一种基于激光SLAM的室内定位和导航方法技术

本发明专利技术涉及一种基于激光SLAM的室内定位和导航方法，包括以下步骤：S1.采用激光SLAM技术构建室内的全局地图；S2.将全局地图划分成互不重复的若干个子区域地图，根据所划分的子区域地图通过电子围栏将室内划分成若干个子区域；S3.机器人在电子围栏内行走并采用激光SLAM技术构建局部地图，根据局部地图查找相匹配的子区域地图并获取当前位置。即使室内不同地方的建筑物结构、功能分室分布相同，本发明专利技术也能实现精准的室内定位和导航。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光SLAM的室内定位和导航方法
本专利技术涉及定位和导航
，具体涉及一种基于激光SLAM的室内定位和导航方法。
技术介绍
在结构复杂、功能分室众多的建筑物内部，人们很容易迷失方向，找不到自己想去的目的地。目前常用的定位和导航方法是利用卫星定位系统，如GPS或北斗，但是因为GPS或北斗在室内环境下所接收到的定位信号较弱，导致定位误差较大，有时甚至会失效，所以如何不依靠卫星定位系统完成人员在室内的精准定位成为一个难题。激光SLAM（simultaneouslocalizationandmapping）是一种即时定位和地图构建的技术，利用激光雷达采集物体信息呈现出的一系列分散的、具有准确角度和距离信息的点（通常被称为点云），通过对不同时刻两片点云的匹配与比对，计算激光雷达相对运动的距离和姿态的改变，完成室内的定位。但是，建筑物内部的不同地方可能会相同，例如同一楼层的左右功能室分布是相同的、不同楼层的洗手间是相同的等等，会导致激光雷达在室内不同的地方采集到的点云是相同的，出现无法通过匹配与比对点云进行室内定位的情况。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种基于激光SLAM的室内定位和导航方法，即使室内不同地方的建筑物结构、功能分室分布相同，也能实现精准的室内定位和导航。为实现本专利技术的目的，采用以下技术方案予以实现：一种基于激光SLAM的室内定位方法，包括以下步骤：S1.采用激光SLAM技术构建室内的全局地图；S2.将全局地图划分成互不重复的若干个子区域地图，根据所划分的子区域地图通过电子围栏将室内划分成若干个子区域；S3.机器人在电子围栏内行走并采用激光SLAM技术构建局部地图，根据局部地图查找相匹配的子区域地图并获取当前位置。将全局地图划分成互不重复的子区域地图，也即各个子区域地图都是唯一的。电子围栏根据所划分的子区域地图可以将室内划分成互不重复的子区域，机器人在定位过程中在电子围栏的作用下只能在其中一个子区域内行走并构建局部地图，使得机器人所构建的局部地图也是唯一的，将唯一的局部地图与唯一的子区域地图进行比对和匹配，可以唯一地确定机器人的当前位置，从而实现精准的室内定位。进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21.根据预设的规则将全局地图按照预设的划分方式划分成若干个子区域地图；S22.当所划分的子区域地图出现重复时，对重复的子区域地图分别按照不同的划分方式进行再次划分，直到所划分的子区域地图互不重复；S23.根据所划分的子区域地图通过电子围栏将室内划分成若干个子区域。当根据预设的规则并按照预设的划分方式初步划分出的子区域地图出现重复时，对重复的子区域地图分别按照不同的划分方式再次划分，由于划分方式不同，所以重复的子区域地图可以被划分成不重复的，从而划分出唯一的子区域地图以及唯一的子区域，实现精准的室内定位。进一步地，所述步骤S22中，当所划分的子区域地图互不重复时，分析各个子区域地图之间的相似度，对相似度超过设定阈值的子区域地图分别按照不同划分方式进行再次划分，直到所划分的子区域地图之间的相似程度不超过设定阈值。虽然各个子区域地图和子区域互不重复，可以唯一地确定当前位置，但是如果两个子区域地图相似度较高并超过设定阈值，机器人需要在对应的子区域内行走较长距离，构建较大面积的局部地图，才可以使构建出来的局部地图匹配到唯一的子区域地图。因此，将相似度超过设定阈值的子区域地图分别按照不同的划分方式再次划分，由于划分方式不同，所以相似的子区域地图可以被划分成不相似的，从而划分出相似度较低并不超过设定阈值的子区域地图以及子区域，减少定位过程所花费的时间成本和运算成本。进一步地，所述规则包括面积限制、房间数目限制、路径距离限制的一种或多种。面积限制包括最大面积限制和/或最小面积限制和/或面积等大；房间数目限制包括最多房间数目限制和/或最少房间数目限制和/或房间数目相等；路径距离限制包括最大路径距离限制和/或最小路径距离限制和/或路径距离相等。进一步地，所述划分方式包括横向划分、竖向划分、对角划分、按不同路径长度划分、按不同面积大小划分、按不同形状划分的一种或多种。进一步地，所述步骤S22中，室内每一楼层的每个垂直交通设施和/或每个洗手间单独划分为一个子区域。由于垂直交通设施和洗手间是成为用户目的地频率最高的，所以将室内每一楼层的每个垂直交通设施和/或每个洗手间单独划分为一个子区域，可以提高定位的速度。