CN108562908A - 激光导航混合定位方法、机器人导航方法及激光导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光导航混合定位方法，将激光传感器扫描的数据采用SLAM算法进行全局定位，为了解决SLAM算法定位时精度不能满足一些工作场合的需求，在精度要求较高的工作点设置能够确定局部坐标系的一组激光反射组件，当激光传感器感应到该组激光反射板后，会建立局部坐标系，并根据该局部坐标系进行定位，因此，能够对定位精度要求较高的工作点进行高精度定位，并且，在确定激光反射板时，会根据预先存储的激光反射板的位置判断激光传感器感应到的强反射点是否为激光反射板所反射，从而能够避免干扰点的干扰，本发明的激光导航混合定位方法能够对整个环境进行全局定位，并且在需要精确定位的工作点能够进行精确定位。

Description

激光导航混合定位方法、机器人导航方法及激光导航系统

技术领域

本发明属于机器人导航技术领域，具体涉及一种激光导航混合定位方法、机器人导航方法及激光导航系统。

背景技术

机器人在移动时需要借助于导航技术，导航需要对机器人的位置进行定位，目前的定位技术一般是全局定位和局部定位，全局定位一般是采用激光SLAM定位算法进行定位，但是，该种定位方法定位精度一般为[-5cm,+5cm],精度较低，在定位精度要求比较高的工作场合，则不能满足定位要求。局部定位采用激光条的方式进行定位，定位精度一般为[-1cm,+1cm]，精度较高，但是该种方法覆盖区域较小，覆盖区域仅取决于激光传感器的探测距离。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种导航定位范围大且在需要定位要求比较高的工作区域能够精确定位的激光导航混合定位方法、机器人导航方法及激光导航系统。

本发明提供了一种激光导航混合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在需要精确定位的工作点设置能够确定局部坐标系的一组激光反射板；

步骤2，利用激光传感器扫描，并根据扫描的数据采用SLAM算法创建整个工作环境的二维激光地图，确定每个所述激光反射板的位置，并保存所述二维激光地图和每个所述激光反射板的位置；

步骤3，不在设置有激光反射板的工作点的范围移动时，采用 SLAM算法进行定位，在到达工作点范围时，激光传感器会感应到多个强反射点，处理器计算出感应到的多个强反射点在所述二维激光地图中的位置；

步骤4，依次判断所述强反射点是否为激光反射板所反射的激光反射点；

步骤5，根据步骤4中确定的激光反射点建立所述工作点的局部坐标系，根据所述局部坐标系进行精确定位。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，确定每个所述激光反射板的位置的方法如下：

在构建所述二维激光地图时同时会检测到多个强反射点，然后根据实际情况中所有所述激光反射板的位置判断所述二维激光地图中的强反射点是否是激光反射板所反射，剔除不是激光反射板反射的强反射点。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，计算所述强反射点在所述二维激光地图中的位置的方法为：在工作点范围时，将检测的当前帧里的每个强反射点进行坐标变换，得到每个强反射点在所述二维激光地图中的位置。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中，判断所述强反射点是否为激光反射板所反射的激光反射点的方法为：将所述强反射点的位置依次与所有所述激光反射板的位置进行比较，若所述强反射点的位置与其中一个所述激光反射板位置之间的距离在允许的误差范围内，则确定所述强反射点为所述激光反射板所反射的激光反射点，否则，确定所述强反射点为干扰点。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，所述一组激光反射板至少包含三个激光反射板，且任意三个所述激光反射板的位置不对称。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，建立所述工作点的局部坐标系时，所述步骤3中感应的多个强反射点至少有3个被确认为激光反射板。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，所述步骤3中感应的多个强反射点中包括3个激光反射点时，步骤5中根据确定的激光反射点建立一个坐标系；

所述步骤3中感应的多个强反射点中包括4个激光反射点时，步骤5中根据确定的激光反射点建立4个局部坐标系，所述4个局部坐标系之间基于预定规则可以相互转换。

进一步，在本发明提供的激光导航混合定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，局部坐标系是根据所述激光传感器实时感应到的激光反射点在所述二维激光地图中的位置进行建立，所述处理器计算不同时刻所述激光传感器感应到的激光反射点是否为同一工作点的激光反射板所反射，从而判断根据不同时刻建立的局部坐标系进行定位的坐标是否属于同一坐标系。

