CN116990045A - 基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法、系统及介质 - Google Patents
基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法、系统及介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法、系统及介质，其方法包括以下步骤：获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系；因此可突破实验场地限制，极大缩短标定时间，同时有效提高标定精度。
Description
技术领域
本发明涉及线控底盘技术领域，特别涉及一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法、系统及介质。
背景技术
在自动驾驶任务中，常见于控制差速转向的履带式线控底盘、控制角度转向的轮式线控底盘等各种底盘模型，通常根据车辆作业工况不同，底盘模型做适应性选择。针对不同的线控底盘模型，控制算法统一使用以期望转弯半径为输入，以表示底盘转向的物理量为输出的映射模型，控制底盘运动。理想条件下，底盘响应的实际转弯半径与期望转弯半径一致。因此，线控底盘输入的转向与实际响应的转弯半径之间的映射关系是控制算法准确控制底盘运动的关键前提，线性标度因数的标定精度将直接影响线控底盘的控制精度。
传统方案通过预设不同转向，控制车辆行进一整圈或半圈，采用人工标尺的测量方案记录预设方向与实际转弯半径的数据序列，经计算后得到映射结果。针对重载大尺寸线控底盘，如重载AGV等通常最小转弯半径超过10m，传统方案难以适用。首先，随着转向变小，转弯半径逐渐增大，需要占用的实验区域逐渐变大，尤其是转向接近0时，转弯半径趋于无穷大，实验场地难以满足要求，传统方案难以获得准确数据。其次，每次实验仅获取一组数据，通常为仅进行较少次数的实验，数据序列稀疏，建立的映射模型精度无法保证，直接影响控制。其三，传统方案消耗的标定时间较多，不满足快速部署的要求。
发明内容
本发明的提供一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法、系统及介质，可突破实验场地限制，极大缩短标定时间，同时有效提高标定精度。
第一方面，提供一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，具体包括以下步骤：
获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；
根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；
根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；
根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述“获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据”步骤，具体包括以下步骤：
获取线控底盘在每个不同转向角下以相同预设行进速度、相同预设行进时间行进时，光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
每组底盘输出数据均包括：底盘东向速度、底盘北向速度及底盘Z轴角速度。
根据第一方面的第一种可能的实现方式中，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述“对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据”步骤，具体包括以下步骤：
分别对每组所述底盘东向速度、每组所述底盘北向速度及每组所述底盘Z轴角速度计算均值；
获取在不同转向角下一一对应的底盘东向速度均值如下：
获取在不同转向角下一一对应的底盘北向速度均值如下：
获取在不同转向角下一一对应的底盘Z轴角速度均值如下：
式中，为在第i个转向角θi下光学惯性装置对应检测到的第i组底盘东向速度；/>为在第i个转向角θi下学惯性装置对应检测到的第i组底盘北向速度；/>为在第i个转向角θi下光学惯性装置对应检测到的第i组底盘Z轴角速度；j＝1,2...N为任一转向角下、光学惯性装置在不同时刻检测到的底盘输出数据。
根据第一方面的第二种可能的实现方式中，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述“根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径”步骤，具体包括以下步骤：
根据所述底盘东向速度均值所述底盘北向速度均值/>及所述底盘Z轴角速度均值/>计算线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径Ri(如下：
根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述“获取车辆环境信息，所述“根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数”步骤，具体包括以下步骤：
根据线控底盘在不同转向角θi下一一对应的实际转弯半径Ri，计算线控底盘的线性标度因数如下：
根据第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述“根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系”步骤，具体包括以下步骤：
根据所述线性标度因数获取线控底盘的输入转向角θ与输出实际转弯半径R之间的线性映射关系如下：
其中，拟合直线偏差如下：
第二方面，还提供了一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定系统，包括：
惯性输出模块，用于获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
均值计算模块，与所述惯性输出模块通信连接，用于对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；
转弯半径模块，与所述均值计算模块通信连接，用于根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；
标度因数模块，与所述转弯半径模块通信连接，用于根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；
映射模块，与所述标度因数模块通信连接，用于根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系。
第三方面，还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法。
