一种移动机器人的建图与定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种移动机器人的建图与定位方法及系统，方法包括：以作为移动机器人的休息点的二维码为建图起点，基于二维码多点运动控制算法控制移动机器人沿行走路线运动；实时获取移动机器人沿行走路线运动过程中的激光数据以及二维码位姿数据，基于激光数据进行环境地图构建，同时将二维码位姿数据作为环境地图构建过程中的有效特征点；控制移动机器人沿行走路线运动一圈，完成二维环境闭环栅格地图的构建；基于二维环境闭环栅格地图，获取激光传感器的激光数据和扫码相机的二维码位姿数据实现移动机器人按预设运动路径的定位导航。本发明专利技术克服二维码定位受地面平整度影响的问题，同时解决了激光定位地图偏移、定位精度差的问题。差的问题。差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人的建图与定位方法及系统


[0001]本申请属于移动机器人
，具体涉及一种移动机器人的建图与定位方法及系统。

技术介绍

[0002]在现代物流和智慧仓储行业中，为了提高生产效率和仓储智能化管理，将人类从各种复杂、高难度、威胁生命安全并且繁琐的工作和任务中解放出来，广泛采用移动机器人将货物按照人为自定义规划的路径通过调度系统自动运送到指定目标位置，无需人工参与，极大降低了人工成本，提高了整体工作效率。而定位技术无疑是移动机器人运动的前提，目前移动机器人的主流定位方法主要包括：二维码标识定位、反光板三角定位、纯激光定位。
[0003]其中，二维码标识定位：通过二维码在笛卡尔坐标系下建立地面网格标识定位。基于二维码的移动机器人定位方式对项目现场地面的平稳度要求较高，针对地面不平整的环境机器人在运行过程中容易出现偏离路线进而造成脱轨，并且视觉读码器镜片容易因为温度过高出现脱落故障造成读码失败，机器人亦容易出现脱轨风险。因此一般只能适用于3C电子车间等这种相对简单、地面平整度高、路线相对固定的单一场景，难以向复杂多变场景推广。
[0004]反光板三角定位：利用激光器接收反光板反射回来的信号结合几何三角原理进行定位。这种定位方式在项目现场实施难度大，环境发生变化时，已经部署好的反光柱易受货物遮挡，进而导致三角定位失效，其次激光器从接收到的反射信号中区分反光柱的能力不足，导致定位不稳定，受环境影响较大。因此一般只能适用于环境单一、固定的堆高型叉车移动机器人场景领域，在大场景空旷的平面搬运环境中效果较差，目前不被行业广泛应用。
[0005]纯激光定位：通过激光传感器构建环境地图，利用粒子滤波、图优化等算法推演、匹配定位。激光定位方式相比于二维码定位方式无需考虑因地面不平整导致的脱轨问题，但是激光定位精度在构建的环境地图出现漂移问题时误差很大，针对运动轮与机器人中心不在一条直线上的移动机器人手动构图十分不便，启动定位功能时需要手动给予初始位姿无法满足灵活性要求，并且移动机器人的位姿也会随着环境的变化而产生随机跳变，尤其是针对两边对称的连廊跳变现象明显，无法满足对定位精度要求高的工业自动化、3C电子产线等应用领域。
[0006]现有技术如专利公布号为CN109459032A的专利文献中公开了一种移动机器人定位方法、导航方法和网格地图建立方法，该方法是采用二维码标识定位的方式进行定位，但是该方法无法避免地面不平整问题造成移动机器人在高速运行过程中随机脱轨而不能自恢复问题，无法保证长时间稳定运行。又如专利公布号为CN110750097A的专利文献公开了一种室内机器人导航系统及建图、定位和移动方法，该方法是将激光传感器、超声波传感器应用于室内移动机器人导航定位中，通过激光传感器扫描场地周围环境，但是该方法仍无法根本上解决基于激光传感器的定位系统中构建的二维栅格环境地图随机漂移问题，最终
无法做到精准定位。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种移动机器人的建图与定位方法及系统，克服二维码定位受地面平整度影响的问题，同时解决了激光定位地图偏移、定位精度差的问题。
