卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法及设备技术

本发明专利技术的一种卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法及设备，本发明专利技术在机器人出现卫星定位异常之前，记录的是可靠的卫星定位信息用于生成返航路径；在机器人出现卫星定位异常之后，采用多传感融合策略并利用前后帧的点云变化进行配准，从而得到准确的机器人位姿变化；本技术方案相比基于轮式电机编码里程计更加精准和可靠

【技术实现步骤摘要】
卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法及设备


[0001]本专利技术涉及机器人返航
，具体涉及一种卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法及设备
。

技术介绍

[0002]巡检机器人能够替代人工完成巡视作业，在很多行业及场景具有广泛的应用
。
机器人搭载多种传感器，如
3D
激光
、
高清相机
、IMU、
卫星定位传感器等，可在多种复杂的环境下实现定位和导航，为实现机器人智能巡检提供了重要的自主能力
。
对于室外，在前一次巡检任务和后一次巡检任务的非地面环境全部变化的场景下，基于先验地图已经不能实现机器人稳定定位，因此采用卫星定位进行定位导航是一种常用的技术方案
。
[0003]卫星定位是利用人造地球卫星进行点位测量的技术，通过在机器人上搭载卫星定位传感器及多根天线，可利用
RTK
技术实现厘米级定位，满足机器人的巡检精度需求
。
然而，卫星定位的信号易受到大气电离层
、
对流层干扰以及环境的电磁干扰；在城市
、
山区等复杂环境下，由于建筑物
、
树木
、
地形的遮蔽作用，信号存在非直线传播，导致不同环境下的定位效果存在较大差异
。
可见，卫星定位虽然在室外空旷或者环境变化的场景实现定位，但是也易受环境
、
大气干扰等影响出现定位不准
、
定位丢失的情况，机器人也将无法按照预定路线进行巡检，继续巡检可能发生偏航或意外
。
目前常见的解决方案主要有以下2种：
1、
当导航系统判定卫星定位的置信度低于阈值后，将暂停机器人继续巡检
。
在环境全部变化（地面除外）的场景下，如果卫星定位持续低于阈值，机器人无法利用先验地图继续巡检或返航，电量将原地耗尽，需要用户找到机器人并将其转运回充电房，不仅给用户带去较差的使用体验并且增加了运维成本；
2、
通过设置一定的暂停巡检时间，在机器人出现上述第1条问题后，如果卫星定位一直未恢复正常，则采用一种自动返航方法实现机器人返回充电房等待下次任务
。
目前自动返航方法中，常用的是采用记录异常前运行的机器人里程计数据，然后根据该信息进行返航
。
该方法的主要问题是，依靠电机编码的里程计误差会随着时间的逐步增加，尤其是在经过转弯后，机器人的里程轨迹变形较大，因此在多转弯和长距离的返航路线情况下，该方法无法使机器人可靠地返回充电房
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法，可至少解决上述技术问题之一
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法，包括以下步骤，步骤一
、
将整个环境进行地图规划，对环境经常发生变化但是没有卫星信号遮挡的巡检区域构建卫星定位导航地图
M1
，对环境不变但是存在卫星信号遮挡的充电房区域构建
3D
点云导航地图
M2
，两地图在实际环境中存在交叉区域
R
；
步骤二
、
在
3D
点云导航地图
M2
中选定一个地图切换点
P
（
x
，
y
）用于机器人从卫星定位导航地图
M1
和
3D
点云导航地图
M2
或者从
3D
点云导航地图
M2
到卫星定位导航地图
M1
的切换；机器人在
P
点
、
朝向为
θ1时，面向的是
M1
地图；机器人在
P
点
、
朝向为
θ2时，面向的是
M2
地图；步骤三
、
机器人开始执行巡检任务，在
M2
地图上的充电房内
O
点开始导航至
P
点，期间，机器人采用以激光
、
视觉为主或者融合
IMU
方式进行位姿估计，实现从
O
到
P
的定位和路径跟踪，使得机器人自主导航到
P
点；步骤四
、
机器人在
P
点原地转弯至角度
