一种三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法技术

三轮全向移动机器人是一种重要的移动机器人体系结构，具有稳定性高、全向移动的优点。三轮全向移动机器人车轮的滑动影响定位与控制的精度，对其进行定量估计具有重要意义。本发明专利技术涉及一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法，其核心是融合编码器和激光雷达数据以及三轮全向移动机器人正逆运动学模型，估计车轮实际转动的移动。

A Quantitative Estimation Method for Wheel Slip of Three-Wheel Omnidirectional Mobile Robot

Three-wheeled omnidirectional mobile robot is an important mobile robot architecture, which has the advantages of high stability and omnidirectional mobility. Wheel sliding of three-wheeled omnidirectional mobile robot affects the accuracy of positioning and control, and quantitative estimation of wheel sliding is of great significance. The present invention relates to a quantitative wheel slip estimation method for three-wheeled omnidirectional mobile robot based on encoder and lidar. The core of the method is to fuse encoder and lidar data and the forward and inverse kinematics model of the three-wheeled omnidirectional mobile robot to estimate the actual wheel movement.

【技术实现步骤摘要】
一种三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法
本专利技术涉及一种三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法，具体地说，涉及一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法。
技术介绍
三轮全向移动机器人是一种重要的移动机器人体系结构，具有稳定性高、全向移动的优点。三轮全向移动机器人车轮的滑动影响定位与控制的精度，对其进行定量估计具有重要意义。现有技术提出了一种基于分类的移动机器人车轮打滑检测方法（参见：ChrisC.Ward,KarlIagnemma:《Classification-BasedWheelSlipDetectionandDetectorFusionforOutdoorMobileRobots》，2007IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,2007年4月），该技术的主要不足是不能对车轮打滑进行定量估计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法。该专利技术的核心是融合编码器和激光雷达数据以及三轮全向移动机器人正逆运动学模型，估计车轮实际转动的移动。其具体技术方案为：输入：M0,M1,,,,其中M0表示前一时刻的激光雷达测量，M1表示当前时刻的激光雷达测量，表示编码器测量的第一个轮子转动位移,表示编码器测量的第二个轮子转动位移,表示编码器测量的第三个轮子转动位移；输出：S1,S2,S3，其中S1表示一个轮子滑动位移，S2表示第二个轮子滑动位移，S3表示第三个轮子滑动位移；步骤1：根据,,，利式（1）计算,,,（,）表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的位置，表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的方位；（1）其中，，其中，表示前一时刻机器人的方位，R表示车轮半径，L1表示机器人几何中心到第一个和第二个车轮的距离，L2表示机器人几何中心到第三个车轮的距离，表示机器人几何中心到第一个轮子的线段与机器人坐标系X轴的夹角。步骤2：计算H0,T0；H0和T0分别表示机器人相对于前一时刻坐标系的旋转矩阵和平移向量的初始估计；（2）（3）步骤3：根据H0,T0,M0,M1,利用迭代最近点方法计算机器人相对于前一时刻坐标系的旋转矩阵H和平移向量T，(H,T,d)=ICP（H0,T0,M0,M1,）（4）其中，ICP代表迭代最近点方法，为匹配距离阈值，d为匹配精度；步骤4：根据H,T由式(5)，式（6）和式（7）获得,,,（,）表示机器人当前位置相对于前一时刻坐标系的坐标，表示机器人当前时刻相对于前一时刻坐标系的方位；（5）（6）（7）其中，表示H的第二行第一列的元素，表示的T第一行第一列元素，表示T的第二行第一列的元素；步骤5：根据,,计算,,，表示第一个轮子实际的转动位移,表示第二个轮子实际的转动位移,表示第三个轮子实际的转动位移；（8）步骤6：计算车轮滑动S1=-（9）S2=-（10）S3=-（11）与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：能定量地估计三轮全向移动机器人每个轮子的滑动位移。附图说明附图1为三轮全向移动机器人结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实例进一步阐述本专利技术。本专利技术融合编码器和激光雷达数据以及三轮全向移动机器人正逆运动学模型，估计车轮实际转动的移动。三轮全向移动机器人如图1所示，其中O点为机器人几何中心，OXY为机器人坐标系。具体技术方案如下：输入：M0,M1,,,,其中M0表示前一时刻的激光雷达测量，M1表示当前时刻的激光雷达测量，表示编码器测量的第一个轮子转动位移,表示编码器测量的第二个轮子转动位移,表示编码器测量的第三个轮子转动位移；输出：S1,S2,S3，其中S1表示一个轮子滑动位移，S2表示第二个轮子滑动位移，S3表示第三个轮子滑动位移；步骤1：根据,,，利式（1）计算,,,（,）表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的位置，表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的方位；（1）其中，，其中，表示前一时刻机器人的方位，R表示车轮半径，L1表示机器人几何中心到第一个和第二个车轮的距离，L2表示机器人几何中心到第三个车轮的距离，表示机器人几何中心到第一个轮子的线段与机器人坐标系X轴的夹角。步骤2：计算H0,T0；H0和T0分别表示机器人相对于前一时刻坐标系的旋转矩阵和平移向量的初始估计；（2）（3）步骤3：根据H0,T0,M0,M1,利用迭代最近点方法计算机器人相对于前一时刻坐标系的旋转矩阵H和平移向量T，(H,T,d)=ICP（H0,T0,M0,M1,）（4）其中，ICP代表迭代最近点方法，为匹配距离阈值，d为匹配精度；步骤4：根据H,T由式(5)，式（6）和式（7）获得,,,（,）表示机器人当前位置相对于前一时刻坐标系的坐标，表示机器人当前时刻相对于前一时刻坐标系的方位；（5）（6）（7）其中，表示H的第一行第一列的元素，表示的T第一行第一列元素，表示T的第二行第一列的元素；步骤5：根据,,计算,,，表示第一个轮子实际的转动位移,表示第二个轮子实际的转动位移,表示第三个轮子实际的转动位移；（8）步骤6：计算车轮滑动S1=-（9）S2=-（10）S3=-（11）以上所述，仅为本专利技术最佳实施方式，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法，其具体技术方案为：输入：M0,M1,

【技术特征摘要】
1.一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法，其具体技术方案为：输入：M0,M1,,,,其中M0表示前一时刻的激光雷达测量，M1表示当前时刻的激光雷达测量，表示编码器测量的第一个轮子转动位移,表示编码器测量的第二个轮子转动位移,表示编码器测量的第三个轮子转动位移；输出：S1,S2,S3，其中S1表示一个轮子滑动位移，S2表示第二个轮子滑动位移，S3表示第三个轮子滑动位移；步骤1：根据,,，利式（1）计算,,,（,）表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的位置，表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的方位；（1）其中，，其中，表示前一时刻机器人的方位，R表示车轮半径，L1表示机器人几何中心到第一个和第二个车轮的距离，L2表示机器人几何中心到第三个车轮的距离，表示机器人几何中心到第一个轮子的线段与机器人坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：段琢华，许文杰，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：广东,44