CN114001656B - 光学位移检测装置的检测误差修正方法及设备 - Google Patents

光学位移检测装置的检测误差修正方法及设备 Download PDF

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CN114001656B CN202111341049.XA CN202111341049A CN114001656B CN 114001656 B CN114001656 B CN 114001656B CN 202111341049 A CN202111341049 A CN 202111341049A CN 114001656 B CN114001656 B CN 114001656B
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Abstract

本发明提供了光学位移检测装置的检测误差修正方法及设备，该光学位移检测装置安装在移动载体上且不位于载体的驱动轮连线上，方法包括：当载体旋转时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy；至少基于位移变化Δx和位移变化Δy估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，以及光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ；利用旋转角度α、安装偏差角度θ和垂直距离H对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正，垂直距离H为光学位移检测装置相对于两个驱动轮的连线的垂直距离。如此能够修正光学位移检测装置在载体旋转时造成的位移误差，大幅提高光学位移检测装置在各种运动状态下的位移检测精度。

Description

光学位移检测装置的检测误差修正方法及设备
技术领域
本发明属于光学位移检测领域，具体涉及光学位移检测装置的检测误差修正方法及设备。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
光学位移检测装置能够准确检测其载体平移时的位移变化，在光电鼠标定位、扫地机器人定位及其它定位系统等具有重要的应用。但是，当载体做旋转运动时，由于光学位移检测装置的图像采集系统的覆盖范围有限，检测到的位移与实际位移存在着很大的误差。这些误差严重的降低了光学位移检测装置检测其载体位移变化的准确度，影响了光学位移检测装置在扫地机器人等经常做旋转运动的系统的定位应用。
目前，尚没有现有算法和装置能够准确修正光学位移检测装置在其载体旋转时造成的位移误差。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种光学位移检测装置的检测误差修正方法及设备，利用这种方法及设备，能够解决上述问题。
本发明提供了以下方案。
第一方面，提供一种光学位移检测装置的检测误差修正方法，该光学位移检测装置安装在可移动的载体上且不位于载体的两个驱动轮的连线上，方法包括：当载体旋转时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy；至少基于位移变化Δx和位移变化Δy，估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，以及光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ；利用旋转角度α、安装偏差角度θ和垂直距离H对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正，垂直距离H为光学位移检测装置相对于两个驱动轮的连线的垂直距离。
在一种实施方式中，还包括：利用光学位移检测装置的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ；或者，利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ；其中，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
在一种实施方式中，还包括：利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据，以估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置估计旋转角度α，还包括：利用位移变化Δx和垂直距离H估计旋转角度α。
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置估计安装偏差角度θ，还包括：利用位移变化Δx和位移变化Δy估计安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置和陀螺仪估计旋转角度α和安装偏差角度θ包括：利用陀螺仪检测载体的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000021
基于陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000022
光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy以及垂直距离H估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，还包括：根据光学位移检测装置的检测精度和陀螺仪的检测精度确定权重C；基于权重C、垂直距离H、陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000023
光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，根据光学位移检测装置的检测精度和陀螺仪的检测精度确定权重C，还包括：若光学位移检测装置的检测精度高于陀螺仪的检测精度，则权重C小于垂直距离H；若光学位移检测装置的检测精度等于陀螺仪的检测精度，则权重C等于垂直距离H；若光学位移检测装置的检测精度低于陀螺仪的检测精度，则权重C大于垂直距离H。
在一种实施方式中，采用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000024
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置和码表估计旋转角度α和安装偏差角度θ，还包括：利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置在两个驱动轮的连线上的垂直落点与第一驱动轮之间的距离D1；基于垂直距离H、间距D、距离D1、码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，利用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000031
在一种实施方式中，还包括：利用陀螺仪检测载体的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000032
利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；基于权重C、垂直距离H、间距D、距离D1、陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000033
码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，利用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000034
在一种实施方式中，利用旋转角度α、安装偏差角度θ和垂直距离H对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正，还包括：利用以下公式实现修正：
Δx′＝Hsinα-Htanθ(1cosα)；
Δy′＝-H(1cosα)-Htanθsinα；
其中，Δx′为位移变化Δx的修正位移，Δy′为位移变化Δy的修正位移。
第二方面，提供另外一种光学位移检测装置的检测误差修正方法，该光学位移检测装置安装在可移动的载体上且位于载体的两个驱动轮的连线上，方法包括：当载体移动时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系；估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α；估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的距离R；以及，利用旋转角度α和距离R对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正。
