CN108827289B - 一种机器人的方位识别方法及系统 - Google Patents

一种机器人的方位识别方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108827289B
CN108827289B CN201810401442.5A CN201810401442A CN108827289B CN 108827289 B CN108827289 B CN 108827289B CN 201810401442 A CN201810401442 A CN 201810401442A CN 108827289 B CN108827289 B CN 108827289B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
coordinate system
dimensional coordinate
compass
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810401442.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108827289A (zh
Inventor
蒋化冰
刘金权
王林
倪程云
姜松林
张建
张海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noah robot technology (Shanghai) Co.,Ltd.
Original Assignee
Noah Robot Technology Shanghai Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noah Robot Technology Shanghai Co ltd filed Critical Noah Robot Technology Shanghai Co ltd
Priority to CN201810401442.5A priority Critical patent/CN108827289B/zh
Publication of CN108827289A publication Critical patent/CN108827289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108827289B publication Critical patent/CN108827289B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/02—Magnetic compasses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/04—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
    • G01C21/08—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means involving use of the magnetic field of the earth

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明提供了一种机器人的方位识别方法及系统，其方法包括：S1获取地图中每一单位区域的磁场信息，并将每一单位区域的磁场信息关联至地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；磁场信息包括磁场方向和磁场强度；S2检测出当前位置在磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；S3根据第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与预设标准方向之间的第三方位角度。通过机器人自主创建一种带有磁场信息的磁场分布地图，并根据此地图上提供的磁场信息确定机器人的开机朝向。

