CN114018246A - 一种定位导航方法和定位导航装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种定位导航方法和定位导航装置，包括获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，初始投放信息至少包括待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；获取目标到达位置的目标位置信息，其中，目标位置信息包括目标等高值；控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同；控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，实现了待定位导航装置在立体物体上的自动定位导航，减少了人工操作，提高了工作效率。

Description

一种定位导航方法和定位导航装置
技术领域
本发明涉及定位技术领域，特别是涉及一种定位导航方法定位和导航装置。
背景技术
在很多应用场景下，在某个立体物体上，可以采用机器人在该立体物体上进行运动，例如该立体物体上某个位置上有需要喷涂的需求，则机器人需要运动到该位置进行喷涂。
但是现有技术中的机器人通常只能在单一立体表面上进行运动，若机器人和目标位置不在同一表面上，则需要人工将该机器人放置在同一表面上，然后机器人才可以进行运动，这样，操作起来比较麻烦，工作效率较差。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种定位导航方法和定位导航装置。
第一个方面，本发明实施例提供一种定位导航方法，所述方法包括：
获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，所述初始投放信息至少包括所述待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；
获取目标到达位置的目标位置信息，其中，所述目标位置信息包括目标等高值；
控制所述待定位导航装置沿着与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到所述待定位导航装置到达的第一位置的等高值与所述目标等高值相同；
控制所述待定位导航装置向所述目标到达位置进行运动，直到所述待定位导航装置到达第二位置，且所述第二位置和所述目标到达位置在预设阈值内。
可选地，所述控制所述待定位导航装置沿着所述与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到所述待定位导航装置到达的第一位置的等高值与所述目标等高值相同，包括：
获取所述待定位导航装置的实时位置信息；其中，所述实时位置信息包括实时经纬度信息；
获取所述实时位置信息和初始投放位置的连线与所述导航线的第一夹角，并获取所述待定位导航装置的实际前进方向与目标前进方向的第二夹角；
根据所述第一夹角和所述第二夹角，控制所述待定位导航装置沿着所述与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到所述待定位导航装置到达的第一位置的等高值与所述目标等高值相同。
可选地，所述根据所述第一夹角和所述第二夹角，控制所述待定位导航装置沿着所述与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，包括：
若所述第一夹角超过第一阈值，则计算所述待定位导航装置的当前位置到所述导航线的垂直距离；
控制所述待定位导航装置沿着所述垂直距离对应的方向向所述导航线运动；
和/或
若所述第二夹角超过第二阈值时，计算所述待定位导航装置的偏转角度；
控制所述待定位导航装置转到与所述导航线方向平行的方向，并根据所述导航线方向进行运动。
可选地，所述目标位置信息还包括目标经纬度信息和第二表面标识；
所述控制所述待定位导航装置向所述目标到达位置进行运动，直到所述待定位导航装置到达第二位置，且所述第二位置和所述目标到达位置在预设阈值内，包括：
在所述第一表面标识和所述第二表面标识相同的情况下，根据所述实时经纬度信息和所述目标经纬度信息，控制所述待定位导航装置沿着等高线，向所述目标到达位置进行运动，到达所述第二位置，且所述第二位置的经纬度信息与目标达到位置的目标经纬度信息在预设阈值内。
可选地，所述根据所述实时经纬度信息和所述目标经纬度信息，控制所述待定位导航装置沿着等高线，向所述目标到达位置进行运动，包括：
根据所述待定位导航装置的实时经纬度信息和所述目标经纬度信息，确定经度变化量；
