CN106643720B - 一种基于uwb室内定位技术与激光雷达的地图构建方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于UWB室内定位技术与激光雷达的地图构建方法，采用UWB和激光雷达双传感器构建地图，可以保证，在室内受到金属遮挡，导致UWB定位不准时，激光雷达的数据能让误差减小。当激光雷达的数据由于运动物体的定位精度降低时，UWB定位又可以让此误差减小。该方法提升了地图构建的精度，降低了地图的扭曲感。

Description

一种基于UWB室内定位技术与激光雷达的地图构建方法

技术领域

在本发明涉及一种地图构建方法，具体涉及一种结合了UWB与激光雷达的室内平面地图构建方法。

背景技术

基于激光雷达的室内地图构建在机器人领域应用越来越广发。常见的有3d激光雷达和2d激光雷达。3d激光雷达扫描整个环境的3d模型，2d激光雷达至于机器人底部，扫面平面底图。上述两种方法都是依据关键帧拼接技术实现底图构建。这种底图构建方法由于对传感器的位置估计是通过相邻两针的拼接得到的位移变化，在室内大范围扫描时，两两相邻位移的积分会产生累积误差，使得最终的底图构建效果不佳。尤其是对于走廊情况，狭长的走廊随着扫描的推进和误差累积会会变弯，其他大面积情况会出现地图整体扭曲的情况。

发明内容

本发明将传统的基于2d激光雷达的室内地图构建方法与UWB室内定位基站相结合提升了地图构建的精度，降低了地图的扭曲感。具体内容如下：

一种基于UWB室内定位技术与激光雷达的地图构建方法，包括以下步骤：

1) 安装UWB基站

在室内环境安装基站，安装在天花板上以减小人体对其遮挡，对无遮挡的情况，安装至少三个基站即可，有遮挡的情况可增加基站数目，使得在任意位置都同时能直线与三个以上基站进行通信；

2)基站标定

对基站初始坐标进行标定；

3)扫描数据

使用麦克纳姆轮移动平台搭载激光雷达，遥控激光雷达进行扫描，得到扫描数据；同时平台搭载UWB定位标签，读取定位基站的距离信息；

4)帧间拼接

对于激光雷达扫描出的数据，将相邻的两帧采取ICP最近点迭代方法得到平台的位姿变化；

5)闭环检测

提取所有扫描帧特征点并将该特征点存入特征字典，对每个新的帧，在特征字典中查找匹配，若匹配成功则完成闭环检测；

6)图优化

对步骤4）得到的一系列帧间拼接的位姿进行图优化，其中以每一帧观测瞬间的位姿为节点，相邻两帧的位姿变化为边构建优化图，将优化图输入isam优化方法库计算，得到优化出的每一帧的中心点位姿，以及包含该中心点位姿的处理后的优化图；

7)加入定位锚点

在上述处理后的优化图中，结合每一帧激光雷达数据采集的瞬间，对于UWB基站的定位数据得到的坐标，将该坐标作为锚点，该锚点与该锚点对应的优化图上的节点之间连接一条边；

8)二次图优化

对所述处理后的优化图重新运行图优化方法得到优化出的每一帧的中心点位姿；

9)渲染

由步骤8）得到每一帧的中心点位姿后，使用opengl绘制出occupancy grid map，其中采样点标记为黑色，从采样点到上述中心点位置的连线绘制为白色。

此方法可以保证，在室内受到金属遮挡，导致UWB定位不准时，激光雷达的数据能让误差减小。当激光雷达的数据由于运动物体的定位精度降低时，UWB定位又可以让此误差减小。

具体实施方式

一种基于UWB室内定位技术与激光雷达的地图构建方法，包括以下步骤：

1) 安装UWB基站

在室内环境安装基站，安装在天花板上以减小人体对其遮挡，对无遮挡的情况，安装至少三个基站即可，有遮挡的情况可增加基站数目，使得在任意位置都同时能直线与三个以上基站进行通信；

2)基站标定

对基站初始坐标进行标定；

3)扫描数据

使用麦克纳姆轮移动平台搭载激光雷达，遥控激光雷达进行扫描，得到扫描数据；同时平台搭载UWB定位标签，读取定位基站的距离信息；

4)帧间拼接

对于激光雷达扫描出的数据，将相邻的两帧采取ICP最近点迭代方法得到平台的位姿变化；

5)闭环检测

提取所有扫描帧特征点并将该特征点存入特征字典，对每个新的帧，在特征字典中查找匹配，若匹配成功则完成闭环检测；

6) 图优化

对步骤4）得到的一系列帧间拼接的位姿进行图优化，其中以每一帧观测瞬间的位姿为节点，相邻两帧的位姿变化为边构建优化图，将优化图输入isam优化方法库计算，得到优化出的每一帧的中心点位姿，以及包含该中心点位姿的处理后的优化图；

7) 加入定位锚点

在上述处理后的优化图中，结合每一帧激光雷达数据采集的瞬间，对于UWB基站的定位数据得到的坐标，将该坐标作为锚点，该锚点与该锚点对应的优化图上的节点之间连接一条边；

8二次图优化

对所述处理后的优化图重新运行图优化方法得到优化出的每一帧的中心点位姿；

9) 渲染

由步骤8）得到每一帧的中心点位姿后，使用opengl绘制出occupancy grid map，其中采样点标记为黑色，从采样点到上述中心点位置的连线绘制为白色。

Claims (1)

1.一种基于UWB室内定位技术与激光雷达的地图构建方法，包括以下步骤：

1)安装UWB基站

在室内环境安装基站，安装在天花板上以减小人体对其遮挡，对无遮挡的情况，安装至少三个基站即可，有遮挡的情况可增加基站数目，使得在任意位置都同时能直线与三个以上基站进行通信；

2)基站标定

对基站初始坐标进行标定；

3)扫描数据

使用麦克纳姆轮移动平台搭载激光雷达，遥控激光雷达进行扫描，得到扫描数据；同时平台搭载UWB定位标签，读取定位基站的距离信息；

4)帧间拼接

对于激光雷达扫描出的数据，将相邻的两帧采取ICP最近点迭代方法得到平台的位姿变化；

5)闭环检测

提取所有扫描帧特征点并将该特征点存入特征字典，对每个新的帧，在特征字典中查找匹配，若匹配成功则完成闭环检测；

6)图优化

对步骤4）得到的一系列帧间拼接的位姿进行图优化，其中以每一帧观测瞬间的位姿为节点，相邻两帧的位姿变化为边构建优化图，将优化图输入isam优化方法库计算，得到优化出的每一帧的中心点位姿，以及包含该中心点位姿的处理后的优化图；

7)加入定位锚点

在上述处理后的优化图中，结合每一帧激光雷达数据采集的瞬间，对于UWB基站的定位数据得到的坐标，将该坐标作为锚点，该锚点与该锚点对应的优化图上的节点之间连接一条边；

8)二次图优化

对所述处理后的优化图重新运行图优化方法得到优化出的每一帧的中心点位姿；

9)渲染

由步骤8）得到每一帧的中心点位姿后，使用opengl绘制出occupancy grid map，其中采样点标记为黑色，从采样点到上述中心点位置的连线绘制为白色。