基于UWB及激光雷达融合的室内移动机器人鲁棒定位方法技术

本发明专利技术公开了基于UWB及激光雷达融合的室内移动机器人鲁棒定位方法，依靠3个固定在移动机器人上的UWB探测器对环境中位置信息已知的UWB锚点进行探测。UWB测距原理采用信号飞行时间法，计算得到两模块间的距离；设立一个距离区间，在两个可能为真实移动机器人位置信息的点中选出真正的移动机器人位置点；采用本发明专利技术能够达到提高定位匹配精确度，实现UWB和激光雷达的融合并优化了室内移动机器人位置的精确鲁棒定位技术。该融合系统实现实时精确定位移动机器人位置信息的功能，提高了移动机器人在未知环境下的精准定位，可以精确获得移动机器人在世界坐标系下的距离信息和角度信息。机器人在世界坐标系下的距离信息和角度信息。机器人在世界坐标系下的距离信息和角度信息。

【技术实现步骤摘要】
基于UWB及激光雷达融合的室内移动机器人鲁棒定位方法


[0001]本专利技术涉及优化室内移动机器人定位领域，尤其涉及基于UWB和激光雷达融合的室内移动机器人定位方法。

技术介绍

[0002]UWB是一种基于信号的定位方式，在视距(Line of Sight)环境下可以提供可靠的绝对定位，但也会受到室内环境复杂性的制约，在非视距环境及多路径效应会使得定位精度下降。LiDAR SLAM定位技术可以提供可靠的空间特性，而且其定位精度较高，但单独使用LiDAR SLAM定位技术存在机器人启动点搜索定位时间长，激光点云匹配失效后无法快速重定位等问题。此外在长直隧道等环境下，激光雷达因为各处测量值相同无法确定位置，这种情况便需要结合UWB来实现同时定位和地图构建功能。
[0003]传统方法主要是使用UWB定位系统去消除大场景下激光SLAM的累计误差。该些方法通过将UWB的原始测距信息带入到代价函数中优化机器人位置，一定程度上能够提高长距离移动的机器人定位精度。但由于UWB本身的测距精度在10
‑
20cm，利用该测距信息优化后的移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于UWB及激光雷达融合的室内移动机器人鲁棒定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，1)依靠3个固定在移动机器人上的UWB探测器对环境中位置信息已知的UWB锚点进行探测；当探测到某一锚点时，三个UWB探测器分别测得距离信息记为range1,range2,range3；2)其UWB测距原理采用信号飞行时间法，设定模块A为UWB探测器，模块B为UWB锚点，利用数据包在两个模块之间往返时间差来计算待测目标的距离；信号在空中单向传播的时间为：T
TOF
＝(T
TOT
‑
T
TAT
)/2T
TOT
是模块A从发送信号到接收信号的时间差，T
TAT
是模块B从接收信号到发送信号的时间差；3)两模块间的距离d
T
(t)：d
T
(t)＝c
×
T
TOF
c是光速，T
TOF
为信号在空中传播的速度；4)由于步骤3获取的两模块间的距离，即UWB距离信息d
T
(t)受到多径效应，在复杂的室内环境中，d
T
(t)比实际距离信息偏大；为修正误差，设立一个距离区间(range
min
，range
max
)；range
min
＝0.8*dT(t)，range
max
＝1.2*dTt)，该距离区间的距离范围包含UWB真实测距值；随后通过已知UWB探测器和激光雷达之间的距离信息d
L
(t)，UWB探测器和UWB锚点到激光雷达之间的夹角θ，以及前面获得的(range
min
，range
max
)，利用余弦定理range
min2
＝dL(t)2+distance
min2
‑
2*distance
min
*dL(t)*cosθrange
max2
＝dL(t)2+distance
max2
‑
2*distance
max
*dL(t)*cosθ求出激光雷达到UWB锚点的距离区间(distance
min
,distance
max
)；5)通过目标检测中的滑动窗口方法，求解UWB锚点相对于激光传感器的真实距离；6)在两个可能为真实移动机器人位置信息的点中选出真正的移动机器人位置点，用以下步骤求解：A)在世界坐标系下的xy平面下可知移动机器人位置坐标，在机器人坐标系下的xy平面可知UWB两个锚点的坐标：已知UWB锚点1 P
archor1
的坐标为(x1,y1)，UWB锚点2 P
archor2
的坐标为(x2,y2)；B)设移动机器人第一个位置为(x
a
,y
a
)，第二个位置为(x
b
,y
b

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，侯润森，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：