若所述经度变化量大于0，则控制所述待定位导航装置沿着等高线向右运动，直到到达所述第二位置；
若所述经度变化量小于0，则控制所述待定位导航装置沿着等高线向左运动，直到到达所述第二位置。
可选地，所述控制所述待定位导航装置向所述目标到达位置进行运动，直到所述待定位导航装置到达第二位置，且所述第二位置和所述目标到达位置在预设阈值内，包括：
在所述第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，判断所述待定位导航装置是否运动到所述第一表面的边缘位置；
若所述待定位导航装置运动至所述边缘位置，则调整所述待定位导航装置与所述立体物体的第一表面相连的圆弧切面平行。
可选地，所述在所述第一表面标识和所述第二表面标识不相同的情况下，判断所述待定位导航装置是否运动到所述第一表面的边缘位置，包括：
在所述第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，通过激光位移传感器获取同侧位置数据和非同侧位置数据；
若所述同侧位置数据两两接近，不同侧位置数据有差异，则确定所述待定位导航装置运动到所述第一表面的边缘位置。
可选地，所述初始投放信息还包括立体表面的倾斜角度，所述方法还包括：
根据所述倾斜角度，控制所述待定位导航装置转到与所述第一表面的中线方向的平行且与所述倾斜角度相同的位置。
可选地，所述初始投放信息还包括偏转角，所述方法还包括：
当所述偏转角的角度与待转平面角度的差值小于第一预设值，且通过激光位移传感器获取的数据与平面距离的差值小于第二预设值时，则确定所述待定位导航已通过所述第一表面的边缘位置。
第二个方面，本发明实施例提供一种定位导航装置，用于执行如第一方面所述的定位导航方法，所述定位导航装置至少包括：采集模块、GPS模块、控制模块和执行模块，所述采集模块至少包括激光位移传感器和可视传感器。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供的定位导航方法和定位导航装置，通过获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，初始投放信息至少包括待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；获取目标到达位置的目标位置信息，其中，目标位置信息包括目标等高值；控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同；控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，实现了待定位导航装置在立体物体上的自动定位导航，减少了人工操作，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的一种定位导航方法实施例的步骤流程图；
图2是本发明的移动机器人沿立体各表面寻迹导航过程示意图；
图3是本发明的立体表面平面标定图；
图4是本发明的各立体表面的平面展开图；
图5是本发明的机器人在立体表面的移动路径图；
图6是本发明的机器人在立体表面的定位导航总流程图；
图7是本发明的机器人在立体表面的定位导航详细流程图；
图8是本发明的在基准线上方机器人与导航线的相对关系图；
图9是本发明的在基准线下方机器人与导航线的相对关系图；
图10是本发明的同一高程下同面内机器人与目标点的经纬关系图；
图11是本发明的同一高程下不同面内机器人与目标点的经纬关系图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明一实施例提供一种定位导航方法，用于机器人的自动定位导航。本实施例的执行主体为定位导航装置，该定位导航装置可以是机器人等。
参照图1，示出了本发明的一种定位导航方法实施例的步骤流程图，该方法具体可以包括如下步骤：
S101、获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，初始投放信息至少包括待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；
具体地，在立体物体上设置目标位置，然后可以将待定位导航装置放置在该立体物体的表面的任意位置，待定位导航装置在开始运动之前，需要获取到投放点和基准点在大地空间直角坐标系下的坐标，以及导航线与基准线的夹角，标定投放位所在立体表面标识。
在本发明实施例中，该立体物体具有多个以平滑圆角过渡连接的立体表面。立体表面与地面呈一定夹角，立体表面间以圆弧曲面过渡相连，机器人在各立体表面之间自主移动时，需要进行定位导航和路径规划。
