【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轮式移动机器人自主导航领域，特别涉及一种实现Mecanum轮式AGV导航定位方法，适用室内直角弯场景下Mecanum轮式AGV的定位以及运动状态的描述。
技术介绍
随着机器人技术的不断进步,移动机器人的应用领域越来越广泛，其重要发展方向是全自主化，即自主导航。自主导航首先要解决第一大问题，即“where am I(我在哪里)”，是关于自主移动机器人的定位问题，也是移动机器人实现自主导航的一个首要的问题，最重要的一项功能之一。定位问题可以描述成机器人通过传感器感知环境，建立合理的数学模型来描述移动机器人的工作环境，并确定自身在工作环境中的精确位置，以及运动状态。机器人的定位方式取决于所采用的传感器，常见的定位传感器有惯性传感器、摄像机、激光雷达、超声波、红外线、陀螺仪等。常见的定位系统有GPS全球定位系统，但是GPS只能用在室外，而且在直角弯这样一个局部场景下并不能描述AGV的位姿信息。其次，比较常见的还有惯导定位系统，基于惯性传感器实现航位推算的方法。比如速度或加速度计、电子罗盘、陀螺仪等惯性传感器实现机器人的位姿的推算。由于惯性传感器需要额外配置，所以成本比较高，而且容易受到磁场干扰，对推算精度造成较大的影响。传统的航位推算是基于内部传感器，并不能描述AGV的初始状态。而且仅仅只能得到坐标信息，并不能反映AGV轮廓、姿态信息，以及AGV与环境之间的关系。所以在直角弯，这样一个局部的场景下并不适用。因此，急需一种适用于Mecanum轮式AGV，在直角弯局部场景下，成本低、切实可行的导航定位方法。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上诉问题，本专利...
【技术保护点】
一种直角弯下Mecanum轮式AGV导航定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立全局坐标系oxy、初始状态坐标系o′x′y′和激光雷达坐标系o″x″y″；根据激光雷达线段特征在全局坐标系下中建立对直角弯和AGV初始状态描述模型；S2：通过AGV内部的编码器获取AGV转速数据并基于Mecanum轮式AGV运动学模型实现航位推算算法计算在初始状态坐标系o′x′y′中AGV质心的坐标(x′k,y′k,θ′k)；进而计算在全局坐标系oxy中AGV质心坐标和姿态(xk,yk,θk)；S3：计算在全局坐标系中AGV外轮廓及转向状态描述。
【技术特征摘要】
1.一种直角弯下Mecanum轮式AGV导航定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立全局坐标系oxy、初始状态坐标系o′x′y′和激光雷达坐标系o″x″y″；根据激光雷达线段特征在全局坐标系下中建立对直角弯和AGV初始状态描述模型；S2：通过AGV内部的编码器获取AGV转速数据并基于Mecanum轮式AGV运动学模型实现航位推算算法计算在初始状态坐标系o′x′y′中AGV质心的坐标(x′k,y′k,θ′k)；进而计算在全局坐标系oxy中AGV质心坐标和姿态(xk,yk,θk)；S3：计算在全局坐标系中AGV外轮廓及转向状态描述。2.如权利要求1所述的直角弯下Mecanum轮式AGV导航定位方法，其特征在于：所述直角弯和AGV初始状态描述模型的建立具体步骤如下：S11：在激光雷达坐标系o″x″y″中，将激光雷达距离数据(d1,d2...dm)通过线段特征提取，提取出线段(L1,L2,L3)；(d1,d2...dm)为激光雷达原始距离数据；Li表示为激光雷达在直角弯下距离图像的线段特征，Li的描述为直线的参数模型(θi,pi)，θi代表过原点做直线的垂线，垂线与x″轴的夹角，pi为原点的直线的距离；L1,L2,L3代表在直角弯下的三条线段，(θ1,p1)、(θ2,p2)、(θ3,p3)分别代表其对应线段的参数模型；S12：在全局坐标系oxy中，按照以下公式建立直角弯的描述模型： w 1 = p 1 + p 2 w 2 = | k 2 x 12 - y 12 + b 2 | k 2 2 + 1 ; ]]>其中，F点的坐标为(w1,-w2)，E点的坐标为(0,0)，w1、w2为通道的宽度，w1为L1,L2之间的距离，w2为F到L2之间的距离；K2表示线段L2的斜率；b2表示线段L2的截距；(x12，y12)表示线段L1的结束点；直角弯的描述模型F点的坐标为E点的坐标为(0,0)；E、F点表示在全局坐标下直角弯的拐点的坐标；S13：在全局坐标系oxy中，分别按照以下步骤来实现在全局坐标下中对AGV初始状态描述；若θs>0，即AGV朝右，则有：令M2＝l1cosθs； x 