一种机器人的室内定位导航的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于陀螺仪惯性导航结合固定测距激光技术的机器人的室内即时建图定位导航的方法，包括机器人本体、左侧驱动轮、右侧驱动轮、激光测距模块、激光测距线、障碍物、机器人圆心、陀螺仪模块和MCU控制模块，所述机器人本体的底部且位于机器人圆心的两端安装有相互对称分布的左侧驱动轮和右侧驱动轮，所述机器人本体的表面安装有激光测距模块。本发明专利技术采用一个固定的激光测距模块，可安装在机器人的任何部位，通过机器人的旋转，达到360度扫描障碍物，建立地图的目的，效果等同于360度的旋转激光测距模块。但更易于安装，因为没有旋转机构，不需要电机控制激光测距模块旋转，因此激光测距模块的使用寿命更长，成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人的室内定位导航的方法
本专利技术涉及室内机器人
，具体为一种机器人的室内定位导航的方法。
技术介绍
目前机器人室内定位建图有基于陀螺仪室内定位导航，及基于360°旋转激光雷达扫描的定位导航方式。采用陀螺仪的室内定位方式，优点是低成本、易安装，缺点是由于需要里程计辅助计算，由于轮子打滑及时间的累积误差，导致地图慢慢的出现偏移而无法矫正，最终导致定位失败。360°旋转激光雷达扫描方式定位建图方式，优点是建图成功率较高，能根据激光数据实时矫正地图，缺点是成本高，且对模具的要求较高，激光雷达不易安装，且由于激光雷达内置动作旋转机构，容易损坏，而传统的360°旋转扫描机关模块，由于需要电机带动，不停的旋转，功耗高，而且容易损坏，使用寿命不长，不易于安装，为此，我们提出一种机器人的室内定位导航的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于固定激光测距结合陀螺仪惯性导航技术的机器人的室内定位导航的方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种机器人的室内定位导航的方法，包括机器人本体、左侧驱动轮、右侧驱动轮、激光测距模块、激光测距线、障碍物、机器人圆心、陀螺仪模块和MCU控制模块，所述机器人本体的底部且位于机器人圆心的两端安装有相互对称分布的左侧驱动轮和右侧驱动轮，所述机器人本体的表面安装有激光测距模块，激光测距线，该激光测距线可以为可见光或不可见光，所述激光测距模块射出的激光测距线会照射于障碍物的表面，所述激光测距模块测距的激光束方向所在的直线刚好经过机器人圆心的位置；所述激光测距模块的输出端与MCU控制模块的输入端电性连接，所述陀螺仪模块的输入端与MCU控制模块的输入端电性连接，所述MCU控制模块与左侧驱动轮和右侧驱动轮之间相互电性连接，所述激光测距模块与MCU控制模块之间的电性连接可获取机器人本体与障碍物之间的距离，所述陀螺仪模块与MCU控制模块之间的电性连接可获取机器人本体的角度θ，结合光测距模块与机器人中心轴的夹角，可以计算出与障碍物之间的角度，所述MCU控制模块的输出端与左侧驱动轮和右侧驱动轮的输入端之间的电性连接可对左侧驱动轮和右侧驱动轮进行驱动控制，所述左侧驱动轮和右侧驱动轮的输出端与MCU控制模块的输入端之间的电性连接可将左侧驱动轮和右侧驱动轮的里程数反馈至MCU控制模块。优选的，所述惯性导航于激光结合计算坐标的方法包括以下步骤：(1)机器人本体在直线的过程中，前部测距模块测量前方的障碍物距离；(2)机器人本体在直线行走的时候，前部激光测距模块测量前部障碍物的距离，通过距离的的变化修正里程计的数据，算法如下：t1时间测量到障碍物的距离为s1、里程计测量测量的距离为d1；t2时间测量到障碍物的距离为s2，里程计测量到的距离为d2；则t2时间的距离为d21＝d2*(1-k)+(d1+(s1-s2))*k。其中k为激光测距模块计算值的信任度，值在0-1之间，1表明100％信任激光测距模块，而0表示不信任测距模块，k的值可以根据卡尔曼滤波算法或二阶滤波算法等滤波算法结合其他传感器数据计算出最优值，k＝0，意味着100％信任里程计的数据；(3)结合里程计和陀螺仪计算的角度，通过惯性导航算法，可以积分计算出机器在任意时刻的坐标(x,y)。优选的，所述机器人本体原地旋转时，激光扫描建图的方法包括以下步骤：(1)P1(x1,y1)位置原地旋转。旋转的方法是：A、左侧驱动轮与右侧驱动轮以相反的方向运动时，如果左侧驱动轮前进，则右侧驱动轮后退，如果左侧驱动轮后退，则右侧驱动轮前进；B、在运动过程中左侧驱动轮和右侧驱动轮检测码盘信号，计算出左侧驱动轮和右侧驱动轮之间的转动轮速，利用PID调节调节左侧驱动轮和右侧驱动轮的轮速一致，即可实现原地旋转；(2)机器人本体在P1(x1,y1)点旋转一圈，每隔T时间(建议10ms以内，但不限于此)采集一次激光测距数据和陀螺仪的角度数据，根据三角公式，可以计算出障碍物的坐标(xo,oy)；计算公式如下：对于某一时刻，激光测距模块测到障碍物的距离为dist，此刻通过陀螺仪读取到的角度的角度θ，激光测距模块测距方向与机器人正前方的夹角为lθ，激光测距模块与机器人圆心的距离为ld，则障碍物的坐标为：公式2：ox＝x1+(dist+ld)*cos(θ+lθ)oy＝y1+(dist+ld)*sin(θ+lθ)(3)机器人本体旋转一周，每隔T时间(建议10ms以内，但不限制时间)，采集一组障碍物距离和角度数据，通过公式2，即可得到一组障碍物的坐标集合A＝{(ox1,oy1),(ox2,oy2)….