CN111781931A - 机器人轮长和轮距的自动标定方法、装置、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种机器人轮长和轮距的自动标定方法、装置、设备和介质。其中,该方法包括:确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;根据实际距离和测试距离,以及实际弧度值和测试弧度值,确定机器人的轮长和轮距。本发明实施例通过选定的标签点自动确定出机器人的轮长和轮距,能够有效解决人为标定导致标定过程复杂的问题,从而有效提高轮长和轮距的标定效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及一种机器人定位技术,尤其涉及一种机器人轮长和轮距的自动标定方法、装置、设备和介质。
背景技术
移动机器人定位导航是机器人研究领域的一个热点,为了提高定位精度,移动机器人通常融合多个传感器的数据进行定位,从而对各类传感器取长补短。在进行多传感器数据融合前,对各传感器参数的标定是必不可少的环节。轮式移动机器人按提供动力的车轮数量可主要分为两轮驱动、四轮驱动与多轮驱动。两轮机器人在一些生活场景中的应用较多,例如送餐机器人和消毒机器人。
目前对于两轮机器人运动参数的确定主要如下:轮长的确定,让机器人走固定的距离S,利用编码器计算机器人的位姿K,让S=K,即得到机器人底盘的轮长;轮距的确定,在轮子长度标定完成的基础上,让机器人旋转固定的角度P,利用编码器左右轮的差值(即所走长度的差值)计算出角度变化值theta。让P=theta,以得到机器人底盘的轮距。
上述方案的缺陷包括:整个确定过程需要专业技术人员参与,人为因素带来的干扰和误差很大,导致准确性较低;整个过程人力成本较高,一旦出厂后,后期想重新标定,则需要专业技术人员参与,且整个流程较为繁琐;极大的降低了机器人轮长和轮距的自动标定效率。
发明内容
本申请实施例提供一种机器人轮长和轮距的自动标定方法、装置、设备和介质,可以根据选定的标签点自动确定出机器人的轮长和轮距,从而有效提高轮长和轮距的标定效率。
第一方面,本发明实施例提供了一种机器人轮长和轮距的自动标定方法,包括:
确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;
根据所述实际距离和所述测试距离,以及所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮长和轮距。
第二方面,本发明实施例提供了一种机器人轮长和轮距的自动标定装置,包括:
第一确定模块,用于确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;
第二确定模块,用于根据所述实际距离和所述测试距离,以及所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮长和轮距。
第三方面,本发明实施例还提供了一种电子设备,该电子设备包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例中的任一种所述的机器人轮长和轮距的自动标定方法。
第四方面,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现本发明实施例中的任一种所述的机器人轮长和轮距的自动标定方法。
本发明实施例通过确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;再根据实际距离和测试距离,以及实际弧度值和测试弧度值,确定机器人的轮长和轮距。本发明实施例通过选定的标签点自动确定出机器人的轮长和轮距,能够有效解决人为标定导致标定过程复杂的问题,从而有效提高轮长和轮距的标定效率。
附图说明
图1是本发明实施例一中的机器人轮长和轮距的自动标定方法的流程示意图;
图2是本发明实施例二中的机器人轮长和轮距的自动标定方法的流程示意图;
图3是本发明实施例三中的机器人轮长和轮距的自动标定装置的结构示意图;
图4是本发明实施例四中的电子设备的结构示意图;
图5是本发明实施例二中的机器人沿标签点运动的示意图;
图6是本发明实施例二中的目标拟合曲线的展示示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一中的机器人轮长和轮距的自动标定方法的流程示意图。本实施例可适用于对机器人的轮长和轮距进行准确标定的情况。本实施例方法可由机器人轮长和轮距的自动标定装置来执行,该装置可采用硬件/或软件的方式来实现,并可配置于电子设备中。可实现本申请任意实施例所述的机器人轮长和轮距的自动标定方法。如图1所示,该方法具体包括如下:
S110、确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值。
在本实施例中,需要选取一个标签点,让机器人沿着标签点做重复曲线运动;其中,标签点为一个固定坐标位置的实体点,主要目的是为了让机器人的运动轨迹保持一定规则;标签点可以由标定人员进行选择,标签点所在的运动场地必须为光滑平整的,以降低机器人沿着标签点运动时每一圈的运动轨迹的误差。本实施例中的机器人为双轮机器人,其主要的功能包括送餐和消毒。
机器人沿标签点运动的实际距离为,从测试初始位置到目标终止位置之间所走的曲线长度,即弧长;实际弧度值为运动过程中旋转角度对应的弧长的数值,即实际弧度值等于实际距离(弧长)与运动半径的比值。
编码器可以固定在机器人上,主要是为了测试机器人的运动参数;所测的测试距离为从测试初始位置到目标终止位置,根据运动参数计算出的实际长度;测试弧度值为根据运动参数计算出的弧度值。
S120、根据实际距离和测试距离,以及实际弧度值和测试弧度值,确定机器人的轮长和轮距。
机器人加工厂家在销售机器人时,均是通过图纸加工出来的机器人,出厂时都有个机械理论轮距和轮长的尺寸值,但是这些数值在出厂后都会和理论值有偏差,这些偏差对机器人位姿影响很大,必须要矫正。传统的标定轮长和轮距主要是通过专业技术人员让机器人做固定运动,例如走预设距离或者旋转预设角度,来实现对轮长和轮距的有效标定;但是整个标定过程需要人为参数,且消耗较大时间,一旦标定完后后,想要重新标定的话,还需要专业人员的参与,整个标定过程较为复杂,人为因素较大,从而影响轮长的轮距的确定效果。
其中,机器人的轮长为机器人的运动轮的半径;机器人的轮距为左右轮之间的距离,也就是机器人底盘的轮间距。机器人轮长和轮距的精准性能直接影响机器人的作业时的定位性能,以使得管理人员能实时掌握机器人的动态信息,从而对其进行相关任务的有效派发,且能同时对多个处于工作状态的机器人进行统一管理。
因此,本实施例提出一种自动标定方式,使机器人沿标签点作曲线运动,即可进行自动标定,有效提高轮长和轮距的标定效率。同时能够避免人手动标定带来的误差和人为的干扰,标定结果更加精确,节约大量人力成本,更加智能化,普通人员即可完成标定,不需要特殊技术人员,只要有标签点,可以随时标定,不受到出厂设置的影响。标定结果自动写入程序,无须人工参与。后期用户如果要重新标定,可以由用户自己完成,操作简单,实用性强。
本发明实施例通过确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;再根据实际距离和测试距离,以及实际弧度值和测试弧度值,确定机器人的轮长和轮距。本发明实施例通过选定的标签点自动确定出机器人的轮长和轮距,能够有效解决人为标定导致标定过程复杂的问题,从而有效提高轮长和轮距的标定效率。
实施例二
图2是本发明实施例二中的机器人轮长和轮距的自动标定方法的流程示意图。本实施例是在上述实施例的基础上进一步扩展与优化,并可与上述技术方案中任意可选方案组合。如图2所示,该方法包括:
S210、确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值。
可选的,确定机器人沿标签点运动的实际距离,包括:
采集机器人沿标签点运动的节点坐标,并根据节点坐标拟合机器人的运动轨迹,得到目标拟合曲线;其中,节点坐标包括旋转角度;
根据目标拟合曲线,确定目标拟合曲线的拟合半径;
根据拟合半径和旋转角度,确定机器人沿标签点运动的实际距离。
在本实施例中,在标定时,将机器人推至标签点的位置下,让其做运动,本实施例中以匀速圆周运动为例进行说明,运动半径为R;沿标签点运动得到的节点坐标是一组均匀分布的噪声数据,因此,可以利用最小二乘法对各个节点坐标进行拟合,得到目标拟合曲线,其中,该目标拟合曲线为一个曲线圆模型,且曲线圆模型的拟合半径为r;见图6。本实施例通过根据采集到机器人运动时的各个节点坐标,拟合机器人沿标签点作圆周运动的运动轨迹,能够使得拟合出的圆更为符合机器人的实际运动曲线。
根据拟合半径r和旋转角度pi,确定机器人沿标签点运动的实际距离;例如,可以根据如下公式(1)得到。
L1=m·2·pi·r (1)
公式(1)中,L1为机器人沿标签点运动的实际距离;m为机器人作圆周运动的旋转圈数;pi为旋转角度;r为拟合半径。
可选的,根据目标拟合曲线,确定目标拟合曲线的拟合半径,包括:
计算节点坐标到目标拟合曲线的圆心距离;
根据圆心距离和节点坐标,确定节点坐标到目标拟合曲线的半径平方差;
根据半径平方差确定目标拟合曲线的拟合半径。