S102、获取目标到达位置的目标位置信息，其中，目标位置信息包括目标等高值；
具体地，在本发明实施例中还需要设定好机器人需要达到的目标位置，并获取该目标位置的目标位置信息，该目标位置信息包括目标等高值和第二表面标识也就是目标表面标识。
也就是说，在本发明实施例中，第一表面标识和第二表面标识可能相同，也可能不同，在本发明实施例中不做具体限定。
S103、控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同；
具体地，在每一个立体表面上都设置有导航线，例如可以设置为中线，也可以是按一定规则设置的导航线，在本发明实施例中不做具体限定。
待定位导航装置在第一表面标识对应的立体表面上，沿当前立体表面上的中线寻迹导航模式，直到该待定位导航装置在该立体表面上到达与目标等高值相同的第一位置。
S104、控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内。
具体地，当待定位导航装置到达与目标等高值相同的第一位置后，向左或者向右向着目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且该第二位置与目标达到位置的距离在预设阈值内，也就是说，待定位导航装置向左或向右运动逐渐向目标达到位置进行靠近。
在具体的实时过程中，需要对机器人是否在同一表面内进行运动进行判断，如果第一表面标识和第二表面标识相同，则说明机器人的初始位置和目标位置在同一个表面内，若第一表面标识和第二表面标识不同，则说明机器人的初始位置和目标位置并不在同一表面内，需要跨表面运动，才能达到目标位置。也就是说机器人在第一表面标识的立体表面到达当前表面边缘后，需要进入到圆弧过渡模式，然后再进入到第二表面标识的立体表面，在第二表面标识的立体表面上，机器人再向左或者向右进行运行，不断沿高度和经纬度逼近当前面目标点，直至当前位置及目标位置点坐标在合理定位阈值内，导航结束，执行相关任务。
通过本发明实施例实现机器人在单一立体表面，或多个以平滑圆角过渡连接的立体表面之间点到点的移动，实现了从投放点沿直线寻迹中线上目标点的等高点，再经等高点沿直线到目标点，完成任务后返程至中线上等高点继续寻迹的自动定位导航规划技术。
本发明实施例提供的定位导航方法，通过获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，初始投放信息至少包括待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；获取目标到达位置的目标位置信息，其中，目标位置信息包括目标等高值；控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同；控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，实现了待定位导航装置在立体物体上的自动定位导航，减少了人工操作，提高了工作效率。
本发明又一实施例对上述实施例提供的定位导航方法做进一步补充说明。
可选地，控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同，包括：
获取待定位导航装置的实时位置信息；其中，实时位置信息包括实时经纬度信息；
获取实时位置信息和初始投放位置的连线与导航线的第一夹角，并获取待定位导航装置的实际前进方向与目标前进方向的第二夹角；
根据第一夹角和第二夹角，控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同。
具体地，当前平面即第一表面标识的立体表面上的中线行走导航模式下，机器人沿当前平面中线方向直线行走。导航过程中通过RTK(Real-time kinematic，实时差分定位)实时获取机器人的实时位置信息，实时判断机器人位置与投放点位置的连线与中线的夹角θ即第一夹角；且实时判断机器人实际行进方向与理论行进方向的夹角β即第二夹角。
当机器人位置偏离中线时，其实际行进方向偏离理论行进方向的两种情况，进行纠偏。实时判断机器人是否达到与中线上目标点高度相等的点。若到达指定高度，则记录当前等高点的经纬高程信息。若未到达指定高度，则继续沿中线前进。
可选地，根据第一夹角和第二夹角，控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，包括：
若第一夹角超过第一阈值，则计算待定位导航装置的当前位置到导航线的垂直距离；
控制待定位导航装置沿着垂直距离对应的方向向导航线运动；