与现有技术相比，本发明的优点如下：通过利用光学惯性测量装置高频输出的线速度和角速度，计算车体实际转弯半径，记录预设不同转向角与实际转弯半径序列，再拟合计算得到线性标度因数，进而得到线控底盘输入的转向角与响应输出的实际转弯半径之间的准确线性映射关系，使得线性回归计算结果更加精确，因此可突破实验场地限制，极大缩短标定时间，同时有效提高标定精度。
附图说明
图1是本发明一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法的一实施例的流程示意图；
图2是本发明实施例的线控底盘的运行轨迹示意图；
图3是本发明一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定系统的结构示意图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，具体包括以下步骤：
S100，获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
S200，对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；
S300，根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；
S400，根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；
S500，根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系。
具体地，本实施例中，光学惯性装置可为激光陀螺、光纤陀螺、MOEMS陀螺等，可测量线速度及角速度。
针对重载AGV等大尺寸线控底盘，传统的人工标尺方案受限于实验场地范围和工作效率，不符合快速部署要求，同时标定精度有限，难以满足高精度行车的作业场景要求。本发明提供的一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，适用于自动驾驶领域，通过利用光学惯性测量装置高频输出的线速度和角速度，计算车体实际转弯半径，记录预设不同转向角与实际转弯半径序列，再拟合计算得到线性标度因数，进而得到线控底盘输入的转向角与响应输出的实际转弯半径之间的准确线性映射关系，使得线性回归计算结果更加精确，因此可突破实验场地限制，极大缩短标定时间，同时有效提高标定精度。
优选地，在本申请另外的实施例中，所述“S100，获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据”步骤，具体包括以下步骤：
获取线控底盘在每个不同转向角下以相同预设行进速度、相同预设行进时间行进时，光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
每组底盘输出数据均包括：底盘东向速度、底盘北向速度及底盘Z轴角速度。
具体地，本实施例中，以控制角度转向重载AGV的轮式线控底盘为例，实验场地较为平坦，车体装有光学惯性装置，以100Hz频率输出车体东向速度VE,北向速度VN,车体Z轴角速度ωz，其中地球角速度和较小场地起伏带来的误差暂忽略不计。
同时参见图2所示，预设下发线控底盘每次行进的不同转向角θ1＞θ2＞θ3...＞θi，以及设置每次线控底盘行进的速度为定值V。
预设线控底盘运行模式，采用原地转向到设定转向角θ1稳定后，以行进速度V行进一定时间T后停车；原地转向到设定转向角θ2稳定后，以行进速度V行进一定时间T后停车；依次进行，直到原地转向到设定转向角θi稳定后，以行进速度V行进一定时间T后停车后结束。
采集车辆以转向角θ1行进过程中，光学惯性装置检测输出东向速度北向速度/>底盘Z轴角速度/>采集以转向角θ2行进过程中，光学惯性装置输出东向速度/>北向速度/>底盘Z轴角速度/>依次进行，直到采集以转向角θi行进过程中，光学惯性装置输出东向速度/>北向速度/>底盘Z轴角速度/>
因此，相比传统方案需要完整行进一圈获取一组数据，反复实验多圈来获取预设转向角与实际转弯半径序列，本发明通过控制底盘运动时间，控制每个阶段底盘行进部分圆弧，可获取一组测量数据，同时一次实验可获得实验数据序列得到标定结果，极大缩短标定时间；通过控制底盘每个阶段新增部分圆弧获取数据，不受实验场地范围限制；利用惯性测量装置高频输出的线速度和角速度计算线控底盘实际转弯半径，可以通过分阶段采集到较稠密序列，尤其是可以采集转向较小、转弯半径较大的区间序列，使得线性回归公式计算结果更加精确，提高了标定精度。
优选地，在本申请另外的实施例中，所述“S200，对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据”步骤，具体包括以下步骤：
分别对每组所述底盘东向速度、每组所述底盘北向速度及每组所述底盘Z轴角速度计算均值；
获取在不同转向角下一一对应的底盘东向速度均值如下：
获取在不同转向角下一一对应的底盘北向速度均值如下：
获取在不同转向角下一一对应的底盘Z轴角速度均值如下：
式中，为在第i个转向角θi下光学惯性装置对应检测到的第i组底盘东向速度；/>为在第i个转向角θi下学惯性装置对应检测到的第i组底盘北向速度；/>为在第i个转向角θi下光学惯性装置对应检测到的第i组底盘Z轴角速度；j＝1,2...N为任一转向角下、光学惯性装置在不同时刻检测到的底盘输出数据。
因此，可得到预设不同转向角θi(i＝1,2...)与实际转弯半径Ri(i＝1,2...)对应序列。
优选地，在本申请另外的实施例中，所述“S300，根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径”步骤，具体包括以下步骤：
根据所述底盘东向速度均值所述底盘北向速度均值/>及所述底盘Z轴角速度均值/>计算线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径Ri(如下：
优选地，在本申请另外的实施例中，所述“S400，根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数”步骤，具体包括以下步骤：
根据线控底盘在不同转向角θi下一一对应的实际转弯半径Ri，计算线控底盘的线性标度因数如下：
优选地，在本申请另外的实施例中，所述“S500，根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系”步骤，具体包括以下步骤：
根据所述线性标度因数获取线控底盘的输入转向角θ与输出实际转弯半径R之间的线性映射关系如下：
其中，拟合直线偏差如下：
因此，根据线性回归公式，可得到线控底盘精确的线性标度因数(拟合直线斜率)进而得到线控底盘输入的转向角θ与实际响应的转弯半径R之间的准确线性映射关系。
同时参见图3所示，本发明实施例还提供了一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定系统，包括：
惯性输出模块，用于获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