在本实施例中,圆心距离为标签点样本到拟合圆心的距离,例如,可以可以采用如下公式(2)得出。
公式(2)中,d为标签点样本到拟合圆心的距离;xi第i个节点坐标在机器人运动场景坐标中的横坐标;yi第i个节点坐标在机器人运动场景坐标中的纵坐标;xc为目标拟合曲线在运动场景坐标中的圆心横坐标;yc为目标拟合曲线在运动场景坐标中的圆心纵坐标。
对公式(3)中的a、b和e分别求偏导,既可以得到由节点坐标拟合成的目标拟合曲线的拟合半径r。
可选的,确定机器人沿标签点运动的实际弧度值,包括:
根据机器人沿标签点运动的实际距离和拟合半径,确定机器人沿标签点运动的实际弧度值。
在本实施例中,计算机器人沿标签点运动的实际距离L1和拟合半径r的比值,即得到机器人沿标签点运动的实际弧度值rad1,如下公式(4)所示。
rad1=m·2·pi (4)
可选的,确定机器人在运动过程中所测的测试距离,包括:
利用机器人所设的左轮编码器和右轮编码器,读取所述机器人运动时的变化数据;
根据变化数据,确定机器人在目标测试段的起始位置至终止位置的前进位移变化量、旋转位移变化量和角度变化量;
根据前进位移变化量、旋转位移变化量和角度变化量,确定机器人的坐标信息;
根据机器人的坐标信息,确定机器人在运动过程中所测的测试距离。
在本实施例中,假设s是编码器每刻度轮子走的位移;KL和KR分别是左、右轮编码器的变化数据;则得出左轮位移为s·KL;右轮位移为s·KR,参见图5;那么,机器人在目标测试段的起始位置至终止位置,即测试上一时刻到下一时刻机器人角度变化值(即图5中的θ1);在相邻很短的时间间隔内,利用编码器的位移信息,根据微分原理得到:
ΔY=0 (6)
公式(5)中,ΔX为机器人在目标测试段的起始位置至终止位置的前进位移变化量。
公式(6)中,ΔY为机器人在目标测试段的起始位置至终止位置的旋转位移变化量,由于相邻两时间间隔较短,因此,ΔY接近为0。
由二维坐标转换公式得到机器人下一时刻的位置,如下(7)。
公式(7)中,Xt+1为第t+1时刻的机器人所在处置的横坐标;Yt+1为第t+1时刻的机器人所在处置的纵坐标;Pt+1为第t+1时刻的机器人所在处置的旋转角度;Pt为机器人的当前时刻的旋转角度;ΔX为第t时刻与第t+1时刻的横坐标差值;ΔY为第t时刻与第t+1时刻的纵坐标差值;Δθ为第t时刻与第t+1时刻的旋转角度差值。
根据公式(7),即可以得到编码器采集的机器人在不同运动时刻的坐标信息,例如:(X1,Y1,P1)(X2,Y2,P2)······(Xn,Yn,Pn)。
则可以根据机器人的坐标信息(X1,Y1,P1)(X2,Y2,P2)······(Xn,Yn,Pn),确定机器人在运动过程中所测的测试距离;如下公式(8)。
公式(8)中,L2为机器人在运动过程中所测的测试距离;xt为第t时刻机器人运动场景坐标中的横坐标;xt-1为第t-1时刻机器人运动场景坐标中的横坐标;yt为第t时刻机器人运动场景坐标中的纵坐标;yt-1为第t-1时刻机器人运动场景坐标中的纵坐标;T为机器人作圆周运动的测试时间。
可选的,确定机器人在运动过程中所测的测试弧度值,包括:
根据机器人在起始位置的旋转角度和终止位置的旋转角度,确定机器人在运动过程中所测的测试弧度值。
在本实施例中,机器人在运动过程中所测的测试弧度值rad2,可根据如下公式(9)计算得出。
公式(9)中,rad2为机器人在运动过程中所测的测试弧度值;Pt为机器人在第t时刻的旋转角度;Pt-1为机器人在第t-1时刻的旋转角度;T为机器人作圆周运动的测试时间。
S220、根据实际距离和测试距离,确定机器人的轮长。
在本实施例中,实际距离L1为一个可以计算出的具体数值,测试距离L2为包含有未知量运动半径R的数学公式;则可以根据实际距离L1和测试距离L2确定机器人的轮长;具体的,令L1=L2,则可以根据数学运算,计算出运动半径R,再结合左轮编码器和右轮编码器的差值,从而确定出机器人的轮长。
S230、根据轮长、实际弧度值和测试弧度值,确定机器人的轮距。
在本实施例中,实际弧度值rad1为一个可以计算出的具体数值;将rad1=rad2,再将轮长代入至该等式中,进行简单的数据公式计算,最后确定出机器人的轮距。
本发明实施例首先根据实际距离和测试距离,确定出机器人的轮长,再结合实际弧度值和测试弧度值,确定机器人的轮距;能够通过简单易解的数学公式计算,准确快速的对机器人的运动参数进行标定。
实施例三
图3是本发明实施例三中的机器人轮长和轮距的自动标定装置的结构示意图,本实施例可适用于对机器人的轮长和轮距进行准确标定的情况。该装置配置于电子设备中,可实现本申请任意实施例所述的机器人轮长和轮距的自动标定方法。该装置具体包括如下:
