基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统和方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统和方法，系统包括测量模块、定位模块以及误差更新模块；其中所述测量模块由超声传感器、里程计传感器以及对应的A/D转换模块组成，所述定位模块由超声定位模块、里程计定位模块以及混合定位模块组成。本发明专利技术在非拐角区域使用超声传感器进行定位，在拐角区域使用里程计技术进行定位，每隔一段时间使用超声传感器测距的准确结果，对当前里程计测量结果进行误差校正，以保证里程计测量结果时刻处于一个可控的误差范围，从而实现准确的混合定位。 1

【技术实现步骤摘要】
基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统和方法
本专利技术涉及室内定位方法，具体涉及一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位方法。
技术介绍
随着各项性能的提高，服务机器人可以在人们日常生活中完成越来越多的任务，比如打扫卫生、移动物体等等。为了使任务完成得更加流畅，机器人必须对周围的环境进行更详细和准确的感知和认识。定位技术是机器人定位与建图的基础，即如何根据现在观测到的和前面已知的信息，判断机器人在当前环境中的位置。定位是包括扫地机器人在内的移动机器人自主导航中最基本的环节，也是完成任务必须解决的问题。常用的室内定位技术有基于超声传感器的定位技术，该技术使用机器人自身携带的超声传感器，根据已经建模好的周围环境特征，如内外角点，测量从机器人到环境特征之间的距离，根据反馈的距离计算出机器人当前所在位置。该方法定位准确、快捷，但是当机器人处于拐角的位置时，基于超声传感器的定位技术会出现无法判别的现象。参见图1，图1为机器人处于拐角处时，仅有一个内角点P1和一个外角点P2可供测距，超声传感器测得从机器人位置到两个角点的距离分别为d1和d2，由于内角点P1和一个外角点P2的全局位置已知，可以两个角点为圆心，以距离为半径画圆，得到两个交点位置O1和O2，即是机器人位置的候选点。然而，由于拐角位置仅有一个内角点P1和一个外角点P2可供测距，无法利用其它角点辅助计算出机器人的精确位置。另一种常见的室内定位技术是基于里程计的机器人室内定位技术，即通过获得机器人左右驱动轮被测量的信息，并将其按一定规律转化成轮子的里程和速度信息，根据上一时刻机器人的位置计算出机器人的当前位置。该方法无需事先得到室内环境的建模，但是由于移动存在摩擦，里程计与实际移动距离存在细小误差，随着时间推移累积计算误差越来越大，最后无法实现准确定位。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决现有基于超声传感器的机器人室内定位技术在拐角时，无法准确得到机器人位置的问题，提供一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统，包括测量模块10、定位模块20以及误差更新模块30；其中所述测量模块10由超声传感器101、里程计传感器102以及对应的A/D转换模块103组成，所述定位模块20由超声定位模块201、里程计定位模块以及混合定位模块组成；所述测量模块10用于使用超声传感器和里程计传感器获取相关模拟信号，经过A/D转换模块转为数字信号，传输至定位模块20；所述定位模块20用于根据传感器信号，使用超声定位模块和里程计定位模块分别计算当前机器人位置，并将计算结果输入混合定位模块进行判别到最终机器人位置；所述误差更新模块30用于动态地使用超声定位模块的结果调整里程计定位模块中的误差参数。一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位方法，具体包括如下步骤：S1，使用超声传感器测距结果计算当前机器人定位；S2，使用里程计传感器测量结果计算当前机器人定位；S3，根据两个计算结果进行混合定位。其中，所述步骤S2使用里程计传感器测量结果计算当前机器人定位，包括以下步骤：S21，获取当前左右驱动轮的位移信息；S22，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移；S23，根据圆弧角和位移计算出机器人当前姿态。本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：该方法在非拐角区域使用超声传感器进行定位，在拐角区域使用里程计技术进行定位，每隔一段时间使用超声传感器测距的准确结果，对当前里程计测量结果进行误差校正，以保证里程计测量结果时刻处于一个可控的误差范围，从而实现准确的混合定位。附图说明图1为基于超声传感器的移动机器人定位方法的示意图。图2为本专利技术实施例的基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统的示意图。