一種高精度移動機器人二維地圖數據融合方法

2023-04-27 03:42:46 1

專利名稱：一種高精度移動機器人二維地圖數據融合方法
技術領域：
本發明運用於機器人、自動化工業控制、汽車無人駕駛等相關領域。在移動機器人系統中，導航與定位技術是機器人自主行走的關鍵，必須通過機器人的各個傳感器，快速且精確的獲得周圍環境的障礙物信息，才能使機器人安全行走。
背景技術：
在移動機器人技術運用方面，需要通過傳感器精確地感知移動機器人周圍的環境，一方面可以有效地避開障礙物，另一方面為了得到更為精確的環境信息，構建出周圍環 境的平面電子地圖，並通過電子地圖確定移動機器人自身所處的位置。而在事先整個地圖並不是已知的，機器人移動的同時，通過自身系統上的傳感器信息構建的，這種方法叫做「同步定位與地圖構建」(SLAM)，是移動機器人定位與導航中一個非常重要的研究熱點。而SLAM技術的提前就是需要精確而快速地獲得移動機器人周圍的環境信息。對於這類技術，聲納傳感器和紅外測距傳感器都有自身的缺陷，難以單獨地作為獲取環境信息的主要模塊。一是對於障礙物的測量距離不夠，對於較大尺寸的環境無法探測；二是因為多次反射會帶來幹擾，測量的精度將大大下降。針對這種情況，擁有高精度、高解析度、寬視角、快速度的雷射傳感器，是移動機器人系統較為理想的測距傳感器。但是，雷射同樣有其自身的缺點，如遇到鏡子等反射物體時，則會產生較大的誤差。

發明內容
根據雷射測距傳感器的誤差情況，若障礙物表面不規則或者是障礙物之間有很小的縫隙，雷射測距傳感器不會受到返回的光波，而認為其到障礙物的距離是超過測量範圍的，所以先對得到的障礙物距離數據進行預處理，將其誤差部分進行線性插值補償。而針對多個聲納傳感器存在串擾的因素，採用聲納輪流收發技術，有效避免的傳感器的交叉幹擾情況。隨後，找出雷射和聲納傳感器在同一時間、同一角度下得到的障礙物數據信息。通過聲納傳感器的遠距離數據和近距離數據的權重值不同，來將雷射傳感器和聲納傳感器融合成一組數據。對時間和空間上相臨近的五組數據進行初步平滑濾波，消去擾動。最後通過運用數位訊號處理技術，將融合後每組距離數據進行IIR巴特沃斯低通濾波，使融合部分的數據平滑，進一步減小誤差。
具體實施例方式實例I :雷射距離數據的線性插值補償方法若得到距離數據分別為I. 10m, 0m, 0m, 0m, 0m, I. 30m。其中第一個和第六個距離數據I. IOm和1.30m是有效數據，而中間的四個Om數據是由於障礙物環境因素造成的誤差。則通過雷射數據的線性插值補償方法，可以得到補償後的距離數據為1. IOm,I.14m，I. 18m，I. 22m，I. 26m，I. 30m。實例2 :雷射和聲納距離數據的融合方法雷射和聲納距離數據的融合是對同一時刻、同一角度下得到的障礙物數據信息，通過聲納傳感器得到的遠近距離數據的不同值，得到所對應的權值不同。如聲納傳感器所得到的距離數據為I. 2m, 0. 4m, 0. 5m, I. 8m, 2. 5m, I. lm，則根據聲納傳感器的特性和實驗數據的經驗值，權值分別為15，30，30，7，5，15。通過不同的權值，在所有的雷射距離數據中，所替換數據的範圍不同。權值高的替代距離個數多，小的則替代距離個數少。實例3 :初歩融合後距離數據的鄰域平均方法若在下列時刻、角度得到的距離數據如下
權利要求
1.ー種高精度移動機器人ニ維地圖數據融合方法，通過得到的聲納距離數據遠近值不同，對應修正的雷射距離數據範圍不同，來實現多傳感器距離數據的融合。
2.對雷射距離數據誤差進行線性插值補償技術，消除周圍環境因素帶來的誤差，採用輪流收發的方式來避免聲納傳感器的交叉幹擾。
全文摘要
一種高精度移動機器人二維地圖數據融合方法，運用於機器人、自動化工業控制、汽車無人駕駛等相關領域。該技術主要解決了定位與導航技術中，快速且精確地獲取二維地圖中移動機器人周圍障礙距離信息的問題。通過對雷射數據進行線性差值補償處理，輪流收發來避免多聲納傳感器交叉幹擾。根據聲納距離數據的權值，修正雷射距離信息，將雷射和聲納數據融合成一組數據。該方法逐級降低了系統中各種因素產生的誤差，提高了二維地圖中障礙物距離的精度。可以有效地運用於移動機器人、汽車無人駕駛系統中。
文檔編號G01S7/48GK102654577SQ20111005111
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者張全彪, 黎亮 申請人:張全彪, 黎亮