和/或
若第二夹角超过第二阈值时，计算待定位导航装置的偏转角度；
控制待定位导航装置转到与导航线方向平行的方向，并根据导航线方向进行运动。
具体地，机器人原地转向，调整方向与当前面中线方向平行。根据使用RTK提前标定结果、机器人当前位置与目标位置关系驱动机器人行进电机左/右转向90度，继续移动。
可选地，目标位置信息还包括目标经纬度信息和第二表面标识；
控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，包括：
在第一表面标识和第二表面标识相同的情况下，根据实时经纬度信息和目标经纬度信息，控制待定位导航装置沿着等高线，向目标到达位置进行运动，到达第二位置，且第二位置的经纬度信息与目标达到位置的目标经纬度信息在预设阈值内。
具体地，当同侧激光位移传感器两两数据接近，且非同侧数据有数值差异，此时机器人进入圆弧过渡模式。进入圆弧过渡模式前首先进入原地转向模式，调整机器人使其本体长度方向与立体物当前平面圆弧切面平行。进入圆弧过渡区域后再次进入原地转向模式，调整机器人使其本体长度方向与当前圆弧面中线平行。根据当前标定结果控制机器人行进电机左/右转向90度，进行圆弧过渡。圆弧过渡过程中偏转角，激光位移传感器实时变化，当偏转角接近待转平面角度且位于机器人四周激光位移传感器数据接近且数据接近平面距离，此时退出圆弧过渡模式。
可选地，根据实时经纬度信息和目标经纬度信息，控制待定位导航装置沿着等高线，向目标到达位置进行运动，包括：
根据待定位导航装置的实时经纬度信息和目标经纬度信息，确定经度变化量；
若经度变化量大于0，则控制待定位导航装置沿着等高线向右运动，直到到达第二位置；
若经度变化量小于0，则控制待定位导航装置沿着等高线向左运动，直到到达第二位置。
可选地，控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，包括：
在第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，判断待定位导航装置是否运动到第一表面的边缘位置；
若待定位导航装置运动至边缘位置，则调整待定位导航装置与立体物体的第一表面相连的圆弧切面平行。
可选地，在第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，判断待定位导航装置是否运动到第一表面的边缘位置，包括：
在第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，通过激光位移传感器获取同侧位置数据和非同侧位置数据；
若同侧位置数据两两接近，不同侧位置数据有差异，则确定待定位导航装置运动到第一表面的边缘位置。
可选地，初始投放信息还包括立体表面的倾斜角度，方法还包括：
根据倾斜角度，控制待定位导航装置转到与第一表面的中线方向的平行且与倾斜角度相同的位置。
机器人到达初始投放位清空偏转角，用于区分立体物不同作业面。在初始投放位根据惯导Roll角计算当前面倾斜参数。机器人进行原地转向，驱动机器人轮子转向至于立体物体当前平面中线的相同倾角，使得其行进方向为中线方向。
可选地，初始投放信息还包括偏转角，方法还包括：
当偏转角的角度与待转平面角度的差值小于第一预设值，且通过激光位移传感器获取的数据与平面距离的差值小于第二预设值时，则确定待定位导航已通过第一表面的边缘位置。
图6是本发明的机器人在立体表面的定位导航总流程图，如图6所示，该定位导航方法包括：
S1：定位导航前准备工作：测得投放点和基准点在大地直角坐标系下的坐标，以及导航线(中线)与基准线的夹角。提前标定各个立体表面向左行右行的经纬度变化关系。、
S2：机器人到达初始投放位进行初始化。
具体包括：
S21：机器人到达初始投放位清空偏转角，用于区分立体物不同作业面。
S22：在初始投放位根据配置文件读取当前立体作业面的几何参数，包含倾斜角度。
S23：进行原地转向，驱动机器人轮组转向至于立体物当前平面中线的相同倾角(使得其行进方向为中线方向)。
S3：进入阶段1：沿当前面中线行走导航模式。在阶段1过程中，对各类情况进行处理。直至到达中线上与目标点等高的点。
具体包括：
S31：当前平面中线行进导航模式下，机器人沿当前平面中线方向直线行走。导航过程中通过RTK实时获取机器人的实时位置信息，实时判断机器人位置与投放点位置的连线与中线的夹角θ；且实时判断机器人实际行进方向与理论行进方向的夹角β。
S32：情况1：机器人位置偏离中线时。即机器人位置与投放点位置的连线与中线的夹角θ超过设定阈值时，计算机器人当前位置与中线垂直距离，并驱动机器人行进电机向左或向右转向90°后，沿垂直距离回归中线，回归后继续沿中线前进。夹角未超过指定限度时，继续沿中线寻迹。