图3为本专利技术实施例的基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位方法的流程图。图4为本专利技术实施例的基于里程计定位使用的移动机器人运动学模型的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行进一步说明。实施例1参见图2，本专利技术的一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统，包括测量模块10、定位模块20以及误差更新模块30；其中所述测量模块10由超声传感器101、里程计传感器102以及对应的A/D转换模块103组成，所述定位模块20由超声定位模块201、里程计定位模块202以及混合定位模块203组成；所述测量模块10用于使用超声传感器101和里程计传感器102获取相关模拟信号，经过A/D转换模块103转为数字信号，传输至定位模块20；所述定位模块20用于根据传感器信号，使用超声定位模块201和里程计定位模块202分别计算当前机器人位置，并将计算结果输入混合定位模块203进行判别到最终机器人位置；所述误差更新模块30用于动态地使用超声定位模块201的结果调整里程计定位模块202中的误差参数。实施例2在实施例1的基础上，本专利技术还提供一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位方法，参见图3，本具体实施例的一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位方法具体包括如下步骤：S1，使用超声传感器测距结果计算当前机器人定位；S2，使用里程计传感器测量结果计算当前机器人定位；S3，根据两个计算结果进行混合定位。其中，步骤S1具体为：设机器人所在位置坐标为(px,py)，给定三个世界坐标已知的角点P1、P2和P3，三个角点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)，超声传感器测得从机器人位置到角点的距离分别为d1、d2和d3，可以其中任意两个角点(P1、P2)为圆心，以距离为半径画圆，求解公式1可得到两个交点位置O1和O2：再使用另外两个角点(P1、P3)为圆心，再使用公式1进行计算即可得到准确的机器人坐标所在位置。S2，使用里程计传感器测量结果计算当前机器人定位。具体过程为以下步骤：S21，获取当前左右驱动轮的位移信息。使用安装在车轮上的光电码盘记录车轮的转数，进而根据车轮的直径和转数计算得出获得机器人相对于上一采样时刻位移的改变量。S22，根据位移信息计算出机器人移动轨迹的圆弧角和位移。参见图4，基于里程计定位使用的移动机器人运动学模型，W1和W2分别表示左右两个驱动轮。在两个驱动轮连线的中心建立移动机器人的坐标系OmXmYm，其X轴方向从W1到W2，Y轴方向为移动机器人前进方向。在W1和W2旋转中心点建立旋转坐标系OtXtYt，其各个坐标轴的方向取移动机器人坐标系各轴的方向。世界坐标系OwXwYw建立在地面的某个固定点处。参见图4，移动机器人的运动可以看做平移与旋转的组合，即第i个时刻，机器人位置从OmiXmiYmi平移到Oti后旋转αi，在平移到位置Om,i+1。假设在第i次采样时，移动机器人在世界坐标系中的位姿表示为：其中，Tm,i表示第i次采样时，移动机器人在世界坐标系中的位姿矩阵表示；φi表示表示第i次采样时，移动机器人在世界坐标系中的方向角；px,i表示第i次采样时，Om在世界坐标系中的x轴坐标位置；py,i表示第i次采样时，Om在世界坐标系中的y轴坐标位置。在相对较短的时间内，移动机器人的运动距离较短，其运动轨迹可以看做直线或者圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统，其特征在于，包括测量

【技术特征摘要】
1.一种基于里程计和超声传感器的移动机器人混合定位系统，其特征在于，包括测量模块10、定位模块20以及误差更新模块30；其中所述测量模块10由超声传感器101、里程计传感器102以及对应的A/D转换模块103组成，所述定位模块20由超声定位模块201、里程计定位模块以及混合定位模块组成；所述测量模块10用于使用超声传感器和里程计传感器获取相关模拟信号，经过A/D转换模块转为数字信号，传输至定位模块20；所述定位模块20用于根据传感器信号，使用超声定位模块和里程计定位模块分别计算当前机器人位置，并将计算结果输入混合定位模块进行判别到最终机器人位置；所述误差更新模块30...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈墩金，覃争鸣，何中平，
申请(专利权)人：广州映博智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44