θ1，将导航地图切换至
M1
，进行卫星定位信息判断；若卫星定位信息的置信度低于阈值
q
，则等待
t1
时间，如果置信度恢复则继续巡检，如果没有恢复则机器人返回充电房并在后台告警；若卫星定位信息的置信度高于阈值
q
，则机器人执行巡检任务；步骤五
、
机器人在
M1
地图开始巡检任务后，间隔时间
t
记录可靠的卫星定位信息
L
；步骤六
、
启动卫星定位异常返航机制后，提取异常之前的定位信息序列
L={p
n
（
x
n
，
y
n
）
| n=1,2,3...m}
；其中，
p
n
（
x
n
，
y
n
）为机器人在地图
M1
巡检过程中的卫星定位坐标；当
n=1
时，
p1（
x1，
y1）与
P
（
x
，
y
）相同；
m
为一次任务过程中定位坐标记录的最大值；采用拟合算法对离散的定位信息序列
L
进行拟合
、
平滑，得到连续的返航路径；步骤七
、
采用多传感器融合进行机器人位姿估计；步骤八
、
基于已经生成的连续返航路径和融合里程计位姿估计算法，进行路径跟踪；步骤九
、
通过步骤六至八，机器人返航至
K1（
x1，
y1）点，并从地图
M1
切换到地图
M2
，切换后在
M2
中的坐标为
K2（
x2，
y2）；步骤十
、
选取定位置信度高于阈值
f
的位姿作为机器人在
M2
中的位姿估计
Q
（
x
，
y
），根据
Q、P、O
三点，规划一条最优路径，机器采取步骤八中路径跟踪算法并利用激光或视觉为主的感知信息导航至
O
点，回到充电房进行自主充电，等待下一次任务
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种卫星定位异常情况下的机器人自主返航方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一
、
将整个环境进行地图规划，对环境经常发生变化但是没有卫星信号遮挡的巡检区域构建卫星定位导航地图
M1
，对环境不变但是存在卫星信号遮挡的充电房区域构建
3D
点云导航地图
M2
，两地图在实际环境中存在交叉区域
R
；步骤二
、
在
3D
点云导航地图
M2
中选定一个地图切换点
P
（
x
，
y
）用于机器人从卫星定位导航地图
M1
和
3D
点云导航地图
M2
或者从
3D
点云导航地图
M2
到卫星定位导航地图
M1
的切换；机器人在
P
点
、
朝向为
θ1时，面向的是
M1
地图；机器人在
P
点
、
朝向为
θ2时，面向的是
M2
地图；步骤三
、
机器人开始执行巡检任务，在
M2
地图上的充电房内
O
点开始导航至
P
点，期间，机器人采用以激光
、
视觉为主或者融合
IMU
方式进行位姿估计，实现从
O
到
P
的定位和路径跟踪，使得机器人自主导航到
P
点；步骤四
、
机器人在
P
点原地转弯至角度
θ1，将导航地图切换至
M1
，进行卫星定位信息判断；若卫星定位信息的置信度低于阈值
q
，则等待
t1
时间，如果置信度恢复则继续巡检，如果没有恢复则机器人返回充电房并在后台告警；若卫星定位信息的置信度高于阈值
q
，则机器人执行巡检任务；步骤五
、
机器人在
M1
地图开始巡检任务后，间隔时间
t
记录可靠的卫星定位信息
L
；步骤六
、
启动卫星定位异常返航机制后，提取异常之前的定位信息序列
L={p
n
（
x
n
，
y
n
）
| n=1,2,3...m}
；其中，
p
n
（
x
n
，
y
n
）为机器人在地图
M1
巡检过程中的卫星定位坐标；当
n=1
时，
p1（
x1，
y1）与
P
（
x
，
y
）相同；
m
为一次任务过程中定位坐标记录的最大值；采用拟合算法对离散的定位信息序列
L
进行拟合
、
平滑，得到连续的返航路径；步骤七
、
采用多传感器融合进行机器人位姿估计；步骤八
、
基于已经生成的连续返航路径和融合里程计位姿估计算法，进行路径跟踪；步骤九
、
通过步骤六至八，机器人返航至
K1（
x1，
y1）点，并从地图
M1
切换到地图
M2
，切换后在
M2
中的坐标为
K2（
x2，
y2）；步骤十...

【专利技术属性】
技术研发人员：章海兵，汪中原，李林，高剑锋，褚衍超，夏磊，刘闹，
申请(专利权)人：科大智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：