移动机器人的参数联合标定方法及系统、设备、存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种移动机器人的参数联合标定方法及系统、设备、存储介质，其中该方法骤包括：步骤S100令移动机器人行走一段历经各个模态的路径，并对应记录定位传感器的定位轨迹信息及电机编码器数据；步骤S200将编码器数据结合移动机器人运动学模型，推算出移动机器人的理想轨迹信息；步骤S300将定位轨迹信息根据定位传感器的安装位置，转换为移动机器人的轨迹信息，以与理想轨迹信息进行差分对齐操作后，再进行最小二乘问题求解，以获取标定的移动机器人运动学参数与定位传感器的安装参数，籍此以实现一次自动标定，并可在标定机器人运动学参数的同时标定出定位传感器的安装参数。动学参数的同时标定出定位传感器的安装参数。动学参数的同时标定出定位传感器的安装参数。

【技术实现步骤摘要】
移动机器人的参数联合标定方法及系统、设备、存储介质


[0001]本专利技术涉及移动机器人导航技术，尤其涉及一种基于激光里程计的移动机器人运动学与定位传感器参数联合标定方法及系统、设备、存储介质。

技术介绍

[0002]在一台带有传感器定位装置的移动机器人被组装之后，由于机器人底盘运动部件的生产及安装过程总不是绝对精准的，因此会引入机器人在运动学上的误差，例如：轮径的标称尺寸大小与实际尺寸大小不一致、轮子的安装位置较实际安装位置存在偏差、舵角零位存在一定的偏置等。
[0003]定位传感器作为机器人感知周围环境的基础，需要根据周围信息确定出传感器自身的位置，再通过定位传感器在机器人坐标中心的相对安装位置计算出机器人所处位置，而实际安装过程中，也不可避免的会存在定位传感器的安装误差。
[0004]移动机器人在运动学上的误差会直接影响轨迹跟随的精度，定位传感器（例如包括：激光里程计、激光雷达、相机、GNSS等，用于计算定位所需的各个相关装置）的安装误差会使得机器人不能准确的知道自己所处的位置，因而会引起机器人相对实际位置的系统偏差。因此，对机器人运动学参数和定位传感器参数进行标定是提高机器人运动精度的重要方法。
[0005]目前现有技术曾提出过“一种移动机器人的传感器与底盘联合标定系统及方法”（中国专利公开号CN114442054A），其通过多次控制机器人移动相应直线距离或转弯相应角度后采集始末点的位置信息，再根据在此直线距离内的里程计信息与传感器的定位信息之间的矩阵变换关系得到标定矩阵。
[0006]然而该方案需要人工控制，且其采集的信息均是机器人某个模态(如：移动直线或转弯)前后的位姿数据，因此需要进行多次标定，且每次标定只能计算出部分的待标定参数的信息。
[0007]另一方面，现有技术还提出过一种“双轮差速机器人运动模型标定方法、装置及里程计系统
”ꢀ
中国专利公开号CN109571467B），其记载了对双轮差速小车的运动学模型的参数标定，通过多次进行不同模态的运动后采集每个运动模态的始末位置信息，通过编码器信息和运动学模型推算小车理想位置并与实际位置进行比较，使用广义逆矩阵得到了双轮差速车的运动学参数。
[0008]然而该方案，仅针对双轮差速小车进行了标定，没有对定位传感器的安装误差信息进行标定，且标定数据仅根据小车终点处的位姿误差计算得到，而没有考虑小车运行过程中与轨迹之间的误差信息。
[0009]进一步的，现有技术还提出过一种“移动机器人的参数标定方法、标定设备和存储介质”（中国专利公开号CN115272476A），其记载了使用摄像装置在机器人运行环境中的多个导航标识处进行拍照获取实际位姿数据，并根据实际位姿数据和标准位姿数据之间关于标定参数间的转换关系基于最小二乘算法进行了标定参数的求解，从而计算出了机器人的
运动参数。还有一些方案则需要人工控制机器人的移动进行手动的参数调节，直到满足一定的误差范围。
[0010]然而该方案，是基于摄像装置进行了实际位姿的计算，但只考虑了机器人运行中在某些预设点处的信息，因此收敛效率不高，并且也没有对摄像装置的安装误差进行标定。
[0011]由此可见，目前有关移动机器人参数标定的方案中，有的需要多次手动介入控制机器人进行运动学参数标定，有的则不能同时标定出定位传感器的安装误差参数。