Description

一种机器人的方位识别方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤指一种机器人的方位识别方法及系统。
背景技术
随着科技的进步，智能机器人得到了飞速的发展，他们可以帮助人们完成许多工作，例如扫地机器人可以帮助用户打扫卫生，送货机器人使用户从繁重的工作中解放出来，引路机器人帮助用户快速规划出到达目的地的路线，并带领用户到达目的地。在机器人完成上述过程中，必不可少的就是进行方向定位。
在实际运用中，机器人体内通常都设有陀螺仪、里程计等定位传感器，在室内定位时，如果机器人意外关机后被移动了位置，再次开机时，机器人会通过传感器与定位算法进行定位和方位检测，但是由于传感器采集的数据会有误差，机器人如果多次被移动了位置，会导致误差累积，使机器人很难准确地判断出自己在地图上的朝向，给机器人定位和方位识别造成极大的干扰且很难自行恢复，只能人为去给机器人重新设定初始朝向。
因此，为了解决上述问题，本发明提供了一种机器人的方位识别方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器人的方位识别方法及系统，通过创建一种带有磁场信息的磁场分布地图，并根据此地图上提供的磁场信息确定机器人的开机朝向。
本发明提供的技术方案如下：
本发明提供了一种机器人的方位识别方法，包括步骤：S1获取地图中每一单位区域的磁场信息，并将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；S2检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；S3根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
优选的，步骤S2具体包括步骤：S21获取当前运动加速度，计算当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量；S22根据当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；S23根据所述俯仰角和所述滚转角，计算出磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量；S24根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度。
优选的，步骤S22中所述俯仰角和所述滚转角的计算方法为：
Figure BDA0001645815750000021
Figure BDA0001645815750000022
其中，θ是罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角；
Figure BDA0001645815750000023
是罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；a是运动加速度；ax为运动加速度在罗盘三维坐标系中X坐标轴方向上的分量；ay为运动加速度在罗盘三维坐标系中Y坐标轴方向上的分量。
优选的，步骤S23中磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量的计算方法为：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure BDA0001645815750000024
其中，Hx为磁场强度在罗盘三维坐标系中X轴方向上的磁场强度分量；Hy为磁场强度在罗盘三维坐标系中Y轴方向上的磁场强度分量；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
优选的，步骤S24中机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度的计算方法为：
Figure BDA0001645815750000031
其中，α为机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
优选的，步骤S3具体包括步骤：S31根据当前单位区域对应的磁场信息，计算出当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度；S32所述第二方位角度减去所述第一方位角度，得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
本发明还提供了一种机器人的方位识别系统，包括：数据获取模块，用于获取地图中每一单位区域的磁场信息；地图生成模块，与所述数据获取模块电连接，用于将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；计算模块，与所述地图生成模块电连接，用于检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；所述计算模块，还用于根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
优选的，所述数据获取模块，还用于获取当前运动加速度；所述计算模块，还用于计算当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量；所述计算模块，还用于根据当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；所述计算模块，还用于根据所述俯仰角和所述滚转角，计算出磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量；所述计算模块，还用于根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度。
优选的，所述计算模块计算所述俯仰角和所述滚转角的计算公式为：
Figure BDA0001645815750000041
Figure BDA0001645815750000042
其中，θ是罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角；
Figure BDA0001645815750000043
是罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；a是运动加速度；ax为运动加速度在罗盘三维坐标系中X坐标轴方向上的分量；ay为运动加速度在罗盘三维坐标系中Y坐标轴方向上的分量。
优选的，所述计算模块计算磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量的公式为：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure BDA0001645815750000044