本发明还提供了一种机器人导航方法，其特征在于：机器人导航时，采用上述的激光导航混合定位方法进行定位。

本发明还提供了一种激光导航系统，其特征在于，包括：

多组激光反射板单元，分别设置在每个需要精确定位的工作点，每组所述激光反射板单元包含至少三个激光反射板，任意三个所述激光反射板均不对称；

运动载体，用于在整个工作环境中移动；

激光传感器，用于对整个工作环境进行扫描并感应所述激光反射板的反射光，安装在所述运动载体上；

处理器，安装在所述运动载体上，与所述激光传感器连接，根据所述激光传感器的测量数据利用SLAM算法绘制整个环境的地图和所述激光反射板单元中激光反射板的位置，并根据SLAM算法或所述激光传感器感应到的所述激光反射板确定的坐标系进行定位；以及

存储器，安装在所述运动载体上，与所述处理器连接，用于存储所述整个环境的地图和所述激光反射板单元的激光反射板的位置。本发明的优点如下：

根据本发明所涉及的激光导航混合定位方法，将激光传感器扫描的数据采用SLAM算法进行全局定位，为了解决SLAM算法定位时精度不能满足一些工作场合的需求，在精度要求较高的工作点设置能够确定局部坐标系的一组激光反射组件，当激光传感器感应到该组激光反射板后，会建立局部坐标系，并根据该局部坐标系进行定位，因此，能够对定位精度要求较高的工作点进行高精度定位，并且，在确定激光反射板时，会根据预先存储的激光反射板的位置判断激光传感器感应到的强反射点是否为激光反射板所反射，从而能够避免干扰点的干扰，本发明的激光导航混合定位方法能够对整个环境进行全局定位，并且在需要精确定位的工作点能够进行精确定位。

本发明提供的机器人导航方法，因为采用激光导航混合定位方法进行定位，因此能够对整个环境进行全局定位，并且在需要精确定位的工作点能够进行精确定位。

本发明提供的激光导航系统，因为在精度要求较高的工作点设置能够确定局部坐标系的一组激光反射组件，处理器采用SLAM算法和根据激光反射组件确定的坐标系进行定位，因此，本发明的激光导航系统能够对整个环境进行全局定位，并且在需要精确定位的工作点能够进行精确定位。

附图说明

图1是本发明中激光导航混合定位方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明激光导航混合定位方法、机器人导航方法及激光导航系统作具体阐述。

如图1所示，激光导航混合定位方法100包括以下步骤：

步骤S1，在需要精确定位的工作点设置能够确定局部坐标系的一组激光反射板。

一组激光反射板至少包含三个激光反射板，且任意三个激光反射板的位置不对称，任意两个激光反射板之间的距离均是不等的，三个不对称的激光反射板可以确定一个局部坐标系。在一组激光反射板包含三个激光反射板时，三个激光反射板的设置不对称，三个激光反射板不在同一直线上，但不会成为等腰三角形的三个顶点；或者，三个激光反射板在同一直线上，但是中间的一个激光反射板不在其它两个激光反射板的中点位置。在一组激光反射板包含四个激光反射板时，任意其中三个激光反射板的设置不对称。

在本实施例中，激光反射板粘贴或者采用螺钉安装的方式安装在工作点处。激光反射板的形状为圆形或椭圆形或多边形。激光反射板的材料为能够反射激光的材料。

步骤S2，利用激光传感器扫描，并根据扫描的数据采用SLAM算法创建整个工作环境的二维激光地图，确定每个激光反射板的位置，并保存二维激光地图和每个激光反射板的位置。

在创建整个工作环境的二维激光地图时，采用SLAM技术创建二维激光地图，即激光传感器在扫描环境的过程中，一边运行扫描环境，同时根据SLAM算法创建二维激光地图。

其中，确定每个激光反射板的位置的方法如下：

在构建二维激光地图时同时会检测到多个强反射点，然后根据实际情况中所有激光反射板的位置判断二维激光地图中的强反射点是否是激光反射板所反射，剔除不是激光反射板反射的强反射点。

步骤3，不在设置有激光反射板的工作点的范围时，采用SLAM 算法进行定位，在到达工作点范围时，激光传感器会感应到多个强反射点，处理器计算出感应到的多个强反射点在二维激光地图中的位置。

其中，在工作点范围时，将检测的当前帧里的每个强反射点进行坐标变换，得到每个强反射点在二维激光地图中的位置。

步骤4，依次判断强反射点是否为激光反射板。判断强反射点是否为激光反射板所反射的激光反射点的方法为：将强反射点的位置依次与所有激光反射板的位置进行比较，若强反射点的位置与其中一个激光反射板位置之间的距离在允许的误差范围内，则确定强反射点为激光反射板所反射的激光反射点，否则，确定强反射点为干扰点。