在一种实施方式中，利用旋转角度α、安装偏差角度θ和距离R对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正，还包括：利用以下公式实现修正：
Δx′＝R(cosα-1)；
Δy′＝-Rsinα；
其中，Δx′为位移变化Δx的修正位移，Δy′为位移变化Δy的修正位移。
在一种实施方式中，还包括：利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计旋转角度α和距离R；其中，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
在一种实施方式中，还包括：利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据，以估计旋转角度α和距离R。
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置和陀螺仪估计旋转角度α和距离R包括：利用陀螺仪检测载体的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000041
作为旋转角度α；基于第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000042
和位移变化Δy估计距离R。
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置和码表估计旋转角度α和距离R包括：利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置与第一驱动轮之间的距离D1；基于间距D、距离D1、码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δy估计旋转角度α和距离R。
在一种实施方式中，利用以下公式估计旋转角度α和距离R：
Figure GDA0003632716110000043
在一种实施方式中，利用光学位移检测装置、陀螺仪和码表估计旋转角度α和距离R包括：利用陀螺仪检测载体的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000044
利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置与第一驱动轮之间的距离D1；基于间距D、距离D1、陀螺仪检测到的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000045
码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δy估计旋转角度α和距离R。
在一种实施方式中，根据所述码表的检测精度和所述陀螺仪的检测精度确定所述权重C，还包括：若所述码表的检测精度高于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C小于
Figure GDA0003632716110000046
若所述码表的检测精度等于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C等于
Figure GDA0003632716110000047
若所述码表的检测精度低于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C大于
Figure GDA0003632716110000048
在一种实施方式中，利用以下公式估计旋转角度α和距离R：
Figure GDA0003632716110000049
第三方面，提供一种光学位移检测装置的检测误差修正设备，其被配置为用于执行如第一方面的方法，设备包括：光学位移检测装置，安装在可移动的载体上且不位于载体的两个驱动轮的连线上，用于当载体移动时，获得其在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系；第一估计模块，用于至少基于位移变化Δx和位移变化Δy，估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，估计光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ；第一修正模块，用于利用旋转角度α、安装偏差角度θ和垂直距离H对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正，其中，垂直距离H为光学位移检测装置相对于两个驱动轮的连线的垂直距离。
在一种实施方式中，设备还包括安装在载体上的陀螺仪和/或码表；其中，第一估计模块被配置为用于：利用光学位移检测装置的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ；或者，利用光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ；其中，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
第四方面，提供另一种光学位移检测装置的检测误差修正设备，其被配置为用于执行第二方面方法，设备包括：光学位移检测装置，其安装在可移动的载体上且位于载体的两个驱动轮的连线上，用于当载体移动时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系；第二估计模块，用于估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，以及估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的距离R；以及，第二修正模块，用于利用旋转角度α和距离R对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正。
在一种实施方式中，设备还包括陀螺仪和/或码表，第二估计模块用于：利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计旋转角度α和距离R；其中，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
第五方面，提供一种扫地机器人，其配置有如第三方面的光学位移检测装置的检测误差修正设备，和/或第四方面的光学位移检测装置的检测误差修正设备。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：上述实施例中，从理论上阐明了光学位移检测装置在其载体旋转时造成的位移误差的原因。并基于此提出了准确修正光学位移检测装置在其载体旋转时造成的位移误差的具体方法，准确修正光学位移检测装置在其载体旋转时造成的位移误差，大幅提高光学位移检测装置在各种运动状态下的位移检测精度，计算简单且成本较低。进一步地，第一方面和第三方面的实施例中，设计了融合多种运动检测传感器(如陀螺仪，码表等)的数据来准确估计修正位移误差所需要的安装偏差角度θ(决定于旋转中心)和旋转角度α的方案。第二方面和第四方面的实施例中，进一步地设计了融合多种运动检测传感器(如陀螺仪，码表等)的数据来准确估计修正位移误差所需要的距离R(决定于旋转中心)和旋转角度α的方案。
应当理解，上述说明仅是本发明技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文的示例性实施例的详细描述，本领域普通技术人员将明白本文的优点和益处以及其他优点和益处。附图仅用于示出示例性实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：
图1为安装在旋转载体上的光学位移检测装置的测量示意图；
图2为另一种安装在旋转载体上的光学位移检测装置的测量示意图；
图3为根据本发明一实施例的光学位移检测装置的测量误差修正方法的流程示意图；
图4为根据本发明一实施例的安装在旋转载体上的光学位移检测装置的示意图；
图5为根据本发明另一实施例的光学位移检测装置的测量误差修正方法的流程示意图；
图6为根据本发明另一实施例的安装在旋转载体上的光学位移检测装置的示意图；
图7为根据本发明一实施例的光学位移检测装置的测量误差修正设备的结构示意图；
图8为根据本发明一实施例的光学位移检测装置的测量误差修正设备的结构示意图。
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本申请实施例的描述中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请中的所有代码都是示例性的，本领域技术人员根据所使用的编程语言，具体的需求和个人习惯等因素会在不脱离本申请的思想的条件下想到各种变型。