其中，Hx为磁场强度在罗盘三维坐标系中X轴方向上的磁场强度分量；Hy为磁场强度在罗盘三维坐标系中Y轴方向上的磁场强度分量；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
优选的，所述计算模块所述俯仰角和所述滚转角的公式为：
Figure BDA0001645815750000051
其中，α为机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
优选的，所述计算模块，还用于根据当前单位区域对应的磁场信息，计算出当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度；所述计算模块，还用于将所述第二方位角度减去所述第一方位角度，得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
通过本发明提供的一种机器人的方位识别方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：
1、由于通过机器人自身传感器检测到的方位信息或定位信息会存在一定的误差，在多次移动机器人的位置之后，会存在传感器误差的累积，导致机器人的定位和方向会不准确。而本发明中，室内每一单位区域的磁场信息是长期固定不变的，因此，根据磁场信息计算得到的机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度不会存在误差的累积，减小了误差，提高了机器人在定位和方位检测时的精确度。
2、机器人在运动时，能够通过当前的运动加速度以及当前位置对应的当前单位区域，计算出机器人方向与磁场方向之间的第一方位角度，再通过磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，可以精确计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度，其计算方式简单，便于实施。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种机器人的方位识别方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种机器人的方位识别方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明一种机器人的方位识别方法的另一个实施例的流程图；
图3是本发明中机器人在磁场分布地图中的示意图；
图4是本发明中计算第二方位角度的示意图；
图5是本发明一种机器人的方位识别系统的一个实施例的结构示意图。
附图标号说明：
1-数据获取模块、2-地图生成模块、3-计算模块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
如图1所示，本发明提供了一种机器人的方位识别方法的一个实施例，包括：
S1获取地图中每一单位区域的磁场信息，并将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；
S2检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；
S3根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
在现有技术中，机器人实现定位与方向检测都是通过自身携带的各个传感器来完成，但是传感器检测时多少会有误差，而传感器处理数据都是基于上一采集到的数据来进行(例如上一时刻检测到机器人顺时针旋转了2.588度，当前时刻顺时针旋转了3.168度，这样叠加算出上一时刻和当前时刻一共顺时针旋转了5.756度)，每一次小的误差积累最终就会的到较大的误差，影响机器人的导航以及方位检测。很多服务型机器人在关机后，难免会出现被用户移动的情况，当机器人再次启动时，会对根据传感器重新对机器人进行定位和方向检测，但是由于传感器采集数据时的误差，对最终的定位和方向检测会带来较大的影响，需要用户重新给机器人进行设置。可以看出，单一通过传感器来对机器人进行定位和方向检测缺乏持久性，用户需要时不时对机器人的定位和方向进行调整。
由于磁场的分布具有长期不变的特性，本实施例利用这一点，根据磁场信息计算得到机器人方向与磁场方向的第一方位角度，不存在误差的累积，再根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，用第二方位角度减去第一方位角度即可计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度，使得每一次的方位检测都是基于当前的数据，而不会基于上一时刻的数据来完成计算，不存在误差的累积，能够大幅提高机器人方位检测的精度。
如图2所示，本发明提供了一种机器人的方位识别方法的一个实施例，包括：
S1获取地图中每一单位区域的磁场信息，并将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；
S21获取当前运动加速度，计算当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量；
S22根据当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角，其方法为：
Figure BDA0001645815750000081
Figure BDA0001645815750000082
其中，θ是罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角；
Figure BDA0001645815750000083
是罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；a是运动加速度；ax为运动加速度在罗盘三维坐标系中X坐标轴方向上的分量；ay为运动加速度在罗盘三维坐标系中Y坐标轴方向上的分量。
S23根据所述俯仰角和所述滚转角，计算出磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量，计算方法为：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure BDA0001645815750000084
其中，Hx为磁场强度在罗盘三维坐标系中X轴方向上的磁场强度分量；Hy为磁场强度在罗盘三维坐标系中Y轴方向上的磁场强度分量；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
S24根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度，计算方法为：
Figure BDA0001645815750000091