}；(4)在步骤(3)中A为机器人在P1点旋转得到的障碍物的坐标集合，也就是地图的信息。优选的，所述建图与定位导航的提取方法包括以下步骤：(1)所述机器人本体以起点P1为初始点、旋转一圈(也可两圈，三圈，不限制，为便于表述，以下都是表达旋转一圈)，扫描出障碍物坐标集合A，即为在P1点所激光所扫描到的地图信息；(2)所述机器人本体运动到P2点，通过激光距离数据与惯性导航算法，计算出P2点的坐标；(3)所述机器人本体在P2点旋转一圈，激光扫描出障碍物的坐标集合B；(4)步骤(1)和步骤(3)之间检测的集合B与集合A有一定的交集，通过交集部分修正P2点的坐标，并将集合A与集合B合并，合并成新的集合A，即为最新的地图数据；(5)通过步骤(1)到步骤(4)之间步骤的反复重复，寻找地图上适合的P3、P4、P5…点，在该点旋转扫描出新的障碍物集合，并通过障碍物的坐标矫正当前坐标，并与集合A合并，最终得到完整的室内地图。优选的，所述机器人本体定位矫正坐标的方法包括以下步骤：(1)通过机器人本体在不同点的原地旋转，以及障碍物的提取，建立起最终的地图信息(障碍物的坐标集合A和激光扫描点的信息)，所述机器人本体(1)任意一时刻，可通过惯性导航于激光结合计算坐标的方法计算出的坐标为(x，y)；(2)所述机器人本体原地旋转一圈，计算出的障碍物的坐标集合K，K也是一条曲线的，通过K与地图集合A进行比较，匹配，拟合，即可计算出K相对于A的偏移量，即为地图的偏移；(3)通过该偏移量，即可矫正当前坐标；(4)从集合A中，可计算出直线的线条，或直角拐弯的线条，可以以该线条为特征点，当机器人回到特征点的附近的时候，原地旋转一圈，获得障碍物的坐标集合K，通过K计算出直线或直角拐弯的直线，与特征物比较，即可计算出坐标的偏差，达到修正坐标的目的。优选的，所述左侧驱动轮和右侧驱动轮用于控制机器人的行走，所述左侧驱动轮和右侧驱动轮的内部设置有里程计电路，所述里程计包括但不限于码盘信号、光电编码器信号、霍尔传感器信号等。优选的，所述机器人圆心为左侧驱动轮和右侧驱动轮的中心点，所述机器人本体的驱动方式为双轮驱动，双轮驱动分别为左侧驱动轮和右侧驱动轮驱动。优选的，所述激光测距模块包括但不限于TOF激光测距模块和三角测距激光测距模块，所述激光测距模块的测距距离在为0.5米到100米之间，所述激光测距模块放置于机器人本体的表面，所述激光测距模块的放置的位置不限，但最优的，建议将激光测距模块放置于机器人本体的正前方。优选的，所述陀螺仪模块用于计算机器人水平方向的角度与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人的室内定位导航的方法，包括机器人本体(1)、左侧驱动轮(2)、右侧驱动轮(3)、激光测距模块(4)、激光测距线(5)、障碍物(6)、机器人圆心(7)、陀螺仪模块和MCU控制模块，其特征在于：所述机器人本体(1)的底部且位于机器人圆心(7)的两端安装有相互对称分布的左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)，所述机器人本体(1)的表面安装有激光测距模块(4)，所述激光测距模块(4)会射出激光测距线(5)，该激光测距线(5)可以为可见光或不可见光，所述激光测距模块(4)射出的激光测距线(5)会照射于障碍物(6)的表面，所述激光测距模块(4)测距的激光束(5)方向所在的直线刚好经过机器人圆心(7)的位置；所述激光测距模块(4)的输出端与MCU控制模块的输入端电性连接，所述陀螺仪模块的输入端与MCU控制模块的输入端电性连接，所述MCU控制模块与左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)之间相互电性连接，所述激光测距模块(4)与MCU控制模块之间的电性连接可获取机器人本体(1)与障碍物(6)之间的距离，所述陀螺仪模块与MCU控制模块之间的电性连接可获取机器人本体(1)的角度θ，结合光测距模块(4)与机器人中心轴的夹角，可以计算出与障碍物(6)之间的角度，所述MCU控制模块的输出端与左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的输入端之间的电性连接可对左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)进行驱动控制，所述左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的输出端与MCU控制模块的输入端之间的电性连接可将左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的里程数反馈至MCU控制模块。...