[0008]为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
[0009]一种移动机器人的建图与定位方法，所述移动机器人上安装有激光传感器和扫码相机，所述移动机器人的工作场地中预设有行走路线，该行走路线上间隔设置有多个二维码，且多个二维码中的其中一个作为移动机器人的休息点，所述移动机器人的建图与定位方法，包括：
[0010]以作为移动机器人的休息点的二维码为建图起点，基于二维码多点运动控制算法控制移动机器人沿行走路线运动；
[0011]实时获取移动机器人沿行走路线运动过程中激光传感器采集的激光数据以及扫码相机采集的二维码位姿数据，基于激光数据进行环境地图构建，同时将二维码位姿数据作为环境地图构建过程中的有效特征点；
[0012]控制移动机器人沿行走路线运动一圈，完成融合激光数据和二维码位姿数据的二维环境闭环栅格地图的构建；
[0013]基于所述二维环境闭环栅格地图，获取激光传感器的激光数据和扫码相机的二维码位姿数据实现移动机器人按预设运动路径的定位导航。
[0014]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0015]作为优选，所述行走路线的两端分别为第一目标区和第二目标区，所述控制移动机器人沿行走路线运动一圈，包括：
[0016]若移动机器人的休息点位于行走路线的两端中的其中一端的末端，则运动一圈为：先由移动机器人的休息点运动至行走路线的两端中的另一端的末端，然后再运动至回到移动机器人的休息点；
[0017]若移动机器人的休息点不位于行走路线的末端，则运动一圈为：由移动机器人的休息点运动至第一目标区/第二目标区，再由第一目标区/第二目标区运动至移动机器人的休息点，然后又由移动机器人的休息点运动至第二目标区/第一目标区，最后由第二目标区/第一目标区运动至移动机器人的休息点。
[0018]作为优选，所述基于所述二维环境闭环栅格地图，获取激光传感器的激光数据和扫码相机的二维码位姿数据实现移动机器人按预设运动路径的定位导航，包括：
[0019]步骤1、以移动机器人定位导航的起始位置的二维码作为二维码a，以沿移动机器人运动方向距离二维码a最近的二维码作为二维码b，以沿移动机器人运动方向距离二维码b最近的二维码作为二维码c；
[0020]步骤2、将移动机器人定位导航的起始位置作为移动机器人的当前位置；
[0021]步骤3、获取二维码a和二维码b之间的间距为d1，二维码b和二维码c之间的间距为d4，令移动机器人由二维码a位置开始行驶的距离为d2，预设的启用融合定位时移动机器人
与二维码a之间的间距为d3；
[0022]步骤4、若d1>＝d2且d4>＝d1且d1>＝d3，则执行以下步骤：
[0023]步骤411、控制移动机器人由当前位置开始向前行驶距离d3；
[0024]步骤412、在移动机器人向前行驶距离d3后，获取激光传感器采集的激光数据，根据激光数据控制移动机器人继续向前行驶至二维码b处；
[0025]步骤413、获取扫码相机采集的移动机器人在二维码b位置处的二维码位姿数据b和激光传感器采集的移动机器人在二维码b位置处的激光数据b，根据二维码位姿数据b和激光数据b得到移动机器人的当前位置；
[0026]步骤414、将目前的二维码b作为新的二维码a，将目前的二维码c作为新的二维码b，并获取新的二维码c，重复执行步骤3～4直至移动机器人运行至预设运动路径的目标位置；
[0027]若d1>＝d2且d4<d1且d1>＝d3，则执行以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人的建图与定位方法，其特征在于，所述移动机器人上安装有激光传感器和扫码相机，所述移动机器人的工作场地中预设有行走路线，该行走路线上间隔设置有多个二维码，且多个二维码中的其中一个作为移动机器人的休息点，所述移动机器人的建图与定位方法，包括：以作为移动机器人的休息点的二维码为建图起点，基于二维码多点运动控制算法控制移动机器人沿行走路线运动；实时获取移动机器人沿行走路线运动过程中激光传感器采集的激光数据以及扫码相机采集的二维码位姿数据，基于激光数据进行环境地图构建，同时将二维码位姿数据作为环境地图构建过程中的有效特征点；控制移动机器人沿行走路线运动一圈，完成融合激光数据和二维码位姿数据的二维环境闭环栅格地图的构建；基于所述二维环境闭环栅格地图，获取激光传感器的激光数据和扫码相机的二维码位姿数据实现移动机器人按预设运动路径的定位导航。