为清楚阐述本申请实施例，首先将介绍一些后续实施例中可能会出现的概念。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参考图1，对安装在旋转状态下的载体之上的光学位移检测装置的测量工作机制进行简要介绍。光学位移检测装置P安装在载体上，其工作坐标系为xPy，载体设有2个驱动轮L和R，假设载体的驱动轮L和R分别向相反方向移动，从而使得载体绕旋转中心O顺时针旋转一个很小的角度α(图1为更清楚地解释测量工作机制而放大地显示该角度α)，假设光学位移检测装置P与旋转中心的距离为r，且此时光学位移检测装置P的工作坐标系xPy中的其中一个坐标轴垂直于载体的旋转方向。当光学位移检测装置P绕旋转中心旋转角度α之后移动到P’点。此时，光学位移检测装置P在其工作坐标系xPy上的位移可以表示为：
Δx＝R sinα≈Rα (1)
Figure GDA0003632716110000071
由于α是一个接近于0的值，从图1中可以看出，Δx和Δy的差别很大，因此常用的光学位移检测装置都只能检测到Δx，而无法检测到Δy。具体来说，Δy的值很小，在相邻的若干帧图像内是无法从参考帧和当前帧的匹配检测到Δy。此外，Δx的值很大，在若干帧之后，就必须更换参考帧，而更换参考帧则导致原来未检测到的Δy被清零了，无法积累检测。即，常用的光学位移检测装置都只能检测到平行于旋转方向的位移变化，而无法检测到垂直于旋转方向的位移变化。
基于此，常用的光学位移检测装置在检测旋转时，始终只有x方向的位移输出，而没有y方向的位移输出，也就是说，输出的位移轨迹是一条直线而不是一条弧线。直线的长度为：l＝Rα(3)。例如，如果图1中的载体绕旋转中心O旋转一周，常用的光学位移检测装置P输出的位移轨迹是一条X方向的直线，长度为2πR。即只从常用的光学位移检测装置来观察载体的运动，好像载体平移了一段距离，而不是原地旋转。
参考图2，对另外一种安装载体之上的光学位移检测装置在载体旋转状态下的测量工作机制进行简要介绍。图2与图1的区别在于，图1中光学位移检测装置P的工作坐标系xPy中的其中一个坐标轴垂直于载体的旋转方向h，而图2中的光学位移检测装置P的工作坐标系xPy中的x轴或y轴均不垂直于旋转方向h，而是x轴与载体的旋转方向h之间存在一夹角θ，此时，光学位移检测装置P的运动轨迹可以描述为xPy坐标系中的(Δx，Δy)：
Figure GDA0003632716110000081
Figure GDA0003632716110000082
其中，Δh、Δv是坐标系hPv中的位移变化，h指向旋转方向，本领域技术人员可以理解，可以利用上述公式(1)、(2)获知Δh、Δv的计算公式。
上文中已经描述，因此，在上述公式(4)和(5)中，
Δxh＝Rαcosθ (6)
Δyh＝-Rαsinθ (7)
上述公式(6)和(7)表示与旋转方向平行的位移变化。
Figure GDA0003632716110000083
Figure GDA0003632716110000084
上述公式(8)和(9)表示与旋转方向垂直的位移变化。
同理，当α是一个接近于0的值时，与旋转方向垂直的位移变化Δxv和Δyv远小于与旋转方向平行的位移变化Δxh和Δyh。因此，在图2的情况下，光学位移检测装置P同样只能检测到与旋转方向平行的位移，而无法检测到与旋转方向平行垂直的位移。光学位移检测装置在检测旋转时，输出的仍是一条直线。即：
Δx＝Rαcosθ (10)
Δy＝-Rαsinθ (11)
在图2的情况下，如果光学位移检测装置P旋转一周，光学位移检测装置的输出是一条长度为2πR且角度为θ的直线。如果只观察光学位移检测装置的输出，显示载体平移了一段距离，而不是原地旋转。
基于上述分析，申请人发现，光学位移检测装置不能很好地检测出载体移动时的位移变化的原因在于，如载体移动时发生旋转，光学位移检测装置无法检测到与旋转方向垂直的位移变化，而只能检测到与旋转方向平行的位移变化。如果能够估计出载体的旋转角度α和光学位移检测装P相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ，可以修正光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和Δy的数值。
图3为根据本申请一实施例的一种光学位移检测装置的检测误差修正方法的流程示意图，用于对光学位移检测装置的检测数据进行误差修正，其所示出的方法适用于光学位移检测装置安装在可移动的载体上且不位于载体的两个驱动轮的连线上的情况。
图4根据本发明一实施例的安装在旋转载体上的光学位移检测装置的示意图，其示出了光学位移检测装置安装在可移动的载体上，且不位于载体的两个驱动轮的连线上的示意图。以下结合图4对图3所示出的流程方法进行详细介绍。
如图3所示，本实施例提供的方法可以包括以下步骤：
S301、当载体旋转时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy；
其中，第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系。例如，参考图4，光学位移检测装置P的工作坐标系xPy，其中第一方向为x轴正方向，第二方向为y轴正方向，光学位移检测装置P检测到的位移变化为(Δx,Δy)，即光学位移检测装置在移动时检测到的在工作坐标系xPy上的位移变化。
S302、至少基于位移变化Δx和位移变化Δy，估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，以及光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ；
其中，载体的旋转中心决定于两个驱动轮的转速差，转速差不同，旋转中心的位置就不同，但这个旋转中心必定位于两个驱动轮的连线上，图4中的点O为一个示例性的旋转中心。当载体旋转一个旋转角度α时，光学位移检测装置同样相对于载体的旋转中心旋转同样的角度。关于安装偏差角度θ，当光学位移检测装置的安装不是垂直于旋转方向h时，而是在x轴和旋转方向h之间存在一个角度值θ时，即存在该光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ，具体可结合对图2的说明来理解该安装偏差角度θ。
S303、利用旋转角度α、安装偏差角度θ和垂直距离H对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正。其中，垂直距离H为光学位移检测装置相对于两个驱动轮的连线的垂直距离。
可以理解，旋转角度α实际上是一个接近于0的角度，图4中为更为清楚地描述本实施例而放大了该旋转角度α。
参考图4，载体包括2个驱动轮，即第一驱动轮(l，l’)和第二驱动轮(r，r’)，光学位移检测装置(P，P’)安装在载体上，且距离驱动轮连线lr之间的垂直距离为H。其中，载体旋转前的第一驱动轮l、第二驱动轮r和光学位移检测装置P共同绕旋转中心O旋转一旋转角度α，得到图4中虚线所示的载体旋转后的第一驱动轮l’、第二驱动轮r’和光学位移检测装置P’，如果载体旋转α，如在以上公式(10)和(11)中所描述的内容，图4中的光学位移检测装置无法检测到与旋转方向垂直的位移变化，而只能检测到与旋转方向平行的位移变化，基于此，输出的位移变化(Δx,Δy)为：
Δx＝Rαcosθ＝Hα (12)
Δy＝-Rαsinθ＝-Hαtanθ (13)
然而，结合图4，光学位移检测装置的真实位移变化是：
Figure GDA0003632716110000101
Figure GDA0003632716110000102
一个示例中，图4中，旋转后的光学位移检测装置P’与旋转中心O之间的连线与驱动轮连线Olr之间的夹角即
Figure GDA0003632716110000103
且其距离驱动轮连线lr的垂直距离为H’，旋转前的光学位移检测装置P与旋转中心O之间的连线与驱动轮连线Olr之间的夹角即
Figure GDA0003632716110000104
且其距离驱动轮连线Olr的垂直距离为H，可以看出，从P到P’在y轴上的位移变化为H’-H，即可以推导出公式(12)中的内容。基于类似的推导过程，可以推导出从P到P’在x轴上的位移变化为公式(13)中的内容，此处不再赘述。
根据以上公式(12)和(13)，可以将公式(14)和(15)改写为：
Figure GDA0003632716110000105
Figure GDA0003632716110000106
基于上述公式(16)和(17)，我们可以看出，如需将光学位移检测装置检测到的位移变化(Δx,Δy)修正为更符合实际的位移变化(Δx′,Δy′)，可以估计出光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，并估计光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ，并可以基于上述旋转角度α、安装偏差角度θ进行误差矫正。
具体来说，可以至少基于位移变化Δx和位移变化Δy估计该旋转角度α和安装偏差角度θ，进一步地，可以额外利用多种运动检测传感器(如陀螺仪，码表等)的数据来准确估计修正位移误差所需要的安装偏差角度θ(决定于旋转中心)和旋转角度α的方案。可以理解，本申请对采用何种传感器来准确估计该旋转角度α和安装偏差角度θ，以及如何估计该旋转角度α和安装偏差角度θ的方式不作具体限定。
