机器人参数标定方法及装置和轮式机器人制造方法及图纸

本申请提供一种机器人参数标定方法及装置和轮式机器人，涉及机器人控制技术领域。本申请在获取到轮式机器人的第一坐标转换矩阵、实际轮子角速度向量和实际机器人速度向量后，根据该轮式机器人的多个轮子各自的轮子类型，在轮子移动建模坐标系下构建各个轮子的轮子运动约束关系，而后利用第一坐标转换矩阵及多个轮子各自的轮子运动约束关系构建待标定机器人参数矩阵，并以最小化与实际轮子角速度向量、实际机器人速度向量及待标定机器人参数矩阵对应的目标函数为优化目的进行参数优化标定，得到轮式机器人当前匹配的目标机器人参数，从而对不同机型的轮式机器人进行高精准度的通用式机器人参数标定，以确保对应轮式机器人的运动控制效果。人的运动控制效果。人的运动控制效果。

【技术实现步骤摘要】
机器人参数标定方法及装置和轮式机器人


[0001]本申请涉及机器人控制
，具体而言，涉及一种机器人参数标定方法及装置和轮式机器人。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，机器人技术因具有极大的研究价值及应用价值受到了各行各业的广泛重视，其中轮式机器人控制便是机器人控制
中的一项重要研究方向。而在轮式机器人的实际使用过程中，往往需要控制轮式机器人按照预设机器人运动策略进行移动，来带动某种或某些货物移动到目标位置，从而实现货物运输功能。
[0003]但值得注意的是，机型相同的多个轮式机器人各自的机器人参数往往会因机器人器件装配精度差异、机器人器件运动磨损等因素存在明显变化，导致相同的预设机器人运动策略在应用到机型相同的多个轮式机器人时无法达到期望运动效果。因此，如何对单个轮式机器人的具体机器人参数进行精准标定，便是当前影响轮式机器人运动控制效果的一项亟需解决的重要问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种机器人参数标定方法及装置和轮式机器人，能够对不同机型的轮式机器人进行高精准度的通用式机器人参数标定，以确保对应轮式机器人的运动控制效果。
[0005]为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：第一方面，本申请提供一种机器人参数标定方法，应用于固定安装有双目视觉装置的轮式机器人，所述方法包括：获取所述轮式机器人在移动前的双目视觉坐标系相对于世界坐标系的第一坐标转换矩阵，以及所述轮式机器人在世界坐标系下移动时的实际轮子角速度向量和实际机器人速度向量，其中所述双目视觉坐标系与所述双目视觉装置对应，所述实际轮子角速度向量包括多个移动时刻各自对应的实时轮子角速度向量，所述实际机器人速度向量包括多个移动时刻各自对应的实时机器人速度向量，每个实时轮子角速度向量包括所述轮式机器人的多个轮子各自在对应移动时刻的轮子角速度向量；根据所述轮式机器人的多个轮子各自的轮子类型，在所述轮式机器人的位姿相对于所述双目视觉坐标系固定的轮子移动建模坐标系下，构建各个轮子的与轮子角速度向量和整机速度向量相关的轮子运动约束关系；根据所述第一坐标转换矩阵及所述轮式机器人的多个轮子各自的轮子运动约束关系，构建涉及轮子移动建模坐标系相对于双目视觉坐标系的第二坐标转换矩阵的待标定机器人参数矩阵，其中所述待标定机器人参数矩阵用于描述轮子角速度向量和世界坐标系下的机器人速度向量之间的映射关系；基于所述实际轮子角速度向量、所述实际机器人速度向量及所述待标定机器人参
数矩阵构建对应的目标函数，并以最小化所述目标函数为优化目的，对所述待标定机器人参数矩阵进行参数优化标定，得到所述轮式机器人当前匹配的目标机器人参数。
[0006]第二方面，本申请提供一种机器人参数标定装置，应用于固定安装有双目视觉装置的轮式机器人，所述装置包括：运动状况获取模块，用于获取所述轮式机器人在移动前的双目视觉坐标系相对于世界坐标系的第一坐标转换矩阵，以及所述轮式机器人在世界坐标系下移动时的实际轮子角速度向量和实际机器人速度向量，其中所述双目视觉坐标系与所述双目视觉装置对应，所述实际轮子角速度向量包括多个移动时刻各自对应的实时轮子角速度向量，所述实际机器人速度向量包括多个移动时刻各自对应的实时机器人速度向量，每个实时轮子角速度向量包括所述轮式机器人的多个轮子各自在对应移动时刻的轮子角速度向量；约束关系构建模块，用于根据所述轮式机器人的多个轮子各自的轮子类型，在所述轮式机器人的位姿相对于所述双目视觉坐标系固定的轮子移动建模坐标系下，构建各个轮子的