S33：情况2：机器人实际行进方向偏离理论行进方向。即机器人实际行进方向与理论行进方向的夹角β超过指定限度时，计算机器人偏转角度，驱动机器人原地转向至与当前面中线平行后(即使得行进方向为中线方向)，继续沿中线行进。夹角未超过指定限度时，继续沿中线行进。
S34：实时判断机器人是否达到与中线上与目标点同高程。若到达指定高度，则记录当前等高点的经纬高程信息，准备进入步骤4。若未到达指定高度，则继续沿中线行进。
S4：机器人到达与目标点等高的点后，进入阶段2：沿等高线行进导航模式。在阶段2过程中，对各类情况进行处理。
具体包括：
S41：机器人原地转向，调整方向与当前面中线方向平行。
S42：根据使用RTK提前标定结果与机器人当前位置及与目标位置关系驱动机器人行进电机左/右转向90度，继续移动。
S5：判断目标点和机器人是否在同一面内。若在同一面内，执行步骤S3，S4，S8，直至到达目标点，结束导航并执行相关任务。若机器人当前位置点和目标点异面，则执行完S3，S4至当前面边缘后，继续执行S6，S7，S8。
S6：到达当前面边缘后，进入阶段3：圆弧过渡模式。在阶段3过程中，对各类情况进行处理。直至机器人到达另一面。
具体包括：
S61：当同侧激光位移传感器两两数据接近，且非同侧数据有数值差异，此时机器人进入圆弧过渡模式。进入圆弧过渡模式后首先进入原地转向模式，再次调整机器人与立体当面平面圆弧切面平行。
S62：进入圆弧过渡模式后首先进入原地转向模式，再次调整机器人与当前面中线平行。根据当前标定结果控制机器人行进电机左/右转向90度，进行圆弧过渡。
S63：圆弧过渡过程中激光位移传感器实时变化，当偏转角接近待转平面角度且位于机器人四周激光位移传感器数据接近且数据接近平面距离，此时退出圆弧过渡模式。
S7：到达另一面后，机器人继续沿当前面等高线向左或向右运动。
S8：通过多线程实时判断机器人当前位置及与目标位置关系，不断沿经纬高程逼近当前面目标点，直至当前位置及目标位置点坐标在合理定位阈值内，导航结束，执行相关作业任务。
与现有技术相比，本发明的优点在于：仅需要通过提前标定各个立体表面上两点位置，即可实现攀爬机器人在任一立体表面，或多个以圆角平滑过渡连接的立体表面上的自动定位导航，可以实现机器人由目标点到指定点的路径规划，本发明技术实用性强，可靠性高。
如图2所示，是机器人沿立体各表面寻迹导航过程示意图，其中包含了机器人的寻迹方式、中线导航方向、圆弧过渡、目标逼近等过程示意。
如图3所示，是为了实现本发明的定位导航方法，需要提前测得的参数。需要提前测得的参数有：投放点坐标，基准点坐标，基准线与导航线夹角θ。
如图4和图5所示，是机器人在立体表面进行移动的移动路径展开图。机器人到达投放位后沿中线寻迹到中线上与目标点等高程，再沿等高线运动到目标点。到达目标点后完成相应任务，返航时再沿等高线回到与目标点等高程，进行下一项指令。
如图6和图7所示，是机器人在立体表面进行移动的详细流程和动作说明。本发明实现的机器人从投放点到目标点的定位导航方式主要分为两种情况，一是投放点和目标点在同一立体表面上，二是投放点和目标点在不同表面上。当投放点和目标点在同一立体表面上时，则机器人先执行S3沿当前面中线导航模式，再执行S4沿等高面导航模式，最终执行S8逼近目标点。当投放点和目标点在不同表面上时，则机器人投先执行S3沿当前面中线导航模式，再执行S4沿等高面导航模式到该面边缘，再执行S6圆弧过渡模式到达另一面，到达另一面后执行S7和S8，继续从等高点沿直线逼近目标点。
首先，对本发明中阶段1：沿中线导航模式进行详细说明。
机器人行进方向为中线方向，可以通过进行原地转向，驱动机器人轮子转向至于立体物当前平面中线的相同倾角实现。
实时计算机器人实际行进方向和理论行进方向夹角。当机器人实际行进方向与理论行进方向的夹角β超过指定限度时，计算机器人偏转角度，驱动机器人原地转向至与当前面中线平行后，即可完成情况2角度偏转的纠偏。
在阶段1中，通过实时判断机器人位置与投放点位置的连线与中线的夹角，即可完成情况1位置偏转的纠偏。
具体逻辑和数学运算如下：
规定沿中线方向为正方向且为机器人上行方向，沿中线方向的反方向为机器人下行，机器人轮子右偏90度为右行，机器人轮子左偏90度为左行。
机器人上下动作与机器人和目标点坐标关系如表所示。
<u>机器人和目标点关系</u> <u>机器人动作</u>
<u>机器人高程＜目标点高程</u> <u>机器人沿当前面向上走</u>
<u>机器人高程＞目标点高程</u> <u>机器人沿当前面向下走</u>
<u>机器人高程＝目标点高程</u> <u>机器人不进行上下运动</u>