本实施例中，申请人发现了现有的光学位移检测装置在检测旋转移动时存在定位不准的情况的底层原因，并发现了可以影响该定位不准的两个影响因子，即旋转角度α、安装偏差角度θ，本实施例中对于获得该旋转角度α和安装偏差角度θ的方式不作具体限定，任何可以估计出旋转角度α和安装偏差角度θ的方式均可采用。通过估计出的旋转角度α和安装偏差角度θ，以及其他光学位移检测装置在载体上的安装尺寸，可以对光学位移检测装置测量到的位移变化(Δx,Δy)进行修正，成为更符合实际的位移变化(Δx′,Δy′)。
基于图3的光学位移检测装置的检测误差修正方法，本申请的一些实施例还提供了该光学位移检测装置的检测误差修正方法的一些具体实施方案，以及扩展方案，下面进行说明。
在一些实施方式中，为了获取旋转角度α和安装偏差角度θ，S302还采用以下方案(1)-(4)中的任意一种或多种的组合：
(1)利用光学位移检测装置的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
(2)利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
(3)利用光学位移检测装置以及安装在载体上的码表的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
(4)利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和码表估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
可以理解，上述光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。并且，从方案(1)至(4)，逐渐提供更准确的估计结果，并且导致更复杂的计算过程。然而，由于上述方案(1)-(4)本身均计算简单，且采用的器件也都是诸如陀螺仪、码表之类的常见电子器件，成本较低。
在一些实施方式中，当需要融合光学位移检测装置和陀螺仪和/或码表的测量数据时，还可以利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据，以估计旋转角度α和安装偏差角度θ。将在下文中给出具体示例。
在一些实施方式中，如采用上述方案(1)，即仅利用光学位移检测装置实现旋转角度α和安装偏差角度θ的估计，其中，利用光学位移检测装置估计旋转角度α具体可以采用以下方案：利用位移变化Δx和垂直距离H估计旋转角度α。而利用光学位移检测装置估计安装偏差角度θ具体可以采用以下方案：利用位移变化Δx和位移变化Δy估计安装偏差角度θ。
可以理解，当载体只有平移，没有旋转时，Δx的值非常接近于0，即只有检测噪音。而在载体旋转时，Δx的值不为0。基于此，参考图4，旋转角度α和安装偏差角度θ的估计值可以为：
Figure GDA0003632716110000111
Figure GDA0003632716110000121
采用方案(1)时，无需其它关于旋转信息即可实现估计，计算简单且成本低。
在一种实施方式中，如采用方案(2)，即利用光学位移检测装置和陀螺仪估计旋转角度α和安装偏差角度θ，具体可以执行以下方案：首先，利用陀螺仪检测载体的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000122
之后，基于陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000123
光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy以及垂直距离H估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
可以理解，陀螺仪是诸如扫地机器人等智能设备上的常见器件，如利用陀螺仪的测量数据即可实现误差修正，则可以以较低的成本实现精度更高的误差矫正。
进一步地，当采用方案(2)时，需要融合光学位移检测装置和陀螺仪的测量数据，为了平衡二者对于旋转角度α估计的影响，可以根据光学位移检测装置的检测精度和陀螺仪的检测精度的比较而设置一权重C，并基于权重C、垂直距离H、陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000124
光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
具体来说，可以采用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000125
可选地，权重C的设置可以依照以下规则：若光学位移检测装置的检测精度高于陀螺仪的检测精度，则权重C小于垂直距离H；若光学位移检测装置的检测精度等于陀螺仪的检测精度，则权重C等于垂直距离H；若光学位移检测装置的检测精度低于陀螺仪的检测精度，则权重C大于垂直距离H。
基于上述公式(20)，当采用最小二乘法时，可以得到以下公式(21)：
Figure GDA0003632716110000126
可以理解，最小二乘法只是融合光学位移检测装置和陀螺仪的检测数据的一种方法，可以采用其他方式，比如卡尔曼滤波等其他可以实现数据融合的方式，本申请对此不作具体限制。
在一种实施方式中，如采用方案(3)，即利用光学位移检测装置和码表估计旋转角度α和安装偏差角度θ，码表可以分别安装在驱动轮上，用于检测驱动轮的位移，具体可以采用以下方案：利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置在两个驱动轮的连线上的垂直落点与第一驱动轮之间的距离D1；基于垂直距离H、间距D、距离D1、码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
参考图4，其中第一驱动轮l和第二驱动轮r之间的固定间距为D，确定光学位移检测装置P在驱动轮连线lr上的落点P1与第一驱动轮l之间的距离D1。
参考图4，第一驱动轮l和第二驱动轮r的位移测量输出为：
ΔSL＝(Rsinθ-D1)α＝(H tanθ-D1)α (22)
ΔSR＝(Rsinθ-D1+D)α＝(H tanθ-D1+D)α (23)
可以理解，码表是诸如扫地机器人等智能设备上的常见器件，如利用码表的测量数据即可实现误差修正，则可以以较低的成本实现精度更高的误差矫正。
一个示例中，融合光学位移检测装置检测到的位移变化Δx、Δy，码表检测到位移ΔSL、位移ΔSR，可以利用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000131
基于上述公式(24)，当采用最小二乘法时，可以得到以下公式(25)：
Figure GDA0003632716110000132
可以理解，最小二乘法只是融合光学位移检测装置和陀螺仪的检测数据的一种方法，可以采用其他方式，比如卡尔曼滤波等其他可以实现数据融合的方式，本申请对此不作具体限制。
在一种实施方式中，如采用方案(4)，即利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和码表估计旋转角度α和安装偏差角度θ，具体可以执行以下方案：利用陀螺仪检测载体的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000133
利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；基于权重C、垂直距离H、间距D、距离D1、陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000134
码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在此方案下，相当于融合了方案(2)和方案(3)，采用光学位移检测装置、陀螺仪和码表共同估计出旋转角度α和安装偏差角度θ，估计准确度更高，且陀螺仪和码表均是载体上的常见电子器件，无需额外付出太多成本即可实现更准确的估计。
一个示例中，可以利用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000141
基于上述公式(26)，当采用最小二乘法时，可以得到以下公式(27)：
Figure GDA0003632716110000142
可以理解，最小二乘法只是融合光学位移检测装置、陀螺仪和码表的检测数据的一种方法，可以采用其他方式，比如卡尔曼滤波等其他可以实现数据融合的方式，本申请对此不作具体限制。
在另外的示例中，也可以直接利用公式(18)、(19)、(21)和(25)，将三次计算的结果进行求均值、加权求均值等方式，以获得旋转角度α和安装偏差角度θ。
本申请还提供另外一种光学位移检测装置的检测误差修正方法。
