[發明專利]一種自行走設備的初始粗對準方法和自行走設備

在審

• 申請號: 202011152544.1
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112504296A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 梁鳳濤;周國揚;劉楷;汪洋
• 申請（專利權）人: 南京蘇美達智能技術有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本發明公開了一種自行走設備的初始粗對準方法和自行走設備，主控模塊根據導航模塊的信息，通過行走模塊控制機器人進行直線行走。在直線行走過程中，不停獲取IMU模塊輸出的航向角和GPS模塊輸出的航向角。將IMU模塊輸出的航向角和GPS模塊輸出的航向角分別計算均值，并判斷數據穩定性。當根據IMU模塊數據判定機器人處于直線行走狀態，且GPS模塊的數據量達到設定要求時，進行偏差角度的計算。若中間出現數據不穩定的情況，則重新開始判定過程。本發明對準方法避免了復雜的矩陣運算，且對外部基準源(GPS)測量精度沒有太高要求。

技術領域

本發明屬于設備控制技術領域，具體涉及一種自行走設備的初始粗對準方法和自行走設備。

背景技術

不論是在割草機器人中，還是在其他的導航應用中，獲取慣性器件(IMU)輸出的航向角度與正北的夾角，都是實現精確定位的前提條件之一。常用的方法有：1.使用磁力計測量輸出；2.使用IMU輸出的原始信息計算姿態矩陣，進而解算角度；3.采用精確的外部基準源，將基準源和IMU輸出做差得到偏差角。第1種方法，磁力計易受周圍環境和磁場變化的影響，第2種方法要求IMU必須輸出原始信息，且涉及到矩陣運算導致運算量大，并且對IMU的測量精度也有要求，第3種方法比如使用GPS差分技術獲取準確的基準，缺點就是硬件成本高。

發明內容

針對初始粗對準中獲取IMU航向角與正北夾角的不足，本發明提出了一種簡單、實用的自行走設備的初始粗對準方法和自行走設備。

為實現以上目的的技術解決方案如下：

一種自行走設備的初始粗對準方法，所述自行走設備包括主控模塊、行走模塊和導航模塊，所述導航模塊包括IMU模塊和GPS模塊，所述方法包括以下步驟：

步驟一：IMU模塊將航向角信息發送給主控模塊，主控模塊將保存為初始方向并初始化設備進行距離s＝0、IMU信息輸出數量k_I＝0、GPS信息輸出數量k_G＝0；

步驟二：主控模塊通過行走模塊控制自行走設備行走，IMU模塊將最新航向角信息發送給主控模塊并保存上一次的航向角信息GPS模塊獲取航向角信息并保存上一時刻輸出的航向角信息

步驟三：導航模塊根據及k_I計算和更新IMU模塊輸出的第一航向角均值導航模塊根據及k_G更新GPS模塊輸出的第二航向角均值

步驟四：判斷IMU模塊的數據是否穩定，若不穩定則從第步驟一重新開始,若穩定則累加并存儲IMU模塊信息輸出數量k_I，判斷GPS模塊的數據是否穩定，若不穩定則從第步驟一重新開始,若穩定則累加并存儲GPS模塊信息輸出數量k_G；

步驟五：當設備進行距離s大于預設值s_min且k_G大于預設值則認為滿足粗對準條件，計算IMU航向角與正北的夾角

進一步地，所述步驟二中自行走設備行走過程中行走模塊(2)調整設備前進方向，使保持在范圍內,并累計設備前進距離s。

進一步地，所述行走模塊(2)包括行走電機。

進一步地，所述步驟二中自行走設備行走過程中保持直線行走。

進一步地，步驟三中的第一航向角均值和第二航向角均值的計算方法為：輸入當前數據，判斷當前輸入的數據量是否大于1，若不大于1則將均值設為當前數據，若大于1則計算當前數據與當前均值的差值，用所述差值除以數據數量后加上當前均值得到最新均值。

進一步地，所述步驟四中判斷IMU模塊(4)和GPS模塊(5)的數據是否穩定的方法為：計算當前數據與當前均值的差值以及當前數據與上一次數據的差值，判斷當前數據與當前均值的差值以及當前數據與上一次數據的差值是否均小于預設值，若否則認為數據不穩定，若是則認為數據穩定。