一种智能轮式机器人行进航向角融合方法技术

本发明专利技术公开了一种智能轮式机器人行进航向角融合方法，系统开始后，首先读取智能轮式机器人上的差分GNSS设备上的数据信息，从中提取和航向角相关的定向信息A和RTK状态信息；并读取电子罗盘输出的定向信息B；然后以定向信息A作为归一化标准，计算出定向信息B与定向信息A的初始校准角α，从而完成初始校正过程；在完成校正后，开始正常测量和融合过程，首先读取差分GNSS输出RTK状态信息位，通过读取该信息位来判断差分GNSS是否处于良好视野，定向信息A是否可信，利用差分GNSS和比较廉价的电子罗盘进行方向角的数据融合，从而得到在室外良好环境利用差分GNSS为主解算航向角，在遮挡环境利用电子罗盘为主解算航向角的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种智能轮式机器人行进航向角融合方法
本专利技术涉及智能轮式机器人
，具体为一种智能轮式机器人行进航向角融合方法。
技术介绍
随着智能轮式机器人(智能汽车)技术的逐步成熟，各种可自动行驶的智能轮式机器人越来越多的出现在人的视野中。从正在测试的无人驾驶汽车，到已经开始实用的专用智能轮式机器人(如自动行驶农业收割机\自动巡逻车、自动景区接驳车等)，自动驾驶技术逐渐走向成熟。智能轮式机器人是一个感知周围环境、对环境数据进行自主融合分析、自动进行路径规划并最终决策控制的自动化综合系统。该综合系统的搭建就是在原有的普通汽车基础上加装多种先进的传感器、控制器和执行器等装置以及配套的专门开发的软件。系统功能的实现就是综合利用各种不同的传感器获得的环境信息，进行合理的分析、规划、控制，从而实现安全稳定的行驶。智能汽车的研发中包含许多技术，而路径规划技术又是智能汽车研究的关键技术。路径规划技术就是指寻找到一条从起始点出发到达目的地的安全无碰撞的路径。路径规划从路径规划的目标范围划分为：全局路径规划和局部路径规划。局部路径规划就是在全局规划的基础上结合车辆所处位置的实际道路环境情况进行的实时路径规划。在局部路径规划技术中，首先要解决整个智能轮式机器人平台的高精度定位和定向问题。智能轮式机器人的导航系统运用了RTK技术进行定位定向，是一种差分GNSS(DifferentialGNSS)。差分GNSS利用已知精确位置的基准站来求得一个修正值，然后将这个修正值通过无线电台等方式实时地发送给移动站，移动站根据接收到的修正值对观测数据进行修正，从而提高导航系统定位精度。智能轮式机器人在室外通常利用导航轨迹的方式进行巡线自主行驶，在导航要素中，除了精确的定位信息外(精确到厘米级)，还必须对行驶的航向角进行精确的解算，从而控制智能轮式机器人按正确的轨迹和角度进行行驶。航向角的获取方式有多种，比如利用安装双天线的差分GNSS可在室外开阔条件下获取准确的航向角，但这种方式在天空遮挡严重的情况下会失效或误差增大。另外还可以使用惯性导航解算航向角，惯性导航系统是一种通过高精度的陀螺和加速度计，测量运动载体的叫速率和加速度信息，经积分运算得到运动载体的加速度、位置、姿态和航向等导航参数的自主导航系统。这种方法不受天空遮挡情况限制，可以在隧道，桥梁内情况下使用，当其缺点在于一般的惯性导航精度比较差，而高精度的惯性导航价格非常昂贵，并且所有的惯性导航都会有误差积累的问题，随着使用时间增大，误差会不断增大，且每次使用之前需要较长的初始对准时间。其它的航向角获取方法还包括电子罗盘(电子指南针)，它利用磁场传感器来指示前进方向和磁场北极的夹角，该方式简单可行，但易受外磁场的干扰。鉴于以上航向角获取方法的利弊，通常采用2种以上融合的方式获得航向角。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种智能轮式机器人行进航向角融合方法，利用差分GNSS和比较廉价的电子罗盘(电子指南针)进行方向角的数据融合，从而得到在室外良好环境利用差分GNSS为主解算航向角，在遮挡环境利用电子罗盘为主解算航向角的融合方法。另外该方法也特别适用于两层结构的智能轮式机器人(智能坦克和智能挖掘机等设备)，该种两层结构的智能轮式机器人包括车体底盘和可旋转上层，在工作中可能会出现车体底盘和可旋转上层在不同航向的状态，该方法可以实时解算车体底盘和可旋转上层的不同的航向角，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种智能轮式机器人行进航向角融合方法，包括如下步骤：步骤S1、系统开始后，首先读取智能轮式机器人上的差分GNSS设备上的数据信息，从中提取和航向角相关的定向信息A和RTK状态信息；并读取电子罗盘输出的定向信息B；步骤S2、以定向信息A作为归一化标准，计算出定向信息B与定向信息A的初始校准角α，从而完成初始校正过程；步骤S3、在完成校正后，开始正常测量和融合过程，首先读取差分GNSS输出RTK状态信息位，通过读取该信息位来判断差分GNSS是否处于良好视野，定向信息A是否可信；步骤S4、当RTK状态信息位为“是”时，系统判断差分GNSS处于良好视野，定向信息A可信，实时读取定向信息A作为当前的确定航向角；当RTK状态信息位为“否”时，系统差分GNSS处于遮挡状态，定向信息A不可信，实时读取电子罗盘输出的定向信息B，并将初始校准角α与其融合后得到当前的确定航向角。