双轮差速机器人运动模型标定方法、装置及里程计系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种双轮差速机器人运动模型标定方法、装置及里程计系统，属于人工智能领域。所述方法包括获取用户输入的第一参数并实时获取与第一参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，第一参数包括机器人运动时的4条轨迹信息；根据第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数；获取用户输入的第二参数，并实时获取与第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，第二参数包括两条轨迹信息；根据第二参数、第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数；根据机器人的姿态标定参数及机器人的位置标定参数，标定理论运动模型。本发明专利技术对工作人员专业技术要求低，节约了标定时间。

Calibration Method, Device and Odometer System for Motion Model of Double-Wheel Differential Robot

The invention relates to a calibration method, a device and an odometer system for the kinematic model of a two-wheel differential robot, belonging to the field of artificial intelligence. The method includes acquiring the first parameter input by the user and obtaining the rotation times of the left and right wheels of the robot corresponding to the first parameter in real time. The first parameter includes four trajectory information when the robot moves; determining the attitude calibration parameters of the robot according to the first parameter and the rotation times of the left and right wheels of the robot; acquiring the second parameter input by the user and obtaining it in real time. The second parameter includes two trajectory information. According to the second parameter, the second parameter corresponds to the rotation times of the left and right motor of the robot and the attitude calibration parameters, the position calibration parameters of the robot are determined. According to the attitude calibration parameters of the robot and the position calibration parameters of the robot, the theoretical motion model is calibrated. Type. The invention has low professional and technical requirements for staff members and saves calibration time.

【技术实现步骤摘要】
双轮差速机器人运动模型标定方法、装置及里程计系统
本专利技术涉及一种双轮差速机器人运动模型标定方法、装置及里程计系统，属于人工智能领域。
技术介绍
双轮差速机器人因结构简单、控制方便，是目前大多数轮式机器人采用的一种形式，通常通过不同的电机控制左、右轮转动实现机器人的运动，例如，控制双轮差速移动实现机器人旋转，控制双轮等速移动实现机器人直行。双轮差速机器人的控制需要依赖于运动模型，通常需要根据机器人的结构参数进行运动模型的建立，但是在机器人实际运行过程中存在“地面接触摩擦系数不确定”、“不相等的轮直径”、“轮距的不确定”和“两轮子直径的实际平均值与标称平均值不相等”等问题，导致建立的机器人理论运动模型误差较大，不能满足实际使用需求，因而在机器人投入使用前需要对运动理论模型进行标定。目前，机器人在完成搭建后，通常只包含硬件部分及理论模型，需要机器人开发者根据机器人实际使用环境，结合所述理论模型人工编写标定代码并调试参数，实现对机器人理论运动模型的标定，该方法对工作人员专业技术要求非常高，且需要耗费大量开发工时。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：针对现有技术中存在的问题，提供一种双轮差速机器人运动模型标定方法、装置及里程计系统，通过用户控制或推行机器人运动6条简单轨迹，并输入轨迹信息即可实现对机器人双轮差速运动模型的参数标定，对工作人员专业技术要求低，节约了标定时间。