[發(fā)明專利]一種融合里程計(jì)與UWB的多機(jī)器人協(xié)作定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011625879.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN112833876B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉冉;陳凱翔;肖宇峰;張華;曹志強(qiáng);張靜;劉滿祿;鄧忠元;霍建文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00;G01C22/00;H04W4/02;H04W64/00
• 代理公司: 北京正華智誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 代維凡

本發(fā)明公開了一種融合里程計(jì)與UWB的多機(jī)器人協(xié)作定位方法，包括以下步驟：S1：利用里程計(jì)和UWB數(shù)據(jù)采集模塊分別采集機(jī)器人的位姿信息和多組UWB節(jié)點(diǎn)之間的距離信息；S2：基于采集的多組UWB節(jié)點(diǎn)之間距離信息，通過(guò)非線性優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)作定位；S3：基于非線性優(yōu)化后的多機(jī)器人定位信息，融合機(jī)器人里程計(jì)提供的信息，構(gòu)建位姿圖，并進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)作的精確定位。UWB采集機(jī)器人之間的距離信息，通過(guò)非線性優(yōu)化實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人之間協(xié)作定位，里程計(jì)提供了機(jī)器人大致的位姿變化，通過(guò)圖優(yōu)化算法，融合非線性優(yōu)化后的位姿信息，可以使多機(jī)器人協(xié)作定位精度更高。解決了多機(jī)器人協(xié)作定位精度較差的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多移動(dòng)機(jī)器人協(xié)作定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種融合里程計(jì)與UWB的多機(jī)器人協(xié)作定位方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)療和服務(wù)等許多領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用，而且在國(guó)防和空間探測(cè)領(lǐng)域等有害與危險(xiǎn)場(chǎng)合也得到了很好的應(yīng)用。

在移動(dòng)機(jī)器人的研究領(lǐng)域中，定位一直是一個(gè)熱門的研究話題，它為機(jī)器人提供實(shí)時(shí)的精確位置，而這些都是機(jī)器人執(zhí)行路徑規(guī)劃和路徑跟蹤的前提，因此它在移動(dòng)機(jī)器人的研究中占有十分重要的位置。

超寬帶定位技術(shù)在實(shí)時(shí)性能和帶寬等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，并且抗干擾性能更強(qiáng)，低成本、低功耗，數(shù)據(jù)傳輸速度快。UWB可以在復(fù)雜多變環(huán)境下的進(jìn)行距離的測(cè)量，提高測(cè)距的精度與效率。但是UWB測(cè)量的距離也受環(huán)境因素和機(jī)器人角度等情況的影響，通過(guò)多個(gè)機(jī)器人之間的相互測(cè)距，平均正向和反向多次測(cè)量的平均值，可以減少對(duì)偏移量的影響，從而減少測(cè)距誤差，采集到較為精確的機(jī)器人之間的距離。由于UWB只能提供距離信息，不能完成對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的位姿估計(jì)，通過(guò)非線性優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人之間的協(xié)作定位。

里程計(jì)提供了機(jī)器人短時(shí)間內(nèi)精確的位姿變化，盡管里程計(jì)長(zhǎng)時(shí)間存在累計(jì)誤差，但是里程計(jì)在短時(shí)間內(nèi)可以給機(jī)器人提供精確定位，并且UWB提供的多個(gè)機(jī)器人之間的距離信息可以修正這些誤差，提高機(jī)器人的定位精度。通過(guò)多個(gè)機(jī)器人里程計(jì)提供的位姿信息，結(jié)合非線性優(yōu)化后的多個(gè)機(jī)器人之間的定位信息，通過(guò)圖優(yōu)化算法的進(jìn)一步優(yōu)化，可以得到更高精度的定位。所以本發(fā)明選擇融合里程計(jì)數(shù)據(jù)和UWB數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人之間的協(xié)作精確定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有多機(jī)器人在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中協(xié)作定位精度較差，精度不高的問(wèn)題，提出了一種融合里程計(jì)與UWB的多機(jī)器人協(xié)作定位方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種融合里程計(jì)與UWB的多機(jī)器人協(xié)作定位方法包括以下步驟：

S1：通過(guò)里程計(jì)和UWB數(shù)據(jù)采集模塊分別采集機(jī)器人的位姿信息和多組UWB節(jié)點(diǎn)之間的距離信息；

S2：基于采集的多組UWB節(jié)點(diǎn)之間的距離信息，通過(guò)非線性優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人協(xié)作定位；

S3：基于非線性優(yōu)化后的多機(jī)器人定位信息，融合機(jī)器人里程計(jì)提供的位姿信息，構(gòu)建位姿圖，并進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人協(xié)作的精確定位。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的多機(jī)器人協(xié)作定位方法利用里程計(jì)和UWB數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行采集，并基于非線性優(yōu)化的多機(jī)器人協(xié)作定位算法與融合里程計(jì)信息的位姿圖優(yōu)化算法。利用環(huán)境中的里程計(jì)和UWB設(shè)備作為感知單元，實(shí)現(xiàn)UWB數(shù)據(jù)和里程計(jì)數(shù)據(jù)的采集。UWB采集機(jī)器人之間的距離信息，通過(guò)非線性優(yōu)化實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人之間協(xié)作定位，里程計(jì)提供了機(jī)器人大致的位姿變化，通過(guò)圖優(yōu)化算法，融合非線性優(yōu)化后的位姿信息，可以使多機(jī)器人協(xié)作定位精度更高。解決了多機(jī)器人協(xié)作定位精度較差的問(wèn)題。

進(jìn)一步地，步驟S1中，通過(guò)里程計(jì)采集機(jī)器人的位姿信息的方法為：將編碼器搭建在機(jī)器人上進(jìn)行采集，得到里程計(jì)數(shù)據(jù)；

通過(guò)UWB數(shù)據(jù)采集模塊采集多組UWB節(jié)點(diǎn)之間的距離信息的方法為：在每個(gè)機(jī)器人不同的位置上搭載UWB標(biāo)簽，采集多組UWB節(jié)點(diǎn)之間的距離信息。