[發明專利]一種阿克曼模型移動機器人里程計標定方法

有效

• 申請號: 202010888953.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112097792B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 范文強;徐嘉駿;辛紹杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種阿克曼模型移動機器人里程計標定方法，包括在移動機器人上分別安裝輪式編碼器、激光雷達、IMU，通過安裝在電機上的輪式編碼器獲取移動機器人速度，通過對速度進行積分獲取機器人運動距離；通過IMU獲取移動機器人在一定時間內的轉角；通過激光雷達跟蹤環境中的單一角點獲取不同采樣時刻下角點相對于移動機器人的距離與角度。根據獲取到的相關數據計算移動機器人估計位移與真實位移，得到誤差系數，完成移動機器人里程計標定。本發明利用IMU與激光雷達的高精度特征，完成機器人里程計標定，提高機器人在移動過程中進行位姿估計精度，進而提高移動機器人在進行建圖，定位，導航時的精度，應用于移動機器人同時定位與地圖構建技術領域。

技術領域

本發明涉及移動機器人里程計標定領域技術，特別是一種阿克曼模型移動機器人里程計標定方法。

背景技術

隨著計算機技術、機器視覺、人工智能等技術的高速發展，移動機器人也得到了更深入的研究與日益廣泛的應用。在國防領域，無人機、無人車被用來進行偵察、收集情報和跟蹤；在物流領域，AGV小車成為了智能物流系統的重要組成部分。在服務領域，各類清潔機器人、迎賓機器人、餐飲機器人、導購機器人和醫療機器人等也相繼面世，而作為支撐技術之一的SLAM技術也在不斷發展。在SLAM技術中，移動機器人的位姿估計尤為重要，但是由于移動機器人的裝配誤差，齒間間隙，運動過程中的車輪打滑等原因，移動機器人在利用里程計信息進行位姿估計時，往往會有比較大的誤差，因此，進行里程計的標定顯得尤為重要。

現有里程計標定方法大多針對于兩個電機驅動的兩輪差分移動機器人，機器人結構較為簡單，且在測定相關距離時多使用人工測距，精度較低，在標定時往往還會預定機器人運行軌跡，降低了機器人運動形式的多樣性，與實際運動情況往往有較大的區別，而不同的運動型式往往會產生不同的誤差，這使得標定結果不具有很好的普遍性，效率也比較低。同時，阿克曼模型結構較為復雜，與兩輪差分移動機器人有著明顯的區別，因此，針對其他模型移動機器人的標定方法可能并不適用于該模型的機器人。

針對現有技術缺陷，本發明提出了一種阿克曼模型機器人里程計標定方法，本發明主要通過利用在測距方面精度較高的激光雷達與測量角度方面較為精確的IMU慣性測量單元來進行里程計的標定。本發明以激光雷達與IMU為基準，計算出某個時間間隔內小車位移，再利用里程計信息估計出小車位移，兩者進行比較，得出誤差系數，進而對由里程計信息推測出的位移進行調整，從而達到正確估計小車位姿的目的。

發明內容

鑒于以上問題，本發明的目的在于提供一種阿克曼模型移動機器人里程計標定方法，通過利用在測距方面精度較高的激光雷達與測量角度方面較為精確的LMU來進行里程計的標定，提高阿克曼模型移動機器人里程計標定的標定精度和標定效率。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

(1)通過安裝在移動機器人上的IMU獲取移動機器人在運動過程中的真實轉角；

(2)通過對輪式編碼器單位時間內的脈沖數計算移動機器人的運動速度，對速度進行積分得到移動機器人在一定時間間隔內的運動距離；

(3)根據移動機器人的運動距離與IMU獲取到的移動機器人轉角，利用航跡推測算法，得到移動機器人的估計位移；

(4)通過激光雷達跟蹤環境中單一特征角點，獲取其在兩次采樣時刻相對于移動機器人的距離與角度，結合IMU轉角，利用幾何推導，計算出移動機器人的真實位移；

(5)通過比較移動機器人估計位移與移動機器人真實位移得到誤差系數，對移動機器人估計位移進行調整，實現里程計標定。

優選地，在所述步驟(3)中，獲取移動機器人的估計位移的步驟如下：

(3-1)獲取電機轉速ω_m，則移動機器人本體的移動線速度為v_c＝r·ω_m；其中r為移動機器人車輪半徑；