第一确定模块310,用于确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;
第二确定模块320,用于根据所述实际距离和所述测试距离,以及所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮长和轮距。
可选的,第一确定模块,具体用于:
采集机器人沿标签点运动的节点坐标,并根据所述节点坐标拟合所述机器人的运动轨迹,得到目标拟合曲线;其中,所述节点坐标包括旋转角度;
根据所述目标拟合曲线,确定所述目标拟合曲线的拟合半径;
根据所述拟合半径和所述旋转角度,确定机器人沿标签点运动的实际距离。
可选的,第一确定模块,还具体用于:
根据机器人沿标签点运动的实际距离和所述拟合半径,确定机器人沿标签点运动的实际弧度值。
可选的,第一确定模块,还具体用于:
计算所述节点坐标到所述目标拟合曲线的圆心距离;
根据所述圆心距离和所述节点坐标,确定所述节点坐标到所述目标拟合曲线的半径平方差;
根据所述半径平方差确定所述目标拟合曲线的拟合半径。
可选的,第一确定模块,还具体用于:
利用机器人所设的左轮编码器和右轮编码器,读取所述机器人运动时的变化数据;
根据所述变化数据,确定所述机器人在目标测试段的起始位置至终止位置的前进位移变化量、旋转位移变化量和角度变化量;
根据所述前进位移变化量、所述旋转位移变化量和所述角度变化量,确定所述机器人的坐标信息;
根据所述机器人的坐标信息,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离。
可选的,第一确定模块,还具体用于:
根据所述机器人在所述起始位置的旋转角度和所述终止位置的旋转角度,确定所述机器人在运动过程中所测的测试弧度值。
可选的,第二确定模块,具体用于:
根据所述实际距离和所述测试距离,确定所述机器人的轮长;
根据所述轮长、所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮距。
通过本发明实施例三的机器人轮长和轮距的自动标定装置,通过选定的标签点自动确定出机器人的轮长和轮距,能够有效解决人为标定导致标定过程复杂的问题,从而有效提高轮长和轮距的确定效率。
本发明实施例所提供的机器人轮长和轮距的自动标定装置可执行本发明任意实施例所提供的机器人轮长和轮距的自动标定方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图4是本发明实施例四中的电子设备的结构示意图,如图4所示,该电子设备包括处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440;电子设备中处理器410的数量可以是一个或多个,图4中以一个处理器410为例;电子设备中的处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或其他方式连接,图4中以通过总线连接为例。
存储器420作为一种计算机可读存储介质,可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中的机器人轮长和轮距的自动标定方法对应的程序指令/模块。处理器410通过运行存储在存储器420中的软件程序、指令以及模块,从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理,即实现本发明实施例所提供的机器人轮长和轮距的自动标定方法。
存储器420可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外,存储器420可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中,存储器420可进一步包括相对于处理器410远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置430可用于接收输入的数字或字符信息,以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入,可以包括键盘、鼠标等。输出装置440可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本实施例提供一种包含计算机可执行指令的存储介质,所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于实现本发明实施例所提供的机器人轮长和轮距的自动标定方法。