技术实现思路

[0012]为此，本专利技术的主要目的在于提供一种移动机器人的参数联合标定方法及系统、设备、存储介质，以实现一次自动标定，并可在标定机器人运动学参数的同时标定出定位传感器的安装参数。
[0013]为了实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种移动机器人的参数联合标定方法，其步骤包括：步骤S100 令移动机器人行走一段历经各个模态的路径，并对应记录定位传感器的定位轨迹信息及电机编码器数据；步骤S200 将编码器数据结合移动机器人运动学模型，推算出移动机器人的理想轨迹信息；步骤S300 将定位轨迹信息根据定位传感器的安装位置，转换为移动机器人的轨迹信息，以与理想轨迹信息进行差分对齐操作后，再进行最小二乘问题求解，以获取标定的移动机器人运动学参数与定位传感器的安装参数。
[0014]在可能的优选实施方式中，步骤S200中，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：计算： ，
[0015]其中为各时刻移动机器人的位姿变化；K为移动机器人运动学模型；为由移动机器人各执行部件经历时刻i的路程；之后将初始位姿数据和使用累加的方式计算出所述理想轨迹信息。
[0016]在可能的优选实施方式中，当移动机器人为双舵轮结构时，舵轮电机定义为转向电机与行走电机安装位置重合，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：设，
[0017] ，
[0018] ，
[0019]其中，分别为第一、第二舵轮电机在i时刻x、y轴方向上的位
置变化，和、和分别为第一、第二舵轮电机在机器人坐标系下的x、y轴坐标，T为转置，A 为移动机器人在非过约束状态下的运动学特性矩阵。
[0020]在可能的优选实施方式中，当移动机器人为单舵轮结构时，舵轮电机定义为转向电机与行走电机安装位置重合，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：设，
[0021] ，
[0022]其中,，为第一舵轮电机在i时刻x、y轴方向上的位置变化，为第一舵轮电机在机器人坐标系下的x轴坐标，T为转置。
[0023]在可能的优选实施方式中，当移动机器人为双差速轮结构时，差速轮电机定义为行走电机，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：设，
[0024] ，其中，,为第一、第二行走电机在i时刻x轴方向上的位置变化，和分别为第一、第二行走电机在机器人坐标系下的y轴坐标，为移动机器人在i时刻时的航向角,且为初始时刻时的机器人的航向角，T为转置。
[0025]在可能的优选实施方式中，步骤S300中，所述最小二乘问题为： ，
[0026]其中N
‑
ndiff代表差分对齐后的数据点个数，其值为轨迹点个数N与差分间距ndiff的差，为差分对齐后的第i时刻的理想轨迹定位位置，为差分对齐后的移动机器人的轨迹定位位置，T为转置；通过迭代计算，将代价函数值最小的参数，作为标定的移动机器人运动学参数与定位传感器的安装参数。
[0027]为了实现上述目的，根据本专利技术的第二个方面，还提供了一种移动机器人的参数联合标定系统，其包括：存储单元，用于存储包括上述中任一所述移动机器人的参数联合标定方法步骤的程序，以供控制单元、处理单元适时调取执行；
控制单元，用于控制移动机器人行走一段历经各个模态的路径，并对应记录定位传感器的定位轨迹信息及电机编码器数据，并向处理单元发送；处理单元，将编码器数据结合移动机器人运动学模型，推算出移动机器人的理想轨迹信息；再将定位轨迹信息根据定位传感器的安装位置，转换为移动机器人的轨迹信息，以与理想轨迹信息进行差分对齐操作后，再进行最小二乘问题求解，以获取标定的移动机器人运动学参数与定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人的参数联合标定方法，其特征在于，步骤包括：步骤S100 令移动机器人行走一段历经各个模态的路径，并对应记录定位传感器的定位轨迹信息及电机编码器数据；步骤S200 将编码器数据结合移动机器人运动学模型，推算出移动机器人的理想轨迹信息；步骤S300 将定位轨迹信息根据定位传感器的安装位置，转换为移动机器人的轨迹信息，以与理想轨迹信息进行差分对齐操作后，再进行最小二乘问题求解，以获取标定的移动机器人运动学参数与定位传感器的安装参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S200中，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：计算，其中时刻移动机器人的位姿变化；K为移动机器人运动学模型；为由移动机器人各执行部件经历时刻i的路程；之后将初始位姿数据和使用累加的方式计算出所述理想轨迹信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当移动机器人为双舵轮结构时，舵轮电机定义为转向电机与行走电机安装位置重合，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：设;;;其中，分别为第一、第二舵轮电机在i时刻x、y轴方向上的位置变化，和、和分别为第一、第二舵轮电机在机器人坐标系下的x、y轴坐标，T为转置，A 为移动机器人在非过约束状态下的运动学特性矩阵。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当移动机器人为单舵轮结构时，舵轮电机定义为转向电机与行走电机安装位置重合，所述理想轨迹信息的计算步骤包括：设;;其中，,为第一舵轮电机在i时刻x、y轴方向上的位置变化，为第一舵轮电机在机器人坐标系下的x轴坐标，T为转置。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当移动机器人为双差速轮结构时，差速轮电机定义为行走电机，所述理想轨迹信息的计算步骤包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：易江，王为科，
申请(专利权)人：上海仙工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：