2.如权利要求1所述的移动机器人的建图与定位方法，其特征在于，所述行走路线的两端分别为第一目标区和第二目标区，所述控制移动机器人沿行走路线运动一圈，包括：若移动机器人的休息点位于行走路线的两端中的其中一端的末端，则运动一圈为：先由移动机器人的休息点运动至行走路线的两端中的另一端的末端，然后再运动至回到移动机器人的休息点；若移动机器人的休息点不位于行走路线的末端，则运动一圈为：由移动机器人的休息点运动至第一目标区/第二目标区，再由第一目标区/第二目标区运动至移动机器人的休息点，然后又由移动机器人的休息点运动至第二目标区/第一目标区，最后由第二目标区/第一目标区运动至移动机器人的休息点。3.如权利要求1所述的移动机器人的建图与定位方法，其特征在于，所述基于所述二维环境闭环栅格地图，获取激光传感器的激光数据和扫码相机的二维码位姿数据实现移动机器人按预设运动路径的定位导航，包括：步骤1、以移动机器人定位导航的起始位置的二维码作为二维码a，以沿移动机器人运动方向距离二维码a最近的二维码作为二维码b，以沿移动机器人运动方向距离二维码b最近的二维码作为二维码c；步骤2、将移动机器人定位导航的起始位置作为移动机器人的当前位置；步骤3、获取二维码a和二维码b之间的间距为d1，二维码b和二维码c之间的间距为d4，令移动机器人由二维码a位置开始行驶的距离为d2，预设的启用融合定位时移动机器人与二维码a之间的间距为d3；步骤4、若d1>＝d2且d4>＝d1且d1>＝d3，则执行以下步骤：步骤411、控制移动机器人由当前位置开始向前行驶距离d3；步骤412、在移动机器人向前行驶距离d3后，获取激光传感器采集的激光数据，根据激光数据控制移动机器人继续向前行驶至二维码b处；步骤413、获取扫码相机采集的移动机器人在二维码b位置处的二维码位姿数据b和激光传感器采集的移动机器人在二维码b位置处的激光数据b，根据二维码位姿数据b和激光数据b得到移动机器人的当前位置；
步骤414、将目前的二维码b作为新的二维码a，将目前的二维码c作为新的二维码b，并获取新的二维码c，重复执行步骤3～4直至移动机器人运行至预设运动路径的目标位置；若d1>＝d2且d4<d1且d1>＝d3，则执行以下步骤：步骤421、控制移动机器人由当前位置开始向前行驶距离d3；步骤422、在移动机器人向前行驶距离d3后，获取激光传感器采集的激光数据，根据激光数据控制移动机器人继续向前行驶至二维码b处；步骤423、当移动机器人行驶至二维码b后，继续获取激光传感器采集的激光数据，根据激光数据控制移动机器人继续向前行驶至二维码c处；步骤424、获取扫码相机采集的移动机器人在二维码c位置处的二维码位姿数据c和激光传感器采集的移动机器人在二维码c位置处的激光数据c，根据二维码位姿数据c和激光数据c得到移动机器人的当前位置；步骤425、将目前的二维码c作为新的二维码a，并获取新的二维码b和二维码c，重复执行步骤3～4直至移动机器人运行至预设运动路径的目标位置。4.如权利要求3所述的移动机器人的建图与定位方法，其特征在于，所述根据二维码位姿数据b和激光数据b得到移动机器人的当前位置，包括：获取二维码b在预设运动路径中的已知位置；判断激光数据b中的移动机器人的位置与所述已知位置是否在预设的精度范围内，若是则将激光数据b中的移动机器人的位置作为移动机器人的当前位置；否则将二维码位姿数据b作为移动机器人的当前位置。5.一种移动机器人的建图与定位系统，其特征在于，所述移动机器人的建图与定位系统包括：移动机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：程辉，黄震梁，张艳涛，孟慈恒，罗莉文，
申请(专利权)人：中电海康集团有限公司，
类型：发明
国别省市：