一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法技术

本发明专利技术涉及机器人自动停靠技术领域，具体为一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，包括确定自主移动机器人目标停靠点，将目标停靠点关键帧提取和注册；关键帧包括目标停靠点坐标和激光雷达当前数据帧；当自主移动机器人移动到目标停靠点附近时，获取当前激光雷达数据帧，将激光雷达数据帧与关键帧匹配；计算停靠点与自主移动机器人当前位置的位姿变换；使用路径规划算法规划一条自主移动机器人通往停靠点的运动轨迹；自主移动机器人根据路径规划算法规划运动轨迹，进行停靠；当自主移动机器人与停靠点的距离大于设定阈值时，自主移动机器人进行调整直到与停靠点的距离小于设定阈值。阈值。阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法


[0001]本专利技术涉及机器人自动停靠
，具体为一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法。

技术介绍

[0002]随着自主移动机器人在工业自动化、物流、智能制造、服务、医疗、消防、清洁等多个领域的发展，自主移动机器人以其高度的智能化自主化逐渐被人们所接受并广泛使用。目前主流的自主移动机器人自主导航机器人大多采用激光雷达作为引导，并结合自主定位算法，能够给自主移动机器人提供实时定位，其定位精度往往可控制在10cm左右，相应地，自主移动机器人的自动停靠精度受定位精度和运动控制误差的影响通常保持在十厘米量级。此外，激光引导的自主移动机器人定位算法极易受环境影响，且内部里程计容易累计误差，致使其在实际使用中停靠精度及重复精度往往不尽人意。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，自主停靠方法包括：
[0005]步骤S100：确定自主移动机器人的目标停靠点，获取目标停靠点对应位置坐标和对应激光雷达当前帧点云数据，将目标停靠点位置坐标和激光雷达当前帧点云数据汇成关键帧，将关键帧插入数据库，进行注册；自主移动机器人为一种基于激光雷达引导的自主移动机器人；
[0006]步骤S200：当自主移动机器人移动到目标停靠点距离阈值内，获取自主移动机器人当前对应的激光雷达数据帧，对关键帧进行加载，将自主移动机器人当前对应的激光雷达数据帧与关键帧进行匹配；
[0007]步骤S300：计算目标停靠点与自主移动机器人当前位置的位姿变换；
[0008]步骤S400：使用路径规划算法规划一条自主移动机器人通往目标停靠点的运动轨迹；
[0009]步骤S500：自主移动机器人基于运动轨迹进行停靠；
[0010]步骤S600：当自主移动机器人与目标停靠点的距离大于设定阈值时，计算目标停靠点与自主移动机器人的当前位置变换关系、向前角度误差和向后角度误差；
[0011]步骤S700：根据步骤S600中得到的计算结果，调整自主移动机器人的位置，直到自主移动机器人与目标停靠点的距离小于设定阈值。
[0012]进一步的，步骤S100包括：
[0013]步骤S101：选定自主移动机器人目标停靠点，获取自主移动机器人目标停靠点的位置坐标p：
[0014]p＝{x，y，θ}；
[0015]其中，x为自主移动机器人在环境地图中的X轴坐标，y为自主移动机器人在环境地图中的Y轴坐标，θ为自动移动机器人与环境地图坐标原点基于X轴形成的夹角；
[0016]步骤S102：获取自主移动机器人在目标停靠点上对应的激光雷达点云数据，将激光雷达点云数据和目标停靠点的位置坐标汇成关键帧，关键帧为KeyFrame＝(p，Q
k
)，其中，Q
k
＝{q1，q2，q3，
…
，q
n
}为关键帧的点云数据；其中，q
i
∈Q
k
；q
i
＝{x
i
，y
i
，z
i