与轮子角速度向量和整机速度向量相关的轮子运动约束关系；参数矩阵构建模块，用于根据所述第一坐标转换矩阵及所述轮式机器人的多个轮子各自的轮子运动约束关系，构建涉及轮子移动建模坐标系相对于双目视觉坐标系的第二坐标转换矩阵的待标定机器人参数矩阵，其中所述待标定机器人参数矩阵用于描述轮子角速度向量和世界坐标系下的机器人速度向量之间的映射关系；参数优化标定模块，用于基于所述实际轮子角速度向量、所述实际机器人速度向量及所述待标定机器人参数矩阵构建对应的目标函数，并以最小化所述目标函数为优化目的，对所述待标定机器人参数矩阵进行参数优化标定，得到所述轮式机器人当前匹配的目标机器人参数。
[0007]第三方面，本申请提供一种轮式机器人，包括处理器、存储器、双目视觉装置及多个轮子，其中所述双目视觉装置用于实现摄像功能，所述多个轮子用于实现机器人移动功能；所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现前述实施方式中任意一项所述的机器人参数标定方法。
[0008]在此情况下，本申请实施例的有益效果可以包括以下内容：本申请在获取到轮式机器人在移动前的双目视觉坐标系相对于世界坐标系的第一坐标转换矩阵，以及该轮式机器人在世界坐标系下移动时的实际轮子角速度向量和实际机器人速度向量的情况下，根据该轮式机器人的多个轮子各自的轮子类型，在该轮式机器人的位姿相对于双目视觉坐标系固定的轮子移动建模坐标系下，构建各个轮子的与轮子角速度向量和整机速度向量相关的轮子运动约束关系，而后利用第一坐标转换矩阵及多个轮子各自的轮子运动约束关系，构建涉及轮子移动建模坐标系相对于双目视觉坐标系的第二坐标转换矩阵的待标定机器人参数矩阵，接着基于实际轮子角速度向量、实际机器人速度向量及待标定机器人参数矩阵构建对应的目标函数，并以最小化目标函数为优化目的，对待标定机器人参数矩阵进行参数优化标定，得到轮式机器人当前匹配的目标机器人参数，从而确保本申请提供的机器人参数标定方法适用于轮子类型不一致的不同机型轮式机器人，并能对不同机型的轮式机器人进行高精准度的通用式机器人参数标定，以确保对应轮式机器人的运动控制效果。
[0009]为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0011]图1为本申请实施例提供的轮式机器人的组成示意图；图2为本申请实施例提供的机器人参数标定方法的流程示意图；图3为本申请实施例提供的固定式标准轮在轮子移动建模坐标系下的运动示意图；图4为本申请实施例提供的操纵式标准轮在轮子移动建模坐标系下的运动示意图；图5为本申请实施例提供的小脚轮在轮子移动建模坐标系下的运动示意图；图6为本申请实施例提供的麦克纳姆轮在轮子移动建模坐标系下的运动示意图；图7为本申请实施例提供的球形轮在轮子移动建模坐标系下的运动示意图；图8为本申请实施例提供的机器人参数标定装置的组成示意图。
[0012]图标：10
‑
轮式机器人；11
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存储器；12
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处理器；13
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通信单元；14<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人参数标定方法，其特征在于，应用于固定安装有双目视觉装置的轮式机器人，所述方法包括：获取所述轮式机器人在移动前的双目视觉坐标系相对于世界坐标系的第一坐标转换矩阵，以及所述轮式机器人在世界坐标系下移动时的实际轮子角速度向量和实际机器人速度向量，其中所述双目视觉坐标系与所述双目视觉装置对应，所述实际轮子角速度向量包括多个移动时刻各自对应的实时轮子角速度向量，所述实际机器人速度向量包括多个移动时刻各自对应的实时机器人速度向量，每个实时轮子角速度向量包括所述轮式机器人的多个轮子各自在对应移动时刻的轮子角速度向量；根据所述轮式机器人的多个轮子各自的轮子类型，在所述轮式机器人的位姿相对于所述双目视觉坐标系固定的轮子移动建模坐标系下，构建各个轮子的与轮子角速度向量和整机速度向量相关的轮子运动约束关系；根据所述第一坐标转换矩阵及所述轮式机器人的多个轮子各自的轮子运动约束关系，构建涉及轮子移动建模坐标系相对于双目视觉坐标系的第二坐标转换矩阵