机器人IMU角度测量方法、装置、计算机设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了机器人IMU角度测量方法、装置、计算机设备及存储介质。方法包括：计算拟合参数；获取陀螺仪所采集的角速度数据以及加速度传感器所采集的加速度数据；将角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果；对滤波结果进行去零偏处理，并与拟合参数融合，以得到融合结果；根据融合结果计算偏航角角度；根据角速度数据以及加速度数据计算横滚角和俯仰角。通过实施本发明专利技术实施例的方法可单独进行计算偏航角角度，避免X轴和Y轴数据对偏航角角度的影响，确保了偏航角角度的准确性，横滚角和俯仰角的计算运用了互补滤波算法，提高了精度，完全能够满足室内移动机器人的要求，以解决IMU的高精度和低成本不能兼容的问题。

【技术实现步骤摘要】
机器人IMU角度测量方法、装置、计算机设备及存储介质
本专利技术涉及室内移动机器人，更具体地说是指机器人IMU角度测量方法、装置、计算机设备及存储介质。
技术介绍
近年来，室内移动机器人得到了飞速的发展，具有高自主性、高适应性、智能定位和导航等特点，在医院、工厂、学校、机场、酒店和餐厅等场所得到广泛的应用。IMU(惯性测量单元，Inertialmeasurementunit)为室内移动机器人的定位和导航提供姿态角、角速度和加速度，然而，IMU的精度受周围环境的影响很大，需要做特殊的算法处理或者使用高成本的MEMS(微机电系统，Micro-Electro-MechanicalSystem)传感器才能满足室内移动机器人定位和导航的要求，因而目前市面上常用的IMU普遍存在高精度和低成本不能兼容的问题。因此，有必要设计一种新的方法，以解决IMU的高精度和低成本不能兼容的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供机器人IMU角度测量方法、装置、计算机设备及存储介质。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：机器人IMU角度测量方法，包括：计算拟合参数；获取陀螺仪所采集的角速度数据以及加速度传感器所采集的加速度数据；将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果；对所述滤波结果进行去零偏处理，并与所述拟合参数融合，以得到融合结果；根据所述融合结果计算偏航角角度；根据所述角速度数据以及加速度数据计算横滚角和俯仰角。其进一步技术方案为：所述计算拟合参数，包括：在高精度转台上采集陀螺仪的全量程数据，并通过上位机进行线性拟合，以得到拟合参数。其进一步技术方案为：所述将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果，包括：采用M1＝(X1+X2+…+，XN)/N将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果，其中，M为滤波结果，X1、X2和XN为采样数据；N为采样次数，所述采样数据包括角速度数据以及加速度数据。其进一步技术方案为：所述对所述滤波结果进行去零偏处理，并与所述拟合参数融合，以得到融合结果，包括：采用M2＝M1*K-B对所述滤波结果进行去零偏处理以及与所述拟合参数融合，以得到融合结果，其中，M2为融合结果，M1为滤波后的数据，K为拟合参数，B为零偏数据。其进一步技术方案为：所述根据所述融合结果计算偏航角角度，包括：根据计算偏航角角度，其中，θ为偏航角角度，t表示积分时间，w表示融合结果内的角速度，表示前一时刻的偏航角角度。其进一步技术方案为：所述根据所述角速度数据以及加速度数据计算横滚角和俯仰角，包括：对所述角速度数据以及加速度数据进行四元数互补滤波，并计算出横滚角和俯仰角。其进一步技术方案为：所述对所述角速度数据以及加速度数据进行四元数互补滤波，并计算出横滚角和俯仰角，包括：归一化所述加速度数据；计算机体坐标下的加速度向量和上一次姿态解算的姿态向量之间的向量误差；根据所述向量误差对所述角速度数据进行角速度补偿，以得到补偿结果；对所述补偿结果进行四元数更新，以得到四元数；将所述四元数转成欧拉角，计算出横滚角和俯仰角。本专利技术还提供了机器人IMU角度测量装置，包括：参数计算单元，用于计算拟合参数；数据获取单元，用于获取陀螺仪所采集的角速度数据以及加速度传感器所采集的加速度数据；滤波单元，用于将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果；融合单元，用于对所述滤波结果进行去零偏处理，并与所述拟合参数融合，以得到融合结果；偏航角计算单元，用于根据所述融合结果计算偏航角角度；角度计算单元，用于根据所述角速度数据以及加速度数据计算横滚角和俯仰角。本专利技术还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。本专利技术还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述的方法。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术通过对MEMS传感器即陀螺仪所采集的角速度数据以及加速度传感器采集的加速度数据进行滤波和校准处理，单独进行计算偏航角角度，避免X轴和Y轴数据对偏航角角度的影响，确保了偏航角角度的准确性，横滚角和俯仰角的计算运用了互补滤波算法，提高了精度，完全能够满足室内移动机器人的要求，整个硬件成本低，以解决IMU的高精度和低成本不能兼容的问题。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量方法的应用场景示意图；图2为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量方法的子流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量装置的示意性框图；图5为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量装置的角度计算单元的示意性框图；图6为本专利技术实施例提供的计算机设备的示意性框图。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。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。请参阅图1和图2，图1为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量方法的应用场景示意图。图2为本专利技术实施例提供的机器人IMU角度测量方法的示意性流程图。该机器人IMU角度测量方法应用于服务器中。该服务器可以是集成在机器人上的单片机形式，该服务器与传感器进行数据交互，该传感器包括陀螺仪以及加速度传感器，通过陀螺仪采集的角速度数据以及加速度传感器采集的加速度数据，进行滤波、参数融本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机器人IMU角度测量方法，其特征在于，包括：/n计算拟合参数；/n获取陀螺仪所采集的角速度数据以及加速度传感器所采集的加速度数据；/n将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果；/n对所述滤波结果进行去零偏处理，并与所述拟合参数融合，以得到融合结果；/n根据所述融合结果计算偏航角角度；/n根据所述角速度数据以及加速度数据计算横滚角和俯仰角。/n