}；其中分别表示第i个点云数据点相对于激光雷达中心在x、y、z轴上的坐标；
[0017]步骤S103：将关键帧KeyFrame＝(p，Q
k
)插入数据库，进行注册。
[0018]进一步的，步骤S200包括：
[0019]步骤S201：自主移动机器人在向目标停靠点进行停靠的过程中，当自主移动机器人移动到目标停靠点距离阈值内，加载停靠点信息；
[0020]步骤S202：获取自主移动机器人激光雷达点云数据H＝{h1，h，h3，
…
，h
m
}，同时加载目标停靠点关键帧KeyFrame＝(p，Q
k
)，将激光雷达的点云数据H与关键帧KeyFrame中Q
k
进行长度对齐；长度对齐为当m＜n时，在P中插入n
‑
m个补偿点，新增的补偿点坐标为{0，0，0}；当m≥n时，在Q
k
中插入m
‑
n个补偿点；新增的补偿点坐标为{0，0，0}；获得H＝{h1，h，h3，
…
，h
n
}。
[0021]进一步的，步骤S300包括：
[0022]步骤S301：计算H和Q
k
的质心和去质心坐标：
[0023][0024][0025]其中，为激光雷达点云数据H的质心坐标；为关键帧的点云数据Q
k
的质心坐标；x
i
为为激光雷达点云数据H的去质心坐标；为关键帧的点云数据Q
k
的去质心坐标；h
i
为点云数据P中的第i个点；q
i
为点云数据Q
k
中的第i个点；w
i
为第i个点的权值；
[0026]步骤S302：定义协方差矩阵其中为Q
k
的第i个去质心坐标的转置，x
i
为H的第i个去质心坐标；
[0027]步骤S303：对协方差矩阵做奇异值分解，计算得到停靠点与自主移动机器人的位姿变换(R，t)M＝U∑V
T
：
[0028][0029][0030]其中，R为旋转矩阵；t为平移向量；为关键帧的点云数据Qk的去质心坐标；为激光雷达点云数据H的质心坐标；U和V都是S奇异值分解之后得到的单位正交矩阵，V
T
为V的转置，U
T
为U的转置；σ1和σ2和σ3为S奇异值分解之后得到的奇异值。
[0031]进一步的，步骤S400包括：
[0032]步骤S401：将自主移动机器人当前位置做为起始点S，根据上述步骤S303的位姿变换(R，t)得到停靠点坐标E；
[0033]步骤S402：根据预设距离偏置参数结合S和E，选取出控制点M、N；
[0034]步骤S403：计算出自主移动机器人行进路线坐标D(c)：
[0035]D(c)＝S
·
(1
‑
c)3+M
·
3(1
‑
c)2t+N
·
3(1
‑
c)c2+E
·
c3，c∈[0，1]；
[0036]其中，S为自主移动机器人当起始点；E为自主移动机器人目标停靠点坐标；M为根据预设距离偏置参数结合S选取的控制点；N为根据预设距离偏置参数结合E选取的控制点；c为比例；
[0037]上述步骤根据自主移动机器人当前位置起始点S和停靠点坐标E选取控制点M和N，计算出自主移动机器人的停靠行进路线，自主移动机器人按照计算停靠行进路线进行移动，到达停本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S100：确定自主移动机器人的目标停靠点，获取所述目标停靠点对应位置坐标和对应激光雷达当前帧点云数据，将所述目标停靠点位置坐标和所述激光雷达当前帧点云数据汇成关键帧，将所述关键帧插入数据库，进行注册；所述自主移动机器人为一种基于激光雷达引导的自主移动机器人；步骤S200：当自主移动机器人移动到目标停靠点距离阈值内，获取所述自主移动机器人当前对应的激光雷达数据帧，对所述关键帧进行加载，将所述自主移动机器人当前对应的激光雷达数据帧与所述关键帧进行匹配；步骤S300：计算所述目标停靠点与自主移动机器人当前位置的位姿变换；步骤S400：使用路径规划算法规划一条自主移动机器人通往目标停靠点的运动轨迹；步骤S500：自主移动机器人基于所述运动轨迹进行停靠；步骤S600：当自主移动机器人与目标停靠点的距离大于设定阈值时，计算目标停靠点与所述自主移动机器人的当前位置变换关系、向前角度误差和向后角度误差；步骤S700：根据所述步骤S600中得到的计算结果，调整自主移动机器人的位置，直到所述自主移动机器人与目标停靠点的距离小于设定阈值。