[發(fā)明專利]一種月面機(jī)器人定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211365473.2
• 申請(qǐng)日: 2022-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN115592643A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭子軒;陳升澤;袁建平;梁?jiǎn)⒚?/a>;郭宇飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J5/00
• 分類號(hào): B25J5/00;B25J9/16;B25J11/00;G01S5/16;G01C21/20;B64G1/16
• 代理公司: 深圳市聯(lián)鼎知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美

本公開是關(guān)于一種月面機(jī)器人定位方法、裝置及系統(tǒng)，涉及月面機(jī)器人導(dǎo)航控制技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：在月面機(jī)器人位于目標(biāo)可行區(qū)域的情況下，采集基座在激光定位坐標(biāo)系中的目標(biāo)定位信息，激光定位坐標(biāo)系是利用N個(gè)激光定位基站在目標(biāo)可行區(qū)域中建立的，根據(jù)機(jī)械臂連接機(jī)構(gòu)中各個(gè)鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及標(biāo)定位姿轉(zhuǎn)換矩陣，確定基座到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換矩陣，利用目標(biāo)位姿轉(zhuǎn)換矩陣對(duì)目標(biāo)定位信息進(jìn)行位姿解算，獲得執(zhí)行機(jī)構(gòu)在激光定位坐標(biāo)系中的輸出定位信息。這樣，通過確定位姿轉(zhuǎn)換矩陣，采集基座所在位置就可解算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在位置，簡(jiǎn)化了確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的操作步驟，一定程度上解決月面機(jī)器人在月面環(huán)境中進(jìn)行操作試驗(yàn)時(shí)定位精度低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開實(shí)施例涉及月面機(jī)器人導(dǎo)航控制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種月面機(jī)器人定位方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

月球環(huán)境是一個(gè)土質(zhì)松軟、表面形態(tài)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，月面機(jī)器人作為適用于在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化月面環(huán)境中的一項(xiàng)重要工具，必須具有環(huán)境感知識(shí)別、自主導(dǎo)航定位、自主智能路徑規(guī)劃等功能。月面機(jī)器人的主要功能是利用搭載的科學(xué)儀器和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠輔助或協(xié)同航天員開展巡視探測(cè)、采樣分析、物資搬運(yùn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、維修維護(hù)等月面任務(wù)。利用月面機(jī)器人開展月面基礎(chǔ)設(shè)施的建造與組裝，具體任務(wù)包括建造原材料采集、建筑用磚制備、3D打印、居住艙建造、太陽電池陣列組裝等子任務(wù)，而高精度輔助定位能夠提升月面機(jī)器人操作執(zhí)行器精細(xì)化作業(yè)能力，為多功能任務(wù)的精細(xì)靈巧操控提供技術(shù)支撐，是月面機(jī)器人在陌生復(fù)雜環(huán)境中順利完成給定任務(wù)的基礎(chǔ)和保證。

現(xiàn)有的月面機(jī)器人輔助定位方法主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種：主動(dòng)式定位方式是指通過機(jī)器人自身攜帶的傳感器獲取數(shù)據(jù)信息，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和解算，得到機(jī)器人自身的位置。典型的方法有基于慣性元件的定位技術(shù)和基于視覺的同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建(Visual-Simultaneous Localization and Mapping，Visual-SLAM)技術(shù)。被動(dòng)式定位方式是指通過除月面機(jī)器人之外的其他設(shè)備，接收從月面機(jī)器人反射回來的信號(hào)，計(jì)算得到機(jī)器人的位置信息，常用的方法主要有基于著陸器的立體視覺定位技術(shù)和月球同步衛(wèi)星定位技術(shù)。上述的幾種月面機(jī)器人輔助定位方法都存在著一定的局限性：

(1)基于慣性元件的定位技術(shù)是指采用三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸磁力計(jì)組成的慣性測(cè)量單元(IMU)，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中重力及速度的變化，計(jì)算機(jī)器人的位置。該方法具有不受外界環(huán)境影響的優(yōu)勢(shì)，但測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)隨時(shí)間累計(jì)發(fā)生漂移，易積累誤差。

(2)Visual-SLAM技術(shù)通過單目、立體或RGB-D攝像機(jī)來感知周圍場(chǎng)景，僅依靠視覺輸入環(huán)境信息，估計(jì)出月面機(jī)器人本體的6個(gè)自由度(3個(gè)位置和3個(gè)姿態(tài))。由于月面環(huán)境背景單一，紋理特征相對(duì)簡(jiǎn)化，灰度變化不明顯，而Visual-SLAM技術(shù)主要通過圖像特征匹配確定月面機(jī)器人位置，因此該方法在月面環(huán)境中難以找到足夠的特征點(diǎn)，魯棒性差，只能建立局部地圖和得到局部位置信息，作用距離短且不能提供月面機(jī)器人的絕對(duì)位置。

(3)基于著陸器的立體視覺定位技術(shù)是指以著陸器為基站，用立體視覺測(cè)量技術(shù)和像分割算法，對(duì)月面機(jī)器人進(jìn)行定位的方法。該方法直接對(duì)圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，但匹配概率隨圖像的不同而發(fā)生變化，誤匹配的概率較高。且隨著離月面著陸器的距離擴(kuò)大，特征點(diǎn)的識(shí)別變得困難，機(jī)器人的位置估計(jì)變得不準(zhǔn)。

(4)月球中繼衛(wèi)星定位技術(shù)是指在近月空間的軌道上的中繼星來實(shí)現(xiàn)對(duì)月面區(qū)域的長時(shí)間覆蓋、觀測(cè)和通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)月面機(jī)器人的定位。月球中繼衛(wèi)星定位技術(shù)原理上與GPS定位方法類似，但月球處于地球引力范圍之內(nèi)，軌道部署和保持較為困難，實(shí)施成本高。

需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分發(fā)明的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本公開提供一種月面機(jī)器人定位方法、裝置及系統(tǒng)，以至少解決相關(guān)技術(shù)中月面機(jī)器人在月面環(huán)境中進(jìn)行操作試驗(yàn)時(shí)定位精度低、魯棒性差的技術(shù)問題。