一种基于室内全局定位的多移动机器人编队控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于室内全局定位的多移动机器人编队控制方法，涉及机器人导航领域，本发明专利技术通过安装在固定信标和移动信标上的超声波发生接收器，计算出编队运动中各个移动机器人的位置坐标，并由此获得各移动机器人的实时位姿，控制跟随机器人的跟踪位姿，从而实现基于领航跟随型的多机编队作业任务。本发明专利技术解决了移动机器人自主导航中的基础性定位问题；该定位方法具有容易部署、简单实用、定位精度高、可扩展性好等特点，适用于单个移动机器人的自主导航，也可适用于多移动机器人的编队协作，同时也支持无人系统的三维坐标定位，为无人机、空地协同等的室内定位提供使能技术支撑。

A method of formation control for multiple mobile robots based on indoor global positioning

The invention provides a multi mobile robot formation control method based on indoor global positioning, which involves the field of robot navigation. By installing the ultrasonic wave receiver on the fixed beacon and mobile beacon, the invention calculates the position coordinates of each mobile robot in the formation movement, and thus obtains each mobile machine. The real-time pose of human being is used to control the tracking posture of the following robot, so as to realize the multi machine formation task based on the pilotage follower. The invention solves the basic positioning problem in the autonomous navigation of mobile robot, which has the characteristics of easy deployment, simple and practical, high positioning precision and good extensibility. It is suitable for autonomous navigation of a single mobile robot, and can also be applied to the formation and collaboration of multi mobile robots, and also supports unmanned systems. The three dimensional coordinate positioning provides the technical support for indoor positioning of UAV and air ground coordination.

【技术实现步骤摘要】
一种基于室内全局定位的多移动机器人编队控制方法
本专利技术涉及机器人导航领域，尤其是一种移动机器人的定位和编队控制方法。
技术介绍
移动机器人作为一种自主、智能的运输平台和载体，适用于侦查、盯梢、搜索和跟踪等危险、污染、极端的环境。自主导航是移动机器人在未知、非结构环境下进行自主作业的核心技术，而定位技术又是机器人完成自主导航任务的最基本环节。与应用比较成熟的GPS、北斗等室外定位与导航技术不同，精准室内定位技术目前相对较弱，而消防救援、抢险救灾、冲突反恐、自主对接、合作搬运等应用领域又对室内定位技术提出了现实需求。根据定位技术和传感器的不同，移动机器人室内定位技术主要包含航迹推算、图形匹配和信标定位。航迹推算定位是一种基于位姿递推方式的相对定位方法，但该方法存在定位误差随时间累积的缺陷；图形匹配定位方法需依据外部环境建立全局或局部地图，该方法受外部环境影响较大，且大多适用于确定性静态环境；基于信标定位方法可以提供稳定、精确的全局绝对位置信息，但该方法的前期部署、后期维护工作量较大。目前，移动机器人室内信标定位技术主要包括基于无线传感网络和超声波的两种定位方法。采用WLAN、ZigB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于室内全局定位的多移动机器人编队控制方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、本专利技术包括一套室内全局定位系统和N个移动机器人，其中室内全局定位系统包括四个固定信标、一台定位基站控制器和N个搭载在移动机器人上的移动信标，将四个固定信标安装在高于移动机器人运动平面的墙面上，在避免遮挡的情况下使固定信标两两相对且不在同一平面内，并保证移动机器人运动区域无遮挡；固定信标是整个室内定位系统用来构建全局坐标系的基准，接收每个移动信标发出的超声波信号并记录其ID码，在接收过程中四个固定信标将会接收所有移动信标的超声波信号；移动信标携带唯一的ID码以标识每个移动机器人，并以固定频率发射超声波信号，该固定...

【技术特征摘要】
1.一种基于室内全局定位的多移动机器人编队控制方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、本发明包括一套室内全局定位系统和N个移动机器人，其中室内全局定位系统包括四个固定信标、一台定位基站控制器和N个搭载在移动机器人上的移动信标，将四个固定信标安装在高于移动机器人运动平面的墙面上，在避免遮挡的情况下使固定信标两两相对且不在同一平面内，并保证移动机器人运动区域无遮挡；固定信标是整个室内定位系统用来构建全局坐标系的基准，接收每个移动信标发出的超声波信号并记录其ID码，在接收过程中四个固定信标将会接收所有移动信标的超声波信号；移动信标携带唯一的ID码以标识每个移动机器人，并以固定频率发射超声波信号，该固定频率设定在10-20Hz之间；所述固定信标和移动信标均采用相同结构，均包含一个正方形底座和5个超声波发生接收器，5个超声波发生接收器分别安装在正方形底座的四边和中心，其中一个超声波发生接收器安装在底座中心位置且发生接收探头竖直向上，其余四个安装在正方形底座各边的中点处，且四个超声波发生接收器的发生接收探头与正方形底座保持15度仰角向上倾斜，超声波发生接收器以实现信标的全向发送和接收，同时每个移动信标配备角度姿态传感器，可动态测量移动机器人的偏角信息，移动信标和固定信标都有各自唯一的ID标识码，整套定位系统同时测定所有的移动信标的位置坐标，在定位系统的覆盖区域内，定位系统利用固定信标对所有的移动信标进行实时测量，从而满足多机编队运动中对各个移动机器人的位置坐标计算需求；定位基站控制器是整个室内全局定位系统的中心控制器，其信号覆盖定位区域内的所有固定信标和移动信标；步骤2、在室内全局定位系统初始化过程中，以地面为基准对各固定信标的高度进行标定，并选择其中任一固定信标作为Z轴，以相邻的任一固定信标的正下方为X轴建立三维坐标系，其他各固定信标以该坐标系为基准，确定其余固定信标在坐标系中的位置坐标，整个坐标系建立完成后，设置固定信标为接收模式；步骤3、采用三边测量法对移动信标的位置坐标进行计算：固定信标接收移动信标的超声波信号并记录接收到该信号的时间点；定位基站控制器通过计算移动信标到达各固定信标的时间间隔，依此计算出该移动信标和四个固定信标之间的直线距离分别为d1、d2、d3、d4，当某一移动信标发射的超声波信号被3个或3个以上的固定信标接收到后，基站控制器通过三边测量法计算得到该移动信标在全局坐标系内的位置信息；详细计算步骤为：假设定位系统在初始标定时，从4个固定信标中任选3个，即可得1号固定信标、2号固定信标和3号固定信标的坐标分别为(0,0,z1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏安，王旭，昝文佩，张昭琪，曹帅，陈豪杰，白洛玉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61