旋转关系；

步骤4：惯导元件开始解算姿态；

步骤5：机器人按固定的角速度旋转，直到相机观测到ArUco标记，并成功获得相机在世界坐标系下的姿态，设定当前时刻为k时刻，记录当前相机在世界坐标系中的姿态和惯导元件的自解算姿态；

步骤6：根据步骤5所得到的相机在世界坐标系中的姿态和惯导元件的自解算姿态，计算惯导元件在世界坐标系中的姿态；