專利名稱：一種高精度移動機(jī)器人二維地圖數(shù)據(jù)融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明運(yùn)用于機(jī)器人、自動化工業(yè)控制、汽車無人駕駛等相關(guān)領(lǐng)域。在移動機(jī)器人系統(tǒng)中，導(dǎo)航與定位技術(shù)是機(jī)器人自主行走的關(guān)鍵，必須通過機(jī)器人的各個(gè)傳感器，快速且精確的獲得周圍環(huán)境的障礙物信息，才能使機(jī)器人安全行走。
背景技術(shù)：
在移動機(jī)器人技術(shù)運(yùn)用方面，需要通過傳感器精確地感知移動機(jī)器人周圍的環(huán)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(huán)境信息，構(gòu)建出周圍環(huán) 境的平面電子地圖，并通過電子地圖確定移動機(jī)器人自身所處的位置。而在事先整個(gè)地圖并不是已知的，機(jī)器人移動的同時(shí)，通過自身系統(tǒng)上的傳感器信息構(gòu)建的，這種方法叫做“同步定位與地圖構(gòu)建”(SLAM)，是移動機(jī)器人定位與導(dǎo)航中一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)。而SLAM技術(shù)的提前就是需要精確而快速地獲得移動機(jī)器人周圍的環(huán)境信息。對于這類技術(shù)，聲納傳感器和紅外測距傳感器都有自身的缺陷，難以單獨(dú)地作為獲取環(huán)境信息的主要模塊。一是對于障礙物的測量距離不夠，對于較大尺寸的環(huán)境無法探測；二是因?yàn)槎啻畏瓷鋾砀蓴_，測量的精度將大大下降。針對這種情況，擁有高精度、高分辨率、寬視角、快速度的激光傳感器，是移動機(jī)器人系統(tǒng)較為理想的測距傳感器。但是，激光同樣有其自身的缺點(diǎn)，如遇到鏡子等反射物體時(shí)，則會產(chǎn)生較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)激光測距傳感器的誤差情況，若障礙物表面不規(guī)則或者是障礙物之間有很小的縫隙，激光測距傳感器不會受到返回的光波，而認(rèn)為其到障礙物的距離是超過測量范圍的，所以先對得到的障礙物距離數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將其誤差部分進(jìn)行線性插值補(bǔ)償。而針對多個(gè)聲納傳感器存在串?dāng)_的因素，采用聲納輪流收發(fā)技術(shù)，有效避免的傳感器的交叉干擾情況。隨后，找出激光和聲納傳感器在同一時(shí)間、同一角度下得到的障礙物數(shù)據(jù)信息。通過聲納傳感器的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)和近距離數(shù)據(jù)的權(quán)重值不同，來將激光傳感器和聲納傳感器融合成一組數(shù)據(jù)。對時(shí)間和空間上相臨近的五組數(shù)據(jù)進(jìn)行初步平滑濾波，消去擾動。最后通過運(yùn)用數(shù)字信號處理技術(shù)，將融合后每組距離數(shù)據(jù)進(jìn)行IIR巴特沃斯低通濾波，使融合部分的數(shù)據(jù)平滑，進(jìn)一步減小誤差。
具體實(shí)施例方式實(shí)例I :激光距離數(shù)據(jù)的線性插值補(bǔ)償方法若得到距離數(shù)據(jù)分別為I. 10m, 0m, 0m, 0m, 0m, I. 30m。其中第一個(gè)和第六個(gè)距離數(shù)據(jù)I. IOm和1.30m是有效數(shù)據(jù)，而中間的四個(gè)Om數(shù)據(jù)是由于障礙物環(huán)境因素造成的誤差。則通過激光數(shù)據(jù)的線性插值補(bǔ)償方法，可以得到補(bǔ)償后的距離數(shù)據(jù)為1. IOm,I.14m，I. 18m，I. 22m，I. 26m，I. 30m。實(shí)例2 :激光和聲納距離數(shù)據(jù)的融合方法激光和聲納距離數(shù)據(jù)的融合是對同一時(shí)刻、同一角度下得到的障礙物數(shù)據(jù)信息，通過聲納傳感器得到的遠(yuǎn)近距離數(shù)據(jù)的不同值，得到所對應(yīng)的權(quán)值不同。如聲納傳感器所得到的距離數(shù)據(jù)為I. 2m, 0. 4m, 0. 5m, I. 8m, 2. 5m, I. lm，則根據(jù)聲納傳感器的特性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)值，權(quán)值分別為15，30，30，7，5，15。通過不同的權(quán)值，在所有的激光距離數(shù)據(jù)中，所替換數(shù)據(jù)的范圍不同。權(quán)值高的替代距離個(gè)數(shù)多，小的則替代距離個(gè)數(shù)少。實(shí)例3 :初歩融合后距離數(shù)據(jù)的鄰域平均方法若在下列時(shí)刻、角度得到的距離數(shù)據(jù)如下
權(quán)利要求
1.ー種高精度移動機(jī)器人ニ維地圖數(shù)據(jù)融合方法，通過得到的聲納距離數(shù)據(jù)遠(yuǎn)近值不同，對應(yīng)修正的激光距離數(shù)據(jù)范圍不同，來實(shí)現(xiàn)多傳感器距離數(shù)據(jù)的融合。
2.對激光距離數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行線性插值補(bǔ)償技術(shù)，消除周圍環(huán)境因素帶來的誤差，采用輪流收發(fā)的方式來避免聲納傳感器的交叉干擾。
全文摘要
一種高精度移動機(jī)器人二維地圖數(shù)據(jù)融合方法，運(yùn)用于機(jī)器人、自動化工業(yè)控制、汽車無人駕駛等相關(guān)領(lǐng)域。該技術(shù)主要解決了定位與導(dǎo)航技術(shù)中，快速且精確地獲取二維地圖中移動機(jī)器人周圍障礙距離信息的問題。通過對激光數(shù)據(jù)進(jìn)行線性差值補(bǔ)償處理，輪流收發(fā)來避免多聲納傳感器交叉干擾。根據(jù)聲納距離數(shù)據(jù)的權(quán)值，修正激光距離信息，將激光和聲納數(shù)據(jù)融合成一組數(shù)據(jù)。該方法逐級降低了系統(tǒng)中各種因素產(chǎn)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(yùn)用于移動機(jī)器人、汽車無人駕駛系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者張全彪, 黎亮 申請人:張全彪, 黎亮