[發(fā)明專利]一種智能輪式機(jī)器人行進(jìn)航向角融合方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610764170.6
• 申請(qǐng)日: 2016-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN107783163A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪燦雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 地殼（北京）機(jī)器人科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/48
• 分類號(hào): G01S19/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能輪式機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種智能輪式機(jī)器人行進(jìn)航向角融合方法。

背景技術(shù)

隨著智能輪式機(jī)器人(智能汽車)技術(shù)的逐步成熟，各種可自動(dòng)行駛的智能輪式機(jī)器人越來越多的出現(xiàn)在人的視野中。從正在測(cè)試的無人駕駛汽車，到已經(jīng)開始實(shí)用的專用智能輪式機(jī)器人(如自動(dòng)行駛農(nóng)業(yè)收割機(jī)/自動(dòng)巡邏車、自動(dòng)景區(qū)接駁車等)，自動(dòng)駕駛技術(shù)逐漸走向成熟。

智能輪式機(jī)器人是一個(gè)感知周圍環(huán)境、對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自主融合分析、自動(dòng)進(jìn)行路徑規(guī)劃并最終決策控制的自動(dòng)化綜合系統(tǒng)。該綜合系統(tǒng)的搭建就是在原有的普通汽車基礎(chǔ)上加裝多種先進(jìn)的傳感器、控制器和執(zhí)行器等裝置以及配套的專門開發(fā)的軟件。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)就是綜合利用各種不同的傳感器獲得的環(huán)境信息，進(jìn)行合理的分析、規(guī)劃、控制，從而實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的行駛。智能汽車的研發(fā)中包含許多技術(shù)，而路徑規(guī)劃技術(shù)又是智能汽車研究的關(guān)鍵技術(shù)。路徑規(guī)劃技術(shù)就是指尋找到一條從起始點(diǎn)出發(fā)到達(dá)目的地的安全無碰撞的路徑。路徑規(guī)劃從路徑規(guī)劃的目標(biāo)范圍劃分為：全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。局部路徑規(guī)劃就是在全局規(guī)劃的基礎(chǔ)上結(jié)合車輛所處位置的實(shí)際道路環(huán)境情況進(jìn)行的實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃。在局部路徑規(guī)劃技術(shù)中，首先要解決整個(gè)智能輪式機(jī)器人平臺(tái)的高精度定位和定向問題。

智能輪式機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用了RTK技術(shù)進(jìn)行定位定向，是一種差分GNSS(Differential GNSS)。差分GNSS利用已知精確位置的基準(zhǔn)站來求得一個(gè)修正值，然后將這個(gè)修正值通過無線電臺(tái)等方式實(shí)時(shí)地發(fā)送給移動(dòng)站，移動(dòng)站根據(jù)接收到的修正值對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而提高導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度。

智能輪式機(jī)器人在室外通常利用導(dǎo)航軌跡的方式進(jìn)行巡線自主行駛，在導(dǎo)航要素中，除了精確的定位信息外(精確到厘米級(jí))，還必須對(duì)行駛的航向角進(jìn)行精確的解算，從而控制智能輪式機(jī)器人按正確的軌跡和角度進(jìn)行行駛。航向角的獲取方式有多種，比如利用安裝雙天線的差分GNSS可在室外開闊條件下獲取準(zhǔn)確的航向角，但這種方式在天空遮擋嚴(yán)重的情況下會(huì)失效或誤差增大。另外還可以使用慣性導(dǎo)航解算航向角，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種通過高精度的陀螺和加速度計(jì)，測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體的叫速率和加速度信息，經(jīng)積分運(yùn)算得到運(yùn)動(dòng)載體的加速度、位置、姿態(tài)和航向等導(dǎo)航參數(shù)的自主導(dǎo)航系統(tǒng)。這種方法不受天空遮擋情況限制，可以在隧道，橋梁內(nèi)情況下使用，當(dāng)其缺點(diǎn)在于一般的慣性導(dǎo)航精度比較差，而高精度的慣性導(dǎo)航價(jià)格非常昂貴，并且所有的慣性導(dǎo)航都會(huì)有誤差積累的問題，隨著使用時(shí)間增大，誤差會(huì)不斷增大，且每次使用之前需要較長(zhǎng)的初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間。其它的航向角獲取方法還包括電子羅盤(電子指南針)，它利用磁場(chǎng)傳感器來指示前進(jìn)方向和磁場(chǎng)北極的夾角，該方式簡(jiǎn)單可行，但易受外磁場(chǎng)的干擾。鑒于以上航向角獲取方法的利弊，通常采用2種以上融合的方式獲得航向角。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問題，本發(fā)明提供了一種智能輪式機(jī)器人行進(jìn)航向角融合方法，利用差分GNSS和比較廉價(jià)的電子羅盤(電子指南針)進(jìn)行方向角的數(shù)據(jù)融合，從而得到在室外良好環(huán)境利用差分GNSS為主解算航向角，在遮擋環(huán)境利用電子羅盤為主解算航向角的融合方法。另外該方法也特別適用于兩層結(jié)構(gòu)的智能輪式機(jī)器人(智能坦克和智能挖掘機(jī)等設(shè)備)，該種兩層結(jié)構(gòu)的智能輪式機(jī)器人包括車體底盤和可旋轉(zhuǎn)上層，在工作中可能會(huì)出現(xiàn)車體底盤和可旋轉(zhuǎn)上層在不同航向的狀態(tài)，該方法可以實(shí)時(shí)解算車體底盤和可旋轉(zhuǎn)上層的不同的航向角，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種智能輪式機(jī)器人行進(jìn)航向角融合方法，包括如下步驟：

步驟S1、系統(tǒng)開始后，首先讀取智能輪式機(jī)器人上的差分GNSS設(shè)備上的數(shù)據(jù)信息，從中提取和航向角相關(guān)的定向信息A和RTK狀態(tài)信息；并讀取電子羅盤輸出的定向信息B；

步驟S2、以定向信息A作為歸一化標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出定向信息B與定向信息A的初始校準(zhǔn)角α，從而完成初始校正過程；

步驟S3、在完成校正后，開始正常測(cè)量和融合過程，首先讀取差分GNSS輸出RTK狀態(tài)信息位，通過讀取該信息位來判斷差分GNSS是否處于良好視野，定向信息A是否可信；

步驟S4、當(dāng)RTK狀態(tài)信息位為“是”時(shí)，系統(tǒng)判斷差分GNSS處于良好視野，定向信息A可信，實(shí)時(shí)讀取定向信息A作為當(dāng)前的確定 航向角；當(dāng)RTK狀態(tài)信息位為“否”時(shí)，系統(tǒng)差分GNSS處于遮擋狀態(tài)，定向信息A不可信，實(shí)時(shí)讀取電子羅盤輸出的定向信息B，并將初始校準(zhǔn)角α與其融合后得到當(dāng)前的確定航向角。

優(yōu)選的，所述智能輪式機(jī)器人具有2層車體結(jié)構(gòu)，包括作為行駛部分的智能輪式機(jī)器人底盤和上層可旋轉(zhuǎn)部分。