其中，α为机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
S31根据当前单位区域对应的磁场信息，计算出当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度；
S32所述第二方位角度减去所述第一方位角度，得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
具体的，本实施例具体阐述了第三方位角的计算方法。
首先，对于一个工作地点，不同的地方由于各种因素的影响，其磁场的分布会有所不同，可以将一个工作地点分为若干个单位区域，每一单位区域的面积不大，单位区域内的磁场信息可以近似认为一致。通过磁场检测传感器，可以检测工作地图中的磁场信息分布情况，包括检测每一单位区域中的磁场方向以及磁场强度。然后将每一单位区域的磁场信息汇总至机器人，机器人将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；
机器人内安装有一磁罗盘，磁罗盘通过测量地磁场水平方向分量确定磁北极方向并推算出其他的方向。当罗盘水平放置时，传感器坐标系的X、Y轴在水平面内，X轴为前进方向，Y轴垂直于X轴向右，Z轴沿重力方向向下，从磁北方向沿顺时针到X轴的夹角即为第一方位角。
但是机器人在在移动时，磁罗盘并不是总处于水平位置，需要根据加速度传感器测出俯仰角和滚转角，通过坐标变换，将磁传感器测得的磁场强度分量折算到水平方向，在计算第一方位角度。俯仰角
Figure BDA0001645815750000101
为罗盘纵轴Y与水平面之间的夹角，滚转角θ为罗盘Z轴与过X轴的铅垂面之间的夹角。当罗盘不水平时，测得的加速度a在罗盘三维坐标系上三个坐标轴方向的分量分别为ax、ay、az，则根据坐标关系可求得俯仰角和滚转角为：
Figure BDA0001645815750000102
假设磁阻传感器在测得罗盘三维坐标轴方向磁场分量分别为Hx、Hy、Hz，则由坐标关系换算可得磁水平方向分量：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure BDA0001645815750000103
利用三角函数关系可以得到第一方位角度α：
Figure BDA0001645815750000104
在磁场分布地图中，可以预先设置一预设标准方向，如图3所示，可以将磁场分布地图二维坐标系中的X轴方向设为预设标准方向，通过磁场分布地图，可以得到每一单位区域的磁场方向，计算出每一单位区域的磁场方向与标准方向之间的第二方位角度，图3中用A1表示；αx表示在此单位区域中的第一方位角度，即磁场方向与机器人方向之间的夹角，用A1减去αx即可得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度，通过第三方位角度，机器人就能够判断出开机之后的朝向，与预设标准方向的夹角为多少度。
另外，如图4所示，第二方位角度A1的值还可以通过如下方法获取：
A机器人在所述地图对应环境中移动时，预先获取在一单位区域内机器人方向与所述地图上预设标准方向之间的第三参考方位角β1；(可通过里程计检测，也可通过其他工具进行测量)
B获取当前参考运动加速度，计算当前参考运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的参考运动加速度分量；
C根据当前参考运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的参考运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的参考俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的参考滚转角(可参考步骤S22)；
D根据所述参考俯仰角和所述参考滚转角，计算出磁场在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场参考分量(可参考步骤S23)；
E根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场参考分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一参考方位角α1(可参考步骤S24)。
F第一参考方位角α1加上第二参考方位角β1，得到每一单位区域内磁场方向与所述地图上预设标准方向之间的第二参考夹角A1；
G判断所述地图中每一单位区域的磁场信息是否计算完毕；若否，则返回步骤A，计算下一单位区域的磁场信息。
通过上述方法，可以得到每一单位区域中磁场方向与预设标准方向之间的第二方位角度，确定磁场的方向。
如图5所示，本发明提供了一种机器人的方位识别系统的一个实施例，包括：
数据获取模块1，用于获取地图中每一单位区域的磁场信息；
地图生成模块2，与所述数据获取模块电连接，用于将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；
计算模块3，与所述地图生成模块电连接，用于检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；
所述计算模块3，还用于根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
具体的，机器人上可集成上述功能模块，完成方位识别的功能。数据获取模块和地图生成模块也可以集成在服务器上，由服务器生成磁场分布地图之后，发送至机器人。
本实施例利用磁场的分布具有长期不变的特性，根据磁场信息计算得到机器人方向与磁场方向的第一方位角度，不存在误差的累积，再根据第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，即可计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度，使得每一次的方位检测都是基于当前的数据，而不基于上一时刻的数据来完成计算，不存在误差的累积，能够大幅提高机器人方位检测的精度。
本发明提供了一种机器人的方位识别系统的一个实施例，包括：
数据获取模块，用于获取地图中每一单位区域的磁场信息；地图生成模块，与所述数据获取模块电连接，用于将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；计算模块，与所述地图生成模块电连接，用于检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；所述计算模块，还用于根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
优选的，所述数据获取模块，还用于获取当前运动加速度；所述计算模块，还用于计算当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量；所述计算模块，还用于根据当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；
