移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统技术方案

本实用新型专利技术公开了移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统，包括：定位单元、数据处理单元、设置在设定位置的若干地标以及惯性导航系统；所述定位单元和惯性导航系统分别于数据处理单元连接；所述数据处理单元分别采集定位单元、惯性导航系统以及根据地标获得的移动机器人位置信息并进行数据融合。

Mobile Robot Lidar/INS/Landmark Loose Integrated Navigation System

【技术实现步骤摘要】
移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统
本技术涉及复杂环境下组合定位
，尤其涉及一种面向移动机器人的激光雷达/INS/地标松组合导航系统。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，移动机器人逐步走进人们的生活。作为移动机器人为人类提供高质量服务的基础，面向移动机器人的导航与定位正逐渐成为该领域的研究热点。然而在室内环境下，移动机器人导航信息获取的准确性和实时性都会受到室内无线电信号微弱、电磁干扰强烈等一系列复杂环境的影响。在室内环境下，如何消除室内复杂导航环境对移动机器人导航信息获取的准确性、实时性及鲁棒性的影响，保证移动机器人在室内环境下的高精度自主导航，具有重要的科学理论意义和实际应用价值。近年来，针对移动机器人导航与定位问题，国内外研究人员进行了深入研究，并取得了一定研究成果。现有导航定位技术主要有全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)、无线传感器网络(WirelessSensorsNetwork,WSN)技术、惯性导航系统(InertialNavigationSystem,INS)和视觉导航技术等。其中，以全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)为代表的GNSS导航技术在室内环境下无法克服因信号受遮挡导致定位精度下降甚至失锁的问题，因此完成室内环境下的移动机器人导航。对于WSN技术，目前对这一领域的研究成果众多。例如，现有技术提出基于WiFi的室内移动机器人通信和定位算法；现有技术对基于射频识别(Radiofrequencyidentification,RFID)技术的移动机器人定位算法进行了研究；现有技术提出将超宽带技术(UltraWideband，UWB)应用于移动机器人室内导航定位中。专利技术人发现，虽然上述WSN技术均能实现在室内环境下移动机器人的导航定位，但其信号十分容易受到室内复杂环境的干扰；除此之外，短距离无线定位系统需要预先在室内铺设参考节点，不能实现移动机器人的自主导航。与GNSS和WSN技术相比，INS技术和视觉导航技术不需要额外的设备辅助导航，因此具有更高的自主性。但是需要指出的是，INS技术的解算误差会随时间累积，因此不适合长时间高精度导航。特别是由于受到移动机器人载体体积的限制，往往采用低成本IMU，传感器的精度远低于高精度IMU，更加剧了误差随时间的累积。近年来随着视觉技术的发展与进步，学者们提出将视觉导航应用于移动机器人的导航与定位。例如：利用RGB-D相机完成对机器人的6D位姿的预估和3D地图的构建，进而实现了移动机器人的自主导航。专利技术人发现，视觉导航的精度严重依赖于所获取的图像的质量，一旦移动机器人无法获取高质量的图像信息，导航精度会受较大影响。除此之外，视觉导航策略的实时性较差，难以满足移动机器人快速运动的跟踪。通过上述分析可以看出，单一的导航技术难以提供持续稳定的导航信息。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出了一种面向移动机器人的激光雷达/INS/地标松组合导航系统，将激光雷达与INS分别测量的位置信息进行数据融合，能够对移动机器人的位置信息进行预估，得到当前时刻移动机器人最优的位置信息，克服了单一导航技术由于自身技术的不足的对导航精度影响。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：在一个或多个实施方式中公开的一种面向移动机器人的激光雷达/INS/地标松组合导航系统，包括：定位单元、数据处理单元、设置在设定位置的若干地标以及惯性导航系统；所述定位单元和惯性导航系统分别于数据处理单元连接；所述数据处理单元分别采集定位单元、惯性导航系统以及根据地标获得的移动机器人位置信息。进一步地，所述定位单元包括：激光雷达，所述激光雷达通过检测移动机器人所处环境的角点位置信息，测量出移动机器人的位置信息。进一步地，所述惯性导航系统包括：里程计和磁力计；所述里程计用于测量移动机器人的移动速度；所述磁力计用于测量移动机器人的航向；通过里程计得到在采样周期内移动机器人运行的距离信息，根据所述距离信息与磁力计测量得到的移动机器人航向信息得到移动机器人在导航系坐标下的位置信息。进一步地，还包括：扫描器，所述扫描器通过扫描预先铺设的地标为激光雷达提供准确的位置信息以及移动机器人的航向角信息。进一步地，所述预先铺设的地标上设有包含位置信息和航向角信息的二维码。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、将激光雷达与INS分别测量的位置信息进行数据融合，克服了单一导航技术由于自身技术的不足的对导航精度影响。2、可用于室内环境下的移动机器人的中高精度定位。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为实施例一中面向移动机器人的激光雷达/INS/地标松组合导航系统示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一在一个或多个实施方式中公开了一种面向移动机器人的激光雷达/INS/地标松组合导航系统，如图1所示，包括：惯性导航系统、数据处理单元、激光雷达、地标、二维码扫描器、里程计和磁力计；地标固定在移动机器人导航环境的地上的任意位置，激光雷达、二维码扫描器、里程计、磁力计均固定在移动机器人上，并且与数据处理单元连接。其中，激光雷达：用于检测移动机器人所处环境角点位置信息；二维码扫描器：通过检测预先铺设的地标为激光雷达提供准确的位置信息以及移动机器人的航偏信息；地标中含有位置和航向信息，可以从二维码中直接读出；因为地标是预先铺设的，所有他的位置和航向可以预先测定，我们认为是准确的。惯性导航系统INS包括低成本里程计和磁力计，其中：里程计：用于测量移动机器人移动速度；磁力计：用于测量移动机器人航向，以及与码盘合作共同计算移动机器人在导航系坐标下的位置信息；数据处理单元：用于对采集到的传感器数据进行数据融合。通过里程计得到在采样周期内移动机器人运行的距离信息，根据所述距离信息与磁力计测量得到的移动机器人航向信息得到移动机器人在导航系坐标下的位置信息。数据处理单元分别获取激光雷达、惯性导航系统以及根据地标获得的移动机器人位置信息并进行融合，能够得到移动机器人的最优位置信息预估。需要说明的是，数据处理单元选用现有的控制器即可实现，比如：单片机等。上述虽然结合附图对本技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统，其特征在于，包括：定位单元、数据处理单元、设置在设定位置的若干地标以及惯性导航系统；所述定位单元和惯性导航系统分别于数据处理单元连接；所述数据处理单元分别采集定位单元、惯性导航系统以及根据地标获得的移动机器人位置信息并进行数据融合。

【技术特征摘要】
1.移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统，其特征在于，包括：定位单元、数据处理单元、设置在设定位置的若干地标以及惯性导航系统；所述定位单元和惯性导航系统分别于数据处理单元连接；所述数据处理单元分别采集定位单元、惯性导航系统以及根据地标获得的移动机器人位置信息并进行数据融合。2.如权利要求1所述的移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统，其特征在于，所述定位单元包括：激光雷达，所述激光雷达通过检测移动机器人所处环境的角点位置信息，测量出移动机器人的位置信息。3.如权利要求1所述的移动机器人激光雷达/INS/地标松组合导航系统，其特征在于，所述惯性导航...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宁，徐元，张勇，王滨，刘统乾，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：新型
国别省市：山东,37