如图8所示，θ0为导航线与基准线夹角，θ为机器人和基准线夹角，精度为pr。
根据向量运算确定角度
Figure BDA0003354757890000131
机器人距离中线的垂直距离为
d＝PRsin(|θ-θ0|)
当机器人在基准线上方时，具体左右转判断如表1所示，当导航线与基准线夹角θ0与机器人和基准线夹角θ之差不超过给定精度时，可以近似认为机器人在线上。
表1
夹角θ与夹角θ<sub>0</sub>的关系 机器人与引导线相对位置 小车动作
θ<sub>0</sub>-θ＞pr 机器人偏右 左偏90°，行走d
θ<sub>0</sub>-θ＜-pr 机器人偏左 右偏90°，行进d
|θ<sub>0</sub>-θ|≤pR 机器人与引导线接近 直行
如图9所示，当机器人在基准线下方时。导航线与基准线的夹角(基准角)由θ0变为了θ1，且θ1＝180°-θ0。左右侧的判定未变。距离计算未变。
当机器人在基准线上时，相关判定和角度不受影响。
对于如何判断机器人和基准线的相对方位，可以直接通过机器人与投放点的Z坐标之差△Z进行判定，当△Z>0时，机器人在基准线上方，否则，机器人在基准线下方。因为机器人在基准线上时，相关判定和计算不受影响，故不考虑机器人在基准线的情况。
其次，对本发明中阶段2：沿等高线导航模式进行详细说明。
以立方体为例，因为实际立体表面在大地坐标系下的具体位置未知，故需要提前标定各个面，使得1面:向左：-ΔL，+ΔB向右：-ΔL，+ΔB。2面：向左：-ΔL，-ΔB向右：+ΔL，+ΔB。3面：向左：+ΔL，-ΔB向右：-ΔL，+ΔB。4面：向左：+ΔL，+ΔB向右：-ΔL，-ΔB。ΔL，ΔB表示经纬度的变化量，正负表示量的增加或减少。
如图10所示，当机器人和目标点在同一面时。在到达等高面后，将立体表面沿高程方向投影，此时假设机器人R经纬度(l，b)，目标点E经纬度(l0，b0)。则机器人在各个面上左右行判断如表2所示。
如图11所示，当机器人和目标点在相邻面时。在到达等高面后，将立体表面沿高程方向投影，此时假设机器人R经纬度(l，b)，目标点E经纬度(l0，b0)。则机器人在各个面上左右行判断如表3所示。
表2
Figure BDA0003354757890000141
表3
机器人所在面，目标点所在面 动作
(1，2) 右
(1，4) 左
(2，1) 左
(2，3) 右
(3，2) 左
(3，4) 右
(4，1) 左
(4，3) 右
到达另一面后，可转化为机器人和目标点在同一面情况分析。
通过上述逻辑，可以实现机器人在阶段2沿等高线导航模式的定位和导航。
当机器人偏离等高线时，可沿中线方向上行或下行纠偏。
其次，对本发明中阶段3：圆弧过渡模式进行详细说明。
圆弧过渡的核心问题是接近边缘的判定，和圆弧过渡的实现方式。
当同侧激光位移传感器两两数据接近，且非同侧数据有数值差异，此时认为机器人接近了当前面边缘。
进入圆弧过渡模式后首先进入原地转向模式，再次调整机器人与当前面中线平行。根据当前标定结果控制机器人行进电机左/右转向90度，进行圆弧过渡。
圆弧过渡过程中惯导偏转角，激光位移传感器实时变化，当Yaw角即偏转偏转角接近待转平面角度且位于机器人四周激光位移传感器数据接近且数据接近平面距离时，此时退出圆弧过渡模式。
最后，对本发明中到达另一面后的定位导航和对目标点的逼近进行详细说明。
当机器人到达另一面后，先原地转向至当前面的中线方向，再左/右转向90度，继续沿当前面的等高线运动。因为运动在等高面上进行，故先进行的是经纬度的逼近，当机器人的经纬度和目标点在合理阈值范围内时，可以认为机器人在经纬度上逼近目标点。再在高程上逼近，即沿中线方向上行或下行逼近。最后确保机器人的坐标和目标点的坐标在合理阈值内，即可认为机器人到达目标点。导航结束，进行下一步任务。
本发明的一种基于立体表面的自动定位导航方法，可以实现机器人在竖直或带倾角的立体表面，以及平滑过渡的多立体表面间，由投放位到达目标点的自动定位导航。
本发明基于贴附于空间立体表面的自动定位导航方法，涉及远程访问技术、多传感器融合技术、超视距遥操作技术、多线程技术、移动机器人定位导航技术等领域，设计能够使移动机器人在立体物表面实现高空行走、转向、弧面过渡、面面转换，并进行实时定位、中线巡航、位置纠偏、路径规划等业务。