的待标定机器人参数矩阵，其中所述待标定机器人参数矩阵用于描述轮子角速度向量和世界坐标系下的机器人速度向量之间的映射关系；基于所述实际轮子角速度向量、所述实际机器人速度向量及所述待标定机器人参数矩阵构建对应的目标函数，并以最小化所述目标函数为优化目的，对所述待标定机器人参数矩阵进行参数优化标定，得到所述轮式机器人当前匹配的目标机器人参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述轮式机器人的轮子类型为有旋转驱动的固定式标准轮的轮子，该轮子的轮子运动约束关系包括与固定式标准轮对应的滚动约束关系及滑动约束关系；针对所述轮式机器人的轮子类型为无旋转驱动的固定式标准轮的轮子，该轮子的轮子运动约束关系为与固定式标准轮对应的滚动约束关系；其中，与固定式标准轮对应的滚动约束关系采用如下式子进行表达：；与固定式标准轮对应的滑动约束关系采用如下式子进行表达：；其中，用于表示对应固定式标准轮的旋转中心轴在所述轮子移动建模坐标系的与水平面对应的坐标系平面内的旋转中心投影位置和所述轮子移动建模坐标系的坐标系原点之间的距离，用于表示的延伸方向相对于坐标系平面的横坐标轴的偏转角度，用于表示对应固定式标准轮的轮体前进方向的垂直方向相对于的延伸方向的偏转角度，用于表示对应固定式标准轮的轮体半径，用于表示所述轮式机器人的机器人速度向量转换到所述轮子移动建模坐标系下的整机速度向量，用于表示对应固定式标准轮的轮子角速度向量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述轮式机器人的轮子类型为有旋转驱动的操纵式标准轮的轮子，该轮子的轮子运动约束关系包括与操纵式标准轮对应的滚动约束关系及滑动约束关系；针对所述轮式机器人的轮子类型为无旋转驱动的操纵式标准轮的轮子，该轮子的轮子运动约束关系为与操纵式标准轮对应的滚动约束关系；其中，与操纵式标准轮对应的滚动约束关系采用如下式子进行表达：；与操纵式标准轮对应的滑动约束关系采用如下式子进行表达：；其中，用于表示对应操纵式标准轮的旋转中心轴在所述轮子移动建模坐标系的与水平面对应的坐标系平面内的旋转中心投影位置和所述轮子移动建模坐标系的坐标系原点之间的距离，用于表示的延伸方向相对于坐标系平面的横坐标轴的偏转角度，用于表示对应操纵式标准轮的轮体前进方向的垂直方向在时刻相对于的延伸方向的偏转角度，用于表示对应操纵式标准轮的轮体半径，用于表示所述轮式机器人的机器人速度向量转换到所述轮子移动建模坐标系下的整机速度向量，用于表示对应操纵式标准轮的轮子角速度向量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述轮式机器人的轮子类型为小脚轮的轮子，该轮子的轮子运动约束关系为与小脚轮对应的滚动约束关系；其中，与小脚轮对应的滚动约束关系采用如下式子进行表达：；其中，用于表示对应小脚轮的旋转中心轴在所述轮子移动建模坐标系的与水平面对应的坐标系平面内的旋转中心投影位置和所述轮子移动建模坐标系的坐标系原点之间的距离，用于表示的延伸方向相对于坐标系平面的横坐标轴的偏转角度，用于表示对应小脚轮的轮体前进方向的垂直方向在时刻相对于的延伸方向的偏转角度，用于表示对应小脚轮的轮体半径，用于表示所述轮式机器人的机器人速度向量转换到所述轮子移动建模坐标系下的整机速度向量，用于表示对应小脚轮的轮子角速度向量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述轮式机器人的轮子类型为麦克纳姆轮的轮子，该轮子的轮子运动约束关系为与麦克纳姆轮对应的滚动约束关系；其中，与麦克纳姆轮对应的滚动约束关系采用如下式子进行表达：
；其中，用于表示对应麦克纳姆轮的旋转中心轴在所述轮子移动建模坐标系的与水平面对应的坐标系平面内的旋转中心投影位置和所述轮子移动建模坐标系的坐标系原点之间的距离，用于表示的延伸方向相对于坐标系平面的横坐标轴的偏转角度，用于表示对应麦克纳姆轮的轮体前进方向的垂直方向相对于的延伸方向的偏转角度，用于表示对应麦克纳姆轮的轮体运动向量在坐标系平面内的运动向量分量相对于轮体前进方向的偏转角度，用于表示对应麦克纳姆轮的轮体半径，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，胡春明，牛建伟，于晓龙，侯人鸾，郭昱亮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：