优选的，所述智能轮式机器人具有2层车体结构，包括作为行驶部分的智能轮式机器人底盘和上层可旋转部分。优选的，为了准确得到2层结构的实时航向角，其航向角的解算方法为：首先利用双天线的差分GNSS作为底盘的航向角解算方式，双天线为设置于底盘两端的差分GNSS的天线A和差分GNSS的天线B，两者按底盘可行驶正方向1线对齐排列，同时在上层可旋转部分的正方向安装电子罗盘。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用差分GNSS和比较廉价的电子罗盘(电子指南针)进行方向角的数据融合，从而得到在室外良好环境利用差分GNSS为主解算航向角，在遮挡环境利用电子罗盘为主解算航向角的融合方法。另外该方法也特别适用于两层结构的智能轮式机器人(智能坦克和智能挖掘机等设备)，该种两层结构的智能轮式机器人包括车体底盘和可旋转上层，在工作中可能会出现车体底盘和可旋转上层在不同航向的状态，该方法可以实时解算车体底盘和可旋转上层的不同的航向角。附图说明图1为本专利技术航向角融合流程图；图2为本专利技术航向角解算结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：由于智能轮式机器人的行驶路线复杂，既有宽敞的结构化道路，又有狭窄不平的林间小道，利用差分GNSS进行航向角的解算必须有良好的对空视野，否则会因为设备无法找到足够的卫星，而无法得到精确的航向角。通常采用的弥补方式是利用惯导和差分GNSS进行融合，解算航向角，但弊端是高可靠性的光线惯导价格昂贵，且惯导存在误差累计问题，随着使用时间的增长，误差会逐渐加大。本专利技术提供了一种智能轮式机器人行进航向角融合方法，利用差分GNSS和比较廉价的电子罗盘(电子指南针)进行方向角的数据融合，从而得到在室外良好环境利用差分GNSS为主解算航向角，在遮挡环境利用电子罗盘为主解算航向角的融合方法。另外该方法也特别适用于两层结构的智能轮式机器人(智能坦克和智能挖掘机等设备)，该种两层结构的智能轮式机器人包括车体底盘和可旋转上层，在工作中可能会出现车体底盘和可旋转上层在不同航向的状态，该方法可以实时解算车体底盘和可旋转上层的不同的航向角。其具体方法如下：如图1所示。首先在智能轮式机器人上安装双天线差分GNSS和电子罗盘，同时获取差分GNSS输出的定向信息A、RTK状态信息和电子罗盘输出的定向信息B，进行数据融合，具体流程见图2所示。系统开始后，首先读取智能轮式机器人上的差分GNSS设备上的数据信息，从中提取和航向角相关的定向信息A和RTK状态信息；其次读取电子罗盘输出的定向信息B。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能轮式机器人行进航向角融合方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、系统开始后，首先读取智能轮式机器人上的差分GNSS设备上的数据信息，从中提取和航向角相关的定向信息A和RTK状态信息；并读取电子罗盘输出的定向信息B；步骤S2、以定向信息A作为归一化标准，计算出定向信息B与定向信息A的初始校准角α，从而完成初始校正过程；步骤S3、在完成校正后，开始正常测量和融合过程，首先读取差分GNSS输出RTK状态信息位，通过读取该信息位来判断差分GNSS是否处于良好视野，定向信息A是否可信；步骤S4、当RTK状态信息位为“是”时，系统判断差分GNSS处于良好视野，定向信息A可信，实时读取定向信息A作为当前的确定航向角；当RTK状态信息位为“否”时，系统差分GNSS处于遮挡状态，定向信息A不可信，实时读取电子罗盘输出的定向信息B，并将初始校准角α与其融合后得到当前的确定航向角。

【技术特征摘要】
1.一种智能轮式机器人行进航向角融合方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、系统开始后，首先读取智能轮式机器人上的差分GNSS设备上的数据信息，从中提取和航向角相关的定向信息A和RTK状态信息；并读取电子罗盘输出的定向信息B；步骤S2、以定向信息A作为归一化标准，计算出定向信息B与定向信息A的初始校准角α，从而完成初始校正过程；步骤S3、在完成校正后，开始正常测量和融合过程，首先读取差分GNSS输出RTK状态信息位，通过读取该信息位来判断差分GNSS是否处于良好视野，定向信息A是否可信；步骤S4、当RTK状态信息位为“是”时，系统判断差分GNSS处于良好视野，定向信息A可信，实时读取定向信息A作为当前的确定航向角；当RTK状态信...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪灿雄，
申请(专利权)人：地壳北京机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11