【技术特征摘要】
1.一种机器人的室内定位导航的方法，包括机器人本体(1)、左侧驱动轮(2)、右侧驱动轮(3)、激光测距模块(4)、激光测距线(5)、障碍物(6)、机器人圆心(7)、陀螺仪模块和MCU控制模块，其特征在于：所述机器人本体(1)的底部且位于机器人圆心(7)的两端安装有相互对称分布的左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)，所述机器人本体(1)的表面安装有激光测距模块(4)，所述激光测距模块(4)会射出激光测距线(5)，该激光测距线(5)可以为可见光或不可见光，所述激光测距模块(4)射出的激光测距线(5)会照射于障碍物(6)的表面，所述激光测距模块(4)测距的激光束(5)方向所在的直线刚好经过机器人圆心(7)的位置；所述激光测距模块(4)的输出端与MCU控制模块的输入端电性连接，所述陀螺仪模块的输入端与MCU控制模块的输入端电性连接，所述MCU控制模块与左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)之间相互电性连接，所述激光测距模块(4)与MCU控制模块之间的电性连接可获取机器人本体(1)与障碍物(6)之间的距离，所述陀螺仪模块与MCU控制模块之间的电性连接可获取机器人本体(1)的角度θ，结合光测距模块(4)与机器人中心轴的夹角，可以计算出与障碍物(6)之间的角度，所述MCU控制模块的输出端与左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的输入端之间的电性连接可对左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)进行驱动控制，所述左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的输出端与MCU控制模块的输入端之间的电性连接可将左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的里程数反馈至MCU控制模块。2.根据权利要求1所述的一种机器人的室内定位导航的方法，其特征在于：所述惯性导航于激光结合计算坐标的方法包括以下步骤：(1)机器人本体(1)在直线的过程中，前部测距模块测量前方的障碍物距离；(2)机器人本体(1)在直线行走的时候，前部激光测距模块(4)测量前部障碍物的距离，通过距离的的变化修正里程计的数据，算法如下：t1时间测量到障碍物的距离为s1、里程计测量测量的距离为d1；t2时间测量到障碍物的距离为s2，里程计测量到的距离为d2；则t2时间的距离为d21＝d2*(1-k)+(d1+(s1-s2))*k。其中k为激光测距模块计算值的信任度，值在0-1之间，1表明100％信任激光测距模块，而0表示不信任测距模块，k的值可以根据卡尔曼滤波算法或二阶滤波算法等滤波算法结合其他传感器数据计算出最优值，k＝0，意味着100％信任里程计的数据；(3)结合里程计和陀螺仪计算的角度，通过惯性导航算法，可以积分计算出机器在任意时刻的坐标(x,y)。3.根据权利要求1所述的一种机器人的室内定位导航的方法，其特征在于：所述机器人本体(1)原地旋转时，激光扫描建图的方法包括以下步骤：(1)P1(x1,y1)位置原地旋转。旋转的方法是：A、左侧驱动轮(2)与右侧驱动轮(3)以相反的方向运动时，如果左侧驱动轮(2)前进，则右侧驱动轮(3)后退，如果左侧驱动轮(2)后退，则右侧驱动轮(3)前进；B、在运动过程中左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)检测码盘信号，计算出左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)之间的转动轮速，利用PID调节调节左侧驱动轮(2)和右侧驱动轮(3)的轮速一致，即可实现原地旋转；(2)机器人本体(1)在P1(x1,y1)点旋转一圈，每隔T时间(建议10ms以内，但不限于此)采集一次激光测距数据和陀螺仪的角度数据，根据三角公式，可以计算出障碍物的坐标(xo,oy)，计算公式如下：对于某一时刻，激光测距模块测到障碍物的距离为dist，此刻通过陀螺仪读取到的角度的角度θ，激光测距模块测距方向与机器人正...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦云智，
申请(专利权)人：韦云智，
类型：发明
国别省市：浙江,33