[發(fā)明專利]用慣導(dǎo)、壓力傳感器修正下坡懸空后輪里程計(jì)誤差的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710229436.1
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107063305B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王景川;曹金龍;馬葉;柳澤宇
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇東方金鈺智能機(jī)器人有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 錢麗

本發(fā)明屬于機(jī)器人自定位技術(shù)領(lǐng)域，具體是用慣導(dǎo)、壓力傳感器修正下坡懸空后輪里程計(jì)誤差的方法來測量機(jī)器人當(dāng)前姿態(tài)，當(dāng)判斷為機(jī)器人正在下坡時讀取壓力傳感器的數(shù)據(jù)，判斷左右輪是否出現(xiàn)懸空的狀況，當(dāng)懸空時采用修正后的算法公式對里程計(jì)產(chǎn)生的空轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行修正的方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：可以實(shí)時監(jiān)測機(jī)器人是否處于下坡的狀態(tài)中，當(dāng)機(jī)器人在下坡時通過壓力傳感器監(jiān)測后輪是否在懸空，當(dāng)監(jiān)測出有后輪已懸空時改變對機(jī)器人行走距離增量(Δx,Δy,Δθ)的計(jì)算方法，從而減少因一個輪懸空造成的里程計(jì)誤差對機(jī)器人位姿增量的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人自定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用慣導(dǎo)、壓力傳感器修正下坡懸空后輪里程計(jì)誤差的方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人定位，是根據(jù)先驗(yàn)環(huán)境地圖信息、物體位姿的當(dāng)前估計(jì)以及傳感器的觀測數(shù)據(jù)等輸入信息，經(jīng)過一定的分析和計(jì)算，得到更為準(zhǔn)確的物體位姿的估計(jì)。測量機(jī)器人行駛距離的傳感器主要有里程計(jì)、陀螺儀、加速度傳感器等。雖然每一個傳感器都具有測量行駛距離的功能，但是單一傳感器的測量總會存在一些不足，如里程計(jì)存在累計(jì)誤差和后輪懸空空轉(zhuǎn)造成的誤差，而陀螺儀和加速度傳感器隨時間有漂移，積分之后任何小的常數(shù)誤差都會無限增長，不適合長時間的精確定位。

在實(shí)際的機(jī)器人定位導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)機(jī)器人下坡時重心前移，可能只存在有三個輪子即兩個前輪和一個后輪同時著地的情形，三個輪和地面的接觸點(diǎn)組成一個平面，第四個輪處在斜坡上必然會懸空，如圖1所示。在后輪懸空空轉(zhuǎn)狀態(tài)下，里程計(jì)的測量與實(shí)際機(jī)器人位置的偏移量會有較大的偏差，有可能直接導(dǎo)致機(jī)器人位置丟失，定位失敗。

利用陀螺儀和加速度傳感器可以實(shí)時檢測出機(jī)器人的姿態(tài)，通過姿態(tài)角可以判斷出機(jī)器人是否處于下坡的過程中，但是機(jī)器人在下坡的過程中，不一定都是后輪出現(xiàn)懸空的狀況，有可能是前輪出現(xiàn)懸空，這取決于輪椅的重心位置，所以僅僅檢測出機(jī)器人的姿態(tài)還不足以判斷后輪是否處于懸空的狀態(tài)中。利用壓力傳感器可以實(shí)時檢測出后輪對于機(jī)器人支架壓力的變化，但是僅僅利用壓力傳感器信號的變化不足以判斷機(jī)器人的后輪出現(xiàn)懸空，因?yàn)闄C(jī)器人負(fù)載的變化也會導(dǎo)致壓力的變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用慣導(dǎo)器件來測量機(jī)器人當(dāng)前姿態(tài)，當(dāng)判斷為機(jī)器人正在下坡時讀取壓力傳感器的數(shù)據(jù)，判斷左右輪是否出現(xiàn)懸空的狀況，當(dāng)懸空時采用修正后的算法公式對里程計(jì)產(chǎn)生的空轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行修正的方法。

用慣導(dǎo)、壓力傳感器修正下坡懸空后輪里程計(jì)誤差的方法，采用陀螺儀和加速度傳感器實(shí)時檢測機(jī)器人的姿態(tài)，以判斷機(jī)器人是否正在下坡，當(dāng)由機(jī)器人的姿態(tài)判斷出機(jī)器人處于下坡的過程中時，再利用壓力傳感器檢測機(jī)器人的后輪是否懸空，

當(dāng)由姿態(tài)判斷出機(jī)器人處于平面行駛時，或者雖然處于下坡狀態(tài)，但后輪均未懸空時，采用下式進(jìn)行行走距離增量(△x,△y,△θ)的計(jì)算：

式中：(△x,△y,△θ)＝前一次采樣間隔走過的路徑；△x機(jī)器人x方向位置增量，△y為機(jī)器人y方向位置增量，△s為機(jī)器人的位置增量，△s_r,△s_l分別為右輪、左輪行走的距離；b為差動驅(qū)動機(jī)器人兩個輪子之間的距離；θ為機(jī)器人的朝向；

當(dāng)檢測出一個后輪已懸空時，忽略兩個影響：

(1)后輪轉(zhuǎn)速的強(qiáng)閉環(huán)控制使速度不受重力加速度的影響；

(2)忽略前輪的方向?qū)τ趩魏筝嗱?qū)動直線行駛的影響；這樣機(jī)器人只受一個后輪的驅(qū)動按直線行駛；

左輪懸空時，機(jī)器人行走距離增量(△x,△y,△θ)按照下面的修正公式進(jìn)行計(jì)算：

右輪同理。