图5为根据本申请一实施例的一种光学位移检测装置的检测误差修正方法的流程示意图，用于对光学位移检测装置的检测数据进行误差修正，不同于图3示出的方案，图5所示出的方法适用于光学位移检测装置安装在可移动的载体上且位于载体的两个驱动轮的连线上的情况。
图6为根据本发明另一实施例的安装在旋转载体上的光学位移检测装置的示意图；其示出了光学位移检测装置安装在可移动的载体上，且位于载体的两个驱动轮的连线上的示意图。以下结合图6对图5所示出的流程方法进行详细介绍。
如图5所示，本实施例提供的方法可以包括以下步骤：
S501、当载体移动时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy；
其中第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系；例如，参考图6，光学位移检测装置P的工作坐标系xPy，其中第一方向为x轴正方向，第二方向为y轴正方向，光学位移检测装置P检测到的位移变化为(Δx,Δy)，即光学位移检测装置在移动时检测到的在工作坐标系xPy上的位移变化。
此时，旋转方向h与工作坐标系的x轴之间的夹角θ为90度，参考公式(10)和(11)，可以理解，cos90°＝0，而sin90°＝1，因此：
Δx＝Rαcosθ＝0 (28)
Δy＝-Rαsinθ＝-Rα (29)
S502、估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，和光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的距离R；
S503、利用旋转角度α和距离R对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正。
可以理解，旋转角度α实际上是一个接近于0的角度，图6中为更为清楚地描述本实施例而放大了该旋转角度α。
参考图6，载体包括2个驱动轮，即第一驱动轮(l，l’)和第二驱动轮(r，r’)，光学位移检测装置(P，P’)安装在载体上，且位移驱动轮连线lr上。其中，载体旋转前的第一驱动轮l、第二驱动轮r和光学位移检测装置P共同绕旋转中心O旋转一旋转角度α，得到图4中虚线所示的载体旋转后的第一驱动轮l’、第二驱动轮r’和光学位移检测装置P’，如果载体旋转α，图6中的光学位移检测装置无法检测到与旋转方向垂直的位移变化，而只能检测到与旋转方向平行的位移变化，基于此，输出的位移变化(Δx,Δy)如公式(28)、(29)所示。
然而，结合图6，光学位移检测装置的真实位移变化是：
Δx′＝R(cosα-1) (30)
Δy′＝-Rsinα (31)
基于上述公式(30)和(31)，我们可以看出，如需将光学位移检测装置检测到的位移变化(Δx,Δy)修正为更符合实际的位移变化(Δx′,Δy′)，可以估计出光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，并估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的距离R，并可以基于上述旋转角度α、距离R进行误差矫正。
本实施例中，申请人发现了现有的光学位移检测装置在检测旋转移动时存在定位不准的情况的底层原因，并发现了可以影响该定位不准的两个影响因子，即旋转角度α、距离R，本实施例中对于获得该旋转角度α和距离R的方式不作具体限定，任何可以估计出旋转角度α和距离R的方式均可采用。通过估计出的旋转角度α和距离R，以及其他光学位移检测装置在载体上的安装尺寸，可以对光学位移检测装置测量到的位移变化(Δx,Δy)进行修正，成为更符合实际的位移变化(Δx′,Δy′)。
在一种实施方式中，在S503中，具体还可以包括利用以下公式(30)、(31)实现修正，其中，Δx′为位移变化Δx的修正位移，Δy′为位移变化Δy的修正位移。
在一种实施方式中，为了估计旋转角度α和距离R，S502还采用以下方案(1)-(3)中任意一种或多种的组合：
(1)利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪的检测数据估计旋转角度α和距离R；
(2)利用光学位移检测装置以及安装在载体上的码表的检测数据估计旋转角度α和距离R；
(3)利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和码表的检测数据估计旋转角度α和距离R；
可以理解，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。并且，方案(3)提供更准确的估计结果，并且导致更复杂的计算过程。然而，由于上述方案(1)-(3)本身均计算简单，且采用的器件也都是诸如陀螺仪、码表之类的常见电子器件，成本较低。
在一实施方式中，利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据，以估计旋转角度α和距离R。将在下文中给出具体示例。
在一些实施方式中，如采用上述方案(1)，即利用光学位移检测装置和陀螺仪估计旋转角度α和距离R，具体可采用以下方案：利用陀螺仪检测载体的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000161
作为旋转角度α；基于第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000162
和位移变化Δy估计距离R。例如，参考图6，
Figure GDA0003632716110000163
其中
Figure GDA0003632716110000164
为距离R的估计值。
在一些实施方式中，如采用上述方案(3)即，利用光学位移检测装置和码表估计旋转角度α和距离R，码表可以分别安装在驱动轮上，用于检测驱动轮的位移，具体可采用以下方案：利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置与第一驱动轮之间的距离D1；基于间距D、距离D1、码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δy估计旋转角度α和距离R。
参考图6，其中第一驱动轮l和第二驱动轮r之间的固定间距为D，光学位移检测装置P与第一驱动轮l之间的距离D1。
参考图6，第一驱动轮l和第二驱动轮r的位移测量输出为：
ΔSL＝(R-D1)α＝(R-D1)α (33)
ΔSR＝(R-D1+D)α＝(R-D1+D)α (34)
可以理解，码表是诸如扫地机器人等智能设备上的常见器件，如利用码表的测量数据即可实现误差修正，则可以以较低的成本实现精度更高的误差矫正。
一个示例中，融合光学位移检测装置检测到的位移变化Δx、Δy，码表检测到位移ΔSL、位移ΔSR，可以利用以下公式估计旋转角度α和距离R：
Figure GDA0003632716110000171
基于上述公式(35)，当采用最小二乘法时，可以得到以下公式(36)：
Figure GDA0003632716110000172
可以理解，最小二乘法只是融合光学位移检测装置和陀螺仪的检测数据的一种方法，可以采用其他方式，比如卡尔曼滤波等其他可以实现数据融合的方式，本申请对此不作具体限制。
在一种实施方式中，如采用方案(3)，即利用光学位移检测装置、陀螺仪和码表估计旋转角度α和距离R，具体可以执行以下方案：利用陀螺仪检测载体的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000173
利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置与第一驱动轮之间的距离D1；基于间距D、距离D1、陀螺仪检测到的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000174
码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δy估计旋转角度α和距离R。
在此方案下，相当于融合了方案(1)和方案(2)，采用光学位移检测装置、陀螺仪和码表共同估计出旋转角度α和距离R，估计准确度更高，且陀螺仪和码表均是载体上的常见电子器件，无需额外付出太多成本即可实现更准确的估计。
一个示例中，可以利用以下公式估计旋转角度α和距离R：
Figure GDA0003632716110000175
可选地，权重C的设置可以依照以下规则：若码表的检测精度高于陀螺仪的检测精度，则权重C小于
Figure GDA0003632716110000176
若码表的检测精度等于陀螺仪的检测精度，则权重C等于
Figure GDA0003632716110000177
若码表的检测精度低于陀螺仪的检测精度，则权重C大于
Figure GDA0003632716110000178
基于上述公式(37)，当采用最小二乘法时，可以得到以下公式(38)：
Figure GDA0003632716110000179
