[發明專利]基于激光傳感器的多移動機器人位姿測定方法

無效

• 申請號: 201010583864.2
• 申請日: 2010-12-13
• 公開（公告）號: CN102062587A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 何永義;張軍高;何瓊;史照淵;吳斌
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

????本發明涉及一種基于激光傳感器的多移動機器人位姿測定方法。

背景技術

????導航是移動機器人所要求的最具有挑戰性的能力之一。導航的成功需要四個模塊：感知，定位，認知，運動控制。其中，定位是移動機器人導航最基本的環節，也是完成導航任務首先必須解決的問題。

????對多機器人系統來說，定位問題是核心問題也是必須首先解決的問題。實時、精確的定位是提高多機器人協調性、相互合作性能的關鍵。但是單獨依靠機器人自身的傳感器來推算機器人的位置是很難實現多機器人的高度協調性，必須依靠外部傳感器來進行精確定位。激光測距器由于在距離范圍和方向上具有較高的精確度，與其他距離傳感器相比，能夠同時考慮精度要求和速度要求，而且不受光照的影響，所以在移動機器人的導航定位中得到了廣泛的應用。

發明內容

????本發明的目的在于提供一種基于激光傳感器的多移動機器人位姿測定方法，能迅速、準確地識別確定多個機器人位置和姿態，分別給機器人或者上位控制系統提供位姿信息，實現多移動機器人軌跡跟蹤和精確定位。

????為達到上述目的，本發明的構思是：本發明利用激光傳感器掃描區域內的以一定形狀為標識的移動機器人，將測量數據通過接口傳輸到計算機上，通過數據處理算法進行數據處理，提取屬于機器人的形狀特征，同時結合機器人前一時刻的位姿，實時計算機器人當前位姿數據。可以根據實際應用需要設置和改變激光傳感器的屬性和算法的參數，便于實時觀察和將本發明應用于不同的需求環境。本發明可以滿足大部分移動機器人的測量及精度的需要，同時對環境要求比較低，標定簡單，?通過無線通訊網絡實時向機器人發送其位姿數據，可以實現多移動機器人的精確位姿測量。

????根據上述發明構思，本發明采用的技術方案如下：

????一種基于激光傳感器的多移動機器人位置測定方法，其特征在于操作步驟如下：

1）??使用激光傳感器進行區域掃描，得到N個離散的數據點????????????????????????????????????????????????，通過：

_?及計算得到機器人在全局坐標系下的參數。其中，是第個點在以激光傳感器為原點的極坐標系中的坐標；是第個點在以激光坐標系為原點的平面坐標系中的坐標；是第個點在全局坐標系中的坐標；是激光傳感器在全局坐標系中的坐標參數；

2）??根據步驟1)的處理數據，對移動機器人進行矩形特征識別，提取出機器人矩形特征的兩條邊；

3）??根據步驟2)提取的機器人特征，按照掃描到機器人矩形特征的一條邊還是兩條邊兩種情況來分別計算出機器人特征邊的中點，進而計算出機器人的中心位置坐標；

4）??對步驟2)的特征線段進行線性擬合后，得出傾斜角，通過實時跟蹤及比對記錄數據，計算出機器人的當前角度參數。

????所述步驟2)和3)的處理和計算，提取機器人矩形特征邊和計算機器人的中心位置的方法如下：

1)????????對離散的數據點進行聚類處理，計算第一個點和第二點的距離，如果小于預設的范圍內，就把第一點和第二點加入到暫存鏈表中，否則將第二點加入暫存鏈表中；從第二點開始計算與下一點的距離，只要滿足公式，就將下一點加入暫存鏈表中；如果不滿足，對暫存鏈表中數據點的個數進行判斷，如果大于就加入類鏈表中，否則，清空暫存鏈表，將下一點存入其中；直到所有的數據點檢驗完畢；通過選擇合適的和將數據點聚合為兩類；

?????其中：為預設的范圍判斷值，為閾值；

2)????????激光傳感器掃描矩形時，可能掃描到一條邊或兩條邊；對于掃描到一條邊的則直接提取線段特征點進行線性擬合，而對于掃描到兩條邊的首先用IEPF算法進行分割，然后進行擬合；

3)????????利用最小二乘法將數據點擬合成形式為的直線，其中：

通過求出數據點的平均中心；

通過求出首末兩點的中點；求出上述兩個中心的距離；求出投影到擬合線段上的近似值，為擬合直線和首尾兩點間所成直線的夾角；把平均中心沿擬合直線方向移動的距離，得到特征線段的幾何中心：

，其中：為擬合直線的傾斜角；