优选的，所述计算模块计算所述俯仰角和所述滚转角的计算公式为：
Figure BDA0001645815750000121
Figure BDA0001645815750000131
其中，θ是罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角；
Figure BDA0001645815750000132
是罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；a是运动加速度；ax为运动加速度在罗盘三维坐标系中X坐标轴方向上的分量；ay为运动加速度在罗盘三维坐标系中Y坐标轴方向上的分量。
所述计算模块，还用于根据所述俯仰角和所述滚转角，计算出磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量；
优选的，所述计算模块计算磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量的公式为：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure BDA0001645815750000133
其中，Hx为磁场强度在罗盘三维坐标系中X轴方向上的磁场强度分量；Hy为磁场强度在罗盘三维坐标系中Y轴方向上的磁场强度分量；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
所述计算模块，还用于根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度。
优选的，所述计算模块所述俯仰角和所述滚转角的公式为：
Figure BDA0001645815750000134
其中，α为机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向方向上的磁场强度分量。
优选的，所述计算模块，还用于根据当前单位区域对应的磁场信息，计算出当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度；所述计算模块，还用于将所述第二方位角度减去所述第一方位角度，得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
本实施例中，首先，将一个工作地点分为若干个单位区域，单位区域内的磁场信息可以近似默认为一致。通过磁场检测传感器，可以检测工作地图中的磁场信息分布情况，包括检测每一单位区域中的磁场方向以及磁场强度。然后将每一单位区域的磁场信息汇总至机器人，机器人将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；或者，可以将每一单位区域的磁场信息汇总至服务器，服务器将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图后，再发送至机器人。
机器人内的磁罗盘通过测量地磁场水平方向分量确定磁北极方向并推算出其他的方向。当罗盘水平放置时，传感器坐标系的X、Y轴在水平面内，X轴为前进方向，Y轴垂直于X轴向右，Z轴沿重力方向向下，从磁北方向沿顺时针到X轴的夹角即为第一方位角。
但是机器人在在移动时，磁罗盘并不是总处于水平位置，需要根据加速度传感器测出俯仰角和滚转角，通过坐标变换，将磁传感器测得的磁场强度分量折算到水平方向，再计算第一方位角度。俯仰角
Figure BDA0001645815750000143
为罗盘纵轴Y与水平面之间的夹角，滚转角θ为罗盘Z轴与过X轴的铅垂面之间的夹角。当罗盘不水平时测得的加速度a在罗盘三轴方向的分量分别为ax、ay、az，则根据坐标关系可求得俯仰角和滚转角为：
Figure BDA0001645815750000141
假设磁阻传感器在测得罗盘三维坐标轴方向磁场分量分别为Hx、Hy、Hz，则由坐标关系换算可得磁水平方向分量：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure BDA0001645815750000142
利用三角函数关系可以得到第一方位角度α：
Figure BDA0001645815750000151
在磁场分布地图中，可以预先确认一预设标准方向，如图3所示，可以将磁场分布地图二维坐标系中的X轴方向设为预设标准方向，通过磁场分布地图，可以得到每一单位区域的磁场方向，计算出每一单位区域的磁场方向与标准方向之间的第二方位角度，图3中用A1表示；αx表示在此单位区域中的第一方位角度，用A1减去αx，即可得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。根据所述第三方位角度，机器人就能够清楚地知晓当前方向与预设标准方向的相对角度。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人的方位识别方法，其特征在于，包括步骤：
S1获取地图中每一单位区域的磁场信息，并将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；
S2检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；步骤S2具体包括步骤：
S21获取当前运动加速度，计算当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量；
S22根据当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；
S23根据所述俯仰角和所述滚转角，计算出磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量；
S24根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；
S3根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
2.根据权利要求1所述的一种机器人的方位识别方法，其特征在于，步骤S22中所述俯仰角和所述滚转角的计算方法为：
Figure FDA0003075317980000011
Figure FDA0003075317980000012
其中，θ是罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角；
Figure FDA0003075317980000013
是罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；a是运动加速度；ax为运动加速度在罗盘三维坐标系中X坐标轴方向上的分量；ay为运动加速度在罗盘三维坐标系中Y坐标轴方向上的分量。