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的机器人轮长和轮距的自动标定方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到,本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现,当然也可以通过硬件实现,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是,上述搜索装置的实施例中,所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的,但并不局限于上述的划分,只要能够实现相应的功能即可;另外,各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本发明的保护范围。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种机器人轮长和轮距的自动标定方法,其特征在于,所述方法包括:
确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;
根据所述实际距离和所述测试距离,以及所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮长和轮距。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,确定机器人沿标签点运动的实际距离,包括:
采集机器人沿标签点运动的节点坐标,并根据所述节点坐标拟合所述机器人的运动轨迹,得到目标拟合曲线;其中,所述节点坐标包括旋转角度;
根据所述目标拟合曲线,确定所述目标拟合曲线的拟合半径;
根据所述拟合半径和所述旋转角度,确定机器人沿标签点运动的实际距离。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,确定机器人沿标签点运动的实际弧度值,包括:
根据机器人沿标签点运动的实际距离和所述拟合半径,确定机器人沿标签点运动的实际弧度值。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述目标拟合曲线,确定所述目标拟合曲线的拟合半径,包括:
计算所述节点坐标到所述目标拟合曲线的圆心距离;
根据所述圆心距离和所述节点坐标,确定所述节点坐标到所述目标拟合曲线的半径平方差;
根据所述半径平方差确定所述目标拟合曲线的拟合半径。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离,包括:
利用机器人所设的左轮编码器和右轮编码器,读取所述机器人运动时的变化数据;
根据所述变化数据,确定所述机器人在目标测试段的起始位置至终止位置的前进位移变化量、旋转位移变化量和角度变化量;
根据所述前进位移变化量、所述旋转位移变化量和所述角度变化量,确定所述机器人的坐标信息;
根据所述机器人的坐标信息,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,确定所述机器人在运动过程中所测的测试弧度值,包括:
根据所述机器人在所述起始位置的旋转角度和所述终止位置的旋转角度,确定所述机器人在运动过程中所测的测试弧度值。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述实际距离和所述测试距离,以及所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮长和轮距,包括:
根据所述实际距离和所述测试距离,确定所述机器人的轮长;
根据所述轮长、所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮距。
8.一种机器人轮长和轮距的自动标定装置,其特征在于,所述装置包括:
第一确定模块,用于确定机器人沿标签点运动的实际距离和实际弧度值,并,确定所述机器人在运动过程中所测的测试距离和测试弧度值;
第二确定模块,用于根据所述实际距离和所述测试距离,以及所述实际弧度值和所述测试弧度值,确定所述机器人的轮长和轮距。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1~7中任一所述的机器人轮长和轮距的自动标定方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1~7中任一所述的机器人轮长和轮距的自动标定方法。
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