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种光学位移检测装置的检测误差修正设备，用于执行上述图3所示出实施例所提供的光学位移检测装置的检测误差修正设备。图7为本发明实施例提供的光学位移检测装置的检测误差修正设备的结构示意图。
如图7所示，设备700包括：
光学位移检测装置701，安装在可移动的载体上且不位于载体的两个驱动轮的连线上，用于当载体移动时，获得其在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系；
第一估计模块702，用于估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，估计光学位移检测装置相对于载体的旋转方向的安装偏差角度θ；
第一修正模块703，用于利用旋转角度α、安装偏差角度θ和垂直距离H对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正，其中，垂直距离H为光学位移检测装置相对于两个驱动轮的连线的垂直距离。
在一种实施方式中，设备还包括安装在载体上的陀螺仪和/或码表；其中，第一估计模块702被配置为还用于：
利用光学位移检测装置的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ；
或者，利用光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据估计旋转角度α和安装偏差角度θ；
其中，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：
利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据，以估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用位移变化Δx和垂直距离H估计旋转角度α。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用位移变化Δx和位移变化Δy估计安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用陀螺仪检测载体的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000181
基于陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000182
光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy以及垂直距离H估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：根据光学位移检测装置的检测精度和陀螺仪的检测精度确定权重C；基于权重C、垂直距离H、陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000191
光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：若光学位移检测装置的检测精度高于陀螺仪的检测精度，则权重C小于垂直距离H；若光学位移检测装置的检测精度等于陀螺仪的检测精度，则权重C等于垂直距离H；若光学位移检测装置的检测精度低于陀螺仪的检测精度，则权重C大于垂直距离H。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：采用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000192
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置在两个驱动轮的连线上的垂直落点与第一驱动轮之间的距离D1；基于垂直距离H、间距D、距离D1、码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000193
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用陀螺仪检测载体的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000194
利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；基于权重C、垂直距离H、间距D、距离D1、陀螺仪检测到的第一旋转角度
Figure GDA0003632716110000195
码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δx和位移变化Δy估计旋转角度α和安装偏差角度θ。
在一种实施方式中，第一估计模块702被配置为还用于：利用以下公式估计旋转角度α和安装偏差角度θ：
Figure GDA0003632716110000196
在一种实施方式中，第一修正模块703被配置为还用于：利用以下公式实现修正：
Δx′＝H sinα-H tanθ(1-cosα)；
Δy′＝-H(1-cosα)-H tanθsinα；
其中，Δx′为位移变化Δx的修正位移，Δy′为位移变化Δy的修正位移。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供另外一种光学位移检测装置的检测误差修正设备，用于执行上述图5所示出实施例所提供的光学位移检测装置的检测误差修正设备。图8为本发明实施例提供的光学位移检测装置的检测误差修正设备的结构示意图。
如图8所示，设备800包括：
光学位移检测装置801，其安装在可移动的载体上且位于载体的两个驱动轮的连线上，用于当载体移动时，获得光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中第一方向和第二方向组成光学位移检测装置的工作坐标系；
第二估计模块802，用于估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的旋转角度α，以及估计光学位移检测装置相对于载体的旋转中心的距离R；以及，
第二修正模块803，用于利用旋转角度α和距离R对位移变化Δx和位移变化Δy进行修正。
在一种实施方式中，设备还包括陀螺仪和/或码表，第二估计模块802用于：
利用光学位移检测装置以及安装在载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计旋转角度α和距离R；
其中，光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和位移变化Δy，陀螺仪用于检测载体的旋转角度，码表用于检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
在一种实施方式中，第三修正模块802被配置为利用以下公式实现修正：Δx′＝R(cosα-1)；Δy′＝-Rsinα；其中，Δx′为位移变化Δx的修正位移，Δy′为位移变化Δy的修正位移。
在一种实施方式中，第二估计模块802还用于：利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合光学位移检测装置以及陀螺仪和/或码表的检测数据，以估计旋转角度α和距离R。
在一种实施方式中，第二估计模块802还用于：利用陀螺仪检测载体的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000201
作为旋转角度α；基于第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000202
和位移变化Δy估计距离R。
在一种实施方式中，第二估计模块802还用于：利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置与第一驱动轮之间的距离D1；基于间距D、距离D1、码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δy估计旋转角度α和距离R。
在一种实施方式中，第二估计模块802还用于：利用以下公式估计旋转角度α和距离R：
Figure GDA0003632716110000211
在一种实施方式中，第二估计模块802还用于：利用陀螺仪检测载体的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000212
利用码表检测载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；确定第一驱动轮和第二驱动轮之间的间距D，以及光学位移检测装置与第一驱动轮之间的距离D1；基于间距D、距离D1、陀螺仪检测到的第二旋转角度
Figure GDA0003632716110000213
码表检测到的第一驱动轮的位移ΔSL、第二驱动轮的位移ΔSR以及光学位移检测装置检测到的位移变化Δy估计旋转角度α和距离R。
