隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,，機(jī)器人技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。各類(lèi)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、救援搜救以及家政服務(wù)等方面,。對(duì)于任何一個(gè)機(jī)器人而言,，擁有精確的導(dǎo)航定位系統(tǒng)是重中之重,。精確感知自身位置的能力有助于機(jī)器人的路徑規(guī)劃以及避障等功能,。

　　全球定位系統(tǒng)（GPS）作為一種機(jī)器人常用定位方式，受制于天氣,、無(wú)線電,、遮擋等環(huán)境因素，導(dǎo)致導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與可靠性難以保證,，環(huán)境的未知以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的不確定性會(huì)對(duì)SLAM系統(tǒng)的魯棒性與穩(wěn)定性提出更高要求,，為了解決這一問(wèn)題，有必要進(jìn)一步研究SLAM以及慣性導(dǎo)航技術(shù),。由于激光SLAM,、IMU以及輪式里程計(jì)在導(dǎo)航應(yīng)用方面各有優(yōu)勢(shì)，有著較為良好的互補(bǔ)性,，研究基于激光雷達(dá)的多傳感器融合SLAM技術(shù)有望提高導(dǎo)航系統(tǒng)魯棒性與韌性,。

　　據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，為提高機(jī)器人在未知復(fù)雜環(huán)境中導(dǎo)航系統(tǒng)的魯棒性與穩(wěn)定性,，西北工業(yè)大學(xué)張福斌教授團(tuán)隊(duì)以及中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院的研究人員共同提出一種激光雷達(dá)/MEMS IMU/里程計(jì)緊組合導(dǎo)航算法,，利用多傳感器聯(lián)合優(yōu)化提高了機(jī)器人的定位精度。無(wú)論在室內(nèi)還是室外,、開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)場(chǎng)景,，該算法都可以提高導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)GPS信號(hào)時(shí)的導(dǎo)航定位精度，具有很好的應(yīng)用價(jià)值與使用前景,。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《儀器儀表學(xué)報(bào)》期刊,。

　　在該項(xiàng)工作中，研究人員將激光導(dǎo)航算法與慣性導(dǎo)航算法相結(jié)合,，針對(duì)輪式機(jī)器人在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)不可用環(huán)境中的應(yīng)用,，設(shè)計(jì)提出一種非線性優(yōu)化的激光雷達(dá)/MEMS IMU/里程計(jì)緊組合導(dǎo)航算法，通過(guò)MEMS IMU/里程計(jì)數(shù)據(jù)的預(yù)積分,，對(duì)激光雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的畸變點(diǎn)云進(jìn)行矯正,，以提高兩幀點(diǎn)云之間的特征匹配效率。進(jìn)而,，通過(guò)多傳感器之間耦合來(lái)提高系統(tǒng)整體的導(dǎo)航定位水平,。

　　激光雷達(dá)/MEMS IMU/里程計(jì)緊組合導(dǎo)航算法的基本框架

　　針對(duì)GPS信號(hào)不足的一些應(yīng)用場(chǎng)景，研究人員基于ROS的輪式機(jī)器人,，設(shè)計(jì)了室內(nèi)實(shí)驗(yàn),、室外開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)以及室外閉環(huán)實(shí)驗(yàn)。在不同場(chǎng)景下運(yùn)行ALOAM算法,、LEGO-LOAM框架算法以及該研究提出的激光雷達(dá)/MEMS IMU/里程計(jì)緊組合算法,，運(yùn)行期間記錄激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù),、里程計(jì)數(shù)據(jù)、MEMS IMU數(shù)據(jù)以及差分GPS數(shù)據(jù),。并將上述數(shù)據(jù)分別用于各種SLAM算法，驗(yàn)證各自定位精度,，在室內(nèi)場(chǎng)景使用手動(dòng)實(shí)驗(yàn)軌跡作為真實(shí)軌跡,；在室外場(chǎng)景使用差分GPS作為真值輸出小車(chē)行駛的標(biāo)準(zhǔn)軌跡來(lái)驗(yàn)證激光雷達(dá)/MEMS IMU/里程計(jì)緊組合算法的有效性。

　　小車(chē)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)軌跡示意圖

　　左：室外開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)軌跡示意圖,；右：室外開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)激光三維點(diǎn)云地圖

　　左：室外閉環(huán)實(shí)驗(yàn)軌跡示意圖,；右：室外閉環(huán)實(shí)驗(yàn)激光三維點(diǎn)云地圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論是室內(nèi)還是室外,、開(kāi)環(huán)還是閉環(huán),，該算法都可以提高導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)GPS信號(hào)時(shí)的導(dǎo)航定位精度。該算法室外開(kāi)環(huán)定位誤差均值比傳統(tǒng)算法ALOAM,、LEGO-LOAM分別減小51.01%和24.75%,，并且其在拐彎等運(yùn)動(dòng)劇烈時(shí)也能夠保持較高精度，具有很好的應(yīng)用價(jià)值與使用前景,。

　　室內(nèi)閉環(huán)軌跡對(duì)比

　　左：室外開(kāi)環(huán)軌跡對(duì)比,；右：室外開(kāi)環(huán)誤差對(duì)比

　　左：室外閉環(huán)軌跡對(duì)比；右：室外閉環(huán)誤差對(duì)比

　　研究人員稱,，由于實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間限制,，該項(xiàng)研究后續(xù)有待進(jìn)一步改進(jìn)與完善?？梢栽谝恍缀翁卣飨∈鑸?chǎng)景,，如荒野、大型廣場(chǎng)等進(jìn)一步驗(yàn)證,。此外,，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)航過(guò)程中，該緊組合算法在垂直方向上仍然存在定位漂移,，可以考慮在非線性優(yōu)化時(shí)加入高度計(jì)測(cè)量真值,，減小算法在垂直方向上的累積誤差。

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