3.根据权利要求2所述的一种机器人的方位识别方法，其特征在于，步骤S23中磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量的计算方法为：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure FDA0003075317980000021
其中，Hx为磁场强度在罗盘三维坐标系中X轴方向上的磁场强度分量；Hy为磁场强度在罗盘三维坐标系中Y轴方向上的磁场强度分量；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向上的磁场强度分量。
4.根据权利要求3所述的一种机器人的方位识别方法，其特征在于，步骤S24中机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度的计算方法为：
Figure FDA0003075317980000022
其中，α为机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向上的磁场强度分量。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种机器人的方位识别方法，其特征在于，步骤S3具体包括步骤：
S31根据当前单位区域对应的磁场信息，计算出当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度；
S32所述第二方位角度减去所述第一方位角度，得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
6.一种机器人的方位识别系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取地图中每一单位区域的磁场信息；
地图生成模块，与所述数据获取模块电连接，用于将每一单位区域的磁场信息关联至所述地图，得到带有磁场信息的磁场分布地图；所述磁场信息包括磁场方向和磁场强度；
计算模块，与所述地图生成模块电连接，用于检测出当前位置在所述磁场分布地图中对应的当前单位区域，并根据所述当前单位区域对应的磁场信息、机器人的当前运动加速度计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；
所述数据获取模块，还用于获取当前运动加速度；
所述计算模块，还用于计算当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量；
所述计算模块，还用于根据当前运动加速度在罗盘三维坐标系中三个维度方向上的运动加速度分量，计算出罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角和罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；
所述计算模块，还用于根据所述俯仰角和所述滚转角，计算出磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量；
所述计算模块，还用于根据在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场分量，计算出机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；
所述计算模块，还用于根据所述第一方位角度、当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度，计算出机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
7.根据权利要求6所述的一种机器人的方位识别系统，其特征在于，所述计算模块计算所述俯仰角和所述滚转角的计算公式为：
Figure FDA0003075317980000041
Figure FDA0003075317980000042
其中，θ是罗盘三维坐标系中Y轴与水平面之间的俯仰角；
Figure FDA0003075317980000043
是罗盘三维坐标系中Z轴与过X轴的铅垂面之间的滚转角；a是运动加速度；ax为运动加速度在罗盘三维坐标系中X坐标轴方向上的分量；ay为运动加速度在罗盘三维坐标系中Y坐标轴方向上的分量。
8.根据权利要求7所述的一种机器人的方位识别系统，其特征在于，所述计算模块计算磁场强度在所述罗盘三维坐标系中三个维度方向上的磁场强度分量的公式为：
Ha＝Hxcosθ-Hxsinθ；
Figure FDA0003075317980000044
其中，Hx为磁场强度在罗盘三维坐标系中X轴方向上的磁场强度分量；Hy为磁场强度在罗盘三维坐标系中Y轴方向上的磁场强度分量；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向上的磁场强度分量。
9.根据权利要求8所述的一种机器人的方位识别系统，其特征在于，所述计算模块所述俯仰角和所述滚转角的公式为：
Figure FDA0003075317980000051
其中，α为机器人方向相对于磁场方向的第一方位角度；Ha为磁场强度在水平二维坐标系中的X轴方向上的磁场强度分量，Hb为磁场强度在水平二维坐标系中的Y轴方向上的磁场强度分量。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种机器人的方位识别系统，其特征在于：
所述计算模块，还用于根据当前单位区域对应的磁场信息，计算出当前单位区域的磁场方向与所述磁场分布地图上的预设标准方向之间的第二方位角度；
所述计算模块，还用于将所述第二方位角度减去所述第一方位角度，计算得到机器人方向与所述预设标准方向之间的第三方位角度。
CN201810401442.5A 2018-04-28 2018-04-28 一种机器人的方位识别方法及系统 Active CN108827289B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810401442.5A CN108827289B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种机器人的方位识别方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810401442.5A CN108827289B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种机器人的方位识别方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108827289A CN108827289A (zh) 2018-11-16
CN108827289B true CN108827289B (zh) 2021-09-07

