【技术实现步骤摘要】
一种主动标定激光雷达和编码器外参的方法
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种主动标定激光雷达和编码器外参的方法。
技术介绍
由于装有多传感器的自主导航移动机器人具有高效性和更高的精度，引起了全球学界的关注。激光雷达和编码器是移动机器人中最常用的两个传感器，特别是在工业和民用领域的轮式机器人中，如自主导航车，无人车和轮式服务机器人等。与基于惯性测量单元的里程计相比，安装在移动机器人驱动电机上的编码器可以为机器人提供更准确、更直接的里程计数据。但是，当移动机器人上下坡或车轮打滑时，编码器会出现严重的漂移。而激光雷达可以提供周围环境丰富的场景信息，这些信息可以用来估计机器人的状态和检测环境中的物体。然而，受到成本和技术的限制，大多数的移动机器人采用的是单一的2D激光雷达，在复杂环境中，由于其无法感知三维环境信息的缺点，会出现定位精度低，建图不完整等问题。因此编码器和2D激光雷达可以弥补各自的缺点。例如激光雷达的重定位能力有助于减少编码器里程计的漂移问题，基于编码器里程计提供的精确的近距离变换，能够提升激光雷达数据关联的鲁棒性...
【技术保护点】
1.一种主动标定激光雷达和编码器外参的方法，其特征在于，包括：/nS1、将标定物和激光雷达置于同一水平面，并以编码器里程计的坐标系作为移动机器人的坐标系；指定标定物在世界坐标系中的位置和移动机器人的起始位置，根据环境设定观测噪声和运动噪声，并初始化移动机器人的状态变量和状态变量的协方差矩阵；/nS2、利用轨迹规划算法计算出所述移动机器人的线速度和角速度；/nS3、使所述移动机器人以步骤S2计算出的线速度和角速度运动一个时间间隔Δt，利用扩展卡尔曼滤波进行状态变量及其协方差矩阵的更新；/nS4、重复步骤S2和S3，直至状态变量收敛，完成标定。/n
【技术特征摘要】
1.一种主动标定激光雷达和编码器外参的方法，其特征在于，包括：
S1、将标定物和激光雷达置于同一水平面，并以编码器里程计的坐标系作为移动机器人的坐标系；指定标定物在世界坐标系中的位置和移动机器人的起始位置，根据环境设定观测噪声和运动噪声，并初始化移动机器人的状态变量和状态变量的协方差矩阵；
S2、利用轨迹规划算法计算出所述移动机器人的线速度和角速度；
S3、使所述移动机器人以步骤S2计算出的线速度和角速度运动一个时间间隔Δt，利用扩展卡尔曼滤波进行状态变量及其协方差矩阵的更新；
S4、重复步骤S2和S3，直至状态变量收敛，完成标定。
2.如权利要求1所述的主动标定激光雷达和编码器外参的方法，其特征在于，所述状态变量为：
其中，k表示离散状态下的k时刻，xr(k)＝[x(k),y(k),θ(k)]T表示移动机器人k时刻所处的状态，上标T表示矩阵的转置，由于移动机器人在二维平面运动，因此z方向上的平移量以及绕x轴、y轴的角度都为0，其中x(k),y(k)表征移动机器人坐标系原点在世界坐标系中的位置，θ(k)表示移动机器人坐标系相对于世界坐标系绕z轴旋转的角度；
xc(k)＝[Δx(k),Δy(k),Δθ(k)]T为标定参数，Δx(k),Δy(k)表征激光雷达坐标系原点在移动机器人坐标系中的位置，Δθ(k)表征激光雷达坐标系与移动机器人坐标系之间的角度偏移。
3.如权利要求2所述的主动标定激光雷达和编码器外参的方法，其特征在于，步骤S2包括：
首先，给出移动机器人在离散时间状态下的非线性运动模型和观测模型，分别为式(2)和式(3)：
z(k)＝h[X(k),n(k)](3)
其中：
其中，m(k)是运动噪声，n(k)是观测噪声，两者相互独立且均服从零均值的高斯分布；
u(k)＝[v(k),ω(k)]T，v(k)和ω(k)分别表示移动机器人在k时刻的线速度和角速度，Δt表示离散状态下的时间间隔；
其中，r(k)表示激光雷达坐标系原点距离标定物的距离，b(k)表示标定物在激光雷达坐标系下的角度；
A(k)＝lx(k)-x(k)-Δx(k)·cos(θ(k))+Δy(k)·sin(θ(k))(6)
B(k)＝ly(k)-y(k)-Δx(k)·sin(θ(k))+Δy(k)·sin(θ(k))(7)
其中，lx(k),ly(k)表示标定物在世界坐标系中的位置；
根据k时刻的状态变量及其协方差矩阵，利用扩展卡尔曼滤波的方法估计出X(k+1)的估计值，在将式(4)代入式(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，易彤，兰斌，王学谦，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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