[发明专利]基于视觉与激光雷达信息融合的机器人定位导航方法

说明书

本发明涉及一种基于视觉与激光雷达信息融合的机器人室内外定位导航系统方法，包括以下步骤：以双目相机、2D激光雷达、超声测距传感器、6轴IMU和霍尔编码器作为环境感知单元；使用ORB‑SLAM2算法采集三维稀疏点云地图，为机器人提供位姿信息；室内环境，使用激光雷达，采用gmaping算法和粒子滤波器，建立二维地图；在室外环境，提取三维稠密点云地图中低于机器人高度空间点的平面位置，映射到二维地图。将室内外地图拼接形成完整的导航地图；集成拓展卡尔曼滤波器融合上述传感器数据，获取更为准确的位姿信息；系统在接受到目标点时开始导航，使用激光雷达实时建立周边环境的动态地图，对全局路径进行修正。

技术领域

本发明属于移动机器人系统技术领域，尤其涉及一种基于视觉与激光雷达信息融合的机器人室内外定位导航方法。

背景技术

随着计算机视觉、控制理论、人工智能、传感器技术等多项学科的高速发展，新技术在移动机器人领域的运用越来越广泛。智能化的移动机器人在工作环境中首先要解决自身在哪里、周围是什么样的、怎么去目的地这样三个问题，前两者是指机器人在工作环境中如何定位、如何建立地图，也就是SLAM过程，第三个问题这是机器人在运动过程中的路径规划与避障，即导航问题。在移动机器人相关技术研究中，导航技术属于其核心技术，也是实现智能化和自主移动的关键技术。而要解决导航的问题，就必须解决前两个问题。

近年来很多公司都投入到对移动机器人的研究，也让移动机器人广泛的走入人们的生产生活当中，例如京东所研发的室外无人配送机器人，石头科技的智能扫地机器人，各大港口的智能AGV叉车等。但是这些机器人的环境感知和导航设计均只能适用于室内或是室外的单一环境，难以实现机器人在室内室外环境切换时的定位导航无缝衔接。

针对以上问题，故，有必要对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视觉与激光雷达信息融合的机器人室内外定位导航方法，克服现有技术不能满足机器人同时兼容室内室外环境自主运行，同时机器人能够在室内外环境转换时实现准确定位以及导航系统的稳定运行。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于视觉与激光雷达信息融合的机器人室内外定位导航方法，包括以下步骤：

步骤一、使用jetson xavier nx主机作为机器人的运算核心，并在其中安装ROS操作系统，使用双目相机、2D激光雷达、超声测距传感器、6轴IMU和霍尔编码器作为环境感知单元；

步骤二、该系统集成ORB-SLAM2算法将双目相机采集到的环境数据处理为三维稀疏点云地图，为机器人提供全局地图和位姿，并将地图数据保存在主机内；

步骤三、在室内环境，使用激光雷达，集成gmaping算法和粒子滤波器，建立二维地图。在室外环境，系统集成ORB-SLAM2算法，实现三维稠密点云地图的建立，提取其中低于机器人高度空间点的平面位置，映射到二维地图。将室内外地图拼接形成完整的导航地图；

步骤四、机器人在定位时，通过双目相机采集视觉数据，启动ORB-SLAM2算法的纯定位模式反馈机器人的位置信息，将位姿信息、IMU、GPS和底层里程计信息通过拓展卡尔曼滤波器融合，获取更为准确的位姿信息；

步骤五、机器人在接受到目标点开始导航时，使用先前建立的二维地图作为导航地图进行全局路径规划，使用激光雷达实时建立周边环境的动态地图，对全局路径进行修正。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤一中，双目相机为两颗安装在机器人前面板两侧的摄像头，激光雷达安装在机器人顶部，6轴IMU安装于机器人激光雷达下方，超声测距传感器水平安装在机器人底部四周，以及斜向下45度角安装在机器人顶部四周。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤二中，系统集成了ORB_SLAM2算法，并且在室外使用双目相机采集数据时由人工遥控，并同时开启机器人局部路径规划功能，进行必要的避障措施。