2.根据权利要求1所述的一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，其特征在于，所述步骤S100包括：步骤S101：选定自主移动机器人目标停靠点，获取自主移动机器人所述目标停靠点的位置坐标p：p＝{x，y，θ}；其中，x为自主移动机器人在环境地图中的X轴坐标，y为自主移动机器人在环境地图中的Y轴坐标，θ为自动移动机器人与环境地图坐标原点基于X轴形成的夹角；步骤S102：获取所述自主移动机器人在所述目标停靠点上对应的激光雷达点云数据，将所述激光雷达点云数据和目标停靠点的位置坐标汇成关键帧，所述关键帧为KeyFrame＝(p，Q
k
)，其中，Q
k
＝{q1，q2，q3，
…
，q
n
}为关键帧的点云数据；其中，q
i
∈Q
k
；q
i
＝{x
i
，y
i
，z
i
}；其中分别表示第i个点云数据点相对于激光雷达中心在x、y、z轴上的坐标；步骤S103：将所述关键帧KeyFrame＝(p，Q
k
)插入数据库，进行注册。3.根据权利要求2所述的一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，其特征在于，所述步骤S200包括：步骤S201：自主移动机器人在向所述目标停靠点进行停靠的过程中，当自主移动机器人移动到目标停靠点距离阈值内，加载停靠点信息；步骤S202：获取所述自主移动机器人激光雷达点云数据H＝{h1，h，h3，
…
，h
m
}，同时加载目标停靠点关键帧KeyFrame＝(p，Q
k
)，将所述激光雷达的点云数据H与所述关键帧KeyFrame中Q
k
进行长度对齐；所述长度对齐为当m＜n时，在P中插入n
‑
m个补偿点，新增的补偿点坐标为{0，0，0}；当m≥n时，在Q
k
中插入m
‑
n个补偿点；新增的补偿点坐标为{0，0，0}；获得H＝{h1，h，h3，
…
，h
n
}。4.根据权利要求3所述的一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，其特征在于，所述步骤S300包括：步骤S301：计算H和Q
k
的质心和去质心坐标：
其中，为激光雷达点云数据H的质心坐标；为关键帧的点云数据Qk的质心坐标；xi为为激光雷达点云数据H的去质心坐标；为关键帧的点云数据Qk的去质心坐标；hi为点云数据P中的第i个点；q
i
为点云数据Q
k
中的第i个点；w
i
为第i个点的权值；步骤S302：定义协方差矩阵其中为Qk的第i个去质心坐标的转置，x
i
为H的第i个去质心坐标；步骤S303：对所述协方差矩阵做奇异值分解，计算得到停靠点与自主移动机器人的位姿变换(R，t)所述M＝U∑V
T
：：其中，R为旋转矩阵；t为平移向量；为关键帧的点云数据Qk的去质心坐标；为激光雷达点云数据H的质心坐标；U和V都是S奇异值分解之后得到的单位正交矩阵，V
T
为V的转置，U
T
为U的转置；σ1和σ2和σ3为S奇异值分解之后得到的奇异值。5.根据权利要求4所述的一种高精度的自主移动机器人自动停靠方法，其特征在于，所述步骤S400包括：步骤S401：将自主移动机器人当前位置做为起始点S，根据上述步骤S303的位姿变换(R，t)得到停靠点坐标E；步骤S402：根据预设距离偏置参数结合S和E，选取出控制点M、N；步骤S403：计算出自主移动机器人行进路线坐标D(c)：D(c)＝S
·
(1
‑
c)3+M
·
3(1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：季剑雄，孙加元，汪宗阳，陈玉彬，
申请(专利权)人：上海一坤电气工程有限公司，
类型：发明
国别省市：