本专利技术的技术解决方案是：一种双轮差速机器人运动模型标定方法，包括：获取用户输入的第一参数，并实时获取与所述第一参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第一参数包括机器人运动时的第一直行前进轨迹信息、第一直行后退轨迹信息、原地左转轨迹信息及原地右转轨迹信息；根据所述第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数；获取所述用户输入的第二参数，并实时获取与所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第二参数包括第二直行前进轨迹信息和第二直行后退轨迹信息；根据所述第二参数、所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及所述姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数；根据所述机器人的姿态标定参数及机器人的位置标定参数，标定理论运动模型。在一可选实施例中，所述获取用户输入的第一参数，包括：显示第一参数输入界面，并获取用户输入的所述第一参数。在一可选实施例中，所述获取所述用户输入的第二参数，包括：显示第二参数输入界面，并获取所述用户输入的所述第二参数。在一可选实施例中，还包括：显示开始按钮，当检测到用户按下所述开始按钮时，确定为机器人运动轨迹的起始点。在一可选实施例中，还包括：显示完成按钮，当检测到用户按下所述完成按钮时，确定为所述机器人运动轨迹的结束点。在一可选实施例中，所述轨迹信息包含轨迹标识以及机器人x、y方向运动距离和/或机器人运动角度。在一可选实施例中，所述根据所述第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数，包括：根据下式确定机器人的姿态标定参数：其中，C2,1和C2,2是机器人的姿态标定参数，是由机器人运动时的第一直行前进轨迹、第一直行后退轨迹、原地左转轨迹及原地右转轨迹4条轨迹生成的广义姿态耦合矩阵，θN,m为第m条轨迹结束点处机器人的运动角度，θ0,m为第m条轨迹起始点处机器人的运动角度，m＝1-4。在一可选实施例中，所述根据所述第二参数、所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及所述姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数，包括：根据下式确定机器人的位置标定参数：其中，C1,1和C1,2是机器人的位置标定参数，是由机器人的第二直行前进轨迹和第二直行后退轨迹2条轨迹生成的广义位置耦合矩阵，xN,n为第n条轨迹结束点处机器人的x方向运动距离，yN,n为第n条轨迹结束点处机器人的y方向运动距离，x0,n为第n条轨迹起始点处机器人的x方向运动距离，y0,n为第n条轨迹起始点处机器人的y方向运动距离，n＝1-2。在一可选实施例中，所述标定运动模型之后，还包括：基于标定后的运动模型，输出机器人航迹推测信息，所述航迹推测信息包括位置信息和姿态信息。在一可选实施例中，所述标定运动模型之后，还包括：接收用户下发的机器人期望速度信息；基于标定后的运动模型，根据所述期望速度信息和机器人当前速度信息，对机器人进行闭环控制，其中所述速度信息包括角速度和/或线速度。在一可选实施例中，根据所述期望速度信息和当前速度信息，对机器人进行闭环控制，包括：根据下式分别确定机器人左轮和右轮的PWM输出占空比：其中，υobj为期望线速度、ωobj为期望角速度；υcur为机器人当前线速度、ωcur为机器人当前角速度；C-11,1、C-11,2、C-12,1、C-12,2分别为所述机器人的姿态标定参数和位置标定参数的逆；ΔwL为机器人左轮期望旋转速度和当前旋转速度的差、表示左轮P控制量，ΔwR为机器人右轮期望旋转速度和实际旋转速度的差、表示右轮P控制量；ΣwL(t)表示当前控制周期机器人左轮I控制量、ΣwR(t)表示当前控制周期机器人右轮I控制量，ΣwL(t-1)表示上一控制周期机器人左轮I控制量、ΣwR(t-1)表示上一控制周期机器人右轮I控制量；PWML为控制机器人左轮速度的PWM输出占空比，PWMR为控制机器人右轮速度的PWM输出占空比；KP,L和KI,L是左轮PI控制参数，KP,R和KI,R是右轮的PI控制参数；根据确定的左、右轮PWM输出占空比，分别对机器人左、右轮进行闭环控制。一种双轮差速机器人运动模型标定装置，包括：第一获取模块，用于获取用户输入的第一参数并实时获取与所述第一参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第一参数包括机器人运动时的第一直行前进轨迹信息、第一直行后退轨迹信息、原地左转轨迹信息及原地右转轨迹信息；第一确定模块，用于根据所述第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数；第二获取模块，用于获取所述用户输入的第二参数，并实时获取与所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第二参数包括第二直行前进轨迹信息和第二直行后退轨迹信息；第二确定模块，用于根据所述第二参数、所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及所述姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数；标定模块，用于根据所述机器人的姿态标定参数及机器人的位置标定参数，标定理论运动模型。在一可选实施例中，还包括显示模块，用于显示第一参数输入界面，所述第一获取模块用于获取用户输入的所述第一参数。在一可选实施例中，所述显示模块还用于显示第二参数输入界面，所述第二获取模块用于获取所述用户输入的所述第二参数。在一可选实施例中，还包括起始点确定模块：所述显示模块，还用于显示开始按钮，所述起始点确定模块，用于当检测到用户按下所述开始按钮时，确定为机器人运动轨迹的起始点。在一可选实施例中，还包括：所述显示模块，还用于显示完成按钮，所述结束点确定模块，用于当检测到用户按下所述完成按钮时，确定为所述机器人运动轨迹的结束点。在一可选实施例中，还包括：航迹推测模块，用于基于标定后的运动模型，输出机器人航迹推测信息，所述航迹推测信息包括位置信息和姿态信息。