均值计算模块，与所述惯性输出模块通信连接，用于对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；
转弯半径模块，与所述均值计算模块通信连接，用于根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；
标度因数模块，与所述转弯半径模块通信连接，用于根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；
映射模块，与所述标度因数模块通信连接，用于根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系。
因此，本发明提供的一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，适用于自动驾驶领域，通过利用光学惯性测量装置高频输出的线速度和角速度，计算车体实际转弯半径，记录预设不同转向角与实际转弯半径序列，再拟合得到线性标度因数，进而得到线控底盘输入的转向角与响应输出的实际转弯半径之间的准确线性映射关系，使得线性回归计算结果更加精确，因此可突破实验场地限制，极大缩短标定时间，同时有效提高标定精度。
具体的，本实施例与上述方法实施例一一对应，各个模块的功能在相应的方法实施例中已经进行详细说明，因此不再一一赘述。
基于同一发明构思，本申请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，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器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(例如声音播放功能、图像播放功能等)；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外，存储器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，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、服务器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设备上，使得在计算机或其他可编程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。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；
根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；
根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；
根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系。
2.如权利要求1所述的基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，其特征在于，所述“获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据”步骤，具体包括以下步骤：
获取线控底盘在每个不同转向角下以相同预设行进速度、相同预设行进时间行进时，光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
每组底盘输出数据均包括：底盘东向速度、底盘北向速度及底盘Z轴角速度。
3.如权利要求2所述的基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，其特征在于，所述“对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据”步骤，具体包括以下步骤：
分别对每组所述底盘东向速度、每组所述底盘北向速度及每组所述底盘Z轴角速度计算均值；
获取在不同转向角下一一对应的底盘东向速度均值如下：
获取在不同转向角下一一对应的底盘北向速度均值如下：
获取在不同转向角下一一对应的底盘Z轴角速度均值如下：
式中，为在第i个转向角θi下光学惯性装置对应检测到的第i组底盘东向速度；/>为在第i个转向角θi下学惯性装置对应检测到的第i组底盘北向速度；/>为在第i个转向角θi下光学惯性装置对应检测到的第i组底盘Z轴角速度；j＝1,2...N为任一转向角下、光学惯性装置在不同时刻检测到的底盘输出数据。
4.如权利要求3所述的基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，其特征在于，所述“根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径”步骤，具体包括以下步骤：
根据所述底盘东向速度均值所述底盘北向速度均值/>及所述底盘Z轴角速度均值/>计算线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径Ri如下：
5.如权利要求1所述的基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，其特征在于，所述“根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数”步骤，具体包括以下步骤：
根据线控底盘在不同转向角θi下一一对应的实际转弯半径Ri，计算线控底盘的线性标度因数如下：
6.如权利要求1所述的基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法，其特征在于，所述“根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系”步骤，具体包括以下步骤：
根据所述线性标度因数获取线控底盘的输入转向角θ与输出实际转弯半径R之间的线性映射关系如下：
其中，拟合直线偏差如下：
7.一种基于惯性测量的线控底盘标度因数标定系统，其特征在于，包括：
惯性输出模块，用于获取线控底盘在预设不同转向角运行模式下行进时、光学惯性装置对应检测到的多组底盘输出数据；
均值计算模块，与所述惯性输出模块通信连接，用于对每组所述底盘输出数据计算均值，获取在不同转向角下一一对应的底盘均值数据；
转弯半径模块，与所述均值计算模块通信连接，用于根据所述底盘均值数据，获取线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径；
标度因数模块，与所述转弯半径模块通信连接，用于根据线控底盘在不同转向角下一一对应的实际转弯半径，计算线控底盘的线性标度因数；
映射模块，与所述标度因数模块通信连接，用于根据所述线性标度因数，获取线控底盘的输入转向角与输出实际转弯半径之间的线性映射关系。
8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述基于惯性测量的线控底盘标度因数标定方法。
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