【技术特征摘要】
1.机器人IMU角度测量方法，其特征在于，包括：
计算拟合参数；
获取陀螺仪所采集的角速度数据以及加速度传感器所采集的加速度数据；
将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果；
对所述滤波结果进行去零偏处理，并与所述拟合参数融合，以得到融合结果；
根据所述融合结果计算偏航角角度；
根据所述角速度数据以及加速度数据计算横滚角和俯仰角。


2.根据权利要求1所述的机器人IMU角度测量方法，其特征在于，所述计算拟合参数，包括：
在高精度转台上采集陀螺仪的全量程数据，并通过上位机进行线性拟合，以得到拟合参数。


3.根据权利要求1所述的机器人IMU角度测量方法，其特征在于，所述将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果，包括：
采用M1＝(X1+X2+…+，XN)/N将所述角速度数据以及加速度数据进行滤波，以得到滤波结果，其中，M为滤波结果，X1、X2和XN为采样数据；N为采样次数，所述采样数据包括角速度数据以及加速度数据。


4.根据权利要求3所述的机器人IMU角度测量方法，其特征在于，所述对所述滤波结果进行去零偏处理，并与所述拟合参数融合，以得到融合结果，包括：
采用M2＝M1*K-B对所述滤波结果进行去零偏处理以及与所述拟合参数融合，以得到融合结果，其中，M2为融合结果，M1为滤波后的数据，K为拟合参数，B为零偏数据。


5.根据权利要求4所述的机器人IMU角度测量方法，其特征在于，所述根据所述融合结果计算偏航角角度，包括：
根据计算偏航角角度，其中，θ为偏航角角度，t表示积分时间，w表示融合结果内的角速度，表示前一时刻的偏航角角度。
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【专利技术属性】
技术研发人员：曹清，施健，闫宇通，杨炯丰，涂静一，沈锋，王一科，张静，
申请(专利权)人：深圳中智永浩机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44