在一可选实施例中，还包括：接收模块，用于接收用户下发的机器人期望速度信息；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，包括：获取用户输入的第一参数，并实时获取与所述第一参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第一参数包括机器人运动时的第一直行前进轨迹信息、第一直行后退轨迹信息、原地左转轨迹信息及原地右转轨迹信息；根据所述第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数；获取所述用户输入的第二参数，并实时获取与所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第二参数包括第二直行前进轨迹信息和第二直行后退轨迹信息；根据所述第二参数、所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及所述姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数；根据所述机器人的姿态标定参数及机器人的位置标定参数，标定理论运动模型。

【技术特征摘要】
1.一种双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，包括：获取用户输入的第一参数，并实时获取与所述第一参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第一参数包括机器人运动时的第一直行前进轨迹信息、第一直行后退轨迹信息、原地左转轨迹信息及原地右转轨迹信息；根据所述第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数；获取所述用户输入的第二参数，并实时获取与所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数，所述第二参数包括第二直行前进轨迹信息和第二直行后退轨迹信息；根据所述第二参数、所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及所述姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数；根据所述机器人的姿态标定参数及机器人的位置标定参数，标定理论运动模型。2.根据权利要求1所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述获取用户输入的第一参数，包括：显示第一参数输入界面，并获取用户输入的所述第一参数。3.根据权利要求2所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述获取所述用户输入的第二参数，包括：显示第二参数输入界面，并获取所述用户输入的所述第二参数。4.根据权利要求1所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，还包括：显示开始按钮，当检测到用户按下所述开始按钮时，确定为机器人运动轨迹的起始点。5.根据权利要求4所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，还包括：显示完成按钮，当检测到用户按下所述完成按钮时，确定为所述机器人运动轨迹的结束点。6.根据权利要求1-5任一项所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述轨迹信息包含轨迹标识以及机器人x、y方向运动距离和/或机器人运动角度。7.根据权利要求6所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述根据所述第一参数及对应的机器人左、右轮电机转动次数，确定机器人的姿态标定参数，包括：根据下式确定机器人的姿态标定参数：其中，C2,1和C2,2是机器人的姿态标定参数，是由机器人运动时的第一直行前进轨迹、第一直行后退轨迹、原地左转轨迹及原地右转轨迹4条轨迹生成的广义姿态耦合矩阵，θN,m为第m条轨迹结束点处机器人的运动角度，θ0,m为第m条轨迹起始点处机器人的运动角度，m＝1-4。8.根据权利要求7所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述根据所述第二参数、所述第二参数对应的机器人左、右轮电机转动次数以及所述姿态标定参数，确定机器人的位置标定参数，包括：根据下式确定机器人的位置标定参数：其中，C1,1和C1,2是机器人的位置标定参数，是由机器人的第二直行前进轨迹和第二直行后退轨迹2条轨迹生成的广义位置耦合矩阵，xN,n为第n条轨迹结束点处机器人的x方向运动距离，yN,n为第n条轨迹结束点处机器人的y方向运动距离，x0,n为第n条轨迹起始点处机器人的x方向运动距离，y0,n为第n条轨迹起始点处机器人的y方向运动距离，n＝1-2。9.根据权利要求1-8任一项所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述标定运动模型之后，还包括：基于标定后的运动模型，输出机器人航迹推测信息，所述航迹推测信息包括位置信息和姿态信息。10.根据权利要求9所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，所述标定运动模型之后，还包括：接收用户下发的机器人期望速度信息；基于标定后的运动模型，根据所述期望速度信息和机器人当前速度信息，对机器人进行闭环控制，其中所述速度信息包括角速度和/或线速度。11.根据权利要求10所述的双轮差速机器人运动模型标定方法，其特征在于，根据所述期望速度信息和当前速度信息，对机器人进行闭环控制，包括：根据下式分别确定机器人左轮和右轮的PWM输出占空比：其中，υobj为期望线速度、ωobj为期望角速度；υcur为机器人当前线速度、ωcur为机器人当前角速度；C-11,1、C-11,2、C-12,1、C-12,2分别为所述机器人的姿态标定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，魏春岭，邢琰，赵秋艳，吴雪峰，应磊，周益，安思颖，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11