在一种实施方式中，第二估计模块802还用于：利用以下公式估计旋转角度α和距离R：
Figure GDA0003632716110000214
需要说明的是，本实施例中未作详细说明的步骤可以参考图5所示实施例中相关步骤中的描述，此处不再赘述。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种扫地机器人，其配置有如图7和/或图8所示实施例的光学位移检测装置的检测误差修正设备。
本申请实施例中的设备可以实现前述方法的实施例的各个过程，并达到相同的效果和功能，这里不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一些可能的实施方式”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
关于本申请实施例的方法流程图，将某些操作描述为以一定顺序执行的不同的步骤。这样的流程图属于说明性的而非限制性的。可以将在本文中所描述的某些步骤分组在一起并且在单个操作中执行、可以将某些步骤分割成多个子步骤、并且可以以不同于在本文中所示出的顺序来执行某些步骤。可以由任何电路结构和/或有形机制(例如，由在计算机设备上运行的软件、硬件(例如，处理器或芯片实现的逻辑功能)等、和/或其任何组合)以任何方式来实现在流程图中所示出的各个步骤。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (29)

1.一种光学位移检测装置的检测误差修正方法，其特征在于，光学位移检测装置安装在可移动的载体上且不位于所述载体的两个驱动轮的连线上，所述方法包括：
当载体旋转时，获得所述光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中所述第一方向和所述第二方向组成所述光学位移检测装置的工作坐标系；
至少基于所述位移变化Δx和所述位移变化Δy，估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转中心的旋转角度α，以及所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转方向的安装偏差角度θ；
利用所述旋转角度α、所述安装偏差角度θ和垂直距离H对所述位移变化Δx和所述位移变化Δy进行修正，所述垂直距离H为所述光学位移检测装置相对于所述两个驱动轮的连线的垂直距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述光学位移检测装置的检测数据估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ；
或者，利用所述光学位移检测装置以及安装在所述载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ；
其中，所述光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和所述位移变化Δy，所述陀螺仪用于检测所述载体的旋转角度，所述码表用于检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合所述光学位移检测装置以及所述陀螺仪和/或所述码表的检测数据，以估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置估计所述旋转角度α，还包括：
利用所述位移变化Δx和所述垂直距离H估计所述旋转角度α。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置估计所述安装偏差角度θ，还包括：
利用所述位移变化Δx和所述位移变化Δy估计所述安装偏差角度θ。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置和所述陀螺仪估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ包括：
利用所述陀螺仪检测所述载体的第一旋转角度
Figure FDA0003668144010000011
基于所述陀螺仪检测到的所述第一旋转角度
Figure FDA0003668144010000021
所述光学位移检测装置检测到的所述位移变化Δx和所述位移变化Δy以及所述垂直距离H估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述光学位移检测装置的检测精度和所述陀螺仪的检测精度确定权重C；
基于所述权重C、所述垂直距离H、所述陀螺仪检测到的所述第一旋转角度
Figure FDA0003668144010000022
所述光学位移检测装置检测到的所述位移变化Δx和所述位移变化Δy估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述光学位移检测装置的检测精度和所述陀螺仪的检测精度确定权重C，还包括：
若所述光学位移检测装置的检测精度高于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C小于所述垂直距离H；
若所述光学位移检测装置的检测精度等于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C等于所述垂直距离H；
若所述光学位移检测装置的检测精度低于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C大于所述垂直距离H。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用以下公式估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ：
Figure FDA0003668144010000023
10.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置和所述码表估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ，还包括：
利用所述码表检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；
确定所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的间距D，以及所述光学位移检测装置在两个驱动轮的连线上的垂直落点与所述第一驱动轮之间的距离D1；
基于所述垂直距离H、所述间距D、所述距离D1、所述码表检测到的所述第一驱动轮的位移ΔSL、所述第二驱动轮的位移ΔSR以及所述光学位移检测装置检测到的所述位移变化Δx和所述位移变化Δy估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，利用以下公式估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ：
Figure FDA0003668144010000031
12.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述陀螺仪检测所述载体的第一旋转角度
Figure FDA0003668144010000032
利用所述码表检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；
基于所述权重C、所述垂直距离H、所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的间距D、所述光学位移检测装置在两个驱动轮的连线上的垂直落点与所述第一驱动轮之间的距离D1、所述陀螺仪检测到的所述第一旋转角度
Figure FDA0003668144010000033
所述码表检测到的所述第一驱动轮的位移ΔSL、所述第二驱动轮的位移ΔSR以及所述光学位移检测装置检测到的所述位移变化Δx和所述位移变化Δy估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，利用以下公式估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ：
Figure FDA0003668144010000034
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述旋转角度α、所述安装偏差角度θ和所述垂直距离H对所述位移变化Δx和所述位移变化Δy进行修正，还包括：
利用以下公式实现所述修正：
Δx′＝Hsinα-Htanθ(1-cosα)；
Δy′＝-H(1-cosα)-Htanθsinα；
其中，所述Δx′为所述位移变化Δx的修正位移，所述Δy′为所述位移变化Δy的修正位移。
15.一种光学位移检测装置的检测误差修正方法，其特征在于，光学位移检测装置安装在可移动的载体上且位于所述载体的两个驱动轮的连线上，所述方法包括：