进一步地，所述步骤S3具体为：机器人选定一个方向在电子围栏内行走并开始采用激光SLAM技术构建局部地图，在一定时间间隔后或行走一定距离后，将已构建的局部地图查找相匹配的子区域地图；当查找到相匹配的子区域地图时，机器人停止行走，并获取当前位置；当机器人到达电子围栏时，机器人往其它方向继续行走并继续构建局部地图；或所述电子围栏处设有无线通信设备，当机器人到达电子围栏或在电子围栏附近一定范围内时，机器人停止行走，并与无线通信设备建立通信连接，从无线通信设备中获取当前位置。在定位过程中，机器人一边行走一边构建局部地图，并在一定时间间隔后或行走一定距离后，就进行一次局部地图与子区域地图的比对和匹配，可以提高机器人进行定位的效率，而无需机器人对整个子区域构建局部地图，只要匹配到对应的子区域地图，即可停止行走和构建局部地图。当机器人在行走过程中遇到电子围栏，机器人可以选择转弯或者沿反方向继续行走，保证机器人在子区域内行走并构建局部地图。也可以在电子围栏处设置无线通信设备，当机器人在电子围栏或在电子围栏附近的时候，可以直接通过无线通信设备进行定位，避免机器人沿反方向再次行走已经行走过的路，从而进一步提高定位的效率。进一步地，机器人在行走时采用贴边行走算法。一种基于激光SLAM的室内导航方法，包括上述的所有步骤，还包括以下步骤：S4.预先规划各个子区域之间合理的区域间路线、每个子区域内任意位置与该个子区域内各个目的地之间的区域内路线；S5.机器人分析用户输入的目的地所在的子区域，并根据区域内路线或根据区域间路线和区域内路线从当前位置导航到目的地。当用户输入的目的地的所在的子区域与当前位置所在的子区域是同一个时，机器人根据区域内路线从当前位置导航到目的地；当用户输入的目的地的所在的子区域与当前位置所在的子区域不是同一个时，机器人根据区域内路线和区域间路线从当前位置导航到目的地，从而实现精准的室内导航。进一步地，所述步骤S5具体包括以下步骤：S51.机器人分析当前位置所在的子区域与用户输入的目的地所在的子区域是否在同一楼层；S52.如果当前位置所在的子区域与目的地所在的子区域是在同一楼层，则机器人根据区域内路线或根据区域间路线和区域内路线从当前位置导航到目的地；如果当前位置所在的子区域与目的地所在的子区域不是在同一楼层，则机器人根据区域间路线和区域内路线从当前位置导航到当前位置所在楼层的垂直交通设施，再从目的地所在楼层的垂直交通设施导航到目的地。垂直交通设施包括楼梯、垂直电梯、扶手电梯。优选地，用户可以选择上述其中一种垂直交通设施，机器人根据区域间路线和区域内路线从当前位置导航到当前位置所在楼层的用户所选择的垂直交通设施，再从目的地所在楼层的用户所选择的垂直交通设施导航到目的地。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用激光SLAM技术构建室内的全局地图；S2.将全局地图划分成互不重复的若干个子区域地图，根据所划分的子区域地图通过电子围栏将室内划分成若干个子区域；S3.机器人在电子围栏内行走并采用激光SLAM技术构建局部地图，根据局部地图查找相匹配的子区域地图并获取当前位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用激光SLAM技术构建室内的全局地图；S2.将全局地图划分成互不重复的若干个子区域地图，根据所划分的子区域地图通过电子围栏将室内划分成若干个子区域；S3.机器人在电子围栏内行走并采用激光SLAM技术构建局部地图，根据局部地图查找相匹配的子区域地图并获取当前位置。2.根据权利要求1所述的基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21.根据预设的规则将全局地图按照预设的划分方式划分成若干个子区域地图；S22.当所划分的子区域地图出现重复时，对重复的子区域地图分别按照不同的划分方式进行再次划分，直到所划分的子区域地图互不重复；S23.根据所划分的子区域地图通过电子围栏将室内划分成若干个子区域。3.根据权利要求2所述的基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S22中，当所划分的子区域地图互不重复时，分析各个子区域地图之间的相似度，对相似度超过设定阈值的子区域地图分别按照不同划分方式进行再次划分，直到所划分的子区域地图之间的相似程度不超过设定阈值。4.根据权利要求2所述的基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，所述规则包括面积限制、房间数目限制、路径距离限制的一种或多种。5.根据权利要求2所述的基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，所述划分方式包括横向划分、竖向划分、对角划分、按不同路径长度划分、按不同面积大小划分、按不同形状划分的一种或多种。6.根据权利要求2所述的基于激光SLAM的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S22中，室内每一楼层的每个垂直交通设施和/或每个洗手间单独划分为一个子区域。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：方妍，何秋艳，黄潇云，陈晶，陈锦银，葛斌华，
申请(专利权)人：广东易凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44