一种基于激光雷达的有界区域快速全局定位方法技术

本发明专利技术提供的一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法，通过构建全局地图和局部地图的一级特征向量并进行匹配，实现了机器人所在的地图区域的粗定位；进一步根据机器人所在的地图，构建全局地图的二级特征向量与局部地图的二级特征向量，实现对机器人位置和方位角的精定位，有效避免光照对定位精度的影响，利用凸多边形几何地图作为地图表示，得到基于地图特征向量匹配的激光雷达定位算法，降低了算法的复杂度，实现机器人在有界区域内的快速全局定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的有界区域快速全局定位方法
本专利技术涉及移动机器人室内定位
，更具体的，涉及一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法。
技术介绍
目前，国内外的室内定位领域主要包括有射频识别(RFID)、Wi-Fi、ZigBee、超宽带(UWB)、惯性导航、超声波、激光、红外线、蓝牙等定位技术。这些定位技术的区别在于其传感器和数据传输方式的不同，而其后台核心定位算法才是对定位效果起关键作用的因素，包括有邻近信息法、多边测量法、双曲线定位法、三角定位法、指纹定位法和航位推算法等。就目前的技术发展而言，每个定位技术都有其优点和局限性，不具有同时满足定位精度、成本、功耗多个方面的普适性技术。与此同时，不同的定位算法所适用的定位技术不同，因此各界也在致力寻求一种可靠、稳定的定位技术和算法的结合，实现室内定位精度和功耗等方面的最佳化。另一方面，室内定位作为机器人必不可少的一个关键技术，它的技术可以分为位置跟踪和全局定位两类。位置跟踪是指在已知初始位姿以及未知地图的前提下，对运动状态下的机器人进行定位，如激光SLAM定位和视觉SLAM定位。但本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取已知的多个凸边地图数据，构建多个全局地图的一级特征向量；/nS2：通过设置在局部的激光雷达对其所在地图边界进行扫描，并将激光雷达获取的点云数据进行预处理；/nS3：对预处理得到的点云数据进行特征提取，构建局部地图的一级特征向量；/nS4：将全局地图的一级特征向量和局部地图的一级特征向量进行匹配，粗定位确定机器人所在的地图区域；/nS5：针对机器人所在的地图，重构建起全局地图的二级特征向量与局部地图的二级特征向量；/nS6：将全局地图的二级特征向量和局部地图的二级特征向量进行匹配，精定位输出机器人的位置和方向角，...

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取已知的多个凸边地图数据，构建多个全局地图的一级特征向量；
S2：通过设置在局部的激光雷达对其所在地图边界进行扫描，并将激光雷达获取的点云数据进行预处理；
S3：对预处理得到的点云数据进行特征提取，构建局部地图的一级特征向量；
S4：将全局地图的一级特征向量和局部地图的一级特征向量进行匹配，粗定位确定机器人所在的地图区域；
S5：针对机器人所在的地图，重构建起全局地图的二级特征向量与局部地图的二级特征向量；
S6：将全局地图的二级特征向量和局部地图的二级特征向量进行匹配，精定位输出机器人的位置和方向角，完成机器人的定位。


2.根据权利要求1所述的一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述的构建多个全局地图的一级特征向量过程具体为：在已知多边形地图和地面坐标系的情况下，先对地面坐标系下的全局地图进行特征提取，将第i个多边形地图的k个顶点的全局坐标代入重心坐标计算公式：






其中，X(ij)，Y(ij)表示第i个多边形地图第j个顶点的全局坐标，Dij表示该地图第j个顶点与其下一个顶点的欧氏距离；接着，在提取出第i个多边形地图的重心坐标(Xig，Yig)后，进一步提取其重心到最远点的距离和方向角Limax，αimax，重心到最近点的距离和方向角Limin、αimin，αimax、αimin之间分割出来的第j个角及重心到该方向角上边界点的距离αij、Lij；最后分别构建第i个多边形地图的一级特征向量：
Vi＝[Xig，Yig，Limax，αimax，Limin，αimin，Li1，αi1，Li2，Li3，αi3，...]T(3)
预先将多个全局地图一级特征向量存入数据库中以备后续的定位。


3.根据权利要求2所述的一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述激光雷达扫描地图边界并对点云数据进行预处理的过程具体为：
当激光雷达处于地图区域内时，实时地对地图的边界进行扫描，采集到地图边界的n组离散的点云数据，包括n个边界点到雷达的距离和角度；但是大部分激光雷达的测距范围都有一定阈值，当雷达比较靠近或者远离地图边界时会出现部分边界点的距离数据为0等异常的情况，所以首先要识别并剔除该部分异常数据；同时仍要考虑雷达飞行时间法测距产生的系统误差和噪声误差，对误差进行校正；在校正误差后，由于激光雷达所获取的点云是极坐标数据，而在后续定位中需要用到的是直角坐标数据，因此需要将采集到的边界点的距离和角度数据转换为其在机器人坐标系下的直角坐标。


4.根据权利要求3所述的一种激光雷达的有界区域快速全局定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，n个边界点到雷达的距离和角度分别表示为：r＝[r(1)，r(2)，...，r(n)]、ω＝[ω(1)，ω(2)，...，ω(n)]；所述的将采集到的边界点的距离和角度数据进行坐标转换的计算公式具体为：



其中，x(i)，y(i)表示扫描到的第i个边界点在机器人坐标系中的横坐标和纵坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，吴海欣，林军记，文梓豪，熊弘俊，崔彦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44