0 = w 1 - M 1 y 0 = - ( p 2 + M 2 ) θ 0 = θ s = θ 1 ; ]]>若θs<0，即AGV朝左，则有：令M2＝l1cosθs； x 0 = M 1 y 0 = - ( p 2 + M 2 ) θ 0 = θ s = θ 3 ; ]]>其中，AGV的轴线与L1线段的延长线相交于H，夹角为θs，(x0,y0,θ0)表示AGV质心O′在oxy坐标系中的初始坐标；(θi,pi)表示直线Li的参数模型(θi,pi)，在直角弯下有L1,L2,L3三条线段，(θ1,p1)、(θ2,p2)、(θ3,p3)分别对应其参数模型；l1表示AGV长度的一半。3.如权利要求1所述的直角弯下Mecanum轮式AGV导航定位方法，其特征在于：所述在全局坐标系中AGV质心的坐标以及姿态具体步骤如下：S21：按照以下公式建立Mecanum轮式AGV的运动学模型；其中，r为Mecanum轮辊子半径，w1,w2,w3,w4为AGV四轮的转速；w1、w2、w3、w4为按照固定周期T通过编码器的采集值；(vx,vy,w)表示在初始位置坐标系中，AGV质心的速度，分别对应x方向、y方向，w代表姿态角；S22：根据航位推算原理计算在t＝kT时刻，计算在初始状态坐标系o′x′y′中AGV质心的坐标(x′k,y′k,θ′k)的递推公式为： x ′ k = Σ i = 0 i = k - 1 Δx i * cosθ i + Δy i * sinθ i y ′ k = Σ i = 0 i = k - 1 Δy i * cosθ i - Δx i * sinθ i θ ′ k = Σ i = 0 i = k - 1 Δθ i ; ]]>其中，(x′k,y′k,θ′k)表示在初始状态坐标系o′x′y′中AGV质心的坐标；(Δxi,Δyi,Δθi)表示在第i个周期内，AGV质心的偏移量；S23：根据全局坐标系oxy与质心坐标系o′x′y′转换关系式计算在全局坐标系oxy中的质心坐标(xk,yk,θk)： x k y k θ k = cosθ s sinθ s 0 - sinθ s cosθ s 0 0 0 1 x ′ k y ′ k θ ′ k + x 0 y 0 θ 0 ]]>其中，(x0,y0,θ0)为在全局坐标系oxy下质心的初始坐标；(xk,yk,θk)为全局坐标系oxy下AGV质心的坐标。4.如权利要求1所述的直角弯下Mecanum轮式AGV导航定位方法，其特征在于：所述在全局坐标系中AGV外轮廓及转向状态描述的具体步骤如下：S31：根据以下旋转关系计算AGV外轮廓ABCD在全局坐标系下的坐标：A点的坐标：(-l2*cos(θk)+l1*sin(θk)+xk,l2*sin(θk)+l1*cos(θk)+yk,θk)B点的坐标：(l2*cos(θk)+l1*sin(θk)+xk,-l2*sin(θk)+l1*cos(θk)+yk,θk)C点的坐标：(l2*cos(θk)-l1*sin(θk)+xk,-l2*sin(θk)-l1*cos(θk)+yk,θk)D点的坐标：(-l2*cos(θk)-l1*sin(θk)+xk,l2*sin(θk)-l1*cos(θk)+yk,θk)；其中，ABCD为AGV外轮廓坐标；(xk,yk,θk)为全局坐标系下质心坐标；S32：按照以下公式计算在全局坐标系中AGV转向状态： dis A - L 2 = | l 2 * sin ( θ k ) + l 1 * cos ( θ k ) + y k | dis B C - F = | J 1 w 1 - J 2 w 2 + J 3 | J 1 2 + J 2 2 dis D - L 3 = - l 2 * cos ( θ k ) - l 1 * sin ( θ k ) + x k ; ]]>J1＝2l1*cos(θk)，J2＝-2l1*sin(θk)；J3＝-J2*(l2*sin(θk)-l1*cos(θk)+yk)-(l2*cos(θk)-l1*sin(θk)+xk)*J1；其中，AGV在转向过程中发生碰撞的障碍点；外轮廓顶点A与L2边，侧边BC与拐点F，D点距离边L3；AGV外轮廓顶点A与L2轴的距离为弯道拐点F距离轮廓BC的距离为disBC-F；D点距离L3轴为5.一种直角弯下Mecanum轮式AGV导航定位系统，其特征在于：包括坐标系建立模块、通道模型建立模块、AGV初始状态描述模型建立模块、数据采集模块、全局质心坐标计算模块、全局外轮廓计算模块和全局转向状态描...
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