步骤5，根据步骤4中确定为激光反射板的强反射点建立该工作点的局部坐标系，根据该局部坐标系进行精确定位。

建立工作点的局部坐标系时，步骤3中感应的多个强反射点至少有3个被确认为激光反射板。

如果一组激光反射板中包含3个激光反射板，则三个激光反射板均需被感应出。根据确定的激光反射点的位置建立局部坐标系。在三个激光反射点中，选择两点之间距离最大的两点组成的边为x轴，并根据第三点到该两点之间的距离判断原点和x轴的方向，第三点到该两点距离大的点为坐标原点，原点朝向另一点的方向为x轴的正向。根据右手定则判定y轴的方向，具体方法为大拇指与其余四指成90 度，四指垂直指向三点确定的平面，且x轴的正向垂直穿过掌心，大拇指的方向即为y轴的方向。

三点不共线时，例如0、1、2三点，0和1点之间的距离最大，因此选择0和1两点组成的直线为x轴，2点距离0点的距离大于2 点距离1点的距离，因此选择0点为坐标原点，选择朝向1点的方向为x轴的正向，根据右手定则判定y轴的方向。三点共线时，例如4、 5、6三点，4和6点之间的距离最大，因此选择4和6两点组成的直线为x轴，5点距离4点的距离大于5点距离6点的距离，因此选择 4点为坐标原点，选择朝向6点的方向为x轴的正向，根据右手定则判定y轴的方向。

如果一组激光反射板中包含4个激光反射板，则至少应感应出三个激光反射板。由于角度问题，有时可能不能将全部4个激光反射板完全感应出，如果感应出3个激光反射板，则根据感应出的3个激光反射板的位置建立局部坐标系。如果4个激光反射板均感应出，则根据感应出的4个激光反射板的位置可以建立4个局部坐标系，建立的方法如上所述，且该4个局部坐标系基于预定规则可以相互转换。在进行局部精确定位时，选择任意一个坐标系即可。

在根据局部坐标系进行精确定位时，依然采用SLAM算法进行全局坐标系位置的计算。

在本实施例中，局部坐标系是根据所述激光传感器实时感应到的激光反射点在二维激光地图中的位置进行建立，处理器计算不同时刻激光传感器感应到的激光反射点是否为同一工作点的激光反射板所反射，从而判断根据不同时刻建立的局部坐标系进行定位的坐标是否属于同一坐标系。

即由于SLAM算法的精度问题，同一工作点的激光反射板，在不同时刻激光传感器感应到的各激光反射板在采用SLAM算法计算得到其在的全局坐标系的坐标会有一定误差，因此，即使在同一工作点下，不同时刻建立的局部坐标系也会有一定差异，我们规定在同一工作点下，实时建立的局部坐标系确定的局部坐标为同一坐标系下的坐标，而不管两个时刻所建立的局部坐标系之间的微小差别。比如：t1时刻建立的局部坐标系定位的局部坐标为(1，1)，t2时刻建立的局部坐标系定位的局部坐标为(2，3)，而t1和t2时刻均是在同一工作点，那么两个时刻定位的坐标(1，1)和(2，3)为同一坐标系下的坐标，二者之间移动的距离根据同一坐标下的计算规则进行计算。因此，我们要确定两个时刻是否在同一工作点，确定方法为：处理器需要将实时激光传感器感应到的激光反射板在全局坐标系中的位置与上一时刻激光传感器感应到的激光反射板在全局坐标系中的位置进行比较，如果二者在全局坐标系中的位置之间的误差在允许范围内，则确定该两个时刻在同一工作点。在本实施例中，间隔40毫秒，建立一次局部坐标系。

一种机器人导航方法，导航时，采用激光导航混合定位方法100 进行定位。

一种激光导航系统包含：多组激光反射板单元、运动载体、激光传感器、存储器和处理器。

多组激光反射板单元分别设置在每个需要精确定位的工作点，在本实施例中，设置在工作点上面的天花板上。每组激光反射板单元包含至少三个激光反射板，任意三个激光反射板均不对称设置。

运动载体用于在整个工作环境中移动。在本实施例中，运动载体为叉车。在其他实施例中，运动载体可以为AGV小车，机器人等。

激光传感器用于对整个工作环境进行扫描并感应激光反射板的反射光，安装在运动载体上。

处理器安装在运动载体上，与激光传感器和存储器连接，根据激光传感器的测量数据利用SLAM算法绘制整个环境的地图和激光反射板单元中激光反射板的位置，并根据SLAM算法或激光传感器感应到的激光反射板确定的坐标系进行定位。

存储器安装在运动载体上。用于存储整个环境的地图和激光反射板单元的激光反射板的位置。

在本实施例中，运动载体上还设置有与处理器连接的语音交互模块、通讯模块、上位机、触摸屏。

首先，运动载体在整个工作环境中移动，激光传感器扫描环境并感应激光反射板反射的反射光，处理器根据激光传感器的扫描数据采用SLAM算法创建整个工作环境的二维激光地图，并在二维激光地图中确定激光反射板的位置，并将二维激光地图和激光反射板的位置保存在存储器中。