采用的传感装置包括激光位移传感器、载波相位差分GPS(RTK)、惯性导航单元，利用激光位移传感器采集的数据可实时判断移动机器人距离所在平面距离，用于移动机器人的边缘探测及圆弧过渡模式判定；利用载波相位差分GPS(全球定位系统，GlobalPositioning System)获取的数据可实时判断移动机器人当前位置并实时计算移动机器人当前位置与初始投放位置关系，用于控制移动机器人进行中线轨迹巡航；利用惯性导航单元获取车体当前姿态信息(横滚角Roll、俯仰角Pitch、偏转角Yaw)，用于判断移动机器人当前偏航角度、弧面翻转角度、机器人所在表面类型等信息进行位置纠偏。通过以上多传感系统解析获取到的数据利用基于立体表面的自动导航算法实现移动机器人在立体表面的自动定位导航。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
本发明实施例提供的定位导航方法，通过获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，初始投放信息至少包括待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；获取目标到达位置的目标位置信息，其中，目标位置信息包括目标等高值；控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同；控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，实现了待定位导航装置在立体物体上的自动定位导航，减少了人工操作，提高了工作效率。
本发明另一实施例提供一种定位导航装置，用于执行上述实施例提供的定位导航方法。
定位导航装置至少包括：采集模块、GPS模块、控制模块和执行模块，采集模块至少包括激光位移传感器和可视传感器。
具体地，机器人定位采用多传感器组合定位导航模式，机器人需要具备差分GPS模块、惯导模组、行走编码器、转向编码器等定位、定向、位移测量传感器；配置激光雷达、监视相机、半球云台相机等可视传感器。采用载波相位差分技术实时获取机器人的当前位置。
本发明实施例提供的定位导航装置，通过获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，初始投放信息至少包括待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；获取目标到达位置的目标位置信息，其中，目标位置信息包括目标等高值；控制待定位导航装置沿着与第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到待定位导航装置到达的第一位置的等高值与目标等高值相同；控制待定位导航装置向目标到达位置进行运动，直到待定位导航装置到达第二位置，且第二位置和目标到达位置在预设阈值内，实现了待定位导航装置在立体物体上的自动定位导航，减少了人工操作，提高了工作效率。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、电子设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理电子设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理电子设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理电子设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理电子设备上，使得在计算机或其他可编程电子设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程电子设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者电子设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者电子设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者电子设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种定位导航方法和一种定位导航装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种定位导航方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待定位导航装置的初始投放信息，其中，所述初始投放信息至少包括所述待定位导航装置在立体物体的第一表面标识；
获取目标到达位置的目标位置信息，其中，所述目标位置信息包括目标等高值；
控制所述待定位导航装置沿着与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到所述待定位导航装置到达的第一位置的等高值与所述目标等高值相同；