当所述载体移动时，获得所述光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中所述第一方向和所述第二方向组成所述光学位移检测装置的工作坐标系；
估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转中心的旋转角度α；
估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转中心的距离R；以及，
利用所述旋转角度α和所述距离R对所述位移变化Δx和所述位移变化Δy进行修正。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，利用所述旋转角度α、所述安装偏差角度θ和所述距离R对所述位移变化Δx和所述位移变化Δy进行修正，还包括：
利用以下公式实现所述修正：
Δx′＝R(cosα-1)；
Δy′＝-Rsinα；
其中，所述Δx′为所述位移变化Δx的修正位移，所述Δy′为所述位移变化Δy的修正位移。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述光学位移检测装置以及安装在所述载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计所述旋转角度α和所述距离R；
其中，所述光学位移检测装置用于检测所述位移变化Δx和所述位移变化Δy，所述陀螺仪用于检测所述载体的旋转角度，所述码表用于检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
利用最小二乘法和/或卡尔曼滤波融合所述光学位移检测装置以及所述陀螺仪和/或所述码表的检测数据，以估计所述旋转角度α和所述距离R。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置和所述陀螺仪估计所述旋转角度α和所述距离R包括：
利用所述陀螺仪检测所述载体的第二旋转角度
Figure FDA0003668144010000041
作为所述旋转角度α；
基于所述第二旋转角度
Figure FDA0003668144010000042
和所述位移变化Δy估计所述距离R。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置和所述码表估计所述旋转角度α和所述距离R包括：
利用所述码表检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；
确定所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的间距D，以及所述光学位移检测装置与所述第一驱动轮之间的距离D1；
基于所述间距D、所述距离D1、所述码表检测到的所述第一驱动轮的位移ΔSL、所述第二驱动轮的位移ΔSR以及所述光学位移检测装置检测到的所述位移变化Δy估计所述旋转角度α和所述距离R。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，利用以下公式估计所述旋转角度α和所述距离R：
Figure FDA0003668144010000043
22.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，利用所述光学位移检测装置、所述陀螺仪和所述码表估计所述旋转角度α和所述距离R包括：
利用所述陀螺仪检测所述载体的第二旋转角度
Figure FDA0003668144010000051
利用所述码表检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR；
根据所述码表的检测精度和所述陀螺仪的检测精度确定权重C；
确定所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的间距D，以及所述光学位移检测装置与所述第一驱动轮之间的距离D1；
基于所述权重C、所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的间距D、所述光学位移检测装置在两个驱动轮的连线上的垂直落点与所述第一驱动轮之间的距离D1、所述陀螺仪检测到的所述第二旋转角度
Figure FDA0003668144010000052
所述码表检测到的所述第一驱动轮的位移ΔSL、所述第二驱动轮的位移ΔSR以及所述光学位移检测装置检测到的所述位移变化Δy估计所述旋转角度α和所述距离R。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，根据所述码表的检测精度和所述陀螺仪的检测精度确定所述权重C，还包括：
若所述码表的检测精度高于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C小于
Figure FDA0003668144010000053
若所述码表的检测精度等于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C等于
Figure FDA0003668144010000054
若所述码表的检测精度低于所述陀螺仪的检测精度，则所述权重C大于
Figure FDA0003668144010000055
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，利用以下公式估计所述旋转角度α和所述距离R：
Figure FDA0003668144010000056
25.一种光学位移检测装置的检测误差修正设备，其特征在于，被配置为用于执行如权利要求1-14中任意一项所述的方法，所述设备包括：
光学位移检测装置，安装在可移动的载体上且不位于所述载体的两个驱动轮的连线上，用于当所述载体移动时，获得其在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中所述第一方向和所述第二方向组成所述光学位移检测装置的工作坐标系；
第一估计模块，用于至少基于所述位移变化Δx和所述位移变化Δy估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转中心的旋转角度α，估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转方向的安装偏差角度θ；
第一修正模块，用于利用所述旋转角度α、所述安装偏差角度θ和所述垂直距离H对所述位移变化Δx和所述位移变化Δy进行修正，其中，所述垂直距离H为所述光学位移检测装置相对于所述两个驱动轮的连线的垂直距离。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述设备还包括安装在所述载体上的陀螺仪和/或码表；其中，所述第一估计模块被配置为用于：
利用所述光学位移检测装置的检测数据估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ；
或者，利用所述光学位移检测装置以及所述陀螺仪和/或所述码表的检测数据估计所述旋转角度α和所述安装偏差角度θ；
其中，所述光学位移检测装置用于检测位移变化Δx和所述位移变化Δy，所述陀螺仪用于检测所述载体的旋转角度，所述码表用于检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
27.一种光学位移检测装置的检测误差修正设备，其特征在于，被配置为用于执行如权利要求15-24中任意一项所述的方法，所述设备包括：
光学位移检测装置，其安装在可移动的载体上且位于所述载体的两个驱动轮的连线上，用于当所述载体移动时，获得所述光学位移检测装置在第一方向上的位移变化Δx和在第二方向上的位移变化Δy，其中所述第一方向和所述第二方向组成所述光学位移检测装置的工作坐标系；
第二估计模块，用于估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转中心的旋转角度α，以及估计所述光学位移检测装置相对于所述载体的旋转中心的距离R；以及，
第二修正模块，用于利用所述旋转角度α和所述距离R对所述位移变化Δx和所述位移变化Δy进行修正。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述设备还包括陀螺仪和/或码表，所述第二估计模块用于：
利用所述光学位移检测装置以及安装在所述载体上的陀螺仪和/或码表的检测数据估计所述旋转角度α和所述距离R；
其中，所述光学位移检测装置用于检测所述位移变化Δx和所述位移变化Δy，所述陀螺仪用于检测所述载体的旋转角度，所述码表用于检测所述载体的第一驱动轮的位移ΔSL和第二驱动轮的位移ΔSR。
29.一种扫地机器人，其特征在于，配置有如权利要求25或26所述的光学位移检测装置的检测误差修正设备，和/或如权利要求27或28所述的光学位移检测装置的检测误差修正设备。
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