一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人的定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双MEMS‑IMU的室内轮式机器人定位方法，首先分别通过第一、第二惯性导航模块采集车轮、车身的运动信息，单独解算得到第一、第二定位信息，包括车轮以及车身的位置、速度、姿态角；再通过第二惯性模块的俯仰角对第一惯性模块的俯仰角进行补偿，进而使用补偿后的俯仰角和第一姿态角估计第一模块的安装角。同时，通过第一惯性模块测量车轮转动角速度换算得到的车体移动速度信息，分别提供给第一、第二惯导模块，分别构建运动约束进行组合解算，进而提升第一、第二定位信息的精度。最后将第一、第二定位信息以及两模块安装位置的空间几何信息组合提升整个系统的定位精度从而实现一种高精度、低成本的室内机器人相对定位方法。

A Location Method for Indoor Wheeled Robot Based on Dual MEMS-IMU

The invention provides an indoor wheeled robot positioning method based on dual MEMS IMU. Firstly, the motion information of wheels and body is collected by the first and second inertial navigation modules respectively, and the first and second positioning information is obtained by solving separately, including the position, speed and attitude angle of wheels and body; secondly, the pitch angle of the second inertial module is applied to the pitch angle of the first inertial module. The compensation is carried out, and then the installation angle of the first module is estimated using the compensated elevation angle and the first attitude angle. At the same time, the vehicle body moving speed information obtained by the first inertial module measuring wheel rotation angular velocity conversion is provided to the first and second inertial navigation modules, respectively, to construct motion constraints for combined calculation, and then improve the accuracy of the first and second positioning information. Finally, the first and second positioning information and the spatial geometry information of the two modules are combined to improve the positioning accuracy of the whole system, so as to achieve a high-precision and low-cost relative positioning method for indoor robots.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人的定位方法
本专利技术涉及室内定位
，尤其涉及一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人相对定位方法。
技术介绍
随着全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystemGNSS)的发展，位置服务(LocationBasedServiceLBS)日渐成为人们生活工作当中必不可少的一部分，而作为LBS最后阶段研究的室内定位技术得到空前的重视，成为现阶段定位技术的研究热点。室内定位方法可分为相对定位和绝对定位，相对定位又称航迹推算，主要利用传感器如惯导、里程计、视觉里程计和激光雷达等测量机器人相对于初始状态的变化量来确定移动机器人当前的位姿。绝对定位又称全局定位，主要利用预先布设定位基站发射的信号交会定位(如超宽带)或利用预先测绘构建的导航数据库匹配定位(如地磁匹配)等对机器人在参考坐标系中的绝对位姿进行估算。实际应用中，绝对定位因覆盖面积增大成本急剧增长的原因，定位基站和导航数据库常常无法对全区域以及无限大小的区域进行覆盖，因此相对定位对于保障系统的稳健性具有无可替代的作用。相对定位方法中，视觉里程计和激光雷达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双MEMS‑IMU的室内轮式机器人定位方法，其特征在于，所述室内轮式机器人包括车轮与车身，所述MEMS‑IMU为微型惯性测量单元，所述微型惯性测量单元包括第一惯性导航模块与第二惯性导航模块，所述方法包括：步骤S101：通过所述第一惯性导航模块采集所述车轮的运动信息，并单独解算获得第一定位信息，其中，所述第一惯性导航模块位于所述车轮的中心，所述第一定位信息包括所述车轮的位置、速度和姿态角；步骤S102：通过所述第二惯性导航模块采集所述车身的运动信息，并单独解算获得第二定位信息，其中，所述第二惯性导航模块位于所述车身的顶部中央，所述第二定位信息包括所述车身的位置、速度和姿态角；步骤S1...

【技术特征摘要】
1.一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人定位方法，其特征在于，所述室内轮式机器人包括车轮与车身，所述MEMS-IMU为微型惯性测量单元，所述微型惯性测量单元包括第一惯性导航模块与第二惯性导航模块，所述方法包括：步骤S101：通过所述第一惯性导航模块采集所述车轮的运动信息，并单独解算获得第一定位信息，其中，所述第一惯性导航模块位于所述车轮的中心，所述第一定位信息包括所述车轮的位置、速度和姿态角；步骤S102：通过所述第二惯性导航模块采集所述车身的运动信息，并单独解算获得第二定位信息，其中，所述第二惯性导航模块位于所述车身的顶部中央，所述第二定位信息包括所述车身的位置、速度和姿态角；步骤S103：通过所述第二惯性导航模块的俯仰角对所述第一惯性导航模块的俯仰角进行补偿，获得补偿后的俯仰角，使用补偿后的俯仰角和所述第一惯导模块的姿态角估计所述第一惯性导航模块的安装角；步骤S104：通过所述第一惯性导航模块测量采集的车轮转动角速度，获得车体移动速度，将车体移动速度分别提供给所述第一惯性导航模块和第二惯性导航模块，并构建第一运动约束进行组合解算，获得组合后的第一定位信息，构建第二运动约束进行组合解算，获得组合后的第二定位信息；步骤S105：基于所述组合后的第一定位信息、所述组合后的第二定位信息以及所述第一惯性模块和第二惯性模块的安装位置的空间关系，获得组合后的第三定位信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S101具体包括：所述第一惯性导航模块输出第一观测值，将所述第一输出观测值用于惯性导航机械编排解算，获得所述第一定位信息，包括所述车轮的位置、速度和姿态角。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S102具体包括：所述第二惯性导航模块输出第二观测值，将所述第二输出观测值用于惯性导航机械编排解算，获得所述第二定位信息，包括所述车身的位置、速度和姿态角。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S103具体包括：步骤S1031：将所述第一惯性导航模块的安装角定义为从b系到v系的姿态差异，其中，所述b系为传感器坐标系，所述v系为载体坐标系，所述载体坐标系为所述车轮机器人坐标系，所述第一惯性导航模块的所述姿态差异的旋转矩阵为所述姿态的欧拉角表示为:其中，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的横滚角、表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的俯仰角，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的航向角；步骤S1032：通过所述第二惯性导航模块的俯仰角对所述第一惯性导航模块的俯仰角进行补偿，获得所述补偿后的俯仰角具体通过式(1)和式(2)获得：其中，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的横滚角，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到当地水平坐标系的横滚角，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到当地水平坐标系的俯仰角，表示第二惯性导航模块中，传感器坐标系到当地水平坐标系的俯仰角，且基于预设关系，可以通过所述欧拉角获得相应的旋转矩阵步骤S1033：采用补偿后的俯仰角和所述第一惯导模块的姿态角估计所述第一惯性导...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛小骥，旷俭，陈映秋，李雨，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42