[發(fā)明專利]一種機器人慣性導航系統(tǒng)的漂移校準方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610079577.5
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105737853B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 曹天揚;蔡浩原;方東明;黃輝;劉昶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

本發(fā)明提供一種機器人慣性導航系統(tǒng)的漂移校準方法，用于對慣性導航系統(tǒng)測量的機器人速度進行校準，方法首先獲取機器人相鄰的兩個運動狀態(tài)變化時刻，然后獲取機器人在兩個狀態(tài)變化時刻的速度值，從而計算機器人速度漂移的變化斜率，最后，根據(jù)機器人速度漂移的變化斜率，對慣性導航系統(tǒng)測得的速度進行校正，得到校正后的速度。本方法無需頻繁地停機即可慣性導航系統(tǒng)測得的速度進行校正，并具有校正精度高的優(yōu)點。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于機器人領域，尤其涉及一種機器人慣性導航系統(tǒng)的漂移校準方法，用于對慣性導航系統(tǒng)測量的機器人速度進行校準。

背景技術(shù)

作為民用化最成功的機器人技術(shù)之一，掃地機器人正在走進越來越多的家庭，智能清掃正在讓人們的家居生活變得越來越溫馨。追求更高水平的智慧是機器人發(fā)展的一條主線。通過各種新功能的傳感器，防碰撞、防跌落等一些掃地機器人的常見使用問題已得到成功解決，同時應用加裝在充電樁上的信標實現(xiàn)了機器人低電量時的回充導航、極大地方便了人們的使用。

目前掃地機器人最新的發(fā)展趨勢是通過自動規(guī)劃清掃路線實現(xiàn)100％無死角的屋內(nèi)環(huán)境清潔，這將大大優(yōu)于目前常用的隨機碰撞式尋路模式。自動規(guī)劃清掃路線的技術(shù)核心是機器人要能夠自主導航，實時獲知自己在屋子中的位置和運動軌跡。

慣性導航技術(shù)(以下簡稱慣導，INS)是比較常用的機器人導航方式。它不依賴于外部信息，是一種不易受到干擾的自主式導航系統(tǒng)。慣導通過測量載體在慣性參考系(通常是以機器人本身為基準的參考系)的加速度，利用陀螺測量的角速度將其換算到導航坐標系(對于掃地機器人，一般都默認為屋內(nèi)地面)中，然后通過積分運算獲得載體的瞬時速度和瞬時位置、及偏航角等姿態(tài)信息。慣導的優(yōu)勢在于抗干擾，只需給定初始坐標(掃地機器人可以以充電樁作為每次運動的初始點)，運行過程中不需要外部參照就可確定任意時刻機器人的位置、方向及速度。這種方法適用于復雜地理環(huán)境和外界干擾嚴重場合的精確定位和定向。目前國內(nèi)的青島海通機器人、新松AGV機器人搬運系統(tǒng)都在進行機器人慣導技術(shù)的研發(fā)。慣導系統(tǒng)應用于機器人導航的關鍵是要解決慣導系統(tǒng)隨時間的漂移問題，尤其是常用的MEMS慣導系統(tǒng)，盡管MEMS陀螺儀和加速度計具有體積小易于安裝、耗電低等眾多優(yōu)勢，但陀螺和加速度計的漂移會讓慣導算法解算出來的機器人行走路徑嚴重偏離真實路線。

慣導的核心器件是陀螺儀和加速度計，利用它們的輸出進行坐標變換和積分可解算出機器人行走軌跡。這兩種器件的輸出都會漂移，而積分運算又會將漂移造成的干擾累積，使得干擾問題進一步嚴重。本發(fā)明所解決的就是發(fā)明了一種方法能夠抑制慣導系統(tǒng)的漂移。

目前比較常用的慣導系統(tǒng)漂移修正方法是零速校正，即尋找機器人兩次相鄰的停車時刻，停車時速度都為0，若測得停車時車速不為0，則是傳感器漂移造成的，通過兩次時間間隔和停車時車速的傳感器解算值(由于傳感器漂移導致不為0)可計算出傳感器隨時間的漂移量。但零速校正不適合掃地機器人，掃地機器人通常要長時間不停的工作，很難出現(xiàn)靜止不動的時刻。

盡管會出現(xiàn)撞墻折返、原地轉(zhuǎn)向等接近零速度的時刻，但此時由于機器人的電動機動力系統(tǒng)沒有停止工作，受電動機的振動影響，加速度計的輸出值在大幅振動，難以通過加速度判別零速時刻。

若需要依靠經(jīng)常性的停機進行零速校正，會極大延長機器人的掃地時間、降低效率，而且經(jīng)常停機零速校正會造成電機負載嚴重波動、有損壽命。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種機器人速度校正方法，無需頻繁地停機即可進行機器人速度校正，并具有校正精度高的優(yōu)點。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種機器人慣性導航系統(tǒng)的漂移校準方法，用于對慣性導航系統(tǒng)測量的機器人速度進行校準，方法包括：