人工根据工作环境中激光反射板的位置对存储器中存储的激光反射板的位置进行筛选，剔除干扰点。

在创建好整个工作环境的二维激光地图和确定激光反射板的位置后,运动载体再次在整个工作环境中移动，当不在工作点范围内移动时，采用SLAM算法进行定位，在到达工作点范围时，激光传感器会感应到多个强反射点，处理器计算出感应到的多个强反射点在二维激光地图中的位置，并与存储器中存储的激光反射板的位置进行比较，判断感应到的强反射点是否为激光反射板所反射，处理器根据确定为激光反射板反射的激光反射点创建局部坐标系，并根据该局部坐标系对运行载体进行定位。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光导航混合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在需要精确定位的工作点设置能够确定局部坐标系的一组激光反射板；

步骤2，利用激光传感器扫描，并根据扫描的数据采用SLAM算法创建整个工作环境的二维激光地图，确定每个所述激光反射板的位置，并保存所述二维激光地图和每个所述激光反射板的位置；

步骤3，不在设置有激光反射板的工作点的范围移动时，采用SLAM算法进行定位，在到达工作点范围时，激光传感器会感应到多个强反射点，处理器计算出感应到的多个强反射点在所述二维激光地图中的位置；

步骤4，依次判断所述强反射点是否为激光反射板所反射的激光反射点；

步骤5，根据步骤4中确定的激光反射点建立所述工作点的局部坐标系，根据所述局部坐标系进行精确定位。

2.根据权利要求1所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

步骤2中，确定每个所述激光反射板的位置的方法如下：

在构建所述二维激光地图时同时会检测到多个强反射点，然后根据实际情况中所有所述激光反射板的位置判断所述二维激光地图中的强反射点是否是激光反射板所反射，剔除不是激光反射板反射的强反射点。

3.根据权利要求1所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

步骤3中，计算所述强反射点在所述二维激光地图中的位置的方法为：在工作点范围时，将检测的当前帧里的每个强反射点进行坐标变换，得到每个强反射点在所述二维激光地图中的位置。

4.根据权利要求1所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

步骤4中，判断所述强反射点是否为激光反射板所反射的激光反射点的方法为：将所述强反射点的位置依次与所有所述激光反射板的位置进行比较，若所述强反射点的位置与其中一个所述激光反射板位置之间的距离在允许的误差范围内，则确定所述强反射点为所述激光反射板所反射的激光反射点，否则，确定所述强反射点为干扰点。

5.根据权利要求1所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

所述一组激光反射板至少包含三个激光反射板，且任意三个所述激光反射板的位置不对称。

6.根据权利要求5所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

步骤5中，建立所述工作点的局部坐标系时，所述步骤3中感应的多个强反射点至少有3个被确认为激光反射板。

7.根据权利要求6所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

所述步骤3中感应的多个强反射点中包括3个激光反射点时，步骤5中根据确定的激光反射点建立一个坐标系；

所述步骤3中感应的多个强反射点中包括4个激光反射点时，步骤5中根据确定的激光反射点建立4个局部坐标系，所述4个局部坐标系之间基于预定规则可以相互转换。

8.根据权利要求1所述的激光导航混合定位方法，其特征在于：

步骤5中，局部坐标系是根据所述激光传感器实时感应到的激光反射点在所述二维激光地图中的位置进行建立，所述处理器计算不同时刻所述激光传感器感应到的激光反射点是否为同一工作点的激光反射板所反射，从而判断根据不同时刻建立的局部坐标系进行定位的坐标是否属于同一坐标系。

9.一种机器人导航方法，其特征在于：

机器人导航时，采用权利要求1至8中任一权利要求所述的激光导航混合定位方法进行定位。

10.一种激光导航系统，其特征在于，包括：

多组激光反射板单元，分别设置在每个需要精确定位的工作点，每组所述激光反射板单元包含至少三个激光反射板，任意三个所述激光反射板均不对称；

运动载体，用于在整个工作环境中移动；

激光传感器，用于对整个工作环境进行扫描并感应所述激光反射板的反射光，安装在所述运动载体上；

处理器，安装在所述运动载体上，与所述激光传感器连接，根据所述激光传感器的测量数据利用SLAM算法绘制整个环境的地图和所述激光反射板单元中激光反射板的位置，并根据SLAM算法或所述激光传感器感应到的所述激光反射板确定的坐标系进行定位；以及

存储器，安装在所述运动载体上，与所述处理器连接，用于存储所述整个环境的地图和所述激光反射板单元的激光反射板的位置。