控制所述待定位导航装置向所述目标到达位置进行运动，直到所述待定位导航装置到达第二位置，且所述第二位置和所述目标到达位置在预设阈值内。
2.根据权利要求1所述的定位导航方法，其特征在于，所述控制所述待定位导航装置沿着所述与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到所述待定位导航装置到达的第一位置的等高值与所述目标等高值相同，包括：
获取所述待定位导航装置的实时位置信息；其中，所述实时位置信息包括实时经纬度信息；
获取所述实时位置信息和初始投放位置的连线与所述导航线的第一夹角，并获取所述待定位导航装置的实际前进方向与目标前进方向的第二夹角；
根据所述第一夹角和所述第二夹角，控制所述待定位导航装置沿着所述与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，直到所述待定位导航装置到达的第一位置的等高值与所述目标等高值相同。
3.根据权利要求2所述的定位导航方法，其特征在于，所述根据所述第一夹角和所述第二夹角，控制所述待定位导航装置沿着所述与所述第一表面标识对应的立体表面的导航线运动，包括：
若所述第一夹角超过第一阈值，则计算所述待定位导航装置的当前位置到所述导航线的垂直距离；
控制所述待定位导航装置沿着所述垂直距离对应的方向向所述导航线运动；
和/或
若所述第二夹角超过第二阈值时，计算所述待定位导航装置的偏转角度；
控制所述待定位导航装置转到与所述导航线方向平行的方向，并根据所述导航线方向进行运动。
4.根据权利要求2所述的定位导航方法，其特征在于，所述目标位置信息还包括目标经纬度信息和第二表面标识；
所述控制所述待定位导航装置向所述目标到达位置进行运动，直到所述待定位导航装置到达第二位置，且所述第二位置和所述目标到达位置在预设阈值内，包括：
在所述第一表面标识和所述第二表面标识相同的情况下，根据所述实时经纬度信息和所述目标经纬度信息，控制所述待定位导航装置沿着等高线，向所述目标到达位置进行运动，到达所述第二位置，且所述第二位置的经纬度信息与目标达到位置的目标经纬度信息在预设阈值内。
5.根据权利要求4所述的定位导航方法，其特征在于，所述根据所述实时经纬度信息和所述目标经纬度信息，控制所述待定位导航装置沿着等高线，向所述目标到达位置进行运动，包括：
根据所述待定位导航装置的实时经纬度信息和所述目标经纬度信息，确定经度变化量；
若所述经度变化量大于0，则控制所述待定位导航装置沿着等高线向右运动，直到到达所述第二位置；
若所述经度变化量小于0，则控制所述待定位导航装置沿着等高线向左运动，直到到达所述第二位置。
6.根据权利要求2所述的定位导航方法，其特征在于，所述控制所述待定位导航装置向所述目标到达位置进行运动，直到所述待定位导航装置到达第二位置，且所述第二位置和所述目标到达位置在预设阈值内，包括：
在所述第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，判断所述待定位导航装置是否运动到所述第一表面的边缘位置；
若所述待定位导航装置运动至所述边缘位置，则调整所述待定位导航装置与所述立体物体的第一表面相连的圆弧切面平行。
7.根据权利要求6所述的定位导航方法，其特征在于，所述在所述第一表面标识和所述第二表面标识不相同的情况下，判断所述待定位导航装置是否运动到所述第一表面的边缘位置，包括：
在所述第一表面标识和第二表面标识不相同的情况下，通过激光位移传感器获取同侧位置数据和非同侧位置数据；
若所述同侧位置数据两两接近，不同侧位置数据有差异，则确定所述待定位导航装置运动到所述第一表面的边缘位置。
8.根据权利要求4所述的定位导航方法，其特征在于,所述初始投放信息还包括立体表面的倾斜角度，所述方法还包括：
根据所述倾斜角度，控制所述待定位导航装置转到与所述第一表面的中线方向的平行且与所述倾斜角度相同的位置。
9.根据权利要求4所述的定位导航方法，其特征在于,所述初始投放信息还包括偏转角，所述方法还包括：
当所述偏转角的角度与待转平面角度的差值小于第一预设值，且通过激光位移传感器获取的数据与平面距离的差值小于第二预设值时，则确定所述待定位导航已通过所述第一表面的边缘位置。
10.一种基于如上述权利要求1-9的任一所述的定位导航方法的定位导航装置，其特征在于，所述定位导航装置至少包括：采集模块、GPS模块、控制模块和执行模块，所述采集模块至少包括激光位移传感器和可视传感器。
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