CN108168543A - 基于里程计的移动机器人自主定位方法 - Google Patents

Abstract

为本发明提出一种基于里程计的移动机器人自主定位方法，包括以下步骤：S1，获取当前左右驱动轮的位移信息；S2，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移；S3，根据圆弧角和位移计算出机器人当前姿态。本发明使用机器人内部部署的里程计传感器测量左右驱动轮的位移，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移从而得到机器人的位置，无需外界信息基站或者GPS信号，避免了室内环境复杂，存在障碍物阻挡和物体移动的干扰问题。

Description

基于里程计的移动机器人自主定位方法

技术领域

本发明涉及室内定位方法，具体涉及一种基于里程计的移动机器人自主定位方法。

背景技术

随着各项性能的提高，服务机器人可以在人们日常生活中完成越来越多的任务，比如打扫卫生、移动物体等等。为了使任务完成得更加流畅，机器人必须对周围的环境进行更详细和准确的感知和认识。

定位技术是机器人定位与建图的基础，即如何根据现在观测到的和前面已知的信息，判断机器人在当前环境中的位置。

定位是包括扫地机器人在内的移动机器人自主导航中最基本的环节，也是完成任务必须解决的问题。常用的定位技术有GPS定位、基站定位等常用的室外定位，然而机器人主要工作在室内环境，GPS定位技术无法在室内接收到GPS信号，因此无法在室内环境中采用GPS定位技术；其次，基站定位需要使用大量的信号发射基站实现三角测量，然而室内环境复杂，存在障碍物阻挡和物体移动的干扰，且部署大量发射基站成本昂贵，不利于推广使用。

发明内容

本发明目的在于解决现有基于室外定位技术部署成本昂贵、无法适用于室内环境复杂、存在障碍物阻挡和物体干扰的问题，提供一种基于里程计的移动机器人自主定位方法，该方法通过获得机器人左右驱动轮被测量的信息，并将其按一定规律转化成轮子的里程和速度信息，从而计算出机器人的当前姿态。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于里程计的移动机器人自主定位方法，具体包括以下步骤：

S1，获取当前左右驱动轮的位移信息；

S2，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移；

S3，根据圆弧角和位移计算出机器人当前姿态。

进一步地，所述步骤S1中使用机器人内部部署的里程计传感器测量左右驱动轮的位移，里程计传感器使用安装在车轮上的光电码盘记录车轮的转数，进而获得机器人相对于上一采样时刻位置和姿态的改变量。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明方案使用机器人内部部署的里程计传感器测量左右驱动轮的位移，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移从而得到机器人的位置，无需外界信息基站或者GPS信号，避免了室内环境复杂，存在障碍物阻挡和物体移动的干扰问题。

附图说明

图1为本发明的一种基于里程计的移动机器人自主定位方法的流程图。

图2为本发明的基于里程计定位使用的移动机器人运动学模型示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种基于图像序列互信息的移动机器人闭环检测方法，包括以下步骤：

S1，获取当前左右驱动轮的位移信息。使用安装在车轮上的光电码盘记录车轮的转数，进而根据车轮的直径和转数计算得出获得机器人相对于上一采样时刻位移的改变量。

S2，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移。具体分为以下步骤：

参见图2，基于里程计定位使用的移动机器人运动学模型，W₁和W₂分别表示左右两个驱动轮。在两个驱动轮连线的中心建立移动机器人的坐标系O_mX_mY_m，其X轴方向从W₁到W₂，Y轴方向为移动机器人前进方向。在W₁和W₂旋转中心点建立旋转坐标系O_tX_tY_t，其各个坐标轴的方向取移动机器人坐标系各轴的方向。世界坐标系O_wX_wY_w建立在地面的某个固定点处。

参见图2，移动机器人的运动可以看做平移与旋转的组合，即第i个时刻，机器人位置从O_miX_miY_mi平移到O_ti后旋转α_i，在平移到位置O_m,i+1。假设在第i次采样时，移动机器人在世界坐标系中的位姿表示为：

其中，T_m,i表示第i次采样时，移动机器人在世界坐标系中的位姿矩阵表示；φ_i表示表示第i次采样时，移动机器人在世界坐标系中的方向角；p_x,i表示第i次采样时，O_m在世界坐标系中的x轴坐标位置；p_y,i表示第i次采样时，O_m在世界坐标系中的y轴坐标位置。

在相对较短的时间内，移动机器人的运动距离较短，其运动轨迹可以看做直线或者圆弧。若两个驱动轮的运动距离不同，则运动轨迹可以看做一小段圆弧；若两个驱动轮的运动距离相同，则运动轨迹可以看做一小段直线。当运动轨迹为圆弧时，移动机器人的运动可以看做平移与旋转的组合。根据运动前移动机器人的位姿和运动轨迹，可以得到运动后(第i+1次采样时)移动机器人的位姿，表示为：

其中，l表示移动机器人两轮间距离，α_i表示第i和i+1次采样之间，移动机器人运动轨迹的圆弧角，r_i表示第i和i+1次采样之间W₁的运动轨迹在坐标系O_tX_tY_t中的X轴的坐标位置。

利用两个驱动轮的里程计信息，可以计算出移动机器人的轨迹参数(圆弧角α_i和平移距离r_i)。

S3，根据圆弧角和位移计算出机器人当前姿态。根据移动机器人的轨迹参数(圆弧角α_i和平移距离r_i)，导入到公式3，计算运动后(第i+1次采样时)移动机器人的位姿。

Claims (2)

1.一种基于里程计的移动机器人自主定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取当前左右驱动轮的位移信息；

S2，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移；

S3，根据圆弧角和位移计算出机器人当前姿态。

2.根据权利要求1所述的基于里程计的移动机器人自主定位方法，使其特征在于，所述步骤S1中使用机器人内部部署的里程计传感器测量左右驱动轮的位移，里程计传感器使用安装在车轮上的光电码盘记录车轮的转数，进而获得机器人相对于上一采样时刻位置和姿态的改变量。