一种月面机器人定位方法技术

本公开是关于一种月面机器人定位方法、装置及系统，涉及月面机器人导航控制技术领域，该方法包括：在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，激光定位坐标系是利用N个激光定位基站在目标可行区域中建立的，根据机械臂连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，利用目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。这样，通过确定位姿转换矩阵，采集基座所在位置就可解算出执行机构所在位置，简化了确定执行机构位置的操作步骤，一定程度上解决月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低的问题。定位精度低的问题。定位精度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种月面机器人定位方法


[0001]本公开实施例涉及月面机器人导航控制
，具体而言，涉及一种月面机器人定位方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]月球环境是一个土质松软、表面形态复杂的非结构化环境，月面机器人作为适用于在复杂非结构化月面环境中的一项重要工具，必须具有环境感知识别、自主导航定位、自主智能路径规划等功能。月面机器人的主要功能是利用搭载的科学仪器和末端执行机构能够辅助或协同航天员开展巡视探测、采样分析、物资搬运、科学实验、维修维护等月面任务。利用月面机器人开展月面基础设施的建造与组装，具体任务包括建造原材料采集、建筑用砖制备、3D打印、居住舱建造、太阳电池阵列组装等子任务，而高精度辅助定位能够提升月面机器人操作执行器精细化作业能力，为多功能任务的精细灵巧操控提供技术支撑，是月面机器人在陌生复杂环境中顺利完成给定任务的基础和保证。
[0003]现有的月面机器人辅助定位方法主要分为主动式和被动式两种：主动式定位方式是指通过机器人自身携带的传感器获取数据信息，对传感器数据进行滤波和解算，得到机器人自身的位置。典型的方法有基于惯性元件的定位技术和基于视觉的同时定位与地图创建(Visual
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Simultaneous Localization and Mapping，Visual
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SLAM)技术。被动式定位方式是指通过除月面机器人之外的其他设备，接收从月面机器人反射回来的信号，计算得到机器人的位置信息，常用的方法主要有基于着陆器的立体视觉定位技术和月球同步卫星定位技术。上述的几种月面机器人辅助定位方法都存在着一定的局限性：
[0004](1)基于惯性元件的定位技术是指采用三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成的惯性测量单元(IMU)，根据机器人运动过程中重力及速度的变化，计算机器人的位置。该方法具有不受外界环境影响的优势，但测量数据会随时间累计发生漂移，易积累误差。
[0005](2)Visual
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SLAM技术通过单目、立体或RGB
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D摄像机来感知周围场景，仅依靠视觉输入环境信息，估计出月面机器人本体的6个自由度(3个位置和3个姿态)。由于月面环境背景单一，纹理特征相对简化，灰度变化不明显，而Visual
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SLAM技术主要通过图像特征匹配确定月面机器人位置，因此该方法在月面环境中难以找到足够的特征点，鲁棒性差，只能建立局部地图和得到局部位置信息，作用距离短且不能提供月面机器人的绝对位置。
[0006](3)基于着陆器的立体视觉定位技术是指以着陆器为基站，用立体视觉测量技术和像分割算法，对月面机器人进行定位的方法。该方法直接对图像的特征点进行匹配，但匹配概率随图像的不同而发生变化，误匹配的概率较高。且随着离月面着陆器的距离扩大，特征点的识别变得困难，机器人的位置估计变得不准。
[0007](4)月球中继卫星定位技术是指在近月空间的轨道上的中继星来实现对月面区域的长时间覆盖、观测和通信，从而实现对月面机器人的定位。月球中继卫星定位技术原理上与GPS定位方法类似，但月球处于地球引力范围之内，轨道部署和保持较为困难，实施成本
高。
[0008]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0009]为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种月面机器人定位方法、装置及系统，以至少解决相关技术中月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低、鲁棒性差的技术问题。
[0010]根据本公开的一个方面，提供一种月面机器人定位方法，该方法包括：
[0011]在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用N个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述N为正整数；
[0012]根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；
[0013]利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0014]可选的，所述采集所述基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，包括：
[0015]通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述N个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息；
[0016]基于所述N个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。
[0017]可选的，所述标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，所述方法还包括：
[0018]采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息；
[0019]利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息；
[0020]通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的；
[0021]将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。
[0022]可选的，所述通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵，包括：
[0023]根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。
[0024]可选的，所述初始位姿转换矩阵是根据执行机构坐标系与机器人基座坐标系、机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系确定的；所述执行机构坐标系是以所述连接机构的连接点为原点的坐标系；所述机器人基座坐标系是以所述基座中心为原点的坐标系。
[0025]可选的，所述利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息，包括：
[0026]利用所述目标位姿转换矩阵将所述目标定位信息从所述执行机构坐标系转换至所述机器人基座坐标系，获得对应的转换定位信息；
[0027]按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0028]可选的，所述执行机构坐标系与所述机器人基座坐标系之间的转换关系是根据所述基座与所述执行机构的连接位置确定的。
[0029]可选的，所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系是根据所述月面机器人位于所述目标可行区域中的位置确定的。
[0030]可选的，所述按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月面机器人定位方法，其特征在于，所述方法包括：在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用N个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述N为正整数；根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，包括：通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述N个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息；基于所述N个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，所述方法还包括：采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息；利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息；通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的；将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵，包括：根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述初始位姿转换矩阵是根据执行机构坐标系与机器人基座坐标系、机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系确定的；所述执行机构坐标系是以所述连接机构的连接点为原点的坐标系；所述机器人基座坐标系是以所述基座中心为原点的坐标系。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述执行机构坐标系与所述机器人基座坐标系之间的转换关系是根据所述基座与所述执行机构的连接位置确定的。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑子轩，陈升泽，袁建平，梁启明，郭宇飞，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：