[發明專利]基于直行路口檢測的移動機器人航跡推算修正系統及方法

有效

• 申請號: 201510590960.2
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105180933B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 祝輝;董林;余彪;梁華為;李碧春;樊俊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙)34115
• 代理人: 婁岳,奚華保

技術領域

本發明涉及移動機器人的定位技術領域，尤其涉及一種基于直行道路路口檢測的移動機器人航跡推算修正系統及方法。

背景技術

隨著信息技術的不斷發展，機器人的應用越來越廣泛,幾乎滲透到所有領域，其中移動機器人是機器人學中的一個重要分支。早在60年代,就已經開始了關于移動機器人的研究。移動機器人從工作環境上來說包括室內移動機器人和室外移動機器人，基于室外環境下移動行駛的機器人已經應用到智能交通系統和軍隊作戰系統中，在智能交通系統中，移動機器人可以顯著提高汽車行駛的安全性，在軍隊作戰系統中，移動機器人在偵查監視、警戒巡邏、定位引導、特種作戰、物資運輸等方向上發揮著越來越重要的作用。移動機器人的研究中涉及許多方面，其中一種準確可靠的定位導航技術對其發展至關重要。

移動機器人研究中非常關鍵的一項是如何定位自身的位置。目前大部分機器人使用的是基于衛星的導航定位技術進行定位，它是一種以空間衛星為基礎的高精度導航與定位系統，能夠實施全球性、全天候、實時提供高精度的三維位置、速度、時間信息，但當機器人在城市高樓區、林蔭道、立交橋或者峽谷隧道中移動時，由于衛星信號受到遮擋，衛星導航系統的接收機無法給出定位解或者定位精度很差。要得到連續可靠的定位信息就需要其他輔助手段。目前普遍采用的補償手段是采用航跡推算，但容易受到標定誤差、車輪和地面接觸不良、漂移等因素的影響，誤差會隨著時間的累積不斷增大，因此需要一種新型、可靠、準確度高的導航定位技術。

發明內容

本發明的目的是為了提高移動機器人的航跡推算位置的準確度，提供一種基于直行道路路口檢測的移動機器人航跡推算修正系統，通過對道路路口斑馬線的檢測、分析、處理，結合電子地圖數據對移動機器人航跡推算進行修正，方法簡單，準確率高。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于直行路口檢測的移動機器人航跡推算修正系統，包括移動機器人航跡推算單元和航跡推算修正單元；

所述移動機器人航跡推算單元包括安裝于機器人上的里程計、慣性導航傳感器和航跡推算模塊；所述里程計用于采集移動機器人的行駛距離，所述慣性導航傳感器實時輸出機器人的慣導航向，所述航跡推算模塊用于推算移動機器人的行駛軌跡和定位點；

所述航跡推算修正單元包括安裝于機器人上的相機、路口檢測模塊和修正模塊；所述相機用于對移動機器人前方道路環境進行采集；所述路口檢測模塊用于對路口檢測到的數據進行分析、處理，判斷是否為斑馬線，并向把信息傳送到修正模塊；所述修正模塊用于對路口檢測模塊傳遞的數據和電子地圖數據進行處理，對航跡推算得到數據進行修正，計算出移動機器人的航跡推算修正位置。

優選地，所述里程計由左、右兩個輪速傳感器組成，分別安裝在機器人后輪的左右輪轂上，并通過車輪轉動帶動輪速計編碼器進行計算得到距離數據。

本發明還提供一種采用上述權利要求所述系統的移動機器人航跡推算修正方法，包括如下步驟：

1)啟動移動機器人，獲取里程計和慣導傳感器的數據；

2)通過獲取里程計和慣導傳感器的數據，對移動機器人的行駛軌跡進行航跡推算；

3)通過相機對移動機器人前方環境進行數據采集，通過路口檢測模塊判斷是否為斑馬線，并把數據傳送到修正模塊，結合電子地圖數據對移動機器人航跡推算獲取的位置進行修正。

進一步地，步驟2)中，所述航跡推算的具體步驟為：

21)以移動機器人的起點(x₀,y₀)為原點，設置局部坐標系，將GPS經緯度坐標和航跡推算坐標轉換為局部坐標系坐標，并以正北方向作為Y軸正方向，正東方向作為X軸正方向；

22)通過里程計獲取行駛距離，通過慣導傳感器獲取機器人的實時航向，采用通過三角函數法計算得到移動機器人的初始坐標(x_dr,y_dr)，具體公式如下：

其中：

θ_k-1為慣導在k-1時刻輸出的航向信息，△d_r、△d_l分別為里程計中左輪和右輪在采樣時間內獲得的里程偏差，d_width為機器人的輪距，θ_s、θ₀分別為慣導的安裝偏差和零點輸出偏差。

優選地，步驟21)中，所述坐標系轉換的具體方法為：