Family

ID=64147596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810401442.5A Active CN108827289B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种机器人的方位识别方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108827289B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1334915A (zh) * 1998-12-17 2002-02-06 株式会社东金 朝向角检测器
CN104155975A (zh) * 2014-06-23 2014-11-19 浙江亚特电器有限公司 一种机器人的控制系统及其控制方法
CN205403803U (zh) * 2016-02-25 2016-07-27 华南理工大学 基于地磁的室内地图构建装置
CN106325276A (zh) * 2016-09-21 2017-01-11 苏州瑞得恩自动化设备科技有限公司 机器人在斜坡平面上直线行驶的判定方法及控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015111096A (ja) * 2013-10-28 2015-06-18 株式会社リコー 方位推定装置、方位推定システム、方位推定方法およびプログラム
EP3084542B1 (en) * 2013-12-19 2019-07-24 Husqvarna AB System and method for navigating a robotic working tool.
CN107077146B (zh) * 2016-12-30 2020-06-05 深圳市大疆灵眸科技有限公司 用于云台的控制方法、控制系统、云台和无人飞行器
CN107565866B (zh) * 2017-09-20 2020-01-21 华中科技大学 基于预测的感应电机间接转子磁场定向偏差校正方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1334915A (zh) * 1998-12-17 2002-02-06 株式会社东金 朝向角检测器
CN104155975A (zh) * 2014-06-23 2014-11-19 浙江亚特电器有限公司 一种机器人的控制系统及其控制方法
CN205403803U (zh) * 2016-02-25 2016-07-27 华南理工大学 基于地磁的室内地图构建装置
CN106325276A (zh) * 2016-09-21 2017-01-11 苏州瑞得恩自动化设备科技有限公司 机器人在斜坡平面上直线行驶的判定方法及控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"指南针罗盘方向角的计算方法";dama88;《http://www.doc88.com/p-6681538791285.html》;20161115;正文第1-2页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108827289A (zh) 2018-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105072580B (zh) 基于扫地机器人的wifi指纹地图自动采集系统及方法
JP6656886B2 (ja) 情報処理装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP5589900B2 (ja) 局所地図生成装置、グローバル地図生成装置、及びプログラム
CN105865461B (zh) 一种基于多传感器融合算法的汽车定位系统及方法
CN103162689B (zh) 辅助车载定位系统及车辆的辅助定位方法
JP5586994B2 (ja) 位置標定装置、位置標定装置の位置標定方法および位置標定プログラム
CN103791902B (zh) 适用于高机动载体的星敏感器自主导航方法
CN106932780A (zh) 物体定位方法、装置和系统
CN108303043B (zh) 多传感器信息融合的植物叶面积指数检测方法及系统
CN102645222A (zh) 一种卫星惯性导航方法和设备
CN102538780A (zh) 定位装置及定位方法
KR101576424B1 (ko) 실내 측위를 위한 지자기 센서 자동 보정 방법
CN103453901A (zh) 一种位置指引系统及位置指引方法
CN115615430B (zh) 基于捷联惯导的定位数据修正方法及系统
CN104331078A (zh) 一种基于位置映射算法的多机器人协作定位方法
CN107782304A (zh) 移动机器人的定位方法及装置、移动机器人及存储介质
JP2017072423A (ja) 推定装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP6135972B2 (ja) 標定方法、標定プログラム、及び標定装置
JP2023164553A (ja) 位置推定装置、推定装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
CN109975848B (zh) 基于rtk技术的移动测量系统精度优化方法
JP2011112556A (ja) 捜索目標位置特定装置及び捜索目標位置特定方法並びにコンピュータプログラム
CN109945877B (zh) 一种巡检轨迹生成方法及装置
CN102721416A (zh) 一种定位的方法和移动终端
CN108827289B (zh) 一种机器人的方位识别方法及系统
CN108512888A (zh) 一种信息标注方法、云端服务器、系统、电子设备及计算机程序产品

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 200335 402 rooms, No. 33, No. 33, Guang Shun Road, Shanghai

Applicant after: Shanghai Zhihui Medical Technology Co.,Ltd.

Address before: 200335 402 rooms, No. 33, No. 33, Guang Shun Road, Shanghai

Applicant before: SHANGHAI MROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address after: 200335 402 rooms, No. 33, No. 33, Guang Shun Road, Shanghai

Applicant after: Shanghai zhihuilin Medical Technology Co.,Ltd.

Address before: 200335 402 rooms, No. 33, No. 33, Guang Shun Road, Shanghai

Applicant before: Shanghai Zhihui Medical Technology Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210816

Address after: 200335 Room 401, floor 4, building 2, No. 33, Guangshun Road, Changning District, Shanghai

Applicant after: Noah robot technology (Shanghai) Co.,Ltd.

Address before: 200335 402 rooms, No. 33, No. 33, Guang Shun Road, Shanghai

Applicant before: Shanghai zhihuilin Medical Technology Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant